[發明專利]一種馬氏體耐熱鑄鋼缺陷的補焊粉末及補焊方法

在審

• 申請號: 201811597519.7
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109554630A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 董治中;劉建宇;任楷;寧保群;王志奇
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: C22C38/40
• 分類號: C22C38/40;C23C24/10;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/22;C22C38/30;C22C38/24;C22C38/26;C22C38/32
• 代理公司: 天津一同創新知識產權代理事務所(普通合伙) 12231
• 代理人: 王麗

本發明涉及一種馬氏體耐熱鑄鋼缺陷的補焊粉末及補焊方法；補焊粉末原料組成及百分含量是：C：0.005％～0.02％；Cr：12％～18％；Ni：1％～3％；Fe：余量。將激光熔覆粉末置放于激光熔覆的送粉筒內，通過同步送粉進行激光熔覆得到熔覆層。采用單道熔覆，激光功率為2.5KW，光斑直徑：2～5mm，掃速度為250mm/min～400mm/min，離焦量30mm，保護氣體：空氣，送粉速度：1.1～1.4g/min，送粉氣流量為10L/min；鐵基合金粉末的價格低廉；降低了再生產的制造成本。補焊粉末與馬氏體耐熱鋼主要成分相近，在激光熱源的影響下達到緊密連接，保證了試樣整體硬度的相對均勻性。

技術領域

本發明屬于激光加工技術領域，涉及一種馬氏體耐熱鑄鋼缺陷的補焊粉末及補焊方法；特別是9Cr馬氏體耐熱鑄鋼缺陷的激光補焊方法，主要用于鑄件鑄造缺陷的修復。

背景技術

耐熱鋼的發展與能源、動力機械的進步有著密切的關系。隨著能源與環境壓力的進一步加劇，超超臨界發電技術在火力發電、原子核能導電新技術開發中優勢凸顯。馬氏體耐熱鋼因其具有良好的熱物理性能和低廉的價格被廣泛地應用于鍋爐電站當中，各國專家對其不斷的研發和改良。美國先后提出了“CCT”計劃、“Combustion 2000”計劃、“AST”計劃和“Vision 21”等計劃，并成功研發出了T23、T92等鋼種。歐洲先后提出了一系列“COST”計劃和“AD700”計劃，并成功研發出了P91，P92等鋼種，目標蒸汽參數值達到37.5MPa，700℃/720℃，將供電效率增長到52～55％。日本先后提出了“650℃”級別研究計劃和“700℃新陽光”計劃，并成功設計出了9Cr-3W-3Co、NF12和SAVE12等鋼種。我國針對P91，P92等鋼種進行了研究和改進，成功的研發出了G115鋼等鋼種。

全球各國不斷精進工藝與參數，旨在獲得更高的服役溫度和工作條件。各國對耐熱鋼缸體的研究大都集中在鑄件本體的熱處理工藝方面，但對不可避免的耐熱鋼鑄件的缺陷問題的報道可謂是少之又少。大型鑄件質量的好壞直接決定了產品的最終質量，所以鑄后缺陷修復就成為了制造工藝中及其關鍵的環節。

我國針對缺陷的措施大都屬于預防手段。如針對氣孔：提高澆注溫度，加快澆注速度。針對裂紋問題：增大冷卻速度，避免應力集中。對于鑄造后較大缺陷，如氣孔、砂包等較大裂紋的修復主要為熱焊法，即采用與本體成分相近的耐熱鋼焊條進行補焊，這種方法需要焊前、焊后熱處理。但對于顯微探傷出的細小裂紋和其他微小缺陷，熱焊法可以說是相對棘手的。而激光熔覆作為一種新興的的改性技術，通過高能量密度的激光束將熔覆合金粉末與其基體表面熔化并快速凝固，最終使鑄件與合金粉末形成良好的冶金結合，對缺陷進行良好的修復。與噴涂、電鍍等修復手段相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點，因此激光熔覆技術應用前景十分廣闊。

激光熔覆合金粉末主要有鎳基、鈷基和鐵基三大類。鎳基粉末由于其合金硬度較低、韌性好、耐磨性好，服役溫度區間更大，因此被廣泛應用于軍工設備、高溫化學等領域。鈷基合金粉末也有較好的耐蝕性、硬度、耐高溫氧化性，在高溫、高壓的環境下也能保持其優異的性能。而鐵基合金粉末主要以鐵元素作為主要成分，然后根據需求加入其他合金元素，以獲得更好的強硬度、韌性及耐高溫氧化性等。

目前針對馬氏體耐熱鑄鋼缺陷應用的激光熔覆合金粉末主要為鈷基或者鎳基，但是其成本高于鐵基原料的劣勢使其成為了原料選擇中的一大問題。而且相比較鈷基和鎳基合金粉末，鐵基原料與馬氏體耐熱鋼成分相近，可以達到很好的冶金結合。因此通過改進鐵基合金粉末的成分，使其應用到修復馬氏體耐熱鑄鋼缺陷變得尤為重要。

發明內容

本發明目的是解決馬氏體耐熱鑄鋼在鑄造過程中的缺陷行為。在考慮到成本、冶金結合、相容性等因素對馬氏體耐熱鋼的影響后，采用鐵基合金粉末作為熔覆材料。