专利名称：一种矫直辊的激光表面熔覆方法
技术领域：
本发明属于钢铁行业中厚板生产线上矫直辊的强化与修复技术领域，具体涉及到一种矫直辊的激光表面熔覆方法。
背景技术：
矫直辊是连轧精整线核心设备矫直机的关键部件，其作用是消除钢板在轧制和冷却过程中所产生不同程度的挠曲、横向瓢曲、纵向翘曲、中间浪、边浪(单边或双边)、镰刀弯、扭曲等板型缺陷及内部残余应力，提高钢板的平直度、精度及表面质量。由于在高载荷矫直力，冷热疲劳等工况下服役，矫直辊表面存在严重的磨损、腐蚀、结瘤等现象，这首先造成了矫直辊的巨大消耗，其次频繁更换矫直辊导致生产线的停工、停产，降低了生产效率， 最后矫直辊表面受损还会直接影响钢板的表面质量。采用表面工程技术，在矫直辊表面制备抗磨损、抗结瘤的强化涂层，是提高其使用寿命的一种有效手段。张小红(高硬度矫直辊套的堆焊修复，《焊工之友》2006，35 (4)，77-78)报道采用专用焊条YST103作为过渡层，M401焊条作为表面耐磨工作层，提高矫直辊的耐磨性能。中国专利CN1736627A公开了利用堆焊方法在42CrMo锻钢母材表面堆焊铁基合金制备耐磨涂层的方法。首先将42CrMo锻钢芯轴加入到300士 10°C，保温3小时，然后堆焊铁基合金工作层，堆焊完成后将矫直辊置于400士 10°C的回火炉中保温4小时，随炉冷却到 200°C后出炉空冷，得到堆焊耐磨矫直辊。堆焊技术能够较好地解决了矫直辊的耐磨性能，但堆焊技术往往需要采用堆焊前预热，堆焊后回火去应力的处理过程，必要时还需要制备过渡层，制备工艺复杂；而且堆焊涂层还容易产生孔洞、疏松等缺陷，降低了涂层的耐磨性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矫直辊的激光表面熔覆方法，该方法制备的球形铸造碳化钨和铸造碳化铬金属陶瓷复合涂层具有与基体为冶金结合，硬度高、抗磨损、抗结瘤等优点，可用于矫直辊的表面强化与修复再利用。本发明的技术方案是这样实现的，步骤如下(1)矫直辊表面除油、喷砂去除油污、氧化铁皮等杂质；(2)按照70 90% 10 20%: 5 10%的重量比，将粒度为53 150 μ m的铁基合金粉末，80 120 μ m的球形铸造碳化钨粉末和100 150 μ m的铸造碳化铬粉末混合均勻；( 调整(X)2激光器功率为4000 8000W，激光束宽度为5 10mm，激光熔覆速度为300 1500mm/min，激光搭接率为40 70%，采用同步送粉法激光熔覆上述粉末，获得含有球形铸造碳化钨和铸造碳化铬颗粒的金属陶瓷复合涂层。所述铁基合金粉末的元素含量为Cr :10 12%，Si :2. 5 3.5%，B :0. 5 1. 5%, C 0. 8 1. 0%，CeO2 :0. 5 1. 0%，余量为 Fe。所述球形铸造碳化钨粉末的碳化钨含量为10 20%。
所述铸造碳化铬粉末的碳化铬含量为5 10%。本发明的优点在于(1)采用激光熔覆技术，制备与基体冶金结合的熔覆涂层，结合强度高，保证涂层在使用过程中不剥落失效；( 选用球形铸造碳化钨，可以降低熔覆层的内应力、避免因局部应力集中导致熔覆层的开裂；(3)由于碳化钨的比重大于铁基粉末， 激光熔覆时碳化钨一般都会分布在涂层的中下部，不利于提高涂层上中部的耐磨性能，本发明选择碳化钨和碳化铬两种粉末，利用碳化铬的比重小于铁基粉末的特点，得到了碳化钨分布在中下部、碳化铬分布在中上部的金属陶瓷复合涂层，提高了整个涂层的耐磨性能; (4)由于碳化铬在800°C以下具有较好的化学稳定性，抗氧化铁皮结瘤性能好，选用碳化铬陶瓷颗粒，在提高矫直辊耐磨性能的同时，还提高了矫直辊的抗结瘤性能。本发明公开了一种采用激光熔覆技术制备抗磨损、抗腐蚀、抗结瘤的金属陶瓷复合涂层，提高矫直辊使用寿命的方法。本发明既可用于矫直辊的表面强化，也可用于报废的矫直辊的修复再利用，具有广阔的应用前景。
图1为实施例1的70%激光熔覆铁基合金+20%球形铸造碳化钨+10%铸造碳化铬的金相显微组织；图2为实施例1的80%激光熔覆铁基合金+12%球形铸造碳化钨+8%铸造碳化铬的金相显微组织；图3为实施例1的90%激光熔覆铁基合金+5%球形铸造碳化钨+5%铸造碳化铬的金相显微组织；图4为对比例的激光熔覆铁基合金的金相显微组织。
具体实施例方式实施例1(1)将矫直辊用丙酮除油，喷砂净化处理，粗糙度为Ra3 5 μ m ；(2)按照70% 20% 10%的重量比，将粒度为53 150 μ m的铁基合金粉末， 80 120 μ m的球形铸造碳化钨粉末、100 150 μ m的铸造碳化铬粉末混合均勻；(3)调整(X)2激光器功率为4000W，激光束宽为5mm，激光熔覆速度为300mm/min， 激光搭接率为40%，采用同步送粉法激光熔覆上述粉末，熔覆层厚度约为0. 5mm ；(4)将步骤(3)得到的矫直辊缓慢冷却到室温，打磨抛光熔覆层，得到含有球形铸造碳化钨，铸造碳化铬的金属陶瓷复合涂层。实施例2(1)将矫直辊用丙酮除油，喷砂净化处理，粗糙度为Ra3 5 μ m ；(2)按照80% 12% 8%的重量比，将粒度为53 150 μ m的铁基合金粉末， 80 120 μ m的球形铸造碳化钨粉末、100 150 μ m的铸造碳化铬粉末混合均勻；(3)调整(X)2激光器功率为6000W，激光束宽为7. 5mm,激光熔覆速度为800mm/min， 激光搭接率为50%，采用同步送粉法激光熔覆上述粉末，熔覆层厚度约为Imm ；(4)将步骤(3)得到的矫直辊缓慢冷却到室温，打磨抛光熔覆层，得到含有球形铸造碳化钨，铸造碳化铬的金属陶瓷复合涂层。
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实施例3(1)将矫直辊用丙酮除油，喷砂净化处理，粗糙度为Ra3 5 μ m ；(2)按照90% 5% 5%的重量比，将粒度为53 150 μ m的铁基合金粉末，80 120 μ m的球形铸造碳化钨粉末、100 150 μ m的铸造碳化铬粉末混合均勻；(3)调整(X)2激光器功率为8000W，激光束宽为10mm，激光熔覆速度为1500mm/min， 激光搭接率为70%，采用同步送粉法激光熔覆上述粉末，熔覆层厚度约为2mm ；(4)将步骤(3)得到的矫直辊缓慢冷却到室温，打磨抛光熔覆层，得到含有球形铸造碳化钨，铸造碳化铬的金属陶瓷复合涂层。对比例(1)将矫直辊用丙酮除油，喷砂净化处理，粗糙度为Ra3 5 μ m ；(2)调整(X)2激光器功率为6000W，激光束宽为6mm，激光熔覆速度为1200mm/min， 激光搭接率为55 %，采用同步送粉法，在矫直辊表面激光熔覆粒度为53 150 μ m的铁基合金粉末，熔覆层厚度约为Imm;(3)将步骤⑵得到的矫直辊缓慢冷却到室温，得到铁基合金涂层。图1、2和3分别是实施例1、2和3在铁基合金中添加不同含量的球形铸造碳化钨、 铸造碳化铬复合涂层的金相显微组织，图4是激光熔覆铁基合金的金相显微组织。可以看出激光熔覆制备的球形铸造碳化钨、铸造碳化铬复合涂层与基体为冶金结合，无裂纹、孔洞等缺陷，球形铸造碳化钨均勻分布在涂层的中下部，铸造碳化铬颗均勻分布在涂层的中上部。表1列出了实施例1、2和3与对比例中熔覆层的耐磨性能，由表1数据可知，与铁基合金相比，含有球形铸造碳化钨、铸造碳化铬的金属陶瓷复合涂层耐磨性能大幅度提高，其中70%铁基合金+20%球形铸造碳化钨+10%铸造碳化铬复合涂层的耐磨性能提高了 2. 5倍，80%铁基合金+12%球形铸造碳化钨+8%铸造碳化铬复合涂层的耐磨性能提高了 1. 6倍，90%铁基合金+5%球形铸造碳化钨+5%铸造碳化铬复合涂层的耐磨性能提高了 0. 9 倍。
权利要求
1.一种矫直辊的激光表面熔覆方法，其特征是步骤如下(1)矫直辊表面除油、喷砂去除油污、氧化铁皮等杂质；(2)按照70 90% 10 20%: 5 10%的重量比，将粒度为 53 150 μ m的铁基合金粉末，80 120 μ m的球形铸造碳化钨粉末和100 150 μ m的铸造碳化铬粉末混合均勻；( 调整(X)2激光器功率为4000 8000W，激光束宽度为5 10mm， 激光熔覆速度为300 1500mm/min，激光搭接率为40 70%，采用同步送粉法激光熔覆上述粉末，获得含有球形铸造碳化钨和铸造碳化铬颗粒的金属陶瓷复合涂层。
2.根据权利要求1所述的矫直辊的激光表面熔覆方法，其特征是所述铁基合金粉末的元素含量为 Cr 10 12%,Si :2. 5 3. 5%,B :0. 5 1. 5%,C :0. 8 1. 0%,Ce02 :0. 5 1.0%，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的矫直辊的激光表面熔覆方法，其特征是所述球形铸造碳化钨粉末的碳化钨含量为10 20%。
4.根据权利要求1所述的矫直辊的激光表面熔覆方法，其特征是所述铸造碳化铬粉末的碳化铬含量为5 10%。
全文摘要
一种矫直辊的激光表面熔覆方法。特征是矫直辊表面除油、喷砂；按照重量比，将铁基合金粉末，球形铸造碳化钨粉末和铸造碳化铬粉末混合均匀；调整CO2激光器功率，激光束宽，激光熔覆速度，激光搭接率，采用同步送粉法激光熔覆上述粉末，获得含有球形铸造碳化钨和铸造碳化铬颗粒的金属陶瓷复合涂层。本发明方法制备的金属陶瓷复合涂层中，球形铸造碳化钨、铸造碳化铬均匀分布在涂层的中下部和中上部，且与涂层结合紧密，无裂纹、孔洞等缺陷，涂层硬度高、耐磨性能、抗结瘤性能好，可用于矫直辊的表面强化与修复再利用。
文档编号C23C24/10GK102392243SQ20111043935
公开日2012年3月28日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者代明江, 佟鑫, 刘敏, 李福海, 陈兴驰, 马文有, 黄健 申请人:广州有色金属研究院