RU2208660C1

RU2208660C1 - Method of steel strip coating with antifriction powder mixture

Info

Publication number: RU2208660C1
Application number: RU2001134984A
Authority: RU
Inventors: В.Я. Буланов; Э.А. Пастухов; И.Э. Игнатьев; Ю.В. Концевой
Original assignee: Государственное учреждение Институт металлургии Уральского отделения РАН
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2003-07-20

Abstract

FIELD: metallurgy, particularly, production of bimetallic strips. SUBSTANCE: method of steel strip coating with antifriction powder mixture by rolling includes heating of aluminum-plated steel strip in preheating zone up to temperature of 523-553K; rolling together with antifriction powder mixture containing; %: Al 60-70; Pb 27-35; Cu 3-5 with drawing of 1.25-1.5 and simultaneous finish heating in deformation zone up to 703-753 K by passing of electric current through strip and directed from roll to roll and cooling at rate of, at least, 100-120 C/s. Invention provides for making of antifriction layer 600-650 mcm thick with ductility higher and friction coefficient lower by 20-25% than standard inserts, and replacement of antifriction metal Sn with Pb reduces cost of material by approximately 30%. EFFECT: higher efficiency of method. 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству биметаллических полос. The invention relates to metallurgy, in particular to the production of bimetallic strips.

Известен способ покрытия стальной полосы алюминием, включающий зачистку ее поверхности, аэрозольное нанесение суспензии алюминиевого порошка, сушку, прокатку в режиме термообработки при температуре 343-353 К с натяжением, величину которого определяют по формуле
(t_p-250)(K₁-K₂)(E₁₀₀-mt_p)≤σ₁≤0,95σ₀₂,
с обжатием, обеспечивающим заданную плотность покрытия [1].A known method of coating a steel strip with aluminum, including cleaning its surface, aerosol coating of a suspension of aluminum powder, drying, rolling in heat treatment at a temperature of 343-353 K with tension, the value of which is determined by the formula
(t _p -250) (K ₁ -K ₂ ) (E ₁₀₀ -mt _p ) ≤σ ₁ ≤0.95σ ₀₂ ,
with compression, providing a given coating density [1].

Недостатками данного способа являются:
1) низкая пластичность покрытия,
2) ограниченная ≤50 мкм толщина покрытия.The disadvantages of this method are:
1) low ductility of the coating,
2) limited ≤50 μm coating thickness.

Известен способ покрытия стальной полосы антифрикционным сплавом, включающий плакирование Al-Sn-слитков чистым алюминием, прокатку этих слитков в полосу заданной толщины, плакирование этой полосой стальной основы [2]. A known method of coating a steel strip with an antifriction alloy, including cladding Al-Sn-ingots with pure aluminum, rolling these ingots into a strip of a given thickness, cladding this strip with a steel base [2].

Этот способ имеет ряд существенных недостатков:
1) громоздкость процесса (большие механизмо- и энергоемкости),
2) принципиальная невозможность замены дорогого антифрикционного металла Sn на лучший по антифрикционным свойствам, более дешевый и доступный Рb,
3) большие потери цветных металлов в технологическом процессе.This method has several significant disadvantages:
1) the bulkiness of the process (large mechanism and energy intensity),
2) the fundamental impossibility of replacing expensive antifriction metal Sn with the best in terms of antifriction properties, cheaper and more affordable Pb,
3) large losses of non-ferrous metals in the process.

Задачей данного изобретения является создание способа покрытия стальной полосы антифрикционной порошковой смесью, обеспечивающего антифрикционное покрытие толщиной ≤650 мкм с высокими антифрикционными, пластическими и адгезионными свойствами. The objective of this invention is to provide a method for coating a steel strip with an antifriction powder mixture, providing an antifriction coating with a thickness of ≤650 μm with high antifriction, plastic and adhesive properties.

Поставленная задача решается тем, что в способе покрытия стальной полосы антифрикционной порошковой смесью прокаткой, согласно изобретению плакированную алюминием стальную полосу подогревают в предочаговой зоне до температуры 523-553 К, прокатывают совместно с антифрикционной порошковой смесью состава Аl 60-70%, Рb 27-35%, Сu 3-5% с вытяжкой 1,25-1,5 и одновременным догревом в очаге деформации до Т=703-753 К пропусканием через полосу электротока, направленного от валка к валку, и охлаждают со скоростью не менее 100-120 град/с. The problem is solved in that in the method of coating a steel strip with an antifriction powder mixture by rolling, according to the invention, the aluminum-clad steel strip is heated in the prefocal zone to a temperature of 523-553 K, rolled together with an antifriction powder mixture of the composition Al 60-70%, Pb 27-35 %, Сu 3-5% with a hood of 1.25-1.5 and simultaneous heating in the deformation zone to T = 703-753 K by passing through an strip of electric current directed from roll to roll, and cooled at a speed of at least 100-120 degrees /from.

Указанные признаки: использование в качестве заготовки стальной полосы, плакированной тонким слоем алюминия, предварительный прогрев полосы до температуры 523-553 К, состав смеси, степень вытяжки и одновременный догрев полосы до температуры 703-753 К, а также ускоренное охлаждение (со скоростью не менее 100-120 град/с) являются необходимыми для получения качественного покрытия, т. е. получения достаточного по толщине, пластичного антифрикционного слоя (с коэффициентом трения не выше стандартного вкладыша) с высокой адгезией к основе и достаточными прочностными характеристиками. Indicated signs: use of a steel strip plated with a thin layer of aluminum as a preform, preliminary heating of the strip to a temperature of 523-553 K, mixture composition, degree of drawing and simultaneous heating of the strip to a temperature of 703-753 K, as well as accelerated cooling (at a speed of at least 100-120 deg / s) are necessary to obtain a high-quality coating, i.e., to obtain a sufficiently thick plastic antifriction layer (with a friction coefficient not higher than a standard liner) with high adhesion to the substrate and sufficient strength characteristics.

Сущность признаков заключается в следующем:
- плакированная заготовка необходима для того, чтобы при предочаговом нагреве полосы не происходило окисление основы;
- предочаговый нагрев полосы до температуры 523-553 К необходим по двум причинам:
1) обеспечение захвата необходимого количества порошковой смеси для получения заданной толщины покрытия;
2) снижение удельного тока при догреве полосы в очаге деформации и, таким образом, исключения искрения и локального оплавления порошка;
- состав порошковой смеси обеспечивает заданные антифрикционные и прочностные характеристики покрытия;
- вытяжка 1,25-1,5 создает необходимую плотность покрытия и условия для быстрого диффузионного процесса между покрытием и основой;
- нагрев в валках до температуры 703-753 К спекает порошковую смесь и стимулирует протекание диффузии между основой и покрытием;
- интенсивное охлаждение замедляет процессы окисления покрытия.The essence of the signs is as follows:
- a clad blank is necessary so that the base is not oxidized during pre-heating of the strip;
- pre-heating the strip to a temperature of 523-553 K is necessary for two reasons:
1) ensuring the capture of the required amount of powder mixture to obtain a given coating thickness;
2) a decrease in the specific current when the strip is warmed up in the deformation zone and, thus, elimination of arcing and local melting of the powder;
- the composition of the powder mixture provides the specified antifriction and strength characteristics of the coating;
- hood 1.25-1.5 creates the necessary coating density and conditions for a quick diffusion process between the coating and the base;
- heating in the rolls to a temperature of 703-753 K sintering the powder mixture and stimulates the flow of diffusion between the substrate and the coating;
- intensive cooling slows down the oxidation of the coating.

Процесс получения покрытия по предлагаемому способу производится в линии прокатного стана с горизонтальным расположением валков для удобства подачи порошковой смеси в очаг деформации. Для обеспечения захвата необходимого количества порошковой смеси, а также ее спекания и качественной диффузионной сварки с основой (в очаге деформации) полосу подогревают в предочаговой зоне до температуры 523-553 К, поэтому для предотвращения окисления стальной основы используется полоса, плакированная алюминием. Нагрев ниже температуры 523 К ведет к увеличению степени догрева в очаге деформации, а следовательно, к искрению и локальному оплавлению, т.е. получению некачественного покрытия. Нагрев выше 553 К ведет к снижению качества покрытия в связи с повышенным окислением Рb и Сu в порошковой смеси. The process of obtaining a coating according to the proposed method is carried out in the line of a rolling mill with a horizontal arrangement of rolls for the convenience of supplying the powder mixture to the deformation zone. To ensure the capture of the required amount of the powder mixture, as well as its sintering and high-quality diffusion welding with the base (in the deformation zone), the strip is heated in the pre-focal zone to a temperature of 523-553 K, therefore, an aluminum clad strip is used to prevent oxidation of the steel base. Heating below 523 K leads to an increase in the degree of heating in the deformation zone, and hence to sparking and local fusion, i.e. poor quality coverage. Heating above 553 K leads to a decrease in the quality of the coating due to the increased oxidation of Pb and Cu in the powder mixture.

Состав смеси регламентируется следующими условиями. Аl является матрицей покрытия и поэтому обеспечивает его прочностные характеристики. Наличие в смеси Аl<60 об.% ведет к понижению механической прочности покрытия, а увеличение содержания Аl>70 об.% снижает антифрикционные возможности покрытия. The composition of the mixture is governed by the following conditions. Al is a coating matrix and therefore provides its strength characteristics. The presence of Al <60 vol.% In the mixture leads to a decrease in the mechanical strength of the coating, and an increase in Al content> 70 vol.% Reduces the antifriction capabilities of the coating.

Рb - материал, обеспечивающий скольжение, поэтому содержание РЬ меньше 27% резко увеличивает коэффициент трения покрытия, а наличие Рb больше 35% снижает механические характеристики антифрикционного слоя. Pb is a sliding material; therefore, a content of Pb of less than 27% sharply increases the coefficient of friction of the coating, and the presence of Pb of more than 35% reduces the mechanical characteristics of the antifriction layer.

Сu - материал, стабилизирующий свойства покрытия, его объем в смеси рекомендован многими экспериментальными исследованиями. Cu is a material that stabilizes the properties of the coating; its volume in the mixture is recommended by many experimental studies.

Вытяжка при прокатке системы основа-покрытие имеет многоцелевое назначение:
1) создает необходимую плотность покрытия,
2) обеспечивает необходимое сближение поверхностей основы и покрытия для быстрого протекания диффузионных процессов,
3) изолирует материал покрытия от кислорода воздуха при дополнительном нагреве,
4) создает надежный контакт при пропускании электрического тока.The hood during the rolling of the base-coating system has a multi-purpose purpose:
1) creates the necessary coating density,
2) provides the necessary convergence of the surfaces of the base and coating for the rapid course of diffusion processes,
3) isolates the coating material from oxygen in the air with additional heating,
4) creates a reliable contact when passing an electric current.

При вытяжке меньше 1,25 (ε<20%) снижается адгезия покрытия к основе, а также снижаются антифрикционные и пластические свойства слоя покрытия из-за увеличенного окисления свинца и меди. When drawing is less than 1.25 (ε <20%), the adhesion of the coating to the substrate decreases, as well as the antifriction and plastic properties of the coating layer due to increased oxidation of lead and copper.

При вытяжке больше 1,5% (ε>35%) резко увеличивается трудоемкость получения необходимой толщины покрытия, снижается качество готовой ленты по геометрическим параметрам, идет технологически необоснованный рост расхода энергии. When drawing more than 1.5% (ε> 35%), the laboriousness of obtaining the required coating thickness increases sharply, the quality of the finished tape in geometric parameters decreases, and a technologically unreasonable increase in energy consumption occurs.

Нагрев в валках до температуры 703-753 К необходим для спекания порошковой смеси между собой и основой. Температура ниже 703 К не обеспечивает необходимого качества по прочности спекания и адгезии покрытия к основе, а выше 753 К приводит к повышенному окислению верхних слоев покрытия, а также локальному оплавлению покрытия (некондиция). Heating in rolls to a temperature of 703-753 K is necessary for sintering the powder mixture between itself and the base. A temperature below 703 K does not provide the required quality in terms of sintering strength and adhesion of the coating to the base, and above 753 K leads to increased oxidation of the upper layers of the coating, as well as local melting of the coating (non-standard).

Данные, подтверждающие возможность осуществления. Evidence of feasibility.

Основные параметры способа подтверждаются данными эксперимента, сведенными в таблицу. The main parameters of the method are confirmed by the experimental data, summarized in table.

Материал основы - сталь 08кп, плакированная тонким (20 мкм) слоем порошкового алюминия, размеры основы ВхН=20х2,5 мм. Материал антифрикционного покрытия - смесь (Аl-70 об%, Рb-27об.%, Сu-3 об.%). Прокатные валки диаметром 75 мм, скорость прокатки - 25 мм/с. Для питания электронагрева использовали трансформатор мощностью 40 кВА с выходными напряжениями 10 и 2 В. The base material is steel 08kp clad with a thin (20 μm) layer of powder aluminum, the dimensions of the base are BxH = 20x2.5 mm. The material of the antifriction coating is a mixture (Al-70 vol%, Pb-27 vol%, Cu-3 vol%). Rolling rolls with a diameter of 75 mm, rolling speed - 25 mm / s. A 40 kVA transformer with output voltages of 10 and 2 V was used to power the electric heating.

Как видно из экспериментальных данных, получение покрытия по предлагаемому способу получения покрытия стальной полосы антифрикционной порошковой смесью обеспечивает получение антифрикционного слоя толщиной 600-650 мкм с пластическими свойствами выше, а коэффициентом трения на 20-25% ниже стандартных вкладышей. Кроме того, замена антифрикционного металла Sn на Рb позволяет уменьшить стоимость материала на ~30%. As can be seen from the experimental data, obtaining a coating according to the proposed method for coating a steel strip with an antifriction powder mixture provides an antifriction layer 600-650 μm thick with plastic properties higher and a friction coefficient 20-25% lower than standard liners. In addition, the replacement of the antifriction metal Sn with Pb reduces the cost of the material by ~ 30%.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ
1. 3аявка ФРГ N 2141663, С 23 С 24/00 "Способ покрытия стальных полос алюминием и устройство для его осуществления", 1975 г.SOURCES OF INFORMATION TAKEN INTO ACCOUNT
1. 3 application of Germany N 2141663, C 23 C 24/00 "Method for coating steel strips with aluminum and a device for its implementation", 1975

2. 3асуха П.Ф., Корщиков В.Д., Бухвалов О.Б., Ершов А.А. Биметаллический прокат. М.: Металлургия, 1970, 264 с. 2. 3 arida P.F., Korschikov V.D., Bukhvalov O.B., Ershov A.A. Bimetal hire. M .: Metallurgy, 1970, 264 p.

Claims

A method of coating a steel strip with an anti-friction powder mixture by rolling, characterized in that the aluminum-clad steel strip is heated in the pre-focal zone to a temperature of 523-553K, rolled together with an anti-friction powder mixture of the composition: Al 60-70%, Pb 27-35%, Cu 3- 5% with a hood of 1.25-1.5 and simultaneous heating in the deformation zone to a temperature of 703-753K by passing through a strip of electric current going from roll to roll, and cooled at a speed of at least 100-120 deg./s.