DE10032627A1 - Verwendung einer Kupfer-Nickel-Legierung - Google Patents

Abstract

Für die Herstellung von metallische Schmelzen aufnehmenden Behältern, beispielsweise Tiegel für Schmelz- und Umschmelzanlagen, wird ein Werkstoff benötigt, der neben günstigen thermomechanischen Eigenschaften eine hervorragende Schweißfähigkeit aufweist. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird für diese Anwendung eine Kupferlegierung im nicht ausgehärteten Zustand vorgeschlagen, die aus 0,2 bis 1,5% Nickel, 0,002 bis 0,12% mindestens eines Elements aus der Phosphor, Aluminium, Mangan, Lithium, Kalzium, Silizium und Bor umfassenden Gruppe, Rest Kupfer einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen besteht. DOLLAR A Zur gezielten Erhöhung der Festigkeit kann die Kupferlegierung noch bis zu 0,3% Zirkonium enthalten.

Description

Die Erfindung betrifft einerseits die Verwendung einer Kupferlegierung als Werkstoff im nicht ausgehärteten Zustand zur Herstellung von metallische Schmelzen aufnehmenden Behältern, beispielsweise Tiegel für Schmelz- und Umschmelzanlagen.

Andererseits richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von aus einer Kupfer-Nickel-Legierung bestehenden Behältern, die metallische Schmelzen aufnehmen können.

Schmelz- und Umschmelzprozesse sind aus der Praxis bekannt. Sie werden eingesetzt, um die Qualität von Stählen und Superlegierungen auf Eisen-, Nickel- oder Kobaltbasis zu verbessern. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Herstellung von Nichteisenmetallen, wie z. B. Tantal, Titan, Molybdän oder Zirkonium.

Als Werkstoffe zur Herstellung von Tiegeln kommen üblicherweise Kupfer und Kupferlegierungen in Betracht, die eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen.

Die nahtlosen, geschweißten oder anderweitig zusammengesetzten Tiegel haben üblicherweise eine runde rohrförmige oder rechteckige Grundform. Eingesetzt werden jedoch auch solche mit polygonaler oder quadratischer Grundform. Darüber hinaus finden vereinzelt auch solche Formen Anwendung, die der Endform des zu fertigenden Bauteils angepaßt sind, z. B. für Kurbelwellen und Druckbehälter.

Die metallische Schmelze aufnehmenden Behälter, wie z. B. Tiegel, haben üblicherweise Längen von bis zu maximal 4 m und Durchmesser bis zu 1,5 m.

In den Schmelz- und Umschmelzanlagen sind die Tiegel in der Regel von einem Kühlmantel umgeben, der dazu dient, die Prozeßwärme abzuführen. Der Kühlmantel selbst kann dabei als Stahlkonstruktion ausgeführt werden. Abweichend davon sind aber auch Konstruktionen denkbar, bei denen die Kühlwasserführung direkt in die Wandungen des Kupfertiegels in Form von Schlitzen oder Kühlbohrungen integriert ist.

Aus der US-A-2 155 405 ist eine Kupferlegierung bekannt, die 0,25 bis 3% Nickel, 0,05 bis 0,6% Phosphor, Rest Kupfer enthält. Diese für elektrische Leiter vorgesehene Legierung weist eine elektrische Leitfähigkeit von 67% IACS und eine relativ hohe Zugfestigkeit auf.

Ferner ist aus der EP-A1-0 249 740 eine aushärtbare Kupferlegierung bekannt, die aus 0,2 bis 1,2% Nickel und 0,04 bis 0,25% Phosphor besteht. Diese Legierung soll als Werkstoff zur Herstellung von Stranggießkokillen zum Stranggießen von hochschmelzenden Metallen verwendet werden. Aufgrund einer mehrstündigen Aushärtungsbehandlung erreicht dieser Werkstoff eine Härte HB 2,5/62,5 von über 115.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Werkstoff vorzugsweise für den Einsatz als Tiegel in Schmelz- und Umschmelzanlagen bereitzustellen, der neben günstigen thermomechanischen Eigenschaften eine hervorragende Schweißfähigkeit aufweist.

Andererseits soll ein geeignetes Verfahren zur Herstellung eines gegebenenfalls aus mehreren Teilen zusammengesetzten Behälters für metallische Schmelzen angegeben werden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht einerseits in der Verwendung einer Kupferlegierung aus 0,2 bis 1,5% Nickel, 0,002 bis 0,12% mindestens eines Elements aus der Phosphor, Aluminium, Mangan, Lithium, Kalzium, Magnesium, Silizium und Bor umfassenden Gruppe, wahlweise bis zu 0,3% Zirkonium, Rest Kupfer einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen als Werkstoff im nicht ausgehärteten Zustand zur Herstellung von metallische Schmelzen aufnehmenden Behältern, beispielsweise Tiegel für Schmelz- und Umschmelzanlagen.

Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung 0,6 bis 1,3% Nickel und 0,01 bis 0,06% mindestens eines Elements aus der Bor, Magnesium und Phosphor umfassenden Gruppe, Rest Kupfer einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen.

Zur gezielten Erhöhung der Festigkeit ist es vorteilhaft, der Legierung 0,01 bis zu maximal 0,3% Zirkonium hinzuzufügen.

Die Lösung des verfahrensmäßigen Teils der Aufgabe wird schließlich in den in den Ansprüchen 5 bis 7 aufgeführten Merkmalen gesehen.

Claims (7)

1. Verwendung einer Kupferlegierung, bestehend aus 0,2 bis 1,5% Nickel, 0,002 bis 0,12% mindestens eines Elements aus der Phosphor, Aluminium, Mangan, Lithium, Kalzium, Magnesium, Silizium und Bor umfassenden Gruppe, Rest Kupfer einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen als Werkstoff im nicht ausgehärteten Zustand zur Herstellung von metallische Schmelzen aufnehmenden Behältern, beispielsweise Tiegel für Schmelz- und Umschmelzanlagen.

2. Kupferlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickelgehalt 0,6 bis 1,3% und der Gehalt der Elemente Bor, Magnesium und/oder Phosphor 0,01 bis 0,06% beträgt.

3. Kupferlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickelgehalt 1,0 bis 1,3% und der Phosphorgehalt 0,01 bis 0,03% beträgt.

4. Kupferlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich bis zu 0,3% Zirkonium enthält.

5. Verfahren zur Herstellung von Behältern für metallische Schmelzen aus einer Kupferlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung nach einer Warmformgebung an ruhender Umgebungsluft abgekühlt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichet, daß die Legierung nach der Warmformgebung um mindestens 10% kaltverformt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltverformung und ein nachfolgendes Schweißen der im warm umgeformten Zustand vorliegenden Legierung so aufeinander abgestimmt werden, daß die Festigkeit und die elektrische Leitfähigkeit in der Schweißnaht um nicht mehr als 15% von dem entsprechenden Eigenschaftswerten des Grundwerkstoffs abweichen.