本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种铁基高温合金粉末及其应用。
背景技术：
1、高温合金是一类能在600℃以上的高温以及一定应力作用下长时间工作的合金材料，其具有较高的高温强度、良好的抗高温氧化性能、良好的疲劳性能等综合性能。因此，广泛应用于航空、航天、石油、化工、舰船等领域。
2、按照基体元素分类，高温合金一般可分为铁基、镍基、钴基等。铁基高温合金的使用温度一般低于800℃，对于在更高温度下使用的耐热部件，则采用镍基、钴基或者难熔金属为基体的高温合金。然而，镍基、钴基或者难熔金属为基体的高温合金材料相对成本更高，往往只能应用于航空发动机、燃气轮机热端部件等高端产品。而一般的工业品虽然也有高温下使用的需求，但是碍于成本高昂，往往只能采用普通铁基高温合金材料。
3、因此，针对更高温度(1000℃)下使用的铁基高温合金材料，进行相关的研究开发具有极其重要的意义。
4、无缝钢管热轧穿孔过程中，穿孔机顶头承受着高温(1000℃)作用、复杂的轧制力和摩擦力作用，同时还承受冷热循环作用，极易产生塌鼻、掉肉、粘钢、龟裂等缺陷，使用寿命较低。尤其是在轧制高合金钢管时，一个穿孔机顶头只能轧制4-5支钢管，极大地降低了企业的生产效率，并且提升了生产成本。因此，需要根据穿孔机顶头工况，设计表面强化方案，以延长其使用寿命。目前，虽然有很多研究者进行了尝试，但据钢管厂反馈仍缺少一种合适的强化工艺，要么是使用寿命没有明显提升，要么是生产成本过高。
技术实现思路
1、本发明所要解决提供的问题是提供一种铁基高温合金粉末，它综合考虑耐高温、耐磨损、抗疲劳的性能需求及各化学元素之间的相互作用，使其能在1000℃下长时间使用。同时，本发明还提供了铁基高温合金粉末的应用。
2、本发明一种铁基高温合金粉末，其化学成分及质量百分比为：0.4～0.6％c、18.0～20.0％cr、14.0～16.0％ni、10.5～12.0％mo、10.5～12.0％nb、0.5～1.0％si、1.5～2.0％s；余量为fe及不可避免的杂质。
3、进一步地，fe元素质量百分比≥39.0％；mo元素和nb元素质量百分比比值为1:1；，ni元素与(mo+nb)元素质量百分比比值为1:1.5。
4、进一步地，铁基高温合金粉末粒径范围为75～180μm。
5、本发明铁基高温合金粉末材料的原理及效果如下：
6、一、铁基高温合金粉末中加入18.0-20.0％cr元素，主要是提高其高温抗氧化性能。铁基高温合金的抗氧化性能随着cr元素含量的提高而提高。经过大量试验发现当cr元素含量达到18.0-20.0％时，该合金可在1000℃下形成稳定的氧化膜而不至于起皮。另外，cr元素的加入也可以形成固溶强化，从而提高合金的强度。
7、二、铁基高温合金粉末中加入14.0～16.0％ni元素，一方面可以保证合金具有良好的室温及高温塑性，从而确保在激光熔覆时不会出现开裂的情况；另一方面也可以提升高温下γ'相结构的稳定性，从而提升其高温强度。经过大量试验研究发现，只有当ni元素含量达到14.0％以上时，其强化效果才能达到最佳状态。
8、三、铁基高温合金粉末中加入10.5～12.0％mo元素和10.5～12.0％nb元素，主要是为了提升其高温强度及高温下的耐磨损。mo元素和nb元素的加入，除了起到固溶强化的作用，还可以形成金属间化合物，形成沉淀强化。而且mo元素和nb元素本身具有较高的熔点，与合金中其他元素形成的金属间化合物具有较高的高温强度。另外，nb元素的加入也会细化晶粒，在提高强度的同时也提高合金塑性。nb元素也会与c元素形成碳化物，从而提升合金的耐磨损性能。此外，经过大量试验研究发现当mo元素和nb元素的比例为1:1时，可以实现最佳的强化效果。
9、四、铁基高温合金粉末要获得良好的耐冷热疲劳性能，就需要获得塑性和强度的最佳匹配，基于此，铁基高温合金粉末中ni元素和(mo+nb)元素质量百分比的比值为1:1.5时，可确保合金在具有良好的高温强度同时也具有较好的抗冷热疲劳性能。
10、五、铁基高温合金粉末中含有0.5～1.0％si元素，主要是起到脱氧、造渣的作用，也是从激光熔覆的成形性角度去考虑，并且硅的加入也可以提高合金的硬度和抗氧化性能。
11、六、铁基高温合金粉末中1.5～2.0％s元素的加入，与传统意义上s元素作为杂质元素截然相反，这里主要是为了与mo元素在高温下原位反应生成mos2润滑相。二硫化钼具有极好的润滑性能，合金中添加一定量的二硫化钼可以显著改善其磨损性能。因此，加入1.5～2.0％s元素，从而提升所述铁基高温合金在高温下的耐磨损性能。
12、七、铁基高温合金粉末要求铁元素含量不低于39.0％，主要是从降低成本的角度考虑。此外，只有当基体元素达到一定含量之后，才能充分发挥其他合金元素固溶强化的作用。因此，所述铁基高温合金粉末中的fe元素质量百分比≥39.0％。
13、总之，本发明铁基高温合金粉末的化学成分设计是综合考虑耐高温、耐磨损、抗疲劳的性能需求，并且考虑到各化学元素之间的相互作用，经过大量试验研究论证而得到的最佳组合。
14、另外，本发明铁基高温合金粉末粒径范围为75～180μm，是考虑到激光熔覆时进行450-500℃预热及保温处理，即热输入相对较高，相应的粉末粒径也可以偏粗一些。
15、本发明提供了所述铁基高温合金粉末的应用，将所述粉末激光熔覆在零件表面形成涂层。
16、进一步地，厚度为1.0-2.0mm。
17、进一步地，激光熔覆时采用同步感应加热设备预热及保温，维持工件表面温度为450～500℃。
18、进一步地，室温硬度为55～60hrc，1000℃时硬度为250-300hv，1000℃时抗拉强度＞250mpa。
19、进一步地，1000℃时摩擦系数＜0.2。
20、进一步地，经过600℃/4h去应力退火后，1000℃热震循环不开裂次数>20。
21、进一步地，铁基高温合金粉末的应用，用于无缝钢管穿孔机顶头的表面强化。
22、本发明铁基高温合金粉末应用为采用激光熔覆的方法在零件表面制备涂层：激光熔覆具有热输入小、稀释率低、残余应力及变形小、与基体形成致密冶金结合、形成的微观组织更加细密等优点。
23、本发明铁基高温合金粉末涂层的特点是：
24、1)铁基高温合金涂层的厚度为1.0-2.0mm：若厚度低于1.0mm，则有可能由于涂层较薄，而导致涂层过早的失效：若厚度大于2.0mm时，则会造成成本的提高，也会增加激光熔覆工艺实现的难度。
25、2)涂层制备采用同步感应加热设备预热和保温，且温度维持在450-500℃，这是经过大量试验得到的一个最优温度：当温度低于450℃时，激光熔覆易产生裂纹；当温度高于500℃时，热输入则过大，会产生较大变形，激光熔覆层也容易塌边。
26、3)铁基高温合金涂层室温硬度为55～60hrc，1000℃时硬度为250-300hv，1000℃时抗拉强度＞250mpa，是为了确保其具有良好的高温力学性能；铁基高温合金涂层，1000℃时摩擦系数＜0.2，是为了保证其具有良好的耐磨损性能；铁基高温合金涂层，经过600℃/4h去应力退火后，1000℃热震循环不开裂次数>20，是为了使其具有良好的抗冷热疲劳性能。
27、4)铁基高温合金粉末的应用，用于无缝钢管穿孔机顶头的表面强化。经强化后的穿孔机顶头在轧制高合金钢时，其穿管数由现有的4-5支提升至15支以上。
28、综上所述，本发明铁基高温合金粉末能解决现有铁基高温合金材料使用温度低于800℃的缺点，实现铁基高温合金材料在1000℃下的应用。