CH659015A5

CH659015A5 - Verfahren zur herstellung einer rohrkokille mit rechteckigem oder quadratischem querschnitt zum stranggiessen.

Info

Publication number: CH659015A5
Application number: CH2382/83A
Authority: CH
Inventors: Eike Weisner; Horst Gravemann
Original assignee: Kabel Metallwerke Ghh
Priority date: 1982-05-13
Filing date: 1983-05-03
Publication date: 1986-12-31
Also published as: IT1168872B; ES522338A0; NO831673L; ES8402738A1; ATA138283A; MX157780A; NO160335C; SE448834B; ZA833335B; GB2121707A; FR2526688B1; SE8302582D0; GR78477B; YU43308B; IT8348279A0; NO160335B; JPH0521663B2; GB2121707B; GB8312845D0; DE3218100C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Rohrkokille mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt zum Stranggiessen hochschmelzender Metalle, insbesondere Stahl, mit einem Kokillenkörper aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und einer verschleissfesten Beschichtung an der der Schmelze zugekehrten Oberfläche.

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 niedriglegierten Kupferlegierung als vorteilhaft erwiesen, wobei man bewusst den etwas niedrigeren thermischen Leitwert in Kauf nahm.

Nachteilig bei Stranggiesskokillen aus Kupfer oder Kupferlegierungen beim Stranggiessen von Stahl ist, dass bestimmte Stahlsorten Kupfer aufnehmen, was zu einer Korngrenzendiffusion und somit zur gefürchteten Rotbrüchigkeit des Stahls führt.

Man hat deshalb schon vorgeschlagen, verschleissfeste Überzüge auf der mit der Schmelze in Berührung stehenden Oberfläche aufzubringen. Diese Überzüge sollen einmal die

Abriebfestigkeit der Kokille und somit die Standzeit erhöhen und weiterhin durch Verringerung der Reibung zwischen dem Gussstrang und der Kokille höhere Giessgeschwindig-keiten ermöglichen.

So ist bereits vorgeschlagen worden, Kokillen auf der mit der Schmelze in Berührung stehenden Oberfläche elektrolytisch mit einer Chrom- oder Nickelschicht zu versehen. Diese Schichten zeichnen sich durch eine gute Verschleissfestigkeit sowie durch gute Gleiteigenschaften aus. Bei der Herstellung von Rohrkokillen mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt treten jedoch Schwierigkeiten auf, da bedingt durch die schlechte Streufähigkeit des Elektrolytbades eine gleichmässige Beschichtung insbesondere in den Radien oder den Ecken nicht möglich ist. Dieses hat zur Folge, dass sich bei Schichtdicken über 150 um die Innenkontur einer Rohrkokille in der Weise ändert, dass die Kokillen nicht mehr zum Giessen geeignet sind (Keyhole-Effekt).

Die Erfindung bezweckt ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, Rohrkokillen mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt herzustellen, die an der der Schmelze zugekehrten Oberfläche eine elektrolytisch aufgebrachte verschleissfeste Schicht trägt.

Dieses Verfahren entspricht dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Völlig überraschend hat sich gezeigt, dass bei der anschliessenden Umformung des Verbundrohres zu einem Rechteckrohr bzw. zu einem Rohr mit quadratischem Querschnitt die elektrolytisch erzeugte Schicht sich in gleicher Weise verhält wie das Kupferrohr, und eine Rohrkokille erhalten wird, bei welcher die Wanddicke der Beschichtung auch nach der Umformung völlig gleichmässig, insbesondere auch im Bereich der Radien ist.

Vorteilhafterweise wird das Verbundrohr nach dem Beschichten bei 500—1000 °C geglüht, um eine Diffusionsschicht zwischen der Beschichtung und dem Grundkörper zu erhalten. Ein unter Umständen beim Glühen auftretendes Verziehen der Rohrkokille kann durch die nachträgliche Kaltverformung wieder aufgehoben werden.

Zweckmässigerweise wird nach Anspruch 2 das Rohr mit einer Nickelschicht versehen, deren Wanddicke mindestens 150 Jim beträgt. Gegenüber Chrom wird dem Werkstoff Nickel der Vorrang eingeräumt, da eine elektrolytisch erzeugte Chromschicht praktisch nicht kalt umgeformt werden kann. Die gegenüber Chrom geringere Härte des Nickels, die mit massgeblich für die Abriebfestigkeit der Schicht ist, kann bei dem Werkstoff Nickel dadurch ausgeglichen werden,

dass man dem Elektrolyten Feststoffpartikel, beispielsweise in Form von Siliziumcarbid, zufügt. Die Feststoffpartikel werden bei der Elektrolyse im Kristallgitter des Nickels eingelagert und führen somit zu einer wesentlichen Steigerung der Festigkeit, wobei die thermische Leitfähigkeit nur geringfügig abnimmt. Die Wanddicke der abgeschiedenen Schicht kann bis zu 4 mm betragen. Damit ist es entsprechend den unterschiedlichen Verschleissbeanspruchungen möglich, die Standzeiten der Kokillen den praktischen Bedürfnissen anzupassen. Gegebenenfalls lassen sich auch mechanische Nacharbeiten durchführen.

Die Umformung des Verbundrohres wird nach Anspruch 3 zweckmässigerweise durch Ziehen mittels Dorn und Matrize durchgeführt. Dadurch erreicht man, dass die Wanddicke sowohl der Kupferschicht als auch der Ver-schleissschicht gleichmässig abnehmen, und eine Rohrkokille mit den gewünschten Abmessungen erhalten wird. Werden Rohrkokillen mit höchsten Anforderungen an die Massgenauigkeit gefordert, ist es nach Anspruch 4 zweckmässig, nach dem Ziehen die Rohrkokille durch Explosionsumformung nachzukalibrieren. Bei diesem Verfahren wird in den Innenraum der Rohrkokille ein Dorn mit rechteckigem oder

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quadratischem Querschnitt eingeführt und die Rohrkokille auf den Dorn durch Explosionswirkung aufgeformt. Setzt man bei diesem Verfahren einen gekrümmten Dorn ein, erhält man eine sogenannte gekrümmte Kokille. Zur Herstellung von gekrümmten Rohrkokillen kann es nach Anspruch 5 jedoch auch günstig sein, in die gezogenen Rohre einen gekrümmten Dorn mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt einzuführen, und Rohr und Dorn gemeinsam durch eine Matrize zu drücken.

Zu einer besonders wirtschaftlichen Fertigung gelangt man nach Anspruch 6, wenn man ein Rohr mit wesentlich grösserer Wanddicke und/oder Länge als die fertige Rohrkokille elektrolytisch mit einer Beschichtung versieht, das beschichtete Rohr zum Rohr mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt umformt, und abschliessend von dem Rohr die Kokillenrohre in der gewünschten Länge abtrennt. Der zeitaufwendige elektrolytische Prozess wird durch die Verwendung eines beispielsweise langen Rohres für eine Vielzahl von Rohrkokillen nur einmal durchgeführt. Wesentlich ist dabei, dass die Wanddicke der elektrolytisch abgeschiedenen Schicht grösser gewählt wird als bei der fertigen Kokille gefordert, da durch die nachfolgenden Ziehprozesse, wie bekannt, die Wanddicke verringert wird. Das Gleiche gilt, wenn man ein Rohr mit wesentlich grösserer Wanddicke bei der Elektrolyse einsetzt. Durch die nachfolgenden Ziehprozesse erhält man infolge der Querschnittsabnahme ebenfalls ein Rohr grosser Länge, von dem dann die fertigen Kokillen in der gewünschten Länge abgetrennt werden können.

Das elektrolytisch beschichtete Rohr wird zweckmässigerweise zunächst auf ein rundes Rohr mit geringeren Querschnittsabmessungen heruntergezogen, und zwar in einem oder mehreren Arbeitsgängen und erst abschliessend zum Vierkant- oder Rechteckrohr umgeformt. Die oben beschriebene Diffusionsglühung kann dann beim Mehrfachziehen als Zwischenglühung durchgeführt werden. Auch ein Glühen unmittelbar vor der Umformung zum Rechteck oder Quadrat ist möglich.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des erfin-dungsgemässen Verfahrens beschrieben.

Beispiel 1

Ein Kupferrohrstück mit einer Länge von 850 mm, einer Wanddicke von 10,5 mm und einem Aussendurchmesser von 189 mm wird in einem Elektrolysebad mit einer Nickelschicht von 950 um beschichtet. Dabei ist das Kupferrohrstück als Kathode geschaltet, während im Innern mit gleichem Abstand zur inneren Oberfläche des Kupferrohrstücks eine Anode angeordnet ist. Die nicht zu beschichtende äussere Oberfläche sowie die Stirnfläche des Kupferrohrstücks sind mit einem nichtleitenden Lack beschichtet. Nach Erreichen der gewünschten Wanddicke wird das Rohrstück aus dem Bad entfernt. Mittels einer geeigneten Umformmaschine, beispielsweise einer Backendrückmaschine, wird das kreisrunde Rohrstück in ein Rohr mit Vierkant- oder quadratischem Querschnitt umgeformt. In dieses vorgeformte Rohrstück wird ein gekrümmter konischer Dorn mit einem entsprechenden Rechteck- oder quadratischem Querschnitt eingetrieben, und Dorn und Rohrstück gemeinsam durch eine Matrize hindurchgedrückt. Das fertige Kokillenrohr hat folgende Abmessungen:

122,6 x 138 mm

Wanddicke 7,7 mm

Länge 801 mm

Biegeradius 4939 mm

Ni-Schicht 700 (im

Beispiel 2

Auf der inneren Oberfläche eines Kupferrohres von 2,1 m Länge, einem Aussendurchmesser von 300 mm und einer Wanddicke von 24 mm wird in einem Elektrolyseprozess innen eine Nickelschicht von 1300 um Wanddicke abgeschieden. Dieses Rohr wird mittels eines Domes und einer Matrize zunächst in mehreren Zügen auf ein rundes Rohr mit einem Aussendurchmesser von 277,8 mm und einer Wanddik-ke von 22 mm heruntergezogen. Das Rohr wird dann bei 650 °C mehrere Stunden geglüht, wobei sich eine Diffusionsschicht zwischen der Nickel- und der Kupferschicht bildet. In das geglühte Rohr wird ein Dorn mit rechteckigem Querschnitt eingeführt und das Rohr durch eine Matrize mit ebenfalls rechteckiger Öffnung hindurchgezogen. Dieses Rohr hat folgende Abmessungen.

aussen 214,4 x 150,4 mm innen 194,2 x 130,2 mm

Die Dicke der Nickelschicht beträgt dabei ca 1028 |xm. Von dem Rohr werden nun entsprechend der Kokillenlänge Rohrstücke abgetrennt, in diese Rohrstücke ein gekrümmter konischer Dorn mit rechteckigem Querschnitt eingedrückt und die Kokillenwandung durch Explosionsumformung auf den Dorn aufgeformt. Dorn und Kokillenrohr können, wie oben beschrieben, auch durch eine Matrize hindurchgedrückt werden.

Sowohl in der Ausführungsform nach Beispiel 1 als auch in der Ausführungsform nach Beispiel 2 kann statt der Reinnickelschicht eine andere elektrolytisch aufgebrachte Schicht verwendet werden (u.a. Nickellegierung). So kann beispielsweise dem Elektrolyten Siliziumcarbid-Staub zugegeben werden, der im Nickelgitter eingebaut wird.

Werden Rohrkokillen mit Flansch benötigt, so können die Flansche im Anschluss an die Umformung zum Rechteck oder Quadrat vorzugsweise mittels Elektronenstrahl-schweissen an dem Kokillenrohr befestigt werden.

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Claims

659 015 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung einer Rohrkokille mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt zum Stranggiessen hochschmelzender Metalle, insbesondere Stahl, mit einem Kokillenkörper aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und einer verschleissfesten Beschichtung an der der Schmelze zugekehrten Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch Pressen und/oder Walzen und/oder Ziehen hergestelltes Rundrohr auf elektrolytischem Wege mit der Beschichtung versehen, und anschliessend das Verbundrohr zu einem Rohr mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt umgeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr mit einer Nickelschicht versehen wird, deren Wanddicke mindestens 150 um beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung durch Ziehen mittels Dorn und Matrize durchgeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Umformung durch Ziehen die Rohrkokille durch Explosionsumformung nachkalibriert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, zur Herstellung gekrümmter Rohrkokillen, dadurch gekennzeichnet, dass in die gezogenen Rohre ein gekrümmter Dorn mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt eingeführt, und Rohr und Dorn gemeinsam durch eine Matrize gedrückt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohr mit wesentlich grösserer Wanddicke und/oder Länge als die fertige Rohrkokille elektrolytisch mit einer Beschichtung versehen wird, dass das beschichtete Rohr zum Rohr mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt umgeformt, und abschliessend von dem Rohr die Kokillenrohre in der gewünschten Länge abgetrennt werden.