專利名稱：一種鋼管鑄鐵軋輥表面激光熱處理硬化方法
技術領域：
本發明屬于鋼管鑄鐵軋輥的表面改性，特別涉及ー種鋼管鑄鐵軋輥表面激光硬化熱處理的新方法。
背景技術：
鋼管軋機軋輥區別于其他類型軋機軋輥的特點在于(I)由上機架產生的管坯表面缺陷和粗糙面很難在后續機架上消除，這意味著用于所有機架的鋼管軋輥均應具有良好的耐磨性能；(2)軋輥孔型表面及底部應硬度均勻且耐磨，這點對于大口徑管尤為重要。因此，通常將孔型底部硬度作為衡量鋼管軋輥質量的重要標志。
國內用于軋制無縫鋼管的軋輥主要是通過對棒狀坯料進行機加工而成，即先鑄造成棒狀坯料，然后車削掏挖出符合鋼管軋制的輥型。軋制無縫鋼管的軋輥材質主要是無限冷硬鑄鐵，其首先是在離心鋳造凝固冷卻條件下鑄造成棒狀坯料，保證表面獲得大量的碳化物及均勻細小的石墨組織，具有硬度高、硬度差很小、抗熱裂性良好及耐磨性高的特點。但是，棒狀坯料的芯部仍是灰ロ或半灰ロ組織，經車削掏挖出圓弧后，圓弧面硬度很低且不耐磨。由于軋輥磨損造成的失效大多發生在軋輥表面，因此可以對軋輥表面進行強化處理，在不改變整體材質的前提下提高軋輥表面性能，降低生產成本。目前表面強化方法最常用的是堆焊和激光表面強化。專利(03116017.4)內容涉及ー種大型軋輥硬面堆焊修復方法，具體是在輥面按一定エ藝依次堆焊三層材料基礎層、過渡層、硬面層，其焊絲成份為C、Cr、Si、Mn、S、Fe等。該發明方法用于大型軋輥的修復和表面強化，效果良好，解決了輥面局部或大面積脫落等問題，降低了部件成本，延長了使用壽命。但是在堆焊時容易產生裂縫、夾渣、焊瘤和脫落，一般要求焊前預熱、層間保溫和焊后回火等，惡化了勞動條件；且堆焊后需對堆焊層進行機加工，顯著增加了エ藝成本，這些都限制了堆焊技術的發展。激光表面硬化處理作為ー種新興的熱處理技術，主要是以激光為熱源通過高能量的激光束，以非接觸方式加熱エ件表面，使エ件表面極薄ー層的小區域急速( ο—1 I(T7S)吸收熱量而溫度急劇上升，エ件材料淺表層發生熔化。隨后借助于材料基體傳導冷卻，不改變表面的化學成分，表面發生非平衡轉變，形成均勻細小的組織及新的亞穩相，從而提高材料表面性能。專利(200920091416.3)內容涉及ー種用于制造薄板軋輥激光熔覆的方法，即在軋輥表面激光熔覆鐵基合金或鎳基合金耐磨層，該耐磨層耐磨性能好，不易脫落，然而，激光熔覆處理后表面粗糙度較大，需進行精磨加工，増加了工作量。專利(95101036.0)內容涉及ー種軋鋼エ業上使用的用激光處理軋輥表面的方法，是對鑄鋼軋輥表面進行激光相變硬化處理，達到提高軋輥性能的目的。但是，激光相變硬化處理得到的硬化層較淺，且表面容易出現裂紋，影響軋輥的使用壽命。專利(01114853.5)內容涉及采用激光熔凝處理技術改善鑄鋼軋輥表面性能，顯著提高了鑄鋼軋輥的過鋼量，但未解決無縫鋼管軋輥輥面的激光表面強化問題。

發明內容
本發明的激光熱處理方法是用激光束對圓弧狀鑄鐵軋輥表面進行激光硬化處理，不需要額外添加材料，熔凝層與基體間呈冶金結合，熔凝過程中無雜質和氣孔問題，且快速冷卻可獲得細小均勻的組織，保證軋輥表面硬度及耐磨性能。此外，由于激光快速加熱快速冷卻的特點，熱影響區較小，對軋輥表面的粗糙度及徑向尺寸影響較小，且激光熔凝處理后無需進行后續精磨而直接使用。同吋，由于用于軋制鋼管的鑄鐵軋輥的輥面形狀特殊，本發明中將整個輥面分多段，需要轉動激光頭進行處理。本發明提供的一種鋼管鑄鐵軋輥激光熱處理硬化方法，經過預處理后，進行激光處理，其特征在于，將軋輥圓弧狀表面沿圓弧分為3-9個區域，轉動激光頭并與圓弧保持固定距離，軋輥轉動時，逐個區域進行激光掃描處理。本發明所述的ー種鋼管鑄鐵軋輥激光熱處理硬化方法，其特征在于，所述的預處理為先將待處理的軋輥表面清理，用丙酮對軋輥工作面進行清洗，再將SO2吸光涂料噴涂于 軋輥表面，吸光涂料噴涂層厚度約為O. 05mm。本發明所述的ー種鋼管鑄鐵軋輥激光熱處理硬化方法，其特征在于激光光斑尺寸Φ3 Φ6. 5mm，功率700 1000W，掃描速度2000 3000mm/min，采用螺旋連續搭接的方式，搭接率30% 50%，軋輥轉速為10 100轉/分鐘。本發明所述的ー種鋼管鑄鐵軋輥激光熱處理硬化方法，其特征在于所述的激光熱處理在每區的收尾處采取逐漸降低激光功率的方法，功率降至500 700W。本發明所述的ー種鋼管鑄鐵軋輥激光熱處理硬化方法，其特征在于，對軋輥圓弧表面每個區域進行激光掃描時，激光頭要平動以保證與圓弧保持相對固定的距離。本發明所述的ー種鋼管鑄鐵軋輥激光熱處理硬化方法，其特征在于，所述的激光硬化層厚度為O. 3 I. 0mm，硬度達HV620 760。本發明所述的ー種鋼管鑄鐵軋輥激光熱處理硬化方法，其特征是所述的將待處理的軋輥表面清理是用裝有鋼絲磨輪的手持式砂輪清理表面。經過上述處理后，鑄鐵軋輥的表面性能得到顯著提高，硬化層深度可達O. 3 I. Omm,表面硬度HV620 760，并且經過現場生產驗證，一種鋼管鑄鐵軋輥激光熱處理硬化后，軋輥表面磨痕深度細小，具有良好的耐磨性能，軋輥壽命提高I 5倍。本發明的一種鋼管鑄鐵軋輥的激光熱處理硬化方法，其技術關鍵是采用吸光涂料噴涂軋輥表面，以激光束為熱源，采用合理的エ藝參數，將圓弧狀鑄鐵軋輥表面分多段進行激光熱處理，實現表面微熔凝，獲得表面硬度高且均勻、表面光潔度高、具有一定深度的硬化層。本發明縮短了加工時間，對環境友好，操作簡便，適宜于エ業化生產。本發明是在圓弧狀鋼管鑄鐵軋輥表面進行激光硬化熱處理，通過激光處理后，在鑄鐵軋輥表面制備耐磨損、抗疲勞的硬化層。其特點如下①將圓弧狀鑄鐵軋輥表面分段進行激光硬化熱處理，解決了曲面輥形的表面強化問題。②激光硬化處理的作用一是提高鑄鐵軋輥基體的表面硬度，ニ是細化表層組織晶粒，形成更多的位錯、孿晶等微觀亞結構，起到強化作用。③激光硬化處理后硬化層硬度可達HV620 760，硬化層深度可達O. 3 I. 0mm。④激光硬化處理對鑄鐵軋輥表面的粗糙度和徑向尺寸影響較小，一般情況下可以不需進行后續加工而直接使用；⑤經現場生產驗證，該方法縮短了加工時間，操作簡便，對環境無污染，硬化層具有良好的耐磨性能，軋輥壽命提高I 5倍。本發明的目的是克服其他表面熱處理方法的缺點，提供一種高效、操作簡便且環保的鋼管鑄鐵軋輥表面局部加熱硬化的新方法。


圖I為鋼管鑄鐵軋輥激光熱處理分區示意圖。圖2為鋼管鑄鐵軋輥激光熔凝處理硬化層的剖面結構示意圖。a_基體山-相變硬化層；C-熔凝層。
具體實施例方式下面通過具體實施案例進ー步說明本發明，以利于理解本發明，但不限制本發明內容。實施例無限冷硬鑄鐵軋輥激光表面強化首先，以用于軋制無縫鋼管的無限冷硬軋輥為處理對象，中心圓弧半徑R =71. 74mm,按照圖I所示分為7個區域，其中I區弧度10度、II區弧度20度、III區弧度35度、IV區弧度50度、V區弧度35度、VI區弧度20度、VII區弧度10度。其次，將待處理的軋輥安裝在工作臺上，軋輥工作面用砂紙或手持式砂輪除銹，用丙酮對軋輥工作面進行清洗，直至表面光潔、無油污；采用日本巖田W-77型噴槍將吸光涂料均勻地噴涂在軋輥表面，吸光涂料噴涂層厚度約為O. 05mm。 然后，采用螺旋連續搭接方式對軋輥表面按I、II、III、IV、V、VI、Vn的順序分別進行激光硬化處理。具體エ藝參數為采用5kW橫流CO2激光加工系統，光斑大小取Φ4πιπι，功率1000W，以3000mm/min的掃描速度、搭接I. 5mm在軋輥表面進行連續掃描，在每區的收尾處采取逐漸降低激光功率至700W。激光束輻照輥面過程中，輥面吸收光能立即轉化為熱能，從而使激光作用區的溫度急劇上升并發生微熔化，借助基體快速冷卻，獲得O. 5 O. 7_厚的硬化層。性能檢測無限冷硬鑄鐵軋輥激光強化熱處理后，無需進行后續加工，輥面硬度由處理前HV280 300提高到HV620 740，軋輥壽命提高了 2 4倍。
權利要求
1.一種鋼管鑄鐵軋輥激光熱處理硬化方法，經過預處理后，進行激光處理，其特征在于，將軋輥圓弧狀表面沿圓弧分為3-9個區域，轉動激光頭并與圓弧保持固定距離，軋輥轉動時，逐個區域進行激光掃描處理。
2.根據權利要求I所述的ー種鋼管鑄鐵軋輥激光熱處理硬化方法，其特征在于，所述的預處理為先將待處理的軋輥表面清理，用丙酮對軋輥工作面進行清洗，再將SiO2吸光涂料噴涂于軋輥表面，吸光涂料噴涂層厚度約為O. 05mm。
3.根據權利要求I或2所述的ー種鋼管鑄鐵軋輥激光熱處理硬化方法，其特征在于激光光斑調整尺寸Φ3 Φ6. 5mm，功率700 1000W，掃描速度2000 3000mm/min，采用螺旋連續搭接的方式，搭接率30% 50%，軋輥轉速為10 100轉/分鐘。
4.根據權利要求I或2所述的ー種鋼管鑄鐵軋輥激光熱處理硬化方法，其特征在于所述的激光熱處理在每區的收尾處采取逐漸降低激光功率的方法，功率降至500 700W。
5.根據權利要求I所述的ー種鋼管鑄鐵軋輥激光熱處理硬化方法，其特征在于，所述的對軋輥圓弧表面每個區域進行激光掃描時，激光頭要平動以保證與圓弧保持相對固定的距離。
6.根據權利要求I或2所述的ー種鋼管鑄鐵軋輥激光熱處理硬化方法，其特征是所述的將待處理的軋輥表面清理是用裝有鋼絲磨輪的手持式砂輪清理表面。
全文摘要
發明涉及一種鋼管鑄鐵軋輥激光熱處理硬化方法，具體是將弧形輥面劃分為3-9個區域，在待處理的鑄鐵軋輥上噴涂吸光涂料，采用高能激光束加熱軋輥表面至微熔化。本發明得到的激光強化層與基體呈冶金結合，晶粒明顯細化，硬化層厚度為0.3～1.0mm，硬度達HV620～760，具有良好的耐磨性能，軋輥壽命提高1～5倍。而且，鋼管鑄鐵軋輥激光硬化處理后無需進行后續加工，降低了生產成本，實用可靠，操作簡便，且對環境友好，具有極大的推廣價值和巨大的社會效益。
文檔編號C21D9/38GK102676749SQ20111005272
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月7日 優先權日2011年3月7日
發明者孫豐收, 孫寧姣, 張成忠, 李美艷, 王勇, 王永剛, 韓彬 申請人:中國石油大學(華東), 山東萬豐煤化工設備制造有限公司