CN101597731A

CN101597731A - 一种沉没辊和稳定辊

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Publication number: CN101597731A
Application number: CNA2009101598238A
Authority: CN
Inventors: 贺同正; 武广波
Original assignee: Pangang Group Research Institute Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd; Panzhihua New Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Research Institute Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd; Panzhihua New Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2029-07-10
Also published as: CN101597731B

Abstract

本发明公开了一种沉没辊和稳定辊。沉没辊和稳定辊的基体为铁基材料，工作面层为以重量百分比计包括以下成分的钴基合金：10％～40％的Cr、0.1％～15％的Ni、0.1％～15％的W、0.1％～10％的Mo、0.01％～5.0％的V、0.01％～5.0％的Ti、0.01％～1.5％的C、0.01％～20％的Fe、0.01％～5.0％的Al、0.1％～3.0％的Mn、0.01％～5.0％的Nb、0.1％～3.0％的Si，其余为Co和不可避免的杂质。本发明的沉没辊和稳定辊在热镀铝锌液、热镀锌液、热镀锌铝、热镀纯铝液等条件下工作，具有良好的耐用性、足够的强度、延伸率，较小的热膨胀系数、低的弹性模数等良好的耐热疲劳性能，从而提高了沉没辊和稳定辊的使用性能，延长了它们的使用寿命。

Description

一种沉没辊和稳定辊

技术领域

本发明涉及冶金行业的热涂镀设备，具体地讲，本发明涉及一种热镀用的沉没辊和稳定辊。

背景技术

由于热涂镀工艺生产效率高，所以在冶金和镀层钢板行业得到了较为广泛的应用。热镀工艺包括热镀铝锌(GL)、热镀纯锌(GI)、热镀锌铝、热镀纯铝等几种。以热镀锌工艺为例，带钢在连续热镀锌生产时，钢带通过浸在锌液中的沉没辊而改变运动方向。由于沉没辊和轴套处于熔融的锌液中，通常会发生严重的熔融锌腐蚀。另外，由于沉没辊和稳定辊总是沉浸在锌液、铝液、锌铝液等镀液中工作，辊的表面受热镀液的腐蚀严重，辊的表面也有一定的磨损，一定条件下会比较严重，因此，沉没辊和稳定辊的表面因磨损或腐蚀而工作寿命较短，造成更换频繁。

目前，热镀用的沉没辊和稳定辊所用的材质大都采用00Cr17Ni14Mo2(相当于SUS316L材质)、1Cr13不锈钢材质、或者在辊面喷涂耐腐蚀耐磨损层。具体地讲，一般在辊面喷涂Co-WC或MoB/CoCr-WC等作为耐腐蚀耐磨损层，由于材质和喷涂工艺等原因造成耐腐蚀耐磨损层存在一定如裂纹、不致密等缺陷，加之镀液的渗透能力较强，很容易渗透过喷涂层而腐蚀辊面造成喷涂层失效，同时喷涂层的缺陷也容易粘渣。然而，在使用过程中，由于粘渣等原因容易造成生产出的产品存在质量缺陷，如表面沟槽印、锌花不均等，从而造成沉没辊和稳定辊在每次修复后使用寿命不稳定、更换频繁，并使得产品质量不稳定。因此，亟需改进沉没辊和稳定辊，以延长其使用寿命，提高产品质量。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的上述问题。因此，本发明提供了一种沉没辊和稳定辊，它在热镀铝锌液、热镀锌液、热镀锌铝、热镀纯铝液等的工作条件下，具有良好的耐腐蚀性、不粘渣、导热性能、足够的强度、延伸率、较小的热膨胀系数、低的弹性模数等良好的耐热疲劳参数；与现有00Cr17Ni14Mo2(相当于SUS316L材质)、1Cr13不锈钢材质、在辊面喷涂耐腐蚀耐磨损层的沉没辊和稳定辊相比，寿命和稳定可靠程度大大提高。

本发明提供了一种热镀用的沉没辊和稳定辊，包括基体和工作面层，其中，基体为不锈钢等耐热铁基材料，工作面层为包括以下成分(按重量百分比计)的钴基合金：10％～40％的Cr、0.1％～15％的Ni、0.1％～15％的W、0.1％～10％的Mo、0.01％～5.0％的V、0.01％～5.0％的Ti、0.01％～1.5％的C、0.01％～20％的Fe、0.01％～5.0％的Al、0.1％～3.0％的Mn、0.01％～5.0％的Nb、0.1％～3.0％的Si，其余为Co和不可避免的杂质。

根据本发明，优选地，钴基合金包括以下成分：20wt％～30wt％的Cr、0.1wt％～10wt％的Ni、0.1wt％～10wt％的W、0.1wt％～5.5wt％的Mo、0.01wt％～3.0wt％的V、0.01wt％～3.0wt％的Ti、0.01wt％～1.5wt％的C、0.01wt％～15wt％的Fe、0.01wt％～3.0wt％的Al、0.1wt％～2.0wt％的Mn、0.01wt％～3.0wt％的Nb、0.1％～2.0％的Si，其余为Co和不可避免的杂质。工作面层钴基合金的厚度与铁基材料厚度比为：铁基材料占总厚度的50％-95％、钴基合金占总厚度的3％-50％，铁基材料和钴基合金之间的过渡层占总厚度的0.01％-10％。耐热铁基材料为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢或双相不锈钢。

本发明的有益效果是，沉没辊和稳定辊表层工作面采用钴基合金，在液态金属的腐蚀和磨损条件下，具有耐腐蚀、强度好、较好的延伸率、热膨胀系数较低、耐热疲劳性能好、耐磨损、使用寿命长，比现有沉没辊和稳定辊使用寿命有较大提高。

附图说明

图1是根据本发明的沉没辊的结构示意图。

图2是示出了本发明的沉没辊所用钴基合金在使用一段时间后的电子图像。

图3是示出了现有技术的沉没辊所用钴基合金在使用一段时间后的电子图像。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。在下文中，除非特别说明，否则各种物质的含量均以重量百分比计。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。因此，在图中示出的区域实际上是示意性的，它们的形状并不意图示出装置的区域的实际形状，也不意图限制本发明的范围。

在本发明中，热镀用的沉没辊和稳定辊在材质和结构方面均相同，因此，在下文中将以沉没辊为例来解释本发明。

如图1所示，根据本发明的沉没辊包括基体1和位于基体1上的工作面层2。根据本发明，沉没辊的基体1为铁基材料，例如，铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢等耐热不锈钢。根据本发明的沉没辊的工作面层2的材质为钴基合金。在根据本发明的沉没辊中，工作面层钴基合金的厚度与铁基材料厚度比为：铁基材料占沉没辊总厚度的50％-95％、钴基合金占沉没辊总厚度的3％-50％，铁基材料和钴基合金之间的过渡层占沉没辊总厚度的0.01％-10％。在这里，过渡层由铁基材料和钴基合金扩散形成，起着性能过渡的作用。

以重量百分比计，钴基合金包括以下组分：10％～40％的Cr、0.1％～15％的Ni、0.1％～15％的W、0.1％～10％的Mo、0.01％～5.0％的V、0.01％～5.0％的Ti、0.01％～1.5％的C、0.01％～20％的Fe、0.01％～5.0％的Al、0.1％～3.0％的Mn、0.01％～5.0％的Nb、0.1％～3.0％的Si，其余为Co和不可避免的杂质。

下面，将详细解释一下各组分的具体作用。

铬(Cr)是钴基合金的重要合金元素，高的铬含量保证合金的抗氧化性和耐腐蚀性，铬与钴能形成一系列不同组织结构的相和金属间化合物。同时铬与碳容易形成Cr₇C₃、Cr₂₃C₆碳化物强化相和固溶强化基体，铬能显著提高钴基合金的室温和高温力学性能。铬含量过低将降低钴基合金的抗高温腐蚀性能，铬含量过高将降低钴基合金的高温持久强度。在本发明中，优选地，钴基合金中铬的含量按重量计为10％至40％。更加优选地，兼顾耐腐蚀性、抗高温腐蚀性能、高温持久强度等室温和高温力学性能，将铬的含量定为20wt％-30wt％。

镍(Ni)在Co基体中能很好地固溶，镍在钴基合金中是作为稳定α-Co及层错数量的主要元素，在钴基合金中有可能形成Co₃Ni和CoNi₃有序相，镍能提高韧性，但不能提高钴基合金的强度，无强化作用。在本发明中，优选地，钴基合金中镍的含量0.1wt％至15wt％。如果Ni的含量超过15wt％，则将一定程度降低钴基合金的强度。优选地，镍的含量为0.1wt％至10wt％。

碳(C)与加入的合金元素如Cr、W、Mo等形成碳化物，获得一定的组织和强度。在本发明中，碳的含量为0.01wt％至1.5wt％。

铁(Fe)是强烈稳定α-Co的元素，且γ-Fe与α-Co可无限固溶。随含铁量增如，钴基合金的硬度下降、导磁性增加，并且铁促进钴基合金中金属间化合物σ相及骨架状碳化物的生成。在本发明中，优选地，铁的含量为0.01wt％～15wt％。

钨(W)既能促进碳化物形成加强第二相强化作用，本身又能固溶强化基体，是固溶强化元素。钴和钨可形成WCo₃、W₆Co₇两种中间相。随着温度的变化，钨的溶解度发生变化。在本发明中，优选地，钨的含量为0.1wt％至15wt％。更加优选地，钨的含量为0.1wt％至10wt％。

钼(Mo)也能促进碳化物形成加强第二相强化作用，与钨的作用类似，并且本身也能固溶强化基体，是固溶强化元素。但是，钼对钴基合金的耐高温腐蚀有害。在本发明中，优选地，钼的含量为0.1wt％至10wt％。更加优选地，钼的含量为0.1wt％至5.5wt％。

钒(V)元素的固溶和析出强化了基体组织，并使耐热性能显著地提高。同时能在一定程度上减少合金在冷却到室温前即高温阶段的热裂纹的产生，即一定程度上避免开裂。在本发明中，钒的含量为0.01wt％至5.0wt％。更加优选地，钒的含量为0.01wt％至3.0wt％。

钛(Ti)元素的固溶和析出强化了基体组织，并使耐热性能显著地提高。在本发明中，钛的含量为0.01wt％至5.0wt％。更加优选地，钛的含量为0.01wt％至3.0％。

铝(Al)有脱氧、抗氧化、固溶强化作用。在本发明中，铝的含量为0.01wt％至5.0wt％。更加优选地，铝的含量为0.01wt％至3.0wt％。

锰(Mn)改善合金的流动性和铸造性能，可起脱氧、造渣的作用。在本发明中，锰的含量为0.1％至3.0％。更加优选地，锰的含量为0.1wt％至2.0wt％。

铌(Nb)与金属中的碳、氮、氧有极强的亲和力，能细化晶粒，提高金属的强度和改善塑韧性，同时明显地改善抗腐蚀能力。在本发明中，铌的含量为0.01wt％至5.0wt％。更加优选地，铌的含量为0.01wt％至3.0wt％。

硅(Si)也能改善合金的流动性和铸造性能，可起脱氧、造渣的作用。在本发明中，硅的含量为0.1wt％至3.0wt％。更加优选地，硅的含量为0.1wt％至2.0wt％。

与沉没辊一样，本发明的热镀用稳定辊包括基体和位于基体上的工作面层。具体地讲，稳定辊的基体为铁基材料，例如，铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢等耐热不锈钢。稳定辊的工作面层的材质为钴基合金，工作面层钴基合金的厚度与铁基材料厚度比为：铁基材料占总厚度的50％-95％、钴基合金占总厚度的3％-50％，铁基材料和钴基合金之间的过渡层占总厚度的0.01％-10％。以重量百分比计，钴基合金包括以下组分：10％～40％的Cr、0.1％～15％的Ni、0.1％～15％的W、0.1％～10％的Mo、0.01％～5.0％的V、0.01％～5.0％的Ti、0.01％～1.5％的C、0.01％～20％的Fe、0.01％～5.0％的Al、0.1％～3.0％的Mn、0.01％～5.0％的Nb、0.1％～3.0％的Si，其余为Co和不可避免的杂质。

在这里，需要指出的是，在本发明的沉没辊和稳定辊工作面层用钴基合金中，不可避免的杂质是指硫(S)、磷(P)等含量在允许范围内的元素。

本发明通过将以上成分进行组合，得到最佳比例的工作面层的材料，从而钴基合金为轴瓦和轴套带来耐腐蚀耐磨损和耐热的良好效果，延长了维修更换周期，因此也就减少了更换次数，减少了因更换轴瓦和轴套而恢复生产带来的大量的废品和残次品的损失，减少了损失也就提高了效益。

下面，将结合具体的实施例来更充分地解释本发明。

实施例1

沉没辊和稳定辊的基体为00Cr17Ni14Mo2不锈钢材质(相当于奥氏体超低碳不锈钢SUS316L)，其化学成分为C≤0.03wt％、Cr 16wt％～18wt％、Ni10wt％～14wt％、Mo 2.00wt％～3.00wt％、Mn≤2.00wt％、Si≤1.00wt％；沉没辊和稳定辊的工作面层为钴基合金，钴基合金成分为：Cr 25wt％、Ni 0.2wt％、W 15wt％、Mo 3wt％、V 0.01wt％、Ti 0.1wt％、C 0.3wt％、Fe 6wt％、Si 2.0wt％、Mn 3.0wt％、Al 5.0wt％、Nb 5.0wt％、P＜0.07wt％、S＜0.07wt％，其余为Co。其中，沉没辊和稳定辊的基体占总厚度的95％，钴基合金占总厚度的3％，基体与钴基合金之间的过渡层占总厚度的2％。

将实施例1的沉没辊和稳定辊与已有技术的沉没辊和稳定辊在相同的机组使用，使用结果表明，本发明的沉没辊和稳定辊的使用时间为10天以上，已有技术的沉没辊和稳定辊的使用时间是3-5天。由此可见，本发明的沉没辊和稳定辊的使用时间是已有技术的沉没辊和稳定辊的使用时间的2倍以上，即，本发明的沉没辊和稳定辊使用时间明显高于现有技术的沉没辊和稳定辊。

实施例2

沉没辊和稳定辊的基体为1Cr17Mo铁素体耐热不锈钢材质，其化学成分为C≤0.12wt％、Cr 16wt％～18wt％、Mo 0.75wt％～1.25wt％、Mn≤0.8wt％、Si≤0.8wt％；沉没辊和稳定辊的工作面层材质为钴基合金，钴基合金的成分为：Cr 20wt％、Ni 10wt％、W 0.2wt％、Mo 5.5wt％、V 3.0wt％、Ti 5.0wt％、C 0.6wt％、Fe 20wt％、Al 5.0wt％、Mn 0.2wt％、Nb 0.02wt％、Si 0.4wt％、P＜0.07wt％、S＜0.07wt％，其余为Co。其中，沉没辊和稳定辊的基体占总厚度的50％，钴基合金占总厚度的49.99％，基体与钴基合金之间的过渡层占总厚度的0.01％。

将实施例2的沉没辊和稳定辊与已有技术的沉没辊和稳定辊在相同的机组使用，使用结果表明，本发明的沉没辊和稳定辊的使用时间为10天以上，已有技术的沉没辊和稳定辊的使用时间是3-5天。由此可见，本发明的沉没辊和稳定辊的使用时间是已有技术的沉没辊和稳定辊的使用时间的2倍以上，即，本发明的沉没辊和稳定辊使用时间明显高于现有技术的沉没辊和稳定辊。

实施例3

沉没辊和稳定辊的基体为奥氏体-铁素体不锈钢0Cr18Ni9Cu3，其化学成分为C≤0.08wt％、Si≤1.00wt％、Mn≤2.00wt％、P≤0.035wt％、S≤0.030wt％、Ni 8.50wt％～10.50wt％、Cr 17.00wt％～19.00wt％、Cu 3.00wt％～4.00wt％；沉没辊和稳定辊的工作面层为钴基合金，钴基合金成分为：Cr 30wt％、Ni15wt％、W 10wt％、Mo 0.1wt％、V 0.2wt％、Ti 3.0wt％、C 1.5wt％、Fe 12wt％、Al 0.02wt％、Mn 0.7wt％、Nb 3.0wt％、Si 3.0wt％、P＜0.07wt％、S＜0.07wt％，其余为Co。其中，沉没辊和稳定辊的基体占总厚度的76％，钴基合金占总厚度的14％，基体与钴基合金之间的过渡层占总厚度的10％。

将实施例3的沉没辊和稳定辊与已有技术的沉没辊和稳定辊在相同的机组使用，使用结果表明，本发明的沉没辊和稳定辊的使用时间为10天以上，已有技术的沉没辊和稳定辊的使用时间是3-5天。由此可见，本发明的沉没辊和稳定辊的使用时间是已有技术的沉没辊和稳定辊的使用时间的2倍以上，即，本发明的沉没辊和稳定辊使用时间明显高于现有技术的沉没辊和稳定辊。

实施例4

沉没辊和稳定辊的基体为1Cr17Mo铁素体耐热不锈钢材质，其化学成分为同实施例2中的沉没辊和稳定辊的基体的成分；沉没辊和稳定辊的工作面层为钴基合金，钴基合金成分为：Cr 10wt％、Ni 3wt％、W 5wt％、Mo 10wt％、V 5.0wt％、Ti 0.02wt％、C 0.02wt％、Fe 15wt％、Al 3.0wt％、Mn 2.0wt％、Nb1.0wt％、Si 1.0wt％、P＜0.07wt％、S＜0.07wt％，其余为Co。其中，沉没辊和稳定辊的基体占总厚度的56％，钴基合金占总厚度的40％，基体与钴基合金之间的过渡层占总厚度的4％。

图2示出了根据本发明的沉没辊用钴基合金在GL铝锌锅内浸泡58天后的界面形貌，其中，图2的左部为钴基合金的形貌，右部为铝锌液凝固后形貌。由图2可以看出，加工刀痕依然存在，沉没辊与铝锌液的界面清晰。图3示出了现有技术的沉没辊用钴基合金在GL铝锌锅内使用2天后的界面形貌，其中，图3的左部为铁基合金，右部为铝锌液凝固后形貌。由图3可以看出，沉没辊的界面因严重腐蚀而难以区分。

将图2和图3进行对比，可以发现，与现有技术的沉没辊和稳定辊用铁基合金相比，根据本发明的沉没辊和稳定辊用钴基合金的耐腐蚀好、强度好、使用寿命长。因此，根据本发明的沉没辊和稳定辊的工作面层采用钴基合金，在液态金属的腐蚀和磨损条件下，具有耐腐蚀性、高强度、较好的延伸率、热膨胀系数较低、耐热疲劳性能好、耐磨损、使用寿命长等优点，比现有沉没辊和稳定辊的使用寿命有较大提高。

Claims

1、一种热镀用的沉没辊，所述沉没辊包括基体和工作面层，其特征在于，所述沉没辊的工作面层为以重量百分比计包括以下成分的钴基合金：10％～40％的Cr、0.1％～15％的Ni、0.1％～15％的W、0.1％～10％的Mo、0.01％～5.0％的V、0.01％～5.0％的Ti、0.01％～1.5％的C、0.01％～20％的Fe、0.01％～5.0％的Al、0.1％～3.0％的Mn、0.01％～5.0％的Nb、0.1％～3.0％的Si，其余为Co和不可避免的杂质。

2、如权利要求1所述的热镀用的沉没辊，其特征在于，所述钴基合金包括以下按重量百分比计的成分：20％～30％的Cr、0.1％～10％的Ni、0.1％～10％的W、0.1％～5.5％的Mo、0.01％～3.0％的V、0.01％～3.0％的Ti、0.01％～1.5％的C、0.01％～15％的Fe、0.01％～3.0％的Al、0.1％～2.0％的Mn、0.01％～3.0％的Nb、0.1％～2.0％的Si，其余为Co和不可避免的杂质。

3、如权利要求1所述的热镀用的沉没辊，其特征在于，所述工作面层钴基合金的厚度与铁基材料厚度比为：铁基材料占总厚度的50％-95％、钴基合金占总厚度的3％-50％，铁基材料和钴基合金之间的过渡层占总厚度的0.01％-10％。

4、如权利要求1所述的热镀用的沉没辊，其特征在于，所述基体为耐热铁基材料。

5、如权利要求4所述的热镀用的沉没辊，其特征在于，所述耐热铁基材料为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢或双相不锈钢。

6、一种热镀用的稳定辊，所述稳定辊包括基体和工作面层，其特征在于，所述稳定辊的工作面层为以重量百分比计包括以下成分的钴基合金：10％-40％的Cr、0.1％～15％的Ni、0.1％～15％的W、0.1％～10％的Mo、0.01％～5.0％的V、0.01％～5.0％的Ti、0.01％～1.5％的C、0.01％～1.5％的C、0.01％～20％的Fe、0.01％～5.0％的Al、0.1％～3.0％的Mn、0.01％～5.0％的Nb、0.1％～3.0％的Si，其余为Co和不可避免的杂质。

7、如权利要求6所述的热镀用的稳定辊，其特征在于，所述钴基合金包括以下按重量百分比计的成分：20％-30％的Cr、0.1％-10％的Ni、0.1％～10％的W、0.1％～5.5％的Mo、0.01％～3.0％的V、0.01％～3.0％的Ti、0.01％～1.5％的C、0.01％～15％的Fe、0.01％～3.0％的Al、0.1％～2.0％的Mn、0.01％～3.0％的Nb、0.1％～2.0％的Si，其余为Co和不可避免的杂质。

8、如权利要求6所述的热镀用的稳定辊，其特征在于，所述工作面层钴基合金的厚度与铁基材料厚度比为：铁基材料占总厚度的50％-95％、钴基合金占总厚度的3％-50％，铁基材料和钴基合金之间的过渡层占总厚度的0.01％-10％。

9、如权利要求6所述的热镀用的稳定辊，其特征在于，所述基体为耐热铁基材料。

10、如权利要求9所述的热镀用的稳定辊，其特征在于，所述耐热铁基材料为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢或双相不锈钢。