CN101878086A - 制造卷取机卷筒的方法及卷取机卷筒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制造用在卷取炉中的卷取机卷筒(5)的方法及卷取机卷筒(5)。该方法包括将包含三镍化铝合金的表面层(7)形成到卷取机卷筒主体(6)上的步骤。

Description

制造卷取机卷筒的方法及卷取机卷筒
技术领域
本发明涉及制造卷取机卷筒的方法及卷取机卷筒。
背景技术
可逆式热轧机，也称为斯特克尔式轧机(Steckel mills)，被用作热轧不锈钢、特种钢等的扁钢坯的带材热轧机。
图1示意地示出了具有较高温度的可逆式热轧机1，在热轧机上钢的扁铸坯通过轧辊2a和2b若干次。轧辊2a和2b相互以辊隙接触，并且当扁钢坯通过辊隙N时，扁钢坯的厚度减小到具有更薄的厚度的带材3。
在热轧机的相对两侧，设置有两个卷取炉4。当利用热轧机1加工带材时，其被交替地卷到对置的卷取炉4上并从对置的卷取炉4上松开，每个卷取炉都包括旋转的圆柱形卷取机卷筒5。卷取炉的作用是保持通过辊隙N之间的带材的温度。卷取炉保持在例如大约900℃到大约1050℃的温度。
在操作中，通过辊隙N的带材3被导到较近的卷取炉4并卷到其相应的卷取机卷筒5上。随后，当带材3被向回输送通过辊隙N时，带材从卷取机卷筒5被松开。重复进行将带材通过辊隙N、卷上以及松开的过程，直到达到希望的带材的厚度。
卷取机卷筒是中空圆柱体，具有至少大约1000mm的外径，大约2000到5000mm的长度以及30到150mm的较大壁厚。卷取机卷筒通常由铸造耐热合金制备。卷取机卷筒的工作表面(即成为随后带材要被卷绕的表面)通常是平的或是有槽的。
如上面的描述能被实现的，卷取机卷筒工作在非常苛刻的环境中。卷取炉中的温度很高。当将钢带卷绕在卷筒上时，卷取机卷筒的表面还重复地承受很高的夹紧力。这导致卷取机卷筒的表面疲劳断裂或其它破裂。卷取机卷筒还具有砂眼。这些影响卷取机卷筒的使用寿命。其还会在正在制造的钢带上留下痕迹，从而降低产品的质量。卷取机卷筒的表面还在卷起钢带时暴露于形成在钢带表面上的氧化铁膜。虽然除氧化皮，但是部分氧化铁膜转移到并粘到卷取机卷筒上，并随后导致带材的缺陷。这降低了产品的质量。
现在由卷取机卷筒表面中的砂眼引起的问题可以通过停下炉以使砂眼能被手动研磨以减少砂眼得到解决。频繁的停机导致用于维护轧辊的高运行成本以及产品生产能力的降低。
卷取机卷筒在目前的操作温度下还易松弛，这将阻碍以均匀的较高的温度运行炉。松弛使卷筒在其旋转中变得偏心。这导致卷筒不均匀地旋转，这影响卷取炉的运行和使用寿命并在带材上引起缺陷。松弛还导致变形，即使卷取机卷筒的缝隙变窄。结果，必须更换卷取机卷筒。
已试图通过在铸造卷取机卷筒时使用不同的铸钢组份来克服上述问题。一个示例在美国专利6,033,626中公开。在该专利中存在的组分只是标准钢组份的变体。其在卷取机卷筒正在使用的高温下是软的并因此存在由卷取机卷筒的变形导致的问题。而且其不能避免卷取机卷筒表面的砂眼。
美国公开的专利申请2001/0013383公开了用于加热炉的炉底辊的材料的三镍化铝基耐热合金。该材料在1050℃以上温度范围内具有高蠕变破裂强度并具有良好的可焊性。问题是该三镍化铝基材料是昂贵的。该材料适于具有简单结构(即中空圆柱体)的铸造轧辊，但其不能用于铸造具有复杂几何形状结构的物体，例如卷取机卷筒。而且当制备熔融三镍化铝合金时，反应是强烈放热的。因此不可能铸造尺寸与卷取机卷筒一样大的物体。
这两个专利公开物公开由相同材料并整体地铸造整个卷筒或轧辊。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于制造卷取机卷筒的方法并涉及卷取机卷筒，该方法和卷取机卷筒避免了上述问题，并通过该方法和卷取机卷筒显著提高了卷取机卷筒的使用寿命并提高了由热轧机生产的产品的质量。
本发明基于这样的理念：卷取机卷筒以这样的方式形成，其包括在卷取机卷筒主体上形成包含三镍化铝的表面层。
三镍化铝合金可以通过焊接或热喷涂形成在卷取机卷筒主体上。表面层也可以是设置在主体上的三镍化铝合金衬套。表面层的厚度为从大约0.1mm至大约8mm，合适地是从大约1mm至大约4mm。表面层形成在金属带材被卷在卷取机卷筒上时将接合金属带材的工作表面。
表面层可以被制成是光滑地并均匀地靠在要被卷绕的钢带上。表面层可以作为从卷取机卷筒主体的基面径向向外延伸的凸出的三镍化铝合金带形成在卷取机卷筒上。这些凸出带形成在金属带材被卷在卷取机卷筒上时将接合金属带材的工作表面上。
本发明具有许多优点。三镍化铝合金具有高温强度和高温耐腐蚀性。从而，当表面层由三镍化铝合金制成时，在高温下表面硬度是极好的。当使用传统的H系列奥氏体合金作为表面材料时，由于温度升高南昌表面硬度降低。已发现在高温下卷取机卷筒的整个使用期限中，三镍化铝合金的高表面硬度持续。还发现减少或消除了从产品到卷取机卷筒的氧化铁的粘附，这减少了带材上的点蚀痕迹。因此成品的质量更好并且从扁钢坯到产品的产量更高。由于在高温下的长使用寿命，因此还提高了卷取机卷筒的工作寿命。减少了卷筒的变形，这也提高了其使用期限。
也可以由较低成本材料制造卷取机卷筒主体并仅用昂贵的三镍化铝合金材料来形成表面层。这降低了卷取机卷筒的价格。还通过在卷筒主体内使用具有高屈服强度的材料并在其上使用三镍化铝基合金表面层，可以提高卷筒抵抗局部应力的强度并防止卷筒破损和变形。
当使用焊接在卷取机卷筒主体上的表面层结构时，已发现在高温FEA分析中，焊接的表面结构减小了卷取机卷筒壁中的温度梯度。这导致更低的复合应力并防止卷筒破损和变形。
附图说明
下面，将参照附图更详细地描述本发明，其中：
图1以侧视图示意地示出传统的可逆式热轧机；
图2示出了卷取机卷筒的透视图；
图3示出了图1中存在的卷取机卷筒的A-A截面图；
图4示出了另一个卷取机卷筒的透视图；
图5示出了第三个卷取机卷筒的透视图；以及
图6a和6b示了卷取机卷筒上的带材的截面图。
具体实施方式
在本说明书和权利要求中，词语铸造意思是向铸模浇注钢水，在铸模中钢水冷却时固化。熔融合金冷却时保持由铸模限定的形状。在铸造过程中，铸模可以是固定的或沿轴线方向旋转。旋转铸模用于铸造轴向对称物体，例如圆筒、轧辊或管。
图1在上面已进行说明，因此此处不再进行讨论。
图2示出了根据本发明的方法制造出的卷取机卷筒5。卷取机卷筒包括卷取机卷筒主体6，在卷取机卷筒主体上具有表面层7。卷取机卷筒主体6在图3是可视的。卷取机卷筒主体通过铸造形成。可以使用标准H系列不锈钢，例如ASTM A297级HK、HT、HP钢或其他耐热合金，作为铸钢。主体形成为具有壁厚大约30mm至大约150mm的环状主体。因此主体是内部中空的。在主体上，设置有槽12，用于当开始将带材卷绕到卷取机卷筒5上时抓取带材3的端部。主体的长度可以变化并且其由卷取炉的型号决定。耳轴8形成于卷取机卷筒主体6的两端。通过耳轴卷取机卷筒被附接于卷取炉。
在本发明的一个实施例中，三镍化铝(Ni3Al)合金的表面层7设置在卷取机卷筒主体6上。表面层沿卷取机卷筒的轴向方向从卷取机卷筒的一端延伸到另一端，基本上完全覆盖卷取机卷筒，并限定了当金属带材在可逆式热轧机中被加工时接合金属带材的工作表面9。其还围绕卷取机卷筒主体的整个圆周覆盖卷取机卷筒主体。在图3中可以看到图1所示的卷取机卷筒的A-A截面图。表面层可通过堆焊形成在卷取机卷筒主体上。换句话说，表面层通过在卷取机卷筒主体上通过叠加若干层三镍化铝合金形成。焊接可以通过等离子、激光、MIC/MAG或TIG焊接完成。焊接中，使用含有三镍化铝的焊料。堆叠的数量由希望的表面层的厚度决定。表面层还可以通过热喷涂形成在卷取机卷筒主体上。热喷涂通过将三镍化铝合金熔成熔滴并将这些熔滴嫁接到卷取机卷筒上进行。各种焊接技术和热喷涂对于本领域的技术人员是公知的，因此此处不再对其进行更详细地说明。在表面层形成在卷筒主体上后，对表面层进行最后加工以通过热处理和机械加工和/或研磨卷筒以具有光滑的工作表面。
表面层也可以是设置在主体上的三镍化铝合金衬套。衬套由具有适合厚度的三镍化铝合金板制备。板被加工成适合尺寸的衬套并且其被装配在卷筒主体上。衬套通过焊接附接到卷取机卷筒主体。
图2和图3示出了卷取机卷筒，其包括三镍化铝合金的表面层，该表面层限定了当金属带材在可逆式热轧机中被加工时接合金属带材的光滑的工作表面9。
在本发明的另一个实施例中，卷取机卷筒5包括多个从卷取机卷筒主体的基面径向向外延伸的三镍化铅合金的凸出带。
图4示出了具有凸出带10的卷取机卷筒。凸出带10形成于外表面，即卷取机卷筒主体的基面11。当将金属带材4卷绕到卷取机卷筒5上时，基面11不会与金属带材4接触，但是金属带材由凸出带10的凸出的表面接合。这些凸出的表面形成将接合金属带材的凸出带的工作表面9。
凸出带10在基面11上相对于卷取机卷筒的方位可以变化。在图4的实施例中，凸出带10基本上平行于卷取机卷筒5的纵轴线。凸出带10的长度延伸到基面11的整个长度。凸出带10相互以固定间隔围绕基面11的圆周设置。凸出带10也可以在基面11上布置成具有变量间距。而且凸出带10的长度和频率也可以改变。其可以仅延伸到基面的轴向长度的一部分。凸出带10的较短长度还可以横向偏移或交错穿过基面11。而且，基面11的一些横截面可以不包括任一凸出带10。在图5所示的实施例中，凸出带10相对于卷取机卷筒5的纵轴线周向地定位。在该实施例中，凸出带10形成为围绕卷取机卷筒5的周向的连续的分开的环状体。周向的凸出带1还可以包括环状的分开的间隔部分。也可以仅存在设置为围绕基面11的螺旋线的一个凸出带10。
凸出带10通过堆焊形成在基面上。凸出带通过堆叠在另一个焊道之上的若干焊道10a-10n形成。这在图6a和6b中更详细地示出。凸出带可以通过机械加工和/或研磨进行最后加工以具有适当的高度H和形状。在最后加工中，可以仅处理带凸出10的焊道。这在图6a中示出。机械加工和/或研磨以这样的方式进行：仅对焊道10a-10n作用以形成所需形状和高度的凸出带10。基面11保持为最后加工前的其的状态。也可以将机械加工扩展到基面11。当这样做时，处理基面和凸出带的上表面。这在图6b中示出。机械加工和/或研磨已用这样的方式进行：形成基面的材料已被去除。由于卷取机卷筒的基面已被加工，所以围绕加工后的带10的基面11在初始基面11a之下。
凸出带10的高度H为大约2mm到10mm，适合地从大约4mm到8mm。凸出带10具有平的上表面。当将金属带材4卷绕在卷取机卷筒5上时，凸出带10的上表面形成当金属带材在可逆式热轧机中被加工时接合金属带材的工作表面9。
三镍化铝合金按重量百分比包括：
4.0％到12.0％的Al
0到16.0％的Cr 
0到1.5％的Mo
0到1.5％的Zr
0到0.003％的B
余量是Ni和不可避免的杂质。合金包括具有Ni3Al作为其主相的金属结构。
根据本发明制造的卷取机卷筒特别适合用在斯特克尔式轧机卷取炉中。
因此，本发明的各方面可以通过下面编号的句子举例说明：
1.制造用在卷取炉中的卷取机卷筒的方法，卷取机卷筒包括卷取机卷筒主体，该方法包括：
将包含三镍化铝合金的表面层形成到卷取机卷筒主体上。
2.根据编号为1的句子的方法，还包括通过焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
3.根据编号为1的句子的方法，还包括通过等离子焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
4.根据编号为1的句子的方法，还包括通过激光焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
5.根据编号为1的句子的方法，还包括通过MIG/MAG或TIG焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
6.根据编号为1的句子的方法，还包括通过热喷涂将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
7.根据编号为1的句子的方法，还包括通过在卷取机卷筒主体上叠加若干三镍化铝合金层形成表面层。
8.根据编号为1的句子的方法，还包括：以这样的方式将表面层形成到卷取机卷筒主体上：表面层沿卷取机卷筒的轴向方向从卷取机卷筒的一端延伸到另一端并围绕卷取机卷筒主体的整个圆周覆盖卷取机卷筒主体，表面层限定了当金属带材被卷绕在卷取机卷筒上时接合金属带材的工作表面。
9.根据编号为1的句子的方法，还包括通过将三镍化铝合金衬套设置到卷取机卷筒主体上以将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
10.根据编号为1的句子的方法，还包括将作为凸出带的表面层形成到卷取机卷筒主体上，凸出带从卷取机卷筒主体径向向外延伸。
11.根据编号为10的句子的方法，还包括通过在另一个焊道上叠加焊道在卷取机卷筒主体上形成凸出带。
12.根据编号为11的句子的方法，还包括通过等离子焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
13.根据编号为11的句子的方法，还包括通过激光焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
14.根据编号为11的句子的方法，还包括通过MIG/MAG或TIG焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
15.根据编号为10的句子的方法，还包括通过机械加工和/或研磨来最后加工凸出带。
16.根据编号为10的句子的方法，其中凸出带限定了当金属带材被卷绕在卷取机卷筒上时接合金属带材的工作表面。
17.根据编号为1的句子的方法，其中三镍化铝合金的化学成分以重量百分比表示为：
4.0％到12.0％的Al 
0到16.0％的Cr
0到1.5％的Mo 
0到1.5％的Zr
0到0.003％的B
余量是Ni和不可避免的杂质。
18.用在卷取炉中的卷取机卷筒，包括
-卷取机卷筒主体，和
-表面层，其包含三镍化铝合金并形成到卷取机卷筒主体上。
19.根据编号为18的句子的卷取机卷筒，其中通过焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
20.根据编号为18的句子的卷取机卷筒，其中通过等离子焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
21.根据编号为18的句子的卷取机卷筒，其中通过激光焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
22.根据编号为18的句子的卷取机卷筒，其中通过MIG/MAG或TIG焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
23.根据编号为18的句子的卷取机卷筒，其中通过热喷涂将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
24.根据编号为18的句子的卷取机卷筒，其中表面层包括叠加在卷取机卷筒主体上的若干三镍化铝合金层。
25.根据编号为18的句子的卷取机卷筒，其中表面层沿卷取机卷筒的轴向方向从卷取机卷筒的一端延伸到另一端并围绕卷取机卷筒主体的整个圆周覆盖卷取机卷筒主体，并限定了当金属带材被卷绕在卷取机卷筒上时接合金属带材的工作表面。
26.根据编号为18的句子的卷取机卷筒，其中通过将三镍化铝合金衬套设置到卷取机卷筒主体上以将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
27.根据编号为18的句子的卷取机卷筒，其中表面层包括卷取机卷筒主体上的凸出带，凸出带从卷取机卷筒主体径向向外延伸。
28.根据编号为27的句子的卷取机卷筒，其中凸出带包括在另一个焊道上叠加的焊道。
29.根据编号为28的句子的卷取机卷筒，其中通过等离子焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
30.根据编号为28的句子的卷取机卷筒，其中通过激光焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
31.根据编号为28的句子的卷取机卷筒，其中通过MIG/MAG或TIG焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
32.根据编号为27的句子的卷取机卷筒，其中通过机械加工和/或研磨来最后加工凸出带。
33.根据编号为27的句子的卷取机卷筒，其中凸出带限定了当金属带材被卷绕在卷取机卷筒上时接合金属带材的工作表面。
34.根据编号为18的句子的卷取机卷筒，其中三镍化铝合金的化学成分以重量百分比表示为：
4.0％到12.0％的Al
0到16.0％的Cr
0到1.5％的Mo
0到1.5％的Zr
0到0.003％的B
余量是Ni和不可避免的杂质。
本发明并不将本发明限定于作为示例描述的实施例，而是意图通过在下文提供的权利要求限定的保护范围内宽泛地解释本发明。

Claims (34)

1.制造用在卷取炉中的卷取机卷筒的方法，卷取机卷筒包括卷取机卷筒主体，该方法包括：
将包含三镍化铝合金的表面层形成到卷取机卷筒主体上。
2.根据权利要求1的方法，还包括通过焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
3.根据权利要求1的方法，还包括通过等离子焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
4.根据权利要求1的方法，还包括通过激光焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
5.根据权利要求1的方法，还包括通过MIG/MAG或TIG焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
6.根据权利要求1的方法，还包括通过热喷涂将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
7.根据权利要求1的方法，还包括通过在卷取机卷筒主体上叠加若干三镍化铝合金层形成表面层。
8.根据权利要求1的方法，还包括：以这样的方式将表面层形成到卷取机卷筒主体上：表面层沿卷取机卷筒的轴向方向从卷取机卷筒的一端延伸到另一端并围绕卷取机卷筒主体的整个圆周覆盖卷取机卷筒主体，表面层限定了当金属带材被卷绕在卷取机卷筒上时接合金属带材的工作表面。
9.根据权利要求1的方法，还包括通过将三镍化铝合金衬套设置到卷取机卷筒主体上以将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
10.根据权利要求1的方法，还包括将作为凸出带的表面层形成到卷取机卷筒主体上，凸出带从卷取机卷筒主体径向向外延伸。
11.根据权利要求10的方法，还包括通过在另一个焊道上叠加焊道在卷取机卷筒主体上形成凸出带。
12.根据权利要求11的方法，还包括通过等离子焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
13.根据权利要求11的方法，还包括通过激光焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
14.根据权利要求11的方法，还包括通过MIG/MAG或TIG焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
15.根据权利要求10的方法，还包括通过机械加工和/或研磨来最后加工凸出带。
16.根据权利要求10的方法，其中凸出带限定了当金属带材被卷绕在卷取机卷筒上时接合金属带材的工作表面。
17.根据权利要求1的方法，其中三镍化铝合金的化学成分以重量百分比表示为：
4.0％到12.0％的Al
0到16.0％的Cr
0到1.5％的Mo
0到1.5％的Zr
0到0.003％的B
余量是Ni和不可避免的杂质。
18.用在卷取炉中的卷取机卷筒，包括
-卷取机卷筒主体，和
-表面层，其包含三镍化铝合金并形成到卷取机卷筒主体上。
19.根据权利要求18的卷取机卷筒，其中通过焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
20.根据权利要求18的卷取机卷筒，其中通过等离子焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
21.根据权利要求18的卷取机卷筒，其中通过激光焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
22.根据权利要求18的卷取机卷筒，其中通过MIG/MAG或TIG焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
23.根据权利要求18的卷取机卷筒，其中通过热喷涂将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
24.根据权利要求18的卷取机卷筒，其中表面层包括叠加在卷取机卷筒主体上的若干三镍化铝合金层。
25.根据权利要求18的卷取机卷筒，其中表面层沿卷取机卷筒的轴向方向从卷取机卷筒的一端延伸到另一端并围绕卷取机卷筒主体的整个圆周覆盖卷取机卷筒主体，并限定了当金属带材被卷绕在卷取机卷筒上时接合金属带材的工作表面。
26.根据权利要求18的卷取机卷筒，其中通过将三镍化铝合金衬套设置到卷取机卷筒主体上以将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
27.根据权利要求18的卷取机卷筒，其中表面层包括卷取机卷筒主体上的凸出带，凸出带从卷取机卷筒主体径向向外延伸。
28.根据权利要求27的卷取机卷筒，其中凸出带包括在另一个焊道上叠加的焊道。
29.根据权利要求28的卷取机卷筒，其中通过等离子焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
30.根据权利要求28的卷取机卷筒，其中通过激光焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
31.根据权利要求28的卷取机卷筒，其中通过MIG/MAG或TIG焊接将表面层形成到卷取机卷筒主体上。
32.根据权利要求27的卷取机卷筒，其中通过机械加工和/或研磨来最后加工凸出带。
33.根据权利要求27的卷取机卷筒，其中凸出带限定了当金属带材被卷绕在卷取机卷筒上时接合金属带材的工作表面。
34.根据权利要求18的卷取机卷筒，其中三镍化铝合金的化学成分以重量百分比表示为：
4.0％到12.0％的Al
0到16.0％的Cr
0到1.5％的Mo
0到1.5％的Zr
0到0.003％的B
余量是Ni和不可避免的杂质。
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