CH624860A5

CH624860A5 -

Info

Publication number: CH624860A5
Application number: CH751477A
Authority: CH
Inventors: Wolfgang Von Jan; Horst Dipl Ing Gravemann
Original assignee: Kabel Metallwerke Ghh
Priority date: 1976-07-31
Filing date: 1977-06-20
Publication date: 1981-08-31
Also published as: AT360684B; FR2360362A1; YU39681B; GB1546307A; YU184977A; BE857251A; FI772271A; ES460895A1; SE7708708L; DD130559A5; ZA774567B; FR2360362B1; ATA555577A; JPS6124100B2; DE2634633A1; IT1079888B; SE427630B; US4197902A; JPS5319930A; DE2634633C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stranggiesskokille, insbesondere zum Giessen von Stahl, bestehend aus einem Metallkörper mit einer inneren Beschichtung aus einem verschleissfesten Werkstoff. Weiter besteht die Erfindung aus einem Verfahren zur Herstellung dieser Kokille.

Bekanntlich müssen Stranggiesskokillen zum Stranggiessen von hochschmelzenden Metallen wie Eisen und Stahl aus einem Werkstoff mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit bestehen, deren Wandstärke in allen Fällen mindestens so gross gewählt . werden muss, dass sie in ausreichender Weise den zu erwartenden mechanischen Beanspruchungen genügt.

Wegen seiner hohen thermischen Leitfähigkeit hat sich Kupfer als Werkstoff für Kokillen durchgesetzt. Da die mechanischen Eigenschaften des Kupfers vielfach nicht ausreichend waren, haben sich in letzter Zeit Stranggiesskokillen aus einer niedrig legierten Kupferlegierung als vorteilhafter erwiesen, wobei man bewusst den etwas niedrigeren thermischen Leitwert in Kauf nahm (AT-PS 234 930).

Nachteilig bei Stranggiesskokillen aus Kupfer oder Kupferlegierungen bei Stranggiessen von Stahl ist, dass der Stahl Kupfer aufnimmt, was zu einer Korngrenzendiffusion und somit zur gefürchteten Rotbrüchigkeit des Stahles führt.

Man hat deshalb schon vorgeschlagen, verschleissfeste Überzüge auf der mit der Schmelze in Berührung stehenden Seite aufzubringen. Diese Überzüge sollen einmal die Abriebfestigkeit der Kokille und somit die Standzeit erhöhen und weiter durch Verringerung der Reibung zwischen dem Gussstrang und der Kokille höhere Giessgeschwindigkeiten ermöglichen.

So ist eine Kokille bekanntgeworden, bei der an der Seite, an der das flüssige Metall eintritt, die mit dem flüssigen Metall bzw. dem heissen Strang in Berührung stehende Oberflächenzone aus rein keramischem Werkstoff gebildet ist. Die Nachteile dieser Beschichtung sind in der relativ hohen Sprödigkeit des Beschichtungswerkstoffs zu sehen. Darüber hinaus besitzen die Werkstoffe im Falle von Kupfer und keramischen Werkstoffen so unterschiedliche Ausdehnungswerte, dass die Beschichtung vom Kokillenkörper abplatzt.

Es ist auch schon vorgeschlagen, Kokillen auf der mit der Schmelze in Berührung stehenden Oberfläche elektrolytisch mit einer Chromschicht zu versehen. Die Chromschicht zeichnet sich durch eine hohe Härte und somit eine gute Ver-schleissfestigkeit sowie durch gute Gleiteigenschaften aus. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Chromschicht im Falle einer Beschädigung leicht entfernt und erneuert werden kann. Nachteile der Chromschicht sind die geringe Zähigkeit sowie die Neigung zu Mikrorissen. Ein weiterer Nachteil ist, dass die elektrolytisch abgeschiedene Chromschicht auf vielen Metallen, beispielsweise Kupfer oder Kupferlegierungen, schlecht haftet. Darüber hinaus ergibt die schlechte Streufähigkeit des Chrom-Bades Schwierigkeiten beim Beschichten von komplizierten Kokillenformen, zum Beispiel Rechteck-Rohrkokillen, was eine gleichmässige Beschichtung insbesondere in den Radien unmöglich macht.

Ein weiterer Vorschlag ging dahin, die Beschichtung durch Flammspritzen bzw. Plasmaspritzen aufzubringen. Diese Versuche wurden beispielsweise mit Molybdän durchgeführt. Die aufgespritzten Schichten wiesen eine hohe Härte und somit eine gute Verschleissfestigkeit auf. Weiter war es möglich, die Schichten relativ dick aufzubringen. Da auf diese Weise aber keine Metalle porenfrei aufgebracht werden können, war die Schicht relativ korrosionsanfällig. Ein weiterer Nachteil bestand in der geringen Haftfestigkeit und Schockbeständigkeit der aufgebrachten Schicht. Für Rohrkokillen lässt sich dieses Verfahren nicht anwenden, ausserdem lassen sich Schichten von gleicher Wanddicke nicht aufbringen, so dass ein Nachschleifen erforderlich wird, was dieses Verfahren unwirtschaftlich macht.

Ein weiterer Vorschlag ging dahin, auf die Kokillenwandung eine verschleissfeste Schicht durch Sprengplattieren aufzubringen. Versuche wurden mit Nickel durchgeführt, aber letztlich hat sich dieses Verfahren als zu teuer erwiesen.

Die Erfindung bezweckt, eine Stranggiesskokille zu schaffen, die an der mit der Schmelze in Berührung stehenden Oberfläche mit einer abriebfesten Schicht mit guten Gleiteigenschaften versehen ist, welche haftfest mit dem Kokillenkörper verbunden ist und welche sich in einer Dicke von mehr als 1 mm elektrolytisch abscheiden lässt.

Die erfindungsgemässe Stranggiesskokille ist dadurch gekennzeichnet, dass die verschleissfeste Schicht aus einer Metallschicht mit im Metallgitter eingelagerten, in einem Elektrolyten unlöslichen Feststoffpartikeln besteht. Das Verfahren zur Herstellung dieser Stranggiesskokille ist dadurch gekenn5

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zeichnet, dass die verschleissfeste Metallschicht auf dem Metallkörper elektrolytisch abgeschieden wird.

Durch die Einlagerung der Feststoffpartikel wird die Festigkeit des Werkstoffes wesentlich gesteigert, wobei seine thermische Leitfähigkeit nur geringfügig abnimmt. Neben den sich aus der Aufgabenstellung direkt ergebenden Vorteilen weist die erfindungsgemässe Lösung noch den Vorteil auf, dass man die Härte und Verschleissfestigkeit der Schicht durch Menge und Art der Feststoffpartikel einstellen kann. Die Stranggiesskokille ist vorteilhaft rohrförmig ausgebildet.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnungsfigur ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes beschrieben.

Ein Rohrstück in Form einer Kokille aus Metall, z.B. Kupfer oder einer niedriglegierten Kupferlegierung, wird zunächst an seiner inneren Oberfläche gereinigt und anschliessend in ein Nickelsulfamat-Bad eingehängt und als Kathode geschaltet. Das Nickelsulfamat-Bad enthält 350 g/1 Nickelsulfamat, 30 g/1 Borsäure, 6 g/1 Nickelchlorid und 60 g/1 Siliziumkarbid.

Im Inneren Hohlraum des Rohrstücks wird eine Nickelanode so angeordnet, dass der Abstand zwischen der äusseren Oberfläche der Nickelanode und der inneren Oberfläche des Rohrstücks an jeder Stelle gleich ist. Das Nickelbad wird intensiv umgewälzt, so dass sich die Siliziumkarbidpartikel nicht am Boden des Bades absetzen können. Nach dem Einschalten des Elektrolysestroms scheidet sich das Nickel aus der Lösung an der Innenwandung des Rohrstücks ab und führt dabei Siliziumkarbidteilchen an die Innenwandung heran, die am Nikkeigitter eingebaut werden. Durch den Einbau der Siliziumkarbidpartikel im Nickelgitter tritt eine Verzerrung des Nikkeigitters ein, die zu der gewünschten Festigkeitssteigerung führt. Die Elektrolyse wird bei einer Temperatur von ca 50 °C durchgeführt, wobei der pH-Wert der wässrigen Lösung bei 4 liegt. Die Korngrösse der Siliziumkarbidpartikel liegt unter 25 «m. Nachdem die Schicht eine Dicke von ca. 1 mm erreicht hat, wird die Elektrolyse abgebrochen und die fertige Kokille ggf. an ihren Stirnflächen spanend bearbeitet, um etwaige Streuabscheidungen zu beseitigen. Falls erforderlich, wird die Oberfläche der abgeschiedenen Nickel-Silizium-Schicht anschliessend poliert.

Diese Werkstoffkombination führt zu einer erhöhten Temperaturschockbeständigkeit, da Nickel und Kupfer ähnlich grosse Ausdehnungskoeffizienten haben. Aufgrund der guten Streufähigkeit der Nickelbäder (zum Beispiel Watts-Bad) lassen sich auch komplizierte Kokillen gleichmässig dick beschichten. Ein weiterer Vorteil dieser Werkstoffkombination ist darin zu sehen, dass sich beliebig viele weitgehend spannungsfreie Schichten erzeugen lassen. Die Nickelschicht verleiht der Kokille eine grosse Zähigkeit und macht sie damit weitestgehend stossfest. Weiter lässt sich zwischen der Kupferkokille und einer Nickelschicht ein sehr fester Verbund schaf-5 fen. Neben Siliziumkarbid lassen sich auf Metallkarbide wie Wolframkarbid, Vanadiumkarbid als Feststoffpartikel verwenden, ebenso Diamantstaub, Aluminiumoxid oder Zirkonoxid. Um die Reibung zwischen der Kokillenwandung und dem Gussstrang zu vermindern, hat es sich als zweckmässig erwie-10 sen, in die verschleissfeste Schicht die Reibung vermindernde Zusätze einzulagern. Hier haben sich Molybdändisulfid, Graphit oder Glimmer als zweckmässig erwiesen. Die Grösse der Feststoffpartikel liegt zweckmässigerweise zwischen 5 und 50, vorzugsweise zwischen 5 und 25 Mikrometer.

i5 Zur Abscheidung von Siliziumkarbid enthaltenden Nickelschichten eignen sich nahezu alle bekannten Nickelbadzusätze. Es hat sich aber als zweckmässig erwiesen, die Nickelschicht aus einer wässrigen Lösung aus 150 bis 400 g/1 Nickelsulfamat, 15 bis 40 g/1 Borsäure, 2 bis 10 g/1 Nickelchlorid, 40 bis 80 g/1 20 Siliziumkarbid abzuscheiden. Der pH-Wert der Lösung sollte zwischen 3 und 5, vorzugsweise bei 4 liegen.

Mit einer solchen Kokille konnte die Anzahl der Abgüsse wesentlich gesteigert werden. Nach Beendigung der Versuche wurde eine neue Siliziumkarbid enthaltende Nickelschicht auf 25 der Rohrkokille abgeschieden, wobei sich vorteilhaft auswirkte, dass sich die vorher abgeschiedene Nickelschicht, die nunmehr verschlissen war, sehr leicht entfernen liess.

Während bei den bisher bekannten elektrolytisch abgeschiedenen Verschleissschichten eine Schichtdicke von maximal 30 25 um erzielbar war, wodurch die Gefahr von Verletzungen durch scharfkantige harte Teile, zum Beispiel Schlacken, bis auf den Grundkörper erhöht wurde, lässt sich die Verschleiss-schicht jetzt in nahezu beliebiger Schichtdicke auftragen, was zu einer weiteren Erhöhung der Standzeit führt. Darüber hin-35 aus wirkt sich positiv aus, dass der Schmelzpunkt des Nickels oberhalb des Schmelzpunktes von Kupfer liegt. Da es sich bei der elektrolytischen Abscheidung um einen langwierigen und teuren Prozess handelt, wird man die Schichtdicke der Ver-schleissschicht nicht zu hoch wählen und Schichtdicken von 0,1 40 bis 1,5 mm bevorzugen. Grössere Schichtdicken verteuern das Produkt und verringern die Ableitung der Wärme, da Nickel einen geringeren Wärmeleitwert als Kupfer hat.

In der Figur ist eine Rohrkokille dargestellt, die aus dem Metallkörper 1 z.B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung 45 und der elektrolytisch aufgebrachten verschleissfesten Schicht 2, z.B. aus Nickel, besteht.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Stranggiesskokille, insbesondere zum Giessen von Stahl, bestehend aus einem Metallkörper ( 1 ) mit einer inneren BeSchichtung aus einem verschleissfesten Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleissfeste Schicht aus einer Metallschicht (2) mit im Metallgitter eingelagerten, in einem Elektrolyten unlösichen Feststoffpartikeln besteht.

2. Stranggiesskokille nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (1) rohrförmig ausgebildet ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Stranggiesskokille nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (1) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.

4. Stranggiesskokille nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleissfeste Metallschicht (2) im Metallgitter eingelagerte Metallkarbidpartikeln enthält.

5. Stranggiesskokille nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleissfeste Metallschicht (2) aus Nickel besteht mit im Nickelgitter eingelagerten Siliziumkarbidpartikeln.

6. Stranggiesskokille nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffpartikeln Diamantstaub sind.

7. Stranggiesskokille nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffpartikeln aus einem Metalloxid bestehen.

8. Stranggiesskokille nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Feststoffpartikeln rei-bungsvermindernde Zusätze in der verschleissfesten Metallschicht (2) eingelagert sind.

9. Stranggiesskokille nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die reibungsvermindernden Zusätze Mo-lybdändisulfid, Graphit oder Glimmer sind.

10. Stranggiesskokille nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrösse der Feststoffpartikeln zwischen 5 und 50, vorzugsweise zwischen 5 und 25 Mikrometer beträgt.

11. Verfahren zur Herstellung der Stranggiesskokille gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleissfeste Metallschicht (2) auf dem Metallkörper (1) elektrolytisch abgeschieden wird.

12. Verfahren nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektrolysebad verwendet wird, bestehend aus einer wässrigen Lösung von 150 bis 400 g/1 Nickelsulfa-mat, 15 bis 40 g/1 Borsäure, 2 bis 10 g/1 Nickelchlorid und 40 bis 80 g/1 Siliziumkarbid, wobei der pH-Wert der Lösung zwischen 3 und 5, vorzugsweise bei 4 gehalten wird.