钢材热轧输送辊涂层材料及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种钢材热轧输送辊涂层材料及其制备方法。
背景技术
磨损是金属零部件失效的重要形式之一，耐磨涂层的应用具有重要的工程意义。镍基合金复合材料具有良好的耐磨损抗腐蚀性能，它在工程领域中的应用越来越广泛。
热轧输送辊是热连轧生产线中一项大宗易损备件，其由多个输送辊组成，输送辊损坏的主要原因是高速运行中氧化铁皮的磨损，以及因喷淋冷却水引起的腐蚀与热疲劳裂纹。目前，国内对热轧输送辊修复一般采用镍基自熔合金即Ni60合金修复。因为镍基自熔性合金粉末成球性好，表面光洁，流动性好，一般小于25s/50g。具有优良的耐腐蚀、抗氧化、耐热循环冲击、耐低应力磨粒磨损和抗粘着磨损等综合性能。镍基自熔性合金的耐磨性能比相同硬度的碳钢材料的耐磨性提高8～10倍，耐蚀性较不锈钢有明显提高，且在500～600℃温度范围内具有较好的红硬性，在650℃温度下，合金硬度才有所降低，而且涂层冷却到常温后仍能恢复到原来的硬度。镍基自熔性合金的韧性和耐冲击性较好，具有优异的喷焊工艺性能，熔点低(950℃～1150℃)，在熔融过程中靠合金中的元素有很强的自行脱氧、造渣能力，从而使合金得到保护。但在使用过程中，镍基自熔合金只凭自身硬度，其抗磨粒磨损性能仍然不够高，仍然无法完全满足热轧输送辊用涂层的要求，使用寿命偏低。
【发明内容】
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种耐磨损性能高的钢材热轧输送辊涂层材料。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
钢材热轧输送辊涂层材料，其特征在于，按照重量百分含量由10％～40％的碳化物与90％～60％的Ni60合金组成。
优选地是，按照重量百分含量由20％～35％的碳化物与80％～65％的Ni60合金组成。
优选地是，所述的Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％～1.1％；铬14％～20％；硅3.5％～5.5％；硼3.0％～4.5％；铁＜17％；余量为镍。
优选地是，按照重量百分含量由30％的碳化钨与70％的Ni60合金组成。
优选地是，所述的碳化物选自碳化钨、碳化硼、碳化硅和碳化锆的一种或几种。
优选地是，按照重量百分含量由30％的碳化钨与70％的Ni60合金组成。
本专利的目的是给热轧输送辊提供一种新型的耐磨损涂层，在原有镍基合金粉末中加入一定量的弥散的碳化物颗粒硬质相，两者组成伪合金。镍基合金粉末固液相温度区间宽，“镜面”熔池清晰，对多种基体和碳化物颗粒等有强的润湿能力。合金凝固后，在固溶体中能形成高硬度的弥散强化相，使合金的强度和硬度提高。
本发明的另一个目的是提供一种制备前述钢材热轧输送辊涂层材料的方法，其特征在于，将重量百分含量由10％～40％的碳化物与90％～60％的Ni60合金，通过三维运动混合机混合30以上。
本发明中的钢材热轧输送辊涂层材料的使用方法为：
1.将辊面车削下切至去除疲劳层，如局部有缺陷，再局部下切至缺陷去除为止，然后车毛螺纹，再对辊面进行清洗除油处理；
2.先将辊面预热至250±20℃，可采用火焰加热。加热时间充分，力求均匀；
3.喷砂，喷砂后用压缩空气与钢丝刷清除辊面残留灰尘与固体物。并进行外观检查，确认辊面无缺陷方可进行下步作业；
4.将上述混合好的粉末，采用氧乙炔火焰粉末喷枪喷射到辊面上；
5.将预喷粉的辊面先整体预热，温度达到600℃后，采用大功率的氧乙炔枪或重熔圈将辊面加热到“镜面”状态，为避免由于温度差导致辊面开裂，要注意对已重熔辊面后加热保温；
6.重熔完毕后旋转空冷。
本发明的有益效果为：因为加入的碳化物具有很高的硬度，所以极大地改善了涂层材料的耐磨性能，特别是磨粒磨损和冲蚀磨损性能。一般镍基合金涂层的硬度为HRC55±2，而加入碳化物颗粒弥散强化的镍基合金涂层的硬度能达到HRC60±2，这大大提高了涂层地耐磨损性能。
【附图说明】
图1为Ni60与实施例1-3中的涂层材料抗磨损性能对比曲线图；
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明进行详细的描述：
实施例1
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由10％的碳化钨与90％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬14％；硅3.5％；硼3.0％；铁5％；余量为镍。
制备方法为：按照重量百分比，通过三维运动混合机混合30分钟后使用。
实施例2
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由20％的碳化钨与80％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳1.1％；铬20％；硅5.5％；硼4.5％；铁15％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例3
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由30％的碳化钨与70％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.8％；铬17％；硅4.5％；硼3.5％；铁10％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
我们对此进行了一系列的试验，对常用的Ni60，Ni60+10％WC即实施例1，Ni60+20％WC即实施例2，Ni60+30％WC即实施例3的四种粉末，采用氧乙炔进行喷焊，并对此进行磨粒磨损试验和30°、60°、90°冲蚀磨损试验，结果如图1所示。每组数据中我们把Ni60的抗磨损力设为1，其它都以此为基准表示。由试验数据可知，四种粉末喷焊层对磨粒磨损抗力有以下规律：对于镍基自熔合金来说，如果不加入外来硬质颗粒WC，只凭自身硬度，其抗磨粒磨损性能不高，如加入硬质颗粒WC，可以明显提高喷焊层的耐磨粒磨损性能，且随WC含量的升高，耐磨性急剧提高，当WC增加到30％质量分数时，其耐磨性比原来可提高近1倍。
同样，在耐冲蚀力试验中，我们将Ni60喷焊层分别在30°、60°、90°下的冲蚀力设为1，其它三种喷焊层均以此为基准。由试验数据可知，四种喷焊层的抗冲蚀能力有以下规律：镍基自熔合金喷焊层中加入硬质颗粒WC，会明显改善喷焊层的耐冲蚀性，当含量较少时，如为10％时，改善作用不明显，当含量增至20％时，耐冲蚀性才会有明显提高，不过，当含量增至30％时，耐冲蚀性又开始下降。另外，Ni60喷焊层本身硬度虽然较高，但耐低角冲蚀相对较差，即呈现塑性材料的冲蚀特征，但随着WC硬质相的加入，无论耐低角冲蚀，还是耐高角冲蚀力都明显提高，使喷焊层兼有塑、脆两种材料的特点。
实施例4
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由22％的碳化钨与78％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬14％；硅3.5％；硼3.0％；铁16％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例5
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由26％的碳化钨与74％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳1.1％；铬20％；硅5.5％；硼4.5％；铁15％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例6
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由15％的碳化钨与85％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬20％；硅4.5％；硼3.5％；铁5％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例7
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由30％的碳化钨与70％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬14％；硅3.5％；硼3.0％；铁7％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例8
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由30％的碳化钨与70％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳1.1％；铬20％；硅5.5％；硼4.5％；铁8％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例9
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由30％的碳化钨与70％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬20％；硅4.5％；硼3.5％；铁10％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例10
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由30％的碳化钨与70％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.8％；铬16％；硅3.5％；硼3.5％；铁13％；余量为镍。制备方法与实施例1相同。
实施例11
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由30％的碳化钨与70％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.6％；铬14％；硅5.5％；硼4.％；铁10％；余量为镍。
实施例12
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由15％的碳化硼与85％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬14％；硅3.5％；硼3.0％；铁16％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例13
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由20％的碳化硼与80％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳1.1％；铬20％；硅5.5％；硼4.5％；铁15％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例14
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由27％的碳化硼与73％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬20％；硅4.5％；硼3.5％；铁15％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例15
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由30％的碳化硼与70％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬14％；硅3.5％；硼3.0％；铁9％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例16
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由30％的碳化硼与70％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳1.1％；铬20％；硅5.5％；硼4.5％；铁11％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例17
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由30％的碳化硼与70％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬20％；硅4.5％；硼3.5％；铁12％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例18
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由25％的碳化硼与75％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.8％；铬16％；硅3.5％；硼3.5％；铁16％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例19
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由23％的碳化硼与77％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.6％；铬14％；硅5.5％；硼4.％；铁10％；余量为镍。
实施例20
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由13％的碳化硅与87％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬14％；硅3.5％；硼3.0％；铁14％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例21
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由18％的碳化硅与82％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳1.1％；铬20％；硅5.5％；硼4.5％；铁16.5％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例22
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由27％的碳化硅与73％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬20％；硅4.5％；硼3.5％；铁15％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例23
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由32％的碳化硅与68％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬14％；硅3.5％；硼3.0％；铁15.5％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例24
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由30％的碳化硅与70％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.7％；铬14％；硅4％；硼3.2％；铁12％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例25
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由30％的碳化硅与70％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬20％；硅4.5％；硼3.5％；铁15％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例26
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由25％的碳化硅与75％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.8％；铬16％；硅3.5％；硼3.5％；铁7％；余量为镍。制备方法与实施例1相同。
实施例27
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由23％的碳化硅与77％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.6％；铬14％；硅5.5％；硼4.％；铁10％；余量为镍。
实施例28
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由11％的碳化锆与89％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬14％；硅3.5％；硼3.0％；铁16％；余量为镍。制备方法与实施例1相同。
实施例29
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由24％的碳化锆与76％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳1.1％；铬20％；硅5.5％；硼4.5％；铁16％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例30
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由21％的碳化锆与79％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬18％；硅4％；硼4.5％；铁10％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例31
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由30％的碳化锆与70％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬14％；硅3.5％；硼3.0％；铁16％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例32
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由30％的碳化锆与70％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳1.1％；铬20％；硅5.5％；硼4.5％；铁16％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例33
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由30％的碳化锆与70％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.5％；铬20％；硅4.5％；硼3.5％；铁15％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
实施例34
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由30％的碳化锆与70％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.8％；铬16％；硅3.5％；硼3.5％；铁16％；余量为镍。制备方法与实施例1相同。
实施例35
钢材热轧输送辊涂层材料，按照重量百分含量由30％的碳化锆与70％的Ni60合金组成。
Ni60合金按照重量百分含量包括碳0.6％；铬14％；硅5.5％；硼4.％；铁10％；余量为镍。
制备方法与实施例1相同。
本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。