连铸机结晶器铜板镀层性能对比研究及镀层常见缺欠.doc

连铸机结晶器铜板镀层 一．什么是结晶器 结晶器是连铸的核心部件，结晶器铜板作为连铸从液态钢水到凝固成固态坯壳的重要导热部件，其质量好坏直接影响到铸坯的表面质量、连铸机拉速等指标。熔融的钢水流经结晶器铜板，在外界冷却水的作用下结晶成坯，并被引锭杆从结晶器中拉出。经常拉坯使结晶器铜板磨损严重，更换频繁，不仅降低生产效率，而且消耗大量的结晶器。为提高结晶器铜板的使用寿命，国内外相关单位及专家对铜板材料及镀层展开了长期的、深入地研究，取得了很大的成果。目前，国内外开始应用热解析技术进行结晶器设计最佳化及镀层选择的研究，热解析技术在结晶器铜板上的应用大大提高了提高结晶器铜板的寿命连铸机结晶器铜板采用镀层主要目的是: （1)提高铸机备件使用寿命，降低备件特别是有色金属消耗。（2)提高铜板表面硬度、耐磨性、 连铸机结晶器铜板采用镀层主要目的是:（1)提高铸机备件使用寿命，降低备件特别是有色金属消耗。（2)提高铜板表面硬度、耐磨性、减少摩擦力，提高表面光滑程度，可以减少粘结，防止对某些合金钢钢坯因渗铜而产生星状裂纹，从而提高铸坯质量和成材率。（3)可以提高拉速，减少停机检修时间和维铜修次数，提高连浇炉次和连续作业时间，实现高效生产。（4)具有较高的经济性。 连铸机结晶器铜板镀层常见缺陷一般为磨损、腐蚀、划伤、龟裂、脱落等。对镀铬层来说前3种是正常的，对合金镀层来说前4种是正常的，脱落是镀层的质量问题。 镀铬层脱落的一般原因是：（1)镀层在镀覆过程中，如果镀前处理不当，容易产生镀层结合不好，结合强度不够，遇到外力作用起层而脱落。（2)正常的镀层，由于镀层材质与母材(铜或铜合金）比较，由于热膨胀系数差异较大，铜板受热后产生膨胀，镀层与母材之间产生内应力，当应力大于结合力时就出现起层脱落。（3)由于生产中冷却的连续性、稳定性不好，出现较大的间歇性变化，这也是主要原因之一。（4)由于铸坯表面出现结瘤造成磨损严重，出现耕犁划伤磨损而使镀层脱落。 结晶器铜板镀层主要有复合镀层和单一镀层两类。复合镀层主要有Ni-NiFe，Ni-Cr，Ni-NiCo镀层等，单一镀层主要有Cr、NiFe合金、NiCoNiCoFe合金等。NiCoFe合金复合镀层的基层与母材结合力好，镀层内部应力较小，但是复合层容易脱落，使用寿命受复合层厚度限制而较低;单一镀层硬度较高，耐磨性、工艺性好，但结合力相对低一些，不过因为镀层厚度大使用寿命较高。镀层的显微硬度由高到低顺序为：Cr、Ni-Cr、NiCo、Ni-NiCo、NiFe、Ni-NiFe、Ni，NiCoFe在温度达到200*300,时基本上仍然保持性能稳定。 NiFe合金镀层是一以Ni、Fe为组成元素的二元合金镀层，在金属键结合中，由于有Fe原子镶入M原子的立方晶格中，发生晶格歧变，使原子沉积的序列发生变化，镀层具有较大内应力，其强度提高，硬度可达到HV350~550。比纯Ni的强度、硬度更好；由于可以沉积较大的厚度，比Cr、Ni-Cr镀层具有较好的工艺性、实用性，耐磨性、耐腐蚀性、一次性使用寿命都大大提高了。目前，采用一次性电镀NiFe专利技术(鞍风机）的镀层，在1550_x230_板坯连铸机、拉速1.4m/min时，可以一次性过钢11万t以上。不同的工艺条件MFe镀层使用寿命有一定差异。 NiCo合金镀层和NiFe合金镀层都是Ni系合金镀层。由于Co原子从体积上更接近Ni原子，从而镀层内部应力较小，与母材结合效果相对改善。镀层的硬度可以提高到HV650~700，而且具有较好的韧性。更重要的是，使用中Co离子的析出，产生一种有CoO的玻璃质氧化薄膜，具有更好的耐磨性、抗氧化性，进一步提高了镀层性能。不同工艺条件下的NiCo合金镀层一次性使用寿命在不同连铸机上可以达到5~15万t。 NiCoFe合金镀层都是Ni系合金镀层。由于Co原子从体积上更接近Ni原子，从而镀层内部应力较小，与母材结合效果相对改善。镀层的硬度可以提高到HV650~70，而且具有较好的韧性。更重要的是，使用中Co离子的析出，产生一种有CoO的玻璃质氧化薄膜，具有更好的耐磨性、抗氧化性，进一步提高了镀层性能Ni3Co，Co3Fe，Ni3Fe 纳米合金相所以耐磨，NiCoFe合金镀层一次性使用寿命在不同连铸机上可以达到5~65万t。 24 纳米复合镀层在结晶器铜板上的应用 目前成功研制的连铸结晶器上纳米微粒增强复合镀层技术是一种纳米微粒混合粉末A1 O ，SiC，Si N 及石墨作为第二相颗粒，镍作为基质金属，在板上形成结晶致密，结合力好的电沉积复合镀层。其镀上纳米复合材料的结晶器具有超硬(耐磨)和减磨(自润滑)的特点，其复合镀层硬度值和耐磨性能比普通的Ni—Cr镀层高近2倍。由于采用了具