DE3218100A1

DE3218100A1 - Verfahren zur herstellung einer rohrkokille mit rechteckigem bzw. quadratischem querschnitt

Info

Publication number: DE3218100A1
Application number: DE19823218100
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 4500 Osnabrück Gravemann; Eike Dipl.-Phys. 5227 Windeck Weisner
Original assignee: Kabel und Metallwerke Gutehoffnungshuette Ag 3000 Hannover; KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Europa Metal AG
Priority date: 1982-05-13
Filing date: 1982-05-13
Publication date: 1983-11-17
Also published as: SE8302582L; GB8312845D0; FR2526688A1; NO160335B; FI69580B; IN161691B; YU43308B; ZA833335B; GB2121707A; GR78477B; NO160335C; SE448834B; ATA138283A; PL134979B1; JPS58205652A; PL241937A1; CA1220607A; FI831516A0; AT390907B; ES522338A0

Description

Kabel- und Metallwerke
Gut ehoffnungshütte Akti enges eils chaft

M 2-268 II.O5.I982

Verfahren zur Herstellung einer Rohrkokille mit rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
einer fiohrkokille mit rechteckigem bzw. quadratischem
Querschnitt zum Stranggießen hochschmelzender Metalle, insbesondere Stahl, bestehend aus einem Kokillenkörper aus Kupfer oder einer Kupferlegierung sowie einer verschleißfesten Beschichtung an der der Schmelze zugekehrten Oberfläche. '

10'Bekanntlich müssen Stranggießkokillen zum Stranggießen von hochschmelzenderi Metallen wie Eisen und Stahl aus
einem Werkstoff mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit bestehen, deren Wandstärke in allen Fällen mindestens so groß g-ew-ählt werden muß, daß sie in ausreichender Weise den zu erwartenden mechanischen Beanspruchungen genügt.

vJ L· IU IUU

Wegen seiner hohen thermischen Leitfähigkeit hat sich Kupfer als Werkstoff für Kokillen durchgesetzt. Da die mechanischen Eigenschaften des Kupfer vielfach nicht ausreichend -waren, haben sich in letzter Zeit Stranggießkokillen aus einer niedriglegierten Kupferlegierung als vorteilhafter erwiesen, wobei man bewußt den etwas niedrigeren thermischen Leitwert in Kauf nahm.

Nachteilig bei Stranggießkokillen aus Kupfer oder Kupferlegierungen beim Stranggießen von Stahl ist, das bestimmte Stahlsorten Kupfer aufnehmen, was zu einer Korngrenzendiffusion und somit zur gefürchteten Rotbrüchigkeit des Stahles führt.

Man hat deshalb schon vorgeschlagen, verschleißfeste Überzüge auf der mit der Schmelze in Berührung stehenden Oberfläche aufzubringen. Diese Überzüge sollen einmal die Abriebfestigkeit der Kokille und somit die Standzeit erhöhen und weiterhin durch Verringerung der Reibung zwischen dem Gußstrang und der Kokille höhere Gießgeschwindigkeiten ermöglichen.

So ist bereits vorgeschlagen worden, Kokillen auf der mit der Schmelze in Berührung stehenden Oberfläche elektrolytisch mit einer Chrom- bzw. Nickelschicht zu versehen. Diese Schichten zeichnen sich durch eine gute Verschleißfestigkeit sowie durch gute Gleiteigenschaften aus. Bei der Herstellung von Rohrkokillen mit rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt treten jedoch Schwierigkeiten auf, da bedingt durch die schlechte Streufähigkeit des Elektrolytbades eine gleichmäßige Beschichtung insbesondere in den Radien bzw. den Ecken nicht möglich ist. Dieses hat zur Folge, daß sich bei Schichtdicken über I50 /Um die Innenkontur einer liohrkokille in der Weise ändert, daß die Kokillen nicht mehr zum Gießen geeignet sind (Keyhole-Effekt).

— 3 —

O L IO IUU

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, Rohrkokillen mit rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt herzustellen, die an der der Schmelze zugekehrten Oberfläche eine elektrolytisch aufgebrachte verschleißfeste Schicht mit einer Wanddicke von mindestens I50>um trägt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein durch Pressen und/oder Walzen und/oder Ziehen hergestelltes Rundrohr auf elektrolytischem Wege mit der Beschichtung versehen, und anschließend das Verbundrohr zu einem Rohr mit rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt umgeformt wird. Völlig überraschend hat sich gezeigt, daß bei der anschließenden Umformung des Verbundrohres zu einem Rechteckrohr bzw. zu einem Rohr mit quadratischem Querschnitt die elektrolytisch erzeugte Schicht sich in gleicher Weise verhält wie das Kupferrohr, und eine Rohrkokille erhalten wird, bei welcher die Wanddicke der Beschichtung auch nach der Umformung völlig gleichmäßig, insbesondere auch im Bereich der Radien war.

Vorteilhafterweise wird das Verbundrohr nach'dem Beschichten bei 500 - 1000⁰C geglüht, um eine Diffusionsschicht zwischen der Beschichtung und dem Grundkörper zu erhalten. Ein unter Umständen beim Glühen auftretendes Verziehen der Rohrkokille kann durch die nachträgliche Kaltverformung wieder aufgehoben werden. ■

Zweckmäßigerweise wird das Rohr mit einer Nickelschicht versehen, deren Wanddicke mindestens 150,Um beträgt. Gegenüber Chrom wird dem Werkstoff Nickel der Vorrang eingeräumt, da eine elektrolytisch erzeugte Chromschicht praktisch nicht kalt umgeformt werden kann. Die gegenüber Chrom geringere Härte.des Nickels, die mit maßgeblich für die Abriebfestigkeit der Schicht ist, kann bei

ι u iuu

dem Werkstoff Nickel dadurch ausgeglichen werden, daß man dem Elektrolyten Feststoffpartikel, beispielsweise in Form von Siliziumcarbid, zufügt. Die Feststoffpartikel werden bei der Elektrolyse im Kristallgitter des Nickels eigelagert und führen somit zu einer wesentlichen Steigerung der Festigkeit, wobei die thermische Leitfähigkeit nur geringfügig abnimmt. Die Wanddicke der abgeschiedenen Schicht sollte mindestens I50 ,um und kann bis zu 4 mm betragen. Damit ist es entsprechend den unterschiedlichen Verschleißbeanspruchungen möglich, die Standzeiten der Kokillen den praktischen Bedürfnissen anzupassen. Gegebenenfalls lassen sich auch mechanische Nacharbeiten durchführen.

Die Umformung des Verbundrohres wird zweckmäßigerweise durch Ziehen mittels Dorn und Matrize durchgeführt. Dadurch erreicht man, daß die Wanddicke sowohl der Kupferschicht als auch der Verschleißschicht gleichmäßig abnehmen, und eine Rohrkokille mit den gewünschten Abmessungen erhalten wird. Werden Rohrkokillen mit höchsten Anforderungen an die Maßgenauigkeit gefordert, ist es zweckmäßig, nach dem Ziehen die Rohrkokille durch ExpTo si ons umformung nachzukalxbrxeren. Bei diesem Verfahren wird in den Innenraum der Rohrkokille ein Dorn mit rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt eingeführt und die Rohrkokille auf den Dorn durch Explosionswirkung aufgeformt. Setzt man bei diesem Verfahren einen gekrümmten Dorn ein, erhält nach eine sogenannte gekrümmte Kokille. Zur Herstellung von- gekrümmten Rohrkokillen kann es jedoch auch günstig sein, in die gezogenen Rohre einen gekrümmten Dorn mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt einzuführen, und Rohr und Dorn gemeinsam durch eine Matrize zu drücken.

— 5 —

Zu einer besonders wirtschaftlichen Fertigung gelangt man, wenn man ein Rohr mit wesentlich größerer Wanddicke und/oder Länge als die fertige Rohrkokille elektrolytisch mit einer Beschichtung versieht, das beschichtete Rohr zum Rohr mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt umformt, und abschließend von dem Rohr die Kokillenro'hre in der gewünschten Länge abtrennt. Der zeitaufwendige elektrolytische Prozeß wird durch die Verwendung eines beispielsweise langen Rohres für eine Vielzahl von Rohrkokillen nur einmal durchgeführt. Wesentlich ist dabei, daß die Wanddicke der elektrolytisch abgeschiedenen Schicht größer gewählt wird als bei der fertigen Kokille gefordert, da durch die nachfolgenden Ziehprozesse, wie bekannt, die Wanddicke verringert wird. Das Gleiche gilt, wenn man ein Rohr mit wesentlich größeren Wanddicke bei der Elektrolyse einsetzt. Durch die nachfolgenden Ziehprozesse erhält man infolge der Querschnittsabnahme ebenfalls ein Rohr großer Länge, von dem dann die fertigen Kokillen in der gewünschten Länge abgetrennt werden können.

Das elektrolytisch beschichtete Rohr wird zweckmäßigerweise zunächst auf ein rundes Rohr mit geringeren Querschnittsabmessungen heruntergezogen, und zwar in einem oder mehreren Arbeitsgängen und erst abschließend zum Vierkant- bzw. Rechteckrohr umgeformt. Die oben beschrie-. bene Diffusionsglühung kann dann beim Mehrfachziehen als Zwischenglühung durchgeführt werden. Auch ein Glühen unmittelbar vor der Umformung zum Rechteck oder Quadrat ist möglich. · .

Die Erfindung ist aihand einiger Beispiele näher erläutert.

Ein Kupferrohrstück mit einer Länge von 85O mm und einer Wanddicke von 10,5 mm und einem Außendurchmesser von 189 mm wird in einem Elektrolysebad mit einer Nickel-

machsl: ί· ■■ ''¹Tj

schicht von 950.um beschichtet. Dabei ist das Kupferrohrstück als Kathode geschaltet, während im Innern mit gleichem Abstand zur inneren Oberfläche des Kupferrohrstücks eine Anorde angeordnet ist. Die nicht zu beschichtende äußere Oberfläche sowie die Stirnflächen des Kupferrohrstücks sind mit.einem nichtleitenden Lack beschichtet. Nach Erreichen der gewünschten Wanddicke wird das Rohrstück aus dem Bad entfernt. Mittels einer geeigneten Umformmaschine, beispielsweise einer Backendrückmaschine,

IQ wird das kreisrunde Rohrstück in ein Rohr mit Vierkantoder quadratischem Querschnitt umgeformt. In dieses vorgeformte Rohrstück wird ein gekrümmter konischer Dorn mit einem entsprechenden Rechteck- oder quadratischem Querschnitt eingetrieben, und Dorn und Rohrstück gemeinsam durch eine Matrize hindurchgedrückt. Das fertige Kokillenrohr hat folgende Abmessungen:

122,6 χ I38 mm
Wanddicke 7,7 mm Länge 8OI mm

Biegeradius 4939 mm

Ni-Schicht 700 ,um.

Beispiel 2

Auf der inneren,Oberfläche eines Kupferrohre von 2,1 m Länge, einem Außendruchmesser von 3OO mm und einer Wanddicke von 24 mm wird in einem Elektrolyseprozeß innen eine Nickelschicht von 13ΟΟ ,um Wanddicke abgeschieden. Dieses Rohr wird mittels eines Domes und einer Matrize zunächst in mehreren Zügen auf ein rundes Rohr mit einem Außendurchmesser von 277t8 mm und einer Wanddicke von 22 mm heruntergezogen. Das Rohr wird dann bei

65O⁰C mehrere Stunden geglüht, wobei sich eine Diffusionsschicht zwischen der Nickel- und der Kupferschicht bildet. In das geglühte Rohr wird ein Dorn mit rechteckigem Querschnitt eingeführt und das Rohr durch eine Matrize mit ebenfalls rechteckiger Öffnung hindurchgezogen. Dieses

OZ I Ö I UU

Rohr hat folgende Abmessungen

außen 214,4 χ 150,4 mm
innen 194,2 χ 130,2 mm

Die Dicke der Nickelschicht beträgt dabei ca 1028,Um.

Von dem Rohr werden nun entsprechend der Kokillenlänge
Rohrstücke abgetrennt, in diese Rohrstücke ein gekrümmter konischer Dorn mit rechteckigem Querschnitt eingedrückt und die Kokillenwandung durch Explosionsumformung auf den Dorn aufgeformt. Dorn und Kokillenrohr können, wie oben beschrieben, auch durch eine Matrize hindurchgedrückt
werden.

Sowohl in der Ausführungsform nach Beispiel 1 als auch
in der nach Beispiel 2 kann statt der Reinnickelschicht eine andere elektrolytisch aufgebrachte Schicht verwendet werden (u.a. Nickellegierung). So kann beispielsweise dem Elektrolyten Siliziumcarbid-Staub zugegeben werden, der im Nickelgitter eingebaut wird..

Werden Rohrkokillen mit Flansch benötigt, so können die Flansche im Anschluß en die Umformung zum Rechteck bzw. Quadrat vorzugsweise mittels Elektro/inenstrahlschweißen an dem Kokillenrohr befestigt werden.

Claims

',;·>."· ■:.;■·.'ΞίχΓίΟΗ Ι Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft M 2-268 II.05.1982 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Rohrkokille mit rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt zum Stranggießen hochschmelzender Metalle, insbesondere Stahl, bestehend aus einem Kokillenkörper aus Kupfer oder einer Kupferlegierung sowie einer verschleißfesten Beschichtung an der der Schmelze zugekehrten Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Pressen und/oder Walzen und/oder Ziehen hergestelltes Rundrohr auf elektrolytischem Wege mit der Beschichtung versehen, und anschließend das Verbundrohr zu einem Rohr mit rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt umgeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr mit einer Nickelschicht versehen wird, deren Wanddicke mindestens 150yUm beträgt.

ϋ Δ IO IUU

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung durch Ziehen mittels Dorn und Matrize durchgeführt wird.

k. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, .5 daß nach der Umformung durch Ziehen die Rohrkokille durch Explosionsumformung nachkalibriert wird.

5- Verfahren nach Anspruch 3 zur Herstellung gekrümmter Rohrkokillen, dadurch gekennzeichnet, daß in die gezogenen Rohre ein gekrümmter Dorn mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt eingeführt, und Rohr und Dorn gemeinsam durch eine Matritze gedrückt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr mit wesentlich größerer Wanddicke und/rier Länge als die fertige Rohrkokille elektrolytisch mit einer Beschichtung versehen wird, daß das beschichtete Rohr zum Rohr mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt umgeformt, und abschließend von dem Rohr die Kokillen- - rohre in der gewünschten Länge abgetrennt werden.