[发明专利]一种激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法

说明书

技术领域

本发明涉及冷轧辊修复技术领域，具体涉及一种利用激光熔覆制备梯度涂层来修复冷轧辊的方法。

背景技术

冷轧辊是冷轧机的关键部件及消耗部件，在轧制过程中，工作应力极大，同时受到轧件的夹杂、边裂等问题的影响，容易造成轧辊表面划伤、裂纹、粘辊、剥落甚至报废，因此要求冷轧辊表面具备相当高的硬度、强韧性和抗裂性。冷轧辊通常采用合金钢锻造并经过复杂的热处理工艺制造成，生产成本非常昂贵。相关资料统计，我国大型钢铁企业冷轧辊损耗率约为0.8-1.1千克/吨，粗略估算每年冷轧辊消耗量50万吨以上。如果消耗的轧辊全部报废，无形中增加钢铁企业的生产成本、同时也会带来巨大的资源浪费。

目前，冷轧辊修复采用的方法是堆焊，激光熔覆等。冷轧辊的材质多数为高碳低合金模具钢，硬度较高，堆焊仅能够适用于对裂纹、硬度、冲击韧度没有要求或者要求不高的冷轧辊修复，对于硬度超过HRC55以上的冷轧辊，在堆焊过程中极易产生裂纹。国内还没有能够应用堆焊修复冷轧辊的成熟产品问世。如中国专利申请号96102348.1号和中国专利申请号6102347.3号公开的工艺方法在武钢集团和唐山松汀钢铁有限公司的冷轧辊修复试用上均未能取得成功。

激光熔覆应用于修复冷轧辊时，由于激光加热快冷却快，产生的过渡区尺寸过小，造成这一区域应力集中，基材与熔覆层机械性能相差较大时，倾向更严重。同时，冷轧辊表面材质含碳量很高，使得基材与熔覆层产生脆相，结合强度较低，容易发生脱落现象。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明通过对激光熔覆过渡层的材质和厚度进行合理设计，提供一种利用激光熔覆制备梯度涂层，从而修复冷轧辊的方法。本发明的工艺方法所采取的技术方案为：

一种激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法，包括以下步骤；

1)对冷轧辊的待修复区进行打磨、清洁和喷砂处理；

2)在经步骤1)处理的冷轧辊待修复区表面铺置钎剂，再将钎料粉末铺置在钎剂上，最后通过高温加热方式制备得到第一过渡层；

3)将过渡材料粉末铺置在第一过渡层表面，通过激光熔覆操作制备得到第二过渡层；

4)将合金粉末铺置在第二过渡层表面，通过激光熔覆操作制备得到第三梯度层。

进一步地，所述步骤2)中的高温加热方式为高频感应加热。

进一步地，所述步骤3)中激光熔覆操作至少重复1次，所述步骤4)中的激光熔覆操作至少重复2次。

进一步地，所述步骤2)中钎料粉末包括金、锰、镍、锌、铬；对应的质量百分含量分别为：50～60％，10～15％，8～15％，20～30％，1～5％。

进一步地，所述步骤3)中过渡材料粉末包括镍、铬、钼、铁、铌-钽合金、锰、硅、铜、钛、铝；对应的质量百分含量分别为：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％。

进一步地，所述步骤4)中合金粉末包括铁、铬、镍、钼、铌-钽合金、硅、磞、钴、锰、钒；对应的质量百分含量分别为：65～80％，10～20％，1～5％，1～5％，0.2～2.0％，1～5％，0.2～2.0％，0.2～2.0％，0.2～5％，0.2～2.0％。

进一步地，所述步骤2)中的钎料粉末、所述步骤3)中的过渡材料粉末和所述步骤4)中的合金粉末在使用前还需经过球磨机混合以及混合后烘干的步骤。

进一步地，所述步骤2)中的钎料粉末经球磨机混合时间为30～120min；所述步骤3)中的过渡材料粉末和所述步骤4中的合金粉末经球磨机混合时间为90～150min。

进一步地，所述步骤2)中的钎料粉末、所述步骤3)中的过渡材料粉末和所述步骤4)中的合金粉末的烘干时间均为50～120min，烘干温度均为80～120℃。

进一步地，所述步骤2)中的钎剂和钎料粉末的铺置总厚度为0.2～0.4mm；所述步骤3)中的过渡材料粉末铺置厚度为0.2～0.5mm；所述步骤4)中的合金粉末铺置厚度为0.3～0.8mm。

本发明提供一种激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法，从熔覆层的结构设计入手，将熔覆层设计为一种具有多层结构的合金梯度层，解决了冷轧辊修复后易产生裂纹、结合强度较低、易发生脱落等问题。本工艺方法具有以下优点：

(1)通过层层之间的冶金结合，实现了熔覆层与冷轧辊基体材料间高的结合强度，能有效缓和熔覆过程中产生的热应力，提升熔覆层的韧性；