一種連鑄輥式結(jié)晶器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電鍍技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種連鑄輥式結(jié)晶器的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]薄帶連鑄技術(shù)是冶金及材料研究領(lǐng)域內(nèi)的一項前沿技術(shù)，它改變了傳統(tǒng)冶金工業(yè)中薄型鋼材的生產(chǎn)過程。采用薄帶連鑄技術(shù)，將連續(xù)鑄造、乳制、甚至熱處理等整合為一體，使生產(chǎn)的薄帶坯稍經(jīng)冷乳就一次性形成工業(yè)成品，簡化了生產(chǎn)工序，縮短了生產(chǎn)周期，其工藝線長度僅60m。它的出現(xiàn)正為鋼鐵工業(yè)帶來一場革命。
[0003]薄帶連鑄技術(shù)工藝方案因結(jié)晶器的不同分為帶式、輥式、輥帶式等，其中雙輥薄帶連鑄技術(shù)最具有發(fā)展前途。其工藝原理是將金屬液注入一對反向旋轉(zhuǎn)且內(nèi)部通水冷卻的結(jié)晶輥之間，使金屬液在兩輥間凝固形成薄帶。在連續(xù)鑄造過程中，接觸鋼液的結(jié)晶輥表面溫度約為600°C，當(dāng)結(jié)晶輥乳制出金屬薄帶的同時，原來接觸鋼液的結(jié)晶輥表面部分也旋轉(zhuǎn)離開液態(tài)金屬，暴露于空氣中，其表面溫度驟降至約200°C。由此可見，連鑄過程中結(jié)晶輥表面所處的環(huán)境十分惡劣，結(jié)晶輥表面要承受著冷熱疲勞與應(yīng)力變形、高溫氧化、鋼液和保護渣導(dǎo)致的化學(xué)腐蝕、以及乳制拉坯對其產(chǎn)生的摩擦與磨損。因而，連鑄結(jié)晶輥表面應(yīng)具有良好的抗冷熱疲勞性能、良好的導(dǎo)熱性能、較高的機械強度以及較好的耐磨性和耐腐蝕性能。
[0004]為了提高結(jié)晶輥使用壽命、提高薄帶連鑄生產(chǎn)效率。與傳統(tǒng)的方坯、板坯連鑄結(jié)晶器一樣，可以在結(jié)晶輥表面鍍覆一層金屬鎳鍍層。該金屬鍍層一方面可以調(diào)節(jié)結(jié)晶輥的熱傳遞系數(shù)，以使輥面上的熱交換過程更加均勻高效，另一方面還可以對結(jié)晶輥本體進行保護，減輕澆鑄時產(chǎn)生的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力對結(jié)晶輥的損傷，避免乳制拉坯對結(jié)晶輥的磨損。表面性能得到改善的結(jié)晶輥，其使用壽命延長，從而降低了薄帶連鑄生產(chǎn)成本、提高了薄帶連鑄的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
[0005]中國專利ZL200510020466.9介紹了一種雙輥薄帶連鑄機輥面的涂鍍金屬的方法。該專利介紹了采用刷鍍的方法在輥面獲得含有納米顆粒的復(fù)合鍍層，該鍍層具有硬度高、耐磨損的優(yōu)點，由于可以采用高電流進行刷鍍，因此鍍層沉積速率快，鍍覆時間短。該專利所介紹的刷鍍方法，與電鍍方法的鍍層沉積機理不盡相同，所得鍍層的結(jié)構(gòu)與性能也不相同。相對于刷鍍方法，電鍍方法是在比較低的電流密度下進行的，因而其鍍速相對較低，但也正是因為在這種相對較低的電流密度下，可使得沉積出的晶體內(nèi)部位錯和缺陷減少，獲得低內(nèi)應(yīng)力、高延展性的鍍層，這樣的鍍層與結(jié)晶輥基體結(jié)合力強，不易發(fā)生剝落、裂紋，抗冷熱疲勞性能優(yōu)異。雖然相對于刷鍍方法，電鍍方法所獲得的鍍層硬度相對較低，耐磨損性能可能有所減弱，但就結(jié)晶輥的使用工況而言，對鍍層與基體的結(jié)合強度、抗冷熱疲勞性能的要求更加側(cè)重。
[0006]公開號為CN101126169A的中國專利申請公開了一種薄帶連鑄結(jié)晶輥表面電鍍方法及其電鍍液，雖然其鍍層額內(nèi)應(yīng)力較小，抗熱疲勞性能也比較優(yōu)異，但經(jīng)實踐檢驗表明，其抗腐蝕性能不甚理想，對于部分自身腐蝕性較高的鋼種不適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提出一種連鑄輥式結(jié)晶器的制備方法，該結(jié)晶器對輥面銅合金的組分進行了調(diào)整，使得強度更高，導(dǎo)熱性能更好，同時在表面電鍍鎳處理，該電鍍處理使得結(jié)晶器輥面在使用時除了具有較小的內(nèi)應(yīng)力以及優(yōu)異的抗疲勞性能外，其還具有較好的抗腐蝕性能。
[0008]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0009]—種連鑄輥式結(jié)晶器的制備方法，所述結(jié)晶器包括輥芯和輥面，輥芯中空，通冷卻水冷卻，輥面的基材為銅合金，銅合金的外面電鍍鎳鍍層，其中，銅合金的組成按質(zhì)量百分比為:N1:3-5% ；Be:0.05-0.2% ； A1: 1-2 % , Zr: 0.5-1 % ；Mn: 0.2-0.4% ；Mg:l-3% ；Sn:
0.05-0.1%；其余為Cu;所述的電鍍鎳鍍層厚度為0.8-1.6mm;所述制備方法包括如下步驟:
[0010]1)制備水冷輥芯待用:
[0011]2)根據(jù)上述成分范圍冶煉的銅合金澆鑄為鑄錠，將鑄錠在960-980°C加熱爐內(nèi)保溫10小時后熱鍛成輥面形狀，熱鍛的壓縮比大于40% ;
[0012]3)將熱鍛后的坯料進行淬火;并在1100-1130°C固溶處理，處理時間為5-10h;
[0013]4)固溶處理的坯料進行淬火;然后進行大于20%冷變形，并在400-550°C，保溫8-30h進行時效處理:
[0014]5)時效處理后的輥面進行機加工，加工為成品形狀，
[0015]6)表面進行電鍍處理；電鍍工藝包括如下工藝步驟:
[0016](1)預(yù)處理:對連鑄結(jié)晶輥表面進行有機溶劑清洗、堿脫脂、電解脫脂、酸浸蝕及活化處理；
[0017](2)電鍍金屬鎳:電鍍液的組成為:氨基磺酸鎳180_220g/l，硫酸鎳30_50g/l，氯化鎳20-30g/l，氯化錫20-30g/L，硼酸45_55g/l，十二烷基磺酸鈉0.05-0.lg/Ι，檸檬酸鈉10-14g/l，鄰苯甲酰磺酰亞胺0.1-0.5g/l，丙酸0.2-0.6g/L;電鍍工藝條件為:鍍液溫度40-46°C，pH 2.8-4.5，初始電流密度0.8-1.6A/dm2，正常電鍍時電流密度2.0-4.0A/dm2，輥子轉(zhuǎn)速12-20轉(zhuǎn)/min，采用空氣攪拌;直至電鍍金屬鎳層的厚度為0.8-1.6_為止；
[0018]7)將電鍍好的輥面與水冷輥芯組裝成成品。
[0019]本發(fā)明具有如下有益效果:
[°02°] 1)本發(fā)明對棍面銅合金的成分進行了調(diào)整，加入了附，1^，41，21'、]/[11，]\%，311等元素發(fā)揮合金元素相互作用的優(yōu)勢，得到高強度和高導(dǎo)熱性的銅合金材質(zhì)，HBS大于230;軟化溫度大于570°C;導(dǎo)電率大于58%
[0021 ] 2)本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，對連鑄結(jié)晶器輥面電鍍時的電鍍金屬鎳的電鍍液組成和工藝進行了改進，該純鎳電鍍?yōu)殒囧a聯(lián)合電鍍，以改善鍍層的耐腐蝕性能；同時，針對在鍍液中增加的氯化錫鹽，調(diào)整了鍍液的其余成分和組成，添加了絡(luò)合劑檸檬酸鈉以及添加劑鄰苯甲酰磺酰亞胺等組分，以改善鍍層性能，使得鍍層在獲得抗腐蝕性能的同時具有良好的抗熱疲勞性能，以及較低的熱應(yīng)力，同時耐磨性提高。
[0022]3)針對改進的鍍液成分，調(diào)整了電鍍的工藝條件，使其與鍍液成分相匹配和協(xié)調(diào)。
[0023]4)針對銅合金的成分改進，設(shè)計了相應(yīng)的熱處理工藝，使得固溶度提高，強化效果得以體現(xiàn)。
[0024]5)經(jīng)檢測，采用本發(fā)明的方法獲得的鍍層具有如下性能:鍍層硬度為210-240Hv;鍍層的內(nèi)應(yīng)力僅為28-42N/mm2。將鍍有本發(fā)明鍍層的基體進行冷熱疲勞試驗，在600°C溫度下保溫5分鐘，然后在處于室溫的水中淬火，再在600°C溫度下保溫5分鐘，重復(fù)此類保溫與淬火試驗500次，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鍍層與基體結(jié)合完好，鍍層表面無裂紋、剝落、鼓泡等缺陷。采用鍍有本發(fā)明鍍層的結(jié)晶輥進行雙輥薄帶帶鋼連鑄，經(jīng)過連續(xù)澆鑄40爐次后鍍層完好。按照GB6461-2002鹽霧評判標(biāo)準進行測試，本發(fā)明的鍍層遠遠高于標(biāo)準規(guī)定的耐鹽霧腐蝕時間，因此，本發(fā)明的鍍層的耐腐蝕性能優(yōu)異。
【具體實施方式】
[0025]實施例一
[0026]—種連鑄輥式結(jié)晶器的制備方法，所述結(jié)晶器包括輥芯和輥面，輥芯中空，通冷卻水冷卻，輥面的基材為銅合金，銅合金的外面電鍍鎳鍍層，其中，銅合金的組成按質(zhì)量百分比為:N1:3% ；Be:0.2%；Al:l%,Zr:l%；Mn:0.2% ;Mg:3% ;Sn:0.05% ;其余為Cu;所述的電鍍鎳鍍層厚度為0.8mm;所述制備方法包括如下步驟:
[0027]1)制備水冷輥芯待用:
[0028]2)根據(jù)上述成分范圍冶煉的銅合金澆鑄為鑄錠，將鑄錠在960_980°C加熱爐內(nèi)保溫10小時后熱鍛成輥面形狀，熱鍛的壓縮比大于40% ;
[0029]3)將熱鍛后的坯料進行淬火;并在1100_1130°C固溶處理，處理時間為5-10h;
[0030]4)固溶處理的坯料進行淬火;然后進