CN106756256A

CN106756256A - 一种用于大中型型材轧辊激光复合制造减磨抗热钴基合金材料

Info

Publication number: CN106756256A
Application number: CN201611240855.7A
Authority: CN
Inventors: 陈海涛; 周双; 王敏; 史建民
Original assignee: Shenyang Continental Laser Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Shenyang Continental Laser Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2016-12-29
Publication date: 2017-05-31

Abstract

本发明公开一种大中型型材轧辊激光复合制造减磨抗热钴基合金粉末，其特点是该钴基合金粉末的材料成分按重量百分比计为：C：0.55‑1.25%，Cr：20.00‑27.00%，Si：1.00‑1.30%，Ni：10.00‑15.00%，Mn：0.20‑0.50%，W：5.50‑11.50%，Fe：1.00‑1.50%，B：3.00‑5.00%，N：2.50‑5.20%，余量为Co。本发明通过优化设计激光熔覆粉末材料中的配比，设计出适合大中型型材轧辊的减磨抗热材料，通过激光熔覆技术在大中型型材轧辊表面制造熔覆层，满足轧辊的高温高压的条件下的耐磨损性能需求。

Description

一种用于大中型型材轧辊激光复合制造减磨抗热钴基合金材料

技术领域

本发明涉及一种冶金设备部件激光复合制造减磨抗热层，特别涉及一种大中型型材轧辊激光复合制造能形成稳定氧化膜的减磨抗热钴基合金粉末，属于激光熔覆技术领域。

背景技术

轧辊是轧钢生产中的主要消耗备件之一，如果考虑因轧辊消耗带来的停机、降产和设备维护，轧辊消耗占生产成本的比重非常大。板材及中小型型材轧辊由于离心复合制造技术的成熟大大提高了使用寿命和产品质量，完成了其更新换代，但大中型型材轧辊辊径大且由于孔型复杂断面直径落差大，轧辊整体寿命短且离心铸造无法适用，导致大中型型材轧辊的辊耗非常高。大中型型材轧辊孔型复杂在工作过程中承受着高温高压的同时轧辊表面与高温轧件表面有强烈的金属流动，导致轧辊表面温升严重发生氧化腐蚀的同时伴有剧烈的磨损，同时增加了轧辊表面冷热交变的热振幅。由于孔型复杂在轧辊表面必然存在金属流动的中性点，即轧辊和轧材之间发生粘着磨损。最终导致大中型型材轧辊失效形式表现为整体出现热疲劳裂纹，磨损不均匀局部（孔型的斜壁）磨损量大，且存在粘钢和尺寸较大的褶皱，影响型材的断面形状、尺寸精度和表面质量。为满足强度需求大中型型材轧辊辊身重，受孔型限制使用次数少，导致大中型型材轧辊有85%之上的质量都未充分利用而变为废铁，增加大中型型材生产成本的同时严重的浪费资源。如果制造整体高速钢轧辊提高大中型型材轧辊的寿命，虽提高单次轧制量却大大的提高生产成本。所以，目前大中型型材轧辊亟待一种新的技术革命，提高轧辊材质的利用率并降低成本。

激光熔覆技术，是一种表面改性技术，通过高能激光束在基体的表面熔覆一层熔覆层实现基体和熔覆层的冶金结合的同时不影响基体的材质。与堆焊、喷涂等复合工艺相比操作灵活，不受金属材料种类、厚度和基体材质的限制实现与基体无裂纹的冶金结合层，基体热影响区小熔覆层的冶金质量高，无20μm以上的气孔和夹杂，远优于目前轧辊常用的堆焊技术。

激光熔覆技术作为一种先进的制造与再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。但大中型型材轧辊工况复杂，对熔覆层的性能要求非常高，不仅要具有良好的抗热疲劳性能同时要具有高温热硬度和良好的耐磨性。目前。市场上不具有可直接用于进行激光熔覆制造大中型型材轧辊的合金粉末材料。因此，需研发一种用于大中型型材轧辊激光复合制造的合金材料，不仅要具有良好的抗疲劳性能满足轧辊强烈的冷热交变，同时满足在高温下的耐磨耐腐蚀性能。提高高温耐磨性，尤其是克服高温轧材在大中型型材轧辊表面的流动及粘着磨损，单一的提高硬度是无法达到预期效果的，需在熔覆层内加入减磨因子，降低轧辊和轧材件的摩擦系数进一步降低摩擦力实现高温耐磨设计。轧辊的工况是与1000℃的红热钢坯接触，工作过程中钢坯的表面会形成厚厚的氧化膜，同时轧辊的表面也会形成一层氧化膜，轧辊表面的氧化膜的形成和脱落积累表现出轧辊的磨损。所以轧辊的表面的合金层如果可以形成稳定的氧化膜，同时具有足够高温强度的基体作为支撑即可提高轧辊的耐磨性。

发明内容

本发明的目的就在于解决现有技术存在的上述问题，通过反复试验后，研发出一种满足大中型型材轧辊工况需求的减磨抗热合金材料。该减磨抗热合金材料能够通过激光熔覆技术在大中型型材轧辊表面制造熔覆层并能形成稳定氧化膜，从而满足轧辊的高温高压的条件下的耐磨损性能需求。

本发明给出的技术方案是：一种大中型型材轧辊激光复合制造减磨抗热钴基合金粉末，其特点是该钴基合金粉末的材料成分按重量百分比计为。

C：0.55-1.25%，Cr：20.00-27.00%，Si：1.00-1.30%，Ni：10.00-15.00%，

Mn：0.20-0.50%，W：5.50-11.50%，Fe：1.00-1.50%，B：3.00-5.00%，

N：2.50-5.20%，余量为Co。

这种合金粉末的特点在于以钴基合金为基体，利用钴的高温稳定性和耐高温腐蚀性能，满足大中型型材轧辊工况的高温稳定性需求；提高碳含量和合金元素的含量获得一定体积分数的碳化物硬质性满足轧制压力下的强度需求和一定的耐磨性需求；最重要的是加入六方氮化硼BN固体润滑因子，起到减磨的设计需求，在高温的粘着磨损的状况下润滑因子的加入大大减低摩擦系数从根本减低摩擦力进而起到减磨的作用大大提高熔覆层的耐磨性；镍元素的大量加入也起到稳定奥氏体钴基的作用，保障熔覆层的稳定性；碳化物和BN颗粒的存在也起到细化晶粒的作用提高熔覆层的韧性;同时钴基体及大量的铬的加入在轧制的热工况下会在合金层的表面形成致密稳定的氧化膜。

本发明给出的具有减磨、耐蚀、抗热疲劳的激光熔覆用钴基合金粉末，在实际的操作中采用6kw 光纤激光器，在大中型型材轧辊表面的激光熔覆工艺参数是：功率：2800-4000W，光斑直径：3-4.6mm，扫描速度。500-1000mm/min，搭接率：45-65%，送粉速度：25-35g/min。

本发明减磨抗热钴基合金材料具有抗热疲劳、抗高温腐蚀、耐磨损的性能，专应用于大中型型材轧辊。利用其减磨颗粒氮化硼BN的存在，在高温下轧辊和轧材的接触表面起到减磨的作用，从根本降低轧制力改善摩擦条件同时钴基合金基体满足抗热需求，大幅度提高大中型型材轧辊的单次使用寿命，且轧辊磨损速率降低表面保持能力增强，应用于大中型型材生产中大大提高劳动作业率、成才率和轧材质量。同时激光复合制造技术可重复使用基体材质，增加了轧辊整体材质的利用率，大大提高了资源利用率，减少了报废轧辊的能源损失。

与现有技术相比，本发明的有益效果是。

与现有的整体铸钢轧辊和热装高速钢辊环相比，减磨抗热钴基合金熔覆层有三方面凸出优势：首先，钴基合金和大量的铬元素提高高温耐蚀性和高温稳定性，提高抗疲劳性能和耐蚀性；其次，大量碳和钨元素设计，钴基体上分布大量硬质颗粒，高温强度远高于低合金铸造铁基材料；最后，氮化硼BN减磨因子的加入，从根本上降低摩擦系数改善摩擦副间的摩擦条件。满足了大中型型材轧辊的高温高压的复杂工况磨损需求。

具体实施方式

实施例1。

用6KW光纤激光器，研发设计减磨抗热钴基合金粉末，对大中型型材轧辊进行激光熔覆。减磨抗热钴基合金材料的成分为，C：0.85%，Cr：23.00%，Si：1.10%，Ni：10.00%，Mn：0.25%，W：8.50%，Fe：1.05%，B：3.00%， N：2.50%，余量为Co。首先清理下线后的轧辊工作表面，将表面的裂纹采用车削加工的方式处理干净，用丙酮进行清洗去除油污；将减磨抗热钴基合金粉末进行200℃保温2h的烘干处理。熔覆条件具备后采用熔覆工艺参数：功率3500W，扫描速度800mm/min，搭接率50%，同步送粉32g/min进行激光熔覆。激光熔覆制备的减磨抗热钴基合金大中型型材轧辊经上线测试后，轧辊高温稳定性提高，高温强度大大提高，与红热的钢坯接触时表面光洁度的保持能力增强，同时由于减磨氮化硼BN颗粒的存在改善了轧辊与钢坯的摩擦条件，增加轧辊的高温耐磨性和表面光洁度的保持能力。激光熔覆减磨抗热钴基合金复合制造大中型型材轧辊，耐磨性提高，过钢量增加，提高生产效率和成品率，大大降低了轧辊辊耗。

实施例2。

用6KW光纤激光器，研发设计的减磨抗热钴基合金粉末，对大中型型材轧辊进行激光熔覆。减磨抗热钴基合金材料的成分为，C：1.10%，Cr：25.00%，Si：1.20%，Ni：11.00%，Mn：0.40%，W：10.00%，Fe：1.20%，B：3.5%， N：3.85%，余量为Co。首先清理下线后的轧辊工作表面，将表面的裂纹采用车削加工的方式处理干净，用丙酮进行清洗去除油污；将减磨抗热钴基合金粉末进行200℃保温2h的烘干处理。熔覆条件具备后采用熔覆工艺参数：功率3000W，扫描速度700mm/min，搭接率55%，同步送粉30g/min进行激光熔覆。激光熔覆制备的减磨抗热钴基合金大中型型材轧辊，激光熔覆质量良好，经无损检测复合轧辊的技束要求，经上线测试后，轧辊的高温稳定性提高，高温强度大大提高，与红热的钢坯接触时表面光洁度的保持能力增强，同时由于减磨颗粒氮化硼BN的存在改善了轧辊与钢坯的摩擦条件，增加轧辊的高温耐磨性和表面光洁度的保持能力。激光熔覆减磨抗热钴基合金复合制造大中型型材轧辊，与整体铸造轧辊及堆焊轧辊相比耐磨性提高，过钢量增加，提高了生产效率和成品率，大大降低了轧辊辊耗，减少轧制过程中的人工干预。

Claims

1.一种大中型型材轧辊激光复合制造减磨抗热钴基合金粉末，其特征在于该钴基合金粉末的材料成分按重量百分比计为：

C：0.55-1.25%，Cr：20.00-27.00%，Si：1.00-1.30%，

Ni：10.00-15.00%，Mn：0.20-0.50%，W：5.50-11.50%，

Fe：1.00-1.50%，B：3.00-5.00%，N：2.50-5.20%，余量为Co。

2.根据权利要求1所述的大中型型材轧辊激光复合制造减磨抗热钴基合金粉末，其特征在于该钴基合金粉末的材料成分按重量百分比计为：

C：0.85%，Cr：23.00%，Si：1.10%，Ni：10.00%，Mn：0.25%，W：8.50%，Fe：1.05%，B：3.00%，N：2.50%，余量为Co。

3.根据权利要求1所述的大中型型材轧辊激光复合制造减磨抗热钴基合金粉末，其特征在于该钴基合金粉末的材料成分按重量百分比计为：

C：1.10%，Cr：25.00%，Si：1.20%，Ni：11.00%，Mn：0.40%，W：10.00%，Fe：1.20%，B：3.5%，N：3.85%，余量为Co。