WO2011117035A2

WO2011117035A2 - Kokillenelement und verfahren zu dessen beschichtung

Info

Publication number: WO2011117035A2
Application number: PCT/EP2011/052549
Authority: WO
Inventors: Thomas SÖNTGEN
Original assignee: Sms Siemag Ag
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2011-09-29
Also published as: DE102010012309A1; WO2011117035A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kokillenelement (1), wie insbesondere eine Kokillenplatte, von einer Kokille einer Stranggussanlage, aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, mit einer Fläche, die im Betrieb der Kokille mit einer Stahlschmelze in Kontakt steht, wobei zumindest auf dieser Fläche eine Verschleißschutzbeschichtung (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine chemisch-autokatalytisch aufgebrachte Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung (3) mit eingelagerten Hartstoffpartikeln (4) ist, wobei der Phosphoranteil der Beschichtung im Bereich zwischen 4 und 10% liegt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Beschichtung.

Description

Kokillenelennent und Verfahren zu dessen Beschichtung

Beschreibung

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Kokillenelennent, wie insbesondere eine Kokillenplatte, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Beschichtung ei- nes Kokillenelements nach dem Oberbegriff von Anspruch 9.

Stand der Technik Kokillenelemente insbesondere für Stranggussanlagen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Dabei werden Kokillenelemente, wie beispielsweise Kokillenplatten eingesetzt, die aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung gefertigt sind, die während des Betriebs einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt sind, so dass diese Kokillenelemente häufig gewartet, überarbeitet und/oder ersetzt werden müssen.

Um die Standzeiten der Kokillenelemente zu erhöhen, sind daher Beschichtun- gen von Kokillenelementen entwickelt worden, die zu einem reduzierten Verschleiß der Kokillenelemente führen sollen.

So ist beispielsweise durch die WO 2007/071493 eine Beschichtung eines Bauteils einer Stranggussanlage aus Nickel oder einer Nickellegierung mit Hart- stoffpartikeln bekannt geworden. Durch die EP 0 924 010 A1 ist eine Beschichtung eines Kokillenkörpers mit einer ersten inneren Chromschicht und mit einer zweiten Schicht aus Chrom bekannt geworden.

Die US 4 037 646 offenbart eine Beschichtung aus einer ersten Schicht aus Nickel und Kobalt und einer zweiten Schicht, die auf der ersten Schicht aufgebracht ist und die aus Nickel und/oder Kobalt mit Phosphor oder Bor besteht.

Die DE 2634633 offenbart eine Beschichtung aus einem Nickelgitter mit eingelagerten Metallkarbidpartikeln.

Auch die WO 01/83136 offenbart eine Beschichtung für Platten aus Kupfer von einer Kokillenwand, wobei die Beschichtung aus einem binären oder ternären Metalllegierungsdispersion auf Basis von Nickel mit eingelagerten Dispersanten besteht.

Die obigen im Stand der Technik offenbarten Beschichtungen haben den Nachteil der aufwändigen Herstellung bzw. Aufbringung der Verschleißschutzbe- schichtung auf dem Kokillenelement, so dass ein erhöhter Aufwand bzw. Materialeinsatz zu erfolgen hat, was auch insbesondere in Hinsicht auf die Kosten weniger günstig ist. Darüber hinaus haben die im Stand der Technik bekannten Beschichtungen ein nachteiliges Korrosionsverhalten.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Kokillenelement, wie insbesondere eine Kokillenplatte, zu schaffen, welches einfach im Herstellungsprozess ist, kostengünstig in der Herstellung und vorzugsweise mit verbesserten verschleißhemmenden und korrosionsreduzierenden Eigenschaften und somit mit einer er- höhten Nutzungsdauer, wie Standzeit, aufwarten kann. Außerdem besteht die Aufgabe in der Angabe eines Verfahrens zur Beschichtung des Kokillenele- ments.

Dies wird erreicht mit den Merkmalen von Anspruch 1 , wonach ein Kokillenelement, wie insbesondere eine Kokillenplatte, von einer Kokille einer Strangguss- anläge geschaffen wird, das vorteilhaft aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, mit einer Fläche, die im Betrieb der Kokille typischer Weise mit einer Stahlschmelze in Kontakt stehen würde, wobei zumindest auf dieser Fläche eine Verschleißschutzbeschichtung vorgesehen bzw. aufgebracht ist, wobei die Beschichtung eine chemisch-autokatalytisch aufgebrachte Nickel-Phosphor- Dispersionsbeschichtung mit eingelagerten Hartstoffpartikeln ist, wobei der Phosphoranteil der Beschichtung im Bereich zwischen 4 und 10 Volumen-% liegt. Dadurch wird nicht nur der Verschleiß der Fläche reduziert, sondern es wird in bevorzugter Weise auch das Korrosionsverhalten der Fläche verbessert. Dabei wird nach dem Erfindungsgedanken das nachfolgende Material oder zumindest eines der nachfolgenden Materialien als Hartstoffpartikel verwendet: Diamant, Siliziumcarbid, Grafit, Kohlenstoff und/oder Borcarbid. Die Verwendung dieser Materialien bewirkt, dass der Verschleiß der Beschichtung reduziert wird.

Bevorzugt liegen die Hartstoffpartikel in einer Partikelgröße von 0,5 bis 3 μιτι vor. Dies bewirkt eine günstige Einbettung der Partikel und auch eine gleichmäßige Verteilung in der Nickel-Phosphor-Beschichtung. Für die günstigen Verschleißeigenschaften ist es vorteilhaft, wenn der Anteil der Hartstoffpartikel in der Beschichtung im Bereich von 10 bis 35 Volumenprozent liegt.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Härte der Schicht im Abscheidungszustand nach der Abscheidung im Bereich von 550 bis 600 HV (Vickers Härte) liegt. Da- bei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Härte der Schicht nach einer weiteren Wärmebehandlung im Bereich von 1200 bis 1350 HV liegt.

Auch ist es zweckmäßig, wenn das Kokillenelement an zumindest einer Kante mit einer Anschrägung angeschrägt ist. Dadurch kann eine besonders dem Verschleiß ausgesetzte Kante durch eine erhöhte Beschichtungsdicke zusätzlich geschützt werden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Schichtdicke der Beschichtung im angeschrägten Bereich gegenüber dem nicht angeschrägten Bereich erhöht ist, wie beispielsweise ansteigend ausgebildet ist oder verdoppelt ist.

Die erfindungsgemäße Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird gelöst durch ein Verfahren zur Beschichtung eines Kokillenelements aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einer Verschleißschutzbeschichtung, wobei die Beschichtung eine Nickel-Phosphor-Beschichtung ist, die chemisch-autokatalytisch auf- gebracht wird, wobei Hartstoffpartikel in die Schicht eingebracht werden und die Schicht nach der Aufbringung zur Erhöhung der Härte der Schicht einer Wärmebehandlung unterzogen wird.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Kokillenelement vor der Aufbringung der Be- Schichtung einer chemischen Vorbehandlung und/oder Reinigung unterzogen wird und/oder dass das Kokillenelement nach dem Aufbringen der Beschichtung einem Temperschritt unterzogen wird, um Spannungen innerhalb der Beschichtung und/oder des Kokillenelements zu reduzieren. Auch ist es zweckmäßig, wenn die Schichtdicke der Beschichtung zwischen 10 μιτι und 6 mm liegt und/oder der Hartstoffpartikelanteil der Beschichtung zwischen 10 und 35 % liegt.

Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche be- schrieben. Alle %-Angaben in der vorliegenden Beschreibung sind Volumenprozent.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kokillenelements mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung; und

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit einer schematische Darstellung zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die Figur 1 zeigt schematisch eine Teilansicht eines Kokillenelements 1 , wie insbesondere einer Kokillenplatte. Das Kokillenelement 1 oder auch die Kokillenplatte ist vorzugsweise ein Element einer Kokille einer Stranggussanlage, vorzugsweise in der Stahlerzeugung, und weist Flächen auf, die mit einer Stahlschmelze in Berührung stehen. Das Kokillenelement 1 besteht dabei vorzugsweise aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung und es weist eine Fläche 5 auf, die im Betrieb der Kokille mit einer Stahlschmelze in Kontakt stehen würde, wobei zumindest auf dieser Fläche eine Verschleißschutzbeschichtung 2 vorgesehen ist zur Reduzierung des Verschleißes des Kokillenelements an die- ser Fläche.

Die Beschichtung 2 wird durch ein chemisch-autokatalytisches Verfahren auf die Oberfläche 5 des Kokillenelements 1 aufgebracht und ist eine Nickel- Phosphor-Dispersionsbeschichtung 3. Die Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung 3 weist dabei eingelagerte Hartstoffpartikel 4 auf, die in die Dispersionsbeschichtung 3 mit einem vorgegebenen Volumenanteil eingebettet werden.

Die Dispersionsbeschichtung besteht dabei zumindest aus Nickel und Phos- phor, wobei der Phosphoranteil der Beschichtung im Bereich zwischen 4 und 10% liegt.

Die eingebetteten Hartstoffpartikel 4 bestehen vorzugsweise aus Diamant, Sili- ziumcarbid, Grafit, Kohlenstoff und/oder aus Borcarbid. Die Hartstoffpartikel 4 weisen dabei vorteilhaft eine sehr kleine Partikelgröße von 0,5 bis 3 μιτι auf. Der Anteil der Hartstoffpartikel 4 in der Beschichtung ist dabei vorzugsweise im Bereich von 10 bis 35 Volumenprozent.

Durch das Aufbringen der Beschichtung wird erreicht, dass die Härte der Be- Schichtung im Abscheidungszustand im Bereich von 550 bis 600 HV (Vickers Härte) liegt. Durch eine anschließende Wärmebehandlung wird weiterhin vorteilhaft erreicht, dass die Härte der Beschichtung ansteigt auf einen Wert im Bereich von 1200 bis 1350 HV. Wie in Figur 1 erkennbar, kann das Kokillenelement 1 an zumindest einer Kante 6 mit einer Anschrägung 7 versehen sein, so dass im Bereich dieser Anschrä- gung 7 vorteilhaft die Dicke der Beschichtung erhöht ist, wie beispielsweise etwa verdoppelt ist. Durch die Beschichtung 2 der Kokillenelements 1 wird es vorzugsweise erreicht, dass die Standzeit des Elements 1 sich erhöht, so dass seine Wartung seltener oder in größeren Abständen durchgeführt werden muss. Zweckmäßig ist es, wenn durch die Beschichtung 2 zumindest einzelner oder auch verschiedener Elemente die jeweilige Standzeit verschiedener Bauteile aneinander an- geglichen wird, so dass eine Wartung oder ein Austausch dieser Bauteile bzw. Elemente gleichzeitig stattfinden kann und nicht verschiedene Wartungs- oder Tauschoperationen zu unterschiedlichen Wartungsintervallen oder Zeitpunkten die Stranggussanlage häufiger stilllegen. So kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Standzeit beispielsweise der Kokillenelemente mit der Standzeit von beispielsweise den Fußrollen der Stranggussanlage angeglichen wird. Die Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild 10 zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens. Block 1 1 repräsentiert dabei einen optionalen Reinigungsschritt, bei welchem die zu beschichtende Fläche einer chemischen Vorbehandlung und/oder Reinigung unterzogen wird. Block 12 zeigt den Schritt der chemisch/autokatalytischen Oberflächenbeschichtung mit einer Nickel- Phosphor-Dispersionsbeschichtung.

Die Schichtdicke ist dabei vorzugsweise im Dickenbereich zwischen 10 μιτι und 6 mm. Während des Schritts 12 werden vorzugsweise gleichzeitig Hartstoffpar- tikel in die Beschichtung eingebracht. Dabei liegt der Hartstoffpartikelanteil der Beschichtung vorteilhaft in einem Bereich zwischen 10 und 35 %. Als Hartstoffpartikel wird vorteilhaft zumindest einer der folgenden Materialien verwendet: Diamant, Siliziumcarbid, Grafit, Kohlenstoff und/oder Borcarbid.

Vorteilhaft wird nach der Aufbringung der Beschichtung in Block 12 zur Erhö- hung der Härte der Beschichtung eine Wärmebehandlung der Beschichtung in Block 13 vorgenommen. Dadurch wird erreicht, dass die Härte der Beschichtung auf werte im Bereich von 1200 bis 1350 HV ansteigt.

Zur Reduzierung von Spannungen in der Beschichtung wird das Kokillenele- ment nach dem Aufbringen der Beschichtung und der Wärmebehandlung in Block 13 einem Temperschritt in Block 14 unterzogen. Bezugszeichenliste

1 Kokillenelement

2 Beschichtung

3 Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung

4 Hartstoffpartikel

5 Fläche

6 Kante

7 Anschrägung

10 Blockschaltbild

1 1 Block

12 Block

13 Block

14 Block

Claims

Patentansprüche

1 . Kokillenelement (1 ), wie insbesondere eine Kokillenplatte, von einer Kokille einer Stranggussanlage, aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, mit einer Fläche, die im Betrieb der Kokille typischer Weise mit einer Stahlschmelze in Kontakt stehen würde, wobei zumindest auf dieser Fläche eine Verschleißschutzbeschichtung (2) vorgesehen ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Beschichtung (2) eine chemisch-autokatalytisch aufgebrachte Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung (3) mit eingelagerten Hartstoffpartikeln (4) ist, wobei der Phosphoranteil der Beschichtung (2) im Bereich zwischen 4 und 10 Volumen-% liegt.

2. Kokillenelement nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass als Hartstoffpartikel (4) verwendet wird: Diamant, Siliziumcarbid, Gra- fit, Kohlenstoff und/oder Borcarbid.

3. Kokillenelement nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffpartikel (4) in einer Partikelgröße von 0,5 bis 3 μιτι vorliegen.

4. Kokillenelement nach Anspruch 1 , 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Anteil der Hartstoffpartikel (4) in der Schicht im Bereich von 10 bis 35 Volumenprozent liegt.

5. Kokillenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Härte der Schicht (2) im Abscheidungszustand nach der Ab- scheidung im Bereich von 550 bis 600 HV liegt.

6. Kokillenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Härte der Schicht (2) nach einer weiteren Wärmebehandlung im Bereich von 1200 bis 1350 HV liegt.

7. Kokillenelement nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass das Kokillenelement (1 ) an zumindest einer Kante (6) mit einer An- schrägung (7) angeschrägt ist.

8. Kokillenelement nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass die Schichtdicke der Beschichtung (2) im angeschrägten Bereich gegenüber dem nicht angeschrägten Bereich erhöht ist.

9. Verfahren (10) zur Beschichtung eines Kokillenelements aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einer Verschleißschutzbeschichtung,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Beschichtung eine Nickel-Phosphor-Beschichtung ist, die che- misch-autokatalytisch (12) aufgebracht wird, Hartstoffpartikel in die Schicht eingebracht werden und die Schicht nach Aufbringen zur Erhöhung der Härte der Schicht einer Wärmebehandlung (13) unterzogen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Kokillenelennent vor der Aufbringung der Beschichtung einer chemischen Vorbehandlung und/oder Reinigung (1 1 ) unterzogen wird.

1 1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Kokillenelement nach dem Aufbringen der Beschichtung einem

Temperschritt (14) unterzogen wird, um Spannungen der Beschichtung zu reduzieren.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schichtdicke der Beschichtung zwischen 10 μιτι und 6 mm liegt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Hartstoffpartikelanteil der Beschichtung zwischen 10 und 35 Vo- lumen-% liegt.