CN111424227A - 一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法，包括如下步骤：S1、连铸结晶器铜板表面处理；S2、连铸结晶器铜板除油处理；S3、喷砂；S4、制备低应力涂层；S5、安装连铸结晶器铜板；S6、抽真空；S7、热处理；S8、冷却，将热处理后的连铸结晶器铜板快速冷却，降温速率为＞60℃/h，将至常温后涂层与基体之间形成冶金结合。本发明提供的一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法，与传统工艺相比，所获得的结晶器铜板涂层可实现与铜基体的冶金结合，且涂层均匀性好，有利于钢坯连铸时的热传导均匀与稳定；致密涂层中杂质少，大大提高了涂层的耐磨及耐腐蚀性能。涂层质量的稳定性及服役寿命较常规工艺有了显著提高。

Description

一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金设备表面改性领域，更具体地说，尤其涉及一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法。
背景技术
连铸是生产钢坯的主要方法之一，而结晶器是连铸机上的核心部件，通常被称为连铸设备的“心脏”，其主要作用是通过一个强制水冷的无底钢锭模，使钢液逐渐凝固成所需要规格、形状的坯壳，通过结晶器的振动，使坯壳脱离结晶器壁而不被拉断和漏钢，保证坯壳均匀稳定的生成，在结晶器中起关键作用的铜板之使用性能直接或间接的影响连铸坯的质量和生产率，为了抵抗连铸时钢液的高温熔蚀、铸坯的磨损及保护渣的化学腐蚀等，铜板表面必须施以保护涂层，铜板表面的保护涂层主要采用电镀、热喷涂等方法制备，为了满足铜板服役时的恶劣工况，铜板涂层的三个重要因素：即涂层特性、涂层结合力和结晶器铜板母材特性维持必须得到了良好的综合匹配，与电镀镀层相比，现有热喷涂技术方法制备的涂层具有较好的耐磨损和抗高温腐蚀性能，可大幅度地提高结晶器铜板的使用寿命，为了获得较高的涂层结合力，采用热喷涂技术制备的涂层必须要进行后热处理，通过涂层材料与基材在高温下的扩散，实现涂层的冶金结合。
但目前已有的采用热喷涂制备的铜板涂层，其后热处理，主要是采用常压下的气氛炉进行后热处理的，该方法在实际生产中存在较多的问题，如：由于热喷涂涂层的应力较大以及热处理时的热冲击较大，热处理后铜板变形严重；为了在常压下构建一个还原气氛以减少涂层的氧化，还原气体的消耗量极大，因此，我们提出了一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法，包括如下步骤：
S1、连铸结晶器铜板表面处理，将连铸结晶器铜板表面进行机械加工，去除原始镀层或疲劳层，加工成待喷涂表面；
S2、连铸结晶器铜板除油处理，采用有机溶剂、碱液、丙酮、酒精将连铸结晶器铜板进行清洗和活化处理；
S3、喷砂，对连铸结晶器铜板待喷涂表面进行喷砂处理，喷砂处理后表面粗糙度为Ra6-8；
S4、制备低应力涂层，采用超音速喷涂技术在铜基体待喷涂表面制备低应力、致密合金或合金陶瓷涂层；
S5、安装连铸结晶器铜板，将连铸结晶器铜板安装在真空加压气冷卧式淬火炉中；
S6、抽真空，对真空加压气冷卧式淬火炉内部进行抽真空处理，真空加压气冷卧式淬火炉内部的真空度为≤6.7×10-2Pa；
S7、热处理，通过真空加压气冷卧式淬火炉对对连铸结晶器铜板铜板进行加热升温和保温热处理；
S8、冷却，将热处理后的连铸结晶器铜板快速冷却，降温速率为＞60℃/h，将至常温后涂层与基体之间形成冶金结合。
优选的，步骤S4中所述的低应力涂层的喷涂具体参数为：氧气流量为1800SCFH-2000SCFH、煤油流量为3gal/h-6gal/h、送粉速率为70g/min-140g/min、枪距为30cm-50cm、涂层厚度为0.3mm-3.0mm。
优选的，步骤S7所述的热处理加工的加热温度为700-1100℃，热处理升温速率为100-200℃/h,热处理保温温度为700-1100℃，保温时间＜60min。
优选的，步骤S5中所述的真空加压气冷卧式淬火炉的具体参数为：最高温度：1300℃；工作温度：500-1250℃；极限真空度：≤6.7×10-3Pa；工作真空度：≤6.7×10-2Pa，1000℃以下；压升率：≤0.5Pa/h；升温速率：≤60min，常温-1050℃；炉温均匀性：≤±5℃；气冷压强：≤1.9bar，绝对压强；冷却速度：≤10min，满载，1050℃-300℃。
优选的，步骤S3所述的喷砂采用吸入式干喷砂机进行喷砂加工，所述吸入式干喷砂机包括结构组件、介质动力组件、管路组件、除尘组件、控制组件和辅助组件，所述吸入式干喷砂机是以压缩空气为动力，通过气流的高速运动在喷枪内形成的负压，将磨料通过输砂管吸入喷枪并经喷嘴射出，喷射到被加工表面。
优选的，步骤S1所述的连铸结晶器铜板材料为自熔合金NiCrBSi或者自熔合金NiCrBSi掺杂一定比例的WC、Cr2C3、TiC或它们的混合物制备而成。
优选的，步骤S4所述的超音速喷涂技术具体采用具体采用超音速火焰喷涂设备，采用合理的氧燃比，使得基体的受冲击压缩应变略大于喷涂颗粒本身的热应变，从而形成与基体结合良好的致密涂层。
优选的，步骤S6中所述的抽真空采用真空加压气冷卧式淬火炉内置的真空泵对真空加压气冷卧式淬火炉的工作腔内进行抽真空处理，所述真空泵具体设置为气体捕集式真空泵。
本发明的技术效果和优点：本发明提供的连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法，与传统工艺相比，所获得的结晶器铜板涂层可实现与铜基体的冶金结合，且涂层均匀性好，有利于钢坯连铸时的热传导均匀与稳定；致密涂层中杂质少，大大提高了涂层的耐磨及耐腐蚀性能。涂层质量的稳定性及服役寿命较常规工艺有了显著提高。
附图说明
图1为本发明连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法的工艺流程图；
图2为本发明连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法处理后的铜板金相状态图；
图3为传统处理方法后的铜板金相状态图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供了如图1所示的一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法，包括如下步骤：
S1、连铸结晶器铜板表面处理，将连铸结晶器铜板表面进行机械加工，去除原始镀层或疲劳层，加工成待喷涂表面；
S2、连铸结晶器铜板除油处理，采用有机溶剂、碱液、丙酮、酒精将连铸结晶器铜板进行清洗和活化处理；
S3、喷砂，对连铸结晶器铜板待喷涂表面进行喷砂处理，喷砂处理后表面粗糙度为Ra6-8；
S4、制备低应力涂层，采用超音速喷涂技术在铜基体待喷涂表面制备低应力、致密合金或合金陶瓷涂层；
S5、安装连铸结晶器铜板，将连铸结晶器铜板安装在真空加压气冷卧式淬火炉中；
S6、抽真空，对真空加压气冷卧式淬火炉内部进行抽真空处理，真空加压气冷卧式淬火炉内部的真空度为≤6.7×10-2Pa；
S7、热处理，通过真空加压气冷卧式淬火炉对对连铸结晶器铜板铜板进行加热升温和保温热处理；
S8、冷却，将热处理后的连铸结晶器铜板快速冷却，降温速率为＞60℃/h，将至常温后涂层与基体之间形成冶金结合。
其中，步骤S4中所述的低应力涂层的喷涂具体参数为：氧气流量为1800SCFH-2000SCFH、煤油流量为3gal/h-6gal/h、送粉速率为70g/min-140g/min、枪距为30cm-50cm、涂层厚度为0.3mm-3.0mm。
其中，步骤S7所述的热处理加工的加热温度为700-1100℃，热处理升温速率为100-200℃/h,热处理保温温度为700-1100℃，保温时间＜60min。
其中，步骤S5中所述的真空加压气冷卧式淬火炉的具体参数为：最高温度：1300℃；工作温度：500-1250℃；极限真空度：≤6.7×10-3Pa；工作真空度：≤6.7×10-2Pa，1000℃以下；压升率：≤0.5Pa/h；升温速率：≤60min，常温-1050℃；炉温均匀性：≤±5℃；气冷压强：≤1.9bar，绝对压强；冷却速度：≤10min，满载，1050℃-300℃。
其中，步骤S3所述的喷砂采用吸入式干喷砂机进行喷砂加工，所述吸入式干喷砂机包括结构组件、介质动力组件、管路组件、除尘组件、控制组件和辅助组件，所述吸入式干喷砂机是以压缩空气为动力，通过气流的高速运动在喷枪内形成的负压，将磨料通过输砂管吸入喷枪并经喷嘴射出，喷射到被加工表面。
其中，步骤S1所述的连铸结晶器铜板材料为自熔合金NiCrBSi或者自熔合金NiCrBSi掺杂一定比例的WC、Cr2C3、TiC或它们的混合物制备而成。
其中，步骤S4所述的超音速喷涂技术具体采用具体采用超音速火焰喷涂设备，采用合理的氧燃比，使得基体的受冲击压缩应变略大于喷涂颗粒本身的热应变，从而形成与基体结合良好的致密涂层。
其中，步骤S6中所述的抽真空采用真空加压气冷卧式淬火炉内置的真空泵对真空加压气冷卧式淬火炉的工作腔内进行抽真空处理，所述真空泵具体设置为气体捕集式真空泵。
实施例2
以下是发明人给出的具体实施例，需要说明的是，实施例是本发明较优的例子，用于对比的案例为传统常压气氛炉进行的涂层后热处理
Figure BDA0002501030850000061
从上表以及附图2和附图3中可以看出，与传统常压气氛炉处理相比，涂层经本发明设备和方法后热处理后，铜板表面未见黑色氧化层，涂层表面呈现金属光泽，同种规格的铜板变形量＜10mm；而传统常压气氛炉热处理后，铜板变形量高达30mm。对比两种方法处理后的涂层金相，很显然，经本发明的新型真空加压气冷卧式淬火炉处理的铜板涂层金相致密、杂质和气孔均少于传统常压气氛炉处理后的涂层。
综上所述：本发明提供的一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法，在对连铸结晶器铜板加工时，铜板在真空状态下加热至高温，铜板基体与涂层被氧化量极少，经该热处理工艺处理后，铜板表面无黑色氧化异常，涂层表面光亮，呈金属光泽；高温后的快速冷却是通过气冷系统和充气系统来完成的，通常采用的冷却气体为氮气。铜板散热快，热冲击小，因此，热处理后铜板变形量小；当涂层被加热至接近熔融状态时，在真空条件小，更有利于涂层中的气体、杂质等浮出涂层表面，使得涂层的性能更优异；本发明提供的连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法，与传统工艺相比，所获得的结晶器铜板涂层可实现与铜基体的冶金结合，且涂层均匀性好，有利于钢坯连铸时的热传导均匀与稳定；致密涂层中杂质少，大大提高了涂层的耐磨及耐腐蚀性能。涂层质量的稳定性及服役寿命较常规工艺有了显著提高。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、连铸结晶器铜板表面处理，将连铸结晶器铜板表面进行机械加工，去除原始镀层或疲劳层，加工成待喷涂表面；
S2、连铸结晶器铜板除油处理，采用有机溶剂、碱液、丙酮、酒精将连铸结晶器铜板进行清洗和活化处理；
S3、喷砂，对连铸结晶器铜板待喷涂表面进行喷砂处理，喷砂处理后表面粗糙度为Ra6-8；
S4、制备低应力涂层，采用超音速喷涂技术在铜基体待喷涂表面制备低应力、致密合金或合金陶瓷涂层；
S5、安装连铸结晶器铜板，将连铸结晶器铜板安装在真空加压气冷卧式淬火炉中；
S6、抽真空，对真空加压气冷卧式淬火炉内部进行抽真空处理，真空加压气冷卧式淬火炉内部的真空度为≤6.7×10-2Pa；
S7、热处理，通过真空加压气冷卧式淬火炉对对连铸结晶器铜板铜板进行加热升温和保温热处理；
S8、冷却，将热处理后的连铸结晶器铜板快速冷却，降温速率为＞60℃/h，将至常温后涂层与基体之间形成冶金结合。
2.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法，其特征在于：步骤S4中所述的低应力涂层的喷涂具体参数为：氧气流量为1800SCFH-2000SCFH、煤油流量为3gal/h-6gal/h、送粉速率为70g/min-140g/min、枪距为30cm-50cm、涂层厚度为0.3mm-3.0mm。
3.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法，其特征在于：步骤S7所述的热处理加工的加热温度为700-1100℃，热处理升温速率为100-200℃/h,热处理保温温度为700-1100℃，保温时间＜60min。
4.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法，其特征在于：步骤S5中所述的真空加压气冷卧式淬火炉的具体参数为：最高温度：1300℃；工作温度：500-1250℃；极限真空度：≤6.7×10-3Pa；工作真空度：≤6.7×10-2Pa，1000℃以下；压升率：≤0.5Pa/h；升温速率：≤60min，常温-1050℃；炉温均匀性：≤±5℃；气冷压强：≤1.9bar，绝对压强；冷却速度：≤10min，满载，1050℃-300℃。
5.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法，其特征在于：步骤S3所述的喷砂采用吸入式干喷砂机进行喷砂加工，所述吸入式干喷砂机包括结构组件、介质动力组件、管路组件、除尘组件、控制组件和辅助组件，所述吸入式干喷砂机是以压缩空气为动力，通过气流的高速运动在喷枪内形成的负压，将磨料通过输砂管吸入喷枪并经喷嘴射出，喷射到被加工表面。
6.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法，其特征在于：步骤S1所述的连铸结晶器铜板材料为自熔合金NiCrBSi或者自熔合金NiCrBSi掺杂一定比例的WC、Cr2C3、TiC或它们的混合物制备而成。
7.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法，其特征在于：步骤S4所述的超音速喷涂技术具体采用具体采用超音速火焰喷涂设备，采用合理的氧燃比，使得基体的受冲击压缩应变略大于喷涂颗粒本身的热应变，从而形成与基体结合良好的致密涂层。
8.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板热喷涂涂层的热处理方法，其特征在于：步骤S6中所述的抽真空采用真空加压气冷卧式淬火炉内置的真空泵对真空加压气冷卧式淬火炉的工作腔内进行抽真空处理，所述真空泵具体设置为气体捕集式真空泵。
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