軋輥修復(fù)層及利用軋輥修復(fù)層修復(fù)軋輥的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種軋輥表面處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種軋輥修復(fù)層，還涉及一種 利用該軋輥修復(fù)層修復(fù)軋輥的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)是鋼鐵生產(chǎn)和消費(fèi)的大國(guó)，其中軋材占85%-90%左右。軋輥是使(乳材)金屬 產(chǎn)生塑性變形的工具，是軋鋼廠軋鋼機(jī)上的重要零件，通常使用一對(duì)或一組軋輥滾動(dòng)時(shí)產(chǎn) 生的壓力來(lái)軋碾鋼材。它主要承受軋制時(shí)的動(dòng)靜載荷，磨損和溫度變化的影響。軋輥是軋 機(jī)必不可少的配件，也是影響軋鋼生產(chǎn)成本和效率的一個(gè)重要因素。軋輥的質(zhì)量直接影響 到軋輥的消耗量和生產(chǎn)成本。隨著軋輥投入使用的時(shí)間推移，磨損在所難免，磨損改變了工 作輥的初始輥形，惡化了輥面質(zhì)量，給產(chǎn)品的質(zhì)量控制帶來(lái)了很大的困難。
[0003] 從軋輥的工作環(huán)境分析：冷軋輥在工作過(guò)程中要承受很大的軋制應(yīng)力，加上軋件 的焊縫、夾雜、邊裂等問(wèn)題，容易導(dǎo)致瞬間高溫，使冷軋輥受到強(qiáng)烈熱沖擊造成劃傷、裂紋、 粘輥、剝落甚至軋輥斷裂等；熱軋輥由于處在一個(gè)較高的軋制溫度，且工作時(shí)存在較大的擠 壓沖擊力，冷熱交替產(chǎn)生熱疲勞裂紋等，主要的失效形式有熱龜裂和剝落、輥身表面磨損、 軋輥斷裂、過(guò)回火和蠕變、纏輥，失效面幾乎覆蓋整個(gè)工作層面。冷、熱軋輥?zhàn)钇毡榈氖?式都是輥面剝落和磨損，其中磨損比例更大。
[0004] 目前，在一般鋼鐵企業(yè)，乳輥由于磨損需要修復(fù)時(shí)，多采用車(chē)削或磨削方式修正輥 型。這種方式對(duì)提高軋輥壽命意義不大，只是一種"補(bǔ)救"措施。通常，一套軋輥軋制一個(gè) 工作周期后，就要對(duì)其外圓進(jìn)行修磨，經(jīng)修磨后其軋制量會(huì)大大下降，且大約修磨3~5次后 外圓過(guò)小，整套軋輥將徹底報(bào)廢。因此為了提高軋輥質(zhì)量和使用壽命，對(duì)軋輥表面進(jìn)行修復(fù) 和強(qiáng)化具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。
[0005] 熱噴涂是一種常用的材料表面處理技術(shù)，采用熱噴涂方法可以在軋輥表面制備出 耐高溫抗摩擦和腐蝕性能優(yōu)良的涂層，且熱噴涂具有不受工件尺寸和施工場(chǎng)所的限制、沉 積效率較高以及對(duì)基體材料的熱影響小的特點(diǎn)，既可用于新軋輥的磨損防護(hù)，也是一種報(bào) 廢乳棍的修復(fù)技術(shù)，綜合成本較低。
[0006] 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)外在軋輥修復(fù)和制造領(lǐng)域，熱噴涂技 術(shù)還沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用，主要的原因是還沒(méi)有能夠有效解決軋輥上熱噴涂制備超厚涂層 和服役過(guò)程中涂層易脫離等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于此，本發(fā)明目的在于提供用于修復(fù)軋輥的，服役過(guò)程中不易脫離的修復(fù)層，該 修復(fù)層性?xún)r(jià)比高，具有優(yōu)異的基體結(jié)合強(qiáng)度、抗高溫磨損性和耐腐蝕性，能夠提高軋輥的使 用性能，有效延長(zhǎng)軋輥的使用壽命。
[0008] 為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的軋輥修復(fù)層，在軋輥基體表面依次熱噴涂金 屬層、金屬-陶瓷復(fù)合層和陶瓷層制備而成；金屬層用金屬材料熱噴涂到基體表面而成，該 金屬材料為NiCr、NiCrBSi、NiAl、NiCrAl、316L、NiCrBSiFe、NiCrBSiMoFe中的任意一種；金 屬-陶瓷復(fù)合層用金屬材料和陶瓷材料的混合物熱噴涂到金屬層表面而成，該混合物是由 使用的金屬材料和陶瓷材料混合而成；陶瓷層用陶瓷材料熱噴涂到金屬-陶瓷復(fù)合層表面 而成，該陶瓷材料為Cr3C2、WC、Cr203、A1203、Zr02、1102中的任意一種。
[0009] 所述混合物中金屬材料與陶瓷材料的質(zhì)量比為10-30 :70-90。
[0010] 所述金屬層的厚度為100-300ym，金屬-陶瓷復(fù)合層的厚度為1000-3000ym，陶 瓷層的厚度為200-400iim。
[0011] 本發(fā)明利用所述軋輥修復(fù)層修復(fù)軋輥的方法包括如下步驟： 步驟1)，對(duì)基體進(jìn)行清洗、除油、除銹和表面粗化； 步驟2)，在經(jīng)步驟1)處理的基體表面采用熱噴涂方法制備金屬層； 步驟3)，在步驟2)得到的金屬層表面采用熱噴涂方法制備金屬-陶瓷復(fù)合層； 步驟4)，在步驟3)得到的金屬-陶瓷復(fù)合層表面采用熱噴涂方法制備陶瓷層； 步驟5)，對(duì)修復(fù)層進(jìn)行磨削加工至軋輥精度； 步驟1)與步驟2)之間、步驟2)與步驟3)之間以及步驟3)與步驟4)之間的間隔時(shí) 間不超過(guò)2h。
[0012] 所述熱噴涂方法為超音速火焰噴涂、爆炸噴涂、等離子噴涂、火焰噴涂、電弧噴涂， 步驟2)至步驟4)中熱噴涂方法相同、部分相同或完全不同。
[0013] 步驟2)中，熱噴涂方法為超音速火焰噴涂，噴涂參數(shù)為助燃?xì)鈮毫?6_20bar、流 量 3〇0_8〇Oslpm，燃?xì)鈮毫?3_6bar、流量 5〇_7〇slpm，輔助氣壓力 5_8bar、流量 3〇0_5〇Oslpm， 送粉氣壓力3_9bar、流量10_20slpm、送粉速率40_150g/min，噴涂距離150-300mm。
[0014] 步驟3)中，熱噴涂方法為超音速火焰噴涂，噴涂參數(shù)為：助燃?xì)鈮毫?8_22bar、 流量500-1000slpm，燃?xì)鈮毫?-8bar、流量60-90slpm，輔助氣壓力6-8bar、流量 350-550slpm，送粉氣壓力3-9bar、流量10-20slpm、送粉速率為30-120g/min，噴涂距離為 200_350mm。
[0015] 所述助燃?xì)鉃椹?，所述燃?xì)鉃楸榛騝2h2，所述輔助氣為空氣，所述送粉氣為n2。
[0016] 步驟4)中，熱噴涂方法為等離子噴涂，噴涂參數(shù)為：主氣壓力3-5bar、流量30-50 slpm，輔氣壓力l_3bar、流量2-4slpm，送粉氣壓力0.5-lbar、流量2-4slpm、送粉速率為 20-100g/min;噴涂過(guò)程中電流450-650A、電壓50-60V，噴涂距離為100-120mm。
[0017] 所述主氣為Ar、所述輔氣為H2，所述送粉氣為Ar。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案中的一個(gè)技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)： 使用本發(fā)明修復(fù)層對(duì)軋輥進(jìn)行修復(fù)，具有綜合成本較低、制備簡(jiǎn)單、效果顯著、適于大 規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，可替代目前廣泛使用的堆焊工藝，顯著延長(zhǎng)軋輥的使用壽命。同時(shí)該技術(shù) 還是符合國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的綠色制造技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景與經(jīng)濟(jì)效
[0019] 本發(fā)明采用熱噴涂方法制備的報(bào)廢軋輥表面修復(fù)層是由金屬層、金屬-陶瓷復(fù)合 層和陶瓷層組成，與目前常用的軋輥修復(fù)技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)陶瓷涂層硬度高，耐高溫磨損性能良好，能較好地承受軋輥工作時(shí)遭受的劇烈摩 擦磨損；金屬涂層與軋輥表面的結(jié)合強(qiáng)度高，可有效防止使用過(guò)程中熱噴涂修復(fù)層的脫落； 同時(shí)，金屬-陶瓷復(fù)合涂層位于金屬涂層和陶瓷涂層之間，能夠有效防止金屬和陶瓷由于 熱膨脹系數(shù)的差異而導(dǎo)致的熱應(yīng)力失配。因此，三層涂層的有機(jī)結(jié)合可實(shí)現(xiàn)熱噴涂超厚涂 層的制備，便于恢復(fù)軋輥尺寸，保證了熱噴涂技術(shù)在軋輥修復(fù)領(lǐng)域的成功應(yīng)用，所制備的修 復(fù)層具有優(yōu)異的基體結(jié)合強(qiáng)度、抗高溫摩擦磨損性與耐腐蝕性，能夠極大地提高軋輥的使 用性能，顯著延長(zhǎng)其使用壽命。
[0020] (2)該技術(shù)所涉及的設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，易于操作，涂層沉積效率高，且不受軋輥尺 寸和施工場(chǎng)所的限制，適于大型軋輥的修復(fù)，對(duì)軋輥的熱影響小，既可用于報(bào)廢軋輥的修 復(fù)，也可用于新軋輥的磨損防護(hù)。
[0021] 為了表征本發(fā)明軋輥表面修復(fù)層的性能，利用熒光金相顯微鏡、表面輪廓儀、拉伸 試驗(yàn)機(jī)和顯微硬度計(jì)對(duì)所得到的涂層樣品進(jìn)行表征，以下是具體的性能測(cè)試方法。
[0022] ( 1)涂層顯微硬度測(cè)試方法： 將涂層樣品的橫截面鑲嵌后拋光，采用數(shù)顯硬度計(jì)測(cè)量涂層橫截面的顯微硬度，所加 載荷為300g，保壓時(shí)間為10s。硬度計(jì)算公式為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種軋輥修復(fù)層，其特征在于，在軋輥基體表面依次熱噴涂金屬層、金屬-陶瓷復(fù) 合層和陶瓷層制備而成；金屬層用金屬材料熱噴涂到基體表面而成，該金屬材料為NiCr、 NiCrBSi、NiAl、NiCrAl、316L、NiCrBSiFe、NiCrBSiMoFe 中的任意一種；金屬-陶瓷復(fù)合層 用金屬材料和陶瓷材料的混合物熱噴涂到金屬層表面而成，該混合物是由使用的金屬材料 和陶瓷材料混合而成；陶瓷層用陶瓷材料熱噴涂到金屬-陶瓷復(fù)合層表面而成，該陶瓷材 料為 Cr3C2、WC、Cr203、A120 3、Zr02、1102中的任意一種。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述軋輥修復(fù)層，其特征在于，所述混合物中金屬材料與陶瓷材料 的質(zhì)量比為10-30 :70-90。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述軋輥修復(fù)層，其特征在于，所述金屬層的厚度為100-300 μ m，金 屬-陶瓷復(fù)合層的厚度為1000-3000 μ m，陶瓷層的厚度為200-400 μ m。
4. 一種利用1至3任一權(quán)利要求所述的軋輥修復(fù)層修復(fù)軋輥的方法，其特征在于包括 如下步驟： 步驟1)，對(duì)基體進(jìn)行清洗、除油、除銹和表面粗化； 步驟2)，在經(jīng)步驟1)處理的基體表面采用熱噴涂方法制備金屬層； 步驟3)，在步驟2)得到的金屬層表面采用熱噴涂方法制備金屬-陶瓷復(fù)合層； 步驟4)，在步驟3)得到的金屬-陶瓷復(fù)合層表面采用熱噴涂方法制備陶瓷層； 步驟5)，對(duì)修復(fù)層進(jìn)行磨削加工至軋輥精度； 步驟1)與步驟2)之間、步驟2)與步驟3)之間以及步驟3)與步驟4)之間的間隔時(shí) 間不超過(guò)2h。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述方法，其特征在于，所述熱噴涂方法為超音速火焰噴涂、爆炸噴 涂、等離子噴涂、火焰噴涂、電弧噴涂，步驟2)至步驟4)中熱噴涂方法相同、部分相同或完 全不同。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述方法，其特征在于，步驟2)中，熱噴涂方法為超音速火焰噴涂， 噴涂參數(shù)為助燃?xì)鈮毫?6_20bar、流量300-800slpm，燃?xì)鈮毫?-6bar、流量50-70slpm， 輔助氣壓力5-8bar、流量300-500slpm，送粉氣壓力3-9bar、流量10-20slpm、送粉速率 40_150g/min，噴涂距離 150-300mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述方法，其特征在于，步驟3)中，熱噴涂方法為超音速火焰噴涂， 噴涂參數(shù)為：助燃?xì)鈮毫?8_22bar、流量500-1000slpm，燃?xì)鈮毫?-8bar、流量60-90slpm， 輔助氣壓力6-8bar、流量350-550slpm，送粉氣壓力3-9bar、流量10-20slpm、送粉速率為 30-120g/min，噴涂距離為 200-350mm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述方法，其特征在于，所述助燃?xì)鉃? 2，所述燃?xì)鉃楸榛?C2H2，所述輔助氣為空氣，所述送粉氣為N2。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述方法，其特征在于，步驟4)中，熱噴涂方法為等離子噴涂，噴 涂參數(shù)為：主氣壓力3-5bar、流量30-50 slpm，輔氣壓力l-3bar、流量2-4 slpm，送粉氣壓 力0· 5-lbar、流量2-4 slpm、送粉速率為20-100g/min ;噴涂過(guò)程中電流450-650 A、電壓 50-60 V，噴涂距離為 100-120 mm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述方法，其特征在于，所述主氣為Ar、所述輔氣為H 2，所述送粉氣 為Ar0
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種軋輥修復(fù)層，在軋輥基體表面依次熱噴涂金屬層、金屬-陶瓷復(fù)合層和陶瓷層制備而成；金屬層用金屬材料熱噴涂到基體表面而成，該金屬材料為NiCr、NiCrBSi、NiAl、NiCrAl、316L、NiCrBSiFe、NiCrBSiMoFe中的任意一種；金屬-陶瓷復(fù)合層用金屬材料和陶瓷材料的混合物熱噴涂到金屬層表面而成，該混合物是由使用的金屬材料和陶瓷材料混合而成；陶瓷層用陶瓷材料熱噴涂到金屬-陶瓷復(fù)合層表面而成，該陶瓷材料為Cr3C2、WC、Cr2O3、Al2O3、ZrO2、TiO2中的任意一種。還公開(kāi)了一種利用所述的軋輥修復(fù)層修復(fù)軋輥的方法。
【IPC分類(lèi)】C23C4-08, C23C4-06, C23C4-10, C23C4-14
【公開(kāi)號(hào)】CN104651773
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510116253
【發(fā)明人】袁建輝, 單張飛
【申請(qǐng)人】郴州市泰益表面涂層技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年3月17日