专利名称：耐高温水冷炉底辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种耐高温水冷炉底辊。
背景技术：
炉底辊设于固溶热处理炉中用于传输进行热处理的钢板板坯，以实现连续热处理工艺过程，高温区段炉底辊在1000 1200°C温度范围内和明火加热的氧化性环境下作业，这些炉底辊必须能在长时间连续工作中保持传输高温板坯的能力。在如此苛刻的条件下，目前所使用的炉底辊，辊筒采用高镍铬合金离心铸造，以提高其耐氧化性能，为防止辊体变形采用炉底辊的芯轴中心通冷却水结构，芯轴与辊面之间采用焊接高镍铬合金支撑块方式，避免辊面高温塌陷变形；但该类炉底辊在使用过程中产生的主要问题仍然包括辊面高温强度下降，辊筒在有支撑块部位和没有支撑块部位之间易产生严重变形，特别是在高温区段，造成辊面与板坯的接触面积减小，压强增大划伤钢板，影响产品质量；金属支撑块导热性能好使得冷却水消耗量大，带走热能多，炉子耗能增大，限制了支撑块的使用数量和排布密度的增加；使得炉底辊寿命短，换辊频繁，降低了生产作业效率。为提高炉底辊的使用寿命，避免辊体变形和改善辊面的耐高温氧化性能，目前一般采用提高冷却水压力。加大冷却水流速和流量，以图得到较好的冷却效果，保持辊面铸态的原始“杨梅”状粗糙度；但在高温区段辊面的支撑块部位局部凸起变形仍难以克服，同时，辊面的性能不均，薄弱部位加速氧化使得“杨梅”状颗粒凸起更加显著，这些都会造成产品钢板的划伤，同时，辊面的温度分布不均，影响到钢板板坯的热处理质量，所采取的措施没有达到预期的实际效果，炉底辊的失效及其板坯产品的质量下降仍是制约生产正常进行的首要因素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种耐高温水冷炉底辊，本炉底辊克服了传统炉底辊的缺陷，提高了炉底辊的使用寿命，大幅减少了热处理炉的故障率，保证了热处理炉的正常运行和钢板板坯产品的质量。为解决上述技术问题，本发明耐高温水冷炉底辊包括两段辊轴、芯轴、两个轴挡和若干环形布置金属支撑块，所述两段辊轴分别设于所述芯轴两端，所述芯轴中心沿轴向开有冷却水通孔，本炉底辊还包括双层辊筒和隔热涂层，所述隔热涂层设于所述双层辊筒内筒的外表面，所述双层辊筒套于所述芯轴外，所述两个轴挡分别套于所述芯轴上并位于所述双层辊筒两端，所述若干环形布置金属支撑块沿轴向间隔设于所述芯轴与双层辊筒的内筒之间。进一步，上述隔热涂层可以通过等离子喷涂或火焰喷涂涂覆于所述双层辊筒内筒的外表面。上述的隔热涂层材料可以采用氧化锆ZrO2、氧化钇Y2O3或氧化硅SiO2材料，或它们之间的混合物材料，上述隔热涂层的厚度为0. 05 I. 40mm。、
为优化隔热涂层与双层辊筒的内筒外表面的结合，本炉底辊还包括金属结合底层和中间过渡层，所述金属结合底层和中间过渡层依次通过等离子喷涂或火焰喷涂涂覆于所述双层辊筒内筒的外表面与隔热涂层之间。进一步，上述的金属结合底层材料可以采用M铬铝钇MCrAlY、镍铝NiAl或镍铬铝NiCrAl合金粉末材料,其中M为钴或镍,或这些元素的组合物,所述M铬招乾中招的质量百分比是6. 0-10%、铬的质量百分比为16-28%、钇的质量百分比为0. 2-1. 0%、M为余量，所述镍铝中铝的质量百分比是4. 0-22%、镍为余量，所述镍铬铝中铬的质量百分比是16-21%、铝的质量百分比是4. 0-8. 0%、镍为余量，上述金属结合底层的厚度为0. 05 0. 20mm。
进一步，上述中间过渡层可以采用氧化锆、氧化钇或氧化硅材料经与M铬铝钇、镍铝或镍铬铝合金粉末材料复合，其中M为钴或镍，或这些元素的组合物，所述M铬铝钇中铝的质量百分比是6. 0-10%、铬的质量百分比为16-28%、钇的质量百分比为0. 2-1. 0%、M为余量，所述镍铝中铝的质量百分比是4. 0-22%、镍为余量，所述镍铬铝中铬的质量百分比是16-21%、铝的质量百分比是4. 0-8. 0%、镍为余量，上述中间过渡层通过等离子喷涂或火焰喷涂构成的渐变涂层，上述中间过渡涂层中金属粉末逐渐递减，氧化物粉末逐渐递增，上述中间过渡涂层的厚度为0. 05 0. 20mm。进一步，上述双层辊筒的内外筒体可以分别采用高铬镍基耐热合金和镍铬合金通过离心铸造或板材焊接制造，所述双层辊筒的内筒与外筒之间为紧密配合。进一步，上述双层辊筒的外筒外表面设有均匀分布的扁平密排粒子。由于本发明耐高温水冷炉底辊采用了上述技术方案，即本炉底辊采用双层辊筒，两段辊轴分别设于芯轴两端，芯轴中心沿轴向开有冷却水通孔，隔热涂层设于双层辊筒的内筒外表面，双层辊筒套于芯轴外，两个轴挡分别套于芯轴上并位于双层辊筒两端，若干环形布置金属支撑块沿轴向间隔设于芯轴与双层辊筒的内筒之间。本炉底辊克服了传统炉底辊的缺陷，提高了炉底辊的使用寿命，大幅减少了热处理炉的故障率，保证了热处理炉的正常运行和钢板板坯产品的质量。
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明
图I为本发明耐高温水冷炉底辊的结构示意图，
图2为图I的A-A向放大视图。
具体实施例方式如图I和图2所示，本发明耐高温水冷炉底辊包括两段辊轴I、芯轴2、两个轴挡3和若干环形布置金属支撑块7，所述两段辊轴I分别设于所述芯轴2两端，所述芯轴2中心沿轴向开有冷却水通孔8，本炉底辊还包括双层辊筒9和隔热涂层5，所述隔热涂层5设于所述双层辊筒9内筒6的外表面，所述双层辊筒9套于所述芯轴2外，所述两个轴挡3分别套于所述芯轴2上并位于所述双层辊筒9两端，所述若干环形布置金属支撑块7沿轴向间隔设于所述芯轴2与双层辊筒9的内筒6之间。进一步，上述隔热涂层5可以通过等离子喷涂或火焰喷涂涂覆于所述双层辊筒9内筒6的外表面。
上述的隔热涂层5材料可以采用氧化锆ZrO2、氧化钇Y2O3或氧化硅SiO2材料，或它们之间的混合物材料，上述隔热涂层5的厚度为0. 05 I. 40mm。为优化隔热涂层与双层辊筒的内筒外表面的结合，本炉底辊还包括金属结合底层51和中间过渡层52，所述金属结合底层51和中间过渡层52依次通过等离子喷涂或火焰喷涂涂覆于所述双层辊筒9内筒6的外表面与隔热涂层5之间。进一步，上述的金属结合底层51材料可以采用M铬铝钇MCrAlY、镍铝NiAl或镍铬铝NiCrAl合金粉末材料，其中M为钴Co或镍Ni，或这些元素的组合物，M铬铝钇可以是NiCrAlY, CoCrAlY, CoNiCrAlY或NiCoCrAlY,所述M铬铝钇中铝的质量百分比是6. 0-10%,铬的质量百分比为16-28%、乾的质量百分比为0. 2-1. 0%、M为余量,所述镍招中招的质量百分比是4. 0-22%、镍为余量，所述镍铬铝中铬的质量百分比是16-21%、铝的质量百分比是4. 0-8. 0%、镍为余量，上述金属结合底层51的厚度为0. 05 0. 20mm。 进一步，上述中间过渡层52可以采用氧化锆ZrO2、氧化钇Y2O3或氧化硅SiO2材料经与M铬铝钇CrAlY、镍铝NiAl或镍铬铝NiCrAl合金粉末材料复合，其中M为钴Co或镍Ni，或这些元素的组合物，M铬铝钇可以是NiCrAlY、CoCrAlY, CoNiCrAlY或NiCoCrAlY,所述M铬铝钇中铝的质量百分比是6. 0-10%、铬的质量百分比为16-28%、钇的质量百分比为
0.2-1. 0%、M为余量，所述镍铝中铝的质量百分比是4. 0-22%、镍为余量，所述镍铬铝中铬的质量百分比是16-21%、铝的质量百分比是4. 0-8. 0%、镍为余量，上述中间过渡层52通过等离子喷涂或火焰喷涂构成的渐变涂层，上述中间过渡涂层52中金属粉末逐渐递减，氧化物粉末逐渐递增，上述中间过渡涂层52的厚度为0. 05 0. 20mm。 所述的M铬铝钇中，Al、Cr是影响MCrAlY合金抗氧化的重要元素，Al是生成A1203氧化膜所必需的元素，Cr主要提高抗氧化和抗硫蚀性能，Y提高氧化物膜层与基体的化学结合力，而且可以改善涂层的热震性能。进一步，上述双层辊筒9的内筒体6和外筒体4可以分别采用高铬镍基耐热合金和镍铬合金通过离心铸造或板材焊接制造，所述双层辊筒9的内筒6与外筒4之间为紧密配合。进一步，上述双层辊筒9的外筒4外表面设有均匀分布的扁平密排粒子。，该扁平密排粒子结构可以为双层辊筒的外筒4辊面铸造的原始态扁平密排粒子状表层结构，辊面较高的表面粗糙度有利于进一步的表面涂层改性处理，提高辊面耐磨损和隔热性能，避免辊面结瘤，并进一步降低辊面向其内部的热传导。本炉底辊的双层辊筒的外筒可以采用经过合金成分优化的高铬镍基合金离心铸造，以保证其高温耐氧化性能，外筒表面设有扁平密排粒子并进行改性处理，进一步增强耐高温、耐磨损和抗结瘤性能，双层辊筒的内筒可以采用镍铬合金离心铸造或板材焊接制造，以保证其高温强度性能。内筒、外筒的壁厚依据炉辊外径的大小一般在5 30mm之间。为提高双层辊筒的高温性能，避免辊面变形，在双层辊筒的内筒表面涂覆隔热涂层，以降低炉温对双层辊筒内筒的热影响，同时通过环形布置金属支撑块将双层辊筒内筒的热量传递到水冷的芯轴，使双层辊筒内筒的温度进一步降低，保证了双层辊筒内筒的工作强度，内筒作为骨架整体支撑双层辊筒的外筒，避免其高温变形的发生，这一结构使得双层辊筒辊面温度分布更加均匀，不易变形，保证了辊面的平直度，改善了炉底辊的使用性能，保证了带钢产品的热处理质量。
本炉底辊中，涂层喷涂前采用加热或有机溶剂清洗方法对金属基体作除油处理，以避免可能存在的油迹影响到涂层质量；随后通常采用喷砂的方法，对金属基体表面进行毛化处理，以保证涂层与基体的良好结合；在经过预处理的基体表面上喷涂金属结合底层、中间过渡层和隔热涂层，中间过渡层的喷涂是事先将金属和氧化物两种粉末按比例均匀混合后送粉进入喷枪，金属粉末比例逐渐减少，氧化物粉末比例逐渐增加，形成梯度的中间过渡层。隔热涂层采用导热系数极低的耐高温非金属热阻材料氧化锆、氧化钇或氧化硅构成，其具有接近于金属基体的相对较高热膨胀系数，同时进一步增加金属结合底层和中间过渡层并采用优化的涂覆处理工艺，使得隔热涂层与金属基体的结合强度大为提高，保证了双层辊筒在炉内温度剧烈变化的加热和冷却过程中，隔热涂层不致于损坏或剥落，确保了在炉内高温环境下，双层辊筒外筒传导到内筒的热量得以大幅度减少，使得双层辊筒内筒通过环形布置金属支撑块被水冷芯轴带走的热量大为降低，由此冷却水造成的热量损失显著减少，从而降低了冷却水的用量及能源消耗。本炉底辊采用双层辊筒的外筒与内筒的紧密配合结构，通过改善双层辊筒内筒的工作强度，使得双层辊筒外筒在高温工作条件下温度分布更加均匀，不易变形，保证了辊面的平直度和板坯产品的热处理质量；双层辊筒中间的隔热涂层大幅度降低外部的热导入，双层辊筒内筒通过环形布置金属支撑块以及芯轴冷却水带走热量，进一步降低其工作温度，确保工作强度；由于炉底辊热导率的大幅度降低，冷却水的用量及能源消耗也大幅度减少；双层辊筒表面进行改性处理，提高辊面耐磨损和隔热性能，避免辊面结瘤，改善产品质量，同时根据使用需求也可制成光洁辊面或凹陷形貌的毛化辊面；本炉底辊经使用寿命大 幅度延长，提高了机组作业率和生产效率；同时本炉底辊结构简洁，对外围安装配套设施没有特殊要求，便于对现有炉底辊进行更新替换，提高了本炉底辊的适用性能。
权利要求
1.ー种耐高温水冷炉底辊，包括两段辊轴、芯轴、两个轴挡和若干环形布置金属支撑块，所述两段辊轴分别设于所述芯轴两端，所述芯轴中心沿轴向开有冷却水通孔，其特征在干还包括双层辊筒和隔热涂层，所述隔热涂层设于所述双层辊筒内筒的外表面，所述双层辊筒套于所述芯轴外，所述两个轴挡分别套于所述芯轴上并位于所述双层辊筒两端，所述若干环形布置金属支撑块沿轴向间隔设于所述芯轴与双层辊筒的内筒之间。
2.根据权利要求I所述的耐高温水冷炉底辊，其特征在于所述隔热涂层是通过等离子喷涂或火焰喷涂涂覆于所述双层辊筒内筒的外表面。
3.根据权利要求I或2所述的耐高温水冷炉底辊，其特征在于所述隔热涂层材料是氧化锆ZrO2、氧化钇Y2O3或氧化硅SiO2材料，或它们之间的混合物材料，所述隔热涂层的厚度为 O. 05 I. 40mmη
4.根据权利要求3所述的耐高温水冷炉底辊，其特征在于本炉底辊还包括金属结合底层和中间过渡层，所述金属结合底层和中间过渡层依次通过等离子喷涂或火焰喷涂涂覆于所述双层辊筒内筒的外表面与隔热涂层之间。
5.根据权利要求4所述的耐高温水冷炉底辊，其特征在于所述金属结合底层材料是M铬招乾MCrAlY、镍招NiAl或镍铬招NiCrAl合金粉末材料,其中M为钴或镍,或这些元素的组合物，所述M铬铝钇中铝的质量百分比是6. 0-10%、铬的质量百分比为16-28%、钇的质量百分比为O. 2-1. 0%、M为余量，所述镍铝中铝的质量百分比是4. 0-22%、镍为余量，所述镍铬铝中铬的质量百分比是16-21%、铝的质量百分比是4. 0-8. 0%、镍为余量，所述金属结合底层的厚度为O. 05 O. 20mm。
6.根据权利要求4所述的耐高温水冷炉底辊，其特征在于所述中间过渡层是采用氧化锆、氧化钇或氧化硅材料经与M铬铝钇、镍铝或镍铬铝合金粉末材料结合的渐变涂层，其中M为钴或镍,或这些元素的组合物,所述M铬招乾中招的质量百分比是6. 0-10%、铬的质量百分比为16-28%、乾的质量百分比为O. 2-1. 0%、M为余量,所述镍招中招的质量百分比是4. 0-22%、镍为余量，所述镍铬铝中铬的质量百分比是16-21%、铝的质量百分比是4. 0-8. 0%、镍为余量，所述中间过渡层通过等离子喷涂或火焰喷涂构成的渐变涂层，所述中间过渡涂层中金属粉末逐渐递减，氧化物粉末逐渐递增，所述中间过渡涂层的厚度为O.05 O. 20mm。
7.根据权利要求I所述的耐高温水冷炉底辊，其特征在于所述双层辊筒的内外筒体分别采用高铬镍基耐热合金和镍铬合金通过离心鋳造或板材焊接制造，所述双层辊筒的内筒与外筒之间为紧密配合。
8.根据权利要求I所述的耐高温水冷炉底辊，其特征在于所述双层辊筒的外筒外表面设有均匀分布的扁平密排粒子。
全文摘要
本发明公开了一种耐高温水冷炉底辊，即本炉底辊采用双层辊筒，两段辊轴分别设于芯轴两端，芯轴中心沿轴向开有冷却水通孔，隔热涂层设于双层辊筒的内筒外表面，双层辊筒套于芯轴外，两个轴挡分别套于芯轴上并位于双层辊筒两端，若干环形布置金属支撑块沿轴向间隔设于芯轴与双层辊筒的内筒之间。本炉底辊克服了传统炉底辊的缺陷，提高了炉底辊的使用寿命，大幅减少了热处理炉的故障率，保证了热处理炉的正常运行和钢板板坯产品的质量。
文档编号F27D3/00GK102649991SQ20111004542
公开日2012年8月29日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者傅卫, 徐建明, 毕刚, 陈伟雄 申请人:上海宝钢设备检修有限公司