專利名稱：耐高溫磨損復合導位托輥的制備方法
技術領域：
本發明涉及軋鋼生產線上使用的導位托輥的制備方法，特別是一種耐高溫磨損復
合導位托輥的制備方法。
背景技術：
冶金設備中，軋鋼線上的導衛托輥是易損件。由于鋼材軋制過程中，溫度達到 IIO(TC 900°C ，鋼材高速運動，托輥表面承受著高溫鋼板的滾動和高溫磨損及氧化鐵皮 等磨料的高溫磨料磨損，同時，在導衛托輥工作時，為降低托輥的整體溫度提高軸承的壽 命，采用了強制水冷的方法，導衛托輥除了承受高溫磨損外，還要承受激冷激熱的作用。目 前使用的導衛托輥材料主要是Crl2Nil4-MoV，雖然該材料具有一定的耐高溫磨損性能，但 是對于導衛托輥這樣惡劣的工況，其性能不能完全滿足要求，該耐熱合金鋼中無硬質碳化 物強化相分布，整體硬度較低，對于嵌入式磨損抵抗性差，在使用過程中容易出現表面被 氧化片切削和塑性疲勞損傷，出現裂紋，導致導衛托輥整體斷裂而失效。在實際生產中， Crl2Nil4MoV材料制備的導衛托輥平均壽命僅為1_3個班次，生產中檢修更換工作量大，生 產成本高，已經成為制約軋鋼線連續生產的瓶頸。針對提高導衛托輥壽命問題，國內外開展 了多方面的研究工作，主要在冶煉過程合金化學成分配比、熱處理工藝等方面開展研究，制 備適合導衛托輥工況條件的材質，但由于這些材質均采用單一材料，其價格、硬度、耐磨性、 熱震性及強度、塑性和韌性等指標難以達到兼顧，無法滿足導衛托輥復雜工況的特殊要求， 不具備較好的適應性。 針對導衛托輥復雜工況的實際需要，目前也有采用多種噴涂復合工藝制備的技 術，如熱噴涂、等離子噴涂等，但是其復合層太薄，涂層與導位托輥母體為機械結合，在使用 中涂層容易出現破碎剝落，無法抵抗高溫鋼板的滾動和高溫磨損及高溫磨料磨損的惡劣工 況。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術用Crl2Nil4MoV材料制備的導衛托輥平均壽命 短，耐磨性、熱震性差等不足，提供一種用40Cr鋼棒材制備導位托輥母體，用激光熔覆，耐 磨性、熱震性好實用壽命長的耐高溫磨損復合導位托輥的制備方法，使用該方法生產的復 合導位托輥能夠滿足軋鋼生產中復雜工況長時間連續生產的要求。
實現上述發明目的采用的技術方案是 —種耐高溫磨損復合導位托輥的制備方法，其制備方法步驟包括a.首先用40Cr鋼棒材制備導位托輥母體，托輥母體的外徑尺寸為66mm 146mm，
對托輥母體進行常規熱處理； b.將Ni60粉末與Cr3C2粉末用機械混合的方法混合，制得Ni60+Cr3C2合金粉末；
C.用丙酮清洗劑去除導位托輥母體表面的油污，待熔覆；
d.將待熔覆導位托輥母體預熱到250 300°C ;
e.采用氣動送粉的方法，送粉器的粉末傳輸速度為100 200g/min，用6KW大功率激光器熔覆掃描導位托輥母體，將合金粉末熔覆在導位托輥母體表面，熔覆兩次，合金耐磨層厚度為2. 5mm ; f.用外圓磨床，將熔覆后的導位托輥按直徑尺寸磨削掉lmm，獲得尺寸、表面光潔度均滿足工藝要求的復合導位托輥，該復合導位托輥的表面固接有厚的含Cr203和Cr3C2金屬陶瓷的高溫合金耐磨層。 本發明的優選方案是合金粉末的混合比例為Cr3C2粉末占總質量30 40%，Ni60粉末占總質量60 70%，其中03(:2粉末的粒度為350 100目，Ni60粉末的粒度為350 100目。
本發明的另一優選方案是所述6KW大功率激光器的技術參數為激光器功率P=2500 3500W，光斑直徑5mm，搭接率30 50%，掃描速度V = 300 600mm/min。
本發明的另一優選方案是所述的Cr3C2粉末是"球化"處理后流動性好的金屬陶瓷粉末。 在本發明中，Cr3C2粉末中的金屬Cr原子不成致密堆積排列，在激光熔覆中，容易為原子半徑小的氧原子滲透和氧化，但由于Cr具有比C更強的對02的親和力，因而在溫度升高時，能迅速使Cr氧化生成Cr203薄膜，所生成的Cr203薄膜的體積遠大于Cr原子，致密的Cr203薄膜緊密相連，形成一層十分致密且呈化學惰性的Cr203屏蔽簾幕，從而使熔層具有優異的耐高溫氧化和耐磨損性能。本發明的方法制備的復合導位托輥，表面有2mm厚的含Cr203和Cr3C2金屬陶瓷的合金耐磨層，合金耐磨層硬度達到HRC63，并具有優秀的熱硬度和抗高溫磨損性能。Cr203和Cr3C2對Ni60熔層基體具有良好的潤濕鋪散能力。同時，Cr203和Cr3C2作為硬質強化相，均勻彌撒分布在合金耐磨層內，使得合金耐磨層具有很好的耐粘著磨損、高溫沖蝕磨損及高溫磨料磨損性能，非常適合軋鋼線上導衛托輥的工作環境。合金耐磨層與40Cr鋼導位托輥母體形成冶金結合，使得復合導位托輥既具有托輥母體金屬的強度和韌性，又有合金耐磨層的耐高溫、高硬度和高耐磨性，使得其高溫耐磨性能是Crl2Nil4MoV導衛托輥的8倍以上。 該方法制備的復合導位托輥工藝過程可控性強，節約了大量貴重耐熱不銹鋼合金材料，具有價格低，生產率高，制備的高質量耐高溫磨損導位托輥，完全滿足了軋鋼線上惡劣工況下連續生產的需要。
圖1是本發明40Cr鋼導衛托輥母體結構剖面示意圖。 圖2是熔覆合金耐磨層后的40Cr鋼導衛托輥剖面結構示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例對本發明做進一步的描述。 本實施例是一種耐高溫磨損復合導位托輥的制備方法，該方法按照下述步驟進行操作首先采用40Cr鋼棒材制備導位托輥母體l，其外徑尺寸較成品導位托輥的外徑小4mm，為66mm 146mm。其他尺寸按現有成品輥制備，并進行常規熱處理。采用機械混合方法獲得合金粉末，其成分為Ni60+Cr^，合金粉末的混合比例為Cr3C2粉末占總質量30
4 70%，其中Cr3C2粉末的粒度為350 100目，Ni60粉末的
粒度為350 100目。其中&3(:2選用"球化"處理后流動性能好的金屬陶瓷粉末。用丙酮
清洗劑去除導位托輥母體1表面的油污；將待熔覆40Cr鋼導位托輥母體1預熱到250 300°C。采用氣動送粉的方法，送粉器的粉末傳輸速度為100 200g/min ;用6KW大功率激 光器掃描，激光器功率P = 2500 3500W，光斑直徑5mm，搭接率30 50%，掃描速度V = 300 600mm/min，將合金粉末熔覆在40Cr鋼導位托輥母體1表面，熔覆兩次，合金耐磨層 厚度為2. 5mm。最后用外圓磨床，將熔覆后的導位托輥按直徑尺寸磨削掉lmm，獲得尺寸、表 面光潔度均滿足工藝要求的復合導位托輥。該導位托輥的表面固接一層2mm厚的含Cr203 和Cr3C2金屬陶瓷的高溫合金耐磨層2。
具體操作實施例
實施例1 : 首先采用40Cr鋼棒材制備導位托輥母體l，外徑尺寸為66mm，較成品導位托輥外 徑小4mm，其他尺寸按成品輥制備，并進行常規熱處理。將Ni60粉末與Cr3C2粉末采用機械 混合方法混合，獲得附60+03(:2合金粉末。該合金粉末的混合比例為粒度為200目"球化" 處理后流動性好的Cr3C2粉末占總質量30 % ，粒度200目的Ni60粉末占總質量70 % 。然后 用丙酮清洗劑去除托輥母體1表面的油污和銹。將待熔覆導位托輥母體1預熱到28(TC。 采用氣動送粉的方法，送粉器的粉末傳輸速度為120g/min，氬氣保護。用6KW大功率激光器 掃描，激光功率P = 2700W，光斑直徑5mm，搭接率30% ，掃描速度V = 350mm/min，將合金粉 末熔覆在導位托輥母體l表面，熔覆兩遍，合金耐磨層厚度2. 5mm ;最后用外圓磨床，將熔覆 后的導位托輥母體1按直徑尺寸磨削掉lmm，獲得尺寸、表面光潔度均滿足工藝要求的復合 導位托輥。該方法制備的復合導位托輥，表面有2mm厚的含Cr203和Cr3C2金屬陶瓷的高溫 合金耐磨層2。
實施例2 : 首先采用40Cr鋼棒材制備導位托輥母體l，外徑尺寸為86mm，外徑尺寸較成品 導位托輥外徑小4mm，其他尺寸按成品輥制備，并進行常規熱處理采用機械混合方法，獲得 Ni60+Cr3C2合金粉末，該合金粉末的混合比例為粒度為200目"球化"處理后流動性好的 CrA粉末占總質量40X，粒度200目的Ni60粉末占總質量60% 。然后用丙酮清洗劑去除 40Cr鋼導位托輥母體1表面的油污和銹。將待熔覆導位托輥母體1預熱到300°C ;采用氣 動送粉的方法，送粉器粉末傳輸速度為120g/min，氬氣保護。用6KW大功率激光器掃描，激 光功率P = 3000W，光斑直徑5mm，搭接率50 % ，掃描速度V = 450mm/min，將合金粉末熔覆 在導位托輥母體1表面，熔覆兩遍，合金耐磨層厚度2. 5mm。最后用外圓磨床，將熔覆后的導 位托輥按直徑尺寸磨削掉lmm，獲得尺寸、表面光潔度均滿足工藝要求的復合導位托輥。該 方法制備的復合導位托輥，表面固接一層厚2mm的含Cr203和Cr3C2金屬陶瓷的高溫合金耐 磨層2。 實施例3 : 首先采用40Cr鋼棒材制備導位托輥母體，外徑尺寸為96mm，外徑尺寸較成品導 位托輥外徑小4mm，其他尺寸按成品輥制備，并進行常規熱處理。采用機械混合方法，獲得 附60+(>3(:2合金粉末。該合金粉末的混合比例為粒度為200目"球化"處理后流動性好的 CrA粉末占總質量40X，粒度200目的Ni60粉末占總質量60% 。然后用丙酮清洗劑去除
540Cr鋼托輥母體表面的油污和銹。將待熔覆導位托輥母體預熱到300°C ;采用氣動送粉的 方法，速度為150g/min，氬氣保護；通過6KW大功率激光器掃描，激光功率P = 3200W，光斑 直徑5mm，搭接率50% ，掃描速度V = 500mm/min，將合金粉末熔覆在母體表面，熔覆兩遍，合 金耐磨層厚度2. 5mm ;通過外圓磨床，將熔覆后的導位托輥按直徑尺寸磨削掉lmm，獲得尺 寸、表面光潔度均滿足工藝要求的復合導位托輥。該方法制備的復合導位托輥，表面固接有 一層2mm厚的含Cr203和Cr3C2金屬陶瓷的高溫合金耐磨層2。 以上公開的僅為本發明的具體實施例，雖然本發明以較佳的實施例揭示如上，但 本發明并非局限于此，任何本領域的技術人員能思之的變化，在不脫離本發明的設計思想 和范圍內，對本發明進行各種改動和潤飾，都應落在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種耐高溫磨損復合導位托輥的制備方法，其特征在于，其制備方法步驟包括a.首先用40Cr鋼棒材制備導位托輥母體，該導位托輥母體的外徑尺寸為66mm-146mm，對導位托輥母體進行常規熱處理；b.將Ni60粉末與Cr3C2粉末用機械混合的方法混合，制得Ni60+Cr3C2合金粉末；C.用丙酮清洗劑去除導位托輥母體表面的油污，等待熔覆；d.將待熔覆導位托輥母體預熱到250～300℃；e.采用氣動送粉的方法，送粉器的粉末傳輸速度為100～200g/min，用6KW大功率激光器熔覆掃描導位托輥母體，將合金粉末熔覆在導位托輥母體表面，熔覆兩次，合金耐磨層厚度為2.5mm；f.通過外圓磨床，將熔覆后的導位托輥按直徑尺寸磨削掉1mm，獲得尺寸、表面光潔度均滿足工藝要求的復合導位托輥，該復合導位托輥的表面固接有一層含Cr2O3和Cr3C2金屬陶瓷的高溫合金耐磨層。
2. 根據權利要求1所述的耐高溫磨損復合導位托輥的制備方法，其特征在于，所述合金粉末的混合比例為Cr3C2粉末占總質量30-40% ， Ni60粉末占總質量60-70% ，其中Cr3C2粉末的粒度為350-100目，Ni60粉末的粒度為350-100目。
3. 根據權利要求1所述的耐高溫磨損復合導位托輥的制備方法，其特征在于，所述6KW大功率激光器的技術參數為激光功率P = 2500 3500W，光斑直徑5mm，搭接率30 50%，掃描速度V = 300 600mm/min。
4. 根據權利要求1或2所述的耐高溫磨損復合導位托輥的制備方法，其特征在于，所述的Cr3C2粉末是"球化"處理后流動性好的金屬陶瓷粉末。
全文摘要
一種軋鋼生產線上使用的導位托輥的制備方法，特別是耐高溫磨損復合導位托輥的制備方法，制備步驟是首先制備導位托輥母體，對導位托輥母體進行常規熱處理；將Ni60粉末與Cr3C2粉末混合，制得合金粉末。用清洗劑去除導位托輥母體表面的油污。將待熔覆導位托輥母體預熱。采用氣動送粉的方法，用激光器熔覆掃描導位托輥母體，將合金粉末熔覆在導位托輥母體表面，熔覆兩次；用外圓磨床，將熔覆后的導位托輥按直徑尺寸磨削，制得表面有金屬陶瓷的合金耐磨層的成品復合導位托輥。用該方法制備復合導位托輥工藝過程可控性強，不但滿足軋鋼線上惡劣工況下連續生產的需要，而且節約了大量貴重耐熱不銹鋼合金材料，具有價格低，生產率高等優點。
文檔編號B23P23/04GK101780642SQ201010126370
公開日2010年7月21日 申請日期2010年3月18日 優先權日2010年3月18日
發明者付宇明, 韓宏升 申請人:唐山瑞兆激光技術機械修復有限公司