一种激光复合制造炉卷辊抗高温氧化功能层合金材料及工艺方法
阅读说明：本技术 一种激光复合制造炉卷辊抗高温氧化功能层合金材料及工艺方法 (High-temperature oxidation 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,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：Cr：18.0%～29.0%,Al：5.0%～10.0%,Y：0.1%～1.0%,Si：0.5%～1.0%,Ni：余量。本发明提供一种激光复合制造炉卷辊抗高温氧化功能层合金材料,该合金材料以镍基合金为基体,加入Al和Y元素,使合金表面形成一层致密的氧化膜,同时加入Cr元素保证耐腐蚀性,再加上采用激光熔覆的方法,可以细化组织,进而提升炉卷辊表面抗高温氧化结瘤能力。(The invention belongs to the technical field of surface treatment, relates to a laser cladding alloy functional layer material, and particularly relates to a high-temperature oxidation resistant functional layer alloy material for a laser composite manufacturing furnace roller and a process method. The high-temperature oxidation resistant functional layer alloy material for the laser composite manufacturing furnace roller comprises the following components in percentage by mass: cr: 18.0% -29.0%, Al: 5.0% -10.0%, Y: 0.1% -1.0%, Si: 0.5% -1.0%, Ni: and (4) the balance. The invention provides a high-temperature oxidation resistant functional layer alloy material for a laser composite manufacturing furnace roller, which takes a nickel-based alloy as a matrix, and is added with Al and Y elements to form a layer of compact oxide film on the surface of the alloy, and simultaneously added with Cr elements to ensure corrosion resistance.)
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，从而直接影响钢卷的表面质量，特别是造成卷板头尾的报废，降低成品率。因此，具有良好的高温抗氧化炉卷辊对提高产品质量，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，组织不致密，容易出现剥落现象，而且高温抗氧化能力差。喷涂方式修复辊面，虽然可以喷涂一些抗氧化能力强的材料，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。
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。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，提高抗氧化能力和抗粘附结瘤能力。更重要的是，激光复合制造炉卷辊高温抗氧化功能层可以满足高温长时间使用，降低辊面氧化结瘤，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功能层合金材料，该合金材料以镍基合金为基体，加入Al和Y元素，使合金表面形成一层致密的氧化膜，同时加入Cr元素保证耐腐蚀性，再加上采用激光熔覆的方法，可以细化组织，进而提升炉卷辊表面抗高温氧化结瘤能力。
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：Cr：18.0%~29.0%，Al：5.0%~10.0%，Y：0.1%~1.0%，Si：0.5%~1.0%，Ni：余量。
一种激光复合制造炉卷辊抗高温氧化功能层的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、采用预置Ni-Cr-Mo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Ni-Cr-Mo合金粉末的组分是：C：0.05%~0.2%，Cr：18.0%~25.0%，Mo：5.0%~10.0%，Al：0.1%~1.0%，Nb：3.0%~5.0%，Cu：0.1%~1.0%，Mn：0.1%~1.0%，Si：0.1%~1%，Fe：4.0%~6.0%，Ni：余量。
进一步地，所述步骤2中功能层合金粉末的组分是：Cr：18.0%~29.0%，Al：5.0%~10.0%，Y：0.1%~1.0%，Si：0.5%~1.0%，Ni余量。
与现有技术相比，本发明的有益效果为。
（1）功能层合金材料具有一定含量Al元素，使合金表面形成一层致密的氧化膜，可以提升高温下辊面高温抗氧化能力；一定含量的Y元素可以细化功能层晶粒，提升强度。
（2）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，避免剥落、降低裂纹等缺陷。
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：Cr：18.0%~29.0%，Al：5.0%~10.0%，Y：0.1%~1.0%，Si：0.5%~1.0%，Ni：余量。
一种激光复合制造炉卷辊抗高温氧化功能层的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、采用预置Ni-Cr-Mo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Ni-Cr-Mo合金粉末的组分是：C：0.05%~0.2%，Cr：18.0%~25.0%，Mo：5.0%~10.0%，Al：0.1%~1.0%，Nb：3.0%~5.0%，Cu：0.1%~1.0%，Mn：0.1%~1.0%，Si：0.1%~1%，Fe：4.0%~6.0%，Ni：余量。
进一步地，所述步骤2中功能层合金粉末的组分是：Cr：18.0%~29.0%，Al：5.0%~10.0%，Y：0.1%~1.0%，Si：0.5%~1.0%，Ni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：Cr：25.0%，Al：7.5%，Y：0.4%，Si：0.8%，Ni：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。
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：Cr：23.0%，Al：8.0%，Y：0.5%，Si：0.7%，Ni：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。
熔覆功能层后的炉卷辊冶金结合良好，硬度均匀。在上机使用后，经高温长时间使用，表面抗氧化性表现良好，无裂纹缺陷，降低了辊面结瘤几率，使板卷头尾的质量明显提高，降低废品率，使用效果是原方法修复辊面的3倍以上。