專利名稱：鋼坯加熱爐用復合墊塊及其制作工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種軋鋼廠軋前鋼坯加熱爐用的墊塊及其制作工藝。尤其是一種鋼坯加熱爐用復合墊塊及其制作工藝。
步進梁式鋼坯加熱爐的爐底支承梁上成排地固定著圓柱形墊塊(button)或滑軌形墊塊(skid button)，所述墊塊是支承被加熱鋼坯并保證鋼坯加熱質(zhì)量的關鍵部件。在工作中所述墊塊要承受高溫和鋼坯在其上運動的壓力、沖擊力和摩擦力。目前在加熱爐的加熱段和均熱段所用的墊塊普遍采用鈷合金材料整體制成。鈷合金材料成本極高。為了降低設備成本，人們試圖用兩種材質(zhì)制成復合墊塊，將墊塊分為上、下兩部分，上部分稱為墊塊頭，仍用鈷合金制作，下部分稱為墊塊座，采用成本較鈷合金低的耐熱鋼制造。墊塊頭和墊塊座是通過機械結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)在一起的，這種機械結(jié)構(gòu)聯(lián)接墊塊頭和墊塊座的復合墊塊有如下缺陷1、整體剛性差，通過機械結(jié)構(gòu)聯(lián)接組成的復合墊塊在工作中上下兩部分之間在加熱爐內(nèi)的高溫及鋼坯的重載的反復作用下會產(chǎn)生位移，甚至造成墊塊頭松動脫落的事故。
2、墊塊頭超溫毀壞，通常加熱爐內(nèi)的爐氣溫度高達1300-1450℃，由于機械配合存在的間隙使墊塊頭和墊塊座之間有一高熱阻區(qū)，工作中墊塊頭上的熱量不能順利通過墊塊座傳走，墊塊頭常因溫度過高而嚴重變形或毀壞。
因此，這種機械結(jié)構(gòu)聯(lián)接的復合墊塊未能廣泛使用。
本發(fā)明的目的在于改進現(xiàn)有技術的不足，提供一種整體剛性好、金屬連續(xù)、使用壽命長的鋼坯加熱爐用復合墊塊，進一步的目的是提供制作上述復合墊塊的工藝方法。
本發(fā)明涉及的鋼坯加熱爐用復合墊塊是這樣設計的復合墊塊包括有墊塊頭和墊塊座兩部分，所述墊塊頭和墊塊座上下相疊設置，其相鄰面之間設冶金結(jié)合連接層。
對于圓柱體形狀復合墊塊，所述墊塊頭和墊塊座的相鄰面可以分別制成凸出的回轉(zhuǎn)體凸臺加與之相匹配的內(nèi)凹回轉(zhuǎn)面的凹坑構(gòu)成同軸的凹凸狀互相嵌套的結(jié)構(gòu)；例如圓柱體凸緣和圓柱面凹坑匹配，圓錐體凸緣和圓錐面凹坑匹配，所述墊塊頭和墊塊座的相鄰面也可以是兩個平面；在與所述軸線垂直或相交的相鄰面上設有圓錐面、圓環(huán)面或平面的所述的冶金結(jié)合連接層。當且僅僅當所述的墊塊頭和墊塊座之間相鄰面上的冶金結(jié)合連接層為環(huán)狀時，所述的冶金結(jié)合連接層的面積所占據(jù)的墊塊的橫截面積至少為50％。所述的冶金結(jié)合連接層可以通過磨擦焊接的方法獲得。
利用摩擦焊接使所述墊塊頭和墊塊座的相鄰面之間形成冶金結(jié)合連接層的過程如下1、將所述墊塊頭和墊塊座的所述相鄰面相對地其中之一件固于摩擦焊接機械的旋轉(zhuǎn)夾具上，將另一件同軸地固于摩擦焊接機械的平移夾具上。
2、讓旋轉(zhuǎn)夾具旋轉(zhuǎn)起來，使其上部件獲得500-1000rpm的轉(zhuǎn)速，將平移夾具上的部件移向旋轉(zhuǎn)的部件并施以80～210Mpa的軸向水平壓力使所述墊塊頭和墊塊座的相鄰的垂直或相交于軸線的相鄰面之間摩擦，當摩擦發(fā)熱使兩相鄰面被加熱到塑性-半熔融狀態(tài)時，剎車使旋轉(zhuǎn)夾具停轉(zhuǎn)，同時在平移夾具上施以100～250Mpa的大于前述摩擦生熱時的壓力使所述墊塊頭和墊塊座的相鄰面合攏形成所述的冶金結(jié)合連接層。
3、將通過所述冶金結(jié)合連接層結(jié)合在一起的復合墊塊作退火處理。
通過上述步驟即可得到本發(fā)明提供的復合墊塊。
通過上述摩擦焊接方法得到的復合墊塊的冶金結(jié)合連接層的金相組織為致密的鍛造組織，其高溫機械性能與用單一鈷合金Co-50或Co-40制的墊塊相同。例如，單一鈷合金Co-50或Co-40制墊塊在1000℃時的σb為140Mpa或120Mpa,δ5為40％或36％。而用Co-50或Co-40制墊塊頭，用改型的ZGCr28Ni48W5G制墊塊座的復合墊塊用上述摩擦焊接的方法形成其間的冶金結(jié)合連接層后，這種復合墊塊在1000℃時的σb為145Mpa或122Mpa，δ5為45％或43％，在加熱爐內(nèi)工作時墊塊頭頂端的溫度與單一鈷合金制整體墊塊頂端的溫度相當。
本發(fā)明提供的制作上述復合墊塊的工藝使得到的冶金結(jié)合連接層組織致密，晶粒大小均勻，雜質(zhì)含量低，不易產(chǎn)生氣孔和各種缺陷，高質(zhì)量的冶金結(jié)合連接層將昂貴的鈷合金等材料制的墊塊頭和用成本較低的耐熱鋼制的墊塊座牢固地連接為一金屬連續(xù)的剛性的整體。與現(xiàn)有機械結(jié)合在一起的復合墊塊相比大大提高了該種復合墊塊的整體剛性，解決了現(xiàn)有復合墊塊在工作中受到鋼坯的動、靜載荷的反復作用而產(chǎn)生位移甚至松動脫落的問題，同時冶金結(jié)合連接層連接的復合墊塊的傳熱性能與單用鈷合金等耐熱合金昂貴材料制成的整體墊塊的傳熱性能相當，在大大降低了墊塊成本的前提下確保墊塊頭上的溫度高低適當，解決了現(xiàn)有復合墊塊因機械結(jié)合聯(lián)接使墊塊頭和墊塊座之間有空隙層而傳熱性能極差，造成墊塊頭上過熱而嚴重變形或被毀壞的問題，提高了墊塊頭的使用壽命。因此，本復合墊塊具有整體剛性好，機械強度和傳熱性能與單一用高性能耐熱合金制整體墊塊相當，使用壽命長的優(yōu)點，在生產(chǎn)中推廣使用可以大大節(jié)省稀缺昂貴金屬材料和明顯降低成本。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。


圖1通過摩擦焊接方法得到的本發(fā)明提供的圓柱體形狀復合墊塊的結(jié)構(gòu)示意圖2制作如圖1所示的復合墊塊的工作過程示意圖。
實施例如圖1、圖2所示，在用耐熱鋼ZGCr28Ni48W5G制的墊塊座2的端面2-1上制有一位于其中心的圓柱體形狀凸臺2-2，在用鈷合金Co-50制的墊塊頭1的端面1-1上制有與凸臺2-2同軸的且大小相匹配的凹坑1-2，在凹坑1-2的底部設有一大于凹坑直徑的環(huán)槽1-3。將墊塊頭1固定于可旋轉(zhuǎn)的夾具3上，旋轉(zhuǎn)夾具3使其轉(zhuǎn)速達到850rpm，在夾具4上施加128Mpa的軸向水平壓力使墊塊座2和墊塊頭1的相鄰端面發(fā)生摩擦并產(chǎn)生熱量，當摩擦面被加熱到塑性-半熔融狀態(tài)時剎車使夾具3停轉(zhuǎn)，同時，使夾具4上的軸向水平壓力增到150Mpa，使墊塊頭1壓向墊塊座2，塑性-半熔融狀態(tài)的金屬使墊塊頭1和墊塊座2端面之間形成冶金結(jié)合連接層5，冶金結(jié)合層5并進入墊塊頭1的環(huán)槽1-3中使連接更加牢固。墊塊座2的凸臺2-2的高度也可以低于墊塊頭1的凹坑1-2，這樣在摩擦焊接時只有一個圓環(huán)狀相鄰面接觸，產(chǎn)生出環(huán)狀冶金結(jié)合連接面，這時的冶金結(jié)合連接面的面積占墊塊橫截面積的60％。
權利要求
1.一種鋼坯加熱爐用復合墊塊，包括有墊塊頭和墊塊座兩部分，所述墊塊頭和墊塊座上下相疊設置，其特征在于所述墊塊頭和墊塊座的相鄰面之間設有冶金結(jié)合連接層。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋼坯加熱爐用復合墊塊，其特征在于所述復合墊塊為圓柱體形，所述的墊塊頭和墊塊座之間的相鄰面分別制成一個凸出的回轉(zhuǎn)體凸臺和一個與所述凸臺相匹配的內(nèi)凹回轉(zhuǎn)面的凹坑構(gòu)成同軸的凹凸狀互相嵌套的結(jié)構(gòu)，在所述嵌套結(jié)構(gòu)中與所述凸臺和凹坑的軸線垂直或相交的所述相鄰面上設有所述冶金結(jié)合連接層。
3.根據(jù)權利要求2所述的鋼坯加熱爐用復合墊塊，其特征在于所述墊塊頭和墊塊座之間的凸臺和凹坑制成互相匹配的圓錐面、圓環(huán)面或平面形狀的同軸回轉(zhuǎn)面，所述的相鄰面上設有圓錐形、環(huán)面或平面的所述的冶金結(jié)合連接層。
4.根據(jù)權利要求3所述的鋼坯加熱爐用復合墊塊，其特征在于所述環(huán)形的所述冶金結(jié)合連接層所占據(jù)的墊塊的橫截面積至少為50％。
5.根據(jù)權利要求1所述的鋼坯加熱爐用復合墊塊的制作工藝，其特征在于(1)、將所述墊塊頭和墊塊座的所述相鄰面相對地其中之一件固于摩擦焊接機械的旋轉(zhuǎn)夾具上，將另一件同軸地固于摩擦焊接機械的平移夾具上。(2)、讓旋轉(zhuǎn)夾具旋轉(zhuǎn)起來，使其上部件獲得500-1000rpm的轉(zhuǎn)速，將平移夾具上的部件移向旋轉(zhuǎn)的部件并施以80～210Mpa的軸向水平壓力使所述墊塊頭和墊塊座的相鄰的垂直或相交于軸線的相鄰面之間摩擦，當摩擦發(fā)熱使兩相鄰面被加熱到塑性-半熔融狀態(tài)時，剎車使旋轉(zhuǎn)夾具停轉(zhuǎn)，同時在平移夾具上施以100～250Mpa的大于前述摩擦生熱時的壓力使所述墊塊頭和墊塊座的相鄰面合攏形成所述的冶金結(jié)合連接層。(3)、將通過所述冶金結(jié)合連接層結(jié)合在一起的復合墊塊作退火處理，即可得到本發(fā)明提供的復合墊塊。
6.根據(jù)權利要求5所述的鋼坯加熱爐用復合墊塊的制作工藝，其特征在于所述的摩擦時平移夾具上所施的軸向水平壓力為128Mpa，旋轉(zhuǎn)夾具部件的轉(zhuǎn)速是850rpm，剎車后使平移夾具向旋轉(zhuǎn)夾具上部件合攏時施于平移夾具上的軸向水平壓力為150Mpa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼坯加熱爐用復合墊塊及其制作工藝,復合墊塊包括有墊塊頭和墊塊座兩部分,其相鄰面之間設有冶金結(jié)合連接層。所述冶金結(jié)合連接層用摩擦焊接的方法制成。本發(fā)明提供的制作上述復合墊塊的工藝使得到的冶金結(jié)合連接層組織致密,晶粒大小均勻,雜質(zhì)含量低,不易產(chǎn)生氣孔和各種缺陷,因此,本復合墊塊具有整體剛性好,機械強度和傳熱性能與單一用高性能耐熱合金制整體墊塊相當,使用壽命長的優(yōu)點,在生產(chǎn)中推廣使用可以大大節(jié)省稀缺昂貴金屬材料和明顯降低成本。
文檔編號F27D5/00GK1212358SQ9711648
公開日1999年3月31日 申請日期1997年9月23日 優(yōu)先權日1997年9月23日
發(fā)明者馬燕寧 申請人:馬燕寧