一种合金粉末及其在提高带钢夹送辊服役寿命方面的应用制造技术

本发明专利技术属于金属材料表面修复领域，具体公开了一种合金粉末及其在提高带钢夹送辊服役寿命方面的应用，所述合金粉末按照质量百分数包括以下元素：C：0.085

【技术实现步骤摘要】
一种合金粉末及其在提高带钢夹送辊服役寿命方面的应用


[0001]本专利技术属于金属材料表面修复领域，具体公开了一种合金粉末及其在提高带钢夹送辊服役寿命方面的应用。

技术介绍

[0002]钢厂带钢生产线上的夹送辊一般由热作模具钢或42CrMo合金结构钢+堆焊的方式制造而成，该夹送辊在带钢生产线上主要起引导、夹送、夹轧的作用，其服役温度在500～700度之间，高转速下，有水冷却给夹送辊降温。夹送辊的服役环境比较恶劣，主要失效的方式有急冷急热导致的疲劳龟裂纹、带钢冲击及应力集中导致的脆化垂直裂纹、氧化磨损等等。夹送辊表面上的裂纹会反映在带钢产品上导致产品表面缺陷，而氧化磨损会引起带钢产品厚度一致性得不到保证。为保证带钢产品质量的稳定性，一般带钢厂会根据班次或过钢量来检查夹送辊的表面状态和运转情况，一旦有肉眼可见的裂纹、磨损减径等情况发生，会紧急下线夹送辊进行堆焊修复。
[0003]钢厂机修车间一般选用热强钢作为焊材，以明弧堆焊的方式对带钢夹送辊进行修复，此修复方式主要有以下四点不足：1)堆焊层有肉眼看不到的微裂纹和焊料的夹渣物。为提高堆焊层的高温强度，焊材多选用开裂倾向较大的中/高碳含量的热强钢。并且，为提高堆焊效率，机修车间多采用多层多道、大厚度的堆焊工艺，两者的复合作用就进一步加剧了热应力在堆焊层中的残留，从而导致裂纹的萌生。2)明弧焊的热输出大，带钢夹送辊两端内孔的缩钢量会超差，从而使带钢产品的厚度尺寸得不到保证。3)明弧焊的稀释率过大，必须使用多层多道焊才能保证盖面层合金成分的一致性，降低了作业效率和浪费焊材。4)明弧焊烟尘较大，对人体伤害和环境污染严重，不符合绿色制造的国家新政。
[0004]为解决上述行业痛点，有人率先提出使用熔覆效率高、热输出小、粉材纯净和绿色环保的激光熔覆技术对带钢夹送辊进行修复和强化，如图1所示。公布号为CN110241418A的中国专利公开了一种卷取机夹送辊及其激光熔覆方法，该方法使用的合金粉末均为高铬(15％～18wt％)、含镍(3.5～5.0wt％)型的马氏体不锈钢合金粉末，并添加与该合金粉末比重为1/9～1/3的碳化钨合金粉末来进一步强化熔覆层的耐磨和红硬性。该复合粉末对于在中温环境服役中夹送辊来说主要有以下不足：1)铬含量过高。依据美国工具钢标准A681提供的合金成分来看工具钢的铬含量在2.5～13.5wt％，过高的铬含量会促使熔覆层在该温度下快速地生成铁素体相、Laves相和G相等又脆又硬的金属间化合物，这导致熔覆层的持久强度、抗冲击性能下降，降低夹送辊的服役寿命。2)碳化钨的比列太高。碳化钨确实能提高工模具钢的热强性，但是该专利中碳化钨粉末的比列过高，该粉末复合到马氏体不锈钢粉末中后，整体平均碳含量在0.52～1.44wt％，平均钨含量高达9.60～31.68wt％，该复合粉末的成分远超热作模具钢的范畴，更像是低温环境下作业的冷作模具钢或高速钢，熔覆层太脆了，不适合急冷急热的工况环境。3)该复合粉末的平均碳含量和铬、钨含量都很高，熔覆材料的成本高昂并且熔覆时必须高温预热加缓慢冷却的工艺条件下才能制造出无缺陷的熔覆层，这种加工方式的效率和综合成本会居高不下，无市场竞争优势。又如，公布
号为CN109576603B的中国专利公开了一种激光熔覆修复精轧除磷箱夹送辊的功能层合金粉末及方法与流程。首先，在该专利中专利技术人明确强调了熔覆材料选用的是铬碳合金+碳化钛的复合合金粉末，加入碳化钛合金粉末的主要目的是为了熔覆层的高温耐磨性、耐蚀性和降低熔覆难度。其次，该专利的专利技术人又强调了加入2.0～5.0wt％的硅和3.0～6.0wt％硼是为了保护激光熔池中的碳化钛不被分解。最后，该专利专利技术人又补充道，加入5.0～10.0wt％的铬是为了提高粘结相的抗腐蚀能力和对硬质颗粒的把持能力，加入1.0～5.0wt％的镍是为提高熔覆层的抗氧化能力和韧性。该专利提供的工况环境与本专利技术提供的工况环境存在较大差异，据了解，精轧除磷箱夹送辊和带钢夹送辊虽然使用的温度都在中温，并且都有循环水冷却，但是精轧除磷箱夹送辊不像带钢夹送辊一样需要很高的抗中温冲击性能，该工况环境最关键的需求是高温耐磨性能，工况差异性就造就了两种粉末在合金设计上有着本质上的区别。此外，碳化钛合金粉末非常活泼，易与空气中的水气、氧、氮等元素形成钛的化合物，导致熔覆层气孔、夹渣的生成，该专利专利技术人即使加入了很高的硅、硼元素来除氧，但是碳化钛和硼、硅的含量实在是过高，夹渣的生成和开裂的风险极大，不适合大规模量化生产。比如，在实施例2中该专利专利技术人就提出使用15wt％碳化钛、1.1wt％的碳、5wt％的硅、10.0wt％的铬、5.0wt％的镍和6wt％的硼的合金组合，合金总量高达42.1wt％，非金属元素高达12wt％以上。所以，该合金粉末称之为陶瓷—金属复合多元合金更合适。利用这种合金粉末对于基材为钢铁材料进行激光熔覆时其结合力显然是大打折扣的，因为这种材料违背了材料学中最基本的“相似相溶”原理。该复合粉末更适合粉热等静压技术不适合激光熔覆技术。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术公开了一种合金粉末及其在提高带钢夹送辊服役寿命方面的应用。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种合金粉末，按照质量百分数包括以下元素：
[0008]C：0.085
‑
0.095wt％；N：0.025
‑
0.035wt％；Cr：6.0
‑
6.1wt％；Ni：0.8
‑
0.9wt％；Mn：0.95
‑
1.05wt％；Mo：1.2
‑
1.4wt％；W：2.5
‑
2.7wt％；V：0.53
‑
0.67wt％；B：1.7
‑
1.8wt％；Si：1.05
‑
1.15wt％；余量为Fe和微量杂质元素。
[0009]上述方案中的合金粉末配比的原理如下：
[0010]1)以硼元素作为主强化元素，打破传统的热作磨具钢以碳元素为主强化元素的先例。一部分硼元素固溶在奥氏体相内，提高了低温马氏体的硬度，一部分硼元素聚集在晶界，填补了晶界的空位，降低了晶界的表面能，强化晶界的同时细化了晶粒。此外，M
‑
B型硼化物颗粒沉淀析出在基体相上(M代指Fe、Cr、Mo、W、V、Mn等金属元素中的一种或几种，下同)，提高了熔覆层的中温持久强度和耐磨性。在本合金体系中，当硼元素的含量高于1.8wt％时，熔覆层易产生Laves等金属间化合物，该化合物硬度高达1100Hv，极大地降低了熔覆层的冲击韧性，当硼元素低于1.7wt％时，熔覆层的硬度低于技术要求中的50～55HRC的工况需求，根本原因是其高温红硬性不足
[0011]2)碳和氮作为沉淀强化相的辅助元素，在本合金体系中两元素的含量均在0.1wt％以下，其原因为硼元素含量较高的情况下，需要降低易引起熔覆层开裂的碳和氮元
素含量，其次为降低M3C、M23C6等在中温环境中易团聚长大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种合金粉末，其特征在于，按照质量百分数包括以下元素：C：0.085
‑
0.095wt％；N：0.025
‑
0.035wt％；Cr：6.0
‑
6.1wt％；Ni：0.8
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0.9wt％；Mn：0.95
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1.05wt％；Mo：1.2
‑
1.4wt％；W：2.5
‑
2.7wt％；V：0.53
‑
0.67wt％；B：1.7
‑
1.8wt％；Si：1.05
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1.15wt％；余量为Fe和微量杂质元素。2.根据权利要求1所述的一种合金粉末，其特征在于，所述杂质元素中，O：≤0.015wt％；S:≤0.030wt％；P:≤0.030wt％。3.如权利要求1
‑
2任一项所述的合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1配料：根据工况环境和技术要求设计合金粉末的成分，根据成分进行配料S2熔炼:将合金原材料(中间合金)加入到电阻坩埚炉中，加热至1520℃使其熔化后，进行除渣和排气操作；S3气雾化气冷：将夜状金属升温至1580℃，保温14分钟。然后将其倒入钢包内，待液状合金流动至钢包下方的导液管时，通过4.7Mpa的氮气压力喷枪将其打碎、雾化成固体粉末状；S4分级打包：待粉末冷却至室温后，采用分级筛粉器筛出80～300目的合金粉末，并进行分装、打包。4.如权利要求1
‑
2任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄圣坤，曹伟业，
申请(专利权)人：湖南瑞华新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：