FI112669B - Karkaistavan kuparilejeeringin valmistus - Google Patents

Description

112669

Karkaistavan kuparilejeeringin valmistus

Keksintö koskee karkaistavan kuparilejeeringin käyttöä materiaalina, jonka sähkönjohtavuus on säädettävissä halutulla tavalla, jatkuvavalukokillien 5 valmistamiseksi siten, että sulajuoksevaa metallia sekoitetaan sähkömagneettisten voimien välityksellä.

On yleisesti tunnettua, että erityisesti teräksen jatkuvavalussa voidaan saavuttaa laadunparannus sekoittamalla jäähdytetyssä jatkuva-valukokillissa olevaa sulaa sähkömagneettisesti. Metallisulan juokseva 10 valusydän jähmettyneen harkkokuoren sisässä pakotetaan sähkömagneettisilla sekoittimilla haluttuun virtausliikkeeseen, jolloin harkon valurakenteeseen jähmettymisen aikana haitallisesti vaikuttava seegrautuminen estyy.

Vaihtosähkökenttä saa juoksevan metallisulan asettumaan valun aikana sekoituslaitteessa poikittain harkon poistosuunnan suhteen ja muodostu-15 neet induktiovirrat saavat sen kiertoliikkeeseen, joka tapahtuu olennaisesti konsentrisesti harkon pituusakselin kanssa. Tuloksena on homogeeni valurakenne, joka täyttää erityisen suuret laatuvaatimukset. Jotta voitaisiin pitää tekninen varustelu mahdollisimman pienenä, asennetaan sekoituslaitteet tavallisesti kokillin alapuolelle, jolloin osittain jähmettyneessä harkossa vielä 20 sulajuoksevana olevaa metallia voidaan sekoittaa välittömästi kokillin alapuolelta. Mutta jotta voitaisiin vaikuttaa jähmettymisrakenteeseen harkon ensiksi ; jähmettyvillä reuna-alueilla, on eduksi asettaa sekoituslaite joko kokillin korkeu- ; delle tai itse kokilliin.

i · Teräksen jatkuvavalussa käytettävät kokillimateriaalit ovat tavallisesti * · · : '.: 25 mekaanisesti hyvin lujia ja samalla niiden lämmönjohtavuus on hyvä varmista- ),· j maan optimaalisen lämmönpoiston ja jäähdytyksen. Tähän liittyvä suuri :': ’: maksimivalunopeus parantaa teräksen jatkuvavalun taloudellisuutta. Asennetta essa induktiosekoituslaite on kuitenkin edullisten kokillimateriaalien, kuten kupari/kromi/zirkoniumlejeerinkien, joiden IACS-arvo on yli 85 %, suuri sähkön-.···. 30 johtavuus osoittaunut haitalliseksi. Suuri sähkönjohtavuus aiheuttaa kokillima- teriaalissa haitallisen suuren suojavaikutuksen sekoitusta varten synnytettyyn ’ ·. ·' magneettikenttään. Tämä magneettikentän heikkeneminen johtaa sekoitustehon syvävaikutuksen heikkenemiseen. Sekoitusvaikutusta voidaan tosin lisätä . lisäämällä virranvoimakkuutta, mutta tämä johtaa pakostakin ylimitoitettuun , ··, 35 tekniikkaan. Niinpä voidaan todeta yhteenvetona, että suuren lämmönjoh- 2 112669 tavuuden omaavilla kokillimateriaaleilla ei voida saavuttaa optimisekoitusvaiku-tusta.

Tälläkin hetkellä tunnetaan pienemmän lämmönjohtavuuden omaavia kokillimateriaaleja. Mutta nämä ovat äärimmäisen lujia ja niitä 5 käytetäänkin edullisesti korkeissa lämpötiloissa. Äärimmäisen suuresta lujuudesta johtuen on näiden kokillimateriaalien työstö lisäksi suhteellisen työlästä. Lisähaittana on, että murtovenymä on lämpötiloissa yli 350 °C liian pieni.

Tunnetut, pienemmän lämmönjohtavuuden omaavat kokillimateriaalit eivät siten ole taloudellinen vaihtoehto hyvin johtaville kokillimateriaaleille, kuten 10 kupari/kromi/zirkoniumlejeeringeille, käytettäviksi sähkömagneettisella sekoitus-laitteella varustetuissa valimoissa.

Julkaisussa JP-A-58 107 460 on esitetty kupari-kromi-zir- koniumlejeeringistä valmistettu jatkuvavalukokilli, johon lejeerinkiin on lisätty enintään 5 % vähintään yhtä alkuainetta ryhmästä alumiini, rauta, pii, nikkeli, 15 tina, sinkki ja mangaani. Lisäksi julkaisussa JP-A-58 212 839 esitetään korkean lämpötilan kestävä kupari-kromi-zirkoniumlejeerinki, jossa on 0.05 - 0.8 % alumiinia ja muita kestävyyttä lisääviä aineita, jota voidaan käyttää voidaan käyttää jatkuvavalukokillin valmistukseen.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on siten tarjota karkaistava 20 kuparimateriaali käytettäväksi erityisesti sähkömagneettisella sekoituslaitteella varustetuissa valimoissa, jonka kenttää heikentävä vaikutus on vähäinen ja jolla '; · *’ on lisäksi edullisia lujuus- ja murtovenymäominaisuuksia.

: ' Tämä ongelma ratkaistaan karkaistavan kuparilejeeringin käytöllä, : *·* joka kuparilejeerinki käsittää 0.1 - 2.0 % nikkeliä, 0.3 - 1.3 % kromia, 0.1 - 0.5

t * I

• ,·' 25 % zirkoniumia, 0.005 - 0.05 % vähintään yhtä alkuainetta fosforin, magnesiu- : min ja boorin muodostamasta ryhmästä, valinnaisesti 0.2 %:iin saakka titaa- ; ;'; nia, 0.4 %:iin saakka rautaa ja 0.8 %:iin saakka mangaania lopun muodostu essa kuparista sisältäen valmistuksessa aiheutuvat epäpuhtaudet, materiaali- ; v. na, jonka sähkönjohtavuus on säädettävissä halutulla tavalla, jatkuvavalukokil- * · · ’ t 30 lien valmistamiseksi, joissa sulajuoksevaa metallia sekoitetaan sähkömagneet- T tisten voimien välityksellä. Edullisesti keksinnön mukaisesti käytettävä lejee- rinki käsittää 0.4 - 1.6 % nikkeliä, 0.6 - 0.8 % kromia, 0.15 - 0.25 % zir-' : koniumia, vähintään yhtä alkuainetta ryhmästä, joka käsittää 0.005 - 0.02 % , booria, 0.005 - 0.05 % magnesiumia ja 0.005 - 0.03 % fosforia lopun muodos- 35 tuessa kuparista sisältäen valmistuksessa aiheutuvat epäpuhtaudet. Boori voidaan lisätä sulaan esimerkiksi kalsiumboridina.

3 112669

Oli yllättävää, että mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet muodostavat keksinnön mukaisessa kuparilejeeringissä erityisen edullisen yhdistelmän. Sähkönjohtavuusarvollaan alle 80 % IACS tämä kuparilejeerinki täyttää myös 5 olennaisen vaatimuksen, joka kohdistuu tästä lejeeringistä valmistetun kokilli-seinämän kentänvaimennukseen.

Lujuuden parantamiseksi edelleen halutulla tavalla on eduksi vielä lisätä lejeerinkiin 0,2 %:iin saakka titaania ja/tai 0,4 %;iin saakka rautaa. Pieni titaanipitoisuus muodostaa lejeerinkikomponenttien nikkelin ja raudan kanssa 10 metallien välisiä, lujuutta parantavia yhdisteitä.

Lisäämällä 0,8 %:iin saakka mangaania voidaan samoin vaikuttaa edullisesti lujuuteen ja parannus saavutetaan edullisesti siten, että vaikutus sähkönjohtavuuteen on vain vähäinen.

Seuraavat suoritusesimerkit selventävät keksintöä.

15 Taulukosta 1 ilmenee yhdeksän esimerkkilejeeringin prosentuaalinen koostumus. Sarakkeessa X on ilmoitettu yksittäisalkuaineiden boorin, magnesiumin ja/tai fosforin yhteen laskettu pitoisuus, jotka on lisätty hapenpoistoaineena yhteiseen pitoisuuteen 0,05 % saakka. Voidaan myös käyttää suurempia pitoisuuksia lejeeringin lujuuden parantamiseksi.

20

Taulukko 1 ;· 't Lej. Ni Cr Zr X Ti Fe AI Mn Cu 1 0,20 0,70 0,18 0,015 loput ; * ; 25 2 0,38 0,65 0,16 0,016 loput » » j ; j 3 0,65 0,60 0,20 0,012 0,Λ1 0,25 loput A 0,81 0,68 0,16 0,0U loput 5 .0,81 0,66 0,17 0,0U 0,10 0,22 loput 6 1,25 0,70 0,15 0,015 loput .···. 30 7 1,60 0,66 0,18 0,016 loput 8 1,68 0,72 0,17 0,016 loput » 9 2,0 0,73 0,16 0,013 loput 35 Kuparilejeerinkejä, jotka sisälsivät vaihtelevasti 0,2 - 2 % nikkeliä, '·'* noin 0,7 % kromia, 0,16 - 0,2 % zirkoniumia, 0,02 %:iin saakka booria, 4 112669 magnesiumia ja/tai fosforia lopun muodostuessa kuparista ja valmistuksesta johtuvista epäpuhtauksista, sulatettiin ensin, valettiin valssiharkoiksi ja kuumavalssattiin sitten useampana valssauspistona 950 °C:ssa siten, että kokonaismuovausaste oli 65 %. Kun oli liuotuskuumennettu vähintään yksi tunti 5 1 030 °C:ssa ja karkaistu sitten vedessä, kovetettiin valssattuja levyjä vähintään neljä tuntia 475 °C:ssa. Päättävän lastuavan työstön jälkeen kokillilevyistä määritetyt, kulloinkin nikkelin osuudesta (0,2 - 2 % nikkeliä) riippuvat ominaisuusarvot on koottu taulukkoon 2. Jos arvo on ilmaistu alueena, tarkoittaa ensiksi mainittu ominaisuusarvo keksinnön mukaisesti käytettävää 10 kuparilejeerinkiä, joka sisältää 0,2 % nikkeliä.

Taulukko 2

Sähkönjohtavuus 80 - 35 % IACS

Pehmenemislämpötila (lujuus vähentynyt 15 10 % arvosta huoneenlämpötilassa

1 -tuntisen hehkutuksen jälkeen) 525 °C

Kovuus HB 2,5/62 130-150

Vetolujuus 430 - 450 N/mm2

Venymisraja 325 - 340 N/mm2 20 Murtovenymä 28 - 22 %

Kuumalujuus 350 °C:ssa 340 - 355 N/mm2 ' ·* Venymisraja 350 °C:ssa 270-290 N/mm2 : Murtovenymä 350 °C:ssa 22-10% i ; 25 Keksinnön mukaisesti käytettävillä lejeeringeillä on sähkönjohtavuus, ! ; joka on nikkelikonsentraation valinnalla säädettävissä mainitulle alueelle noin : 35 - 80 % IACS, jolloin mekaaniset ominaisuudet säilyvät pitkälti muuttumatto mina. Nikkelipitoisuuden kasvaessa 2,0 %:iin saakka muuttuvat kovetetussa ; v, tilassa olevan materiaalin venymisraja ja vetolujuus koko konsentraatioalueella ‘; 30 vain vähäsen suurempien tunnusarvojen suuntaan. Kuumalujuuden kasvu esim.

350 °C on samoin vähäinen. Tämän lisäksi saadaan myös murtovenymälle ,,. · nikkelipitoisuudesta pitkälti riippumaton arvo, joka pienenee lämpötilassa 350 °C

: vain 10 %:iin saakka lejeeringin venymästä, joka sisältää 2,0 % nikkeliä.

Täydentävissä venymäsäädellyissä väsymiskokeissa määritettiin 35 keksinnön mukaisesti käytettävän lejeeringin kestävyys sekä huoneenlämpötilassa että myös lämpötilassa 350 °C:seen saakka, mikä vastaa lämpö- 5 112669 tilasyklin aiheuttamaa rasitusta valimoissa. Väsymissäröjen muodostuminen osoittautui tällöin pitkälti riippumattomaksi nikkelipitoisuudesta siten, että voidaan saavuttaa valimoissa tähän saakka käytettyjen kupari/kromi/zir-koniumlejeerinkien tunnetusti edullinen käyttäytyminen myös pitkän käyttöiän 5 suhteen. Nikkelipitoisuuden kasvun myötä kasvava kovuus merkitsee ominaisuuksien lisäparannusta, joka parantaa myös kokillimateriaalin tribologisia käyttäytymistä.

Keksinnön mukaisesti käytettävän lejeeringin käyttö ei rajoitu pelkästään suoritusesimerkeissä selitettyihin levykokilleihin. Vastaavia etuja 10 saavutetaan muillakin kokilleilla, joilla voidaan valmistaa puoli- tai täysjat-kuvatoimisesti metallimuottiharkkoja, esim. raakakokilleja, harkkokokilleja, valupyöriä, valuvalsseja ja valuvalssien vaippoja.

Claims (2)

6 112669

1. Karkaistavan kuparilejeeringin käyttö, joka kuparilejeerinki käsittää 0.1 - 2.0 % nikkeliä, 0.3 - 1.3 % kromia, 0.1 - 0.5 % zirkoniumia, 0.005 - 5 0.05 % vähintään yhtä alkuainetta fosforin, magnesiumin ja boorin muodosta masta ryhmästä, valinnaisesti 0.2 %:iin saakka titaania, 0.4 %:iin saakka rautaa ja 0.8 %:iin saakka mangaania lopun muodostuessa kuparista sisältäen valmistuksessa aiheutuvat epäpuhtaudet, materiaalina, jonka sähkönjohtavuus on säädettävissä halutulla tavalla, jatkuvavalukokillien valmistamiseksi, joissa 10 sulajuoksevaa metallia sekoitetaan sähkömagneettisten voimien välityksellä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen karkaistavan kuparilejeeringin käyttö, joka kuparilejeerinki käsittää 0.4 - 1.6 % nikkeliä, 0.6 - 0.8 % kromia, 0.15 - 0.25 % zirkoniumia, vähintään yhtä alkuainetta ryhmästä, joka käsittää 0.005 - 0.02 % booria, 0.005 - 0.05 % magnesiumia ja 0.005 - 0.03 % fosforia 15 lopun muodostuessa kuparista sisältäen valmistuksessa aiheutuvat epäpuhtaudet, patenttivaatimuksen 1 mukaiseen tarkoitukseen. t 7 112669