CN114807553A - 一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，属于特种钢材表面改性技术领域。该装置针对奥氏体不锈钢板服役时表面硬度低，容易划伤，影响美观等不足，提出了一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置。首先，将不锈钢板放置在冷却槽中的支撑板上定位，利用冷却槽充填的超低温介质，对定位的不锈钢板和波纹轧辊同时进行浸泡冷却，使不锈钢板温度保持在液氮温度。通过伺服液压系统驱动冷却的波纹轧辊在液氮环境对不锈钢板上、下表面进行滚动压印，使其表面强度和硬度显著提高。本发明提出一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，具有快速高效、绿色环保、工艺集成度、强化效果显著等优点。

Description

一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置
技术领域
本发明属于特种钢材表面改性技术领域，具体涉及一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置。
背景技术
不锈钢滚动压印板由于其良好的防滑、耐腐蚀和外形美观特性广泛应用于机场、火车站、医院、学校等人流量密集的场所。此类构件对表面压印的花纹形状、材料强度、硬度以及耐磨性能有较高的要求。传统奥氏体不锈钢耐腐蚀较好，但其强度、硬度和耐磨性能较差，极大制约该类构件的长寿命服役和高效应用。为解决上述应用难题，基于奥氏体不锈钢板超低温变形诱发马氏体相变效应，本发明从提高材料表面强度、硬度和耐磨性的角度出发，提出了一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，该方法具有设备吨位小、强化效果好、工艺集成度高、绿色环保等优点。
关于如何克服现有技术存在不锈钢板压印构件强度、硬度低、耐磨性差和使用寿命低等，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提出了一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，旨在解决现有技术存在的技术问题：奥氏体不锈钢板传统滚动压印工艺复杂、构件强度、硬度和耐磨性差、服役寿命低等。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于提出一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置。该装置组成主要包括：移动式波纹轧辊、不锈钢保冷槽、带有冷却通道的支撑板、超低温介质输送系统、伺服移动支撑系统及伺服液压系统等。
奥氏体不锈钢构件滚动压印之前，将不锈钢板坯放置在液氮保冷槽中，并利用压紧块进行定位、压紧；利用伺服液压系统驱动液压缸中的活塞，使波纹轧辊和不锈钢板恰好接触；打开自增压杜瓦瓶中的单向阀门，在液氮保冷槽中充填液氮，使不锈钢板坯和波纹轧辊完全浸泡在液氮中，并对其进行深冷处理；再次开启伺服液压系统，驱动液压缸中的活塞，使波纹轧辊在不锈钢板上表面压制一定深度；同时，开启双丝杠的伺服电机，通过双丝杠整体驱动带有移动式液压缸的波纹轧辊，使其沿不锈钢板上表面进行移动滚动压印。当不锈钢板上表面滚动压印完成后，将其翻转过来，用同样的方法对其下表面进行滚动压印。整个表面压印加工过程分为3个阶段：不锈钢板和波纹轧辊浸泡深冷处理阶段、不锈钢板上表面超低温滚动压印阶段、不锈钢板下表面超低温滚动压印阶段，主要包括以下步骤：
第一步(S1)：将不锈钢板用压紧块在冷却槽中定位、夹紧；
第二步(S2)：通过调节双丝杠，使移动式波纹轧辊回到板坯左端面；
第三步(S3)：打开自增压杜瓦瓶的单向阀，在冷却槽中充填液氮保冷，使不锈钢板和波纹轧辊完全浸泡在液氮中；
第四步(S4)：启动液压控制系统，驱动波纹轧辊向下在不锈钢板上表面压制一定深度；
第五步(S5)： 驱动双丝杠，使液压缸上面的滑块沿着双丝杠向右侧移动，同时，液压缸保压，利用波纹轧辊对不锈钢板上表面进行滚动压印处理；
第六步(S6)：上表面滚动压印完成后移动式波纹轧辊向上回程，回收液氮，卸下压紧块，将不锈钢板翻转，使其下表面朝上并重新进行定位、压紧；
第七步(S7)：反向驱动双丝杠使液压缸上面的滑块沿着双丝杠向左侧移动，同时液压缸保压，利用波纹轧辊对翻转不锈钢板的下表面进行滚动压印处理；
第八步(S8)：下表面滚动压印完成后，移动式波纹轧辊回程、液氮回收；
第九步(S9)：松开并卸下压紧块，取出上、下表面滚动压印成形的不锈钢板。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：提出了一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，借助奥氏体不锈钢板超低温变形诱发马氏体相变效应，保证压印板坯具有较高强度、硬度和耐磨性。整个过程将不锈钢板在冷却槽中进行夹紧定位；利用液氮对不锈钢板和波纹轧辊进行深冷处理；通过液压系统驱动活塞，进而推动波纹轧辊上、下轧压运动。同时，通过双丝杠控制移动式波纹轧辊左右滑动，利用波纹轧辊在超低温环境下对不锈钢板上、下表面进行滚动压印处理，使其上、下面滚动压印部位发生由奥氏体向马氏体转变，以实现不锈钢滚动压印板强度、硬度、耐磨性能的提高。该滚动压印方法设备吨位小、表面改性效果良好、绿色环保，解决了传统奥氏体不锈钢强度和硬度低的难题，不仅适用于奥氏体不锈钢，也可适用于部分面心立方的铝合金、铜合金、和镍合金等板材，材料超低温滚动压印技术的应用范围较广。
附图说明
本发明专利的具体结构由以下附图给出：
图1是主要附图标记；
图2是不锈钢板和波纹轧辊超低温深冷处理阶段；
图3是不锈钢板上表面超低温滚动压印阶段；
图4是不锈钢板下表面超低温滚动压印阶段；
图5是制备的不锈钢滚动压印板。
图例：1-自增压杜瓦瓶；2-单向阀；3-四脚滑块；4-双丝杠；5-齿轮箱；6-伺服控制系统；7-液压站；8-四脚架；9-液压缸；10-固定架；11-波纹轧辊；12-液压杆；13-液氮；14-保温套；15-硬化层；16-不锈钢板；17-压紧块；18-冷却槽；19-冷却通道。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述和另外的技术特征和优点做更详细地说明。
请参见图2、图3和图4。
本发明提出了一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置。借助奥氏体不锈钢在超低温环境变形诱发马氏体相变，以提高材料强度和硬度的特性。先将不锈钢板在冷却槽中压紧定位；利用液氮将不锈钢板和波纹轧辊进行浸泡、预冷处理；再通过液压系统控制轧辊的升降和保压压力；最后，通过双丝杠驱动轧辊对不锈钢板表面进行滚动压印处理。该方法工艺集成度高，滚动压制力小，具有控形控性的特征，能够解决传统奥氏体不锈钢强度和硬度低的难题。
该套超低温滚动压印装置基本组成包括：自增压杜瓦瓶1；四脚滑块3；双丝杠4；齿轮箱5；伺服控制系统6；液压站7；液压缸9；波纹轧辊11；液氮13；保温套14；不锈钢板16；压紧块17；冷却槽18；冷却通道19等。工作的主要步骤如下：
第一步(S1)：将不锈钢板16放置在冷却槽18中，利用压紧块17进行定位、压紧；
第二步(S2)：启动伺服控制系统6和液压站7，驱动波纹轧辊11向下运动，使其恰好与不锈钢板16接触；
第三步(S3)：打开单向阀2，通过自增压杜瓦瓶1将液氮13充满在冷却槽18中，同时，对定位好的波纹轧辊11和不锈钢板16进行浸泡和预冷处理；
第四步(S4)：驱动伺服控制系统6和液压站7，利用波纹轧辊11在不锈钢板16上表面滚动压印一定深度，并进行保压；
第五步(S5)：双丝杠4和齿轮箱5驱动液压缸上方的四脚滑块向右运动，使波纹轧辊11在超低温环境下对不锈钢板16的上表面进行缓慢滚动压印成形；
第六步(S6)：不锈钢板16上表面滚动压印完成后，回收液氮13，卸下压紧块17，将不锈钢板16的下表面翻转朝上，重新进行夹紧、定位；
第七步(S7)：反向启动伺服电机，使双丝杠4缓慢反向旋转，驱动波纹轧辊11沿不锈钢板16下表面缓慢滚动压印成形，整个过程保证波纹轧辊11完全浸泡在液氮13中；
第八步(S8)：卸下压紧块17，将滚动压印完成的不锈钢板16从冷却槽18当中移出。
实施例
不锈钢板表面超低温滚动压印强化过程参见图2、图3和图4。
以304奥氏体不锈钢板超低温滚动压印上、下表面强化改性过程为例，如图2、图3和图4所示。
304不锈钢板整个超低温滚动压印成形过程可分3个主要阶段：(1) 304不锈钢板和波纹轧辊超低温深冷处理阶段；(2) 不锈钢板上表面超低温滚动压印阶段；(3) 不锈钢板下表面超低温滚动压印阶段。借助304奥氏体不锈钢在超低温介质诱发马氏体相变效应、以提高其强度、硬度和耐磨性的优势，将10mm厚的304不锈钢板在冷却槽18中进行定位、压紧；利用伺服液压系统6驱动液压缸9中的活塞，使波纹轧辊11和304不锈钢板16恰好接触；通过自增压杜瓦瓶1中的液氮将保冷槽充满，使304不锈钢板坯16和波纹轧辊11完全浸泡在液氮中，并对其进行深冷处理；再次启动伺服液压系统6驱动液压缸9中的活塞，使波纹轧辊11在不锈钢板16的上表面压制一定深度；同时，开启双丝杠4的伺服电机，通过双丝杠4整体驱动带有移动式液压缸的波纹轧辊11，沿304不锈钢板16的上表面进行滚动压印；当不锈钢板16上表面滚动压印完成后，将304不锈钢板16翻转，利用同样的方法对其下表面进行超低温滚动压印处理，最后获得的不锈钢双表面滚动压印板，如图5所示。经测试其表面的原始显微硬度为206 HV，超低温滚动压印成形后达到297 HV，硬度提高44.2%。由此可见，超低温滚动压印后304不锈钢板上、下表面强度显著提升。
综上所示，本发明提出了一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置。基于奥氏体不锈钢板超低温变形诱导马氏体相变效应，以显著提高材料强度和硬度的特性，利用压紧块对不锈钢板进行定位、夹紧，在超低温液氮环境下，利用移动式波纹轧辊对不锈钢板上、下表面进行预冷和连续滚动压印处理，以达到对不锈钢板上、下表面性能整体强化改良的效果。该表面改性方法压制力小、强化效果好、方便快捷、绿色环保、工艺集成度高，能够解决传统奥氏体不锈钢强度、硬度低以及不耐磨的难题；不仅适用于奥氏体不锈钢板材，也可适用于部分面心立方的铝合金、铜合金和镍合金等板材，应用面广，对于提高大多数面心立方金属板材的表面力学和服役性能具有重要参考价值。
以上所述仅是本发明优选实施方式，尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换而这些修改和替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，其特征在于，将不锈钢板放置在冷却槽中定位，并用液氮对定位的不锈钢板和波纹轧辊进行浸泡；借助于奥氏体不锈钢超低温变形诱导马氏体相变效应，通过移动式波纹轧辊对不锈钢板上、下表面进行滚动压印，以获得高强度、高硬度不锈钢板表面硬化层的过程，具体包括以下步骤：
第一步(S1)：将不锈钢板放置在液氮保冷槽中，通过两端的压紧块定位夹紧；
第二步(S2)：打开单向阀，将自增压杜瓦瓶中的液氮通过模具中的冷却通道，压入液氮保冷槽中，保证不锈钢板完全浸泡在液氮当中；
第三步(S3)：板坯和波纹轧辊表面温度接近液氮温度时，启动液压控制系统
驱动活塞向下运动，使冷却槽上方的波纹轧辊向下压制一定深度；
第四步(S4)：正向启动伺服电机，使双丝杠缓慢旋转，驱动波纹轧辊沿不锈钢表面缓慢移动，并对不锈钢板上表面进行滚动压印，整个过程保证轧辊完全浸泡在液氮中；
第五步(S5)：上表面滚动压印完成后，将不锈钢板下表面翻转朝上，反向启动伺服电机，使双丝杠缓慢反向旋转，驱动轧辊沿不锈钢下表面缓慢移动、滚动压印，整个过程保证轧辊完全浸泡在液氮中；
第六步(S6)：不锈钢板上、下表面滚动压印完成后，关闭液压系统的保压功能，使移动式波纹轧辊上行、归位；
第七步(S7)：关闭超低温介质输送系统、放出保冷槽中的液氮；
第八步(S8)：卸下不锈钢板上的压紧块，将表面滚动压印完成的不锈钢板从冷却槽中取出。
2.根据权利要求1所述一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，其特征在于，所述超低温滚动压印表面改性装置主要包括：移动式波纹轧辊、不锈钢保冷槽、带有冷却通道的支撑板、超低温介质输送系统、伺服移动支撑系统及伺服液压系统等。
3.根据权利要求1和2所述一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，其特征在于，提出了采用波纹轧辊移动、板坯固定局部滚动压印的方法压制不锈钢花纹制品，相比传统的波纹轧辊固定、板坯移动轧制滚动压印，设备简单、局部滚动、压制力小、工艺集成度高。
4.根据权利要求1和2所述一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，其特征在于，所述借助奥氏体不锈钢在超低温冷压加工过程中发生由奥氏体向马氏体转变强化的特征，通过不锈钢板表面超低温局部滚动压印，以能提高板材上、下表面强度、硬度和耐磨性。
5.根据权利要求1和2所述一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，其特征在于，能够克服传统室温波纹轧辊固定轧印的缺点，轧辊和板坯不能同时冷却、板坯表面温度低、易传热的缺点。
6.根据权利要求1和2所述一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，其特征在于，所述设计了带有环形冷却通道的支撑板，能够对大型厚板坯上、下表面进行同时冷却。
7.根据权利要求1和2所述一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，其特征在于，所述设计了液氮保冷槽，能够对不锈钢板和移动式波纹轧辊进行整体浸泡，冷却效率显著提高。
8.根据权利要求1和2所述一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，其特征在于，所述设计了移动式波纹轧辊，通过更换不同花纹的轧辊，实现不同花纹的不锈钢板的压印。
9.根据权利要求1和2所述一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，其特征在于，所述整个超低温滚压过程不仅可压印不锈钢板的上、下表面、也可通过波纹轧辊上下、左右移动，对板坯表面区域进行选择性压印。
10.根据权利要求1和2所述一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，其特征在于，所述整个的滚压成形过程均在液氮环境中进行，通过不锈钢板表面的局部变形，不仅显著增加其硬化能力，而且采用单缸驱动，降低设备吨位。
11.根据权利要求1和2所述一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，其特征在于，所述设计了波纹轧辊四脚双丝杠固定，利用伺服液压系统控制固定在单缸活塞杆上的轧辊进行滚动压印，此方法驱动力矩大、滚动压印过程单缸活塞杆的控制波纹轧辊不易失稳。
12.根据权利要求1和2所述一种奥氏体不锈钢板表面超低温滚动压印强化方法与装置，其特征在于，所述设计不仅能够对不锈钢板上、下表面达到滚动压印强化的效果，而且对其他板材如铝合金板、铜合金板和镍合金板也具有强化效果。
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