CN102352508B

CN102352508B - Trt机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末

Info

Publication number: CN102352508B
Application number: CN2011103508638A
Authority: CN
Inventors: 韩宏升; 陈常义
Original assignee: Tangshan Rui Zhao Laser Technology Machine Repair Co Ltd
Current assignee: Hebei RUIZHAO laser remanufacturing technology Limited by Share Ltd
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2031-11-09
Also published as: CN102352508A

Abstract

一种TRT机组失效零部件激光熔覆用铁基合金粉末，该粉末是在铁铬镍合金基础上，添加Mo、Nb、N、Si元素强化基体，在保持适中硬度、保证较高强度和耐磨性等综合性能的同时，降低了合金熔点，便于激光熔覆；添加微量元素Ce和Hf，改进晶界质量，阻止和避免裂纹产生，同时提高熔覆层的热稳定性和化学稳定性，使合金具有较高温度的抗氧化性和耐蚀、耐磨性，适用范围较大。碳素钢、结构钢、调质钢、不锈钢和工具钢等材质的失效零部件，均可采用该粉末结合激光熔覆技术进行修复，应用前景极其广阔，效益显著。

Description

TRT机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末

技术领域

本发明涉及一种熔覆用材料，特别是涉及一种主要应用于冶金行业的TRT机组主轴、转子、承缸等零部件的激光修复的TRT机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末。

背景技术

高炉煤气能量回收透平的(简称TRT)是世界公认的钢铁企业重大能量回收装置，是支持循环经济的绿色能源产品，已成为钢铁行业公认的节能环保装置。TRT机组中主轴、转子、承缸等零部件由于材质、工况、介质等因素，服役中经常会有腐蚀、磨损、冲刷甚至叶片断裂等失效现象发生，严重影响机组工作效率。

对于失效的TRT主轴、转子、承缸等零部件，厂家只能选择部分更换或常规修复的办法，使其尽快恢复使用功能。更换叶片既大幅增加成本，又耗时费力。主轴、转子、承缸表面缺陷的传统修复方法有埋弧堆焊、真空涂层法、钨极惰性气体保护(TIG)焊和等离子体熔覆修复等方法。但这些方法在修复过程中热输入量较大，热影响区极易出现热裂纹，TIG焊修复过程中引起的收缩变形使动叶片的安装精度难以保证，这些修复主轴、转子、承缸表面缺陷的方法均具有很大的局限性，操作风险极大，不易成功。

激光熔覆作为近年来新兴的一种先进再制造技术，随着激光器功率和稳定性的不断提高，以及适宜的各种合金粉末材料的成功研制，得到了迅速推广和广泛应用。激光熔覆可以解决许多常规方法很难加工或无法加工的问题，为产品再制造提供了一种技术独特、先进有效的方法。

目前，国内外市场上激光熔覆专用的合金粉末并不多见，尤其是具有强度较高、硬度适中、易于加工、性能稳定等特性的铁基合金粉末更是寥寥无几。基本上是采用喷焊或喷涂用合金粉末，或是在这些粉末的基础上，按不同比例加以调配，并以机械混粉的形式配制所需的各种铁基合金粉末。

这些混合粉存在诸如混合不均、颗粒度差异大、熔点不同、成分偏差、膨胀系数不同等问题，导致在实际熔覆中无法控制裂纹、气孔、偏析、性能不稳、不易机加等缺陷。另外，镍基、钴基合金粉末价格昂贵，某些零部件的修复如采用这些较贵的粉末熔覆，既增加修复成本，又难以达到理想的、易于机加复型的要求。市场期盼一种价格便宜、性能稳定、硬度适中、机加方便的铁基合金粉末，用于激光熔覆，解决TRT主轴、转子、承缸等零部件修复时优选覆层材料问题。

近年来人们在研究利用激光熔覆技术进行设备部件修复所需的合金粉末材料方面取得了一些进展，例如：

公开号为CN101381868的中国发明专利申请给出的《一种激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末及制备工艺》，该粉末各成份重量百分比为： C：0.5-0.8％； Cr：18-24％； Ni：11-17％； B：2.0-5.5％；Si：2.0-6.0％； Mo：4-9％； CeO₂：1-5％； Fe余量。

公开号为CN101381869的中国发明专利申请给出的《激光熔覆高硬无裂铁基合金专用合金粉末》，该粉末各元素的重量百分含量是：碳(C)：0.3-0.5；硅(Si)：1.2-2.0；硼(B)：0.4 -1.0；镍(Ni)：1.5-2.5；铬(Cr)：1.0-1.5；锰(Mn)： 1.0-1.5；钼(Mo)：1.5-2.5；钒(V)：0.15-0.7；铌(Nb)： 0.15-0.7；余量为铁(Fe)。

上述技术方案给出的这些用于激光熔覆的铁基合金粉末，虽能在修复特定的设备部件上取得一定的技术效果，但由于具有自身工艺特征，还不能满足和适用于其它特定基材激光熔覆的工艺要求。特别是在修复诸如TRT主轴、转子、承缸等具有特定材质的特殊机组设备零部件中，仍然存在诸如裂纹、夹杂、气孔、成分不均匀、性能不稳定且无法保障等缺陷，无法适用TRT机组零部件的激光熔覆。

在像TRT主轴、转子、承缸等这些特殊设备零部件上，能否成功采用激光熔覆工艺进行无裂纹、无气孔等缺陷和保证使用性能的均质修复，关键在于能否配制出适合于激光熔覆的合金粉末。经检索，国内外至今尚无这方面的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术在实际熔覆中无法控制裂纹、气孔、偏析、性能不稳、不易机加工以及存在诸如裂纹、夹杂、气孔、成分不均匀、性能不稳定且无法保障，无法适用TRT机组零部件的激光熔覆等诸多缺陷，提供一种专门用于采用激光熔覆的方法，修复TRT机组零部件这种再制造技术的操作，硬度适中、性能稳定的TRT机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末。

实现上述目的采用以下技术方案：一种TRT机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末，所述铁基合金粉末的材料中含有：C、Cr、Ni、Mo、 Nb、Si 强化元素和Fe，所述铁基合金粉末材料中还含有Ce、Hf、N，构成铁基合金粉末材料的化学成分的重量百分比为：C:0.03~0.06%；Cr：14~18%；Ni：4~8%；Mo：1~3%；Nb：0.2~0.8%；N：0.1~0.4%； Si：0.5~2%；Ce：0.1~0.3%；Hf：0.1~0.3%；Fe：余量，将上述材料混合经真空熔炼、水雾化、筛选得到粒度为100~270目的成品。

作为优选方案，构成铁基合金粉末材料的化学成分的重量百分比为：C:0.05%；Cr：16.5%；Ni：6.5%；Mo：1.2%；Nb：0.5%；N：0.25%； Si：1%；Ce：0.2%；Hf：0.2%；Fe：73.6%。

作为优选方案，本发明TRT机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末是在铁镍铬合金基础上，添加Mo、Nb、N、Si元素进行合金基体强化得到的。

作为优选方案，本发明TRT机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末材料，其特征在于：所述材料激光熔覆用铁基合金粉末是在铁镍铬钼铌合金基础上，添加微量元素Ce和Hf进行基体晶界强化的。

作为优选方案，所述铁基合金粉末的熔覆工艺参数是：功率：1800~3800W，焦距：320~400mm，光斑直径：3~6mm，扫描速度：240~400mm/min，置粉厚度：0.3~0.8mm。

与现有技术相比，本发明通过添加合金基体强化元素、晶界强化元素和弥散质点材料，并调整各元素的百分比含量，铁基合金在熔覆凝固后会形成共格稳定的金属间化合物 γ′–Ni3Nb，以及含有弥散相的母体、并在其中嵌有大量高度分散的第二相质点的组织。通过多种强化手段，使合金获得良好的综合性能。从而实现了合金在具有适中硬度、较高强度和耐磨性的同时，又降低了合金熔点，增加了耐磨、耐蚀性能。从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆层中的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了修复部件对熔覆层耐温、耐蚀、耐磨、耐疲劳和较高强度等的综合性能要求。其有益效果还在于：

不但满足了修复部件对熔覆层耐蚀、耐磨、耐疲劳和适中硬度等的综合性能要求。而且同镍基和钴基合金粉末比，材料成本显著降低。

本发明对修复工件基材材质的适用范围较广，碳素钢、结构钢、调质钢、不锈钢和工具钢等材质的零部件，均可采用该粉末进行激光熔覆修复，应用前景极其广阔。有效解决了TRT机组失效零部件的修复难题，为冶金行业成功修复失效后的主轴、转子、承缸等零部件，提供了一种行之有效、经济适用的便捷方法，经济效益和社会效益显著。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的描述。

本实施例是一种TRT机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末材料，主要应用于冶金行业的TRT机组主轴、转子、承缸等零部件的激光修复。这种TRT机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末材料，其化学成分中主要含有：Cr、Ni、Mo、Nb、N、Si强化元素，合金成分中还含有适量的Ce和Hf。

所述材料的化学成分（重量百分比）为：C:0.03~0.06%；Cr：14~18%；Ni：4~8%；Mo：1~3%；Nb：0.2~0.8%；N：0.1~0.4%； Si：0.5~2%；Ce：0.1~0.3%；Hf：0.1~0.3%；Fe：余量。将上述材料混合

通过真空熔炼、水雾化、筛选等工序精心制备，得到粒度为100~270目的铁基合金粉末成品。

本发明TRT机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末，在实际熔覆操作中可以采用2000~5000W横流连续CO₂激光器，在碳素钢、结构钢、调质钢和不锈钢等材质的零部件上，应用该铁基合金粉末的熔覆工艺参数是：功率：1800~3800W，焦距：320~400mm，光斑直径：3~6mm，扫描速度：240~400mm/min，置粉厚度：0.3~0.8mm。

具体实施例

实施例1：

用熔覆性能稳定的5000W CO₂激光器，对失效的主轴（材质是中碳结构钢）进行熔覆。铁基合金粉末各元素重量百分数是：

C: 0.04%; Cr: 15.5%； Ni：5.5%；Mo：1.5%；Nb：0.4%；N：0.2%；Si：1.0%；Ce：0.2%；Hf：0.3%；Fe: 余量。

其熔覆工艺参数是：功率：2500~3800W，焦距：300~400mm，光斑直径：3~6mm，扫描速度：240~400mm/min，置粉厚度：0.5~0.8mm。

实施例2：

用性能稳定的5000W CO₂激光器，对失效的承缸（材质是低碳钢）进行熔覆。设计的铁基合金粉末各元素重量百分数是：

C: 0.03%; Cr: 16.5%； Ni：6.5%；Mo：1.2%；Nb：0.6%；N：0.25%；Si：1.2%；Ce：0.2%；Hf：0.3%；Fe: 余量。

其熔覆工艺参数是：功率：2500~3800W，焦距：300~400mm，光斑直径：3~6mm，扫描速度：240~400mm/min，置粉厚度：0.5~1.0mm。

实施例3：

用熔覆性能稳定的5000W CO₂激光器，对失效的动叶片进行激光熔覆。设计的铁基合金粉末各元素的质量百分数是：

C: 0.05%; Cr: 15.5%； Ni：6.5%；Mo：1.0%；Nb：0.5%；N：0.3%；Si：0.9%；Ce：0.3%；Hf：0.2%；Fe: 余量。

其熔覆工艺参数是：功率：2500~3500W，焦距：300~360mm，光斑直径：3~6mm，扫描速度：300~400mm/min，置粉厚度：0.3~0.6mm。

Claims

1.一种TRT机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末，所述铁基合金粉末主要应用于冶金行业的TRT机组主轴、转子、承缸以钢为材质的零部件的激光修复，该铁基合金粉末的材料中含有：C、Cr、Ni、Mo、 Nb、Si 强化元素和Fe，其特征在于：所述铁基合金粉末材料中还含有Ce、Hf、N，构成铁基合金粉末材料的化学成分的重量百分比为：C:0.03~0.06%；Cr：14~18%；Ni：4~8%；Mo：1~3%；Nb：0.2~0.8%；N：0.1~0.4%； Si：0.5~2%；Ce：0.1~0.3%；Hf：0.1~0.3%；Fe：余量，将上述材料混合经真空熔炼、水雾化、筛选得到粒度为100~270目的成品。

2.根据权利要求1所述的TRT机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末，其特征在于，构成铁基合金粉末材料的化学成分的重量百分比为：C:0.05%；Cr：16.5%；Ni：6.5%；Mo：1.2%；Nb：0.3%；N：0.3%； Si：1%；Ce：0.2%；Hf：0.2%；Fe：73.75%。

3.根据权利要求1所述的TRT机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末，其特征在于，所述的铁基合金粉末是在铁镍铬合金基础上，添加Mo、Nb、N、Si元素进行合金基体强化制得的。

4.根据权利要求1所述的TRT机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末，其特征在于，所述的铁基合金粉末是在铁镍铬钼铌合金基础上，添加微量元素Ce和Hf进行基体晶界强化制得的。