连铸结晶器足辊涂层的制备方法技术领域
本发明涉及工件表面的改性技术领域，尤其涉及一种连铸结晶器足辊涂层的制备方法。
背景技术
连铸结晶器足辊是连铸机的关键部件，其不断与还未完全凝固的高温铸坯直接接触，同时还承受冷却水、酸性保护渣的反复作用，工况条件十分苛刻，辊面受到严重的氧化和酸性保护渣的腐蚀，导致连铸机结晶器足辊使用寿命短，其是世界钢铁企业普遍存在而又亟待解决的技术问题，针对上述问题，国内外钢铁企业和高等院校、科研机构开展了广泛地研究。目前，连铸辊主要采用合金钢锻坯+堆焊复合制造技术，如埋弧堆焊、明弧堆焊等。但是由于堆焊焊丝成分及堆焊技术本身的特点，实际生产中的连铸辊堆焊层存在夹渣、气孔等缺陷和变形量大等缺点；此外，辊坯焊前需要预热，采用较大的线能量，以降低熔池液态金属的冷却速率，用于防止堆焊组织开裂，因此造成堆焊后组织晶粒粗大，组织致密性差，稀释率大，且堆焊搭接区域容易出现合金成分和硬度不均匀现象，从而造成上机使用一段时间后辊面出现沟槽的问题。因此，常规堆焊制造的连铸辊耐磨耐腐蚀性差，使用寿命短。经过多次堆焊修复后连铸辊因变形、基材损伤等原因报废居多，以宝钢为例，炼钢厂连铸辊采用周期下线管理模式，连铸辊堆焊修复超过5次报废，无法满足钢铁企业对其长寿命、高质量的要求；迫切需要一种低成本、低能耗、环保型、工艺可控性强的技术制造和修复连铸辊。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种连铸结晶器足辊涂层的制备方法，本方法克服了传统堆焊技术的缺陷，采用激光熔敷在足辊辊坯上制备高性能耐磨耐腐蚀涂层，提高了足辊的使用寿命，降低了足辊全寿命周期的综合使用成本。
为解决上述技术问题，本发明连铸结晶器足辊涂层的制备方法包括如下步骤：
步骤一、检查足辊辊坯尺寸余量，根据足辊要求理论尺寸，对足辊辊坯车削处理，车削辊面至小于足辊理论尺寸1mm，预留单边0.5mm激光熔敷有效使用层；
步骤二、对车削后足辊辊坯表面和内部分别进行着色探伤和超声波探伤检测，要求无裂纹、夹渣、分层缺陷；
步骤三、将足辊辊坯固定于激光熔敷设备机床上，机床主轴匀速旋转，对足辊辊坯表面进行激光单道扫描熔敷，激光熔敷合金粉末为镍基熔炼合金粉末，熔覆层厚度1mm，预留0.5mm机加工余量；
步骤四、激光熔敷后车削足辊辊面，粗加工至足辊理论尺寸+0.4mm、粗糙度Ra6.3，预留单边0.2mm的精磨削余量；
步骤五、精磨削足辊辊面至要求的足辊理论尺寸及公差，粗糙度Ra1.6；
步骤六、采用表面着色探伤和超声波探伤检测足辊表面涂层质量,要求无裂纹、气孔、导程印缺陷。
进一步，足辊辊坯激光熔敷的工艺参数为功率：2200～2500W、扫描光斑直径：5mm、扫描速度：600～700mm/min、搭接率：1/3～1/2、气体流量：18～20L/min，激光熔敷过程采用高纯氩气保护。
进一步，所述高纯氩气的纯度为99.9%。
进一步，所述镍基熔炼合金粉末成分按重量百分比如下：60～65% Ni、18～20% Cr、3～4% Fe、12～13% Mo、1～2% W，镍基熔炼合金粉末的粒度为200目。
由于本发明连铸结晶器足辊涂层的制备方法采用了上述技术方案，即本方法首先对足辊辊坯车削处理并预留激光熔敷有效使用层；足辊辊坯车削后进行着色探伤和超声波探伤检测；将足辊辊坯固定于激光熔敷设备机床上，对足辊辊坯表面进行激光熔敷，激光熔敷合金粉末为镍基熔炼合金粉末；激光熔敷后车削足辊辊面进行粗加工并预留精磨削余量；精磨削足辊辊面至要求的理论尺寸、公差及粗糙度；最后采用表面着色探伤和超声波探伤检测足辊表面涂层质量。本方法克服了传统堆焊技术的缺陷，采用激光熔敷在足辊辊坯上制备高性能耐磨耐腐蚀涂层，提高了足辊的使用寿命，降低了足辊全寿命周期的综合使用成本。
具体实施方式
实施例1，本实施例以材质R73、尺寸为Φ140×550的连铸结晶器足辊为例；
步骤一、首先对足辊辊坯初步检查，检查足辊辊坯尺寸余量及表面锈蚀情况，车削足辊辊坯表面氧化层单边0.5mm，车削至尺寸Φ139×550，预留单边0.5mm激光熔敷有效使用层；
步骤二、对车削后足辊辊坯表面和内部分别进行着色探伤和超声波探伤检测，要求无裂纹、夹渣、分层等缺陷；
步骤三、将足辊辊坯固定于激光熔敷设备机床上，机床主轴匀速旋转，对其表面进行激光单道扫描熔敷，激光熔敷工艺参数为功率：2300W、扫描光斑直径：5mm、扫描速度：600mm/min、搭接率：1/3、气体流量：18L/min，激光熔敷过程采用高纯氩气保护，激光熔敷合金粉末为镍基熔炼合金粉末，粉末成分按重量百分比如下：60～65% Ni、18～20% Cr、3～4% Fe、12～13% Mo、1～2% W；粉末粒度为200目，激光熔覆层厚度1mm，预留0.5mm机加工余量；
步骤四、将激光熔敷后连铸结晶器足辊车削粗加工至Φ139.4×550mm，粗糙度Ra6.3，预留精磨削余量单边0.2mm；
步骤五、精磨削连铸结晶器足辊至Φ140±0.02×550，粗糙度Ra1.6，达到工艺要求的尺寸公差和粗糙度要求；
步骤六、采用表面着色探伤和超声波探伤检测连铸结晶器足辊表面涂层质量,要求无裂纹、气孔、导程印等缺陷。
实施例2，本实施例以材质BCR01、尺寸为Φ140×550的连铸结晶器足辊为例；
步骤一、首先对足辊辊坯初步检查，检查足辊辊坯尺寸余量及表面锈蚀情况，车削足辊辊坯表面氧化层单边0.5mm，车削至尺寸Φ139×550，预留单边0.5mm激光熔敷有效使用层；
步骤二、对车削后足辊辊坯表面和内部分别进行着色探伤和超声波探伤检测，要求无裂纹、夹渣、分层等缺陷；
步骤三、将足辊辊坯固定于激光熔敷设备机床上，机床主轴匀速旋转，对其表面进行激光单道扫描熔敷，激光熔敷工艺参数为功率：2250W、扫描光斑直径：5mm、扫描速度：650mm/min、搭接率：1/2、气体流量：20L/min，激光熔敷过程采用高纯氩气保护；激光熔敷合金粉末为镍基熔炼合金粉末，粉末成分按重量百分比如下：60～65% Ni、18～20% Cr、3～4% Fe、12～13% Mo、1～2% W，粉末粒度为200目，激光熔覆层厚度1mm，预留0.5mm机加工余量；
步骤四、激光熔敷后足辊车削粗加工至Φ139.4×550mm、粗糙度Ra6.3，预留精磨削余量单边0.2mm；
步骤五、精磨削足辊至Φ140±0.02×550，粗糙度Ra1.6，达到工艺要求的尺寸公差和粗糙度要求；
步骤六、采用表面着色探伤和超声波探伤检测足辊表面涂层质量,要求无裂纹、气孔、导程印等缺陷，获得满足要求的连铸结晶器足辊。
本方法利用激光熔敷设备产生的高能连续激光束，通过侧向送粉方式，将镍基合金粉末和连铸结晶器足辊表面一薄层金属同时熔化，然后快速凝固结晶，实现合金粉末与基材的冶金结合，获得细化的组织。在连铸结晶器足辊表面制备出耐高温、耐磨损腐蚀的高性能合金涂层。提高连铸结晶器足辊的使用寿命6倍以上。本方法工艺简单、可实施性强、无污染、修复后无需热处理去应力，并且降低了涂层制备过程中对合金粉末的消耗量，使得采用本方法制备涂层的连铸结晶器足辊性价比更好，综合成本低。