DE3803194C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuier­ lichen Herstellen eines dünnwandigen, plattenartigen Strangs aus Phosphorbronze.

Stränge aus Phosphorbronze wurden bisher im wesent­ lichen im Stranggießverfahren mittels einer Horizontal­ stranggießvorrichtung hergestellt. Fig. 5 zeigt als Beispiel einen schematischen Querschnitt einer Horizontalstranggießvorrichtung gemäß der japanischen Patentanmeldung Nr. 38 639/1983. Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Metallschmelze, die mittels eines beispielsweise mit elektromagnetischen Wellen arbeiten­ den Schmelzofens (hier nicht gezeigt) aufgeschmolzen worden ist; Bezugszeichen 2 steht für einen Halteofen, der die Schmelze bezüglich ihres Zustands und ihrer Menge konstant hält; mit Bezugszeichen 3 ist eine an dem unteren Endabschnitt des Halteofens befestigte Graphitform bezeichnet; Bezugszeichen 4 bezeichnet einen die Graphitform umgebenden Wasserkühlmantel; und Bezugszeichen 5 steht für Zugrollen zum Heraus­ ziehen eines durch Abkühlen und Erstarren der Schmelze 1 entstandenen Stranges.

Bei der beschriebenen Gießvorrichtung wird die in dem Halteofen 2 befindliche Schmelze 1 in die Graphit­ form 3 gegossen. Die Schmelze 1 erstarrt infolge der Kühlung mittels Wassers, das durch einen Kanal innerhalb des Wasserkühlmantels 4 fließt, und wird schließlich der Form 3 als Strang 6 entnommen. Der Strang 6 wird mittels der Zugrollen entweder intermittierend oder kontinuierlich herausgezogen, wobei ein langer, zusammenhängender Strang entsteht. Danach wird der Strang mehrmals gewalzt und angelassen, so daß schließlich eine dünnwandige Platte vorbe­ stimmter Gestalt erhalten wird.

Fig. 6 zeigt eine mikrographische Darstellung (50fache Vergrößerung) der Struktur eines durch Gießen der Schmelze 1 nach dem beschriebenen Stranggießverfahren hergestellten Stranges 6 im Querschnitt, wobei die Schmelze neben Kupfer 8 Gew.-% Sn und 0,15 Gew.-% P enthält.

Fig. 7 zeigt eine graphische Darstellung des Verlaufs des Sn-Gehaltes in dem Strang über dem Abstand von der Oberfläche , wobei die Bestimmung des Sn-Ge­ halts mittels fluoreszierender Röntgenstrahlen an der Schnittstelle der Strangoberfläche erfolgt ist.

Fig. 8 entspricht der Darstellung von Fig. 7, nur daß die Kurve hier mittels Spektralanalyse ermittelt worden ist.

Im Lichte dieser Analysen wird deutlich, daß der mit dem herkömmlichen Verfahren hergestellte Strang eine Transkristallisationsstruktur in Gestalt der dendritischen Struktur nach Fig. 6 aufweist, daß eine Oberflächenausseigerung von Sn nach Fig. 7 auftritt und daß der Gehalt von Sn in der Kristall­ struktur auffällig schwankt (Fig. 8). Um die Walzfähig­ keit, der beim Herstellen langer, dünnwandiger Bänder zentrale Bedeutung zukommt, zu verbessern, war es unerläßlich, den Strang zur Vergleichmäßigung der Sn-Verteilung einer homogenisierenden Langzeit­ wärmebehandlung bei hoher Temperatur zu unterziehen. Da der Strang aber so lange angelassen und gewalzt werden muß, bis er die vorbestimmte Größe hat, war der Energieverbrauch bei der Herstellung von dünnwandigen Bändern sehr hoch.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile zu überwinden und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen von dünn­ wandigen Platten aus Phosphorbronze aus einem Strang anzugeben, welcher frei von Ausseigerungsschichten ist, gut walzbar ist, ohne daß er einer Langzeitwärme­ behandlung bei hoher Temperatur ausgesetzt werden müßte, und welcher mit wenig Energie verarbeitet werden kann.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unter­ ansprüchen unter Schutz gestellt.

Im folgenden wird die Erfindung mit weiteren Einzel­ heiten anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ab­ schreck-Stranggieß-Vorrichtung in Zwei­ walzen-Bauart zur Ausführung einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 2-4 die Beschaffenheit des mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren hergestellten Strangs, wobei Fig. 2 eine mikrographische Dar­ stellung (50fache Vergrößerung) der Struktur des Strangs im Querschnitt, wobei Fig. 3 eine graphische Darstellung der Sn-Verteilung über dem Abstand von der Strangoberfläche und Fig. 4 eine graphische Darstellung der Schwankungen des Sn-Gehalts über dem Abstand von der Strangoberfläche zeigen;

Fig. 5 eine schematische Querschnittsdarstellung einer herkömmlichen Horizontalstranggieß­ vorrichtung; und

Fig. 6-8 die Beschaffenheit des mittels des her­ kömmlichen Stranggießverfahrens hergestellten Stranges, wobei Fig. 6 eine mikrographische Darstellung der Struktur des Stranges, Fig. 7 eine graphische Darstellung der Sn-Verteilung und Fig. 8 eine graphische Darstellung der Sn-Gehalt-Schwankungen zeigen.

In Fig. 1, welche eine Metall-Abschreck-Stranggießvor­ richtung der Zweiwalzen-Bauart zur Ausführung der Erfindung zeigt, bezeichnen Bezugszahl 7 eine Gieß­ pfanne zum Gießen der Metallschmelze 1, welche mittels eines Schmelzofens (hier nicht gezeigt) aufgeschmolzen worden ist, Bezugszahl 8 ein Reservoir für die Metallschmelze 1; Bezugszahl 9 eine Gießrinne zum Leiten der aus dem Reservoir fließenden Schmelze 1 an einen bestimmten Ort, wobei die Gießrinne wärmeisoliert ist, um ein Erstarren der Schmelze 1 zu verhindern; und Bezugszahl 10 eine obere und eine untere wassergekühlte Kühlwalze, deren gegensei­ tiger Abstand variabel ist und deren Rotationsgeschwin­ digkeit beliebig eingestellt werden kann. Mit 11 ist ein Strang bezeichnet, der dadurch erhalten werden kann, daß die Schmelze 1 den Spalt zwischen den Kühlwalzen 10 passiert, wobei der Strang erfin­ dungsgemäß die Form einer dünnwandigen Platte annehmen soll; Bezugszahl 12 bezeichnet eine Führung, welche die dünnwandige Platte einer Aufrollvorrichtung 13 zuführt.

In der beschriebenen Abschreck-Stranggießvorrichtung wird die Schmelze 1 von dem Reservoir 8 über die Gießrinne 9 in den Spalt zwischen den Kühlwalzen 10, 10 eingeführt, in welchem die Schmelze 1 augen­ blicklich zu dem dünnwandigen Strang 11 erstarrt. Der Strang 11 gleitet dann auf der Führung 12 zu der Aufwickeleinrichtung 13, von der er kon­ tinuierlich aufgenommen wird.

Zur Verifikation des erfindungsgemäß angestrebten Ergebnisses wurde versuchsweise ein Strang mittels einer Versuchsanordnung hergestellt. Als Kühlwalzen 10 wurden von innen mit Wasser gekühlte gußeiserne Walzen mit einem Durchmesser von 200 mm verwandt, wobei als weitere Parameter die Drehzahl der Kühlwalzen 10 zu 10 U/min und die Gießtemperatur der Schmelze zu 1070°C gewählt wurden. Es konnte ein dünnwandiger Phosphorbronze-Strang mit 2 mm Dicke und 100 mm Breite hergestellt werden.

Fig. 2 zeigt eine mikrographische Darstellung der Struktur des Strangs im Querschnitt, wobei die Schmelze neben Cu 8 Gew.-% Sn und 0,15 Gew.-% P enthielt. Die Vorgaben entsprechen denjenigen bei dem beschriebenen herkömmlichen Stranggießverfahren. Der Vergrößerungsfaktor der mikrographischen Darstel­ lung beträgt 50.

Fig. 3 zeigt den mittels fluoreszierender Röntgen­ strahlen ermittelten Sn-Gehalt an der Schnittstelle der Strangoberfläche.

Fig. 4 zeigt eine mittels Spektralanalyse erstellte graphische Darstellung der Verteilung des Sn-Gehalts in dem Strang über dem Abstand von der Oberfläche.

Ein Vergleich dieser Ergebnisse mit den in dem herkömmlichen Stranggießverfahren erzielten zeigt deutlich den Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen und dem herkömmlichen Verfahren. Mit einer Korn­ größe von 50 µm oder darunter weist der erfindungsgemäße Strang eine Mikrostruktur auf, in der das Auftreten dendritischer Strukturen unterdrückt wird. Ferner ist den Fig. 3 und 4 zu entnehmen, daß keine Schwankungen im Sn-Gehalt existieren und daß das Auftreten einer Ausseigerungsschicht unterdrückt ist.

Dem Vorstehenden ist zu entnehmen, daß das Ab­ schrecken der Phosphorbronze bewirkt, daß der Strang eine Kristallkorngröße von 50 µm oder darunter aufweist und daß das Auftreten dendritischer Strukturen und das Auftreten einer Sn-Ausseigerungsschicht unterdrückt wird.

Die Abkühlgeschwindigkeit wurde auf einen Bereich von 10²°C /sec bis 10⁵°C/sec beschränkt, weil verschie­ dene Experimente ergeben haben, daß die Mikrostruktur des Strangs sich bei einer Abkühlgeschwindigkeit unterhalb von 10²°C/sec nicht von derjenigen eines herkömmlichen Strangs unterscheidet, während die Dicke des Strangs bei einer Abkühlgeschwindigkeit oberhalb von 10⁵°C/sec extrem gering wird, so daß der Strang in der Praxis nicht mehr zu gebrauchen ist.

In dem beschriebenen Beispiel wurde Phosphorbronze verwandt, die sich aus Cu, 8 Gew.-% Sn und 0,15 Gew.-% P zusammensetzt. Das gleiche Ergebnis kann jedoch mit Phosphorbronze erzielt werden, die aus 0,1 bis 9,0 Gew.-% Sn, 0,03 bis 0,35 Gew.-% P, Rest-Cu und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde mit Hilfe der Vorrichtung nach Fig. 1 ausgeführt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht nur mit dieser Vorrichtung ausgeführt werden kann.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Abschreck-Erstarrung der Phosphorbronze wird es möglich, einen dünn­ wandigen Strang herzustellen, in dem die Kristallkorn­ größe 50 µm oder weniger beträgt, das Auftreten dendritischer Strukturen unterdrückt ist und keine Sn-Ausseigerungsschicht beobachtet wird. Daher ist der Strang sehr gut zu bearbeiten und kann ohne eine homogenisierende Wärmebehandlung zu 80% und mehr ausgewalzt werden. Da der Strang mit einer Stärke produziert werden kann, die der angestrebten Strangstärke sehr nahe kommt, kann darüber hinaus die Anzahl der Verfahrensschritte und der Wärmebe­ handlungen beträchtlich reduziert werden, wodurch in erheblichem Maße Energie eingespart werden kann.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombi­ nationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (5)

1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines dünnwandigen, plattenartigen Strangs aus einer Schmelze aus einer Phosphorbronze, gekenn­ zeichnet durch folgende Schritte: Abschrecken der Schmelze (1) mit einer Abkühlge­ schwindigkeit im Bereich von 10²°C/sec bis 10⁵°C/sec bis zur Erstarrung und kontinuierliches Abkühlen des erstarrten Metalls.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schmelze (1) mittels einer sich mit vorbestimmtem Drehsinn drehenden wassergekühlten Kühlwalze (10) abgeschreckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Paar Kühlwalzen mit oberer und unterer Kühlwalze (10, 10) vorgesehen ist.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dünnwandige, plattenartige Strang (11) aus Phosphorbronze nach dem Erstarren kontinuierlich von einer Aufwickeleinrichtung (13) aufgenommen wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den dünnwandigen, plattenartigen Strang (11) bildende Phosphorbronze 0,1 bis 9,0 Gew.-% Sn, 0,03 bis 0,35 Gew.-% P, Rest-CU und unvermeidbare Verunreinigungen enthält.