CN1212358A

CN1212358A - 钢坯加热炉用复合垫块及其制作工艺

Info

Publication number: CN1212358A
Application number: CN 97116487
Authority: CN
Inventors: 马燕宁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-09-23
Filing date: 1997-09-23
Publication date: 1999-03-31
Anticipated expiration: 2017-09-23
Also published as: CN1126932C

Abstract

本发明涉及一种钢坯加热炉用复合垫块及其制作工艺,复合垫块包括有垫块头和垫块座两部分,其相邻面之间设有冶金结合连接层。所述冶金结合连接层用摩擦焊接的方法制成。本发明提供的制作上述复合垫块的工艺使得到的冶金结合连接层组织致密,晶粒大小均匀,杂质含量低,不易产生气孔和各种缺陷,因此,本复合垫块具有整体刚性好,机械强度和传热性能与单一用高性能耐热合金制整体垫块相当,使用寿命长的优点,在生产中推广使用可以大大节省稀缺昂贵金属材料和明显降低成本。

Description

钢坯加热炉用复合垫块及其制作工艺

本发明涉及一种轧钢厂轧前钢坯加热炉用的垫块及其制作工艺。尤其是一种钢坯加热炉用复合垫块及其制作工艺。

步进梁式钢坯加热炉的炉底支承梁上成排地固定着圆柱形垫块(button)或滑轨形垫块(skid button)，所述垫块是支承被加热钢坯并保证钢坯加热质量的关键部件。在工作中所述垫块要承受高温和钢坯在其上运动的压力、冲击力和摩擦力。目前在加热炉的加热段和均热段所用的垫块普遍采用钴合金材料整体制成。钴合金材料成本极高。为了降低设备成本，人们试图用两种材质制成复合垫块，将垫块分为上、下两部分，上部分称为垫块头，仍用钴合金制作，下部分称为垫块座，采用成本较钴合金低的耐热钢制造。垫块头和垫块座是通过机械结构联结在一起的，这种机械结构联接垫块头和垫块座的复合垫块有如下缺陷：

1、整体刚性差，通过机械结构联接组成的复合垫块在工作中上下两部分之间在加热炉内的高温及钢坯的重载的反复作用下会产生位移，甚至造成垫块头松动脱落的事故。

2、垫块头超温毁坏，通常加热炉内的炉气温度高达1300-1450℃，由于机械配合存在的间隙使垫块头和垫块座之间有一高热阻区，工作中垫块头上的热量不能顺利通过垫块座传走，垫块头常因温度过高而严重变形或毁坏。

因此，这种机械结构联接的复合垫块未能广泛使用。

本发明的目的在于改进现有技术的不足，提供一种整体刚性好、金属连续、使用寿命长的钢坯加热炉用复合垫块，进一步的目的是提供制作上述复合垫块的工艺方法。

本发明涉及的钢坯加热炉用复合垫块是这样设计的：

复合垫块包括有垫块头和垫块座两部分，所述垫块头和垫块座上下相叠设置，其相邻面之间设冶金结合连接层。

对于圆柱体形状复合垫块，所述垫块头和垫块座的相邻面可以分别制成凸出的回转体凸台加与之相匹配的内凹回转面的凹坑构成同轴的凹凸状互相嵌套的结构；例如圆柱体凸缘和圆柱面凹坑匹配，圆锥体凸缘和圆锥面凹坑匹配，所述垫块头和垫块座的相邻面也可以是两个平面；在与所述轴线垂直或相交的相邻面上设有圆锥面、圆环面或平面的所述的冶金结合连接层。当且仅仅当所述的垫块头和垫块座之间相邻面上的冶金结合连接层为环状时，所述的冶金结合连接层的面积所占据的垫块的横截面积至少为50％。所述的冶金结合连接层可以通过磨擦焊接的方法获得。

利用摩擦焊接使所述垫块头和垫块座的相邻面之间形成冶金结合连接层的过程如下：

1、将所述垫块头和垫块座的所述相邻面相对地其中之一件固于摩擦焊接机械的旋转夹具上，将另一件同轴地固于摩擦焊接机械的平移夹具上。

2、让旋转夹具旋转起来，使其上部件获得500-1000rpm的转速，将平移夹具上的部件移向旋转的部件并施以80～210Mpa的轴向水平压力使所述垫块头和垫块座的相邻的垂直或相交于轴线的相邻面之间摩擦，当摩擦发热使两相邻面被加热到塑性-半熔融状态时，刹车使旋转夹具停转，同时在平移夹具上施以100～250Mpa的大于前述摩擦生热时的压力使所述垫块头和垫块座的相邻面合拢形成所述的冶金结合连接层。

3、将通过所述冶金结合连接层结合在一起的复合垫块作退火处理。

通过上述步骤即可得到本发明提供的复合垫块。

通过上述摩擦焊接方法得到的复合垫块的冶金结合连接层的金相组织为致密的锻造组织，其高温机械性能与用单一钴合金Co-50或Co-40制的垫块相同。例如，单一钴合金Co-50或Co-40制垫块在1000℃时的σ_b为140Mpa或120Mpa,δ₅为40％或36％。而用Co-50或Co-40制垫块头，用改型的ZGCr28Ni48W5G制垫块座的复合垫块用上述摩擦焊接的方法形成其间的冶金结合连接层后，这种复合垫块在1000℃时的σ_b为145Mpa或122Mpa，δ₅为45％或43％，在加热炉内工作时垫块头顶端的温度与单一钴合金制整体垫块顶端的温度相当。

本发明提供的制作上述复合垫块的工艺使得到的冶金结合连接层组织致密，晶粒大小均匀，杂质含量低，不易产生气孔和各种缺陷，高质量的冶金结合连接层将昂贵的钴合金等材料制的垫块头和用成本较低的耐热钢制的垫块座牢固地连接为一金属连续的刚性的整体。与现有机械结合在一起的复合垫块相比大大提高了该种复合垫块的整体刚性，解决了现有复合垫块在工作中受到钢坯的动、静载荷的反复作用而产生位移甚至松动脱落的问题，同时冶金结合连接层连接的复合垫块的传热性能与单用钴合金等耐热合金昂贵材料制成的整体垫块的传热性能相当，在大大降低了垫块成本的前提下确保垫块头上的温度高低适当，解决了现有复合垫块因机械结合联接使垫块头和垫块座之间有空隙层而传热性能极差，造成垫块头上过热而严重变形或被毁坏的问题，提高了垫块头的使用寿命。因此，本复合垫块具有整体刚性好，机械强度和传热性能与单一用高性能耐热合金制整体垫块相当，使用寿命长的优点，在生产中推广使用可以大大节省稀缺昂贵金属材料和明显降低成本。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1：通过摩擦焊接方法得到的本发明提供的圆柱体形状复合垫块的结构示意图；

图2：制作如图1所示的复合垫块的工作过程示意图。

实施例

如图1、图2所示，在用耐热钢ZGCr28Ni48W5G制的垫块座2的端面2-1上制有一位于其中心的圆柱体形状凸台2-2，在用钴合金Co-50制的垫块头1的端面1-1上制有与凸台2-2同轴的且大小相匹配的凹坑1-2，在凹坑1-2的底部设有一大于凹坑直径的环槽1-3。将垫块头1固定于可旋转的夹具3上，旋转夹具3使其转速达到850rpm，在夹具4上施加128Mpa的轴向水平压力使垫块座2和垫块头1的相邻端面发生摩擦并产生热量，当摩擦面被加热到塑性-半熔融状态时刹车使夹具3停转，同时，使夹具4上的轴向水平压力增到150Mpa，使垫块头1压向垫块座2，塑性-半熔融状态的金属使垫块头1和垫块座2端面之间形成冶金结合连接层5，冶金结合层5并进入垫块头1的环槽1-3中使连接更加牢固。垫块座2的凸台2-2的高度也可以低于垫块头1的凹坑1-2，这样在摩擦焊接时只有一个圆环状相邻面接触，产生出环状冶金结合连接面，这时的冶金结合连接面的面积占垫块横截面积的60％。

Claims

1、一种钢坯加热炉用复合垫块，包括有垫块头和垫块座两部分，所述垫块头和垫块座上下相叠设置，其特征在于：所述垫块头和垫块座的相邻面之间设有冶金结合连接层。

2、根据权利要求1所述的钢坯加热炉用复合垫块，其特征在于：所述复合垫块为圆柱体形，所述的垫块头和垫块座之间的相邻面分别制成一个凸出的回转体凸台和一个与所述凸台相匹配的内凹回转面的凹坑构成同轴的凹凸状互相嵌套的结构，在所述嵌套结构中与所述凸台和凹坑的轴线垂直或相交的所述相邻面上设有所述冶金结合连接层。

3、根据权利要求2所述的钢坯加热炉用复合垫块，其特征在于：所述垫块头和垫块座之间的凸台和凹坑制成互相匹配的圆锥面、圆环面或平面形状的同轴回转面，所述的相邻面上设有圆锥形、环面或平面的所述的冶金结合连接层。

4、根据权利要求3所述的钢坯加热炉用复合垫块，其特征在于：所述环形的所述冶金结合连接层所占据的垫块的横截面积至少为50％。

5、根据权利要求1所述的钢坯加热炉用复合垫块的制作工艺，其特征在于：

(1)、将所述垫块头和垫块座的所述相邻面相对地其中之一件固于摩擦焊接机械的旋转夹具上，将另一件同轴地固于摩擦焊接机械的平移夹具上。

(2)、让旋转夹具旋转起来，使其上部件获得500-1000rpm的转速，将平移夹具上的部件移向旋转的部件并施以80～210Mpa的轴向水平压力使所述垫块头和垫块座的相邻的垂直或相交于轴线的相邻面之间摩擦，当摩擦发热使两相邻面被加热到塑性-半熔融状态时，刹车使旋转夹具停转，同时在平移夹具上施以100～250Mpa的大于前述摩擦生热时的压力使所述垫块头和垫块座的相邻面合拢形成所述的冶金结合连接层。

(3)、将通过所述冶金结合连接层结合在一起的复合垫块作退火处理，即可得到本发明提供的复合垫块。

6、根据权利要求5所述的钢坯加热炉用复合垫块的制作工艺，其特征在于：所述的摩擦时平移夹具上所施的轴向水平压力为128Mpa，旋转夹具部件的转速是850rpm，刹车后使平移夹具向旋转夹具上部件合拢时施于平移夹具上的轴向水平压力为150Mpa。