CN106854761A - 在连铸机出坯辊道表面制备耐磨耐蚀涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种在连铸机出坯辊道表面制备耐磨耐蚀涂层的方法，包括以下步骤：
1
）连铸机出坯辊道表面预处理，在室温下对连铸机出坯表面进行除锈、除油处理并采用酒精对辊道表面进行清洗；
2
）合金粉末的设计与配制，选择耐蚀、耐磨损性能好的镍基合金粉末；
3
）激光熔覆层的制备，选用
DL-HL-T5000
型
CO2
气体激光器，采用重力同步送粉的方式，将合金粉末直接送入熔池，对连铸机出坯辊道表面进行激光熔覆,熔覆后的粉末厚度为
1.0-1.5mm
。本发明制造连铸机出坯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。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶金部件表面制备耐磨耐蚀涂层的方法，特别是涉及一种采用激光熔覆技术在连铸机出坯辊道表面制备耐磨耐蚀涂层的方法。
背景技术
我国冶金、石化和国防等工业一些大型关键设备的零部件在服役过程中，大多仅仅由于机械磨损或者腐蚀所致的表面损伤而严重影响生产和设备的安全、稳定、高效运行，甚至将直接导致零部件乃至整台设备的报废，不仅造成严重的经济损失，而且造成材料的巨大浪费。表面修复技术不仅可以提高经济效益，而且可以节约大量原材料和能源，在实际生产实践中应用越来越广泛。而激光技术作为一种先进的表面修复技术，与常见的焊接技术相比，不仅可对损伤零件实现完全的“尺寸恢复”，而且可以使被修复的零部件“性能提升”，高效率、高质量，节能、节材、环境友好，是实现损伤或报废零部件“再制造”的重要途径，符合国家节能降耗、生态环保的可持续发展战略目标。
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，尚缺乏针对连铸机出坯辊道激光熔覆工艺的研究。所以，利用激光制造的方式进行连铸机出坯辊道表面激光熔覆仍需本领域技术人员进一步做出创造性的研究工作。
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，给出了一种采用激光熔覆技术在连铸机出坯辊道表面制备耐磨耐蚀涂层的方法。该方法采用具有硬度高、耐腐蚀、耐磨性好的粉末作为激光熔覆合金粉末，采用激光熔覆方法将具有耐磨耐蚀性能的合金粉末熔覆均匀熔覆到连铸机出坯辊道表面，使熔覆层和基体形成冶金结合界面。
本发明给出的技术方案是：这种在连铸机出坯辊道上制备耐磨耐蚀性能涂层的方法，其特点是包括以下步骤。
1）连铸机出坯辊道表面预处理。
在室温下对连铸机出坯表面进行除锈、除油处理，并采用酒精对辊道表面进行清洗，防止有污染物存在界面处，影响激光熔覆层与基体界面的质量。并用着色探伤法进行检验，要求表面无气孔、夹杂、裂纹等缺陷。
2）合金粉末的设计与配制。
选择耐蚀、耐磨损性能好的镍基合金粉末，其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。
3）激光熔覆层的制备。
选用DL-HL-T5000型CO2气体激光器，采用重力同步送粉的方式，将合金粉末直接送入熔池，对连铸机出坯辊道表面进行激光熔覆,熔覆后的粉末厚度为1.0-1.5mm。
具体工艺参数如下：
激光功率P=3500-4000W；
光斑尺寸：2×4mm；
扫描速度V=400-500mm/min；
搭接率40%-50%；
熔覆层厚度：1.0-1.5mm。
与现有技术相比,本发明的有益效果是。
利用了激光熔覆这种先进的表面强化手段，采用具有硬度高、耐腐蚀、耐磨性好的粉末作为激光熔覆合金粉末，通过激光熔覆方法将具有耐磨耐蚀性能的合金粉末熔覆均匀熔覆到连铸机出坯辊道表面，使熔覆层和基体形成冶金结合界面。并且涂层具有组织致密、变形小，稀释率低等优势，同时通过优化设计激光熔覆的工艺参数以及各元素成分在粉末材料中的配比，使熔覆层组织致密、均匀，无气孔、夹杂以及裂纹等缺陷。激光熔覆工艺更具有无污染、生产率高、能耗低、熔覆层加工余量小以及综合成本低等特点。
具体实施方式
实施例1。
连铸机出坯辊道材质为45号钢。
在连铸机出坯辊道表面制备耐磨耐蚀涂层的方法，包括以下过程。
1）连铸机出坯辊道表面预处理。
在室温下对连铸机出坯表面进行除锈、除油处理，并采用酒精对辊道表面进行清洗，防止有污染物存在界面处，影响激光熔覆层与基体界面的质量。并用着色探伤法进行检验，要求表面无气孔、夹杂、裂纹等缺陷。
2）合金粉末的设计与配制。
选择耐蚀、耐磨损性能好的镍基合金粉末，其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）激光熔覆层的制备。
选用DL-HL-T5000型CO2气体激光器，采用重力同步送粉的方式，将合金粉末直接送入熔池，对连铸机出坯辊道表面进行激光熔覆,熔覆后的粉末厚度为1.0-1.5mm。
具体工艺参数如下：
激光功率P=3500W
光斑尺寸：2×4mm
扫描速度V=400mm/min
搭接率50%。
激光制造连铸机出坯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。
实施例2。
连铸机出坯辊道材质为45号钢。
在连铸机出坯辊道表面制备耐磨耐蚀涂层的方法，包括以下过程。
1）连铸机出坯辊道表面预处理。
在室温下对连铸机出坯表面进行除锈、除油处理，并采用酒精对辊道表面进行清洗，防止有污染物存在界面处，影响激光熔覆层与基体界面的质量。并用着色探伤法进行检验，要求表面无气孔、夹杂、裂纹等缺陷。
2）合金粉末的设计与配制。
选择耐蚀、耐磨损性能好的镍基合金粉末，其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）激光熔覆层的制备。
选用DL-HL-T5000型CO2气体激光器，采用重力同步送粉的方式，将合金粉末直接送入熔池，对连铸机出坯辊道表面进行激光熔覆,熔覆后的粉末厚度为1.0-1.5mm。
具体工艺参数如下：
激光功率P=4000W
光斑尺寸：2×4mm
扫描速度V=450mm/min
搭接率50%。
激光制造连铸机出坯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。
实施例3。
连铸机出坯辊道材质为45号钢。
在连铸机出坯辊道表面制备耐磨耐蚀涂层的方法，包括以下过程。
1）连铸机出坯辊道表面预处理。
在室温下对连铸机出坯表面进行除锈、除油处理，并采用酒精对辊道表面进行清洗，防止有污染物存在界面处，影响激光熔覆层与基体界面的质量。并用着色探伤法进行检验，要求表面无气孔、夹杂、裂纹等缺陷。
2）合金粉末的设计与配制。
选择耐蚀、耐磨损性能好的镍基合金粉末，其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）激光熔覆层的制备。
选用DL-HL-T5000型CO2气体激光器，采用重力同步送粉的方式，将合金粉末直接送入熔池，对连铸机出坯辊道表面进行激光熔覆,熔覆后的粉末厚度为1.0-1.5mm。
具体工艺参数如下：
激光功率P=4000W
光斑尺寸：2×4mm
扫描速度V=500mm/min
搭接率50 。
激光制造连铸机出坯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。
Claims (2)
1.一种在连铸机出坯辊道上制备耐磨耐蚀性能涂层的方法，其其特征在于包括以下步骤：
1）连铸机出坯辊道表面预处理
在室温下对连铸机出坯表面进行除锈、除油处理，并采用酒精对辊道表面进行清洗，防止有污染物存在界面处，影响激光熔覆层与基体界面的质量，并用着色探伤法进行检验，要求表面无气孔、夹杂、裂纹等缺陷；
2）合金粉末的设计与配制
选择耐蚀、耐磨损性能好的镍基合金粉末，其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；
3）激光熔覆层的制备
选用DL-HL-T5000型CO2气体激光器，采用重力同步送粉的方式，将合金粉末直接送入熔池，对连铸机出坯辊道表面进行激光熔覆,熔覆后的粉末厚度为1.0-1.5mm；
具体工艺参数如下：
激光功率P=3500-4000W
光斑尺寸：2×4mm
扫描速度V=400-500mm/min
搭接率40%-50%
熔覆层厚度：1.0-1.5mm 。
2.根据权利要求1所述的在连铸机出坯辊道上制备耐磨耐蚀性能涂层的方法，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。
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Application publication date: 20170616 Assignee: Shenyang Dalu Laser Complete Equipment Co.,Ltd. Assignor: Shenyang Dalu Laser Technology Co.,Ltd. Contract record no.: X2023210000149 Denomination of invention: Method for preparing wear-resistant and corrosion-resistant coatings on the surface of the billet roller table of a continuous casting machine Granted publication date: 20190226 License type: Common License Record date: 20230927 |
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Application publication date: 20170616 Assignee: Shenyang Continental Laser Group Co.,Ltd. Assignor: Shenyang Dalu Laser Technology Co.,Ltd. Contract record no.: X2023210000150 Denomination of invention: Method for preparing wear-resistant and corrosion-resistant coatings on the surface of the billet roller table of a continuous casting machine Granted publication date: 20190226 License type: Common License Record date: 20231007 |
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