CN106591631A - 一种激光制造与再制造结晶器铜板的功能层合金材料 - Google Patents

Abstract

一种激光制造与再制造结晶器铜板的功能层合金材料，该合金材料的成份：Cr：15%~20%，Ni：≤3%，Mo：2%~4%，W：4%~6%，C:1%~3%，V：8%~10%，Co：余量；该功能层的制备方法：（1）采用预置Ni‑Al‑Cu合金粉末的方式在结晶器铜板的表面预置一层1.0~2.0mm厚的过渡层合金粉末，选用光纤激光器进行扫描熔覆，然后进行加工保留过渡层厚度0.5‑1.5mm；（2）选用CO₂激光器，采用同步送粉方式直接将粉末送入熔池进行扫描熔覆功能层。本发明先用熔覆一层Ni‑Al‑Cu过渡合金层，然后再在过渡层上熔覆一层钴基功能层，提高结晶器表面的耐高温腐蚀和磨损的能力。

Description

一种激光制造与再制造结晶器铜板的功能层合金材料

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆合金材料，特别是涉及一种激光制造与再制造结晶器铜板的功能层合金材料。

背景技术

结晶器是连铸的关键部件，由于在使用过程中结晶器铜板表面会产生热裂纹、磨损、腐蚀等问题，从而直接影响到铸坯的表面质量、连铸机拉速、连续作业率等指标。因此具有良好的导热性、高强度、高耐磨性、高耐腐蚀性结晶器铜板对连铸技术的发展有着至关重要的意义。

目前主要是通过电镀、热喷涂、化学热处理、激光熔覆等表面处理技术在结晶器表面形成具有优越耐腐蚀性能、抗磨损性能和抗热疲劳性能的表面功能层，以改善结晶器表面性能，延长使用寿命。然而目前广泛使用的电镀、热喷涂等技术无法实现涂层与基材的冶金结合，并存在组织不致密等缺陷，在使用过程中易出现剥落现象，而化学热处理虽比电镀，喷涂等结合强度高很多，但扩散较难控制并且成本较高。相比而言激光熔覆具有结合强度高、污染小、生产率高、以及综合成本低等特点。

专利申请号为201310657301.7的中国发明专利的功能层合金材料只是在通用的司太立合金基础上加入Hf，B，Si元素其主要目的是为了降低合金熔点,利于大面积激光熔覆，而并没有提高司太立合金的其他性能。

专利申请号为200810012662.5的中国发明专利的功能层合金为镍基合金。而镍基合金在高温条件下抗热疲劳性，耐磨损和耐腐蚀性都不如钴基合金。

专利申请号为200910038846.3的中国发明专利的功能层合金成分C为0.1%-0.3%，Cr，Si，B，W，Co，Mo总量为4%-6%，Fe为0.9%-3.7%，Ni余量或C为0.1%-0.3%，Cr，Si，B，W，Co，Mo总量为4%-6%，Fe为0.9%-3.7%，Co余量。该专利中的功能层虽然有钴基合但Cr，Si，B，W，Co，Mo总量为4%-6%，合金度较低，因此钴基合金性能也相对较低。

专利申请号为201010029024.1的中国发明专利的功能层合金成分为：C：0.6～1.2％，Cr：20～30％，W：13～20％，Mo：3～5％，Si：0.8～1.2％，Fe：0.4～1.0％，Ni：7～9％，Nb：5％，余量为Co。该合金中Cr，W，Mo含量高达36~55%，熔覆时控制难度较大，易产生裂纹。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，经过反复研究和大量实验后，提供一种激光制造与再制造结晶器铜板的功能层合金材料，该合金材料以钴基合金为基体，加入了V元素，增加C元素，使合金中形成钒的碳化物以增加合金的高温耐磨性，同时加入适当的Cr，W，Mo保证合金的在高温金属液下耐腐蚀性，进而提高结晶器表面的耐高温腐蚀和磨损的能力。

本发明采用的技术方案是：一种激光制造与再制造结晶器铜板的功能层合金材料，其特点是该合金材料的成份按质量百分比计。

Cr：15%~20%，Ni：≤3%，Mo：2%~4%，W：4%~6%，C:1%~3%，V：8%~10%，Co：余量。

这种激光制造与再制造结晶器铜板的功能层的制备方法。

（1）采用预置Ni-Al-Cu合金粉末的方式在结晶器铜板的表面预置一层1.0~2.0mm厚的过渡层合金粉末，所述的Ni-Al-Cu合金粉末的组分是：Al：1%~10%，Cu：1%~5%，Ni余量；选用光纤激光器进行扫描熔覆，然后进行加工保留过渡层厚度0.5-1.5mm。

（2）选用CO₂激光器，采用同步送粉方式直接将粉末送入熔池进行扫描熔覆功能层，所述的功能层合金材料的组分是：Cr：15%~20%，Ni：≤3%，Mo：2%~4%，W：4%~6%，C:1%~3%，V：8%~10%，Co：余量；熔覆工艺为：功率：4000~5000W，光斑：4×2mm，焦距280~350mm，扫描速度：300~500mm/min，单层熔覆厚度：1.0-1.5mm，搭接率：40%~60%。

与现有技术相比，本发明的有益效果为。

（1）功能层钴基合金具有较高的V和C含量，因此该钴基合金熔覆后熔覆层内会原位生成大量弥散的V的碳化物，这可以大大提高功能层的耐高温磨损性能。

（2）功能层钴基合金与其他钴基合金相比适当降低了Cr，W，Mo含量，这样既可以保证了功能层在高温条件下的腐蚀性，又提高了合金的可熔覆性避免了传统钴基合金中因含有较高Cr，W，Mo造成熔覆层脆性提高容易出现裂纹的情况。

具体实施方式

实施例1。

1.去除结晶器铜板表面的油污，氧化物，疲劳层等影响熔覆质量的因素，用激光熔覆一层0.8mm厚的镍基过渡合金层，加工后保留厚度0.5mm。

2.用激光熔覆技术及同步送粉方式进行扫描熔覆功能层，粉末合金成份按质量百分比计：Cr：15%，Ni：1%，Mo：2%，W：4%，C:1%，V：8%，Co：余量，熔覆厚度：2.0mm。

3.对熔覆后的功能层进行加工保留厚度1.5mm。

实施例2。

1.去除结晶器铜板表面的油污，氧化物，疲劳层等影响熔覆质量的因素，用激光熔覆一层0.8mm厚的镍基过渡合金层，加工后保留厚度0.5mm。

2.用激光熔覆技术及同步送粉方式进行扫描熔覆功能层，粉末合金成份按质量百分比计：Cr：17%，Ni：2%，Mo：3%，W：5%，C:2%，V：9%，Co：余量，熔覆厚度：1.5mm。

3.对熔覆后的功能层进行加工保留厚度1.0mm。

实施例3。

1.去除结晶器铜板表面的油污，氧化物，疲劳层等影响熔覆质量的因素，用激光熔覆一层0.8mm厚的镍基过渡合金层，加工后保留厚度0.5mm。

2.用激光熔覆技术及同步送粉方式进行扫描熔覆功能层，粉末合金成份按质量百分比计：Cr：20%，Ni：3%，Mo：4%，W：6%，C：3%，V： 10%，Co：余量，熔覆厚度：1.0mm。

3.对熔覆后的功能层进行加工保留厚度0.5mm。

熔覆功能层后的结晶器铜板经检测界面处冶金结合良好，没有裂纹，同时功能层没有裂纹，硬度均匀。在上机使用后，经强化后的结晶器铜板表现出良好的耐磨性，耐腐蚀性以及抗热裂纹性，使结晶器铜板的过钢量提高了4倍以上，大大提高了铜板的耐高温磨损与腐蚀性，耐降低了结晶器的制造成本，提高了生产线的连续作业率。

Claims (5)

1.一种激光制造与再制造结晶器铜板的功能层合金材料，其特点是该合金材料的成份按质量百分比计：

Cr：15%~20%，Ni：≤3%，Mo：2%~4%，W：4%~6%，C:1%~3%，V：8%~10%，Co：余量。

2.根据权利要求1所述的激光制造与再制造结晶器铜板的功能层合金材料，其特征在于该合金材料的成份按质量百分比计：

Cr：15%，Ni：1%，Mo：2%，W：4%，C:1%，V：8%，Co：余量。

3.根据权利要求1所述的激光制造与再制造结晶器铜板的功能层合金材料，其特征在于该合金材料的成份按质量百分比计：

Cr：17%，Ni：2%，Mo：3%，W：5%，C:2%，V：9%，Co：余量。

4.根据权利要求1所述的激光制造与再制造结晶器铜板的功能层合金材料，其特征在于该合金材料的成份按质量百分比计：

Cr：20%，Ni：3%，Mo：4%，W：6%，C：3%，V： 10%，Co：余量。

5.权利要求1所述的激光制造与再制造结晶器铜板的功能层的制备方法，其特征在于有以下步骤：

（1）采用预置Ni-Al-Cu合金粉末的方式在结晶器铜板的表面预置一层1.0~2.0mm厚的过渡层合金粉末，所述的Ni-Al-Cu合金粉末的组分是：Al：1%~10%，Cu：1%~5%，Ni余量；选用光纤激光器进行扫描熔覆，然后进行加工保留过渡层厚度0.5-1.5mm；

（2）选用CO₂激光器，采用同步送粉方式直接将粉末送入熔池进行扫描熔覆功能层，所述的功能层合金材料的组分是：Cr：15%~20%，Ni：≤3%，Mo：2%~4%，W：4%~6%，C:1%~3%，V：8%~10%，Co：余量；熔覆工艺为：功率：4000~5000W，光斑：4×2mm，焦距280~350mm，扫描速度：300~500mm/min，单层熔覆厚度：1.0-1.5mm，搭接率：40%~60%。