DE102010012309A1

DE102010012309A1 - Mold element and method for its coating

Info

Publication number: DE102010012309A1
Application number: DE201010012309
Authority: DE
Inventors: Thomas Söntgen
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-09-29
Also published as: WO2011117035A2; WO2011117035A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kokillenelement (1), wie insbesondere eine Kokillenplatte, von einer Kokille einer Stranggussanlage, aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, mit einer Fläche, die im Betrieb der Kokille mit einer Stahlschmelze in Kontakt steht, wobei zumindest auf dieser Fläche eine Verschleißschutzbeschichtung (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine chemisch-autokatalytisch aufgebrachte Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung (3) mit eingelagerten Hartstoffpartikeln (4) ist, wobei der Phosphoranteil der Beschichtung im Bereich zwischen 4 und 10% liegt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Beschichtung.The invention relates to a mold element (1), such as in particular a mold plate, from a mold of a continuous casting plant, made of copper or a copper alloy, with a surface that is in contact with a steel melt during operation of the mold, with a wear protection coating ( 2) is provided, characterized in that the coating is a chemically autocatalytically applied nickel-phosphorus dispersion coating (3) with embedded hard material particles (4), the phosphorus content of the coating being in the range between 4 and 10%. The invention also relates to a method for coating.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein Kokillenelement, wie insbesondere eine Kokillenplatte, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Beschichtung eines Kokillenelements nach dem Oberbegriff von Anspruch 9.The invention relates to a mold element, in particular a mold plate, according to the preamble of claim 1 and a method for coating a mold element according to the preamble of claim 9.

Stand der TechnikState of the art

Kokillenelemente insbesondere für Stranggussanlagen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Dabei werden Kokillenelemente, wie beispielsweise Kokillenplatten eingesetzt, die aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung gefertigt sind, die während des Betriebs einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt sind, so dass diese Kokillenelemente häufig gewartet, überarbeitet und/oder ersetzt werden müssen.Mold elements, in particular for continuous casting plants, are well known in the art. In this case, mold elements, such as mold plates are used, which are made of copper or a copper alloy, which are exposed to increased wear during operation, so that these mold elements frequently maintained, revised and / or replaced.

Um die Standzeiten der Kokillenelemente zu erhöhen, sind daher Beschichtungen von Kokillenelementen entwickelt worden, die zu einem reduzierten Verschleiß der Kokillenelemente führen sollen.In order to increase the service life of the mold elements, therefore, coatings of mold elements have been developed, which should lead to a reduced wear of the mold elements.

So ist beispielsweise durch die WO 2007/071493 eine Beschichtung eines Bauteils einer Stranggussanlage aus Nickel oder einer Nickellegierung mit Hartstoffpartikeln bekannt geworden.For example, by the WO 2007/071493 a coating of a component of a continuous casting plant made of nickel or a nickel alloy with hard material particles has become known.

Durch die EP 0 924 010 A1 ist eine Beschichtung eines Kokillenkörpers mit einer ersten inneren Chromschicht und mit einer zweiten Schicht aus Chrom bekannt geworden.By the EP 0 924 010 A1 has become known a coating of a Kokillenkörpers with a first inner chromium layer and a second layer of chromium.

Die US 4 037 646 offenbart eine Beschichtung aus einer ersten Schicht aus Nickel und Kobalt und einer zweiten Schicht, die auf der ersten Schicht aufgebracht ist und die aus Nickel und/oder Kobalt mit Phosphor oder Bor besteht.The US 4,037,646 discloses a coating of a first layer of nickel and cobalt and a second layer deposited on the first layer and made of nickel and / or cobalt with phosphorus or boron.

Die DE 2634633 offenbart eine Beschichtung aus einem Nickelgitter mit eingelagerten Metallkarbidpartikeln.The DE 2634633 discloses a coating of nickel mesh with embedded metal carbide particles.

Auch die WO 01/83136 offenbart eine Beschichtung für Platten aus Kupfer von einer Kokillenwand, wobei die Beschichtung aus einem binären oder ternären Metalllegierungsdispersion auf Basis von Nickel mit eingelagerten Dispersanten besteht.Also the WO 01/83136 discloses a coating for plates of copper from a mold wall, the coating consisting of a binary or ternary metal alloy dispersion based on nickel with embedded dispersants.

Die obigen im Stand der Technik offenbarten Beschichtungen haben den Nachteil der aufwändigen Herstellung bzw. Aufbringung der Verschleißschutzbeschichtung auf dem Kokillenelement, so dass ein erhöhter Aufwand bzw. Materialeinsatz zu erfolgen hat, was auch insbesondere in Hinsicht auf die Kosten weniger günstig ist. Darüber hinaus haben die im Stand der Technik bekannten Bschichtungen ein nachteiliges Korrosionsverhalten.The above disclosed in the prior art coatings have the disadvantage of consuming production or application of the wear protection coating on the mold element, so that an increased effort or material use has to be made, which is also less favorable, especially in terms of cost. In addition, the layers known in the prior art have a disadvantageous corrosion behavior.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, VorteilePresentation of the invention, object, solution, advantages

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Kokillenelement, wie insbesondere eine Kokillenplatte, zu schaffen, welches einfach im Herstellungsprozess ist, kostengünstig in der Herstellung und vorzugsweise mit verbesserten verschleißhemmenden und korrosionsreduzierenden Eigenschaften und somit mit einer erhöhten Nutzungsdauer, wie Standzeit, aufwarten kann. Außerdem besteht die Aufgabe in der Angabe eines Verfahrens zur Beschichtung des Kokillenelements.It is the object of the invention to provide a mold element, such as in particular a mold plate, which is simple in the manufacturing process, inexpensive to manufacture and preferably with improved wear-inhibiting and corrosion-reducing properties and thus with an increased useful life, such as life, come up. In addition, the object is to specify a method for coating the mold element.

Dies wird erreicht mit den Merkmalen von Anspruch 1, wonach ein Kokillenelement, wie insbesondere eine Kokillenplatte, von einer Kokille einer Stranggussanlage geschaffen wird, das vorteilhaft aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, mit einer Fläche, die im Betrieb der Kokille typischer Weise mit einer Stahlschmelze in Kontakt stehen würde, wobei zumindest auf dieser Fläche eine Verschleißschutzbeschichtung vorgesehen bzw. aufgebracht ist, wobei die Beschichtung eine chemisch-autokatalytisch aufgebrachte Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung mit eingelagerten Hartstoffpartikeln ist, wobei der Phosphoranteil der Beschichtung im Bereich zwischen 4 und 10 Volumen-% liegt. Dadurch wird nicht nur der Verschleiß der Fläche reduziert, sondern es wird in bevorzugter Weise auch das Korrosionsverhalten der Fläche verbessert.This is achieved with the features of claim 1, according to which a mold element, in particular a mold plate, is provided by a mold of a continuous casting plant, which is advantageously made of copper or a copper alloy, with a surface which in the operation of the mold typically with a molten steel in which at least on this surface a wear protection coating is provided or applied, wherein the coating is a chemically autocatalytically applied nickel-phosphorus dispersion coating with embedded hard material particles, wherein the phosphorus content of the coating in the range between 4 and 10% by volume lies. As a result, not only the wear of the surface is reduced, but it is also improved in a preferred manner, the corrosion behavior of the surface.

Dabei wird nach dem Erfindungsgedanken das nachfolgende Material oder zumindest eines der nachfolgenden Materialien als Hartstoffpartikel verwendet: Diamant, Siliziumcarbid, Grafit, Kohlenstoff und/oder Borcarbid. Die Verwendung dieser Materialien bewirkt, dass der Verschleiß der Beschichtung reduziert wird.According to the idea of the invention, the following material or at least one of the following materials is used as hard material particles: diamond, silicon carbide, graphite, carbon and / or boron carbide. The use of these materials causes the wear of the coating is reduced.

Bevorzugt liegen die Hartstoffpartikel in einer Partikelgröße von 0,5 bis 3 μm vor. Dies bewirkt eine günstige Einbettung der Partikel und auch eine gleichmäßige Verteilung in der Nickel-Phosphor-Beschichtung.The hard material particles are preferably present in a particle size of 0.5 to 3 μm. This causes a favorable embedding of the particles and also a uniform distribution in the nickel-phosphorus coating.

Für die günstigen Verschleißeigenschaften ist es vorteilhaft, wenn der Anteil der Hartstoffpartikel in der Beschichtung im Bereich von 10 bis 35 Volumenprozent liegt.For the favorable wear properties, it is advantageous if the proportion of hard material particles in the coating is in the range of 10 to 35 percent by volume.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Härte der Schicht im Abscheidungszustand nach der Abscheidung im Bereich von 550 bis 600 HV (Vickers Härte) liegt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Härte der Schicht nach einer weiteren Wärmebehandlung im Bereich von 1200 bis 1350 HV liegt.It is furthermore advantageous if the hardness of the layer in the deposition state after deposition is in the range from 550 to 600 HV (Vickers hardness). It is particularly advantageous if the hardness of the layer after a further heat treatment in the range of 1200 to 1350 HV.

Auch ist es zweckmäßig, wenn das Kokillenelement an zumindest einer Kante mit einer Anschrägung angeschrägt ist. Dadurch kann eine besonders dem Verschleiß ausgesetzte Kante durch eine erhöhte Beschichtungsdicke zusätzlich geschützt werden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Schichtdicke der Beschichtung im angeschrägten Bereich gegenüber dem nicht angeschrägten Bereich erhöht ist, wie beispielsweise ansteigend ausgebildet ist oder verdoppelt ist. It is also expedient if the mold element is chamfered on at least one edge with a chamfer. As a result, an edge exposed particularly to wear can be additionally protected by an increased coating thickness. It is expedient if the layer thickness of the coating is increased in the tapered region with respect to the non-tapered region, such as, for example, is rising or doubled.

Die erfindungsgemäße Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird gelöst durch ein Verfahren zur Beschichtung eines Kokillenelements aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einer Verschleißschutzbeschichtung, wobei die Beschichtung eine Nickel-Phosphor-Beschichtung ist, die chemisch-autokatalytisch aufgebracht wird, wobei Hartstoffpartikel in die Schicht eingebracht werden und die Schicht nach der Aufbringung zur Erhöhung der Härte der Schicht einer Wärmebehandlung unterzogen wird.The object of the invention with regard to the method is achieved by a method for coating a mold element made of copper or a copper alloy with a wear protection coating, wherein the coating is a nickel-phosphorus coating, which is applied chemically-autocatalytically, with hard material particles are introduced into the layer and the layer is subjected to a heat treatment after the application to increase the hardness of the layer.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Kokillenelement vor der Aufbringung der Beschichtung einer chemischen Vorbehandlung und/oder Reinigung unterzogen wird und/oder dass das Kokillenelement nach dem Aufbringen der Beschichtung einem Temperschritt unterzogen wird, um Spannungen innerhalb der Beschichtung und/oder des Kokillenelements zu reduzieren.It is advantageous if the mold element is subjected to a chemical pretreatment and / or cleaning prior to the application of the coating and / or that the mold element is subjected to an annealing step after the application of the coating in order to reduce stresses within the coating and / or the mold element ,

Auch ist es zweckmäßig, wenn die Schichtdicke der Beschichtung zwischen 10 μm und 6 mm liegt und/oder der Hartstoffpartikelanteil der Beschichtung zwischen 10 und 35% liegt.It is also expedient if the layer thickness of the coating is between 10 μm and 6 mm and / or the hard material particle fraction of the coating is between 10 and 35%.

Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.Further advantageous embodiments are described by the subclaims.

Alle %-Angaben in der vorliegenden Beschreibung sind Volumenprozent.All% data in the present specification is volume percent.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail on the basis of an embodiment with reference to the drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Kokillenelements mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung; und 1 a schematic representation of a mold element with a coating according to the invention; and

2 ein Blockschaltbild mit einer schematische Darstellung zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 a block diagram with a schematic representation for explaining a method according to the invention.

Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention

Die 1 zeigt schematisch eine Teilansicht eines Kokillenelements 1, wie insbesondere einer Kokillenplatte. Das Kokillenelement 1 oder auch die Kokillenplatte ist vorzugsweise ein Element einer Kokille einer Stranggussanlage, vorzugsweise in der Stahlerzeugung, und weist Flächen auf, die mit einer Stahlschmelze in Berührung stehen. Das Kokillenelement 1 besteht dabei vorzugsweise aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung und es weist eine Fläche 5 auf, die im Betrieb der Kokille mit einer Stahlschmelze in Kontakt stehen würde, wobei zumindest auf dieser Fläche eine Verschleißschutzbeschichtung 2 vorgesehen ist zur Reduzierung des Verschleißes des Kokillenelements an dieser Fläche.The 1 schematically shows a partial view of a mold element 1 , in particular a mold plate. The mold element 1 or also the mold plate is preferably an element of a mold of a continuous casting plant, preferably in steelmaking, and has surfaces which are in contact with a molten steel. The mold element 1 consists preferably of copper or of a copper alloy and it has a surface 5 which would be in contact with a molten steel during operation of the mold, at least on this surface a wear protection coating 2 is provided for reducing the wear of the Kokillenelements on this surface.

Die Beschichtung 2 wird durch ein chemisch-autokatalytisches Verfahren auf die Oberfläche 5 des Kokillenelements 1 aufgebracht und ist eine Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung 3.The coating 2 is applied to the surface by a chemical-autocatalytic process 5 of the mold element 1 applied and is a nickel-phosphorus dispersion coating 3 ,

Die Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung 3 weist dabei eingelagerte Hartstoffpartikel 4 auf, die in die Dispersionsbeschichtung 3 mit einem vorgegebenen Volumenanteil eingebettet werden.The nickel-phosphorus dispersion coating 3 has embedded hard material particles 4 in the dispersion coating 3 be embedded with a given volume fraction.

Die Dispersionsbeschichtung besteht dabei zumindest aus Nickel und Phosphor, wobei der Phosphoranteil der Beschichtung im Bereich zwischen 4 und 10% liegt.The dispersion coating consists at least of nickel and phosphorus, wherein the phosphorus content of the coating is in the range between 4 and 10%.

Die eingebetteten Hartstoffpartikel 4 bestehen vorzugsweise aus Diamant, Siliziumcarbid, Grafit, Kohlenstoff und/oder aus Borcarbid. Die Hartstoffpartikel 4 weisen dabei vorteilhaft eine sehr kleine Partikelgröße von 0,5 bis 3 μm auf. Der Anteil der Hartstoffpartikel 4 in der Beschichtung ist dabei vorzugsweise im Bereich von 10 bis 35 Volumenprozent.The embedded hard material particles 4 are preferably made of diamond, silicon carbide, graphite, carbon and / or boron carbide. The hard material particles 4 advantageously have a very small particle size of 0.5 to 3 microns. The proportion of hard material particles 4 in the coating is preferably in the range of 10 to 35 percent by volume.

Durch das Aufbringen der Beschichtung wird erreicht, dass die Härte der Beschichtung im Abscheidungszustand im Bereich von 550 bis 600 HV (Vickers Härte) liegt. Durch eine anschließende Wärmebehandlung wird weiterhin vorteilhaft erreicht, dass die Härte der Beschichtung ansteigt auf einen Wert im Bereich von 1200 bis 1350 HV.By applying the coating is achieved that the hardness of the coating in the deposition state in the range of 550 to 600 HV (Vickers hardness). By a subsequent heat treatment is also advantageously achieved that the hardness of the coating increases to a value in the range of 1200 to 1350 HV.

Wie in 1 erkennbar, kann das Kokillenelement 1 an zumindest einer Kante 6 mit einer Anschrägung 7 versehen sein, so dass im Bereich dieser Anschrägung 7 vorteilhaft die Dicke der Beschichtung erhöht ist, wie beispielsweise etwa verdoppelt ist.As in 1 recognizable, the mold element 1 on at least one edge 6 with a chamfer 7 be provided so that in the area of this chamfer 7 Advantageously, the thickness of the coating is increased, such as about doubled.

Durch die Beschichtung 2 der Kokillenelements 1 wird es vorzugsweise erreicht, dass die Standzeit des Elements 1 sich erhöht, so dass seine Wartung seltener oder in größeren Abständen durchgeführt werden muss. Zweckmäßig ist es, wenn durch die Beschichtung 2 zumindest einzelner oder auch verschiedener Elemente die jeweilige Standzeit verschiedener Bauteile aneinander angeglichen wird, so dass eine Wartung oder ein Austausch dieser Bauteile bzw. Elemente gleichzeitig stattfinden kann und nicht verschiedene Wartungs- oder Tauschoperationen zu unterschiedlichen Wartungsintervallen oder Zeitpunkten die Stranggussanlage häufiger stilllegen. So kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Standzeit beispielsweise der Kokillenelemente mit der Standzeit von beispielsweise den Fußrollen der Stranggussanlage angeglichen wird.Through the coating 2 the mold element 1 It is preferably achieved that the life of the element 1 Increases so that its maintenance must be carried out less frequently or at longer intervals. It is useful if through the coating 2 at least one or even different elements, the respective life of different components is matched to each other, so that a maintenance or replacement of this Components or elements can take place simultaneously and do not shut down the continuous casting more frequently maintenance or replacement operations at different maintenance intervals or times. Thus, it may be particularly advantageous if the service life of, for example, the mold elements is equalized with the service life of, for example, the casters of the continuous casting plant.

Die 2 zeigt ein Blockschaltbild 10 zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens. Block 11 repräsentiert dabei einen optionalen Reinigungsschritt, bei welchem die zu beschichtende Fläche einer chemischen Vorbehandlung und/oder Reinigung unterzogen wird. Block 12 zeigt den Schritt der chemisch/autokatalytischen Oberflächenbeschichtung mit einer Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung.The 2 shows a block diagram 10 for explaining a coating method according to the invention. block 11 represents an optional cleaning step in which the surface to be coated is subjected to chemical pretreatment and / or purification. block 12 shows the step of chemically / autocatalytic surface coating with a nickel-phosphorus dispersion coating.

Die Schichtdicke ist dabei vorzugsweise im Dickenbereich zwischen 10 μm und 6 mm. Während des Schritts 12 werden vorzugsweise gleichzeitig Hartstoffpartikel in die Beschichtung eingebracht. Dabei liegt der Hartstoffpartikelanteil der Beschichtung vorteilhaft in einem Bereich zwischen 10 und 35%. Als Hartstoffpartikel wird vorteilhaft zumindest einer der folgenden Materialien verwendet: Diamant, Siliziumcarbid, Grafit, Kohlenstoff und/oder Borcarbid.The layer thickness is preferably in the thickness range between 10 microns and 6 mm. During the step 12 At the same time, hard-material particles are simultaneously introduced into the coating. In this case, the hard material particle fraction of the coating is advantageously in a range between 10 and 35%. At least one of the following materials is advantageously used as hard material particles: diamond, silicon carbide, graphite, carbon and / or boron carbide.

Vorteilhaft wird nach der Aufbringung der Beschichtung in Block 12 zur Erhöhung der Härte der Beschichtung eine Wärmebehandlung der Beschichtung in Block 13 vorgenommen. Dadurch wird erreicht, dass die Härte der Beschichtung auf Werte im Bereich von 1200 bis 1350 HV ansteigt.Advantageously, after the application of the coating in block 12 To increase the hardness of the coating a heat treatment of the coating in block 13 performed. This ensures that the hardness of the coating increases to values in the range of 1200 to 1350 HV.

Zur Reduzierung von Spannungen in der Beschichtung wird das Kokillenelement nach dem Aufbringen der Beschichtung und der Wärmebehandlung in Block 13 einem Temperschritt in Block 14 unterzogen.To reduce stresses in the coating, the mold element is after the application of the coating and the heat treatment in block 13 a tempering step in block 14 subjected.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: KokillenelementKokillenelement
22: Beschichtungcoating
33: Nickel-Phosphor-DispersionsbeschichtungNickel-phosphorus coating dispersion
44: HartstoffpartikelHard particles
55: Flächearea
66: Kanteedge
77: Anschrägungbevel
1010: BlockschaltbildBlock diagram
1111: Blockblock
1212: Blockblock
1313: Blockblock
1414: Blockblock

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2007/071493 [0004]
EP 0924010 A1 [0005]
US 4037646 [0006]
DE 2634633 [0007]
WO 01/83136 [0008]

Claims

Mold element ( 1 ), in particular a mold plate, from a mold of a continuous casting plant, made of copper or a copper alloy, with a surface which would typically be in contact with a molten steel during operation of the mold, at least on this surface a wear protection coating ( 2 ), characterized in that the coating ( 2 ) a chemically autocatalytically applied nickel-phosphorus dispersion coating ( 3 ) with embedded hard material particles ( 4 ), wherein the phosphorus content of the coating ( 2 ) is in the range between 4 and 10% by volume.

Mold element according to claim 1, characterized in that as hard material particles ( 4 ): diamond, silicon carbide, graphite, carbon and / or boron carbide.

Mold element according to claim 1 or 2, characterized in that the hard material particles ( 4 ) are present in a particle size of 0.5 to 3 microns.

Mold element according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the proportion of hard material particles ( 4 ) in the layer is in the range of 10 to 35 percent by volume.

Mold element according to one of the preceding claims, characterized in that the hardness of the layer ( 2 ) in the state of deposition after deposition is in the range of 550 to 600 HV.

Mold element according to one of the preceding claims, characterized in that the hardness of the layer ( 2 ) is after a further heat treatment in the range of 1200 to 1350 HV.

Mold element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the mold element ( 1 ) on at least one edge ( 6 ) with a bevel ( 7 ) is bevelled.

Mold element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the layer thickness of the coating ( 2 ) is increased in the tapered area opposite the non-tapered area.

Procedure ( 10 ) for coating a mold element made of copper or a copper alloy with a wear protection coating, characterized in that the coating is a nickel-phosphorus coating which is chemically-autocatalytically ( 12 ) is applied, hard material particles are introduced into the layer and the layer after application to increase the hardness of the layer of a heat treatment ( 13 ).

A method according to claim 9, characterized in that the mold element before the application of the coating of a chemical pretreatment and / or cleaning ( 11 ).

A method according to claim 9 or 10, characterized in that the mold element after applying the coating to a tempering step ( 14 ) to reduce stresses of the coating.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the layer thickness of the coating is between 10 microns and 6 mm.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the hard material particle fraction of the coating is between 10 and 35% by volume.