激光合金化干熄焦衬板及其制备方法与流程

文档序号：18886267发布日期：2019-10-15 20:58阅读：195来源：国知局

本发明涉及金属表面处理技术领域，特别涉及一种激光合金化干熄焦衬板及其制备方法。

背景技术：

干法熄焦(简称cdq)是目前国内外冶金和焦化企业广泛应用的一项节能生产工艺，它通过惰性气体将红焦熄灭制备焦炭，同时有效回收和利用红焦显热发电，具有节能、环保等优点。在干熄焦生产中，焦罐作为主要设备之一，周期地接受从焦炉中推出的红焦，运行至熄焦塔顶部，将红焦排入熄焦塔，循环往复。焦罐衬板频繁承受1050℃左右红焦炭的烧蚀、氧化、腐蚀、冲击和冲刷磨损，工作环境恶劣，要求较高。目前广泛使用铸造耐热合金钢(zg35cr24ni7sin)衬板耐磨损和耐烧蚀性能差，普遍存在寿命短，可靠性低等问题，特别是焦罐底部和锥段铸造合金衬板更容易发生烧损，损伤的衬板掉落至熄焦塔内会引起生产事故。传统耐热铸造合金衬板使用中更换频繁，成本高，更换劳动强度大，影响了干熄焦生产的正常运行，是制约企业降低成本的瓶颈之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、能显著提高干熄焦衬板耐磨、耐烧损性能和使用寿命的激光合金化干熄焦衬板及其制备方法，进而提高干熄焦焦罐使用寿命，保证生产连续进行，减少衬板更换次数，降低企业成本。为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种激光合金化干熄焦衬板的制备方法，包括如下步骤：

(1)对铸造好的基材衬板工作表面进行清洗；

(2)在基材衬板工作表面各个沉头孔内涂满和好的快干粉，晾干；

(3)配制合金化粉末，所述合金化粉末包括：c：1.45～1.65wt.％，si：0.15～0.4wt.％，cr：3.75～5.0wt.％，w：11.75～13wt.％，co：4.75～5.25wt.％和余量的fe；

(4)采用预置铺粉的方式，通过静电喷粉机将配制好的合金化粉末均匀喷洒在基材衬板工作表面；

(5)将基材衬板工作表面进行激光合金化，得到激光合金化干熄焦衬板。

本发明的激光合金化干熄焦衬板的制备方法，在激光器输出的高能量密度激光光束作用下，合金粉末与基材衬板表面金属发生快速冶金反应，在周围常温衬板基材金属的快速冷却作用下，获得了晶粒细小、组织致密的合金化层，合金化层硬度达到hrc63以上，并且无裂纹、气孔和夹杂缺陷，制得了干熄焦衬板工作面合金化层；同时，本发明方法除了可以在基材衬板工作表面制得耐烧损、高耐磨的合金化层，同时还对合金化层下面的铸造基体金属完成了激光淬火处理过程，其淬火组织从合金层开始，直至深入衬板基体内部1.5mm处，激光淬火层的硬度呈现梯度变化，由激光合金层下边界面开始，硬度由hrc55变化到hrc45左右，在淬火层的下面是热影响区，硬度一般在hrc35-40左右，热影响区一般在淬火层下方至基体内部0.5mm深度内，然后是硬度在hrc28-32的zg35cr24ni7sin基材。通过本发明方法，在基材衬板的表面制得耐烧损、高硬度的合金化层，然后是较高硬度的淬火层，接着是硬度中等的热影响区，直至基材，形成了梯度变化的衬板工作表面耐磨层，提高了衬板耐冲击、耐磨损性能，并提高了干熄焦衬板的耐烧损性能，显著提高了使用寿命。

本发明采用的激光加工属于绿色制造技术，本发明方法具有节能、环保的显著优势。

优选地，所述基材衬板为zg35cr24ni7sin衬板。

本发明的合金化粉末配比充分考虑了与zg35cr24ni7sin材质的润湿性和相容性，避免了合金化过程中裂纹的出现。

优选地，所述合金化粉末的粒径为135～325目。

优选地，所述激光合金化的激光扫描功率为3800～4000w，扫描速度为1000～1200mm/min。

优选地，所述激光合金化的搭接率为20～30％。

优选地，所述激光合金化的激光光斑的尺寸为2×14mm。

优选地，所述预置粉层厚度为0.5～0.7mm。

优选地，所述激光合金化层的厚度为0.3～0.5mm。

优选地，所述制备方法还包括：在激光合金化后对激光合金化层通过表面着色探伤进行无损检测。

同时，本发明还提供了一种激光合金化干熄焦衬板，其是通过上述制备方法制备得到。

附图说明

图1为本发明激光合金化干熄焦衬板的激光合金化层与基材衬板表面金属冶金结合的形貌图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种激光合金化干熄焦衬板的制备方法，包括如下步骤：

(1)对铸造好的基材衬板工作表面进行清洗；

(2)在基材衬板工作表面各个沉头孔内涂满和好的快干粉，晾干；

(3)配制合金化粉末，所述合金化粉末包括：c：1.45～1.65wt.％，si：0.15～0.4wt.％，cr：3.75～5.0wt.％，w：11.75～13wt.％，co：4.75～5.25wt.％和余量的fe；

(4)采用预置铺粉的方式，通过静电喷粉机将配制好的合金化粉末均匀喷洒在基材衬板工作表面；

(5)将基材衬板工作表面进行激光合金化，得到激光合金化干熄焦衬板。

在本发明中，所述清洗采用的清洗剂优选为工业酒精，本发明对所述清洗的实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的清洗方式即可。本发明所述清洗处理能够将衬板工作表面的氧化皮、油污等杂质除去。

本发明对所述干熄焦衬板基材没有特殊要求，本领域技术人员熟知的、生产中规模使用的zg35cr24ni7sin即可。

清洗后，在所述激光合金化之前，在衬板工作表面各个沉头孔内涂满和好的快干粉，晾干，保证激光合金化时不破坏沉头孔。这些沉头孔是用于将干熄焦衬板固定于干熄焦焦罐本体上，对尺寸精度要求较高，本发明中为防止激光合金化过程改变沉头孔尺寸，预先通过填充快干粉的方式，避免激光合金化过程中激光扫描可能将散落于沉头孔内的合金化粉末熔于沉头孔内壁上。

在本发明中，所述合金化粉末的粒径优选为135～325目。本发明控制合金化粉末的成分在上述范围，充分考虑了与zg35cr24ni7sin铸造基材的润湿性和相容性，避免了合金化过程中裂纹等缺陷的出现。

在本发明中，优选的，所述激光合金化的激光扫描功率为3800～4000w，扫描速度为1000～1200mm/min，激光合金化的搭接率为20～30％，激光合金化的激光光斑的尺寸为2×14mm，采用预置铺粉的方式，通过静电喷粉机将合金化粉末均匀喷洒在衬板工作表面，预置粉层厚度为0.5～0.7mm，激光合金化层的厚度为0.3～0.5mm，对激光合金化层进行无损检测，通过表面着色探伤进行检测，检查是否有裂纹等缺陷。

下面结合实施例对本发明进行详细的说明：

实施例1

配制合金粉末，所述合金化粉末包括：c：1.65wt.％，si：0.4wt.％，cr：5.0wt.％，w：13wt.％，co：5.25wt.％和余量的fe，合金化粉末的粒径为135～325目；按图纸铸造完成zg35cr24ni7sin衬板；对铸造好的衬板工作表面进行清洗；在衬板工作表面各个沉头孔内涂满和好的快干粉，晾干；采用预置铺粉的方式，通过静电喷粉机将合金化粉末均匀喷洒在衬板工作表面，预置粉层厚度为0.5mm；进行激光合金化，激光光斑尺寸为2×14mm，激光扫描功率为3800w，扫描速度为1000mm/min，搭接率为20％，获得的激光合金化层的厚度为0.3mm；对激光合金化层通过表面着色探伤进行无损检测，检查是否有裂纹等缺陷。