CN115161514A - 强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层及激光熔覆工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层及激光熔覆工艺，涉及轧机轧辊和有色金属线材或钢棒的轧辊辊面或轧辊孔型制备和强化修复技术领域，解决现有的由于轧辊恶劣工况的存在，从而使激光熔覆材料不具备良好的激光熔覆工艺性能的缺陷，包括高性能预制合金粉，高性能预制合金粉的配料包括镍基粉末，球形铸造碳化钨和/或块形铸造碳化钨；该激光熔覆高温耐磨复合冶金强化轧辊辊面或轧辊孔型技术操作方便，综合性能优异，可广泛地应用于矿山、冶金、农用机械、建筑、铁路、车辆、化工设备等制造和维修。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁工业或有色金属的轧制技术领域，更具体的是涉及轧机轧辊和有色金属线材或钢棒的轧辊辊面或轧辊孔型制备和强化修复技术领域。
背景技术
钢铁工业是国民经济的重要基础产业，是国家经济水平和综合国力的重要标志。轧钢生产则是整个钢铁生产中的最终成品生产的工序，而轧机中的轧辊则是轧钢的主要关键工具，决定着钢材产品的精度、质量、品种以及成本，且是轧钢生产的最重要消耗工具。我国在各生产行业中因磨损消耗的金属耐磨材料总量巨大，每年由于磨损所造成的备件折旧费和设备维修及耐磨零部件更换费达到数百亿元。至2021年，我国轧辊消耗量已达到250多万吨，轧辊生产厂家近350家，但仍然满足不了我国轧钢工业的高端产品要求，高性能的轧辊还依赖国外进口。随着我国国民经济的快速发展对节能降耗科学持续发展和经济成本要求。
当前的轧辊主要有如下几种方法制备，其一离心浇注技术工艺生产复合轧辊是将离心浇注得到的轧辊工作层与中心基轴二次浇铸结合在一起，形成复合轧辊。其优点是工艺简单、技术成熟、批量大。是目前国内外生产复合轧辊的主要技术工艺。其缺点是浇注的轧辊工作层组织偏析、晶粒粗大，合金成分受限制，不易得到耐磨损、强度高的轧辊工作层。轧制的钢材质量精度低，轧辊消耗高即成本高。其二、硬质合金复合轧辊技术，是将采用粉末冶金方法制造出的硬质合金辊环采用镶套工艺将辊环与中心基轴结合在一起形成复合轧辊。该技术的优点是能够得到性能优异的工作层，具有超高耐磨性能。其缺点是辊环尺寸受到限制，不易得到大尺寸直径400mm以上辊环，且工艺复杂，产品使用要求环境条件严格，易断裂，特别是成本太高，难于推广。部分或整体硬质合金作轧辊时所含贵重金属比例较大，其价格相对更加昂贵。
轧辊在工作中承受很大的变形抗力，轧槽承受剧烈的磨损，是影响产品表面质量的重要因素。要顺利实现生产，需要解决好材料变形抗力和轧辊承载能力之间的矛盾，因此要求轧辊具有高硬度、高强度、高韧性和高的耐磨性。目前，通过采用表面强化技术对待加工工件进行加工修复，可以减少设备更换费用，提高机械设备的可靠性，延长零件使用寿命，减少经济损失。轧辊质量的好坏、使用寿命的长短影响到轧机的作业率和钢材的质量。热轧辊同高达1000～1100℃的红热钢材直接接触,并受室温冷水的强制冷却,同时还受到轧件对其抗力的作用,在这种热、力交变的环境下工作一段时间后,就会在轧辊表面产生疲劳微裂纹,室温的冷却水通常呈中性或弱碱性,对轧辊表面有腐蚀作用,这种腐蚀作用伴随一定的疲劳条件,会首先诱发产生腐蚀疲劳开裂,降低轧辊的使用寿命；此外轧辊表面的损坏先从表面裂纹的集结开始,由于腐蚀的作用,这些微裂纹就会在表面产生疵点,降低了轧辊的表面光洁度,影响钢材的表面质量。辊子稍有磨损,就会直接影响板坯的质量,目前,国内常用的堆焊材料由于寿命低、不耐用,频繁的更换造成了很大损失。每次更换辊子,都要至少停机1至4小时,用来更换弯曲段和扇形段,每次停机至少减少产值200万元左右。而且每次拆换的辊和芯轴都要进行修复加工，密封件都要更换，轴承、旋转接头也要损坏一部分。从经济上讲这绝不单纯是辊子的价值问题,造成的经济损失是综合与巨大的。孔型深,压下量大,造成轧辊消耗极高。因轧辊耐磨性低而造成负面影响也很大,轧辊频繁更换,工人劳动强度大,日历作业率低；气耗、电耗大幅升高。
激光熔覆是一个系统工程，在高强度、高韧性的低合金单纯依靠合金层或中碳合金钢辊芯表面激光熔覆高合金耐磨工作层，但要使得激光熔覆材料既要满足轧辊十分恶劣的工况条件，又要具备良好的激光熔覆工艺性能，加之轧辊的种类繁多，性能要求差异也很大，使得这项研究工作和实际应用过程进展比预期的要慢。
现在钢件轧辊耐磨性低，磨损失效和报废严重，关键备件更换频繁，轧辊磨损后产品质量无法控制等以及当前轧辊处理工艺中不具备良好的激光熔覆工艺性能的缺陷技术问题，从而导致现役轧辊寿命低下，轧辊频繁更换。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述现有的由于轧辊恶劣工况的存在轧辊磨损失效比较严重，关键备件更换频繁，轧辊磨损后产品质量无法控制等，从而使激光熔覆材料不具备良好的激光熔覆工艺性能的缺陷。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层，所述熔覆层包括高性能预制合金粉，高性能预制合金粉的配料包括50～90wt％镍基粉末，0～25wt％球形铸造碳化钨，0～25wt％块形铸造碳化钨。
本申请采用激光熔覆技术对轧辊辊面或轧辊孔型形成冶金强化，所选用高性能预制合金粉所包含的球形铸造碳化钨和块形铸造碳化钨，由于WC具有良好的硬度与耐热性，保证轧辊的硬度及高温下耐磨性。采用镍基粉末作为粘结相对球形铸造碳化钨和块形铸造碳化钨有很好的润湿性。镍基粉末中的Cr和Cu元素具有良好的耐腐蚀性及润湿性，Si元素具有良好的耐磨性，V元素具有良好的控制晶粒长大作用，Mn及B元素具有良好的淬透性达到良好的热处理效果，从而保证熔覆合金层在高温交频载荷下的热蠕变性和耐腐蚀性，保证轧辊基体与两者具有良好的冶金结合，利用该方法制成的复合轧辊及复合辊环的工作层性能优异，材料利用率高，且基轴(环)可反复使用，产品成本较低。
优选的，所述熔覆层包括选自以下的高性能预制合金粉，高性能预制合金粉的配料包括75～85wt％镍基粉末，15～25wt％球形铸造碳化钨；高性能预制合金粉的配料包括75～85wt％镍基粉末，15～25wt％块形铸造碳化钨；或高性能预制合金粉的配料包括50～80wt％镍基粉末，8～25wt％球形铸造碳化钨，8～25wt％块形铸造碳化钨。
优选的，所述镍基粉末包括Ni，还包括Cr，B，Si，Cu，V及Mn中的至少两种元素。
优选的，所述镍基粉末包括13～28wt％Cr，10～25wt％B，0～25wt％Si，0～0.5wt％Cu，0～2wt％V，0～2wt％Mn，余量为Ni。
更为优选的，所述镍基粉末包括13～28wt％Cr，0～25wt％B，10～25wt％Si，0～0.5wt％Cu，0～2wt％V，0～2wt％Mn，余量为Ni。
更为优选的，所述镍基粉末包括0～25wt％Cr，10～15wt％B，10～25wt％Si，0～0.5wt％Cu，0～2wt％V，0～2wt％Mn，余量为Ni。
更为优选的，所述镍基粉末包括13～25wt％Cr，2～8wt％B，12～25wt％Si，0～0.5wt％Cu，0～2wt％V，0～2wt％Mn，余量为Ni。
本发明还提供了所述的强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层的激光熔覆工艺，包括如下步骤：
步骤1、去除轧辊辊面和/或轧辊孔型的所有裂纹；
步骤2、按上述质量百分比，将镍基粉末、球形铸造碳化钨和/或块形铸造碳化钨(将镍基粉末和球形铸造碳化钨；镍基粉末和块形铸造碳化钨；或镍基粉末、球形铸造碳化钨和块形铸造碳化钨)置入球磨罐中混合1～5h，获激光熔覆合金粉末，经筛分获高性能预制合金粉，高性能预制合金粉粉末粒度为-140～+320目，优选的，高性能预制合金粉粉末粒度为120～250目；
步骤3、将步骤1的去除轧辊辊面和/或轧辊孔型的所有裂纹的轧辊放入预热炉中预热，预热温度设置为150～450℃，保温1～6h，轧辊达到温度后进行激光熔覆，激光熔覆工艺参数包括：电流95A～65A；电压:35V～85V；送高性能预制合金粉速度为5～45g/min，送粉时主通气体为Ar，其纯度为99.999％，0.5～2.5L/min，采用焦距为150～400mm的积分镜，摆宽15～50mm，前进15～50mm，步进1.5～20mm；采用保护气氛为Ar和H2的混合气体，其混合气氛为95～99.5％Ar和0.5～5％H2；优选的，送高性能预制合金粉速度为10～35g/min，送粉时主通气体为Ar，其纯度为99.999％，1～2L/min，采用焦距为180～350mm的积分镜，摆宽20～40mm，前进20～40mm，步进5～15mm。
步骤4、激光熔覆的熔覆层为15～25mm时，进行去应力回火(以消除热应力，避免出现裂纹)；
步骤5、采用退火温度为500～600℃回火，保温1～8h，然后随炉缓冷(为了减少堆焊后引起的残余应力,避免产生裂纹，焊后先保温,然后再装炉进行热处理)；
步骤6、当轧辊温度降到100℃以下时出炉空冷，冷却后对轧辊内部探伤及车削精加工。
优选的，步骤1中，采用数控机床加工轧辊辊面和/或轧辊孔型，将轧辊辊面和/或轧辊孔型进行车削，去除所有裂纹，使用150～200目棕刚玉砂对轧辊辊面和/或轧辊孔型基体表面进行喷砂粗化处理，用丙酮溶液进行超声清洗，后自然干或风机吹干(优选的轧辊辊面或依据轧钢孔型系要求对轧辊进行车削加工以符合技术要求，依据轧钢孔型系要求对轧辊进行车削加工以符合技术要求)
优选的，步骤3中，激光熔覆功率为2000～5500W，扫描线速度为0.1～6m/min；熔覆速度:20～300mm/min，熔覆层厚度为0.5～25mm(熔覆层与母体为冶金结合，所涉及的气体均为体积百分数)。
优选的，步骤3中，高性能预制合金粉粉末在激光熔覆前在120～150℃环境烘干0.5～2h。
优选的，步骤3中，激光熔覆轧辊孔型时，从顶角圆弧处开始堆激光熔覆，逐渐向孔型开口方向移动，反复多次操作，达到激光熔覆层厚度。
优选的，步骤3中，将轧辊辊面或轧辊孔型在加热炉中预热至300～450℃，然后装卡在可回转的机床夹具上，将烘干的高性能预制合金粉准备合金粉末装入机的熔覆机设备的料盒内，调节工艺参数，调整喷嘴距离击轴或基环表面约2.5～35mm，将所述成形的复合轧辊放在加热炉中，采用退火温度为500～600℃回火，保温1～8h，然后随炉缓冷至室温，出炉。
本发明的有益效果如下：
1、本申请采用高性能预制合金粉所包含的球形铸造碳化钨和块形铸造碳化钨，由于其WC具有良好的保证轧辊的硬度及耐磨性，合金层在高温交频载荷下的热蠕变性和耐腐蚀性，采用镍基粉末作为粘结相对球形铸造碳化钨和块形铸造碳化钨有很好的润湿性。其镍基粉末中的Cr元素具有良好的耐腐蚀性，Si元素具有良好的耐磨性，V元素具有良好的控制晶粒长大作用，Mn元素具有良好的淬透性，采用激光熔覆技术对轧辊辊面或轧辊孔型形成冶金强化，保证轧辊基体与两者具有良好的冶金结合，利用该方法制成的复合轧辊及复合辊环的工作层性能优异，材料利用率高，且基轴(环)可反复使用，产品成本较低。
2、本申请采用激光熔覆是在金属材料或零件表面熔焊上耐磨、耐蚀等特殊性能金属层，将熔焊中零件的连接技术转移到零件表面进行激光熔覆的技术，充分利用激光热源使基材表面与熔覆材料之间形成熔化冶金的一种表面工程技术大幅提升轧辊性能，可确保定辊径轧制，从而保障轧制过程的工艺稳定，与此同时大幅提高轧辊使用寿命，降低轧辊消耗，提升轧钢作业率与钢材表面质量，可高效用于初、中轧轧辊修复及精轧机组轧辊表面处理，实现轧辊表面再制造。
3、本申请采用的激光熔覆技术在激光熔覆材质选择上具有充分的灵活性，可结合轧辊工况需求配制相应预制粉末，其激光熔覆制造或修复热轧辊时能方便采用同步送粉的大功率激光熔覆技术，在普通结构钢的基体上熔覆性能优异且与基体结合性能好的合金材料，以实现制造热轧辊的新加工技术。
4、本申请采用的镍基预制合金粉末具有耐热、耐磨、耐腐蚀、抗高温氧化等优越性能,一般在600℃以上的使用温度仍具有很高的红硬性，其摩擦系数与高质量粉末冶金硬质合金数值相当。激光熔覆可以显著提高工件的使用寿命，节省制造、维修费用外，还可以减少修理和更换零部件的时间，从而提高生产率，降低生产成本。耐热性能、抗腐蚀性能优异，在耐高温磨损、高温腐蚀的场合也得到了大量应用。
5、本申请采用的激光熔覆技术制备或修复技术能依据轧钢孔型系要求对轧辊进行车削加工以符合技术要求；优点在于大幅提升轧辊性能，可确保定辊径轧制，从而保障轧制过程的工艺稳定，与此同时大幅提高轧辊使用寿命，降低轧辊消耗，提升轧钢作业率与钢材表面质量，可直接用于精轧机组轧辊表面处理，实现轧辊表面再制造。
6、本申请采用的激光熔覆后经热处理后，减少激光熔覆后引起的残余应力，避免产生裂纹，焊后先保温，然后再装炉进行热处理。减小激光熔覆层金属的冷却速度、熔覆层金属的结晶偏析、热应力的产生,并避免激光熔覆层金属产生裂纹，轧辊在激光熔覆前需进行预热。
7、本发明堆焊复合冶金轧辊可解决轧钢行业生产中的断辊问题，可提高轧机的生产作业率，降低总辊耗，从而能为轧钢企业创造巨大的经济效益。由于轧辊辊芯材料的多次反复使用，大大节约了金属合金材料，充分合理地利用了资源，符合国家要求的再制造工程理念，具有较好的社会效益。本发明提供的该工艺方法十分灵活，设备简单，属于再制造工艺加工，成为全新的零部件，成本只有新品的50％，节能60％，节材70％，对环境的不良影响与制造新品相比显著降低，组装方便，适宜于批量生产；
8、本申请实现了大型及中型或小型轧辊的耐磨损，耐腐蚀，抗热疲劳，可靠性高，能广泛应用于板、带、型、棒等各种金属材料的全过程生产当中，全面替代整体轧辊、组合式轧辊，尤其是能对现有轧辊表面进行有效修复重复使，同时具备加工简单，综合性能优异，可循环利用等优点，是一种高效的绿色环保且经济的技术。
附图说明
图1为本发明中实施例1熔覆层材质元素线扫描图；
图2为本发明中实施例2熔覆层材质元素线扫描图；
图3为本发明中实施例3熔覆层材质元素线扫描图；
图4为本发明中实施例4熔覆层材质元素线扫描图；
图5为本发明中实施例5熔覆层材质元素线扫描图；
图6为本发明中基体材质XRD扫描图；
图7为本发明中实施例1熔覆层材质XRD物相分布图；
图8为本发明中实施例2熔覆层材质XRD物相分布图；
图9为本发明中实施例3熔覆层材质XRD物相分布图；
图10为本发明中实施例4熔覆层材质XRD物相分布图；
图11为本发明中实施例5熔覆层材质XRD物相分布图；
图12为本发明的熔覆层应用于在轧辊辊面的轧辊的结构示意图；
图13为本发明的熔覆层应用于在轧辊孔型上的轧辊的结构示意图；
图14为本发明基体材质基体与各实例熔覆层材质硬度值分布图；
图15为本发明基体材质基体与各实例熔覆层材质磨损失重对比。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1、6、7、12、14和15所示，本实施例提供强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层，
所述熔覆层包括高性能预制合金粉，高性能预制合金粉的配料包括75wt％镍基粉末，25wt％块形铸造碳化钨；
所述镍基粉末包括15wt％Cr，8wt％B，14wt％Si，0.2wt％Cu，1.8wt％V，1wt％Mn，60wt％Ni。
所述的强化轧辊辊面的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层的激光熔覆工艺，包括如下步骤：
步骤1、去除轧辊辊面的所有裂纹，具体的：采用数控机床加工轧辊辊面，将轧辊辊面进行车削，去除所有裂纹，使用180目棕刚玉砂对轧辊辊面基体表面进行喷砂粗化处理，用丙酮溶液进行超声清洗，后自然干；
步骤2、按上述质量百分比，将镍基粉末和块形铸造碳化钨置入球磨罐中混合3h，获激光熔覆合金粉末，经筛分获高性能预制合金粉，高性能预制合金粉粉末粒度为200～250目，高性能预制合金粉粉末在激光熔覆前在130℃环境烘干1h；
步骤3、将步骤1的去除轧辊辊面所有裂纹的轧辊放入预热炉中预热，预热温度设置为300℃，保温3h，轧辊达到温度后进行激光熔覆，激光熔覆工艺参数包括：电流70A；电压:45V；送高性能预制合金粉速度为20g/min，送粉时主通气体为Ar，其纯度为99.999％，1.0L/min，采用焦距为200mm的积分镜，摆宽25mm，前进25mm，步进10mm；采用保护气氛为Ar和H2的混合气体，其混合气氛为97％Ar和3％H2；激光熔覆功率为3000W，扫描线速度为4m/min；熔覆速度:100mm/min。
步骤4、激光熔覆的熔覆层为20mm时，进行去应力回火；
步骤5、采用退火温度为550℃回火，保温4h，然后随炉缓冷；
步骤6、当轧辊温度降到100℃以下时出炉空冷，冷却后对轧辊内部探伤及车削精加工。
本实施例中，所述的强化轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层的激光熔覆工艺还可以激光熔覆轧辊孔型，从顶角圆弧处开始堆激光熔覆，逐渐向孔型开口方向移动，反复多次操作，达到激光熔覆层厚度。
实施例2
如图2、6、8、13、14和15所示，本实施例提供强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层，
所述熔覆层包括高性能预制合金粉，高性能预制合金粉的配料包括80wt％镍基粉末，20wt％球形铸造碳化钨；
所述镍基粉末包括18wt％Cr，6.5wt％B，20wt％Si，0.3wt％Cu，0.7wt％V，1.5wt％Mn，53wt％Ni。
所述的强化轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层的激光熔覆工艺，包括如下步骤：
步骤1、采用数控机床加工轧辊孔型，将轧辊孔型进行车削，去除所有裂纹，使用160目棕刚玉砂对轧辊孔型基体表面进行喷砂粗化处理，用丙酮溶液进行超声清洗，风机吹干；
步骤2、按上述质量百分比，将镍基粉末、球形铸造碳化钨置入球磨罐中混合4h，获激光熔覆合金粉末，经筛分获高性能预制合金粉，高性能预制合金粉粉末粒度为120～180目，高性能预制合金粉粉末在激光熔覆前在140℃环境烘干0.8h；
步骤3、将步骤1的去除轧辊孔型的所有裂纹的轧辊放入预热炉中预热，预热温度设置为200℃，保温2h，轧辊达到温度后进行激光熔覆，激光熔覆工艺参数包括：电流85A；电压:40V；送高性能预制合金粉速度为25g/min，送粉时主通气体为Ar，其纯度为99.999％，1.8L/min，采用焦距为200mm的积分镜，摆宽35mm，前进25mm，步进8mm；采用保护气氛为Ar和H2的混合气体，其混合气氛为96％Ar和4％H2，激光熔覆功率为4000W，扫描线速度为5m/min；熔覆速度:200mm/min，激光熔覆轧辊孔型时，从顶角圆弧处开始堆激光熔覆，逐渐向孔型开口方向移动，反复多次操作，达到激光熔覆层厚度。
步骤4、激光熔覆的熔覆层为22mm时，进行去应力回火；
步骤5、采用退火温度为500℃回火，保温8h，然后随炉缓冷；
步骤6、当轧辊温度降到100℃以下时出炉空冷，冷却后对轧辊内部探伤及车削精加工。
本实施例中，所述的强化轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层的激光熔覆工艺还可以激光熔覆轧辊辊面。
实施例3
如图3、6、9、14和15所示，本实施例提供强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层，
所述熔覆层包括高性能预制合金粉，高性能预制合金粉的配料包括85wt％镍基粉末，15wt％球形铸造碳化钨；
所述镍基粉末包括13wt％B，17wt％Si，70wt％Ni。
所述的强化轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层的激光熔覆工艺，包括如下步骤：
步骤1、采用数控机床加工轧辊孔型，将轧辊孔型进行车削，去除所有裂纹，使用200目棕刚玉砂对轧辊孔型基体表面进行喷砂粗化处理，用丙酮溶液进行超声清洗，后自然干；
步骤2、按上述质量百分比，将镍基粉末、球形铸造碳化钨置入球磨罐中混合5h，获激光熔覆合金粉末，经筛分获高性能预制合金粉，高性能预制合金粉粉末粒度为160～180目，高性能预制合金粉粉末在激光熔覆前在150℃环境烘干0.5h；
步骤3、将步骤1的去除轧辊孔型的所有裂纹的轧辊放入预热炉中预热，预热温度设置为450℃，保温1h，轧辊达到温度后进行激光熔覆，激光熔覆工艺参数包括：电流95A；电压:35V；送高性能预制合金粉速度为35g/min，送粉时主通气体为Ar，其纯度为99.999％，2L/min，采用焦距为350mm的积分镜，摆宽40mm，前进40mm，步进15mm；采用保护气氛为Ar和H2的混合气体，其混合气氛为99％Ar和1％H2，激光熔覆功率为5500W，扫描线速度为6m/min；熔覆速度:300mm/min，光熔覆轧辊孔型时，从顶角圆弧处开始堆激光熔覆，逐渐向孔型开口方向移动，反复多次操作，达到激光熔覆层厚度。
步骤4、激光熔覆的熔覆层为25mm时，进行去应力回火；
步骤5、采用退火温度为600℃回火，保温1h，然后随炉缓冷；
步骤6、当轧辊温度降到100℃以下时出炉空冷，冷却后对轧辊内部探伤及车削精加工。
本实施例中，所述的强化轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层的激光熔覆工艺还可以激光熔覆轧辊辊面。
实施例4
如图4、6、10、14和15所示，本实施例提供强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层，
所述熔覆层包括高性能预制合金粉，高性能预制合金粉的配料包括70wt％镍基粉末，15wt％球形铸造碳化钨，15wt％块形铸造碳化钨；
所述镍基粉末包括20wt％Cr，15wt％B，65wt％Ni。
所述的强化轧辊辊面的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层的激光熔覆工艺，包括如下步骤：
步骤1、采用数控机床加工轧辊辊面，将轧辊辊面进行车削，去除所有裂纹，使用150目棕刚玉砂对轧辊辊面基体表面进行喷砂粗化处理，用丙酮溶液进行超声清洗，后自然干；
步骤2、按上述质量百分比，将镍基粉末、球形铸造碳化钨和块形铸造碳化钨置入球磨罐中混合1h，获激光熔覆合金粉末，经筛分获高性能预制合金粉，高性能预制合金粉粉末粒度为120～160目，高性能预制合金粉粉末在激光熔覆前在120℃环境烘干2h；
步骤3、将步骤1的去除轧辊辊面的所有裂纹的轧辊放入预热炉中预热，预热温度设置为150℃，保温6h，轧辊达到温度后进行激光熔覆，激光熔覆工艺参数包括：电流65A；电压:85V；送高性能预制合金粉速度为10g/min，送粉时主通气体为Ar，其纯度为99.999％，1L/min，采用焦距为180mm的积分镜，摆宽20mm，前进20mm，步进5mm；采用保护气氛为Ar和H2的混合气体，其混合气氛为96％Ar和4％H2，激光熔覆功率为2000W，扫描线速度为1m/min；熔覆速度:100mm/min；
步骤4、激光熔覆的熔覆层为15mm时，进行去应力回火；
步骤5、采用退火温度为500℃回火，保温8h，然后随炉缓冷；
步骤6、当轧辊温度降到100℃以下时出炉空冷，冷却后对轧辊内部探伤及车削精加工。
本实施例中，所述的强化轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层的激光熔覆工艺还可以激光熔覆轧辊孔型，从顶角圆弧处开始堆激光熔覆，逐渐向孔型开口方向移动，反复多次操作，达到激光熔覆层厚度。
实施例5
如图5、6、11、14和15所示，本实施例提供强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层，
所述熔覆层包括高性能预制合金粉，高性能预制合金粉的配料包括64wt％镍基粉末，18wt％球形铸造碳化钨，18wt％块形铸造碳化钨；
所述镍基粉末包括12wt％B，18wt％Si，0.3wt％Cu，1.2wt％V，1.5wt％Mn，67wt％Ni。
所述的强化轧辊辊面的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层的激光熔覆工艺，包括如下步骤：
步骤1、采用数控机床加工轧辊辊面，将轧辊辊面进行车削，去除所有裂纹，使用170目棕刚玉砂对轧辊辊面基体表面进行喷砂粗化处理，用丙酮溶液进行超声清洗，后风机吹干；
步骤2、按上述质量百分比，将镍基粉末、球形铸造碳化钨和块形铸造碳化钨置入球磨罐中混合3h，获激光熔覆合金粉末，经筛分获高性能预制合金粉，高性能预制合金粉粉末粒度为200～250目，高性能预制合金粉粉末在激光熔覆前在140℃环境烘干1.2h；
步骤3、将步骤1的去除轧辊辊面的所有裂纹的轧辊放入预热炉中预热，预热温度设置为300℃，保温4h，轧辊达到温度后进行激光熔覆，激光熔覆工艺参数包括：电流80A；电压:60V；送高性能预制合金粉速度为25g/min，送粉时主通气体为Ar，其纯度为99.999％，1.5L/min，采用焦距为270mm的积分镜，摆宽35mm，前进30mm，步进11mm；采用保护气氛为Ar和H2的混合气体，其混合气氛为98％Ar和2％H2，激光熔覆功率为3800W，扫描线速度为3m/min；熔覆速度:160mm/min。
步骤4、激光熔覆的熔覆层为20mm时，进行去应力回火；
步骤5、采用退火温度为550℃回火，保温4h，然后随炉缓冷；
步骤6、当轧辊温度降到100℃以下时出炉空冷，冷却后对轧辊内部探伤及车削精加工。
本实施例中，所述的强化轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层的激光熔覆工艺还可以激光熔覆轧辊孔型，从顶角圆弧处开始堆激光熔覆，逐渐向孔型开口方向移动，反复多次操作，达到激光熔覆层厚度。
图6说明基体材质有低合金材质仅含有Fe及Cr元素；图14说明基体材质为未经激光熔覆的轧辊，其硬度值较低，不耐磨，相应轧辊寿命较短，而经过该发明的激光熔覆工艺完成的实例1-5具有显著优势，其硬度较高为现役轧辊表面的2.5-3倍，表明寿命极大提高，减少换辊次数；图15说明基体材质为未经激光熔覆的轧辊，其磨损失重严重，相应轧辊寿命较短，而经过该发明的激光熔覆工艺完成的实例1-5具有显著优势，其磨损失重仅为未处理轧辊的20％左右，表明寿命极大提高，减少换辊次数。
本申请高性能预制合金粉的配料的配方及激光熔覆方法中的参数范围内的每个参数均能制得强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层，上述实施例均为本申请优选的实施方式。
Claims (10)
1.强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层，其特征在于，所述熔覆层包括高性能预制合金粉，高性能预制合金粉的配料包括50～90wt％镍基粉末，0～25wt％球形铸造碳化钨，0～25wt％块形铸造碳化钨。
2.根据权利要求1所述的强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层，其特征在于，所述熔覆层包括选自以下的高性能预制合金粉，高性能预制合金粉的配料包括75～85wt％镍基粉末，15～25wt％球形铸造碳化钨；高性能预制合金粉的配料包括75～85wt％镍基粉末，15～25wt％块形铸造碳化钨；或高性能预制合金粉的配料包括50～80wt％镍基粉末，8～25wt％球形铸造碳化钨，8～25wt％块形铸造碳化钨。
3.根据权利要求1或2所述的强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层，其特征在于，所述镍基粉末包括Ni，还包括Cr，B，Si，Cu，V及Mn中的至少两种元素。
4.根据权利要求3所述的强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层，其特征在于，所述镍基粉末包括13～28wt％Cr，10～25wt％B，0～25wt％Si，0～0.5wt％Cu，0～2wt％V，0～2wt％Mn，余量为Ni。
5.根据权利要求3所述的强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层，其特征在于，所述镍基粉末包括13～28wt％Cr，0～25wt％B，10～25wt％Si，0～0.5wt％Cu，0～2wt％V，0～2wt％Mn，余量为Ni。
6.根据权利要求3所述的强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层，其特征在于，所述镍基粉末包括0～25wt％Cr，10～15wt％B，10～25wt％Si，0～0.5wt％Cu，0～2wt％V，0～2wt％Mn，余量为Ni。
7.根据权利要求3所述的强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层，其特征在于，所述镍基粉末包括13～25wt％Cr，2～8wt％B，12～25wt％Si，0～0.5wt％Cu，0～2wt％V，0～2wt％Mn，余量为Ni。
8.如权利要求1-7任一项所述的强化轧辊辊面或轧辊孔型的高温耐磨复合冶金强化合金熔覆层的激光熔覆工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、去除轧辊辊面和/或轧辊孔型的所有裂纹；
步骤2、按上述质量百分比，将镍基粉末、球形铸造碳化钨和/或块形铸造碳化钨置入球磨罐中混合1～5h，获激光熔覆合金粉末，经筛分获高性能预制合金粉，高性能预制合金粉粉末粒度为-140～+320目，优选的，高性能预制合金粉粉末粒度为120～250目，高性能预制合金粉粉末在激光熔覆前在120～150℃环境烘干0.5～2h；
步骤3、将步骤1的去除轧辊辊面和/或轧辊孔型的所有裂纹的轧辊放入预热炉中预热，预热温度设置为150～450℃，保温1～6h，轧辊达到温度后进行激光熔覆，激光熔覆工艺参数包括：电流95A～65A；电压:35V～85V；送高性能预制合金粉速度为5～45g/min，送粉时主通气体为Ar，其纯度为99.999％，0.5～2.5L/min，采用焦距为150～400mm的积分镜，摆宽15～50mm，前进15～50mm，步进1.5～20mm；采用保护气氛为Ar和H2的混合气体，其混合气氛为95～99.5％Ar和0.5～5％H2；优选的，送高性能预制合金粉速度为10～35g/min，送粉时主通气体为Ar，其纯度为99.999％，1～2L/min，采用焦距为180～350mm的积分镜，摆宽20～40mm，前进20～40mm，步进5～15mm。
步骤4、激光熔覆的熔覆层为15～25mm时，进行去应力回火；
步骤5、采用退火温度为500～600℃回火，保温1～8h，然后随炉缓冷；
步骤6、当轧辊温度降到100℃以下时出炉空冷，冷却后对轧辊内部探伤及车削精加工。
9.根据权利要求7所述的激光熔覆工艺，其特征在于，步骤1中，采用数控机床加工轧辊辊面和/或轧辊孔型，将轧辊辊面和/或轧辊孔型进行车削，去除所有裂纹，使用150～200目棕刚玉砂对轧辊辊面和/或轧辊孔型基体表面进行喷砂粗化处理，用丙酮溶液进行超声清洗，后自然干或风机吹干。
10.根据权利要求7所述的激光熔覆工艺，其特征在于，步骤3中，激光熔覆功率为2000～5500W，扫描线速度为0.1～6m/min；熔覆速度:20～300mm/min，熔覆层厚度为0.5～25mm。
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