薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層的制備方法及電鍍液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層的制備方法及電鍍液，對結(jié)晶輥表面進行鍍前預(yù)處理；電鍍打底層，電鍍液組成為氨基磺酸鎳180-410g/l、氯化鎳5-25g/l、硼酸15-40g/l、十二烷基磺酸鈉0.05-0.1g/l；結(jié)晶輥浸入電鍍液中，按一定的電流密度進行電鍍，結(jié)晶輥轉(zhuǎn)速為2-15轉(zhuǎn)/分鐘；在打底層之上的合金層電鍍過程中添加硼元素，達到合金層設(shè)定厚度時停止硼元素添加；繼續(xù)電鍍24小時后結(jié)束電鍍，將結(jié)晶輥吊離電鍍液，清洗后得到結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層。本方法得到結(jié)晶輥鍍層的硼含量隨鍍層厚度梯度變化，具有良好的抗冷熱疲勞、導(dǎo)熱和耐腐蝕性能，提高了鍍層與結(jié)晶輥基體的結(jié)合強度及抗磨損強度，有效提高了結(jié)晶輥的使用壽命。
【專利說明】薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層的制備方法及電鍍液

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層的制備方法及電鍍液。

【背景技術(shù)】
[0002] 薄帶連鑄技術(shù)是冶金及材料研究領(lǐng)域內(nèi)的一項前沿技術(shù)，其改變了傳統(tǒng)冶金工業(yè) 中薄型鋼材的生產(chǎn)過程。采用薄帶連鑄技術(shù)，將連續(xù)鑄造、乳制，甚至熱處理等整合為一體， 使生產(chǎn)的薄帶坯稍經(jīng)冷軋就一次性形成工業(yè)成品，簡化了生產(chǎn)工序，縮短了生產(chǎn)周期，其連 鑄工藝線長度僅60m。
[0003] 薄帶連鑄技術(shù)工藝方案因結(jié)晶器的不同分為帶式、輥式、輥帶式等，其中雙輥薄帶 連鑄技術(shù)最具有發(fā)展前途。其工藝原理是將金屬液注入一對反向旋轉(zhuǎn)且內(nèi)部通水冷卻的結(jié) 晶輥之間，使金屬液在兩輥間凝固形成薄帶。在連續(xù)鑄造過程中，接觸鋼液的結(jié)晶輥表面溫 度約為600°C，當結(jié)晶輥軋制出金屬薄帶的同時，原來接觸鋼液的結(jié)晶輥表面部分也旋轉(zhuǎn)離 開液態(tài)金屬，暴露于空氣中，其表面溫度驟降至約200°C。由此可見，連鑄過程中結(jié)晶輥表面 所處的環(huán)境十分惡劣，結(jié)晶輥表面要承受著冷熱疲勞與應(yīng)力變形、高溫氧化、鋼液和保護渣 導(dǎo)致的化學(xué)腐蝕以及軋制拉坯對其產(chǎn)生的摩擦與磨損。因而，連鑄結(jié)晶輥表面應(yīng)具有良好 的抗冷熱疲勞性能、良好的導(dǎo)熱性能、較高的機械強度以及較好的耐磨性和耐腐蝕性能。
[0004] 為了提商結(jié)晶棍使用壽命、提商薄帶連鑄生廣效率。與傳統(tǒng)的方述、板述連鑄結(jié)晶 器一樣，可以在結(jié)晶輥表面鍍覆一層金屬鎳鍍層。該金屬鍍層一方面可以調(diào)節(jié)結(jié)晶輥的熱 傳遞系數(shù)，以使輥面上的熱交換過程更加均勻高效，另一方面還可以對結(jié)晶輥本體進行保 護，減輕澆鑄時產(chǎn)生的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力對結(jié)晶輥的損傷，避免軋制拉坯對結(jié)晶輥的磨損。 表面性能得到改善的結(jié)晶輥，其使用壽命延長，從而降低了薄帶連鑄生產(chǎn)成本、提高了薄帶 連鑄的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
[0005] 中國專利ZL97194984.0公開了一種用電解法為連鑄薄金屬帶用鑄輥表面鍍覆 金屬層的工藝和設(shè)備，該專利的主要技術(shù)特點是采用陰極屏蔽或陰極保護的方法，使電流 在輥面各處均勻分布，尤其是在輥邊緣棱角處不易產(chǎn)生電流集中，從而獲得厚度均勻、應(yīng)力 小、抗冷熱疲勞性能良好的鍍鎳層。然而，這種陰極屏蔽或陰極保護的方法是電鍍領(lǐng)域的公 知技術(shù)，對于電鍍面積較大的工件時，都會應(yīng)用到這種方法。而獲得均勻的低應(yīng)力、優(yōu)異抗 冷熱疲勞性能鍍層的一個重要因素，也是本質(zhì)因素，是制備鍍層的電鍍工藝，主要包括鍍液 組成，電流密度大小，對于輥類電鍍還應(yīng)包括輥子旋轉(zhuǎn)速度。
[0006] 中國專利ZL200510020466. 9公開了一種雙輥薄帶連鑄機輥面的涂鍍金屬的方 法。該專利介紹了采用刷鍍的方法在輥面獲得含有納米顆粒的復(fù)合鍍層，該鍍層具有硬度 高、耐磨損的優(yōu)點，由于采用高電流進行刷鍍，因此鍍層沉積速率快，鍍覆時間短。該專利所 介紹的刷鍍方法，與電鍍方法的鍍層沉積機理不盡相同，所得鍍層的結(jié)構(gòu)與性能也不相同。 相對于刷鍍方法，電鍍方法是在比較低的電流密度下進行的，因而其鍍速相對較低，但也正 是因為在這種相對較低的電流密度下，可使得沉積出的晶體內(nèi)部錯位和缺陷減少，獲得低 內(nèi)應(yīng)力、高延展性的鍍層，這樣的鍍層與結(jié)晶輥基體結(jié)合力強，不易發(fā)生剝落、裂紋，抗冷熱 疲勞性能優(yōu)異。雖然相對于刷鍍方法，電鍍方法所獲得的鍍層硬度相對較低，耐磨損性能可 能有所減弱，但就結(jié)晶輥的使用工況而言，對鍍層與基體的結(jié)合強度、抗冷熱疲勞性能的要 求更加側(cè)重。
[0007] 中國專利ZL200610030213. 4公開了一種薄帶連鑄結(jié)晶輥表面電鍍方法及其電鍍 液，其在結(jié)晶輥表面電鍍一層純鎳鍍層，該鍍層厚度可變，但鍍層硬度均勻且較低，在連續(xù) 澆鋼過程中難以承受鑄坯的磨損，因此其過鋼量最高為30爐左右，且修復(fù)成本較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層的制 備方法及電鍍液，由本電鍍液和制備方法得到結(jié)晶輥表面合金鍍層中合金成分梯度變化， 克服了結(jié)晶輥表面?zhèn)鹘y(tǒng)鍍層的缺陷，在具有良好的抗冷熱疲勞性能、良好的導(dǎo)熱性能和耐 腐蝕性能的同時，提高了鍍層與結(jié)晶輥基體的結(jié)合強度及抗磨損強度，有效提高了結(jié)晶輥 的使用壽命。
[0009] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層的制備方法包括 如下步驟： 步驟一、對薄帶連鑄結(jié)晶輥表面進行鍍前預(yù)處理，采用機加工、有機溶劑清洗、堿脫脂、 電解脫脂、酸浸蝕和活化處理； 步驟二、薄帶連鑄結(jié)晶輥表面電鍍打底層，電鍍液的組成為： 氨基磺酸鎳 Ni(NH2S03)2 ·4Η20 180-410g/l 氯化鎳 NiCl2 · 6H20 5-25 g/1 硼酸 H3B03 1 5-40 g/1 十二烷基磺酸鈉 CH3 (CH2) 1QCH20S03Na 0. 05-0. 1 g/1 電鍍時結(jié)晶輥全浸入或半浸入電鍍液中，初始4 一 12分鐘的電流密度為0. 5-3. 0A/ dm2,正常電鍍時電流密度為1. 0-5. OA/dm2,結(jié)晶輥轉(zhuǎn)速為2-15轉(zhuǎn)/分鐘； 步驟三、薄帶連鑄結(jié)晶輥表面打底層上電鍍合金層.在打底層上電鍍，采用定量泵在 電鍍過程中添加硼元素，硼元素添加量為每安培小時、每升鍍液添加〇-l〇ml，達到合金層設(shè) 定厚度時停止硼元素添加； 步驟四、繼續(xù)電鍍24小時后結(jié)束電鍍，將薄帶連鑄結(jié)晶輥吊離電鍍液，并進行清洗后 得到薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層。
[0010] 進一步，上述電解脫脂時薄帶連鑄結(jié)晶輥浸沒于除油液中，除油液溫度為70°C，電 流密度為5. OA/dm2,處理時間為3分鐘，然后吊出結(jié)晶輥采用純水沖洗。
[0011] 進一步，上述薄帶連鑄結(jié)晶輥酸浸蝕時間為1分鐘。
[0012] 進一步，上所述活化處理為采用弱酸溶液噴淋薄帶連鑄結(jié)晶輥表面。
[0013] 進一步，薄帶連鑄結(jié)晶輥表面電鍍打底層時，結(jié)晶輥輥面與可溶性陽極距離為 100-400mm〇
[0014] 進一步，電鍍時上述電鍍液的溫度為38_68°C。
[0015] 進一步，電鍍時上述電鍍液的pH值為2. 8-4. 8。
[0016] 進一步，電鍍時上述電鍍液采用空氣攪拌，攪拌強度為0. 5 - 1. 5m3/m2. min。
[0017] 一種薄帶連鑄結(jié)晶輥表面電鍍梯度合金鍍層的電鍍液的組成為氨基磺酸鎳 Ni(NH2S03)2 ·4Η20 180-410g/l、氯化鎳 NiCl2 ·6Η20 5-25 g/1、硼酸 Η3Β03 1 5-40 g/1、 十二烷基磺酸鈉 CH3 (CH2) 1(lCH20S03Na 0. 05_0. 1 g/1以及硼元素添加劑，硼元素添加劑的 添加量為每安培小時、每升電鍍液添加〇_l〇ml。。 由于本發(fā)明薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層的制備方法及電鍍液采用了上述技術(shù) 方案，即本方法首先對結(jié)晶輥表面進行鍍前預(yù)處理；然后電鍍打底層，電鍍液組成為氨基磺 酸鎳 Ni(NH2S03)2 ·4Η20 180-410g/l、氯化鎳 NiCl2 ·6Η20 5-25 g/Ι、硼酸 H3B03 1 5-40 g/ 1、十二烷基磺酸鈉 CH3(CH2)lclCH20S03Na0. 05-0. 1 g/1 ;結(jié)晶輥全部或部分浸入電鍍液中，初 始4 - 12分鐘的電流密度為0. 5-3. OA/dm2,正常電鍍時電流密度為1. 0-5. OA/dm2,結(jié)晶輥 轉(zhuǎn)速為2-15轉(zhuǎn)/分鐘；在打底層上電鍍合金層，采用定量泵在電鍍過程中添加硼元素，硼 元素添加量為每安培小時、每升鍍液添加〇-l〇ml，達到合金層設(shè)定厚度時停止硼元素添加； 繼續(xù)電鍍24小時后結(jié)束電鍍，將薄帶連鑄結(jié)晶輥吊離電鍍液，并進行清洗后得到薄帶連鑄 結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層。本方法得到結(jié)晶輥鍍層的硼含量是隨鍍層厚度梯度變化的，這 種梯度合金鍍層具有良好的抗冷熱疲勞、導(dǎo)熱和耐腐蝕性能，提高了鍍層與結(jié)晶輥基體的 結(jié)合強度及抗磨損強度，有效提高了結(jié)晶輥的使用壽命。

【具體實施方式】
[0018] 本發(fā)明薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層的制備方法包括如下步驟： 步驟一、對薄帶連鑄結(jié)晶輥表面進行鍍前預(yù)處理，采用機加工、有機溶劑清洗、堿脫脂、 電解脫脂、酸浸蝕和活化處理；結(jié)晶輥表面機加工處理去除表面氧化層和缺陷部位，加工后 表面粗糙度為3. 2 ;有機溶劑清洗可采用丙酮清洗輥表面的油污和機加工處理后的金屬渣 屑，然后用純水沖洗； 步驟二、薄帶連鑄結(jié)晶輥表面電鍍打底層，電鍍液的組成為： 氨基磺酸鎳 Ni(NH2S03)2 ·4Η20 180-410g/l 氯化鎳 NiCl2 · 6H20 5-25 g/1 硼酸 H3B03 1 5-40 g/1 十二烷基磺酸鈉 CH3 (CH2) 1QCH20S03Na 0. 05-0. 1 g/1 電鍍時結(jié)晶輥全浸入或半浸入電鍍液中，初始4 一 12分鐘的電流密度為0. 5-3. 0A/ dm2,正常電鍍時電流密度為1. 0-5. OA/dm2,結(jié)晶輥轉(zhuǎn)速為2-15轉(zhuǎn)/分鐘； 步驟三、薄帶連鑄結(jié)晶輥表面打底層上電鍍合金層.在打底層上電鍍，采用定量泵在 電鍍過程中添加硼元素，硼元素添加量為每安培小時、每升鍍液添加〇-l〇ml，達到合金層設(shè) 定厚度時停止硼元素添加；； 步驟四、繼續(xù)電鍍24小時后結(jié)束電鍍，將薄帶連鑄結(jié)晶輥吊離電鍍液，并進行清洗后 得到薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層。
[0019] 進一步，上述電解脫脂時薄帶連鑄結(jié)晶輥浸沒于除油液中，除油液溫度為70°C，電 流密度為5. OA/dm2,處理時間為3分鐘，然后吊出結(jié)晶輥采用純水沖洗。
[0020] 進一步，上述薄帶連鑄結(jié)晶輥酸浸蝕時間為1分鐘。
[0021] 進一步，上所述活化處理為采用弱酸溶液噴淋薄帶連鑄結(jié)晶輥表面。
[0022] 進一步，薄帶連鑄結(jié)晶輥表面電鍍打底層時，結(jié)晶輥輥面與可溶性陽極距離為 100-400mm〇
[0023] 進一步，電鍍時上述電鍍液的溫度為38_68°C。
[0024] 進一步，電鍍時上述電鍍液的pH值為2. 8-4. 8。
[0025] 進一步，電鍍時上述電鍍液采用空氣攪拌，攪拌強度為0. 5 - 1. 5m3/m2. min。
[0026] -種薄帶連鑄結(jié)晶輥表面電鍍梯度合金鍍層的電鍍液的組成為氨基磺酸鎳 Ni(NH2S03)2 ·4Η20 180-410g/l、氯化鎳 NiCl2 ·6Η20 5-25 g/1、硼酸 Η3Β03 1 5-40 g/1、 十二烷基磺酸鈉 CH3 (CH2) 1(lCH20S03Na 0. 05_0. 1 g/1以及硼元素添加劑，硼元素添加劑的 添加量為每安培小時、每升電鍍液添加〇_l〇ml。
[0027] 本方法與現(xiàn)有成熟的結(jié)晶輥純鎳電鍍技術(shù)相比，解決純鎳鍍層耐磨性差的問題， 本方法得到的鍍層包含了打底鍍層和高硬合金鍍層，構(gòu)成結(jié)晶輥表面鍍層的硼含量是隨鍍 層厚度梯度變化的，這種梯度合金鍍層具有良好的抗冷熱疲勞、導(dǎo)熱和耐腐蝕性能，提高了 鍍層與結(jié)晶輥基體的結(jié)合強度及抗磨損強度，有效提高了結(jié)晶輥的使用壽命；其中打底層 為純鎳鍍層，純鎳鍍層應(yīng)力低，在結(jié)晶輥基體和合金鍍層中間起到過渡作用；高硬合金鍍層 為硼元素含量隨鍍層厚度梯度變化的鎳基合金鍍層，該鍍層硬度最高可達900HV，且因為性 能也是梯度變化的，因此內(nèi)應(yīng)力低，不易產(chǎn)生裂紋、耐磨性好；本方法在一個鍍槽中完成打 底鍍層和高硬合金鍍層的電鍍作業(yè)，其中根據(jù)結(jié)晶輥的修復(fù)次數(shù)和實際工況，打底鍍層和 合金鍍層可以通過本方法的工藝自由控制。結(jié)晶輥表面的梯度合金鍍層延長了結(jié)晶輥的使 用壽命，從而可以降低薄帶連鑄生產(chǎn)成本、提高薄帶連鑄的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
[0028] 本方法的特點是在結(jié)晶輥表面可獲得厚度為0. 5-3. 0mm的鎳硼合金梯度變化的 電鍍層，該電鍍層內(nèi)層硬度低、延展性好，與結(jié)晶輥基體結(jié)合牢固，該電鍍層外層為鎳硼合 金鍍層，硬度高，耐磨性好，有利于適應(yīng)結(jié)晶輥所要求的高耐磨工況。鎳硼合金鍍層是鎳和 硼元素的含量比變化可調(diào)，其硬度范圍可從150HV至900HV以上，通過對硼添加劑的添加量 和添加時機的控制，獲得鍍層不同層面處所需的設(shè)計硬度，從而可根據(jù)結(jié)晶輥的使用工況 自由調(diào)節(jié)鍍層性能。
[0029] 表1 :本方法電鍍作業(yè)的具體參數(shù)

【權(quán)利要求】
1. 一種薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層的制備方法，其特征在于本方法包括如下步 驟： 步驟一、對薄帶連鑄結(jié)晶輥表面進行鍍前預(yù)處理，采用機加工、有機溶劑清洗、堿脫脂、 電解脫脂、酸浸蝕和活化處理； 步驟二、薄帶連鑄結(jié)晶輥表面電鍍打底層，電鍍液的組成為： 氨基磺酸鎳 Ni(NH2S03)2 ·4Η20 180-410g/l 氯化鎳 NiCl2 · 6H20 5-25 g/1 硼酸 H3B03 1 5-40 g/1 十二烷基磺酸鈉 CH3 (CH2) 1QCH20S03Na 0. 05-0. 1 g/1 電鍍時結(jié)晶輥全浸入或半浸入電鍍液中，初始4 一 12分鐘的電流密度為0. 5-3. 0A/ dm2,正常電鍍時電流密度為1. 0-5. OA/dm2,結(jié)晶輥轉(zhuǎn)速為2-15轉(zhuǎn)/分鐘； 步驟三、在薄帶連鑄結(jié)晶輥表面打底層上電鍍合金層，采用定量泵在電鍍合金層過程 中添加硼元素，硼元素添加量為每安培小時、每升電鍍液添加〇-l〇ml，達到合金層設(shè)定厚度 時停止硼元素添加； 步驟四、繼續(xù)電鍍24小時后結(jié)束電鍍，將薄帶連鑄結(jié)晶輥吊離電鍍液，并進行清洗后 得到薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層的制備方法，其特征在 于：所述電解脫脂時薄帶連鑄結(jié)晶輥浸沒于除油液中，除油液溫度為70°C，電流密度為 5. OA/dm2,處理時間為3分鐘，然后吊出結(jié)晶輥采用純水沖洗。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層的制備方法，其特征在 于：所述薄帶連鑄結(jié)晶輥酸浸蝕時間為1分鐘。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層的制備方法，其特征在 于：所述活化處理為采用弱酸溶液噴淋薄帶連鑄結(jié)晶輥表面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層的制備方法，其特征在 于：薄帶連鑄結(jié)晶輥表面電鍍打底層時，結(jié)晶輥輥面與可溶性陽極距離為100-400_。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層的制備方法， 其特征在于：所述電鍍液的溫度為38-68°C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層的制備方法，其特征在 于：所述電鍍液的pH值為2. 8-4. 8。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥表面梯度合金鍍層的制備方法，其特征在 于：所述電鍍液采用空氣攪拌，攪拌強度為〇. 5 - 1. 5m3/m2. min。
9. 一種薄帶連鑄結(jié)晶輥表面電鍍梯度合金鍍層的電鍍液，其特征在于：所述電鍍液的 組成為氨基磺酸鎳 Ni(NH2S03)2 .4H20 180-410g/l、氯化鎳 NiCl2 .6H20 5-25 g/1、硼酸 H3B03 1 5-40 g/1、十二烷基磺酸鈉 CH3(CH2)1QCH20S03Na 0.05-0.1 g/1 以及硼元素添加劑， 硼元素添加劑的添加量為每安培小時、每升電鍍液添加〇-l〇ml。
【文檔編號】C25D5/14GK104120461SQ201310152436
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月28日
【發(fā)明者】侯峰巖, 呂春雷, 王慶新, 孫小平, 何康, 房鳴, 楊磊 申請人:上海寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司