CN107937909A - 一种用于足辊修复的激光熔覆Fe基复合粉末及修复方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于结晶器足辊修复的激光熔覆Fe基复合粉末及修复方法，属于材料表面工程领域。该粉末由Fe基合金粉(Fe‑Cr16‑Ni3)，钼铁粉，钒铁粉，混合而成。粉末成分为：Fe基合金粉质量百分比含量98.0％‑98.3％，钼铁粉质量百分比1.3％‑1.7％，钒铁粉质量百分比含量0.2％‑0.5％。激光熔覆修复足辊的工艺参数为：激光功率2kW，扫描速度4mm/s，送粉速率15g/min。本发明采用激光熔覆技术修复足辊表面，熔覆层的抗裂性和红硬性明显优于传统堆焊层。
Description
技术领域
本发明涉及新材料领域，特别涉及激光熔覆专用Fe基合金粉末，该发明主要应用于足辊修复的表面工程领域。
背景技术
结晶器是钢铁连铸机的重要关键部件，被喻为连铸机的心脏，而足辊是结晶器的重要部件。足辊的表面磨损和缺陷，会使铸坯上产生划伤、裂纹以及漏钢等各种问题，导致停线检修。利用表面修复与强化技术延长轧辊寿命，增强辊轴构件表面层的抗高温磨损和抗氧化能力，具有明显的经济效益。
常用的足辊表面修复方法有堆焊、感应淬火、热喷涂、化学镀、激光熔覆等多种方法。激光熔覆修复层具有结合强度高，稀释率低，热影响区小等优点，但是激光熔覆通常需要用抗氧化性能和耐腐蚀性能优异的镍基合金，为了充分发挥廉价的铁基合金的潜力，本发明针对足辊表面耐热疲劳和红硬性好的特殊需求，利用少量合金元素的添加提升了铁基熔覆层的性能，提高了足辊的使用寿命，大幅度降低了生产成本。
发明内容
本发明选用价格较低的具有良好耐腐蚀性的Fe基合金粉(Fe-Cr16-Ni3)材料为主体部分。在此基础上进行优化设计，具体内容如下：
1.一种足辊修复用激光熔覆粉末材料，组成成分及质量百分比含量：
Fe基合金粉质量百分比含量98.0％-98.3％，Mo质量百分比含量1.3％-1.7％，V质量百分比含量0.2％-0.5％。采用机械混合的方法复合。
2.为了使添加粉末与Fe基粉末混合均匀，采用球磨机对混料进行低速球磨，球磨速度为160r/min，球磨时间11h。
3.激光熔覆修复足辊的工艺参数，激光功率2kW，扫描速度4mm/s，送粉速率15g/min。
具体实施方式
1.所述Fe基合金粉末材料粒径为10-105μm。
2.钼元素采用钼铁粉，颗粒粒径小于50μm。
3.钒元素采用钒铁粉，颗粒粒径小于50μm。
以下实施例阐明了本发明的具体内容，但本发明决非局限于以下实施例。
实施例1
Fe基合金粉质量百分比：98.1％，Mo质量百分比：1.7％，V质量百分比：0.2％。将优化好的粉末混料均匀后，采用球磨机对混料进行低速球磨，球磨速度为160r/min，球磨时间11h。
根据足辊的外径尺寸，调整其转速为0.55r/min，足辊表面的线速度约为4mm/s。
在转台上进行实际的足辊修复工作。工艺参数：激光功率2kW，送粉速率15g/min。
修复完成后，熔覆层成形良好，搭接均匀且无明显缺陷熔覆层厚度2mm，外径尺寸141mm，达到工厂要求。
1.耐磨性能测试
磨损实验在MM-200环块磨损试验机上进行。熔覆层的磨损失重仅为母材的一半，熔覆层耐磨性优于母材。
2.抗热疲劳裂纹能力测试
进行激光热疲劳试验，进行2000次的热疲劳循环后，以表面裂纹值，来表征抗热疲劳能力。测得最长裂纹值为121.6μm，对比于传统堆焊层的最长裂纹值689.4μm，说明涂层抗热疲劳能力大为提高。
3.红硬性实验
红硬性的测量方法一般采用600℃×1h×4次，冷却至室温后测量其硬度，其大小反应了涂层红硬性的差异。
实验前硬度为52.50HRC，实验后硬度为47HRC，相比于堆焊层由实验前44HRC降为28HRC，红硬性能显著提升。
实施例2
Fe基合金粉：98.3％，Mo：1.3％，V：0.4％。将优化好的粉末混料均匀后，采用球磨机对混料进行低速球磨，球磨速度为160r/min，球磨时间11h。
在转台上进行实际的足辊修复工作。足辊转速为0.55r/min，足辊表面的线速度约为4mm/s。工艺参数：激光功率2kW，送粉速率15g/min。
修复完成后，熔覆层成形良好，搭接均匀且无明显缺陷熔覆层厚度2mm，外径尺寸141mm，达到工厂要求。
1.耐磨性能测试
磨损实验在MM-200环块磨损试验机上进行。熔覆层的磨损失重仅为母材的一半，熔覆层耐磨性优于母材。
2.抗热疲劳裂纹能力测试
进行激光热疲劳试验，进行2000次的热疲劳循环后，以表面裂纹值，来表征抗热疲劳能力。测得最长裂纹值为84.0μm，对比于传统堆焊层的最长裂纹值689.4μm，说明抗热疲劳能力大为提高。
3.红硬性实验
红硬性的测量方法一般采用600℃×1h×4次，冷却至室温后测量其硬度，其大小反应了涂层红硬性的差异。
实验前硬度为51.67HRC，实验后硬度为47HRC，相比于堆焊层由实验前44HRC降为28HRC，红硬性能显著提升。
实施例3
Fe基合金粉：98.0％，Mo：1.5％，V：0.5％。将优化好的粉末混料均匀后，采用球磨机对混料进行低速球磨，球磨速度为160r/min，球磨时间11h。
在转台上进行实际的足辊修复工作。足辊转速为0.55r/min，足辊表面的线速度约为4mm/s。工艺参数：激光功率2kW，送粉速率15g/min。
修复完成后，熔覆层成形良好，搭接均匀且无明显缺陷熔覆层厚度2mm，外径尺寸141mm，达到工厂要求。
1.耐磨性能测试
磨损实验在MM-200环块磨损试验机上进行。熔覆层的磨损失重仅为母材的一半，熔覆层耐磨性优于母材。
2.抗热疲劳裂纹能力测试
进行激光热疲劳试验，进行2000次的热疲劳循环后，以表面裂纹值，来表征抗热疲劳能力。测得最长裂纹值为158.0μm，对比于传统堆焊层的最长裂纹值689.4μm，说明抗热疲劳能力大为提高。
3.红硬性实验
红硬性的测量方法一般采用600℃×1h×4次，冷却至室温后测量其硬度，其大小反应了涂层红硬性的差异。
实验前硬度为51.00HRC，实验后硬度为45HRC，相比于堆焊层由实验前44HRC降为28HRC，红硬性能显著提升。
Claims (6)
1.一种足辊修复用激光熔覆粉末材料，其特征在于，组成成分及质量百分比含量如下：
Fe基合金粉质量百分比含量98.0％-98.3％，Mo质量百分比含量1.3％-1.7％，V质量百分比含量0.2％-0.5％，采用机械混合的方法混合。
2.根据权利要求1所述的足辊修复用激光熔覆粉末材料，其特征在于，所述Fe基合金粉末采用Fe-Cr16-Ni3材料，粒径为10-105μm。
3.根据权利要求1所述的足辊修复用激光熔覆粉末材料，其特征在于，钼元素采用钼铁粉，颗粒粒径小于50μm。
4.根据权利要求1所述的足辊修复用激光熔覆粉末材料，其特征在于，钒元素采用钒铁粉，颗粒粒径小于50μm。
5.根据权利要求1所述的足辊修复用激光熔覆粉末材料，其特征在于，机械混合时使用球磨机对混料进行球磨，球磨速度为160r/min，球磨时间11h。
6.采用权利要求1-5任意一项中粉末作为熔覆材料进行激光熔覆修复足辊的方法，其特征在于，激光功率2kW，扫描速度4mm/s，送粉速率15g/min。
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