-
Beschreibung
-
Die Erfindung betrifft das Stranggießen nichtrostender Stähle, insbesondere
ein Verfahren zum Stranggießen von nichtrostenden Stählen, wobei die Brammen mit
verbesserter Oberflächengüte hergestellt werden.
-
Es ist weithin bekannt, daß sich beim Stranggießen von Brammen aus
rostfreiem Stahl im Innern und auf der Oberfläche derselben Fehler einstellen; besonders
auffallend sind die honigweben- oder sternförmigen Risse. Letztere führen zu Fehlern
in den kaltgewalzten Erzeugnissen, weshalb sie durch starkes Polieren beseitigt
werden müssen, was wiederum einen Materialverlust bedeutet.
-
Sternförmige risse sind sowohl von unlegierten Kohlenstoffstählen
als auch von nichtrostenden Stählen bekannt. Sie werden durch das Kupfer verursacht,
das durch die erstarrte Stahl randschicht von der Innenfläche der Kupferkokille
abgeschabt wird, in den Kristallisationsgrenzbereich der Brammen eindringt und auf
diese Weise zu einer lokalen Minderung der Warmfestigkeit führt und so die Risse
verursacht.
-
Zur Verhinderung des Entstehens sternfbrmiger Risse wurden bisher
folgende Maßnahmen vorgeschlagen: überziehen der Innenfläche der Kupferkokille mit
einem von Kupfer verschiedenen Metall, wie Chrom, Itolybdän usw., um ein Eindringen
des Kupfers aus der Kokille in die erstarrende Bramme zu vermeiden; Abänderung der
Bedingungen für die sekundäre Abkühlung der Brommen, wie Verminderung der Wasserzufuhr,
um die Rindringtiefe des Kupfers zu verringern.
-
Einfaches Überziehen mit Chrom oder Molybdan ist jedoch im Hinblick
auf die Lebensdauer der Gußkokille unzureichend.
-
Aufgrund der Erfahrungen des Anmelders kann festgestellt werden, daß
es, solange der Ueberzug intakt ist, zu keiner Rißbildung aus den genannten Grtinden
kommt, es genügt jedoch bereits ein ganz geringer Abtrag an Überzugsmaterial, und
es kommt bereits zur Bildung von sternförmigen Rissen. Ein derartiger Uberzug hält
nur 10 bis zu einigen Dutzend Erwärmungen beim Gießen stand. Derart überzogene Kokillen
sind daher für die Praxis nicht zufriedenstellend.
-
Inzwischen wurde gefunden, daß die Bildung sternförmiger Risse durch
Abänderung der Bedingungen für die sekundäre Kühlung, wie durch Verringerung des
Kühlwassers, das, in zu großen Mengen zugespeist, in der Bramme innere Spannungen
auslösen kann, ohr oder weniger eingeschränkt wird; eine völlige Verhinderung der
Rißbildung ist jedoch nicht möglich.
-
Die Abänderung der Kühlbedingungen is-t daher kein wirksames littel.
-
Vorgeschlagen wurden außerdem Kupferkokillen mit einem Überzug aus
Nickel, Kobalt oder den entsprechenden Legierungen, hergestellt durch Plattieren
oder Explosivformgebung @apanische bekanntgemachte Gebrauchsmusteranmeldung (Kokai)
Nr.
-
42821/76g. Dies ist ein reiner Vorschlag, da spezielle Verfahren zur
Herstellung einer derart plattierten Kokille nicht geoffenbart werden. Um eine derartige
Kokille herzustellen, müssen die plattierten Kupferbleche montiert bzw.
-
montiert und miteinander verschweißt werden. Letzteres ist ohne Bildung
einer Kupferlegierung im Überzug nicht möglich.
-
Die sternförmigen Risse können somit auch hier nicht verhindert werden.
Für den Zusammenbau der plattierten Kupferbleche zur Kokille ist ein Stützrahmen
erforderlich. Wird nach Herstellung der Kokille der Überzug durch Explosivformgebung
aufgebracht, muß die Kokillenwandung äußerst dick sein, bierenfalls zur Verhinderung
der Verformung der Kupferkokille
durch den Explosionsdruckille
erforderlich ist. Dies ist kompliziert und wiitschaftlich nicht gerechtfertigt,
weshalb auch dieser Vorschlag nicht praktizierbar ist.
-
Erfindungsgemäß wurde nun fes-tgestellt, daß die Bildung sternförmiger
Risse mit der Zusammensetzung des zu gießenden Stahls eng verknüpft ist und typisch
ist für Stähle, die in der austenitischen Phase erstarren, d.h. in der #-Phase.
Besonders anfällig für diese Art von Rißbildung sind ferritische Stähle. Es konnte
fes-tges-tellt werden, daß nichtrostenden Stähle mit einem Austenitäquivalentwert
(#äq) von unter 0 und solche mit einem bestimmten Verhältnis von Nickeläquivalent
zu Chromäquivalent ohne Bildung sternförmiger Risse zu einem kontinuierlichen Strang
vergossen werden können.
-
Bin eingehendes Studium ergab, daß sternförmige Risse typisch sind
für Stranggußstähle, bei denen folgende Bedingungen gegeben sind: äq # ) und Niäq
# 1,04 (Cräq) - 8,29 wobei äq = "Austenitäquivalent", Niäq = "Nickeläquiaq = 30(%
C+N) + 0,5(% Mn> + (% Ni) - 1,3(% Cr) - (% Mo) + 11,8 Niäq = (% Ni) + 30(% C+N)
+ 0,5(% Mn) Cräq = (% Cr) + (% Mo) + 1,5(% Si) + 0,5(% Nb) Im Verlaufe der Untersuchungen
wurde dann festgestellt, daß sternförmige Risse durch Verwendung einer Kupferkokille
vermieden werden können, wenn diese auf der Innenseite mit einem durch Galvanoplastik
hergestellten Überzug aus einem Metall wie Nickel, Chrom oder Molybdän, insbesondere
Nickel, se in einer Dicke von mindestens 1 mm, insbesondere
3 mm,
beschichtet ist. Auf diese Weise konnten die oben erwähn-ten Nachteile der bekannten
Verfahren beseitigt werden.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Stranggiessen
nichtrostender Stähle, insbesondere solcher der unten genannten Zusammensetzung,
wobei eine Kupferkokille verwendet wird, deren Innenseite mit einem durch Galvanoplastik
hergestellten Überzug aus einem Metall wie Nickel, Chrom oder Molybdän, insbesondere
Nickel, vorzugsweise in einer Dicke von mindestens 1 mm, insbesondere 3 mm, beschichtet
ist.
-
Die Bedingungen für die Zusammensetzung des Stahls sind dabei folgende..
-
#äq # 0 und Niäq # 1,04 (Cräq) - 8,29 worin äq, Niäq und Cräq die
oben angeführten Werte haben.
-
Durch dieses Verfahren können sternförmige Risse verhindert werden.
-
Die vorliegende Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert:
In Fig. 1 ist ein Diagramm dargestellt, das die Beziehung zwischen dem Auftreten
sternförmiger Risse in den Brammen und dem Austenitäquivalent der verwendeten Stähle
zeigt.
-
Fig. 2 zeigt ein Phasendiagramm nach Schaeffler, in dem das Auftreten
bzw. Fehlen sternförmiger Risse eingetragen is-t.
-
Im Diagramm von Fig. 3 ist die Beziehung zwischen dem Abtrag der Platbierung
der Kokille und der Zahl der Erwärmungen der herkönimlichen Kokille einerseits und
der erfindungsgemäßen Kokille andererseits dargestellt.
-
Die Kupferkokille wurde nach bekannten Verfahren hergestellt, der
1 mm dicke Nickelüberzug durch Galvanoplastik. Die Kokille ist 1.300 mm lang, 155
mm breit und 700 mm tief.
-
In einem Lichtbogenofen mit einem Fassungsvermögen von 40 t wurden
berechnete Mengen an Rohstoffen geschmolzen. Die Entschwefelung erfolgte während
des Schmelzprozesses sowie beim Abstich. Nach dem Abstich in die Pfanne wurde die
Schmelze, d.h. das Masselroheisen entschlackt und danach zum LD-Konverter gefahren,
wo es bis auf ca. 0,30 % c entkohlt wurde. Unter Vakuum wurde dann durch Sauerstoffblasen
weiter bis auf
0,01 % entkohlt, danach wurde entgast, desoxydiert
und die Zusammensetzung eingestellt (Zugabe der Legierungselemente), ebenso die
Temperatur. Aus dem LD-Konverter wurde die Schmelze in die erwähnte Pfanne abgestochen,
deren Boden mit einer verschiebbaren Düse ausgestattet ist. Danach wurde die Schmelze
in eine Gießvorrichtung mit einem Fassungsvermögen von 6 t gegossen, worauf das
Stranggießen erfolgte. Die Innenseite der Gießvorrichtung war durch Argon von der
Atmosphäre abgeschirmt. Vergossen wurden nichtrostende Stähle verschieaenster Zusammensetzung,
wobei,wie oben beschrieben, einerseits konventionelle Kupferkokillen und andererseits
solche mit durch Galvanoplastik hergestellten Nickelüberzug verwendet wurden.
-
Im ersteren-Falle kam es mit steigendem Austenitäquivalent ( äq) häufiger
zu sternförmigen Rissen. Dabei ist klar, daß ein Ansteigen des Austenitäquivalents
ein verstärktes Eindringen von Kupfer in den Kristallisationsgrenzbereich bewirkt.
Umgekehrt, wenn mit der erfindungsgemäßen nickelüberzogenen Kupferkokille gearbeitet
wurde, zeigten selbst Stähle mit hohem Austenitäquivalent keine sternförmigen Risse.
-
Die Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt
und in Fig. 1 und 2 anschaulich dargestellt.
Tabelle Herkömmliches
Verfahren Erfindungsgemäßes Verfahren Stahl Niäq, Cräq & #äq Sternförmige Risse
Niäq, Cräq & #äq Stermförmige des Stahls des Stahls Risse Niäq, Cräq #äq Nr./(10cm)²
Tiefe (mm) Niäq Cräq #äq Nr./ Tiefe (10cm)² (mm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 SUS 310
S 21,4 25,8 6,4 18,0 4-8 21,7 25,8 6,7 0 0 SUS 317 17,2 23,2 2,8 12,2 3-6 16,8 23,5
2,0 0 0 SUS 317 L 15,3 22,9 -0,7 0 0 15,7 22,6 0,1 0 0 SUS 309 S 17,2 25,1 -0,7
0 0 - - - - -SUS 316 14,8 19,8 2,5 5,4 3-6 15,0 20,0 2,5 0 0 SUS 316 L 14,2 20,2
0,5 0,5 2-4 14,0 20,0 0,5 0 0 SUS 316 J1 15,0 21,2 1,1 8,2 3-4 15,2 21,0 1,5 0 0
SUS 316 J1L 14,3 21,3 0,7 0,4 14,2 21,0 0,9 0 0 AISI 302 3 12,2 21,9 -0,3 0 0 12,4
21,6 -0,2 0 0 SUS 321 12,3 18,9 1,0 0,8 2-4 12,5 18,6 1,6 0 0 SUS 301 11,7 18,1
0,9 1,2 2-4 11,9 18,3 0,8 0 0 SUS 302 12,7 19,8 0,2 0,4 2-3 12,6 19,4 1,0 0 0 SUS
304 12,3 19,2 0,9 0,6 2-4 11,8 19,4 0,4 0 0 SUS 304 L 11,7 20,4 -0,6 0 0 SUS 403
2,2 13,4 -0,5 0 0 2,5 13,5 -0,7 0 0
Tabelle (Fortsetzung) 1 2 3
4 5 6 7 8 9 10 11 SUS 410 2,2 14,3 -2,5 0 0 2,4 14,1 -2,3 0 0 AISI 409 1,8 11,8
-0,2 0 0 2,3 11,8 0,3 0 0 SUS 420 J1 6,8 13,8 2,5 3,2 1-3 6,3 13,6 2,5 0 0 SUS 420
J2 10,1 14,1 5,2 5,6 2-4 10,0 13,8 5,1 0 0 WNR 4034 14,0 14,0 9,8 2,3 3-6 14,1 14,4
9,3 0 0 SUS 430 2,5 17,5 -6,4 0 0 2,8 17,4 -7,0 0 0 WNR 4116 14,0 16,0 7,3 8,6 3-6
13,9 16,3 6,9 0 0
Die Tabelle enthält typische Beispiele von Stählen,
die in großtechnischen Stranggußanlagen vergossen wurden, sowie die Ergebnisse der
Beobachtungen und Messungen. Die Brammen wurden in ca. 10 cm lange Stücke zerschnitten,
deren Oberfläche mit einer Feilmaschine so lange bearbeitet wurde, bis die Rillen
der Schwingungsspuren verschwunden waren (ca. 1 mm), wonach mit einer Poliermaschine
glattpoliert wurde. Die Zahl der sternförmigen Risse pro 100 cm2 (10 x 10 cm) wurde
gezählt und gemittelt. Auch die Tiefe der Risse wurde gemessen.
-
Das "herkömmliche Verfahren" bedeutet ein Stranggießen mit der üblichen
Kupferkokille, das "erfindungsgemäße Verfahren" ein Stranggießen mit einer mit einem
durch Galvanoplastik hergestellten Nickelüberzug versehenen Kupferkokille.
-
In Fig. 1 bedeutet die Ordinate die Zahl der sternförmigen Risse pro
100 cm2, und die Abszisse den Austenitäquivalentwert. Die schwarzen Punkte stehen
für die mit der herkömmlichen Kupferkokille gegossenen Stähle, die weißen hingegen
für die mit der erfindungsgsmäßen mit einem durch Galvanoplas-tik hergestellten
Nickelüberzug aus gestatteten huprer-Kokille erzeugten Stähle.
-
Im Phasendiagramm nach Schaeffler in Fig. 2 bedeutet die Ordinate
das Nickeläquivalent (=% Ni + 30 (%C + N) + 0,5 % Mn), und die Abszisse das Chromäquivalent
( = % Cr + % Mo + 1,5 % Si + 0,5 % Nb). Die schwarzen Punkte bedeuten wiederum die
herkömmlich hergestellten Stähle, in denen sternförmige Risse auftraten, die weißen
wiederum die erfindungsgemäß her-.
-
gestellten Stähle,in denen keine Risse auftraten. Die kleinen weißen
Quadrate bedeuten die mit der erfindungsgemäßen Kokille hergestellten Stähle, in
denen keine Risse auftraten.
-
Daraus geht hervor, daß Stähle, die im Stranggußverfahren hergestellt
wurden, wobei eine Kupferkokille verwendet wurde, die einen durch Galvanoplastik
hergestellten Nickelüberzug aufwies, keine sternförmigen Risse zeien,und zwar unabhängg
von ihrer Zusammensetzung, d.h.,daß selbst Stähle mit
einer Zusammensetzung
von t aq X 0 und Niäq > 1,04 (Cr.. ) aq - 8,29 keine Risse zeigten.
-
Zu Vergleichszwecken wurde ferner wiederholt nach dem Stranggußverfahren
einerseits in erfindungsgemäß ausgestattete Kupferkokillen vergossen, andererseits
in gewöhnlich plattierte nickelüberzogene Kupferkokillen. Die Ergebnisse dieser
Vergleichsuntersuchungen sind in Fig. 3 dargestellt. Die Ordinate bedeutet dabei
den Abtrag an plattiertem Überzug, die Abszisse die Zahl der Erwärmungen zu Gußzwecken,
A die mit einem durch Galvanoplastik hergestellten Nickelüberzug versehene Kupferkokille
und B eine gewöhnlich plattierte nickelüberzogene Kupferkokille. Aus dem Diagramm
geht hervor, daß der durch Galvanoplastik hergestellte Nickelüberzug 200 Erwärmungen
standhielt (eine Erwärmung entspricht ca. 40 t), wobei der Abtrag weniger als 1
mm beträgt. Der gewöhnlich plattierte Nickelüberzug hingegen hielt nu einigen Dutzend
Erwärmungen stand, wobei der Uberzug abgetragen wurde und die Kokille für die Herstellung
von oberflächenfehlerfreien Brammen aus nichtrostendem Stahl nicht länger zu gebrauchen
war.
-
Die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Kokille umfaßt somit den gesamten
Intervall von einer Wartungskontrolle der Gießvorrichtung zu anderen. Derartige
Kokillen können mit hoher Effektivität bei der großtechnischen Produktion eingesetzt
werden.
-
Versuche mit Kupferkokillen mit durch Galvanoplastik hergestellten
Chrom- und Molybdänüberzügen können für die Herstellung von Brammen aus nichtrostendem
Stahl ohne Oberflächenfehler nach dem Stranggußverfahren verwendet werden. Kokillen
aus ausscheidungsgehärtetem Kupfer, überzogen durch Galvanoplastik mit Nickel, Chrom
oder Molybdän, zeigen eine außerordentlich hohe Lebensdauer.