[发明专利]一种马氏体耐热铸钢缺陷的补焊粉末及补焊方法

说明书

本发明涉及一种马氏体耐热铸钢缺陷的补焊粉末及补焊方法；补焊粉末原料组成及百分含量是：C：0.005％～0.02％；Cr：12％～18％；Ni：1％～3％；Fe：余量。将激光熔覆粉末置放于激光熔覆的送粉筒内，通过同步送粉进行激光熔覆得到熔覆层。采用单道熔覆，激光功率为2.5KW，光斑直径：2～5mm，扫速度为250mm/min～400mm/min，离焦量30mm，保护气体：空气，送粉速度：1.1～1.4g/min，送粉气流量为10L/min；铁基合金粉末的价格低廉；降低了再生产的制造成本。补焊粉末与马氏体耐热钢主要成分相近，在激光热源的影响下达到紧密连接，保证了试样整体硬度的相对均匀性。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，涉及一种马氏体耐热铸钢缺陷的补焊粉末及补焊方法；特别是9Cr马氏体耐热铸钢缺陷的激光补焊方法，主要用于铸件铸造缺陷的修复。

背景技术

耐热钢的发展与能源、动力机械的进步有着密切的关系。随着能源与环境压力的进一步加剧，超超临界发电技术在火力发电、原子核能导电新技术开发中优势凸显。马氏体耐热钢因其具有良好的热物理性能和低廉的价格被广泛地应用于锅炉电站当中，各国专家对其不断的研发和改良。美国先后提出了“CCT”计划、“Combustion 2000”计划、“AST”计划和“Vision 21”等计划，并成功研发出了T23、T92等钢种。欧洲先后提出了一系列“COST”计划和“AD700”计划，并成功研发出了P91，P92等钢种，目标蒸汽参数值达到37.5MPa，700℃/720℃，将供电效率增长到52～55％。日本先后提出了“650℃”级别研究计划和“700℃新阳光”计划，并成功设计出了9Cr-3W-3Co、NF12和SAVE12等钢种。我国针对P91，P92等钢种进行了研究和改进，成功的研发出了G115钢等钢种。

全球各国不断精进工艺与参数，旨在获得更高的服役温度和工作条件。各国对耐热钢缸体的研究大都集中在铸件本体的热处理工艺方面，但对不可避免的耐热钢铸件的缺陷问题的报道可谓是少之又少。大型铸件质量的好坏直接决定了产品的最终质量，所以铸后缺陷修复就成为了制造工艺中及其关键的环节。

我国针对缺陷的措施大都属于预防手段。如针对气孔：提高浇注温度，加快浇注速度。针对裂纹问题：增大冷却速度，避免应力集中。对于铸造后较大缺陷，如气孔、砂包等较大裂纹的修复主要为热焊法，即采用与本体成分相近的耐热钢焊条进行补焊，这种方法需要焊前、焊后热处理。但对于显微探伤出的细小裂纹和其他微小缺陷，热焊法可以说是相对棘手的。而激光熔覆作为一种新兴的的改性技术，通过高能量密度的激光束将熔覆合金粉末与其基体表面熔化并快速凝固，最终使铸件与合金粉末形成良好的冶金结合，对缺陷进行良好的修复。与喷涂、电镀等修复手段相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。

激光熔覆合金粉末主要有镍基、钴基和铁基三大类。镍基粉末由于其合金硬度较低、韧性好、耐磨性好，服役温度区间更大，因此被广泛应用于军工设备、高温化学等领域。钴基合金粉末也有较好的耐蚀性、硬度、耐高温氧化性，在高温、高压的环境下也能保持其优异的性能。而铁基合金粉末主要以铁元素作为主要成分，然后根据需求加入其他合金元素，以获得更好的强硬度、韧性及耐高温氧化性等。

目前针对马氏体耐热铸钢缺陷应用的激光熔覆合金粉末主要为钴基或者镍基，但是其成本高于铁基原料的劣势使其成为了原料选择中的一大问题。而且相比较钴基和镍基合金粉末，铁基原料与马氏体耐热钢成分相近，可以达到很好的冶金结合。因此通过改进铁基合金粉末的成分，使其应用到修复马氏体耐热铸钢缺陷变得尤为重要。

发明内容

本发明目的是解决马氏体耐热铸钢在铸造过程中的缺陷行为。在考虑到成本、冶金结合、相容性等因素对马氏体耐热钢的影响后，采用铁基合金粉末作为熔覆材料。