一種激光熔覆制備梯度涂層修復冷軋輥的方法
【專利摘要】本發明涉及一種激光熔覆制備梯度涂層修復冷軋輥的方法，包括：步驟1)對冷軋輥的待修復區進行打磨、清潔和噴砂處理；步驟2)在經步驟1)處理的冷軋輥待修復區表面鋪置釬劑，再將釬料粉末鋪置在釬劑上，最后通過高溫加熱方式制備得到第一過渡層；步驟3)將過渡材料粉末鋪置在第一過渡層表面，通過激光熔覆操作制備得到第二過渡層；步驟4)將合金粉末鋪置在第二過渡層表面，通過激光熔覆操作制備得到第三梯度層。本發明方法從熔覆層的結構設計入手，將熔覆層設計為一種具有多層結構的合金梯度層，解決了冷軋輥修復后易產生裂紋、結合強度較低、易發生脫落等問題。
【專利說明】一種激光熔覆制備梯度涂層修復冷軋輥的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及冷軋輥修復【技術領域】，具體涉及一種利用激光熔覆制備梯度涂層來修復冷軋輥的方法。
【背景技術】
[0002]冷軋輥是冷軋機的關鍵部件及消耗部件，在軋制過程中，工作應力極大，同時受到軋件的夾雜、邊裂等問題的影響，容易造成軋輥表面劃傷、裂紋、粘輥、剝落甚至報廢，因此要求冷軋輥表面具備相當高的硬度、強韌性和抗裂性。冷軋輥通常采用合金鋼鍛造并經過復雜的熱處理工藝制造成，生產成本非常昂貴。相關資料統計，我國大型鋼鐵企業冷軋輥損耗率約為0.8-1.1千克/噸，粗略估算每年冷軋輥消耗量50萬噸以上。如果消耗的軋輥全部報廢，無形中增加鋼鐵企業的生產成本、同時也會帶來巨大的資源浪費。
[0003]目前，冷軋輥修復采用的方法是堆焊，激光熔覆等。冷軋輥的材質多數為高碳低合金模具鋼，硬度較高，堆焊僅能夠適用于對裂紋、硬度、沖擊韌度沒有要求或者要求不高的冷軋輥修復，對于硬度超過HRC55以上的冷軋輥，在堆焊過程中極易產生裂紋。國內還沒有能夠應用堆焊修復冷軋輥的成熟產品問世。如中國專利申請號96102348.1號和中國專利申請號6102347.3號公開的工藝方法在武鋼集團和唐山松汀鋼鐵有限公司的冷軋輥修復試用上均未能取得成功。
[0004]激光熔覆應用于修復冷軋輥時，由于激光加熱快冷卻快，產生的過渡區尺寸過小，造成這一區域應力集中，基材與熔覆層機械性能相差較大時，傾向更嚴重。同時，冷軋輥表面材質含碳量很高，使得基材與熔覆層產生脆相，結合強度較低，容易發生脫落現象。
【發明內容】
[0005]為克服現有技術的不足，本發明通過對激光熔覆過渡層的材質和厚度進行合理設計，提供一種利用激光熔覆制備梯度涂層，從而修復冷軋輥的方法。本發明的工藝方法所采取的技術方案為:
[0006]一種激光熔覆制備梯度涂層修復冷軋輥的方法，包括以下步驟；
[0007]I)對冷軋輥的待修復區進行打磨、清潔和噴砂處理；
[0008]2)在經步驟I)處理的冷軋輥待修復區表面鋪置釬劑，再將釬料粉末鋪置在釬劑上，最后通過高溫加熱方式制備得到第一過渡層；
[0009]3)將過渡材料粉末鋪置在第一過渡層表面，通過激光熔覆操作制備得到第二過渡層；
[0010]4)將合金粉末鋪置在第二過渡層表面，通過激光熔覆操作制備得到第三梯度層。
[0011]進一步地，所述步驟2)中的高溫加熱方式為高頻感應加熱。
[0012]進一步地，所述步驟3)中激光熔覆操作至少重復I次，所述步驟4)中的激光熔覆操作至少重復2次。
[0013]進一步地，所述步驟2)中釬料粉末包括金、錳、鎳、鋅、鉻；對應的質量百分含量分別為:50 ?60%，10 ?15%，8 ?15%，20 ?30%，I ?5%。
[0014]進一步地，所述步驟3)中過渡材料粉末包括鎳、鉻、鑰、鐵、鈮-鉭合金、錳、硅、銅、鈦、鋁；對應的質量百分含量分別為: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]進一步地，所述步驟4)中合金粉末包括鐵、鉻、鎳、鑰、鈮-鉭合金、硅、蹦、鈷、錳、釩；對應的質量百分含量分別為: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]進一步地，所述步驟2)中的釬料粉末、所述步驟3)中的過渡材料粉末和所述步驟4)中的合金粉末在使用前還需經過球磨機混合以及混合后烘干的步驟。
[0017]進一步地,所述步驟2)中的釬料粉末經球磨機混合時間為30?120min ;所述步驟3)中的過渡材料粉末和所述步驟4中的合金粉末經球磨機混合時間為90?150min。
[0018]進一步地，所述步驟2)中的釬料粉末、所述步驟3)中的過渡材料粉末和所述步驟4)中的合金粉末的烘干時間均為50?120min，烘干溫度均為80?120°C。
[0019]進一步地，所述步驟2)中的釬劑和釬料粉末的鋪置總厚度為0.2?0.4mm ;所述步驟3)中的過渡材料粉末鋪置厚度為0.2?0.5mm ;所述步驟4)中的合金粉末鋪置厚度為 0.3 ?0.8mm。
[0020]本發明提供一種激光熔覆制備梯度涂層修復冷軋輥的方法，從熔覆層的結構設計入手，將熔覆層設計為一種具有多層結構的合金梯度層，解決了冷軋輥修復后易產生裂紋、結合強度較低、易發生脫落等問題。本工藝方法具有以下優點:
[0021](I)通過層層之間的冶金結合，實現了熔覆層與冷軋輥基體材料間高的結合強度，能有效緩和熔覆過程中產生的熱應力，提升熔覆層的韌性；
[0022](2)熔覆層組織致密、無裂紋缺陷，具有高的綜合機械性能，達到標準件的性能水平;
[0023](3)該發明在減少修復工序的同時，能大幅度降低生產成本，操作靈活方便，可根據冷軋輥的性能要求及修復尺寸進行熔覆層結構方面的設計，滿足不同零件的修復需求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為利用本發明的工藝方法修復后的冷軋輥結構示意圖；
[0025]圖2為本發明實施例1中鋼帶冷軋輥表面的待修復區；
[0026]圖3為本發明實施例1中鋼帶冷軋輥表面修復后的實物圖；
[0027]圖4為本發明實施例2中線材軋輥表面的待修復區；
[0028]圖5為本發明實施例2中線材軋輥表面修復后的實物圖。
[0029]圖中，I一基材；2—第一過渡層；3—第二過渡層；4一第三梯度層。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖，通過實施例對本發明技術方案做進一步說明。
[0031]實施案例1:鋼帶冷軋輥表面修復
[0032]該軋輥的材質為Crl2MoV合金，該合金晶粒較細，具有較好的淬透性，淬火回火后的硬度、強度、韌性較高，淬火變形小，廣泛應用于冷軋輥的制造中。用傳統的堆焊修補效果較差，使用壽命小于10小時。
[0033]將本發明技術實施于該領域，對該軋輥進行激光熔覆修復，實施工藝如下:
[0034](I)對鋼帶冷軋輥待修復區進行打磨處理，然后噴砂進一步粗化、凈化基體表面；
[0035](2)配制第一層釬料粉末，采用單純金粉、錳粉、鎳粉、鋅粉、鉻粉，按質量比55.0:12.0:8.0:24.0:1.0進行混合，經球磨機混合50分鐘，于100°C下烘干I小時；
[0036](3)配制第二層過渡材料粉末，采用單純鎳粉、鉻粉、鑰粉、鐵粉、鈮-鉭粉、錳粉、硅粉、銅粉、鈦粉、鋁粉，按質量比 56.4:20.3:10.0:5.2:5.0:0.4:0.6:0.5:0.8:0.8 進行混合，經球磨機混合120分鐘，于100°C下烘干I小時；
[0037](4)配制第三層合金粉末，采用單純鐵粉、鉻粉、鎳粉、鑰粉、鈮-鉭粉、硅粉、蹦粉、鈷粉、錳粉、釩粉，按質量比 76.4:15.0:2.0:2.0:0.5:2.0:0.4:0.4:1.0:0.3 進行混合，經球磨機混合120分鐘，于100°C下烘干I小時；
[0038](5)在基材表面鋪上一層已煮過的糊狀102釬劑,厚度為100 μ m,然后將第一層釬料粉末均勻鋪上，厚度為200 μ m，采用高頻感應加熱至1080°C，保溫2分鐘。
[0039](6)將第二層過渡材料粉末均勻鋪制在第一層過渡層上，厚度為0.3mm，采用高功率連續YAG激光器作為能量源，激光功率為2000W，工作光斑直徑為5_，掃描速度為0.6m/min，進行激光熔覆。本工藝步驟重復2次。
[0040](7)將第三層合金粉末均勻鋪制在過渡層2上，厚度為0.5mm，采用高功率連續YAG激光器作為能量源，激光功率為2500W，工作光斑直徑為5_，掃描速度為0.6m/min，進行激光熔覆。本工藝步驟重復3次。
[0041]經上述工藝得到的梯度熔覆層，各過渡層界面間均為冶金結合，無裂紋，性能測試指標均符合要求。
[0042]實施例2:線材軋輥表面熔覆層的制備
[0043]該軋輥的材質為H13合金，該鋼具有高的淬透性和抗熱裂能力，耐磨性好，韌性相對有所減弱，具有良好的耐熱性，在較高溫度時具有優良的綜合力學性能和較高的抗回火穩定性。可用于冷軋輥的制造中，堆焊修補后壽命只有3?5小時。利用本發明技術對該軋輥進行激光熔覆修復，實施工藝如下:
[0044](I)對線材軋輥待修復區進行打磨處理，然后噴砂進一步粗化、凈化基體表面；
[0045](2)配制第一層釬料粉末，采用單純金粉、錳粉、鎳粉、鋅粉、鉻粉，按質量比55.0:12.0:8.0:24.0:1.0進行混合，經球磨機混合50分鐘，于100°C下烘干I小時；
[0046](3)配制第二層過渡材料粉末，采用單純鎳粉、鉻粉、鑰粉、鐵粉、鈮-鉭粉、錳粉、硅粉、銅粉、鈦粉、鋁粉，按質量比 56.4:20.3:10.0:5.2:5.0:0.4:0.6:0.5:0.8:0.8 進行混合，經球磨機混合120分鐘，于100°C下烘干I小時；
[0047](4)配制第三層合金粉末，采用單純鐵粉、鉻粉、鎳粉、鑰粉、鈮-鉭粉、硅粉、蹦粉、鈷粉、錳粉、釩粉，按質量比 76.4:15.0:2.0:2.0:0.5:2.0:0.4:0.4:1.0:0.3 進行混合，經球磨機混合120分鐘，于100°C下烘干I小時；
[0048](5)在基材表面鋪上一層已煮過的糊狀102釬劑,厚度為100 μ m,然后將第一層過渡層釬料粉末均勻鋪上，厚度為200 μ m,采用高頻感應加熱至1080°C，保溫2分鐘。
[0049](6)將第二層過渡材料粉末均勻鋪制在第一層過渡層上，厚度為0.3mm，采用高功率連續YAG激光器作為能量源，激光功率為2000W，工作光斑直徑為5_，掃描速度為0.6m/min，進行激光熔覆。本工藝步驟重復2次。
[0050](7)將第三梯度層高性能合金粉末均勻鋪制在過渡層2上，厚度為0.5mm,采用高功率連續YAG激光器作為能量源，激光功率為2500W，工作光斑直徑為5mm，掃描速度為
0.6m/min，進行激光熔覆。本工藝步驟重復3次。
[0051]經上述工藝得到的梯度熔覆層，各過渡層界面間均為冶金結合，無裂紋，性能測試指標均符合要求。
[0052]應理解，上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于供本領域技術人員了解本發明的內容并據以實施，并非【具體實施方式】的窮舉，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種激光熔覆制備梯度涂層修復冷軋輥的方法，包括以下步驟: 1)對冷軋輥的待修復區進行打磨、清潔和噴砂處理； 2)在經步驟I)處理的冷軋輥待修復區表面鋪置釬劑，再將釬料粉末鋪置在釬劑上，最后通過高溫加熱方式制備得到第一過渡層； 3)將過渡材料粉末鋪置在第一過渡層表面，通過激光熔覆操作制備得到第二過渡層； 4)將合金粉末鋪置在第二過渡層表面，通過激光熔覆操作制備得到第三梯度層。
2.根據權利要求1所述的激光熔覆制備梯度涂層修復冷軋輥的方法，其特征在于，所述步驟2)中的高溫加熱方式為高頻感應加熱。
3.根據權利要求1所述的激光熔覆制備梯度涂層修復冷軋輥的方法，其特征在于，所述步驟3)中激光熔覆操作至少重復I次，所述步驟4)中的激光熔覆操作至少重復2次。
4.根據權利要求1所述的激光熔覆制備梯度涂層修復冷軋輥的方法，其特征在于，所述步驟2)中釬料粉末包括金、錳、鎳、鋅、鉻；對應的質量百分含量分別為:50?60%，10?15%,8 ?15%, 20 ?30%, I ?5%。
5.根據權利要求1所述的激光熔覆制備梯度涂層修復冷軋輥的方法，其特征在于，所述步驟3)中過渡材料粉末包括鎳、鉻、鑰、鐵、鈮-鉭合金、錳、硅、銅、鈦、鋁；對應的質量百分含量分別為: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.根據權利要求1所述的激光熔覆制備梯度涂層修復冷軋輥的方法，其特征在于，所述步驟4)中合金粉末包括鐵、鉻、鎳、鑰、鈮-鉭合金、硅、蹦、鈷、錳、釩；對應的質量百分含量分別為: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.根據權利要求1所述的激光熔覆制備梯度涂層修復冷軋輥的方法，其特征在于，所述步驟2)中的釬料粉末、所述步驟3)中的過渡材料粉末和所述步驟4)中的合金粉末在使用前還需經過球磨機混合以及混合后烘干的步驟。
8.根據權利要求7所述的激光熔覆制備梯度涂層修復冷軋輥的方法，其特征在于，所述步驟2)中的釬料粉末經球磨機混合時間為30?120min ;所述步驟3)中的過渡材料粉末和所述步驟4中的合金粉末經球磨機混合時間為90?150min。
9.根據權利要求7所述的激光熔覆制備梯度涂層修復冷軋輥的方法，其特征在于，所述步驟2)中的釬料粉末、所述步驟3)中的過渡材料粉末和所述步驟4)中的合金粉末的烘干時間均為50?120min，烘干溫度均為80?120°C。
10.根據權利要求1所述的激光熔覆制備梯度涂層修復冷軋輥的方法，其特征在于，所述步驟2)中的釬劑和釬料粉末的鋪置總厚度為0.2?0.4mm ;所述步驟3)中的過渡材料粉末鋪置厚度為0.2?0.5mm ;所述步驟4)中的合金粉末鋪置厚度為0.3?0.8_。
【文檔編號】C22C19/05GK104404510SQ201410751015
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月10日 優先權日:2014年12月10日
【發明者】高雪松, 肖猛, 張濤, 劉建濤 申請人:南京中科神光科技有限公司