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DE10018504A1 - Verwendung einer aushärtbaren Kupferlegierung für Kokillen - Google Patents

Verwendung einer aushärtbaren Kupferlegierung für Kokillen

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Publication number
DE10018504A1
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DE
Germany
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molds
copper alloy
nickel
thin slab
continuous casting
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DE10018504A
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Inventor
Gereon Fehlemann
Gerhard Koehler
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SCHMELZMETALL AG GURTNELLEN
SMS Siemag AG
Original Assignee
SCHMELZMETALL AG GURTNELLEN
SMS Demag AG
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Publication date
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • C22C9/06Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/059Mould materials or platings

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer aushärtbaren Kupferlegierung mit einem Gehalt an Beryllium von 0,1% bis 0,5% und einem Gehalt an Nickel von 0,5% bis 2,0% zur Herstellung von Breitseitenplatten für Dünnbrammen-Stranggießkokillen für Gießgeschwindigkeiten von wenigstens 2 bis 6 m/min und mehr.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer aushärtbaren Kupferlegierung für Ko­ killen, insbesondere zur Herstellung von Breitseitenplatten für Dünnbrammen-Stranggießkokillen.
Beim Stand der Technik werden Kokillenbreitseitenplatten für Dünnbrammenanla­ gen und insbesondere für CSP (Compact Strip Production)-Anlagen aus Kupferle­ gierungen wie CuCrZr (Kupfer Chrom Zirkon) oder CuAg (Kupfer Silber) herge­ stellt. Dabei hat sich eine CuAg-Legierung für CSP-Kokillenplatten aufgrund seiner vergleichsweise hohen Dehnung bei steigenden Temperaturen als vorteilhaft er­ wiesen.
Kokillenbreitseitenplatten aus CuAg bzw. CuCrZr sind jedoch nicht in der Lage, die im Badspiegelbereich des Gießmetalles herrschenden hohen Temperaturspan­ nungen aufzunehmen und neigen dazu, in diesem Bereich Risse in den Platten zu bilden, wobei insbesondere CuCrZr zu besonders früher Rißbildung tendiert. Die­ se Rißbildung ist dann das Ausfallkriterium für die Kokillenbreitseitenplatten und verursacht hohe Reparatur- und Ersatzkosten für den Betreiber einer Stranggieß­ anlage.
Es wurde beobachtet, daß CuAg trotz geringerer Zugfestigkeit nur deshalb eine verminderte Rißbildung aufweist, weil es infolge erhöhter Dehnfähigkeit bei hohen Temperaturen in der Kokillenplatte in der Lage ist, Spannungen abzubauen, und weil die vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit deren mittlere Betriebstempera­ tur niedriger hält.
Für die Schmalseitenplatten von Dünnbrammen-Kokillen ist es beim Stand der Technik üblich, CuCrZr mit ca. 125 HB-Härte einzusetzen, wobei deren seitliche Kontaktflächen zur Erhöhung der Härte vernickelt sind.
Das Ausfallkriterium der Schmalseitenplatten ist im Unterschied zu den Breitsei­ tenplatten nicht die Rißbildung, sondern der Verschleiß bzw. Abrieb der Kontakt­ flächen zum Stahl. Im Gegensatz dazu ist das häufigste Ausfallkriterium der Breit­ seitenplatten eine Rißbildung im Gießspiegelbereich.
Das Dokument DE 31 20 978 C2 offenbart eine Anzahl ausscheidungshärtbarer Kupferlegierungen und deren Verwendung für stationäre Stranggießkokillen, u. a. mit verschiedenen CuNiBe-Legierungen, welche als weitere Legierungsanteile Niob (Nb), Zirkonium (Zr), Magnesium (Mg) und/oder Titan (Ti) enthalten.
Aus dem Dokument US-PS 2 137 281 ist eine Kupferlegierung CuZrNiBe bekannt, für eine Bandkokille (Twin-belt casting), die sich durch eine Eigenschaftskombina­ tion von vergleichsweise großer Härte bei vergleichsweise hoher Wärmeleitfähig­ keit auszeichnet.
Aus dem Dokument GB-PS 95 47 96 ist für Kokillen eine Kupferlegierung CuBeZrTi bekannt, die bei vergleichsweise guter Wärmeleitfähigkeit vergleichsweise hohe Festigkeitswerte aufweist.
Für einen störungsfreien Gießbetrieb insbesondere von Dünnbrammen mit hohen Gießgeschwindigkeiten, bspw. 6 m/min und mehr, reichen die vorhandenen me­ chanischen Eigenschaften der Kokillenwerkstoffe nicht aus, um die hierbei auftre­ tenden hohen Temperaturen, insbesondere im Bereich des Gießspiegels, zu be­ herrschen.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zur Herstellung von Breitseitenplatten für Dünnbrammen-Strang­ gießkokillen mit hoher Gießgeschwindigkeit in besonderer Weise geeignete Kupferlegierungen anzugeben, durch deren Verwendung beim Gießbetrieb eine frühzeitige Rißbildung, insbesondere im Bereich des Gießspiegels, vermieden und der Verschleiß der Kontaktfläche mit flüssigem Stahl reduziert wird, und welche den extrem hohen thermischen und mechanischen Beanspruchungen im Gießbe­ trieb bei langdauernder Verfügbarkeit widersteht.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in der Verwendung einer aushärtbaren Kup­ ferlegierung mit einem Gehalt an Beryllium von 0,1% bis 0,5%, und einem Gehalt an Nickel von 0,5% bis 2,0%, (CuNiBe) zur Herstellung von Breitseitenplatten für Dünnbrammen-Stranggießkokillen.
Mit großem Vorteil ist diese Kupferlegierung nach ihrer Aushärtung in der Lage, hohe Temperaturspannungen im Gießspiegelbereich unter Vermeidung von Riß­ bildung aufzunehmen und über längere Betriebszeiten verfügbar zu bleiben.
Zu diesem erfolgreichen Betriebsergebnis - im Gegensatz zu den vorbekannten Kupferlegierungen wie CuCrZr oder CuAg - verhelfen der erfindungsgemäß ver­ wendeten Kupferlegierung CuNiBe ihre vorteilhaften Material-Eigenschaften einer z. B. wesentlich höheren Zugfestigkeit von ca. 770 bzw. ca. 650 N/mm2 und 0,2 Dehngrenze von ca. 500 N/mm2 sowohl bei 20°C als auch bei 300°C. Die Mate­ rialeigenschaften von drei beispielhaft ausgewählten Kupfer-Legierungen, CuCrZr, CuAg sowie CuNiBe sind den folgenden Tabellen zu entnehmen.
Material Eigenschaften
Tabelle 1
Chemische Zusammensetzung
Tabelle 2
Physikalische Eigenschaften
Tabelle 3
Mechanische Eigenschaften
Eine weitere positive Eigenschaft, bspw. die Resistenz gegen mechanischen Ver­ schleiß, ergibt sich aus der hohen Härte des erfindungsgemäß verwendeten Mate­ rials von ca. 220 HB, weil CuNiBe annähernd die gleiche Härte besitzt, wie eine galvanisch aufgebrachte Nickelschicht mit ca. 220-230 HB. Die Breitseitenplatten brauchen also nicht mehr vernickelt werden.
Die im Vergleich zu CuAg mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 370 W/mK geringe­ re Wärmeleitfähigkeit der Kupferlegierung CuNiBe, von ca. 300 W/mK, kann durch eine reduzierte Kupferwandstärke um ca. 25% vor Wasser ausgeglichen werden. Damit ergibt sich auch eine Ersparnis an Materialkosten für die Fertigung.
Die erfindungsgemäß verwendete Kupferlegierung CuNiBe zur Herstellung von Breitseitenplatten für Dünnbrammen-Stranggießkokillen mit hohen Gießgeschwin­ digkeiten bspw. von 2 bis 6 m/min und mehr enthält als Legierungsbestandteile 0,1% bis 0,5% Beryllium, 0,5% bis 2,0% Nickel und Kupfer bis zu 99,5% Ge­ samtgewicht. Sie soll nicht mehr als 0,5% Verunreinigungen enthalten, worunter z. B. Spuren anderer Metalle wie Fe, Zr, Ag, Cr, Mg etc. verstanden werden.
Die Erfindung ermöglicht mit der aus dem Stand der Technik nicht nahegelegten Verwendung der speziellen Kupferlegierung CuNiBe für Breitseitenplatten von Stranggießkokillen das Gießen von Dünnbrammen mit hohen Gießgeschwindig­ keiten von mindestens 2 bis 6 m/min und mehr. Die signifikante Verbesserung des Betriebsverhaltens infolge längerer Verfügbarkeit, insbesondere die minimierte Rißbildung im Badspiegelbereich, der kostengünstige Aufwand für Material und Fertigung sind das Ergebnis der speziellen Auswahl der Legierungsbestandteile.

Claims (4)

1. Verwendung einer aushärtbaren Kupferlegierung mit einem Gehalt an Be­ ryllium von 0,1% bis 0,5% und einem Gehalt an Nickel von 0,5% bis 2,0% für Kokillen insbesondere zur Herstellung von Breitseitenplatten für Dünn­ brammen-Stranggießkokillen.
2. Verwendung einer aushärtbaren Kupferlegierung nach Anspruch 1 zur Herstellung von Breitseitenplatten für Dünnbrammen-Stranggießkokil­ len mit Gießgeschwindigkeiten von wenigstens 2 bis 6 m/min.
3. Verwendung einer aushärtbaren Kupferlegierung nach Anspruch 1 oder 2 mit Legierungsbestandteilen von 0,1% bis 0,5% Beryllium und 0,5 bis 2,0% Nickel, die mit einem Bestandteil an Kupfer wenigstens 99,5% betra­ gen.
4. Verwendung einer aushärtbaren Kupferlegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, die außer den Legierungsbestandteilen Beryllium, Nickel und Kupfer maxi­ mal 0,5% Verunreinigungen enthält.
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