專利名稱：不銹耐蝕導(dǎo)電輥套筒及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種不銹耐蝕導(dǎo)電輥套筒及其制造方法，屬于金屬板帶電鍍技術(shù)。
由于汽車(chē)工業(yè)和電器制造業(yè)等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，對(duì)電鍍鋅板的需求量越來(lái)越大，而且對(duì)鍍鋅板的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。導(dǎo)電輥?zhàn)鰹殡婂冧\機(jī)組的關(guān)鍵備件，對(duì)電鍍鋅板的質(zhì)量、機(jī)組速度、換輥頻率及整機(jī)作業(yè)率起著致關(guān)重要的作用。國(guó)內(nèi)目前均采用銅導(dǎo)電輥，盡管銅具有良好的導(dǎo)電性，但由于其耐磨性和耐蝕性較差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電鍍鋅生產(chǎn)的需要。國(guó)外目前已全部采用不銹鋼及耐蝕合金類材料制造導(dǎo)電輥，但根據(jù)不同的電鍍鋅生產(chǎn)線，不同的生產(chǎn)技術(shù)工藝，不同的工況條件下，采用何種材料最優(yōu)，目前仍處于研究開(kāi)發(fā)階段。鑒于我國(guó)電鍍鋅工業(yè)現(xiàn)狀，資源情況及制造技術(shù)水平，急待研究開(kāi)發(fā)出一種具有良好導(dǎo)電性、耐蝕性和耐磨性，且制造工藝簡(jiǎn)單，成本較低的新型不銹耐蝕導(dǎo)電輥。套筒是整個(gè)導(dǎo)電輥的制造關(guān)鍵，除了材質(zhì)因素以外，套筒的成型方法也至關(guān)重要。套筒的成型方法很多，經(jīng)常采用的是靜態(tài)鑄造成型、鍛造成型。靜態(tài)鑄造成型雖然工藝簡(jiǎn)單、成本較低但套筒受鑄造質(zhì)量制約，易產(chǎn)生氣孔、縮松、夾渣(砂)、熱裂及化學(xué)成分偏析等缺陷，且鑄件致密度較差；鍛造成型雖然組織致密，耐蝕性得以改善，但由于高合金材料熱變形抗力大，熱加工困維，需要較高的加熱溫度才能鍛造，工藝復(fù)雜，不易控制，且受鍛材出品率制約，制造成本較高。
本發(fā)明的目的是給出一種制造導(dǎo)電輥套筒的新型不銹耐蝕合金，該合金能滿足導(dǎo)電輥在導(dǎo)電、耐蝕、耐磨等方面的要求，提高導(dǎo)電輥的使用壽命。另外，本發(fā)明還給出新型不銹耐蝕合金導(dǎo)電輥套筒的一種制造方法，即采用離心鑄造成形。由于金屬液在高速旋轉(zhuǎn)鑄型中受到離心力作用，使鑄件組織致密，鑄造缺陷少，且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，制造成本低。
本發(fā)明的新型不銹耐蝕合金的組分及配比如下(重量％)C0.01～0.30％，Si＜2.00％，Mn＜2.00％，Cr10.0～30.0％， Mo5.0～15.0％，Al；0.10～1.00％， Ti0.10～1.00％，F(xiàn)e＜10.0％， 稀土0.005～0.500％，Nb0≤Nb＜5.0％， Co0≤Co＜3.50％，V0≤V＜1.00％， Ni余量，其中Nb，Co，V至少含有一種或一種以上。
本發(fā)明合金的成分限定理由如下本發(fā)明合金屬于鎳基耐蝕合金類，主要以Ni-Cr-Mo為基礎(chǔ)，重量百分含量占90％左右，此合金仍具有面心立方結(jié)構(gòu)，以單相奧氏體為基體，它具有很高的耐蝕性，主要表現(xiàn)為不僅在氧化性介質(zhì)中，而且在還原性介質(zhì)中均具有優(yōu)良的耐蝕性。為了進(jìn)一步提高該合金在電鍍液這一特定介質(zhì)中的耐蝕性和耐磨性，本發(fā)明根據(jù)不同工況，添加了Nb、Co、V、Al、Ti、稀土等合金元素。
Nb的耐蝕性能極為優(yōu)良，與玻璃類似，除了氫氟酸、氟、發(fā)煙硫酸及堿以外，幾乎能耐一切化學(xué)介質(zhì)的腐蝕，在本合金中，Nb與Ni形成γ及γ’強(qiáng)化相?？商岣邚?qiáng)度、硬度，增加其耐磨性能。
Co一般可以提高該合金的強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度，增強(qiáng)在H2SO4、HCl、H2NO3中抗腐蝕能力，但Co和Nb一樣資源缺乏，價(jià)格昂貴，一般加入量較少。
Al、Ti在本合金中可以細(xì)化晶粒，可以形成γ相，起強(qiáng)化作用，但對(duì)耐蝕性有不良影響，所以需嚴(yán)格控制其含量。
V在該合金中的作用主要是細(xì)化晶粒，提高機(jī)械性能，增加耐磨性，溶于γ’相及以VC形式存在，但過(guò)多加入，將大量以VC形式析出，對(duì)耐蝕性不利。
Si、Mn主要用于脫氧，并可改善鑄造性能，特別是增加溶液流動(dòng)性，有利于離心鑄造工藝的實(shí)施，但要嚴(yán)格控制含量，否則對(duì)耐蝕性能存在不良影響。
C在該合金中主要起強(qiáng)化作用，可以和Cr、V、Nb、Ti等形成碳化物，增加其耐磨性能，但對(duì)耐蝕性不利，應(yīng)控制在0.30％以下。
稀土做為微量元素加入，屬于我國(guó)資源特色，可以兩種方式加入，即爐內(nèi)加入和爐外加入，一般多采用爐外沖加法。在耐蝕合金中添加稀土可以改善合金組織，細(xì)化晶粒，凈化晶界，提高耐蝕、耐磨性能及機(jī)械性能，但加入量要嚴(yán)格控制，否則會(huì)造成大量的夾雜物，降低耐蝕性及機(jī)械性能。
Fe在該合金中屬不良元素，但價(jià)格便宜，可適當(dāng)降低成本，在保證耐蝕性前提可適量含有。
本發(fā)明合金的導(dǎo)電輥套筒制造方法如下

圖1為導(dǎo)電輥結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為臥式離心機(jī)及冷型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1澆注小車(chē)，2澆注流槽，3銷(xiāo)軸，4離心冷型，5托輪架，6托輪，7端蓋，8傳動(dòng)軸，9電機(jī)，11左軸，12焊接點(diǎn)，13套筒，14右軸。套筒利用臥式離心機(jī)離心鑄造成型。離心冷型4予熱溫度為200～300℃，澆注速度為25～60秒，離心機(jī)轉(zhuǎn)速650～950轉(zhuǎn)/分。
制造過(guò)程如下首先將予熱好的離心冷型4吊放在臥式離心機(jī)上調(diào)整妥當(dāng)，起動(dòng)離心機(jī)噴刷涂料，涂料選用水基鋯英粉涂料，涂料厚度1～3mm，將離心機(jī)轉(zhuǎn)速提高到650～950轉(zhuǎn)/分，觀察離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)有無(wú)異常，確認(rèn)離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，將成分合格、溫度在1500～1600℃的合金熔液出爐到定量澆包內(nèi)，視溫度情況鎮(zhèn)靜5～10分鐘，當(dāng)溫度降至1450～1550℃時(shí)，用澆注小車(chē)1均勻平穩(wěn)將合金熔液由澆注流槽2澆入離心冷型4中，控制澆注時(shí)間在25～60秒內(nèi)完成，澆注完畢后內(nèi)表面履蓋保溫劑，保持原轉(zhuǎn)速40～60分鐘后，停止離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將離心冷型4吊下空冷6～8小時(shí)后脫型。成形后的套筒13經(jīng)消降應(yīng)力退火，粗加工后，進(jìn)行熱處理，固溶處理溫度1050～1150℃，固溶保溫時(shí)間1.5～2.5小時(shí)，空冷；然后回火，回火溫度550～650℃，回火保溫時(shí)間7～9小時(shí)，空冷；導(dǎo)電輥套筒兩端軸頭11、14采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼，經(jīng)鍛造成形后加工，套筒13和兩端軸頭11、14采用熱鑲工藝組合而成。
本方法的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用離心鑄造成形方法，由于金屬液在高速旋轉(zhuǎn)鑄型中受離心力的作用，重力系數(shù)可達(dá)150以上，因此提高了金屬充型能力，改善補(bǔ)縮條件，氣體和非金屬夾雜物易于從金屬液中排出，鑄件的組織致密，鑄造缺陷少，套筒可以在鑄型中直接成形，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，制造成本低。本發(fā)明合金屬于新材料，經(jīng)過(guò)研究試驗(yàn)，摸索出切實(shí)可行的熱處理工藝方案，經(jīng)過(guò)該熱處理工藝，不僅能消除合金中的第二相析出，提高其耐蝕能力，還能使其保持較高的硬度，以確保耐磨性要求。
本發(fā)明效果電偶浸泡腐蝕試驗(yàn)腐蝕介質(zhì)模擬實(shí)際工況條件下的電鍍液，只是將溶液中Fe3+濃度從500ppm提高到3000ppm，Cl-濃度從100ppm提高到300ppm以加速腐蝕，具體成分如下ZnSO4250±25g/l Cu2+＜10ppmH2SO425±2g/l Al3+2000ppmSrCO3100～300ppmCl-300ppmNa2SO4120±20g/lFe3+3000ppmFe2+1700ppmPH＝1.1T＝70℃
浸泡48小時(shí)，通電電流密度為70A/dm2，試驗(yàn)結(jié)果如下表電偶浸泡48小時(shí)后Cu與本發(fā)明合金腐蝕速度對(duì)照表
實(shí)施例采用本發(fā)明為上海寶山鋼鐵總廠制造了九只導(dǎo)電輥，規(guī)格為φ310×1800(輥面長(zhǎng)度)mm?；瘜W(xué)成分(重量％)C0.029 Si0.41 Mn0.33 P0.006Cr22.75 Mo9.53 Nb3.87 S0.012Ti0.38 Al0.20 Fe2.60 RE0.045 Ni余量離心鑄造工藝?yán)湫皖A(yù)熱溫度250℃涂料厚度2mm 澆注溫度1490℃澆注速度30秒 離心機(jī)轉(zhuǎn)速850轉(zhuǎn)/分保持轉(zhuǎn)速時(shí)間45分鐘 脫型時(shí)間8小時(shí)固容處理溫度1100℃ 固溶保溫時(shí)間2小時(shí)回火處理溫度580℃回火保溫時(shí)間8小時(shí)套筒表面硬度＞30HS經(jīng)在寶鋼實(shí)際上機(jī)考核驗(yàn)證，使用壽命可達(dá)500天以上，銅導(dǎo)電輥使用壽命150～200天，采用本發(fā)明制造的新型導(dǎo)電輥其壽命比銅導(dǎo)電輥提高2.5倍以上，效果十分理想。
權(quán)利要求
1.一種用于制造導(dǎo)電輥套筒的不銹耐蝕合金，其特征在于所說(shuō)的合金的化學(xué)成分(重量％)為C0.01～0.30％，Si＜2.00％，Mn＜2.00％，Cr10.0～30.0％，Mo5.0～15.0％，Al0.10～1.00％，Ti0.10～1.00％，F(xiàn)e＜10.0％，稀土0.005～0.500％，Nb＜5.0％，Co＜3.50％，V＜1.00％，其余為Ni，其中Nb，Co，V至少含有一種或一種以上。
2.一種不銹耐蝕合金導(dǎo)電輥套筒的制造方法，其特征在于所說(shuō)的套筒采用離心鑄造成形，其制造方法如下[1]、首先將予熱好的離心冷型(4)安放在臥式離心機(jī)上，冷型(4)的予熱溫度為200～300℃，起動(dòng)離心機(jī)噴刷涂料，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為650～950轉(zhuǎn)/分時(shí)，將溫度為1500～1600℃的合金熔液鎮(zhèn)靜5～10分鐘，當(dāng)合金熔液溫度降至1450～1550℃時(shí)，將合金熔液澆入離心冷型(4)中，控制澆注時(shí)間在25～60秒內(nèi)完成，澆注完畢后內(nèi)表面履蓋保溫劑，保持轉(zhuǎn)速40～60分鐘后，停止離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將離心冷型(4)取下空冷，6～8小時(shí)后脫型，[2]、成型后的套筒(13)經(jīng)消除應(yīng)力退火，粗加工后進(jìn)行熱處理，固溶處理溫度1050～1150℃，固溶保溫時(shí)間1.5～2.5小時(shí)，空冷，然后回火，回火溫度550～650℃，回火保溫時(shí)間7～9小時(shí)，最后空冷。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所說(shuō)的涂料為水基鋯英粉涂料，涂料厚度1～3mm。
4.如權(quán)利要求2、3所述的方法，其特征在于所說(shuō)的導(dǎo)電輥套筒(13)的兩端軸頭(11)和(14)采用1Crl8Ni9Ti不銹鋼，經(jīng)鍛造成型后加工，套筒(13)和兩端軸頭(11)、(14)采用熱鑲工藝組合在一起。
全文摘要
本發(fā)明為一種不銹耐蝕導(dǎo)電輥套筒及其制造方法，屬于金屬板帶電鍍技術(shù)。該導(dǎo)電輥套筒采用的不銹耐蝕合金化學(xué)成分為C，Si，Mn，Cr，Al，Ti，F(xiàn)e，Ni，稀土，Nb，Co，V，其中Nb，Co，V至少含有一種或一種以上。本發(fā)明采用離心鑄造成型方法制造導(dǎo)電輥套筒，該方法是將溫度為1450～1550℃的合金熔液澆注到放在離心機(jī)上的離心冷型(4)中，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為650～950轉(zhuǎn)/分。本發(fā)明的導(dǎo)電輥耐蝕能力高、硬度高、耐磨性好，因而使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)B22D13/00GK1116247SQ9510490
公開(kāi)日1996年2月7日 申請(qǐng)日期1995年5月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月9日
發(fā)明者吳建中, 王子安, 吳繼勛, 宜梅燦, 孫力, 吳志良, 李志萍, 朱超, 許軍, 姚書(shū)典, 符寒光, 盧燕平, 張普強(qiáng), 孟惠民, 周?chē)?guó)堯, 于偉 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵(集團(tuán))公司, 冶金工業(yè)部北京冶金設(shè)備研究院