CN112589105B - 一种冷轧支承辊的修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷轧支承辊的修复方法，所述方法包括，获取支承辊的缺陷深度；根据所述支承辊的缺陷深度，确定所述支承辊缺陷修复所用激光同轴送粉工艺；对所述支承辊采用所述确定的激光同轴送粉工艺进行修复。采用本发明提供的同轴送粉工艺修复冷轧辊，修复后的支承辊洛氏硬度为54‑58HRC，在线服役周期为45‑51天，大幅度的提高冷轧支承辊的服役周期。

Description

一种冷轧支承辊的修复方法
技术领域
本发明属于冷轧支承辊修复技术领域,尤其涉及一种冷轧支承辊的修复方法。
背景技术
冷轧支承辊是冷轧生产线的一部分，可以防止冷轧生产线的工作辊在带钢轧制时出现偏转变形，冷轧支承辊的服役条件复杂且恶劣，需要承受不规则磨损、弯辊力、轧制冲击等导致的附加应力，其辊面工作压力在1000t左右，局部甚至达2000t以上。国内常规冷轧产线上，冷轧支承辊的使用周期为一般15-20天，从新辊使用至报废时间约2年半左右。冷轧辊的主要失效形式有两种：一是疲劳磨损，工件尺寸达到轧机极限尺寸；二是由于应力过大，轧制过程中产生裂纹或辊面剥落与凹陷，辊面缺陷将直接导致产品表面缺陷，需要及时更换或修复失效的支承辊。
冷轧辊产生表面缺陷后，国内生产企业大多采用更换全新的支承辊来保证产品表面质量，但是成本过高，因而对冷轧辊表面修复需求不断提高。支承辊主体材质几乎均为合金锻钢，现普遍用Cr5合金锻钢辊，且辊面设置淬透层，一般采用激光淬火工艺，层厚达100mm。冷轧辊失效时，表面凹陷深度一般为5-15mm，但是常规的CMT电弧增材制造方法由于热影响区过大，易产生裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷，堆焊层易剥落，修复后，辊面修复质量以及修复材料与基体结合程度均无法得到保证，该工艺条件下支承辊不具备重新服役的条件；而且，CMT工艺精细程度低，根据冷轧辊凹陷深度不同，无法实现区分工艺的修复。
因此,亟需一种新的冷轧支承辊的修复方法。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种冷轧支承辊的修复方法，该方法使修复后的支承辊抗剥落能力强，且可以实现凹坑深度区别修复。
本发明提供了一种冷轧支承辊的修复方法，所述方法包括，
获取支承辊的缺陷深度；
根据所述支承辊的缺陷深度，确定所述支承辊缺陷修复所用激光同轴送粉工艺；
对所述支承辊采用所述确定的激光同轴送粉工艺进行修复。
进一步地，所述根据所述支承辊的缺陷深度，确定所述支承辊缺陷修复所用激光同轴送粉工艺，具体包括，
当所述支承辊的缺陷深度为1-5mm时，采用第一激光同轴送粉工艺进行支承辊修复，所述第一激光同轴送粉过程中，激光功率为2000-2500w，扫描速率为25-30mm/s。
进一步地，所述第一激光同轴送粉过程中，光斑直径为4-5mm，搭接量为2.5-3.0mm。
进一步地，所述第一激光同轴送粉过程中，送粉头到所述冷轧支承辊的垂直距离为8-12mm，层厚为1.0-1.2mm。
进一步地，所述第一激光同轴送粉过程，送粉速率为1.0-1.2r/min，并采用氩气保护进行修复，所述氩气的流量为5.0-5.7m3/s。
进一步地，所述根据所述支承辊的缺陷深度，确定所述支承辊缺陷修复所用激光同轴送粉工艺，还包括，
当所述支承辊的缺陷深度为6-10mm时，采用第二激光同轴送粉工艺进行支承辊修复，所述第二激光同轴送粉过程中，激光功率为1800-2000w，扫描速率为15-20mm/s。
进一步地，所述第二激光同轴送粉过程中，光斑直径为3-4mm，搭接量为1.5-2.0mm。
进一步地，所述第二激光同轴送粉过程中，送粉头到所述冷轧支承辊的垂直距离为8-10mm，层厚为0.8-1.0mm。
进一步地，所述第一激光同轴送粉过程，送粉速率为1.0-1.2r/min，并采用氩气保护进行修复，所述氩气的流量为4.5-5.0m3/s。送粉速率为0.8-1.0r/min。
进一步地，所用第一激光同轴送粉工艺和所述第二激光同轴送粉工艺所用的金属粉末的粒径均为50-150μm，所述金属粉末的粒径服从正态分布N(0，1)，所述金属粉末由如下质量分数的化学成分组成：C：0.4-0.5％，Si：0.3-0.5％，Mn：0.4-0.5％，P≤0.02％，S≤0.015％，Cr：4.5-5.5％，Ni：0.15-0.82％，Mo：0.2-0.4％，V：0.1-0.2％，O≤0.03％，N≤0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供了一种冷轧支承辊的修复方法，该方法首先获取支承辊的缺陷深度，然后根据支承辊的缺陷深度，确定支承辊缺陷修复所用激光同轴送粉工艺，最后对支承辊采用确定的激光同轴送粉工艺进行修复，采用激光同轴送粉进行修复，使支承辊局部熔化，然后与熔化的金属粉实现冶金结合，冷却后结合紧密难以剥落，这与传统的电弧增材制造方法相比，热影响区小，材料功能梯度设计以及硬度在圆周和深度方向上分布更均匀，因此，修复区的性能与支承辊基体更接近，具有良好的抗疲劳性能和磨损性能。采用本发明提供的同轴送粉工艺修复冷轧辊，修复后的支承辊洛氏硬度为54-58HRC，在线服役周期为45-51天，大幅度的提高冷轧支承辊的服役周期。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例1冷轧支承辊修复前的宏观形貌图；
图2为本发明实施例1冷轧支承辊修复后的修复层微观形貌图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明提供了一种冷轧支承辊的修复方法，所述方法包括，
S1，获取支承辊的缺陷深度；
S2，根据所述支承辊的缺陷深度，确定所述支承辊缺陷修复所用激光同轴送粉工艺；
S3，对所述支承辊采用所述确定的激光同轴送粉工艺进行修复。
采用激光同轴送粉进行修复，使支承辊局部熔化，然后与熔化的金属粉实现冶金结合，冷却后结合紧密难以剥落，这与传统的电弧增材制造方法相比，热影响区小，材料功能梯度设计以及硬度在圆周和深度方向上分布更均匀，因此，修复区的性能与支承辊基体更接近，具有良好的抗疲劳性能和磨损性能。采用本发明提供的同轴送粉工艺修复冷轧辊，可以大幅度的提高冷轧辊的服役周期。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述根据所述支承辊的缺陷深度，确定所述支承辊缺陷修复所用激光同轴送粉工艺，具体包括，
当所述支承辊的缺陷深度为1-5mm时，采用第一激光同轴送粉工艺进行支承辊修复，所述第一激光同轴送粉过程中，激光功率为2000-2500w，扫描速率为25-30mm/s。
当缺陷深度较浅时，可使用较高的激光功率和较高的扫描速率，提高修复效率，此时修复层数较少，热应力的累积难于造成裂纹缺陷。激光功率过高、扫描速率过低容易导致金属粉末过烧，熔覆层裂纹敏感性增大，激光功率过低、扫描速率过快会造成金属粉末熔化不完成，影响冶金结合强度。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述第一激光同轴送粉过程中，光斑直径为4-5mm，搭接量为2.5-3.0mm。控制较大的光斑直径和搭接量，目的是提高修复效率，如果光斑直径过大，单位时间内的激光比能不足以熔化所修复区域熔覆材料，过小激光比能过大容易产生熔覆裂纹。如果搭接量过大会造成熔覆组织混乱，不均匀，过小熔覆层凹凸不平，影响表面质量。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述第一激光同轴送粉过程中，送粉头到所述冷轧支承辊的垂直距离为8-12mm，层厚为1.0-1.2mm。控制送粉头与冷轧支承辊之间的垂直距离是主要是控制熔覆层层厚。距离过大熔覆层厚度小，过小熔覆层厚度太大，层厚过大和过小均会对修复质量，尤其是修复层强韧性产生严重影响，造成修复失败。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述第一激光同轴送粉过程，送粉速率为1.0-1.2r/min，并采用氩气保护进行修复，所述氩气的流量为5.0-5.7m3/s。送粉速率影响熔覆层均匀性，送粉速率过大容易使金属粉末堆积，过小又使金属粉末不连续。氩气流量控制送粉速率，过大熔覆量过大，过小送粉量不够，均严重影响修复层均匀性。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述根据所述支承辊的缺陷深度，确定所述支承辊缺陷修复所用激光同轴送粉工艺，还包括，
当所述支承辊的缺陷深度为6-10mm时，采用第二激光同轴送粉工艺进行支承辊修复，所述第二激光同轴送粉过程中，激光功率为1800-2000w，扫描速率为15-20mm/s。
当缺陷深度较深时，需要降低扫描速率，同时降低激光功率，主要目的是匹配合适的激光比能，减少因热应力的累积而造成裂纹缺陷，此时激光功率过高，扫描速率过快容易产生熔覆裂纹，造成废品。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述第二激光同轴送粉过程中，光斑直径为3-4mm，搭接量为1.5-2.0mm。控制较小的光斑直径和搭接量，从而控制适当的激光比能，保证每层粉末修复质量。此时光斑直径过大，搭接量过大容易造成粉末熔化不充分，易产生孔洞缺陷。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述第二激光同轴送粉过程中，送粉头到所述冷轧支承辊的垂直距离为8-10mm，层厚为0.8-1.0mm。控制送粉头与冷轧支承辊之间的垂直距离同样是控制熔覆层层厚，随着缺陷深度的不同，送粉头与冷轧支承辊之间要做适当的调整，距离控制不恰当，会影响修复层强韧性。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述第一激光同轴送粉过程，送粉速率为1.0-1.2r/min，并采用氩气保护进行修复，所述氩气的流量为4.5-5.0m3/s。送粉速率为0.8-1.0r/min。同样的，送粉速率影响熔覆层均匀性，随着其它工艺参数的变化，送粉速率和氩气流量不匹配，容易造成修复层不均匀，影响修复质量，影响冷轧辊的耐磨性。
作为本发明实施例的一种实施方式，所用第一激光同轴送粉工艺和所述第二激光同轴送粉工艺所用的金属粉末的粒径均为50-150μm，所述金属粉末的粒径服从正态分布N(0，1)，所述金属粉末由如下质量分数的化学成分组成：C：0.4％-0.5％，Si：0.3-0.5％，Mn：0.4-0.5％，P≤0.02％，S≤0.015％，Cr：4.5％-5.5％，Ni：0.15％-0.82％，Mo：0.2％-0.4％，V：0.1％-0.2％，O：≤0.03％，N：≤0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。
金属粉末的粒径服从正态分布，可以使其排布紧密，缝隙更小，在熔化的过程中避免与空气接触发生二次氧化，从而减少修复部位的夹杂物和气体含量，使修复后的支承辊具有良好的疲劳强度和抗磨性能。
本发明设计了与支承辊化学成分相匹配的金属粉末，其中Cr、Ni、Mo元素与冷轧辊中的Cr、Ni、Mo元素含量匹配，可实现修复后与基体的连贯性；Mn、Si等元素含量较支承辊组分含量高，可以补偿激光同轴送粉过程中的元素烧损，使修复部分的成分与支承辊成分相匹配，降低粉末中的O和N含量，可以提高修复粉末的洁净度，避免修复过程发生氧化，出现夹杂和异常硬质相的产生，提高修复层的抗疲劳性能。粉末与支承辊成分相匹配，使得二者性能相同，因此二者结合会更紧密，难以剥落，从而提高了抗剥落性能。
支承辊采用Cr5制成，其化学成分为C：0.4-0.5％，Si：0.2-0.3％，Mn：0.2-0.4％，P≤0.02％，S≤0.015％，Cr：4.5-5.5％，Ni：0.15-0.82％，Mo：0.2-0.4％，V：0.1-0.2％，余下为Fe及不可避免杂质。
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本发明的一种冷轧支承辊的修复方法进行详细说明。
实施例1
实施例1提供了一种冷轧支承辊的修复方法，包括如下步骤：
检测材质为Cr5的支承辊的缺陷深度为2mm，根据该缺陷深度确定采用如下的同轴送粉工艺：激光功率2400w，扫描速度30mm/s，光斑直径为4.5mm，搭接量为2.8mm，送粉速度1.1r/min，送粉头到工件的垂直距离10mm，层厚0.9mm，氩气保护气体流量：5.5m3/s。
其中，同轴送粉所用修复金属粉末包括如下质量分数的化学成分：C：0.4％，Si：0.35％，Mn：0.43％，P：0.02％，S：0.015％，Cr：4.5％-5.5％，Ni：0.18％，Mo：0.4％，V：0.15％，O：0.03％，N：0.03％，余量为Fe及不可避免杂质，粉末粒径为60-150μm。
实施例2
实施例2提供了一种冷轧支承辊的修复方法，包括如下步骤：
检测材质为Cr5的支承辊的缺陷深度为5mm，根据该缺陷深度确定采用如下的同轴送粉工艺：激光功率2200w，扫描速度25mm/s，光斑Φ4mm，搭接量2.5mm，送粉速度1.0r/min，送粉头到工件的垂直距离9mm，层厚0.8mm，氩气保护气体流量：5.2m3/s。
其中，同轴送粉所用修复金属粉末包括如下质量分数的化学成分：C：0.45％，Si：0.37％，Mn：0.45％，P：0.015％，S：0.013％，Cr：4.9％，Ni：0.48％，Mo：0.3％，V：0.18％，O：0.03％，N：0.03％，余量为Fe及不可避免杂质，粉末粒径为50-140μm。
实施例3
实施例3提供了一种冷轧支承辊的修复方法，包括如下步骤：
检测材质为Cr5的支承辊的缺陷深度为10mm，根据该缺陷深度确定采用如下的同轴送粉工艺：激光功率2000w，扫描速度18mm/s，光斑Φ4mm，搭接量1.6mm，送粉速度0.9r/min，送粉头到工件的垂直距离9mm，层厚0.8mm，氩气保护气体流量：4.8m3/s；
其中，同轴送粉所用修复金属粉末包括如下质量分数的化学成分：C：0.48％，Si：0.40％，Mn：0.47％，P：0.011％，S：0.01:4％，Cr：5.0％，Ni：0.43％，Mo：0.4％，V：0.2％，O：0.02％，N：0.025％，余量为Fe及不可避免杂质，粉末粒径为50-120μm。
对比例1
对比例1以实施例1为参照，与实施例1不同的是：1)采用的材料形状为焊丝丝材，其直径为1.2mm，其化学成分如下：C：0.38％，Si：0.91％，Mn：0.47％，P：0.013％，S：0.01:2％，Cr：4.8％，Mo：1.3％，V：0.25％，余量为Fe及不可避免杂质；2)采用电弧堆焊的方法修复支承辊，热影响区大，易产生裂纹，且对支承辊径向组织产生影响，造成疲劳性能。采用的堆焊工艺如下：焊接速度：0.2m/min，送丝速度：5m/min，道间距:5.74mm，保护气流量：15L/min，电流144A，电压20V。
实施例1-3以及对比例1中，每个实施例均取两份采用激光同轴送粉工艺修复冷轧辊，修复后的冷轧辊，进行洛氏硬度检测，并将其应用，统计支承辊修复后的使用寿命，如表1所示。
表1
Figure BDA0002823992490000061
实施例1-3提供的冷轧支承辊的修复方法，使得修复后的支承辊洛氏硬度为54-58HRC，在线服役周期为45-51天，提高了支承辊的使用寿命。对比例1提供的冷轧支承辊的修复方法，使得修复后的支承辊洛氏硬度为41-45HRC，在线服役周期为19-22天，明显低于本发明实施例。
本发明提供了一种冷轧支承辊的修复方法，该方法首先获取支承辊的缺陷深度，然后根据支承辊的缺陷深度，确定支承辊缺陷修复所用激光同轴送粉工艺，最后对支承辊采用确定的激光同轴送粉工艺进行修复，采用激光同轴送粉进行修复，使支承辊局部熔化，然后与熔化的金属粉实现冶金结合，冷却后结合紧密难以剥落，这与传统的电弧增材制造方法相比，热影响区小，材料功能梯度设计以及硬度在圆周和深度方向上分布更均匀，因此，修复区的性能与支承辊基体更接近，具有良好的抗疲劳性能和磨损性能。采用本发明提供的同轴送粉工艺修复冷轧辊，修复后的支承辊洛氏硬度为54-58HRC，在线服役周期为45-51天，大幅度的提高冷轧支承辊的服役周期。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种冷轧支承辊的修复方法，其特征在于，所述方法包括，
获取支承辊的缺陷深度，支承辊采用Cr5制成，其化学成分为C：0.4-0.5％，Si：0.2-0.3％，Mn：0.2-0.4％，P≤0.02％，S≤0.015％，Cr：4.5-5.5％，Ni：0.15-0.82％，Mo：0.2-0.4％，V：0.1-0.2％，余下为Fe及不可避免杂质；
根据所述支承辊的缺陷深度，确定所述支承辊缺陷修复所用激光同轴送粉工艺；
对所述支承辊采用所述确定的激光同轴送粉工艺进行修复；
所述根据所述支承辊的缺陷深度，确定所述支承辊缺陷修复所用激光同轴送粉工艺，具体包括，
当所述支承辊的缺陷深度为1-5mm时，采用第一激光同轴送粉工艺进行支承辊修复，所述第一激光同轴送粉过程中，激光功率为2000-2500w，扫描速率为25-30mm/s；
当所述支承辊的缺陷深度为6-10mm时，采用第二激光同轴送粉工艺进行支承辊修复，所述第二激光同轴送粉过程中，激光功率为1800-2000w，扫描速率为15-20mm/s；
所用第一激光同轴送粉工艺和所述第二激光同轴送粉工艺所用的金属粉末的粒径均为50-150μm，所述金属粉末的粒径服从正态分布N(0，1)，所述金属粉末由如下质量分数的化学成分组成：C：0.4-0.5％，Si：0.3-0.5％，Mn：0.4-0.5％，P≤0.02％，S≤0.015％，Cr：4.5-5.5％，Ni：0.15-0.82％，Mo：0.2-0.4％，V：0.1-0.2％，O≤0.03％，N≤0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种冷轧支承辊的修复方法，其特征在于，所述第一激光同轴送粉过程中，光斑直径为4-5mm，搭接量为2.5-3.0mm。
3.根据权利要求1所述的一种冷轧支承辊的修复方法，其特征在于，所述第一激光同轴送粉过程中，送粉头到所述冷轧支承辊的垂直距离为8-12mm，层厚为1.0-1.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种冷轧支承辊的修复方法，其特征在于，所述第一激光同轴送粉过程，送粉速率为1.0-1.2r/min，并采用氩气保护进行修复，所述氩气的流量为5.0-5.7m3/s。
5.根据权利要求1所述的一种冷轧支承辊的修复方法，其特征在于，所述第二激光同轴送粉过程中，光斑直径为3-4mm，搭接量为1.5-2.0mm。
6.根据权利要求1所述的一种冷轧支承辊的修复方法，其特征在于，所述第二激光同轴送粉过程中，送粉头到所述冷轧支承辊的垂直距离为8-10mm，层厚为0.8-1.0mm。
7.根据权利要求1所述的一种冷轧支承辊的修复方法，其特征在于，所述第二激光同轴送粉过程，送粉速率为1.0-1.2r/min，并采用氩气保护进行修复，所述氩气的流量为4.5-5.0m3/s，送粉速率为0.8-1.0r/min。
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