EP1314495A2 - Mantel für eine Giesswalze einer Zweiwalzengiessanlage - Google Patents

Mantel für eine Giesswalze einer Zweiwalzengiessanlage Download PDF

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EP1314495A2
EP1314495A2 EP02025371A EP02025371A EP1314495A2 EP 1314495 A2 EP1314495 A2 EP 1314495A2 EP 02025371 A EP02025371 A EP 02025371A EP 02025371 A EP02025371 A EP 02025371A EP 1314495 A2 EP1314495 A2 EP 1314495A2
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EP
European Patent Office
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casting
copper alloy
casting roll
cobalt
roll according
Prior art date
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EP02025371A
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EP1314495B1 (de
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Dirk Dr.-Ing. Rode
Thomas Dipl.-Ing. Helmenkamp
Fred Ing. Reichert
Hans-Günter Dr.-Ing. Wobker
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Cunova GmbH
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KM Europa Metal AG
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0622—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by two casting wheels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D11/0648—Casting surfaces
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon

Definitions

  • the invention relates to a casting roll for a two-roll caster.
  • the temperature gradient between the surface and the back in combination with the cyclic change in the surface temperature of the casting rolls causes thermal stresses in the surface area of the shell material.
  • the lower electrical conductivity of a known CuNiBe alloy with An addition of up to 1% of niobium leads in comparison to a CuCrZr alloy a higher surface temperature. Since the electrical conductivity is about proportional to the thermal conductivity behaves, the surface temperature a shell of a casting roll of the CuNiBe alloy compared to a Casting roller with a jacket of CuCrZr with a maximum temperature of Increase 400 ° C at the surface and 30 ° C at the back to about 540 ° C.
  • ternary CuNiBe- or CuCoBe alloys generally have a Brinell hardness of over 200 HBW, but reaches the electrical conductivity of the standard semi-finished products made from these materials, such as rods for the production of resistance welding electrodes or sheets and strips for the production of springs or Leadframes, possibly in the range of 26 Sm / mm 2 to about 32 Sm / mm 2 values. Under optimum conditions, only a surface temperature on the shell of a casting roll of about 585 ° C would be achieved with these standard materials.
  • EP 0 548 636 B1 also includes the prior art, the use of a curable copper alloy of 1.0% to 2.6% nickel, which may be wholly or partially replaced by cobalt, 0.1% to 0.45% Beryllium, optionally 0.05% to 0.25% zirconium and optionally up to a maximum of 0.15% of at least one element of the niobium, tantalum, vanadium, titanium, chromium, cerium and hafnium group, balance copper including manufacturing impurities and more common Processing additives with a Brinell hardness of at least 200 HBW and an electrical conductivity above 38 Sm / mm 2 as a material for the production of casting rolls and casting wheels.
  • Alloys with these compositions exhibit due to the relatively high Alloy element content disadvantages in hot workability. It is, however high degrees of hot working required to, starting from the coarse-grained cast structure with several millimeters of grain size, a finer-grained product with a grain size ⁇ 1.5 mm (according to ASTM E 112) to achieve.
  • Large-format casting rolls have so far been sufficient only with great effort large cast blocks with sufficient quality to produce; however, they are hardly available technical forming equipment to a reasonable effort a sufficiently high hot kneading for recrystallization of the cast structure in a Fine grain structure to realize.
  • the invention is - based on the prior art - the task of to provide a casting roll as part of a Zweiwalzeng intelligent fabric, which in close-to-near-net casting of strips of non-ferrous metals without further changing temperature stresses and high rolling pressures can be exposed to a long service life.
  • the casting roll can be designed as a hollow cylinder, that is to say inherently rigid without a core be.
  • the surface coming into contact with the tapes to be cast can but also part of a shell with a core, in particular a Be steel core.
  • the jacket can then be applied to such a core as a carrier shrunk, hopped or pulled up and then mechanically jammed.
  • the envelope surface of the surface of the casting roll can be cylindrical or with a Cambering to optionally a roll deflection too compensate.
  • claim 3 contains the Copper alloy for the cladding accounted for ⁇ 1.0% cobalt, 0.15% to 0.3% Beryllium and 0.15% to 0.3% zirconium.
  • this ratio of cobalt to Beryllium 2.2 to 5 is a ratio of cobalt to Beryllium 2.2 to 5.
  • the invention allows it that according to the features of claim 6 the copper alloy in addition to cobalt contains up to 0.6% nickel.
  • the copper alloy of the shell to not more than 0,15% of at least one element of niobium, manganese, tantalum, Vanadium, titanium, chromium, cerium and hafnium group.
  • the shell is produced according to claim 8 by the processing steps casting, hot forming, solution annealing at 850 ° C to 980 ° C, cold forming up to 30% and curing at 400 ° C to 550 ° C within a period of 4 to 32 h, wherein the Sheath has a maximum mean grain size of 1.5 mm according to ASTM E 112, a hardness of at least 170 HBW and an electrical conductivity of at least 26 Sm / mm 2 .
  • the jacket according to claim 9 in the cured state has a mean particle size of 30 microns to 500 microns according to ASTM E 112, a hardness of at least 185 HBW, a conductivity between 30 and 36 Sm / mm 2 , a 0, 2% proof stress of at least 450 MPa and an elongation at break of at least 12%.
  • the jacket with a Coating which reduces the heat permeability or the Heat flow evened out, the product quality of the cast-off strip can be out a non-ferrous metal, but especially of aluminum or a Aluminum alloy, to be further increased.
  • This coating is targeted due to the performance of the jacket of a copper alloy in particular causes an aluminum strip characterized in that at the beginning of a Abg discernund Rolling process from the interaction of copper with aluminum on the Surface of the shell forms an adhesive layer, then from the further Course of the casting process aluminum penetrate into the copper surface and there form a stable resistant diffusion layer, the thickness and Property substantially determined by casting speed and cooling conditions are. As a result, the surface quality of the aluminum strip is improved and Consequently, the product quality increased significantly.
  • the surface of the casting roll may be formed smooth according to claim 12. This design can be achieved in particular by rolling. That way In the edge zone, compressive stresses induced an additional resistance to prevent cracking and crack propagation to the life of the Increase casting roll.
  • the surface of the Casting roller is textured. Texturing can be done, for example, by machining, Rolling, eroding or blasting occur. By such measures, the Heat transfer coefficient can be influenced in a targeted manner.
  • Such a substance can in addition to a metallic material, such as in particular Nickel or a nickel alloy, also be a ceramic material.
  • a metallic material such as in particular Nickel or a nickel alloy
  • Such Backfilling of the depressions formed by texturing in the surface of the Casting roll is used to produce good surface qualities and to ensure a lasting influence on the thermal conductivity.
  • the alloys were then subjected to at least 30 minutes solution annealing above 850 ° C with subsequent water quenching and then cured for 4 to 32 hours in the temperature range between 400 ° C and 550 ° C.
  • the property combinations listed in Table 2 below were achieved.
  • the invention achieves Alloys for making a shell of a casting roll the aimed recrystallized fine grain structure with a correspondingly good Elongation at break.
  • a particle size is greater 1.5 mm, which reduces the plasticity of the material.
  • inventive alloys A to G in turn show good elongation at break and a grain size less than 0.5 mm, while the comparative alloys H to J a coarse grain with a grain size over 1.5 mm and lower Have elongation at break values.
  • these copper alloys have unique Processing advantages in the production of coats, in particular for larger casting rolls of Zweiwalzeng cordanlagen, which makes it possible, a fine-grained End product with optimum basic properties for the application area to create.

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Abstract

Eine Gießwalze einer Zweiwalzengießanlage soll beim endabmessungsnahen Gießen von Bändern aus Nichteisenmetallen, insbesondere aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, einer wechselnden Temperaturbeanspruchung und hohen Walzdrücken ausgesetzt werden können. Zu diesem Zweck besteht ihr Mantel aus einer aushärtbaren Kupferlegierung aus - jeweils in Gewichtsprozenten ausgedrückt - 0,4 % bis 2 % Kobalt, welches teilweise durch Nickel ersetzbar ist, 0,1 % bis 0,5 % Beryllium, wahlweise 0,03 % bis 0,5 % Zirkonium, 0,005 % bis 0,1 % Magnesium und gegebenenfalls maximal 0,15 % mindestens eines Elements aus der Niob, Mangan, Tantal, Vanadium, Titan, Chrom, Cer und Hafnium umfassenden Gruppe, Rest Kupfer einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen und üblicher Verarbeitungszusätze.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gießwalze für eine Zweiwalzengießanlage.
Das weltweite Ziel, insbesondere der Stahlindustrie, Halbzeug möglichst endabmessungsnah zu gießen, um Warm- und/oder Kaltverformungsschritte einzusparen, hat seit etwa 1980 zu einer Reihe von Entwicklungen, beispielsweise in Ein- und Zweiwalzen-Stranggießverfahren geführt.
Bei diesen Gießverfahren treten an den wassergekühlten Walzen oder Rollen beim Gießen von Stahllegierungen, Nickel, Kupfer sowie Legierungen, die sich nur schwer warm walzen lassen, im Eingießbereich der Schmelze sehr hohe Oberflächentemperaturen auf. Diese liegen z.B. beim endabmessungsnahen Gießen einer Stahllegierung bei 350°C bis 450°C, wobei die Mäntel der Gießwalzen aus einem CuCrZr-Werkstoff mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 48 Sm/mm2 und einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 320 W/mK bestehen. Werkstoffe auf CuCrZr-Basis wurden bisher vornehmlich für thermisch hoch beanspruchte Stranggießkokillen und Gießräder eingesetzt. Die Oberflächentemperatur fällt bei diesen Werkstoffen durch die Kühlung der Gießwalzen zyklisch bei jeder Umdrehung kurz vor dem Eingießbereich auf etwa 150 °C bis 200 °C ab. Auf der gekühlten Rückseite der Gießwalzen bleibt sie dagegen während des Umlaufs weitgehend konstant bei etwa 30 °C bis 40 °C. Der Temperaturgradient zwischen Oberfläche und Rückseite in Kombination mit der zyklischen Änderung der Oberflächentemperatur der Gießwalzen bewirkt thermische Spannungen im Oberflächenbereich des Mantelwerkstoffs.
Gemäß Untersuchungen des Ermüdungsverhaltens an dem bisher verwendeten CuCrZr-Werkstoff bei verschiedenen Temperaturen mit einer Dehnungsamplitude von ± 0,3 % und einer Frequenz von 0,5 Hertz - diese Parameter entsprechen etwa einer Umdrehungsgeschwindigkeit der Gießwalzen von 30 U/min - ist beispielsweise bei einer maximalen Oberflächentemperatur von 400 °C, entsprechend einer Wanddicke von 25 mm oberhalb der Wasserkühlung, im günstigsten Fall eine Lebensdauer von 3000 Zyklen bis zur Rißbildung zu erwarten. Die Gießwalzen müssen daher bereits nach einer relativ kurzen Betriebszeit von etwa 100 Minuten zwecks Beseitigung von Oberflächenrissen nachgearbeitet werden. Die Standzeit zwischen den Nacharbeiten ist dabei unter anderem wesentlich von der Wirksamkeit der Schmier-/Trennmittel an der Gießfläche, der konstruktiv und prozeßbedingten Kühlung sowie der Gießgeschwindigkeit abhängig. Für das Auswechseln der Gießwalzen muß die Gießmaschine angehalten und der Gießvorgang unterbrochen werden.
Ein weiterer Nachteil des bewährten Kokillenwerkstoffs CuCrZr ist die für diesen Anwendungsfall relativ geringe Härte von etwa 110 HBW bis 130 HBW. Bei einem Ein- oder Zweiwalzen-Stranggießverfahren ist es nämlich nicht vermeidbar, daß bereits vor dem Eingießbereich Stahlspritzer auf die Walzenoberflächen gelangen. Die erstarrten Stahlpartikel werden dann in die relativ weichen Oberflächen der Gießwalzen gedrückt, wodurch die Oberflächenqualität der gegossenen Bänder von etwa 1,5 mm bis 4 mm Dicke erheblich beeinträchtigt wird.
Auch die geringere elektrische Leitfähigkeit einer bekannten CuNiBe-Legierung mit einem Zusatz von bis zu 1 % Niob führt im Vergleich zu einer CuCrZr-Legierung zu einer höheren Oberflächentemperatur. Da sich die elektrische Leitfähigkeit etwa proportional zur Wärmeleitfähigkeit verhält, wird sich die Oberflächentemperatur eines Mantels einer Gießwalze aus der CuNiBe-Legierung im Vergleich zu einer Gießwalze mit einem Mantel aus CuCrZr mit einer maximalen Temperatur von 400 °C an der Oberfläche und 30 °C auf der Rückseite auf etwa 540 °C erhöhen.
Ternäre CuNiBe- bzw. CuCoBe-Legierungen weisen zwar grundsätzlich eine Brinellhärte von über 200 HBW auf, jedoch erreicht die elektrische Leitfähigkeit der aus diesen Werkstoffen hergestellten Standard-Halbzeuge, wie beispielsweise Stangen zur Fertigung von Widerstandsschweißelektroden bzw. Blechen und Bändern zur Herstellung von Federn oder Leadframes, allenfalls im Bereich von 26 Sm/mm2 bis etwa 32 Sm/mm2 liegende Werte. Unter optimalen Bedingungen wäre mit diesen Standardwerkstoffen lediglich eine Oberflächentemperatur am Mantel einer Gießwalze von etwa 585 °C zu erreichen.
Auch für die aus dem US-Patent 4,179,314 grundsätzlich bekannten CuCoBeZr- bzw. CuNiBeZr-Legierungen ergeben sich keine Hinweise, daß bei gezielter Auswahl der Legierungskomponenten Leitfähigkeitswerte von > 38 Sm/mm2 in Verbindung mit einer Mindesthärte von 200 HBW erreichbar sind.
Im Umfang der EP 0 548 636 B1 zählt ferner zum Stand der Technik die Verwendung einer aushärtbaren Kupferlegierung aus 1,0 % bis 2,6 % Nickel, das ganz oder teilweise durch Kobalt ersetzt sein kann, 0,1 % bis 0,45 % Beryllium, wahlweise 0,05 % bis 0,25 % Zirkonium und gegebenenfalls bis zu maximal 0,15 % mindestens eines Elements aus der Niob, Tantal, Vanadium, Titan, Chrom, Cer und Hafnium umfassenden Gruppe, Rest Kupfer einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen und üblicher Verarbeitungszusätze mit einer Brinellhärte von mindestens 200 HBW und einer elektrischen Leitfähigkeit über 38 Sm/mm2 als Werkstoff zur Herstellung von Gießwalzen und Gießrädern.
Legierungen mit diesen Zusammensetzungen, wie beispielsweise die Legierungen CuCo2Be0,5 oder CuNi2Be0,5 weisen aufgrund des relativ hohen Legierungselementgehaltes Nachteile in der Warmumformbarkeit auf. Es sind jedoch hohe Warmumformgrade erforderlich, um, ausgehend vom grobkörnigen Gußgefüge mit mehreren Millimetern Korngröße, ein feinkörnigeres Erzeugnis mit einer Korngröße < 1,5 mm (nach ASTM E 112) zu erreichen. Insbesondere für großformatige Gießwalzen sind bislang nur mit sehr hohem Aufwand genügend große Gußblöcke mit ausreichender Qualität herstellbar; kaum verfügbar sind jedoch technische Umformeinrichtungen, um mit einem vertretbaren Aufwand eine ausreichend hohe Warmdurchknetung zur Umkristallisation des Gußgefüges in ein Feinkorngefüge zu realisieren.
Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, eine Gießwalze als Bestandteil einer Zweiwalzengießanlage zu schaffen, welche beim endabmessungsnahen Gießen von Bändern aus Nichteisenmetallen ohne weiteres wechselnden Temperaturbeanspruchungen und hohen Walzendrücken bei einer hohen Standzeit ausgesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Durch die Verwendung einer CuCoBeZr(Mg)-Legierung mit bewußt abgestuftem niedrigem Co- und Be-Gehalt kann einerseits eine noch ausreichende Aushärtbarkeit des Werkstoffs zur Erzielung hoher Festigkeit, Härte und Leitfähigkeit sichergestellt werden; andererseits sind nur geringe Warmumformgrade zur vollständigen Umkristallisation der Gußstruktur und Einstellung eines feinkörnigen Gefüges mit ausreichender Plastizität erforderlich.
Dank einer derart ausgebildeten Gießwalze als Bestandteil einer Zweiwalzengießanlage gelingt es, die Geschwindigkeit beim Abgießen eines Bands aus einem Nichteisenmetall, insbesondere aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, um mehr als das Doppelte gegenüber einer mit reinen Stahlmänteln bestückten Walzenanordnung zu steigern. Außerdem wird eine deutlich verbesserte Oberflächenqualität des abgegossenen Bands erzielt. Auch ist eine erheblich längere Standzeit des Mantels gewährleistet.
Die Gießwalze kann als hohler Zylinder, das heißt eigensteif ohne Kern ausgebildet sein. Die mit den zu gießenden Bändern in Kontakt gelangende Oberfläche kann allerdings auch Bestandteil eines Mantels mit einem Kern, insbesondere einem Stahlkern sein. Der Mantel kann dann auf einen solchen Kern als Träger aufgeschrumpft, gehippt oder aufgezogen und dann mechanisch verklemmt sein.
Ferner ist es denkbar, daß bei Verwendung eines Mantels dieser ein- oder mehrlagig ausgebildet sein kann.
Die Hüllfläche der Oberfläche der Gießwalze kann zylindrisch oder mit einer Bombierung ausgeführt sein, um gegebenenfalls eine Walzendurchbiegung zu kompensieren.
Eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Mantels, insbesondere eine Erhöhung der Zugfestigkeit, kann nach Patentanspruch 2 vorteilhaft dadurch erzielt werden, daß die Kupferlegierung 0,03 % bis 0,35 % Zirkonium und 0,005 % bis 0,05 % Magnesium enthält.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform (Patentanspruch 3) enthält die Kupferlegierung für den Mantel einen Anteil <1,0% Kobalt, 0,15 % bis 0,3 % Beryllium und 0,15 % bis 0,3 % Zirkonium.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn nach Patentanspruch 4 in der Kupferlegierung des Mantels das Verhältnis Kobalt zu Beryllium zwischen 2 und 15 beträgt.
Insbesondere beträgt nach Patentanspruch 5 dieses Verhältnis von Kobalt zu Beryllium 2,2 bis 5.
Die Erfindung läßt es zu, daß entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 6 die Kupferlegierung neben Kobalt bis zu 0,6 % Nickel enthält.
Weitere Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften der Gießwalze können erreicht werden, wenn gemäß Patentanspruch 7 die Kupferlegierung des Mantels bis maximal 0,15 % mindestens eines Elements aus der Niob, Mangan, Tantal, Vanadium, Titan, Chrom, Cer und Hafnium umfassenden Gruppe enthält.
Der Mantel wird nach Patentanspruch 8 durch die Verarbeitungsschritte Gießen, Warmumformen, Lösungsglühen bei 850 °C bis 980 °C, Kaltumformen bis zu 30 % sowie Aushärten bei 400 °C bis 550 °C innerhalb eines Zeitraums von 4 bis 32 h hergestellt, wobei der Mantel eine maximale mittlere Korngröße von 1,5 mm nach ASTM E 112, eine Härte von mindestens 170 HBW und eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 26 Sm/mm2 aufweist.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn der Mantel gemäß Patentanspruch 9 im ausgehärteten Zustand eine mittlere Korngröße von 30 µm bis 500 µm nach ASTM E 112, eine Härte von mindestens 185 HBW, eine Leitfähigkeit zwischen 30 und 36 Sm/mm2, eine 0,2 % Dehngrenze von mindestens 450 MPa und eine Bruchdehnung von mindestens 12 % aufweist.
Wenn entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 10 der Mantel mit einer Beschichtung versehen ist, welche die Wärmedurchlässigkeit reduziert bzw. den Wärmefluß vergleichmäßigt, kann die Produktqualität des abgegossenen Bands aus einem Nichteisenmetall, insbesondere jedoch aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, noch weiter gesteigert werden. Diese Beschichtung wird gezielt aufgrund des Betriebsverhaltens des Mantels aus einer Kupferlegierung bei insbesondere einem Aluminiumband dadurch bewirkt, daß sich zu Beginn eines Abgießund Walzvorgangs aus dem Zusammenwirken von Kupfer mit Aluminium auf der Oberfläche des Mantels eine Adhäsionsschicht bildet, aus der dann im weiteren Verlauf des Gießverfahrens Aluminium in die Kupferoberfläche eindringen und dort eine stabile widerstandsfähige Diffusionsschicht ausbilden kann, deren Dicke und Eigenschaft durch Gießgeschwindigkeit und Kühlbedingungen wesentlich bestimmt sind. Hierdurch wird die Oberflächenqualität des Aluminiumbands verbessert und folglich die Produktqualität deutlich erhöht.
Mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 kann die Standzeit des Mantels noch mehr verlängert werden.
Die Oberfläche der Gießwalze kann nach Patentanspruch 12 glatt ausgebildet sein. Diese Gestaltung ist insbesondere durch Walzen erzielbar. Auf diese Weise werden in der Randzone Druckspannungen induziert, die einen zusätzlichen Widerstand gegen Rißbildung und Rißfortschritt ermöglichen, um die Lebensdauer der Gießwalze zu erhöhen.
Ferner ist es denkbar, daß entsprechend Patentanspruch 13 die Oberfläche der Gießwalze texturiert ist. Eine Texturierung kann beispielsweise durch Spanen, Rollieren, Erodieren oder Strahlen erfolgen. Durch derartige Maßnahmen kann der Wärmeübergangskoeffizient gezielt beeinflußt werden.
Schließlich ist es erfindungsgemäß noch vorstellbar, daß nach Patentanspruch 14 in die durch eine Texturierung gebildeten Vertiefungen ein Stoff mit einer gegenüber der Wärmeleitfähigkeit von Kupfer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit eingebettet ist.
Ein derartiger Stoff kann neben einem metallischen Werkstoff, wie insbesondere Nickel oder einer Nickellegierung, auch ein keramisches Material sein. Eine derartige Verfüllung der durch eine Texturierung gebildeten Vertiefungen in der Oberfläche der Gießwalze dient der Erzeugung guter Oberflächengüten und der Sicherstellung einer nachhaltigen Beeinflussung der Wärmeleitfähigkeit.
Die Erfindung wird im folgenden noch näher erläutert. Anhand von sieben Legierungen für den Mantel einer Gießwalze (Legierungen A bis G) und drei Vergleichslegierungen (H bis J) wird gezeigt, wie kritisch die Zusammensetzung ist, um die angestrebte Eigenschaftskombination zu erreichen.
Alle Legierungen wurden in einem Tiegelofen erschmolzen und zu Rundblöcken gleichen Formats vergossen. Die Zusammensetzung in Gewichtsprozenten ist in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben. Der Zusatz von Magnesium dient der Vordesoxidation der Schmelze und der Zirkoniumzusatz wirkt sich positiv auf die Warmplastizität aus.
Legierung Co (%) Ni (%) Be (%) Zr (%) Mg (%) Cu (%)
A 0,68 - 0,20 0,20 0,03 Rest
B 1,0 - 0,22 0,22 0,03 Rest
C 1,4 - 0,20 0,18 0,02 Rest
D 0,65 - 0,29 0,21 0,04 Rest
E 1,0 - 0,31 0,24 0,01 Rest
F 1,4 - 0,28 0,29 0,03 Rest
G 1,0 0,1 0,22 0,16 0,03 Rest
H - 1,7 0,27 0,16 - Rest
I 2,1 - 0,55 0,24 - Rest
J - 1,4 0,54 0,20 - Rest
Die Legierungen wurden anschließend mit einem geringen Verpressungsverhältnis (= Querschnitt des Gußblocks / Querschnitt der Preßstange) von 5,6:1 auf einer Strangpresse bei 950 °C zu Flachstangen verpreßt. Die Legierungen wurden danach einer mindestens 30minütigen Lösungsglühung oberhalb 850 °C mit nachfolgender Wasserabschreckung unterzogen und anschließend 4 bis 32 h im Temperaturbereich zwischen 400 °C und 550 °C ausgehärtet. Es wurden die in der nachfolgenden Tabelle 2 aufgeführten Eigenschaftskombinationen erreicht.
Legierung Rm Rp0,2 A HB 2,5 el. Leitf. Korngröße
MPa MPa % 187,5 Sm/mm2 mm
A 694 492 21 207 36,8 0,09-0,025
B 675 486 18 207 32,8 0,09-0,018
C 651 495 18 211 30,0 0,045-0,013
D 707 501 19 207 31,4 0,09-0,025
E 735 505 19 229 33,6 0,045-0,018
F 735 520 19 224 32,3 0,09-0,025
G 696 513 18 213 33,5 0,065-0,018
H 688 556 10 202 41,0 2-3
I 784 541 11 229 30,3 1,5-3
J 645 510 4 198 30,9 4-6
Rm = Zugfestigkeit
RP0,2 = 0,2 % Dehngrenze
A = Bruchdehnung
HBW = Brinellhärte
Wie den Eigenschaftskombinationen zu entnehmen ist, erreichen die erfindungsgemäßen Legierungen zur Herstellung eines Mantels einer Gießwalze das angestrebte rekristallisierte Feinkorngefüge mit einer entsprechend guten Bruchdehnung. Bei den Vergleichslegierungen H bis J liegt eine Korngröße über 1,5 mm vor, wodurch die Plastizität des Materials reduziert wird.
Eine zusätzliche Festigkeitssteigerung läßt sich durch Kaltumformung vor der Aushärtung erreichen. In der nachfolgenden Tabelle 3 sind Eigenschaftskombinationen zu den Legierungen A bis J wiedergegeben, die durch Lösungsglühen des gepreßten Materials von mindestens 30 Minuten oberhalb von 850 °C mit nachfolgender Wasserabschreckung, 10 % bis 15 % Kaltwalzung (Querschnittsreduktion) und anschließender Aushärtung von 2 bis 32 Stunden im Temperaturbereich zwischen 400 °C und 550 °C erreicht werden.
Legierung Rm Rp0,2 A HBW 2,5 el. Leitf. Korngröße
MPa MPa % 187,5 Sm/mm2 mm
A 688 532 20 211 36,7 0,13-0,025
B 679 534 18 207 34,6 0,045-0,018
C 741 600 17 227 34,4 0,065-0,018
D 690 537 21 207 32,6 0,065-0,025
E 735 576 19 230 34,7 0,045-0,018
F 741 600 17 227 34,4 0,13-0,025
G 695 591 15 224 33,0 0,18-0,035
H 751 689 9 202 40,9 2-4
I 836 712 10 229 31,0 2-3
J 726 651 6 198 31,5 3-6
Die erfindungsgemäßen Legierungen A bis G zeigen wiederum gute Bruchdehnungen und eine Korngröße unter 0,5 mm, während die Vergleichslegierungen H bis J ein grobes Korn mit einer Korngröße über 1,5 mm und niedrigere Bruchdehnungswerte aufweisen. Somit besitzen diese Kupferlegierungen eindeutige Verarbeitungsvorteile bei der Herstellung von Mänteln, insbesondere für größere Gießwalzen von Zweiwalzengießanlagen, wodurch es möglich wird, ein feinkörniges Endprodukt mit für den Anwendungsbereich optimalen Grundeigenschaften zu erzeugen.

Claims (14)

  1. Gießwalze für eine Zweiwalzengießanlage, die beim endabmessungsnahen Gießen von Bändern aus Nichteisenmetallen einer wechselnden Temperaturbeanspruchung und hohen Walzdrücken unterliegt, welche einen Mantel aus einer aushärtbaren Kupferlegierung aus - jeweils in Gew.% ausgedrückt - 0,4 % bis 2 % Kobalt, welches teilweise durch Nickel ersetzbar ist, 0,1 % bis 0,5 % Beryllium, wahlweise 0,03 % bis 0,5 % Zirkonium, 0,005 % bis 0,1 % Magnesium und gegebenenfalls maximal 0,15 % mindestens eines Elements aus der Niob, Mangan, Tantal, Vanadium, Titan, Chrom, Cer und Hafnium umfassenden Gruppe, Rest Kupfer einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen und üblicher Verarbeitungszusätze besteht.
  2. Gießwalze nach Patentanspruch 1, bei welcher die Kupferlegierung 0,03 % bis 0,35 % Zirkonium und 0,005 % bis 0,05 % Magnesium enthält.
  3. Gießwalze nach Patentanspruch 1 oder 2, bei welcher die Kupferlegierung einen Anteil kleiner 1,0 % Kobalt, 0,15 % bis 0,3 % Beryllium und 0,15 % bis 0,3 % Zirkonium enthält.
  4. Gießwalze nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, bei welcher in der Kupferlegierung das Verhältnis Kobalt zu Beryllium zwischen 2 und 15 beträgt.
  5. Gießwalze nach Patentanspruch 4, bei welcher in der Kupferlegierung das Verhältnis Kobalt zu Beryllium zwischen 2,2 und 5 beträgt.
  6. Gießwalze nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 5, bei welcher die Kupferlegierung neben Kobalt bis zu 0,6 % Nickel enthält.
  7. Gießwalze nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 6, bei welcher die Kupferlegierung bis maximal 0,15 % mindestens eines Elements aus der Niob, Mangan, Tantal, Vanadium, Titan, Chrom, Cer und Hafnium umfassenden Gruppe enthält.
  8. Gießwalze nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 7, die wenigstens hinsichtlich des Mantels durch die Verarbeitungsschritte Gießen, Warmumformen, Lösungsglühen bei 850 °C bis 980 °C, Kaltumformen bis zu 30 % sowie Aushärten bei 400 °C bis 550 °C innerhalb eines Zeitraums von 4 bis 32 h hergestellt ist und eine maximale mittlere Korngröße von 1,5 mm nach ASTM E 112, eine Härte von mindestens 170 HBW und eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 26 Sm/mm2 aufweist.
  9. Gießwalze nach Patentanspruch 8, bei welcher der Mantel im ausgehärteten Zustand eine mittlere Korngröße von 30 µm bis 500 µm nach ASTM E 112, eine Härte von mindestens 185 HBW, eine Leitfähigkeit zwischen 30 und 36 Sm/mm2, eine 0,2 % Dehngrenze von mindestens 450 MPa und eine Bruchdehnung von mindestens 12 % aufweist.
  10. Gießwalze nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, bei welcher der Mantel mit einer die Wärmedurchlässigkeit reduzierenden Beschichtung versehen ist.
  11. Gießwalze nach Patentanspruch 10, bei welcher die Beschichtung eine hohe Oberflächenhärte aufweist.
  12. Gießwalze nach einem der Patentansprüche 1 bis 11, bei welcher die Oberfläche glatt ausgebildet ist.
  13. Gießwalze nach einem der Patentansprüche 1 bis 11, bei welcher die Oberfläche texturiert ist.
  14. Gießwalze nach Patentanspruch 13, bei welcher in die durch die Texturierung gebildeten Vertiefungen ein Stoff mit einer gegenüber der Wärmeleitfähigkeit von Kupfer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit eingebettet ist.
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