本發(fā)明涉及薄帶連鑄技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種薄帶連鑄結(jié)晶輥毛化表面特定形貌制備方法。

背景技術(shù)：

薄帶連鑄用結(jié)晶輥表面與鋼水直接接觸，其表面形貌對其使用過程中的界面?zhèn)鳠岷弯撘耗踢^程有重要影響，直接影響薄帶連鑄工藝和帶鋼質(zhì)量，因此，在實際生產(chǎn)中，需要制備具有特定形貌特征的表面形貌，而且需要根據(jù)澆注鋼種、澆鑄工藝等不同條件來調(diào)整不同的結(jié)晶輥表面形貌特征以獲得良好的帶鋼質(zhì)量。

直接在噴丸機及同類設(shè)備上轟擊產(chǎn)生的表面形貌不能直接應(yīng)用，這是因為轟擊產(chǎn)生的粗糙峰比較尖銳，易于磨損，從而造成結(jié)晶輥表面形貌特征的保持性較差，隨著磨損的進行，形貌特征不斷變化，將極大的影響帶鋼表面質(zhì)量。因此，需要根據(jù)不同的澆鑄條件來設(shè)計結(jié)晶輥形貌。

常用的毛化方法有SBT(噴丸毛化)、EDT(電火花毛化)、EBT(電子束毛化)、LT(激光毛化)和TOPOCROM方法等。這些方法各有優(yōu)劣，目前多用于軋輥表面制造。

國內(nèi)外對結(jié)晶輥表面毛化技術(shù)的研究涉及多項專利，主要包括激光毛化方法、機械毛化方法和電火花毛化方法等，這些方法歸納起來，可分為有較強規(guī)律性的表面形貌，如機械毛化(紋理制備)方法、激光毛化方法等；隨機分布表面形貌，如噴丸毛化、噴砂毛化等；以及前兩者結(jié)合起來的復(fù)合方法等。此外，TOPOCROM方法在結(jié)晶輥上的應(yīng)用尚處于探索階段，還不成熟。

美國專利US2009/0145567A1公開了一種采用金剛石雕刻技術(shù)制備結(jié)晶輥毛化表面的方法，即采用金剛石雕刻、激光和蝕刻等技術(shù)形成規(guī)則的由凹印、凸起交替形成的陣列結(jié)構(gòu)，每英寸約75-250行，所形成的凸起部分面積介于40-40000μm²,或14000-20000μm²，或900-3600μm²不等，且陣 列方向與結(jié)晶輥軸線方向傾斜角介于5°-45°之間。

美國專利5701948公開了一種結(jié)晶輥的表面形貌結(jié)構(gòu)，在雙輥連鑄機上，通過具有一定深度和間距的沿圓周方向延伸的槽和脊結(jié)構(gòu)，使得結(jié)晶輥表面織構(gòu)化。這種經(jīng)過表面毛化以后的網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)可提高金屬凝固期間的熱通量，從而使薄帶連鑄最優(yōu)化，即達到高熱通量的同時獲得致密的微觀結(jié)構(gòu)。具體優(yōu)化形貌尺寸包括脊峰到槽根部的網(wǎng)紋深度介于15μm-25μm之間，網(wǎng)紋間距在150μm-200μm范圍內(nèi)。需要注意的是，該專利公開的結(jié)晶輥形貌雖然在鑄造黑色金屬時能夠達到高的凝固速度，但是其對工藝條件非常敏感，必須嚴格加以控制，否則，會產(chǎn)生“鱷魚皮”和“振痕”兩種鑄帶缺陷。

美國專利US6942013公開了一種結(jié)晶輥表面隨機紋理結(jié)構(gòu)，采用氧化鋁、氧化硅和碳化硅等材料噴砂處理，顆粒直徑介于0.7mm-1.4mm之間。

歐洲專利EP0577833A1公開采用激光毛化的方法進行結(jié)晶輥的表面形貌處理，所形成的轟擊坑的深度在50μm以上，直徑在500μm以下，轟擊坑之間的間距大約是轟擊坑直徑的1.05-5倍；歐洲專利EP1281458A1公開的轟擊坑形貌特征是坑深在40-200μm，直徑在500-3000μm，同時毛化表面上還嵌套者更細小的凹坑，深度在1-50μm，直徑約為5-200μm。

中國專利公開號CN1311721A公開了鋼帶連鑄方法，指出熔融鋼水被導(dǎo)引至平行鑄輥間的輥隙之中，形成支撐在輥鑄造表面上的熔池，結(jié)晶輥轉(zhuǎn)動并從輥隙向下導(dǎo)引凝固鋼帶，其提到的鑄造表面即結(jié)晶輥表面的處理采用在基材上噴砂(Ra介于5-10之間)、然后鍍50μm鉻作為耐磨層，或是在鎳保護涂層表面直接進行噴砂。

韓國專利KR2006074635公開了帶鋼澆鑄用鑄輥，其通過噴丸處理使得結(jié)晶輥表面產(chǎn)生細小凹痕，從而均勻而迅速凝固鋼液的表面制備方法。Posco申請的專利WO2008/016231A1公開了一種采用光刻方法在結(jié)晶輥表面制備氣體通道，從而避免氣體膨脹造成鑄帶表面凹痕缺陷的結(jié)晶輥表面處理方法。

此外，Posco也應(yīng)用激光毛化的方法制備結(jié)晶輥表面形貌，然而，這種方法的經(jīng)濟性和可實施性均不能達到薄帶連鑄產(chǎn)業(yè)化需求。

根據(jù)不同澆鑄材料和澆鑄工藝，結(jié)晶輥表面形貌參數(shù)需要較大范圍的 調(diào)整，然而，常規(guī)的噴丸設(shè)備不能滿足結(jié)晶輥的表面特征需求，且電火花毛化和激光毛化方法等技術(shù)處理的輥面又具有較強的規(guī)律性，不適宜于薄帶連鑄工藝生產(chǎn)，這就需要特殊的毛化裝備和工藝方法來實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種薄帶連鑄結(jié)晶輥毛化表面特定形貌制備方法，針對特定毛化表面，將粗糙峰拋磨成特定局域平臺形貌，并去除了毛刺及翻邊等表面缺陷，從而增強了表面耐磨性，提高了毛化形貌參數(shù)的保持性，同時可提供具有與熔池鋼液不同接觸特性的表面形貌，對于優(yōu)化薄帶連鑄熔池鋼液的凝固特性具有重要意義，可為結(jié)晶輥實際應(yīng)用提供保障。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種薄帶連鑄結(jié)晶輥毛化表面特定形貌制備方法，其包括，

1)采用噴丸類設(shè)備，通過氣體驅(qū)動的粉末顆粒流反復(fù)轟擊到結(jié)晶輥表面，形成由轟擊坑重疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成的隨機初始形貌；

2)針對結(jié)晶輥特定毛化表面，將表面粗糙峰磨成平臺，并去除毛刺及翻邊等表面缺陷；

3)對結(jié)晶輥表面平臺進行拋光形成由局域微平臺組成的結(jié)構(gòu)形態(tài)，最終獲得的結(jié)晶輥表面形貌特征為：

當10μm<轟擊顆粒直徑<1000μm時，最終獲得的結(jié)晶輥表面形貌特征Ra為1μm～25μm；Rz為3～300μm，RPc為3～300/cm；

當1000μm<轟擊顆粒直徑<8000μm時，最終獲得的結(jié)晶輥表面形貌特征為轟擊坑平均深度為20μm-900μm，轟擊坑平均直徑為100μm-5000μm，轟擊坑局域平臺平均寬度為5μm-5000μm，平均峰值密度為1～10/cm；

其中，轟擊氣體壓力為0.2～3.5MPa，氣體流量10～1000Nm³/h；氣體溫度為室溫～400℃；所述粉末顆粒直徑為1～8000μm。

進一步，所述的粉末顆粒是不銹鋼鋼絲切丸、合金鋼丸、陶瓷或硬質(zhì)合金，其硬度為HRC30～HRC65。

更進一步，所述的噴丸類設(shè)備采用噴嘴，所述的噴嘴的喉部直徑為2.5～50mm。

又，步驟3)拋光是在拋光機床上應(yīng)用碳化硅或金剛石砂帶進行拋光，其中，需要給拋光砂帶施加一預(yù)緊力，預(yù)緊力大小沿結(jié)晶輥軸向具有不同的分布，用以控制不同的表面形貌需求。

進一步，步驟3)拋光在拋光機床上進行，機床進給速度1mm/r～30mm/r，結(jié)晶輥轉(zhuǎn)速1r/min～120r/min，多次反復(fù)進行拋光，拋光后工業(yè)百潔布清理。

優(yōu)選的，步驟3)拋光所用碳化硅或金剛石砂帶型號為180～1200號。

另外，本發(fā)明最終結(jié)晶輥毛化表面還要鍍制一涂層，采用電鍍或噴涂鉻、鎳、鎳合金或銅合金。

本發(fā)明與其它發(fā)明相比，其不同之處和創(chuàng)新性如下所述：

本發(fā)明不同于采用轟擊方法調(diào)控表面形貌的方法，而是在一定的轟擊形貌下，應(yīng)用拋光去除粗糙峰獲得微區(qū)平臺的制備方法，這一方法的優(yōu)勢是可保證形貌隨機性和均勻性，而依靠轟擊工藝來調(diào)整形貌的方法轟擊顆粒易于集中，均勻性差，難以滿足分布均勻性要求高的條件。

本發(fā)明優(yōu)選采用噴嘴，通過一定壓力的壓縮氣體加速粉末顆粒流轟擊到結(jié)晶輥表面，形成隨機形貌，關(guān)鍵是根據(jù)設(shè)計形貌對結(jié)晶輥表面進行特殊拋光處理，最終獲得具有特殊微區(qū)結(jié)構(gòu)的特定表面特征，達到控制結(jié)晶輥熔池鋼液凝固特性的目的，從而控制帶鋼表面質(zhì)量。

不同的鋼種和澆鑄條件下需要不同的結(jié)晶輥表面形貌，制備工藝中所需的特制噴嘴就需要相應(yīng)改變，所述噴嘴的喉部直徑為2.5～50mm。通過不同的噴嘴，將氣體驅(qū)動的粉末顆粒流，反復(fù)轟擊到結(jié)晶輥表面，形成由轟擊坑重疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成的隨機初始形貌，再利用本發(fā)明方法制備特定形貌，即針對轟擊產(chǎn)生的結(jié)晶輥表面形貌，還需要對結(jié)晶輥表面進行細微拋光形成由局域微臺階組成的結(jié)構(gòu)形態(tài)。其中，轟擊氣體壓力為0.2～3.5MPa，氣體流量10～1000Nm³/h；氣體溫度為室溫～400℃。

轟擊顆粒直徑為1～8000μm，材質(zhì)是鋼絲切丸、合金鋼丸、陶瓷或硬質(zhì)合金，其硬度為HRC30～HRC65；當轟擊顆粒直徑介于10μm與1000μm之間時，最終獲得的結(jié)晶輥表面形貌特征Ra為1μm-25μm；Rz為 3-300μm，RPc為3-300/cm；當轟擊顆粒直徑介于1000μm與8000μm時之間，最終獲得的結(jié)晶輥表面形貌特征為轟擊坑平均深度為20μm-900μm，轟擊坑平均直徑為100μm-5000μm，轟擊坑局域平臺平均寬度為5μm-5000μm，平均峰值密度為1-10/cm。

拋光方法是在拋光機床上，應(yīng)用碳化硅或金剛石砂帶進行拋光，其中，需要給拋光砂帶施加預(yù)緊力，預(yù)緊力大小沿結(jié)晶輥軸向具有不同的分布，用以控制不同的表面形貌需求；此外，機床進給速度1mm/r～速度30mm/r，結(jié)晶輥轉(zhuǎn)速1r/min～120r/min，多次反復(fù)進行拋光，拋光后工業(yè)百潔布清理。

為了增強結(jié)晶輥表面形貌的保持性，最終表面還要鍍制一定的涂層，包括電鍍或噴涂鉻、鎳、鎳合金、銅合金等。

本發(fā)明對小粗糙度形貌，以Ra、Rz、RPc為隨機形貌表征參數(shù)，其中，Ra與Rz均是強相關(guān)聯(lián)但又具有各自獨特的表征意義；

本發(fā)明對大粗糙度形貌，以轟擊坑平均直徑、平均深度和微平臺平均寬度為隨機形貌表征參數(shù)，本發(fā)明所獲得毛化表面隨機性強，可以采用粗糙度儀或形貌儀測量，選用一維參數(shù)的目的是利于實際工業(yè)測量與應(yīng)用，參數(shù)通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法進行評估，而其它維度的評定方法可操作性差，數(shù)據(jù)值波動大，統(tǒng)計性和可參考性小。因此，本發(fā)明中所涉及的表征方法可滿足結(jié)晶輥產(chǎn)業(yè)化需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)晶輥表面毛化形貌拋光示意圖，其中，A表示初始形貌分三次拋光(如圖中1,2,3所示)，B,C,D為逐次加深拋光以后的形貌示意圖，分別對應(yīng)A中的1,2,3線所示拋光深度；

圖2為本發(fā)明結(jié)晶輥表面毛化后的初始形貌(SEM)照片；

圖3為本發(fā)明結(jié)晶輥毛化表面拋光5μm后的表面形貌照片；

圖4為本發(fā)明結(jié)晶輥毛化表面拋光20μm后的表面形貌照片；

圖5為本發(fā)明結(jié)晶輥毛化表面拋光30μm后的表面形貌照片；

圖6為本發(fā)明結(jié)晶輥毛化表面拋光50μm后的表面形貌照片。

具體實施方式

本發(fā)明的一種薄帶連鑄結(jié)晶輥毛化表面特定形貌制備方法，其特征是，包括，

1)采用噴丸類設(shè)備，通過氣體驅(qū)動的粉末顆粒流反復(fù)轟擊到結(jié)晶輥特定毛化表面，形成由轟擊坑重疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成的隨機初始形貌；

2)針對結(jié)晶輥特定毛化表面，將表面粗糙鋒磨成平臺，并去除毛刺及翻邊等表面缺陷；

3)對結(jié)晶輥表面平臺進行拋光形成由局域微平臺組成的結(jié)構(gòu)形態(tài)，最終獲得的結(jié)晶輥表面形貌特征為：

當10μm<轟擊顆粒直徑<1000μm時，最終獲得的結(jié)晶輥表面形貌特征Ra為1μm～25μm；Rz為3～300μm，RPc為3～300/cm；

當1000μm<轟擊顆粒直徑<8000μm時，最終獲得的結(jié)晶輥表面形貌特征為轟擊坑平均深度為20μm-900μm，轟擊坑平均直徑為100μm-5000μm，轟擊坑局域平臺平均寬度為5μm-5000μm，平均峰值密度為1～10/cm；

其中，轟擊氣體壓力為0.2～3.5MPa，氣體流量10～1000Nm³/h；氣體溫度為室溫～400℃；所述粉末顆粒直徑為1～8000μm。

進一步，所述的粉末顆粒是不銹鋼鋼絲切丸、合金鋼丸、陶瓷或硬質(zhì)合金，其硬度為HRC30～HRC65。

所述的噴丸類設(shè)備采用噴嘴，所述的噴嘴的喉部直徑為2.5～50mm。

步驟3)拋光是在拋光機床上應(yīng)用碳化硅或金剛石砂帶進行拋光，其中，需要給拋光砂帶施加一預(yù)緊力，預(yù)緊力大小沿結(jié)晶輥軸向具有不同的分布，用以控制不同的表面形貌需求。

步驟3)拋光在拋光機床上進行，機床進給速度1mm/r～30mm/r，結(jié)晶輥轉(zhuǎn)速1r/min～120r/min，多次反復(fù)進行拋光，拋光后工業(yè)百潔布清理。

步驟3)拋光所用碳化硅或金剛石砂帶型號為180～1200號。

另外，本發(fā)明最終結(jié)晶輥毛化表面還要鍍制一涂層，采用電鍍或噴涂鉻、鎳、鎳合金或銅合金。

參見圖1～圖6，圖1為本發(fā)明結(jié)晶輥表面毛化形貌拋光示意圖；圖2為本發(fā)明結(jié)晶輥表面毛化后的初始形貌(SEM)照片；從圖中可以看出， 顆粒流反復(fù)轟擊結(jié)晶輥表面所形成的轟擊坑重疊形貌，轟擊坑的邊緣有翻邊、毛刺等缺陷。

圖3為本發(fā)明結(jié)晶輥毛化表面拋光5μm后的表面形貌照片，圖中可以觀察到拋光5um以后，表面有微平臺出現(xiàn)，轟擊坑深度相應(yīng)減小。

圖4為本發(fā)明結(jié)晶輥毛化表面拋光20μm后的表面形貌照片，從圖中可以觀察到，相比于圖3，微平臺寬度進一步增加，轟擊坑深度進一步減小。

圖5為本發(fā)明結(jié)晶輥毛化表面拋光30μm后的表面形貌照片，從圖中可以觀察到，相比于圖4，微平臺寬度進一步增加，轟擊坑深度進一步減小。

圖6為本發(fā)明結(jié)晶輥毛化表面拋光50μm后的表面形貌照片，從圖中可以觀察到，相比于圖5，微平臺寬度進一步增加，轟擊坑深度進一步減小。

實施例1

薄帶連鑄所用結(jié)晶輥表面進行毛化處理，采用噴嘴(喉徑為3.5mm)，轟擊氣體壓力為1.5MPa，氣體流量80Nm³/h；氣體溫度為120℃，轟擊顆粒直徑30μm，材質(zhì)鑄鋼丸；

然后在拋光機床上，采用300#砂帶拋光，并給拋光砂帶施加一定的預(yù)緊力，車床進給速度5mm/r，結(jié)晶輥轉(zhuǎn)速50r/min，一個來回，拋光后百潔布清理，最終獲得隨機形貌參數(shù)均值：Ra為3μm，Rz為18μm，RPC為44/cm，顯微分析表明轟擊坑邊緣光滑，無毛刺、翻邊和異物嵌入等缺陷。

實施例2

薄帶連鑄所用結(jié)晶輥表面進行毛化處理，采用噴嘴(喉徑為3.0mm)，轟擊氣體壓力為1.0MPa，氣體流量80Nm³/h；氣體溫度為280℃，轟擊顆粒直徑450μm，材質(zhì)鋼絲切丸；

然后在拋光機床上，采用400#砂帶拋光，并給拋光砂帶施加一定的預(yù)緊力，車床進給速度15mm/r，結(jié)晶輥轉(zhuǎn)速8r/min，1個來回，拋光后百潔布清理，最終獲得隨機形貌參數(shù)均值：Ra為18μm，Rz為95μm，RPC為 33/cm，顯微分析表明轟擊坑邊緣光滑，無毛刺、翻邊和異物嵌入等缺陷。

實施例3

薄帶連鑄所用結(jié)晶輥表面進行毛化處理，采用噴嘴(喉徑為2.7mm)，轟擊氣體壓力為0.5MPa，氣體流量50Nm³/h；氣體溫度為170℃，轟擊顆粒平均直徑500μm，材質(zhì)不銹鋼鋼絲切丸；

然后在拋光機床上，采用180#砂帶拋光，并給拋光砂帶施加一定的預(yù)緊力，車床進給速度8mm/r，結(jié)晶輥轉(zhuǎn)速30r/min，一個來回，拋光后百潔布清理，最終獲得隨機形貌參數(shù)均值：Ra為9μm，Rz為71μm，RPC為38/cm，顯微分析表明轟擊坑邊緣光滑，無毛刺、翻邊和異物嵌入等缺陷。