一種熱軋無縫鋼管張減輥激光熔覆超硬高速鋼工藝方法
【專利摘要】一種熱軋無縫鋼管張減輥激光熔覆超硬高速鋼工藝方法，其特點是：張減輥表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈，并對加工區域分區標號；配置超硬高速鋼粉末合金粉末，調節自動送粉裝置，使自動送粉頭出來的合金粉末正好落在激光熔池內，調節送粉量；選用3.5*1mm寬帶積分鏡，并調節離焦量使聚焦激光光斑為矩形；采用同步送粉裝置將合金粉末自動送入激光熔池，在表面形成均勻致密的激光熔覆層；熔覆后探傷檢驗，張減輥后續熱處理。本發明選用的超硬高速鋼粉末與張減輥基體具有良好冶金與力學相容性，熔覆層與基體形成牢固的冶金結合，硬度高、厚度均勻，不產生裂紋與剝落現象。
【專利說明】一種熱軋無縫鋼管張減輥激光熔覆超硬高速鋼工藝方法
【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張減輥激光熔覆超硬高速鋼工藝方法，屬于激光熔覆【技術領域】。
【背景技術】
[0002]熱軋無縫鋼管張減輥無縫鋼管生產線重要的關鍵消耗部件，張減輥的性能和使用壽命不僅決定了軋輥消耗，而且決定了無縫鋼管的生產產量和效率、能源消耗及產品質量，而決定軋輥使用壽命的主要性能為軋輥強度和表面高溫耐磨性。
[0003]激光熔覆技術是利用高能量密度的激光束，使材料表面成分、組織結構和性能實現預期變化的技術。激光熔覆主要有以下優點:(1)激光能量密度高，作用時間短，基體材料的熱影響區和由于加工應力而產生的變形小；(2)熔覆層結構細密，微觀缺陷小，結合性高，性能優異；(3)激光熔覆對環境的污染小；(4)涂層與基體界面為冶金結合，組織細小，熔覆層成分及稀釋率可控，易實現選區熔覆，易實現自動化制備。
[0004]利用激光熔覆技術，可以在廉價基體表面上制成具有合金和其他復合材料所具有的高性能的功能應用層。與其他材料表面改性技術如等離子噴涂、火焰噴涂等比較，激光熔覆能夠解決需要特殊性能的表面功能層制備和一些工業零部件的表面強化的關鍵問題。
[0005]傳統的制造張減輥的工藝方法有高合金整體鑄造或鍛造、表面電弧堆焊、滲碳(氮)等工藝方法，但都難以滿足張減輥的使用性能要求。整體硬質合金導為輥使用壽命長，但其制造成本高，使用條件苛刻，抗事故能力差未的到大面積有效使用。
【發明內容】
[0006]本發明的目的就在于針對上述問題，利用激光熔覆優異的技術性能，解決無縫鋼管張減輥在制造使用過程中強度與耐磨性的矛盾，給出一種熱軋無縫鋼管張減輥激光熔覆超硬高速鋼工藝方法。本發明采用具有抗熱、耐磨性能優異高速鋼粉末作為功能材料，應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張減輥的表面，形成細小均勻、高質量的與基體形成良好的冶金結合的硬面工作層。
[0007]本發明采用的技術方案是。
[0008]這種熱軋無縫鋼管張減輥激光熔覆超硬高速鋼工藝方法，其特點是包括以下過程。
[0009]( 1)張減輥表面預處理。
[0010]張減輥表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈，并對加工區域分區標號。用著色探傷法對加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。
[0011](2)合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調節。
[0012]配置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，其化學成份按重量百分比為:c 0.03%、Cr:0-1.0%、N1:5_7%、Mo:6-7.5%、Si ■.( 0.1%、W: 12-15%、Al:0.05-0.15%、T1:0.3-0.5%、B:0-0.3%、余量為 Fe。
[0013]調節自動送粉裝置，使自動送粉頭出來的合金粉末正好落在激光熔池內，調節送粉量，使合金粉末涂層的厚度達到0.5—2.5mm。
[0014](3)光束調節。
[0015]選用3.5*lmm寬帶積分鏡，并調節離焦量使聚焦激光光斑為矩形，光斑尺寸:長*寬=(3.5-4.5)* (1-2) mm。
[0016](4)涂層激光熔覆。
[0017]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，在表面形成均勻致密的激光熔覆層。
[0018]熔覆工藝參數如下。
[0019]激光功率P = 3600 ?4200W。
[0020]聚焦矩形光斑尺寸:長*寬=(8-10) * (1-1.5) mm。
[0021]掃描速度V = 200—400mm/mi η。
[0022]搭接率50%。
[0023]涂層厚度:0.5—2.5mm。
[0024]保護氣體:氬氣。
[0025]( 5 )熔覆后探傷檢驗。
[0026]用著色探傷法加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔等缺陷。
[0027](6)張減輥后續熱處理。
[0028]對張減輥進行560°C，保溫2.5小時時效硬化效熱處理。
[0029]本發明的原理是:選用抗熱磨損性優異的超硬高速鋼粉末，且與張減輥基體具有良好冶金與力學相容性，在高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，形成均勻致密的熔覆層，熔覆層與基體形成牢固的冶金結合，硬度高、厚度均勻，不產生裂紋與剝落現象。此發明工藝相對簡單，制造成本低、可操作性強，具有顯著的經濟效益和社會效益。
[0030]在上述技術方案選用DL — HL — T5000型CO2激光器和SMENS數控激光加工機均為現有的專業設備。
[0031 ] 與現有技術相比，本發明的有益效果是。
[0032]1、激光熔覆合金涂層均勻、致密，與基體形成牢固的冶金結合，涂層具有優良的抗高溫磨損性能，紅硬性高于現有高速鋼材料50-100°C，采用本發明技術制造的張減輥顯著提高耐磨性及使用壽命。
[0033]2、本發明可用于熱軋無縫鋼管張減輥制造和修復再制造。
【具體實施方式】
[0034]實施例1。
[0035]張減輥表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈，并對加工區域分區標號。用著色探傷法對加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。
[0036](2)合金粉末的生產制造和自動送粉裝置的調節。
[0037]配制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合金粉末，其化學成份按重量百分比為:C 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。
[0038]超硬高速鋼合金粉末的制備方法。
[0039]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。
[0040]調節自動送粉裝置，使自動送粉頭出來的超硬高速鋼合金粉末正好落在激光熔池內，調節送粉量，使合金粉末涂層的厚度達到0.5-2.5mm。
[0041](3)光束調節。
[0042]選用3.5*lmm寬帶積分鏡，并調節離焦量使聚焦激光光斑為矩形，光斑尺寸:長*寬=3.5*lmm。
[0043](4)涂層激光熔覆。
[0044]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，在表面形成均勻致密的激光熔覆層。
[0045]熔覆工藝參數如下。
[0046]激光功率P = 3700W。
[0047]聚焦矩形光斑尺寸:長*寬=3.5*lmm。
[0048]掃描速度V = 300mm/min。
[0049]搭接率50%。
[0050]涂層厚度:2_。
[0051]保護氣體:氬氣。
[0052]( 5 )熔覆后探傷檢驗。
[0053]用著色探傷法加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔等缺陷。
[0054](6)張減輥后續熱處理。
[0055]對張減輥進行560°C，保溫2.5小時時效硬化效熱處理。
[0056]實施例2。
[0057]張減輥表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈，并對加工區域分區標號。用著色探傷法對加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。
[0058](2)合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調節。
[0059]配制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合金粉末，其化學成份按重量百分比為:C 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%、Ti:0.3-0.5%、B:0-0.3% Co: 13-15%，余量為 Fe。
[0060]超硬高速鋼合金粉末制備方法。
[0061]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。
[0062]調節自動送粉裝置，使自動送粉頭出來的合金粉末正好落在激光熔池內，調節送粉量，使合金粉末涂層的厚度達到0.5—2.5mm。
[0063](3)光束調節。
[0064]選用3.5*lmm寬帶積分鏡，并調節離焦量使聚焦激光光斑為矩形，光斑尺寸:長*寬=4.5*2mm。
[0065](4)涂層激光熔覆。
[0066]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，在表面形成均勻致密的激光熔覆層。
[0067]熔覆工藝參數如下。
[0068]激光功率P = 4200W。
[0069]聚焦矩形光斑尺寸:長*寬=4.5*2mm。
[0070]掃描速度V = 400mm/min。
[0071]搭接率50%。
[0072]涂層厚度:2.5mm。
[0073]保護氣體:氬氣。
[0074](5)熔覆后探傷檢驗。
[0075]用著色探傷法加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔等缺陷。
[0076](6)張減輥后續熱處理。
[0077]對張減輥進行560°C，保溫2.5小時時效硬化效熱處理。
【權利要求】
1.一種熱軋無縫鋼管張減輥激光熔覆超硬高速鋼工藝方法，其特征在于包括以下過程: (1)張減輥表面預處理 張減輥表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈，并對加工區域分區標號，用著色探傷法對加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷； (2)合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調節 配置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，其化學成份按重量百分比為:C 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%、Ti:0.3-0.5%、B:0-0.3%、、余量為 Fe ； 調節自動送粉裝置，使自動送粉頭出來的合金粉末正好落在激光熔池內，調節送粉量，使合金粉末涂層的厚度達到0.5—2.5mm ； (3)光束調節 選用3.5*lmm寬帶積分鏡，并調節離焦量使聚焦激光光斑為矩形，光斑尺寸:長*寬=(3.5-4.5)* (1-2) mm; (4)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，在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 = 3600?4200W 聚焦矩形光斑尺寸:長*寬=(8-10)* (1-1.5) mm 掃描速度 V = 200一400mm/mi η 搭接率50% 涂層厚度:0.5—2.5mm 保護氣體:気氣； (5)溶覆后探傷檢驗 用著色探傷法加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔等缺陷； (6)張減輥后續熱處理 對張減輥進行560°C，保溫2.5小時時效硬化效熱處理。
【文檔編號】C22C38/54GK104250802SQ201310264344
【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