CN113621853A - 一种激光制造与再制造电厂最小流量阀阀芯的合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料和激光熔覆技术领域，具体涉及一种激光制造与再制造阀门用合金材料及其制备方法。一种激光制造与再制造电厂最小流量阀阀芯的合金材料，由以下质量百分数的组分组成：C：0.40%~0.95%，Cr：19.00%~23.75%，Si：1.40%~1.90%，W：6.65%~9.50%，Fe：2.00%~3.00%，Mo：0.50%~1.00%，Ni：8.00%~12.00%，Al：0.20%~1.00%，B：0.50%~2.50%，Co余量。本发明提供一种最小流量阀阀芯用耐腐蚀抗冲蚀高性能材料，所用合金材料为钴基合金，实现最小流量循环阀核心组件之一阀芯的使用寿命，解决阀芯不耐冲蚀易内泄的问题。

Description

一种激光制造与再制造电厂最小流量阀阀芯的合金材料及其 制备方法
技术领域
本发明属于金属材料和激光熔覆技术领域，具体涉及一种激光制造与再制造阀门用合金材料及其制备方法。
背景技术
锅炉系统作为火电厂的核心，其能否安全运行显得尤为重要。最小流量循环阀作为锅炉给水系统中重要的流量控制部件，其性能的优劣直接影响着的整个机组的正常运行。
最小流量循环阀安装在给水泵和除氧器之间，是火电厂中运行工况最恶劣的调节阀之一。为了防止给水泵过热以及产生汽蚀发生损坏，要求给水泵的流量在任何情况下都必须不小于某一个规定的安全流量，也就是最小流量。当锅炉给水需要流量小于给水泵的最小流量时，需及时打开最小流量循环阀，把一部分高温高压水由泵出口处回流至除氧器中，从而保证给水泵的安全运行。而最小流量循环阀长期处于高温高压的工作环境中，介质的强烈压力波动、高流速冲刷及阀门的开关会造成阀门核心部件阀芯密封面的失效，从而导致阀芯工作面出现与阀座的密封不严，出现泄漏，严重时还会威胁整个锅炉系统的运行安全。而目前的阀芯的制造多采用在工作面堆焊钴基合金，但由于堆焊的热输入大，堆焊后的钴基工作面成分差异较大，在使用过程中寿命往往达不到预期。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种激光制造与再制造最小流量阀阀芯的合金材料，并用激光熔覆的方法将其制备在阀芯的工作面上。本发明提供一种最小流量阀阀芯用耐腐蚀抗冲蚀高性能材料，所用合金材料为钴基合金，实现最小流量循环阀核心组件之一阀芯的使用寿命，解决阀芯不耐冲蚀易内泄的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种激光制造与再制造电厂最小流量阀阀芯的合金材料，该合金材料包括以下质量百分数的组分：C：0.40%~0.95%，Cr：19.00%~23.75%，Si：1.40%~1.90%，W：6.65%~9.50%，Fe：2.00%~3.00%，Mo：0.50%~1.00%，Ni：8.00%~12.00%，Al：0.20%~1.00%，B：0.50%~2.50%，Co余量。
一种激光制造与再制造电厂最小流量阀阀芯的合金材料的制备方法，包括如下具体步骤：
步骤1、制备功能层粉末：C：0.40%~0.95%，Cr：19.00%~23.75%，Si：1.40%~1.90%，W：6.65%~9.50%，Fe：2.00%~3.00%，Mo：0.50%~1.00%，Ni：8.00%~12.00%，Al：0.20%~1.00%，B：0.50%~2.50%，Co余量的质量分数配置功能层粉末。
步骤2、激光熔覆：采用送粉方式在阀芯的表面预置一层1.2~2.0mm厚的合金层，选用激光器最高输出功率为3000~4000W光纤输出激光器进行扫描熔覆。
步骤3、表面加工：熔覆完成后对功能层表面进行加工，保留激光熔覆层厚度0.7~1.5mm。
进一步地，所述步骤2中熔覆工艺为：功率密度143W/mm2~353W/mm2，扫描速度：700~1500mm/min，搭接率：40%~60%，保护气氛：氩气，熔覆过程中控制熔池及阀芯周围氧含量小于1000ppm。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下。
（1）本发明提供的采用较低的激光熔覆工艺，使熔覆后的合金层稀释率控制在小于10%，从而保证熔覆层的使用效果。
（2）本发明提供的一种激光制造与再制造阀门用合金材料中加入一定量的Al元素可以降低熔覆过程中保护气氛中的O含量，降低熔覆层内的氧含量，减少钴基合金熔覆易产生气孔的问题，同时形成的Al2O3可以作为熔覆层内的异质形核剂细化晶粒，提高熔覆层的韧性，还可以提高熔覆层的耐磨性。加之钴基合金中的碳化物共同作用，这样便提高了熔覆层的耐冲蚀性能与耐磨损性能。
（3）本发明提供的一种激光制造与再制造阀门用合金材料中由于加入了一比例的Ni元素进一步提高了塑性，适当增加合金层内的B含量，提高熔覆层内的硼化物含量，提高耐冲蚀性能；适当增加Si的含量，提高熔覆层在180℃下的抗氧化性能。但过多的B，Si含量会使熔覆层的脆性增加，不利于激光的快冷熔覆，同时在使用中由于阀门的开关撞击加之水的汽蚀会密封面出现点状剥落，使密封面失效。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
一种激光制造与再制造电厂最小流量阀阀芯的合金材料，该合金材料包括以下质量百分数的组分：C：0.40%~0.95%，Cr：19.00%~23.75%，Si：1.40%~1.90%，W：6.65%~9.50%，Fe：2.00%~3.00%，Mo：0.50%~1.00%，Ni：8.00%~12.00%，Al：0.20%~1.00%，B：0.50%~2.50%，Co余量。
一种激光制造与再制造电厂最小流量阀阀芯的合金材料的制备方法，包括如下具体步骤：
步骤1、制备功能层粉末：C：0.40%~0.95%，Cr：19.00%~23.75%，Si：1.40%~1.90%，W：6.65%~9.50%，Fe：2.00%~3.00%，Mo：0.50%~1.00%，Ni：8.00%~12.00%，Al：0.20%~1.00%，B：0.50%~2.50%，Co余量的质量分数配置功能层粉末。
步骤2、激光熔覆：采用送粉方式在阀芯的表面预置一层1.2~2.0mm厚的合金层，选用激光器最高输出功率为3000~4000W光纤输出激光器进行扫描熔覆。
步骤3、表面加工：熔覆完成后对功能层表面进行加工，保留激光熔覆层厚度0.7~1.5mm。
进一步地，所述步骤2中熔覆工艺为：功率密度143W/mm2~353W/mm2，扫描速度：700~1500mm/min，搭接率：40%~60%，保护气氛：氩气，熔覆过程中控制熔池及阀芯周围氧含量小于1000ppm。
实施例1。
1.去除待熔覆表面的油污，氧化物，疲劳层等影响熔覆质量的因素。
2.采用送粉方式在阀芯的工作表面预置一层1.2mm厚的合金层，成份为：C：0.40%，Cr：19.00%，Si：1.40%，W：6.65%，Fe：2.00%，Mo：0.50%，Ni：8.00%%，Al：0.20%，B：0.50%，Co余量。
3.选用3000W光纤激光器进行扫描熔覆，熔覆工艺为：功率密度180W/mm2，扫描速度：700mm/min，搭接率：60%，保护气氛：氩气，熔覆过程中控制熔池及阀芯周围氧含量800ppm。
4.对熔覆层进行加工，保留厚度1.0mm。
实施例2。
1.去除待熔覆表面的油污，氧化物，疲劳层等影响熔覆质量的因素。
2.采用送粉方式在阀芯的工作表面预置一层1.7mm厚的合金层，成份为：C：0.50%，Cr：20.20%，Si：1.50%，W：7.50%，Fe：2.50%，Mo：0.70%，Ni：9.50%，Al：0.70%，B：1.50%，Co余量。
3.选用3000W光纤激光器进行扫描熔覆，熔覆工艺为：功率密度220W/mm2，扫描速度：800mm/min，搭接率：50%，保护气氛：氩气，熔覆过程中控制熔池及阀芯周围氧含量600ppm。
4.对熔覆层进行加工，保留厚度1.2mm。
实施例3。
1.去除待熔覆表面的油污，氧化物，疲劳层等影响熔覆质量的因素。
2.用送粉方式在阀芯的工作表面预置一层2.0mm厚的合金层，成份为C：0.95%，Cr：23.75%，Si：1.90%，W：9.50%，Fe：3.00%，Mo：1.00%，Ni：12.00%，Al：1.00%，B：2.50%，Co余量。
3.选用3000W光纤激光器进行扫描熔覆，熔覆工艺为：功率密度：350W/mm2，扫描速度：1500mm/min，搭接率：50%，保护气氛：氩气，熔覆过程中控制熔池及阀芯周围氧含量100ppm。
4.对熔覆层进行加工，保留厚度1.5mm。
本发明制备出的合金材料，经实施例熔覆在阀芯的工作表面上，其表面硬度可达45HRC以上，在加工后表面没有裂纹气孔缺陷。阀芯的最长在线使用时间可达3年，比原阀芯使用寿命提高至少3倍以上。

Claims (3)

1.一种激光制造与再制造电厂最小流量阀阀芯的合金材料，其特征在于，包括以下质量百分数的组分组成：C：0.40%~0.95%，Cr：19.00%~23.75%，Si：1.40%~1.90%，W：6.65%~9.50%，Fe：2.00%~3.00%，Mo：0.50%~1.00%，Ni：8.00%~12.00%，Al：0.20%~1.00%，B：0.50%~2.50%，Co余量。
2.一种激光制造与再制造电厂最小流量阀阀芯的合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、制备功能层粉末：C：0.40%~0.95%，Cr：19.00%~23.75%，Si：1.40%~1.90%，W：6.65%~9.50%，Fe：2.00%~3.00%，Mo：0.50%~1.00%，Ni：8.00%~12.00%，Al：0.20%~1.00%，B：0.50%~2.50%，Co余量的质量分数配置功能层粉末；
步骤2、激光熔覆：采用送粉方式在阀芯的表面预置一层1.2~2.0mm厚的合金层，选用激光器最高输出功率为3000~4000W光纤输出激光器进行扫描熔覆；
步骤3、表面加工：熔覆完成后对功能层表面进行加工，保留激光熔覆层厚度0.7~1.5mm。
3.如权利要求2所述的一种激光制造与再制造电厂最小流量阀阀芯的合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中熔覆工艺为：功率密度143W/mm2~353W/mm2，扫描速度：700~1500mm/min，搭接率：40%~60%，保护气氛：氩气，熔覆过程中控制熔池及阀芯周围氧含量小于1000ppm。
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