专利名称：：一种连续退火炉炉辊表面涂层及其后处理方法
技术领域：
：本发明涉及冶金冷轧带钢连续退火机组炉炉辊表面的涂层，特别属于炉辊表面喷涂材料的成分；喷涂后炉辊表面涂层的空隙进行封孔；封孔处理后再进行高温烧制。
背景技术：
：冷轧带钢连续退火炉内是氮氢保护气体，具有还原性，钢板表面残留的氧化物在炉内气氛下还原成Fe、Mn等元素，而这些元素与炉辊材料(多为耐热不锈钢)具有很强的亲和性、互溶性，容易在粘附在辊面上并与炉辊的机体材料发生化学反应而形成难以去除的积瘤，此外随着炉辊工作温度的升高，炉辊与钢带之间的滑动也促进结瘤的生成。为了消除辊面积瘤影响钢带质量的隐患.很多厂家采用了热喷涂技术。炉辊涂层技术就是采用热喷涂的方法在炉辊表面喷涂一层与铁的亲和力低、其热膨胀系数与炉辊基体材料相匹配、还耐高温磨损的涂层。该涂层能防止炉辊表面产生积瘤，因而能获得表面质量良好的钢板。这些涂层应具有下列特性1)抗高温氧化使炉辊在最高的工作温度条件下也能较长时间工作。2)抗热震能经受常温与高温之间的周期性热冲击。3)抗磨损在工作环境中应有良好的耐磨损性能。传统的炉辊涂层使用的是涂层成分体系为CoCrAlY-CrB2/Y203，喷涂方法为超音速或等离子，由于这两种喷涂方法涂层空隙比较大，喷涂后表面也未经任何处理，一般使用23个月后辊面出现积瘤。积瘤主要成份为Fe，Mn等，并且难以手工清除去掉。此外，很多文献中叙述到在喷涂材料里添加CrB2，CrB2的确对抗结瘤有一定帮助，但是，CrB2的熔点比较低，一般在80(TC左右会分解，并形成游离态的硼，这些硼随着带钢行走会黏附在后面低温段的炉辊表面，在低温(450650°C)时，硼与辊面的锰、铁、等结合，并凝固形成Mn-Fe-B的化合物，该化合物牢固的黏附在辊面即为结瘤。爆炸喷涂也是一种新兴的喷涂方法，代表喷涂材料牌号为LC0-17(涂层成分体系为CoCrAlY-10%A1203)，这种喷涂方法涂层空隙小，与母材的结合强度高，但是爆炸喷涂的效率较低，一般爆炸频率不超过4-10次/s，这会在辊面造成明显的条纹痕迹，这种喷涂层的炉辊只能用于生产普通的冷轧带钢，如CQ钢种，对表面质量要求不高的情况下使用，爆炸喷涂炉辊用于家电及汽车用钢板生产时，辊面的条纹会复制到带钢表面，无法满足高质量的带钢生产。该缺陷称为"Pop-Mark"。
发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种连续退火炉炉辊表面涂层及其后处理方法，它能够提高退火炉炉辊抗铁、锰结瘤性能，能消除喷涂层之间孔隙，能够形成致密的保护膜。为解决上述技术问题，本发明的一种连续退火炉炉辊表面涂层，涂层材料由金属混合物及ZrB2(陶瓷)组成，其成份如下(重量百分比)金属混合物CoCrAlY8085%ZrB2(陶瓷)1520%其中Co、Cr、Al、Y中各元素的占金属混合物CoCrAlY重量百分配比为Co:7080%，Al:510%，Cr:1020%，Y:0.10.8%。Co具有较好的抗高温性，Y的氧化物可以提高喷涂层自身的结合强度，Cr的氧化物可以提高抗氧化性。Al的氧化物不仅可以提高抗氧化性，还可以提高喷涂层的硬度。B元素的添加，可以提高抗结瘤性能，但一般的涂层都采用CrB2。本发明添加适量ZrB2而不使用传统的CrB2，主要基于如下原因(1)如涂层中含有CrB2，则CrB2硬度相对偏低；更为重要的是，CrB2的稳定性略差，非常容易氧化分解为Cr203，进而容易化合生成Mn,.5Cr"04积瘤物。此种化合积瘤物不仅损伤涂层性能，且难以手工清除去掉，容易造成钢板缺陷。(2)CrB2的熔点比较低，一般在800。C左右会分解，并形成游离态的硼，这些硼随着带钢行走会黏附在后面低温段的炉辊表面，在低温(450650°C)时，硼与炉辊表面的锰、铁、等结合，并凝固形成Mn-Fe-B-0的化合物，该化合物牢固的黏附在辊面即为结瘤。(3)涂层化学稳定性分析，涂层中材料组分的化学稳定性，为涂层是否容易产生化学积瘤的主要原因。以下为涂层中ZrB2抗氧化稳定性的理论计算:4CrB2+302—2Cr203+8B〔化学反应l)△G=—1255.337kj/molZrB2+02—Zr02+2B(化学反应2)AG=—568.Illkj/mol根据热力学理论AG的值越负，则化学反应向右进行的可能性就越大。因此，容易判断出化学反应1发生的可能性远大于化学反应2。换言之，ZrB2的抗氧化能力要好于CrB2。但更为重要的是，大量的实践和理论分析均表明CrA非常容易与Mn元素发生化学反应，生成Mn,.5Cru04积瘤物。而对于ZrB2而言，即使其氧化生成Zr02，Zr02也难以会与Fe，Mn元素发生化学反应，这也是涂层耐Fe，Mn积瘤能力好的主要原因。一种连续退火炉炉辊表面涂层的后处理方法，包括如下步骤1)炉辊表面喷涂后将封孔剂溶液均匀的涂在喷涂后的辊面上，对炉辊表面涂层空隙进行封孔；2)在500600。C的炉内烧制57小时。所述的后处理方法还包括步骤3)在封孔处理后将炉温升高至90(TCIOO(TC，连续加热3035小时。所述步骤l)中，封孔剂为浓度510X的铬酸Cr03或铬氨酸(NH》2Cr04或重铬氨酸(NH4)2CrA溶液的中的任意一种。由于热喷涂自身工艺决定，喷涂完后的皮膜内部总会有少量的空隙存在，这样的辊面与带钢表面接触，带钢上的Fe，Mn等粉末很容易嵌入喷涂层的空隙里，然后慢慢聚集，形成难以去处的氧化物，造成结瘤。为了提高抗铁、锰结瘤性能，本发明表面采用封孔处理。在50060(TC情况下烧制，喷涂层表面反应生成&203，具体反应式如下Cr03—1/2Cr203+3/402〔化学反应3)(NH4)2Cr04—1/2Cr203+2NH3+H20+3/402〔化学反应4〕5(NH4)2Cr207—Cr203+2NH3+H20+3/202〔化学反应5)0203的膜厚一般为110um，Cr203会渗透进入喷涂层的空隙中，而且Cr203微粒在高温状态下会慢慢膨胀，将喷涂层的空隙填塞满。为了进一步提高抗高温氧化能力及硬度，进行高温烧制，即在封孔处理后将炉温继续提高到900。C100(TC，连续烧制3035小时。CoCrAlY混合金属物在高温时能形成各自的金属氧化物，下列是在900。C时金属氧化物的平衡分解压氧化反应平衡分解压(atm)Co+1/2O一Co01.6X10-122Cr+3/2(WCr2032.5X10—222A1+3/202^A12031.3X1CT352Y+3/202hY2031.0X10—41从上列中可以看出，Y被氧化的平衡分解压最小，最先形成103，但是Y的比例只有0.10.8%，目的不是形成抗氧化保护膜，而是因为YA可以提高喷涂层自身的结合强度。其次，Al平衡分解压也比较小，几乎可以全部形成Al203，Al203的作用不仅可以形成致密的保护膜，而且确保涂层硬度达Hv700以上。在90(TC的条件下，Co、Cr因为平衡分解压比较大，形成的氧化物很少。在高温烧制的同时，一部分Al与封孔处理时辊面上形成的CrA进行反应，反应过程如化学反应6:Cr203+2A1—A1203+2Cr(化学反应6〕Al与氧的亲和力大于Cr与氧的亲和力(A1平衡分解压较小)，Al将Cr203中的氧夺走，形成Al203，CoCrAlY中Co的含量也比较多，但是因为Co平衡分解压较大，不能将CrA中的氧夺走，形成Co的氧化物。经过以上过程处理，喷涂层表面已经被Al203全部覆盖，Al20j莫厚可以达到30ym，八1203提高了炉辊表面喷涂材料的抗氧化性及硬度。在Al203表面很难形成铁、锰等金属的结瘤物。本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果该喷涂组份主要特点是在高温情况下，有较好的抗铁、锰结瘤性。从退火炉整体系统，考虑了各段炉温的特点，该喷涂材质不仅在高温段6具有较好的抗结瘤性，而且成功的解决了低温段的结瘤问题。表面封孔处理，消除了喷涂层之间的孔隙，强化了涂层抗铁、锰结瘤性。高温烧制后在辊面喷涂层上形成了一种更致密的保护膜，进一步提高了涂层抗铁、锰结瘤性。以下将结合附图和实施对本发明作进一步的说明。图1是本发明连续退火炉炉辊表面涂层、空隙封孔及高温烧制流程示意图。图中，l是炉辊基体，2是喷涂层料CoCrAlY-(ZrB2陶瓷)，3是封孔处理生成Cr203膜，4是高温烧制形成Al203+少量&203膜。具体实施例方式如图1所示，炉辊基体1上喷有涂料CoCrAlY-(ZrBJ甸瓷)形成涂层2。实施例7-11(表1和表2中No.1-6为比较例，No.7-11为本发明实施例)实施例7-11是本实施例的涂料成分重量百分配比表l:实施例涂料与现有涂料的成分对比No.涂层成份组合金各成份重量重量％材质NiCoCrAlTaY其他H血添加相1Cr203-Y203Fe-Ni70Fe:308015Cr203-5Y203比较例2AI203+CoCrAIYTa50301527525A1203比较例AI203+CoCrAIYTa5535了217030A12O3比较例4CoCrAl-Al203-Cr20365306520A12O3,15Cr2O3比较例CoCrAlY-CrB2-A1203702531.50.57515CrB2,10A12O3比较例6CoCrAlY-CrB2陶瓷粉末682010117030CrB2比较例7CoCrAlY-ZrB2陶瓷粉末751680.80.28020ZrB2本发明8CoCrAlY-ZrB2陶瓷粉末7418■70.70.38218CrB2本发明9CoCrAlY-ZrB2陶瓷粉末781380.60.48416CrB2本发明10CoCrAlY-ZrB2陶瓷粉末751680.80.28515ZrB2本发明11CoCrAlY-ZrB2陶瓷粉末77175.30.60.18020ZrB2本发明注No.1中"其他"为Fe含量，No.511的"其他"为不可避免的不纯物如图1所示，l是炉辊基体，2是喷涂层料CoCrAlY-(ZrB2陶瓷)，3是封孔处理生成Cr203膜，4是高温烧制形成Al203+少量0203膜。在涂料2喷涂层的空隙上用封孔剂进行封孔处理3，封孔处理后将炉温继续升高，将处理后的涂层实现烧制4，形成抗氧化保护膜，喷涂层表面已经被八1203全部覆盖，Al203膜厚可以达到30iim，Al203提高了炉辊表面喷涂材料的抗氧化性及硬度。在Al203表面很难形成铁、锰等金属的结瘤物。表2:本实施例材料经后处理与现有材料的实验效果对比<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注抗结瘤值MN越大，抗结瘤性能越好。从表2中可以看出，比较例l，2，3爆炸喷涂的各方面性能还是比较好的，但是这种喷涂方法的最主要弱点有两个1、爆炸喷涂的效率较低，一般爆炸频率不超过4-10次/s，这会在辊面造成明显的条纹痕迹，辊面的条纹会复制到带钢表面，无法满足高质量的带钢生产。该缺陷称为"Pop-Mark"。2、爆炸喷涂表面产生的A:U03并不是很多，其大量的Al203生成主要依赖辊子在炉内高温使用时，慢慢析出。这种方式在高温段(炉温8501000°C)适用，但是在低温段(炉温450650。C)无法形成Al203保护膜。因此不能使用在低温区域。比较例6可以看出，气孔率比较高，抗结瘤值MN小于实施例。在实施例7中，喷涂材料成份选用表1,但是后处理无，结果显示抗结瘤性差。在实施例8中，喷涂材料成份选用表1，但是后处理只进行了高温烧制，涂层空隙率还是比较大。在实施例9、10、11中，喷涂材料成份选用表l，后处理采用了封孔及高温烧制，结果显示抗结瘤性较好，空隙率较小。实际使用结果实施例在退火炉内高低温区域连续使用2年都未发生结瘤现象，而比较例在高温段使用实绩与本实施例基本一致，但是在低温区域使用3个月不到，就产生严重铁、锰结瘤。权利要求1.一种连续退火炉炉辊表面涂层，其特征在于重量百分配比为金属混合物CoCrAlY80～85％ZrB215～20％其中Co、Cr、Al、Y中各元素占金属混合物CoCrAlY的重量百分配比为Co70～80％，Al5～10％，Cr10～20％，Y0.1～0.8％。2.如权利要求1所述的连续退火炉炉辊表面涂层的后处理方法，其特征在于包括如下步骤-1)炉辊表面喷涂后将封孔剂溶液均匀的涂在喷涂后的辊面上，对炉辊表面涂层空隙进行封孔；2)在50060CTC的炉内烧制57小时。3.如权利要求2所述的连续退火炉炉辊表面涂层的后处理方法，其特征在于还包括步骤3)在封孔处理后将炉温升高至900°C1000°C，连续加热3035小时。4.如权利要求2或3所述的连续退火炉炉辊表面涂层的后处理方法，其特征在于所述步骤1)中，封孔剂为浓度510%铬酸Cr03或铬氨酸(NH4)2Cr04或重铬氨酸(NH4)20~207溶液的中的任意一种。全文摘要本发明公开了一种连续退火炉炉辊表面涂层及其后处理方法，涂层材料由金属混合物及ZrB<sub>2</sub>(陶瓷)组成，其成份如下(重量百分比)金属混合物CoCrAlY80～85％，ZrB<sub>2</sub>(陶瓷)15～20％，其中Co、Cr、Al、Y中各元素占金属混合物CoCrAlY的重量百分配比为Co70～80％，Al5～10％，Cr10～20％，Y0.1～0.8％(Al与Cr之和≤30％)。炉辊喷涂后，对涂层空隙进行封孔处理和封孔处理后涂层继续高温烧制的方法。本发明提高了退火炉各炉温段抗结瘤性。表面封孔处理，消除了喷涂层之间的空隙。高温烧制后在辊面涂层上形成了更致密的保护膜，提高了涂层抗铁、锰结瘤性。文档编号C04B41/51GK101654377SQ20081004198公开日2010年2月24日申请日期2008年8月22日优先权日2008年8月22日发明者何建锋,鲁王,陈东畏申请人:宝钢新日铁汽车板有限公司