利用合金粉末提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工方法与流程
1.本发明涉及激光熔覆加工领域，具体涉及一种利用合金粉末提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工方法。
背景技术：
2.钢厂硅钢生产线的连续退火炉输送辊常由cr28ni48w5的镍铬合金管材制造而成，在900-1100摄氏度的工况环境下，该管材常因磨损、变形、结瘤等问题进行下线修复或报废。该输送辊的的辊面壁厚仅为10-14mm，常用的修复方式为超音速喷涂或火焰喷涂，但是该修复方式存在问题点是涂层的致密性差以及涂层与基材结合力弱，会造成喷涂后的涂层结瘤问题会进一步加剧和涂层掉块现象。超音速喷涂或火焰喷涂修复后的工件在上线仅为15～30天左右就需要下线修复一次，平均修复8次以后，该输送辊就进入报废流程。所以钢铁行业内迫切需要一种热输出低、涂层致密、涂层与基材结合力强的增材制造方法来代替现有的喷涂技术，激光熔覆技术可以解决以上行业问题，激光熔覆技术利用了单位面积上能量密度高的特点，与传统堆焊相比其热输出小，与喷涂相比其涂层致密且与基材是冶金结合。
3.公布号为cn110747465a的中国专利公开了一种热轧退火炉炉底辊的激光制造方法，该方法使用的两种合金粉末均为高碳(0.8-2.0wt％)、高钨(7-15wt％)型的钴基合金粉末，熔覆层的硬度为35-45hrc，该粉末主要存在以下三点不足：第一是高碳和高钨组合的粉末在激光熔覆时抗裂效果差。该辊为管材制作而成，壁厚仅为10-14mm，在激光熔覆时辊面的温升很快(平均450℃/min)，同样，在熔覆结束后，温降又很迅速，巨大的变形收缩力将撕裂熔覆层且该发明中并未提到使用一些降低开裂风险的措施；第二是钴基合金熔覆层与镍铬合金基材的热膨胀系数有差异，在900-1100摄氏度的高温环境中，会加速输送辊的变形，导致硅钢片在连续退火是出现行业内所谓的“磕头”现象，影响产线的连续作业；第三是钴基合金的价格昂贵，每公斤的价格大约在500元左右，另一方面，以直径为150mm、长度为3.26m的连续退火炉输送辊为例，一根辊子的价格大概在4万人民币左右，在每根辊子的平均使用面积在1.22平方米，以平均熔覆厚度在3mm的情况下，单根辊子所使用的粉末成本就在1.34万元以上，其粉末成本就占新辊成本的三成以上，使得旧辊修复成本昂贵。
4.综上所述，现需一种使得激光熔覆层能与连续退火炉输送辊紧密结合且能适应连续退火炉使用工况，且具备出的高温红硬性和抗开裂性能的合金粉末解决上述问题。
技术实现要素：
5.为解决上述问题，本发明新型提出了一种用于提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工用的合金粉末，其特征在于：所述合金粉末的组成成分包括c：0.24-0.26wt％；cr：24.5-25.5wt％；co：29.8-30.2wt％；mn：0.2-0.30wt％；mo：2.9-3.1wt％；nb：0.21-0.23wt％；si：0.7-1.1wt％；o：≤0.015wt％；s:≤0.030wt％；p:≤0.030wt％；ni为余量。
6.进一步的，上述合金粉末在激光熔覆加工领域的用途，合金粉末用于在激光熔覆
加工时抑制连续退火炉输送辊熔覆层热裂纹和疲劳裂纹的产生。
7.进一步的，上述合金粉末在激光熔覆加工领域的用途，合金粉末用于在激光熔覆加工时提高连续退火炉输送辊熔覆层的高温红硬性。
8.进一步的，一种利用上述的合金粉末提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工方法，其特征在于：包括如下步骤:
9.s1、使用直接输出半导体激光器在连续退火炉输送辊表面进行激光熔覆；
10.s2、激光熔覆时使用加热带加热已经熔覆好的熔覆层，保持连续退火炉输送辊温度在恒定；
11.s3、激光熔覆结束后，立即将连续退火炉输送辊放置在电阻炉里面进行保温12小时，然后随炉冷却至230-250摄氏度，取出连续退火炉输送辊，立即再将连续退火炉输送辊放置在校直机上进行校正；
12.s4、将连续退火炉输送辊冷却至室温，将连续退火炉输送辊放置在车床之上，对冷却后的连续退火炉输送辊进行抛光。
13.进一步的，步骤s1直接输出半导体激光器光斑大小为2x6mm、功率为5800-6000w，单次单边熔覆厚度为1.4-1.6mm、线速度为30-32mm/s、搭接率为光斑长度的53-55％，共熔覆两次。
14.进一步的，步骤s2中连续退火炉输送辊温度为650-700摄氏度。
15.进一步的，步骤s3电阻炉内温度为640-660摄氏度。
16.进一步的，步骤s3校正后连续退火炉输送辊的整体变形量不超过0.3mm。
17.进一步的，步骤s4中抛光作业包括使用托架将连续退火炉输送辊固定在车床上，使用分段式砂轮抛光的方法对熔覆层进行加工抛光作业包括使用托架将连续退火炉输送辊固定在车床上，使用分段式砂轮抛光的方法对熔覆层进行加工。
18.进一步的，步骤s4连续退火炉输送辊固定间隔为0.5m，抛光后工件表面熔覆层厚度不小于1.0mm。
19.有益效果：
20.利用激光熔覆技术单位面积上能量密度高的特点，使金属涂层与输送辊面壁紧密结合，使用加热带对熔覆后的熔覆加热控制温度，减小激光熔覆时输送琨温度变化造成的输送琨外形变形，另一方面通过对产品进行校直机对输送琨进行校减少输送琨变形量，提高了输送琨修复品质。
21.合金粉末粉末选用与基材主元素相同的镍元素作为主合金元素，保证熔覆层与输送琨基材的热膨胀系数一致然后利用钴元素的耐热性能和ni、co两元素的促中强碳化物和金属间化合物析出强化的能力，配制了熔覆层中适量的m-c型碳化物和g相金属间化合物，该析出相不但抑制了热裂纹和疲劳裂纹的产生，还进一步提高了高温红硬性从而提高输送琨耐磨性能延长了输送琨使用寿命，相对现有的钴基合金粉末本发明的合金粉末成本低廉，节约了修复成本。
附图说明
22.图1为激光熔覆连续退火炉输送辊的示意图；
23.图2为连续退火炉输送辊在激光熔覆后的热处理示意图；
24.图3本发明提供的合金粉末在激光熔覆时的二元平衡相图。
25.附图标记说明如下：1、激光器-粉末系统；2、连续退火炉输送辊；3、加热带。
具体实施方式
26.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围
27.本发明合金粉末元素选择以及元素含量选择依据如下表1所示。
28.表1元素及元素含量选用原则
29.30.31.[0032][0033]
对本发明提供的合金粉末的总体设计思路做进一步的阐述：
[0034]
本发明合金粉末设计的思路共有两条：一是解决高温合金在激光熔覆加工时易开裂的问题，二是在此基础上增加熔覆层的红硬性。由此，特选用与基材主元素相同的镍元素作为主合金元素，然后利用钴元素的耐热性能和ni、co两元素的促中强碳化物和金属间化合物析出强化的能力，配制了熔覆层中适量的m-c型碳化物和g相金属间化合物，该析出相不但抑制了热裂纹和疲劳裂纹的产生，还进一步提高了高温红硬性。此外，两种类型的沉淀相对熔覆层使用寿命的促进作用远胜于单一的沉淀相。
[0035]
实施例一
[0036]
一种利用合金粉末提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工方法，其特殊之处在于，激光加工技术所用合金粉末的组成成分：c：0.24wt％；cr：24.5wt％；co：29.8wt％；mn：0.2wt％；mo：2.9wt％；nb：0.21wt％；si：0.7wt％；o：0.012wt％；s:0.025wt％；p:0.020wt％；ni为余量。
[0037]
上述合金粉末在连续退火炉输送辊激光加工形成熔覆层的方法步骤如下：
[0038]
s1选用光斑大小为2x6mm、功率为5800w的直接输出半导体激光器在退火炉连续输送琨表面进行激光熔覆，其中单次单边熔覆厚度为1.4mm、线速度为30mm/s、搭接率为光斑长度的53％，共熔覆两次；
[0039]
s2熔覆过程中使用加热带加热已经熔覆好的熔覆层，保证温度在650摄氏度；
[0040]
s3激光熔覆结束后，立即将退火炉连续输送琨放置在640摄氏度的电阻炉里面进行保温12小时，然后随炉冷却至230摄氏度，取出退火炉连续输送琨，立即再将退火炉连续输送琨放置在校直机上进行校正，使退火炉连续输送琨的整体变形量在0.25mm；
[0041]
s4待退火炉连续输送琨冷却至室温后，将退火炉连续输送琨放置在车床之上，以0.5米的固定间距距离将退火炉连续输送琨固定在托架之上，采用分段式砂轮抛光的方法对熔覆层进行加工，退火炉连续输送琨见光抛后，最终留在退火炉连续输送琨上的熔覆层
厚度为1.2mm；
[0042]
上述s1-s3步骤如图1和图2所示。
[0043]
实施例二
[0044]
一种利用合金粉末提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工方法，其特殊之处在于，激光加工技术所用合金粉末的组成成分：c：0.25wt％；cr：25.0wt％；co：30.0wt％；mn：0.25wt％；mo：3.0wt％；nb：0.22wt％；si：0.9wt％；o：0.014wt％；s:0.020wt％；p:0.027wt％；ni为余量。
[0045]
上述合金粉末在连续退火炉输送辊激光加工形成熔覆层的方法步骤如下：
[0046]
s1选用光斑大小为2x6mm、功率为5900w的直接输出半导体激光器在退火炉连续输送琨表面进行激光熔覆，其中，单次单边熔覆厚度为1.5mm、线速度为31mm/s、搭接率为光斑长度的54％，共熔覆两次；
[0047]
s2熔覆过程中使用加热带加热已经熔覆好的熔覆层，保证温度在675摄氏度之间；
[0048]
s3激光熔覆结束后，立即将退火炉连续输送琨放置在650摄氏度的电阻炉里面进行保温12小时，然后随炉冷却至240摄氏度，取出退火炉连续输送琨，立即再将退火炉连续输送琨放置在校直机上进行校正，使退火炉连续输送琨的整体变形量为0.27mm；
[0049]
s4待退火炉连续输送琨冷却至室温后，将退火炉连续输送琨放置在车床之上，以0.5米的固定间距距离将退火炉连续输送琨固定在托架之上，采用分段式砂轮抛光的方法对熔覆层进行加工，退火炉连续输送琨见光抛后，最终留在退火炉连续输送琨上的熔覆层厚度为不小于1.4mm。
[0050]
上述s1-s3步骤如图1和图2所示。
[0051]
实施例三
[0052]
一种利用合金粉末提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工方法，其特殊之处在于，激光加工技术所用合金粉末的组成成分：c：0.26wt％；cr：25.5wt％；co：30.2wt％；mn：0.3wt％；mo：3.1wt％；nb：0.23wt％；si：1.1wt％；o：0.014wt％；s:0.029wt％；p:0.024wt％；ni为余量。
[0053]
上述合金粉末在连续退火炉输送辊激光加工形成熔覆层的方法步骤如下：：
[0054]
s1选用光斑大小为2x6mm、功率为6000w的直接输出半导体激光器在退火炉连续输送琨表面进行激光熔覆，其中，单次单边熔覆厚度为1.6mm、线速度为32mm/s、搭接率为光斑长度的55％，共熔覆两次；
[0055]
s2熔覆过程中使用加热带加热已经熔覆好的熔覆层，保证温度在700摄氏度之间；
[0056]
s3激光熔覆结束后，立即将退火炉连续输送琨放置在660摄氏度的电阻炉里面进行保温12小时，然后随炉冷却至250摄氏度，取出退火炉连续输送琨，立即再将退火炉连续输送琨放置在校直机上进行校正，使退火炉连续输送琨的整体变形量为0.2mm；
[0057]
s4待退火炉连续输送琨冷却至室温后，将退火炉连续输送琨放置在车床之上，以0.5米的固定间距距离将退火炉连续输送琨固定在托架之上，采用分段式砂轮抛光的方法对熔覆层进行加工，退火炉连续输送琨见光抛后，最终留在退火炉连续输送琨上的熔覆层厚度为1.6mm。
[0058]
上述s1-s3步骤如图1和图2所示。
[0059]
在上述实施例一至三中，经过上述步骤后可在连续退火炉输送辊面上形成厚度不
小于1.0mm的熔覆层，熔覆层内cr元素含量24.5-25.5wt％。，使得熔覆层在温度为900-1100摄氏度的工况中，避免了熔覆层内cr元素含量低于24.5wt％造成输送琨熔覆层易起皮和结瘤，熔覆层内cr元素含量高于25.5wt％时熔覆层的开裂倾向过大的缺陷，熔覆层内mo元素含量2.9-3.1wt％，nb元素含量0.21-0.23wt％，避免了熔覆层内mo元素和nb元素分别低于2.9wt％和0.23wt％时，输送辊面单位面积上的结瘤数量增加1.43倍，当mo和nb元素的含量高于3.1wt％和2.3wt％时，熔覆层的脆性沉淀相(g相)析出量增多，沉淀相的类球形状向长条状发展，硬度波动大于5hrc，导致熔覆层的开裂倾向加剧的缺陷，熔覆层内c元素含量0.24-0.26wt％，避免了当熔覆层内c元素含量低于0.24wt％时，碳化物沉淀相不足，熔覆层开裂倾向大，当熔覆层内c元素含量高于0.26wt％时，熔覆层易生成结瘤的缺陷，熔覆层内co元素含量29.8-30.2wt％，避免了当熔覆层内co元素低于29.8wt％时，熔覆层晶界沉淀化物增多，晶间沉淀化物减少，高温红硬性不足，其宏观表现为熔覆层易磨损和产生疲劳裂纹；当熔覆层内co含量高于30.2wt％时，熔覆层在900～1100摄氏度时的热膨胀系数呈现指数级别地下降，与基材的热膨胀系数差异较大，导致熔覆层的开裂倾向增加的缺陷，熔覆层内mn元素含量0.2-0.30wt％，熔覆层内mn元素处于该含量区间既可促进杂质元素s的去除也可避免mn元素含量过高影响熔覆层抗高温氧化性，熔覆层内si元素含量0.7-1.1wt％，熔覆层内si元素含量处于该区间可避免si含量低于0.7wt％熔覆层易出气孔，si含量高于1.1wt％时熔覆层中的g相(ni-nb-si相)增多，熔覆层易开裂的缺陷，mn、si元可促进熔覆层中o元素s元素p元素等杂质元素的去除，熔熔覆层中ni元素可保证熔覆层与连续退火炉输送琨cr28ni48w5的镍铬合金材料属性相匹配，增加熔覆层与的结合强度，并且降低了成本
[0060]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
[0061]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
技术特征：
1.一种用于提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工用的合金粉末，其特征在于：所述合金粉末的组成成分包括c：0.24-0.26wt％；cr：24.5-25.5wt％；co：29.8-30.2wt％；mn：0.2-0.30wt％；mo：2.9-3.1wt％；nb：0.21-0.23wt％；si：0.7-1.1wt％；o：≤0.015wt％；s:≤0.030wt％；p:≤0.030wt％；ni为余量。2.根据权利要求1所述的合金粉末在激光熔覆加工领域的用途，其特征在于所述合金粉末用于激光熔覆加工时抑制连续退火炉输送辊熔覆层热裂纹和疲劳裂纹的产生。3.根据权利要求1所述的合金粉末在激光熔覆加工领域的用途，其特征在于所述合金粉末用于在激光熔覆加工时提高连续退火炉输送辊熔覆层的高温红硬性。4.一种利用权利要求1中所述的合金粉末提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工方法，其特征在于：包括如下步骤:s1、使用直接输出半导体激光器在连续退火炉输送辊表面进行激光熔覆；s2、激光熔覆时使用加热带加热已经熔覆好的熔覆层，保持连续退火炉输送辊温度在恒定；s3、激光熔覆结束后，立即将连续退火炉输送辊放置在电阻炉里面进行保温12小时，然后随炉冷却至230-250摄氏度，取出连续退火炉输送辊，立即再将连续退火炉输送辊放置在校直机上进行校正；s4、将连续退火炉输送辊冷却至室温，将连续退火炉输送辊放置在车床之上，对冷却后的连续退火炉输送辊进行抛光。5.根据权利要求4所述的一种利用合金粉末提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工方法，其特征在于：所述步骤s1直接输出半导体激光器光斑大小为2x6mm、功率为5800-6000w，单次单边熔覆厚度为1.4-1.6mm、线速度为30-32mm/s、搭接率为光斑长度的53-55％，共熔覆两次。6.权利要求4所述的一种利用合金粉末提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工方法，其特征在于：所述步骤s2中连续退火炉输送辊温度为650-700摄氏度。7.根据权利要求4所述的一种利用合金粉末提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工方法，其特征在于：所述步骤s3电阻炉内温度为640-660摄氏度。8.根据权利要求4所述的一种利用合金粉末提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工方法，其特征在于：所述步骤s3校正后连续退火炉输送辊的整体变形量不超过0.3mm。9.根据权利要求4所述的一种利用合金粉末提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工方法，其特征在于：所述步骤s4抛光作业包括使用托架将连续退火炉输送辊固定在车床上，使用分段式砂轮抛光的方法对熔覆层进行加工。10.根据权利要求9所述的一种利用合金粉末提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工方法，其特征在于：所述步骤s4连续退火炉输送辊固定间隔为0.5m，抛光后工件表面熔覆层厚度不小于1.0mm。
技术总结
本发明涉及一种利用合金粉末提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工方法，所述激光熔覆使用的合金粉末组成成分包括C：0.24-0.26wt％；Cr：24.5-25.5wt％；Co：29.8-30.2wt％；Mn：0.2-0.30wt％；Mo：2.9-3.1wt％；b：0.21-0.23wt％；Si：0.7-1.1wt％；O：≤0.015wt％；S:≤0.030wt％；P:≤0.030wt％；i为余量，本发明还公开了利用该合金粉末提高连续退火炉输送辊寿命的激光加工方法，在降低成本的同时，提高了激光覆层高温红硬性和抗开裂性能，延长了连续退火炉输送琨使用寿命。延长了连续退火炉输送琨使用寿命。延长了连续退火炉输送琨使用寿命。
