CN101519704B - 一种高炉风口激光熔覆钴基合金涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
一种高炉风口表面激光熔覆钴基高温合金层的方法；其包括如下步骤：1)高炉风口出风口表面预处理；2)出风口表面喷涂预沉积打底合金；3)高炉风口工件送入CO2激光器前的预热处理，4)CO2激光器采用逆向同步式或同轴式送粉方式，在经气体氩弧焊预沉积的高炉风口的出风口工作层多道次熔覆钴基合金粉末；并同时对激光熔覆处理区域进行同步的惰性气体保护；5)后续处理。本发明在不影响铜基体导热能力的前提下，涂层具有高硬度、耐磨损、耐高温氧化，与基体为牢固的冶金结合等性能特点，可显著延长高炉风口使用寿命，其制备成本低，可应用于报废高炉风口的局部修复等优点。
Description
技术领域
本发明属于高炉风口表面强化技术领域，具体涉及一种激光熔覆在高炉风口的出风口表面制备钴基合金涂层的方法。
背景技术
高炉风口在高炉冶炼送风所必需的设备中具有特殊地位，寿命长短直接影响到高炉能否保持顺行、获得高产和降低炼铁成本。其出风口的工作环境极为恶劣，它要承受高温热风的高速冲刷，高温焦块的撞击和冲蚀，以及在喷吹煤粉条件下煤粉的磨损。此外，由于高炉风口内冷却水温度很低，风口壁外表面要承受来自回旋区的2000℃左右的高温辐射和1000℃以上气流及渣铁的对流换热，导致风口壁承受很大的温度梯度以及有此而引起的热应力，常造成高炉风口过早报废。生产中为解决这一问题，围绕改进高炉风口结构和表面处理方法已形成以下专利：
1、采用改进高炉风口结构的方法。美国专利2007235910公开了一种螺旋腔组合式高炉风口，可以使冷却水在出风口内以一个方向流动。中国专利公开号2203977公开了一种均流双腔组合式高炉风口，解决了风口水流死角的问题。这些改进结构的高炉风口可以提高冷却水的冷却效率，一定程度上延长其使用寿命，但并不能带来出风口表面铜基体的耐磨性能提高，并且造成制备成本的增加。
2、采用表面涂层技术在高炉风口表面堆积耐磨耐热合金涂层。中国专利公开号1257134公开的一种热喷涂Cr3C2，CrB2增强NiCrAl，CoCrAl基金属陶瓷复合涂层技术，涂层具有较高的硬度和抗高温氧化性能。但是，该类技术制备的涂层与基体为机械结合，使用过程中在煤焦块的冲蚀下极易剥落，造成风口使用早期即出现局部的破坏，使用寿命不稳定。
3、采用风口表面渗合金元素的热处理技术。中国专利公开号1075339公开了一种在风口表面多元复合渗钴镍铝强化技术，中国专利公开号1864894公开了一种铜合金表面铸渗NiCrBSi合金粉末技术。以上技术虽然实现了合金强化层与基体的冶金结合，但多元共渗层具有硬度低，耐高温性能差，热疲劳性差等缺陷，并且所制备的渗层有一定的梯度，实际有效渗层较薄。
综上所述，已有的高炉风口改性技术，由于加工方法的限制，在使用性能方面仍难以满足实际使用的需要，生产中急需一种在不影响铜基体导热能力的前提下，可显著提高风口的表面耐磨性，且有效工作层与基体结合牢固，成本较低的方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高炉风口出风口表面激光熔覆钴基高温合金层的方法；在不影响铜基体导热能力的前提下，涂层具有高硬度、耐磨损、耐高温氧化，与基体为牢固的冶金结合等性能特点，可显著延长高炉风口使用寿命，并具有制备成本低，可应用于报废高炉风口的局部修复等优点。
为达到上述目的，本发明的技术方案是
一种高炉风口表面激光熔覆钴基高温合金层的方法；其包括如下步骤：
1)高炉风口出风口表面的预处理，清除出风口表面的锈蚀和油污，获得清洁的表面；
2)出风口表面预沉积打底合金，工作前先将经酸洗活化处理的出风口表面用丙酮、酒精清洗，然后进行电镀、气体氩弧堆焊或热喷涂预沉积，所述的打底合金为镍基高温合金，打底涂层厚度0.5～1mm；打底合金在基材与熔覆材料之间起过渡作用，能减小组织应力；
3)高炉风口工件送入CO2激光器前的预热处理，
4)高功率CO2激光器采用逆向同步式或同轴式送粉方式，在经气体氩弧焊预沉积的高炉风口的出风口工作层多道次熔覆钴基合金粉末；并同时对激光熔覆处理区域进行同步的惰性气体保护；
5)后续处理，降低组织应力。
进一步，步骤(1)所述的高炉风口表面预处理为铜基体出风口表面经酸洗除锈，再进行酸浸活化，活化时间1～1.5分钟。
步骤(2)所述的对打底合金表面处理，对电镀、气体氩弧堆焊或热喷涂预沉积的镍基打底层表面经抛光处理后用丙酮清洗，为后续的激光熔覆步骤提供清洁光滑的表面。
步骤(3)所述的工件预热处理温度为350～450℃，时间2～4小时，以降低基材与熔覆涂层之间的温度梯度。
步骤(4)所述的激光熔覆工艺参数：激光功率1-5kW，激光扫描速度100-500mm/min，激光光斑直径2-6mm，激光多道次搭接率20-60％；所述的惰性保护气体为氩气或氮气；激光熔覆能得到厚度可控的钴基合金涂层。
步骤(4)激光熔覆能得到钴基合金涂层厚度为1～3mm。
步骤(5)所述的后续处理为高炉风口表面经激光多道次熔覆钴基涂层后要缓慢冷却，在热处理炉中对样品进行去应力退火，退火温度350～450℃，去应力退火时间8～12小时，出炉后熔覆层表面进行打磨、抛光。
采用本发明具有以下优点和效果：
1、本发明在激光熔覆前、后对基材进行一定程度的预热以及后处理，可降低温度梯度，一定程度上抑制熔覆层的开裂。
2、本发明选用与铜基材成分相近的镍基自熔合金粉末作为打底层。一方面由于镍和铜的热膨胀系数和熔点十分相近，这样可以抑制激光熔覆过程中由于基材与熔覆材料热物性之间的差异导致产生的组织应力。另一方面，打底层为后期激光多道次熔覆钴基合金涂层提供了良好的“隔热”屏障作用。
3、使用高功率的CO2气体激光器，在高炉风口材料的表面制备厚度可控的钴基合金涂层，合金涂层与基体呈冶金结合，提高了涂层与基体的结合力，解决了堆焊、喷焊工艺涂层易脱落的问题。
4、激光熔覆钴基合金涂层与堆焊、喷焊涂层和渗合金层相比具有更优良的耐磨和抗高温氧化性能，且激光熔覆涂层组织具有更细小的晶粒组织，可进一步提高涂层的硬度，延长风口使用寿命。本发明工艺可用于高炉风口表面高性能强化也可用于报废风口局部的修复，节约了生产成本，能够在冶金行业产生较好的经济和社会效益。
具体实施方式
实施例1
本发明在高炉风口的出风口工作面激光熔覆Co50合金涂层，工艺包括如下步骤：
(1)高炉风口的出风口铜基体进行酸洗去锈，除净为止，再将出风口在室温下放到80g/l的H2SO4中浸泡1分钟，使其活化，使用气体氩弧焊在经活化处理的出风口表面预沉积镍基高温合金，打底合金涂层厚度为1.0mm，预沉积涂层表面再次经过抛光和丙酮清洗，实现待处理工件的表面平整、清洁；(2)Co50熔覆合金粉末粒度为58～104μm，经烘干待用；(3)激光熔覆工艺：将预处理好的高炉风口在350℃预热4小时后送入由TJ-HL-T 5000横流式CO2激光器、加工机床、数控设备组成的成套设备，激光器的功率调整为2.2kW，激光扫描速度为180mm/min，激光光斑直径为5mm，激光扫描道次搭接率为50％，同时该设备将已烘干的Co50合金粉末采用逆向同步式送粉方式熔覆在该高炉风口的出风口工作面上；(4)后续处理：将激光熔覆后的高炉风口置于热处理炉中进行350℃去应力退火12小时，随后出炉，表面打磨后即可满足使用要求。
实施例2
本发明在高炉风口的出风口工作面激光熔覆Co50合金涂层，工艺包括如下步骤：
(1)高炉风口的出风口铜基体进行酸洗去锈，除净为止，再将出风口在室温下放到80g/l的H2SO4中浸泡1.5分钟，使其活化，使用气体氩弧焊在经活化处理的出风口表面预沉积镍基高温合金，打底合金涂层厚度为0.8mm，预沉积涂层表面再次经过抛光和丙酮清洗，实现待处理工件的表面平整、清洁；(2)Co50熔覆合金粉末粒度为58～104μm，经烘干待用；(3)激光熔覆工艺：将预处理好的高炉风口在450℃预热2小时后送入由TJ-HL-T 5000横流式CO2激光器、加工机床、数控设备组成的成套设备，激光器的功率调整为2.8kW，激光扫描速度为280mm/min，激光光斑直径为4mm，激光扫描道次搭接率为30％，同时该设备将已烘干的Co50合金粉末采用逆向同步式送粉方式熔覆在该高炉风口的出风口工作面上；(4)后续处理：将激光熔覆后的高炉风口置于热处理炉中进行450℃去应力退火8小时，随后出炉，表面打磨后即可满足现现场使用要求。
Claims (6)
1.一种高炉风口表面激光熔覆钴基高温合金层的方法，其包括如下步骤：
1)高炉风口出风口表面的预处理，清除锈蚀和油污；
2)出风口表面预沉积打底合金，工作前先将经酸洗活化处理的出风口表面用丙酮或酒精清洗，然后进行电镀、气体氩弧堆焊或热喷涂预沉积，所述的打底合金为镍基高温合金，打底涂层厚度0.5～1mm；
3)高炉风口工件送入CO2激光器前的预热处理，
4)高功率CO2激光器采用逆向同步式或同轴式送粉方式，在经气体氩弧焊预沉积的高炉风口的出风口工作层多道次熔覆钴基合金粉末；并同时对激光熔覆处理区域进行同步的惰性气体保护；其中，激光熔覆工艺参数：激光功率1-5kW，激光扫描速度100-500mm/min，激光光斑直径2-6mm，激光多道次搭接率20-60％；所述的惰性保护气体为氩气或氮气；激光熔覆能得到厚度可控的钴基合金涂层；
5)后续处理。
2.如权利要求1所述的高炉风口表面激光熔覆钴基高温合金层的方法，其特征是，步骤(1)所述的高炉风口表面预处理为铜基体出风口表面经酸洗除锈，再进行酸浸活化，活化时间1～1.5分钟。
3.如权利要求1所述的高炉风口表面激光熔覆钴基高温合金层的方法，其特征是，步骤(2)对打底合金表面处理，对电镀、气体氩弧堆焊或热喷涂预沉积的镍基打底层表面经抛光处理后用丙酮清洗，为后续的激光熔覆步骤提供清洁光滑的表面。
4.如权利要求1所述的高炉风口表面激光熔覆钴基高温合金层的方法，其特征是，步骤(3)工件预热处理温度为350～450℃，时间2～4小时。
5.如权利要求1所述的高炉风口表面激光熔覆钴基高温合金层的方法，其特征是，步骤(4)激光熔覆能得到钴基合金涂层厚度为1～3mm。
6.如权利要求1所述的高炉风口表面激光熔覆钴基高温合金层的方法，其特征是，步骤(5)所述的后续处理为高炉风口表面经激光多道次熔覆钴基涂层后要缓慢冷却，在热处理炉中对样品进行去应力退火，退火温度350～450℃，去应力退火时间8～12小时，出炉后熔覆层表面进行打磨、抛光。
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2008
- 2008-02-26 CN CN2008100339195A patent/CN101519704B/zh active Active
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