專利名稱：具有自毛化特性的平整輥制造方法
技術領域：
本發明涉及復合軋輥毛化技術，尤其涉及具有自毛化特性的平整輥制造方法。
背景技術：
具有特殊表面形貌的冷軋薄鋼板在汽車和家電產業有著廣泛的應用。毛化冷軋薄鋼板是由表面經毛化處理的平整輥軋制而成的，其一系列表面形貌特征對鋼板的深沖、涂裝等工藝性能影響極大，毛化冷軋鋼板附加價值極高。平整輥毛化技術依據加工原理可分成三大類第一、物理加工，包括噴丸毛化技術；第二、熔化、汽化加工，包括電火花毛化技術、激光毛化技術及電子束毛化技術；第三、 電化學加工，包括I^retex毛化技術和噴墨毛化技術。文獻2007中國鋼鐵年會論文集，2007 年對比進行了綜述。噴丸毛化是最傳統的毛化方法，文獻flfear，1997，207:34 40，專利 CN93221264. 6, CN97201491. 8，US 5643054，利用高速旋轉的離心輪將具有尖銳邊緣、高硬度的沖擊材料(一般為鋼丸)加速噴向欲毛化的平整輥(速度約80 m/s)。在平整輥表面 “切割”下細小的金屬微粒。噴丸毛化(SBT)工藝的根本性缺陷在于其毛化過程及結果是隨機且不均勻的、不可控和難再現的。文獻制造技術與機床2002年第5期采用氣體噴丸毛化，并對比了不同方法的優缺點。電火花毛化技術工作原理及毛化方法，文獻Electrical discharge texturing. Int. J. Mach. Tools Manufact，1992，32 (1/2) : 183 193，和文獻 J. Mater. Process. Technol, 1994，45:207 214，專利 US20020132050，US 5250364。將平整輥和電極浸沒在絕緣的工作液中，在平整輥和電極上施加一定幅值和頻率的脈沖電壓。脈沖電壓使極間介質電離、擊穿，形成放電通道。在通道內、正極和負極表面分別成為瞬時熱源，瞬時高溫(約 20000°C )使金屬材料熔化、汽化。在平整輥表面就形成了一系列電蝕坑。電火花毛化后平整輥表面往往形成白層而硬度降低，且其投資和設備運行成本相對較高，工作效率不高，并且也有污染問題。激光毛化是采用高能量脈沖激光束作用于平整輥表面，使之加熱、熔化并部分汽化。使熔池金屬向四周堆起，同時在中間產生凹坑。但是激光毛化技術存在以下不足之處，效率較低，毛化成本高。激光毛化冷軋鋼板的凹坑排列過于整齊和具有規則，在噴漆后往往還能隱約看到凹坑所形成的螺旋紋路，影響了噴漆后板材的美觀性。相關專利如 CN93109710. X, CN00128273. 5, CN98242107. 9, CN00264774. 5 均是在激光毛化的基礎上進行一定程度的優化。電子束毛化，文獻 Iron and Steel Engineer, 1997 (9) : 36 40，專利 US 3941970。 為平整輥在真空室內旋轉并沿軸向移動，往復經過固定的電子槍。高能電子束投射在平整輥表面，以熱的形式釋放出能量。在足夠高的溫度下與電子束相遇的那部分材料便熔化并部分蒸發，形成形成凹坑。這可能是薄帶連鑄結晶輥毛化最可靠的技術，但是電子束毛化的設備十分昂貴，且工藝需要在真空中實現，這就限制了推廣和實際應用。
Pretex毛化技術本質上是一種電化學沉積的過程。專利US99367840，US 5789066，JP 6315584平整輥浸在含鉻的電解液中，通以直流電，平整輥表面形成微小的鉻球面的涂層，達到了毛化平整輥表面的目的。這種毛化技術還處于試驗階段，其加工效率不是很高，且由于發生電化學反應，易造成大量的有毒性化學廢物，對環境污染較嚴重。專利 US 5186981采用了熱浸溶方法。噴墨毛化技術，文獻34th mffSP conf. Proc. , ISS-AIME. 1993，30: 485 489， 專利US 6555223，JP 9155403，是將噴墨打印技術與電化學加工相結合而成的一種新穎的平整輥毛化技術。首先在計算機程序中設定好欲達到的毛化參數值，驅動打印頭將光致抗蝕劑打印在平整輥表面，這樣在平整輥表面形成一系列的光致抗蝕劑小點，然后利用與打印頭并列的腐蝕頭對平整輥進行電化學腐蝕，從而形成平整輥表面毛化形貌。但其加工效率不高。綜合可見，鍍鉻是最有效的毛化技術之一，但是環境污染問題是目前關鍵的技術瓶徑，亟待解決。目前平整輥的毛化主要是在表面形貌的一種毛化結構，鍍鉻和表面浸蝕技術(包括噴丸、電解、電火花及激光等)是主要的毛化技術，但是所有這些技術普遍存在的問題是毛化層的壽命較短，當具有表面紋理的毛化層磨損后，平整輥必須進行下線修磨和表面再毛化，極大地限制了平整輥的單次使用壽命。

發明內容
本發明的目的在于提供一種具有自毛化特性的平整輥制造方法，該方法能使平整輥在使用過程中始終保持平整輥表面的毛化特性，并隨著表面層的磨損而自動適應，始終保持特定的粗糙度、Pc值等表面紋理要求；并且平整輥使用壽命長，機組有效作業率高。本發明是這樣實現的一種具有自毛化特性的平整輥制造方法，包括下列步驟 第一步，自毛化材料選擇，自毛化材料選擇為穩定的氧化物陶瓷顆粒，所述氧化物陶瓷
為α -Al2O3、全穩定^O2或兩者的混合物；
第二步，自毛化材料處理，在自毛化材料的外表面層均勻鍍一層鉻，形成鉻包覆的陶瓷顆粒的殼心復合結構；
第三步，平整輥自毛化表面層材料的選擇，材料選擇分成兩部分，一是基體材料的選擇，基體材料的化學成分與平整輥的材料化學成分相同，同時將基體材料制備成顆粒狀粉末；二是所述氧化物陶瓷顆粒添加量的選擇，以平整輥要求的Pc值為基礎進行添加，具體要求為
Pc3 < JV <2. OPe3
式中Pe為平整輥表面粗糙度要求，N為自毛化材料鉻包覆的球形α -Al2O3或全穩定 ZrO2陶瓷的陶瓷顆粒的加入量；
所述基體材料的加入量為100-Ν，單位為重量百分數，然后將兩種粉末均勻混合，形成平整輥表面層材料混合粉末；
第四步，平整輥表面自毛化層制備，采用高壓氮氣溫噴射技術在平整輥表面進行粘附沉積，所述溫噴射表面自毛化層制備技術方案為
(a)將高壓氮氣體加熱到730°C以上驅動；
(b)將平整輥表面層混合粉末顆粒加熱到650°C以上進行沉積；(c)表面自毛化層厚度為0. 5mm-2. Omm ；
第五步，平整輥表面自毛化層熱處理，采用中高頻電磁感應加熱技術進行加熱處理，采用高頻將平整輥表面自毛化層加熱到950°C，保溫20min，冷卻至室溫；然后采用中頻將平整輥表面自毛化層加熱到550°C，保溫20min，冷卻至室溫；
第六步，平整輥的初次毛化，對熱處理后的具有表面自毛化層的平整輥進行機械磨光， 達到表面粗糙度為0. 8左右；然后進行常規的毛化處理，得到初次毛化的效果。所述α -Al2O3和全穩定^O2陶瓷為燒結型致密陶瓷，并且α -Al2O3和全穩定^O2 陶瓷顆粒為球形或近球形結構。所述α -Al2O3和全穩定^O2陶瓷顆粒的粒徑范圍為4Ra彡d_球彡6Ra,式中Ra 為平整輥要求的粗糙度，(1 ^為球形陶瓷顆粒的直徑；同時球形陶瓷顆粒以中心為5Ra正態分布，并且越窄越好。所述在自毛化材料的外表面層鍍鉻層的厚度在2 μπι -6 μω。所述第三步中的基體材料顆粒狀粉末為球形粉末，粉末的最大粒徑為2〖μπ所述第五步中的中頻熱處理工藝重復三次。本發明是在平整輥的表面制備一層具有自毛化特性的表面層，利用表面層內毛化材料的特殊結構和含量達到使用過程中的自毛化特性。本發明采用六個步驟實現具有自毛化特性平整輥的制造，分別為自毛化材料選擇、自毛化材料處理、平整輥自毛化表面層材料的選擇、平整輥表面自毛化層制備、平整輥表面自毛化層熱處理和平整輥的初次毛化。本發明能使平整輥在使用過程中始終保持平整輥表面的毛化特性，并隨著表面層的磨損而自動適應，始終保持特定的粗糙度、Pc值等表面紋理要求；并且平整輥使用壽命長，機組有效作業率高。
具體實施例方式下面結合附圖
和具體實施例對本發明作進一步說明。一種具有自毛化特性的長壽命平整輥制造方法，包括下列步驟
第一步，自毛化材料選擇，自毛化材料是本發明技術的關鍵點之一，要求不與平整輥基體材料發生化學反應，不對軋制工藝過程中的工藝條件(例如乳化液、冷卻水)發生反應，耐磨性強，穩定性高，耐高溫等。要求為穩定的氧化物陶瓷、氮化物陶瓷，優選氧化物陶瓷，不選擇穩定性低的碳化物陶瓷和硼化物陶瓷。所述自毛化材料優選為α -Al2O3、全穩定^O2或兩者的混合物。所述α -Al2O3和全穩定^O2陶瓷的特征為燒結型致密陶瓷，同時要求α -Al2O3和全穩定^O2陶瓷的特征為球形或近球形結構。所述α -Al2O3和全穩定^O2陶瓷的粒徑范圍為4Ra彡d_球彡6Ra,式中Ra為平整輥要求的粗糙度，Clwfef為球形陶瓷顆粒的直徑。同時要求球形陶瓷顆粒以中心為5Ra正態分布，并且越窄越好。第二步，自毛化材料處理，自毛化材料選擇后，需要對其進行處理。在球形陶瓷顆粒的外表面層均勻鍍一層鉻，要求鍍鉻層的厚度在2 μιη-6 μιη ;采用化學鍍的方法進行鍍鉻，形成鉻包覆的球形陶瓷顆粒的殼心復合結構。第三步，平整輥自毛化表面層材料的選擇，材料選擇分成兩個部分，一是基體材料的選擇，基體材料的化學成分與平整輥的材料化學成分相同，同時將基體材料制備成球形粉末，粉末的最大粒徑為27 μ ,即粒徑小于等于27 μηι。二是球形陶瓷顆粒添加量的選擇， 以平整輥要求的Pc值為基礎進行添加，具體要求為
Fc3 < JV <2. OPe3
式中P。為平整輥表面粗糙度要求，N為自毛化材料鉻包覆球形α -Al2O3或全穩定^O2 陶瓷的陶瓷顆粒的加入量。所述基體材料的加入量為100-Ν，單位為重量百分數，然后將兩種粉末均勻混合，形成平整輥表面層材料混合粉末。第四步，平整輥表面自毛化層制備，采用溫噴射技術在輥表面制備平整輥表面自毛化層，其技術方案為采用高壓氮氣溫噴射技術在平整輥表面進行粘附沉積，溫噴射表面自毛化層制備技術方案的特征為
(a)將高壓氮氣體加熱到730°C以上驅動；
(b)將平整輥表面層混合粉末顆粒加熱到650°C以上進行沉積；
(c)表面自毛化層厚度為0.5mm-2. 0mm。第五步，平整輥表面自毛化層熱處理，采用中高頻電磁感應加熱技術進行加熱處理，采用高頻將平整輥表面自毛化層加熱到950°C，保溫20min，冷卻至室溫。然后采用中頻將平整輥表面自毛化層加熱到550°C，保溫20min，冷卻至室溫，所述中頻熱處理工藝重復三次。第六步，平整輥的初次毛化，對熱處理后的具有表面自毛化層的平整輥進行機械磨光，達到表面粗糙度為0. 8左右。然后進行常規的毛化處理，例如EDT或激光毛化處理， 得到初次毛化的效果。也可以進行本發明所適用的專用毛化處理，例如采用電解腐蝕的方法，將平整輥的表面進行腐蝕，由于自毛化材料在電解液中具有強耐蝕性，因此表面腐蝕后形成表面紋理，達到初次毛化的效果。經過以上處理后平整輥就是最終的產品，達到上線的要求。其使用壽命約可以達到普通毛化平整輥的5倍以上。實施例1
實驗用平整輥為3Cr材質，其化學成分為(質量百分數％) :C 0.78%，Si 0. 43%, Mn 0. 45%, Cr 2. 98%, Mo 0. 66%, V 0. 2%, Ni 0. 35%。要達到的目的是 Ra 為 4. 25 μιη, Pc 值大于 50/cm。在實驗室中利用平整輥材料制備Φ 100X 150兩端各車細為Φ25Χ25的小試件作為平整輥的模擬件進行檢驗。根據本發明的具體步驟要求，進行自毛化平整輥的制備
第一步，自毛化材料的選擇。選用陶瓷作為自毛化材料，為燒結型致密α-Al2O3陶瓷， 為球形顆粒。中心粒徑為μ"分布范圍為17-25. 5 pm,正態分布。第二步，自毛化材料處理。采用化學鍍的方法在球形α -Al2O3陶瓷顆粒的外表面層均勻鍍一層鉻，鉻層的厚度在2 μη形成鉻包覆的球形陶瓷顆粒的殼心復合結構。第三步干整錕表面層材+丨的選擇。選擇平整輥的材料制備粉末，粉末為球形，粉末的最大粒徑為ζ] μω中心粒徑為18 μηι，分布范圍1-25 μπι。自毛化用球形α -Al2O3陶瓷顆粒添加量為0. 03，單位為重量百分數，所述基體材料的加入量為100-0. 03=99. 97，單位為重量百分數，然后將兩種粉末均勻混合，形成平整輥表面層材料混合粉末。第四步，平整輥表面自毛化層制備。采用高壓氮氣溫噴射技術在平整輥表面進行粘附沉積(a)高壓氮氣體加熱到730°C，(b)混合粉末顆粒加熱到650°C，(c)表面自毛化層厚度為2. 0mm。第五步，平整輥表面自毛化層熱處理。采用中高頻電磁感應加熱技術進行加熱處理。采用高頻將平整輥表面自毛化層加熱到950°C，保溫20min，冷卻至室溫。然后采用中頻將平整輥表面自毛化層加熱到550°C，保溫20min，冷卻至室溫，所述中頻熱處理工藝重
復三次。第六步，平整輥的初次毛化。熱處理后的具有表面自毛化層的平整輥進行機械磨光，達到表面粗糙度為0. 8左右。然后進行常規的毛化處理，例如EDT或激光毛化處理，得到初次毛化的效果。采用表面粗糙度為0. 8的40Cr鋼環進行旋轉對磨，對磨環為Φ 50 X 30，取不同深度測定模擬件的粗糙度。當磨損量達到0.8mm時仍保持3. 85粗糙度。達到了預定的效果。實施例2
實驗用平整輥為5Cr材質，其化學成分為(質量百分數％) :C 0.87%，Si 0. 45%, Mn 0. 43%, Cr 4. 98%, Mo 0. 57%, V 0. 21%, Ni 0.21%。要達到的目的是 Ra 為 2 5 Pc 值大于 70/cm。在實驗室中利用平整輥制備Φ 100X 150兩端各車細為Φ 25 X 25的小試件作為平整輥的模擬件進行檢驗。實驗步驟與實施例1相同，所不同的參數選擇為球形α-Al2O3顆粒的中心粒徑為12. 5 μ ,鍍鉻層的厚度為6 μη,球形α -Al2O3陶瓷顆粒添加量為0. 015，單位為重量百分數，所述基體材料的加入量為100-0. 015=99. 985，單位為重量百分數，表面自毛化層厚度為 1. 0mm。檢驗效果當磨損量達到0. 5mm時仍保持2. 25粗糙度。達到了預定的效果。實施例3
實驗用平整輥為5Cr材質，其化學成分為(質量百分數％) :C 0.87%，Si 0. 45%, Mn
0.43%, Cr 4. 98%, Mo 0. 57%, V 0. 21%, Ni 0.21%。要達到的目的是 Ra 為 3. 5 μιη，pc 值大于 50/cm。在實驗室中利用平整輥制備Φ IOOX 150兩端各車細為Φ 25 X 25的小試件作為平整輥的模擬件進行檢驗。實驗步驟與實施例1相同，所不同的參數選擇為球形α-Al2O3顆粒的中心粒徑為17. 3 μπι鍍鉻層的厚度為3. 5 μω,球形α -Al2O3陶瓷顆粒添加量為0. 02，單位為重量百分數，所述基體材料的加入量為100-0. 02=99. 98，單位為重量百分數，表面自毛化層厚度為
1.5mm。采用電解腐蝕對平整輥的表面進行腐蝕，達到初次毛化的效果。檢驗效果當磨損量達到0. 5mm時仍保持3. 25粗糙度。達到了預定的效果。實施例4
實驗用平整輥為5Cr材質，其化學成分為(質量百分數％) :C 0.87%，Si 0. 45%, Mn 0. 43%, Cr 4. 98%,Mo 0. 57%, V 0. 21%, Ni 0.21%。要達到的目的是 Ra 為 4. 5 μω, Pc 值大于 50/cm。在實驗室中利用平整輥制備Φ 100X 150兩端各車細為Φ 25 X 25的小試件作為平整輥的模擬件進行檢驗。
實驗步驟與實施例1相同，所不同的參數選擇為球形α-Al2O3顆粒的中心粒徑為22. 5 μ ，鍍鉻層的厚度為4. 0 pm，球形α -Al2O3陶瓷顆粒添加量為0. 05，單位為重量百分數，所述基體材料的加入量為100-0. 05=99. 95，單位為重量百分數，表面自毛化層厚度為 0. 5mmο檢驗效果當磨損量達到0. 3mm時仍保持4. 55粗糙度。達到了預定的效果。實施例5
實驗用平整輥為高速鋼體系，其化學成分為(質量百分數％) =C 2. 28%, W 4. 66%，Mo 4. 79%, V 6. 05%, Cr 7. 7%, Mn 0. 5%, Si 0. 8%, Ni 0. 6%, S 0. 017%, P 0. 02%。要達到的目的
是 Ra 為 2.55μπι, PC 值大于 70/cm。在實驗室中利用報廢平整輥輥套制備Φ25Χ 150的小試件作為平整輥的模擬件進行性檢驗。實驗步驟與實施例1相同，所不同的參數選擇為選擇球形全穩定顆粒，中心粒徑為12.75,,鍍鉻層的厚度為3.0|im,球形全穩定&02顆粒陶瓷顆粒添加量為0. 025，單位為重量百分數，所述基體材料的加入量為100-0. 025=99. 975，單位為重量百分數，表面自毛化層厚度為0. 5mm。檢驗效果當磨損量達到0. 3mm時仍保持2. 15粗糙度。達到了預定的效果。以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定發明的保護范圍，因此，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種具有自毛化特性的平整輥制造方法，其特征是包括下列步驟第一步，自毛化材料選擇，自毛化材料選擇為穩定的氧化物陶瓷顆粒，所述氧化物陶瓷為α -Al2O3、全穩定^O2或兩者的混合物；第二步，自毛化材料處理，在自毛化材料的外表面層均勻鍍一層鉻，形成鉻包覆的陶瓷顆粒的殼心復合結構；第三步，平整輥自毛化表面層材料的選擇，材料選擇分成兩部分，一是基體材料的選擇，基體材料的化學成分與平整輥的材料化學成分相同，同時將基體材料制備成顆粒狀粉末；二是所述氧化物陶瓷顆粒添加量的選擇，以平整輥要求的Pc值為基礎進行添加，具體要求為Pc3 < At <2. OPe3式中Pe為平整輥表面粗糙度要求，N為自毛化材料鉻包覆的球形α -Al2O3或全穩定 ZrO2陶瓷的陶瓷顆粒的加入量；所述基體材料的加入量為100-Ν，單位為重量百分數，然后將兩種粉末均勻混合，形成平整輥表面層材料混合粉末；第四步，平整輥表面自毛化層制備，采用高壓氮氣溫噴射技術在平整輥表面進行粘附沉積，所述溫噴射表面自毛化層制備技術方案為(a)將高壓氮氣體加熱到730°C以上驅動；(b)將平整輥表面層混合粉末顆粒加熱到650°C以上進行沉積；(c)表面自毛化層厚度為0.5mm-2. Omm ；第五步，平整輥表面自毛化層熱處理，采用中高頻電磁感應加熱技術進行加熱處理，采用高頻將平整輥表面自毛化層加熱到950°C，保溫20min，冷卻至室溫；然后采用中頻將平整輥表面自毛化層加熱到550°C，保溫20min，冷卻至室溫；第六步，平整輥的初次毛化，對熱處理后的具有表面自毛化層的平整輥進行機械磨光， 達到表面粗糙度為0. 8左右；然后進行常規的毛化處理，得到初次毛化的效果。
2.根據權利要求1所述的具有自毛化特性的長壽命平整輥制造方法，其特征是所述 α -Al2O3和全穩定^O2陶瓷為燒結型致密陶瓷，并且α -Al2O3和全穩定^O2陶瓷顆粒為球形或近球形結構。
3.根據權利要求2所述的具有自毛化特性的長壽命平整輥制造方法，其特征是所述 α -Al2O3和全穩定^O2陶瓷顆粒的粒徑范圍為4Ra彡6Ra,式中Ra為平整輥要求的粗糙度，為球形陶瓷顆粒的直徑；同時球形陶瓷顆粒以中心為5Ra正態分布，并且越窄越好。
4.根據權利要求1所述的具有自毛化特性的長壽命平整輥制造方法，其特征是所述在自毛化材料的外表面層鍍鉻層的厚度在2 μι -6 μω。
5.根據權利要求1所述的具有自毛化特I生的長壽命平整輥制造方法，其特征是所述第三步中的基體材料顆粒狀粉末為球形粉末，粉末的最大粒徑為27 μηι。
6.根據權利要求1所述的具有自毛化特性的長壽命平整輥制造方法，其特征是所述第五步中的中頻熱處理工藝重復三次。
全文摘要
本發明涉及復合軋輥毛化技術。一種具有自毛化特性的平整輥制造方法，包括六個步驟，分別為自毛化材料選擇、自毛化材料處理、平整輥自毛化表面層材料的選擇、平整輥表面自毛化層制備、平整輥表面自毛化層熱處理和平整輥的初次毛化；其中自毛化材料選擇為穩定的氧化物陶瓷顆粒，在氧化物陶瓷顆粒的外表面層均勻鍍一層鉻，形成鉻包覆的陶瓷顆粒的殼心復合結構。本發明能使平整輥在使用過程中始終保持平整輥表面的毛化特性，并隨著表面層的磨損而自動適應，始終保持特定的粗糙度、Pc值等表面紋理要求；并且平整輥使用壽命長，機組有效作業率高。
文檔編號B21B27/00GK102381878SQ20101026804
公開日2012年3月21日 申請日期2010年8月31日 優先權日2010年8月31日
發明者史弼, 張俊寶, 梁永立 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司