一种激光制造应用于超级不锈钢管顶头的铁基合金材料制造技术

本发明专利技术属于国际专利分类表中的

【技术实现步骤摘要】
一种激光制造应用于超级不锈钢管顶头的铁基合金材料


[0001]本专利技术属于国际专利分类表中的
C23C24/10(2006.01)I

，具体涉及一种激光制造应用于超级不锈钢管顶头的铁基合金材料
。

技术介绍

[0002]穿孔顶头是热轧生产无缝钢管的主要部件之一
。
顶头服役环境往往伴随着
1200℃
以上的极高温度差，旋转推进过程中会受到极大的轴向和径向应力，这种高温及摩擦共同作用下致使顶头产生缺肉
、
塌鼻
、
疲劳开裂
、
剥落以及塑性流变等失效情况，严重影响顶头的使用寿命
。
基于上述原因，上海某公司研制一种钴基合金材料的穿孔顶头，这种钴基合金材料的顶头在轧制普通钢管时的使用寿命是
20CrNi3Mo
合金钢顶头的
2~3
倍，但
20CrNi3Mo
合金钢顶头无法轧制超级不锈钢管
。
目前国内外均采用钼合金顶头来轧制不锈钢管，钼合金顶头虽能满足使用需求，但造价昂贵
。
而这种钴基合金材料顶头虽热强性较高但因材料中含有大量
W
元素参与内膜氧化，导致氧化膜疏松，表面自润滑性能不足，表现为穿坯时出现氧化层剥落
、
粘钢现象，又因含有大量
C
元素与
Cr
元素，当
C
元素超过
0.8%
且越高时，材料的可塑性与韧性就会越差，而当
Cr
元素含量较高时材料的冲击韧度也会急剧下降，在冶炼过程中材料脆性风险提升，致使穿坯过程中出现开裂现象，故而在轧制超级不锈钢管时的寿命仅为十几根
。
因此，针对超级不锈钢管的生产，保证高生产效率和钢管质量即提高顶头的使用寿命的关键是提高顶头的热强性和自润滑性能
。
[0003]目前，为提高顶头的使用寿命，在普通合金钢穿孔顶头材料表面通过激光熔覆或喷涂的手段制备强化涂层已成为提高抗磨抗高温氧化的有效途径
。
根据中国专利技术专利 CN112077306A
公开的一种激光熔覆强化顶头的方法，即在穿孔顶头鼻头
、
锥部等主要工作区域表面选择性熔覆高性能合金层，其他区域基体材质不变，这种高性能涂层与基体交替结合的方式，虽然能在节约熔覆成本的同时提高顶头表面的耐磨性，但顶头穿坯工作过程中，会出现合金层与氧化层磨损不均匀的现象，导致穿孔时摩擦力加大，顶头表面的损耗加剧，尺寸缩减后失效
。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种激光制造应用于超级不锈钢管顶头的铁基合金材料
。
本专利技术将铁基合金材料进行激光熔覆制备涂层，进而获得具有高热强性的基体
、
自润滑性较好的致密性氧化表层，特别是具有穿坯过程中氧化层自补给功能的激光制造复合顶头
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案
。
[0006]一种激光制造应用于超级不锈钢管顶头的铁基合金材料，该合金粉末材料包括如下质量百分比组份：
Co
：
17.6~23.5%
，
Ni
：
6.4~8.3%
，
Mo
：
13.1~16.4%
，
Ti
：
0.15~0.23%
，
Al
：
0.06~0.13%
，
B
：
0.1~0.5%
，
Fe
：余量
。
[0007]进一步地，合金粉末粒度为
‑
80
‑
+325
目
。
[0008]进一步地，铁基合金粉末材料是通过真空氮气熔炼
、
真空氩气雾化
、
筛选等工序制备得到的
。
[0009]一种激光制造应用于超级不锈钢管顶头的铁基耐热耐磨材料的方法，适用于光纤激光器，应用粉末材料的熔覆工艺参数是：功率：
2250~3000W
，光斑直径：
2.8~4.2mm
，线速度：
12~18mm/s
，置粉厚度：
1.2~1.7mm。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下
。
[0011]本专利技术通过激光熔融的方式对具有高温红硬性性能的铁基合金粉末进行冶炼，从而实现了合金在具有较高的热强性的同时，具有良好的氧化性能，并且通过激光熔覆技术使其与底部基材形成致密的冶金结合层，满足激光熔覆新型合金材料在超级不锈钢管穿孔顶头的高温摩擦磨损情况下的使用要求
。
[0012]本专利技术保障钴基合金顶头自身良好热强性能的同时在其表面熔覆一层不含有
C、Cr、W
元素的铁基合金材料，该材料为保证与钴基合金顶头熔覆过渡中结合性较好，合金度需大于
40
％且应含有较高的
Co
元素，
Co
元素的加入不仅可以增加该材料与基材的融合性能，也可以提高材料的高温硬度
。
在无
Cr、W
元素加入时，需通过加入大量
Mo
元素来保证材料的红硬性
。
而在
Fe
基材料中加入
Ni
元素可以强化铁素体并细化珠光体，提高钢材的强度
、
提高钢材的抗疲劳性能以及减小对缺口的敏感度
。
加入具有较好脱氧效果的
Al、Ti
元素及可增加钢材淬透性的
B
元素
。
[0013]此前，钴基顶头的氧化工艺较为复杂
、
困难，且表面氧化层因
W
元素参加内膜氧化过程而导致大量气孔产生，影响顶头的自润滑性能
。
该铁基材料不仅易氧化，且完美的解决了
W
元素参与氧化对顶头自润滑性能产生影响的问题，降低氧化成本的同时也增强了氧化膜的致密度
。
提高了产品的使用寿命，进而有力地保障了产品的整体使用性能
。
附图说明
[0014]为了清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍
。
[0015]图1是实例1顶头与现有的
Co
基失效顶头对比图
。
[0016]图2是现有的
Co
基失效顶头金相分析截面图
。
[0017]图3是现有的
Co
基失效顶头
XRD
元素分析图谱
。
[0018]图4是实例1与实例2顶头的熔覆示意图
。
具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种激光制造应用于超级不锈钢管顶头的铁基合金材料，其特征在于，该合金粉末材料包括如下质量百分比组份：
Co
：
17.6~23.5%
，
Ni
：
6.4~8.3%
，
Mo
：
13.1~16.4%
，
Ti
：
0.15~0.23%
，
Al
：
0.06~0.13%
，
B
：
0.1~0.5%
，
Fe
：余量
。2.
一种激光制造应用于超级不锈钢管顶头的铁基合金材料，其特征在于，该合金粉末材料包括如下质量百分比组份：
Co
：
18.4%
，
Ni
：
7.1%
，
Mo
：
14.3%
，
Ti
：
0.15%
，
Al
：
0.1%
，
B
：
0.35%
，
Fe
：余量
。3.
一种激光制造应用于超级不锈钢管顶头的铁基合金材料，其特征在于，该合金粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙雪莹，陈海涛，董思远，李青荃，
申请(专利权)人：沈阳大陆激光工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：