一种激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法
【专利摘要】本发明涉及一种激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法，包括：步骤1)对冷轧辊的待修复区进行打磨、清洁和喷砂处理；步骤2)在经步骤1)处理的冷轧辊待修复区表面铺置钎剂，再将钎料粉末铺置在钎剂上，最后通过高温加热方式制备得到第一过渡层；步骤3)将过渡材料粉末铺置在第一过渡层表面，通过激光熔覆操作制备得到第二过渡层；步骤4)将合金粉末铺置在第二过渡层表面，通过激光熔覆操作制备得到第三梯度层。本发明方法从熔覆层的结构设计入手，将熔覆层设计为一种具有多层结构的合金梯度层，解决了冷轧辊修复后易产生裂纹、结合强度较低、易发生脱落等问题。
【专利说明】一种激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及冷轧辊修复【技术领域】，具体涉及一种利用激光熔覆制备梯度涂层来修复冷轧辊的方法。
【背景技术】
[0002]冷轧辊是冷轧机的关键部件及消耗部件，在轧制过程中，工作应力极大，同时受到轧件的夹杂、边裂等问题的影响，容易造成轧辊表面划伤、裂纹、粘辊、剥落甚至报废，因此要求冷轧辊表面具备相当高的硬度、强韧性和抗裂性。冷轧辊通常采用合金钢锻造并经过复杂的热处理工艺制造成，生产成本非常昂贵。相关资料统计，我国大型钢铁企业冷轧辊损耗率约为0.8-1.1千克/吨，粗略估算每年冷轧辊消耗量50万吨以上。如果消耗的轧辊全部报废，无形中增加钢铁企业的生产成本、同时也会带来巨大的资源浪费。
[0003]目前，冷轧辊修复采用的方法是堆焊，激光熔覆等。冷轧辊的材质多数为高碳低合金模具钢，硬度较高，堆焊仅能够适用于对裂纹、硬度、冲击韧度没有要求或者要求不高的冷轧辊修复，对于硬度超过HRC55以上的冷轧辊，在堆焊过程中极易产生裂纹。国内还没有能够应用堆焊修复冷轧辊的成熟产品问世。如中国专利申请号96102348.1号和中国专利申请号6102347.3号公开的工艺方法在武钢集团和唐山松汀钢铁有限公司的冷轧辊修复试用上均未能取得成功。
[0004]激光熔覆应用于修复冷轧辊时，由于激光加热快冷却快，产生的过渡区尺寸过小，造成这一区域应力集中，基材与熔覆层机械性能相差较大时，倾向更严重。同时，冷轧辊表面材质含碳量很高，使得基材与熔覆层产生脆相，结合强度较低，容易发生脱落现象。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术的不足，本发明通过对激光熔覆过渡层的材质和厚度进行合理设计，提供一种利用激光熔覆制备梯度涂层，从而修复冷轧辊的方法。本发明的工艺方法所采取的技术方案为:
[0006]一种激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法，包括以下步骤；
[0007]I)对冷轧辊的待修复区进行打磨、清洁和喷砂处理；
[0008]2)在经步骤I)处理的冷轧辊待修复区表面铺置钎剂，再将钎料粉末铺置在钎剂上，最后通过高温加热方式制备得到第一过渡层；
[0009]3)将过渡材料粉末铺置在第一过渡层表面，通过激光熔覆操作制备得到第二过渡层；
[0010]4)将合金粉末铺置在第二过渡层表面，通过激光熔覆操作制备得到第三梯度层。
[0011]进一步地，所述步骤2)中的高温加热方式为高频感应加热。
[0012]进一步地，所述步骤3)中激光熔覆操作至少重复I次，所述步骤4)中的激光熔覆操作至少重复2次。
[0013]进一步地，所述步骤2)中钎料粉末包括金、锰、镍、锌、铬；对应的质量百分含量分别为:50 ?60%，10 ?15%，8 ?15%，20 ?30%，I ?5%。
[0014]进一步地，所述步骤3)中过渡材料粉末包括镍、铬、钥、铁、铌-钽合金、锰、硅、铜、钛、铝；对应的质量百分含量分别为:52?65%，15?25%，8?18%，3?10%，4?8%，0.2 ?2.0%，0.5 ?2.0%，0.5 ?2.0%，0.5 ?2.0%，0.5 ?2.0%。
[0015]进一步地，所述步骤4)中合金粉末包括铁、铬、镍、钥、铌-钽合金、硅、蹦、钴、锰、钒；对应的质量百分含量分别为:65?80%，10?20%，I?5%，1?5%，0.2?2.0%，I ?5%，0.2 ?2.0%，0.2 ?2.0%，0.2 ?5%，0.2 ?2.0%。
[0016]进一步地，所述步骤2)中的钎料粉末、所述步骤3)中的过渡材料粉末和所述步骤4)中的合金粉末在使用前还需经过球磨机混合以及混合后烘干的步骤。
[0017]进一步地,所述步骤2)中的钎料粉末经球磨机混合时间为30?120min ;所述步骤3)中的过渡材料粉末和所述步骤4中的合金粉末经球磨机混合时间为90?150min。
[0018]进一步地，所述步骤2)中的钎料粉末、所述步骤3)中的过渡材料粉末和所述步骤4)中的合金粉末的烘干时间均为50?120min，烘干温度均为80?120°C。
[0019]进一步地，所述步骤2)中的钎剂和钎料粉末的铺置总厚度为0.2?0.4mm ;所述步骤3)中的过渡材料粉末铺置厚度为0.2?0.5mm ;所述步骤4)中的合金粉末铺置厚度为 0.3 ?0.8mm。
[0020]本发明提供一种激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法，从熔覆层的结构设计入手，将熔覆层设计为一种具有多层结构的合金梯度层，解决了冷轧辊修复后易产生裂纹、结合强度较低、易发生脱落等问题。本工艺方法具有以下优点:
[0021](I)通过层层之间的冶金结合，实现了熔覆层与冷轧辊基体材料间高的结合强度，能有效缓和熔覆过程中产生的热应力，提升熔覆层的韧性；
[0022](2)熔覆层组织致密、无裂纹缺陷，具有高的综合机械性能，达到标准件的性能水平;
[0023](3)该发明在减少修复工序的同时，能大幅度降低生产成本，操作灵活方便，可根据冷轧辊的性能要求及修复尺寸进行熔覆层结构方面的设计，满足不同零件的修复需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为利用本发明的工艺方法修复后的冷轧辊结构示意图；
[0025]图2为本发明实施例1中钢带冷轧辊表面的待修复区；
[0026]图3为本发明实施例1中钢带冷轧辊表面修复后的实物图；
[0027]图4为本发明实施例2中线材轧辊表面的待修复区；
[0028]图5为本发明实施例2中线材轧辊表面修复后的实物图。
[0029]图中，I一基材；2—第一过渡层；3—第二过渡层；4一第三梯度层。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图，通过实施例对本发明技术方案做进一步说明。
[0031]实施案例1:钢带冷轧辊表面修复
[0032]该轧辊的材质为Crl2MoV合金，该合金晶粒较细，具有较好的淬透性，淬火回火后的硬度、强度、韧性较高，淬火变形小，广泛应用于冷轧辊的制造中。用传统的堆焊修补效果较差，使用寿命小于10小时。
[0033]将本发明技术实施于该领域，对该轧辊进行激光熔覆修复，实施工艺如下:
[0034](I)对钢带冷轧辊待修复区进行打磨处理，然后喷砂进一步粗化、净化基体表面；
[0035](2)配制第一层钎料粉末，采用单纯金粉、锰粉、镍粉、锌粉、铬粉，按质量比55.0:12.0:8.0:24.0:1.0进行混合，经球磨机混合50分钟，于100°C下烘干I小时；
[0036](3)配制第二层过渡材料粉末，采用单纯镍粉、铬粉、钥粉、铁粉、铌-钽粉、锰粉、硅粉、铜粉、钛粉、铝粉，按质量比 56.4:20.3:10.0:5.2:5.0:0.4:0.6:0.5:0.8:0.8 进行混合，经球磨机混合120分钟，于100°C下烘干I小时；
[0037](4)配制第三层合金粉末，采用单纯铁粉、铬粉、镍粉、钥粉、铌-钽粉、硅粉、蹦粉、钴粉、锰粉、钒粉，按质量比 76.4:15.0:2.0:2.0:0.5:2.0:0.4:0.4:1.0:0.3 进行混合，经球磨机混合120分钟，于100°C下烘干I小时；
[0038](5)在基材表面铺上一层已煮过的糊状102钎剂,厚度为100 μ m,然后将第一层钎料粉末均匀铺上，厚度为200 μ m，采用高频感应加热至1080°C，保温2分钟。
[0039](6)将第二层过渡材料粉末均匀铺制在第一层过渡层上，厚度为0.3mm，采用高功率连续YAG激光器作为能量源，激光功率为2000W，工作光斑直径为5_，扫描速度为0.6m/min，进行激光熔覆。本工艺步骤重复2次。
[0040](7)将第三层合金粉末均匀铺制在过渡层2上，厚度为0.5mm，采用高功率连续YAG激光器作为能量源，激光功率为2500W，工作光斑直径为5_，扫描速度为0.6m/min，进行激光熔覆。本工艺步骤重复3次。
[0041]经上述工艺得到的梯度熔覆层，各过渡层界面间均为冶金结合，无裂纹，性能测试指标均符合要求。
[0042]实施例2:线材轧辊表面熔覆层的制备
[0043]该轧辊的材质为H13合金，该钢具有高的淬透性和抗热裂能力，耐磨性好，韧性相对有所减弱，具有良好的耐热性，在较高温度时具有优良的综合力学性能和较高的抗回火稳定性。可用于冷轧辊的制造中，堆焊修补后寿命只有3?5小时。利用本发明技术对该轧辊进行激光熔覆修复，实施工艺如下:
[0044](I)对线材轧辊待修复区进行打磨处理，然后喷砂进一步粗化、净化基体表面；
[0045](2)配制第一层钎料粉末，采用单纯金粉、锰粉、镍粉、锌粉、铬粉，按质量比55.0:12.0:8.0:24.0:1.0进行混合，经球磨机混合50分钟，于100°C下烘干I小时；
[0046](3)配制第二层过渡材料粉末，采用单纯镍粉、铬粉、钥粉、铁粉、铌-钽粉、锰粉、硅粉、铜粉、钛粉、铝粉，按质量比 56.4:20.3:10.0:5.2:5.0:0.4:0.6:0.5:0.8:0.8 进行混合，经球磨机混合120分钟，于100°C下烘干I小时；
[0047](4)配制第三层合金粉末，采用单纯铁粉、铬粉、镍粉、钥粉、铌-钽粉、硅粉、蹦粉、钴粉、锰粉、钒粉，按质量比 76.4:15.0:2.0:2.0:0.5:2.0:0.4:0.4:1.0:0.3 进行混合，经球磨机混合120分钟，于100°C下烘干I小时；
[0048](5)在基材表面铺上一层已煮过的糊状102钎剂,厚度为100 μ m,然后将第一层过渡层钎料粉末均匀铺上，厚度为200 μ m,采用高频感应加热至1080°C，保温2分钟。
[0049](6)将第二层过渡材料粉末均匀铺制在第一层过渡层上，厚度为0.3mm，采用高功率连续YAG激光器作为能量源，激光功率为2000W，工作光斑直径为5_，扫描速度为0.6m/min，进行激光熔覆。本工艺步骤重复2次。
[0050](7)将第三梯度层高性能合金粉末均匀铺制在过渡层2上，厚度为0.5mm,采用高功率连续YAG激光器作为能量源，激光功率为2500W，工作光斑直径为5mm，扫描速度为
0.6m/min，进行激光熔覆。本工艺步骤重复3次。
[0051]经上述工艺得到的梯度熔覆层，各过渡层界面间均为冶金结合，无裂纹，性能测试指标均符合要求。
[0052]应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并非【具体实施方式】的穷举，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法，包括以下步骤: 1)对冷轧辊的待修复区进行打磨、清洁和喷砂处理； 2)在经步骤I)处理的冷轧辊待修复区表面铺置钎剂，再将钎料粉末铺置在钎剂上，最后通过高温加热方式制备得到第一过渡层； 3)将过渡材料粉末铺置在第一过渡层表面，通过激光熔覆操作制备得到第二过渡层； 4)将合金粉末铺置在第二过渡层表面，通过激光熔覆操作制备得到第三梯度层。
2.根据权利要求1所述的激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法，其特征在于，所述步骤2)中的高温加热方式为高频感应加热。
3.根据权利要求1所述的激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法，其特征在于，所述步骤3)中激光熔覆操作至少重复I次，所述步骤4)中的激光熔覆操作至少重复2次。
4.根据权利要求1所述的激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法，其特征在于，所述步骤2)中钎料粉末包括金、锰、镍、锌、铬；对应的质量百分含量分别为:50?60%，10?15%,8 ?15%, 20 ?30%, I ?5%。
5.根据权利要求1所述的激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法，其特征在于，所述步骤3)中过渡材料粉末包括镍、铬、钥、铁、铌-钽合金、锰、硅、铜、钛、铝；对应的质量百分含量分别为:52?65%，15?25%，8?18%，3?10%，4?8%，0.2?2.0%，0.5?2.0%，0.5 ?2.0%，0.5 ?2.0%，0.5 ?2.0%。
6.根据权利要求1所述的激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法，其特征在于，所述步骤4)中合金粉末包括铁、铬、镍、钥、铌-钽合金、硅、蹦、钴、锰、钒；对应的质量百分含量分别为:65 ?80%，10 ?20%，I ?5%，I ?5%，0.2 ?2.0%，I ?5%，0.2 ?2.0%，0.2 ?2.0%，0.2 ?5%，0.2 ?2.0%。
7.根据权利要求1所述的激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法，其特征在于，所述步骤2)中的钎料粉末、所述步骤3)中的过渡材料粉末和所述步骤4)中的合金粉末在使用前还需经过球磨机混合以及混合后烘干的步骤。
8.根据权利要求7所述的激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法，其特征在于，所述步骤2)中的钎料粉末经球磨机混合时间为30?120min ;所述步骤3)中的过渡材料粉末和所述步骤4中的合金粉末经球磨机混合时间为90?150min。
9.根据权利要求7所述的激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法，其特征在于，所述步骤2)中的钎料粉末、所述步骤3)中的过渡材料粉末和所述步骤4)中的合金粉末的烘干时间均为50?120min，烘干温度均为80?120°C。
10.根据权利要求1所述的激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法，其特征在于，所述步骤2)中的钎剂和钎料粉末的铺置总厚度为0.2?0.4mm ;所述步骤3)中的过渡材料粉末铺置厚度为0.2?0.5mm ;所述步骤4)中的合金粉末铺置厚度为0.3?0.8_。
【文档编号】C22C19/05GK104404510SQ201410751015
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】高雪松, 肖猛, 张涛, 刘建涛 申请人:南京中科神光科技有限公司