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1、冷轧工作辊硬镀铬技术研究金力（武钢冷轧薄板总厂轧辊车间，湖北省武汉市 邮编 430080）【摘 要】：本文讨论了武钢冷轧总厂2005年引进的镀铬生产线在实践中遇到的镀铬层在轧制过程中掉皮、磨损过快等难题，并简述为解决这些难题在设备、工艺上的创新。【关键词】：镀铬；铬酐；阴极；阳极；极化曲线；分散能力；覆盖能力；刻蚀The Study of The Hard Chrome Plated Technology of Cold Mill Work Roll JIN Li(Roll Shop , WISCO Cold Rolling Mill, Wuhan 430080,China)Abstract:
2、 The paper discusses some difficult problems that chromium-plated layer is flaked and fast abraded in actual rolling processing of chromium-plated production line, which is introduced by Cold Rolling Mill in WISCO in 2005. Meanwhile, the paper brief describes the innovation in equipment and technolo
3、gy, which can solve these difficult problems.Key words: Chrome Plated; Chromiumtrioxide; Negative pole; Positive pole; Polarization curve; Dispersive ability; Covering capacity; Corrasion一、冷轧辊镀铬技术在国内外运用现状冷轧辊镀铬技术在国外已经广泛运用，特别是在轧制高级别的汽车板时一般都采用镀铬辊轧制。由于电镀后轧辊表面硬铬层与固体的金属铬有相似的特性，如：具有高硬度、摩擦系数小、耐热性高、抗腐蚀性强、线性膨
4、胀系数小、导热性高等优良性能，因而从原来的装饰性镀铬发展到对轧钢用的轧辊进行镀铬，冷轧工作辊的镀铬最先在加拿大的Hamilton和NEO工厂进行试验性使用，后来这一技术在日本、英国等其它国家也得到了应用和发展。冷轧辊表面镀铬工艺最初的意图是用于平整机，由于影响轧辊镀铬技术使用因素很多，不同国家、不同工厂、甚至同一工厂不同时期，其使用范围均有所不同。冷轧工作辊表面镀铬后，这种金属镀铬层异常坚固并耐腐蚀，能够双倍地提高轧辊的表层结构，提高轧辊的工作性能。同时，它还在轧辊和轧机之间起润滑和减少摩擦的作用。国外生产实践表明，高质量的镀铬工作辊，在正常轧制下，轧辊的使用寿命平均延长了2倍以上，同时还缩短
5、了换辊时间，增加了产量，冷轧板表面质量明显提高。目前，独特的镀铬工艺及化学药剂配方可使阴极电流效率达25%以上；不会腐蚀阴极低电流密度区的底材；镀铬层硬度高达HV9001200(钢铁工业一般轧辊表面硬度为HV730)；表面裂纹数高达1000条/英寸；耐磨性和耐蚀性好，因而镀铬辊已广泛用于各种类型的板带轧机；目前冷轧辊镀铬工艺的成熟技术被加拿大科德公司独家垄断并严格保密，宝钢即是与该加拿大公司成立合资公司生产镀铬轧辊并应用，但至今仍然无法掌握冷轧辊表面镀铬的核心工艺技术，作为提高冷轧实物质量水平非常关键的一环，轧辊硬镀铬设备技术消化和工艺研究及应用极为紧迫。2005年，武钢冷轧总厂率先独资从德国
6、硬铬生产线专业制造厂家Driesch公司、引进了一套高性能的轧辊表面镀铬设备及相关的辅助系统，主要承担酸轧五机架连轧机、连退线平整机、热镀锌线光整机的工作辊以及部分生产线工艺辊的镀铬生产任务，但根据设备制造厂家的推荐，采用世界著名的化学药剂供应商德国 Enthone 公司提供的 ANKOR 1127 PLUS 镀铬液后，仍需要完全依靠自身力量，消化吸收引进设备技术，自主研究、开发适用于本厂轧辊的冷轧辊镀铬工艺，经过多年努力目前已初步取得了一系列宝贵的生产经验和技术数据。二、镀铬的基本电化学过程、及镀铬电镀液基本特性铬是一种微带天蓝色的银白色金属，具有强烈的钝化能力，有较高的化学稳定性；镀层经抛
7、光或在光亮基体上沉积的铬层呈银蓝色镜面光泽，有极好的反光性能和装饰性能；镀铬层的硬度很高，耐磨性好，铬表面憎油、憎水，不易被污染。自20世纪20年代初六价铬镀铬工艺发明发明以来，电镀铬在工业上应用、发展十分迅速，电镀铬具与其它单金属镀种有共同之处，但有自身独有的特点，是单金属镀种中一个比较特殊的镀种，不能像其它单金属镀种通过如下装置将纯金属在阳极电解，在阴极沉积得到；R A 阳极 阴 极 阳极 镀 液镀铬是通过电解液、特制不溶性阳极、工件的组成的装置在阴极沉积出金属铬，镀铬用电解液以铬酐（CrO3）为主，并添加适量的SO42- 离子、以及其它一些辅助添加剂。一）阴极过程铬酐溶于水后，有两种存在
8、形式，这两种形式之间存在着化学平衡关系： Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+阴极反应： 2H+ +2e- H2 CrO42- + 8 H+ + 6e- Cr + 4H2O Cr2O72- + 8 H+ + 6e- Cr2O3 + 4H2O二）阳极过程镀铬阳极所用的铅、铅锑或铅锡合金是不溶性阳极。Pb + 2H2O 4e- PbO2 + 4H+氧化铅薄膜不影响导电性，电极反应如下： 2Cr3+ +7H2O - 6e- Cr2O72- + 14H+ 2H2O - 4e- O2 + 14H+阴极上生成的Cr3+离子，在阳极又重新氧化成Cr2O72-离子，从而使电解液中的Cr3+离
9、子浓度维持在一定水平，生产中一般控制阳极面积：阴极面积= 2：13：2时，即可使Cr3+离子浓度保持在工艺允许的范围内。三）镀铬电镀液基本特性镀铬溶液的组成很简单，但电镀过程相当复杂，不同于其它单金属镀种有：1）镀铬溶液由铬酸组成，属强酸性电解液，大部分电流消耗在铬的不完全还原和析氢两个副反应，阴极电流效率极低（K=10-25）,随阴极电流密度的增大电流效率提高（如图1）；图12）镀铬电解液的分散能力（宏观、微观）极差、覆盖能力极差；3）SO42-的存在和含量极其重要，严格控制CrO3与SO42-的比值；4）不同催化剂对镀铬层的性能影响极大。三、轧辊硬镀铬工艺探索及镀铬轧辊应用情况一）概述原设
10、计需镀铬轧辊情况如下：附表一）规格：机组名称规格最大表面积mm2最小表面积mm2重量KgTCM(二酸轧)560/4802180510153666368039428352061911CG（二涂镀）650/6002280379275619050064432800067241CG（二涂镀）450/4002280379236243450028636800036312&3CG（二涂镀）560/510180033124431168003675213004266CAL（二连退）470/420218044153780261703018733203979其它工艺用辊附表二）化学成分：轧辊名称厂家 C SiMnP
11、SNi CrMoV连轧机工作辊邢台0.70 0.40 0.20 0.50 4.50 0.20 0.05 1.00 1.30 1.00 0.025 0.025 1.50 6.00 1.00 0.50 常冶0.820.500.200.304.800.200.100.900.800.500.0200.0150.505.200.400.20光整机工作辊邢台0.70 0.40 0.20 0.50 4.50 0.20 0.05 1.00 1.30 1.00 0.025 0.025 1.50 6.00 1.00 0.50 常冶0.820.500.200.304.800.200.100.900.800.500
12、.0200.0150.505.200.400.20连退平整机工作辊邢台0.70 0.40 0.20 0.50 4.50 0.20 0.05 1.00 1.30 1.00 0.025 0.025 1.50 6.00 1.00 0.50 常冶0.820.500.200.304.800.200.100.900.800.500.0200.0150.505.200.400.20UE0.810.3960.380.0140.00700.1124.270.520.062需镀铬轧辊特点：工件单重大、表面积大，含碳量高、均为高铬合金钢，工作和环境恶劣（高温、高压）。电解除油喷淋水洗阳极刻蚀电镀硬铬回收水洗卸电气连
13、接件上电气连接件二）工艺流程如下：图2三）镀铬电镀液特点分析及电镀工艺探索铬酸电解液电流效率随电流密度的增加而增加，这一特点对铬在基材上的分布极为不利，导致覆盖能力差；镀铬电解液中Cr2O72-离子还原为金属铬的析出电位很负，在被镀零件的凹洼处，由于电流密度很低，使得该处的电位达不到Cr6+还原为Cr的电位，只能发生Cr6+还原为Cr3+以及析出氢气的副反应，而没有金属铬的析出，为改善这些不利条件，需要采取措施提高镀液的宏观分善能力和覆盖能力，措施如下：1） 加强镀前处理，电镀前对轧辊表面的油污和各种膜层清洗；2） 采用象形阳极，使阴极表面各部与阳极间的距离接近，阴极上的电流分布趋于均匀，使镀
14、层厚度分布比较均匀；环状分布电极轧辊图33） 使阳极在工件周围均匀分布；4） 镀前预热，提高镀铬层结合力，在冲洗干净的前提下，减少喷淋水洗时间，确保不降低刻蚀槽、镀铬槽的槽温；5） 采用阳极刻蚀，对于高合金钢、高碳钢，由于表面有较厚氧化膜，将零件在阳极进行短时间刻蚀处理，使氧化膜电化学溶解，并形成微观粗糙的表面，随后将工件迅速转化为阴极；祥见（图4）6） 施加冲击电流，对高碳钢在电镀开始通电的瞬间，以高于正常电流密度数倍的大电流通过镀件，造成瞬间较大的阴极极化，使工件表面瞬间被一薄层完全覆盖，然后再降至正常电流密度值进行继续电镀；祥见（图4）7） 采用阶梯式给电，刻蚀完后采用阶梯式给电，先以小于正常电流密度数倍的电流给电，工件表面只有氢离子被
