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1、炉辊结瘤形成的原因
从积瘤形成的机理上来分，将结瘤分为两大类：粘附型和反应型结瘤。
粘附型：指异物落在辊面上，如炉内的耐火纤维颗粒等受带钢与炉辊的挤压后粘附在辊面。粘附物一般是可以通过修磨手段去除的。
反应型结瘤：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结瘤。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。

随着炉辊的不断使用，这些结瘤物在辊面会越长越大，凸起高度可以达到0.5mm,对带钢表面产生严重的质量缺陷。

2、传统的炉辊喷涂材料及其失效原因分析
目前常用的典型炉辊喷涂材料主要有以下3类，见表1
表1 常用的种喷涂材料
序号 主要成分 喷涂方法
1 Al2O3 CoCrAlYTa 爆炸
2 CoCrAl-Al2O3-Cr2O3 等离子
3 CoCrAlY-CrB2陶瓷粉末 超音速

第1类的爆炸喷涂是一种新兴的喷涂方法，这种喷涂方法涂层空隙小，与每材的结合强度高，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，在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”.
第2类喷涂材料是一种比较古老的喷涂层，早在20年前就开始应用，耐热温度相对比较低，一般只适用于炉温800℃以下的工况。随着退火炉温度的不断提高以及高强钢的生产，使用这种材料喷涂后炉辊一般在1个月左右就发生结瘤现象。因此该喷涂材料也逐渐被陶汰。
第3类喷涂材料是近几年流行的炉辊喷涂材料，但是这种喷涂方法涂层空隙比较大，喷涂后表面未做任何处理，一般使用2～3个月后辊面出现结瘤。结瘤主要成分为Fe、Mn等，并且难以手工清除去掉。由于CrB2的熔点比较低，一般在800℃左右会分解，并形成游离态的硼，这些硼随着带钢行走会粘附在后面低温段的炉辊表面，在退火炉低温段（450～650℃）时，硼与辊面的锰、铁等结合，并凝固形面Mn-Fe-B的化合物，该化合物牢固地粘附在辊面即为结瘤。总之，这种喷涂材料可以应用在高温段炉辊，也有较好的抗结瘤性，但是带来的负面效应是造成低温段炉辊结瘤严重。
3、新型抗结瘤喷涂材料的开发
针对传统的喷涂材料的失效原因，通过大量对比试验和现场实际效果，开发出了新一代的炉辊喷涂材料并通过相应的喷涂层后处理制备方法，使这一新型材料以抗铁、锰结瘤为主要特征，并有较好的耐高温性、抗氧化性，不仅能用于退火炉高温段（炉温850～1000℃），还特别适用于冷却段（炉温450～650℃）
3.1、新型抗结瘤喷涂材料的主要成分及制备方法
（1）该喷涂材料涂层化学成分体系为CoCrAlY-ZrB2，其成分为（质量分数）CoCrAlY的含量在80%～85%，ZrB2的含量在15～20%。
（2）喷涂方法采用超音速（HVOF）方法，涂层厚度在0.04～0.08mm。
（3）为了提高抗铁、锰结瘤性能，在辊面喷涂完后表面实施封孔处理。封孔剂为铬酸或铬氨酸。将该溶液均匀地涂在喷涂完的辊面上，然后在500～600℃的炉内烧制5～7小时。
封孔后的涂层比较致密。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900～1000℃，连续烧制30～35h。这种喷涂材料加上封孔及高温烧制处理，可以较好地消除炉辊表面的结瘤。
3.2、新型喷涂材料抗结瘤机理分析
涂层材料成分组为：CoCrAlY-(ZrB2陶瓷)，其中Co具有较好的搞高温性，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。本材料添加适量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，侧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Cr2O3，进而容易化合生成Mn1.5Cr1.5o4积瘤物。此种化合积瘤物不仅损伤涂层性能，且难以手工清代除去掉，容易造成钢板缺陷。
（2）CrB2的熔点比较低，一般在800℃左右会分解，并形成游离态的硼，这些硼随着带钢行走会粘附在后面低温段的炉辊表面，在低温450～650℃时，硼与炉辊表面的锰、铁等结合，并凝固形成Mn-Fe-B-O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。
但更为重要的是，大量的实践和理论分析均表明，Cr2O3非常容易与Mn元素发生化学反应，生成Mn1.5Cr1.5o4积瘤物。而对于ZrB2而言，即使其氧化生成ZrO2，ZrO2也难与Fe、Mn元素发生化学反应，这也是新型喷涂层耐Fe、Mn积瘤能力好的主要原因。
3.3新型喷涂材料表面制备工艺
3.3.1表面封孔处理
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，形成难以去除的氧化物，造成结瘤。为了提高抗铁、锰结瘤性能，本发明表面实施封孔处理。封孔济为铬酸CrO3或铬氨酸(NH4)2CrO4或重铬氨酸(NH4)2Cr2O7溶液的一种。将该溶液均匀涂在喷涂完的辊面上，然后在500～600℃的炉内烧制5～7h。500～600℃情况下在喷涂层表面反应生成Cr2O3。
Cr2O3的膜厚一般为1～10mm，Cr2O3会渗透进入喷涂层的空隙中，而且Cr2O3微粒在高温状态下会慢慢膨胀，将喷涂层的空隙填塞满。
3.3.2高温烧制工艺
为了进一步提高搞高温氧化及硬度，进行高温烧制，即在封孔处理后将炉温继续提高到900～1000℃。连续烧制30～35h。CoCrAlY混合金属物在高温时能形成各自的金属氧化物。Y被氧化的平衡分解压最小，最先形成Y2O3，但是Y的比例只有0.1%～0.8%，目的不是形成抗氧化保护膜，而是因为Y2O3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Al2O3，Al2O3的作用不仅可以形成致密的保护膜，而且确保涂层硬度达700HV以上，在900℃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Cr2O3进行反应。
Cr2O3 2Al--Al2O3 2Cr
Al与氧的亲和力大于Cr与氧的亲和力（Al平衡分解压较小），Al将Cr2O3中的氧夺走，形成Al2O3,CoCrAlY中的Co的含量也比较多，但是因为Co平衡分解压较大，不能将Cr2O3中氧夺走，形成Co的氧化物。
经过以上过程处理，喷涂层表面已经被Al2O3全部复盖，Al2O3膜厚可达到30mm，Al2O3提高了炉辊表面喷涂材料的抗氧化性及硬度。在Al2O3表面很难形成铁、锰等金属的结瘤物。