EP0924010B1 - Verfahren zur Herstellung eines Kokillenkörpers und Kokillenkörper - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Kokillenkörpers und Kokillenkörper Download PDF

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EP0924010B1
EP0924010B1 EP98123408A EP98123408A EP0924010B1 EP 0924010 B1 EP0924010 B1 EP 0924010B1 EP 98123408 A EP98123408 A EP 98123408A EP 98123408 A EP98123408 A EP 98123408A EP 0924010 B1 EP0924010 B1 EP 0924010B1
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layer
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wear
chromium
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a mold body according to the features in the preamble of claim 1 and on the other hand a mold body according to the features in the preamble of claim 5.
  • the mold is one of the most important components of a continuous caster. It begins in her the solidification of the melt.
  • the basic structure usually consists of one outer steel structure and the actual shaping part of the mold, the mold body.
  • the mold body is now almost exclusively made of copper or a copper alloy.
  • the steel jacket has the task of closing the mold body position and ensure the water cycle required for cooling.
  • the wear resistance of copper alloys is relatively low.
  • the mold body is therefore covered with an inner one Coating made of a wear-resistant material, such as nickel or chrome, Mistake.
  • a wear-resistant material such as nickel or chrome
  • Such a mold body with a wear protection layer goes for example from DE 31 42 196 C2. This can improve the Friction behavior and thus an increase in the service life of the mold body become.
  • a chrome coating is characterized by its opposite Nickel greater hardness and the associated better wear protection out.
  • a galvanic coating of the inner surface with hard chrome therefore offers effective wear protection.
  • the invention is therefore based on the object to show a method for producing mold bodies from a curable Copper alloy and an inner wear protection layer made of chrome with an improved adhesion between the mold body and the wear protection layer.
  • the invention further aims at a qualitatively improved mold body which longer service life.
  • the mold body consisting of a hardenable copper alloy after the solution annealing with an inner coating of chrome and then cured.
  • This heat treatment makes the wear protection layer hard at first decreased with the consequence of an increase in ductility.
  • the differences in the material properties of the copper alloy of the mold body and the wear protection layer Chromium are then less, reducing the risk of Damage to the chrome layer due to the different properties is reduced.
  • the mold body can basically be a one-piece mold tube or a multi-part mold, for example a plate mold.
  • the curing under protective gas in one reducing atmosphere is on its Brought ultimate strength.
  • the curing temperature is based on the desired hardness of the wear protection layer matched to avoid excessive softening of the chrome layer.
  • the curing is carried out at a temperature between 400 ° C and 550 ° C (Claim 3). Very good results were obtained in practical tests with achieved a temperature of 460 ° C under protective gas, the duration of the heat treatment was 10 hours.
  • a hardness of the wear protection layer from 650 HV to 700 HV (Vickers hardness).
  • the wear protection layer then has a sufficiently high hardness, but due to the higher Ductility a more favorable adhesive strength and a lower tendency to crack.
  • the wear protection layer becomes two-layer formed by additionally hardening the inner surface is hard chrome plated.
  • the chrome layer is preferably deposited electrolytically.
  • a mold body according to the invention can be seen in the features of the claim 5 characterized.
  • the key point is the measure that the hardness of the wear protection layer from the surface on the strand side towards the mold body decreases.
  • the hardness can be gradually increased based on the copper alloy.
  • the pipe-side chrome layer has one Hardness between 500 HV and 850 HV, whereas the chrome layer on the strand side has a hardness between 850 HV and 1050 HV.
  • the layer thicknesses of the tube-side and strand-side chrome layer are preferably each between 100 ⁇ m and 150 ⁇ m, with a total layer thickness of approx. 250 ⁇ m is considered to be particularly favorable in practice.
  • the wear protection layer can have a constant thickness in the casting direction. Basically, it is also possible that the thickness of the wear protection layer increases in the casting direction. This results in a high wall temperature in the area of the mold level guaranteed while increasing wear protection in Casting. In this way, effective coordination of the solidification available cooling section of the mold with regard to the shrinkage behavior of the strand.
  • the change in coating thickness can be linear or stepwise.
  • the invention is based on an embodiment shown in Figure 1 described.
  • FIG. 1 illustrates a mold tube 1 for the continuous casting of steel.
  • the Mold tube 1 has a mold cavity 2, the cross section of which is on the pouring side Front end 3 is larger than dimensioned at the end 4 of the strand exit end.
  • the base body 5 of the mold tube 1 is preferably made of a copper alloy based on copper / chrome / zircon (CuCrZr).
  • the mold tube 1 is made with a wear protection layer 7 Chrome.
  • the wear protection layer 7 is formed in two layers, the Hardness of the wear protection layer 7 from the surface 8 on the strand side in the direction to the mold tube 1 or the inside 6 of the mold tube 1 decreases.
  • the wear protection layer 7 is made up of two individual wear protection layers, the chrome layers 9 and 10 built up with different hardness.
  • the Pipe-side chrome layer 9 preferably has a hardness of 650 HV.
  • the chromium layer 10 on the strand side has a hardness of 1000 to 1050 HV harder.
  • the mold tube 1 or its Base body 5 chrome-plated in the solution-annealed state and then in one Heat treatment has been cured.
  • the mold body 1 thus obtains its ultimate strength.
  • the chrome layer 9 then has a hardness of 650 HV on.
  • the second chrome layer 10 is applied, which has a hardness of 1050 HV.
  • the wear protection layer 7 is a total of 250 microns thick, the layer thickness of the Chrome layer 9 is 100 ⁇ m and the layer thickness of the chrome layer 10 is 150 ⁇ m.
  • the advantage of the two-layer wear protection layer 7 is that it is reduced Difference between hardness and ductility at the transition from the base body 5 to Chrome layer 9 ensuring high hardness on the strand side Surface 8 through the chrome layer 10.

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Description

Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Herstellung eines Kokillenkörpers gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 und andererseits einen Kokillenkörper gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 5.
Die Kokille ist eines der wichtigsten Bauteile einer Stranggießanlage. In ihr beginnt die Erstarrung der Schmelze. Der prinzipielle Aufbau besteht in der Regel aus einer äußeren Stahlkonstruktion und dem eigentlichen formgebenden Teil der Kokille, dem Kokillenkörper. Der Kokillenkörper besteht heute fast ausschließlich aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Der Stahlmantel hat die Aufgabe, den Kokillenkörper zu positionieren und den zur Kühlung erforderlichen Wasserkreislauf sicherzustellen.
Die Verschleißfestigkeit von Kupferlegierungen ist relativ gering. Insbesondere am Fuß des Kokillenkörpers besteht die Gefahr einer erhöhten Reibung zwischen Stahlstrang und der Wand des Kokillenkörpers infolge von Differenzen zwischen Kokillenkörpergeometrie und Schrumpfverhalten des Stahls oder infolge einer unzureichenden Führung des Strangs unterhalb der Kokille. Hierdurch kann ein erheblicher Abrieb mit einer entsprechenden Formänderung des Kokillenkörpers auftreten.
Aus Gründen des Verschleißschutzes wird der Kokillenkörper daher mit einer inneren Beschichtung aus einem verschleißfesten Werkstoff, wie Nickel oder Chrom, versehen. Ein solcher Kokillenkörper mit Verschleißschutzschicht geht beispielsweise aus der DE 31 42 196 C2 hervor. Hierdurch kann eine Verbesserung des Reibverhaltens und damit eine Erhöhung der Standzeit des Kokillenkörpers erreicht werden.
Eine Chrombeschichtung zeichnet sich in diesem Zusammenhang durch ihre gegenüber Nickel größere Härte und den damit verbundenen besseren Verschleißschutz aus. Eine galvanische Beschichtung der Innenfläche mit Hartchrom bietet daher einen wirksamen Verschleißschutz.
Durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe von Kokillenkörper und der Verschleißschutzschicht kommt es jedoch zu erheblichen Spannungen in der Verschleißschutzschicht. Hierunter leidet die Haftfestigkeit und es besteht die Gefahr des Abplatzens oder der Ausbildung von Rissen.
Der Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen zur Herstellung von Kokillenkörpern aus einer aushärtbaren Kupferlegierung und einer inneren Verschleißschutzschicht aus Chrom mit einer verbesserten Haftung zwischen Kokillenkörper und Verschleißschutzschicht. Ferner zielt die Erfindung auf einen qualitativ verbesserten Kokillenkörper ab, welcher höhere Standzeiten ermöglicht.
Die Lösung des verfahrensmäßigen Teils dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Kokillenkörper gemäß Anspruch 1.
Demgemäß wird der aus einer aushärtbaren Kupferlegierung bestehende Kokillenkörper nach dem Lösungsglühen mit einer inneren Beschichtung aus Chrom versehen und im Anschluß daran ausgehärtet.
Durch diese Wärmebehandlung wird die anfangs sehr hohe Härte der Verschleißschutzschicht verringert mit der Folge einer Duktilitätserhöhung. Die Unterschiede in den Werkstoffeigenschaften der Kupferlegierung des Kokillenkörpers und der Verschleißschutzschicht aus Chrom sind dann geringer, wodurch die Gefahr einer Schädigung der Chromschicht durch die unterschiedlichen Eigenschaften wesentlich verringert wird.
Bei dem Kokillenkörper kann es sich grundsätzlich um ein einteiliges Kokillenrohr oder auch um eine mehrteilige Gießform, beispielsweise eine Plattenkokille handeln.
Nach den Merkmalen des Anspruchs 2 wird die Aushärtung unter Schutzgas in einer reduzierenden Atmosphäre vorgenommen. Hierbei wird der Kokillenkörper auf seine Endfestigkeit gebracht.
Die Aushärtetemperatur wird auf die angestrebte Härte der Verschleißschutzschicht abgestimmt, um ein zu starkes Erweichen der Chromschicht zu vermeiden. Vorzugsweise wird die Aushärtung bei einer Temperatur zwischen 400 °C und 550 °C durchgeführt (Anspruch 3). Sehr gute Ergebnisse wurden in praktischen Versuchen mit einer Temperatur von 460 °C unter Schutzgas erzielt, wobei die Dauer der Wärmebehandlung 10 Stunden betrug. Hierbei wird eine Härte der Verschleißschutzschicht von 650 HV bis 700 HV (Vickers-Härte) angestrebt. Die Verschleißschutzschicht besitzt dann eine ausreichend hohe Härte, jedoch aufgrund der höheren Duktilität eine günstigere Haftfestigkeit und eine geringere Neigung zur Rißbildung.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Maßnahme des Anspruchs 4 zu sehen. Danach wird die Verschleißschutzschicht zweilagig ausgebildet, indem nach dem Aushärten die innere Oberfläche zusätzlich hartverchromt wird. Die Chromschicht wird vorzugsweise elektrolytisch abgeschieden.
Auf diese Weise wird eine Mehrschichtverchromung mit einem graduellen Übergang der Härten erreicht. Die Gefahr von Rißbildungen und Abplatzungen wird hierdurch deutlich verringert. Ferner ist es möglich, durch diese Maßnahme größere Schichtdicken der Verschleißschutzschicht aus Chrom zu realisieren.
Ein erfindungsgemäßer Kokillenkörper ist gegenständlich in den Merkmalen des Anspruchs 5 charakterisiert. Kernpunkt bildet die Maßnahme, daß die Härte der Verschleißschutzschicht von der strangseitigen Oberfläche in Richtung zum Kokillenkörper abnimmt.
Hierdurch können die aus den unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften am Schichtübergang von Kokillenkörper und Verschleißschutzschicht resultierenden Materialbelastungen verringert werden.
Die Härte kann ausgehend von der Kupferlegierung stufenweise erhöht werden. Hierbei findet eine Steigerung statt von der weichen Kupferlegierung des Kokillenkörpers über die rohrseitige Chromschicht mit höherer Härte bis hin zur höchsten Härte der strangseitigen Chromschicht (Anspruch 6).
Nach den Merkmalen des Anspruchs 7 besitzt die rohrseitige Chromschicht eine Härte zwischen 500 HV und 850 HV, wohingegen die strangseitige Chromschicht eine Härte zwischen 850 HV und 1050 HV aufweist.
Die Schichtdicken von rohrseitiger und strangseitiger Chromschicht liegen vorzugsweise jeweils zwischen 100 µm und 150 um, wobei eine Gesamtschichtdicke von ca. 250 um als für die Praxis besonders günstig angesehen wird.
Die Verschleißschutzschicht kann eine in Gießrichtung konstante Dicke aufweisen. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, daß die Dicke der Verschleißschutzschicht in Gießrichtung zunimmt. Hierdurch wird eine hohe Wandtemperatur im Gießspiegelbereich gewährleistet bei gleichzeitiger Zunahme des Verschleißschutzes in Gießrichtung. Auf diese Weise kann eine effektive Abstimmung der für die Erstarrung zur Verfügung stehenden Kühlstrecke der Kokille hinsichtlich des Schrumpfverhaltens des Stranges erfolgen. Die Veränderung der Beschichtungsdicke kann linear oder stufenförmig erfolgen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Die Figur 1 veranschaulicht ein Kokillenrohr 1 zum Stranggießen von Stahl. Das Kokillenrohr 1 besitzt einen Formhohlraum 2, dessen Querschnitt am eingießseitigen Stirnende 3 größer als am strangaustrittsseitigen Fußende 4 bemessen ist.
Der Grundkörper 5 des Kokillenrohrs 1 besteht aus einer Kupferlegierung vorzugsweise auf Kupfer/Chrom/Zirkon-Basis (CuCrZr).
Auf der Innenseite 6 ist das Kokillenrohr 1 mit einer Verschleißschutzschicht 7 aus Chrom versehen. Die Verschleißschutzschicht 7 ist zweilagig ausgebildet, wobei die Härte der Verschleißschutzschicht 7 von der strangseitigen Oberfläche 8 in Richtung zum Kokillenrohr 1 bzw. der Innenseite 6 des Kokillenrohrs 1 abnimmt.
Hierzu ist die Verschleißschutzschicht 7 aus zwei einzelnen Verschleißschutzschichten, den Chromschichten 9 und 10 mit unterschiedlicher Härte aufgebaut. Die rohrseitige Chromschicht 9 besitzt vorzugsweise eine Härte von 650 HV. Die strangseitige Chromschicht 10 ist demgegenüber mit einer Härte von 1000 bis 1050 HV härter.
Zur Erzeugung der ersten Chromschicht 9 ist das Kokillenrohr 1 bzw. dessen Grundkörper 5 im lösungsgeglühten Zustand verchromt und anschließend in einer Wärmebehandlung ausgehärtet worden. So erhält der Kokillenkörper 1 seine Endfestigkeit. Nach der Auslagerung weist die Chromschicht 9 dann eine Härte von 650 HV auf. Zur Erhöhung des Verschleißschutzes wird in einem weiteren Beschichtungsvorgang die zweite Chromschicht 10 aufgetragen, welche eine Härte von 1050 HV besitzt.
Die Verschleißschutzschicht 7 ist insgesamt 250 µm dick, wobei die Schichtdicke der Chromschicht 9 100 µm und die Schichtdicke der Chromschicht 10 150 µm beträgt.
Der Vorteil der zweilagigen Verschleißschutzschicht 7 liegt in einer verringerten Differenz zwischen Härte und Duktilität am Übergang vom Grundkörper 5 zur Chromschicht 9 unter Gewährleistung einer hohen Härte an der strangseitigen Oberfläche 8 durch die Chromschicht 10.
Bezugszeichenaufstellung
1 -
Kokillenrohr
2 -
Formhohlraum
3 -
Stirnende v. 1
4 -
Fußende v. 1
5 -
Grundkörper v. 1
6 -
Innenseite
7 -
Verschleißschutzschicht
8 -
strangseitige Oberfläche
9 -
rohrseitige Chromschicht
10 -
strangseitige Chromschicht

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines aus einer aushärtbaren Kupferlegierung bestehenden formgebenden Kokillenkörpers einer Kokille für eine Stranggießanlage, bei welchem der Kokillenkörper mit einer inneren Verschleißschutzschicht aus Chrom versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kokillenkörper lösungsgeglüht, anschließend die Verschleißschutzschicht auf den Kokillenkörper aufgebracht und danach der Kokillenkörper ausgehärtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushärtung in einer Schutzgasatmosphäre vorgenommen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushärtung bei einer Temperatur zwischen 400 °C und 550 °C durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweilagige Verschleißschutzschicht (7) ausgebildet wird, indem nach dem Aushärten die innere Oberfläche (8) zusätzlich hartverchromt wird.
  5. Kokillenkörper aus einer aushärtbaren Kupferlegierung für die Kokille einer Stranggießanlage, welcher eine innere Verschleißschutzschicht (7) aus Chrom aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Verschleißschutzschicht (7) von der strangseitigen Oberfläche (8) in Richtung zum Kokillenkörper (1) abnimmt.
  6. Kokillenkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißschutzschicht (7) aus zwei Chromschichten (9, 10) unterschiedlicher Härte besteht, wobei die strangseitige Chromschicht (10) härter als die rohrseitige Chromschicht (9) ist.
  7. Kokillenkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrseitige Chromschicht (9) eine Härte zwischen 500 HV und 850 HV und die strangseitige Chromschicht (10) eine Härte zwischen 850 HV und 1050 HV besitzt.
EP98123408A 1997-12-17 1998-12-09 Verfahren zur Herstellung eines Kokillenkörpers und Kokillenkörper Expired - Lifetime EP0924010B1 (de)

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