专利名称：用于金属熔液浇铸的铸造辊和制造这种铸造辊的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于金属熔液，特别是钢熔液，浇铸的铸造辊，具有一由金属材料组成的辊体，在它上面涂覆一涂层，涂层由一种硬度比辊体材料高的金属材料构成。这种铸造辊用在用来将钢熔液连续浇铸成铸造带材的机器中。
在这种也称为“双辊-”或“两辊-浇铸机”装置中带式浇铸钢材时分别存在两个在浇铸过程中反方向旋转的、轴线平行布置和内部冷却的铸造辊，它们限定出铸造辊之间形成的浇铸缝隙的纵侧。在这个浇铸缝隙内分别浇注这么多液态熔液，使得在浇铸缝隙上方形成一熔液液池(Schmelzensumpf)。从熔液液池到达铸造辊上的熔液硬化并被铸造辊带入浇铸缝隙内。在浇铸缝隙内由在铸造辊上形成硬壳并且还有流动能力的熔液成形为浇铸带材，接着它被抽出并输送给后续处理设备。
为了保证铸造辊良好的导热能力，它通常至少在其圆周表面区域内由铜合金组成。虽然用这种方法达到了良好的散热。但是在实际运行时铸造辊经受很大的机械和热负荷，从而在用来制造铸造辊的铜材中造成很大的磨损。
由于这个原因，用来浇铸钢的铸造辊在其圆周表面上通常设一涂层，它具有比铸造辊的其余材料高的硬度。由EP0801154B1已知一种用来在由铜组成的铸造辊的辊体上产生涂层的方法。按照已知的方法在采取一定的工艺步骤的情况下将铸造辊的由铜材组成的圆周表面用一种镍层涂覆，使得完工的铸造辊在其与熔液接触的圆周面上用耐磨的硬质涂层涂覆。这种镍涂层保护铜辊免受机械损伤，并减小其热负荷。同时在涂层区域内由于其导热性差而存在比由有高导热能力的铜组成的辊体区域内高的温度。由于其外层温度较高，浇铸带材达到更好的表面质量。
在上述类型的设有涂层的铸造辊方面存在的问题是，涂覆的涂层显示出与带有涂层的辊体的铜材不同的热膨胀性能。如果这种差别太大，部分涂层可能撕裂或剥落。这样辊体的裸露部分便直接与熔液接触，由此引起额外的磨损。
为了解决这个问题在EP0421908B1中建议，在由铜组成的轧辊体上涂覆两种不同的涂层，其中直接涂在辊体上的涂层在受热时比外面的直接和熔液接触的涂层膨胀更剧烈。用这种方法，外层应该张紧在内层上，尽管由于辊体的冷却内层比外层温度低。这里外层最好由钢、镍或铬组成，而内层由铜制成。这种类型的双重涂层的缺点是，这里造成一在第一和第二涂层之间的附加边界层，在不利的工艺条件下或由于不均匀的材料性能，边界层上可能出现附着问题。因此即使在按照EP0421908B1实际运行时在涂层的可靠性和耐磨性方面仍存在问题。
本发明的目的是，从上述现有技术出发创造一种铸造辊，它具有更长的使用寿命和更好的使用性能。此外应该提供一种制造这种铸造辊的方法。
在开头所述类型的装置中，这个目的通过这样的方法来实现，即，涂覆在辊体上的涂层在其厚度上考察在其与辊体邻接的区域内具有比其外露表面区域内低的硬度。
按照本发明，在辊体上只涂覆唯一的、尤其是以镍合金为基的涂层。但是这个涂层做成这样，即它在与辊体邻接的区域内具有比在其直接与熔液接触的外表面区域内低的硬度。由于这种在涂层厚度上从辊体内外越来越高的硬度，涂层在与辊体邻接的区域内具有更高的延展性，使它在这个区域内可以接受辊体铜外壳的变形，并保证涂层在辊体上良好的附着。用这种方法防止在运行时涂层从辊体上脱落，从而保证铸造辊持续可靠地运行。同时铸造辊圆周上的硬度这么高，使得按本发明的铸造辊的表面具有良好的耐磨性，从而具有更长寿命。
在涂在辊体上的涂层内的不同硬度分布可以通过这样的方法产生，即，涂层在其与辊体邻接的区域内具有不同于在其外露表面区域内的成分。例如在涂层分布中各种加入的电解质元素的份量可以逐渐加大，这导致各种析出的材料的硬度的加大。用这种方法在涂层的厚度上得到不同的合金成分。其分布设计成这样，即它在与辊体邻接的区域内不太硬，同时比在铸造辊圆周上延展性好。在这种情况下例如柠檬酸钠(Natriumcitrat)或硫适合于作为增加硬度的元素，如果产生以镍合金为基的涂层，那么可以优先采用这些元素。
作为通过改变成分控制硬度分布的另一种选择或补充，涂覆过程也可以这样地进行，即，涂层在其与辊体邻接的区域内具有比在其外露表面区域内软的组织。这可以通过这样的方法达到，即在涂覆过程的进展中沉积电流从一最小值逐渐加大。由于在涂覆开始时低的沉积电流强度首先形成一细颗粒涂层厚度区，它具有较大的延展性。通过接着加大沉积电流强度随着厚度的加大组织变粗，涂层硬度加大。
涂覆过程应该分别这样进行，以得到均匀的涂层结构，它在各个问题区(辊体和涂层之间的边界层；涂层外表面)内分别具有最佳的材料性能。这可以通过这样的方法保证，即，给电解质添加提高硬度的元素或改变沉积电流，使得在涂层厚度上硬度连续增大。根据当时所用的涂层材料、其厚度和当时的运行影响因素的不同，这时如果硬度从辊体圆周出发具有线性或步进式增长曲线是适宜的。
实际试验表明，当涂层硬度在邻近辊体的区域内为150HV至250HV、在外露表面区域内为400HV至500HV时，它就可靠地满足所提出的要求。如果产生以镍材料为基的涂层，那么特别是这样。
本发明其他优良的结构方案在从属权利要求中给定，并结合下面借助于
的实施例作较详细的说明。附图表示图1 以透视图表示一铸造辊，图2 以局部放大图表示铸造辊的一横截面。
铸造辊1具有一辊体2，其中至少外圆周面3由铜材构成。在其内部辊体2配备一未画出的冷却装置，在浇铸运行时辊体通过它被冷却。
在辊体2的圆周面3上通过电解沉积涂覆一涂层4，该涂层以镍合金为基。为了从圆周面3出发在涂层4厚度上产生一线性增加的、在图2中通过水平分布的短线条表示的在涂层4内的硬度分布，在涂覆过程中沉积电流的强度连续加大。用这种方法使涂层4的形成在涂覆过程开始时缓慢地进行，使得涂层4在其与辊体2圆周面3接触的区域内具有细的组织结构，并在具有更大的延展率的同时具有150至250HV范围内的低的硬度。用这种方法涂层在有关厚度区域内可以跟随辊体在浇铸期间由于受热而产生的膨胀。
在涂覆过程进程中，沉积电流连续地线性加大，其结果是，涂层的形成越来越快地进行，并伴随着产生越来越粗的晶粒。用这种方法使涂层的硬度朝与熔液接触的外表面5线性加大，使得涂层在外表面5上具有一使得耐磨性提高的在400至500HV范围内的最大硬度值。
图形标记表1 铸造辊2 辊体3 辊体的外圆周面4 涂层5 外表面D 涂层4的厚度
权利要求
1.用于金属熔液特别是钢熔液浇铸的铸造辊，具有一由金属材料组成的辊体(2)，在辊体上涂覆一涂层(4)，此涂层由一种硬度比辊体(2)材料高的金属材料构成，其特征为在涂层的厚度(D)上考察，涂层(4)在其与辊体(2)邻接的区域内具有比其外露表面(5)的区域内低的硬度。
2.按权利要求1的铸造辊，其特征为涂层(4)在其与辊体(2)邻接的区域内具有与其外露表面(5)区域内不同的成分。
3.按权利要求1或2的铸造辊，其特征为涂层(4)在其与辊体(2)邻接的区域内具有比其外露表面(5)区域内软的组织。
4.按上述权利要求之任一项的铸造辊，其特征为涂层(4)的硬度从与辊体(2)邻接的区域开始到其外露表面(5)区域连续加大。
5.按权利要求4的铸造辊，其特征为硬度线性增大。
6.按权利要求4的铸造辊，其特征为硬度的增加具有步进式上升曲线。
7.按上述权利要求之任一项的铸造辊，其特征为涂层(4)的硬度在与辊体(2)邻接的区域内为150至250HV、在外露表面(5)区域内为400至500HV。
8.按上述权利要求之任一项的铸造辊，其特征为辊体(2)至少在其与涂层(4)连接的圆周面(3)上由铜合金制成。
9.按上述权利要求之任一项的铸造辊，其特征为涂层(4)以镍合金为基形成。
10.用来制造铸造辊(1)的方法，其中通过电解沉积在辊体(2)上涂覆一由金属涂覆材料构成的涂层(4)，其特征为沉积电流在涂覆过程的进程中从一最小值开始加大。
11.按权利要求10的方法，其特征为沉积电流的加大连续进行。
12.按权利要求11的方法，其特征为加大是线性进行的。
13.按权利要求11的方法，其特征为加大是步进式进行的。
14.按权利要求10至13之任一项的方法，其特征为涂层以镍合金为基构成。
15.用来制造铸造辊(1)的方法，其中通过电解沉积在辊体(2)上涂覆一由金属涂覆材料构成的涂层(4)，其特征为在涂覆过程的进程中加大那些造成各沉积材料硬度提高的电解质元素份量。
16.按权利要求15的方法，其特征为提高硬度的元素份量的加大连续地进行。
17.按权利要求16的方法，其特征为加大是线性地进行的。
18.按权利要求16的方法，其特征为加大是步进式进行的。
19.按权利要求15至18之任一项的方法，其特征为涂层以镍合金为基形成。
20.按权利要求15至19之任一项的方法，其特征为给电解质添加柠檬酸钠作为提高硬度的元素。
21.按权利要求15至19之任一项的方法，其特征为给电解质添加硫作为提高硬度的元素。
全文摘要
本发明涉及一种用来浇铸金属熔液特别是钢熔液的铸造辊，它具有一由金属材料组成的辊体(2)，辊体上涂覆一涂层(4)，涂层由比辊体(2)材料硬度高的金属材料构成。按本发明的铸造辊具有更长的寿命和更好的使用性能。通过这样的方法达到，即，涂层(4)在其厚度上考察在其与辊体(2)邻接的区域内具有比在其外露表面(5)区域内低的硬度。
文档编号B22D11/06GK1529642SQ02814064
公开日2004年9月15日 申请日期2002年6月14日 优先权日2001年7月13日
发明者吉多·施特布纳, 维尔纳·许默斯, 曼弗雷德·瓦尔特, 许默斯, 吉多 施特布纳, 德 瓦尔特 申请人:蒂森克鲁伯尼罗斯塔有限公司