专利名称：热轧板材助卷辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种冶金设备部件表面制备耐磨覆层的方法，特别是涉及一种采用激光熔覆技术制备热轧板材助卷辊表面抗热耐磨合金涂层的方法，属于激光熔覆技术领域。
背景技术：
轧机助卷辊是板材轧制生产线上的重要备品备件，其质量的好坏，使用寿命的长短直接影响到辊耗大小、钢材的质量、维修费用、轧机作业率，最终影响到钢材的生产成本。 造成助卷辊失效的原因其一，交变热循环作用，使用一段时间后辊面产生热疲劳裂纹；其二，辊面与钢带间产生金属磨损和氧化皮造成的磨粒磨损。过大的冲击往往引起助卷辊的损坏。在实际生产中对助卷辊表面进行抗热耐磨处理办法以减少冲击。国内针对助卷辊修复的方法主要是车削法、电镀法、热喷涂法、电极焊法、传统堆焊法。车削法可靠、表面精度高，但是车削后轴件尺寸变小，工期长，费用高，现场处理难度大；电镀法的镀层结合强度较低，耐磨性差，镀层的镀厚能力有限；热喷涂法和电极焊法虽然修复层的结合强度较高，但是变形大，不适合大面积修复；传统堆焊法得到的堆焊层组织粗大，热影响区面积大，稀释率大，搭接处优先磨损。通过选用合适的合金粉和激光熔覆工艺，在已失效助卷辊表面能够得到具有良好的冶金结合、良好的表面形状、抗热耐磨的表面修复层。因此，选择适当的制备热轧板材助卷辊表面抗热耐磨合金涂层的工艺，进一步提高其性能和使用寿命十分重要，，是所属领域当前亟待解决的课题。激光熔覆技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。激光熔覆技术利用高能量激光束聚集能量极高的特点，瞬间将在基材表面预置或与激光同步自动送置的、具有特殊物理、化学或力学性能的合金粉末完全熔化，同时基材部分熔化，形成一种新的复合型材料，激光束扫描后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层，以达到恢复几何尺寸和表面强化的目的。目前，关于利用激光熔覆工艺制备设备部件耐磨合金覆层的专利和报道很多例如，公开号为CN1932082的中国发明专利申请给出的《在结晶器表面激光快速熔覆制备耐磨抗热复合涂层工艺》，其特点在于利用高功率激光器，通过激光快速扫描在结晶器铜板表面熔覆与基体成冶金结合的良好的韧性打底过渡层，并通过激光宽带熔覆在打底合金表面制备耐磨及抗热性能优良的钴基合金。公开号为CN1786272的中国发明专利申请给出的《激光熔覆镍基纳米WC/Co预涂层的制备方法》，该制备方法包括下列步骤①按每克重的虫胶与10 20克重的无水乙醇称量虫胶和无水乙醇，然后将所述的虫胶加入无水乙醇中制成粘结剂；②根据需要按每克镍基纳米WC/Co粉末与0. 1毫升 0. 25毫升的粘结剂的比例，称量镍基纳米WC/Co粉末和所述的粘结剂并混合，充分搅拌均勻制成预涂胶；③将上述预涂胶均勻地涂在待激光熔覆处理的工件表面，制成预涂层；④烘干。采用自制的粘结剂制备镍基纳米WC/Co预涂层，然后再采用激光熔覆工艺，制备出了表面较平整，较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的镍基纳米WC/Co复合涂层。公开号为CN101338427的中国发明专利申请给出的《液压支架立柱缸筒、活塞杆耐磨抗蚀涂层的激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程首先立柱缸筒、活塞杆表面预处理室温下对立柱缸筒、活塞杆表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净；然后合金粉末的选择和自动送粉装置的调节选用具有优良耐磨抗蚀性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，铁基合金粉末的成份中主要含有Fe、C、Cr、Ni、Mo、Si、N、Nb、Ta、B ；最后自动送粉装置的调节调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0. 6-1. 2mm。公开号为CN101338425的中国发明专利申请给出的《铁路道岔滑床板表面耐磨抗蚀合金涂层激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程首先滑床板表面预处理，即在室温下对滑床板表面进行除油除锈，并用酒精清洗干净；然后是合金粉末的预置，即把待熔覆的铁基、 镍基或钴基合金粉末预置于上述处理后的滑床板表面，并用带有导轨的刮尺来调整预制合金粉末，使之均勻分布在滑床板表面并具有适当的厚度，以满足熔覆后涂层厚度的要求；最后是光熔覆强化滑床板，选用气体CO2激光器，工作台为数控机床，在滑床板表面进行激光熔覆强化。公开号为CN101338428的中国发明专利申请给出的《镐形截齿齿体头部激光熔覆耐磨涂层强化工艺》，包括以下工艺过程首先是截齿齿体头部表面预处理；然后是合金粉末的选择和自动送粉装置的调整；最后是截齿头部激光熔覆耐磨合金涂层。现有技术给出的上述技术方案虽能利用激光熔覆工艺对部分设备部件进行耐磨覆层处理，取得一定的技术效果。但对其他特定的设备部件，例如像热轧板材助卷辊这样的特定结构，现有激光熔覆工艺所提供的工艺参数已明显不能适应。经本申请人检索查证采用激光熔覆工艺在热轧板材助卷辊表面制备抗热耐磨合金涂层，国内尚无先例，国外也没有见到相关报道。因此，寻找出适当的采用激光熔覆在热轧板材助卷辊表面制备抗热耐磨合金涂层的工艺参数，仍需所属领域的技术人员进一步作出创造性的研究工作。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术对在热轧板材助卷辊表面制备抗热耐磨合金涂层处理难的课题，通过反复研究改进，给出了一种新的热轧板材助卷辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法。该方法采用具有优良的抗热耐磨、与助卷辊基体具有良好冶金与力学相容的铁基合金粉末，在大功率激光束辐照工件表面的同时，采用自动送粉装置同步向激光熔池送入合金粉末，合金粉末在熔池内发生快速熔化和凝固，形成均勻致密的耐磨抗蚀熔覆层，熔覆层与基体形成牢固的冶金结合。熔覆层硬度可在HRC30 60内选择，熔覆层厚度在0. 7 2. 0mm，硬度、厚度均勻分布。本发明给出的技术方案是这种热轧板材助卷辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法，其特点是工艺过程如下。(1)助卷辊表面预处理室温下对助卷辊加工表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净，用着色探伤法对工件加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
(2)合金粉末的选择和自动送粉装置的调节选用具有优良抗热耐磨性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，其化学成份按重量百分含量为c :0. 05 0. 1%、Cr 15 16%、Ni 3 5%、Mo :0. 6 1%、Si :0. 6 1%、N :0. 6 0. 8%、Nb :0. 6 0. 8%、Ta 0. 2 0. 4%、B :0. 2 0. 4%，余量为 Fe。(3)光束调节选用10*lmm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸长*宽=(7 10) * (1 1. 5) mm。(4)耐磨抗蚀涂层激光熔覆选用DL — HL — T5000型CO2激光器，工作台为SIMENS 数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿助卷辊轴向进给，设定转速旋转，助卷辊加工表面形成均勻致密的激光熔覆层，熔覆工艺参数如下。激光功率P = 3500 4500W ；聚焦矩形光斑尺寸长*宽=(7 10)* (1 1. 5) mm ；扫描速度V = 400 550mm/min ；搭接率40 70% ；涂层厚度0. 7 1. 8mm。(5)熔覆后探伤检验用着色探伤法对输送辊加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔缺陷。本发明选用的DL — HL — T5000型(X)2激光器、SIMENS数控激光加工机和同步送粉装置均为本行业的常规设备。与现有技术相比，本发明的有益效果是(1)为热轧板材助卷辊表面修复提供了一种全新的修复方法。(2)该工艺采用具有良好抗热耐磨性能的合金粉末作为激光熔覆合金材料，应用激光熔覆方法将具有良好抗热耐磨性能的合金粉末均勻地熔覆在助卷辊的表面，形成细小均勻、层深可控、高质量、与基体形成良好的冶金结合的表面强化层。强化层可显著提高助卷辊表面硬度、耐磨性和抗接触疲劳的能力。
具体实施例方式实施例1 :X公司热轧板材助卷辊的修复。热轧板材助卷辊的基体材料为42CrMo合金钢；铁基合金粉末的化学组成以重量百分数计为:C :0. l%、Cr :16%, Ni :5%、Mo :1%、Si :1%、N :0. 8%、Nb :0. 8%、Ta :0. 4%、B :0. 4%,
余量为狗。其工艺过程为。(1)助卷辊表面预处理室温下对助卷辊加工表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净。用着色探伤法对助卷辊加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。(2)合金粉末的选择和自动送粉装置的调节选用具有优良抗热耐磨性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，调节自动送粉头使粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量使涂层厚度达到1. 0mm。(3)光束调节选用10*lmm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸长*宽=8*1. 5mm。(4)抗热耐磨涂层激光熔覆选用DL — HL— T5000型CO2激光器，工作台为SIMENS 数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿助卷辊轴向进给，设定转速旋转，助卷辊加工表面形成均勻致密的激光熔覆层。熔覆工艺参数如下。激光功率P = 4000W ；聚焦矩形光斑尺寸长*宽=8*1. 5mm ；扫描速度V = 400mm/ min ；搭接率45%。(5)熔覆后探伤检验用着色探伤法对助卷辊加工部位进行检验，加工部位无裂纹、气孔等缺陷。实施例2 =XX公司热轧板材助卷辊的修复。热轧板材助卷辊的基体材料为42CrMo合金钢，铁基合金粉末的化学组成以重量百分数计为:C :0. 09%、Cr :15%, Ni :4%、Mo :0. 8%、Si :0. 8%、N :0. 6%、Nb :0. 6%、Ta :0. 3%、B 0. 3%，余量为Fe。其工艺过程为。(1)助卷辊表面预处理室温下对助卷辊加工表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净。用着色探伤法对助卷辊加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。(2)合金粉末的选择和自动送粉装置的调节选用具有优良抗热耐磨性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，调节自动送粉头使粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量使涂层厚度达到1. 4mm。(3)光束调节选用10*lmm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸长*宽=9*lmm。(4)抗热耐磨涂层激光熔覆选用DL — HL — T5000型CO2激光器，工作台为SIMENS 数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿助卷辊轴向进给，设定转速旋转，助卷辊加工表面形成均勻致密的激光熔覆层。熔覆工艺参数如下。激光功率P = 4000W ；聚焦矩形光斑尺寸长*宽=肿2. Omm ；扫描速度V = 400mm/ min ；搭接率45%。(5)熔覆后探伤检验用着色探伤法对助卷辊加工部位进行检验，加工部位无裂纹、气孔等缺陷。实施例3 =XXX公司热轧板材助卷辊的修复。热轧板材助卷辊的基体材料为42CrMo合金钢，铁基合金粉末的化学组成以重量百分数计为:C :0. 06%、Cr :16%, Ni :3%、Mo :0. 6%、Si :0. 6%、N :0. 7%、Nb :0. 7%、Ta :0. 2%、B 0. 2%，余量为Fe。其工艺过程为。(1)助卷辊表面预处理室温下对助卷辊加工表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净。用着色探伤法对助卷辊加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。(2)合金粉末的选择和自动送粉装置的调节选用具有优良抗热耐磨性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，调节自动送粉头使粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量使涂层厚度达到1. 8mm。(3)光束调节选用10*lmm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸长*宽=10*lmm。
(4)抗热耐磨涂层激光熔覆选用DL — HL— T5000型CO2激光器，工作台为SIMENS 数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿助卷辊轴向进给，设定转速旋转，助卷辊加工表面形成均勻致密的激光熔覆层。熔覆工艺参数如下。激光功率P = 4000W ；聚焦矩形光斑尺寸长*宽=10*1_ ；扫描速度V = 400mm/ min ；搭接率45%。(5)熔覆后探伤检验用着色探伤法对助卷辊加工部位进行检验，加工部位无裂纹、气孔等缺陷。
权利要求
1.一种热轧板材助卷辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法，其特征在于工艺过程如下(1)助卷辊表面预处理室温下对助卷辊加工表面进行除油、除锈、清洗，并对工件加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂缺陷；(2)合金粉末的选择和自动送粉装置的调节选用具有优良抗热耐磨性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，其化学成份按重量百分含量为C 0. 05 0. 1%, Cr 15 16%、Ni 3 5%、Mo :0. 6 1%、 Si 0. 6 1%、N :0. 6 0. 8%、Nb :0. 6 0. 8%、Ta :0. 2 0. 4%、 B :0. 2 0. 4%，余量为 Fe ；(3)光束调节选用10*lmm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸长*宽= (7 10) * (1 1. 5)mm ；(4)耐磨抗蚀涂层激光熔覆选用DL — HL — T5000型(X)2激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机； 采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿助卷辊轴向进给，设定转速旋转，助卷辊加工表面形成均勻致密的激光熔覆层，熔覆工艺参数如下激光功率P = 3500 4500W，聚焦矩形光斑尺寸长*宽=(7 10)* (1 1.5)謹， 扫描速度V = 400 550mm/min， 搭接率40 70%， 涂层厚度0. 7 1. 8_ ；(5)熔覆后探伤检验用着色探伤法对输送辊加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔缺陷。
2.根据权利要求1所述的热轧板材助卷辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法，其特征在于较好的铁基合金粉末的化学成份按重量百分含量为C :0. 1%、Cr 16%, Ni :5%、Mo :1%、 Si 1%, N 0. 8%、Nb :0. 8%、Ta :0. 4%、B :0. 4%，余量为 Fe。
3.根据权利要求1所述的热轧板材助卷辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法，其特征在于较好的铁基合金粉末的化学成份按重量百分含量为c :0. 09%、Cr :15%, Ni :4%、Mo 0. 8%、Si 0. 8%、N 0. 6%、Nb :0. 6%、Ta :0. 3%、B :0. 3%,余量为 Fe。
4.根据权利要求1所述的热轧板材助卷辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法，其特征在于较好的铁基合金粉末的化学成份按重量百分含量为C :0. 06%、Cr :16%, Ni :3%、Mo 0. 6%、Si 0. 6%、N 0. 7%、Nb :0. 7%、Ta :0. 2%、B :0. 2%,余量为 Fe。
全文摘要
一种热轧板材助卷辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法，其特点是有如下步骤1)助卷辊表面预处理；2)合金粉末的选择和自动送粉装置的调节；3)光束调节，选用10*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形；4)耐磨抗蚀涂层激光熔覆选用DL－HL－T5000型CO2激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿助卷辊轴向进给，设定转速旋转，助卷辊加工表面形成均匀致密的激光熔覆层；5)熔覆后探伤检验。本发明激光熔覆形成的强化层可显著提高热轧板材助卷辊表面硬度、耐磨性和抗接触疲劳的能力。
文档编号C23C24/10GK102453899SQ20101051871
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者崔忠宝, 王悦斌, 郭晓梅, 陈海涛, 陶兴启, 黄旭东 申请人:沈阳大陆激光成套设备有限公司