CN112795916A - 轧辊阶梯垫的激光熔覆合金粉末及激光熔覆方法 - Google Patents
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Abstract
一种轧辊阶梯垫的激光熔覆合金粉末及激光熔覆方法，其包括底层合金粉末和面层合金粉末；底层合金粉末组分的质量百分含量为：C 0.05‑0.10%，Si 0.5‑1.5%，Cr 14‑18%，Mo 0.6‑1.0%，Ni 5.0‑7.5%，Nb 0.20‑0.30%，余量为Fe；面层合金粉末组分的质量百分含量为：C 0.15‑0.20%，Si 1.0‑1.5%，Cr 14‑18%，Mo 1.0‑1.5%，Ni 2.0‑3.0%，Mn 0.2‑0.6%，余量为Fe。底层合金粉末相比面层合金粉末降低C、增加了Ni元素，具有更好韧性，同时合金层和基体材料形成合理的硬度梯度，能显著提高轧辊阶梯垫的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，尤其是一种轧辊阶梯垫的激光熔覆合金粉末及激光熔覆方法。
背景技术
阶梯垫是精轧机的轧辊辊系组成部件，主要用来调节轧制线高度。阶梯垫的制造材质有高合金结构钢和马氏体不锈钢两种，主要材质是34CrNi3Mo，表面硬化形式有渗碳、渗氮及表面淬火等。阶梯垫在使用过程中会受到轴承座、垫板及液压装置的压力作用，并会与其接触的部位发生摩擦磨损。阶梯垫在使用过程中由于磨损腐蚀，其尺寸精度会严重下降，必须需要进行修复或更换。因此技术人员一直致力于寻找延长阶梯垫使用寿命和再利用的有效途径。
激光熔覆技术具有稀释率小、基体受热变形小、熔覆层组织细小等优点广泛应用于耐磨工件表面的修复。例如专利申请CN 109468634 A公开了一种激光熔覆技术恢复轧机阶梯垫精度的工艺方法，其通过修复后对产品进行跟踪检测，激光熔覆后能够恢复阶梯垫的尺寸精度；但是该方法由于轧辊基体和熔覆的合金层之间硬度的差距，造成二者的结合性较差，合金层容易出现开裂问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种相容性和结合性好的轧辊阶梯垫的激光熔覆合金粉末；本发明还提供了一种轧辊阶梯垫的激光熔覆方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括底层合金粉末和面层合金粉末；
所述底层合金粉末组分的质量百分含量为：C 0.05%～0.10%，Si 0.5%～1.5%，Cr14%～18%，Mo 0.6%～1.0%，Ni 5.0%～7.5%，Nb 0.20%～0.30%，余量为Fe；
所述面层合金粉末组分的质量百分含量为：C 0.15%～0.20%，Si 1.0%～1.5%，Cr14%～18%，Mo 1.0%～1.5%，Ni 2.0%～3.0%，Mn 0.2%～0.6%，余量为Fe。
本发明方法采用上述的合金粉末，其工艺为：采用底层合金粉对阶梯垫进行激光熔覆，形成熔覆底层；再采用面层合金粉在熔覆底层上进行激光熔覆，形成熔覆面层。
本发明方法所述激光熔覆的工艺参数为：功率2000～3000W，光斑直径Φ2～3mm，扫描速度8～10mm/s，搭接率40～60%；熔覆过程中对熔池用惰性气体进行保护。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明的底层合金粉末充分考虑了与基体材质的润湿性和相容性，避免了合金化过程中裂纹的出现；底层合金粉末相比面层合金粉末调整了配方成分，降低C含量、增加了Ni元素，使得底层合金粉末获得更好的韧性，同时合金层和基体材料形成合理的硬度梯度，能显著提高轧辊阶梯垫的使用寿命。
本发明方法通过两次激光熔覆，并且控制两次熔覆过程中合金粉的组成，使得底层激光熔覆时轧辊阶梯垫表面的气孔等缺陷得到了封闭和弥合；而且通过两次激光熔覆形成的两层复合合金层，在阶梯垫表面形成了硬度梯度变化，可以防止由于轧辊基体和合金层之间硬度剧烈变化而导致开裂问题的出现。本发明方法充分考虑了激光熔覆层与基体材质的相容性和结合能力，选用底层和面层两种材料，形成了梯度复合材料，实现了表面熔覆层到基体硬度梯度的合理分布，具有恢复原轧辊阶梯垫设计尺寸精度和增加表面防腐、耐磨的特点，改善了阶梯垫磨损量大、表面腐蚀等特征，提高整体使用效率，能够显著提高轧辊阶梯垫的使用寿命。
本发明方法激光熔覆时热输入量小，对表面影响很小，不会带来较大的变形， 所得产品的表面平整、均匀、光泽度高，提高了产品的使用寿命3倍以上。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例1所得轧辊阶梯垫基体和熔覆层硬度梯度分布情况示意图；
图2是对比例1所得轧辊阶梯垫基体和熔覆层硬度梯度分布情况示意图；
图3是对比例2所得轧辊阶梯垫基体和熔覆层硬度梯度分布情况示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1-8和对比例1-2：实施例为采用本轧辊阶梯垫的激光熔覆合金粉末及激光熔覆方法得到两层复合的熔覆层方法；对比例为常规生产方法，常规方法过程中，阶梯垫采用传统单一合金粉末材料熔覆的处理方法，获得单层熔覆层；各方法工艺具体如下所述。
（1）实施例1-8所采用底层合金粉末的组分及其质量百分含量见表1；实施例1-8所采用面层合金粉末的组分及其质量百分含量见表2；对比例1-2合金粉末的组分及其质量百分含量见表3。
表1：各实施例底层合金粉末的组分（wt）
表1中，组分的余量为Fe。
表2：各实施例面层合金粉末的组分（wt）
表2中，组分的余量为Fe。
表3：对比例合金粉末的组分（wt）
表3中，组分的余量为Fe。
（2）采用喷砂打磨抛光的方式对阶梯垫的表面进行除锈处理；通过铣削加工去除阶梯垫表面的表面疲劳层，疲劳层主要为原始表面的淬火层、渗碳、渗氮层及表面腐蚀层；再采用底层合金粉对上述处理后的阶梯垫进行激光熔覆，形成熔覆底层；最后采用面层合金粉在熔覆底层上进行激光熔覆，形成熔覆面层；即可得到熔覆后的阶梯垫产品。所述两次激光熔覆工艺参数均为：功率2000～3000W，光斑直径2～3mm，扫描速度8～10mm/s，搭接率40～60%；采用气动送粉，熔覆过程中对熔池用氩气进行保护。各实施例和对比例的激光熔覆工艺参数见表4。
表4：各实施例的激光熔覆工艺参数
（3）图1为实施例1所得轧辊阶梯垫基体和熔覆层硬度梯度分布情况，图2为对比例1只采用低碳成分合金粉末材料基体和熔覆层硬度梯度分布情况，图3为对比例2只采用高碳成分合金粉末材料基体和熔覆层硬度梯度分布情况。从图1可以看出两种材料复合熔覆层实现硬度坡度较缓的过渡，界面层结合紧密取得良好熔覆结果。从图2可以看出采用低碳成分单一材料，熔覆层和基体硬度值落差小，达不到很好的表面硬度强化的作用。从图3可以看出采用高碳成分单一材料，熔覆层和基体硬度值落差过大，容易在使用过程中出现早期疲劳裂纹导致熔覆层脱落，达不到应用要求。
各实施例所得熔覆底层和熔覆面层的硬度，以及所得熔覆后阶梯垫产品的使用寿命见表5。
表5：各实施例的产品性能
Claims (3)
1.一种轧辊阶梯垫的激光熔覆合金粉末，其特征在于，其包括底层合金粉末和面层合金粉末；
所述底层合金粉末组分的质量百分含量为：C 0.05%～0.10%，Si 0.5%～1.5%，Cr 14%～18%，Mo 0.6%～1.0%，Ni 5.0%～7.5%，Nb 0.20%～0.30%，余量为Fe；
所述面层合金粉末组分的质量百分含量为：C 0.15%～0.20%，Si 1.0%～1.5%，Cr 14%～18%，Mo 1.0%～1.5%，Ni 2.0%～3.0%，Mn 0.2%～0.6%，余量为Fe。
2.一种轧辊阶梯垫的激光熔覆方法，采用权利要求1所述的合金粉末，其特征在于：采用底层合金粉对阶梯垫进行激光熔覆，形成熔覆底层；再采用面层合金粉在熔覆底层上进行激光熔覆，形成熔覆面层。
3.根据权利要求1所述的轧辊阶梯垫的激光熔覆合金粉末及激光熔覆方法，其特征在于，所述激光熔覆的工艺参数为：功率2000～3000W，光斑直径Φ2～3mm，扫描速度8～10mm/s，搭接率40～60%；熔覆过程中对熔池用惰性气体进行保护。
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