一種鐵基釺料的超薄帶連鑄製備方法與流程
2024-02-27 22:14:18
本發明涉及焊接材料與冶金領域，具體是關於一種基於雙輥連鑄技術的鐵基薄帶釺料的製造方法。
背景技術：
近年來工業上使用的不鏽鋼鋼種從奧氏體系過渡到鐵素體系，在這一狀況下，目前釺焊不鏽鋼所用的鎳基釺料在用於鐵素體系不鏽鋼基材時，釺焊後的基材的組織粗大，釺焊部件的強度降低。該組織粗大化在於鎳基釺料的所含的Cr含量，當Cr元素所佔的重量百分比低於20％時組織粗大化的現象得到明顯改善。另外，由於近年來鎳錠和鉻錠的價格上漲，鎳釺料的價格隨之上升，釺焊材料市場特別渴望一種降低了鎳含量或其他低造價釺料種類的研製開發，但鎳元素作為鎳基釺料的重要元素，其釺焊接頭具有良好的耐蝕性和高溫抗氧化性，其含量的降低是有限的。
鐵基釺料作為一種新型高溫釺料，在不鏽鋼表面具有良好的潤溼性，以及高的接頭強度和高溫耐蝕性，其價格遠遠低於鎳基釺料。該釺料可以廣泛適用於不同類型的換熱器和催化轉換器，這將比傳統的鎳基釺料節省大約30％-40％的成本。市面上現有的鐵基釺料主要以粉末或者膏狀的物理形態存在，在應用於廢氣再循環系統(Exhaust Gas Recirculation，EGR)等設備時工藝操作性較差，用量難以精確控制，這都會造成不必要的浪費，提高生產成本。為此，企業對薄帶狀、片狀釺料提出了強烈需求。
薄帶成型技術有多種工藝，常規的薄帶釺料製備方法是經過鑄錠、擠壓、多道軋制、退火等一些列複雜步驟製作而成，這種製備方法的缺點是對熱軋機的軋制性能要求很高，傳統熱軋機無法滿足，其次是要經過多道工序，增加了生產成本。而雙輥連鑄利用了兩個旋轉的結晶輥將熔態金屬直接澆鑄成薄帶，可省去高溫加熱和熱軋過程等工序，是一種值得推廣的的短流程近終成型技術，具有環保、節能、低成本等優點。雙輥連鑄具有 使熔態釺料快速凝固的特點，其高達102-104℃/s的冷卻速度遠遠大於常規連鑄厚板坯的冷卻速度，能夠充分發揮快速凝固技術的優越性，目前已應用於矽鋼、電工鋼、鑄鐵等難加工材料的製備過程。利用兩個旋轉的結晶輥可在一定程度上對熔態釺料實現雙面定向凝固，能獲得具有發達柱狀晶組織的鐵基薄帶。與傳統連鑄工藝相比，雙輥連鑄製備鐵基釺料具有以下優點：(1)凝固的同時完成軋制過程，可以省去投資巨大的開坯等步驟，簡化生產工序、節約能源、保護環境，極大地縮短生產流程，提高勞動生產率。據相關報導，使用雙輥連鑄工藝技術所需原材料每噸平均支出僅為傳統工藝的50％，佔地面積僅為傳統工藝的24％，所需勞動定員為傳統工藝的13％；(2)熔態釺料合金在雙輥間的快速凝固促進亞穩相的形成，擴大了固溶度，細化了組織，從而大大改善材料性能；(3)鐵基釺料急冷凝固的特點與雙輥連鑄工藝相匹配。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種基於雙輥連鑄技術的鐵基薄帶釺料的製造方法，利用其短流程，近終成型的特點有效提高生產效率，同時減少傳統釺料造成的不必要浪費。
實現本發明目的的技術方案是：
一種鐵基釺料的超薄帶連鑄製備方法，其特徵在於：將熔煉好的熔態釺料的溫度控制在1560-l630℃之間，所述的熔態釺料的成分為Cr：12-25wt％，Ni：10-25wt％，Ni和Cr總質量分數控制在25％-45％之間，Si：3-5wt％，P：2-6wt％，Si和P總質量分數控制在3％-8％之間，Cu：3-10wt％，餘量為Fe；將其澆注在中間包內，熔態釺料經中間包流入兩個旋轉的-結晶輥和側封板組成的空腔內，從結晶輥導出厚度為1.67-1.95mm寬度為200mm的鑄帶，鑄帶經在線切邊處理後卷取，然後將鑄帶卷在空氣中冷卻至200-300℃後進行溫軋，經硫酸酸洗後得到厚度為0.80-1.20mm的薄帶，再進行退火處理後得到鐵基薄帶釺料產品。
所述的熔煉好的熔態釺料的溫度控制在1560-l630℃之間；
所述的兩個結晶輥旋轉的線速度為20-30m/min；
所述的退火處理的退火溫度為600-750℃，退火時間為0.5-3min；
所述的溫軋過程的變形量為30-59％；
將熔態釺料澆注在中間包內時需控制熔態釺料的溫度，熔態釺料的溫度過高，易於導致漏鋼事故；熔態釺料的溫度過低，易於造成軋卡事故。
連鑄過程中，結晶輥的轉速過快或過慢都會對連鑄過程的穩定性造成影響。
鑄帶卷在空氣中必須冷卻至200-300℃後進行溫軋，如果溫度過低，鑄帶的塑性較差，在軋制過程中易於發生裂紋。如果溫度過高，鑄帶表面氧化嚴重，加重了後續的工序的負荷。對鑄帶進行溫軋的目的是改善鑄帶的塑性、板形及表面質量。
本發明的優點在於：
(1)本發明所製備的鐵基釺料，一方面減少了釺焊不鏽鋼時所用鎳的量，大大降低了生產成本；相對於市面上現有的鐵基膏狀釺料使用方便，節省了生產成本；
(2)本發明所採用的製備方法，省去了許多傳統製造工序，極大地縮短了生產流程，提高了勞動生產率；前期投資少，設備佔用面積小，所需的勞工人員少；
(3)本發明的製備工藝有利於組織細化，改善了鐵基薄帶釺料的性能。
附圖說明
圖1本發明的超薄帶連鑄製備鐵基薄帶釺料的工藝流程示意圖。其中，1：釺料熔體，2：中間包，3：過渡段，4：噴嘴，5：鑄造輥，6：熱軋機架7：冷卻臺，8：剪切部位，9：可控氣氛，10：第一夾送輥，11：第二夾送輥，12：卷取機
具體實施方式
本發明的基於雙輥連鑄技術製備鐵基薄帶釺料的工藝流程如圖1所示。其工藝過程為：中頻真空感應爐內的熔態釺料達到設定溫度後澆入中間包內，中間包內的熔態釺料再流入由兩個旋轉的結晶輥和側封板組成的空腔內形成熔池，熔池內的熔態釺料與結晶輥接觸並形成凝殼，隨著金屬熱量不斷地被結晶輥導出，熔態釺料繼續凝固，形成鑄帶，鑄帶經氣霧冷卻裝置冷卻後，經圓盤剪切邊，由卷取機卷取後得到鑄帶卷，鑄帶卷在空氣中冷卻至設定溫度後經溫軋機溫軋，酸洗後經退火工藝完成退火得到鐵基薄帶釺料。
實施例1
利用真空感應爐冶煉成分為Fe：54wt％，Cr：12wt％，Ni：20wt％，Si：4wt％，P：5wt％，Cu：5wt％的合金熔體，控制熔態釺料溫度為1580℃，將其澆注入中間包，熔態釺料經中間包流入兩個以線速度25m/min旋轉的結晶輥和側封板組成的空腔內形成熔池，熔態釺料與結晶輥接觸發生凝固，從結晶輥導出厚度為1.67mm，寬度為200mm的鑄帶，鑄帶經在線切邊處理後卷取，然後將鑄帶卷在空氣中冷卻至280℃後進行溫軋，溫軋變形量為40％，經20％(體積分數)硫酸酸洗後得到1.00mm厚的薄帶，再將薄帶在700℃條件下退火2min，得到鐵基薄帶釺料產品。
實施例2
本實施例與實施例1不同的是：合金熔體的成分為Fe：37wt％，Cr：20wt％，Ni：25wt％，Si：5wt％，P：3wt％，Cu：10wt％。控制熔態釺料溫度為1630℃，將其澆注入中間包，熔態釺料經中間包流入兩個以線速度20m/min旋轉的結晶輥和側封板組成的空腔內形成熔池，熔態釺料與結晶輥接觸發生凝固，從結晶輥導出厚度為1.71mm，寬度為200mm的鑄帶，鑄帶經在線切邊處理後卷取，然後將鑄帶卷在空氣中冷卻至 300℃後進行溫軋，溫軋變形量為30％，經20％(體積分數)硫酸酸洗後得到1.20mm厚的薄帶，再將薄帶在600℃條件下退火0.5min，得到鐵基薄帶釺料產品。
實施例3
本實施例與實施例1不同的是：合金熔體的成分為Fe：69wt％，Cr：15wt％，Ni：10wt％，Si：1wt％，P：2wt％，Cu：3wt％。控制熔態釺料溫度為1560℃，將其澆注入中間包，熔態釺料經中間包流入兩個以線速度30m/min旋轉的結晶輥和側封板組成的空腔內形成熔池，熔態釺料與結晶輥接觸發生凝固，從結晶輥導出厚度為1.95mm，寬度為200mm的鑄帶，鑄帶經在線切邊處理後卷取，然後將鑄帶卷在空氣中冷卻至200℃後進行溫軋，溫軋變形量為59％，經20％(體積分數)硫酸酸洗後得到0.80mm厚的薄帶，再將薄帶在750℃條件下退火3min，得到鐵基薄帶釺料產品。
實施例製備的鐵基薄帶釺料，①實現了使用鐵金屬代替昂貴的鎳金屬，經過成本計算，使用本生產流程製備的鐵基薄帶釺料每噸比商用BNi-2釺料降低了30％-40％的成本；②實施例製備的鐵基薄帶釺料外觀成型均勻，韌性較好，折彎180°不發生斷裂；③製備過程省去了冷軋、塗層處理等傳統製造工序，因此縮短了生產流程，提高了勞動生產率，且釺料的製備省去了許多傳統製造工序，縮短了生產流程，提高了勞動生產率。