阅读说明：本技术 一种激光复合制造炉卷辊抗高温氧化、防压入结瘤功能层合金材料及工艺方法 (High-temperature oxidation-resistant and press-in nodule-resistant functional layer alloy material for laser composite manufacturing furnace roller and process method ) 是由 王晓佳 陈海涛 董思远 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明属于表面处理技术领域,特别是涉及一种激光复合制造炉卷辊抗高温氧化、防压入结瘤功能层合金材料及工艺方法。一种激光复合制造炉卷辊抗高温氧化、防压入结瘤功能层合金材料,该合金材料包括以下质量百分数的组分组成：C：1.5%～2.5%,Cr：20.0%～30.0%,Ta：5.0%～10.0%,Al：5.0%～10.0%,Y：0.5%～1.0%,Si：0.5%～1.0%,Co：余量。本发明提供一种激光复合制造炉卷辊抗高温氧化、防压入结瘤功能层合金材料,该合金材料以钴基合金为基体,加入Ta元素,增加C元素,形成硬度较高的碳化物,增加合金的高温红硬性,同时加入Al元素,形成高温氧化膜,再加入适量Si元素提升抗氧化能力,Y元素可以细化组织,Cr元素提升炉卷辊表面抗高温腐蚀能力。(The invention belongs to the technical field of surface treatment, and particularly relates to a high-temperature oxidation resistant and press-in nodule resistant functional layer alloy material for a laser composite manufacturing furnace roller and a process method. The high-temperature oxidation resistant and anti-pressing-in nodulation functional layer alloy material for the laser composite manufacturing furnace roller comprises the following components in percentage by mass: c: 1.5-2.5%, Cr: 20.0% -30.0%, Ta: 5.0% -10.0%, Al: 5.0% -10.0%, Y: 0.5% -1.0%, Si: 0.5% -1.0%, Co: and (4) the balance. The invention provides a high-temperature oxidation resistant and anti-pressing nodule functional layer alloy material for a laser composite manufacturing furnace roller, which takes a cobalt-based alloy as a matrix, adds Ta element, increases C element, forms carbide with higher hardness, increases the high-temperature red hardness of the alloy, simultaneously adds Al element, forms a high-temperature oxidation film, adds a proper amount of Si element to improve the oxidation resistance, adds Y element to refine the structure, and improves the high-temperature corrosion resistance of the surface of the furnace roller by Cr element.)

一种激光复合制造炉卷辊抗高温氧化、防压入结瘤功能层合 金材料及工艺方法

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，涉及一种激光熔覆合金功能层材料，特别是涉及一种激光复合制造炉卷辊抗高温氧化、防压入结瘤功能层合金材料及工艺方法。

背景技术

炉卷辊是轧制板卷时的关键部件，由于在高温下长时间与钢卷接触使用，辊面产生大量裂纹、氧化、结瘤、凹坑等缺陷，从而直接影响钢卷卷板头尾的的表面质量。因此，炉卷辊具有良好的高温红硬性、抗氧化性、防粘结性对提产品质量，降低废品率，发展钢板卷轧制技术有重要意义。

目前，下线需要修复的炉卷辊主要是通过堆焊方式修复，也有用喷涂方式修复的。然而，堆焊方式修复的辊面，应力裂纹明显，甚至裂纹闭合，出现剥落现象，而且高温抗氧化性和高温红硬性差，辊面出现大量氧化物和凹坑，在高温下与板卷作用，形成结瘤，影响卷板板面质量。喷涂方式修复辊面，虽然可以喷涂一些抗高温氧化和高温红硬性较高的材料，但是界面结合力弱，涂层薄，在高温和板卷接触里的作用下，涂层容易产生裂纹剥落，剥落后使用时刮擦卷板造成辊面结瘤和卷板凹坑、麻点。

激光熔覆技术是一种高效便捷的表面改性技术，具有以下优点：（1）熔覆层稀释率较低；（2）对基体材料的热影响较小；（3）熔覆层厚度可控；（4）界面结合力强；（5）组织细小、致密，性能优越。采用激光熔覆工艺熔覆功能层，不但能够具有较高的界面结合力，防止涂层剥落，还能够获得致密的组织结构，提高功能层性能，涂层较为纯净。更重要的是，激光复合制造炉卷辊抗高温氧化、防压入结瘤功能层可以满足炉卷辊高温长时间使用时的抗氧化能力和红硬性，防止辊面凹坑的产生，降低辊面结瘤几率，进而提高卷板头尾质量。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，经过反复研究和大量的实验，提供一种激光复合制造炉卷辊抗高温氧化、防压入结瘤功能层合金材料，该合金材料以钴基合金为基体，加入Ta元素，增加C元素，形成硬度较高的碳化物，增加合金的高温红硬性，同时加入Al元素，形成高温氧化膜，再加入适量Si元素提升抗氧化能力，Y元素可以细化组织，Cr元素提升炉卷辊表面抗高温腐蚀能力。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种激光复合制造炉卷辊抗高温氧化、防压入结瘤功能层合金材料，该合金材料包括以下质量百分数的组分组成：C：1.5%~2.5%，Cr：20.0%~30.0%，Ta：5.0%~10.0%，Al：5.0%~10.0%，Y：0.5%~1.0%，Si：0.5%~1.0%，Co：余量。

一种激光复合制造炉卷辊抗高温氧化、防压入结瘤功能层的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、采用预置Co-Cr-W合金粉末的方式在炉卷辊表面预置一层1.2-1.5mm厚的过渡层材料，选用光纤激光器进行扫描熔覆，然后进行加工保留过渡层厚度1.0-1.2mm。

步骤2、选用光纤激光器，采用预置粉末的方式，在过渡层上激光熔覆功能层合金粉末，熔覆工艺为：功率：2000-2500W，光斑：3.0mm，焦距280-350mm，扫描速度1000-1200mm/min，单层厚度0.6-0.8mm，搭接率40%-60%。

进一步地，所述步骤1中Co-Cr-W合金粉末的组分是：C：1.0%~2.0%，Cr：25.0%~30.0%，W：1.0%~5.0%，Mo：0.5%~1.5%，Al：0.1%~1.0%，Mn：0.1%~1.0%，Si：1.0%~1.5%，Fe：1.0%~5.0%，Ni：1.0%~5.0%，Co：余量。

进一步地，所述步骤2中功能层合金粉末的组分是：C：1.5%~2.5%，Cr：20.0%~30.0%，Ta：5.0%~10.0%，Al：5.0%~10.0%，Y：0.5%~1.0%，Si：0.5%~1.0%，Co：余量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为。

（1）加入Ta元素，增加C元素，形成硬度较高的碳化物，可以大大提高功能层合金的高温红硬性，阻止氧化物和杂质压入辊面。

（2）加入Al元素，形成耐高温氧化膜，可以大大提高功能层合金的抗高温氧化性能，一定含量的Y元素可以细化功能层晶粒，防止粘结，提升强度。

（3）Si元素的加入，在熔敷时可以起到脱氧造渣的作用，净化功能层，提高功能层抗氧化能力。

（4）采用激光熔覆的方式，可以形成与基体良好的冶金结合，细化组织，提高界面结合力，避免涂层剥落。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

一种激光复合制造炉卷辊抗高温氧化、防压入结瘤功能层合金材料，该合金材料包括以下质量百分数的组分组成：C：1.5%~2.5%，Cr：20.0%~30.0%，Ta：5.0%~10.0%，Al：5.0%~10.0%，Y：0.5%~1.0%，Si：0.5%~1.0%，Co：余量。

一种激光复合制造炉卷辊抗高温氧化、防压入结瘤功能层的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、采用预置Co-Cr-W合金粉末的方式在炉卷辊表面预置一层1.2-1.5mm厚的过渡层材料，选用光纤激光器进行扫描熔覆，然后进行加工保留过渡层厚度1.0-1.2mm。

步骤2、选用光纤激光器，采用预置粉末的方式，在过渡层上激光熔覆功能层合金粉末，熔覆工艺为：功率：2000-2500W，光斑：3.0mm，焦距280-350mm，扫描速度1000-1200mm/min，单层厚度0.6-0.8mm，搭接率40%-60%。

进一步地，所述步骤1中Co-Cr-W合金粉末的组分是：C：1.0%~2.0%，Cr：25.0%~30.0%，W：1.0%~5.0%，Mo：0.5%~1.5%，Al：0.1%~1.0%，Mn：0.1%~1.0%，Si：1.0%~1.5%，Fe：1.0%~5.0%，Ni：1.0%~5.0%，Co：余量。

进一步地，所述步骤2中功能层合金粉末的组分是：C：1.5%~2.5%，Cr：20.0%~30.0%，Ta：5.0%~10.0%，Al：5.0%~10.0%，Y：0.5%~1.0%，Si：0.5%~1.0%，Co：余量。

实施例1。

1.去除炉卷辊表面油污、氧化物、疲劳层、表面裂纹等影响熔覆质量的因素，用光纤激光器在指定位置熔覆一层过渡层合金材料，加工后保留厚度1.0mm。

2.用激光熔覆技术和预置粉末方式在过渡层上扫描熔覆功能层，功能层合金成份按质量百分比计：C：2.0%，Cr：24.0%，Ta：10.0%，Al：7.5%，Y：0.8%，Si：0.8%，Co：余量。熔覆厚度0.7mm。

3.对熔覆后的功能层进行加工，保留厚度0.5mm。

实施例2。

1.去除炉卷辊表面油污、氧化物、疲劳层、表面裂纹等影响熔覆质量的因素，用光纤激光器在指定位置熔覆一层过渡层合金材料，加工后保留厚度1.0mm。

2.用激光熔覆技术和预置粉末方式在过渡层上扫描熔覆功能层，功能层合金成份按质量百分比计：C：1.9%，Cr：25.0%，Ta：9.0%，Al：8.0%，Y：1.0%，Si：1.0%，Co：余量。熔覆厚度0.8mm。

3.对熔覆后的功能层进行加工，保留厚度0.6mm。

熔覆功能层后的炉卷辊辊面冶金结合良好，表面无裂纹缺陷，硬度高于原基材。在上线使用后，经高温长时间使用，表面抗氧化情况良好，辊面无凹坑，结瘤情况较原辊面大大降低，使板卷头尾的质量明显提高，使用效果是堆焊修复辊面的3倍以上，大大降低废品率。