CN101394960A - 用于金属加工的辊子、尤其是连铸辊、以及用于这样的辊子制造的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于金属制造和/或者金属加工的辊子(1)、尤其是连铸辊，该连铸辊具有金属的辊子基体(2)和一层镀在辊子基体上的耐磨材料的镀层(3)。为了使辊子、尤其是连铸辊特别耐磨，本发明设有，镀层(3)具有电镀的镀镍层，其中镀层(3)的表面(4)构成辊子(1)的工作面。此外本发明涉及一种用于金属制造和/或者金属加工的辊子(1)、尤其是连铸辊制造的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于金属制造和/或者金属加工的辊子、尤其是连铸辊，该辊子具有由金属制成的辊子基体和镀在辊子基体上的由耐磨材料制成的镀层。此外本发明涉及一种用于这样的辊子制造的方法、尤其是连铸辊。
背景技术
连铸坯导辊对连铸机无可指摘的功能、铸件的质量和设备的经济性起着巨大的作用。连铸坯导辊的任务是，支撑、引导、弯曲、输送离开结晶器后的凝固的连铸坯。与此同时组合辊子的辊体以及轴承遭受到高温的、机械和化学腐蚀的负荷。
通过辊体表面与连铸坯的直接接触产生热负荷，该连铸坯温度在800℃到1200℃之间。机械负荷是重力、弯曲应力和导向力、以及驱动力的后果，该力必须由辊子传递到连铸坯上。此外辊子由于与连铸坯的摩擦要耗损。另外由于需要大量的冷却水和高的温度、与例如通过保护渣的使用引起的、侵蚀的化学化合物相联系，必须重视辊子使用的材料和部件的腐蚀性能和腐蚀防护。
这已是众所周知的，连铸机的辊子作为基体材料由调质钢制造。(例如21CrMoV511V，16CrMo44，24CrMo5和S355)，调质钢能够承受高的机械负荷。当然这种钢大多不太适合经久不变地抵抗热的和化学腐蚀负荷。为了达到对高温和化学腐蚀影响的足够的耐久性，这已是众所周知的，辊体借助于堆焊配备上软马氏体材料。当然这费用是相对昂贵的。
由DE4027225C2已知一种用于连铸辊制造的方法，该连铸辊由一种铁质材料的核芯组成，该核芯配备有由耐磨损材料制成的外壳。在外壳和铁质材料的核芯之间设有铜或者铜合金层。为了优化辊子的导热性，在铜层上镀有一层镍，其中由镍-铬-硼合金制成的耐磨损覆盖层借助于堆焊镀在该中间层上。
US5,161,306也提出，在配备有中间层的辊子基体上镀上一层耐磨的表面层，其中耐磨层由氧化铬(Cr2O3)组成。
在US2002/0056539A1中，一种连铸辊也配备有耐磨层，其中该耐磨层以镍为基础，并且具有碳、铬和钼。
带有各种不同的耐磨镀膜材料的其它的辊子由JP62183950A1、JP62230462A、JP63086856A、JP60030560A、JP59129754A和JP62207549A所公知。
发明内容
本发明以该任务为依据，仔细看清所述的缺点、设法解决、并且提出一种用于金属加工的辊子、尤其是连铸辊，该连铸辊具有足够的强度，并且同时能抵抗在辊子工作时产生的、热的、机械磨蚀和化学腐蚀负荷，其中这要达到尽可能地长久，并且不用或者仅用非常小的几何尺寸变化就能实现。同时辊子可用低的成本制造。此外应提出一种这种辊子的相应的制造方法。
通过本发明该任务的解决办法是，位于辊子基体上的镀层具有电镀的镀镍，其中该镀层的表面构成辊子的工作面。
那么本发明与过去已知的解决办法相比走了新的途径，耐磨镀层的表面构成辊子的工作面，耐磨镀层借助于一种电镀的、即电解的方法镀膜。
此外借助于电镀的或者电解的工艺镀膜的镀层的厚度优选在0.01毫米和10毫米之间，尤其是在0.05毫米和2毫米之间。
一种本发明的结构规定，镀层由纯镍组成。
当然优选的是规定，镀层除了镍之外具有其它的成分。
除了镍之外可以是其它的合金成分，即例如成分钴(Co)、磷(P)、铁(Fe)、锌(Zn)、铜(Cu)、锰(Mn)或者铬(Cr)的一种或者多种。
一种本发明优选的改进结构规定，镀层除了镍或者所提到的与镍的合金之外作为基体材料具有陶瓷颗粒。陶瓷颗粒可以是碳化钛(Ti)、碳化钽(Ta)、碳化钨(W)、碳化锆(Zr)、碳化硼(B)、碳化铬(Cr)和/或者碳化硅(Si)。
此外本发明优选的结构规定，镀层由镍钴合金组成。碳化硅陶瓷颗粒填入镀层。
陶瓷颗粒也可以是氧化铝(Al)、氧化铬(Cr)、氧化硅(Si)、氧化铍(Be)或者氧化锆(Zr)。
此外陶瓷颗粒的微粒尺寸根据优选的解决办法在1和5微米之间。另一种解决办法设有明显地更小的颗粒；据此陶瓷颗粒的微粒尺寸在10和1000纳米之间。
陶瓷颗粒以高浓度存在于镍或者镍合金中具有特别的优点。为此尤其是要掌握，在镍或者镍合金中陶瓷颗粒的体积分额在15％和40％之间、优选的是在25％和30％之间。
尤其也因此可以达到，根据本发明的有利的结构、镀层表面的硬度在300和500HV1(维氏硬度)之间、优选的是在350和450HV1之间。
提出的用于金属加工的辊子、尤其是连铸辊制造的方法、根据下列步骤安排：
a)制造金属辊子基体；
b)将辊子基体插入电镀镀膜槽；
c)在至少辊子基体表面的一部分上电镀镀层，其中镀层至少部分地由镍组成，并且镀层的表面构成辊子的工作面。
那么根据本发明的建议作如下安排，连铸坯导辊的基体材料不再-如已知的-配备有焊接的、软马氏体表面层，而是电镀一层镍镀层或者镍化合物镀层。
此外这是有利的，在电镀槽中可以同时对大量的辊子镀膜，以使每个辊子的制造成本保持在最低。此外通过辊子在电镀镀膜槽中的停留时间可以容易地确定或者改变镀层的厚度。
电镀镀层很薄，并且以此有效地保护辊子的基体材料免受腐蚀的侵蚀。同时镀层具有高的硬度和良好的耐高温性能以及良好的抗氧化性能。因此连铸辊的耐磨强度可靠地和费用低廉地被改善。因此提出的辊子可以使用的更久，这导致连铸机经营者成本的相应降低。
附图说明
本发明的一个实施例表示在附图中。其中：
图1在侧视图中示意的表示了一种连铸辊，
图2所示是根据图1所示的细部视图Z，并且
图3所示是示意表示的带有两个待镀膜的连铸辊的、电镀或者电解镀膜设备的结构。
具体实施方式
在图1中看到一种连铸辊1，该连铸辊具有一这里不进一步讨论的辊颈9，此外该连铸辊由一个在实施例中圆柱形的辊子基体2组成。一耐磨损材料构成的镀层3镀在辊子基体2上，它的结构在图2中做了详细说明。
镀层3具有镀层厚度D，该镀层厚度例如可以在0.05毫米和2.0毫米之间。重要的是，镀层3的表面4是辊子1的工作面，该辊子在连铸辊的情况下与还热的连铸坯相接触，并且因此遭受到高温的机械和化学腐蚀负荷。
镀层3由镍或者镍合金组成，其中镀层电镀地(电解地)镀在辊子基体2上(对此参见图3)。
为了提高辊子1的表面4的、尤其是机械的和热的硬度，辊子表面配备有重要的陶瓷颗粒5的部分，该陶瓷颗粒具有中等的颗粒直径d。颗粒直径根据结构形式可以在1到5微米的范围内波动。然而一种可选择的布置设有纳米微粒，即在这种情况下直径d在10和1000纳米之间。
连铸辊1制造时的基本做法在图3中做了说明。那里可以看到一个镀膜槽6，一种适合于电镀或者电解的镀膜的液体装在镀膜槽中。此外可能涉及到一种酸(例如硫酸(H2SO4))。一个阳极7浸入槽中，该阳极通过一个镍块构成，该镍块构成消耗电极。此外在实施例中两个辊子1浸入槽中，其中预先设定，不镀膜的辊颈9用未表示的保护层保护起来。两个辊子1构成阴极8。阳极7和阴极8连接到一个直流电源10上，该直流电源可以熟悉的方式被控制或者被调节。
在接上电流时，由镍的金属沉淀物在(未保护的)辊子1的表面上产生电化学沉积。电流从消耗电极7上分离金属离子，并且通过还原将它沉积在辊子1的表面上。由此辊子1全面并且均匀地镀上一层镍膜。辊子1在槽6中待的时间越长，在辊子基体2上的镍镀层就越厚。
通过加入的陶瓷颗粒，镍镀层或者镍金属合金的镀层的机械工艺性能可针对各自的应用优化。因此重要的是，连铸辊配备有耐化学的、在高温下稳定的镀层，该镀层在磨蚀负荷下只具有微小的磨损率，但同时在制造时可以经济地加工。例如可以制造镍化合物，该镍化合物在室温时具有350到450HV1的中等硬度，并且因此可以用可认同的费用加工，并且同时自身在较高的温度时具有低的磨损率。
在镍/钴基上电镀制造的金属合金的弥散尤其适用于所提出的应用情况，陶瓷微粒-优选的是碳化硅-以1至5微米大小的微粒或者以10至1000纳米大小的纳米微粒填入镍/钴基中。
使用的镍优选的是高纯的、并且带有预压应力。
那么优选的是辊子基体采用电解表面改良。在辊子基体中，在高浓度下的硬的固体颗粒填入可延展的镍基层中，这一组合对待保护的部分产生一个非常好的磨损保护。这样即连铸坯不再直接在金属基层的金属上运动，而是在由辊子表面的基体轮廓上突出来的陶瓷颗粒上运动。因此镍的磨蚀可以被显著降低，并且可以达到目标，连铸坯导辊设计达到终身的辊子寿命，即至少使用10年。
此外也可以考虑，在辊子基体上镀上多个电镀膜，其中随时可以使用相同的镀膜材料或者也可以使用不同的镀膜材料。
连铸辊可以用于所有已知的应用情况，即尤其是在钢坯轧机、棒坯轧机、型材坯轧机、板坯和薄板坯轧机中，用于优质碳素钢和优质不锈钢的浇铸。此外连铸坯导辊的辊子直径(包括表面镀膜的成品直径)大多数在80毫米和350毫米之间变动。
附图标记表
1 辊子(连铸辊)
2 辊子基体
3 镀层
4 镀层表面
5 陶瓷颗粒
6 镀膜槽
7 阳极(正极)
8 阴极(负极)
9 轴颈
10 直流电源
D 镀层厚度
d 陶瓷颗粒微粒尺寸
Claims (15)
1.用于金属加工的辊子(1)、尤其是连铸辊，该辊子具有由金属组成的辊子基体(2)和一层镀在辊子基体上的由耐磨材料组成的镀层(3)，其特征在于，镀层(3)具有电镀的镀镍层，其中镀层(3)的表面(4)构成辊子(1)的工作面。
2.根据权利要求1所述的辊子，其特征在于，镀层(3)的厚度(D)在0.01毫米和10毫米之间，优选的是在0.05毫米和2毫米之间。
3.根据权利要求1或者2所述的辊子，其特征在于，镀层(3)由纯镍组成。
4.根据权利要求1或者2所述的辊子，其特征在于，镀层(3)除了镍之外具有其它的成分。
5.根据权利要求4所述的辊子，其特征在于，镀层(3)除了镍之外具有成分钴(Co)、磷(P)、铁(Fe)、锌(Zn)、铜(Cu)、锰(Mn)或者铬(Cr)的一种或者多种。
6.根据权利要求4或者5所述的辊子，其特征在于，镀层(3)除了镍之外具有陶瓷颗粒(5)。
7.根据权利要求6所述的辊子，其特征在于，陶瓷颗粒(5)是碳化钛(Ti)、碳化钽(Ta)、碳化钨(W)、碳化锆(Zr)、碳化硼(B)、碳化铬(Cr)和/或者碳化硅(Si)。
8.根据权利要求7所述的辊子，其特征在于，镀层(3)由镍钴合金组成，碳化硅陶瓷颗粒(5)填入镀层中。
9.根据权利要求6所述的辊子，其特征在于，陶瓷颗粒(5)是氧化铝(Al)、氧化铬(Cr)、氧化硅(Si)、氧化铍(Be)或者氧化锆(Zr)。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的辊子，其特征在于，陶瓷颗粒(5)的微粒尺寸(d)在1和5微米之间。
11.根据权利要求6至9中任一项所述的辊子，其特征在于，陶瓷颗粒(5)的微粒尺寸(d)在10和1000纳米之间。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的辊子，其特征在于，陶瓷颗粒(5)以高浓度存在于镍或者镍合金中。
13.根据权利要求12所述的辊子，其特征在于，在镍或者镍合金中陶瓷颗粒(5)的体积分额在15％和40％之间、优选的是在25％和30％之间。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的辊子，其特征在于，镀层(3)的表面(4)的硬度在300和500HVl之间，优选的是在350和450HVl之间。
15.用于金属制造和/或者金属加工的辊子(1)、尤其是连铸辊的制造方法，其特征在于，它具有下列步骤：
a)制造由金属组成的辊子基体(2)；
b)将辊子基体(2)插入电镀镀膜槽(6)；
c)在至少辊子基体(2)表面的一部分上电镀镀层(3)，其中镀层(3)至少部分地由镍组成，并且镀层(3)的表面(4)构成辊子(1)的工作面。
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