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(jìn)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(jìn)行配制混合；選用3.5*1mm聚焦鏡，并調(diào)節(jié)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?zé)彳垷o縫鋼管輸送輥軸向進(jìn)給，設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，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(xù)熱處理；對激光熔覆硬質(zhì)合金涂層進(jìn)行磨削加工處理至所要尺寸。本發(fā)明形成均勻致密的耐磨抗蝕熔覆層，熔覆層硬度達(dá)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用激光熔覆技術(shù)修復(fù)冶金設(shè)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(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]熱軋無縫鋼管輸送輥是熱軋無縫鋼管生產(chǎn)線配套設(shè)備部件之一，它的使用壽命和表面狀態(tài)對無縫鋼管質(zhì)量和產(chǎn)能有至關(guān)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(dǎo)致表面冷熱交替，易于疲勞和產(chǎn)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(chǎn)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(dǎo)致的表面狀態(tài)惡化影響鋼管表面質(zhì)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(tǒng)堆焊法和噴焊法，傳統(tǒng)堆焊法及噴焊法得到的堆焊層組織粗大，熱影響區(qū)面積大，稀釋率大，并容易出現(xiàn)晶粒粗大及過熱組織，結(jié)合強(qiáng)度不高，容易出現(xiàn)脫落、起皮現(xiàn)象。堆焊帶搭接區(qū)域耐磨性差導(dǎo)致優(yōu)先磨損溝，這往往是輸送輥堆焊修復(fù)失效的主要原因。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就在于解決現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明采用具有優(yōu)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(xué)相容性的鐵基碳化物復(fù)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(nèi)發(fā)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(jié)合，熔覆層硬度達(dá)到HRC65以上，提高其服役壽命8倍以上。
[0005]本發(fā)明采取的技術(shù)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(yù)處理。
[0008]室溫下對輸送輥加工表面進(jìn)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(jìn)行檢驗(yàn)，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(jié)相合金粉末選用具有優(yōu)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(xué)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(yīng)爐內(nèi)，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(shè)備的漏包坩堝，在漏包坩堝的下方置有氬氣霧化噴嘴，當(dāng)熔融的金屬液流通過導(dǎo)流嘴流經(jīng)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(jìn)行配制，并在專用混粉器進(jìn)行混合4小時以上。
[0016](3)光束調(diào)節(jié)。
[0017]選用3.5*lmm聚焦鏡，并調(diào)節(jié)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(shù)控激光加工機(jī)。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?zé)彳垷o縫鋼管輸送輥軸向進(jìn)給，設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，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(shù)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(hù)氣體:氬氣。
[0027](5)熱軋無縫鋼管輸送輥后續(xù)熱處理。
[0028]對熱軋無縫鋼管輸送輥進(jìn)行560°C，保溫2.5小時時效硬化效熱處理。
[0029](6)機(jī)械加工。
[0030]對激光熔覆硬質(zhì)合金涂層采用金剛石或立方氮化硼進(jìn)行磨削加工處理至要尺寸。
[0031]本發(fā)明的原理:采用具有優(yōu)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(xué)相容性的鐵基碳化物復(fù)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(nèi)發(fā)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(jié)合，熔覆層硬度達(dá)到HRC65以上，提高其服役壽命8倍以上。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)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(fù)的工藝方法。
[0034](2)該工藝采用具有抗熱、耐磨性能優(yōu)異的硬質(zhì)合金復(fù)合粉末作為功能材料，應(yīng)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(zhì)量、與基體形成良好的冶金結(jié)合的WC硬面復(fù)合層。

【具體實(shí)施方式】
[0035]實(shí)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(yù)處理。
[0038]室溫下對輸送輥加工表面進(jìn)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(jìn)行檢驗(yàn)，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(jié)相合金粉末選用具有優(yōu)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(xué)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(yīng)爐內(nèi)，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(shè)備的漏包坩堝，在漏包坩堝的下方置有氬氣霧化噴嘴，當(dāng)熔融的金屬液流通過導(dǎo)流嘴流經(jīng)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(jìn)行配制，并在專用混粉器進(jìn)行混合4小時以上。
[0046](3)光束調(diào)節(jié)。
[0047]選用3.5*lmm聚焦鏡，并調(diào)節(jié)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(shù)控激光加工機(jī)。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(jìn)給，設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，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(shù)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(hù)氣體:氬氣。
[0057](5)熱軋無縫鋼管輸送輥后續(xù)熱處理。
[0058]對熱軋無縫鋼管輸送輥進(jìn)行560°C，保溫2.5小時時效硬化效熱處理。
[0059](6)機(jī)械加工。
[0060]對激光熔覆硬質(zhì)合金涂層采用金剛石或立方氮化硼進(jìn)行磨削加工處理至要尺寸。
[0061]實(shí)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(yù)處理。
[0064]室溫下對輸送輥加工表面進(jìn)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(jìn)行檢驗(yàn)，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(jié)相合金粉末選用具有優(yōu)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(xué)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(yīng)爐內(nèi)，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(shè)備的漏包坩堝，在漏包坩堝的下方置有氬氣霧化噴嘴，當(dāng)熔融的金屬液流通過導(dǎo)流嘴流經(jīng)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(jìn)行配制，并在專用混粉器進(jìn)行混合4小時以上。
[0072](3)光束調(diào)節(jié)。
[0073]選用3.5*lmm聚焦鏡，并調(diào)節(jié)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(shù)控激光加工機(jī)。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(jìn)給，設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，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(shù)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(hù)氣體:氬氣。
[0083](5)熱軋無縫鋼管輸送輥后續(xù)熱處理。
[0084]對熱軋無縫鋼管輸送輥進(jìn)行560°C，保溫2.5小時時效硬化效熱處理。
[0085](6)機(jī)械加工。
[0086]對激光熔覆硬質(zhì)合金涂層采用金剛石或立方氮化硼進(jìn)行磨削加工處理至要尺寸。
【權(quán)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(yù)處理 室溫下對輸送輥加工表面進(jìn)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(jìn)行檢驗(yàn)，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(jié)相合金粉末選用具有優(yōu)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(xué)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(yīng)爐內(nèi)，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(shè)備的漏包坩堝，在漏包坩堝的下方置有氬氣霧化噴嘴，當(dāng)熔融的金屬液流通過導(dǎo)流嘴流經(jīng)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(jìn)行配制，并在專用混粉器進(jìn)行混合4小時以上； (3)光束調(diào)節(jié) 選用3.5*lmm聚焦鏡，并調(diào)節(jié)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(shù)控激光加工機(jī)，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?zé)彳垷o縫鋼管輸送輥軸向進(jìn)給，設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，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(shù)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(hù)氣體:気氣； (5)熱軋無縫鋼管輸送輥后續(xù)熱處理 對熱軋無縫鋼管輸送輥進(jìn)行560°C，保溫2.5小時時效硬化效熱處理； (6)機(jī)械加工 對激光熔覆硬質(zhì)合金涂層采用金剛石或立方氮化硼進(jìn)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(yōu)先權(quán)日:2013年6月28日
【發(fā)明者】趙越, 陳海濤, 張威 申請人:沈陽大陸激光成套設(shè)備有限公司