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>>銅板結晶器背景

結晶器是連鑄機的核心，是將鋼水注入其中，經過冷卻，使鋼水外層形成連續的硬殼，形成鑄坯，并將鑄坯逐漸拉出的裝置。結晶器中的銅板因其所服役的工況條件,易產生熱裂紋、磨損和腐蝕。提高結晶器銅板表面的高溫硬度、耐磨性、熱疲勞性及延長使用壽命，是目前冶金行業極其重要的研究課題。

目前國內大型鋼廠和研究機構通過電鍍、熱噴涂等表面處理方法在結晶器銅板表面制備耐磨涂層，以提高其耐磨性能。盡管這些工藝方式成本較底，但是，涂層與基體是機械結合，結合力較弱，涂層厚度有限，使用過程易產生脫落，裂紋等缺陷，表面強化效果不盡理想。采用激光熔覆技術可制備與銅板形成冶金結合的耐磨涂層，涂層結合力強，涂層厚度可控，使用壽命更長，對環境無污染等特點，因此采用激光熔覆技術對結晶器銅板表面強化具有良好的效益。

>>激光熔覆工藝

1.技術難點

 （1） 銅導熱性能優良，無論是普通焊接還是激光熔覆都很難形成熔池。

（2） 銅材質特別是紫銅材質對激光反射大，對一般波長的激光反射率達到80%以上。

（3）  涂層材料難以完全滿足銅板工作技術要求。

（4）  涂層裂紋控制困難。

熔覆粉末采用HR-Ni-S14（Ni60），成份見表一。

表一

銅板：鉻鋯銅板。

表二

                     圖3.26 結晶器銅板基材

1)      設備：光纖激光設備，三點噴嘴，光斑3-5mm粉末利用率65-75%。

2)             工藝參數，見表三。

表三

2.檢測結果

1)表面成型

在銅板上進行熔覆，熔覆成型效果見圖3.27。

圖3.27銅板熔覆Ni60涂層效果

熔覆表面成型良好，平整，起伏小，無明顯沾粉，沁潤性較好，著色探傷表面無裂紋等缺陷。

2) 金相檢測

熔覆后在垂直于熔覆方向的平面上截取25mm長的試樣進行金相檢測,如圖3.28。

圖3.28  銅板熔覆涂層橫截面

從宏觀觀察，表面起伏較小，熔覆層有一定厚度，熔覆界面相對較清晰，顯波浪形，存在熔深，是熔覆層與銅板冶金結合的證明。

圖3.29  50X熔覆層與界面（左），100X熔覆層與界面（右）

從微觀觀察，熔覆層與與基材結合良好，界面模糊，兩種材料有一定的互嵌互熔， 屬于良好的冶金結合。熔覆層致密無缺陷，厚度到達0.5-0.7mm。

3)顯微硬度檢測

使用維氏硬度計0.2kg載荷檢測基材、熔覆層硬度，如圖3.10，由基材至熱影響區、熔覆層方向共檢測8個點。檢測結果如表四。   

圖3.30硬度檢測點

表四 銅板熔覆層硬度

4)熱震試驗

按國標GB/T 5270-2005/ISO2819：1980進行熱震試驗，試驗采用兩種冷卻方式。第一種，加熱至250℃保溫10分鐘后將試樣無熔覆層的一面浸入水中，但不淹至熔覆層，等完全冷卻至水溫后再取出重新加熱，共重復10次。完成后進行另一種冷卻方式，與前10次的區別在于試樣加熱后將整個試樣包括熔覆層一并沒入水中急冷。完成后采用著色探傷方式檢測表面有無裂紋。

圖3.31  熱震試驗20次后著色探傷

探傷結果良好，無裂紋，剝落等缺陷。

   3.應用

采用激光熔覆技術制作結晶器銅板耐磨涂層，是一種新興的強化技術手段，相對其它強化方式，在涂層性能、壽命、環境保護、工藝條件、材料選擇等方面有很大的優勢。可以較大程度地改善結晶器表面性能，達到提高連鑄坯質量，延長結晶器壽命和降低生產成本的目的。

圖3.32 熔覆后銅板結晶器