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(lái)的停機(jī)、降產(chǎn)和設(shè)備維護(hù)，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(wú)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(guò)程中承受著高溫高壓的同時(shí)軋輥表面與高溫軋件表面有強(qiáng)烈的金屬流動(dòng)，導(dǎo)致軋輥表面溫升嚴(yán)重發(fā)生氧化腐蝕的同時(shí)伴有劇烈的磨損，同時(shí)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(dòng)的中性點(diǎn)，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(mǎn)足強(qiáng)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(shí)嚴(yán)重的浪費(fèi)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(guò)高能激光束在基體的表面熔覆一層熔覆層實(shí)現(xiàn)基體和熔覆層的冶金結(jié)合的同時(shí)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(lèi)、厚度和基體材質(zhì)的限制實(shí)現(xiàn)與基體無(wú)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(wú)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(jìn)的制造與再制造技術(shù)，近年來(lái)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(duì)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(shí)要具有高溫?zé)嵊捕群土己玫哪湍バ?。目前。市?chǎng)上不具有可直接用于進(jìn)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(mǎn)足軋輥強(qiáng)烈的冷熱交變，同時(shí)滿(mǎn)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(dòng)及粘著磨損，單一的提高硬度是無(wú)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(jìn)一步降低摩擦力實(shí)現(xiàn)高溫耐磨設(shè)計(jì)。軋輥的工況是與1000℃的紅熱鋼坯接觸，工作過(guò)程中鋼坯的表面會(huì)形成厚厚的氧化膜，同時(shí)軋輥的表面也會(huì)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(shí)具有足夠高溫強(qiáng)度的基體作為支撐即可提高軋輥的耐磨性。

技術(shù)實(shí)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(wèn)題，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)后，研發(fā)出一種滿(mǎn)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(guò)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(mǎn)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(diǎn)是該鈷基合金粉末的材料成分按重量百分比計(jì)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(diǎn)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(mǎn)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(mǎn)足軋制壓力下的強(qiáng)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(rùn)滑因子，起到減磨的設(shè)計(jì)需求，在高溫的粘著磨損的狀況下潤(rùn)滑因子的加入大大減低摩擦系數(shù)從根本減低摩擦力進(jìn)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(shí)鈷基體及大量的鉻的加入在軋制的熱工況下會(huì)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(shí)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(zhuān)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(shí)鈷基合金基體滿(mǎn)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(qiáng)，應(yīng)用于大中型型材生產(chǎn)中大大提高勞動(dòng)作業(yè)率、成才率和軋材質(zhì)量。同時(shí)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(bào)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(shì)：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(jì)，鈷基體上分布大量硬質(zhì)顆粒，高溫強(qiáng)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(mǎn)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(shí)施方式

實(shí)施例1。

用6KW光纖激光器，研發(fā)設(shè)計(jì)減磨抗熱鈷基合金粉末，對(duì)大中型型材軋輥進(jìn)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(xiàn)后的軋輥工作表面，將表面的裂紋采用車(chē)削加工的方式處理干凈，用丙酮進(jìn)行清洗去除油污；將減磨抗熱鈷基合金粉末進(jìn)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(jìn)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(xiàn)測(cè)試后，軋輥高溫穩(wěn)定性提高，高溫強(qiáng)度大大提高，與紅熱的鋼坯接觸時(shí)表面光潔度的保持能力增強(qiáng)，同時(shí)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(guò)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(shí)施例2。

用6KW光纖激光器，研發(fā)設(shè)計(jì)的減磨抗熱鈷基合金粉末，對(duì)大中型型材軋輥進(jìn)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(xiàn)后的軋輥工作表面，將表面的裂紋采用車(chē)削加工的方式處理干凈，用丙酮進(jìn)行清洗去除油污；將減磨抗熱鈷基合金粉末進(jìn)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(jìn)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(wú)損檢測(cè)復(fù)合軋輥的技束要求，經(jīng)上線(xiàn)測(cè)試后，軋輥的高溫穩(wěn)定性提高，高溫強(qiáng)度大大提高，與紅熱的鋼坯接觸時(shí)表面光潔度的保持能力增強(qiáng)，同時(shí)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(guò)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(guò)程中的人工干預(yù)。