一种轧辊修复层及修复轧辊的方法技术

本发明专利技术公开一种轧辊修复层及修复轧辊的方法，轧辊修复层，从基体表面往外依次热喷涂为金属层、金属-陶瓷复合层和陶瓷层；修复轧辊的方法，包括对基体进行清洗、除油、除锈和表面粗化的步骤，在基体表面采用热喷涂方法逐层涂制金属层、金属-陶瓷复合层、陶瓷层的步骤和对修复层进行磨削加工至轧辊精度的步骤。使用本发明专利技术修复层对轧辊进行修复，具有综合成本较低、制备简单、效果显著、适于大规模生产的优点，可替代目前广泛使用的堆焊工艺，显著延长轧辊的使用寿命。同时该技术还是符合国家循环经济和可持续发展战略的绿色制造技术，具有广阔的应用前景与经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轧辊表面处理
，尤其涉及轧辊修复技术。
技术介绍
我国是钢铁生产和消费的大国，其中轧材占85%-90％左右。轧辊是使（轧材）金属产生塑性变形的工具，是轧钢厂轧钢机上的重要零件，通常使用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾钢材。它主要承受轧制时的动静载荷，磨损和温度变化的影响。轧辊是轧机必不可少的配件，也是影响轧钢生产成本和效率的一个重要因素。轧辊的质量直接影响到轧辊的消耗量和生产成本。随着轧辊投入使用的时间推移，磨损在所难免，磨损改变了工作辊的初始辊形，恶化了辊面质量，给产品的质量控制带来了很大的困难。从轧辊的工作环境分析：冷轧辊在工作过程中要承受很大的轧制应力，加上轧件的焊缝、夹杂、边裂等问题，容易导致瞬间高温，使冷轧辊受到强烈热冲击造成划伤、裂纹、粘辊、剥落甚至轧辊断裂等；热轧辊由于处在一个较高的轧制温度，且工作时存在较大的挤压冲击力，冷热交替产生热疲劳裂纹等，主要的失效形式有热龟裂和剥落、辊身表面磨损、轧辊断裂、过回火和蠕变、缠辊，失效面几乎覆盖整个工作层面。冷、热轧辊最普遍的失效形式都是辊面剥落和磨损，其中磨损比例更大。目前，在一般钢铁企业，轧辊由于磨损需要修复时，多采用车削或磨削方式修正辊型。这种方式对提高轧辊寿命意义不大，只是一种“补救”措施。通常，一套轧辊轧制一个工作周期后，就要对其外圆进行修磨，经修磨后其轧制量会大大下降，且大约修磨3~5次后外圆过小，整套轧辊将彻底报废。因此为了提高轧辊质量和使用寿命，对轧辊表面进行修复和强化具有重要的经济意义。热喷涂是一种常用的材料表面处理技术，采用热喷涂方法可以在轧辊表面制备出耐高温抗摩擦和腐蚀性能优良的涂层，且热喷涂具有不受工件尺寸和施工场所的限制、沉积效率较高以及对基体材料的热影响小的特点，既可用于新轧辊的磨损防护，也是一种报废轧辊的修复技术，综合成本较低。在实现本专利技术过程中，专利技术人发现目前国内外在轧辊修复和制造领域，热喷涂技术还没有得到广泛的应用，主要的原因是还没有能够有效解决轧辊上热喷涂制备超厚涂层和服役过程中涂层易脱离等问题。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术目的在于提供用于修复轧辊的，服役过程中不易脱离的修复层，该修复层性价比高，具有优异的基体结合强度、抗高温磨损性和耐腐蚀性，能够提高轧辊的使用性能，有效延长轧辊的使用寿命。为解决以上技术问题，本专利技术提供的技术方案是，提供一种轧辊修复层，将特定的材料逐层热喷涂到轧辊基体表面制备而成，从基体表面往外依次热喷涂金属层、金属-陶瓷复合层和陶瓷层；金属层：由金属材料热喷涂到基体表面而成，该金属材料为NiCr、NiCrBSi、NiAl、NiCrAl、316L、NiCrBSiFe、NiCrBSiMoFe中的任意一种；陶瓷层：由陶瓷材料热喷涂到金属-陶瓷复合层表面而成，该陶瓷材料为Cr3C2、WC、Cr2O3、Al2O3、ZrO2、TiO2中的任意一种；金属-陶瓷复合层：由金属材料和陶瓷材料的混合物热喷涂到金属层表面而成，该混合物是由使用的金属材料和陶瓷材料按照预设比例混合而成。现有技术中，轧辊基体材料包括以下几种：GCr15、40Cr、38CrMoAl、34CrAlNi和31CrMo12，本专利技术轧辊修复层至少可以以这些基材为基础，在其上热喷涂制作修复层。进一步地，所述混合物中金属材料与陶瓷材料的质量比为10~30：70~90。进一步地，所述金属层的厚度为100μm~300μm，金属-陶瓷复合层的厚度为1000μm~3000μm，陶瓷层的厚度为200μm~400μm。本专利技术还提供了一种利用前述的轧辊修复层修复轧辊的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1）：对基体进行清洗、除油、除锈和表面粗化；步骤2）：在经步骤1）处理的基体表面采用热喷涂方法制备金属层；步骤3）：在步骤2）得到的金属层表面采用热喷涂方法制备金属-陶瓷复合层；步骤4）：在步骤3）得到的金属-陶瓷复合层表面采用热喷涂方法制备陶瓷层；步骤5）：对修复层进行磨削加工至轧辊精度；步骤1）与步骤2）之间、步骤2）与步骤3）之间以及步骤3）与步骤4）之间的间隔时间不超过2h。现有技术中，表面粗化方法包括喷砂、车螺纹、滚花或电拉毛。进一步地，所述热喷涂方法包括超音速火焰喷涂、爆炸喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂，步骤2）至步骤4）中热喷涂方法相同、部分相同或完全不同。优选地，步骤2）中，热喷涂方法为超音速火焰喷涂，喷涂参数为：助燃气压力16~20bar、流量300~800slpm，燃气压力3~6bar、流量50~70slpm，辅助气压力5~8bar、流量300~500slpm，送粉气压力3~9bar、流量10~20slpm、送粉速率40~150g/min，喷涂距离150~300mm。优选地，步骤3）中，热喷涂方法为超音速火焰喷涂，喷涂参数为：助燃气压力18~22bar、流量500~1000slpm，燃气压力4~8bar、流量60~90slpm，辅助气压力6~8bar、流量350~550slpm，送粉气压力3~9bar、流量10~20slpm、送粉速率为30~120g/min，喷涂距离为200~350mm。优选地，所述助燃气为O2，所述燃气为丙烷或C2H2，所述辅助气为空气，所述送粉气为N2。优选地，步骤4）中，热喷涂方法为等离子喷涂，喷涂参数为：主气压力3~5bar、流量30~50 slpm，辅气压力1~3bar、流量2~4 slpm，送粉气压力0.5~1bar、流量2~4 slpm、送粉速率为20~100g/min；喷涂过程中电流450~650 A、电压50~60 V，喷涂距离为100~120 mm。优选地，所述主气为Ar、所述辅气为H2，所述送粉气为Ar。与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点：使用本专利技术修复层对轧辊进行修复，具有综合成本较低、制备简单、效果显著、适于大规模生产的优点，可替代目前广泛使用的堆焊工艺，显著延长轧辊的使用寿命。同时该技术还是符合国家循环经济和可持续发展战略的绿色制造技术，具有广阔的应用前景与经济效益。本专利技术采用热喷涂方法制备的报废轧辊表面修复层是由金属层、金属-陶瓷复合层和陶瓷层组成，与目前常用的轧辊修复技术相比，具有如下优点：（1）陶瓷涂层硬度高，耐高温磨损性能良好，能较好地承受轧辊工作时遭受的剧烈摩擦磨损；金属涂层与轧辊表面的结合强度高，可有效防止使用过程中热喷涂修复层的脱落；同时，金属-陶瓷复合涂层位于金属涂层和陶瓷涂层之间，能够有效防止金属和陶瓷由于热膨胀系数的差异而导致的热应力失配。因此，三层涂层的有机结合可实现热喷涂超厚涂层的制备，便于恢复轧辊尺寸，保证了热喷涂技术在轧辊修复领域的成功应用，所制备的修复层具有优异的基体结合强度、抗高温摩擦磨损性与耐腐蚀性，能够极大地提高轧辊的使用性能，显著延长其使用寿命。（2）该技术所涉及的设备和工艺简单，易于操作，涂层沉积效率高，且不受轧辊尺寸和施工场所的限制，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轧辊修复层，其特征在于，将特定的材料逐层热喷涂到轧辊基体表面制备而成，从基体表面往外依次热喷涂金属层、金属‑陶瓷复合层和陶瓷层；金属层：由金属材料热喷涂到基体表面而成，该金属材料为NiCr、NiCrBSi、NiAl、NiCrAl、316L、NiCrBSiFe、NiCrBSiMoFe中的任意一种；陶瓷层：由陶瓷材料热喷涂到金属‑陶瓷复合层表面而成，该陶瓷材料为Cr3C2、WC、Cr2O3、Al2O3、ZrO2、TiO2中的任意一种；金属‑陶瓷复合层：由金属材料和陶瓷材料的混合物热喷涂到金属层表面而成，该混合物是由使用的金属材料和陶瓷材料按照预设比例混合而成。

【技术特征摘要】
1.一种轧辊修复层，其特征在于，将特定的材料逐层热喷涂到轧辊基体表面制备而成，从基体表面往外依次热喷涂金属层、金属-陶瓷复合层和陶瓷层；
金属层：由金属材料热喷涂到基体表面而成，该金属材料为NiCr、NiCrBSi、NiAl、NiCrAl、316L、NiCrBSiFe、NiCrBSiMoFe中的任意一种；
陶瓷层：由陶瓷材料热喷涂到金属-陶瓷复合层表面而成，该陶瓷材料为Cr3C2、WC、Cr2O3、Al2O3、ZrO2、TiO2中的任意一种；
金属-陶瓷复合层：由金属材料和陶瓷材料的混合物热喷涂到金属层表面而成，该混合物是由使用的金属材料和陶瓷材料按照预设比例混合而成。
2.根据权利要求1所述的轧辊修复材料，其特征在于，所述混合物中金属材料与陶瓷材料的质量比为10~30：70~90。
3.根据权利要求1所述的轧辊修复材料，其特征在于，所述金属层的厚度为100μm~300μm，金属-陶瓷复合层的厚度为1000μm~3000μm，陶瓷层的厚度为200μm~400μm。
4.一种利用1至3任一权利要求所述的轧辊修复层修复轧辊的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1）：对基体进行清洗、除油、除锈和表面粗化；
步骤2）：在经步骤1）处理的基体表面采用热喷涂方法制备金属层；
步骤3）：在步骤2）得到的金属层表面采用热喷涂方法制备金属-陶瓷复合层；
步骤4）：在步骤3）得到的金属-陶瓷复合层表面采用热喷涂方法制备陶瓷层；
步骤5）：对修复层进行磨削加工至轧辊精度；
步骤1）与步骤2）之间、步骤2）与步骤3）之间以及步骤3）与步骤4）之间的间隔时间不超过2h。
5.根据权利要求4所述的修复轧辊的方法，其特征在于，所述热喷涂方...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建辉，李华，黄伟东，
申请(专利权)人：绍兴斯普瑞微纳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33