DE3231444A1

DE3231444A1 - Verfahren zum ausbessern von kokillen fuer den strangguss von stahl

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Publication number: DE3231444A1
Application number: DE19823231444
Authority: DE
Inventors: Yoshimasa Kawata; Kenji Minami; Kazuhisa Kitakyushu Fukuoka Mitani; Hoshiro Tani; Tetsuji Ushio
Original assignee: Mishima Kosan Corp Kitakyushu Fukuoka; Mishima Kosan Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Mishima Kosan Corp Kitakyushu Fukuoka; Mishima Kosan Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-09-01
Filing date: 1982-08-24
Publication date: 1983-08-11
Also published as: ES8503989A1; FR2513910B1; AU8743582A; GB2107355A; ES515313A0; US4502924A; AU550630B2; IT8249048A0; NL8203300A; JPS5838637A; ES8404796A1; IT1154332B; ES526015A0; FR2513910A1; GB2107355B; BR8205097A; JPS6152238B2

Abstract

Ein Verfahren zum Ausbessern von Kokillen für das Stranggießen von Stahl, deren Kokillenkörper (1) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, der wenigstens teilweise mit einer Nickel- bzw. Nickellegierungsschicht (2) und ggf. mit einer Chromschicht (3) überzogen ist, bei dem an der Oberfläche die aufgebrachten Schichten zum Teil entfernt werden und dann die dabei freigelegte Oberfläche zur Aktivierung in eine konzentrierte starke Säure eingetaucht wird und schließlich mit Nickel oder einer Nickellegierung überzogen wird.

Description

ύ/-ό 1444

Verfahren zum Ausbessern von Kokillen für den Strangguß von Stahl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbessern von Kokillen für den Strangguß von Stahl.

Eine Kokille für ein Stranggußverfahren besteht normalerweise aus einem Kupfer- oder Kupferlegierungskörper mit einer Auflage aus Nickel oder einer Nickellegierung. Gegebenenfalls kann zusätzlich auf dieser Auflage eine Chromschicht vorgesehen sein. Wenn die auf der Oberfläche des Grundkörpers aufgebrachten Schichten beim Gebrauch abgenutzt und mit Rissen versehen sind, wird in herkömmlicher Weise eine Ausbesserung durchgeführt.

Ein herkömmliches Ausbesserungs verfahren besteht darin, daß die gesamte Nickel- oder Nickellegierungsschicht vollständig von der Oberfläche abgeschliffen und beseitigt wird und daraufhin eine neue Beschichtung aufgebracht wird.

In der Figur ist eine Kokille 1 gezeigt, die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht und auf deren Oberfläche eine Nickel- oder Nickellegierungsschicht 2 sowie eine Chromschicht 3 aufgebracht sind. Zur Ausbesserung wird das Abschleifen bis in eine Ebene A-A der Fig. 1 durchgeführt. Dabei wird die gesamte aufgebrachte Schicht entfernt und anschließend eine neue Schicht aufgebracht. Der Grund hierfür liegt darin, daß Schwierigkeiten hinsichtlich ausreichender Haftfestigkeit zwischen zwei Metallen der gleichen Art auftreten, wenn eines von diesen auf das andere als Schicht aufgebracht wird. Außerdem ergeben sich Abbauschwicrigkeilen bei der Verwendung einer aufgebrachten Nickel- oder Nickellegierungsschicht.

Die Dicke der Nickel- oder Nickellegierungsschicht, welche auf die darunterliegende Oberfläche der Gießform aufgebracht ist, hat zum heutigen Zeitpunkt das Bestreben stärker zu werden bei Erhöhung der Gießgeschwindigkeit beim Stranggußverfahren. Das Abschleifen der Oberfläche einer Gießform wird unabhängig vom Abbau der darauf aufgebrachten Schicht durchgeführt. Es ist daher unerwünscht, unter dem Gesichtspunkt der Kokillenkosten und der Materialeinsparung auch alle die Teile der Schicht zu entfernen, welche so beschaffen sind, daß sie voll wieder verwendet werden könnten.

Es wurden diesbezüglich Versuche durchgeführt, dahingehend, daß nicht die gesamte teure Nickel- oder Nickellegierungsschicht entfernt wurde, sondern ein Teil von ihr auf der Kokillenoberfläche belassen wurde. Darauf wurde eine neue Nickel- bzw. Nickellegierungsschicht nach einem bekannten Verfahren aufgebracht. In der Fig. 1 ist diesbezüglich dargestellt, daß das Abschleifen der Nickelschicht 2 bis zur Linie B-B durchgeführt wurde. Daraufhin wurde eine neue Nickelschicht aufgebracht. Die Haftungskraft gegenüber Abscheren zwischen der alten Grundschicht und der neu aufgebrachten Schicht

beträgt 5 bis 25 kg/mm und besitzt erhebliche Schwankungen innerhalb dieses Bereichs. Hieraus ergibt sich, daß die auf diese Weise ausgebesserten Kokillen solche enthalten, welche nicht mehr verwendet werden können, insbesondere bei hohen Temperaturen und bei starken Beanspruchungen, welchen die Kokille beim Stranggießen von Stahl ausgesetzt ist. Durch Untersuchungen wurde festgestellt, daß die Haftkraft zwischen der neu aufgebrachten Schicht und der alt aufgebrachten Schicht bei einer Kokille für den Strangguß von Stahl min-

destens 20 kg/mm aufweisen muß, wobei für diesen Fall die Schwankung σ _n < 3, 0 nur betragen darf, wobei σ die Standardabweichung ist. Das bedeutet, daß bei Anwendung des bekannten Verfahrens das Bestreben besteht,/viele Materialien eingetaucht werden, welche verbessert werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Ausbessern einer Kokille für den Strangguß von Stahl zu schaffen, bei dem eine auf die Oberfläche aufgebrachte Schicht ohne wesentlichen Material verlust mit hoher Festigkeit zum Anhaften gebracht wird.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kokille für den Strangguß von Stahl zu schaffen, bei der eine hohe Haftfestigkeit der aufgebrachten Oberflächenbeschichtung (Schlichte) erzielt wird.

Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß nach den Merkmalen des Anspruchs 1 und vorrichtungsgemäß nach den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.

Bei dem Ausbesserungsverfahren an Kokillen für den Strangguß von Stahl, welche einen Kokillenkörper aus Kupfer oder Kupferlegierung besitzen, auf die eine Schlichte aus Nickel oder Nickellegierung wenigstens auf einen Teil der Oberfläche aufgebracht ist, wird zunächst die Oberfläche abgeschliffen, ohne daß dabei die Nickel- bzw. Nickellegierungsschicht vollständig beseitigt wird. Gemäß der Erfindung wird die abgeschliffene Oberfläche in eine starke Säure getaucht, um die Oberfläche zu aktivieren und anschließend wird eine neue Nickel- bzw. Nickellegierungsschicht aufgebracht.

Als starke Säure kann eine Säurekonzentration von wenigstens 40 Gew. % verwendet werden. Die starke Säure kann eine Salpetersäure sein mit einer Konzentration von 60 Gew.% oder mehr. Als starke Säure eignet sich auch eine solche, welche wenigstens 50 Vol.% Salpetersäure mit wenigstens 60 Gew.% Konzentration aufweist, wobei der Restbestandteil der Säure wenigstens eine Säure ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe Schwefelsäure, Salzsäure, Fluorwasserstoffsäure, Phosphorsäure und wäßriges Sauerstoffperoxid.

Durch die Erfindung wird ferner eine Kokille für den Strangguß geschaffen, die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, wobei zwei oder mehr Schichten aus Nickel oder einer Nickellegierung wenigstens auf einem Teil ihrer Oberfläche aufgebracht ist.

In den beiliegenden Figuren sind Ausführungsbeispiele des Aufbaus der Grundkörper von Gießformen bzw. Kokillen gezeigt, auf deren Oberfläche Schichten aufgebracht sind, wobei die Kokillen geeignet sind für den Strangguß von Stahl. Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine Schicht 2 aus

Nickel oder einer Nickellegierung mit gleichförmiger Dicke auf der gesamten Oberfläche eines Kokülenkörpers 1, der aus Kupfer oder Kupferlegierung besteht, aufgebracht ist, wobei eine Chromschicht 3 als äußerste Schicht vorgesehen ist;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem ein unterer Teil

der Nickel- bzw. Nickellegierungsschicht 2 eine stufenförmig erweiterte Dicke aufweist;

Fig. 3 ein Ausfübrungsbeispiel, bei dem die Nickel- bzw.

Nickellegierungsschicht 2 nach unten hin allmählich dicker wird und

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Nickel- bzw.

Nickellegierungsschicht 2 nur in der unteren Hälfte der Gußform vorgesehen ist.

J ^ J Ί 4 4 4

Als Nickellegierung eignet sich eine Legierung, welche Nickel als Hauptkomponente aufweist sowie wenigstens eines der Elemente Co, Fe, Mn, Cr, W, C, B und P usw.

In einer Kokille für den Strangguß von Stahl ist es notwendig für eine ausreichende Hitzeentfernung an der Oberfläche, welche mit der Stahlschmelze in Berührung kommt zu sorgen. Sobald ein erstarrter schalenförmiger Teil des Stranges am Meniskus im oberen Teil einer Kokille sich gebildet hat und dieser dann durch die Kokille hindurchgleitet, ist die Dicke des schalenförmigen Teils so bemessen, daß dieser dem statischen Druck der Stahlschmelze standhält. Einer der Faktoren, welche sich auf die Gebrauchsdauer einer Kokille mit obengenannter Funktion auswirkt, ist die Abnutzung bzw. der Abrieb den der verfestigte schalenförmige Teil des Stranges am unteren Teil der Kokille hervorruft. Wenn der verfestigte Strangteil in direkter Berührung mit dem Kokillenkörper bzw. dem Kupfer oder der Kupferlegierung gebracht wird, ergeben sich sehr kleine Risse, sogenannte "Sternrisse" auf der Oberfläche des Stranggußstückes, wodurch das erzielte Ergebnis des Stranggießens beeinträchtigt ist. Demzufolge ist der untere Teil der Kokille häufig mit einer dickeren Beschichtung (Schlichte) versehen als der obere Teil,

Wenn bei Durchführung der Erfindung eine Kokille für den Strangguß von Stahl, auf dessen Kokülenkörperoberfläche eine Nickel- bzw. Nickellegierungsschicht 2 und gegebenenfalls eine Chromschicht auf der Schicht 2 aufgebracht ist, repariert werden muß, wird nur der beeinträchtigte Teil abgeschliffen, beispielsweise bis zu einer Ebene B-B in Fig. 1. Die erhaltene geschliffene Oberfläche wird mit starker Säure bebandelt und dabei aktiviert. Anschließend wird eine neue Nickel- oder Nickellegierungsschicht aufgebracht.

Wenn, wie in den Figuren 2 bis 4 dargestellt ist, die Nickel- bzw. Nickellegierungsschicht 2 im unteren Teil der Kokille dicker bemessen ist als im oberen Teil, erfolgt das Abschleifen bis in die Ebenen C-C, D-D und E-E, Die geschliffene Oberfläche wird dann insgesamt oder nur im Bereich der unteren Oberfläche mit der neuen Nickelbzw. Nickellegierungsschicht 2 versehen. Als Beschichtungsverfahren eignene sich das Galvanisieren oder ein nichtgalvanisches Beschichtungsverfahren. Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im Zusammenhang mit Vergleichsversuchen erläutert.

Die Beispiele Nr. 1, 3 und 7 sind Vergleichsversuche, während die Beispiele 2, 4, 5 und 6 Ausführungsbeispiele der Erfindung sind.

In allen Fällen wurde das Abschleifen bis zur EbeneB-B durchgeführt. Die Rauhheit der freiliegenden Oberfläche betrug 0, 006 mm oder weniger.

Die freigelegte Oberfläche wird gleichförmig durch Naßschleifen aufgerauht mit Hilfe von Schleifmitteln mit einer Korngröße von ff= 20 in einer Alkalilösung. Im nächsten Arbeitsschritt wird die freigelegte Oberfläche entfettet mit (1) einem Lösungsmittel (Toluol + Äthanol) und dann mit (2) einer Lauge (Konzentration lOO g/% Flüssigkeitstemperatur 6O⁰C) und eingetaucht in (3) eine Säure (HCl, 10 Gew.%).

Tabelle 1 Galvanisierbedingungen

Proben	ι—( - rt	Vorbehandlung	Galvanisierbedingungen	Flüssigkeits	FlüssigkeitE	- pH
Nr.	f-l φ fm*		elektrische	komponenten	temperatur
	TO		Stromdichte
Nr. 1	Cu	(1) Entfetten mit
		Lösungsmittel
		(2) Entfetten mit
		Lauge
		(3) Eintauchen in
		verdünnte HCl
		(4) kein Eintauchen
		in eine konzen
		trierte starke
		Säure
Nr. 2	Ni	(D)
		(2) 7 dito
		(3) J
		(4) Eintauchen in
		konzentrierte
		starke Säure		Nickel-
		Konzentration:		sulfaminat
		63 Gew.%		400 g/l
		Zusammensetzung:
		HNO„ (50 Vol.%)		Nickel-
				chlorid
		H₉SO₄ (50 Vol.%)		5 g/l
		*Ci ¹X*			6O⁰C	4.0
Nr. 3	JTi	(D)	7 A/dm²	Borsäure
		(2) > dito		40 g/l
		(3)J		Natrium-
		(4) Eintauchen in		laurylsulfat
		konzentrierte		0.1 g/l
		starke Säure
		Konzentration:
		30 Gew.%
		Zusammensetzung:
		HNO₃ (50 Vol.%)
		H₂SO₄ (50 Vol.%)

- ίο --

Tabelle 1	U O -XJ öS	(Forts.) Galvanisierbedingungen	Galvanisierbedingungen	Flüssigkeits- komponenten	FlüssigkeitsT pH temperatur	4.0
Proben'- H	Ni	Vorbehandlung	elektrische Strom dicht			(Fortsetzung nächste Seite)
Nr.		(D) (2) y dito (3) J (4) Eintauchen in konzentrierte starke Säure
Nr. 4		Konzentration: 45 Gew.% Zusammensetzung: HNO₃ (50 Vol.%)
		H₂SO₄ (50 Vol.%)
		(1) Entfetten mit Lb sungsmittel
Nr. 5	ω Fh C-	(2) Entfetten mit Lauge		Nickel- sulfaminat 400 g/l
		(3) Eintauchen in verdünnte HCl (4) Eintauchen in konzentrierte starke Säure Konzentration: 45 Gew.% Zusammensetzung: HNO. (50 Vol.%) ⁶ +		Eisen
		H₂SO₄ (50 Vol.%)		sulf am inat 1 g/l
	O) Ph	Ls L dito		Nickel chlorid 5 g/l Borsäure 40 g/l	60°C
Nr. 6		(3) J (4) Eintauchen in konzentrierte starke Säure Konzentration: 40 Gew.%	7 A/dm²

10 433

Tabelle 1 (Forts.)

Galyanisierbedingungen

Proben-	rial	Vorbehandlung	Galvanisierbedingungen	Flüssigkeits	Flüssigkeits-	pH
Nr.	(D		elektrische	komponenten	temperatur
			Stromdichte
	φ r_
Nr. 6		Zusammens etzung:		XNCcLX LLiXlX laurylsulfat
(Fort setz. )	0^s· t- I	HNO₃ (50 Vol.%)		0.1 g/l
	-r ■i-l	H₉SO. (50 BoI.%) Cl TC
Nr. 7		(1)
		(2) dito
		(3)
		(4) Eintauchen in
		konzentrierte
		starke Säure
	υ	Konzentration:
	I Ί	35 Gew.%
	KI ι	Zusammensetzung:
	+	HNO₃ (50 Vol.%) I₁
	• 1-4 Jz;	T H₂SO₄ (50 Vol.%)

Die Bezeichnung "konzentrierte starke Säure" im vorliegenden Anmeldungstext bedeutet eine Säure mit einer Säurenkonzentration von wenigstens 40 Gew.%. Ihre Zusammensetzung kann allein aus Salpetersäure bestehen (Konzentration 60 Gew.% oder mehr) oder aus wenigstens 50 Vol.% Salpetersäure (Konzentration 60 Gew.% oder mehr) und der restliche Anteil kann eine oder mehrere der Säuren der Gruppe Schwefelsäure, Salzsäure, Fluorwasserstoffsäure, Phosphorsäure und wäßriges Wasserstoffperoxid sein.

Die Versuchsergebnisse für die Haftfestigkeit gegenüber Scherbeanspruchung sind im folgenden dargestellt.

Tabelle 2

Einheit: kg/mm'

Proben- Nr.	Material	Nor mal- tempera- tur	1OO°C x8H	200°C x8H	300°C x8H	400⁰C x8H	500⁰C x8H
Nr. 1	Cu	20.1	21.2	21.8	21.8	17.6	8.4
Nr. 2	Ni	39.2 .	40.9	41.6	40.1	33.9	32.5
Nr. 3	Ni	29.4	31.0	40.9	34.9	29.9	21.6
Nr. 4	Ni	38.8	35.7	38.6	38.3	30.2	19.7
Nr. 5 Nr. 6 Nr. 7	Ni	38.5	38.7	38.7	36.9	31.6	22.4
Ni+7% Fe	35.7	35.3	36.8	36.2	30.7	20.5
Ni + 7% Fe	28.9	29.5	36.4	35.5	29.2	18.9

Bemerkung

In Tabelle 2 bedeuten die außer den bei Normaltemperatur erhaltenen Versuchsergebnisse solche, welche beispielsweise im Fall von 100°Cx8H dadurch erzielt wurden, daß auf 100⁰C erhitzt wurde, l00°C 8 Stunden lang beibehalten wurden und dann auf Normaltemperatur für den Versuch luftgekühlt wurde.

Die Schwankung der Haftfestigkeit bei den Proben 2 bis 7 nach dem Eintauchen in Säure ist in der Tabelle 3 dargestellt.

Tabelle 3

Proben- Nr.	σ η	Normal - tempe ratur	100⁰C	200°C	300°C	400°C	500°C
Nr. 2	σ η	1.4	0.6	1.0	0.8	0.8	1.3
Nr. 3	^ση	4.5	3.4 0.6	1.0	1.4	1.5	2.5
Nr. 4	σ η	2.2	0.9	0.9	0.4	1.1 1.0	2.3 2.4
Nr. 5	σ η	2.5	1.4	1.0	0.6	1.2	2.3
Nr. 6	^ση	2.9	3.1	1.0	0.9	1.8	2.4
Nr. 7	4.8	1.1	1.6

Bemerkung 1: Die Werte der Schwankung in den Fällen von 100 C, 200°C, 3 00°C, 400°C und 500°C in Tabelle 3 wurden erhalten durch Erhitzung auf die entsprechende Temperatur, Beibehalten der Temperatur während 8 Stunden und dann Luftkühlen auf Normaltemperatur für den Schwankungsversuch.

Bemerkung 2: Die Schwankung bei Normaltemperatur: σ (Nr. 2) '== -^- χ σ (Nr. 4),

-j^g- x σ (Nr. 5), -yy- χ σ (Nr. 6),

oder

1 XT

^{χ σ} (Nr. 3),

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß der Wert für die Haftfestigkeit

die gegenüber Scherbeanspruchung für das Nickel bzw./ Nickellegierung bedeutend höher ist bei den Bedingungen, bei denen die bloßgelegte Oberfläche mit einem Ausbesserungsverfahren durch Beschichtung behandelt wurde, nach der Erfindung. Die ausgezeichneten Ergebnisse für die Probennummern 2, 4, 5 und 6 belegen dies. Bei der Durchführung der Erfindung wird der passivierte Film auf der abgeschliffenen Nickel- bzw. Nickellegierungsoberfläche behandelt mit konzentrierter starker Säure", beispielsweise Salpetersäure mit wenigstens 60 Gew.% Konzentration. Die Haftfestigkeit der Nickel- bzw. Nickellegierungsschicht, welche auf die aktivierte bloßgelegte Oberfläche aufgebracht wird, ist etwa doppelt so groß wie bei der herkömmlichen Probe Nr. im Temperaturbereich zwischen Normaltemperatur und 500 C. Auch im Vergleich mit den anderen Vergl eichsproben (Proben Nr. 3 und 7) ist die Haftfestigkeit bedeutend größer als die Haftfestigkeit bei den Proben Nr. 3 und 7 bei Normaltemperatur. Die Schwankung ist geringer als bei diesen Proben.

Durch die Erfindung wird unnötige Abschleifarbeit an der teuren Nickelbzw. Nickellegierungsschicht verhindert. Trotzdem wird eine hohe Haftfestigkeit zwischen der neuen und der alten Schicht mit geringer Schwankung erzielt. Auf diese Weise wird die Gebrauchs dauer des Überzugs bzw. der Schlichte und damit des Kokillenmaterials erheblich verlängert. Durch die Erfindung wird auf diese Weise ein äußerst vorteilhaftes Verfahren zum Ausbessern einer Kokille für das Stranggießen von Stahl erzielt.

Claims

PatentanwälteStcinsdorfstr. 21-22 · D-8000 München 22 ■ Tel. 089/229441 · Telex: 05/22208 NIPPON STEEL CORPORATION No. 6-3, Ohtemachi 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo 100, JAPAN MISHIMA KOSAN COMPANY, LTD. No. 1-15, Edamitsu 2-chome, Yahatahigashi-ku, Kitakyushu City, Fukuoka Prefecture 805, JAPAN Verfahren zum Ausbessern von Kokillen für den Strangguß von Stahl Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ausbessern von Kokillen für den Strangguß von Stahl, deren Kokillenkörper aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht und wenigstens zum Teil an der Oberfläche mit einer Nickeloder Nickellegierungsschicht versehen ist, bei dem die Nickel- bzw.

10 433 N/Br.

w /_ w l -t *t *t

Nickellegierungssicht abgetragen und eine neue Nickel- bzw. Nickellegierungsschicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der neuen Nickel- bzw. Nickellegierungsschicht nur ein Teil der Schichtdicke der Nickel=· bzw. Nickellegierungsschicht abgetragen wird und dann die dabei freigelegte Oberfläche durch Eintauchen in eine konzentrierte starke Säure aktiviert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß als konzentrierte starke Säure eine solche mit wenigstens 40 Gew.% Konzentration verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als konzentrierte starke Säure entweder Salpetersäure allein mit wenigstens 60 Gew.% Konzentration oder eine Säuremischung mit wenigstens 50 Gew.% dieser Salpetersäure verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß zusätzlich zur Salpetersäure wenigstens eine Säure verwendet wird, ausgewählt aus der Gruppe Schwefelsäure, Salzsäure, Fluorwasserstoffsäure, Phosphorsäure und wäßriges Wasserstoffperoxid.

5. Kokille für den Strangguß von Stahl mit einem Kokillenkörper aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, der wenigstens teilweise an seiner Oberfläche beschichtet ist mit wenigstens zwei übereinanderliegenden Nickel- bzw. Nickellegierungsschichten.