一种冷轧工作辊及其制备方法

1.本发明涉及冷轧技术领域，具体涉及一种冷轧工作辊及其制备方法。


背景技术：

2.目前所用的冷轧不锈钢工作辊常用的材料是9cr5mov和w6mo5cr4v2。9cr5mov材料价格便宜但不耐磨，寿命低；w6mo5cr4v2材料价格高但寿命高，耐磨性好。
3.目前工作辊的制作流程为：精选原材料
→
ebt初炼
→
lf精炼
→
真空脱气
→
浇注成型
→
电渣重熔
→
锻造
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球化退火
→
粗加工
→
调质
→
半精加工
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探伤检测
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预热处理
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双频淬火
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冷处理
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低温回火
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精加工
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硬度、超声波及金相
→
包装出厂。
4.不锈钢冷轧钢板是用冷轧工艺生产的不锈钢钢板，通过冷轧工序不同的加工方法及冷轧后的表面再加工，可以使不锈钢表面具有不同等级的表面光洁度、纹路和颜色，如此种类丰富的表面大大改善了不锈钢的外观，拓宽了不锈钢使用的内涵，从而扩展了不锈钢的使用范围，成为不锈钢中最被广泛选用的结构品种。
5.高速激光熔覆技术是通过激光高能密度熔敷添加的金属合金粉末，是与微熔基表面接口的冶金相结合的涂层，是一种增强材料制造技术，可大大提高零件的表面耐磨性、耐蚀性和寿命。高速激光熔覆通过激光扫描速度，获得了比传统激光熔覆层更均匀的涂层厚度、平整表面质量、降低稀释率、提高沉积效率、小工件形状变量等，已成为国内外研究机构和企业重点关注的激光应用新领域。
6.高速激光熔覆技术可以降低激光制造及再制造领域的加工成本，提高产品质量，延长产品寿命，特别是在液压支柱、轴类零件、大型盖板模具、阀门等工业应用领域有着广泛的应用。
7.高速激光熔覆功率密度大，可熔覆高熔点粉末材料，相较于传统激光熔覆，高速激光熔覆绿色环保无污染。


技术实现要素：

8.现有的冷轧不锈钢工作辊材料多为9cr5mov，此种材料便宜但是不耐磨，另外常用的w6mo5cr4v2高速钢，但是此种材料价格昂贵。通过高速激光熔覆在工作辊原有材料的基础上喷涂一层w6mo5cr4v2材料，使新材料耐磨性高，寿命长，并且成本大大降低。然而，发明人进一步研究发现直接在9cr5mov基体上直接喷涂w6mo5cr4v2涂层，所得材料的使用寿命、硬度仍有待进一步提高。为此，本发明提出在9cr5mov基体和w6mo5cr4v2涂层之间设置过渡涂层的技术方案。
9.本发明在9cr5mov的工作辊表面用高速激光熔覆依次涂一层厚度为10-30μm的过渡涂层和一层厚度为10-30mm的w6mo5cr4v2材料，在保证高的寿命和高的耐磨性的同时，降低了成本。本发明的完整工艺流程可以为：精选原材料
→
ebt初炼
→
lf精炼
→
真空脱气
→
浇注成型
→
电渣重熔
→
锻造
→
高速激光熔覆
→
精加工
→
硬度、超声波及金相
→
包装出厂。
10.通过此次发明，将工作辊的材料进行创新，结合高速激光熔覆技术的优点，使工作
辊寿命高，耐磨性高，流程短，成本低。
11.一种冷轧工作辊，包括9cr5mov合金钢基体和在其表面依次设置的过渡涂层和w6mo5cr4v2合金钢粉末涂层；
12.所述过渡涂层为9cr5mov和w6mo5cr4v2的混合粉末涂层。
13.优选的，所述混合粉末涂层中w6mo5cr4v2的体积分数为50％～85％，其余为9cr5mov。
14.进一步优选的，所述混合粉末涂层中w6mo5cr4v2的体积分数为70％，其余为9cr5mov。
15.优选的，所述过渡涂层的厚度为10-30μm。
16.优选的，所述w6mo5cr4v2合金钢粉末涂层的厚度为10-30mm。
17.本发明还提供了所述的冷轧工作辊的制备方法，包括步骤：
18.1)过渡涂层制备：将9cr5mov粉末和w6mo5cr4v2粉末球磨均匀后真空干燥，然后采用高速激光熔覆技术在所述9cr5mov合金钢基体的表面制作所述过渡涂层；
19.2)w6mo5cr4v2合金钢粉末涂层制备：w6mo5cr4v2粉末作为喷涂材料，采用高速激光熔覆技术在所述过渡涂层的表面制作所述w6mo5cr4v2合金钢粉末涂层；
20.3)切削加工；
21.4)淬火：采用分级淬火，第一次预热温度为740-750℃，第二次预热温度为855-865℃，最终温度为1235-1250℃，之后采用油冷，使其硬度达到64-66hrc；
22.5)精磨达到表面粗糙度0.7-0.8ra，获得所述冷轧工作辊。
23.本发明通过两次高速激光熔覆，在9cr5mov基体表面依次制作过渡涂层和w6mo5cr4v2涂层，然后采用与之相适应的特定条件的淬火工艺(本发明工艺淬火过程的第一次预热温度、第二次预热温度均高于现有常规的第一次预热温度680℃左右和第二次预热温度790℃左右)，最终获得长寿命、高硬度的冷轧工作辊。
24.步骤1)中，所述9cr5mov粉末优选通过气雾化法制备得到。
25.步骤1)中，所述w6mo5cr4v2粉末的粒度优选为100-200目。
26.步骤1)中，优选的，所述球磨的方式为间隙球磨，球磨总时间为14h，球磨转速为400rpm。
27.步骤1)中，优选的，所述真空干燥的温度为65℃，时间为15h。
28.步骤1)中，优选的，所述高速激光熔覆技术的参数条件包括：激光功率为2.5～3.5kw，光斑面积为10mm
×
2mm，送粉速率为14-22g/min，保护气体流量8-13l/min，激光扫描速率为10-35m/min，搭接率为35％-50％，保护气体为氩气。
29.步骤2)中，优选的，所述高速激光熔覆技术的参数条件包括：激光功率为2.5～3.5kw，光斑面积为10mm
×
2mm，送粉速率为14-22g/min，保护气体流量8-13l/min，激光扫描速率为10-35m/min，搭接率为35％-50％，保护气体为氩气。
30.步骤3)中，可采用ca9140车床进行切削，选用车削加工背吃刀量为3-5mm，采用高速钢刀具，速度v选用24-27m/min，转速f选用0.35-0.45mm/r。
31.步骤4)中，第一次预热时间优选为20-30s/mm有效厚度，第二次预热时间优选为15-25s/mm有效厚度，最终温度停留时间优选为12-20s/mm有效厚度。
32.步骤5)中，优选的，所述精磨选用钢制轧辊，磨料选用白刚玉(wa)，粒度60-80目，
硬度等级选用h，结合剂选用v。
33.本发明与现有技术相比，有益效果有：
34.本发明通过过渡涂层的设计，使得9cr5mov基体与w6mo5cr4v2涂层之间的结合力更强，最终获得的冷轧工作辊寿命更长、硬度更高。
附图说明
35.图1为本发明的冷轧工作辊的结构示意图，图中：1-w6mo5cr4v2合金钢粉末涂层；2-过渡涂层；3-9cr5mov合金钢基体。
具体实施方式
36.下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
37.如图1所示，本发明的冷轧工作辊包括9cr5mov合金钢基体3和在其表面依次设置的过渡涂层2和w6mo5cr4v2合金钢粉末涂层1；过渡涂层2为9cr5mov和w6mo5cr4v2的混合粉末涂层。
38.9cr5mov合金钢基体单一材料制作的冷轧工作辊的寿命为10个月，硬度为55hrc。
39.实施例1
40.采用w6mo5cr4v2粉末进行实验。
41.第一步，采用的激光功率为3kw，光斑面积为10mm
×
2mm，送粉速率为15g/min，保护气体氩气流量10l/min，激光扫描速率为20m/min，搭接率为40％。
42.第二步，采用ca9140车床进行切削，选用车削加工背吃刀量为4mm，采用高速钢刀具，速度v选用25m/min，转速f选用0.4mm/r。
43.第三步，采用分级淬火，第一次预热温度为740℃时间为25s/mm，第二次预热温度为860℃时间为22s/mm，最终温度1240℃时间为15s/mm，采用油冷。
44.第四步，采用钢制轧辊精磨，磨料选用wa，粒度60-80目，硬度等级选用h，结合剂选用v，达到表面粗糙度0.7ra，获得冷轧工作辊，寿命为12个月，硬度为64hrc。
45.实施例2
46.采用过渡涂层，即9cr5mov和w6mo5cr4v2混合材料作为过渡涂层，其中9cr5mov粉末体积分数为50％，w6mo5cr4v2粉末体积分数为50％。之后再用w6mo5cr4v2粉末进行实验。
47.第一步，采用9cr5mov和w6mo5cr4v2两种粉末作为原材料，采用气雾化法制备纯9cr5mov合金粉末，添加钨钼系高速钢的w6mo5cr4v2粉末，粒度为100-200目。将两种粉末倒入球磨机中，在球磨机上间隙球磨14h，转速400r/min，充分混合后放置在真空干燥箱中65℃保温15h烘干。采用的激光功率为3kw，光斑面积为10mm
×
2mm，送粉速率为15g/min，保护气体氩气流量10l/min，激光扫描速率为20m/min，搭接率为40％，涂层厚度为20μm。
48.第二步，采用的激光功率为3kw，光斑面积为10mm
×
2mm，送粉速率为15g/min，保护气体氩气流量10l/min，激光扫描速率为20m/min，搭接率为40％，涂层厚度为20mm。
49.第三步，切削加工：采用ca9140车床进行切削，选用车削加工背吃刀量为4mm，采用高速钢刀具，速度v选用25m/min，转速f选用0.4mm/r。
50.第四步，采用分级淬火，第一次预热温度为740℃时间为25s/mm，第二次预热温度为860℃时间为22s/mm，最终温度1240℃时间为15s/mm，采用油冷。
51.第五步，采用钢制轧辊精磨，磨料选用wa，粒度60-80目，硬度等级选用h，结合剂选用v，达到表面粗糙度0.7ra，获得冷轧工作辊，寿命为13个月，硬度为65hrc。
52.实施例3
53.与实施例2的区别仅在于过渡涂层中9cr5mov粉末体积分数为15％，w6mo5cr4v2粉末体积分数为85％，其余均相同，所得冷轧工作辊，寿命为13个月，硬度为66hrc。
54.实施例4
55.与实施例2的区别仅在于过渡涂层中9cr5mov粉末体积分数为30％，w6mo5cr4v2粉末体积分数为70％，其余均相同，所得冷轧工作辊，寿命为15个月，硬度为66hrc。
56.通过以上实例，可以很清楚的发现：
57.1)涂层的加入，使材料的寿命明显增长，硬度显著提高。
58.2)过渡涂层的加入，使喷涂效果更好，寿命进一步提升，硬度更高，所以过渡涂层起着至关重要的作用。
59.3)对过渡涂层的成分进行对比，发现30vol％9cr5mov和70vol％w6mo5cr4v2粉末混合时，效果最好。比50vol％的9cr5mov和50vol％的w6mo5cr4v2寿命长，硬度大。比15vol％9cr5mov和85vol％w6mo5cr4v2硬度一样，但寿命长。
60.此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。