CN104988452A

CN104988452A - 一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法

Info

Publication number: CN104988452A
Application number: CN201510296425.6A
Authority: CN
Inventors: 赵家柱; 程玉凡; 张有德; 梁海峰; 吴迪
Original assignee: Hefei Orient Energy Efficiency Technology Co Ltd
Current assignee: Hefei Orient Energy Efficiency Technology Co Ltd
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2015-10-21

Abstract

本发明公开了一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法，属于耐磨衬板制备领域。本发明的步骤为：步骤一、基体制备；步骤二、基体表面脱脂及活化；步骤三、基体预热；步骤四、火焰喷焊；步骤五、后期处理。本发明中的基体材料为锻造40Cr调质钢，喷焊层材料为自熔性合金粉末。本发明耐磨衬板具有良好韧性且表面硬度高，耐磨性优良，显著提高了耐磨衬板的使用寿命，保证了轧机的生产效率与产品尺寸精度，降低了生产成本；根据火焰喷焊工艺特点，在喷焊层磨损之后，还可以反复多次进行喷涂和重熔，其耐磨性与第一次喷焊后的相等，因而对失效的耐磨衬板进行修复较为容易。

Description

一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法

技术领域

本发明涉及耐磨衬板制备领域，尤其涉及一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法。

背景技术

进口导卫是指在线、棒材轧制过程中，安装在轧机的轧辊孔型或辊环孔型前，按既定的方向和状态引导轧件进入孔型的导卫装置。进口导卫装置包括导卫梁、导卫盒、底座、导入件(包括进口导板、入口管和喇叭口等)、保持架、支座等部分。在进口导卫装置中，进口导板是轧件进入的关键控制件之一，其安装在其使用寿命直接影响轧机的生产效率。

导板工作时，与高温轧件接触并做相对高速运动，高温氧化磨损和疲劳剥落是主要的失效形式。根据我国黑色冶金行业标准“线材和棒材轧机导卫装置”(YB/T 4172-2008)的要求，导板应耐高温、耐磨损、耐冲击。结合实际工况，进口导卫装置往往配有喷淋***以降低轧件表面的温度；作业时，导板及棒、线材在水中工作，伴随产生大量高温的水蒸气，较高温度的水蒸气与空气中的氧结合，还会对导板具有强烈的锈蚀作用。因此，导板应该具有良好的抗高温氧化及腐蚀性能、耐磨损性能和良好的韧性以满足抗冲击的要求。

为了进口导板的使用寿命，业界和科研人员进行了大量的研究工作，现行的普遍做法是在进口导板的易磨损部位安装可单独进行更换的耐磨衬板，使得维修便捷，降低了进口导板的更换频率，也有利于保证轧件运行的稳定性和可靠性。现有的耐磨衬板主要有两类：一类采用锻造40Cr调质钢，其化学成分如下(质量分数，%)： C——0.37~0.44、Si——0.17~0.37、Mn——0.50~0.80、Cr——0.80~1.10、Ni——≤0.30、P——≤0.035、S——≤0.035、Cu——≤0.030)，这类耐磨衬板普遍具有较高的抗冲击性能，但抗高温氧化的性能以及耐磨性均较差；另一类采用冷作磨具钢Cr12MoV，其化学成分如下(质量分数，%)： C——1.45～1.70、Si——≤0.4、Mn——≤0.5、P——≤0.03、S——≤0.03、Cr——11～12.5、Mo——0.4～0.6、V——0.15～0.30)，并加以淬火加低温回火的热处理方式，这类耐磨衬板具有较高的抗高温氧化、耐磨性和尺寸稳定性等优点，但其韧性较差，容易产生脆性断裂。因此，开发新型耐磨衬板成为进口导板制备和研究领域的主攻方向。

新型耐磨衬板的开发主要有两个方向：一是使用新材料替换原先的基体材料40Cr或Cr12MoV。采用这种方法需要对现有的耐磨衬板制备工艺进行全面的改造，经济成本高，且生产线更换周期长；另一种则是对传统耐磨衬板材料40Cr或Cr12MoV进行表面改性，这种方法可以保持现有耐磨衬板制备工艺不变，仅仅增加表面改性步骤，需投入的成本比较低，且不需要对现有生产线进行大规模改动，因此相比较前一种方式更适合广泛采用。

火焰喷焊是一种发展较为成熟的表面改性技术，现已被广泛应用于包括模具、轧辊等领域的各种材料的表面改性中，并带来了极大的经济效益和社会效益。火焰喷焊技术具有节能环保、低成本、效率高、可靠性好以及广泛的适用性等特点。利用火焰喷焊技术向材料表面喷焊自熔性合金粉末，可以在材料表面形成一层具有优良耐磨损、抗腐蚀和耐高温性能的涂层。这种技术在别的领域已有很多研究，如我国公开号为CN87102001的专利中提到的在耐火材料模具表面利用火焰喷焊WC自熔性合金粉末，可以大大提高耐火材料模具的使用寿命，且大幅度降低成本，在喷焊层磨损之后，还可以反复多次进行喷涂和重熔，其耐磨性与第一次喷焊后的相等；还有我国授权号为CN1313635的专利中提到的在钛合金表面通过火焰喷焊Ni基合金粉末形成耐磨涂层，基体硬度提高了3～4倍，耐磨性提高了10～18倍，且基体和涂层具有优良的结合性能。但迄今为止，关于采用火焰喷焊技术在进口导卫用耐磨衬板的表面喷焊自熔性合金粉末制备耐磨涂层的研究尚未见报道。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法，以解决传统轧机进口导卫的导板在服役时磨损严重、抗腐蚀性差、耐冲击性能差而导致的寿命短、替换频繁等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法，具体步骤如下：

1、基体制备

选取合适锻造生产规格的40Cr钢板(底面留有2mm的加工余量)，经调质处理后，将钢板表面粗加工至一定粗糙度；

2、基体表面脱脂及活化

将步骤1中得到的40Cr钢板放入碱液中清洗以去除表面的油脂及轻微锈蚀，已清洗的钢板经风干后，采用喷砂工艺对工件表面进行粗化处理，使净化处理过的表面更加活化；

3、基体预热

将氧-乙炔火焰调成弱碳化焰，要求P（O₂）≥0.8MPa、P（C₂H₂）≥0.1MPa，将步骤2得到的40Cr钢板预热至合适温度范围，并立即均匀地喷涂上一层适当厚度的预保护粉以防止钢板表面氧化；

4、火焰喷焊

采取一步喷焊法对经过步骤3处理的40Cr钢板进行火焰喷焊：将钢板加热至预保护粉开始润湿、出现“镜面”时，开始送粉喷焊，送粉操作为间歇性送粉；具体操作为：将粉末均匀地喷在局部区域达预定厚度后，用同一火焰对此区域的合金粉层加热到熔融，当出现“镜面”反光现象后，再将喷枪慢慢移至另一区域，并重复上述过程，直至工件表面全部覆盖喷焊层达一定厚度；

5、后期处理

将步骤4得到的带有喷焊层的40Cr钢板缓慢冷却后，对喷焊层表面进行打磨处理，然后将喷焊产品按照工艺图纸精加工到指定规格后，即得到轧机用耐磨衬板；

优选地，步骤1中所述的调质处理工艺为淬火+高温回火；其中淬火温度范围为850℃±10℃，冷却方式为油冷；回火温度为520℃±10℃，冷却方式可以是水冷、油冷或空冷。

优选地，步骤1中所述的钢板表面粗加工后粗糙度满足Ra=12.5～6.3μm。

优选地，步骤1中所述的粗加工方法可以是喷砂、机械切削或其他粗化方法；其中机械切削可以是粗车、刨和铣。

优选地，步骤3中所述的钢板预热目标温度为300℃～400℃。

优选地，步骤3中所述的预保护粉为镍基自熔性合金粉末，其成分按质量百分比如下：C——0.6～0.7%，Cr——14～15%、Si——2.5～3.0%、W——5.5～6.0%、Nb——1.5～1.8%、Fe——≤5%、Mn——≤0.1%、Mo——≤0.1%、B——1.4～1.8%，余量为Ni。

优选地，步骤3中所述的预保护粉层厚度为0.1～0.2mm。

优选地，步骤4中所述的喷焊用粉和步骤3中的预保护粉是同一物质。

优选地，步骤4中喷焊层厚度范围为1～1.3mm。

本发明具有以下技术效果：

本发明采用在传统锻造40Cr调质钢板表面通过火焰喷焊一层镍基合金粉末的方法制备轧机进口导卫用耐磨衬板，与传统耐磨衬板相比，本发明耐磨衬板综合性能有很大提高，对比如下：

本发明与传统锻造40Cr调质钢耐磨衬板相比，具有以下优越性：第一、本发明耐磨衬板喷焊层具有主要是由扁平粒子组成的层状结构，经重熔后，喷焊层组织致密，与基体呈完全冶金结合，基体和喷焊层具有优良的结合性能；因此，本发明耐磨衬板充分继承了基体材料锻造40Cr调质钢的良好韧性，抗冲击性能好；第二、本发明喷焊用粉为镍基合金粉末(Ni含量>65%)，由于Ni与Ni合金具有良好的耐高温性能，使得本发明耐磨衬板具有锻造40Cr调质钢不具备的优良的抗高温氧化性能和耐腐蚀性能；第三、喷焊材料中的Si溶于喷焊层的合金基体中起固溶强化作用，提高了喷焊层强度；喷焊材料中的B与Cr、Ni等形成硬质金属化合物(如Ni₃B₂、Ni₂B、NiB及CrB、Cr₂B、Cr₃B₂等)，喷焊材料中的W、Nb、Cr等与C元素形成大量的硬质碳化物，这些硼化物和碳化物在合金中起弥散强化作用，显著提高了喷焊层的硬度和耐磨性，硬质碳化物WC、NbC还有强烈的细化晶粒作用，进一步提高喷焊层的强度和韧性——本发明耐磨衬板表面硬度高(HRC62～65)，是传统锻造40Cr调质钢硬度(HRC32～36)的近两倍，耐磨性提高了近6倍(以磨损失重为指标)。

相对于传统的Cr12MoV钢耐磨衬板，本发明耐磨衬板性能更为优异，表现为：第一、具有更好的韧性，抗冲击性能优良，不易发生脆性断裂；第二、本发明耐磨衬板基体为锻造40Cr调质钢，硬度较低(HRC32～36)，容易进行切削加工，而Cr12MoV耐磨衬板经淬火加低温回火热处理后，其丝孔会发生一定的变形，丝牙既硬且脆难以加工，容易在加工过程中发生脆断而报废；第三，相对于Cr12MoV钢耐磨衬板，本发明耐磨衬板的硬度也有一定的提高(HRC62～65，而Cr12MoV钢耐磨衬板经淬火加低温回火处理后硬度为HRC50～60)。

综上，本发明耐磨衬板具有良好韧性且表面硬度高，耐磨性优良，从而显著提高了耐磨衬板的使用寿命，保证了轧机的生产效率与产品尺寸精度，降低了生产成本；同时，本发明涉及的火焰喷焊工艺简单易操作，所用镍基合金粉末相对价格适中，避免了耐磨衬板整体采用高价格的合金钢，进一步有效地降低了生产成本；此外，根据火焰喷焊工艺特点，在喷焊层磨损之后，还可以反复多次进行喷涂和重熔，其耐磨性与第一次喷焊后的相等，因而对失效的耐磨衬板进行修复较为容易。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法，以解决传统轧机进口导卫的导板在服役时磨损严重、抗腐蚀性差、耐冲击性能差而导致的寿命短、替换频繁等问题。

实施例1

以制备规格为210×140×28(单位：mm)的轧机进口导卫用耐磨衬板为例，本实施例提供了一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法。该方法包括以下步骤：

1、基体制备

选取锻造生产规格为210×140×30(单位：mm)的40Cr钢板(底面留有2mm的加工余量)，经淬火+高温回火的调质处理后，将钢板表面粗加工至粗糙度Ra=12.5～6.3μm。

其中淬火温度范围为850℃±10℃，冷却方式为油冷；回火温度为520℃±10℃，冷却方式可以是水冷、油冷或空冷。

其中，粗加工方式是机械切削，包括粗车、刨和铣。

2、基体表面脱脂及活化

将步骤1中得到的40Cr钢板放入碱液中清洗以去除表面的油脂及轻微锈蚀，已清洗的钢板经风干后，采用喷砂工艺对工件表面进行粗化处理，使净化处理过的表面更加活化。

3、预热

将氧-乙炔火焰调成弱碳化焰，要求P（O₂）≥0.8MPa、P（C₂H₂）≥0.1MPa，将步骤2得到的40Cr钢板预热至400℃，并立即均匀地喷涂上0.2mm厚的预保护粉以防止钢板表面氧化。

其中，预保护粉为镍基自熔性合金粉末，其成分按质量百分比如下：C～0.7%，Cr～14%、Si～2.5%、W～6.0%、Nb～1.8%、Fe～4.5%、Mn～0.05%、Mo～0.05%、B1.6%，余量为Ni。

通过预热可以除去40Cr钢板表面的潮气，提高待喷焊层与基体钢板的结合强度以及减小应力避免粉层出现开裂和脱壳的现象。

钢板预热至400℃时工件表面呈淡蓝色，应以此作为初步判断温度是否达到要求的标准，最后用表面温度计测量温度。

4、喷焊

采取一步喷焊法对经过步骤3处理的40Cr钢板进行火焰喷焊：将钢板加热至预保护粉开始润湿、出现“镜面”时，开始送粉喷焊，送粉操作为间歇性送粉；具体操作为：将粉末均匀地喷在局部区域达预定厚度后，用同一火焰对此区域的合金粉层加热到熔融，当出现“镜面”反光现象后，再将喷枪慢慢移至另一区域，并重复上述过程，直至工件表面全部覆盖喷焊层达1.3mm。

其中，喷焊粉层为与预保护粉相同成分的镍基自熔性合金粉末。对本发明喷焊层合金粉末的部分元素详细说明如下：Ni及Ni基合金是优异的耐高温材料，高温下化学稳定性好，抗高温氧化及腐蚀性能好；Cr元素可以固溶强化基体，提高钢的淬透性、耐磨性和耐腐蚀性，在提高硬度和强度的同时不降低冲击韧度；Si元素溶于喷焊的合金基体中，造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度与硬度增加，提高了喷焊层强度与硬度；B元素与Cr、Ni等形成弥散分布的硬质化合物颗粒(如Ni₃B₂、Ni₂B、NiB及CrB、Cr₂B、Cr₃B₂等)，弥散的超细微粒阻碍位错的运动，既可显著提高合金强度和硬度，又可使塑性和韧性下降不大；喷焊材料中的W、Nb、Cr等与C元素形成大量的硬质碳化物，这些碳化物在合金中起弥散强化作用，显著提高了喷焊层的硬度和耐磨性；硬质碳化物WC、NbC还有强烈的细化晶粒作用，可以同时提高材料的屈服强度和硬度，从而同时提升合金硬度和韧性。

5、后期处理

将步骤4得到的带有喷焊层的40Cr钢板缓慢冷却后，对喷焊层表面进行打磨处理，然后将喷焊产品按照工艺图纸精加工到210×140×28(单位：mm)，即得到轧机用耐磨衬板。

实施例2

本实施例提供一种耐磨衬板，包括锻造40Cr调质钢的基体和火焰喷焊法喷焊在基体上的耐磨层，其中耐磨层成分按质量百分比如下：C～0.6%，Cr～15%、Si～3%、W～5.5%、Nb～1.5%、Fe～4%、Mn～0.1%、Mo～0.1%、B1.5%，余量为Ni。

实施例3

对实施例1、2中的耐磨衬板及同样规格的锻造40Cr调质钢(860℃淬火油冷+ 520℃回火油冷)耐磨衬板、同样规格的Cr12MoV钢(淬火+低温回火热处理)耐磨衬板进行力学性能测试——包括表层硬度测试、磨损实验和冲击韧性实验(标准U型试样，20℃下测定)。实验结果如下表1所示：

表1 实施例和对比例的力学性能测试结果

通过力学性能测试结果可以看出，本发明耐磨衬板与传统耐磨衬板相比，综合力学性能有很大提高，不但具有良好韧性且表面硬度高，耐磨性优良。

从表中可以看出，本发明与传统锻造40Cr调质钢耐磨衬板相比，具有以下优越性：第一、本发明耐磨衬板充分继承了基体材料锻造40Cr调质钢的良好韧性，抗冲击性能好；第二、本发明耐磨衬板表面硬度高(HRC64～65)，是传统锻造40Cr调质钢硬度(HRC34)的近两倍；第三，本发明耐磨衬板耐磨性提高了近6倍(以磨损失重为指标)。

相对于传统的Cr12MoV钢耐磨衬板，本发明耐磨衬板性能更为优异，表现为：第一、具有更好的冲击韧性，抗冲击性能优良，不易发生脆性断裂；第二，相对于Cr12MoV钢耐磨衬板，本发明耐磨衬板的硬度也有一定的提高(HRC64～65，而Cr12MoV钢耐磨衬板经淬火加低温回火处理后硬度为HRC60)。

以上对本发明所提供的一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法进行了详细介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、基体制备

步骤二、基体表面脱脂及活化

将步骤一中得到的40Cr钢板放入碱液中清洗以去除表面的油脂及轻微锈蚀，已清洗的钢板经风干后，采用喷砂工艺对工件表面进行粗化处理，使净化处理过的表面更加活化；

步骤三、基体预热

将氧-乙炔火焰调成弱碳化焰，要求P(O₂)≥0.8MPa、P(C₂H₂)≥0.1MPa，将步骤二得到的40Cr钢板预热至合适温度范围，并立即均匀地喷涂上一层适当厚度的预保护粉以防止钢板表面氧化；

步骤四、火焰喷焊

采取一步喷焊法对经过步骤三处理的40Cr钢板进行火焰喷焊：将钢板加热至预保护粉开始润湿、出现“镜面”时，开始送粉喷焊，送粉操作为间歇性送粉；具体操作为：将粉末均匀地喷在局部区域达预定厚度后，用同一火焰对此区域的合金粉层加热到熔融，当出现“镜面”反光现象后，再将喷枪慢慢移至另一区域，并重复上述过程，直至工件表面全部覆盖喷焊层达一定厚度；

步骤五、后期处理

将步骤四得到的带有喷焊层的40Cr钢板缓慢冷却后，对喷焊层表面进行打磨处理，然后将喷焊产品按照工艺图纸精加工到指定规格后，即得到轧机用耐磨衬板。

2.根据权利要求1所述的一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法，其特征在于：步骤一中所述的调质处理工艺为淬火+高温回火；其中淬火温度范围为850℃±10℃，冷却方式为油冷；回火温度为520℃±10℃，冷却方式可以是水冷、油冷或空冷。

3.根据权利要求1所述的一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法，其特征在于：步骤一中所述的钢板表面粗加工后粗糙度满足Ra=12.5～6.3μm。

4.根据权利要求1所述的一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法，其特征在于：步骤一中所述的粗加工方法可以是喷砂、机械切削或其他粗化方法；其中机械切削可以是粗车、刨和铣。

5.根据权利要求1所述的一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法，其特征在于：步骤三中所述的40Cr钢板预热温度为300℃～400℃。

6.根据权利要求1所述的一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法，其特征在于：步骤三中所述的预保护粉为镍基自熔性合金粉末，其成分按质量百分百如下：C——0.6～0.7%，Cr——14～15%、Si——2.5～3.0%、W——5.5～6.0%、Nb——1.5～1.8%、Fe——≤5%、Mn——≤0.1%、Mo——≤0.1%、B——1.4～1.8%，余量为Ni。

7.根据权利要求1所述的一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法，其特征在于：步骤三中所述的预保护粉层厚度为0.1～0.2mm。

8.根据权利要求1所述的一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法，其特征在于：步骤四中所述的喷焊用粉和步骤3中的预保护粉是同一物质。

9.根据权利要求1所述的一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法，其特征在于：步骤四中喷焊层厚度范围为1～1.3mm。