一種激光熔覆制備梯度涂層修復(fù)冷軋輥的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種激光熔覆制備梯度涂層修復(fù)冷軋輥的方法，包括：步驟1)對(duì)冷軋輥的待修復(fù)區(qū)進(jìn)行打磨、清潔和噴砂處理；步驟2)在經(jīng)步驟1)處理的冷軋輥待修復(fù)區(qū)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(fā)明方法從熔覆層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手，將熔覆層設(shè)計(jì)為一種具有多層結(jié)構(gòu)的合金梯度層，解決了冷軋輥修復(fù)后易產(chǎn)生裂紋、結(jié)合強(qiáng)度較低、易發(fā)生脫落等問題。
【專利說明】一種激光熔覆制備梯度涂層修復(fù)冷軋輥的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冷軋輥修復(fù)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用激光熔覆制備梯度涂層來修復(fù)冷軋輥的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]冷軋輥是冷軋機(jī)的關(guān)鍵部件及消耗部件，在軋制過程中，工作應(yīng)力極大，同時(shí)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(bào)廢，因此要求冷軋輥表面具備相當(dāng)高的硬度、強(qiáng)韌性和抗裂性。冷軋輥通常采用合金鋼鍛造并經(jīng)過復(fù)雜的熱處理工藝制造成，生產(chǎn)成本非常昂貴。相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大型鋼鐵企業(yè)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(wàn)噸以上。如果消耗的軋輥全部報(bào)廢，無(wú)形中增加鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)成本、同時(shí)也會(huì)帶來巨大的資源浪費(fèi)。
[0003]目前，冷軋輥修復(fù)采用的方法是堆焊，激光熔覆等。冷軋輥的材質(zhì)多數(shù)為高碳低合金模具鋼，硬度較高，堆焊僅能夠適用于對(duì)裂紋、硬度、沖擊韌度沒有要求或者要求不高的冷軋輥修復(fù)，對(duì)于硬度超過HRC55以上的冷軋輥，在堆焊過程中極易產(chǎn)生裂紋。國(guó)內(nèi)還沒有能夠應(yīng)用堆焊修復(fù)冷軋輥的成熟產(chǎn)品問世。如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?6102348.1號(hào)和中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?102347.3號(hào)公開的工藝方法在武鋼集團(tuán)和唐山松汀鋼鐵有限公司的冷軋輥修復(fù)試用上均未能取得成功。
[0004]激光熔覆應(yīng)用于修復(fù)冷軋輥時(shí)，由于激光加熱快冷卻快，產(chǎn)生的過渡區(qū)尺寸過小，造成這一區(qū)域應(yīng)力集中，基材與熔覆層機(jī)械性能相差較大時(shí)，傾向更嚴(yán)重。同時(shí)，冷軋輥表面材質(zhì)含碳量很高，使得基材與熔覆層產(chǎn)生脆相，結(jié)合強(qiáng)度較低，容易發(fā)生脫落現(xiàn)象。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明通過對(duì)激光熔覆過渡層的材質(zhì)和厚度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，提供一種利用激光熔覆制備梯度涂層，從而修復(fù)冷軋輥的方法。本發(fā)明的工藝方法所采取的技術(shù)方案為:
[0006]一種激光熔覆制備梯度涂層修復(fù)冷軋輥的方法，包括以下步驟；
[0007]I)對(duì)冷軋輥的待修復(fù)區(qū)進(jìn)行打磨、清潔和噴砂處理；
[0008]2)在經(jīng)步驟I)處理的冷軋輥待修復(fù)區(qū)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(jìn)一步地，所述步驟2)中的高溫加熱方式為高頻感應(yīng)加熱。
[0012]進(jìn)一步地，所述步驟3)中激光熔覆操作至少重復(fù)I次，所述步驟4)中的激光熔覆操作至少重復(fù)2次。
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟2)中釬料粉末包括金、錳、鎳、鋅、鉻；對(duì)應(yīng)的質(zhì)量百分含量分別為:50 ?60%，10 ?15%，8 ?15%，20 ?30%，I ?5%。
[0014]進(jìn)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(duì)應(yīng)的質(zhì)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(jìn)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(duì)應(yīng)的質(zhì)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(jìn)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(jīng)過球磨機(jī)混合以及混合后烘干的步驟。
[0017]進(jìn)一步地,所述步驟2)中的釬料粉末經(jīng)球磨機(jī)混合時(shí)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(jīng)球磨機(jī)混合時(shí)間為90?150min。
[0018]進(jìn)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(shí)間均為50?120min，烘干溫度均為80?120°C。
[0019]進(jìn)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(fā)明提供一種激光熔覆制備梯度涂層修復(fù)冷軋輥的方法，從熔覆層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手，將熔覆層設(shè)計(jì)為一種具有多層結(jié)構(gòu)的合金梯度層，解決了冷軋輥修復(fù)后易產(chǎn)生裂紋、結(jié)合強(qiáng)度較低、易發(fā)生脫落等問題。本工藝方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021](I)通過層層之間的冶金結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了熔覆層與冷軋輥基體材料間高的結(jié)合強(qiáng)度，能有效緩和熔覆過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，提升熔覆層的韌性；
[0022](2)熔覆層組織致密、無(wú)裂紋缺陷，具有高的綜合機(jī)械性能，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)件的性能水平;
[0023](3)該發(fā)明在減少修復(fù)工序的同時(shí)，能大幅度降低生產(chǎn)成本，操作靈活方便，可根據(jù)冷軋輥的性能要求及修復(fù)尺寸進(jìn)行熔覆層結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)，滿足不同零件的修復(fù)需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為利用本發(fā)明的工藝方法修復(fù)后的冷軋輥結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中鋼帶冷軋輥表面的待修復(fù)區(qū)；
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中鋼帶冷軋輥表面修復(fù)后的實(shí)物圖；
[0027]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中線材軋輥表面的待修復(fù)區(qū)；
[0028]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中線材軋輥表面修復(fù)后的實(shí)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(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。
[0031]實(shí)施案例1:鋼帶冷軋輥表面修復(fù)
[0032]該軋輥的材質(zhì)為Crl2MoV合金，該合金晶粒較細(xì)，具有較好的淬透性，淬火回火后的硬度、強(qiáng)度、韌性較高，淬火變形小，廣泛應(yīng)用于冷軋輥的制造中。用傳統(tǒng)的堆焊修補(bǔ)效果較差，使用壽命小于10小時(shí)。
[0033]將本發(fā)明技術(shù)實(shí)施于該領(lǐng)域，對(duì)該軋輥進(jìn)行激光熔覆修復(fù)，實(shí)施工藝如下:
[0034](I)對(duì)鋼帶冷軋輥待修復(fù)區(qū)進(jìn)行打磨處理，然后噴砂進(jìn)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(zhì)量比55.0:12.0:8.0:24.0:1.0進(jìn)行混合，經(jīng)球磨機(jī)混合50分鐘，于100°C下烘干I小時(shí)；
[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(zhì)量比 56.4:20.3:10.0:5.2:5.0:0.4:0.6:0.5:0.8:0.8 進(jìn)行混合，經(jīng)球磨機(jī)混合120分鐘，于100°C下烘干I小時(shí)；
[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(zhì)量比 76.4:15.0:2.0:2.0:0.5:2.0:0.4:0.4:1.0:0.3 進(jìn)行混合，經(jīng)球磨機(jī)混合120分鐘，于100°C下烘干I小時(shí)；
[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(yīng)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(xù)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(jìn)行激光熔覆。本工藝步驟重復(fù)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(xù)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(jìn)行激光熔覆。本工藝步驟重復(fù)3次。
[0041]經(jīng)上述工藝得到的梯度熔覆層，各過渡層界面間均為冶金結(jié)合，無(wú)裂紋，性能測(cè)試指標(biāo)均符合要求。
[0042]實(shí)施例2:線材軋輥表面熔覆層的制備
[0043]該軋輥的材質(zhì)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(duì)有所減弱，具有良好的耐熱性，在較高溫度時(shí)具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和較高的抗回火穩(wěn)定性?？捎糜诶滠堓伒闹圃熘?，堆焊修補(bǔ)后壽命只有3?5小時(shí)。利用本發(fā)明技術(shù)對(duì)該軋輥進(jìn)行激光熔覆修復(fù)，實(shí)施工藝如下:
[0044](I)對(duì)線材軋輥待修復(fù)區(qū)進(jìn)行打磨處理，然后噴砂進(jìn)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(zhì)量比55.0:12.0:8.0:24.0:1.0進(jìn)行混合，經(jīng)球磨機(jī)混合50分鐘，于100°C下烘干I小時(shí)；
[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(zhì)量比 56.4:20.3:10.0:5.2:5.0:0.4:0.6:0.5:0.8:0.8 進(jìn)行混合，經(jīng)球磨機(jī)混合120分鐘，于100°C下烘干I小時(shí)；
[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(zhì)量比 76.4:15.0:2.0:2.0:0.5:2.0:0.4:0.4:1.0:0.3 進(jìn)行混合，經(jīng)球磨機(jī)混合120分鐘，于100°C下烘干I小時(shí)；
[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(yīng)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(xù)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(jìn)行激光熔覆。本工藝步驟重復(fù)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(xù)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(jìn)行激光熔覆。本工藝步驟重復(fù)3次。
[0051]經(jīng)上述工藝得到的梯度熔覆層，各過渡層界面間均為冶金結(jié)合，無(wú)裂紋，性能測(cè)試指標(biāo)均符合要求。
[0052]應(yīng)理解，上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于供本領(lǐng)域技術(shù)人員了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并非【具體實(shí)施方式】的窮舉，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種激光熔覆制備梯度涂層修復(fù)冷軋輥的方法，包括以下步驟: 1)對(duì)冷軋輥的待修復(fù)區(qū)進(jìn)行打磨、清潔和噴砂處理； 2)在經(jīng)步驟I)處理的冷軋輥待修復(fù)區(qū)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(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆制備梯度涂層修復(fù)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(yīng)加熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆制備梯度涂層修復(fù)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(fù)I次，所述步驟4)中的激光熔覆操作至少重復(fù)2次。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆制備梯度涂層修復(fù)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(duì)應(yīng)的質(zhì)量百分含量分別為:50?60%，10?15%,8 ?15%, 20 ?30%, I ?5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆制備梯度涂層修復(fù)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(duì)應(yīng)的質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆制備梯度涂層修復(fù)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(duì)應(yīng)的質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆制備梯度涂層修復(fù)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(jīng)過球磨機(jī)混合以及混合后烘干的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光熔覆制備梯度涂層修復(fù)冷軋輥的方法，其特征在于，所述步驟2)中的釬料粉末經(jīng)球磨機(jī)混合時(shí)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(jīng)球磨機(jī)混合時(shí)間為90?150min。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光熔覆制備梯度涂層修復(fù)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(shí)間均為50?120min，烘干溫度均為80?120°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆制備梯度涂層修復(fù)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(hào)】C22C19/05GK104404510SQ201410751015
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】高雪松, 肖猛, 張濤, 劉建濤 申請(qǐng)人:南京中科神光科技有限公司