专利名称：耐高温磨损复合导位托辊的制备方法
技术领域：
本发明涉及轧钢生产线上使用的导位托辊的制备方法，特别是一种耐高温磨损复
合导位托辊的制备方法。
背景技术：
冶金设备中，轧钢线上的导卫托辊是易损件。由于钢材轧制过程中，温度达到 IIO(TC 900°C ，钢材高速运动，托辊表面承受着高温钢板的滚动和高温磨损及氧化铁皮 等磨料的高温磨料磨损，同时，在导卫托辊工作时，为降低托辊的整体温度提高轴承的寿 命，采用了强制水冷的方法，导卫托辊除了承受高温磨损外，还要承受激冷激热的作用。目 前使用的导卫托辊材料主要是Crl2Nil4-MoV，虽然该材料具有一定的耐高温磨损性能，但 是对于导卫托辊这样恶劣的工况，其性能不能完全满足要求，该耐热合金钢中无硬质碳化 物强化相分布，整体硬度较低，对于嵌入式磨损抵抗性差，在使用过程中容易出现表面被 氧化片切削和塑性疲劳损伤，出现裂纹，导致导卫托辊整体断裂而失效。在实际生产中， Crl2Nil4MoV材料制备的导卫托辊平均寿命仅为1_3个班次，生产中检修更换工作量大，生 产成本高，已经成为制约轧钢线连续生产的瓶颈。针对提高导卫托辊寿命问题，国内外开展 了多方面的研究工作，主要在冶炼过程合金化学成分配比、热处理工艺等方面开展研究，制 备适合导卫托辊工况条件的材质，但由于这些材质均采用单一材料，其价格、硬度、耐磨性、 热震性及强度、塑性和韧性等指标难以达到兼顾，无法满足导卫托辊复杂工况的特殊要求， 不具备较好的适应性。 针对导卫托辊复杂工况的实际需要，目前也有采用多种喷涂复合工艺制备的技 术，如热喷涂、等离子喷涂等，但是其复合层太薄，涂层与导位托辊母体为机械结合，在使用 中涂层容易出现破碎剥落，无法抵抗高温钢板的滚动和高温磨损及高温磨料磨损的恶劣工 况。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术用Crl2Nil4MoV材料制备的导卫托辊平均寿命 短，耐磨性、热震性差等不足，提供一种用40Cr钢棒材制备导位托辊母体，用激光熔覆，耐 磨性、热震性好实用寿命长的耐高温磨损复合导位托辊的制备方法，使用该方法生产的复 合导位托辊能够满足轧钢生产中复杂工况长时间连续生产的要求。
实现上述发明目的采用的技术方案是 —种耐高温磨损复合导位托辊的制备方法，其制备方法步骤包括a.首先用40Cr钢棒材制备导位托辊母体，托辊母体的外径尺寸为66mm 146mm，
对托辊母体进行常规热处理； b.将Ni60粉末与Cr3C2粉末用机械混合的方法混合，制得Ni60+Cr3C2合金粉末；
C.用丙酮清洗剂去除导位托辊母体表面的油污，待熔覆；
d.将待熔覆导位托辊母体预热到250 300°C ;
e.采用气动送粉的方法，送粉器的粉末传输速度为100 200g/min，用6KW大功率激光器熔覆扫描导位托辊母体，将合金粉末熔覆在导位托辊母体表面，熔覆两次，合金耐磨层厚度为2. 5mm ; f.用外圆磨床，将熔覆后的导位托辊按直径尺寸磨削掉lmm，获得尺寸、表面光洁度均满足工艺要求的复合导位托辊，该复合导位托辊的表面固接有厚的含Cr203和Cr3C2金属陶瓷的高温合金耐磨层。 本发明的优选方案是合金粉末的混合比例为Cr3C2粉末占总质量30 40%，Ni60粉末占总质量60 70%，其中03(:2粉末的粒度为350 100目，Ni60粉末的粒度为350 100目。
本发明的另一优选方案是所述6KW大功率激光器的技术参数为激光器功率P=2500 3500W，光斑直径5mm，搭接率30 50%，扫描速度V = 300 600mm/min。
本发明的另一优选方案是所述的Cr3C2粉末是"球化"处理后流动性好的金属陶瓷粉末。 在本发明中，Cr3C2粉末中的金属Cr原子不成致密堆积排列，在激光熔覆中，容易为原子半径小的氧原子渗透和氧化，但由于Cr具有比C更强的对02的亲和力，因而在温度升高时，能迅速使Cr氧化生成Cr203薄膜，所生成的Cr203薄膜的体积远大于Cr原子，致密的Cr203薄膜紧密相连，形成一层十分致密且呈化学惰性的Cr203屏蔽帘幕，从而使熔层具有优异的耐高温氧化和耐磨损性能。本发明的方法制备的复合导位托辊，表面有2mm厚的含Cr203和Cr3C2金属陶瓷的合金耐磨层，合金耐磨层硬度达到HRC63，并具有优秀的热硬度和抗高温磨损性能。Cr203和Cr3C2对Ni60熔层基体具有良好的润湿铺散能力。同时，Cr203和Cr3C2作为硬质强化相，均匀弥撒分布在合金耐磨层内，使得合金耐磨层具有很好的耐粘着磨损、高温冲蚀磨损及高温磨料磨损性能，非常适合轧钢线上导卫托辊的工作环境。合金耐磨层与40Cr钢导位托辊母体形成冶金结合，使得复合导位托辊既具有托辊母体金属的强度和韧性，又有合金耐磨层的耐高温、高硬度和高耐磨性，使得其高温耐磨性能是Crl2Nil4MoV导卫托辊的8倍以上。 该方法制备的复合导位托辊工艺过程可控性强，节约了大量贵重耐热不锈钢合金材料，具有价格低，生产率高，制备的高质量耐高温磨损导位托辊，完全满足了轧钢线上恶劣工况下连续生产的需要。
图1是本发明40Cr钢导卫托辊母体结构剖面示意图。 图2是熔覆合金耐磨层后的40Cr钢导卫托辊剖面结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。 本实施例是一种耐高温磨损复合导位托辊的制备方法，该方法按照下述步骤进行操作首先采用40Cr钢棒材制备导位托辊母体l，其外径尺寸较成品导位托辊的外径小4mm，为66mm 146mm。其他尺寸按现有成品辊制备，并进行常规热处理。采用机械混合方法获得合金粉末，其成分为Ni60+Cr^，合金粉末的混合比例为Cr3C2粉末占总质量30
4 70%，其中Cr3C2粉末的粒度为350 100目，Ni60粉末的
粒度为350 100目。其中&3(:2选用"球化"处理后流动性能好的金属陶瓷粉末。用丙酮
清洗剂去除导位托辊母体1表面的油污；将待熔覆40Cr钢导位托辊母体1预热到250 300°C。采用气动送粉的方法，送粉器的粉末传输速度为100 200g/min ;用6KW大功率激 光器扫描，激光器功率P = 2500 3500W，光斑直径5mm，搭接率30 50%，扫描速度V = 300 600mm/min，将合金粉末熔覆在40Cr钢导位托辊母体1表面，熔覆两次，合金耐磨层 厚度为2. 5mm。最后用外圆磨床，将熔覆后的导位托辊按直径尺寸磨削掉lmm，获得尺寸、表 面光洁度均满足工艺要求的复合导位托辊。该导位托辊的表面固接一层2mm厚的含Cr203 和Cr3C2金属陶瓷的高温合金耐磨层2。
具体操作实施例
实施例1 : 首先采用40Cr钢棒材制备导位托辊母体l，外径尺寸为66mm，较成品导位托辊外 径小4mm，其他尺寸按成品辊制备，并进行常规热处理。将Ni60粉末与Cr3C2粉末采用机械 混合方法混合，获得附60+03(:2合金粉末。该合金粉末的混合比例为粒度为200目"球化" 处理后流动性好的Cr3C2粉末占总质量30 % ，粒度200目的Ni60粉末占总质量70 % 。然后 用丙酮清洗剂去除托辊母体1表面的油污和锈。将待熔覆导位托辊母体1预热到28(TC。 采用气动送粉的方法，送粉器的粉末传输速度为120g/min，氩气保护。用6KW大功率激光器 扫描，激光功率P = 2700W，光斑直径5mm，搭接率30% ，扫描速度V = 350mm/min，将合金粉 末熔覆在导位托辊母体l表面，熔覆两遍，合金耐磨层厚度2. 5mm ;最后用外圆磨床，将熔覆 后的导位托辊母体1按直径尺寸磨削掉lmm，获得尺寸、表面光洁度均满足工艺要求的复合 导位托辊。该方法制备的复合导位托辊，表面有2mm厚的含Cr203和Cr3C2金属陶瓷的高温 合金耐磨层2。
实施例2 : 首先采用40Cr钢棒材制备导位托辊母体l，外径尺寸为86mm，外径尺寸较成品 导位托辊外径小4mm，其他尺寸按成品辊制备，并进行常规热处理采用机械混合方法，获得 Ni60+Cr3C2合金粉末，该合金粉末的混合比例为粒度为200目"球化"处理后流动性好的 CrA粉末占总质量40X，粒度200目的Ni60粉末占总质量60% 。然后用丙酮清洗剂去除 40Cr钢导位托辊母体1表面的油污和锈。将待熔覆导位托辊母体1预热到300°C ;采用气 动送粉的方法，送粉器粉末传输速度为120g/min，氩气保护。用6KW大功率激光器扫描，激 光功率P = 3000W，光斑直径5mm，搭接率50 % ，扫描速度V = 450mm/min，将合金粉末熔覆 在导位托辊母体1表面，熔覆两遍，合金耐磨层厚度2. 5mm。最后用外圆磨床，将熔覆后的导 位托辊按直径尺寸磨削掉lmm，获得尺寸、表面光洁度均满足工艺要求的复合导位托辊。该 方法制备的复合导位托辊，表面固接一层厚2mm的含Cr203和Cr3C2金属陶瓷的高温合金耐 磨层2。 实施例3 : 首先采用40Cr钢棒材制备导位托辊母体，外径尺寸为96mm，外径尺寸较成品导 位托辊外径小4mm，其他尺寸按成品辊制备，并进行常规热处理。采用机械混合方法，获得 附60+(>3(:2合金粉末。该合金粉末的混合比例为粒度为200目"球化"处理后流动性好的 CrA粉末占总质量40X，粒度200目的Ni60粉末占总质量60% 。然后用丙酮清洗剂去除
540Cr钢托辊母体表面的油污和锈。将待熔覆导位托辊母体预热到300°C ;采用气动送粉的 方法，速度为150g/min，氩气保护；通过6KW大功率激光器扫描，激光功率P = 3200W，光斑 直径5mm，搭接率50% ，扫描速度V = 500mm/min，将合金粉末熔覆在母体表面，熔覆两遍，合 金耐磨层厚度2. 5mm ;通过外圆磨床，将熔覆后的导位托辊按直径尺寸磨削掉lmm，获得尺 寸、表面光洁度均满足工艺要求的复合导位托辊。该方法制备的复合导位托辊，表面固接有 一层2mm厚的含Cr203和Cr3C2金属陶瓷的高温合金耐磨层2。 以上公开的仅为本发明的具体实施例，虽然本发明以较佳的实施例揭示如上，但 本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，在不脱离本发明的设计思想 和范围内，对本发明进行各种改动和润饰，都应落在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种耐高温磨损复合导位托辊的制备方法，其特征在于，其制备方法步骤包括a.首先用40Cr钢棒材制备导位托辊母体，该导位托辊母体的外径尺寸为66mm-146mm，对导位托辊母体进行常规热处理；b.将Ni60粉末与Cr3C2粉末用机械混合的方法混合，制得Ni60+Cr3C2合金粉末；C.用丙酮清洗剂去除导位托辊母体表面的油污，等待熔覆；d.将待熔覆导位托辊母体预热到250～300℃；e.采用气动送粉的方法，送粉器的粉末传输速度为100～200g/min，用6KW大功率激光器熔覆扫描导位托辊母体，将合金粉末熔覆在导位托辊母体表面，熔覆两次，合金耐磨层厚度为2.5mm；f.通过外圆磨床，将熔覆后的导位托辊按直径尺寸磨削掉1mm，获得尺寸、表面光洁度均满足工艺要求的复合导位托辊，该复合导位托辊的表面固接有一层含Cr2O3和Cr3C2金属陶瓷的高温合金耐磨层。
2. 根据权利要求1所述的耐高温磨损复合导位托辊的制备方法，其特征在于，所述合金粉末的混合比例为Cr3C2粉末占总质量30-40% ， Ni60粉末占总质量60-70% ，其中Cr3C2粉末的粒度为350-100目，Ni60粉末的粒度为350-100目。
3. 根据权利要求1所述的耐高温磨损复合导位托辊的制备方法，其特征在于，所述6KW大功率激光器的技术参数为激光功率P = 2500 3500W，光斑直径5mm，搭接率30 50%，扫描速度V = 300 600mm/min。
4. 根据权利要求1或2所述的耐高温磨损复合导位托辊的制备方法，其特征在于，所述的Cr3C2粉末是"球化"处理后流动性好的金属陶瓷粉末。
全文摘要
一种轧钢生产线上使用的导位托辊的制备方法，特别是耐高温磨损复合导位托辊的制备方法，制备步骤是首先制备导位托辊母体，对导位托辊母体进行常规热处理；将Ni60粉末与Cr3C2粉末混合，制得合金粉末。用清洗剂去除导位托辊母体表面的油污。将待熔覆导位托辊母体预热。采用气动送粉的方法，用激光器熔覆扫描导位托辊母体，将合金粉末熔覆在导位托辊母体表面，熔覆两次；用外圆磨床，将熔覆后的导位托辊按直径尺寸磨削，制得表面有金属陶瓷的合金耐磨层的成品复合导位托辊。用该方法制备复合导位托辊工艺过程可控性强，不但满足轧钢线上恶劣工况下连续生产的需要，而且节约了大量贵重耐热不锈钢合金材料，具有价格低，生产率高等优点。
文档编号B23P23/04GK101780642SQ201010126370
公开日2010年7月21日 申请日期2010年3月18日 优先权日2010年3月18日
发明者付宇明, 韩宏升 申请人:唐山瑞兆激光技术机械修复有限公司