CN102453895A

CN102453895A - 热轧板材精轧输送辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法

Info

Publication number: CN102453895A
Application number: CN2010105186738A
Authority: CN
Inventors: 陶兴启; 黄旭东; 陈海涛; 崔忠宝; 王悦斌; 郭晓梅
Original assignee: SHENYANG DALU LASER SYSTEM CO Ltd
Current assignee: SHENYANG DALU LASER SYSTEM CO Ltd
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-10-26
Also published as: CN102453895B

Abstract

一种热轧板材精轧输送辊表面抗热耐磨合金涂层的 制备方法，其特点是有如下步骤：1）输送辊表面预处理；2）合金粉末的选择和自动送粉装置的调节；3）光束调节，选用10*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形；4）耐磨抗蚀涂层激光熔覆选用DL－HL－T5000型CO ₂ 激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿输送辊轴向进给，设定转速旋转，输送辊加工表面形成均匀致密的激光熔覆层；5）熔覆后探伤检验。本发明激光 熔覆形成的强化层可显著提高输送辊表面硬度、耐磨性和抗接触疲劳的能力。

Description

热轧板材精轧输送辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及一种冶金设备部件表面制备耐磨覆层的方法,特别是涉及一种采用激光熔覆技术制备热轧板材精轧输送辊表面抗热耐磨合金涂层的方法，属于激光熔覆技术领域。

背景技术

精轧输送辊是热连轧板材生产线配套设备部件之一，它的使用寿命和质量对提高板材钢产品质量和生产能力有致关重要的影响。输送辊在工作过程中采用水冷，导致表面冷热交替，易于疲劳和产生龟裂；同时受到热轧板带的压力和高温的影响，表面由于摩擦产生磨损，从而其外圆尺寸减小。因此，每年都有相当数量的输送辊报废或待修，给生产带来不利影响，造成了经济损失。鉴于在板材生产中的特殊性要求，输送辊的表面改性，无论对轧钢厂还是修复单位，都具有较大的经济效益和社会效益。

输送辊表面改性的主要方法是传统堆焊法和喷焊法。传统堆焊法及喷焊法得到的堆焊层组织粗大，热影响区面积大，稀释率大，并容易出现晶粒粗大及过热组织，结合强度不高，容易出现脱落、起皮现象。重熔温度控制是喷焊过程的关键所在。重熔温度过低，涂层未熔透，熔渣不易浮出表面，造成喷焊层与基材未产生良好的冶金结合，冷却后或在加工时易开裂，以及在喷焊层中含有气孔、夹渣；温度过高(过熔)，熔池会溢流，出现波浪状，而且喷焊层合金元素会过分烧损、氧化，熔渣增加，降低喷焊层质量；涂层重熔时温度较高，输送辊容易产生变形。堆焊带搭接区域耐磨性差导致优先磨损沟，这往往是输送辊堆焊修复失效的主要原因。

因此，选择适当的制备热轧板材精轧输送辊表面抗热耐磨合金涂层的工艺，使热轧板材精轧输送辊表面抗热耐磨合金涂层与基体结合强度高、耐磨性能好、合金覆层的厚度均匀，是所属领域当前亟待解决的课题。

激光熔覆技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。

激光熔覆技术利用高能量激光束聚集能量极高的特点，瞬间将在基材表面预置或与激光同步自动送置的、具有特殊物理、化学或力学性能的合金粉末完全熔化，同时基材部分熔化，形成一种新的复合型材料，激光束扫描后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层，以达到恢复几何尺寸和表面强化的目的。

目前，关于利用激光熔覆工艺制备设备部件耐磨合金覆层的专利和报道很多：例如，公开号为CN1932082的中国发明专利申请给出的《在结晶器表面激光快速熔覆制备耐磨抗热复合涂层工艺》，其特点在于利用高功率激光器,通过激光快速扫描在结晶器铜板表面熔覆与基体成冶金结合的良好的韧性打底过渡层,并通过激光宽带熔覆在打底合金表面制备耐磨及抗热性能优良的钴基合金。

公开号为CN1786272的中国发明专利申请给出的《激光熔覆镍基纳米WC/Co预涂层的制备方法》，该制备方法包括下列步骤：①按每克重的虫胶与10～20克重的无水乙醇称量虫胶和无水乙醇，然后将所述的虫胶加入无水乙醇中制成粘结剂；②根据需要按每克镍基纳米WC/Co粉末与0.1毫升～0.25毫升的粘结剂的比例，称量镍基纳米WC/Co粉末和所述的粘结剂并混合，充分搅拌均匀制成预涂胶；③将上述预涂胶均匀地涂在待激光熔覆处理的工件表面，制成预涂层；④烘干。采用自制的粘结剂制备镍基纳米WC/Co预涂层，然后再采用激光熔覆工艺，制备出了表面较平整，较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的镍基纳米WC/Co复合涂层。

公开号为CN101338427的中国发明专利申请给出的《液压支架立柱缸筒、活塞杆耐磨抗蚀涂层的激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先立柱缸筒、活塞杆表面预处理：室温下对立柱缸筒、活塞杆表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净；然后合金粉末的选择和自动送粉装置的调节：选用具有优良耐磨抗蚀性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，铁基合金粉末的成份中主要含有Fe、C、Cr、Ni、Mo、Si、N、Nb、Ta、B；最后自动送粉装置的调节：调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.6-1.2mm。

公开号为CN101338425的中国发明专利申请给出的《铁路道岔滑床板表面耐磨抗蚀合金涂层激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先滑床板表面预处理，即在室温下对滑床板表面进行除油除锈，并用酒精清洗干净；然后是合金粉末的预置，即把待熔覆的铁基、镍基或钴基合金粉末预置于上述处理后的滑床板表面，并用带有导轨的刮尺来调整预制合金粉末，使之均匀分布在滑床板表面并具有适当的厚度，以满足熔覆后涂层厚度的要求；最后是光熔覆强化滑床板，选用气体CO ₂ 激光器，工作台为数控机床，在滑床板表面进行激光熔覆强化。

公开号为CN101338428的中国发明专利申请给出的《镐形截齿齿体头部激光熔覆耐磨涂层强化工艺》，包括以下工艺过程：首先是截齿齿体头部表面预处理；然后是合金粉末的选择和自动送粉装置的调整；最后是截齿头部激光熔覆耐磨合金涂层。

现有技术给出的上述技术方案虽能利用激光熔覆工艺对部分设备部件进行耐磨覆层处理，取得一定的技术效果。但对其他特定的设备部件，例如像热轧板材精轧输送辊这样的特定结构，现有激光熔覆工艺所提供的工艺参数已明显不能适应。

经本申请人检索查证：采用激光熔覆工艺在热轧板材精轧输送辊表面制备抗热耐磨合金涂层，国内尚无先例，国外也没有见到相关报道。因此，寻找出适当的采用激光熔覆在热轧板材精轧输送辊表面制备抗热耐磨合金涂层的工艺参数，仍需所属领域的技术人员进一步作出创造性的研究工作。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术对在热轧板材精轧输送辊表面制备抗热耐磨合金涂层处理难的课题，通过反复研究改进，给出了一种新的热轧板材精轧输送辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法。该方法采用具有优良的抗热耐磨、与输送辊基体具有良好冶金与力学相容性的铁基合金粉末，在大功率激光束辐照工件表面的同时，采用自动送粉装置同步向激光熔池送入合金粉末，合金粉末在熔池内发生快速熔化和凝固，形成均匀致密的耐磨抗蚀熔覆层，熔覆层与基体形成牢固的冶金结合。熔覆层硬度可在HRC55～60内选择，熔覆层厚度在0.8～2.0mm，硬度、厚度均匀分布。

本发明给出的技术方案是：这种热轧板材精轧输送辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法，其特点是工艺过程如下：（1）输送辊表面预处理，室温下对输送辊加工表面进行除油、除锈并用酒精清洗干净，用着色探伤法对工件加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂缺陷；（2）合金粉末的选择和自动送粉装置的调节，选用具有优良抗热耐磨性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，铁基合金粉末的化学成份按重量百分含量为：C：0.07～0.09%、Cr：17～18%、Ni：2.2～2.8%、Mo：0.5～0.8%、Si：0.5～0.8%、N：0.7～0.9%、Nb：0.7～0.9%、Ta：0.25～0.35%、B：0.25～0.35%、余量为Fe；（3）光束调节，选用10*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸:长*宽=（8～10）*（1～1.5）mm ；（4）耐磨抗蚀涂层激光熔覆，选用DL－HL－T5000型CO ₂ 激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿输送辊轴向进给，设定转速旋转，输送辊加工表面形成均匀致密的激光熔覆层；熔覆工艺参数如下：激光功率P＝3500～4000W，聚焦矩形光斑尺寸：长*宽=（8～10）*（1～1.5）mm，扫描速度V＝300～600mm/min，搭接率40～60％，涂层厚度：0.8～2.0mm ；（5）熔覆后探伤检验，用着色探伤法对输送辊加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔缺陷。

本发明选用的DL－HL－T5000型CO ₂ 激光器、SIMENS数控激光加工机和同步送粉装置均为本行业的常规设备。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）为热轧板材精轧输送辊表面修复提供了一种全新的修复方法。

（2）该工艺采用具有良好抗热耐磨性能的合金粉末作为激光熔覆合金材料，应用激光熔覆方法将具有良好抗热耐磨性能的合金粉末均匀地熔覆在输送辊的表面，形成细小均匀、层深可控、高质量、与基体形成良好的冶金结合的表面强化层。强化层可显著提高输送辊表面硬度、耐磨性和抗接触疲劳的能力。

具体实施方式

实施例1：X钢厂热轧板材精轧输送辊的修复。

热轧板材精轧输送辊的基体材料为42CrMo合金钢。

耐磨并适合工况的铁基合金粉末的化学组成以重量百分数计为：C：0.08%、Cr：17.2%、Ni：2.2%、Mo：0.5%、Si：0.5%、N：0.9%、Nb：0.9%、Ta：0.3%、B：0.3%，余量为Fe。

其工艺过程为：（1）输送辊表面预处理。

室温下对输送辊加工表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净。用着色探伤法对输送辊加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。

（2）合金粉末的选择和自动送粉装置的调节。

选用具有优良抗热耐磨性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，调节自动送粉头使粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量使涂层厚度达到0.9mm。

（3）光束调节。

选用10*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸:长*宽=8*1.5mm。

（4）抗热耐磨涂层激光熔覆。

选用DL－HL－T5000型CO ₂ 激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿输送辊轴向进给，设定转速旋转，输送辊加工表面形成均匀致密的激光熔覆层。

熔覆工艺参数如下。

激光功率P＝4000W；聚焦矩形光斑尺寸：长*宽=8*1.5mm；扫描速度V＝400mm/min；搭接率45％。

（5）熔覆后探伤检验。

用着色探伤法对输送辊加工部位进行检验，加工部位无裂纹、气孔等缺陷。

实施例2：XX钢厂热轧板材精轧输送辊的修复。

热轧板材精轧输送辊的基体材料为42CrMo合金钢。

耐磨并适合工况的铁基合金粉末的化学组成以重量百分数计为：C：0.07%、Cr：17.5%、Ni：2.5%、Mo：0.6%、Si：0.6%、N：0.7%、Nb：0.7%、Ta：0.35%、B：0.35%，余量为Fe。

其工艺过程为：（1）输送辊表面预处理。

（2）合金粉末的选择和自动送粉装置的调节。

选用具有优良抗热耐磨性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，调节自动送粉头使粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量使涂层厚度达到1.3mm。

（3）光束调节。

选用10*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸:长*宽=9*1mm。

（4）抗热耐磨涂层激光熔覆。

熔覆工艺参数如下。

激光功率P＝4000W；聚焦矩形光斑尺寸：长*宽=9*2.0mm；扫描速度V＝400mm/min；搭接率45％。

（5）熔覆后探伤检验。

实施例3：XXX钢厂热轧板材精轧输送辊的修复。

热轧板材精轧输送辊的基体材料为42CrMo合金钢。

耐磨并适合工况的铁基合金粉末的化学组成以重量百分数计为：C：0.09%、Cr：17.8%、Ni：2.8%、Mo：0.8%、Si：0.8%、N：0.8%、Nb：0.8%、Ta：0.25%、B：0.25%，余量为Fe。

其工艺过程为：（1）输送辊表面预处理。

（2）合金粉末的选择和自动送粉装置的调节。

选用具有优良抗热耐磨性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，调节自动送粉头使粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量使涂层厚度达到1.8mm。

（3）光束调节。

选用10*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸:长*宽=10*1mm。

（4）抗热耐磨涂层激光熔覆。

熔覆工艺参数如下。

激光功率P＝4000W；聚焦矩形光斑尺寸：长*宽=10*1mm；扫描速度V＝400mm/min；搭接率45％。

（5）熔覆后探伤检验。

Claims

1.一种热轧板材精轧输送辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法，其特征在于工艺过程如下：

（1）输送辊表面预处理

室温下对输送辊加工表面进行除油、除锈并用酒精清洗干净，用着色探伤法对工件加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂缺陷；

（2）合金粉末的选择和自动送粉装置的调节

选用具有优良抗热耐磨性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，铁基合金粉末的化学成份按重量百分含量为：C：0.07～0.09%、Cr：17～18%、Ni：2.2～2.8%、Mo：0.5～0.8%、Si：0.5～0.8%、N：0.7～0.9%、Nb：0.7～0.9%、Ta：0.25～0.35%、B：0.25～0.35%、余量为Fe；

（3）光束调节

选用10*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸:长*宽=（8～10）*（1～1.5）mm ；

（4）耐磨抗蚀涂层激光熔覆

选用DL－HL－T5000型CO₂激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机；

采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿输送辊轴向进给，设定转速旋转，输送辊加工表面形成均匀致密的激光熔覆层；

熔覆工艺参数如下：

激光功率P＝3500～4000W，搭接率40～60％，

聚焦矩形光斑尺寸：长*宽=（8～10）*（1～1.5）mm，

扫描速度V＝300～600mm/min，涂层厚度：0.8～2.0mm ；

（5）熔覆后探伤检验

用着色探伤法对输送辊加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔缺陷。

2.根据权利要求1所述的热轧板材精轧输送辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法，其特征在于较好的铁基合金粉末的化学成份按重量百分含量为：C：0.08%、Cr：17.2%、Ni：2.2%、Mo：0.5%、Si：0.5%、N：0.9%、Nb：0.9%、Ta：0.3%、B：0.3%，余量为Fe。

3.根据权利要求1所述的热轧板材精轧输送辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法，其特征在于较好的铁基合金粉末的化学成份按重量百分含量为：C：0.07%、Cr：17.5%、Ni：2.5%、Mo：0.6%、Si：0.6%、N：0.7%、Nb：0.7%、Ta：0.35%、B：0.35%，余量为Fe。

4.根据权利要求1所述的热轧板材精轧输送辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法，其特征在于较好的铁基合金粉末的化学成份按重量百分含量为：C：0.09%、Cr：17.8%、Ni：2.8%、Mo：0.8%、Si：0.8%、N：0.8%、Nb：0.8%、Ta：0.25%、B：0.25%，余量为Fe。