板坯结晶器铜板材料及表面镀层技术的发展

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1、板坯结晶器铜板材料及表面镀层技术的发展盛桂军，唐贤军，王宝国，李颖，许文（济南钢铁集团总公司装备部，山东济南250101）摘　要：板坯结晶器的功能分析出发，结合国内板坯结晶器的应用情况，介绍了板坯结晶器铜板材料和铜板表面镀层技术的发展。关键词：板坯结晶器；铜板；镀层技术中图分类号：TQ153　　文献标识码：B　　文章编号：1004-4620（2004）06-0023-02DevelopmentofSlab-crystallizerandCoatedTechnologySHENGGui-jun,TANGXian-jun,WANGBao-guo,LIYing,XUWen(TheEqui

2、pmentDepartmentofJinanIronandSteelGroupCorporation,Jinan250101,China)Abstract：Startingfromthefunctionanalyzingofslab-crystallizer,introducesthedevelopmentofslab-crystalizermaterialsandcoatedtechnology,combinedwiththedomesticapplicationofslabcrystallizer.Keywords：slab-crystallizer;sheetcopper;

3、coatedtechnology1前言　　近年来连铸技术发展迅速，不同钢种的连续铸造、自动调宽、无缺陷高温出坯等技术的成熟使热装炉、热直送工艺成为现实。随着新技术的应用，连铸结晶器所处工作条件越来越严酷，功能要求越来越严密。图1表示了连铸工艺的发展对结晶器三种基本功能的严格要求。在结晶器软夹紧结构出现的同时，对铜板的材料及表面镀层也有了更新的要求。图1连铸工艺的发展对结晶器功能的要求2结晶器铜板材料2.1银铜板材料　　纯铜板适合于低速连铸机（Vg不大于1m/min）的结晶器表面温度低于230℃的情况。要提高纯铜板的材料强度可在室温下进行塑性加工（即冷作硬化法）使其内部残留内应力，但

4、在230℃以上温度下长时间工作时内应力将消失，材料强度也将明显下降。添加Ag后软化温度可升至350℃。2.2析出硬化型结晶器铜板材料　　析出硬化型材料是添加了Cr、Zr、Be、Mg、Ni等元素，使其通过热处理被析出硬化。与银铜板相比，析出硬化型材料的强度和硬度都有明显提高，它具有高温下导热率高、强度高，不易蠕变变形，改善波浪变形等优点。这种材料使用在较高速度的连铸机（Vg大于1m/min）的结晶器上，软化温度可达550℃。CCM-B、CCM-A（铬锆铜）目前应用较广。CCM-A是在CCM-B的基础上，增加冷变形工序，使材料热处理时的析出能增加，沉淀析出物更加细小、弥散，机械性能优于

5、CCM-B。铬锆铜板在板坯连铸结晶器上已基本取代了银铜板，济南钢铁股份有限公司第一炼钢厂（简称济钢第一炼钢厂）在板坯连铸结晶器宽边铜板上使用CCM-B，在窄边铜板上使用CCM-A。3结晶器铜板镀层技术的发展　　尽管在铜板的材料方面作了很多努力，使高温强度及硬度都有很大提高，但始终未能很好地解决高温浇铸时Cu离子的扩散渗入、结晶器下部的耐摩损、开浇时喷溅等问题。解决这些问题的有效办法是铜板表面的镀层。结晶器镀层所要求的功能可归纳为耐喷溅性、耐热龟裂性、耐剥落性、高散热性及结晶器下部的耐摩耗性和耐腐蚀性。图2表示了电镀层材料及其工艺发展和存在的问题。图2结晶器电镀法镀层发展过程3.1镀

6、Cr层　　镀层研究初期，从耐摩性和耐喷溅性出发采取了镀Cr层。Cr表面形成的极薄一层氧化膜对开浇时产生的飞溅钢水粒被凝固后的脱落是很有益的。但是镀层较厚时容易剥落，可采用0.06～0.10mm左右厚的镀层。3.2Ni+Cr复合镀层　　为了解决镀层厚度采用了Ni+Cr复合镀层。由于Ni的热膨胀系数接近于Cu，剥离问题大大改善，厚度增加。Ni解决了附着力和厚度问题，Cr解决了喷溅性和表面硬度问题。为了解决Ni热传导率较差问题，引入了斜面层工艺，弯月面处的Ni层厚度可控制在0.2mm左右，出口处Ni层厚度控制在3mm左右。试用表明，Cr层极薄，较厚Ni层又很软，未能圆满解决结晶器下部耐摩

7、耗问题。一方面由于浇铸速度的提高，较薄的坯壳在铁水静压力作用下紧贴于铜板表面，增加了机械摩擦负荷；另一方面，无缺陷铸坯工艺对结晶器形状精度的要求越来越严格，结晶器更换周期取决于下部摩耗量。3.3Ni-Fe镀层　　在Ni中加入Fe或加入W和Fe时，镀层的硬度明显提高。随成分不同可控制不同硬度值，见图3、图4。Ni-Fe镀层首先由日本野村镀金株式会社开发，取名为TAP镀层，有如下特点：按Fe含量不同，可调节硬度在HV250～550范围内。高温强度（400℃）是Ni的2.5