專利名稱：用于金屬加工的輥?zhàn)?、尤其是連鑄輥、以及用于這樣的輥?zhàn)又圃斓姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于金屬制造和/或者金屬加工的輥?zhàn)?、尤其是連鑄 輥，該輥?zhàn)泳哂杏山饘僦瞥傻妮佔(zhàn)踊w和鍍在輥?zhàn)踊w上的由耐磨材料 制成的鍍層。此外本發(fā)明涉及一種用于這樣的輥?zhàn)又圃斓姆椒?、尤其?連鑄輥。
背景技術(shù)：
連鑄坯導(dǎo)輥對連鑄機(jī)無可指摘的功能、鑄件的質(zhì)量和設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性 起著巨大的作用。連鑄坯導(dǎo)輥的任務(wù)是，支撐、引導(dǎo)、彎曲、輸送離開 結(jié)晶器后的凝固的連鑄坯。與此同時(shí)組合輥?zhàn)拥妮侒w以及軸承遭受到高 溫的、機(jī)械和4匕學(xué)腐蝕的負(fù)荷。
通過輥體表面與連鑄坯的直接接觸產(chǎn)生熱負(fù)荷，該連鑄坯溫度在
80(TC到1200。C之間。機(jī)械負(fù)荷是重力、彎曲應(yīng)力和導(dǎo)向力、以及驅(qū)動(dòng) 力的后果，該力必須由輥?zhàn)觽鬟f到連鑄坯上。此外輥?zhàn)佑捎谂c連鑄坯的 摩擦要耗損。另外由于需要大量的冷卻水和高的溫度、與例如通過保護(hù) 渣的使用引起的、侵蝕的化學(xué)化合物相聯(lián)系，必須重視輥?zhàn)邮褂玫牟牧?和部件的腐蝕性能和腐蝕防護(hù)。
這已是眾所周知的，連鑄機(jī)的輥?zhàn)幼鳛榛w材料由調(diào)質(zhì)鋼制造。 (例如21CrMoV511V, 16CrMo44, 24CrMo5和S355 ),調(diào)質(zhì)鋼能夠承 受高的機(jī)械負(fù)荷。當(dāng)然這種鋼大多不太適合經(jīng)久不變地抵抗熱的和化學(xué) 腐蝕負(fù)荷。為了達(dá)到對高溫和化學(xué)腐蝕影響的足夠的耐久性，這已是眾 所周知的，輥體借助于堆焊配備上軟馬氏體材料。當(dāng)然這費(fèi)用是相對昂 貴的。
由DE4027225C2已知一種用于連鑄輥制造的方法，該連鑄輥由一 種鐵質(zhì)材料的核芯組成，該核芯配備有由耐磨損材料制成的外殼。在外 殼和鐵質(zhì)材料的核芯之間設(shè)有銅或者銅合金層。為了優(yōu)化輥?zhàn)拥膶?dǎo)熱 性，在銅層上鍍有一層鎳，其中由鎳-鉻-硼合金制成的耐磨損覆蓋層借 助于堆焊鍍在該中間層上。
US5， 161, 306也提出，在配備有中間層的輥?zhàn)踊w上鍍上一層耐
磨的表面層，其中耐磨層由氧化鉻(Cr203 )組成。
在US2002/0056539A1中， 一種連鑄輥也配備有耐磨層，其中該耐 磨層以鎳為基礎(chǔ)，并且具有碳、鉻和鉬。
帶有各種不同的耐磨鍍膜材料的其它的輥?zhàn)佑蒍P62183950A1、 JP62230462A 、JP63086856A 、JP60030560A 、 JP59129754A 和 JP62207549A所公知。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以該任務(wù)為依據(jù)，仔細(xì)看清所述的缺點(diǎn)、設(shè)法解決、并且提 出一種用于金屬加工的輥?zhàn)?、尤其是連鑄輥，該連鑄輥具有足夠的強(qiáng)度， 并且同時(shí)能抵抗在輥?zhàn)庸ぷ鲿r(shí)產(chǎn)生的、熱的、機(jī)械磨蝕和化學(xué)腐蝕負(fù)荷， 其中這要達(dá)到盡可能地長久，并且不用或者僅用非常小的幾何尺寸變化 就能實(shí)現(xiàn)。同時(shí)輥?zhàn)涌捎玫偷某杀局圃?。此外?yīng)提出一種這種輥?zhàn)拥南?應(yīng)的制造方法。
通過本發(fā)明該任務(wù)的解決辦法是，位于輥?zhàn)踊w上的鍍層具有電鍍 的鍍鎳，其中該鍍層的表面構(gòu)成輥?zhàn)拥墓ぷ髅妗?br> 那么本發(fā)明與過去已知的解決辦法相比走了新的途徑，耐磨鍍層的 表面構(gòu)成輥?zhàn)拥墓ぷ髅?，耐磨鍍層借助于一種電鍍的、即電解的方法鍍膜。
此外借助于電鍍的或者電解的工藝鍍膜的鍍層的厚度優(yōu)選在0.01 毫米和10毫米之間，尤其是在0.05毫米和2毫米之間。 一種本發(fā)明的結(jié)構(gòu)規(guī)定，鍍層由純鎳組成。 當(dāng)然優(yōu)選的是規(guī)定，鍍層除了鎳之外具有其它的成分。 除了鎳之外可以是其它的合金成分，即例如成分鈷(Co)、磷(P)、 鐵(Fe)、鋅(Zn)、銅(Cu)、錳(Mn)或者鉻(Cr)的一種或者 多種。
一種本發(fā)明優(yōu)選的改進(jìn)結(jié)構(gòu)規(guī)定，鍍層除了鎳或者所提到的與鎳的 合金之外作為基體材料具有陶瓷顆粒。陶瓷顆?？梢允翘蓟?Ti)、 碳化鉭(Ta )、碳化鎢(W )、碳化鋯(Zr )、碳化硼(B )、碳化鉻 (Cr)和/或者碳化硅(Si)。
此外本發(fā)明優(yōu)選的結(jié)構(gòu)規(guī)定，鍍層由鎳鈷合金組成。碳化硅陶瓷顆 粒填入鍍層。
陶瓷顆粒也可以是氧化鋁(Al)、氧化鉻(Cr)、氧化硅(Si)、
氧化鈹(Be)或者氧化鋯(Zr)。
此外陶資顆粒的微粒尺寸根據(jù)優(yōu)選的解決辦法在1和5微米之間。 另一種解決辦法設(shè)有明顯地更小的顆粒；據(jù)此陶瓷顆粒的微粒尺寸在10 和1000納米之間。
陶乾顆粒以高濃度存在于鎳或者鎳合金中具有特別的優(yōu)點(diǎn)。為此尤 其是要掌握，在鎳或者鎳合金中陶瓷顆粒的體積分額在15%和40%之 間、優(yōu)選的是在25%和30%之間。
尤其也因此可以達(dá)到，根據(jù)本發(fā)明的有利的結(jié)構(gòu)、鍍層表面的硬度 在300和500HV1 (維氏硬度)之間、優(yōu)選的是在350和450 HV1之間。
提出的用于金屬加工的輥?zhàn)?、尤其是連鑄輥制造的方法、根據(jù)下列 步驟安排
a) 制造金屬輥?zhàn)踊w；
b) 將輥?zhàn)踊w插入電鍍鍍膜槽；
c) 在至少輥?zhàn)踊w表面的一部分上電鍍鍍層，其中鍍層至少部分 地由鎳組成，并且鍍層的表面構(gòu)成輥?zhàn)拥墓ぷ髅妗?br> 那么根據(jù)本發(fā)明的建議作如下安排，連鑄坯導(dǎo)輥的基體材料不再-如已知的-配備有焊接的、軟馬氏體表面層，而是電鍍一層鎳鍍層或者 鎳化合物鍍層。
此外這是有利的，在電鍍槽中可以同時(shí)對大量的輥?zhàn)渝兡?，以使?個(gè)輥?zhàn)拥闹圃斐杀颈３衷谧畹汀４送馔ㄟ^輥?zhàn)釉陔婂冨兡げ壑械耐Ａ魰r(shí) 間可以容易;也確定或者改變鍍層的厚度。
電鍍鍍層很薄，并且以此有效地保護(hù)輥?zhàn)拥幕w材料免受腐蝕的侵 蝕。同時(shí)鍍層具有高的硬度和良好的耐高溫性能以及良好的抗氧化性 能。因此連鑄輥的耐磨強(qiáng)度可靠地和費(fèi)用低廉地被改善。因此提出的輥 子可以使用的更久，這導(dǎo)致連鑄機(jī)經(jīng)營者成本的相應(yīng)降低。


本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例表示在附圖中。其中 圖1在側(cè)視圖中示意的表示了一種連鑄輥， 圖2所示是根據(jù)圖1所示的細(xì)部視圖Z,并且 圖3所示是示意表示的帶有兩個(gè)待鍍膜的連鑄輥的、電鍍或者電解 鍍膜設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
在圖1中看到一種連鑄輥l,該連鑄輥具有一這里不進(jìn)一步討論的
輥頸9，此外該連鑄輥由一個(gè)在實(shí)施例中圓柱形的輥?zhàn)踊w2組成。一 耐磨損材料構(gòu)成的鍍層3鍍在輥?zhàn)踊w2上，它的結(jié)構(gòu)在圖2中做了詳 細(xì)i兌明。
鍍層3具有鍍層厚度D，該鍍層厚度例如可以在0.05毫米和2.0毫 米之間。重要的是，鍍層3的表面4是輥?zhàn)?的工作面，該輥?zhàn)釉谶B鑄 輥的情況下與還熱的連鑄坯相接觸，并且因此遭受到高溫的機(jī)械和化學(xué) 腐蝕負(fù)荷。
鍍層3由鎳或者鎳合金組成，其中鍍層電鍍地(電解地)鍍在輥?zhàn)?基體2上(對此參見圖3)。
為了提高輥?zhàn)?的表面4的、尤其是機(jī)械的和熱的硬度，輥?zhàn)颖砻?配備有重要的陶瓷顆粒5的部分，該陶瓷顆粒具有中等的顆粒直徑d。 顆粒直徑根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可以在1到5微米的范圍內(nèi)波動(dòng)。然而一種可選 擇的布置設(shè)有納米微粒，即在這種情況下直徑d在10和1000納米之間。
連鑄輥1制造時(shí)的基本做法在圖3中做了說明。那里可以看到一個(gè) 鍍膜槽6， 一種適合于電鍍或者電解的鍍膜的液體裝在鍍膜槽中。此外 可能涉及到一種酸(例如石危酸(H2S04))。 一個(gè)陽極7浸入槽中，該 陽極通過一個(gè)鎳塊構(gòu)成，該鎳塊構(gòu)成消耗電極。此外在實(shí)施例中兩個(gè)輥 子l浸入槽中，其中預(yù)先設(shè)定，不鍍膜的輥頸9用未表示的保護(hù)層保護(hù) 起來。兩個(gè)輥?zhàn)?構(gòu)成陰極8。陽極7和陰極8連接到一個(gè)直流電源10 上，該直流電源可以熟悉的方式被控制或者被調(diào)節(jié)。
在接上電流時(shí)，由鎳的金屬沉淀物在(未保護(hù)的)輥?zhàn)?的表面上 產(chǎn)生電化學(xué)沉積。電流從消耗電極7上分離金屬離子，并且通過還原將 它沉積在輥?zhàn)?的表面上。由此輥?zhàn)?全面并且均勻地鍍上一層鎳膜。 輥?zhàn)?在槽6中待的時(shí)間越長，在輥?zhàn)踊w2上的鎳鍍層就越厚。
通過加入的陶乾顆粒，鎳鍍層或者鎳金屬合金的鍍層的機(jī)械工藝性 能可針對各自的應(yīng)用優(yōu)化。因此重要的是，連鑄輥配備有耐化學(xué)的、在 高溫下穩(wěn)定的鍍層，該鍍層在磨蝕負(fù)荷下只具有微小的磨損率，但同時(shí) 在制造時(shí)可以經(jīng)濟(jì)地加工。例如可以制造鎳化合物，該鎳化合物在室溫 時(shí)具有350到450HV1的中等硬度，并且因此可以用可認(rèn)同的費(fèi)用加工， 并且同時(shí)自身在較高的溫度時(shí)具有低的磨損率。
在鎳/鈷基上電鍍制造的金屬合金的彌散尤其適用于所提出的應(yīng)用
情況，陶瓷微粒-優(yōu)選的是碳化硅-以1至5微米大小的微粒或者以10至 1000納米大小的納米微粒填入鎳/鈷基中。
使用的鎳優(yōu)選的是高純的、并且?guī)в蓄A(yù)壓應(yīng)力。
那么優(yōu)選的是輥?zhàn)踊w采用電解表面改良。在輥?zhàn)踊w中，在高濃 度下的硬的固體顆粒填入可延展的鎳基層中，這一組合對待保護(hù)的部分 產(chǎn)生一個(gè)非常好的磨損保護(hù)。這樣即連鑄坯不再直接在金屬基層的金屬
此鎳的磨蝕可以被顯著降低,、;且可二達(dá)到3標(biāo)，'連鑄坯導(dǎo)輥設(shè)計(jì)達(dá)到 終身的輥?zhàn)訅勖?，即至?吏用10年。
此外也可以考慮，在輥?zhàn)踊w上鍍上多個(gè)電鍍膜，其中隨時(shí)可以使 用相同的鍍膜材料或者也可以使用不同的鍍膜材料。
連鑄輥可以用于所有已知的應(yīng)用情況，即尤其是在鋼坯軋機(jī)、棒坯 軋機(jī)、型材坯軋機(jī)、板坯和薄板坯軋機(jī)中，用于優(yōu)質(zhì),友素鋼和優(yōu)質(zhì)不銹 鋼的澆鑄。此外連鑄坯導(dǎo)輥的輥?zhàn)又睆?包括表面鍍膜的成品直徑)大 多數(shù)在80毫米和350毫米之間變動(dòng)。
附圖標(biāo)記表
1 輥?zhàn)?連鑄輥)
2 輥?zhàn)踊w
3 鍍層
4 鍍層表面
5 陶資顆粒 6鍍膜槽
7 陽才及(正極)
8 陰才及(負(fù)才及)
9 軸頸
10直流電源
D 鍍層厚度
d 陶資顆粒微粒尺寸
權(quán)利要求
1. 用于金屬加工的輥?zhàn)?1)、尤其是連鑄輥，該輥?zhàn)泳哂杏山饘俳M成的輥?zhàn)踊w(2)和一層鍍在輥?zhàn)踊w上的由耐磨材料組成的鍍層(3)，其特征在于，鍍層(3)具有電鍍的鍍鎳層，其中鍍層(3)的表面(4)構(gòu)成輥?zhàn)?1)的工作面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥?zhàn)?，其特征在于，鍍?3 )的厚度(D ) 在0.01毫米和10毫米之間，優(yōu)選的是在0.05毫米和2毫米之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的輥?zhàn)?，其特征在于，鍍?3)由 純鎳組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的輥?zhàn)?，其特征在于，鍍?3)除 了鎳之外具有其它的成分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的輥?zhàn)?，其特征在于，鍍?3)除了鎳之 外具有成分鈷(Co)、磷(P)、鐵(Fe)、鋅(Zn)、銅(Cu)、錳(Mn)或者鉻(Cr)的一種或者多種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或者5所述的輥?zhàn)樱涮卣髟谟?，鍍?3)除 了鎳之外具有陶瓷顆粒(5)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的輥?zhàn)?，其特征在于，陶瓷顆粒(5)是碳 化鈦(Ti)、碳化鉭(Ta )、碳化鎢(W )、碳化鋯(Zr )、碳化硼(B )、 碳化鉻(Cr )和/或者碳化硅(Si)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的輥?zhàn)樱涮卣髟谟?，鍍?3)由鎳鈷合 金組成，碳化硅陶瓷顆粒(5)填入鍍層中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的輥?zhàn)?，其特征在于，陶瓷顆粒(5)是氧 化鋁(Al)、氧化鉻(Cr)、氧化硅(Si)、氧化鈹(Be)或者氧化鋯(Zr)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的輥?zhàn)?，其特征在于，陶?顆粒(5 )的微粒尺寸(d )在1和5微米之間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的輥?zhàn)?，其特征在于，陶?顆粒(5 )的孩i粒尺寸(d)在10和1000納米之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6至11中任一項(xiàng)所述的輥?zhàn)?，其特征在于，?瓷顆粒(5)以高濃度存在于鎳或者鎳合金中。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的輥?zhàn)?，其特征在于，在鎳或者鎳合?中陶瓷顆粒(5 )的體積分額在15%和40%之間、優(yōu)選的是在25%和30% 之間。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的輥?zhàn)?，其特征在于，?層(3)的表面(4)的硬度在300和500HV1之間，優(yōu)選的是在350和 450 HV1之間。
15. 用于金屬制造和/或者金屬加工的輥?zhàn)?1)、尤其是連鑄輥的 制造方法，其特征在于，它具有下列步驟a) 制造由金屬組成的輥?zhàn)踊w(2);b) 將輥?zhàn)踊w(2)插入電鍍鍍膜槽(6);c) 在至少輥?zhàn)踊w(2)表面的一部分上電鍍鍍層(3),其中鍍 層(3)至少部分地由鎳組成，并且鍍層(3)的表面(4)構(gòu)成輥?zhàn)?1 ) 的工4乍面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于金屬制造和/或者金屬加工的輥?zhàn)?1)、尤其是連鑄輥，該連鑄輥具有金屬的輥?zhàn)踊w(2)和一層鍍在輥?zhàn)踊w上的耐磨材料的鍍層(3)。為了使輥?zhàn)?、尤其是連鑄輥特別耐磨，本發(fā)明設(shè)有，鍍層(3)具有電鍍的鍍鎳層，其中鍍層(3)的表面(4)構(gòu)成輥?zhàn)?1)的工作面。此外本發(fā)明涉及一種用于金屬制造和/或者金屬加工的輥?zhàn)?1)、尤其是連鑄輥制造的方法。
文檔編號B22D11/128GK101394960SQ200780008180
公開日2009年3月25日 申請日期2007年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月9日
發(fā)明者A·吉根索恩, A·韋耶, C·吉爾肯斯, E·霍夫斯塔特, G·費(fèi)爾曼, M·雷普齊克 申請人:Sms迪馬格股份公司