DE2635443C2

DE2635443C2 - Verwendung einer Kupferlegierung

Info

Publication number: DE2635443C2
Application number: DE19762635443
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 4500 Osnabrück Gravemann; Hans-Joachim Dr.Rer.Nat. Wallbaum
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-08-06
Filing date: 1976-08-06
Publication date: 1984-10-31
Also published as: FR2360681A1; AT355813B; DE2635443A1; SE7708919L; CA1078648A; FI60820B; BE857517A; JPS5319137A; SE433455B; IT1079769B; YU185177A; FR2360681B1; FI772307A; SU927127A3; CH628930A5; ES460934A1; FI60820C; GB1533944A; DD131096A5; ATA448077A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Kupferlegierung, bestehend aus 13 bis 4% Eisen, bis zu 0,04% Bor, Lithium, Calzium, Magnesium oder Phosphor als Desoxidationsmittel. Rest Kupfer mit üblichen Verunreinigungen.

Als Werkstoff zur Herstellung von Stranggießkokillen zum Stranggießen von hochschmelzenden Metallen wie Stahl wird seit langem Kupfer verwendet, welches aufgrund seiner hohen thermischen Leitfähigkeit sehr schnell die Wärme aus der Schmelze abzuleiten vermag. Die Wandstärke der Kokillen wurde so groß gewählt, daß sie in ausreichender Weise den zu erwartenden mechanischen Beanspruchungen genügt

Zur Erhöhung der Warmfestigkeit ist vorgeschlagen worden, Stranggießkokillen aus einer Legierung mit mindestens 85% Kupfer und wenigstens einem weiterer*, eine Ausscheidungshärtung bewirkenden Legierungselement herzustellen. Als Legierungselemente werden bis zu 3% Chrom, Silizium, Silber und Beryllium vorgeschlagen. Auch die aus diesem Werkstoff hergestellten Stranggießkokillen konnten noch nicht vollauf befriedigen, da insbesondere die Legierungskomponenten Silizium und Beryllium die thermische Leitfähigkeit stark herabsetzen (AT-PS 2 34 930).

Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit ist deshalb ein Kupferwerkstoff für Stranggießkokillen bekanntgeworden, der aus 0,05 bis 0,08% Chrom und 0,005 bis 0,04% Phosphor, Rest Kupfer besteht. Durch Kaltverformung ist eine Brinellhärte von 120 bei einer thermischen Leitfähigkeit von mindestens 80% des reinen Kupfers erreichbar. Die Entfestigungstemperatur liegt oberhalb 350° C (DE-AS 23 18 662).

Alle diese Lösungen haben als Werkstoffe für Stranggießkokillen noch nicht vollauf befriedigen können.

Dementsprechend besteht die Erfindung in der Verwendung einer Kupferlegierung, bestehend aus 1,5 bis 4,0% Eisen, bis zu 0,04% der Desoxidationsmittel, Bor, Lithium, Calzium, Magnesium oder Phosphor und Rest Kupfer mit üblichen Verunreinigungen, im ausgehärteten Zustand als Werkstoff für Stranggießkokillen, insbesondere zum Stranggießen hochschmelzender Metalle.

Vorzugsweise besteht die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung aus 2,0 bis 2,5% Eisen, zusätzlich 0,05 bis 0,25% Zirkonium und 0,005 bis 0,02% Phosphor, Rest Kupfer.

Insbesondere Her Zusatz von Zirkonium begünstigt die Verwendung der Kupferlegierung für Stranggießkokillen.

Die Legierung zeichnet sich durch besonders günstige mechanische und physikalische Eigenschaften aus. Sie hat eine Wärmeleitfähigkeit, die über 70% der des reinen Kupfers liegt Die Werte für die Warmfestigkeit, die Warmverfonnbarkeit sowie für die Erweichungstemperatur liegen ebenfalls in einem für Stranggießkokillen äußerst günstigen Bereich. Die Brinellhärte als Maßsstab für die Abriebfestigkeit erreicht Werte von über 120. Eine weitere wesentliche Anforderung bei Stranggießkokillen ist eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem Kühlwasser, die durch die angegebene Kupferlegierung erfüllt wird.

Aus der US-PS 21 37 281 ist zwar eine Kupferlegierung, bestehend aus 0,1 bis 5% Eisen und 0,1 bis 3% Zirkonium bekannt, jedoch soll dieser Werkstoff lediglich für Gegenstände verwendet werden, die eine hohe Härte und eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen müssen. Deshalb wird diese Legierung für die Herstellung von Elektroden für die elektrische Widerstandsschweißung vorgeschlagen. Aus dieser US-PS können keine Folgerungen auf das Verhalten der Kupferlegierung in dem für die Erfindung relevanten Bereich gezogen werden.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Eine Kupferlegierung mit 2,5% Eisen, 0,15% Zirkonium und 0,01 % Phosphor, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen wurde zunächst zu einem Block mit 420 mm Durchmesser vergossen und bei ca. 950⁰C zu einem Rohr mit einem Außendurchmesser von 220 mm stranggepreßt und anschließend abgeschreckt. Das Rohr wurde dann in mehreren Ziehstufen um 50% kaltverformt, wobei der Außendurchmesser auf 150 mm reduziert wurde. Das Rohr wurde dann bei 475° C IV2 Stunden geglüht und abgekühlt. Anschließend erfolgte die Fertigbearbeitung zur Rohrkokille.

Nach dieser Behandlung wies die fertige Stranggießkokille folgende Kennwerte auf:

Thermische Leitfähigkeit

Erweichungstemperatur
Härte HB 2,5/62,5
Zugfestigkeit
Bruchdehnung

70% des reinen

Kupfers

600⁰C

145

420^N/mm²

15%

Auch nach längerer Betriebszeit konnten bei der Stranggießkokille die bei den bisherigen Kokillen aufgetretenen Fehler wie Einziehen der Kokille und Warmrißbildun£ im Badspiegelbereich nicht festgestellt werden. Ebenso waren die Verschleißerscheinungen am unteren Kokillenende deutlich geringer.

Aus einer Kupferlegierung mit 2,3a% Eisen, 0,10% Zirkonium und 0,03% Phosphor wurde eine Walzbramme gegossen, die bei 950⁰C mit einer Querschnittsabnahme von 60% warmgewalzt und darauf schnell abgekühlt wurde. Die Platte wurde dann oberflächenbearbeitet und in mehreren Walzstufen um 45% kaltverformt Anschließend wurde die Platte bei 500⁰C 1 Stunde geglüht und langsam im Ofen abgekühlt. Nach dem Glühen wurde die Platte durch Abwälzen um weitere 38% kaltverformt und 10 Stunden lang bei 450°C geglüht.

Anschließend erfolgte die Fertigbearbeitung zu Kokillenplatten. Die Platten wiesen folgende Kennwerte auf:

Thermische Leitfähigkeit
Erweichungstemperatur
Härte HB 2,5/62,5
Zugfestigkeit

73% IACS
550° C
125
392^N/mm²

Bruchdehnung ■ 18%

Warmfestigkeit bei 300° C 321 ^N/mm²

Brucheinschnürung bei 300° C 63%

Die aus diesen Platten hergestellte Kokille wies nach
einer Betriebsdauer von 450 Chargen eine außergewöhnliche Maßhaltigkeit in dem den Strang formenden
Kokillenhohlraum auf, was auf die hohe Warmfestigkeit
des Werkstoffes zurückzuführen ist So betrug zum Beispiel die Längenkontraktion nach der obengenannten
Gießreise weniger als 0,025%.

Bei den herkömmlichen Kokillenwerkstoffen aus
Kupfer wurden Werte von bis zu 1,5% festgestellt

10

15

20

25

30

40

45

50

55

60

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verwendung einer Kupferlegierung, bestehend aus 1,5 bis 4% Eisen, bis zu 0,04% Bor, Lithium, Calzium, Magnesium oder Phosphor als Desoxidationsmittel, und Kupfer als Rest mit üblichen Verunreinigungen im ausgehärteten Zustand als Werkstoff für Stranggießkokillen.

2. Verwendung einer Kupferlegierung nach Anspruch 1 mit 2 bis 2J5°h Eisen, zusätzlich 0,05 bis 0,25% Zirkonium und 0,005 bis 0,02% Phosphor für den in Anspruch 1 genannten Zweck.