DE3218100C2

DE3218100C2 -

Info

Publication number: DE3218100C2
Application number: DE3218100A
Authority: DE
Inventors: Eike Dipl.-Phys. 5227 Windeck De Weisner; Horst Dipl.-Ing. 4500 Osnabrueck De Gravemann
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1982-05-13
Filing date: 1982-05-13
Publication date: 1991-05-29
Also published as: GB2121707B; ZA833335B; JPS58205652A; AT390907B; CA1220607A; GB2121707A; FR2526688B1; PL241937A1; JPH0521663B2; YU43308B; CH659015A5; FI831516A0; SE8302582L; NO831673L; YU102883A; AU1422183A; IT1168872B; ES522338A0; FR2526688A1; AR231704A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Rohrkokille mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt zum Stranggießen hochschmelzender Metalle, insbesondere Stahl, bestehend aus einem Kokillenkörper aus Kupfer oder einer Kupferlegierung sowie einer ver schleißfesten Beschichtung an der der Schmelze zuge kehrten Oberfläche.

Bekanntlich müssen Stranggießkokillen zum Stranggießen von hochschmelzenden Metallen wie Eisen und Stahl aus einem Werkstoff mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit be stehen, deren Wandstärke in allen Fällen mindestens so groß gewählt werden muß, daß sie in ausreichender Weise den zu erwartenden mechanischen Beanspruchungen genügt.

Wegen seiner hohen thermischen Leitfähigkeit hat sich Kupfer als Werkstoff für Kokillen durchgesetzt. Da die mechanischen Eigenschaften von Kupfer vielfach nicht aus reichend waren, haben sich in letzter Zeit Stranggieß kokillen aus einer niedriglegierten Kupferlegierung als vorteilhafter erwiesen, wobei man bewußt den etwas niedrigeren thermischen Leitwert in Kauf nahm.

Nachteilig bei Stranggießkokillen aus Kupfer oder Kupfer legierungen beim Stranggießen von Stahl ist, daß bestimmte Stahlsorten Kupfer aufnehmen, was zu einer Korngrenzen diffusion und somit zur gefürchteten Rotbrüchigkeit des Stahles führt.

Man hat deshalb schon vorgeschlagen, verschleißfeste Überzüge auf der mit der Schmelze in Berührung stehenden Oberfläche aufzubringen. Diese Überzüge sollen einmal die Abriebfestigkeit der Kokille und somit die Standzeit er höhen und weiterhin durch Verringerung der Reibung zwischen dem Gußstrang und der Kokille höhere Gießgeschwindigkeiten ermöglichen.

So ist bereits vorgeschlagen worden, Kokillen auf der mit der Schmelze in Berührung stehenden Oberfläche elektro lytisch mit einer Chrom- oder Nickelschicht zu versehen. Diese Schichten zeichnen sich durch eine gute Verschleiß festigkeit sowie durch gute Gleiteigenschaften aus (DE 26 34 633 C2). Bei der Herstellung von Rohrkokillen mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt treten jedoch Schwierigkeiten auf, da bedingt durch die schlechte Streufähigkeit des Elektrolytbades eine gleichmäßige Beschichtung insbesondere in den Radien bzw. den Ecken nicht möglich ist. Dieses hat zur Folge, daß sich bei Schichtdicken über 150 µm die Innenkontur einer Rohrkokille in der Weise ändert, daß die Kokillen nicht mehr zum Gießen geeignet sind (Keyhole- Effekt).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, Rohr kokillen mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt herzustellen, die an der der Schmelze zugekehrten Ober fläche eine elektrolytisch aufgebrachte verschleißfeste Schicht mit einer Wanddicke von mindestens 150 µm trägt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein durch Pressen und/oder Walzen und/oder Ziehen hergestelltes Rundrohr auf elektrolytischem Wege mit der Beschichtung versehen, und anschließend das Verbundrohr zu einem Rohr mit recht eckigem oder quadratischem Querschnitt umgeformt wird. Völlig überraschend hat sich gezeigt, daß bei der an schließenden Umformung des Verbundrohres zu einem Recht eckrohr oder zu einem Rohr mit quadratischem Querschnitt die elektrolytisch erzeugte Schicht sich in gleicher Weise verhält wie das Kupferrohr, und eine Rohrkokille erhalten wird, bei welcher die Wanddicke der Beschichtung auch nach der Umformung völlig gleichmäßig, insbesondere auch im Bereich der Radien war.

Vorteilhafterweise wird das Verbundrohr nach dem Beschichten bei 500-1000°C geglüht, um eine Diffusionsschicht zwischen der Beschichtung und dem Grundkörper zu erhalten. Ein unter Umständen beim Glühen auftretendes Verziehen der Rohrkokille kann durch die nachträgliche Kaltverfor mung wieder aufgehoben werden.

Zweckmäßigerweise wird das Rohr mit einer Nickelschicht versehen, deren Wanddicke mindestens 150 µm beträgt. Gegenüber Chrom wird dem Werkstoff Nickel der Vorrang eingeräumt, da eine elektrolytisch erzeugte Chromschicht praktisch nicht kalt umgeformt werden kann. Die gegen über Chrom geringere Härte des Nickels, die mit maßgeb lich für die Abriebfestigkeit der Schicht ist, kann bei dem Werkstoff Nickel dadurch ausgeglichen werden, daß man dem Elektrolyten Feststoffpartikel, beispielsweise in Form von Siliziumcarbid, zufügt. Die Feststoffpar tikel werden bei der Elektrolyse im Kristallgitter des Nickels eingelagert und führen somit zu einer wesentlichen Steigerung der Festigkeit, wobei die thermische Leitfähigkeit nur geringfügig abnimmt. Die Wanddicke der abgeschiedenen Schicht sollte mindestens 150 µm und kann bis zu 4 mm betragen. Damit ist es entsprechend den unterschiedlichen Verschleißbeanspruchungen möglich, die Standzeiten der Kokillen den praktischen Bedürfnissen anzupassen. Gegebenenfalls lassen sich auch mechanische Nacharbeiten durchführen.

Die Umformung des Verbundrohres wird zweckmäßigerweise durch Ziehen mittels Dorn und Matrize durchgeführt. Dadurch erreicht man, daß die Wanddicke sowohl der Kupfer schicht als auch der Verschleißschicht gleichmäßig ab nehmen, und eine Rohrkokille mit den gewünschten Abmessungen erhalten wird. Werden Rohrkokillen mit höchsten Anforderungen an die Maßgenauigkeit gefordert, ist es zweckmäßig, nach dem Ziehen die Rohrkokille durch Explosionsumformung nachzukalibrieren. Bei diesem Verfahren wird in den Innenraum der Rohrkokille ein Dorn mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt einge führt und die Rohrkokille auf den Dorn durch Explosions wirkung aufgeformt. Setzt man bei diesem Verfahren einen gekrümmten Dorn ein, erhält man danach eine sogenannte gekrümmte Kokille. Zur Herstellung von gekrümmten Rohrkokillen kann es jedoch auch günstig sein, in die gezogenen Rohre einen gekrümmten Dorn mit rechteckigem oder quadratischem Quer schnitt einzuführen, und Rohr und Dorn gemeinsam durch eine Matrize zu drücken.

Zu einer besonders wirtschaftlichen Fertigung gelangt man, wenn man ein Rohr mit wesentlich größerer Wanddicke und/oder Länge als die fertige Rohrkokille elektrolytisch mit einer Beschichtung versieht, das beschichtete Rohr zum Rohr mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt umformt, und abschließend von dem Rohr die Kokillenrohre in der gewünschten Länge abtrennt. Der zeitaufwendige elektrolytische Prozeß wird durch die Verwendung eines beispielsweise langen Rohres für eine Vielzahl von Rohr kokillen nur einmal durchgeführt. Wesentlich ist dabei, daß die Wanddicke der elektrolytisch abgeschiedenen Schicht größer wird als bei der fertigen Kokille gefordert, da durch die nachfolgenden Ziehprozesse, wie bekannt, die Wanddicke verringert wird. Das Gleiche gilt, wenn man ein Rohr mit wesentlich größerer Wanddicke bei der Elektrolyse einsetzt. Durch die nachfolgenden Zieh prozesse erhält man infolge der Querschnittsabnahme eben falls ein Rohr großer Länge, von dem dann die fertigen Kokillen in der gewünschten Länge abgetrennt werden können.

Das elektrolytisch beschichtete Rohr wird zweckmäßiger weise zunächst auf ein rundes Rohr mit geringeren Quer schnittsabmessungen heruntergezogen, und zwar in einem oder mehreren Arbeitsgängen und erst abschließend zum Vierkant- oder Rechteckrohr umgeformt. Die oben beschriebene Diffusionsglühung kann dann beim Mehrfachziehen als Zwischenglühung durchgeführt werden. Auch ein Glühen un mittelbar vor der Umformung zum Rechteck oder Quadrat ist möglich.

Die Erfindung ist anhand einiger Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Kupferrohrstück mit einer Länge von 850 mm und einer Wanddicke von 10,5 mm und einem Außendurchmesser von 189 mm wird in einem Elektrolysebad mit einer Nickel schicht von 950 µm beschichtet. Dabei ist das Kupferrohr stück als Kathode geschaltet, während im Innern mit gleichem Abstand zur inneren Oberfläche des Kupferrohrstücks eine Anode angeordnet ist. Die nicht zu beschichtende äußere Oberfläche sowie die Stirnflächen des Kupferrohr stücks sind mit einem nichtleitenden Lack beschichtet. Nach Erreichen der gewünschten Wanddicke wird das Rohr stück aus dem Bad entfernt. Mittels einer geeigneten Umformmaschine, beispielsweise einer Backendrückmaschine, wird das kreisrunde Rohrstück in ein Rohr mit Vierkant- oder Quadrat-Querschnitt umgeformt. In dieses vor geformte Rohrstück wird ein gekrümmter konischer Dorn mit einem entsprechenden Rechteck- oder Quadrat-Quer schnitt eingetrieben, und Dorn und Rohrstück gemeinsam durch eine Matrize hindurchgedrückt. Das fertige Kokillen rohr hat folgende Abmessungen:

122,6×138 mm
Wanddicke: 7,7 mm,
Länge: 801 mm,
Biegeradius: 4939 mm,
Ni-Schicht: 700 µm.

Beispiel 2

Auf der inneren Oberfläche eines Kupferrohres von 2,1 m Länge, einem Außendurchmesser von 300 mm und einer Wand dicke von 24 mm wird in einem Elektrolyseprozeß innen eine Nickelschicht von 1300 µm Wanddicke abgeschieden. Dieses Rohr wird mittels eines Dornes und einer Matrize zunächst in mehreren Zügen auf ein rundes Rohr mit einem Außendurchmesser von 277,8 mm und einer Wand dicke von 22 mm heruntergezogen. Das Rohr wird dann bei 650°C mehrere Stunden geglüht, wobei sich eine Diffusions schicht zwischen der Nickel- und der Kupferschicht bildet. In das geglühte Rohr wird ein Dorn mit rechteckigem Quer schnitt eingeführt und das Rohr durch eine Matrize mit ebenfalls rechteckiger Öffnung hindurchgezogen. Dieses Rohr hat folgende Abmessungen

außen 214,4 × 150,4 mm
innen 194,2 × 130,2 mm

Die Dicke der Nickelschicht beträgt dabei ca. 1028 µm.

Von dem Rohr werden nun entsprechend der Kokillenlänge Rohrstücke abgetrennt, in diese Rohrstücke ein gekrümmter konischer Dorn mit rechteckigem Querschnitt eingedrückt und die Kokillenwandung durch Explosionsumformung auf den Dorn aufgeformt. Dorn und Kokillenrohr können, wie oben beschrieben, auch durch eine Matrize hindurchgedrückt werden.

Sowohl in der Ausführungsform nach Beispiel 1 als auch in der nach Beispiel 2 kann statt der Reinnickelschicht eine andere elektrolytisch aufgebrachte Schicht verwendet werden (u. a. Nickellegierung). So kann beispielsweise dem Elektrolyten Siliziumcarbid-Staub zugegeben werden, der im Nickelgitter eingebaut wird.

Werden Rohrkokillen mit Flansch benötigt, so können die Flansche im Anschluß an die Umformung zum Rechteck- oder Quadrat-Profil vorzugsweise mittels Elektronenstrahlschweißen an dem Kokillenrohr befestigt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Rohrkokille mit recht eckigem oder quadratischem Querschnitt zum Strang gießen hochschmelzender Metalle, insbesondere Stahl, bestehend aus einem Kokillenkörper aus Kupfer oder einer Kupferlegierung sowie einer verschleißfesten Beschichtung an der der Schmelze zugekehrten Ober fläche, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Pressen und/oder Walzen und/oder Ziehen hergestelltes Rundrohr auf elektrolytischem Wege mit der Beschichtung versehen, und anschließend das Verbundrohr zu einem Rohr mit rechteckigem oder quadratischem Quer schnitt umgeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr mit einer Nickelschicht versehen wird, deren Wanddicke mindestens 150 µm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung durch Ziehen mittels Dorn und Matrize durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Umformung durch Ziehen die Rohrkokille durch Explosionsumformung nachkalibriert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 zur Herstellung gekrümmter Rohrkokillen, dadurch gekennzeichnet, daß in die ge zogenen Rohre ein gekrümmter Dorn mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt eingeführt, und Rohr und Dorn gemeinsam durch eine Matrize gedrückt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr mit wesentlich größerer Wanddicke und/oder Länge als die fertige Rohrkokille elektrolytisch mit einer Beschichtung versehen wird, daß das beschichtete Rohr zum Rohr mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt umge formt, und abschließend von dem Rohr die Kokillen rohre in der gewünschten Länge abgetrennt werden.