CN1037699C - 不锈耐蚀导电辊套筒的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种不锈耐蚀导电辊套筒的制造方法，属于金属板带电镀技术。该导电辊套筒采用的不锈耐蚀合金化学成分为C，Si，Mn，Cr，Al，Ti，Fe，Ni，RE，Nb，Co，V，其中Nb，Co，V至少含有一种或一种以上。本发明采用离心铸造成型方法制造导电辊套筒，该方法是将温度为1450～1550℃的上述合金熔液浇注到放在离心机上的离心冷型(4)中，离心机的转速为650～950转/分。本发明的导电辊耐蚀能力高、硬度高、耐磨性好，因而使用寿命长。

Description

不锈耐蚀导电辊套筒的制造方法
本发明为一种不锈耐蚀导电辊套筒的制造方法，属于金属板带电镀技术。
由于汽车工业和电器制造业等领域的迅速发展，对电镀锌板的需求量越来越大，而且对镀锌板的质量要求也越来越高。导电辊做为电镀锌机组的关键备件，对电镀锌板的质量、机组速度、换辊频率及整机作业率起着致关重要的作用。国内目前均采用铜导电辊，尽管铜具有良好的导电性，但由于其耐磨性和耐蚀性较差，远远不能满足电镀锌生产的需要。国外目前已全部采用不锈钢及耐蚀合金类材料制造导电辊，但根据不同的电镀锌生产线，不同的生产技术工艺，不同的工况条件下，采用何种材料最优，目前仍处于研究开发阶段。鉴于我国电镀锌工业现状，资源情况及制造技术水平，急待研究开发出一种具有良好导电性、耐蚀性和耐磨性，且制造工艺简单，成本较低的新型不锈耐蚀导电辊。套筒是整个导电辊的制造关键，除了材质因素以外，套筒的成型方法也至关重要。套筒的成型方法很多，经常采用的是静态铸造成型、锻造成型。静态铸造成型虽然工艺简单、成本较低但套筒受铸造质量制约，易产生气孔、缩松、夹渣(砂)、热裂及化学成分偏析等缺陷，且铸件致密度较差；锻造成型虽然组织致密，耐蚀性得以改善，但由于高合金材料热变形抗力大，热加工困维，需要较高的加热温度才能锻造，工艺复杂，不易控制，且受锻材出品率制约，制造成本较高。
本发明的目的是给出一种不锈耐蚀合金导电辊套筒的制造方法，即采用离心铸造成形。由于金属液在高速旋转铸型中受到离心力作用，使铸件组织致密，铸造缺陷少，且生产工艺简单，制造成本低。
本发明所用不锈耐蚀合金的组分及配比如下(重量％)
C： 0.01～0.30％，    Si：＜2.00％，    Mn：＜2.00％，
Cr：10.0～30.0％，    Mo：5.0～15.0％，
Al：0.10～1.00％，    Ti：0.10～1.00％，
Fe：＜10.0％，         RE：0.00 5～0.500％，
Nb：0≤Nb＜5.0％，  Co：0≤Co＜3.50％，
V：0≤V＜1.00％，   Ni：余量，
其中Nb，Co，V至少含有一种或一种以上。
本发明所用合金的成分限定理由如下：
本发明所用合金属于镍基耐蚀合金类，主要以Ni-Cr-Mo为基础，重量百分含量占90％左右，此合金仍具有面心立方结构，以单相奥氏体为基体，它具有很高的耐蚀性，主要表现为不仅在氧化性介质中，而且在还原性介质中均具有优良的耐蚀性。为了进一步提高该合金在电镀液这一特定介质中的耐蚀性和耐磨性，本发明根据不同工况，添加了Nb、Co、V、Al、Ti、稀土等合金元素。
Nb的耐蚀性能极为优良，与玻璃类似，除了氢氟酸、氟、发烟硫酸及碱以外，几乎能耐一切化学介质的腐蚀，在本合金中，Nb与Ni形成γ及γ″强化相。可提高强度、硬度，  增加其耐磨性能。
Co一般可以提高该合金的强度和高温强度，增强在H2SO4、HCl、H2NO3中抗腐蚀能力，但Co和Nb一样资源缺乏，价格昂贵，一般加入量较少。
Al、Ti在本合金中可以细化晶粒，可以形成γ相，起强化作用，但对耐蚀性有不良影响，所以需严格控制其含量。
V在该合金中的作用主要是细化晶粒，提高机械性能，增加耐磨性，溶于γ’相及以VC形式存在，但过多加入，将大量以VC形式析出，对耐蚀性不利。
Si、Mn主要用于脱氧，并可改善铸造性能，特别是增加溶液流动性，有利于离心铸造工艺的实施，但要严格控制含量，否则对耐蚀性能存在不良影响。
C在该合金中主要起强化作用，可以和Cr、V、Nb、Ti等形成碳化物，增加其耐磨性能，但对耐蚀性不利，应控制在0.30％以下。
稀土做为微量元素加入，属于我国资源特色，可以两种方式加入，即炉内加入和炉外加入，一般多采用炉外冲加法。在耐蚀合金中添加稀土可以改善合金组织，细化晶粒，净化晶界，提高耐蚀、耐磨性能及机械性能，但加入量要严格控制，否则会造成大量的夹杂物，降低耐蚀性及机械性能。
Fe在该合金中属不良元素，但价格便宜，可适当降低成本，在保证耐蚀性前提下可适量含有。
本发明合金导电辊套筒制造方法如下：
图1为导电辊结构示意图。
图2为卧式离心机及冷型结构示意图。
图中：1：浇注小车，2：浇注流槽，3：销轴，4：离心冷型，5：托轮架，6：托轮，7：端盖，8：传动轴，9：电机，11：左轴，12：焊接点，13：套筒，14：右轴。
套筒利用卧式离心机离心铸造成型。离心冷型4予热温度为200～300℃，浇注速度为25～60秒，离心机转速650～950转/分。
制造过程如下：首先熔炼上述成分的合金，然后将予热好的离心冷型4吊放在卧式离心机上调整妥当，起动离心机喷刷涂料，涂料选用水基锆英粉涂料，涂料厚度1～3mm，将离心机转速提高到650～950转/分，观察离心机转动有无异常，确认离心机运转平稳后，将成分合格、温度在1500～1600℃的合金熔液出炉到定量浇包内，视温度情况镇静5～10分钟，当温度降至1450～1550℃时，用浇注小车1均匀平稳将合金熔液由浇注流槽2浇入离心冷型4中，控制浇注时间在25～60秒内完成，浇注完毕后内表面履盖保温剂，保持原转速40～60分钟后，停止离心机转动将离心冷型4吊下空冷6～8小时后脱型。成形后的套筒13经消除应力退火，粗加工后，进行热处理，固溶处理温度1050～1150℃，固溶保温时间1.5～2.5小时，空冷；然后回火，回火温度550～650℃，回火保温时间7～9小时，空冷；导电辊套筒两端轴头11、14采用1Cr18Ni9Ti不锈钢，经锻造成形后加工，套筒13和两端轴头11、14采用热镶工艺组合而成。
本方法的优点：本发明采用离心铸造成形方法，由于金属液在高速旋转铸型中受离心力的作用，重力系数可达150以上，因此提高了金属充型能力，改善补缩条件，气体和非金属夹杂物易于从金属液中排出，铸件的组织致密，铸造缺陷少，套筒可以在铸型中直接成形，生产工艺简单，制造成本低。本发明合金属于新材料，经过研究试验，摸索出切实可行的热处理工艺方案，经过该热处理工艺，不仅能消除合金中的第二相析出，提高其耐蚀能力，还能使其保持较高的硬度，以确保耐磨性要求。
本发明效果：
电偶浸泡腐蚀试验：腐蚀介质模拟实际工况条件下的电镀液，只是将溶液中Fe3+浓度从500ppm提高到3000ppm，Cl-浓度从100ppm提高到300ppm以加速腐蚀，具体成分如下：
ZnSO4：250±25g/l    Cu2+＜l0ppm
H2SO4：25±2g/l     Al3+：2000ppm
SrCO3：100～300ppm   Cl-：300ppm
N2SO4：120±20g/l   Fe3+：3000ppm
Fe2+：1700ppm
PH＝1.1    T＝70℃
浸泡48小时，通电电流密度为70A/dm2，试验结果如下表：
电偶浸泡48小时后Cu与本发明合金腐蚀速度对照表
材料 样品面积(cm2) 原始重量(g) 浸泡后重量(g) 腐蚀速度(g/cm2·天)×10-4
  Cu   14.42   14.4460   14.3682     26.98
本发明合金   13.78   15.0412   15.0412     0
实施例：
采用本发明为上海宝山钢铁总厂制造了九只导电辊，规格为Φ310×1800(辊面长度)mm。化学成分：(重量％)
C：0.029    Si：0.41   Mn：0.33  P：0.006
Cr：22.75   Mo：9.53   Nb：3.87  S：0.012
Ti：0.38    Al：0.20   Fe：2.60  RE：0.045  Ni：余量
离心铸造工艺：
冷型预热温度：250℃
涂料厚度：2mm     浇注温度：1490℃
浇注速度：30秒    离心机转速：850转/分
保持转速时间：45分钟  脱型时间：8小时
固容处理温度：1100℃  固溶保温时间：2小时
回火处理温度：580℃    回火保温时间：8小时
套筒表面硬度＞30HS
经在宝钢实际上机考核验证，使用寿命可达500天以上，铜导电辊使用寿命150～200天，采用本发明制造的导电辊其寿命比铜导电辊提高2.5倍以上，效果十分理想。

Claims (2)

1、一种不锈耐蚀导电辊套筒的制造方法，其特征在于所说的制造方法如下：
(1)熔炼合金，其化学成分(重量％)为：
C 0.01～0.30％，Si＜2.00％，Mn＜2.00％，Cr 10.0～30.0％，Mo 5.0～15.0％，Al 0.10～1.00％，Ti 0.10～1.00％，Fe＜10.0％，RE 0.005～0.500％，Nb＜5.0％，Co＜3.50％，V＜1.00％，其余为Ni，其中Nb，Co，V至少含有一种或一种以上，
(2)首先将予热好的离心冷型(4)安放在卧式离心机上，冷型(4)的予热温度为200～300℃，起动离心机喷刷涂料，涂料为水基锆英粉，涂料厚度1-3mm，  当离心机转速为650～950转/分时，将温度为1500～1600℃的上述合金熔液镇静5～10分钟，当合金熔液温度降至1450～1550℃时，将合金熔液浇入离心冷型(4)中，控制浇注时间在25～60秒内完成，浇注完毕后内表面履盖保温剂，保持转速40～60分钟后，停止离心机转动将离心冷型(4)取下空冷，6～8小时后脱型，
(3)成型后的套筒(13)经消除应力退火，粗加工后进行热处理，固溶处理温度1050～1150℃，固溶保温时间1.5～2.5小时，空冷，然后回火，回火温度550～650℃，回火保温时间7～9小时，最后空冷。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于所说的导电辊套筒(13)的两端轴头(11)和(14)采用1Cr18Ni9Ti不锈钢，经锻造成型后加工，套筒(13)和两端轴头(11)、(14)采用热镶工艺组合在一起。
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