[发明专利]一种高铬铸钢轧辊表层疲劳微裂纹激光快速修复方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高铬铸钢轧辊表层疲劳微裂纹激光快速修复方法，属于材料表面处理方法的创新技术。本方法适用于轧制钢坯的高铬铸钢热轧辊表面的局部修复及强化处理。

背景技术

高铬铸钢中由于碳及合金元素的含量较高，基体中含有大量的一次碳化物，具有较高的机械强度及耐磨性，逐渐取代了半钢和高铬铸铁轧辊，广泛用作热轧带钢连轧机粗轧和精轧前段工作辊、宽中厚板粗轧和精轧工作辊及小型型钢和棒材轧机精轧辊等。然而，高铬铸钢基体中的一次碳化物呈网状沿晶界分布，轧辊表面与高温红热（约为1250℃）的轧材直接接触，轧辊表层温度瞬时被加热到500℃～650℃，表现为压应力，次表层为拉应力；脱离轧件时，表层转化为拉应力，次表层为压应力，同时加上冷却水的反复作用，周期性交变热应力导致出现热疲劳裂纹。严重情况下，网状碳化物为裂纹提供了扩展途径，裂纹扩展可能造成辊面剥落，甚至断辊，导致轧辊过早失效。

传统的修复方法是将表面有疲劳微裂纹的轧辊进行车削加工，除去表面疲劳层，然后再进行热处理。该方法工艺程序复杂，且将导致轧辊尺寸大幅度减小。由于轧辊的失效大多发生在轧辊近表层，因此对轧辊表面进行近表层的修复及强化处理，可以不改变整体材质的前提下提高轧辊表面性能，降低生产成本。目前表面强化方法最常用的是堆焊和激光表面强化。

专利（03116017.4）内容涉及一种大型轧辊硬面堆焊修复方法，具体是采用成份含有C、Cr、Si、Mn、S、Fe等元素的焊丝在轧辊表面按一定工艺依次堆焊三层材料：基础层、过渡层和硬面层。本发明方法用于大型轧辊的修复和表面强化，效果良好，解决了辊面局部或大面积脱落等问题，降低了部件成本，延长了使用寿命。但是在堆焊前要求将轧辊表面缺陷（裂纹等）进行去除，且处理过程中容易产生裂缝、夹渣、焊瘤和脱落，一般要求焊前预热、层间保温和焊后回火等，恶化了劳动条件；且堆焊后需对堆焊层进行机加工，显著增加了工艺成本，这些都限制了堆焊技术的发展。

激光表面硬化处理作为一种新兴的热处理技术，激光熔凝处理是目前激光表面改性研究的热点之一，主要是利用比相变硬化时更高的激光能量（约10⁵W/cm²），使金属表层快速熔化并造成熔化金属和基体之间很大的温度梯度。激光移开后，熔化金属快速凝固，表面获得极细或超细化的组织结构，表面成分偏析减少，表层的缺陷和微裂纹可被熔化，硬化层较深。且工艺灵活、对基体组织、性能尺寸影响较小。专利（200920091416.3）内容涉及一种用于制造薄板轧辊激光熔覆的方法，即在轧辊表面激光熔覆铁基合金或镍基合金耐磨层，该耐磨层耐磨性能好，不易脱落，然而，激光熔覆处理后表面粗糙度较大，需进行精磨加工，增加了工作量。专利（95101036.0）内容涉及一种轧钢工业上使用的用激光处理轧辊表面的方法，是对铸钢轧辊表面进行激光相变硬化处理，达到提高轧辊性能的目的。但是，激光相变硬化处理得到的硬化层较浅，且表面容易出现裂纹，影响轧辊的使用寿命。专利（01114853.5）内容涉及采用激光熔凝处理技术改善铸钢轧辊表面性能，主要是针对高碳锰钢轧辊，但未解决高铬铸钢材料表面微裂纹修复问题及其激光表面强化问题。

本发明的激光强化方法是用激光束对表面带有微裂纹的高铬铸钢材料表面进行激光熔凝处理，不需要额外添加材料，熔凝层与基体间呈冶金结合，处理后无杂质和气孔产生，且快速加热、冷却条件下可获得均匀细小的奥氏体枝晶组织，处理后进行300℃～650℃回火处理两次，每次保温1h，熔凝层硬度明显提高至HV672。激光快速熔凝处理高铬铸钢使耐蚀性能明显改善，560℃和650℃的高温耐磨性能显著提高。

发明内容

本发明的目的是克服其他表面热处理方法的缺点，提供一种高效、操作简便且环保的高铬铸钢材料表面微裂纹修复及强化的新方法。

本发明所述的高铬铸钢轧辊表层疲劳微裂纹激光快速修复方法，是将待处理高铬铸钢材料表面进行去油污、铁锈处理，然后喷涂吸光涂料，将激光发生器发出的激光束通过导光系统传输到待处理试件表面，聚焦成圆形光斑，采用连续搭接的方式，实现高铬铸钢表层疲劳微裂纹的快速修复及表面强化处理。

上述的一种高铬铸钢轧辊表层疲劳微裂纹激光快速修复方法，其特征在于，所述的基体为高铬铸钢。

上述的一种高铬铸钢轧辊表层疲劳微裂纹激光快速修复方法，其特征在于，所述高铬铸钢表层疲劳微裂纹深度不超过0.4mm。

上述的一种高铬铸钢轧辊表层疲劳微裂纹激光快速修复方法，其特征在于，高铬铸钢材料表层有疲劳微裂纹，采用激光快速熔凝处理进行修复及强化。