[发明专利]热轧无缝钢管轧机限动芯棒激光熔覆耐磨、抗热疲劳合金涂层工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种冶金设备部件的耐磨抗蚀方法，特别是涉及一种采用激光熔覆技术的制备热轧无缝钢管轧机限动芯棒耐磨、抗热疲劳合金涂层的工艺，属于IPC国际专利分类表中的C23C24/10(2006.01)I技术领域。

背景技术

我国无缝钢管行业近几年出现了有史以来最快发展，作为轧管机组中重要的工模具-芯棒，其需求也随之大幅增长。业内专家认为：“十一五”期间随着国内正在建设及新建生产线的陆续投产，预计2010年我国芯棒的国内消耗量在1.5～2.0万吨左右。

在无缝钢管的生产费用中，轧制工模具-芯棒的消耗达50-100元/吨。据统计2008年我国热轧无缝钢管产量为2000多万吨，芯棒消耗达10-20亿元，且大口径无缝钢管限动芯棒80％需要进口，钢管企业因此付出高昂的购置费用。因而提高芯棒的使用寿命、降低工具消耗是无缝钢管企业迫切需要解决的技术难题。

限动芯棒在轧制过程中反复急冷急热，承受巨大的循环应力，其表面因此形成热疲劳裂纹及热磨损而失效。目前提高限动芯棒使用寿命的主要途径是采用高合金的热作模具钢及超纯净钢冶炼技术提高限动芯棒的耐磨、抗热疲劳性能。显然整体提高钢的纯净度会带来制造难度的加大及成本的大幅上升，更重要的是芯棒的失效是因为表面裂纹及热磨损的原因而导致整体的报废，无形中会造成社会成本及稀缺、贵重资源的巨大浪费。限动芯棒镀表面硬铬也是目前采用的技术之一，但涂层结合强度差，易剥落且不环保，属国家限制采用的技术。

因此，选择适当的制备热轧无缝钢管轧机限动芯棒耐磨、抗热疲劳合金涂层的工艺，使热轧无缝钢管轧机限动芯棒耐磨、抗热疲劳合金涂层与基体结合强度高、耐磨及抗热疲劳性能好、合金涂层的厚度均匀，是当前亟待解决的课题。

激光熔覆技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。

激光熔覆技术利用高能量激光束聚集能量极高的特点，瞬间将在基材表面预置或与激光同步自动送置的、具有特殊物理、化学或力学性能的合金粉末完全熔化，同时基材部分熔化，形成一种新的复合型材料，激光束扫描后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层，以达到恢复几何尺寸和表面强化的目的。

目前，关于利用激光熔覆工艺制备设备部件耐磨抗蚀合金涂层的专利和报道很多：例如，

公开号为CN1202534的中国发明专利申请给出的《金属表面等离子喷涂后激光熔覆制备陶瓷涂层的方法》，该方法是先在金属表面用等离子喷涂方法制备陶瓷涂层，然后在激光照射的同时，将陶瓷粉末喷向涂层表面，对陶瓷涂层进行二次熔覆处理。

公开号为CN1786272的中国发明专利申请给出的《激光熔覆镍基纳米WC/Co预涂层的制备方法》，该制备方法包括下列步骤：①按每克重的虫胶与10～20克重的无水乙醇称量虫胶和无水乙醇，然后将所述的虫胶加入无水乙醇中制成粘结剂；②根据需要按每克镍基纳米WC/Co粉末与0.1毫升～0.25毫升的粘结剂的比例，称量镍基纳米WC/Co粉末和所述的粘结剂并混合，充分搅拌均匀制成预涂胶；③将上述预涂胶均匀地涂在待激光熔覆处理的工件表面，制成预涂层；④烘干。采用自制的粘结剂制备镍基纳米WC/Co预涂层，然后再采用激光熔覆工艺，制备出了表面较平整，较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的镍基纳米WC/Co复合涂层。

公开号为CN101338427的中国发明专利申请给出的《液压支架立柱缸筒、活塞杆耐磨抗蚀涂层的激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先立柱缸筒、活塞杆表面预处理：室温下对立柱缸筒、活塞杆表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净；然后合金粉末的选择和自动送粉装置的调节：选用具有优良耐磨抗蚀性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，铁基合金粉末的成份中主要含有Fe、C、Cr、Ni、Mo、Si、N、Nb、Ta、B；最后自动送粉装置的调节：调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.6-1.2mm。

公开号为CN101338425的中国发明专利申请给出的《铁路道岔滑床板表面耐磨抗蚀合金涂层激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先滑床板表面预处理，即在室温下对滑床板表面进行除油除锈，并用酒精清洗干净；然后是合金粉末的预置，即把待熔覆的铁基、镍基或钴基合金粉末预置于上述处理后的滑床板表面，并用带有导轨的刮尺来调整预制合金粉末，使之均匀分布在滑床板表面并具有适当的厚度，以满足熔覆后涂层厚度的要求；最后是光熔覆强化滑床板，选用气体CO₂激光器，工作台为数控机床，在滑床板表面进行激光熔覆强化。