结晶器足辊是连铸机的重要部件之一,它与高温板坯直接接触,同时又在冷热交替条件下工作,因此其表面容易出现大量磨损、氧化及裂纹缺陷,不仅降低了其使用寿命,更会严重影响板坯的质量。本课题源于北京首钢机电公司的实际需要,应用激光熔覆技术在足辊表面制备Fe基自熔合金熔覆层,以期提高足辊的使用寿命。本文在以下方面开展了研究工作:首先对下线的足辊进行了失效分析,发现其主要的失效形式为裂纹、氧化、腐蚀、磨损和变形等,其中热疲劳裂纹是最主要的失效形式。在热应力作用下,足辊表面形成大量的网状裂纹,且在淡化水冷却条件下,堆焊层表面产生了氧化和腐蚀现象。足辊的磨损问题并不严重,但是堆焊层表面的硬度在上线前和下线后的差距较大,说明组织的红硬性较差。其次研究了激光工艺参数对熔覆层几何尺寸、组织和性能的影响,通过正交试验法,发现工艺参数对熔覆层的几何尺寸影响较大。激光功率和扫描速度显著影响熔覆层的熔宽和熔深,而送粉速率和扫描速度影响熔高。在现有窗口条件下,工艺参数对于熔覆层的组织和性能的影响并不明显。熔覆层与母材形成了良好的冶金结合。熔覆层从底部到顶部的组织形态由平面晶-胞状晶-树枝晶过渡,熔覆层组织由马氏体基体和碳化物、硼化物等晶间硬质相组成。熔覆层的硬度、耐磨性、耐盐雾腐蚀性能都明显优于母材。根据工程实际需要,熔覆工艺参数定为:激光功率2kW,扫描速度4mm/s,送粉速率15g/min。通过添加Mo、V元素的方式以提高熔覆层的高温性能,并可以起到明显的细化晶粒的效果。使用Design Expert软件,以熔覆层的抗热疲劳性能和红硬性作为优化目标,经优化后得到最佳粉末成分为:Mo:1.7%,V:0.2%,铁基粉:98.1%。通过对比发现,熔覆层的抗裂性和红硬性明显优于传统堆焊层。最后,结合已有设备设计并制作出适合激光熔覆修复足辊的平台和夹具。利用优化好的工艺参数将成分优化好的粉末熔覆到足辊表面,完成实际修复工作。修复后的足辊表面成形良好,搭接均匀无缺陷。