CN104404186B - 一种风口强化功能梯度材料的制造方法 - Google Patents

一种风口强化功能梯度材料的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104404186B
CN104404186B CN201410683349.XA CN201410683349A CN104404186B CN 104404186 B CN104404186 B CN 104404186B CN 201410683349 A CN201410683349 A CN 201410683349A CN 104404186 B CN104404186 B CN 104404186B
Authority
CN
China
Prior art keywords
air port
fgm
strengthening layer
welding
transition zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201410683349.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN104404186A (zh
Inventor
陆隆文
赵思
胡坚
张海鸥
王桂兰
钟毅
董汉东
李向伟
陈畏林
张正东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology, Wuhan Iron and Steel Group Corp filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201410683349.XA priority Critical patent/CN104404186B/zh
Publication of CN104404186A publication Critical patent/CN104404186A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104404186B publication Critical patent/CN104404186B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/16—Tuyéres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3033—Ni as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3046—Co as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B23K9/042—Built-up welding on planar surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/002—Alloys based on nickel or cobalt with copper as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/07—Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

本发明涉及一种风口强化功能梯度材料的制造方法，先清理铜基体风口内壁和小端油污、灰尘，预热到500℃左右；在铜基体风口上堆焊Ni202过渡层；在过渡层上堆焊CoGrW强化层；对强化层进行喷砂毛化处理使表面平整，整个堆焊层厚3mm左右；为了防止CoGrW强化层在使用中应导热系数不同而出现裂纹，对CoGrW强化层预热后，再等离子喷涂厚0.5mm的ZrO2热障涂层。本发明堆焊有过渡层、强化层，等离子喷涂热障涂层，堆焊层可达到使用所需要的厚度和冶金结合强度，保证使用时不脱落，又能使铜基体风口工作时受热障涂层保护，减小强化层因热应力的开裂或脱落，硬度高、耐磨性好、成本低、生产效率高。使用寿命达到10个月。

Description

一种风口强化功能梯度材料的制造方法
技术领域
本发明涉及属于低合金高强度用钢板生产技术领域，主要涉及一种高炉风口强化的新型功能梯度材料的制造方法。
背景技术
风口是高炉冶炼生铁生产中一个关键备件,高炉风口工作环境严峻,它处在2000℃以上的高温炉缸内,承受高温区的辐射和对流热冲击,风口前端受到1500℃左右的液态渣铁和高速循环运动的炽热物料的冲刷,风口内通过900℃-1300℃的热风,同时在燃烧循环区又受到强烈的氧化作用和微量元素对风口的浸润,此外在喷吹煤粉条件下还受到煤粉的高速磨损,这些不利因素都加剧了风口破损。
风口恶劣的使用环境使其易损易耗，其失效形式根据实地考察和分析风口的主要失效形式分别为烧蚀、磨损、龟裂，这些导致冶炼成本增加、质量降低、需要停机更换风口导致高炉生产效率下降。因此对该部件尤其是在条件最为恶劣的炉膛侧内外表面的强化十分必要。
目前，国内外主要采用等离子热喷涂的方法，将粉或丝状的强化材料在高温高速的射流中融化，喷涂到风口炉膛侧的内外表面上形成强化涂层。然而，热喷涂方法虽然涂层成形较方便，但因其与基体一般只能形成机械结合，冷却过程中，因涂层与基体的热膨胀系数不同而会在两者的结合面上产生使两者分离的应力，而且随涂层厚度的增加，此应力将累积增加，最终会导致涂层与风口本体结合破坏而使两者分离，因此难以获得厚涂层。而若喷涂较薄涂层，因涂层较薄且孔隙难以避免，导致强度不足，难以承受高热煤粉的热冲刷而易损坏，不能满足实际工况的使用要求。
第二种是采用熔焊的方法。此方法可以获得熔焊厚层，且可与风口本体形成冶金结合，使两者在使用时不易分离。但是，因熔焊成形输入热量大，多层堆焊时的热量积累使风口易产生变形，风口尺寸较小而成形不方便，而且堆焊层导热性不好，易产生裂纹而剥落，使用效果不好，寿命低。
有的对高炉风口进行表面共渗合金元素强化,使表面形成铜合金渗层；在铜合金表面采用热喷涂法形成表面强化层。共渗合金元素包括Al、Si、Cu、Fe、W、稀土元素。热喷涂法包括等离子喷涂法、电弧喷涂法或火焰喷涂法。热喷涂材料为Al2O3或ZrO2、Al2O3+Ni、TiC+Ni或W+Co。
发明内容
本发明旨在降低原型钢种制造成本，并针对上述背景技术的现状，提供一种生产成本低、过程简单、易于控制；适于手弧焊、埋弧焊和气体保护焊焊接制造工艺，焊接后具有优异力学性能的风口强化功能梯度材料的制造方法。
本发明目的的实现方式为，一种风口强化功能梯度材料的制造方法，具体步骤如下：
(1)清理铜基体风口内壁和小端的油污、灰尘，并预热到500±50℃；
(2)在铜基体风口上堆焊一层镍铜合金Ni202作为功能梯度材料的过渡层，镍铜合金Ni202成分为C≤0.15，Mn≤4，Si≤1.5，Ni 62-69，Fe≤2.5，Ti≤1，Nb≤2.5，S≤0.015，P≤0.02，Al≤0.75，Cu余量；
(3)在步骤(2)的过渡层上再堆焊一层CoCrW作为功能梯度材料的强化层，钴铬钨(CoCrW)合金的基本成分是：Co:50％～58％,Cr:28％～30％,W:4％～6％,Ni:2％～4％，熔点为1470℃；
(4)对步骤(3)的强化层进行喷砂毛化处理，使强化层厚2±0.5mm，表面平整；
(5)将步骤(4)的强化层预热到300±50℃，在强化层上喷涂一层厚0.5mm的ZrO2热障涂层。
本发明以堆焊Ni202材料和CoCrW材料作为强化层，喷涂ZrO2作为热障涂层，既能使堆焊层达到使用所需要的厚度和冶金结合强度，保证使用时不脱落，又能使复合强化的铜基体风口工作时受到热障涂层的保护，减小强化层因热应力开裂或者脱落的趋势，同时成本不高、生产效率满足要求。可以大大的提高铜基体风口的使用寿命，使其寿命由现在的7个月提高到10个月。
本申请人采用堆焊和等离子喷涂强化复合方法与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)采用堆焊的方式焊强化层，强化层与过渡层结合为冶金结合，较常规强化方法的等离子喷涂强化层与基体的机械结合方式，强化层结合力远大于常规方法，保证铜基体风口在使用过程中强化层不剥落失效；
(2)采用过渡层+强化层+热障涂层的功能梯度材料设计，层与层之间熔合良好，即可以提高粘接强度又可以大大减小层间的残余应力和热应力；
(3)过渡层采用镍铜合金材料Ni202，可完成从纯铜到异种材料的过渡；
(4)强化层采用钴铬钨热稳定性较好，有很好的抗热腐蚀性能和耐磨性，在1000℃以上具有优异的抗热腐蚀性能；
(5)喷涂热障涂层可以效隔离铜基体风口管道中的热风和高炉内铁水的冲蚀，降低铜基体风口工作温度，而且喷涂热障涂层可以减缓堆焊层因导热性下降而产生裂纹的倾向；
(6)大大的提高铜基体风口的使用寿命，使其使用寿命由现在的7个月提高到10个月。
附图说明
图1为在铜基体上堆焊的Ni202过渡层焊道形貌图；
图2为过渡层Ni202焊道的横截面形貌图；
图3为过渡层Ni202纵截面图及润湿角形貌图；
图4为过渡层Ni202纵截面500倍的显微图。
具体实施方式
本发明采用堆焊+喷涂技术制备高炉铜基体风口强化层，可以大大提高铜基体风口的使用寿命。本申请人采用本发明前整铸高炉风口一年消耗量：10*12/3＝40(件)，采用后高炉风口一年消耗量:：10*12/8＝15(件)；年均消耗量降低近60％。
本发明的具体步骤如下：
先将铜基体风口强化面做净化处理，并预热到500±50℃。
在铜基体风口2上堆焊一层镍铜合金Ni202作为功能梯度材料的过渡层1，镍铜合金Ni202成分为C≤0.15，Mn≤4，Si≤1.5，Ni 62-69，Fe≤2.5，Ti≤1，Nb≤2.5，S≤0.015，P≤0.02，Al≤0.75，Cu余量。
镍铜合金材料Ni202(美国牌号为ERNiCu-7)，可与紫铜基体较好的熔合，是连接异种金属良好的过渡层材料，可完成从纯铜到异种材料的过渡。
堆焊镍铜合金Ni202采用MIG焊机，Ni202焊丝直径1.2mm，基值电流Ib＝100A，峰值电压Up＝32V，采用95％Ar+5％CO2混合气。镍铜合金Ni202过渡层1厚1.5-2.5mm，堆角左边为71.4°，右边为67.6°。
在铜基体风口上堆焊的Ni202过渡层焊道形貌图见图1；过渡层Ni202焊道的横截面形貌图见图2；过渡层Ni202纵截面图及润湿角形貌图见图3；过渡层Ni202纵截面的500倍显微图见图4。
对过渡层进行清洁处理，预热到300±50℃，然后在过渡层上再堆焊一层1.5-2.5mm厚的CoCrW作为功能梯度材料的强化层，缓冷到室温。钴铬钨(CoCrW)合金的基本成分是：Co:50％～58％,Cr:28％～30％,W:4％～6％,Ni:2％～4％，熔点为1470℃。
本发明将CoCrW作为强化层，提高了材料的耐腐蚀性和耐磨性。钴铬钨合金是司太利合金中的一种，其中最主要的碳化物是MC﹑M23C6和M6C，具有较高的硬度(HRC>50)，钴铬钨合金中碳化物的热稳定性较好，而且钴铬钨合金有很好的抗热腐蚀性能和耐磨性，在1000℃以上还显示出比其他高温下所具有的优异的抗热腐蚀性能。
对强化层进行喷砂毛化处理，使强化层厚2±0.5mm，表面平整。
将强化层预热到300±50℃，在强化层上利用GP-80等离子喷涂机喷涂一层厚0.5mm的ZrO2热障涂层。
本申请人对本发明的各层的硬度值作了测定，各层硬度均超过47HRC，各层硬度值见表1.
注：载荷50KG
从图1-图4的分析和硬度实验中可知，采用本发明制造的铜基体风口强化功能梯度材料硬度、耐磨性能、耐高温性能都得到了极大的提高，这将大大地提高铜基体风口的使用寿命，使其寿命由现在的7个月提高到10个月。
从图4的熔合线3可见，熔合线3清晰,未发现有气孔、裂纹等缺陷，Ni202过渡层与铜基体风口结合为冶金结合，结合强度较等离子喷涂涂层有较大提高。

Claims (4)

1.一种风口强化功能梯度材料的制造方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)清理铜基体风口内壁和小端的油污、灰尘，并预热到500±50℃；
(2)在铜基体风口上堆焊一层镍铜合金Ni202作为功能梯度材料的过渡层，镍铜合金Ni202成分为C≤0.15，Mn≤4，Si≤1.5，Ni 62-69，Fe≤2.5，Ti≤1，Nb≤2.5，S≤0.015，P≤0.02，Al≤0.75，Cu余量；
(3)在步骤(2)的过渡层上再堆焊一层CoCrW作为功能梯度材料的强化层，钴铬钨(CoCrW)合金的基本成分是：Co:50％～58％,Cr:28％～30％,W:4％～6％,Ni:2％～4％，熔点为1470℃；
(4)对步骤(3)的强化层进行喷砂毛化处理，使强化层厚2±0.5mm，表面平整；
(5)将步骤(4)的强化层预热到300±50℃，在强化层上喷涂一层厚0.5mm的ZrO2热障涂层。
2.根据权利要求1所述的一种风口强化功能梯度材料的制造方法，其特征在于堆焊镍铜合金Ni202采用MIG焊机，Ni202焊丝直径1.2mm，基值电流Ib＝100A，峰值电压Up＝32V，采用95％Ar+5％CO2混合气。
3.根据权利要求1所述的一种风口强化功能梯度材料的制造方法，其特征在于镍铜合金Ni202过渡层(1)厚1.5-2mm，堆角左边为71.4°，右边为67.6°。
4.根据权利要求1所述的一种风口强化功能梯度材料的制造方法，其特征在于对过渡层进行清洁处理，预热到300±50℃，然后在过渡层上再堆焊一层1.5-2.5mm厚的CoCrW作为功能梯度材料的强化层。
CN201410683349.XA 2014-11-24 2014-11-24 一种风口强化功能梯度材料的制造方法 Expired - Fee Related CN104404186B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410683349.XA CN104404186B (zh) 2014-11-24 2014-11-24 一种风口强化功能梯度材料的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410683349.XA CN104404186B (zh) 2014-11-24 2014-11-24 一种风口强化功能梯度材料的制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104404186A CN104404186A (zh) 2015-03-11
CN104404186B true CN104404186B (zh) 2016-08-24

Family

ID=52641849

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410683349.XA Expired - Fee Related CN104404186B (zh) 2014-11-24 2014-11-24 一种风口强化功能梯度材料的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104404186B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104745889A (zh) * 2015-04-23 2015-07-01 杜卫卫 钴铬钨合金及其制备方法
CN105171186A (zh) * 2015-07-31 2015-12-23 武汉船用机械有限责任公司 一种采用司太立特合金进行堆焊的焊接方法
CN107904547A (zh) * 2017-12-22 2018-04-13 西安西工大超晶科技发展有限责任公司 一种钛合金耐磨耐高温涂层的制备方法
CN110039253A (zh) * 2019-04-18 2019-07-23 大唐东北电力试验研究院有限公司 一种防止产生贯穿性裂纹的中速磨辊表面修复方法
CN114480764B (zh) * 2021-12-28 2023-02-28 上海大学 一种带有隔热涂层的高炉风口的制备方法和***

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2967436B2 (ja) * 1991-01-30 1999-10-25 株式会社戸畑製作所 高炉羽口
CN1451936A (zh) * 2003-03-19 2003-10-29 湖南百富瑞材料有限责任公司 一种冶金炉风口、渣口表面强化的方法
CN101492749B (zh) * 2008-01-24 2010-09-08 宝山钢铁股份有限公司 高炉风口表面复合涂层及其制备方法
CN101519704B (zh) * 2008-02-26 2010-10-13 宝山钢铁股份有限公司 一种高炉风口激光熔覆钴基合金涂层的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104404186A (zh) 2015-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104404186B (zh) 一种风口强化功能梯度材料的制造方法
CN105861882B (zh) 一种激光组合制造专用合金粉末及其在硬密封球阀中的应用
CN101109026A (zh) 一种高炉风口套表面耐磨抗热复合涂层的激光熔焊方法
CN101492749B (zh) 高炉风口表面复合涂层及其制备方法
CN101905391B (zh) 一种高强管线钢埋弧焊丝
CN103469142B (zh) 一种紫铜表面超音速火焰喷涂耐磨蚀合金的方法
CN105290703A (zh) 一种用埋弧堆焊和激光熔覆修复磨损热轧辊的方法
CN103233224B (zh) 一种激光熔覆制备高铬耐磨合金方法
CN102021558B (zh) 用于循环流化床锅炉水冷壁管激光熔覆涂层的合金粉末
CN105861974A (zh) 一种抗冲蚀及气蚀磨损复合涂层
CN102029482A (zh) 一种用于热锻压模具修复的气保护堆焊药芯焊丝
CN104791041A (zh) 一种汽车发动机气缸盖
CN102677046A (zh) 轧机牌坊激光熔覆专用复合合金材料
CN101532121B (zh) 一种金属表面电弧喷熔加工工艺
CN111676479B (zh) 耐磨铁基高速激光熔覆涂层材料及应用
CN111945156A (zh) 一种激光熔覆制备离心辊的方法
CN1263579C (zh) 一种无药皮耐热耐磨铸铁合金堆焊焊条及其制造方法
CN104988452A (zh) 一种轧机进口导卫用耐磨衬板的制备方法
CN106891107A (zh) 热轧无缝钢管用芯棒表面复合制备工艺方法
CN104785895B (zh) 一种轧机用活套辊的埋弧堆焊制造工艺
CN101020998A (zh) 一种在紫铜表面火焰喷涂耐热耐磨合金的方法
CN1804121A (zh) 利用镍基合金对稠油热采井口阀板阀座密封面喷焊方法
CN104690396A (zh) 高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺
CN106735972A (zh) 一种矿用链轮的修复方法
CN207793315U (zh) 一种高炉风口

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20171107

Address after: 430083, Hubei Wuhan Qingshan District Factory No. 2 Gate joint stock company organs

Co-patentee after: Huazhong University of Science and Technology

Patentee after: Wuhan iron and Steel Company Limited

Address before: 430081 A block 999, Youyi Avenue, Wuchang District, Hubei, Wuhan, 15

Co-patentee before: Huazhong University of Science and Technology

Patentee before: Wuhan Iron & Steel (Group) Corp.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160824

Termination date: 20201124