專利名稱：Trt機組零部件激光熔覆用鐵基合金粉末的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熔覆用材料，特別是涉及一種主要應(yīng)用于冶金行業(yè)的TRT機組主軸、轉(zhuǎn)子、承缸等零部件的激光修復(fù)的TRT機組零部件激光熔覆用鐵基合金粉末。
背景技術(shù)：
高爐煤氣能量回收透平的(簡稱TRT)是世界公認的鋼鐵企業(yè)重大能量回收裝置， 是支持循環(huán)經(jīng)濟的綠色能源產(chǎn)品，已成為鋼鐵行業(yè)公認的節(jié)能環(huán)保裝置。TRT機組中主軸、 轉(zhuǎn)子、承缸等零部件由于材質(zhì)、工況、介質(zhì)等因素，服役中經(jīng)常會有腐蝕、磨損、沖刷甚至葉片斷裂等失效現(xiàn)象發(fā)生，嚴重影響機組工作效率。對于失效的TRT主軸、轉(zhuǎn)子、承缸等零部件，廠家只能選擇部分更換或常規(guī)修復(fù)的辦法，使其盡快恢復(fù)使用功能。更換葉片既大幅增加成本，又耗時費力。主軸、轉(zhuǎn)子、承缸表面缺陷的傳統(tǒng)修復(fù)方法有埋弧堆焊、真空涂層法、鎢極惰性氣體保護(TIG)焊和等離子體熔覆修復(fù)等方法。但這些方法在修復(fù)過程中熱輸入量較大，熱影響區(qū)極易出現(xiàn)熱裂紋，TIG 焊修復(fù)過程中引起的收縮變形使動葉片的安裝精度難以保證，這些修復(fù)主軸、轉(zhuǎn)子、承缸表面缺陷的方法均具有很大的局限性，操作風(fēng)險極大，不易成功。激光熔覆作為近年來新興的一種先進再制造技術(shù)，隨著激光器功率和穩(wěn)定性的不斷提高，以及適宜的各種合金粉末材料的成功研制，得到了迅速推廣和廣泛應(yīng)用。激光熔覆可以解決許多常規(guī)方法很難加工或無法加工的問題，為產(chǎn)品再制造提供了一種技術(shù)獨特、 先進有效的方法。目前，國內(nèi)外市場上激光熔覆專用的合金粉末并不多見，尤其是具有強度較高、硬度適中、易于加工、性能穩(wěn)定等特性的鐵基合金粉末更是寥寥無幾?；旧鲜遣捎脟姾富驀娡坑煤辖鸱勰?，或是在這些粉末的基礎(chǔ)上，按不同比例加以調(diào)配，并以機械混粉的形式配制所需的各種鐵基合金粉末。這些混合粉存在諸如混合不均、顆粒度差異大、熔點不同、成分偏差、膨脹系數(shù)不同等問題，導(dǎo)致在實際熔覆中無法控制裂紋、氣孔、偏析、性能不穩(wěn)、不易機加等缺陷。另外， 鎳基、鈷基合金粉末價格昂貴，某些零部件的修復(fù)如采用這些較貴的粉末熔覆，既增加修復(fù)成本，又難以達到理想的、易于機加復(fù)型的要求。市場期盼一種價格便宜、性能穩(wěn)定、硬度適中、機加方便的鐵基合金粉末，用于激光熔覆，解決TRT主軸、轉(zhuǎn)子、承缸等零部件修復(fù)時優(yōu)選覆層材料問題。近年來人們在研究利用激光熔覆技術(shù)進行設(shè)備部件修復(fù)所需的合金粉末材料方面取得了一些進展，例如
公開號為CN101381868的中國發(fā)明專利申請給出的《一種激光熔覆用高硬度不銹鋼合金粉末及制備工藝》，該粉末各成份重量百分比為C 0. 5-0.8% ； Cr :18-24% ； Ni 11-17% ； B 2. 0-5. 5% ；Si 2. 0-6. 0% ； Mo 4~9% ； CeO2 1-5% ； Fe 余量。公開號為CN101381869的中國發(fā)明專利申請給出的《激光熔覆高硬無裂鐵基合金專用合金粉末》，該粉末各元素的重量百分含量是碳(C) :0. 3-0. 5;硅(Si) :1. 2-2.0;硼(B) 0. 4 -1. 0 ；鎳(Ni) 1. 5-2. 5 ；鉻(Cr) 1. 0-1. 5 ；錳(Mn) 1. 0-1. 5 ；鉬(Mo) 1. 5-2. 5 ； 釩(V) 0. 15-0. 7 ；鈮(Nb) 0. 15-0. 7 ；余量為鐵(Fe)。上述技術(shù)方案給出的這些用于激光熔覆的鐵基合金粉末，雖能在修復(fù)特定的設(shè)備部件上取得一定的技術(shù)效果，但由于具有自身工藝特征，還不能滿足和適用于其它特定基材激光熔覆的工藝要求。特別是在修復(fù)諸如TRT主軸、轉(zhuǎn)子、承缸等具有特定材質(zhì)的特殊機組設(shè)備零部件中，仍然存在諸如裂紋、夾雜、氣孔、成分不均勻、性能不穩(wěn)定且無法保障等缺陷，無法適用TRT機組零部件的激光熔覆。在像TRT主軸、轉(zhuǎn)子、承缸等這些特殊設(shè)備零部件上，能否成功采用激光熔覆工藝進行無裂紋、無氣孔等缺陷和保證使用性能的均質(zhì)修復(fù)，關(guān)鍵在于能否配制出適合于激光熔覆的合金粉末。經(jīng)檢索，國內(nèi)外至今尚無這方面的相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)在實際熔覆中無法控制裂紋、氣孔、偏析、性能不穩(wěn)、不易機加工以及存在諸如裂紋、夾雜、氣孔、成分不均勻、性能不穩(wěn)定且無法保障，無法適用TRT機組零部件的激光熔覆等諸多缺陷，提供一種專門用于采用激光熔覆的方法，修復(fù)TRT機組零部件這種再制造技術(shù)的操作，硬度適中、性能穩(wěn)定的TRT機組零部件激光熔覆用鐵基合金粉末。實現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案一種TRT機組零部件激光熔覆用鐵基合金粉末，所述鐵基合金粉末的材料中含有C、Cr、Ni、Mo、Nb、Si強化元素和！^，所述鐵基合金粉末材料中還含有Ce、Hf、N，構(gòu)成鐵基合金粉末材料的化學(xué)成分的重量百分比為 C:0. 03 0. 06% ；Cr 14 18% ；Ni :4 8% ；Mo :Γ3% ；Nb :0. 2 0. 8% ；N :0. Γθ. 4% ； Si :0. 5 2% ； Ce 0. Γ0. 3% ；Hf 0. Γ0. 3% ；Fe 余量，將上述材料混合經(jīng)真空熔煉、水霧化、篩選得到粒度為100 270目的成品。作為優(yōu)選方案，構(gòu)成鐵基合金粉末材料的化學(xué)成分的重量百分比為C:0.05%; Cr :16. 5% ；Ni 6. 5% ；Mo 1. 2% ；Nb 0. 5% ；N 0. 25% ； Si 1% ；Ce 0. 2% ；Hf 0. 2% ；Fe :73. 6%。作為優(yōu)選方案，本發(fā)明TRT機組零部件激光熔覆用鐵基合金粉末是在鐵鎳鉻合金基礎(chǔ)上，添加Mo、Nb、N、Si元素進行合金基體強化得到的。作為優(yōu)選方案，本發(fā)明TRT機組零部件激光熔覆用鐵基合金粉末材料，其特征在于所述材料激光熔覆用鐵基合金粉末是在鐵鎳鉻鉬鈮合金基礎(chǔ)上，添加微量元素Ce和Hf 進行基體晶界強化的。作為優(yōu)選方案，所述鐵基合金粉末的熔覆工藝參數(shù)是功率180(T3800W，焦距 32(T400mm，光斑直徑3 6mm，掃描速度24(T400mm/min，置粉厚度0. 3 0. 8mm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過添加合金基體強化元素、晶界強化元素和彌散質(zhì)點材料，并調(diào)整各元素的百分比含量，鐵基合金在熔覆凝固后會形成共格穩(wěn)定的金屬間化合物 Y ‘ "Ni3Nb,以及含有彌散相的母體、并在其中嵌有大量高度分散的第二相質(zhì)點的組織。 通過多種強化手段，使合金獲得良好的綜合性能。從而實現(xiàn)了合金在具有適中硬度、較高強度和耐磨性的同時，又降低了合金熔點，增加了耐磨、耐蝕性能。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，滿足了修復(fù)部件對熔覆層耐溫、耐蝕、耐磨、耐疲勞和較高強度等的綜合性能要求。其有益效果還在于不但滿足了修復(fù)部件對熔覆層耐蝕、耐磨、耐疲勞和適中硬度等的綜合性能要求。而且同鎳基和鈷基合金粉末比，材料成本顯著降低。本發(fā)明對修復(fù)工件基材材質(zhì)的適用范圍較廣，碳素鋼、結(jié)構(gòu)鋼、調(diào)質(zhì)鋼、不銹鋼和工具鋼等材質(zhì)的零部件，均可采用該粉末進行激光熔覆修復(fù)，應(yīng)用前景極其廣闊。有效解決了 TRT機組失效零部件的修復(fù)難題，為冶金行業(yè)成功修復(fù)失效后的主軸、轉(zhuǎn)子、承缸等零部件，提供了一種行之有效、經(jīng)濟適用的便捷方法，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的描述。本實施例是一種TRT機組零部件激光熔覆用鐵基合金粉末材料，主要應(yīng)用于冶金行業(yè)的TRT機組主軸、轉(zhuǎn)子、承缸等零部件的激光修復(fù)。這種TRT機組零部件激光熔覆用鐵基合金粉末材料，其化學(xué)成分中主要含有Cr、Ni、Mo、Nb、N、Si強化元素，合金成分中還含有適量的Ce和Hf。所述材料的化學(xué)成分(重量百分比)為:C:0. 03 0. 06% ；Cr :14 18% ；Ni :4 8% ；Mo Γ3% ；Nb 0. 2 0. 8% ；N :0. Γθ. 4% ； Si :0. 5 2% ；Ce :0. Γθ. 3% ；Hf :0. Γθ. 3% ；Fe 余量。將上述材料混合
通過真空熔煉、水霧化、篩選等工序精心制備，得到粒度為10(Γ270目的鐵基合金粉末成品。本發(fā)明TRT機組零部件激光熔覆用鐵基合金粉末，在實際熔覆操作中可以采用 200(T5(KK)W橫流連續(xù)(X)2激光器，在碳素鋼、結(jié)構(gòu)鋼、調(diào)質(zhì)鋼和不銹鋼等材質(zhì)的零部件上， 應(yīng)用該鐵基合金粉末的熔覆工藝參數(shù)是功率180(T3800W，焦距32(T400mm，光斑直徑 3 6mm，掃描速度24(T400mm/min，置粉厚度0. 3 0. 8mm。
具體實施例實施例1
用熔覆性能穩(wěn)定的5000W CO2激光器，對失效的主軸(材質(zhì)是中碳結(jié)構(gòu)鋼)進行熔覆。鐵基合金粉末各元素重量百分數(shù)是
C: 0. 04%; Cr: 15.5%; Ni 5. 5% ；Mo 1. 5% ；Nb 0. 4% ；N 0. 2% ；Si 1. 0% ；Ce 0. 2% ； Hf 0. 3% ；Fe:余量。其熔覆工藝參數(shù)是功率250(T3800W，焦距30(T400mm，光斑直徑3 6mm，掃描速度24(T400mm/min，置粉厚度0. 5 0. 8mm。實施例2
用性能穩(wěn)定的5000W CO2激光器，對失效的承缸(材質(zhì)是低碳鋼)進行熔覆。設(shè)計的鐵基合金粉末各元素重量百分數(shù)是
C: 0. 03%; Cr: 16.5%; Ni 6. 5% ；Mo 1. 2% ；Nb 0. 6% ；N 0. 25% ；Si 1. 2% ；Ce 0. 2% ； Hf 0. 3% ；Fe:余量。其熔覆工藝參數(shù)是功率250(T3800W，焦距30(T400mm，光斑直徑3 6mm，掃描速度24(T400mm/min，置粉厚度0. 5 1. Omm。實施例3 用熔覆性能穩(wěn)定的5000W CO2激光器，對失效的動葉片進行激光熔覆。設(shè)計的鐵基合金粉末各元素的質(zhì)量百分數(shù)是
C: 0. 05%; Cr: 15.5%; Ni 6. 5% ；Mo 1. 0% ；Nb 0. 5% ；N 0. 3% ；Si 0. 9% ；Ce 0. 3% ； Hf 0. 2% ；Fe:余量。 其熔覆工藝參數(shù)是功率250(T3500W，焦距30(T360mm，光斑直徑3 6mm，掃描速度30(T400mm/min，置粉厚度0. 3 0. 6mm。
權(quán)利要求
1.一種TRT機組零部件激光熔覆用鐵基合金粉末，所述鐵基合金粉末的材料中含有 C、Cr、Ni、Mo、Nb、Si強化元素和狗，其特征在于所述鐵基合金粉末材料中還含有Ce、 Hf、N，構(gòu)成鐵基合金粉末材料的化學(xué)成分的重量百分比為C:0. 03、. 06% ；Cr : Π8% ；Ni 4 8% ；Mo :Γ3% ；Nb 0. 2 0. 8% ；N 0. Γθ. 4% ； Si 0. 5 2% ；Ce 0. Γθ. 3% ；Hf 0. Γθ. 3% ；Fe 余量，將上述材料混合經(jīng)真空熔煉、水霧化、篩選得到粒度為10(Γ270目的成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TRT機組零部件激光熔覆用鐵基合金粉末，其特征在于，構(gòu)成鐵基合金粉末材料的化學(xué)成分的重量百分比為:C:0. 05% ；Cr 16. 5% ；Ni :6. 5% ；Mo :1. 2% ； Nb 0. 3% ；N 0. 3% ； Si 1% ；Ce 0. 2% ；Hf 0. 2% ；Fe :73. 75%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TRT機組零部件激光熔覆用鐵基合金粉末，其特征在于，所述的鐵基合金粉末是在鐵鎳鉻合金基礎(chǔ)上，添加Mo、Nb、N、Si元素進行合金基體強化制得的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TRT機組零部件激光熔覆用鐵基合金粉末，其特征在于，所述的鐵基合金粉末是在鐵鎳鉻鉬鈮合金基礎(chǔ)上，添加微量元素Ce和Hf進行基體晶界強化制得的。
全文摘要
一種TRT機組失效零部件激光熔覆用鐵基合金粉末，該粉末是在鐵鉻鎳合金基礎(chǔ)上，添加Mo、Nb、N、Si元素強化基體，在保持適中硬度、保證較高強度和耐磨性等綜合性能的同時，降低了合金熔點，便于激光熔覆；添加微量元素Ce和Hf，改進晶界質(zhì)量，阻止和避免裂紋產(chǎn)生，同時提高熔覆層的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，使合金具有較高溫度的抗氧化性和耐蝕、耐磨性，適用范圍較大。碳素鋼、結(jié)構(gòu)鋼、調(diào)質(zhì)鋼、不銹鋼和工具鋼等材質(zhì)的失效零部件，均可采用該粉末結(jié)合激光熔覆技術(shù)進行修復(fù)，應(yīng)用前景極其廣闊，效益顯著。
文檔編號B22F1/00GK102352508SQ20111035086
公開日2012年2月15日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者陳常義, 韓宏升 申請人:唐山瑞兆激光技術(shù)機械修復(fù)有限公司