一种采用激光熔覆的方式复合制造轧机对中导板的耐磨材料及制备方法与流程

1.本发明涉及激光熔覆技术和轧机对中导板的耐磨材料制备领域，特别涉及一种采用激光熔覆的方式复合制造轧机对中导板的耐磨材料及制备方法。


背景技术：

2.轧机对中导板位于热连轧粗轧轧机、中厚板粗精轧轧机及型材粗轧机前后运输辊道两侧，其主要作用是对钢坯轧制咬钢或出钢时的夹持对中，防止钢坯轧制时发生扭转跑偏。轧机对中导板直接和高温钢坯接触，其表面的质量直接的影响轧制钢坯的质量。轧机对中导板表面严重的磨损沟槽可能会导致钢坯弯曲超标、边部划伤和毛刺、对中差堆钢、夹持失效倒钢等问题，影响产品质量和生产效率。
3.目前市场上轧机对中导板主要是整体碳钢钢板结构磨损后采用在线或线下手工补焊，工作部位强度不足、硬度低，磨损快。目前对于板坯轧机对中导板磨损平均每个月就需要下机修复一次，而型材轧机由于钢坯形状非对称钢坯易弯曲且对夹持要求更高，对中导板出入口两端划伤和磨损更为严重，造成对中导板使用寿命更短，平均每半个月就需要下机修复一次，增加了现场检修频次和人工成本，降低了轧钢产量，性价比较低。目前随着连轧的发展和钢铁企业对产品质量要求的提高，如何提高轧机对中导板的在线使用时间和使用精度，实现少维护、连续作业时间长成为了各大轧钢厂和冶金设备制造商的研究开发方向。
4.面对轧机对中导板存在的问题，专利cn 204396479一种用于粗轧机前后对中推床的大导板，主要研究导板箱体结构研究，这不能从根本解决导板不耐磨的问题，只是局部性的改善了工作环境；专利cn 210253572一种轧机对中导板，是在导板上采用淬火和堆焊的方法延长导板的使用寿命，但并未针对轧机对中导板的工况研究适用其条件的焊接材料，这能小幅度的提高使用寿命，并不能大幅度提高使用寿命和降低生产成本。
5.针对轧机对中导板的特殊使用工况，轧机对中导板寿命短的原因为接触钢坯表面部位高温耐磨性不足，如果采用激光熔覆的方式，针对磨损不足部位进行复合制造，设计并应用一种耐磨材料，使轧机对中导板工作部位得到强化，整体基体采用经济性的碳钢，设计制造高耐磨轧机对中复合导板，提高使用寿命保证生产连续性并降低生产成本，是本专利最重要的技术内容。


技术实现要素：

6.鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种采用激光熔覆的方式复合制造轧机对中导板的耐磨材料及制备方法。本发明提供的种轧机对中导板用耐高温磨损熔覆层粉末，粉末配比合理，且满足使用需求，形成的熔覆层组织致密无裂纹、气孔夹杂等冶金缺陷，具有抗高温水气腐蚀、抗高温磨损防粘着的优异性能。
7.本发明采用激光熔覆的方式，针对磨损不足部位进行复合制造，设计并应用一种
耐磨材料使轧机对中导板工作部位得到强化，整体基体采用经济性的碳钢，设计制造高耐磨轧机对中复合导板，提高使用寿命保证生产连续性并降低生产成本。实现轧机对中导板的高精度长寿化的运行，现在使用周期在0.5
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1月下线，磨损量最大可达10mm，即后期处于丧失精度的使用中。关键点在于设计高温耐磨防刮擦的材料，实现轧机对中导板工作部位激光熔覆复合制造，解决导板快速磨损影响生产质量和生产效率的问题。
8.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
9.一种采用激光熔覆的方式复合制造轧机对中导板的耐磨材料，其成分组成包括cu、zr、cr、fe、nb、v、c、si，由以下质量百分比组分组成： cu：20~50%，zr：0.5~1%，cr：5~13%，fe：15~40%，nb：2~9%，v：1~5%，c：0.5~2%，si：1~3%。
10.所述的采用激光熔覆的方式复合制造轧机对中导板的耐磨材料的方法，具体步骤为：轧机对中导板复合制造的结构设计如图1所示，选用满足强度需求的q235经济性高的碳钢作为激光熔覆的基体，在轧机对中导板基体上根据轧线使用位置确定和轧材接触的位置为激光熔覆耐磨材料区域，对该区域进行开槽，槽深根据轧线希望控制的磨损精度，所述耐磨材料能满足深度在8mm
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0.5mm深度范围的复合制造需求。
11.进一步地，所述的激光熔覆的工艺参数为：功率：1200～2800w，光斑直径：3.0～10mm，置粉厚度：0.5～3mm；熔覆厚度：可单层熔覆，或多层熔覆叠加实现0.5
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8mm的熔覆层；激光扫描速度：18～46mm/s，搭接率：25%~75% ；保护：高纯氩气2l/min覆盖熔池保护。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果如下。
13.本发明提供的一种轧机对中导板用耐高温磨损熔覆层粉末，粉末配比合理，且满足使用需求，形成的熔覆层组织致密无裂纹、气孔夹杂等冶金缺陷，具有抗高温水气腐蚀、抗高温磨损防粘着的优异性能。该粉末的研究过程中进行了大量的实验，针对抗高温水气腐蚀、抗高温磨损防粘着的性能需求进行了多组实验首先验证了碳和钒的含量配比，发现当采用钒/碳低于2进行材料成分设计时，获得合金层的硬度不足hrc50，且热处理后硬度进一步降低，经成分检测与设计成分对比发现，存在基体的稀释和碳元素的烧损导致激光制备合金层和粉末成分的偏离。进过多组实验验证发现本发明的钒碳元素的比例效果极佳，此成为该抗冲击耐磨材料的设计基础，在此基础上进行了粉末性能完善的实验。铌和钒的共同作用，可进一步的细化晶粒减少晶粒度，促进晶粒的细化的同时细化了耐磨颗粒的尺寸，这对抗冲击性能有非常大的提高，同时铌的碳化物会分布在晶界，对组织有一定的钉扎作用，可提高合金层母相的强度，保障合金层同时具备良好的耐磨性和抗冲击性。该发明中材料设计要同时兼顾钒/碳、钒/铌和铌/碳的比例，经试验数据验证为钒:铌:碳=2：4:1—10:18:4。所以铌元素含量的设计也是该材料设计需要优化的关键因素，铌含量少于2%，对晶粒的细化效果不明显，铌含量大于9%，铌的碳化物会有明显的聚集现象破坏激光熔覆层的抗冲击性能，同时多余的铌会与铁形成不稳定化合物进一步恶化组织的抗冲击性能，所以铌的含量设计为2
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9%最佳。铬的添加让合金层具备良好的耐蚀性，同时残余铬对基体的固溶强化可显著提高耐磨性和残余奥氏体的含量，更好的满足冲击工况的需求。铁基合金通常很难兼顾耐磨性和强韧性，为增加耐磨性而增加碳含量和合金含量时，会导致合金碳化物的聚集长大恶化合金的韧性导致抗冲击性能下降。本发明采用钒铌的共同作用且优化
其比例，使得激光制造的铁基合金获得了大量弥散分布的颗粒，同时由于钒铌碳的良好搭配保证了颗粒弥散分布形态，未恶化韧性，使得铁基合金具备了良好的抗冲击耐磨性。
14.轧机对中导板直接接触温度在1180℃到1050℃的红热钢坯，同时在往复轧制的过程中随着钢坯长度的延长，存在着弯曲，使得使用中钢坯和导板的接触应力是比较大的，接触过程中导板静止不动连续和红钢接触，导致其为高温磨损下线。概括轧机对中导板工况有以下几个特点：
①
长时间高温：需要材料具有良好的高温红硬性；
②
导板静止承受钢坯的划擦：需要材料具有高硬度的耐磨颗粒；
③
高温水汽：材料具有一定的耐蚀性；
④
高温高应力接触：材料和钢坯的亲和力差，防止粘着。本发明采用激光熔覆的方式，针对磨损不足部位进行复合制造，设计并应用一种耐磨材料使轧机对中导板工作部位得到强化，整体基体采用经济性的碳钢，设计制造高耐磨轧机对中复合导板，提高使用寿命保证生产连续性并降低生产成本。实现轧机对中导板的高精度长寿化的运行，现在使用周期在0.5
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1月下线，磨损量最大可达10mm，即后期处于丧失精度的使用中。关键点在于设计高温耐磨防刮擦的材料，实现轧机对中导板工作部位激光熔覆复合制造，解决导板快速磨损影响生产质量和生产效率的问题。
15.本发明提供的一种轧机对中导板激光熔覆耐磨材料的方法首先通过复合结构设计，采用分区强化，并且可实现再制造，在使用后可对磨损部位进行2
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5次的再利用大大节约资源和成本；其次材料设计针对的是轧机对中导板特殊工况设计，通过考虑改善摩擦降低工况温升同时提高导热增加热的传输，使的钢坯和轧机对中导板件一静一动的对磨环境得到改善，此方面主要大量铜的添加发挥导热作用；最后增加耐磨颗粒，利用铌和钒这类强碳化物形成元素生成大量的硬质颗粒，并且铁的加入会使颗粒在快速凝固下被铁基包覆形成与铜良好的性能过渡和绝佳的韧性配合。这样一方面改善高温环境，一方面增加耐磨高韧颗粒，使激光熔覆复合材料的组织性能实现最佳的高温耐磨性能，大幅度提升材料的在该工况下的耐磨损性能。
附图说明
16.图1是轧机对中导板复合制造的结构图。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。本领域的技术人员容易理解，以下所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
18.一种采用激光熔覆的方式复合制造轧机对中导板的耐磨材料，其成分组成包括cu、zr、cr、fe、nb、v、c、si，由以下质量百分比组分组成： cu：20~50%，zr：0.5~1%，cr：5~13%，fe：15~40%，nb：2~9%，v：1~5%，c：0.5~2%，si：1~3%。
19.所述的采用激光熔覆的方式复合制造轧机对中导板的耐磨材料的方法，具体步骤为：轧机对中导板复合制造的结构设计如图1所示，选用满足强度需求的q235经济性高的碳钢作为激光熔覆的基体，在轧机对中导板基体上根据轧线使用位置确定和轧材接触的位置为激光熔覆耐磨材料区域，对该区域进行开槽，槽深根据轧线希望控制的磨损精度，所述耐磨材料能满足深度在8mm
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0.5mm深度范围的复合制造需求。
20.进一步地，所述的激光熔覆的工艺参数为：功率：1200～2800w，光斑直径：3.0～10mm，置粉厚度：0.5～3mm；熔覆厚度：可单层熔覆，或多层熔覆叠加实现0.5
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8mm的熔覆层；激光扫描速度：18～46mm/s，搭接率：25%~75% ；保护：高纯氩气2l/min覆盖熔池保护。
21.实施例1。
22.轨粱等型材轧制过程中，在bd1、bd2两架轧机钢坯会进过5
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7道的往复轧制，在往复轧制过程中轧机对中导板的使用精度是决定其对中性，是否有划伤的关键部件。轨粱轧制过程中侧放在输送辊道上，由于在轧制前进方向上非对称导致钢坯弯曲严重，对轧机对中导板的磨损非常剧烈。对轧机对中导板材料设计并且使用适当的激光熔覆工艺进行复合制造，得到了熔覆质量良好且无开裂缺陷的熔覆结构，按重量百分比计，其中熔覆材料主要成分配比如下：为cu：48%，cr：5%，zr：0.6%；nb：9%，v：5%，c：2%，si：2.4%，fe：余量。熔覆位置的宽度为170mm，激光熔覆层的深度为5mm，激光熔覆3层累计。
23.其中激光熔覆的工艺参数如下：功率：2300w，圆光斑直径：4mm，单层置粉厚度2.2mm，扫描速度：25mm/s，搭接率：60%。该轧机对中导板的熔覆材料经激光熔覆后，不仅获得了良好的熔覆质量，最重要的是其同比耐磨性是原始使用材料的的15倍，大幅度提高单次在线时间，使用过程中无需干预，而且磨损痕迹边部光滑对钢坯没有划伤的风险。激光熔覆耐磨材料复合制造的轧机对中导板实现了高性价比、长周期的高精度运行。
24.实施例2。
25.宽厚板轧制过程中，粗轧机的轧机对中导板直接接触板坯的边部，是决定板坯对中轧制性能和边部质量的关键部件。板坯的边部在轧制过程中优先冷却且磨损位置有上下的跳动，对宽厚板轧机对中导板采用激光熔覆工艺进行复合制造，获得熔覆质量良好且无开裂缺陷的熔覆结构，按重量百分比计，其中熔覆材料主要成分配比如下：cu：42%，cr：5%，zr：0.8%，nb：6%，v：3%，c：1.5%，si：2.0%，fe：余量。熔覆位置的宽度为190mm，激光熔覆层的深度为4mm，激光熔覆2层。
26.其中激光熔覆的工艺参数如下：功率：2000w，圆光斑直径：3.6mm，置粉厚度2.2mm，扫描速度：32mm/s，搭接率：60%。该轧机对中导板的熔覆材料经激光熔覆后，不仅获得了良好的熔覆质量，最重要的是其同比耐磨性是原始使用材料的的13倍，大幅度提高单次在线时间，使用过程中无需干预，而且磨损痕迹光滑对钢坯没有划伤的风险，对中厚板轧制来说使用过程中未出现粘钢，并且磨损位置保持在同一个位置，提高轧制稳定性。激光熔覆耐磨材料复合制造的轧机对中导板实现了高性价比、长周期的高精度运行。