CN1932079A

CN1932079A - 一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化工艺

Info

Publication number: CN1932079A
Application number: CN 200610047997
Authority: CN
Inventors: 陶兴启; 黄旭东; 刘常升; 陈海涛; 孙桂芳; 董容刚
Original assignee: SHENYANG DALU LASER SYSTEM CO Ltd
Current assignee: SHENYANG DALU LASER SYSTEM CO Ltd
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2007-03-21

Abstract

一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化的方法，其特征在于它包括以下工艺过程：(1)机加工轧辊去掉表面疲劳层，得到所需尺寸和形状，然后对激光将要辐照处理的一面进行研磨，去油污和适当的清洗；(2)用酚醛树脂粘接剂将纳米碳化物陶瓷涂料混合均匀，然后均匀地涂在预处理后的轧辊表面，预涂厚度为0.01～0.05mm，然后风干；(3)选用高功率CO₂激光器对轧辊外表面预涂的纳米陶瓷涂料层进行快速扫描；工艺参数如下：激光功率P＝1000～10000W，扫描速度V＝1.5～20m/min，搭接率为15～35％，光斑直径为D＝0.6～5mm。本发明选用优化的工艺参数，可起到固溶强化和弥散强化的作用，并且使合金化层具有高度的热稳定性。由于组织高度细化还使合金层强度、塑性、韧性得到提高。

Description

一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化工艺

(一)技术领域

本发明涉及一种冶金热轧辊表面强化及修复工艺，尤其是一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化工艺。

(二)背景技术

轧辊是使(轧材)金属产生塑性变形的工具，是决定轧机效率和轧材质量的重要大型消耗性部件。轧辊的质量和使用寿命，直接关系到轧制生产的生产效率、产品质量及生产成本。我国轧辊材料供应不足、价格较高，一旦轧辊表面磨损失效，整个轧辊报废(轧辊使用层仅占轧辊总重量的10％左右)，将造成巨大的材料浪费。如何修复失效轧辊，一直是轧辊制造业面临的重大问题。目前，在一般钢铁企业，轧辊由于磨损需要修复时，多采用车削或磨削方式修正辊型。这种方式对提高轧辊寿命意义不大，只是一种“补救措施。采用轧辊表面修复与强化的热处理技术来提高轧辊表面硬度，减少轧辊使用的磨损量，已成为延长轧辊寿命的一个主要发展方向和途径。

由于热轧辊所处的恶劣的工作条件和材质，常规表面强化技术如火焰淬火、高中频淬火、等离子喷涂与喷焊、电弧堆焊等均不能有效提高轧辊表面高温磨损和开裂的抗力。国内外很多钢铁厂家采用的轧辊表面激光强化处理一般均是激光淬火及熔凝工艺方法，这些方法仅仅对原始硬度不高的锻钢、球墨铸铁轧辊有显著效果，对原始硬度较高的冷硬或无限冷硬合金铸铁轧辊效果不明显，甚至降低其使用寿命。而热轧板材、线材、棒材等大多数钢材热轧中，精轧辊由于成本及技术原因在国内外广泛采用无限冷硬合金铸铁。因此，开发激光快速熔凝之外的强化技术是推进激光强化技术在轧辊方面强化中应用的关键。

(三)发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高功率CO₂激光器快速扫描在冶金热轧辊表面获得高性能合金化层工艺。该工艺不仅可以大大提高轧辊表面的硬度，减少轧辊使用的磨损量，而且还可以带来较大的经济效益。

采用的技术方案是：

一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化工艺，其要点在于它包括以下工艺过程：

(1)首先机加工轧辊去掉表面疲劳层，得到所需尺寸和形状。然后对激光将要辐照处理的一面进行研磨，去油污和适当的清洗。

(2)用酚醛树脂粘接剂将纳米碳化物陶瓷涂料混合均匀，然后均匀地涂在预处理后的轧辊表面，预涂厚度为0.01～0.05mm，然后风干。

(3)选用DL-HL-T10000型CO₂激光器快速扫描轧辊表面的涂层，使轧辊表面薄层快速熔化，并与轧辊表面的涂层冶金结合，形成合金层。

工艺参数如下：激光功率P＝1000～10000W，扫描速度V＝1.5～20m/min，搭接率为15～35％，光斑直径为D＝0.6～5mm。

本发明的特点在于在冶金热轧辊上预涂纳米碳化物陶瓷涂料，利用高功率CO₂激光器在优化的工艺参数下实现合金化。

激光合金化是用激光将合金化粉末和基材一起熔化后迅速凝固，在表面获得合金层。它相对于激光熔覆的优点是它可以在廉价基材表面获得与基材本身差别很大的具有良好表面性能的新合金层。从而增加工件的使用寿命并降低材料损耗。由于合金元素完全溶解于表层内，获得的改性层成分很均匀，对皲裂和剥落等倾向不敏感。激光表面合金化处理轧辊时具有能量作用集中，热影响区小，合金化层组织细小，结构致密，气孔率低而且容易实现自动化生产线，没有化学污染、无辐射等优点。另外，合金化元素添加方式很多，工艺方式灵活，既可以是基材中固熔添加的硬质点，也可以是原位生成的，使得激光合金化技术更具有优势。

涂层材料成分及激光功率、扫描速度、搭接率、光斑直径等都会对合金化层组织产生重要影响。本发明选用优化的工艺参数，在激光合金化过程中，预置在轧辊表面的纳米碳化物陶瓷涂料在高温作用下发生迅速的溶解和分解，并均匀地分布在熔化层中，在超快速凝固过程中起到固溶强化和弥散强化的作用，并且使合金化层具有高度的热稳定性。由于组织高度细化还使合金层强度、塑性、韧性得到提高。

(四)具体实施方式

实施例一

首先将待强化或修复轧辊机加工轧辊去掉表面疲劳层，得到所需尺寸和形状。然后对激光将要辐照处理的一面进行研磨，去油污和适当的清洗。再将混合均匀的涂料均匀涂在轧辊表面，预涂厚度为0.02mm，风干。打开SIEMENS数控机床，利用DL-HL-T10000型CO₂激光器按照优化的工艺参数扫描涂有涂料的轧辊。具体工艺参数为：激光功率P＝1500W，扫描速度V＝1.8m/min，搭接率为20％，光斑直径为D＝0.8mm。

实施例二

首先将待强化或修复轧辊机加工轧辊去掉表面疲劳层，得到所需尺寸和形状。然后对激光将要辐照处理的一面进行研磨，去油污和适当的清洗。再将混合均匀的涂料均匀涂在轧辊表面，预涂厚度为0.03mm，风干。打开SIEMENS数控机床，利用DL-HL-T10000型CO₂激光器按照优化的工艺参数扫描涂有涂料的轧辊。具体工艺参数为：激光功率P＝2500W，扫描速度V＝3.0m/min，搭接率为25％，光斑直径为D＝2mm。

实施例三

首先将待强化或修复轧辊机加工轧辊去掉表面疲劳层，得到所需尺寸和形状。然后对激光将要辐照处理的一面进行研磨，去油污和适当的清洗。再将混合均匀的涂料均匀涂在轧辊表面，预涂厚度为0.04mm，风干。打开SIEMENS数控机床，利用DL-HL-T10000型CO₂激光器按照优化的工艺参数扫描涂有涂料的轧辊。具体工艺参数为：激光功率P＝8000W，扫描速度V＝15m/min，搭接率为30％，光斑直径为D＝4mm。

Claims

1、一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化的方法，其特征在于它包括以下工艺过程：

(1)机加工轧辊去掉表面疲劳层，得到所需尺寸和形状，然后对激光将要辐照处理的一面进行研磨，去油污和适当的清洗；

(2)用酚醛树脂粘接剂将纳米碳化物陶瓷涂料混合均匀，然后均匀地涂在预处理后的轧辊表面，预涂厚度为0.01～0.05mm，然后风干；

(3)选用高功率CO₂激光器对轧辊外表面预涂的纳米陶瓷涂料层进行快速扫描；

2、根据权利要求1所述的冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化的方法，其特征在于首先将待强化或修复轧辊机加工轧辊去掉表面疲劳层，得到所需尺寸和形状，然后对激光将要辐照处理的一面进行研磨，去油污和适当的清洗；再将混合均匀的涂料均匀涂在轧辊表面，预涂厚度为0.02mm，风干，打开SIEMENS数控机床，利用高功率CO₂激光器按照优化的工艺参数扫描涂有涂料的轧辊，具体工艺参数为：激光功率P＝1500W，扫描速度V＝1.8m/min，搭接率为20％，光斑直径为D＝0.8mm。

3、根据权利要求1所述的冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化的方法，其特征在于首先将待强化或修复轧辊机加工轧辊去掉表面疲劳层，得到所需尺寸和形状，然后对激光将要辐照处理的一面进行研磨，去油污和适当的清洗；再将混合均匀的涂料均匀涂在轧辊表面，预涂厚度为0.03mm，风干，打开SIEMENS数控机床，利用高功率CO₂激光器按照优化的工艺参数扫描涂有涂料的轧辊，具体工艺参数为：激光功率P＝2500W，扫描速度V＝3.0m/min，搭接率为25％，光斑直径为D＝2mm。

4、根据权利要求1所述的冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化的方法，其特征在于首先将待强化或修复轧辊机加工轧辊去掉表面疲劳层，得到所需尺寸和形状，然后对激光将要辐照处理的一面进行研磨，去油污和适当的清洗；再将混合均匀的涂料均匀涂在轧辊表面，预涂厚度为0.04mm，风干，打开SIEMENS数控机床，利用高功率CO₂激光器按照优化的工艺参数扫描涂有涂料的轧辊，具体工艺参数为：激光功率P＝8000W，扫描速度V＝15m/min，搭接率为30％，光斑直径为D＝4mm。