軋輥表面TiC/TiB₂基金屬陶瓷復合強化方法

專利名稱：軋輥表面TiC/TiB₂基金屬陶瓷復合強化方法
技術領域：
本發明屬于冶金機械技術領域，特別是提供一種軋輥表面TiC/TiB2基金屬陶瓷復合強化方法，適用于黑色金屬和有色金屬軋機。
背景技術：
軋輥是金屬材料軋制過程中 的關鍵零部件和最大消耗件。目前使用的軋輥主要有三種形式，其一為整體制造軋輥，包括離心復合鑄造軋輥，其中美國20世紀30年代發明的離心鑄造鎳鉻鑰無限冷硬復合軋輥號稱軋輥發展史上的里程碑，至今仍占據主導地位；其二為組合軋輥，包括輥環軋輥或鑲套軋輥，主要應用在高線、棒材精軋機組、管材等生產中； 其三為表面處理技術，主要有激光處理、堆焊、熱噴涂等，主要應用于初、中軋軋輥。整體軋輥的主要缺陷是①金屬材料浪費嚴重，能耗大，污染重；軋輥有效工作層重量約為軋輥總重量的 15%左右，使用完畢后全部報廢，貴重合金難以分離回收，而鑄造又是高能耗、高污染行業；②生產周期長,生產效率低；③產品使用壽命低，消耗大。現有組合式軋輥的主要缺陷①應用面窄；主要應用在軋制力小、軋輥開槽淺的軋機上；②輥套薄，使用中容易破裂，安全性低；③部分產品結構復雜，對使用環境要求苛刻。現有軋輥表面處理技術的主要缺陷是①涂層組織不均勻，導致軋輥磨損不均勻，不能應用于精軋機組；②涂層與軋輥母體結合強度不夠，使用中容易出現剝落等現象；③生產效率低，難以滿足生產需求；④涂層厚度與性能需進一步提升以滿足使用要求。

發明內容
本發明的目的在于提供一種軋輥表面TiC/TiB2基金屬陶瓷復合強化方法，解決現有軋輥制造與修復技術存在的問題，實現了耐磨損，耐腐蝕，抗熱疲勞，可靠性高，能廣泛應用于板、帶、型、棒等各種金屬材料的全過程生產當中，全面替代整體軋輥、組合式軋輥和現有軋輥表面修復技術，同時具備加工簡單，可循環利用等優點。本發明的工藝步驟如下I、軋輥清理將軋輥孔型進行車削，去除所有裂紋，使用50 80目棕剛玉砂對基體表面進行噴砂粗化處理；再用丙酮溶液進行超聲清洗；2、在清理后的軋輥表面進行等離子噴涂鎳基合金或堆焊鎳基合金；等離子噴涂鎳基合金的工藝參數為電流30—50A ；電壓35V ;主氣(99. 999Ar)0. 9 (L/min);保護氣(97% Ar+3% H2) 5. 8(L/min);送粉氣(97% Ar+3% H2) 2. 5(L/min)； 送粉速度20g/min ;等離子弧長10 20mm ;噴焊速度100 200mm/min ;噴焊層厚度為 0. 5 8. Omm ;噴涂層與母體為冶金結合；所涉及的氣體均為體積百分數。堆焊鎳基合金的工藝參數將軋輥預熱至300 380°C;軋輥表面堆焊后以550 560°C回火，保溫6 8h ；鎳基合金成分為(重量％ ) :0. 8 1.2C，2.5 4.0B，10 20Cr，4 6Mo，2.0
5.0W，0. 5 I. 5Co，0. 5 I. 5Ti，其佘為Ni ;噴涂層與母體為冶金結合(見附圖2)。3、依據軋鋼孔型系要求對軋輥進行車削加工以符合技術要求；4、使用TiB2/TiC基金屬陶瓷電極，采用電火花沉積工藝在軋輥表面熔覆形成 TiB2/TiC基金屬陶瓷；所述TiB2/TiC基金屬陶瓷電極的成分為(重量％) :40 50TiB2，30 40TiC， 10 15Mo，0. 5 I. 5Cr，佘量為 Fe。電火花沉積的工藝參數輸出功率3000—8000W，輸出電壓為150—250V，放電頻率2000—3000HZ，沉積速率為10—20S/cm2，從而大幅提升軋輥性能。熔覆層與母體為冶金結合(見附圖3)。本發明的有益效果是大幅提升軋輥性能，可確保定輥徑軋制，從而保障軋制過程的工藝穩定，與此同時大幅提高軋輥使用壽命，降低軋輥消耗，提升軋鋼作業率與鋼材表面質量。與堆焊、激光等工藝相比，不僅可用于初、中軋軋輥修復，更主要的是可直接用于精軋機組軋輥表面處理， 實現軋輥表面再制造。


圖I為軋槽表面TiB2/TiC基金屬陶瓷強化前后表面狀態對比圖。圖2為軋輥母體與鎳基合金結合處金相圖。圖3為軋輥表層TiC/TiB2基金屬陶瓷金相圖。圖4為角鋼軋輥孔型的表面處理。
具體實施例方式實施例I螺紋鋼精軋機組成品機架軋輥成品機架是螺紋鋼生產最關鍵機架，也是軋輥消耗最多的機架。軋輥開槽后進行等離子噴涂鎳基合金，噴涂鎳基合金的工藝參數為電流30A ;電壓35V ;主氣(99. 999Ar)
0.9 (L/min);保護氣(97% Ar+3% H2) 5. 8 (L/min);送粉氣(97% Ar+3% H2) 2. 5 (L/min)； 送粉速度20g/min ;等離子弧長15mm ;噴焊速度200mm/min ;厚度為0. 5mm,鎳基合金層成分為(重量％) :1.2(，4.( ，13(>，6110，41，1(0，1.011，其佘為祖；精車后采用電極棒進行電火花沉積，沉積層厚度為30 iim，電極棒材料成分為(重量％) 48TiB2,32 TiC,14Mo, ICr,其佘為Fe，電火花沉積工藝為輸出功率3200W，輸出電壓為150V，放電頻率2000Hz，沉積速率為20s/cm2，使用過鋼量比原用高速鋼軋輥提高一倍左右。(見附圖I)實施例2螺紋鋼初軋第I機架軋輥初軋機架軋輥為70Mn2鋼輥，耐磨性較差，磨損量大。軋輥使用下線后直接進行孔型加工，加工后的孔型堆焊鎳基合金，堆焊工藝參數預熱至380°C ;焊后以550 560°C 回火，保溫8h;厚度為15mm，鎳基合金層成分為(重量％) 0. 9C,2. 8B, 12Cr, 4Mo, 2ff, ICo,
0.5Ti,其佘為Ni ;精車后進行電火花沉積,沉積層厚度為20iim,電極棒材料成分為(重量％ ) :40TiB2，30TiC，10Mo，4Cr，其佘為Fe，使用過鋼量比原用軋輥提高5倍左右。實施例3帶鋼精平二軋輥 帶鋼精平二軋輥為球墨鑄鐵輥，抗熱裂性能和耐磨性較差，表面龜裂嚴重，磨損量大。軋輥使用下線后直接進行孔型加工，加工后的孔型等離子噴涂鎳基合金，噴涂鎳基合金的工藝參數為電流50A ;電壓35V ;主氣(99. 999Ar) 0. 9 (L/min);保護氣(97 % Ar+3 % H2) 5. 8 (L/min);送粉氣(97% Ar+3% H2) :2. 5 (L/min);送粉速度20g/min ;等離子弧長 20mm;噴焊速度200mm/min ;厚度為5mm，鎳基合金層成分為(重量％) 1.0C,2. 5B, IOCr, 5Mo, 3ff, I Co, I. OTi，其佘為Ni ;精車后用電極棒熔覆，熔覆層厚度為20-40 u m,熔覆電極材料成分為(重量％) :45TiB2，35TiC，10Mo，4Cr，其佘為Fe，使用過鋼量比原用軋輥提高3倍左右。實施例4角鋼成品軋輥角鋼成品軋輥為球墨鑄鐵輥，開槽深，槽底耐磨性較差，過鋼量低。軋輥使用下線重新開槽后進行等離子噴涂鎳基合金，噴涂鎳基合金的工藝參數為電流40A ；電壓35V ； 主氣(99. 999Ar) 0. 9 (L/min);保護氣(97% Ar+3% H2) 5. 8 (L/min);送粉氣(97% Ar+3% H2) 2. 5 (L/min);送粉速度20g/min ;等離子弧長20mm ;噴焊速度180mm/min ;厚度為
1.5_，鎳基合金層成分為(重量％) :1.0(，3.08，120，4]\10，3胃，0.5(0，0.811，其佘為附； 精加工后的進行電火花沉積，沉積層厚度為20iim，電火花沉積工藝為輸出功率6000W，輸出電壓為250V，放電頻率3000Hz，沉積速率為10s/cm2，電極材料成分為(重量％ ) 45TiB2, 35TiC，10Mo，4Cr，其佘為Fe，使用過鋼量比原用軋輥提高5倍左右。(見附圖4)
權利要求
1.一種軋輥表面TiC/TiB2基金屬陶瓷復合強化方法，其特征在于，工藝步驟為(1)軋輥清理將軋輥孔型進行車削，去除所有裂紋，使用50 80目棕剛玉砂對基體表面進行噴砂粗化處理；再用丙酮溶液進行超聲清洗；(2)在清理后的軋輥表面進行等離子噴涂鎳基合金或堆焊鎳基合金鎳基合金成分為0. 8 I. 2C，2. 5 4. 0B, 10 20Cr，4 6Mo，2. 0 5. 0ff,0. 5 I. 5Co，0. 5 I. 5Ti, 佘量為Ni ;噴涂層與母體為冶金結合；均為重量百分數；(3)依據軋鋼孔型系要求對軋輥進行車削加工以符合技術要求；(4)使用TiB2/TiC基金屬陶瓷電極，采用電火花沉積工藝在軋輥表面熔覆形成TiB2/ TiC基金屬陶瓷；TiB2/TiC基金屬陶瓷電極的成分為40 50TiB2，30 40TiC，10 15Mo，0. 5 I1.5Cr，佘量為Fe ;均為重量百分數。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述的電火花沉積的工藝參數為輸出功率3000—8000W，輸出電壓為150—250V，放電頻率2000—3000Hz，沉積速率為10—20s/ cm2，從而大幅提升軋輥性能，熔覆層與母體為冶金結合。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述的等離子噴涂鎳基合金的工藝參數為電流30—50A ;電壓35V ;主氣 99. 999Ar :0. 9L/min ;保護氣(97% Ar+3 % H2) :5. 8L/ min ;送粉氣97% Ar+3% H2 :2. 5L/min ;送粉速度20g/min ;等離子弧長10 20mm ;噴焊速度100 200mm/min ;噴焊層厚度為0. 5 8. Omm ;噴涂層與母體為冶金結合；所涉及的氣體均為體積百分數。
4.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述的堆焊鎳基合金的工藝參數預熱堆焊鎳基合金的工藝參數將軋輥預熱至300 380°C;軋輥堆焊后以550 560°C回火，保溫 6 8h0
全文摘要
一種軋輥表面TiC/TiB2基金屬陶瓷復合強化方法，屬于冶金機械技術領域。工藝步驟為軋輥清理；在清理好的軋輥上進行等離子噴涂鎳基合金或堆焊鎳基合金依據軋鋼孔型系要求對軋輥進行車削加工以符合技術要求；使用TiB2/TiC基金屬陶瓷電極，采用電火花沉積工藝在軋輥表面熔覆形成TiB2/TiC基金屬陶瓷；優點在于，大幅提升軋輥性能，可確保定輥徑軋制，從而保障軋制過程的工藝穩定，與此同時大幅提高軋輥使用壽命，降低軋輥消耗，提升軋鋼作業率與鋼材表面質量。與堆焊、激光等工藝相比，不僅可用于初、中軋軋輥修復，更主要的是可直接用于精軋機組軋輥表面處理，實現軋輥表面再制造。
文檔編號C23C4/06GK102618867SQ20121007249
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月19日 優先權日2012年3月19日
發明者向勇, 李存良, 李聚良 申請人:湖南三泰新材料股份有限公司