DE2838296A1 - Verfahren zur herstellung einer kokille fuer stranggiessen - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer kokille fuer stranggiessen

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DE2838296A1 DE19782838296 DE2838296A DE2838296A1 DE 2838296 A1 DE2838296 A1 DE 2838296A1 DE 19782838296 DE19782838296 DE 19782838296 DE 2838296 A DE2838296 A DE 2838296A DE 2838296 A1 DE2838296 A1 DE 2838296A1
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heat treatment
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Hoshiro Tani
Satoru Tatsuguchi
Tetsuji Ushio
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Mishima Kosan Co Ltd
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/059—Mould materials or platings

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  • Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kokille für Stranggießen j und insbesondere auch eine Kokille aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, die mit einem Hartmetall überzogen ist, wie z.B. Nickel oder Chrom.
Bisher wurde ein Chromüberzug auf den Wänden des G-ießhohlraums der Kupferkokille verwendet. Da die Überzugsschicht jedoch dazu rteigt, sich vom Hauptkörper der Kokille zu trennen, und da der Chromüberzug eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, ergaben sich Nachteile bei der praktischen Anwendung für das Stranggießen.
Es ist ein Nickelüberzug auf den Wänden des G-ießhohlraums der Kokille aus Kupfer oder eine Kupferlegierung bekannt. der Nickelüberzug fest auf der Kupferkokille haftet und auch die Kühlwirkung hervorragend ist verglichen mit dem Chromüberzug, findet weitgehend der Nickelüberzug Anwendung.
Die japanische Patentanmeldung Nr. 9 169 aus dem Jahr 1977 beschreibt einen Überzug aus Nickel, der 3-13 Gewichts-^ Phosphor enthält und durch ein nicht elektrolytisches Plattieren auf eine Kupferkokille und einer Dicke von weniger als 0,3 mm aufgebracht
909313/0759
ORIGINAL INSPECTED
und die Überzugsschicht wärmebehandelt wird. Da die Überzugssehicht dünn ist, nützt sie sich schnell ab und hat eine kurze Lebensdauer. Insbesondere wenn das Kupfer an
der Unterseite der Kokille freigelegt wird, neigt das Kupfer dazu, sich in den zu vergießenden Stahl zu mischen und die zu starke Kühlwirkung führt zur Rißbildung.
Bei einem Nickelüberzug von etwa 3 mm Dicke können etwa 1000 Chargen mit ein- oder zweimaligem zwischenzeitlichem Abschälen der Oberfläche gegossen werden und bei einem etwa 5 mm dicken Überzug können etwa 1600 Chargen mit drei- bis fünfmaligem zwischenzeitlichem Abschälen der Oberfläche gegossen werden. Ein derartiger Nickelüberzug neigt jedoch zur Rißbildung an der Oberfläche längs der Korngrenzen, wie in Figur 1 gezeigt wird. Der Riß in Figur 1 stammt von einer Kokillenoberfläche nach dem Gießen von 500 Chargen.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 147 431 aus dem Jahre 1976 beschreibt einen elektrolytisch aufgebrachten Überzug, der wenigstens aus einem der Elemente Nickel oder Kobalt besteht und aufgebracht ist auf einer Kokille aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und eine Oberflächenschicht aufweist,die aus einem der Elemente Nickel und Kobalt besteht, wobei der Überzug eines der Elemente Phosphor und Bor enthält. Die Oberflächenschicht hat eine Dicke von 20 bis 100 ^m. Die Oberflächenschicht ist zu dünn und nützt sich nach dem Gießen von nur etwa 100 Chargen ab. Außerdem enthält dieses Verfahren keine Wärmebehandlung, so daß das feste Haften des Überzugs auf der Kupferkokille nicht erwartet werden kann, insbesondere nicht an einer ausseheidungsgehärteten Kupferkokille.
Die japanische Patentanmeldung Nr. 28 255 aus dem Jahre 1973 beschreibt, daß ein Nickelüberzug auf der Oberfläche des Hohlraums einer Kupferkokille in nicht oxydierender Atmosphäre bei
irmebehandelt wi 909 8 1 37.0 7 5 9
etwa 600 bis 1000 C wärmebehandelt wird zur Erzeugung einer
ORIGINAL. INSPECTED
Nickel-Kupfer-Diffusionsschicht zwischen den Metallen Nickel und Kupfer.
Einige der oben beschriebenen Oberflächenschichten sind zu dünn, um dem Gießen vieler Chargen standzuhalten und sämtliche Nickelüberzüge auf den Hohlraumwänden von Kupferkokillen sind in Bezug auf die Warmrissigkeit und Verschleißfestigkeit problematisch.
Es wurde nun gefunden, daß Warmrisse an einem Nickelüberzug auf den Oberflächen des Hohlraumes einer Kokille für Stranggießen
auf die Eigenschaftsänderung von Nickel bei hohen Temperaturen zurückgehen, da Nickel eine niedrige Rekristallisationstemperatur und einen niedrigen Umwandlungspunkt aufweist. Da der Nickelüberzug eine sehr hohe Affinität und Adhäsionskraft zu einer Oberfläche aus Kupfer oder einer Kupferlegierung aufweist, was eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärmespannungen und mechanischer Beanspruchung zur Folge hat, müssen das Material oder die Materialien,die geeignet sind für den wünschenswerten Oberflächenüberzug Eigenschaften aufweisen, wie hohe Rekristallisationstemperatur, hohen IJmwandlungspunkt und ebenso hohe Affinität und Adhäsionskraft zu Kupfer und Kupferlegierungen.
Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung einer Kokille für kontinuierliches Gießen zu entwickeln das die Eigenschaften bezüglich Warmrissigkeit und Verschleißfestigkeit verbessert und Stranggießen tei hohen Geschwindigkeiten ermöglicht.
Diese Mfgäbe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Überzug aus einer Legierung besteht, die sich hauptsächlich aus Nickel zusammensetzt und wenigstens eines der Elemente Kobalt, Eisen und Mangan enthält, auf die Hohlraumoberflächen einer Kokille aus Kupfer oder einer Kupferlegierung aufgebracht wird, und die Kokille wärmebehändeIt wird.
9813/0759
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.
Die Figuren 1 "bis 5 zeigen die mikroskopische Kristallstruktur bei 400-facher Vergrößerung, wobei
Figur 1 Warmrisse an einem herkömmlichen Nickelüberzug auf der Oberfläche des Hohlraums einer Zupferkokille zeigt; Figuren 2 und 3 die Oberfläche und insbesondere das Schliffbild eines bekannten Nickelüberzuges zeigen, wobei (A) das Erscheinungsbild ohne Wärmebehandlung darstellt, (B) jenes bei 4000C Wärmebehandlung, (C), (D), (E) und (F) das Erscheinungsbild fcei einer Wärmebehandlung bei 4250C, 45O0C, 4750C und 5000C darstellt; und
Figuren 4 und 5 zeigen einen Überzug aus einer Legierung aus 80 io Nickel und 20 $ Kobalt und einen Überzug aus
einer Legierung aus 60 $ Nickel und 40 i> Kobalt, der sich gemäß der Erfindung auf der Oberfläche des Hohlraums einer Kupferkokille befindet, wobei (A) bis (D) die Oberflächenstruktur und (E) bis (H) die Schliffstruktur zeigen, und in denen (A) und (E) den Zustand ohne Wärmebehandlung, (B) und (F) den Zustand nach Wärmebehandlung bei 3000C, (C) und (G) den Zustand nach Wärmebehandlung bei 40O0C und (D) und (H) den Zustand nach Wärmebehandlung bei 5000C zeigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Kokille für kontinuierliches Gießen wird anhand der folgenden Beispiele von bevorzugten Ausführungsformen erläutert.
Beispiel 1
A) Kokillenkörper
Material: Ausscheidungsgehärtete Kupferlegierung Abmessungen: Breite 704 mm, Länge 2 485 mm, Tiefe 60 mm;
B) Überzug aus Nickel-Kobalt-Legierung auf der Oberfläche des Kokillenhohlraums
Bedingungen für das Aufbringen des Überzugs:
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Nickelmetall : 75 - 100 g/l 6
Kobaltmetall : 3 - 10 g/i 0C
Borsäure : 25 - 35 g/l A/dm
pH : 4.0 - 4. mm
!Temperatur der Flüssigkeit: 45 - 55
Stromdichte 5 - 10
Dicke des Überzugs ' 3 - VJI
C)Wärmebehandlung
300 bis 5000C in normaler Atmosphäre.
Beispiel 2
A) Kokillenkörper )
C) Wärmebehandlung ] wie in Beispiel 1
B) Überzug aus Nickel-Eisen-Legierung auf der Hohlraumoberfläche der Kokille
Bedingungen für das Aufbringen des Überzugs:
Nickelmetall:
Eisenmetall Borsäure pH
Temperatur der Flüssigkeit 45 Stromdichte Dicke des Überzugs
75 - 1 00 g/i 3
1 - 10 g/l 0C
25 - 35 g/l A/dm2
4,0 - 4. mm
45 - 55
5 - 10
3 - Ul
Beispiel 3
A) Kokillenkörper )
G) Wärmebehandlung] wie in Beispie] 1
B) Überzug aus Mckel-Mangan-Iegierung auf der Hohlraumoberfläche der Kokille
Bedingungen für das Aufbringen des Überzugs:
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Nickelmetall ί 75 - 100 g/l
Manganmetall : 2 - 5 g/l
Borsäure : 25 - 35 g/l
pH : 4.0 - 4.6
Temperatur der Flüssigkeit : 45 - 550C
Stromdichte : 5 - 10 %/ä.m
Dicke des Überzugs : 3 - 5 mm
In der praktischen Anwendung zeigen diese in den Beispielen 1 bis 3 beschriebenen erfindungsgemäßen Kokillen eine 50 fo höhere lebensdauer, d.h. 1500 bis 2400 Chargen bei einer Dicke des Überzugs von 3 bis 5 mm gegenüber der lebensdauer einer herkömmlichen Kokille mit einem Kupferüberzug desselben Dickenbereichs. Ferner bewirkt die langsame Kühlung der Kokillen gemäß der Beispiele 1 bis 3 verbesserte Oberflächeneigenschaften des vergossenen Stahls durch Verminderung der Oberflächenrisse, so daß der Arbeitsaufwand zur Beseitigung der Oberflächenrisse wesentlich vermindert wird und darüberhinaus die Streckgrenze verbessert wird.
Tabelle I zeigt Eigenschaften der Legierungsüberzüge aus den Beispielen 1 bis 3 verglichen mit herkömmlichen Nickelüberzügen.
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-8-Tatielle I
Mikro-
struktur		 Temperatur
nach Wärme
behandlung		 100 i» Ni 0 4< Korn- 65 Ni - 3S 62 >0 O
C		 80 Ni - 20 Pe 5 25
410
90		 30 85 Ni-15 Mn 5r 25
300
60		 ^O
Dentritische
grenze (400°(		 1 p. 5 Co 800 likrostruktur 5000C 15 18 550
{SO 4000C 1470 1490 1150
O
co		 Adhäs i onskraft (kg/mm2)
Härte (MHY)
Zugfestigkeit (kg/mm2)		 25
170
42		 Norm. Tenn ,20 Rorm. Temp. 4000C 0.21 Nor.T. 4000C 0.21
*
OJ
O
~J		 Dehnung (<f0) Norm. Tem' DO 26 18
450
100		 3. 400 5.C 18
550
115		 15.0 χ 10~6 18
400
80		 14.6x10""6
cn Rekristallisations
temperatur (0C)		 18
250
50		 552 10 25
520
80		 ) x 10 8 15
Umwandlungspunkt (0C) 20 1455 15
Schmelzpunkt (0C) ,22 -6
Wärmeleitfähigkeit
(kal/cm ^s0C)		 5.5 x
linearer Ausdehnungs
koeffizient (4pn\ 		ΙΟ"6 0
1
Die Mikrostrukturen werden in den Figuren 1 bis 5 gezeigt, in denen Figur 1 bis 3 einen herkömmlichen Überzug auf 100 f° Nickel und Figuren 4 und 5 Überzüge aus einer Niekel-Kobalt-Legierung zeigen, wobei die Kristallstrukturen der Überzüge aus M-Co, Ni-Fe und Ni-Mn nahezu gleich sind, so daß der Ni-Co Überzug die erfindungsgemäßen Überzüge repräsentieren kann.
Im einzelnen zeigen die Figuren 2 und 3 die Oberfläche und insbesondere den Schliff eines herkömmlichen Überzugs aus 100 $ Nickel, wobei (A) den Zustand ohne Wärmebehandlung zeigt und (B), (C), (D), (E) und (F) den Zusiaid nach Wärmebehandlung bei 400°ο, 425°C, 45O0C, 475°c und 500°C zeigen.
Die Figuren 4 und 5 zeigen einen erfindungsgemäßen Überzug '.. .. aus einer Legierung aus 80 fo Ni und 20 % Co und einer legierung aus 60 $> Ni und 40 # Co. Die Strukturen werden bei 400-facher Vergrößerung wie in allen übrigen Figuren gezeigt. Die Figuren 4 und 5 (A) bis (E) zeigen die Oberflächenstrukturen und (E) bis (H) zeigen die Schliffstrukturen. (A) und (E) zeigen den Zustand ohne Wärmebehandlung, (B) und (F) zeigen den Zustand nach Wärmebehandlung bei 3000C, (C) und (G-) bei 4000C und (D) und (H) bei 5000C.
Wie in den Figuren 1 bis 5 klar gezeigt wird, weisen die in den Figuren 4 und 5 gezeigten Oberflächenüberzüge eine sehr£®jntöjcnige Kristallstruktur verglichen mit den Nickelübersügen, die in den Figuren 2 und 3 gezeigt sind, auf, wobei die Struktur selbst "bei hohen Temperaturen stabil ist.
In Tabelle I wird klar gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Überzüge eine hohe Rekristallisationstemperatur und einen hohen Umwandlungspunkt aufweisen, so daß die Kristallstruktur bei hohen Temperaturen stabil ist. Die Härte und die Zugfestigkeit sind verglichen mit den entsprechenden Werten des Nickelüberzugs etwa zweimal so hoch. Die hohe Adhäsionskraft, die in Tabelle I
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-ΙΟ-
gezeigt wird, beweist, daß das Ablösen des Überzugs der herkömmlichen Chromüberzüge hier nicht auftritt.
Kokillen, die mit den erfindungsgemäßen Überzügen an der Oberfläche ausgestattet sind, weisen den Vorteil einer längeren Lebensdauer bei herkömmliche Kokillen auf, und bieten außerdem den Vorteil, daß die Probleme der Oberflächenrißbildung und der Ablösung der Überzüge tei harköimüichen Kokillen gelöst werden.
In den beschriebenen Ausführungsformen werden die erfindungsgemäßen Oberflaehenüberzüge elektrolytisch aufgebracht. Auch andere Methoden, wie beispielsweise Explosionsplattieren können angewandt werden.
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L e e r s e it e

Claims (6)

Dr. F. Zumstein sen. - D<\ E. A^srr-ann - Γ»»-. R, Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. KUncseisen - D- F. Zumstein jun. PATENTANWÄLTE 8000 München 2 Bräuhausstraße 4 Telefon Sammel Nr. 22 534t · Telegramme Zurnpat Telex 529979 Case 312-G Patentansprüche
1.Verfahren zur Herstellung einer Kokille für Stranggießen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Aufbringen eines Überzugs aus einer Legierung, die hauptsächlich aus Nickel besteht und wenigstens eines der Elemente Kobalt, Eisen und Mangan enthält, auf die Oberfläche des Hohlraums einer Kokille aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und das Warmebehändein der Kokille.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferkokille aus einer auseheidungshärtbaren Kupferlegierung
besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des Überzugs aus 8o bis βθ % Ni und 20 bis 4o % Co besteht und die Wärmebehandlung zwischen 300 und 5000C durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des Überzugs aus 65 % Ni und 35 % Co besteht und die Wärmebehandlung zwischen 300 und 5000C durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des Überzugs aus 80 # Ni und 20 % Fe besteht und die Wärmebehandlung zwischen 300 und 500°c durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des Überzugs aus 85 % Ni und 15 % Mn besteht und die Wärmebehandlung zwischen 300 und 5000C durchgeführt wird.
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