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>>銅板結(jié)晶器背景

結(jié)晶器是連鑄機(jī)的核心，是將鋼水注入其中，經(jīng)過(guò)冷卻，使鋼水外層形成連續(xù)的硬殼，形成鑄坯，并將鑄坯逐漸拉出的裝置。結(jié)晶器中的銅板因其所服役的工況條件,易產(chǎn)生熱裂紋、磨損和腐蝕。提高結(jié)晶器銅板表面的高溫硬度、耐磨性、熱疲勞性及延長(zhǎng)使用壽命，是目前冶金行業(yè)極其重要的研究課題。

目前國(guó)內(nèi)大型鋼廠和研究機(jī)構(gòu)通過(guò)電鍍、熱噴涂等表面處理方法在結(jié)晶器銅板表面制備耐磨涂層，以提高其耐磨性能。盡管這些工藝方式成本較底，但是，涂層與基體是機(jī)械結(jié)合，結(jié)合力較弱，涂層厚度有限，使用過(guò)程易產(chǎn)生脫落，裂紋等缺陷，表面強(qiáng)化效果不盡理想。采用激光熔覆技術(shù)可制備與銅板形成冶金結(jié)合的耐磨涂層，涂層結(jié)合力強(qiáng)，涂層厚度可控，使用壽命更長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染等特點(diǎn)，因此采用激光熔覆技術(shù)對(duì)結(jié)晶器銅板表面強(qiáng)化具有良好的效益。

>>激光熔覆工藝

1.技術(shù)難點(diǎn)

 （1） 銅導(dǎo)熱性能優(yōu)良，無(wú)論是普通焊接還是激光熔覆都很難形成熔池。

（2） 銅材質(zhì)特別是紫銅材質(zhì)對(duì)激光反射大，對(duì)一般波長(zhǎng)的激光反射率達(dá)到80%以上。

（3）  涂層材料難以完全滿足銅板工作技術(shù)要求。

（4）  涂層裂紋控制困難。

熔覆粉末采用HR-Ni-S14（Ni60），成份見(jiàn)表一。

表一

銅板：鉻鋯銅板。

表二

                     圖3.26 結(jié)晶器銅板基材

1)      設(shè)備：光纖激光設(shè)備，三點(diǎn)噴嘴，光斑3-5mm粉末利用率65-75%。

2)             工藝參數(shù)，見(jiàn)表三。

表三

2.檢測(cè)結(jié)果

1)表面成型

在銅板上進(jìn)行熔覆，熔覆成型效果見(jiàn)圖3.27。

圖3.27銅板熔覆Ni60涂層效果

熔覆表面成型良好，平整，起伏小，無(wú)明顯沾粉，沁潤(rùn)性較好，著色探傷表面無(wú)裂紋等缺陷。

2) 金相檢測(cè)

熔覆后在垂直于熔覆方向的平面上截取25mm長(zhǎng)的試樣進(jìn)行金相檢測(cè),如圖3.28。

圖3.28  銅板熔覆涂層橫截面

從宏觀觀察，表面起伏較小，熔覆層有一定厚度，熔覆界面相對(duì)較清晰，顯波浪形，存在熔深，是熔覆層與銅板冶金結(jié)合的證明。

圖3.29  50X熔覆層與界面（左），100X熔覆層與界面（右）

從微觀觀察，熔覆層與與基材結(jié)合良好，界面模糊，兩種材料有一定的互嵌互熔， 屬于良好的冶金結(jié)合。熔覆層致密無(wú)缺陷，厚度到達(dá)0.5-0.7mm。

3)顯微硬度檢測(cè)

使用維氏硬度計(jì)0.2kg載荷檢測(cè)基材、熔覆層硬度，如圖3.10，由基材至熱影響區(qū)、熔覆層方向共檢測(cè)8個(gè)點(diǎn)。檢測(cè)結(jié)果如表四。   

圖3.30硬度檢測(cè)點(diǎn)

表四 銅板熔覆層硬度

4)熱震試驗(yàn)

按國(guó)標(biāo)GB/T 5270-2005/ISO2819：1980進(jìn)行熱震試驗(yàn)，試驗(yàn)采用兩種冷卻方式。第一種，加熱至250℃保溫10分鐘后將試樣無(wú)熔覆層的一面浸入水中，但不淹至熔覆層，等完全冷卻至水溫后再取出重新加熱，共重復(fù)10次。完成后進(jìn)行另一種冷卻方式，與前10次的區(qū)別在于試樣加熱后將整個(gè)試樣包括熔覆層一并沒(méi)入水中急冷。完成后采用著色探傷方式檢測(cè)表面有無(wú)裂紋。

圖3.31  熱震試驗(yàn)20次后著色探傷

探傷結(jié)果良好，無(wú)裂紋，剝落等缺陷。

   3.應(yīng)用

采用激光熔覆技術(shù)制作結(jié)晶器銅板耐磨涂層，是一種新興的強(qiáng)化技術(shù)手段，相對(duì)其它強(qiáng)化方式，在涂層性能、壽命、環(huán)境保護(hù)、工藝條件、材料選擇等方面有很大的優(yōu)勢(shì)。可以較大程度地改善結(jié)晶器表面性能，達(dá)到提高連鑄坯質(zhì)量，延長(zhǎng)結(jié)晶器壽命和降低生產(chǎn)成本的目的。

圖3.32 熔覆后銅板結(jié)晶器