[发明专利]无缝连轧管机限动芯棒表面激光陶瓷合金化方法

说明书

本发明提供一种无缝连轧管机限动芯棒表面激光陶瓷合金化方法，陶瓷合金化粉末由六方氮化硼、氧化铝和氧化铈组成。将芯棒表面进行喷砂毛化处理，将聚乙烯吡咯烷酮水溶液作为粘结剂，将所述陶瓷粉末与粘结剂溶液混合均匀，喷涂于芯棒表面，涂层厚度为80μm～150μm；将喷涂后的芯棒于150℃烘干后进行激光合金化处理，激光功率为2800～8000W，激光扫描线速度为5～15mm/s，激光扫描道间搭接量为1～3mm，激光光斑为2.5mm×14mm的矩形光斑或直径为2.5～6mm的圆形光斑，最终在芯棒表面形成深度为0.6mm～0.8mm的激光合金化层。激光陶瓷合金化层与芯棒本体为冶金结合，结合强度大于400MPa，预涂水基石墨润滑剂的陶瓷合金化层与钢管管坯间的摩擦系数为0.03～0.08，合金化层的硬度为HRC63～HRC65，且抗冷热(700℃～100℃)疲劳裂纹性能高于传统镀铬层，解决了芯棒表面传统镀铬层易脱落和性能不足问题，显著提高了芯棒的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种无缝连轧管机限动芯棒表面激光陶瓷合金化方法，属于材料加工的表面工程领域。

背景技术

芯棒是钢管行业轧制生产无缝钢管定径的重要部件，也是钢管连轧机组中的易损件。芯棒在服役过程中的工况条件非常恶劣，在轧制过程中反复急冷急热，承受轧制过程中高温管坯和非轧制过程中的喷淋冷却水施加的交替冷热循环，同时还要承受径向轧制力和管坯与芯棒之间相对运动产生的摩擦力。芯棒的主要破坏形式为疲劳裂纹、大面积碰伤、划伤等。下线的芯棒采用先堆焊恢复尺寸后镀铬的方式进行修复，提高芯棒的使用寿命、降低吨钢管损耗一直受到钢管行业的关注，但目前关注的重点多为通过堆焊材料的调整或镀铬工艺的优化提高芯棒的使用寿命，如CN109226935B中采用0Cr13NiMoV系马氏体不锈钢药芯焊丝堆焊修复芯棒，CN104499017B采用由活化处理、镀铬基去氢处理组成的镀铬工艺改善镀铬层质量。由于芯棒表面传统铬层与芯棒基体是化学键结合，结合力较低(不足100MPa)，在芯棒苛刻的服役条件下，镀铬层易大面积脱落，使芯棒和管坯之间的摩擦系数大幅度提升(＞0.10)，导致芯棒表面和钢管内表面损伤，芯棒只能下线处理，难以满足芯棒服役的长寿命化要求。因此需要突破传统镀铬工艺发明新型的芯棒表面处理方法。

激光表面处理是新型的表面加工方法，可以在零部件表面获得性能优异的、与母材冶金结合的表面改性层，可替代无缝连轧管机限动芯棒传统镀铬工艺。但目前激光表面处理技术在钢铁冶金行业的应用较少，主要是采用高合金钢的粉末或高温合金+碳化钨粉末，用激光熔覆的方法改善零部件的表面性能，如CN104250802B在热轧无缝钢管张力辊表面激光熔覆高速钢合金粉末，如CN102453902B在高速线材辊环表面激光熔覆镍基合金和碳化钨粉末的混合粉等。但这些激光熔覆层因其耐冷热疲劳性能较低、与钢管管坯的摩擦系数较大，并不适用于无缝连轧管机限动芯棒。

本发明提供了一种无缝连轧管机限动芯棒表面激光陶瓷合金化方法，在芯棒表面采用激光合金化制备陶瓷层，其综合性能高于传统镀铬层，解决了芯棒表面传统镀铬层易脱落的问题，显著提高了芯棒的使用寿命。

发明内容

本发明提供一种无缝连轧管机限动芯棒表面激光陶瓷合金化方法，陶瓷合金化粉末由六方氮化硼、氧化铝和氧化铈组成。将芯棒表面进行喷砂毛化处理，将聚乙烯吡咯烷酮水溶液作为粘结剂，将所述陶瓷粉末与粘结剂溶液混合均匀，喷涂于芯棒表面，涂层厚度为80μm～150μm；将喷涂后的芯棒于150℃烘干后进行激光合金化处理，在芯棒表面形成深度为0.6mm～0.8mm的激光合金化层。激光陶瓷合金化层与芯棒本体为冶金结合，结合强度大于400MPa，预涂水基石墨润滑剂的陶瓷合金化层与钢管管坯间的摩擦系数为0.03～0.08，合金化层的硬度为HRC63～HRC65，且抗冷热 (700℃～100℃)疲劳裂纹性能高于传统镀铬层，解决了芯棒表面传统镀铬层易脱落和性能不足问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

采用一种用于无缝连轧管机限动芯棒表面激光合金化的粉末，其特征在于，所述合金化粉末由氧化物陶瓷组成，其成分组成为1％～2％六方氮化硼，0％～10％氧化铝，其余氧化铈。