專利名稱：用于金屬熔液澆鑄的鑄造輥和制造這種鑄造輥的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于金屬熔液，特別是鋼熔液，澆鑄的鑄造輥，具有一由金屬材料組成的輥體，在它上面涂覆一涂層，涂層由一種硬度比輥體材料高的金屬材料構成。這種鑄造輥用在用來將鋼熔液連續澆鑄成鑄造帶材的機器中。
在這種也稱為“雙輥-”或“兩輥-澆鑄機”裝置中帶式澆鑄鋼材時分別存在兩個在澆鑄過程中反方向旋轉的、軸線平行布置和內部冷卻的鑄造輥，它們限定出鑄造輥之間形成的澆鑄縫隙的縱側。在這個澆鑄縫隙內分別澆注這么多液態熔液，使得在澆鑄縫隙上方形成一熔液液池(Schmelzensumpf)。從熔液液池到達鑄造輥上的熔液硬化并被鑄造輥帶入澆鑄縫隙內。在澆鑄縫隙內由在鑄造輥上形成硬殼并且還有流動能力的熔液成形為澆鑄帶材，接著它被抽出并輸送給后續處理設備。
為了保證鑄造輥良好的導熱能力，它通常至少在其圓周表面區域內由銅合金組成。雖然用這種方法達到了良好的散熱。但是在實際運行時鑄造輥經受很大的機械和熱負荷，從而在用來制造鑄造輥的銅材中造成很大的磨損。
由于這個原因，用來澆鑄鋼的鑄造輥在其圓周表面上通常設一涂層，它具有比鑄造輥的其余材料高的硬度。由EP0801154B1已知一種用來在由銅組成的鑄造輥的輥體上產生涂層的方法。按照已知的方法在采取一定的工藝步驟的情況下將鑄造輥的由銅材組成的圓周表面用一種鎳層涂覆，使得完工的鑄造輥在其與熔液接觸的圓周面上用耐磨的硬質涂層涂覆。這種鎳涂層保護銅輥免受機械損傷，并減小其熱負荷。同時在涂層區域內由于其導熱性差而存在比由有高導熱能力的銅組成的輥體區域內高的溫度。由于其外層溫度較高，澆鑄帶材達到更好的表面質量。
在上述類型的設有涂層的鑄造輥方面存在的問題是，涂覆的涂層顯示出與帶有涂層的輥體的銅材不同的熱膨脹性能。如果這種差別太大，部分涂層可能撕裂或剝落。這樣輥體的裸露部分便直接與熔液接觸，由此引起額外的磨損。
為了解決這個問題在EP0421908B1中建議，在由銅組成的軋輥體上涂覆兩種不同的涂層，其中直接涂在輥體上的涂層在受熱時比外面的直接和熔液接觸的涂層膨脹更劇烈。用這種方法，外層應該張緊在內層上，盡管由于輥體的冷卻內層比外層溫度低。這里外層最好由鋼、鎳或鉻組成，而內層由銅制成。這種類型的雙重涂層的缺點是，這里造成一在第一和第二涂層之間的附加邊界層，在不利的工藝條件下或由于不均勻的材料性能，邊界層上可能出現附著問題。因此即使在按照EP0421908B1實際運行時在涂層的可靠性和耐磨性方面仍存在問題。
本發明的目的是，從上述現有技術出發創造一種鑄造輥，它具有更長的使用壽命和更好的使用性能。此外應該提供一種制造這種鑄造輥的方法。
在開頭所述類型的裝置中，這個目的通過這樣的方法來實現，即，涂覆在輥體上的涂層在其厚度上考察在其與輥體鄰接的區域內具有比其外露表面區域內低的硬度。
按照本發明，在輥體上只涂覆唯一的、尤其是以鎳合金為基的涂層。但是這個涂層做成這樣，即它在與輥體鄰接的區域內具有比在其直接與熔液接觸的外表面區域內低的硬度。由于這種在涂層厚度上從輥體內外越來越高的硬度，涂層在與輥體鄰接的區域內具有更高的延展性，使它在這個區域內可以接受輥體銅外殼的變形，并保證涂層在輥體上良好的附著。用這種方法防止在運行時涂層從輥體上脫落，從而保證鑄造輥持續可靠地運行。同時鑄造輥圓周上的硬度這么高，使得按本發明的鑄造輥的表面具有良好的耐磨性，從而具有更長壽命。
在涂在輥體上的涂層內的不同硬度分布可以通過這樣的方法產生，即，涂層在其與輥體鄰接的區域內具有不同于在其外露表面區域內的成分。例如在涂層分布中各種加入的電解質元素的份量可以逐漸加大，這導致各種析出的材料的硬度的加大。用這種方法在涂層的厚度上得到不同的合金成分。其分布設計成這樣，即它在與輥體鄰接的區域內不太硬，同時比在鑄造輥圓周上延展性好。在這種情況下例如檸檬酸鈉(Natriumcitrat)或硫適合于作為增加硬度的元素，如果產生以鎳合金為基的涂層，那么可以優先采用這些元素。
作為通過改變成分控制硬度分布的另一種選擇或補充，涂覆過程也可以這樣地進行，即，涂層在其與輥體鄰接的區域內具有比在其外露表面區域內軟的組織。這可以通過這樣的方法達到，即在涂覆過程的進展中沉積電流從一最小值逐漸加大。由于在涂覆開始時低的沉積電流強度首先形成一細顆粒涂層厚度區，它具有較大的延展性。通過接著加大沉積電流強度隨著厚度的加大組織變粗，涂層硬度加大。
涂覆過程應該分別這樣進行，以得到均勻的涂層結構，它在各個問題區(輥體和涂層之間的邊界層；涂層外表面)內分別具有最佳的材料性能。這可以通過這樣的方法保證，即，給電解質添加提高硬度的元素或改變沉積電流，使得在涂層厚度上硬度連續增大。根據當時所用的涂層材料、其厚度和當時的運行影響因素的不同，這時如果硬度從輥體圓周出發具有線性或步進式增長曲線是適宜的。
實際試驗表明，當涂層硬度在鄰近輥體的區域內為150HV至250HV、在外露表面區域內為400HV至500HV時，它就可靠地滿足所提出的要求。如果產生以鎳材料為基的涂層，那么特別是這樣。
本發明其他優良的結構方案在從屬權利要求中給定，并結合下面借助于
的實施例作較詳細的說明。附圖表示圖1 以透視圖表示一鑄造輥，圖2 以局部放大圖表示鑄造輥的一橫截面。
鑄造輥1具有一輥體2，其中至少外圓周面3由銅材構成。在其內部輥體2配備一未畫出的冷卻裝置，在澆鑄運行時輥體通過它被冷卻。
在輥體2的圓周面3上通過電解沉積涂覆一涂層4，該涂層以鎳合金為基。為了從圓周面3出發在涂層4厚度上產生一線性增加的、在圖2中通過水平分布的短線條表示的在涂層4內的硬度分布，在涂覆過程中沉積電流的強度連續加大。用這種方法使涂層4的形成在涂覆過程開始時緩慢地進行，使得涂層4在其與輥體2圓周面3接觸的區域內具有細的組織結構，并在具有更大的延展率的同時具有150至250HV范圍內的低的硬度。用這種方法涂層在有關厚度區域內可以跟隨輥體在澆鑄期間由于受熱而產生的膨脹。
在涂覆過程進程中，沉積電流連續地線性加大，其結果是，涂層的形成越來越快地進行，并伴隨著產生越來越粗的晶粒。用這種方法使涂層的硬度朝與熔液接觸的外表面5線性加大，使得涂層在外表面5上具有一使得耐磨性提高的在400至500HV范圍內的最大硬度值。
圖形標記表1 鑄造輥2 輥體3 輥體的外圓周面4 涂層5 外表面D 涂層4的厚度
權利要求
1.用于金屬熔液特別是鋼熔液澆鑄的鑄造輥，具有一由金屬材料組成的輥體(2)，在輥體上涂覆一涂層(4)，此涂層由一種硬度比輥體(2)材料高的金屬材料構成，其特征為在涂層的厚度(D)上考察，涂層(4)在其與輥體(2)鄰接的區域內具有比其外露表面(5)的區域內低的硬度。
2.按權利要求1的鑄造輥，其特征為涂層(4)在其與輥體(2)鄰接的區域內具有與其外露表面(5)區域內不同的成分。
3.按權利要求1或2的鑄造輥，其特征為涂層(4)在其與輥體(2)鄰接的區域內具有比其外露表面(5)區域內軟的組織。
4.按上述權利要求之任一項的鑄造輥，其特征為涂層(4)的硬度從與輥體(2)鄰接的區域開始到其外露表面(5)區域連續加大。
5.按權利要求4的鑄造輥，其特征為硬度線性增大。
6.按權利要求4的鑄造輥，其特征為硬度的增加具有步進式上升曲線。
7.按上述權利要求之任一項的鑄造輥，其特征為涂層(4)的硬度在與輥體(2)鄰接的區域內為150至250HV、在外露表面(5)區域內為400至500HV。
8.按上述權利要求之任一項的鑄造輥，其特征為輥體(2)至少在其與涂層(4)連接的圓周面(3)上由銅合金制成。
9.按上述權利要求之任一項的鑄造輥，其特征為涂層(4)以鎳合金為基形成。
10.用來制造鑄造輥(1)的方法，其中通過電解沉積在輥體(2)上涂覆一由金屬涂覆材料構成的涂層(4)，其特征為沉積電流在涂覆過程的進程中從一最小值開始加大。
11.按權利要求10的方法，其特征為沉積電流的加大連續進行。
12.按權利要求11的方法，其特征為加大是線性進行的。
13.按權利要求11的方法，其特征為加大是步進式進行的。
14.按權利要求10至13之任一項的方法，其特征為涂層以鎳合金為基構成。
15.用來制造鑄造輥(1)的方法，其中通過電解沉積在輥體(2)上涂覆一由金屬涂覆材料構成的涂層(4)，其特征為在涂覆過程的進程中加大那些造成各沉積材料硬度提高的電解質元素份量。
16.按權利要求15的方法，其特征為提高硬度的元素份量的加大連續地進行。
17.按權利要求16的方法，其特征為加大是線性地進行的。
18.按權利要求16的方法，其特征為加大是步進式進行的。
19.按權利要求15至18之任一項的方法，其特征為涂層以鎳合金為基形成。
20.按權利要求15至19之任一項的方法，其特征為給電解質添加檸檬酸鈉作為提高硬度的元素。
21.按權利要求15至19之任一項的方法，其特征為給電解質添加硫作為提高硬度的元素。
全文摘要
本發明涉及一種用來澆鑄金屬熔液特別是鋼熔液的鑄造輥，它具有一由金屬材料組成的輥體(2)，輥體上涂覆一涂層(4)，涂層由比輥體(2)材料硬度高的金屬材料構成。按本發明的鑄造輥具有更長的壽命和更好的使用性能。通過這樣的方法達到，即，涂層(4)在其厚度上考察在其與輥體(2)鄰接的區域內具有比在其外露表面(5)區域內低的硬度。
文檔編號B22D11/06GK1529642SQ02814064
公開日2004年9月15日 申請日期2002年6月14日 優先權日2001年7月13日
發明者吉多·施特布納, 維爾納·許默斯, 曼弗雷德·瓦爾特, 許默斯, 吉多 施特布納, 德 瓦爾特 申請人:蒂森克魯伯尼羅斯塔有限公司