激光熔覆修复连铸结晶器足辊用金属粉末及其制备方法与流程

1.本发明涉及金属粉末及其制备领域，尤其是涉及一种激光熔覆修复连铸结晶器足辊用金属粉末及其制备方法。


背景技术：

2.激光熔覆是在激光作用下将合金粉末或金属陶瓷粉末与基体表面迅速加热融化，与基体材料形成冶金结合，从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等特性的一种表面强化方法。它可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面，对零件失效部位进行修复，能显著降低成本，节约贵重稀有金属材料。熔覆层与基材强度高，抗挤压耐磨性好，已成为新材料制备、金属零部件快速成型、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一。
3.连铸结晶器足辊，是安装在结晶器下方导引锭头进入，在凝固坯壳出结晶器后对铸坯提供支撑，以减少铸坯鼓肚和漏钢发生，也可减轻铸坯对结晶器铜板下口的磨损。连铸足辊工况环境恶劣，与高温铸坯接触的高温及摩擦，以及热水气冷却的腐蚀等，造成足辊磨损、腐蚀开裂及疲劳损伤等，长期以来一直存在足辊寿命短的问题，常常因足辊失效而提前下线，在线使用周期缩短，备件消耗高，维修工作量大。目前采用的修复工艺为堆焊，但面临着堆焊材料有限、堆焊工艺易导致足辊变形应力大等问题。
4.随着激光熔覆技术的日益成熟，激光熔覆技术在钢铁冶金领域得到不断发展和应用。目前，激光熔覆技术在钢铁冶金领域已获得成熟应用的如热轧线层冷辊、扁头套、轧机牌坊等。不断开发新的应用场景，研发新的粉末材料，采用激光熔覆工艺替代原来的堆焊等传统工艺，提高制件的耐磨、耐蚀、抗高温等性能，延长使用寿命，将为产线创造巨大的经济效益。
5.目前，金属粉末的主要制备方法是气雾化法，其基本原理是用高速气流将液态金属流破碎成小液滴并快速凝固成粉末的过程。由于气雾化法制备的粉末具有纯净度高、氧含量低、粉末粒度可控、生产成本低以及球形度高等优点，能够满足激光熔覆技术对于金属粉末性能的要求，已成为高性能及特种合金粉末制备技术的主要发展方向。存在的问题是与不同工况条件下新的应用场景匹配的粉末材料较少，同时存在制粉粉末收得率低、氧及其它杂质含量高等主要问题。


技术实现要素：

6.针对上述存在的问题和不足，本发明提供了一种激光熔覆修复连铸结晶器足辊用金属粉末及其制备方法。通过该方法制备的金属粉末激光熔覆加工后制件综合力学性能好，洛氏硬度35
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45hrc，具有良好的抗冲击性能和耐腐蚀性能。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种激光熔覆修复连铸结晶器足辊用金属粉末，其化学成分组成及其质量百分含量为：c 0.02%～0.05%、si 0.90%～1.20%、mn 0.20%～0.30%、b 0.60%～0.90%、cr 13.0%～15.0%、ni 4.0%～6.0%、mo 2.0%～3.0%，余量为fe和不可避免的杂质。
0.70%、cr 14.5%、ni 6.0%、mo 2.6%，余量为fe和不可避免的杂质进行感应加热熔炼，加热温度1700℃，原料完全熔化后，保温5分钟，得到液态合金熔体；（2）雾化制粉：将步骤（1）制备的液态合金熔体倒入中间漏包，中间漏包的温度为1200℃，经中间漏包底部的导流管自由向下流入气体雾化炉，气体雾化炉内的雾化气体为高纯氮气，雾化压力为4mpa，在高纯氮气流的冲击作用下，液态合金熔体粉碎成微细液滴，冷却、凝固后得到马氏体不锈钢粉末，粉末降落在雾化冷却塔底部，被气体带入粉末收集装置；（3）粉末筛分：将步骤（2）制得的马氏体不锈钢粉末进行筛分、分级，得到粒径为50um～150um的粉末；（4）真空脱气：将步骤（3）分级得到的马氏体不锈钢粉末在10pa真空度下进行真空脱气，并封装。
24.本实例制备得到的马氏体不锈钢粉末平均粒径80um，球形度0.92，流动性12.8s/50g，松装密度3.91g/cm3；进行激光熔覆过程中粉末流动性好，表面光洁，无裂纹，组织均匀，洛氏硬度36hrc，盐雾试验表明耐腐蚀性良好。
25.实施例2本实施例激光熔覆修复连铸结晶器足辊用金属粉末的化学成分组成及其质量百分含量为：c 0.04%、si 1.10%、mn 0.30%、b 0.90%、cr 13.0%、ni 4.2%、mo 3.0%，余量为fe和不可避免的杂质。
26.本实施例激光熔覆修复连铸结晶器足辊用金属粉末的制备方法如下：（1）熔炼工序，利用感应加热对以下合金成分配比c 0.04%、si 1.10%、mn 0.30%、b 0.90%、cr 13.0%、ni 4.2%、mo 3.0%，余量为fe和不可避免的杂质进行感应加热熔炼，加热温度为1650℃，原料完全熔化后，保温6分钟；（2）雾化制粉：将步骤（1）制备的液态合金熔体倒入中间漏包，中间漏包的温度为1150℃，经中间漏包底部的导流管自由向下流入气体雾化炉，气体雾化炉内的雾化气体为高纯氮气，雾化压力为5mpa，在高纯氮气流的冲击作用下，液态合金熔体粉碎成微细液滴，冷却、凝固后得到马氏体不锈钢粉末，粉末降落在雾化冷却塔底部，被气体带入粉末收集装置；（3）粉末筛分：将步骤（2）制得的马氏体不锈钢粉末进行筛分、分级，得到粒径为50um～150um的粉末；（4）真空脱气：将步骤（3）分级得到的马氏体不锈钢粉末在5pa真空度下进行真空脱气，并封装。
27.本实例制备得到的马氏体不锈钢粉末平均粒径86um，球形度0.91，流动性12.2s/50g，松装密度3.96g/cm3；进行激光熔覆过程中粉末流动性好，表面光洁，无裂纹，组织均匀，洛氏硬度42hrc，盐雾试验表明耐腐蚀性良好。
28.实施例3本实施例激光熔覆修复连铸结晶器足辊用金属粉末的化学成分组成及其质量百分含量为：c 0.05%、si 1.20%、mn 0.30%、b 0.62%、cr 15.0%、ni 6.0% 、mo 2.0%，余量为fe和不可避免的杂质。
29.本实施例激光熔覆修复连铸结晶器足辊用金属粉末的制备方法如下：
（1）熔炼工序：利用感应加热对以下合金成分配比c 0.05%、si 1.20%、mn 0.30%、b 0.62%、cr 15.0%、ni 6.0% 、mo 2.0%，余量为fe和不可避免的杂质进行感应加热熔炼，加热温度为1600℃，原料完全熔化后，保温10分钟，得到液态合金熔体；（2）雾化制粉：将步骤（1）制备的液态合金熔体倒入中间漏包，中间漏包的温度为1120℃，经中间漏包底部的导流管自由向下流入气体雾化炉，气体雾化炉内的雾化气体为高纯氮气，雾化压力为3mpa，在高纯氮气流的冲击作用下，液态合金熔体粉碎成微细液滴，冷却、凝固后得到马氏体不锈钢粉末，粉末降落在雾化冷却塔底部，被气体带入粉末收集装置；（3）粉末筛分：将步骤（2）制得的马氏体不锈钢粉末进行筛分、分级，得到粒径为50um～150um的粉末；（4）真空脱气：将步骤（3）分级得到的马氏体不锈钢粉末在2pa真空度下进行真空脱气，并封装。
30.本实例制备得到的马氏体不锈钢粉末平均粒径90um，球形度0.93，流动性12.0s/50g，松装密度3.93g/cm3；进行激光熔覆过程中粉末流动性好，表面光洁，无裂纹，组织均匀，洛氏硬度45hrc，盐雾试验表明耐腐蚀性良好。
31.实施例4本实施例激光熔覆修复连铸结晶器足辊用金属粉末的化学成分组成及其质量百分含量为：c 0.03%、si 1.0%、mn 0.25%、b 0.60%、cr 13.5%、ni 5.5% 、mo 2.7%，余量为fe和不可避免的杂质。
32.本实施例激光熔覆修复连铸结晶器足辊用金属粉末的制备方法如下：（1）熔炼工序：利用感应加热对以下合金成分配比c 0.03%、si 1.0%、mn 0.25%、b 0.60%、cr 13.5%、ni 5.5% 、mo 2.7%，余量为fe和不可避免的杂质进行感应加热熔炼，加热温度为1620℃，原料完全熔化后，保温8分钟，得到液态合金熔体；（2）雾化制粉：将步骤（1）制备的液态合金熔体倒入中间漏包，中间漏包的温度为1160℃，经中间漏包底部的导流管自由向下流入气体雾化炉，气体雾化炉内的雾化气体为高纯氮气，雾化压力为3mpa，在高纯氮气流的冲击作用下，液态合金熔体粉碎成微细液滴，冷却、凝固后得到马氏体不锈钢粉末，粉末降落在雾化冷却塔底部，被气体带入粉末收集装置；（3）粉末筛分：将步骤（2）制得的马氏体不锈钢粉末进行筛分、分级，得到粒径为50um～150um的粉末；（4）真空脱气：将步骤（3）分级得到的马氏体不锈钢粉末在4pa真空度下进行真空脱气，并封装。
33.本实例制备得到的马氏体不锈钢粉末平均粒径88um，球形度0.95，流动性 11.8s/50g，松装密度3.94g/cm3；进行激光熔覆过程中粉末流动性好，表面光洁，无裂纹，组织均匀，洛氏硬度39hrc，盐雾试验表明耐腐蚀性良好。
34.实施例5本实施例激光熔覆修复连铸结晶器足辊用金属粉末的化学成分组成及其质量百分含量为：c 0.04%、si 0.9%、mn 0.20%、b 0.78%、cr 14.8%、ni 4.6% 、mo 2.3%，余量为fe和不可避免的杂质。
35.本实施例激光熔覆修复连铸结晶器足辊用金属粉末的制备方法如下：（1）熔炼工序：利用感应加热对以下合金成分配比c 0.04%、si 0.9%、mn 0.20%、b 0.78%、cr 14.8%、ni 4.6% 、mo 2.3%，余量为fe和不可避免的杂质进行感应加热熔炼，加热温度为1660℃，原料完全熔化后，保温7分钟，得到液态合金熔体；（2）雾化制粉：将步骤（1）制备的液态合金熔体倒入中间漏包，中间漏包的温度为1180℃，经中间漏包底部的导流管自由向下流入气体雾化炉，气体雾化炉内的雾化气体为高纯氮气，雾化压力为4mpa，在高纯氮气流的冲击作用下，液态合金熔体粉碎成微细液滴，冷却、凝固后得到马氏体不锈钢粉末，粉末降落在雾化冷却塔底部，被气体带入粉末收集装置；（3）粉末筛分：将步骤（2）制得的马氏体不锈钢粉末进行筛分、分级，得到粒径为50um～150um的粉末；（4）真空脱气：将步骤（3）分级得到的马氏体不锈钢粉末在6pa真空度下进行真空脱气，并封装。
36.本实例制备得到的马氏体不锈钢粉末平均粒径84um，球形度0.93，流动性 13s/50g，松装密度3.93g/cm3；进行激光熔覆过程中粉末流动性好，表面光洁，无裂纹，组织均匀，洛氏硬度43hrc，盐雾试验表明耐腐蚀性良好。
37.实施例6本实施例激光熔覆修复连铸结晶器足辊用金属粉末的化学成分组成及其质量百分含量为：c 0.02%、si 1.1%、mn 0.22%、b 0.84%、cr 14.0%、ni 4.0% 、mo 2.8%，余量为fe和不可避免的杂质。
38.本实施例激光熔覆修复连铸结晶器足辊用金属粉末的制备方法如下：（1）熔炼工序：利用感应加热对以下合金成分配比c 0.02%、si 1.1%、mn 0.22%、b 0.84%、cr 14.0%、ni 4.0% 、mo 2.8%，余量为fe和不可避免的杂质进行感应加热熔炼，加热温度为1680℃，原料完全熔化后，保温9分钟，得到液态合金熔体；（2）雾化制粉：将步骤（1）制备的液态合金熔体倒入中间漏包，中间漏包的温度为1140℃，经中间漏包底部的导流管自由向下流入气体雾化炉，气体雾化炉内的雾化气体为高纯氮气，雾化压力为5mpa，在高纯氮气流的冲击作用下，液态合金熔体粉碎成微细液滴，冷却、凝固后得到马氏体不锈钢粉末，粉末降落在雾化冷却塔底部，被气体带入粉末收集装置；（3）粉末筛分：将步骤（2）制得的马氏体不锈钢粉末进行筛分、分级，得到粒径为50um～150um的粉末；（4）真空脱气：将步骤（3）分级得到的马氏体不锈钢粉末在8pa真空度下进行真空脱气，并封装。
39.本实例制备得到的马氏体不锈钢粉末平均粒径92um，球形度0.95，流动性 11s/50g，松装密度3.95g/cm3；进行激光熔覆过程中粉末流动性好，表面光洁，无裂纹，组织均匀，洛氏硬度35hrc，盐雾试验表明耐腐蚀性良好。