結晶器銅板電鍍鍍層設計與控制概述

陳中輝

【摘 ?要】結晶器銅板是連鑄機的核心部件，結晶器銅板電鍍鍍層質量對鋼廠過鋼起著至關重要作用，其鍍層性能優劣是決定結晶器壽命的重要因素。銅板鍍層由最初鍍鉻、鎳鉻、鎳鐵合金，逐步發展廣泛應用于生產的鎳鈷合金。但是好的性能鍍層，如不能進行合理的鍍層設計和控制，其優良的使用性能也難以發揮出來，銅板噸鋼數達不到要求，給供求雙方帶來較大的經濟損失，可見結晶器銅板鍍層合理化設計和控制是結晶器生產廠家提高結晶器銅板鍍層使用壽命的關鍵所在。作為一名表面處理工作者，本論文針對鎳鈷與鈷鎳合金鍍層、鍍層應力處理、梯度鍍層等設計與控制做了深入的論述，以為我國電鍍事業的發展和完善做一點理論方面的探索。

【關鍵詞】鍍層設計;梯度鍍層;組箱鍍;鈷鎳合金;結晶器銅板

一、結晶器銅板電鍍鍍層現狀

目前從各大結晶器銅板電鍍企業和鋼廠反饋統計上看，結晶器銅板電鍍鍍層存在很多不足之處。主要表現在：鍍層不耐磨、脆性大、應力大導致的鍍層使用壽命周期短;效率低、施鍍周期長;施鍍金屬價格昂貴，成本高。針對結晶器銅板電鍍鍍層目前存在的諸多不足，詳細論述四種關于結晶器銅板電鍍鍍層設計與控制方面的方式方法。具體如下：

二、鎳鈷合金鍍層設計

鋼廠拉鋼數據表明，設計良好的鍍層應該具備高強度、高耐磨性、抗熱疲勞、強耐腐蝕性能。目前國內結晶器銅板鍍層應用最廣的是鎳鈷合金鍍層，電鍍鎳鈷合金溶液一般為氨基磺酸鹽鍍鎳鉻溶液中加鈷鹽。溶液配方具體為：氨基磺酸鎳：400 g/L;氯化鎳：8-12 g/L;硼酸：40 g/L;PH：4-5;溫度：52-60℃。

鈷含量對鎳鈷合金的硬度有很大的影響。在生產中不斷探索前行中，我們不斷地對鍍槽鍍液中鈷量、鍍層鈷含量和相應鍍層硬度的試驗數據進行統計分析得出：一是在鍍液其它成分濃度不變情況下，鍍液鈷鹽濃度與鍍層鈷含量近乎成正比關系：鍍液Co2+為1.0g/L時，鍍層含鈷量可達8%;鍍液Co2+為3.0g/L時，鍍層含鈷量可達18%;鍍液Co2+為6.0g/L時，鍍層含鈷量可達30%以上。二是鍍層硬度隨著鈷含量增加而成增加趨勢，具有正相關性。即鍍層鈷含量在7%以下時硬度能達到250HV，鍍層鈷含量到10%時硬度能達到300 HV，當鍍層鈷含量達到15%時硬度能達到380HV。數據統計表明在一定范圍內鍍層的硬度隨鈷含量的增加而增加，然而鍍層硬度的增加對結晶器銅板鍍層的設計是有益的。具體硬度增加的原因分析是溶質Co含量的增加使鎳鈷合金固溶體的強度增加，塑性和韌性降低，即產生固溶強化作用機理。在生產過程中，根據鋼廠對拉鋼量的要求保證槽液中鈷鹽濃度在一定的量，可得到成分均勻的鍍層，達到鍍層設計的目的。同時考慮高鈷成本，建議可把鎳鈷合金鍍層中的鈷含量控制在15%—20%的范圍內，可通過一定的分析設備手段對鍍槽溶液濃度給予嚴格的控制，達到對鍍層含量的準確把握。

三、鈷鎳合金鍍層設計

目前，隨著煉鋼技術的發展，結晶器鍍層材料越來越向高強度、高耐磨性方面發展。為了進一步提高鍍層的耐磨性，提高結晶器銅板的使用壽命，國內相繼發展了Ni-Co鍍層和Co- Ni鍍層，Co-Ni鍍層的使用性能更好。在國內大板坯結晶器上有使用（寶鋼板坯連鑄機寬邊銅板），一次使用壽命可過鋼20萬噸。

國內已有成型的鈷-鎳合金電鍍工藝，但是由于技術壁壘的存在，這方面鍍層技術的交流推廣還需很長時期。因鍍層鈷量在80%-95%，投入成本大，可作為一種新工藝方面的技術儲備滿足市場的更高需求，也可適時推入市場，市場潛力巨大。鈷-鎳合金電鍍是一種高鈷低鎳的電鍍體系，這種體系中，較高的鈷含量能大大的提高鍍層的耐磨性與抗腐蝕能力，鍍層有良好的熱硬性和低應力，使得銅板的使用壽命大大提高。當合金鈷含量控制在90%以上某個范圍時同時具備良好硬度和韌性，此時的鈷鎳合金適合用于結晶器銅板高硬度耐磨功能性鍍層的設計使用。通過專用鈷鎳合金鍍液配方和復合型陽極裝置電鍍出的結晶器銅板鍍層可以滿足15萬噸以上的過鋼量，所以鈷鎳合金鍍層新技術是今后應用的一個大方向。

四、鍍層弱化應力的設計

結晶器銅板鍍層應力大一直是困擾鍍層質量方面的因素。無論是小于20%的低鈷和大于80%的高鈷鍍層，均存在著應力，即使電鍍體系中其它一點添加劑都不加入，在鍍鎳層引入鈷也會使合金鍍層的內應力增大，脆性增大。為了有效減少鍍層中的應力可對電鍍鍍層進行如下的設計和控制。首先，在鍍層設計時要嚴格控制好鈷含量，鈷含量控制在15%—20%的范圍內較理想。其次，根據電鍍過程通電量與合金鍍層拉應力之間的關系，可在電鍍開始一段時間內不往鍍液中添加鈷，隨著電鍍通電量的增加再添加鈷，這種控制方法利于鍍層初始階段的應力減少控制，增加鍍層的結合力。最后，經過適當的熱處理使得應力得以釋放，雖然通過熱處理合金硬度會有一定程度的降低，但卻在降低合金沉積層應力的同時，使鍍層的延伸率得到提升，達到結晶器銅板鍍層設計的目的。對鎳鈷體系電鍍的銅板進行熱處理，消除鍍層應力熱處理條件：溫度250±10℃，時間2小時。

五、梯度鍍層設計

用兩塊銅板面向直接組成鍍槽（另外兩面用堵板封死）進行的電鍍工藝稱為“組箱鍍”。根據銅板鍍層厚度的梯度要求，在電鍍生產過程中可采用降低液面的方式，獲得上薄下厚的鍍層，能夠滿足銅板鍍層厚度要求;同時可大大降低電鍍成本，鈷鹽的市場價比鎳鹽市場價要貴出50元/公斤。另外通過控制銅板上口鍍層厚度，也明顯減少上鍍鎳材料消耗，同時減少鍍層后續去除機加費用，提升機加效率。

在低應力電鍍溶液體系電鍍可控式Ni-Co合金鍍層，采用套管裝置控制液面以此設計出上薄下厚的鍍層，上部控制在1-3mm，下部控制在2-4mm左右。如能在板材基體上數銑加工出與之配合的階梯式形狀，更有利上下鍍層厚度的控制，銅板基體的加工形狀設計在此不作贅述;隨著通電量的累積，通過提高鈷鹽滴定量使得鍍層鈷含量在銅板上有更多的沉積。達到內少外多，上少下多的鈷含量控制，在時間和空間上均達到了不同鈷含量鍍層設計。

上部較薄的含鈷低的鍍層其硬度低、韌性好，有效防止銅板在彎月面附近產生熱裂紋;下部較厚的含鈷多的外部鍍層其硬度高、耐磨性好，大大提高了銅板的使用壽命。針對部位鍍層進行不同的厚度和硬度設計，電鍍出低應力鎳鈷合金鍍層，既提升使用性能很好地保證了質量，又延長使用壽命，同時大大地降低了生產成本，面對現如今嚴峻的市場形勢，降本增效對企業的生成經營將會做出積極貢獻。

參考文獻：

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[4]方克明，張宏杰等.連鑄機結晶器銅板用Ni-Co合金鍍層的探討.連鑄，2003.

作者簡介：

男，1980年出生，大學本科學歷，2005年畢業于佳木斯大學金屬材料工程與科學學院，2005-2013年工作于“秦皇島首鋼長白結晶器有限責任公司表面處理廠”，目前工作于“北京美中雙合醫療器械股份有限公司”。