本發(fā)明涉及一種冶金設(shè)備部件激光復(fù)合制造減磨抗熱層，特別涉及一種大中型型材軋輥激光復(fù)合制造能形成穩(wěn)定氧化膜的減磨抗熱鈷基合金粉末，屬于激光熔覆技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

軋輥是軋鋼生產(chǎn)中的主要消耗備件之一，如果考慮因軋輥消耗帶來的停機、降產(chǎn)和設(shè)備維護，軋輥消耗占生產(chǎn)成本的比重非常大。板材及中小型型材軋輥由于離心復(fù)合制造技術(shù)的成熟大大提高了使用壽命和產(chǎn)品質(zhì)量，完成了其更新?lián)Q代，但大中型型材軋輥輥徑大且由于孔型復(fù)雜斷面直徑落差大，軋輥整體壽命短且離心鑄造無法適用，導(dǎo)致大中型型材軋輥的輥耗非常高。大中型型材軋輥孔型復(fù)雜在工作過程中承受著高溫高壓的同時軋輥表面與高溫軋件表面有強烈的金屬流動，導(dǎo)致軋輥表面溫升嚴(yán)重發(fā)生氧化腐蝕的同時伴有劇烈的磨損，同時增加了軋輥表面冷熱交變的熱振幅。由于孔型復(fù)雜在軋輥表面必然存在金屬流動的中性點，即軋輥和軋材之間發(fā)生粘著磨損。最終導(dǎo)致大中型型材軋輥失效形式表現(xiàn)為整體出現(xiàn)熱疲勞裂紋，磨損不均勻局部（孔型的斜壁）磨損量大，且存在粘鋼和尺寸較大的褶皺，影響型材的斷面形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量。為滿足強度需求大中型型材軋輥輥身重，受孔型限制使用次數(shù)少，導(dǎo)致大中型型材軋輥有85%之上的質(zhì)量都未充分利用而變?yōu)閺U鐵，增加大中型型材生產(chǎn)成本的同時嚴(yán)重的浪費資源。如果制造整體高速鋼軋輥提高大中型型材軋輥的壽命，雖提高單次軋制量卻大大的提高生產(chǎn)成本。所以，目前大中型型材軋輥亟待一種新的技術(shù)革命，提高軋輥材質(zhì)的利用率并降低成本。

激光熔覆技術(shù)，是一種表面改性技術(shù)，通過高能激光束在基體的表面熔覆一層熔覆層實現(xiàn)基體和熔覆層的冶金結(jié)合的同時不影響基體的材質(zhì)。與堆焊、噴涂等復(fù)合工藝相比操作靈活，不受金屬材料種類、厚度和基體材質(zhì)的限制實現(xiàn)與基體無裂紋的冶金結(jié)合層，基體熱影響區(qū)小熔覆層的冶金質(zhì)量高，無20μm以上的氣孔和夾雜，遠(yuǎn)優(yōu)于目前軋輥常用的堆焊技術(shù)。

激光熔覆技術(shù)作為一種先進的制造與再制造技術(shù)，近年來得到了迅速推廣和廣泛應(yīng)用。但大中型型材軋輥工況復(fù)雜，對熔覆層的性能要求非常高，不僅要具有良好的抗熱疲勞性能同時要具有高溫?zé)嵊捕群土己玫哪湍バ?。目前。市場上不具有可直接用于進行激光熔覆制造大中型型材軋輥的合金粉末材料。因此，需研發(fā)一種用于大中型型材軋輥激光復(fù)合制造的合金材料，不僅要具有良好的抗疲勞性能滿足軋輥強烈的冷熱交變，同時滿足在高溫下的耐磨耐腐蝕性能。提高高溫耐磨性，尤其是克服高溫軋材在大中型型材軋輥表面的流動及粘著磨損，單一的提高硬度是無法達(dá)到預(yù)期效果的，需在熔覆層內(nèi)加入減磨因子，降低軋輥和軋材件的摩擦系數(shù)進一步降低摩擦力實現(xiàn)高溫耐磨設(shè)計。軋輥的工況是與1000℃的紅熱鋼坯接觸，工作過程中鋼坯的表面會形成厚厚的氧化膜，同時軋輥的表面也會形成一層氧化膜，軋輥表面的氧化膜的形成和脫落積累表現(xiàn)出軋輥的磨損。所以軋輥的表面的合金層如果可以形成穩(wěn)定的氧化膜，同時具有足夠高溫強度的基體作為支撐即可提高軋輥的耐磨性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，通過反復(fù)試驗后，研發(fā)出一種滿足大中型型材軋輥工況需求的減磨抗熱合金材料。該減磨抗熱合金材料能夠通過激光熔覆技術(shù)在大中型型材軋輥表面制造熔覆層并能形成穩(wěn)定氧化膜，從而滿足軋輥的高溫高壓的條件下的耐磨損性能需求。

本發(fā)明給出的技術(shù)方案是：一種大中型型材軋輥激光復(fù)合制造減磨抗熱鈷基合金粉末，其特點是該鈷基合金粉末的材料成分按重量百分比計為。

C：0.55-1.25%，Cr：20.00-27.00%，Si：1.00-1.30%，Ni：10.00-15.00%，

Mn：0.20-0.50%，W：5.50-11.50%，F(xiàn)e：1.00-1.50%，B：3.00-5.00%，

N：2.50-5.20%，余量為Co。

這種合金粉末的特點在于以鈷基合金為基體，利用鈷的高溫穩(wěn)定性和耐高溫腐蝕性能，滿足大中型型材軋輥工況的高溫穩(wěn)定性需求；提高碳含量和合金元素的含量獲得一定體積分?jǐn)?shù)的碳化物硬質(zhì)性滿足軋制壓力下的強度需求和一定的耐磨性需求；最重要的是加入六方氮化硼B(yǎng)N固體潤滑因子，起到減磨的設(shè)計需求，在高溫的粘著磨損的狀況下潤滑因子的加入大大減低摩擦系數(shù)從根本減低摩擦力進而起到減磨的作用大大提高熔覆層的耐磨性；鎳元素的大量加入也起到穩(wěn)定奧氏體鈷基的作用，保障熔覆層的穩(wěn)定性；碳化物和BN顆粒的存在也起到細(xì)化晶粒的作用提高熔覆層的韌性;同時鈷基體及大量的鉻的加入在軋制的熱工況下會在合金層的表面形成致密穩(wěn)定的氧化膜。

本發(fā)明給出的具有減磨、耐蝕、抗熱疲勞的激光熔覆用鈷基合金粉末，在實際的操作中采用6kw 光纖激光器，在大中型型材軋輥表面的激光熔覆工藝參數(shù)是：功率：2800-4000W，光斑直徑：3-4.6mm，掃描速度。500-1000mm/min，搭接率：45-65%，送粉速度：25-35g/min。

本發(fā)明減磨抗熱鈷基合金材料具有抗熱疲勞、抗高溫腐蝕、耐磨損的性能，專應(yīng)用于大中型型材軋輥。利用其減磨顆粒氮化硼B(yǎng)N的存在，在高溫下軋輥和軋材的接觸表面起到減磨的作用，從根本降低軋制力改善摩擦條件同時鈷基合金基體滿足抗熱需求，大幅度提高大中型型材軋輥的單次使用壽命，且軋輥磨損速率降低表面保持能力增強，應(yīng)用于大中型型材生產(chǎn)中大大提高勞動作業(yè)率、成才率和軋材質(zhì)量。同時激光復(fù)合制造技術(shù)可重復(fù)使用基體材質(zhì)，增加了軋輥整體材質(zhì)的利用率，大大提高了資源利用率，減少了報廢軋輥的能源損失。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是。

與現(xiàn)有的整體鑄鋼軋輥和熱裝高速鋼輥環(huán)相比，減磨抗熱鈷基合金熔覆層有三方面凸出優(yōu)勢：首先，鈷基合金和大量的鉻元素提高高溫耐蝕性和高溫穩(wěn)定性，提高抗疲勞性能和耐蝕性；其次，大量碳和鎢元素設(shè)計，鈷基體上分布大量硬質(zhì)顆粒，高溫強度遠(yuǎn)高于低合金鑄造鐵基材料；最后，氮化硼B(yǎng)N減磨因子的加入，從根本上降低摩擦系數(shù)改善摩擦副間的摩擦條件。滿足了大中型型材軋輥的高溫高壓的復(fù)雜工況磨損需求。

具體實施方式

實施例1。

用6KW光纖激光器，研發(fā)設(shè)計減磨抗熱鈷基合金粉末，對大中型型材軋輥進行激光熔覆。減磨抗熱鈷基合金材料的成分為，C：0.85%，Cr：23.00%，Si：1.10%，Ni：10.00%，Mn：0.25%，W：8.50%，F(xiàn)e：1.05%，B：3.00%， N：2.50%，余量為Co。首先清理下線后的軋輥工作表面，將表面的裂紋采用車削加工的方式處理干凈，用丙酮進行清洗去除油污；將減磨抗熱鈷基合金粉末進行200℃保溫2h的烘干處理。熔覆條件具備后采用熔覆工藝參數(shù)：功率3500W，掃描速度800mm/min，搭接率50%，同步送粉32g/min進行激光熔覆。激光熔覆制備的減磨抗熱鈷基合金大中型型材軋輥經(jīng)上線測試后，軋輥高溫穩(wěn)定性提高，高溫強度大大提高，與紅熱的鋼坯接觸時表面光潔度的保持能力增強，同時由于減磨氮化硼B(yǎng)N顆粒的存在改善了軋輥與鋼坯的摩擦條件，增加軋輥的高溫耐磨性和表面光潔度的保持能力。激光熔覆減磨抗熱鈷基合金復(fù)合制造大中型型材軋輥，耐磨性提高，過鋼量增加，提高生產(chǎn)效率和成品率，大大降低了軋輥輥耗。

實施例2。

用6KW光纖激光器，研發(fā)設(shè)計的減磨抗熱鈷基合金粉末，對大中型型材軋輥進行激光熔覆。減磨抗熱鈷基合金材料的成分為，C：1.10%，Cr：25.00%，Si：1.20%，Ni：11.00%，Mn：0.40%，W：10.00%，F(xiàn)e：1.20%，B：3.5%， N：3.85%，余量為Co。首先清理下線后的軋輥工作表面，將表面的裂紋采用車削加工的方式處理干凈，用丙酮進行清洗去除油污；將減磨抗熱鈷基合金粉末進行200℃保溫2h的烘干處理。熔覆條件具備后采用熔覆工藝參數(shù)：功率3000W，掃描速度700mm/min，搭接率55%，同步送粉30g/min進行激光熔覆。激光熔覆制備的減磨抗熱鈷基合金大中型型材軋輥，激光熔覆質(zhì)量良好，經(jīng)無損檢測復(fù)合軋輥的技束要求，經(jīng)上線測試后，軋輥的高溫穩(wěn)定性提高，高溫強度大大提高，與紅熱的鋼坯接觸時表面光潔度的保持能力增強，同時由于減磨顆粒氮化硼B(yǎng)N的存在改善了軋輥與鋼坯的摩擦條件，增加軋輥的高溫耐磨性和表面光潔度的保持能力。激光熔覆減磨抗熱鈷基合金復(fù)合制造大中型型材軋輥，與整體鑄造軋輥及堆焊軋輥相比耐磨性提高，過鋼量增加，提高了生產(chǎn)效率和成品率，大大降低了軋輥輥耗，減少軋制過程中的人工干預(yù)。