一種熱軋無縫鋼管輸送輥道激光熔覆耐磨、抗熱合金涂層工藝方法
【專利摘要】一種熱軋無縫鋼管輸送輥道激光熔覆耐磨、抗熱合金涂層工藝方法，其特征是：室溫下對輸送輥加工表面進行除油除銹用酒精清洗；合金粉末的配制，超硬高速鋼粉末合金粉末和碳化物粉末按比例為4:1進行配制混合；選用3.5*1mm聚焦鏡，并調節離焦量使聚焦激光光斑為橢圓形，采用同步送粉裝置將合金粉末自動送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自動送粉頭沿熱軋無縫鋼管輸送輥軸向進給，設定轉速旋轉，輸送輥加工表面形成均勻致密的激光熔覆層；熱軋無縫鋼管輸送輥后續熱處理；對激光熔覆硬質合金涂層進行磨削加工處理至所要尺寸。本發明形成均勻致密的耐磨抗蝕熔覆層，熔覆層硬度達到HRC65以上，提高其服役壽命8倍以上。
【專利說明】一種熱軋無縫鋼管輸送輥道激光熔覆耐磨、抗熱合金涂層工藝方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種采用激光熔覆技術修復冶金設備部件的方法，特別是涉及一種熱軋無縫鋼管輸送輥道激光熔覆耐磨、抗熱合金涂層工藝方法，屬于激光熔覆【技術領域】。
【背景技術】
[0002]熱軋無縫鋼管輸送輥是熱軋無縫鋼管生產線配套設備部件之一，它的使用壽命和表面狀態對無縫鋼管質量和產能有至關重要的影響。熱軋無縫鋼管輸送輥在工作過程中采用水冷，導致表面冷熱交替，易于疲勞和產生龜裂；同時受到鋼管的壓力和高溫的影響，表面由于摩擦產生磨損。磨損失效方式主要有高溫磨損、黏著磨損及磨粒磨損。熱軋無縫鋼管輸送輥由于磨損導致的表面狀態惡化影響鋼管表面質量下線。
[0003]熱軋無縫鋼管輸送輥表面改性的主要方法是傳統堆焊法和噴焊法，傳統堆焊法及噴焊法得到的堆焊層組織粗大，熱影響區面積大，稀釋率大，并容易出現晶粒粗大及過熱組織，結合強度不高，容易出現脫落、起皮現象。堆焊帶搭接區域耐磨性差導致優先磨損溝，這往往是輸送輥堆焊修復失效的主要原因。
【發明內容】
[0004]本發明的目的就在于解決現有技術存在的上述不足，提供一種熱軋無縫鋼管輸送輥道激光熔覆耐磨、抗熱合金涂層工藝方法。本發明采用具有優良的抗熱耐磨與熱軋無縫鋼管輸送輥基體具有良好冶金與力學相容性的鐵基碳化物復合粉末，在大功率激光束輻照工件表面的同時，采用自動送粉裝置同步向激光熔池送入合金粉末，合金粉末在熔池內發生快速熔化和凝固，形成均勻致密的耐磨抗蝕熔覆層，熔覆層與基體形成牢固的冶金結合，熔覆層硬度達到HRC65以上，提高其服役壽命8倍以上。
[0005]本發明采取的技術方案。
[0006]這種熱軋無縫鋼管輸送輥道激光熔覆耐磨、抗熱合金涂層工藝方法，其特征在于包括以下工藝過程。
[0007](1)熱軋無縫鋼管輸送輥表面預處理。
[0008]室溫下對輸送輥加工表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈。
[0009]用著色探傷法對工件加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。
[0010](2)合金粉末的選擇與配制。
[0011]粘結相合金粉末選用具有優異高溫紅硬性且與基體冶金相容性良好的超硬高速鋼粉末合金粉末。高速鋼粉末的化學成份按重量百分比為:c 0.03%、Cr:0-1.0%、Ni:5-7%, Mo:6-7.5%、S1:彡 0.1%、W: 12-15%、A1:0.05-0.15%、T1:0.3-0.5%、B:0-0.3%Co: 13-15%，余量為 Fe。
[0012]超硬高速鋼合金粉末的制備方法。
[0013]將Fe、C、Cr、N1、Mo、W、S1、A1、T1、B、Co按上述重量百分比提取后放入真空中頻感應爐內，加熱到1500°C以上，使粉末完全融化并混合均勻，將熔融的金屬液流注入氬氣霧化設備的漏包坩堝，在漏包坩堝的下方置有氬氣霧化噴嘴，當熔融的金屬液流通過導流嘴流經噴嘴時，被噴嘴射出的高速氬氣氣流擊碎成小液滴、隨后合金液滴凝固成粉末。
[0014]碳化物粉末相為球狀鑄造碳化鶴,成分碳4.5%、余量為鶴。
[0015]上述兩種合金粉末按重量比比例為4:1在電子天平上進行配制，并在專用混粉器進行混合4小時以上。
[0016](3)光束調節。
[0017]選用3.5*lmm聚焦鏡，并調節離焦量使聚焦激光光斑為橢圓形，光斑尺寸:長*寬=(3.2 ?4.2)* (0.8 ?1.2)mm。
[0018](4)耐磨抗蝕涂層激光熔覆。
[0019]選用DL — HL — T5000型C02激光器，工作臺為SMENS數控激光加工機。采用同步送粉裝置將合金粉末自動送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自動送粉頭沿熱軋無縫鋼管輸送輥軸向進給，設定轉速旋轉，輸送輥加工表面形成均勻致密的激光熔覆層。
[0020]熔覆工藝參數如下。
[0021]激光功率P = 3800 ?4000W。
[0022]聚焦矩形光斑尺寸:長*寬=(3.2?4.2) * (0.8?1.2) mm。
[0023]掃描速度V = 200-400mm/min。
[0024]搭接率40?60%。
[0025]涂層厚度:0.8 ?2.0mm。
[0026]保護氣體:氬氣。
[0027](5)熱軋無縫鋼管輸送輥后續熱處理。
[0028]對熱軋無縫鋼管輸送輥進行560°C，保溫2.5小時時效硬化效熱處理。
[0029](6)機械加工。
[0030]對激光熔覆硬質合金涂層采用金剛石或立方氮化硼進行磨削加工處理至要尺寸。
[0031]本發明的原理:采用具有優良的抗熱耐磨與熱軋無縫鋼管輸送輥基體具有良好冶金與力學相容性的鐵基碳化物復合粉末，在大功率激光束輻照工件表面的同時，采用自動送粉裝置同步向激光熔池送入合金粉末，合金粉末在熔池內發生快速熔化和凝固，形成均勻致密的耐磨抗蝕熔覆層，熔覆層與基體形成牢固的冶金結合，熔覆層硬度達到HRC65以上，提高其服役壽命8倍以上。
[0032]與現有技術相比，本發明的有益效果是。
[0033](1)為熱軋無縫鋼管輸送輥道提供了一種全新的制造與修復的工藝方法。
[0034](2)該工藝采用具有抗熱、耐磨性能優異的硬質合金復合粉末作為功能材料，應用用激光熔覆的工藝方法將具有良好抗熱耐磨性能的合金粉末均勻地熔覆在輥的表面，形成高質量、與基體形成良好的冶金結合的WC硬面復合層。
【具體實施方式】
[0035]實施例1。
[0036]熱軋無縫鋼管輸送輥道激光熔覆耐磨、抗熱合金涂層工藝方法，包括以下過程。
[0037](1)熱軋無縫鋼管輸送輥表面預處理。
[0038]室溫下對輸送輥加工表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈。
[0039]用著色探傷法對工件加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。
[0040](2)合金粉末的選擇與配制。
[0041]粘結相合金粉末選用具有優異高溫紅硬性且與基體冶金相容性良好的超硬高速鋼粉末合金粉末。高速鋼粉末的化學成份按重量百分比為:c 0.03%、Cr:0-1.0%、Ni:5-7%, Mo:6-7.5%、S1:彡 0.1%、W: 12-15%、A1:0.05-0.15%、T1:0.3-0.5%、B:0-0.3%Co: 13-15%，余量為 Fe。
[0042]超硬高速鋼合金粉末的制備方法。
[0043]將Fe、C、Cr、N1、Mo、W、S1、Al、T1、B、Co按上述重量百分比提取后放入真空中頻感應爐內，加熱到1500°C以上，使粉末完全融化并混合均勻，將熔融的金屬液流注入氬氣霧化設備的漏包坩堝，在漏包坩堝的下方置有氬氣霧化噴嘴，當熔融的金屬液流通過導流嘴流經噴嘴時，被噴嘴射出的高速氬氣氣流擊碎成小液滴、隨后合金液滴凝固成粉末。
[0044]碳化物粉末相為球狀鑄造碳化鶴,成分碳0.45%、余量為鶴。
[0045]上述兩種合金粉末按重量比比例為4:1在電子天平上進行配制，并在專用混粉器進行混合4小時以上。
[0046](3)光束調節。
[0047]選用3.5*lmm聚焦鏡，并調節離焦量使聚焦激光光斑為橢圓形，光斑尺寸:長*寬=(3.2 ?4.2)* (0.8 ?3)mm。
[0048]( 4 )耐磨抗蝕涂層激光熔覆。
[0049]選用DL — HL — T5000型C02激光器，工作臺為SMENS數控激光加工機。采用同步送粉裝置將合金粉末自動送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自動送粉頭沿輸送輥軸向進給，設定轉速旋轉，熱軋無縫鋼管輸送輥加工表面形成均勻致密的激光熔覆層。
[0050]熔覆工藝參數如下。
[0051]激光功率P = 3800。
[0052]聚焦矩形光斑尺寸:長*寬=3.5*1.2mm。
[0053]掃描速度V = 400/min。
[0054]搭接率45%。
[0055]涂層厚度:1.5mm。
[0056]保護氣體:氬氣。
[0057](5)熱軋無縫鋼管輸送輥后續熱處理。
[0058]對熱軋無縫鋼管輸送輥進行560°C，保溫2.5小時時效硬化效熱處理。
[0059](6)機械加工。
[0060]對激光熔覆硬質合金涂層采用金剛石或立方氮化硼進行磨削加工處理至要尺寸。
[0061]實施例2。
[0062]熱軋無縫鋼管輸送輥道激光熔覆耐磨、抗熱合金涂層工藝方法，包括以下過程。
[0063](1)熱軋無縫鋼管輸送輥表面預處理。
[0064]室溫下對輸送輥加工表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈。
[0065]用著色探傷法對工件加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。
[0066](2)合金粉末的選擇與配制。
[0067]粘結相合金粉末選用具有優異高溫紅硬性且與基體冶金相容性良好的超硬高速鋼粉末合金粉末。高速鋼粉末的化學成份按重量百分比為:c 0.03%、Cr:0-1.0%、Ni:5-7%, Mo:6-7.5%、S1:彡 0.1%、W: 12-15%、Al:0.05-0.15%、T1:0.3-0.5%、B:0-0.3%Co: 13-15%，余量為 Fe。
[0068]超硬高速鋼合金粉末的制備方法。
[0069]將Fe、C、Cr、N1、Mo、W、S1、Al、T1、B、Co按上述重量百分比提取后放入真空中頻感應爐內，加熱到1500°C以上，使粉末完全融化并混合均勻，將熔融的金屬液流注入氬氣霧化設備的漏包坩堝，在漏包坩堝的下方置有氬氣霧化噴嘴，當熔融的金屬液流通過導流嘴流經噴嘴時，被噴嘴射出的高速氬氣氣流擊碎成小液滴、隨后合金液滴凝固成粉末。
[0070]碳化物粉末相為球狀鑄造碳化鶴,成分碳4.5%、余量為鶴。
[0071]上述兩種合金粉末按重量比比例為4:1在電子天平上進行配制，并在專用混粉器進行混合4小時以上。
[0072](3)光束調節。
[0073]選用3.5*lmm聚焦鏡，并調節離焦量使聚焦激光光斑為橢圓形，光斑尺寸:長*寬=(3.2 ?4.2)* (0.8 ?3)mm。
[0074]( 4 )耐磨抗蝕涂層激光熔覆。
[0075]選用DL — HL — T5000型C02激光器，工作臺為SMENS數控激光加工機。采用同步送粉裝置將合金粉末自動送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自動送粉頭沿輸送輥軸向進給，設定轉速旋轉，熱軋無縫鋼管輸送輥加工表面形成均勻致密的激光熔覆層。
[0076]熔覆工藝參數如下。
[0077]激光功率P = 4000W。
[0078]聚焦矩形光斑尺寸:長*寬=4*3_。
[0079]掃描速度V = 220/min。
[0080]搭接率40%。
[0081]涂層厚度:2_。
[0082]保護氣體:氬氣。
[0083](5)熱軋無縫鋼管輸送輥后續熱處理。
[0084]對熱軋無縫鋼管輸送輥進行560°C，保溫2.5小時時效硬化效熱處理。
[0085](6)機械加工。
[0086]對激光熔覆硬質合金涂層采用金剛石或立方氮化硼進行磨削加工處理至要尺寸。
【權利要求】
1.一種熱軋無縫鋼管輸送輥道激光熔覆耐磨、抗熱合金涂層工藝方法，其特征在于包括以下工藝過程: (1)熱軋無縫鋼管輸送輥表面預處理 室溫下對輸送輥加工表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈，用著色探傷法對工件加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷； (2)合金粉末的選擇與配制 粘結相合金粉末選用具有優異高溫紅硬性且與基體冶金相容性良好的超硬高速鋼粉末合金粉末，高速鋼粉末的化學成份按重量百分比為:C:彡0.03%、Cr:0-1.0%、N1:5_7%、Mo:6-7.5%、S1:彡 0.1%、W:12-15%,Al:0.05-0.15%,T1:0.3-0.5%、B:0-0.3% Co: 13-15%,余量為Fe ； 超硬高速鋼合金粉末的制備方法: 將Fe、C、Cr、N1、Mo、W、S1、Al、T1、B、Co按上述重量百分比提取后放入真空中頻感應爐內，加熱到1500°C以上，使粉末完全融化并混合均勻，將熔融的金屬液流注入氬氣霧化設備的漏包坩堝，在漏包坩堝的下方置有氬氣霧化噴嘴，當熔融的金屬液流通過導流嘴流經噴嘴時，被噴嘴射出的高速氬氣氣流擊碎成小液滴、隨后合金液滴凝固成粉末； 碳化物粉末相為球狀鑄造碳化鎢，成分碳4.5%、余量為鎢； 上述兩種合金粉末按重量比比例為4:1在電子天平上進行配制，并在專用混粉器進行混合4小時以上； (3)光束調節 選用3.5*lmm聚焦鏡，并調節離焦量使聚焦激光光斑為橢圓形，光斑尺寸:長*寬=(3.2 ?4.2) * (0.8 ?1.2)mm ; (4)耐磨抗蝕涂層激光熔覆 選用DL — HL — T5000型CO2激光器，工作臺為SMENS數控激光加工機，采用同步送粉裝置將合金粉末自動送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自動送粉頭沿熱軋無縫鋼管輸送輥軸向進給，設定轉速旋轉，輸送輥加工表面形成均勻致密的激光熔覆層； 熔覆工藝參數如下: 激光功率P = 3800?4000W 聚焦矩形光斑尺寸:長*寬=(3.2?4.2) * (0.8?1.2) mm 掃描速度 V = 200-400mm/min 搭接率40?60% 涂層厚度:0.8?2.0mm 保護氣體:気氣； (5)熱軋無縫鋼管輸送輥后續熱處理 對熱軋無縫鋼管輸送輥進行560°C，保溫2.5小時時效硬化效熱處理； (6)機械加工 對激光熔覆硬質合金涂層采用金剛石或立方氮化硼進行磨削加工處理至要尺寸。
【文檔編號】C22C38/52GK104250801SQ201310264296
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月28日 優先權日:2013年6月28日
【發明者】趙越, 陳海濤, 張威 申請人:沈陽大陸激光成套設備有限公司