CH654502A5

CH654502A5 - METHOD FOR THE PRODUCTION OF TUBULAR, STRAIGHT OR CURVED CONTINUOUS CASTING MILLS FROM A COPPER ALLOY.

Info

Publication number: CH654502A5
Application number: CH1007/82A
Authority: CH
Inventors: Horst Gravemann
Original assignee: Kabel Metallwerke Ghh
Priority date: 1981-03-12
Filing date: 1982-02-18
Publication date: 1986-02-28
Also published as: IT8247942A0; GB2096496A; FR2501556B1; GB2096496B; DE3109438A1; DE3109438C2; CA1196552A; FR2501556A1; ZA821484B; ES510190A0; BR8201280A; IT1148120B; ES8303147A1; IN157659B; JPH0216170B2; JPS57159240A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen, geraden oder gekrümmten Stranggiesskokillen aus einer Kupferlegierung, bei dem die den Formhohlraum bildenden Kokillenwände durch Sprengstoff auf die geometrischen Abmessungen einer Matrize verformt werden. The present invention relates to a method for producing tubular, straight or curved continuous casting molds from a copper alloy, in which the mold walls forming the mold cavity are deformed by explosives to the geometric dimensions of a die.

Aus der DE-AS 25 33 528 ist ein Verfahren zum Verformen der Wände von Stranggiesskokillen bekannt, bei dem auf die den Formhohlraum bildenden Kokillenwände eine diese Wände verformende Kraft durch Sprengstoff aufgebracht und durch diese die Wände auf die geometrischen Abmessungen einer Matrize verformt werden. Der Vorteil des bekannten Verfahrens besteht darin, dass die nach diesem Verfahren verformten Kokillen aus Kupfer oder Kupferlegierungen eine besonders gute Oberflächenbeschaffen-heit und Massgenauigkeit im Formhohlraum aufweisen. Darüber hinaus wird durch die Verformungskräfte eine Aushärtung der Oberfläche erreicht. Dabei kann ein Ausgangswerkstoff mit der Härte 40 Rockwell B auf eine Härte zwischen 50 und 75 Rockwell B gehärtet werden. From DE-AS 25 33 528 a method for deforming the walls of continuous casting molds is known, in which a force deforming these walls by explosives is applied to the mold walls forming the mold cavity and by means of which the walls are deformed to the geometric dimensions of a die. The advantage of the known method is that the molds made of copper or copper alloys deformed by this method have a particularly good surface quality and dimensional accuracy in the mold cavity. In addition, the deformation forces cause the surface to harden. A starting material with a hardness of 40 Rockwell B can be hardened to a hardness between 50 and 75 Rockwell B.

Der Nachteil bei diesem Verfahren ist darin zu sehen, dass durch die Explosionsverformung nur eine geringe Wanddickenreduzierung, d.h. auch nur eine geringe Gesamtkaltverformung möglich ist. Dieses hat somit eine relativ geringe Gesamtfestigkeit des Querschnittes der Kokille und damit eine nur mässige Formstabilität zur Folge. Hinzu kommt als weiterer Nachteil, dass bei üblichen Kupferlegierungen, die durch Kaltumformung aufgebrachte Kaltverfestigung bereits bei Temperaturen ab 350 °C rückgängig gemacht wird, wodurch die Standzeit bei hochbeanspruchten Kokillen stark eingeschränkt ist. Höhere Festigkeitswerte lassen sich bei dem bekannten Verfahren eventuell durch Verwendung höherlegierter Kupfersorten erreichen. Diese haben jedoch den Nachteil einer unzureichenden Wärmeleitfähigkeit sowie die Neigung zur Bildung von Rissen im Badspiegelbereich. The disadvantage of this method is that only a small reduction in wall thickness, i.e. only a small total cold deformation is possible. This therefore results in a relatively low overall strength of the cross section of the mold and thus only moderate dimensional stability. Another disadvantage is that with conventional copper alloys, the strain hardening applied by cold forming is reversed even at temperatures from 350 ° C, which means that the service life of highly stressed molds is severely limited. In the known method, higher strength values can possibly be achieved by using higher-alloyed copper grades. However, these have the disadvantage of inadequate thermal conductivity and the tendency to form cracks in the area of the bathroom mirror.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Kokillen beliebiger Formate, zum Beispiel auch sehr dickwandige Rohrkokillen grosser Abmessungen für Vorblockanlagen hergestellt werden können, die neben einer sehr hohen Festigkeit über die gesamte Wanddicke eine hohe Erweichungstemperatur und Warmfestigkeit aufweisen. Dabei ist es möglich durch Auswahl geeigneter Legierungskomponenten sehr hohe oder zum Beispiel bei Kokillen für magnetische Rührung auch definierte geringere Wärme- bzw. elektrische Leitfahigkeitswerte einzustellen. The invention has for its object to provide a method with which molds of any format, for example also very thick-walled tubular molds of large dimensions for blooming plants can be produced, which have a very high strength over the entire wall thickness, a high softening temperature and heat resistance. By selecting suitable alloy components, it is possible to set very high or, in the case of molds for magnetic stirring, for example, defined lower heat or electrical conductivity values.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass als Ausgangsmaterial ein Rohr aus einer aushärtbaren Kupferlegierung verwendet wird, dass dieses Rohr zunächst auf Lösungsglühtemperatur gebracht wird, bei welcher Temperatur die Rohrformung vorgenommen wird, dass das lösungsgeglühte Rohr bei 400-600 "C über einen Zeitraum von mindestens 15 Minuten ausgehärtet wird, und dass abschliessend die Explosionsumformung vorgenommen wird. This object is achieved in a method of the type mentioned at the outset that a tube made of a hardenable copper alloy is used as the starting material, that this tube is first brought to solution annealing temperature, at which temperature the tube is formed, that the solution-annealed tube is at 400-600 "C is hardened over a period of at least 15 minutes, and that the explosion is finally carried out.

Die nach diesem Verfahren hergestellten Kokillen weisen bereits Festigkeitswerte auf, die wesentlich höher liegen, als die nach dem bekannten Verfahren hergestellten Kokillen. Der Grund liegt darin, dass als Kokillenmaterial aushärtbare Kupferlegierungen verwendet werden. Die Festigkeitszunahme wird bei diesen Werkstoffen durch Glühen bei 400-600 °C durch Ausscheidungseffekte bzw. Aushärtung erreicht. Die verbesserten Eigenschaften der Kokille führen zu einer höheren Standzeit, die aus einer höheren Formbeständigkeit gegenüber thermischen Spannungen, insbesondere bei höheren Temperaturen und aus einer höheren Ver-schleissfestigkeit, die zu einem geringeren Abrieb führt, resultiert. The molds produced by this method already have strength values which are significantly higher than the molds produced by the known method. The reason is that hardenable copper alloys are used as the mold material. The increase in strength of these materials is achieved by annealing at 400-600 ° C due to precipitation effects or hardening. The improved properties of the mold lead to a longer service life, which results from a higher dimensional stability against thermal stresses, especially at higher temperatures, and from a higher wear resistance, which leads to less abrasion.

Eine weitere Festigkeitssteigerung ist dadurch möglich, dass nach dem Lösungsglühen das weiche Rohr mit üblichen Verfahren mechanisch kaltverformt wird. Dieses wird zweckmässigerweise dadurch erzielt, dass in die Rohrkokille ein Dorn - bei gekrümmten Rohrkokillen ein entsprechend gekrümmter Dorn - eingeführt und die Kokille gemeinsam mit dem Dorn durch eine Matrize gedrückt wird. Der Kalt-verformungsgrad kann dabei je nach gewünschter Endfestigkeit zwischen 2 und 30% eingestellt werden. Wegen der sich nach der anschliessenden Aushärtung ergebenden, zum Teil sehr hohen Festigkeitswerte ist es ferner zweckmässig, die geometrische Endabmessung der Rohrkokille bereits bei der Kalibrierung nach dem Lösungsglühen anzustreben. Dadurch ist es möglich, den bei der Aushärtung auftretenden Verzug in einem Explosionsschritt zu beseitigen und ein optimales Endprodukt zu erzeugen. A further increase in strength is possible in that after solution annealing, the soft tube is mechanically cold-formed using conventional methods. This is expediently achieved by inserting a mandrel into the tubular mold - a correspondingly curved mandrel in the case of curved tubular molds - and pressing the mold together with the mandrel through a die. The degree of cold deformation can be set between 2 and 30% depending on the desired final strength. Because of the sometimes very high strength values that result after the subsequent hardening, it is also expedient to strive for the geometrical final dimension of the tube mold as early as the calibration for the solution annealing. This makes it possible to eliminate the distortion that occurs during curing in one explosion step and to produce an optimal end product.

Die Wahl der zu verwendenden aushärtbaren Kupferlegierung hängt von den spezifischen Anforderungen an den Kokillentyp ab. Für die gängigsten Anwendungen wird mit besonderem Vorteil eine Kupferlegierung mit 0,3 bis 1,2 Ge-wichts-% Chrom und 0,05 bis 0,2 Gewichts-% Zirkon verwendet. Mit diesem Werkstoff wird die für Kokillen erforderliche hohe thermische Leitfähigkeit gewährleistet. Im Vergleich zu den bisher standardmässig eingesetzten Werkstoffen wie SF-Kupfer, Kupfer-Silber-Phosphor-Legierun-gen besitzen Kokillen aus dem aushärtbaren Kupfer-Chrom-Zirkon-Werkstoff, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt sind, eine wesentlich höhere Warm- und Verschleissfestigkeit. Sie sind im Einsatz praktisch verzugsfrei und haben sehr hohe Standzeiten. The choice of the hardenable copper alloy to be used depends on the specific requirements for the mold type. A copper alloy with 0.3 to 1.2% by weight of chromium and 0.05 to 0.2% by weight of zircon is used with particular advantage for the most common applications. This material ensures the high thermal conductivity required for molds. In comparison to the materials previously used as standard, such as SF copper, copper-silver-phosphorus alloys, molds made of the hardenable copper-chromium-zirconium material, which are produced by the process according to the invention, have a significantly higher heat and wear resistance . They are practically free from warpage and have a very long service life.

Das Verfahren zur Herstellung einer Kokille aus Kupfer-Chrom-Zirkon ist anhand eines Beispiels näher erläutert. The process for producing a mold made of copper-chromium-zirconium is explained in more detail using an example.

Aus einer Kupferlegierung mit 0,7 Gewichts-% Chrom und 0,18 Gewichts-% Zirkon, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen wird zunächst ein Bolzen gegossen und dieser bei 1030 °C zu einem Rohr stranggepresst. Das strangge-presste Rohr wird in Wasser abgeschreckt. Von diesem Rohr werden Rohrstücke abgetrennt, auf einer Biegemaschine A bolt is first cast from a copper alloy with 0.7% by weight chromium and 0.18% by weight zircon, the rest copper and usual impurities and this is extruded at 1030 ° C into a tube. The extruded tube is quenched in water. Pieces of pipe are separated from this pipe on a bending machine

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20 20th

25 25th

30 30th

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55 55

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3 3rd

654 502 654 502

vorgebogen und in den Hohlraum des Rohrstückes eine Matrize mit kreisrundem Querschnitt eingeführt. An der Aus-senseite des Rohrstücks wird eine Sprengladung gleichmäs-sig verteilt und diese gezündet. Anschliessend wird die Matrize aus dem Rohrstück entfernt und das Rohrstück bei 475 °C 4 V2 Stunden lang geglüht. In das aus dem Glühofen entnommene Rohrstück, welches leicht verzogen ist, wird nach dem Erkalten eine Matrize eingesetzt, deren Querschnitt dem Querschnitt des zu giessenden Stranges exakt entspricht. Dabei wird darauf geachtet, dass die leicht gekrümmte Matrize so in das gekrümmte Rohrstück eingeführt wird, dass die Krümmungsrichtung des Rohrstücks in die Krümmungsrichtung der Matrize in die gleiche Richtung weisen. Wie schon beschrieben, wird die Explosionsumformung nochmals durchgeführt und die Rohrkokille dadurch auf das gewünschte Mass kaltverformt. pre-bent and inserted into the cavity of the pipe section a die with a circular cross-section. An explosive charge is evenly distributed on the outside of the pipe section and ignited. The die is then removed from the pipe section and the pipe section is annealed at 475 ° C for 4 V2 hours. After cooling, a die is inserted into the pipe section removed from the annealing furnace, which is slightly distorted, the cross section of which corresponds exactly to the cross section of the strand to be cast. Care is taken to ensure that the slightly curved die is inserted into the curved pipe section such that the direction of curvature of the pipe section points in the same direction in the direction of curvature of the die. As already described, the explosion shaping is carried out again and the tube mold is thereby cold-formed to the desired extent.

An einer so hergestellten Kokille wurden folgende Eigenschaften gemessen: The following properties were measured on a mold produced in this way:

Thermische Leitfähigkeit 87% Thermal conductivity 87%

Erweichungstemperatur 525 °C (10% Abfall der Festigkeit bei R.T. nach 1 Stunde Glühdauer) Softening temperature 525 ° C (10% decrease in strength at R.T. after 1 hour of annealing)

Härte HB 2,5/62,5 145 Hardness HB 2.5 / 62.5 145

Zugfestigkeit 442 N/mm2 Tensile strength 442 N / mm2

Bruchdehnung 26% Elongation at break 26%

Warmfestigkeit bei 200 °C 380 N/mm2 Heat resistance at 200 ° C 380 N / mm2

Warmfestigkeit bei 350 °C 318 N/mm2 Heat resistance at 350 ° C 318 N / mm2

Die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte Stranggusskokille war auch nach einer Giessreise von 450 Chargen im Badspiegelbereich noch ausreichend masshaltig und zeigte nur am Kokillenfuss geringe Verschleisserschei-nungen. The continuous casting mold produced according to the described method was still sufficiently dimensionally stable even after a casting run of 450 batches in the bath level area and showed only slight signs of wear on the mold base.

Die Fertigung einer geraden konischen Vierkantkokille aus dem gleichen Werkstoff Kupfer-Chrom-Zirkon mit noch höheren Festigkeitseigenschaften sei an einem weiteren Beispiel erläutert. The production of a straight, conical square mold from the same material copper-chrome-zircon with even higher strength properties will be explained using a further example.

Zunächst wird bei 950 °C ein rundes Rohr stranggepresst und dieses auf das gewünschte Vierkantformat durch Ziehen umgeformt. Das Vierkantrohr wird 45 Minuten bei 990 °C lösungsgeglüht. Nach dem Abkühlen werden abgelängte Rohrstücke mittels eines Domes und einer Matrize bei gleichzeitiger Wanddickenreduktion um 15% auf das End-mass kalibriert und bei 450 °C sechs Stunden ausgehärtet. Im Anschluss daran wird die Endkalibrierung wie oben beschrieben durch Explosionsumformung vorgenommen. First, a round tube is extruded at 950 ° C and this is formed into the desired square format by pulling. The square tube is solution annealed at 990 ° C for 45 minutes. After cooling, pipe sections cut to length are calibrated to the final size by means of a dome and a die with a simultaneous reduction in wall thickness by 15% and cured at 450 ° C for six hours. The final calibration is then carried out by explosion forming as described above.

An der fertiggestellten Kokille wurden folgende Eigenschaften gemessen: The following properties were measured on the finished mold:

Thermische Leitfähigkeit 84% Thermal conductivity 84%

Erweichungstemperatur 510 °C Softening temperature 510 ° C

Härte HB 2,5/62,5 159 Hardness HB 2.5 / 62.5 159

Zugfestigkeit 521 N/mm2 Tensile strength 521 N / mm2

Bruchdehnung 21 % Elongation at break 21%

Bei einer derartig zwischenverformten Kokille wird die Verschleissfestigkeit am Kokillenfuss weiter erheblich verbessert. With such an intermeshed mold, the wear resistance at the mold base is further improved considerably.

Für Kokillen, bei denen eine besonders hohe thermische Leitfähigkeit, zum Beispiel wegen einer schlechten Kühlwasserqualität erforderlich ist, lassen sich vorteilhaft Kokillen aus einer Kupfer-Legierung mit 0,05 bis 0,3 Gewichts-% Zirkon herstellen. Durch eine geeignete mechanische Zwi-schenkaltverformung sind Zugfestigkeitswerte um 350 N/ mm2 bei einer Wärmeleitfähigkeit von über 93% erreichbar. Die Erweichungstemperatur dieses Werkstoffes liegt oberhalb 550 °C. For molds where a particularly high thermal conductivity is required, for example due to poor cooling water quality, molds can advantageously be made from a copper alloy with 0.05 to 0.3% by weight of zircon. Suitable mechanical intermediate cold forming enables tensile strength values of around 350 N / mm2 to be achieved with a thermal conductivity of over 93%. The softening temperature of this material is above 550 ° C.

Für Sonderfälle, bei denen ein magnetisches Rührverfahren im Bereich des Kokilleneinsatzes vorgesehen ist, wird ein Kokillenwerkstoff mit möglichst geringer elektrischer Leitfähigkeit gewünscht, um die Feldschwächung gering zu halten. Da bei einem solchen Werkstoff die Wärmeleitfähigkeit im gleichen Masse wie die elektrische Leitfähigkeit verringert wird, treten sehr hohe Wandtemperaturen auf. Um die Verzugsfreiheit zu gewährleisten, muss der Kokillenwerkstoff eine entsprechend höhere Warmfestigkeit aufweisen. Diesen Anforderungen genügen zum Beispiel die aushärtbaren Werkstoffe Kupfer-Nickel-Phosphor mit 0,6 bis 1,5 Gewichts-% Nickel, 0,1 bis 0,3 Gewichts-% Phosphor sowie Kupfer-Kobalt-Beryllium bzw. Kupfer-Nickel-Beryllium mit 1 bis 2,5 Gewichts-% Kobalt oder 1 bis 2,5 Gewichts-% Nickel oder 0,5 bis 1,5 Gewichts-% Nickel+0,5 bis 1,5 Gewichts-% Kobalt und jeweils 0,3 bis 0,6 Gewichts-% Beryllium und ferner Kupfer-Nickel-Silizium mit 0,2 bis 1,1 Gewichts-% Silizium und 1,2 bis 3,5 Gewichts-% Nickel. For special cases in which a magnetic stirring process is provided in the area of the mold insert, a mold material with the lowest possible electrical conductivity is desired in order to keep the field weakening low. Since the thermal conductivity of such a material is reduced to the same extent as the electrical conductivity, very high wall temperatures occur. In order to ensure freedom from distortion, the mold material must have a correspondingly higher heat resistance. The hardenable materials copper-nickel-phosphorus with 0.6 to 1.5% by weight of nickel, 0.1 to 0.3% by weight of phosphorus, as well as copper-cobalt-beryllium or copper-nickel-beryllium, for example, meet these requirements with 1 to 2.5% by weight cobalt or 1 to 2.5% by weight nickel or 0.5 to 1.5% by weight nickel + 0.5 to 1.5% by weight cobalt and 0.3 to each 0.6% by weight beryllium and also copper-nickel-silicon with 0.2 to 1.1% by weight silicon and 1.2 to 3.5% by weight nickel.

Weiter wurde zum Beispiel eine gebogene Rechteck-Rohrkokille mit dem Innenformat 200+220 mm und einer Wandstärke von 14 mm aus einer Kupfer-Kobalt-Beryllium-Legierung mit 2,2 Gewichts-% Kobalt und 0,54% Beryllium wie folgt hergestellt. Furthermore, for example, a curved rectangular tubular mold with the internal format 200 + 220 mm and a wall thickness of 14 mm was produced from a copper-cobalt-beryllium alloy with 2.2% by weight cobalt and 0.54% beryllium as follows.

Zunächst wurde ein Vierkantrohr durch Strangpressen hergestellt und anschliessend bei 935 °C 45 Minuten lösungsgeglüht. Auf einer Biegemaschine wurde die gewünschte Krümmung erzeugt. Anschliessend wurde ein Rohrstück durch Explosionsumformung wie oben beschrieben über einen Dorn kalibriert. Darauf wurde die Kokille bei 480 °C fünf Stunden ausgehärtet. Abschliessend wurde der Verzug durch das Aushärten durch Explosionsumformung über einen Dorn beseitigt und die Kokille dabei nachkalibriert. First, a square tube was manufactured by extrusion and then solution annealed at 935 ° C for 45 minutes. The desired curvature was created on a bending machine. A pipe section was then calibrated by explosion forming as described above using a mandrel. The mold was then cured at 480 ° C for five hours. Finally, the distortion was removed by hardening by means of explosion forming using a mandrel and the mold was recalibrated.

An dieser Rohrkokille wurden folgende Eigenschaften gemessen: The following properties were measured on this tubular mold:

Thermische Leitfähigkeit 54% Thermal conductivity 54%

Erweichungstemperatur 505 °C Softening temperature 505 ° C

Härte HB 2,5/62,5 235 Hardness HB 2.5 / 62.5 235

Zugfestigkeit 805 N/mm2 Tensile strength 805 N / mm2

Bruchdehnung 17% Elongation at break 17%

Warmfestigkeit bei 200 °C 735 N/mm2 Heat resistance at 200 ° C 735 N / mm2

Warmfestigkeit bei 350 °C 622 N/mm2 Heat resistance at 350 ° C 622 N / mm2

Als Einsatz in eine sogenannte Rührkokille wurde wegen der geringeren Feldschwächung eine erheblich bessere Rührwirkung als bei den bisher bekannten Kokillen erzielt. When used in a so-called stirring mold, a considerably better stirring effect was achieved than with the previously known molds because of the lower field weakening.

Die Massstabilität war auch nach mehr als 100 Giessrei-sen noch vorzüglich. The dimensional stability was still excellent even after more than 100 pouring runs.

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20 20th

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S S

Claims

654 502

1. A process for the production of tubular straight or curved continuous casting molds made of a copper alloy, in which the mold walls forming the mold cavity are deformed by explosives to the geometric dimensions of a die, characterized in that a tube made of a hardenable copper alloy is used as the starting material, that this Tube is first brought to solution annealing temperature, at which temperature the tube is formed, the solution-annealed tube is cured at 400 to 600 C for a period of at least 15 minutes and that the explosion is finally carried out.

2. The method according to claim 1, characterized in that the tube is cold formed between the solution annealing and curing operations.

2nd

PATENT CLAIMS

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that a mandrel is inserted into the tubular mold and the mold is pressed together with the mandrel for the purpose of cold deformation through a die.

4. The method according to claim 1, characterized in that a copper alloy with 0.3 to 1.2% by weight of chromium and 0.05 to 0.2% by weight of zircon is used.