>>铜板结晶器背景

结晶器是连铸机的核心，是将钢水注入其中，经过冷却，使钢水外层形成连续的硬壳，形成铸坯，并将铸坯逐渐拉出的装置。结晶器中的铜板因其所服役的工况条件,易产生热裂纹、磨损和腐蚀。提高结晶器铜板表面的高温硬度、耐磨性、热疲劳性及延长使用寿命，是目前冶金行业极其重要的研究课题。

目前国内大型钢厂和研究机构通过电镀、热喷涂等表面处理方法在结晶器铜板表面制备耐磨涂层，以提高其耐磨性能。尽管这些工艺方式成本较底，但是，涂层与基体是机械结合，结合力较弱，涂层厚度有限，使用过程易产生脱落，裂纹等缺陷，表面强化效果不尽理想。采用激光熔覆技术可制备与铜板形成冶金结合的耐磨涂层，涂层结合力强，涂层厚度可控，使用寿命更长，对环境无污染等特点，因此采用激光熔覆技术对结晶器铜板表面强化具有良好的效益。

>>激光熔覆工艺

1.技术难点

 （1） 铜导热性能优良，无论是普通焊接还是激光熔覆都很难形成熔池。

（2） 铜材质特别是紫铜材质对激光反射大，对一般波长的激光反射率达到80%以上。

（3）  涂层材料难以完全满足铜板工作技术要求。

（4）  涂层裂纹控制困难。

熔覆粉末采用HR-Ni-S14（Ni60），成份见表一。

表一

铜板：铬锆铜板。

表二

                     图3.26 结晶器铜板基材

1)      设备：光纤激光设备，三点喷嘴，光斑3-5mm粉末利用率65-75%。

2)             工艺参数，见表三。

表三

2.检测结果

1)表面成型

在铜板上进行熔覆，熔覆成型效果见图3.27。

图3.27铜板熔覆Ni60涂层效果

熔覆表面成型良好，平整，起伏小，无明显沾粉，沁润性较好，着色探伤表面无裂纹等缺陷。

2) 金相检测

熔覆后在垂直于熔覆方向的平面上截取25mm长的试样进行金相检测,如图3.28。

图3.28  铜板熔覆涂层横截面

从宏观观察，表面起伏较小，熔覆层有一定厚度，熔覆界面相对较清晰，显波浪形，存在熔深，是熔覆层与铜板冶金结合的证明。

图3.29  50X熔覆层与界面（左），100X熔覆层与界面（右）

从微观观察，熔覆层与与基材结合良好，界面模糊，两种材料有一定的互嵌互熔， 属于良好的冶金结合。熔覆层致密无缺陷，厚度到达0.5-0.7mm。

3)显微硬度检测

使用维氏硬度计0.2kg载荷检测基材、熔覆层硬度，如图3.10，由基材至热影响区、熔覆层方向共检测8个点。检测结果如表四。   

图3.30硬度检测点

表四 铜板熔覆层硬度

4)热震试验

按国标GB/T 5270-2005/ISO2819：1980进行热震试验，试验采用两种冷却方式。第一种，加热至250℃保温10分钟后将试样无熔覆层的一面浸入水中，但不淹至熔覆层，等完全冷却至水温后再取出重新加热，共重复10次。完成后进行另一种冷却方式，与前10次的区别在于试样加热后将整个试样包括熔覆层一并没入水中急冷。完成后采用着色探伤方式检测表面有无裂纹。

图3.31  热震试验20次后着色探伤

探伤结果良好，无裂纹，剥落等缺陷。

   3.应用

采用激光熔覆技术制作结晶器铜板耐磨涂层，是一种新兴的强化技术手段，相对其它强化方式，在涂层性能、寿命、环境保护、工艺条件、材料选择等方面有很大的优势。可以较大程度地改善结晶器表面性能，达到提高连铸坯质量，延长结晶器寿命和降低生产成本的目的。

图3.32 熔覆后铜板结晶器