一種熱噴塗與堆焊複合處理方法及其產品的製作方法

2023-05-26 21:04:11

專利名稱：一種熱噴塗與堆焊複合處理方法及其產品的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種表面硬化的處理方法及其產品，特別涉及一種熱噴塗與堆焊複合處理方法及其產品，可應用於(但不限於)鋼鐵企業冷軋生產線張力輥的表面保護塗層。
背景技術：
目前國內高檔鋼板材冷軋生產線(如寶鋼1800)使用的熱鍍鋅機組關鍵部件張力輥只能依賴於進口，不僅顯著提高了經濟成本，還成為制約提高產品質量和生產效率的潛在因素。
張力輥輥身用S50C鋼板卷制，尺寸規格Φ1000mm×2100mm；輥面中頻淬火後，在表面電鍍厚度約0.05mm左右的硬鉻層。為此，此類張力輥具有如下的綜合優勢第一，輥身材料S50C使得輥子具有良好的韌性，從而提高抗裂紋能力；第二，輥身材料S50C仍能夠保持著較良好的可焊接性；第三，輥子表面經中頻感應淬火後，不僅強度與硬度(HS70±3)得以提高，並能夠使輥身與電鍍硬鉻層之間具有良好的匹配關係；進而提高張力輥抗變形和抗衝擊的能力；第四，輥子表面電鍍硬鉻層可使輥子具有優良的耐磨性能、抗衝擊性能，以及粗糙度保持能力，從而具有較好的摩擦張力。但與此同時，進口張力輥的製造在如下兩個方面卻存在著明顯的不足之處第一，此類張力輥輥面進行中頻淬火時，必須採用頻率為2000~3000Hz、額定功率大於1000KW的大型立式表面感應淬火設備；由於國內還沒有大型立式表面感應淬火設備，受到機械設備條件的制約，所以只能依賴於從國外進口。同時，此類張力輥為鋼板卷制、拼焊製成，焊縫及焊接熱影響區域與輥面本體的組織結構存在著明顯差異；因此，輥子經表面感應淬火後，焊縫區域的力學性能往往與輥面其它區域有所不同，進而成為引發輥面塗層失效的潛在因素。第二，此類張力輥表面電鍍鉻層在使用性能方面也有其自身缺點，如硬度較低、耐磨性較差；鍍鉻層內存在微裂紋，耐腐蝕性較差；鍍鉻層難以保持整體的性能穩定性和均勻性。再有，還必須要充分考慮電鍍鉻工藝的問題。電鍍鉻不僅難以實現集約化高效率生產，而且對環境有著非常嚴重的汙染；因此，世界各國均加強了對電鍍鉻生產的限制，並制定了嚴格的環保標準，從而使得電鍍硬鉻的製造成本很高，張力輥價格高昂。
當前，隨著熱噴塗技術的飛速發展，採用熱噴塗塗層替代電鍍硬鉻塗層，不僅具有與電鍍硬鉻層相同甚至更高的性能，而且也沒有其他替代電鍍硬鉻技術(PVD、CVD、雷射塗層等)的高成本經濟風險(其成本與電鍍硬鉻層相當，並且仍在不斷降低中)；同時，在環保方面的優勢，熱噴塗技術比電鍍硬鉻技術具有更好的競爭性。更為重要的是熱噴塗代替硬鉻技術已經在紡織機械、航空業等領域取得了成功應用。因此，在鋼鐵行業領域，使用熱噴塗技術代替電鍍硬鉻技術也有著很大的實際應用範圍。
然而，針對於本發明中的張力輥塗層製件產品，單純使用熱噴塗技術替代電鍍硬鉻是不可行的。原因在於，如果將極高硬度的熱噴塗塗層直接噴塗於硬度很低的輥子基材S50C上面，在工作過程中，由於熱噴塗塗層與其所依附的輥體表面在硬度上不具有合適的匹配度，非常容易導致表面塗層的失效。這也是張力輥表面在電鍍硬鉻前，需要進行感應淬火的主要原因之一。

發明內容
本發明的目的是使表面保護塗層與基材本體之間具有良好的性能匹配性，以及表面保護塗層與基材本體具有高的結合強度，進而滿足表面保護塗層製品長時間和穩定的實際生產使用要求，提供一種熱噴塗與堆焊複合處理方法及其產品。為此，本發明的思路是以張力輥為例，在熱噴塗前對張力輥表面進行了堆焊處理，從而能夠獲得輥子本體、輥子表面和熱噴塗塗層之間的良好匹配性；同時，由於堆焊層與輥子本體之間為冶金結合，兩者的結合強度高，這與感應淬火的輥子表面和輥子本體在結合的強度等級上幾乎是等同的。顯而易見，採用熱噴塗-堆焊複合方法製造高檔鋼板材冷軋生產線用張力輥，充分發揮了熱噴塗與堆焊技術各自的優勢，優勢互補，應能夠滿足張力輥實際使用的綜合性能要求。
為達到上述目的，本發明的技術方案為一種熱噴塗與堆焊複合處理方法，首先在基材表面堆焊堆焊過渡層，然後在堆焊過渡層表面噴塗熱噴塗塗層。堆焊過渡層包括堆焊打底層和堆焊面層。
由熱噴塗與堆焊複合處理方法獲得的產品，具有複合結構，基材表面為堆焊過渡層，堆焊過渡層表面為熱噴塗塗層，堆焊過渡層包括堆焊打底層和堆焊面層，堆焊打底層直接與基材本體焊合，堆焊打底層最多為2層，而堆焊面層則在熱噴塗塗層和堆焊層打底層之間。熱噴塗塗層包括熱噴塗打底層和熱噴塗工作面層，熱噴塗打底層直接與堆焊面層結合，最多為2層，厚度為整體熱噴塗塗層總厚度的1/5-1/2。當產品為張力輥時，堆焊打底層採用Φ3.5mm的0.12C-2.7Mn-0.6Mo合金焊絲，焊接電流280-400A、電壓26-30V、焊接速度300-450mm/min；堆焊面層Φ3.5mm的採用0.25C-1.8Mn-1.0W-6.0Cr-1.0Mo合金焊絲，焊接電流380-450A、電壓26-30V、焊接速度300-400mm/min；熱噴塗工作面層粉體材料採用WC-12Co，熱噴塗氧氣流速為880-890升/分鐘、煤油流速為0.23-0.28升/分鐘、噴塗距離為350-390mm、熱噴塗供粉速度為43-50克/分鐘。
與現有技術相比，本發明具有如下的特點熱噴塗與堆焊複合處理方法充分發揮了熱噴塗與堆焊技術各自的優勢，優勢互補，能夠使表面塗層製件與基材本體之間的匹配性良好，製件產品兼具良好的韌性、高的抗衝擊能力、優良的可焊接性、高的抗剝落能力、以及優異的表面粗糙度維持能力等優良的綜合性能；同時，熱噴塗與堆焊複合處理方法對擴大熱噴塗和堆焊的功能和應用，對解決特殊要求，有著特別的效益；此外，相對電鍍硬鉻技術而言更是一種綠色環保可持續製備技術，有著良好的應用潛力和市場前景。
具體實施例方式以寶鋼1800冷軋熱鍍鋅機組關鍵部件張力輥表面塗層的製備，對本發明進行例解。
一、張力輥製件產品的塗層系統設計張力輥輥身用S50C鋼板卷制，製件的成品尺寸規格Φ1000mm×2100mm，堆焊打底層採用0.12C-2.7Mn-0.6Mo合金焊絲，厚度約2-3mm；堆焊面層採用0.25C-1.8Mn-1.0W-6.0Cr-1.0Mo合金焊絲，厚度約9-11mm；熱噴塗工作面層粉體材料採用WC-12Co，粉體粒度在25-65μm，塗層厚度約0.2mm。經上述設計的塗層系統以及塗層材料選擇，目的是使張力輥保持優良綜合優勢(1)輥身S50C基材使輥子具有良好的韌性，以及可焊接性；(2)0.25C-1.8Mn-1.0W-6.0Cr-1.0Mo合金堆焊面層硬度達到HS70±3，從而使輥子表面硬度合乎要求；(3)0.12C-2.7Mn-0.6Mo合金堆焊打底層，可使輥身基材S50C與堆焊面層有著良好的匹配性；(4)WC-12Co熱噴塗工作面層有著比電鍍硬鉻更好的硬度和粗糙度保持能力，能夠滿足張力輥實際工況的使用要求。
二、張力輥製件表面塗層的製備工藝堆焊打底層採用0.12C-2.7Mn-0.6Mo合金焊絲，直徑Φ3.5mm，堆焊厚度約2-3mm；堆焊工藝規範焊接電流280-400A，電壓26-30V，焊接速度300-450mm/min；堆焊面層採用0.25C-1.8Mn-1.0W-6.0Cr-1.0Mo合金焊絲，直徑Φ3.5mm，每道次堆焊厚度控制在2-3mm；堆焊工藝規範焊接電流380-450A，電壓26-30V，焊接速度300-400mm/min；熱噴塗工作面層粉體材料採用WC-12Co，粉體粒度在25-65μm。使用Praxair/TAFA公司JP-5000裝置製備塗層，工藝參數如下氧氣流速為880-890升/分鐘，煤油流速為0.23-0.28升/分鐘，噴塗距離為350-390mm，熱噴塗供粉速度為43-50克/分鐘，塗層厚度約0.2mm。
除了製備張力輥塗層製件產品之外，為了對塗層進行分析測試，還用Φ90mm的S50C鋼管，使用上述工藝參數製取Φ105mm×150mm試樣。
堆焊後的試樣首先進行堆焊面層的硬度測試，而後進行熱噴塗；熱噴塗後的試樣用於硬度測試和熱震試驗。在熱震試驗中，將試樣加熱至600℃溫度並使之整體均熱，而後取出淬水冷卻至室溫；重複此程序，至預定的次數或者直至表面熱噴塗塗層出現剝落或裂紋，用以評估塗層的抗剝落能力。其中，高的熱震次數說明塗層抗龜裂或剝落的能力強，較低的熱震次數則反映塗層容易產生龜裂或剝落。比較案例為感應淬火與電鍍硬鉻的進口張力輥塗層，其性能指標來自於進口製造商提供的數據。
實施案例與比較案例評價結果均列於表1中。從表中可以看出，本發明工藝製備試樣的熱噴塗工作塗層顯微硬度明顯高於電鍍硬鉻層，並且與輥子有著良好的結合性，經過7次的熱震性試驗後才在某些局部區域出現微小剝落。
表1 表面梯度保護塗層實施例與比較例

本發明以張力輥作為例解僅為本發明的較佳可行實施例，並非因此即局限本發明的專利範圍，本發明還可以用於其他需要表面硬化處理的場合。即凡是應用本發明說明書及內容所述等效變化，均同理包含於本發明的範圍內。
權利要求
1.一種熱噴塗與堆焊複合處理方法，首先在基材表面堆焊堆焊過渡層，堆焊過渡層包括堆焊打底層和堆焊面層，然後在堆焊過渡層表面噴塗熱噴塗塗層。
2.由權利要求1熱噴塗與堆焊複合處理方法獲得的產品，其特徵是，具有複合結構，基材表面為堆焊過渡層，堆焊過渡層表面為熱噴塗塗層，堆焊過渡層包括堆焊打底層和堆焊面層，堆焊打底層直接與基材本體焊合，而堆焊面層則在熱噴塗塗層和堆焊層打底層之間。
3.根據權利要求2所述的熱噴塗與堆焊複合處理方法獲得的產品，其特徵是，堆焊打底層最多為2層。
4.根據權利要求2所述的熱噴塗與堆焊複合處理方法獲得的產品，其特徵是，熱噴塗塗層包括熱噴塗打底層和熱噴塗工作面層，熱噴塗打底層直接與堆焊面層結合。
5.根據權利要求2或4所述的熱噴塗與堆焊複合處理方法獲得的產品，其特徵是，熱噴塗打底層最多為2層，厚度則為熱噴塗塗層總厚度的1/5-1/2。
6.根據權利要求2所述的一種熱噴塗與堆焊複合處理方法獲得的產品，其特徵是，產品為張力輥，堆焊打底層採用0.12C-2.7Mn-0.6Mo合金焊絲，堆焊打底層焊接參數為焊接電流280-400A，電壓26-30V，焊接速度300-450mm/min；堆焊面層採用0.25C-1.8Mn-1.0W-6.0Cr-1.0Mo合金焊絲，堆焊面層焊接參數為焊接電流380-450A，電壓26-30V，焊接速度300-400mm/min；熱噴塗工作面層粉體材料採用WC-12Co，熱噴塗參數為氧氣流速為880-890升/分鐘，煤油流速為0.23-0.28升/分鐘，噴塗距離為350-390mm，熱噴塗供粉速度為43-50克/分鐘。
全文摘要
本發明涉及一種表面硬化的處理方法及其產品，特別涉及一種熱噴塗與堆焊複合處理方法及其產品，主要解決塗層與基體性能不匹配的技術問題。本發明的技術方案為一種熱噴塗與堆焊複合處理方法，首先在基材表面堆焊堆焊過渡層，然後在堆焊過渡層表面噴塗熱噴塗塗層，堆焊過渡層包括堆焊打底層和堆焊面層。熱噴塗與堆焊複合處理方法獲得的產品，具有複合結構，基材表面為堆焊過渡層，堆焊過渡層表面為熱噴塗塗層，堆焊過渡層包括堆焊打底層和堆焊面層，堆焊打底層直接與基材本體焊合，而堆焊面層則在熱噴塗塗層和堆焊層打底層之間。本發明可應用於(但不限於)鋼鐵企業冷軋生產線張力輥的表面保護塗層。
文檔編號B22F7/06GK1793423SQ20051002991
公開日2006年6月28日 申請日期2005年9月22日 優先權日2005年9月22日
發明者畢剛, 譚興海, 李益明, 葛寶文, 陳國喜 申請人:上海寶鋼設備檢修有限公司