一種連鑄機結(jié)晶器銅板激光強化用梯度合金材料和方法
【專利摘要】一種連鑄機結(jié)晶器銅板激光強化用梯度合金材料和方法，在結(jié)晶器鉻鋯銅窄板工作面上，利用激光熔覆技術(shù)，先用鎳基合金材料與基材過渡，再在鎳基合金過渡層上熔覆特制的鈷基合金材料，使結(jié)晶器鉻鋯銅窄板工作表面形成新的耐高溫腐蝕和磨損的、具有超細(xì)化、高強韌性金相組織的梯度合金層。該鈷基合金是在一種司太立合金基礎(chǔ)上，通過添加Hf、B和Si元素，適當(dāng)降低合金熔點，形成適合于激光熔覆的新型鈷基合金材料。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：通過提高結(jié)晶器窄板工作表面高溫耐蝕耐磨性，實現(xiàn)失效結(jié)晶器激光修復(fù)與再制造，恢復(fù)和提高使用功能。有效解決了失效鉻鋯銅結(jié)晶器的修復(fù)難題，提高了鑄坯質(zhì)量，降低了噸鋼澆鑄成本。
【專利說明】一種連鑄機結(jié)晶器銅板激光強化用梯度合金材料和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種連鑄機結(jié)晶器銅板激光強化用梯度合金材料和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)晶器是連鑄機上的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量直接影響連鑄坯表面質(zhì)量、連鑄機作業(yè)率和連鑄坯成本。高效連鑄技術(shù)的發(fā)展對結(jié)晶器質(zhì)量提出了更高的要求，高強度、高耐磨性、耐腐蝕性和良好的導(dǎo)熱性成為衡量結(jié)晶器質(zhì)量的重要指標(biāo)。板坯結(jié)晶器在使用過程中主要存在邊緣磨損、寬面熱裂紋、窄面收縮、腐蝕等問題。國內(nèi)外使用的導(dǎo)熱性好的銅質(zhì)結(jié)晶器基材無法達(dá)到其使用要求，另外銅對大多數(shù)鋼種而言是一種有害元素，受鋼水沖刷進入鋼坯中的銅會使鑄坯表面產(chǎn)生星形裂紋，從而導(dǎo)致質(zhì)量缺陷。合適的結(jié)晶器用基材以及對基材進行必要的表面處理是連鑄生產(chǎn)必須具備的條件。
[0003]目前對結(jié)晶器材質(zhì)研究的重點是采用合適的表面處理技術(shù)，在結(jié)晶器表面通過電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂、激光熔覆一種或幾種材料，以獲得特殊功能表面，在保證其導(dǎo)熱性受鍍層影響不大的情況下，獲得與基體結(jié)合牢固、耐磨性好、抗熱腐蝕性強的各種涂層，以改善結(jié)晶器表面性能、延長使用壽命、提高連鑄坯質(zhì)量，從而達(dá)到澆鑄噸鋼價格下降的目的。
[0004]然而廣泛應(yīng)用的電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂等表面處理方法雖然能提高結(jié)晶器銅板的耐磨性，但由于制備的涂層與基體是機械結(jié)合，而不是冶金物理結(jié)合，在結(jié)晶器使用過程中常會由于冷熱疲勞，鍍層易于發(fā)生剝落起皮，引起結(jié)晶器銅板的報廢和連鑄停產(chǎn)；涂層存在著疏松、針孔、雜質(zhì)等缺陷，顯著影響涂層的耐高溫、抗磨損和沖刷性能，影響涂層的使用壽命；而且生產(chǎn)周期較長，生產(chǎn)成本高，直接影響鋼廠的生產(chǎn)成本和耗費，另外，電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂等技術(shù)存在排污排廢問題，容易引起環(huán)境污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

`[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種連鑄機結(jié)晶器銅板激光強化用梯度合金材料和方法，在結(jié)晶器鉻鋯銅窄板工作面上，利用激光熔覆技術(shù)，先用鎳基合金材料與基材過渡，再在鎳基合金過渡層上熔覆特制的鈷基合金材料，使結(jié)晶器鉻鋯銅窄板工作表面形成新的耐高溫腐蝕和磨損的、具有超細(xì)化、高強韌性金相組織的梯度合金層。該鈷基合金是在一種司太立合金基礎(chǔ)上，通過添加Hf、B和Si元素，適當(dāng)降低合金熔點，形成適合于激光熔覆的新型鈷基合金材料。通過提高結(jié)晶器窄板工作表面高溫耐蝕耐磨性，實現(xiàn)失效結(jié)晶器激光修復(fù)與再制造，恢復(fù)和提聞使用功能。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]—種連鑄機結(jié)晶器銅板激光強化用梯度合金材料，其特征在于，其各組成原料按重量百分比例配比如下:
[0008]C:0.8 ~1.5% ;
[0009]S1:1.0 ~2.4%;[0010]Mn:0.5 ~1.5% ；
[0011]Fe:1.2 ~3.0%;
[0012]Cr:26 ~34%;
[0013]N1:1.5 ~4.0%;
[0014]W:4.0 ~12.0%;
[0015]B:1.2 ~2.0%;
[0016]Hf:0.2 ~0.5% ;
[0017]Co:余量；
[0018]由上述成分組成鈷基合金粉末。
[0019]使用光纖激光器使連鑄機結(jié)晶器銅板強化的方法，其特征在于，具體操作步驟如下:
[0020]I)在結(jié)晶器鉻鋯銅窄板工作表面，先通過噴涂方式預(yù)置一層0.5mm~0.8_鎳基合金作為過渡層，經(jīng)過400~500°C預(yù)熱后使用光纖激光器進行激光重熔，再在過渡層上面激光熔覆鈷基合金粉末；
[0021]2)基材與復(fù)合 熔覆層采取保溫措施，使冷卻速度減慢；熔覆結(jié)束后整體進行溫度為350~450°C，時間為5~6小時的消除應(yīng)力回火處理。
[0022]所述的步驟I)鎳基和鈷基合金粉末總?cè)鄹埠穸?.5~1.8mm。
[0023]所述的鎳基合金為鎳鉻鑰鈮合金或哈氏合金粉末。
[0024]所述的光纖激光器為6000W光纖激光器。
[0025]所述的步驟I)激光熔覆工藝為:功率:4000~5500W ;光斑直徑:6.0~8.0mm ;焦距:340~400_ ;掃描速度:2400~3200mm/min ;預(yù)置粉厚度:0.5~1.0mm ;粒度:-100~+270目，搭接率:30~50%。
[0026]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0027]I)結(jié)晶器銅板激光強化用梯度合金材料，是先用鎳基合金材料與銅基材過渡，形成韌性良好、冶金結(jié)合牢固的過渡層，再在鎳基合金基礎(chǔ)上熔覆特制的鈷基合金材料，形成復(fù)合梯度功能材料。
[0028]2)結(jié)晶器銅板激光強化用梯度合金材料中的鈷基合金，是在傳統(tǒng)司太立鈷基合金基礎(chǔ)上，通過調(diào)整合金元素比例，適當(dāng)添加B、Si和Hf元素，有效降低了合金熔點，形成適合于大面積激光熔覆的新型鈷基合金材料。
[0029]3)結(jié)晶器銅板激光強化用梯度合金，在噴涂、預(yù)熱、保溫和后熱處理的條件下，順利實現(xiàn)梯度功能材料的激光熔覆，且形成的復(fù)合合金粉末熔覆層獲得了優(yōu)越的激光加工性能，并適合在結(jié)晶器鉻鋯銅基材上實現(xiàn)大面積良好激光加工操作。
[0030]4 )結(jié)晶器銅板激光強化用梯度合金形成的復(fù)合合金層，在具有較理想的高溫硬度(大于HRC45)和強度的同時，又降低了合金熔點和開裂傾向。從根本上解決并提高了表面新材料的抗裂性、成型性、表面平整性、工藝穩(wěn)定性和成分均勻性。
[0031]5)結(jié)晶器鉻鋯銅板經(jīng)激光熔覆梯度合金處理后，不僅恢復(fù)了失效結(jié)晶器的重新使用，而且提高了高溫抗氧化、耐腐蝕、耐磨損性能?？梢匀〈F(xiàn)行鍍鉻的方法，有效解決了失效鉻鋯銅結(jié)晶器的修復(fù)難題，提高了鑄坯質(zhì)量，降低了噸鋼澆鑄成本，減少了結(jié)晶器的更換次數(shù)，為冶金連鑄行業(yè)成功修復(fù)失效后的結(jié)晶器，提供了一種行之有效、經(jīng)濟適用的便捷方法和激光熔覆結(jié)晶器銅板專用的復(fù)合梯度功能合金粉末材料，應(yīng)用市場廣闊，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。
【具體實施方式】
[0032]下面對本發(fā)明的【具體實施方式】進一步說明:
[0033]一種連鑄機結(jié)晶器銅板激光強化用梯度合金材料，其各組成原料按重量百分比例配比如下:
[0034]C:0.8 ~1.5% ;
[0035]S1:1.0 ~2.4%;
[0036]Mn:0.5 ~1.5% ；
[0037]Fe:1.2 ~3.0%;
[0038]Cr: 26 ~34% ；
[0039]N1:1.5 ~4.0%;
[0040]W:4.0 ~12.0% ；
[0041]B:1.2 ~2.0%;
[0042]Hf:0.2 ~0. 5% ；
[0043]Co:余量；
[0044]由上述成分組成鈷基合金粉末。
[0045]使用光纖激光器使連鑄機結(jié)晶器銅板強化的方法，其特征在于，具體操作步驟如下:
[0046]I)在結(jié)晶器鉻鋯銅窄板工作表面，先通過噴涂方式預(yù)置一層0.5mm~0.8_鎳基合金作為過渡層，經(jīng)過400~500°C預(yù)熱后使用光纖激光器進行激光重熔，再在過渡層上面激光熔覆鈷基合金粉末；
[0047]2)基材與復(fù)合熔覆層采取保溫措施，使冷卻速度減慢；熔覆結(jié)束后整體進行溫度為350~450°C，時間為5~6小時的消除應(yīng)力回火處理。
[0048]鎳基和鈷基合金粉末重熔覆厚度1.5~1.8mm ;鎳基合金為鉻鎳鐵合金或哈氏合金粉末；光纖激光器為6000W光纖激光器。
[0049]激光熔覆工藝為:功率:4000~5500W ;光斑直徑:6.0~8.0mm ;焦距:340~400mm ;掃描速度:2400~3200mm/min ;預(yù)置粉厚度:0.5~1.0mm ;粒度:-100目~270目，搭接率:30~50%。
[0050]實施例1:
[0051]采用6千瓦光纖激光器結(jié)合合適的工藝參數(shù)，對某失效的連鑄機結(jié)晶器進行激光強化處理。
[0052]將預(yù)置的鎳基哈氏合金粉末熔覆形成打底過渡層，在預(yù)熱條件下再熔覆一層鈷基合金粉末材料，熔覆結(jié)束后立即整體360°C、6小時回火處理，在結(jié)晶器銅板表面形成梯度功能合金強化層。合金元素重量百分?jǐn)?shù)是:C:1.2% ；B:1.6% ；Si:1.8% ；Mn:0.8% ；Fe:2.2% ；Cr:31% ；Ni:3.2 ~% ；ff:5.4% ；Hf:0.4% ；Co:余量。
[0053]實施例2:
[0054]采用6千瓦光纖激光器結(jié)合合適的工藝參數(shù)，對某失效的連鑄機結(jié)晶器進行激光強化處理。
[0055]將噴涂預(yù)置的鎳鉻鑰鈮合金粉末經(jīng)過激光熔覆形成打底過渡層，在預(yù)熱條件下再熔覆一層鈷基合金粉末材料，熔覆結(jié)束后立即整體380°C、5.5小時回火處理，在結(jié)晶器銅板表面形成梯度功能合金強化層。合金元素重量百分?jǐn)?shù)是:C:1.0% ；B:1.5% ；Si:1.6% ；Mn:1.1% ；Fe:2.5% ；Cr:32% ；N1:3.6% ；ff:6.8% ；Hf:0.34% ；Co:余量。
[0056]實施例3:
[0057]采用6千瓦光纖激光器結(jié)合合適的工藝參數(shù)，對某失效的連鑄機結(jié)晶器進行激光強化處理。
[0058]將噴涂預(yù)置的鎳鉻鑰鈮合金粉末經(jīng)過激光熔覆形成打底過渡層，在預(yù)熱條件下再熔覆一層鈷基合金粉末材料，熔覆結(jié)束后立即整體400°C、5小時回火處理，在結(jié)晶器銅板表面形成梯度功能合金強化層。合金元素重量百分?jǐn)?shù)是:C:1.3% ；B:1.5% ；Si:1.6% ；Mn:1.2% ；Fe:2.8% ；Cr:32.8% ；N1:4.0% ；ff:5.8% ；Hf:0.28% ；Co:余量。
[0059]強化后的結(jié)晶器經(jīng)上連鑄機使用檢驗效果良好，高溫耐磨耐蝕性能大幅提高，結(jié)晶器使用壽命可提高1.2倍，延長了結(jié)晶器更換周期。
[0060]試驗表明，采用合適的激光強化處理參數(shù)，可以獲得厚度超過1.5mm的表面梯度強化層。其顯微組織由一定厚度的鎳基材料過渡層與鈷基材料強化層組成。過渡層與銅基材形成良好的冶金結(jié)合，強化層具有耐高溫強化相，使硬度值達(dá)到HRC45以上。在整個強化層中硬度基本保持一致，硬化層的硬度分布幾乎無梯度變化，這對提高結(jié)晶器銅板表面的耐磨損壽命十分重要。
[0061]冶金生產(chǎn)實踐證明，激光表面處理后的結(jié)晶器的過鋼量可翻倍提高，且結(jié)晶器表面磨損均勻，速度明顯減慢，強化效果十分明顯。這樣不僅大大降低了板坯連鑄成本，減少了停機修換結(jié)晶器時間，提高了連鑄機`的生產(chǎn)效率，而且降低了軋鋼工人的勞動強度。
【權(quán)利要求】
1.一種連鑄機結(jié)晶器銅板激光強化用梯度合金材料，其特征在于，其各組成原料按重量百分比例配比如下:
C:0.8 ~1.5% ；
S1:1.0 ~2.4% ；
Mn:0.5 ~1.5% ；
Fe:1.2 ~3.0% ；
Cr: 26 ~34% ；
N1:1.5 ~4.0% ；
W:4.0 ~12.0% ；
B:1.2 ~2.0% ；
Hf:0.2 ~0.5% ； Co:余量； 由上述成分組成鈷基合金粉末。
2.采用權(quán)利要求1所述的材料強化連鑄機結(jié)晶器銅板的方法，其特征在于，具體操作步驟如下: 1)在結(jié)晶器鉻鋯銅窄板工作表面，先通過噴涂方式預(yù)置一層0.5mm~0.8mm鎳基合金作為過渡層，經(jīng)過400~500°C預(yù)熱后使用光纖激光器進行激光重熔，再在過渡層上面激光熔覆鈷基合金粉末； 2)基材與復(fù)合熔覆層采取保溫措施，使冷卻速度減慢；熔覆結(jié)束后整體進行溫度為350~450°C，時間為5~6小時的消除應(yīng)力回火處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的強化連鑄機結(jié)晶器銅板的方法，其特征在于，所述的步驟I)鎳基和鈷基合金粉末總?cè)鄹埠穸?.5~1.8mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的強化連鑄機結(jié)晶器銅板的方法，其特征在于，所述的鎳基合金為鎳鉻鑰銀合金或哈氏合金粉末。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的強化連鑄機結(jié)晶器銅板的方法，其特征在于，所述的光纖激光器為6000W光纖激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強化連鑄機結(jié)晶器銅板的方法，其特征在于，所述的步驟I)激光熔覆工藝為:功率:4000~5500W ;光斑直徑:6.0~8.0mm ;焦距:340~400mm ;掃描速度:2400~3200mm/min ;預(yù)置粉厚度:0.5~1.0mm ;粒度:-100~+270目，搭接率:30~50%。
【文檔編號】C22C19/07GK103805813SQ201310657301
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】陳常義, 徐國建, 傅新皓, 馮明遠(yuǎn) 申請人:鞍山煜宸科技有限公司