EP2393965B1 - Kokille zum stranggiessen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for processing a copper mold or copper mold plate for continuous casting of metals or metal alloys, in which the worn by continuous casting inner surface is mechanically removed to the maximum depth of wear marks and then coated again.
- Molds of the type mentioned consist of individual plates, which are assembled into a mold.
- For cooling cooling channels are provided in the mold plates, which are flowed through by a cooling liquid, usually water.
- Such an SiC particle-doped Ni coating of the inner mold walls was also successfully used in copper molds that were so worn by use on the inside that they were no longer useful for continuous casting.
- the inner wall coating allows the restoration of a mold with the desired internal dimensions, which ensures optimal continuous casting.
- the DE 10 2005 040 151 A1 relates to a method for electrodepositing metal layers from electrolyte solutions, the electrolyte solution containing hard particles embedded in the metal layer.
- a suspension of hard particles, a small amount of liquid and a wetting agent is prepared and then added the suspension in the electrolyte solution and evenly distributed, in which then the electrodeposition is carried out.
- metal layers are to be deposited which contain particularly uniformly distributed hard material particles.
- the metal layer consists predominantly of nickel or copper, in which hard material particles of oxides, nitrides, borides or carbides, in particular of metals or semi-metals are embedded.
- JP 7 001086 A discloses a method for repairing damage to mold inner walls wherein the wall portions not damaged by erosion are provided with a mask and thereafter the unmasked eroded wall surfaces are coated with copper by electroplating.
- the U.S. 3,671,407 teaches a method for reducing the blistering and peeling of galvanic coatings on copper bodies exposed to an operating temperature in excess of 260 ° C, wherein prior to plating the surface of the copper body is removed to a depth at which the oxygen content is in the oxygen content Base metal comes close.
- the thickness of the Abtrag should be at least 3.05 microns. From Table II it can be seen that where a base material with a very low mass oxygen content is present, even a metal removal of 4.57 microns sufficient to create sufficient resistance to bubble formation up to temperatures of 760 ° C.
- Fig. 2 of this document shows recommended removal thicknesses of less than 50.8 microns at operating temperatures of 704 ° C.
- the process described in claim 1 is proposed, in which the inner surface (s) worn down by continuous casting are mechanically removed to a maximum depth of abrasion marks and subsequently electrolytically coated with copper again, until the desired final dimension is reached.
- This method can also be used in molds or mold plates, which are produced by casting and in which finally copper is applied electrolytically until the desired final size is reached.
- molds or mold plates which have been produced by casting and subsequent forging, arise on the surface of fine-grained, harder and homogeneous structure, which lead to longer service life.
- the advantage of such a mold is that on the one hand, copper is a cheaper raw material than nickel.
- the mold, in particular the copper mold with copper a better bond can be achieved.
- the wear resistance of such a mold is better than with a nickel coating.
- the thickness of the coating depends on the desired final dimension of the mold inside dimension and is between 1 mm and 25 mm, preferably 3 mm to 15 mm.
- the applied Cu layer has a greater hardness than the base body.
- the mold inner side or the Kokillenplatteninnenseite can still be provided with a nickel coating, which is applied below the subsequent G manakible.
- the applied layer is aftertreated by deep rolling, preferably with a hydraulic deep rolling tool.
- a hydraulic deep rolling tool As far as the surface of the mold or the mold plate still has a surface roughness of more than 100 microns, it is expedient first to smooth the surface by machining erosion until about a roughness of 50 microns to 70 microns is reached.
- a deep-rolling tool is pressed for final treatment with a pressure of 1.5 x 10 7 Pa to 6 x 10 7 Pa to the workpiece, the hydrostatically mounted ball of the deep rolling tool by a meandering guide on the mold or Kokillenplatten surface a final boundary layer solidification brought about, in which the compressive residual stress is increased in the boundary layer.
- a rectangular sample measuring 25 mm ⁇ 30 mm ⁇ 105 mm made of copper was copper-plated on one side.
- the applied copper layer had a thickness of about 10 mm.
- the transition region from the base material to the layer has no malposition or binding error. While the Cu base material produced by casting and forging shows deformed grains with low precipitates, the Cu overlay is characterized by a very fine structure in which individual Cu grains could no longer be triggered by light microscopy. Hardness measurements of the main body have given hardnesses in the range of 74 to 78 HV 0.01, whereas the hardness of the electrodeposited copper layer was 80 HV 0.01.
- Continuous casting are worn, electrolytically applied copper layers both in terms of their bonding to the base material as well as in terms of their structure, homogeneity, accuracy and hardness lead to optimal results. This applies both to pure Cu layers and to those Cu layers which are additionally provided with SiC particles.
- a rectangular sample measuring 25 mm ⁇ 30 mm ⁇ 105 mm made of copper was copper-plated on one side.
- the applied copper layer had a thickness of about 10 mm.
- the transition region from the base material to the layer has no malposition or binding error.
- the Cu base material produced by casting and forging shows deformed grains with low precipitations, the Cu support is characterized by a very fine structure in which individual Cu grains could no longer be triggered by light microscopy.
- Hardness measurements of the main body have given hardnesses in the range of 74 to 78 HV 0.01, whereas the hardness of the electrodeposited copper layer was 80 HV 0.01.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung einer Kupfer-Kokille oder Kupfer-Kokillenplatte zum Stranggießen von Metallen oder Metall-Legierungen, bei dem die durch Stranggießen verschlissene Innenfläche bis zur maximalen Tiefe der Verschleißriefen mechanisch abgetragen und anschließend wieder beschichtet wird.
- Kokillen der genannten Art bestehen aus einzelnen Platten, die zu einer Kokille zusammengebaut werden. Zur Kühlung sind in den Kokillenplatten Kühlkanäle vorgesehen, die von einer Kühlflüssigkeit, zumeist Wasser, durchströmt werden.
- Bereits in der
DE 30 38 289 A1 wird beschrieben, dass die Kokilleninnenwände häufig galvanisch behandelt werden, um die Kokilleninnenwand gegenüber den zu Beginn des Stranggießens in den kokillenbewegten Anfahrsträngen sowie später gegenüber dem flüssigen bzw. fest werdendem Stahl widerstandsfähig zu erhalten. Zunächst ist zur Oberflächenbehandlung eine Hartverchromung vorgeschlagen worden, allerdings waren die Standzeiten derartiger Kokillen verhältnismäßig gering, weshalb eine Metallschicht aus Nickel zusammen mit in einer temperierten Lösung eines oder mehrerer Nickelsalze suspendierten Hartstoffpartikeln auf die Kokilleninnenwand zur Abscheidung vorgeschlagen wird. Als Hartstoffpartikel soll insbesondere Siliziumkarbid mit (SiC) verwendet werden. Seinerzeit konnte überraschend festgestellt werden, dass mit SiC-Partikeln dotierte Nickelschichten eine Verschleißminderung bewirken. Es war überraschend, dass insbesondere beim Stahlguss das in der Kokille bewegte flüssige Metall weder die SiC-Partikel chemisch angreift noch beim Aushärten des Stahls ein mechanisches Herausbrechen der Partikel eintritt. - Eine solche mit SiC-Partikeln dotierte Ni-Beschichtung der Kokilleninnenwände wurde mit Erfolg auch bei Kupfer-Kokillen verwendet, die durch Gebrauch auf der Innenseite so stark verschlissen waren, dass sie für den Strangguss nicht mehr brauchbar waren. Die Innenwandbeschichtung ermöglicht die Wiederherstellung einer Kokille mit den gewünschten Innenmaßen, welche einen optimalen Strangguss gewährleisten.
- Das Dokument DATABASE WPI Week 198051 - Thomson Scientific, London, GB; AN
1980-91089C JP 55 141364 A - Die
DE 10 2005 040 151 A1 betrifft ein Verfahren zum galvanischen Abscheiden von Metallschichten aus Elektrolytlösungen, wobei die Elektrolytlösung Hartstoffpartikel enthält, die in die Metallschicht eingebettet werden. Zunächst wird eine Suspension aus Hartstoffpartikel, einer geringen Menge Flüssigkeit und einem Benetzungsmittel hergestellt und anschließend die Suspension in die Elektrolytlösung gegeben und gleichmäßig verteilt, in der dann die galvanische Abscheidung durchgeführt wird. Mit Hilfe dieses Verfahrens sollen Metallschichten abgeschieden werden, die besonders gleichmäßig verteilt Hartstoffpartikel enthalten. Die Metallschicht besteht vorwiegend aus Nickel oder Kupfer, worin Hartstoffpartikel aus Oxiden, Nitriden, Boriden oder Carbiden, insbesondere von Metallen oder Halbmetallen eingebettet sind. - Das Abstract der
JP 7 001086 A - Das Dokument DATABASE WPI Week 198130 - Thomson Scientific, London, GB; AN
1981-54166D JP 56 068555 A - Die
US-3,671 407 behandelt ein Verfahren zur Verringerung der Blasenbildung und des Abschälens von galvanischen Überzügen auf Kupfergrundkörpern, die einer Betriebstemperatur von mehr als 260°C ausgesetzt sind, wobei vor dem Plattieren die Oberfläche des Kupfergrundkörpers bis zu einer Tiefe abgetragen wird, bei der der Sauerstoffgehalt dem Sauerstoffgehalt im Grundmetall nahe kommt. Für eine Betriebstemperatur von mehr als 593°C soll die Dicke des Abtrages mindestens 3,05 µm betragen. Aus Tabelle II lässt sich ersehen, dass dort, wo ein Grundmaterial mit einem sehr geringen Massensauerstoffgehalt vorliegt, bereits ein Metallabtrag von 4,57 µm ausreicht, um einen hinreichenden Widerstand gegen die Blasenbildung bis zu Temperaturen von 760°C zu schaffen. Fig. 2 dieses Dokumentes lässt empfohlene Abtragdicken von weniger als 50,8 µm bei Betriebstemperaturen von 704°C erkennen. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das preiswert durchführbar ist und eine gleichgute Verschleißbeständigkeit der Kokille oder Kokillenplatte gewährleistet.
- Zur Reparatur von verschlissenen Kokillen oder Kokillenplatten wird das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren vorgeschlagen, bei dem die durch Stranggießen verschlissene(n) Innenfläche(n) bis zu einer maximalen Tiefe der Verschleißriefen mechanisch abgetragen und anschließend wieder mit Kupfer elektrolytisch beschichtet wird (werden), bis das gewünschte Endmaß erreicht ist. Dieses Verfahren kann auch bei Kokillen oder Kokillenplatten verwendet werden, die durch Gießen hergestellt und bei denen abschließend bis zum Erreichen des gewünschten Endmaßes Kupfer elektrolytisch aufgetragen wird. Im Unterschied zu solche Kokillen oder Kokillenplatten, die durch Gießen und anschließendes Schmieden hergestellt worden sind, ergeben sich an der Oberfläche feinkörnige, härtere und homogene Gefüge, die zu längeren Standzeiten führen.
- Der Vorteil einer solchen Kokille besteht darin, dass Kupfer einerseits ein preiswerterer Rohstoff als Nickel ist. Andererseits kann durch die Beschichtung der Kokille, insbesondere der Kupferkokille mit Kupfer ein besserer Haftverbund erzielt werden. Überraschenderweise ist die Verschleißbeständigkeit einer solchen Kokille besser als bei einer Nickelbeschichtung. Die Dicke der Beschichtung richtet sich nach dem gewünschten Endmaß der Kokillen-Innenabmessung und liegt zwischen 1 mm und 25 mm, vorzugsweise 3 mm bis 15 mm. Vorzugsweise besitzt die aufgetragene Cu-Schicht eine größere Härte als der Basiskörper.
- Falls es im Hinblick auf die Stranggießprozess sinnvoll oder erforderlich erscheint, kann die Kokilleninnenseite bzw. die Kokillenplatteninnenseite noch mit einer NickelBeschichtung versehen werden, die unterhalb der späteren Gießspiegelhöhe aufgetragen wird.
- Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die aufgetragene Schicht durch Festwalzen nachbehandelt, vorzugsweise mit einem hydraulischen Festwalzwerkzeug. Soweit die Oberfläche der Kokille oder der Kokillenplatte noch eine Rautiefe von mehr als 100 µm besitzt, ist es zweckmäßig, zunächst die Oberfläche durch zerspanende Abtragung zu glätten, bis etwa ein Rauigkeitsmaß von 50 µm bis 70 µm erreicht ist. Ein Festwalzwerkzeug wird zur abschließenden Behandlung mit einem Druck von 1,5 x 107 Pa bis 6 x 107 Pa an das Werkstück gepresst, wobei die hydrostatisch gelagerter Kugel des Festwalzwerkzeuges durch eine meanderförmige Führung über die Kokillen- oder Kokillenplatten-Oberfläche eine abschließende Randschichtverfestigung herbeiführt, bei der die Druckeigenspannung in der Randschicht erhöht wird.
- Insgesamt ist es überraschend, dass sowohl bei neuen, bisher unbenutzten Kokillenplatten als auch bei solchen Kokillen oder Kokillenplatten, die bereits durch Stranggießen verschlissen sind, elektrolytisch aufgetragene Kupferschichten sowohl hinsichtlich ihrer Bindung an den Grundwerkstoff als auch hinsichtlich ihrer Struktur, Homogenität, Fehlerfreiheit sowie Härte zu optimalen Ergebnissen führen. Dies gilt sowohl für reine Cu-Schichten als auch für solche Cu-Schichten, die zusätzlich mit SiC-Partikeln versehen sind.
- In einem konkreten Ausführungsbeispiel wurde eine Rechteckprobe mit den Maßen 25 mm x 30 mm x 105 mm aus Kupfer einseitig elektrolytisch verkupfert. Die aufgetragene Kupferschicht hatte eine Dicke von ca. 10 mm. Der Übergangsbereich vom Grundwerkstoff zur Schicht weist keine Fehlstellung oder Bindefehler auf. Während das durch Gießen und Schmieden hergestellte Cu-Grundmaterial verformte Körner mit geringen Ausscheidungen zeigt, zeichnet sich die Cu-Auflage durch eine sehr feine Struktur, bei der einzelne Cu-Körner lichtmikroskopisch nicht mehr auszulösen waren. Härtemessungen des Grundkörpers haben Härten im Bereich von 74 bis 78 HV 0,01 ergeben, wohingegen die Härte der galvanisch aufgebrachten Kupferschicht bei 80 HV 0,01 lag.
- Stranggießen verschlissen sind, elektrolytisch aufgetragene Kupferschichten sowohl hinsichtlich ihrer Bindung an den Grundwerkstoff als auch hinsichtlich ihrer Struktur, Homogenität, Fehlerfreiheit sowie Härte zu optimalen Ergebnissen führen. Dies gilt sowohl für reine Cu-Schichten als auch für solche Cu-Schichten, die zusätzlich mit SiC-Partikeln versehen sind.
- In einem konkreten Ausführungsbeispiel wurde eine Rechteckprobe mit den Maßen 25 mm x 30 mm x 105 mm aus Kupfer einseitig elektrolytisch verkupfert. Die aufgetragene Kupferschicht hatte eine Dicke von ca. 10 mm. Der Übergangsbereich vom Grundwerkstoff zur Schicht weist keine Fehlstellung oder Bindefehler auf. Während das durch Gießen und Schmieden hergestellte Cu-Grundmaterial verformte Körner mit geringen Ausscheidungen zeigt, zeichnet sich die Cu-Auflage durch eine sehr feine Struktur, bei der einzelne Cu-Körner lichtmikroskopisch nicht mehr auszulösen waren. Härtemessungen des Grundkörpers haben Härten im Bereich von 74 bis 78 HV 0,01 ergeben, wohingegen die Härte der galvanisch aufgebrachten Kupferschicht bei 80 HV 0,01 lag.
Claims (3)
- Verfahren zur Aufarbeitung einer Kupfer-Kokille oder Kupfer-Kokillenplatte zum Stranggießen, bei dem die durch Stranggießen verschlissene Innenfläche bis zur maximalen Tiefe der Verschleißriefen mechanisch abgetragen und anschließend wieder beschichtet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Beschichtungsmaterial reines Kupfer verwendet wird, das elektrolytisch in einer Dicke von 1 mm bis 25 mm aufgetragen wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Teile der Cu-Kokille oder Cu-Kokillenplatte mit einer zusätzlichen Ni-Außenschicht versehen werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgetragene Schicht durch Festwalzen nachbehandelt wird.
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