專利名稱：一種軋機(jī)牌坊激光再制造專用鈷基合金粉末的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光熔覆用的合金粉末，特別是涉及一種硬度較高、抗氧化、耐腐蝕、耐沖刷磨損、具有優(yōu)越熔覆性能、適合大面積熔覆的軋機(jī)牌坊激光再制造專用鈷基合金粉末。
背景技術(shù)：
軋機(jī)牌坊也稱為軋機(jī)機(jī)架，是一種典型的框架結(jié)構(gòu)，主要由截面厚大的兩立柱及上、下橫梁組成。它是軋機(jī)中最關(guān)鍵的零部件之一，為一個整體框架，并且永久使用，無法更換的。軋機(jī)中實(shí)現(xiàn)軋制功能的所有部件全部集中安裝于牌坊上，因此它是軋機(jī)中承受軋制力的部件，在軋機(jī)中起到支撐和固定作用，一般都要承受上千噸的載荷，而且除了無頭軋制以外，在咬鋼時還要承受巨大的沖擊載荷。在鋼鐵生產(chǎn)過程中，熱軋機(jī)械設(shè)備的工況十分惡劣。特別是軋制過程中，軋輥通過軸承座對牌坊的沖擊力特別大。加上軋制冷卻水的迅速霧化，并夾帶著從輥坯表面脫落的氧化鐵粉末向四周噴射。使軋機(jī)牌坊工作面同時受到軋制的沖擊、冷卻水的腐蝕和氧化粉塵的磨粒沖刷磨損，造成牌坊工作面腐蝕、磨損嚴(yán)重。使牌坊與襯板不能完全貼合，引起牌坊螺栓連接局部應(yīng)力集中，螺絲孔易產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而導(dǎo)致牌坊嚴(yán)重失效而報廢。另外發(fā)生失效的牌坊嚴(yán)重影響軋制鋼材的質(zhì)量，給軋鋼生產(chǎn)和企業(yè)效益帶來很大經(jīng)濟(jì)損失。對于失效的軋機(jī)牌坊，廠家通常采用在線機(jī)械加工的方式、金屬修補(bǔ)液進(jìn)行修復(fù)、 電弧堆焊修復(fù)方法。其中，在線機(jī)械加工的方式對其進(jìn)行修復(fù)是通過機(jī)械加工去除材料，清除牌坊表面受損層找平接觸面，擴(kuò)大的尺寸通過增加襯板厚度來補(bǔ)償。這種修復(fù)方式操作簡單方便，但并未改變牌坊面的性質(zhì)，使用一段時間后牌坊表面又會受到腐蝕磨損而失效， 而且再次(多次)機(jī)械加工將會對牌坊的強(qiáng)度和剛度產(chǎn)生不利影響。金屬修補(bǔ)液進(jìn)行修復(fù)也是比較常用的修復(fù)方式，此種方法操作簡單方便，可對牌坊局部受損處進(jìn)行修補(bǔ)，但由于修補(bǔ)液與基體并沒有形成冶金連接，其結(jié)合強(qiáng)度不高，牌坊工作時承受較大的沖擊會造成修補(bǔ)金屬的剝落。電弧堆焊修復(fù)方法一方面能恢復(fù)機(jī)加工后去除材料擴(kuò)大的尺寸，并可通過堆焊一層防腐耐磨材料從而改變牌坊表面的性質(zhì)。但由于該方法的熱影響區(qū)大，進(jìn)行大面積的電弧堆焊可能會造成牌坊結(jié)構(gòu)的變形。目前，對于失效的軋機(jī)牌坊最有效、最經(jīng)濟(jì)的修復(fù)方法是采用激光熔覆技術(shù)結(jié)合耐磨損耐腐蝕粉末的方法。例如，本申請人的在先發(fā)明專利申請《一種軋機(jī)牌坊的現(xiàn)場激光修復(fù)方法》，它有效地避免了其它修復(fù)方法所帶來的局限性和風(fēng)險，有效地提升了牌坊工作表面的耐蝕耐磨性能，周期短，效率高，使用壽命提高顯著。目前，利用激光熔覆工藝制備設(shè)備部件耐磨合金覆層的專利很多公開號為 CN1786272的中國發(fā)明專利申請給出的《激光熔覆鎳基納米WC/Co預(yù)涂層的制備方法》，該制備方法包括下列步驟①按每克重的蟲膠與10 20克重的無水乙醇稱量蟲膠和無水乙醇，然后將所述的蟲膠加入無水乙醇中制成粘結(jié)劑；②根據(jù)需要按每克鎳基納米WC/Co粉末與0. 1毫升 0. 25毫升的粘結(jié)劑的比例，稱量鎳基納米WC/Co粉末和所述的粘結(jié)劑并混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蛑瞥深A(yù)涂膠；③將上述預(yù)涂膠均勻地涂在待激光熔覆處理的工件表面，制成預(yù)涂層；④烘干。采用自制的粘結(jié)劑制備鎳基納米WC/Co預(yù)涂層，然后再采用激光熔覆工藝，制備出了表面較平整，較細(xì)密、基本消除了裂紋與孔隙并與基體呈冶金結(jié)合的鎳基納米 WC/Co復(fù)合涂層。公開號為CN101338427的中國發(fā)明專利申請給出的《液壓支架立柱缸筒、活塞桿耐磨抗蝕涂層的激光熔覆工藝》，包括以下工藝過程首先立柱缸筒、活塞桿表面預(yù)處理室溫下對立柱缸筒、活塞桿表面進(jìn)行除油、除銹，并用酒精清洗干凈；然后合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調(diào)節(jié)選用具有優(yōu)良耐磨抗蝕性能且與基體冶金相容性良好的鐵基合金粉末，鐵基合金粉末的成份中主要含有Fe、C、Cr、Ni、Mo、Si、N、Nb、Ta、B ；最后自動送粉裝置的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)自動送粉裝置，使自動送粉頭出來的合金粉末正好落在激光熔池內(nèi)，調(diào)節(jié)送粉量，使合金粉末涂層的厚度達(dá)到0. 6-1. 2mm。公開號為CN101338425的中國發(fā)明專利申請給出的《鐵路道岔滑床板表面耐磨抗蝕合金涂層激光熔覆工藝》，包括以下工藝過程首先滑床板表面預(yù)處理，即在室溫下對滑床板表面進(jìn)行除油除銹，并用酒精清洗干凈；然后是合金粉末的預(yù)置，即把待熔覆的鐵基、 鎳基或鈷基合金粉末預(yù)置于上述處理后的滑床板表面，并用帶有導(dǎo)軌的刮尺來調(diào)整預(yù)制合金粉末，使之均勻分布在滑床板表面并具有適當(dāng)?shù)暮穸龋詽M足熔覆后涂層厚度的要求；最后是光熔覆強(qiáng)化滑床板，選用氣體CO2激光器，工作臺為數(shù)控機(jī)床，在滑床板表面進(jìn)行激光熔覆強(qiáng)化?，F(xiàn)有技術(shù)給出的上述技術(shù)方案雖能利用激光熔覆工藝及相匹配的合金粉末材料對部分設(shè)備部件進(jìn)行耐磨覆層處理，取得一定的技術(shù)效果。但對其他特定的設(shè)備部件，例如像軋機(jī)牌坊這樣的特定結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有激光熔覆工藝及相匹配的合金粉末材料已明顯不能適應(yīng)與時俱進(jìn)的發(fā)展需要。將激光熔覆這種先進(jìn)的再制造技術(shù)，結(jié)合耐氧化腐蝕耐磨損鈷基合金粉末，對失效的軋機(jī)牌坊進(jìn)行成功修復(fù)，使其恢復(fù)并提高使用功能。最關(guān)鍵問題是尋求或提供激光熔覆所需要的更加合適的合金粉末材料，該粉末材料除具有特殊性能外，還要適合大面積激光熔覆。雖然關(guān)于利用激光熔覆或激光再制造工藝進(jìn)行設(shè)備零部件修復(fù)的專利和報道很多，本申請人也曾提出過這方面的發(fā)明專利申請，但經(jīng)本申請人檢索查證國內(nèi)外沒有見到有專用于軋機(jī)牌坊工作表面大面積激光再制造的鈷基合金粉末材料的相關(guān)報道，特別是國內(nèi)外市場上目前還沒有公開出售過這種具有特殊屬性和特殊性能的合金粉末商品。因此，選擇更加適當(dāng)?shù)膶Ｓ糜谲垯C(jī)牌坊工作表面大面積激光再制造的鈷基合金粉末材料，使軋機(jī)牌坊的工作性能滿足復(fù)雜工況的使用需要，是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種硬度較高、抗氧化、耐腐蝕、耐沖刷磨損、具有優(yōu)越熔覆性能、適合軋機(jī)牌坊這一特定零部件表面大面積激光再制造的專用鈷基合金粉末。本發(fā)明是在傳統(tǒng)的鈷鉻鎢高溫合金基礎(chǔ)上，通過添加Ni、B、Si等元素，形成自熔合金，進(jìn)行合金基體強(qiáng)化并改善熔覆性能。添加微量稀土元素Ce、Hf進(jìn)行基體晶粒細(xì)化和晶界強(qiáng)化，形成適合于激光熔覆專用的粉末材料。通過激光熔覆的加工方式，在軋鋼現(xiàn)場將其熔覆在失效的軋機(jī)牌坊工作面上，形成硬度較高、抗氧化、耐腐蝕、耐沖刷磨損、具有較高強(qiáng)度且熔覆性能優(yōu)越的鈷基合金覆層。解決了失效軋機(jī)牌坊現(xiàn)場快速成功修復(fù)的技術(shù)難題，為冶金行業(yè)成功修復(fù)失效后的軋機(jī)牌坊，并增加耐腐蝕耐沖刷磨損性能，提供了一種行之有效、經(jīng)濟(jì)適用的激光熔覆專用材料和修復(fù)方法。本發(fā)明給出的技術(shù)方案是這種軋機(jī)牌坊激光再制造專用鈷基合金粉末，其特點(diǎn)是所述專用鈷基合金粉末的各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為c: 0.8 1.4%; Cr:沈 32%; W: 3 6% ； Mo: 0. 6 1. 4%; Ni :1· 2 1. 8% ；Mn 0. 2 0. 6% ；Si 0. 8 2. 4% ；Fe: 1. 2 4. 8%; Β:0·4 1.6%; Ce :0. 2 0. 6% ;Hf :0. 2 0. 6% ;Co:余量。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，較好的專用鈷基合金粉末的各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 C:0. 9%; Cr 28% ；W 3. 8% ；Mo 1. 0%； Ni 1. 3% ；Mn 0. 3% ；Si 1. 2% ； Fe 2. 0% ；B: 0. 8%; Ce 0. 2%; Hf :0. 3% ;Co:余量。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，較好的專用鈷基合金粉末的各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 C:0. 9%; Cr:29% ；ff:4. 5% ；Mo:1. 2%;Ni: 1. 5% ； Mn :0. 4% ；Si :1. 6% ； Fe :2. 5% ；B: 1. 0%;Ce 0. 4%;Hf 0. 4% ；Co:余量。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，較好的專用鈷基合金粉末的各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:c 1. 1%; Cr:30. 5% ；ff:4. 6% ；Mo: 1. 4%;Ni: 1. 6% ；Mn 0. 45% ；Si 2. 0% ； Fe 3. 0% ； B:l. 2%;Ce :0. 3%;Hf :0. 3% ；Co:余量。本發(fā)明通過添加合金基體強(qiáng)化元素、晶粒細(xì)化晶界強(qiáng)化元素，并做了大量實(shí)驗(yàn)調(diào)整各組成元素的百分比含量，使專用鈷基合金粉末獲得優(yōu)越的綜合性能。從而實(shí)現(xiàn)了專用鈷基合金粉末在具有較高硬度和強(qiáng)度的同時，又降低了合金熔點(diǎn)，增加了抗氧化、耐腐蝕和耐沖刷磨損性能。從根本上解決并提高了合金粉末在熔覆層中的抗裂性、成型性、表面平整性、工藝穩(wěn)定性和成分均勻性，滿足了軋機(jī)牌坊對熔覆層耐高溫、耐腐蝕、耐沖刷磨損和較高強(qiáng)度硬度等的綜合性能要求，以及激光再制造后牌坊工作表面平整、不需機(jī)加的要求。本發(fā)明給出的軋機(jī)牌坊激光熔覆專用鈷基合金粉末材料是通過真空熔煉、氣霧化、篩選等工序精心制備的，粒度是一 100+270目。本發(fā)明給出的軋機(jī)牌坊激光熔覆專用鈷基合金粉末，在實(shí)際熔覆操作中可以采用 1000 2500W全固態(tài)固體激光器，結(jié)合五軸聯(lián)動的機(jī)器人加工機(jī)，在軋鋼現(xiàn)場進(jìn)行。在失效的軋機(jī)牌坊工作表面上熔覆所述粉末材料的激光工藝參數(shù)是功率1000 2500W，焦距100 140mm，光斑直徑1. 0 1. 8mm，掃描速度480 600mm/min，置粉厚度0. 2 0. 6mm，搭接率30 50%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明的軋機(jī)牌坊激光熔覆專用鈷基合金粉末是在鈷鉻鎢合金基礎(chǔ)上，添加合金基體強(qiáng)化元素、晶粒細(xì)化和晶界強(qiáng)化元素，并調(diào)整各元素的百分比含量。通過多種強(qiáng)化手段，強(qiáng)化合金基體，又改進(jìn)了晶界質(zhì)量，使合金獲得良好的綜合性能。從而實(shí)現(xiàn)了合金在具有較高硬度和較高強(qiáng)度的同時，又降低了合金熔點(diǎn)，增加了抗氧化、耐腐蝕、耐沖刷磨損性能，從根本上解決并提高了合金粉末在激光熔覆層中的抗裂性、成型性、工藝穩(wěn)定性和成分均勻性。2.該粉末材料適用于軋機(jī)牌坊(材質(zhì)是普通鑄鋼)大面積失效工作面的激光熔覆， 通過熔覆該合金粉末材料，使軋機(jī)牌坊不僅恢復(fù)了使用，而且提高了抗氧化、耐腐蝕、耐沖刷磨損。有效解決了失效的軋機(jī)牌坊在線修復(fù)難題，為冶金軋鋼行業(yè)成功修復(fù)失效后的軋機(jī)牌坊提供了一種行之有效、經(jīng)濟(jì)適用的便捷方法，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。3.大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，用本發(fā)明鈷基合金粉末進(jìn)行了激光再制造，效果良好，經(jīng)在線實(shí)際檢驗(yàn)，牌坊工作表面耐磨性能提高5倍，耐腐蝕性能提高20倍，保證牌坊正常使用十年內(nèi)不會由于表面磨損腐蝕而停產(chǎn)進(jìn)行機(jī)加或大修更換。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1。用熔覆性能穩(wěn)定的1000W全固態(tài)固體激光器，對國內(nèi)某鋼鐵公司失效的軋機(jī)牌坊進(jìn)行激光熔覆。設(shè)計(jì)的鈷基合金粉末合金元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是c:0. 9%; Cr:28%;ff:3. 8%； Mo: 1. 0%;Ni: 1. 3% ；Mn :0. 3% ；Si :1. 2% ；Fe 2. 0% ；B: 0. 8%;Ce 0. 2%;Hf 0. 3% ；Co:余量。其熔覆工藝參數(shù)是功率1000W，焦距110mm，光斑直徑1.2mm，掃描速度 480mm/min，置粉厚度0. 4mm，搭接率35%。實(shí)施例2。用熔覆性能穩(wěn)定的2000W全固態(tài)固體激光器，對失效的軋機(jī)牌坊進(jìn)行激光熔覆。設(shè)計(jì)的鈷基合金粉末合金元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是C:0. 9%; Cr:29%;ff:4. 5%； Mo: 1· 2%;Ni :1. 5% ；Mn :0. 4% ；Si 1. 6% ；Fe 2. 5% ；B: 1. 0%;Ce :0. 4%;Hf :0. 4% ；Co:余量。其熔覆工藝參數(shù)是功率2000W，焦距120mm，光斑直徑1. 2mm,掃描速度 520mm/min，置粉厚度0. 5mm，搭接率40%。實(shí)施例3。用熔覆性能穩(wěn)定的2500W全固態(tài)固體激光器，對失效的軋機(jī)牌坊進(jìn)行激光熔覆。設(shè)計(jì)的鈷基合金粉末合金元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是C: 1. 1%; Cr:30. 5%;ff:4. 6%； Mo: 1. 4%;Ni :1. 6% ；Mn 0. 45% ；Si 2. 0% ；Fe 3. 0% ；B: 1. 2%; Ce 0. 3%;Hf 0. 3% ；Co:余量。其熔覆工藝參數(shù)是功率2500W，焦距130mm，光斑直徑1. 2mm,掃描速度 560mm/min，置粉厚度0. 5mm，搭接率40%。
權(quán)利要求
1.一種軋機(jī)牌坊激光再制造專用鈷基合金粉末，其特征在于所述專用鈷基合金粉末的各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C:0. 8 1. 4%;Cr:26 32% ；W:3 6% ；Mo:0. 6 1. 4% ； Ni :1. 2 1. 8% ；Mn :0. 2 0. 6% ；Si :0. 8 2. 4% ；Fe:l. 2 4. 8%;B:0. 4 1. 6%;Ce 0. 2 0. 6% ；Hf 0. 2 0. 6% ；Co:余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋機(jī)牌坊激光再制造專用鈷基合金粉末，其特征在于較好的專用鈷基合金粉末的各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C:0. 9%; Cr:28% ；ff:3. 8% ；Mo:1. 0%;Ni: 1. 3% ；Mn 0. 3% ； Si 1. 2% ；Fe 2. 0% ；B: 0. 8%;Ce :0. 2%;Hf :0. 3% ；Co:余量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋機(jī)牌坊激光再制造專用鈷基合金粉末，其特征在于較好的專用鈷基合金粉末的各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C:0. 9%; Cr:29% ；ff:4. 5% ；Mo:1. 2%; Ni: 1. 5% ；Mn 0. 4% ； Si 1. 6% ；Fe 2. 5% ；B: 1. 0%;Ce :0. 4%;Hf :0. 4% ；Co:余量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋機(jī)牌坊激光再制造專用鈷基合金粉末，其特征在于較好的專用鈷基合金粉末的各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C: 1. 1%; Cr:30. 5% ；ff:4. 6% ；Mo: 1. 4%; Ni 1. 6% ； Mn 0. 45% ；Si 2. 0% ；Fe 3. 0% ； B:l. 2%;Ce :0. 3%;Hf :0. 3% ；Co:余量。
全文摘要
一種軋機(jī)牌坊激光再制造專用鈷基合金粉末，其特點(diǎn)是專用鈷基合金粉末的各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C0.8～1.4%；Cr26～32%；W3～6%；Mo0.6～1.4%；Ni1.2～1.8%；Mn0.2～0.6%；Si0.8～2.4%；Fe1.2～4.8%；B0.4～1.6%；Ce0.2～0.6%；Hf0.2～0.6%；Co余量。本發(fā)明適用于軋機(jī)牌坊大面積失效工作面的激光熔覆，通過熔覆該合金粉末材料，使軋機(jī)牌坊不僅恢復(fù)了使用，而且提高了抗氧化、耐腐蝕、耐沖刷磨損。有效解決了失效的軋機(jī)牌坊在線修復(fù)難題。
文檔編號B23K26/34GK102220522SQ20111014691
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者陳常義, 陳江 申請人:沈陽大陸激光技術(shù)有限公司