[发明专利]一种钢管铸铁轧辊表面激光热处理硬化方法

说明书

技术领域

本发明属于钢管铸铁轧辊的表面改性，特别涉及一种钢管铸铁轧辊表面激光硬化热处理的新方法。

背景技术

钢管轧机轧辊区别于其他类型轧机轧辊的特点在于：(1)由上机架产生的管坯表面缺陷和粗糙面很难在后续机架上消除，这意味着用于所有机架的钢管轧辊均应具有良好的耐磨性能；(2)轧辊孔型表面及底部应硬度均匀且耐磨，这点对于大口径管尤为重要。因此，通常将孔型底部硬度作为衡量钢管轧辊质量的重要标志。

国内用于轧制无缝钢管的轧辊主要是通过对棒状坯料进行机加工而成，即先铸造成棒状坯料，然后车削掏挖出符合钢管轧制的辊型。轧制无缝钢管的轧辊材质主要是无限冷硬铸铁，其首先是在离心铸造凝固冷却条件下铸造成棒状坯料，保证表面获得大量的碳化物及均匀细小的石墨组织，具有硬度高、硬度差很小、抗热裂性良好及耐磨性高的特点。但是，棒状坯料的芯部仍是灰口或半灰口组织，经车削掏挖出圆弧后，圆弧面硬度很低且不耐磨。由于轧辊磨损造成的失效大多发生在轧辊表面，因此可以对轧辊表面进行强化处理，在不改变整体材质的前提下提高轧辊表面性能，降低生产成本。目前表面强化方法最常用的是堆焊和激光表面强化。

专利(03116017.4)内容涉及一种大型轧辊硬面堆焊修复方法，具体是在辊面按一定工艺依次堆焊三层材料：基础层、过渡层、硬面层，其焊丝成份为C、Cr、Si、Mn、S、Fe等。该发明方法用于大型轧辊的修复和表面强化，效果良好，解决了辊面局部或大面积脱落等问题，降低了部件成本，延长了使用寿命。但是在堆焊时容易产生裂缝、夹渣、焊瘤和脱落，一般要求焊前预热、层间保温和焊后回火等，恶化了劳动条件；且堆焊后需对堆焊层进行机加工，显著增加了工艺成本，这些都限制了堆焊技术的发展。

激光表面硬化处理作为一种新兴的热处理技术，主要是以激光为热源通过高能量的激光束，以非接触方式加热工件表面，使工件表面极薄一层的小区域急速(10^-1～10^-7s)吸收热量而温度急剧上升，工件材料浅表层发生熔化。随后借助于材料基体传导冷却，不改变表面的化学成分，表面发生非平衡转变，形成均匀细小的组织及新的亚稳相，从而提高材料表面性能。专利(200920091416.3)内容涉及一种用于制造薄板轧辊激光熔覆的方法，即在轧辊表面激光熔覆铁基合金或镍基合金耐磨层，该耐磨层耐磨性能好，不易脱落，然而，激光熔覆处理后表面粗糙度较大，需进行精磨加工，增加了工作量。专利(95101036.0)内容涉及一种轧钢工业上使用的用激光处理轧辊表面的方法，是对铸钢轧辊表面进行激光相变硬化处理，达到提高轧辊性能的目的。但是，激光相变硬化处理得到的硬化层较浅，且表面容易出现裂纹，影响轧辊的使用寿命。专利(01114853.5)内容涉及采用激光熔凝处理技术改善铸钢轧辊表面性能，显著提高了铸钢轧辊的过钢量，但未解决无缝钢管轧辊辊面的激光表面强化问题。

发明内容

本发明的激光热处理方法是用激光束对圆弧状铸铁轧辊表面进行激光硬化处理，不需要额外添加材料，熔凝层与基体间呈冶金结合，熔凝过程中无杂质和气孔问题，且快速冷却可获得细小均匀的组织，保证轧辊表面硬度及耐磨性能。此外，由于激光快速加热快速冷却的特点，热影响区较小，对轧辊表面的粗糙度及径向尺寸影响较小，且激光熔凝处理后无需进行后续精磨而直接使用。同时，由于用于轧制钢管的铸铁轧辊的辊面形状特殊，本发明中将整个辊面分多段，需要转动激光头进行处理。

本发明提供的一种钢管铸铁轧辊激光热处理硬化方法，经过预处理后，进行激光处理，其特征在于，将轧辊圆弧状表面沿圆弧分为3-9个区域，转动激光头并与圆弧保持固定距离，轧辊转动时，逐个区域进行激光扫描处理。

本发明所述的一种钢管铸铁轧辊激光热处理硬化方法，其特征在于，所述的预处理为先将待处理的轧辊表面清理，用丙酮对轧辊工作面进行清洗，再将SO₂吸光涂料喷涂于轧辊表面，吸光涂料喷涂层厚度约为0.05mm。

本发明所述的一种钢管铸铁轧辊激光热处理硬化方法，其特征在于：激光光斑尺寸Φ3～Φ6.5mm，功率700～1000W，扫描速度2000～3000mm/min，采用螺旋连续搭接的方式，搭接率30％～50％，轧辊转速为10～100转/分钟。

本发明所述的一种钢管铸铁轧辊激光热处理硬化方法，其特征在于所述的激光热处理在每区的收尾处采取逐渐降低激光功率的方法，功率降至500～700W。