CN115627473A - 激光复合制造冷轧功能辊道耐磨涂层材料及工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种冷轧辊道的制造方法，涉及激光复合制造冷轧功能辊道耐磨涂层材料及工艺方法。该合金材料包括以下质量百分数的组分：镍铬‑碳化铬粉末20‑40%，余量为铁基合金粉末。铁基合金粉末包括以下质量百分比组分：0.2%‑0.5%C、15%‑18%Cr、0.5%‑0.9%Si、0.5%‑0.9%Mn、1%‑3%Ni、4.5%‑6%Co、2%‑4%Mo、0.2%‑0.5%Eu，余量为铁。该防腐耐磨涂层致密，能够避免由于镀铬工艺造成针孔缺陷，防腐性能优异，同时厚度是镀铬层的几十倍，抗异物压入能力大大优于镀铬层；经盐雾腐蚀试验评测，可达到172小时9级水平，未改变熔覆层整体耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于一种冷轧辊道的制造方法，涉及激光复合制造冷轧功能辊道耐磨涂层材料及工艺方法，尤其涉及冷轧机组中输送冷轧带钢功能辊道表面激光熔覆制造耐磨涂层材料及工艺方法。
背景技术
钢铁冷轧工艺是钢铁工业产品进一步深加工、精加工。生产的冷轧薄板属于高附加值钢材品种，产品大多面行业中高端市场，是汽车、家电、食品、建筑等行业不可缺少的金属原材料。冷轧带钢工艺线，其主要特点是机组速度快、生产效率高、产品质量好，因此需要传输钢带的辊子具有较高的质量，才能生产出高质量的产品。冷轧产线较多，包活酸洗、酸轧、连退、热镀锌、精整、彩涂等机组，每条机组均有上百支辊子，除了起轧制工艺的轧辊，大部均为功能辊道，对钢带传输起着不同作用，例如，转向辊、纠偏辊、活套辊、张力辊、支撑辊、稳定辊等等。
目前大部分功能辊道采用镀铬辊工艺，张力辊多采用喷涂硬质合金。虽然镀铬辊比原基材辊在使用上有了很大提升，但功能辊道镀铬还是存在一定问题，例如，辊道粗糙度下降快，易打滑，带钢易产生侧光色差，镀铬工艺不稳定导致有气孔缺陷，致使防锈性能下降等；此外，镀铬过程严重污染环境，对人身体健康危害较大，国家环保监管力度较大，严重制约着镀铬企业发展。喷涂硬质合金工艺辊道也逐渐在冷轧线开展应用，显示出了较强的耐磨性，但因其摩擦系数较大、钢板大张力下辊道表面会出现开裂剥落现象、大面积工艺控制稳定性较低，直接生产成本较高，使用也受到一定限制。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种激光复合制造冷轧功能辊道耐磨涂层材料及工艺方法，提供具有防腐蚀、高硬度、高耐磨性的表面涂层，能够延长冷轧功能辊道在机使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明具体提供以下述技术方案。
一种激光复合制造冷轧功能辊道耐磨涂层材料，该合金材料包括以下质量百分数的组分：镍铬-碳化铬粉末20-40%，余量为铁基合金粉末。
进一步地，所述的铁基合金粉末包括以下质量百分比组分：0.2%-0.5% C、15%-18%Cr、0.5%-0.9%Si、0.5%-0.9%Mn、1%-3%Ni、4.5%-6% Co、2%-4% Mo、0.2%-0.5%Eu，余量为铁。
进一步地，所述的铁基合金粉末粒度为-100~+280目。
进一步地，所述的镍铬-碳化铬粉末粒径-100~+325目，所述的镍铬-碳化铬含碳化铬为80%，纯度为99%以上，是采用真空热压烧结，真空雾化，并经真空球磨合金化的复合粉末。优选合适粒度适用于激光熔覆。
一种激光复合制造冷轧功能辊道的工艺方法，包括如下步骤：
S1，采用调质42CrMo钢为基体，材质42CrMo调质热处理，热处理后硬度35~40HRC，抗拉强度＞1100Mpa。
S2，对上述符合指标的辊道进行表面车削加工。
S3，辊道上机床加工，将辊道直径加工至比辊道原始直径尺寸小2mm。
S4，采用炉内整体加热的方式对辊道进行整体加热，加热温度控制在200℃±5℃。
S5，熔覆前保证辊面温度＞150℃，不满足温度要求，用其他补热方式满足。
S6，采用上述辊道熔覆材料，混合后进行激光熔覆。
S7，熔覆后进行表面探伤合格后进行热处理，热处理工艺为550℃，保温2小时，冷却方式为空冷。
S8，进行磨削加工到尺寸要求。
进一步地，所述S5中其他补热方式为煤气或辐射加热。
进一步地，所述S6中利用混粉器进行粉末混合，混合时间不少于2h。
进一步地，所述S6中激光熔覆工艺参数为：预热温度为150℃-200℃，送粉量15g/min-30g/min，激光功率3kw-4kw，光斑直径3.6mm，扫描速度800mm/min-1500mm/min，步进1.7mm，搭接率40~60%，单层熔覆厚度1.0mm-1.5mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是。
（1）本发明提出一种激光熔覆材料及工艺方法，能够取代镀硬铬。该防腐耐磨涂层致密，能够避免由于镀铬工艺造成针孔缺陷，防腐性能优异，同时厚度是镀铬层的几十倍，抗异物压入能力大大优于镀铬层。
（2）本涂层材料具有低碳、高Cr含量，能够保证较好的防腐性能，外加镍铬-碳化铬本身耐腐蚀性能良好，经盐雾腐蚀试验评测，可达到172小时9级水平，未改变熔覆层整体耐腐蚀性能。
（3）本发明通过添加特定合成工艺制得的镍铬-碳化铬粉末，可在激光熔覆中获得均匀的碳化铬硬质相，与基体组织润湿性能良好，硬质相尺寸约5-8微米，形态有杆状、菊花状等，与低碳马氏体基体配合，既具有一定强韧性，又具有优异的耐磨性能，见图1、图2。改变了传统马氏体不锈钢靠时效硬化单一强化手段，析出相主要用来强化基体且对耐磨性贡献作用较小。
（4）本发明中加入稀土元素铕，能够改善熔池流动性，熔覆表面状态平整，更重要好的是加入一定量铕，能大大提高碳化铬溶解析出性能，均匀性更好，当铕含量超过本发明规定值时，溶解析出碳化铬会聚集长大，恶化整体强韧性能，见图3。
（5）本发明涂层材料具有时效硬化性能，在550℃达到高峰，硬度达到60HRC。主要是因为加入了Mo、Co元素，Co的加入促进更多的析出Fe2Mo强化相，以及C的固溶强化双重作用，使基体具有较高的硬度且具有一定红硬性。更适用于冷轧高速摩擦热下辊面耐磨涂层。
附图说明
图1为本发明实施案例1激光熔覆后碳化铬着色腐蚀200×金相。
图2为本发明实施案例1激光熔覆后碳铬着色腐蚀500×金相。
图3为本发明铕含量0.6%的激光熔覆后熔覆层500×腐蚀金相。
具体实施方式
下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
一种激光复合制造冷轧功能辊道耐磨涂层材料，该合金材料包括以下质量百分数的组分：镍铬-碳化铬粉末20-40%，余量为铁基合金粉末。
进一步地，所述的铁基合金粉末包括以下质量百分比组分：0.2%-0.5% C、15%-18%Cr、0.5%-0.9%Si、0.5%-0.9%Mn、1%-3%Ni、4.5%-6% Co、2%-4% Mo、0.2%-0.5%Eu，余量为铁。
进一步地，所述的铁基合金粉末粒度为-100~+280目。
进一步地，所述的镍铬-碳化铬粉末粒径-100~+325目，所述的镍铬-碳化铬含碳化铬为80%，纯度为99%以上，是采用真空热压烧结，真空雾化，并经真空球磨合金化的复合粉末。优选合适粒度适用于激光熔覆。
一种激光复合制造冷轧功能辊道的工艺方法，包括如下步骤：
S1，采用调质42CrMo钢为基体，材质42CrMo调质热处理，热处理后硬度35~40HRC，抗拉强度＞1100Mpa。
S2，对上述符合指标的辊道进行表面车削加工。
S3，辊道上机床加工，将辊道直径加工至比辊道原始直径尺寸小2mm。
S4，采用炉内整体加热的方式对辊道进行整体加热，加热温度控制在200℃±5℃。
S5，熔覆前保证辊面温度＞150℃，不满足温度要求，用其他补热方式满足。
S6，采用上述辊道熔覆材料，混合后进行激光熔覆。
S7，熔覆后进行表面探伤合格后进行热处理，热处理工艺为550℃，保温2小时，冷却方式为空冷。
S8，进行磨削加工到尺寸要求。
进一步地，所述S5中其他补热方式为煤气或辐射加热。
进一步地，所述S6中利用混粉器进行粉末混合，混合时间不少于2h。
进一步地，所述S6中激光熔覆工艺参数为：预热温度为150℃-200℃，送粉量15g/min-30g/min，激光功率3kw-4kw，光斑直径3.6mm，扫描速度800mm/min-1500mm/min，步进1.7mm，搭接率40~60%，单层熔覆厚度1.0mm-1.5mm。
实施案例1。
一种激光复合制造冷轧纠偏辊耐磨涂层的工艺方法，包括如下步骤。
步骤1、采用调质42CrMo钢为基体，材质42CrMo调质热处理，热处理后硬度为36HRC，抗拉强度为1135Mpa。
步骤2、对上述符合指标的辊道进行表面加工。
步骤3、辊道上机床加工，将辊道直径加工至比辊道原始直径尺寸小2mm。
步骤4、合金粉末的配比：
针对冷轧纠偏辊应用中存在较大扭力、高速下划擦等工况条件，采用如下功能层合金粉末：镍铬-碳化铬粉末35%，余量为铁基合金粉末。
所述的铁基合金粉末是由以下质量百分比组分组成：0.25% C、16% Cr、0.6%Si、0.6%Mn、1.5%Ni、5% Co、2.5% Mo，0.3%Eu余量为铁。镍铬-碳化铬粉末粒度为-100~+325目，纯度为99%以上；铁基合金粉末粒度为-125~+280目。
步骤5、利用混粉器进行粉末混合，混合时间不少于2h。
步骤6、纠偏辊制造：
探伤无缺陷的纠偏辊需进行预热，温度在200℃。达到预热温度后，进行激光熔覆。选用光纤激光器，具体工艺参数为送粉量送粉量18g/min，激光功率3500W，光斑直径3.6mm，扫描速度800mm/min，搭接率50%，单层熔覆厚度1.0mm；
步骤7、熔覆后进行表面探伤合格后进行热处理，热处理工艺为550℃，保温2小时，冷却方式为空冷；
步骤8、进行磨削加工到尺寸要求，经硬度检测后为61HRC，盐雾腐蚀试验结果，中心盐雾试验172小时9级。
经过该工艺制造的某钢厂纠偏辊辊在线使用，目前正在上线使用，累计在线时长6个月，表面有轻微划痕，能够成功取代镀铬辊。
实施案例2。
一种激光复合制造冷轧活套辊的工艺方法，包括如下步骤：
步骤1、采用调质42CrMo钢为基体，材质42CrMo调质热处理，热处理后硬度为38HRC，抗拉强度为1115Mpa。
步骤2、对上述符合指标的辊道进行表面加工。
步骤3、辊道上机床加工，将辊道直径加工至比辊道原始直径尺寸小2mm。
步骤4、合金粉末的配比：
采用如下功能层合金粉末：镍铬-碳化铬粉末40%，余量为铁基合金粉末。
所述的铁基合金粉末是由以下质量百分比组分组成：0.2% C、16% Cr、0.6%Si、0.65%Mn、2.0%Ni、5.8% Co、3.2% Mo，0.35%Eu余量为铁。镍铬-碳化铬粉末粒度为-100~+200目，纯度为99%以上；铁基合金粉末粒度为-125~+280目。
步骤5、利用混粉器进行粉末混合，混合时间不少于2h。
步骤6、活套辊制造：
探伤无缺陷的活套辊需进行预热，温度在200℃。达到预热温度后，进行激光熔覆。选用光纤激光器，具体工艺参数为送粉量送粉量28g/min，激光功率3500W，光斑直径3.6mm，扫描速度1200mm/min，搭接率50%，单层熔覆厚度1.4mm；
步骤7、熔覆后进行表面探伤合格后进行热处理，热处理工艺为550℃，保温2小时，冷却方式为空冷；
步骤8、进行磨削加工到尺寸要求，经硬度检测后为60.8HRC，盐雾腐蚀试验结果，中心盐雾试验172小时9级。
经过该工艺制造的某钢厂活套辊在线使用，目前正在上线使用10个月，使用无明显磨损，满足使用寿命要求，能够成功取代镀铬辊。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。
Claims (8)
1.一种激光复合制造冷轧功能辊道耐磨涂层材料，其特征在于，该合金材料包括以下质量百分数的组分：镍铬-碳化铬粉末20-40%，余量为铁基合金粉末。
2.如权利要求1所述的激光复合制造冷轧功能辊道耐磨涂层材料，其特征在于，所述的铁基合金粉末包括以下质量百分比组分：0.2%-0.5% C、15%-18% Cr、0.5%-0.9% Si、0.5%-0.9% Mn、1%-3% Ni、4.5%-6% Co、2%-4% Mo、0.2%-0.5% Eu，余量为铁。
3.如权利要求1所述的激光复合制造冷轧功能辊道耐磨涂层材料，其特征在于，所述的铁基合金粉末粒度为-100~+280目。
4.如权利要求1所述的激光复合制造冷轧功能辊道耐磨涂层材料，其特征在于，所述的镍铬-碳化铬粉末粒径-100~+325目，所述的镍铬-碳化铬含碳化铬为80%，纯度为99%以上，是采用真空热压烧结，真空雾化，并经真空球磨合金化的复合粉末，优选合适粒度适用于激光熔覆。
5.一种激光复合制造冷轧功能辊道的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，采用调质42CrMo钢为基体，材质42CrMo调质热处理，热处理后硬度35~40HRC，抗拉强度＞1100Mpa；
S2，对上述符合指标的辊道进行表面车削加工；
S3，辊道上机床加工，将辊道直径加工至比辊道原始直径尺寸小2mm；
S4，采用炉内整体加热的方式对辊道进行整体加热，加热温度控制在200℃±5℃；
S5，熔覆前保证辊面温度＞150℃，不满足温度要求，用其他补热方式满足；
S6，采用上述辊道熔覆材料，混合后进行激光熔覆；
S7，熔覆后进行表面探伤合格后进行热处理，热处理工艺为550℃，保温2小时，冷却方式为空冷；
S8，进行磨削加工到尺寸要求。
6.如权利要求5所述的激光复合制造冷轧功能辊道的工艺方法，其特征在于，所述S5中其他补热方式为煤气或辐射加热。
7.如权利要求5所述的激光复合制造冷轧功能辊道的工艺方法，其特征在于，所述S6中利用混粉器进行粉末混合，混合时间不少于2h。
8.如权利要求5所述的激光复合制造冷轧功能辊道的工艺方法，其特征在于，S6中激光熔覆工艺参数为：预热温度为150℃-200℃，送粉量15g/min-30g/min，激光功率3kw-4kw，光斑直径3.6mm，扫描速度800mm/min-1500mm/min，步进1.7mm，搭接率40~60%，单层熔覆厚度1.0mm-1.5mm。
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2022
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