本發(fā)明涉及一種冶金部件表面制備耐磨耐蝕涂層的方法，特別是涉及一種采用激光熔覆技術(shù)在連鑄機出坯輥道表面制備耐磨耐蝕涂層的方法。
背景技術(shù)：
我國冶金、石化和國防等工業(yè)一些大型關(guān)鍵設(shè)備的零部件在服役過程中，大多僅僅由于機械磨損或者腐蝕所致的表面損傷而嚴重影響生產(chǎn)和設(shè)備的安全、穩(wěn)定、高效運行，甚至將直接導(dǎo)致零部件乃至整臺設(shè)備的報廢，不僅造成嚴重的經(jīng)濟損失，而且造成材料的巨大浪費。表面修復(fù)技術(shù)不僅可以提高經(jīng)濟效益，而且可以節(jié)約大量原材料和能源，在實際生產(chǎn)實踐中應(yīng)用越來越廣泛。而激光技術(shù)作為一種先進的表面修復(fù)技術(shù)，與常見的焊接技術(shù)相比，不僅可對損傷零件實現(xiàn)完全的“尺寸恢復(fù)”，而且可以使被修復(fù)的零部件“性能提升”，高效率、高質(zhì)量，節(jié)能、節(jié)材、環(huán)境友好，是實現(xiàn)損傷或報廢零部件“再制造”的重要途徑，符合國家節(jié)能降耗、生態(tài)環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。
在煉鋼車間，輥道是運送從連鑄結(jié)晶器出來的鋼坯必不可少的設(shè)備，它貫穿車間整個生產(chǎn)作業(yè)線，占車間設(shè)備總重量的20%-30%，輥道的質(zhì)量和運轉(zhuǎn)情況在很大程度上關(guān)系著煉鋼車間的產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，甚至關(guān)系到整個軋制工藝流程的連續(xù)性。由于連鑄生產(chǎn)過程中需要輸送的鋼坯重量大、表面溫度高，加之冷卻水冷卻時產(chǎn)生的大量的水蒸汽，使連鑄輸送輥道在工作時長期處于高溫、高濕、冷熱疲勞、摩擦磨損等惡劣工況環(huán)境下，極易使輸送輥道表面發(fā)生磨損和出現(xiàn)溝槽兩種失效形式，造成輸送輥道變形或破壞。輸送輥道在高溫高濕環(huán)境下，抗氧化、耐磨性能不足將導(dǎo)致鋼坯表面出現(xiàn)磨損溝槽，嚴重影響鋼坯的表面質(zhì)量，甚至造成整個鋼坯報廢。同時，輥道的變形或者破壞，將導(dǎo)致連鑄生產(chǎn)中鋼坯偏離預(yù)定軌跡，或?qū)е赂浇钠渌伒肋^載，甚至造成安全生產(chǎn)事故，因此，連鑄生產(chǎn)中的輸送輥道出現(xiàn)變形或者破壞時，必須停產(chǎn)，予以維修或者更換，成本很高，而且更換輥道的周期長且鋼材浪費嚴重。目前，連鑄輸送輥道出現(xiàn)失效的頻率較高，造成連鑄生產(chǎn)頻繁停產(chǎn)，嚴重影響鋼坯產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，使鋼企的成本顯著提高，嚴重影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。
目前，鋼廠一般通過堆焊修復(fù)和后續(xù)機械加工對受損輥道進行尺寸形狀恢復(fù)。由于工藝所限，堆焊采用的材料通常為鉻錳硅型合金。但是，這種材料的堆焊層并不能大幅度提高輥道的抗氧化和耐磨性能，且堆焊也并非一種理想的可實施高效并大面積修復(fù)的工藝。
激光熔覆技術(shù)誕生于20世紀80年代，原本是材料科學(xué)與工程學(xué)科中的一項表面強化技術(shù)，主要目的是要在低廉的基體材料上面用高功率激光熔覆一層高性能材料，制備具有優(yōu)異的耐磨性、耐腐蝕性、抗高溫、高減磨性涂層，代替昂貴的整體塊狀材料。正是這種核心技術(shù)，使激光再制造能夠把高性能專用金屬材料做到各類金屬結(jié)構(gòu)部件的表面，從而創(chuàng)造出前所未有的新性能和高性價比。除此之外，激光再制造技術(shù)還具有熱影響區(qū)小、自動化程度高、可以進行微細加工等眾多特點，能解決許多傳統(tǒng)加工方法無法解決的技術(shù)難題。目前，激光再制造已經(jīng)成為高端裝備制造業(yè)不可或缺的一種技術(shù)手段。
但是，尚缺乏針對連鑄機出坯輥道激光熔覆工藝的研究。所以，利用激光制造的方式進行連鑄機出坯輥道表面激光熔覆仍需本領(lǐng)域技術(shù)人員進一步做出創(chuàng)造性的研究工作。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，通過反復(fù)研究改進，給出了一種采用激光熔覆技術(shù)在連鑄機出坯輥道表面制備耐磨耐蝕涂層的方法。該方法采用具有硬度高、耐腐蝕、耐磨性好的粉末作為激光熔覆合金粉末，采用激光熔覆方法將具有耐磨耐蝕性能的合金粉末熔覆均勻熔覆到連鑄機出坯輥道表面，使熔覆層和基體形成冶金結(jié)合界面。
本發(fā)明給出的技術(shù)方案是：這種在連鑄機出坯輥道上制備耐磨耐蝕性能涂層的方法，其特點是包括以下步驟。
1）連鑄機出坯輥道表面預(yù)處理。
在室溫下對連鑄機出坯表面進行除銹、除油處理，并采用酒精對輥道表面進行清洗，防止有污染物存在界面處，影響激光熔覆層與基體界面的質(zhì)量。并用著色探傷法進行檢驗，要求表面無氣孔、夾雜、裂紋等缺陷。
2）合金粉末的設(shè)計與配制。
選擇耐蝕、耐磨損性能好的鎳基合金粉末，其鎳基合金粉末的材料成分按重量百分比計的配比如下。
C：3.0-3.4%，Cr：7-10%，F(xiàn)e：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）激光熔覆層的制備。
選用DL-HL-T5000型CO2氣體激光器，采用重力同步送粉的方式，將合金粉末直接送入熔池，對連鑄機出坯輥道表面進行激光熔覆,熔覆后的粉末厚度為1.0-1.5mm。
具體工藝參數(shù)如下：
激光功率P=3500-4000W；
光斑尺寸：2×4mm；
掃描速度V=400-500mm/min；
搭接率40%-50%；
熔覆層厚度：1.0-1.5mm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是。
利用了激光熔覆這種先進的表面強化手段，采用具有硬度高、耐腐蝕、耐磨性好的粉末作為激光熔覆合金粉末，通過激光熔覆方法將具有耐磨耐蝕性能的合金粉末熔覆均勻熔覆到連鑄機出坯輥道表面，使熔覆層和基體形成冶金結(jié)合界面。并且涂層具有組織致密、變形小，稀釋率低等優(yōu)勢，同時通過優(yōu)化設(shè)計激光熔覆的工藝參數(shù)以及各元素成分在粉末材料中的配比，使熔覆層組織致密、均勻，無氣孔、夾雜以及裂紋等缺陷。激光熔覆工藝更具有無污染、生產(chǎn)率高、能耗低、熔覆層加工余量小以及綜合成本低等特點。
具體實施方式
實施例1。
連鑄機出坯輥道材質(zhì)為45號鋼。
在連鑄機出坯輥道表面制備耐磨耐蝕涂層的方法，包括以下過程。
1）連鑄機出坯輥道表面預(yù)處理。
在室溫下對連鑄機出坯表面進行除銹、除油處理，并采用酒精對輥道表面進行清洗，防止有污染物存在界面處，影響激光熔覆層與基體界面的質(zhì)量。并用著色探傷法進行檢驗，要求表面無氣孔、夾雜、裂紋等缺陷。
2）合金粉末的設(shè)計與配制。
選擇耐蝕、耐磨損性能好的鎳基合金粉末，其鎳基合金粉末的材料成分按重量百分比計的配比如下。
C：3.1%，Cr：9.2%，F(xiàn)e：3.4%；Si：0.51%， Mo：4.5%，B：0.98%，Mn：0.37%，W:31.2%；Ce：0.22； Ni：余量。
3）激光熔覆層的制備。
選用DL-HL-T5000型CO2氣體激光器，采用重力同步送粉的方式，將合金粉末直接送入熔池，對連鑄機出坯輥道表面進行激光熔覆,熔覆后的粉末厚度為1.0-1.5mm。
具體工藝參數(shù)如下：
激光功率P=3500W
光斑尺寸：2×4mm
掃描速度V=400mm/min
搭接率50%。
激光制造連鑄機出坯輥道的耐磨耐蝕性能與原型新品相比提高6倍以上，成本僅是新品的50％左右。
實施例2。
連鑄機出坯輥道材質(zhì)為45號鋼。
在連鑄機出坯輥道表面制備耐磨耐蝕涂層的方法，包括以下過程。
1）連鑄機出坯輥道表面預(yù)處理。
在室溫下對連鑄機出坯表面進行除銹、除油處理，并采用酒精對輥道表面進行清洗，防止有污染物存在界面處，影響激光熔覆層與基體界面的質(zhì)量。并用著色探傷法進行檢驗，要求表面無氣孔、夾雜、裂紋等缺陷。
2）合金粉末的設(shè)計與配制。
選擇耐蝕、耐磨損性能好的鎳基合金粉末，其鎳基合金粉末的材料成分按重量百分比計的配比如下。
C：3.1%，Cr：9.2%，F(xiàn)e：3.4%；Si：0.51%， Mo：4.5%，B：0.98%，Mn：0.37%，W:31.2%；Ce：0.22； Ni：余量。
3）激光熔覆層的制備。
選用DL-HL-T5000型CO2氣體激光器，采用重力同步送粉的方式，將合金粉末直接送入熔池，對連鑄機出坯輥道表面進行激光熔覆,熔覆后的粉末厚度為1.0-1.5mm。
具體工藝參數(shù)如下：
激光功率P=4000W
光斑尺寸：2×4mm
掃描速度V=450mm/min
搭接率50%。
激光制造連鑄機出坯輥道的耐磨耐蝕性能與原型新品相比提高6倍以上，成本僅是新品的50％左右。
實施例3。
連鑄機出坯輥道材質(zhì)為45號鋼。
在連鑄機出坯輥道表面制備耐磨耐蝕涂層的方法，包括以下過程。
1）連鑄機出坯輥道表面預(yù)處理。
在室溫下對連鑄機出坯表面進行除銹、除油處理，并采用酒精對輥道表面進行清洗，防止有污染物存在界面處，影響激光熔覆層與基體界面的質(zhì)量。并用著色探傷法進行檢驗，要求表面無氣孔、夾雜、裂紋等缺陷。
2）合金粉末的設(shè)計與配制。
選擇耐蝕、耐磨損性能好的鎳基合金粉末，其鎳基合金粉末的材料成分按重量百分比計的配比如下。
C：3.1%，Cr：9.2%，F(xiàn)e：3.4%；Si：0.51%， Mo：4.5%，B：0.98%，Mn：0.37%，W:31.2%；Ce：0.22； Ni：余量。
3）激光熔覆層的制備。
選用DL-HL-T5000型CO2氣體激光器，采用重力同步送粉的方式，將合金粉末直接送入熔池，對連鑄機出坯輥道表面進行激光熔覆,熔覆后的粉末厚度為1.0-1.5mm。
具體工藝參數(shù)如下：
激光功率P=4000W
光斑尺寸：2×4mm
掃描速度V=500mm/min
搭接率50 。
激光制造連鑄機出坯輥道的耐磨耐蝕性能與原型新品相比提高6倍以上，成本僅是新品的50％左右。