一种大型轧辊修复层及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种大型轧辊修复层及其制备方法，所述修复层材料主要为复相金属陶瓷材料，其中包含Mo2FeB2硬质相和铁基粘结相。该修复层的制备工艺依次如下：预先对轧辊表面进行预处理；其次将废轧辊钢加热熔化，并加入质量分数为10～20%的FeB和15～30%的Mo粉；其次将轧辊浸入到熔融钢液中进行熔铸；然后对熔铸后的轧辊表面进行激光强化，最后对轧辊表面进行精磨处理。本发明中轧辊表面会和铸液发生原位反应形成三元硼化物Mo2FeB2，随后三元硼化物Mo2FeB2会与轧辊基体之间形成共晶共熔体而获得高结合强度、与基体热膨胀系数相近的Mo2FeB2基金属陶瓷修复层。此外，该修复层所用原材料成本低廉，制备技术简单可行，生产效率高，可以实现工业化、大型轧辊表面的修复。
【专利说明】
一种大型轧辊修复层及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于乳辊表面处理技术领域，尤其涉及一种大型乳辊修复层及其制备方法。
【背景技术】
[0002]我国是钢铁生产和消费大国，其中乳材占85%?90%左右。乳辊是乳钢产品生产中必不可少的消耗性零件，也是影响乳钢生产成本和效率的一个重要因素。随着近年来产钢量的增加以及对钢材质量要求的提高，乳制过程中的强化，难变形金属及合金钢乳制的增加，乳辊的服役条件越来越苛刻，乳辊的消耗也明显增加。随着乳辊使用时间的增加，磨损是不可避免的，乳辊表面一旦出现磨损失效，将会导致整个乳辊报废，这会造成巨大的资源浪费。因此对磨损失效的乳辊进行表面修复强化成为长期困扰乳辊制造行业的重大难题。
[0003]目前，在一般钢铁企业，乳辊由于磨损需要修复时，多采用车削或磨削方式进行修正辊型，这种方式对提高乳辊寿命而言意义不大，只是一种“补救”措施。因此为了提高乳辊质量和使用寿命，对乳辊表面进行修复和强化具有重要的经济意义。
[0004]目前，修复乳辊的技术主要有堆焊、热喷涂、热喷焊和激光熔覆等。乳辊堆焊是指在去除了表面的疲劳层或缺陷以后，采用合适的堆焊材料将乳辊修复至原始直径的技术。然而，堆焊修复技术工艺复杂，生产率低，硬度不高，且修复层易产生裂纹、脱落和夹杂等缺陷。热喷涂修复技术的主要局限性在于涂层与基材之间的结合强度较低，涂层的孔隙率较高、残余应力大、韧性和加工性较差。热喷焊修复技术不仅要求涂层粉末的热膨胀系数必须要与基材相匹配，且热喷焊时热影响区较大，易导致基材变形。激光熔覆修复技术对工件的处理性能好，效果稳定，但其成本高、熔覆效率低，对大型乳辊的大面积修复来讲实用价值不大。
[0005]至今为止，国内外还没有一项满意的技术能实现乳辊低成本、高效率和高性能的再制造修复。因此，研发新型抗磨修复材料及新型乳辊修复方法是当前急需解决的问题，是乳辊修复技术发展的新方向。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种大型乳辊修复层及其制备方法，修复层与乳辊基体之间的结合强度高，开裂倾向小，耐磨性优于基体等优点，满足了乳辊表面的性能需求，且制备工艺简单，可明显减少经济损失。
[0007]为解决现有技术问题，本发明公开了一种大型乳辊修复层，包含质量分数为20?40%的Mo2FeB2硬质相和质量分数为60?80%的铁基固溶体粘结相。
[0008]本发明还公开了一种大型乳辊修复层的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤一、乳辊表面预处理:去除乳辊表面的磨损失效层，随后进行除油、除锈;最后，将乳辊浸入到表面活化液中，进行表面活化；
步骤二、熔化钢液:将废乳辊钢加热熔化，待钢水熔清后加入质量分数为10?20%的FeB和15?30%的Mo粉，并搅拌均匀；
步骤三、乳辊熔铸:将乳辊垂直浸入熔化的钢液中保持5?20min，随后将乳辊置于空气中冷却至室温。重复步骤一至三，直至乳辊表面厚度恢复至原来尺寸；
步骤四、激光强化处理:采用连续激光束对熔铸后的乳辊进行表面扫描；
步骤五、乳辊表面精磨处理:采用精细磨床将激光强化后的乳辊表面精磨至所需尺寸。
[0009]优选的，步骤一中，通过外圆车削去除乳辊表面的磨损失效层。
[0010]优选的，步骤一中，在丙酮中浸泡20min进行除油。
[OO11 ]优选的，步骤一中，在浓度为20%的硫酸溶液中浸泡1min进行除锈。
[0012]优选的，步骤一中，表面活化液的组成为:氯化钯I?5g/L、柠檬酸钠5?15g/L、盐酸50?150mL/L，其余为溶剂水。
[0013]优选的，乳辊浸入表面活化液中后，在常温下搅拌5?1min进行活化。
[0014]优选的，步骤三中，激光束功率为2000?3000W，圆形激光束尺寸为5?10mm，激光扫描速度为200?400mm/min。
[0015]本发明具有的有益效果:
1、熔铸过程中，乳辊表面首先会和铸液发生原位反应，从而在乳辊表面形成一层三元硼化物Mo2FeB2，其中原位反应的方程如下:2Mo+2FeB^Mo2FeB2+Fe ；随后三元硼化物Mo2FeB2会与乳辊基体之间形成共晶共熔体而获得高结合强度的Mo2FeB2基金属陶瓷修复层。
[0016]2、Mo2FeB2基金属陶瓷修复层的热膨胀系数约为I X 10—5，与钢非常接近，从而可以避免在冷却过程中修复层与基体之间产生微裂纹等缺陷。
[0017]3、采用激光束强化可以将熔铸后乳辊表面的正火态珠光体转变为细晶马氏体组织，从而提高乳辊表面的整体硬度，并改善铁基粘结相与Mo2FeB2硬质相之间的结合强度，最终得到表面致密、高硬度、高耐磨的乳辊修复层。
[0018]4、该修复层所用原材料成本低廉，制备技术简单可行，生产效率高，可以实现工业化、大型乳辊表面的修复。
【具体实施方式】
[0019]下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0020]实施例一
本实施例中，以报废高速钢乳辊为基体，在基体表面制备修复层。该修复层的制备方法如下:
步骤一，乳辊表面预处理:对乳辊表面整体进行外圆切削，去除磨损失效层;随后在丙酮中浸泡20min进行除油，在浓度为20%的硫酸溶液中浸泡1min进行除锈；最后，将乳辊浸入到组分为氯化钯lg/L、柠檬酸钠5g/L，盐酸50mL/L的水溶液中，常温搅拌5min，进行表面活化。
[0021 ]步骤二，熔化钢液:利用感应加热电炉将废乳辊钢加热熔化，待钢水熔清后加入质量分数为10%的FeB和15%的Mo粉，并搅拌均匀。
[0022]步骤三，乳辊熔铸:利用龙门起吊装置将乳辊垂直浸入熔化的钢液中保持5min，随后将乳辊吊出，在空气中冷却至室温。
[0023]步骤四，激光强化处理:采用连续激光束对熔铸后的乳辊进行表面扫描，其中激光功率为2000W，圆形激光束尺寸为5mm，激光扫描速度为200mm/min。
[0024]步骤五，乳辊表面精磨处理:采用精细磨床将激光强化后的乳辊表面精磨至所需尺寸。
[0025]在上述制备工艺条件下，制备得到高速钢乳辊表面的修复层，其中包含质量分数为20%的Mo2FeB2硬质相和质量分数为80%的铁基固溶体粘结相。分别采用显微硬度计和自动划痕仪测得乳辊表面修复层的硬度为855HV和86MPa。采用上述方法修复的乳辊使用寿命比原用乳辊提高了 3倍左右。
[0026]实施例二
本实施例中，以报废高速钢乳辊为基体，在基体表面制备修复层。该修复层的制备方法如下:
步骤一，乳辊表面预处理:对乳辊表面整体进行外圆切削，去除磨损失效层;随后在丙酮中浸泡20min进行除油，在浓度为20%的硫酸溶液中浸泡1min进行除锈；最后，将乳辊浸入到组分为氯化钯5g/L、柠檬酸钠15g/L，盐酸150mL/L的水溶液中，常温搅拌lOmin，进行表面活化。
[0027]步骤二，熔化钢液:利用感应加热电炉将废乳辊钢加热熔化，待钢水熔清后加入质量分数为20%的FeB和30%的Mo粉，并搅拌均匀。
[0028]步骤三，乳辊熔铸:利用龙门起吊装置将乳辊垂直浸入熔化的钢液中保持20min，随后将乳辊吊出，在空气中冷却至室温。
[0029]步骤四，激光强化处理:采用连续激光束对熔铸后的乳辊进行表面扫描，其中激光功率为3000W，圆形激光束尺寸为1mm，激光扫描速度为400mm/min。
[0030]步骤五，乳辊表面精磨处理:采用精细磨床将激光强化后的乳辊表面精磨至所需尺寸。
[0031]在上述制备工艺条件下，制备得到高速钢乳辊表面的修复层，包含质量分数为40%的Mo2FeB2硬质相和质量分数为60%的铁基固溶体粘结相。分别采用显微硬度计和自动划痕仪测得乳辊表面修复层的硬度为965HV和98MPa。采用上述方法修复的乳辊使用寿命比原用乳辊提高了 8倍左右。
[0032]实施例三
本实施例中，以报废高速钢乳辊为基体，在基体表面制备修复层。该修复层的制备方法如下:
步骤一，乳辊表面预处理:对乳辊表面整体进行外圆切削，去除磨损失效层;随后在丙酮中浸泡20min进行除油，在浓度为20%的硫酸溶液中浸泡1min进行除锈；最后，将乳辊浸入到组分为氯化钯3g/L、柠檬酸钠7g/L，盐酸100mL/L的水溶液中，常温搅拌7min，进行表面活化。
[0033]步骤二，熔化钢液:利用感应加热电炉将废乳辊钢加热熔化，待钢水熔清后加入质量分数为15%的FeB和25%的Mo粉，并搅拌均匀。
[0034]步骤三，乳辊熔铸:利用龙门起吊装置将乳辊垂直浸入熔化的钢液中保持lOmin，
随后将乳辊吊出，在空气中冷却至室温。
[0035]步骤四，激光强化处理:采用连续激光束对熔铸后的乳辊进行表面扫描，其中激光功率为2500W，圆形激光束尺寸为8mm，激光扫描速度为300mm/min。
[0036]步骤五，乳辊表面精磨处理:采用精细磨床将激光强化后的乳辊表面精磨至所需尺寸。
[0037]在上述制备工艺条件下，制备得到高速钢乳辊表面的修复层，包含质量分数为35%的Mo2FeB2硬质相和质量分数为75%的铁基固溶体粘结相汾别采用显微硬度计和自动划痕仪测得乳辊表面修复层的硬度为905HV和83MPa。采用上述方法修复的乳辊使用寿命比原用乳辊提高了 5倍左右。
[0038]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种大型乳辊修复层，其特征在于:包含质量分数为20?40%的Mo2FeB2硬质相和质量分数为60?80%的铁基固溶体粘结相。2.一种大型乳辊修复层的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤一、乳辊表面预处理:去除乳辊表面的磨损失效层，随后进行除油、除锈;最后，将乳辊浸入到表面活化液中，进行表面活化； 步骤二、熔化钢液:将废乳辊钢加热熔化，待钢水熔清后加入质量分数为10?20%的FeB和15?30%的Mo粉，并搅拌均匀； 步骤三、乳辊熔铸:将乳辊垂直浸入熔化的钢液中保持5?20min，随后将乳辊置于空气中冷却至室温;重复步骤一至三，直至乳辊表面厚度恢复至原来尺寸； 步骤四、激光强化处理:采用连续激光束对熔铸后的乳辊进行表面扫描； 步骤五、乳辊表面精磨处理:采用精细磨床将激光强化后的乳辊表面精磨至所需尺寸。3.根据权利要求2所述的一种大型乳辊修复层的制备方法，其特征在于:步骤一中，通过外圆车削去除乳辊表面的磨损失效层。4.根据权利要求2所述的一种大型乳辊修复层的制备方法，其特征在于:步骤一中，在丙酮中浸泡20min进行除油。5.根据权利要求2所述的一种大型乳辊修复层的制备方法，其特征在于:步骤一中，在浓度为20%的硫酸溶液中浸泡I Omin进行除锈。6.根据权利要求2所述的一种大型乳辊修复层的制备方法，其特征在于:步骤一中，表面活化液的组成为:氯化钯I?5g/L、柠檬酸钠5?15g/L、盐酸50?150mL/L，其余为溶剂水。7.根据权利要求6所述的一种大型乳辊修复层的制备方法，其特征在于:乳辊浸入表面活化液中后，在常温下搅拌5?1min进行活化。8.根据权利要求2所述的一种大型乳辊修复层的制备方法，其特征在于:步骤三中，激光束功率为2000?3000W，圆形激光束尺寸为5?10mm，激光扫描速度为200?400mm/min。
【文档编号】C23C2/28GK105970137SQ201610366393
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】王章忠, 吕学鹏, 张保森, 巴志新, 毛向阳, 董强胜, 朱帅帅
【申请人】南京工程学院