CN106854717A - 一种激光制造连铸机出坯辊道的镍基合金粉末 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种激光制造连铸机出坯辊道的镍基合金粉末，其特点是镍基合金粉末的材料成分按重量百分比计的配比：
C
：
3.0-3.4%
，
Cr
：
7-10%
，
Fe
：
2.0-4.0%
，
Si
：
0.4-0.8%
，
Mo
：
2-6%
，
B
：
0.9-1.2%
，
Mn
：
0.1-0.4%
，
W:29-32%
，
Ce
：
0.15-0.35
，
Ni
：余量。本发明通过调整各元素间成分的配比，使得到的熔覆层无夹杂、气孔以及裂纹缺陷，且耐蚀、耐磨损性能良好，是一种特别适用于连铸机出坯辊道的激光熔覆粉末。
Description
技术领域
本发明涉及一种适合激光熔覆的合金粉末材料，特别是涉及一种激光制造连铸机出坯辊道的镍基合金粉末。
背景技术
连铸机出坯辊道是冶金行业常用设备，其服役环境十分恶劣（温度高达1100 °C、与钢坯存在严重机械磨损等），易因高温腐蚀和磨损而造成表面耗损和损伤，使辊道的外圆尺寸减小，在运行中受力时易变形和失效。在炼钢车间，辊道是运送从连铸结晶器出来的钢坯必不可少的设备，它贯穿车间整个生产作业线，占车间设备总重量的20%-30%，辊道的质量和运转情况在很大程度上关系着炼钢车间的产量和生产效率，甚至关系到整个轧制工艺流程的连续性。由于连铸生产过程中需要输送的钢坯重量大、表面温度高，加之冷却水冷却时产生的大量的水蒸汽，使连铸输送辊道在工作时长期处于高温、高湿、冷热疲劳、摩擦磨损等恶劣工况环境下，极易使输送辊道表面发生磨损和出现沟槽两种失效形式，造成输送辊道变形或破坏。输送辊道在高温高湿环境下，抗氧化、耐磨性能不足将导致钢坯表面出现磨损沟槽，严重影响钢坯的表面质量，甚至造成整个钢坯报废。同时，辊道的变形或者破坏，将导致连铸生产中钢坯偏离预定轨迹，或导致附近的其它辊道过载，甚至造成安全生产事故，因此，连铸生产中的输送辊道出现变形或者破坏时，必须停产，予以维修或者更换，成本很高，而且更换辊道的周期长且钢材浪费严重。目前，连铸输送辊道出现失效的频率较高，造成连铸生产频繁停产，严重影响钢坯产量和生产效率，使钢企的成本显著提高，严重影响企业的经济效益。
目前，钢厂一般通过堆焊修复和后续机械加工对受损辊道进行尺寸形状恢复。由于工艺所限，堆焊采用的材料通常为铬锰硅型合金。但是，这种材料的堆焊层并不能大幅度提高辊道的抗氧化和耐磨性能，且堆焊也并非一种理想的可实施高效并大面积修复的工艺。
激光熔覆技术诞生于20世纪80年代，原本是材料科学与工程学科中的一项表面强化技术，主要目的是要在低廉的基体材料上面用高功率激光熔覆一层高性能材料，制备具有优异的耐磨性、耐腐蚀性、抗高温、高减磨性涂层，代替昂贵的整体块状材料。正是这种核心技术，使激光再制造能够把高性能专用金属材料做到各类金属结构部件的表面，从而创造出前所未有的新性能和高性价比。除此之外，激光再制造技术还具有热影响区小、自动化程度高、可以进行微细加工等众多特点，能解决许多传统加工方法无法解决的技术难题。目前，激光再制造已经成为高端装备制造业不可或缺的一种技术手段。
但是，目前市场上激光熔覆专用的合金粉末并不多见，而喷焊、喷涂等传统工艺所使用的合金粉末，是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镍基、钴基、铁基合金粉末。这些混合合金粉末存在诸如混合不均匀、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。
因此，研究开发出新的具有耐蚀耐磨能力的、性能稳定的激光熔覆用镍基合金粉末，是本技术领域里的重大课题，经本申请人检索查证：国内外尚无这方面的相关报道。
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，通过反复研究改进，给出了具有硬度高、耐腐蚀、耐磨性好的激光制造连铸机出坯辊道的镍基合金粉末。本发明给出的这种特定的镍基合金粉末能够在辊道上熔覆一层无裂纹、无杂质、组织致密的耐磨耐蚀层，大幅度提高了辊道的使用寿命。该镍基合金粉末通过添加铬、钼来提高熔覆区域的抗高温氧化性能，特别是通过添加硼、硅等元素进行合金基体强化，改善熔覆性能，并且硼、硅等元素具有一定的自脱氧和造渣能力，提高液态金属的润湿能力；通过添加一定量的钨元素，提高涂层中硬质相的体积比，从而提高熔覆层的耐磨性能；通过添加稀土元素铈，进行基体晶粒细化和晶界强化。通过调整各元素间成分的配比，使得到的熔覆层无夹杂、气孔以及裂纹等缺陷，且耐蚀、耐磨损性能良好，适用于连铸机出坯辊道的激光熔覆粉末。
本发明给出的技术方案是：这种激光制造连铸机出坯辊道的镍基合金粉末，其特点是所述镍基合金粉末的材料成分按重量百分比计的配比如下。
C：3.0-3.4%，Cr：7-10%，Fe：2.0-4.0%，Si：0.4-0.8%。
Mo：2-6%，B：0.9-1.2%，Mn：0.1-0.4%，W:29-32%，Ce：0.15-0.35%， Ni：余量。
本发明给出的具有耐蚀耐磨的激光熔覆用镍基合金粉末是通过纯净化冶炼、熔体处理和电磁场细化等，研制出高温环境下抗氧化及耐磨的激光熔覆用合金材料，使晶粒细化和均匀化，借助超声雾化制粉技术，获得颗粒成分均匀、粒度分布均匀、分散度高的激光熔覆用合金粉体，粒度是－100+320目。
本发明给出的具有耐蚀、耐磨性能的激光熔覆用镍基合金粉末，在实际熔覆操作中采用5KW CO2激光器，在连铸机出坯辊道熔覆所述粉末的工艺参数是：功率：3500-4000W，光斑尺寸：2×4mm，扫描速度：400-500mm/min，搭接率：50%，采用同步送粉装置将激光熔覆粉末自动送入激光熔覆，熔覆后厚度：1.0-1.5mm。
本发明具有耐蚀、耐磨性能的激光熔覆用镍基合金粉末材料，主要应用于连铸机出坯辊道。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过分析材料中不同元素特性，设计出适合连铸机出坯辊道的耐蚀耐磨材料，该镍基合金粉末通过添加铬、钼来提高熔覆区域的抗高温氧化性能，特别是通过添加硼、硅等元素进行合金基体强化，改善熔覆性能，并且硼、硅等元素具有一定的自脱氧和造渣能力，提高液态金属的润湿能力；通过添加一定量的钨元素，提高涂层中硬质相的体积比，从而提高熔覆层的耐磨性能；通过添加稀土元素铈，进行基体晶粒细化和晶界强化。通过调整各元素间成分的配比，使得到的熔覆层无夹杂、气孔以及裂纹等缺陷，且耐蚀、耐磨损性能良好，适用于连铸机出坯辊道的激光熔覆粉末。
具体实施方式
实施例1。
用5KW CO2激光器，对连铸机出坯辊道（材质是45号钢）进行激光熔覆。使激光制造辊道的耐磨耐蚀性能与原型新品相比提高6倍以上，成本仅是新品的50％左右。
设计的镍基合金粉末合金元素的质量百分数是。
C：3.1%，Cr：9.2%，Fe：3.4%；Si：0.51%， Mo：4.5%，B：0.98%，Mn：0.37%，W:31.2%；Ce：0.22； Ni：余量。
其熔覆工艺参数是：功率：3500-4000W，光斑尺寸：2×4mm，扫描速度：400~500mm/min，搭接率：50%，采用同步送粉装置将激光熔覆粉末自动送入激光熔覆，熔覆后厚度：1.0-1.5mm。
实施例2。
用5KW CO2激光器，对连铸机出坯辊道（材质是45号钢）进行激光熔覆。使激光制造辊道的耐磨耐蚀性能与原型新品相比提高6倍以上，成本仅是新品的50％左右。
设计的镍基合金粉末合金元素的质量百分数是。
C：3.2%，Cr：8.5%，Fe：2.9%；Si：0.74%， Mo：5.6%，B：1.12%，Mn：0.29%，W:30.5%；Ce：0.17； Ni：余量。
其熔覆工艺参数是：功率：3500-4000W，光斑尺寸：2×4mm，扫描速度：400~500mm/min，搭接率：50%，采用同步送粉装置将激光熔覆粉末自动送入激光熔覆，熔覆后厚度：1.0-1.5mm。
实施例3。
用5KW CO2激光器，对连铸机出坯辊道（材质是45号钢）进行激光熔覆。使激光制造辊道的耐磨耐蚀性能与原型新品相比提高6倍以上，成本仅是新品的50％左右。
设计的镍基合金粉末合金元素的质量百分数是。
C：3.32%，Cr：7.5%，Fe：3.2%；Si：0.63%， Mo：4.9%，B：1.07%，Mn：0.17%，W:29.6%；Ce：0.16； Ni：余量。
其熔覆工艺参数是：功率：3500-4000W，光斑尺寸：2×4mm，扫描速度：400~500mm/min，搭接率：50%，采用同步送粉装置将激光熔覆粉末自动送入激光熔覆，熔覆后厚度：1.0-1.5mm。
Claims (4)
1.一种激光制造连铸机出坯辊道的镍基合金粉末，其特征在于所述镍基合金粉末的材料成分按重量百分比计的配比如下：
C：3.0-3.4%，Cr：7-10%，Fe：2.0-4.0%，Si：0.4-0.8%，
Mo：2-6%，B：0.9-1.2%，Mn：0.1-0.4%，W:29-32%，Ce：0.15-0.35%，Ni：余量。
2.根据权利要求1所述的激光制造连铸机出坯辊道的镍基合金粉末，其特征在于优选的镍基合金粉末的材料成分按重量百分比计的配比如下：
C：3.1%，Cr：9.2%，Fe：3.4%，Si：0.51%， Mo：4.5%，B：0.98%，Mn：0.37%，W:31.2%，Ce：0.22； Ni：余量。
3.根据权利要求1所述的激光制造连铸机出坯辊道的镍基合金粉末，其特征在于优选的镍基合金粉末的材料成分按重量百分比计的配比如下：
C：3.2%，Cr：8.5%，Fe：2.9%，Si：0.74%， Mo：5.6%，B：1.12%，Mn：0.29%，W:30.5%，Ce：0.17； Ni：余量。
4.根据权利要求1所述的激光制造连铸机出坯辊道的镍基合金粉末，其特征在于优选的镍基合金粉末的材料成分按重量百分比计的配比如下：
C：3.32%，Cr：7.5%，Fe：3.2%，Si：0.63%， Mo：4.9%，B：1.07%，Mn：0.17%，W:29.6%，Ce：0.16； Ni：余量。
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