CN106835124B - 一种轧辊表面金属间化合物复合激光增韧强化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轧辊表面金属间化合物复合激光增韧强化工艺，属于冶金轧辊技术领域。技术方案是：采用金属间化合物Fe3Al和ZrO2的复合材料，参与激光纳米强化处理；采用纳米级的基碳化物作为增强相，纳米级的60‑70份Ti基碳化物、4‑6份Si基碳化物、1‑2份W基碳化物、1‑2份Cr基碳化物；本发明的有益效果是：经过激光复合材料强化处理的热轧辊，工作表面形成强韧性强化层，保持了高温硬度、高耐磨、抗氧化、耐磨耐腐蚀等疲劳强度基础，增加了强化层强韧性能,改善了因脆性带来的龟裂倾向，可以显著提高热轧辊的过钢量，延长换辊周期。

Description

一种轧辊表面金属间化合物复合激光增韧强化工艺
技术领域
本发明涉及一种轧辊表面金属间化合物复合激光增韧强化工艺，属于冶金轧辊技术领域。
背景技术
轧辊是钢铁行业各种型材轧机上的主要变形工具。在轧钢生产线上大量使用各种类型的轧辊，其中热轧辊是使用量和消耗量最大的轧辊。热轧辊在高温、高载荷、冷热交变、腐蚀、磨耗等恶劣工况条件下服役，经受强大的冲击力和压力等交变应力作用，发生磨损、锈蚀、裂纹、剥落，甚至断裂等疲劳损伤，致使其失效或报废。各种轧辊，特别是热轧辊是钢铁企业生产成本中的一项很大的消耗，一直是钢铁企业技术和生产中的一个重要难题。为了能适当增加热轧辊的使用时间，改善轧制型材的性能和品质，降低消耗和生产成本，已有技术采用传统的补焊修理方法，可以使部分钢制和球铁制的轧辊适当恢复原新品的尺寸，虽然达不到原技术性能指标和使用寿命，也可以作为替代品暂时使用。近年来，应用激光熔覆和陶瓷表面强化技术对热轧辊进行强化处理，使热轧辊的技术性能和使用寿命得以恢复与提高。但是，不同材质热轧辊激光熔覆技术应用的存在如下问题：陶瓷材料强化后的热稳定性不足，强化层内微观组织韧性较低，强化层易在使用过程中产生龟裂等。
发明内容
本发明目的是提供一种轧辊表面金属间化合物复合激光增韧强化工艺，经过激光复合材料强化处理的热轧辊，工作表面形成强韧性强化层，保持了高温硬度、高耐磨、抗氧化、耐磨耐腐蚀等疲劳强度基础，增加了强化层强韧性能,改善了因脆性带来的龟裂倾向，可以显著提高热轧辊的过钢量，延长换辊周期，解决背景技术中存在的问题。
本发明的技术方案是：
一种轧辊表面金属间化合物复合激光增韧强化工艺，包含如下工艺步骤：
采用金属间化合物Fe3Al和ZrO2的复合材料，参与激光纳米强化处理；这样，有效的利用此化合物材料所具有的高强度、高温蠕变、热稳定性、抗氧化及耐腐蚀等性能；同时，在复合相中，充分利用其特有的多种强化与增韧机理的叠加及额外附加的协同效应；用于增加热轧辊激光纳米强化中的强韧性能，改善强化相的增韧指标；
所述复合材料，为金属间化合物Fe3Al和ZrO2，按同等比例份额制作成微米级颗粒状物料。
采用纳米级的基碳化物作为增强相，增强相的组份质量份数为：纳米级的60-70份Ti基碳化物、4-6份Si基碳化物、1-2份W基碳化物、1-2份Cr基碳化物；增强相改善了陶瓷材料脆化性，形成了优势互补效应；具备了高温硬度、高温强度、高温热稳定性、耐磨损、耐腐蚀、增韧协同及不老化等特点，达到了金属间化合物复合材料与陶瓷材料的强韧协同配合，获得固溶强化和弥散强化及沉淀强化和增韧强化的效果；
具体步骤如下：将质量份数1-2份的复合材料与10-15份的增强相进行混合，组成复合结构的强韧化材料，强韧化材料预涂在热轧辊工作辊面上或采用同轴送粉方式送达辊身表面上，预涂厚度为涂0.2-0.3mm；使用激光加工机组进行激光复合强化处理，在轧辊表面0.5-2.0mm深度内形成增韧强化层。
所述激光加工机组采用机器人智能操作，激光功率密度2x105w/cm2，光斑Φ5mm，扫描速率60-100mm/s，进行激光复合强化处理，在轧辊表面0.5-2.0mm深度内形成弥撒分布的固溶强化和沉淀强化的增韧强化层。
经过本发明激光复合材料强化处理的热轧辊，工作表面形成的由微米颗粒金属间化合物复合材料与纳米级增强材料共同组成的协同配合的强韧性强化层，对比已有技术单纯纳米陶瓷材料激光强化处理，保持了高温硬度、高耐磨、抗氧化、耐磨耐腐蚀等疲劳强度基础，增加了强化层强韧性能,改善了因脆性带来的龟裂倾向。可以显著提高热轧辊的过钢量，延长换辊周期，延长使用寿命50%以上。
本发明的有益效果是：经过激光复合材料强化处理的热轧辊，工作表面形成强韧性强化层，保持了高温硬度、高耐磨、抗氧化、耐磨耐腐蚀等疲劳强度基础，增加了强化层强韧性能,改善了因脆性带来的龟裂倾向，可以显著提高热轧辊的过钢量，延长换辊周期。
具体实施方式
以下结合通过实例对本发明作进一步说明。
一种轧辊表面金属间化合物复合激光增韧强化工艺，包含如下工艺步骤：
采用金属间化合物Fe3Al和ZrO2的复合材料，参与激光纳米强化处理；这样，有效的利用此化合物材料所具有的高强度、高温蠕变、热稳定性、抗氧化及耐腐蚀等性能；同时，在复合相中，充分利用其特有的多种强化与增韧机理的叠加及额外附加的协同效应；用于增加热轧辊激光纳米强化中的强韧性能，改善强化相的增韧指标；
所述复合材料，为金属间化合物Fe3Al和ZrO2，按同等比例份额制作成微米级颗粒状物料。
采用纳米级的基碳化物作为增强相，增强相的组份质量份数为：纳米级的60-70份Ti基碳化物、4-6份Si基碳化物、1-2份W基碳化物、1-2份Cr基碳化物；增强相改善了陶瓷材料脆化性，形成了优势互补效应；具备了高温硬度、高温强度、高温热稳定性、耐磨损、耐腐蚀、增韧协同及不老化等特点，达到了金属间化合物复合材料与陶瓷材料的强韧协同配合，获得固溶强化和弥散强化及沉淀强化和增韧强化的效果；
具体步骤如下：将质量份数1-2份的复合材料与10-15份的增强相进行混合，组成复合结构的强韧化材料，强韧化材料预涂在热轧辊工作辊面上或采用同轴送粉方式送达辊身表面上，预涂厚度为涂0.2-0.3mm；使用激光加工机组进行激光复合强化处理，在轧辊表面0.5-2.0mm深度内形成增韧强化层。
所述激光加工机组采用机器人智能操作，激光功率密度2x105w/cm2，光斑Φ5mm，扫描速率60-100mm/s，进行激光复合强化处理，在轧辊表面0.5-2.0mm深度内形成弥撒分布的固溶强化和沉淀强化的增韧强化层。
本实施例中，轧制螺纹钢材的热轧辊，材质为含铬、镍无限冷硬铸铁制造。规格为Φ370x650x1513mm、辊身硬度为72-74HSD。工作中在高温、高压力、冷热交变等恶劣工况条件下，产生磨耗、热裂纹、锈蚀等疲劳损伤是热轧辊使用寿命周期短的主要因素。
采用本发明工艺，微米颗粒Fe３Al和ZrO２复合材料与纳米级Si、Ti、Cr、W基碳化物作为增强相进行混合，组成复合结构的强韧化材料，用于提升热轧辊的技术性能指标，延长其过钢量和周期使用寿命。
首先，将新轧辊或周期使用后经过车削（或磨削）后待用的轧辊辊身表面均匀预涂0.2-0.3mm厚度的复合结构的强韧化材料，也可以采用同轴送粉方式。采用3KW半导体激光加工机组和单臂式机器人智能控制操作。激光激光功率密度2x105w/cm2，光斑Φ5mm，扫描速率70mm/s，在辊身表面激光强化处理0.5-2.0mm深度的增韧强化层。
经过激光处理的热轧辊，投入轧钢生产中使用。由于采用强韧性强化处理，相比原单纯激光纳米陶瓷材料强化处理，热轧辊的周期过钢量和使用寿命得到明显增加，每支热轧辊总体使用寿命提高约80%。

Claims (2)

1.一种轧辊表面金属间化合物复合激光增韧强化工艺，其特征在于包含如下工艺步骤：
①采用金属间化合物Fe3Al和ZrO2的复合材料，参与激光纳米强化处理；所述复合材料，为金属间化合物Fe3Al和ZrO2，按同等比例份额制作成微米级颗粒状物料；
②采用纳米级的基碳化物作为增强相，增强相的组份质量份数为：纳米级的60-70份Ti基碳化物、4-6份Si基碳化物、1-2份W基碳化物和1-2份Cr基碳化物；
具体步骤如下：将质量份数1-2份的复合材料与10-15份的增强相进行混合，组成复合结构的强韧化材料，强韧化材料预涂在热轧辊工作辊面上或采用同轴送粉方式送达辊身表面上，预涂厚度为涂0.2-0.3mm；使用激光加工机组进行激光复合强化处理，在轧辊表面0.5-2.0mm深度内形成增韧强化层。
2.根据权利要求1所述的一种轧辊表面金属间化合物复合激光增韧强化工艺，其特征在于：所述激光加工机组采用机器人智能操作，激光功率密度2x105w/cm2，光斑Φ5mm，扫描速率60-100mm/s，进行激光复合强化处理。
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