专利名称：双轧辊型带钢连铸机的铸轧辊及其表面处理方法
技术领域：
本发明涉及一种双轧辊带钢连铸机(twin-roll strip caster)的铸轧辊 (casting roll)以及一种对该铸轧辊进行表面处理的方法，更具体地，涉及一种双轧辊带 钢连铸机的铸轧辊以及一种对该铸轧辊进行表面处理的方法，其中在该铸轧辊的端面上形 成一具有高硬度和适合厚度的镍-硼(Ni-B)合金镀层(plating layer)，该铸轧辊的端面 与耐火材料接触，由此提高了耐用性。
背景技术：
如图1所示，通常，在使用双轧辊带钢连铸机形成一带钢(strip)的方法中，存储 在钢水包(ladle) 1中的钢水被引入到中间包(timdish)2中，接着被输送至设置在铸轧辊 6两端的侧封(edgedams)5之间的一空间中，也即，通过一注入喷嘴3被输送至铸轧辊6之 间的空间以开始凝固。在这种情况下，凹面护罩(meniscus shield) 4被安装在铸轧辊6的 上方以保护钢水池以及防止钢水的氧化。随后，钢水在通过铸轧辊6之间的轧辊缝7时被 成形为一带钢8，接着该带钢8被拉出、冷却，且然后被卷绕机(winder)9卷绕。同样地，在使用双轧辊带钢连铸机使钢水形成为一个厚度为10mm或更小的带钢 的方法中，钢水经由注入喷嘴3在彼此相反的方向上旋转的水冷式铸轧辊6之间快速地穿 过是很重要的，且因此可以高产量地生产具有期望厚度的无裂纹带钢。同时，使用一种电解电镀(electrolytic plating)方法来处理一连铸铸模 (mold)的表面。如图2所示，铸轧辊6——电镀(plating)的主体(subject)——被连接至 阴极，被用来电镀该主体的金属10被连接至阳极。之后，该主体被完全地浸入一种包含该 电镀金属的电镀溶液中，且接着电流被应用至这一系统，由此获得一个具有期望厚度的镀 层。在这种情况下，铸轧辊6——电镀的主体——被旋转以提高电镀质量，并且如果该 铸轧辊6是平坦的，电镀溶液被旋转以形成一个均勻的镀层。在这种情况下，首先，镍镀层 在铜板(copper plate)上形成；其次，为高硬度镀层的镍-钨(Ni_W)镀层、镍-钴(Ni_Co) 镀层或类似镀层在其上形成以提高耐用性。在电镀铸模的这一常规方法中，主要使用了镍(Ni)，关于电镀条件诸如电流密度、 电镀溶液温度等，公开了以下的技术。日本未审查的专利申请公开说明书No. 1998-066049公开了一种通过喷射涂 覆铸轧辊的端面来提高铸轧辊的耐用性的技术。日本未审查的专利申请公开说明书 No. 1989-254357公开了一种用于通过以下方式提高铸模耐用性和质量的技术首先，在铸 模的表面上形成镍(Ni)镀层；其次，接着在镍(Ni)镀层上形成一个铬(Cr)镀层。日本未审 查的专利申请公开说明书No. 1990-047890公开了一种用于通过以下方式提高铸模质量的 技术在铸模的表面上形成一个镍(Ni)镀层且接着通过一种石墨(graphite)涂覆方法来 降低传热系数且因此降低温度变化率。日本未审查的专利申请公开说明书No. 2001-205399 公开了一种用于通过以下方式来提高铸轧辊耐用性的技术首先，在铸轧辊上形成一个镍(Ni)镀层；其次，接着在镍(Ni)镀层上形成一个为高硬度镀层的镍-钨(Ni-W)镀层、 镍-钴(Ni-Co)镀层或类似镀层。然而，在这些常规技术中，基本地，一个镍(Ni)镀层首先被形成，其次接着被硬质 电镀(hard-plated)或喷射涂覆(spray-coated)用于防护。具体而言，这些是有问题的， 即由于硬质镀层具有高硬度，但另一方面其具有高的内应力，因此很容易断裂，结果是其被 限制为厚度必须很薄，导致其不能容易被应用在将要被电镀的主体的极度磨损部分。因此，由于硬质镀层厚度的限制，存在以下问题硬质层不能够容易地被应用至铸 轧辊的端面，结果其端面由于与侧封接触而被磨损；以及铸轧辊的耐用性降低。在此未被描述的参考标号中，在图2中“20”是一个电镀槽(plating bath)，“40” 是一个整流器(rectifier)。
发明内容
技术问题因此，谨记发生在现有技术中的上述问题，作出了本发明，且本发明的一个目标是 提供一种双轧辊带钢连铸机的铸轧辊以及一种对该铸轧辊进行表面处理的方法，其中通过 在一个镍镀层上喷射硼溶液而在铸轧辊的端面上形成一个镍_硼合金镀层，使得可以形成 一个具有足够厚度和高硬度的镀层，由此提高了该铸轧辊的耐用性且稳定了该铸轧辊的表 面的质量。技术方案为了完成上述目标，本发明的一方面提供一种双轧辊带钢连铸机的铸轧辊，包括 一个镍镀层，其在该铸轧辊的外圆周表面和端面上形成；一个镍_硼合金镀层，其在位于该 铸轧辊的端面上的镍镀层上形成；以及一个硬质镀层，其在位于该铸轧辊的外圆周表面上 的镍镀层以及位于该铸轧辊的端面上的镍_硼合金镀层的外圆周表面上形成。本发明的另一方面提供一种双轧辊带钢连铸机的铸轧辊，包括一个镍_硼合金 镀层，其在该铸轧辊的端面上形成；一个镍镀层，其在该铸轧辊的外圆周表面和位于该铸轧 辊的端面上的镍-硼合金镀层的外圆周表面上形成；以及一个硬质镀层，其在镍镀层上形 成。在该铸轧辊中，该镍-硼合金层的厚度可以为0. 1 2. 0mm。此外，该镍-硼合金层的硬度可以为300 lOOOHv。此外，该硬质镀层可以由Ni-W或Ni-Co制成。此外，该镍镀层和该硬质镀层之间的界面是经过轧辊凸面加工(roll-crowned) 或糙化加工(roughened)的。为了完成上述目标，本发明的又一方面提供了 一种对双轧辊带钢连铸机的铸轧辊 进行表面处理的方法，包括通过一种电解电镀方法在该铸轧辊的外圆周表面和端面上形 成一个镍镀层；通过在进行镍电镀处理时在该镍镀层上喷射硼溶液以使硼浸入该镍镀层 中，在位于该铸轧辊的端面上的镍镀层上形成一个镍_硼合金镀层；以及在位于该铸轧辊 的外圆周表面上的镍镀层和位于该铸轧辊的端面上的镍-硼合金镀层的外圆周表面上形 成一个硬质镀层。本发明的再一方面提供了一种对双轧辊带钢连铸机的铸轧辊进行表面处理的方
4法，包括通过在铸轧辊的端面上进行电镀镍镀层处理时在其上喷射硼溶液以使硼浸入镍 中，在该铸轧辊的端面上形成一个镍-硼合金镀层；通过在该铸轧辊的外圆周表面和位于 该铸轧辊的端面上的镍-硼合金镀层的外圆周表面上喷射镍溶液，在其上形成一个镍镀 层；以及在该镍镀层上形成一个硬质镀层。所述对双轧辊带钢连铸机的铸轧辊进行表面处理的方法还可以包括在形成镍镀 层后，在该铸轧辊的外圆周表面上进行轧辊的凸面加工和糙化加工。有益效果根据本发明，关于对双轧辊带钢连铸机的铸轧辊进行表面处理，通过在一个镍镀 层上喷射硼溶液在铸轧辊的端面上形成一个镍-硼合金镀层，使得可以形成一个具有足够 厚度和高硬度的镀层，由此提高了该铸轧辊的耐用性以及该铸轧辊的边缘的质量。
图1是显示一种普通的带钢连铸方法的示意图；图2是显示一个用于电镀铸轧辊的常规装置的示意图；图3是显示根据本发明的一个实施方案的一个用于电镀铸轧辊的装置的示意图；图4是显示根据本发明的一个实施方案的镀层的截面图；以及图5是显示根据本发明的一个实施方案的镀层的硬度分布的图表。
具体实施例方式在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施方案。图3是显示根据本发明的一个实施方案的一种用于电镀铸轧辊的装置的示意图， 图4是显示根据本发明的一个实施方案的镀层的截面图，以及图5是显示根据本发明的一 个实施方案的镀层的硬度分布的图表。如图3所示，根据本发明的一种用于电镀铸轧辊的装置与图2中的用于电镀铸轧 辊的常规装置基本相同，除了充满电镀溶液300的电镀槽200在其一侧额外地设置了一个 用来注入硼(boron)溶液以电镀铸轧辊100端面的喷嘴500。此外，如同用于电镀铸轧辊的常规装置中一样，铸轧辊100连接至已通过整流器 600的阴极，且将被电镀的金属400连接至已通过整流器600的阳极。一种使用这一电镀装置来电镀铸轧辊的方法包括(a)在铸轧辊100的两侧上形 成一个镍镀层；(b)在形成镍镀层的步骤期间通过在镍镀层上喷射硼溶液而使该镍镀层形 成为一个镍(Ni)_硼(B)合金镀层；以及(c)在铸轧辊的圆柱形部分上形成一个硬质镀层。在这种情况下，该镍-硼合金镀层是这样形成的通过在形成镍镀层的同时在该 镍镀层上喷射硼溶液持续一预定时间，由此将硼和镍组合以成为镍_硼合金。该镀层的硬 度随喷射硼的总量和速度变化。此外，在该硬质镀层形成之前，在该铸轧辊100的圆柱形部分的表面上进行了轧 辊的凸面加工(crowning)和糙化加工(表面微凹)(dimpling)，从而提高质量。同样地，在本发明中，由于如果有必要的话镀层的硬度可以被控制，其可以不被限 制在一个具体范围内。本发明的主要技术思路的特征在于硼溶液在镍电镀过程期间被喷 射在镍镀层上，然后硼被浸入到该镍镀层中使得硼和镍形成合金，由此在增加了该镀层厚度的同时提高了该镀层的硬度。根据本发明的镀层的形成可以以图4(a)和图4(b)的形式进行。例如，参考图4(a)，首先，镍镀层110和112分别在铸轧辊100的外圆周表面和 端面上形成，然后在该铸轧辊100的端面上形成的镍镀层112上形成一个镍-硼合金镀层 120，并且最终在铸轧辊100的外圆周表面上形成的镍镀层110和所述镍-硼合金镀层120 上形成一个硬质镀层130。在这种情况下，优选地，在硬质镀层130形成之前，在铸轧辊100的外圆周表面上 进行轧辊的凸面加工和糙化加工(表面微凹)。如在“背景技术”中所描述的，硬质镀层130主要地由镍-钨(Ni-W)或镍-钴 (Ni-Co)制成。然而，即使图4(a)中所示的镀层结构是一个铸轧辊100的端面被稳固支撑的稳定 结构，但当过度施力至位于铸轧辊100的一个边缘处的镍-硼合金镀层120时，该镍-硼合 金镀层120可以被剥离和损坏。因此，优选地，根据以下所描述的本发明的另一实施方案相 组合的方法特征，选择性地使用图4(a)所示的镀层结构。也即，作为本发明的另一实施方案，参考图(b)，首先，一个镍-硼合金镀层120在 铸轧辊100的端面上形成，然后一个镍镀层110在铸轧辊100的外圆周表面和镍-硼合金 镀层120的一部分上形成，最后一个硬质镀层130在镍镀层110上形成。即使在这种情况下，优选地，在硬质镀层130形成之前，在铸轧辊100的外圆周表 面上进行轧辊的凸面加工和糙化加工(表面微凹)。在图4(b)所示的这一镀层结构中，尽管该镍镀层110用于阻挡施加至在铸轧辊 100的边缘上形成的镍-硼合金镀层120的力，但是有可能降低铸轧辊100的边缘的耐磨性。在下文中，将更详细地描述本发明的实施例。图5(a)是显示一个镀层结构的图表，在该镀层结构中镍镀层的厚度被降至最小 程度且形成了一个两级(two-stage)镍-硼合金镀层，由此使得最外面镀层的硬度被最大 化；图5(b)是显示一个镀层结构的图表，在该镀层结构中镍镀层很厚地形成，然后一个一 级镍-硼合金镀层形成，使得可以形成一个稳定的镀层尽管其硬度相对较低。在镍-硼合金镀层的硬度是300 lOOOHv的情况下时，该镍-硼合金镀层表现出 良好的稳定性。当该镍-硼合金的硬度在300Hv以下时，其很容易被磨损，且当该镍-硼合 金的硬度大于lOOOHv时，其变得容易出现裂纹和剥离。因此，可以看出优选的是，该镍-硼 合金镀层的硬度在上述范围内。此外，该镍镀层的厚度可以在“背景技术”中提到的范围内。然尔，优选的是该 镍_硼合金镀层的厚度为0. 1 2. 0mm。当该镍-硼合金镀层的厚度小于0. 1mm时，很难形 成一个具有期望性能的镍_硼合金镀层，而且当该镍_硼合金镀层的厚度大于2. 0mm时，其 容易出现裂纹和剥离。因此，该镍-硼合金镀层的厚度必须在上述范围内。此外，在形成硬质镀层的方法中，由于该硬质镀层的粗糙度即使在进行糙化加工 之后也必须被保持，如果可能的话，需要一种具有低厚度和高硬度的硬质镀层。因此，优选 的是，该硬质镀层是如上所述的Ni-W或Ni-Co镀层。根据本发明，可以看出，可以提高铸轧辊的耐用性和质量，以及还可以提高铸轧辊的边缘和表面的质量。
权利要求
一种双轧辊带钢连铸机的铸轧辊，包括一个镍镀层，其在该铸轧辊的外圆周表面和端面上形成；一个镍-硼合金镀层，其在位于该铸轧辊的端面上的镍镀层上形成；以及一个硬质镀层，其在位于该铸轧辊的外圆周表面上的镍镀层以及位于该铸轧辊的端面上的镍-硼合金镀层的外圆周表面上形成。
2.一种双轧辊带钢连铸机的铸轧辊，包括 一个镍_硼合金镀层，其在该铸轧辊的端面上形成；一个镍镀层，其在该铸轧辊的外圆周表面以及位于该铸轧辊的端面上的镍-硼合金镀 层的外圆周表面上形成；以及一个硬质镀层，其在该镍镀层上形成。
3.如权利要求1或2所述的双轧辊带钢连铸机的铸轧辊，其中该镍_硼合金层的厚度 为 0. 1 2. 0mm。
4.如权利要求1或2所述的双轧辊带钢连铸机的铸轧辊，其中该镍_硼合金层的硬度 为 300 lOOOHvo
5.如权利要求1或2所述的双轧辊带钢连铸机的铸轧辊，其中该硬质镀层由M-W或 Ni-Co制成。
6.如权利要求1或2所述的双轧辊带钢连铸机的铸轧辊，其中该镍镀层和该硬质镀层 之间的界面是进行轧辊凸面加工或糙化加工的。
7.一种对双轧辊带钢连铸机的铸轧辊的进行表面处理的方法，包括通过一种电解电镀方法在该铸轧辊的外圆周表面和端面上形成一个镍镀层； 通过在进行镍电镀处理时在该镍镀层上喷射硼溶液以使硼浸入镍镀层中，在位于该铸 轧辊的端面上的镍镀层上形成一个镍_硼合金镀层；以及在位于该铸轧辊的外圆周表面上的镍镀层以及位于该铸轧辊的端面上的镍-硼合金 镀层的外圆周表面上形成一个硬质镀层。
8.一种对双轧辊带钢连铸机的铸轧辊的进行表面处理的方法，包括通过在铸轧辊的端面上进行电解镍镀层处理时在其上喷射硼溶液以使硼浸入镍中，在 该铸轧辊的端面上形成一个镍-硼合金镀层；通过在该铸轧辊的外圆周表面和位于该铸轧辊的端面上的镍-硼合金镀层的外圆周 表面上喷射镍溶液，在其上形成一个镍镀层；以及 在该镍镀层上形成一个硬质镀层。
9.如权利要求7或8所述的对双轧辊带钢连铸机的铸轧辊的进行表面处理的方法，还 包括在形成镍镀层后，在该铸轧辊的外圆周表面上进行轧辊的凸面加工和糙化加工。
全文摘要
本发明提供一种双轧辊带钢连铸机的铸轧辊，包括一个镍镀层，其在该铸轧辊的外圆周表面和端面上形成；一个镍-硼合金镀层，其在位于该铸轧辊的端面上的镍镀层上形成；以及一个硬质镀层，其在位于该铸轧辊的外圆周表面上的镍镀层以及位于该铸轧辊的端面上的镍-硼合金镀层的外圆周表面上形成。本发明提高了铸轧辊的耐用性。
文档编号C23C28/00GK101883878SQ200880118768
公开日2010年11月10日 申请日期2008年7月14日 优先权日2007年12月21日
发明者朴晟珍, 李大成, 郑成仁 申请人:Posco公司