DE10018504A1 - Use of a hardenable copper alloy containing beryllium and nickel for molds for producing plates for thin slab continuous casting molds - Google Patents
Use of a hardenable copper alloy containing beryllium and nickel for molds for producing plates for thin slab continuous casting moldsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer aushärtbaren Kupferlegierung für Ko killen, insbesondere zur Herstellung von Breitseitenplatten für Dünnbrammen-Stranggießkokillen.The invention relates to the use of a hardenable copper alloy for Ko kill, especially for the production of broadside panels for Thin slab continuous casting molds.
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.In the prior art, mold wide side plates for thin slab plants and especially for CSP (Compact Strip Production) systems made of copper Alloys such as CuCrZr (copper chrome zircon) or CuAg (copper silver) poses. It has a CuAg alloy for CSP mold plates due to its comparatively high elongation with increasing temperatures as advantageous grasslands.
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.However, mold wide side plates made of CuAg or CuCrZr are not able to high temperature chip prevailing in the bath level area of the casting metal and tend to crack in the area in this area form, in particular CuCrZr tends to form cracks particularly early. The Se cracking is then the failure criterion for the mold wide side plates and causes high repair and replacement costs for the operator of a continuous casting investment.
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.It has been observed that CuAg only has one despite its lower tensile strength reduced cracking because it is due to increased elasticity at high Temperatures in the mold plate is able to relieve stress, and because the comparatively high thermal conductivity of their average operating temperature keeps the door lower.
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.For the narrow side plates of thin slab molds it is the state of the art Technique usual to use CuCrZr with approx. 125 HB hardness, whereby their lateral Contact surfaces to increase hardness are nickel-plated.
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.The failure criterion of the narrow side plates is different from that of the broad egg not the cracking, but the wear and tear of the contact surfaces to steel. In contrast, the most common failure criterion is the broad side plates cracking in the area of the mold level.
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.The document DE 31 20 978 C2 discloses a number of precipitation hardenable Copper alloys and their use for stationary casting molds, u. a. with various CuNiBe alloys, which are used as additional alloy components Contain niobium (Nb), zirconium (Zr), magnesium (Mg) and / or titanium (Ti).
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.A copper alloy CuZrNiBe is known from document US Pat. No. 2,137,281, for a belt mold (twin-belt casting), which is characterized by a combination of properties tion of comparatively high hardness with comparatively high thermal conductivity excellence.
Aus dem Dokument GB-PS 95 47 96 ist für Kokillen eine Kupferlegierung CuBeZrTi bekannt, die bei vergleichsweise guter Wärmeleitfähigkeit vergleichsweise hohe Festigkeitswerte aufweist.From the document GB-PS 95 47 96 is a copper alloy for molds CuBeZrTi known, which with comparatively good thermal conductivity comparatively has high strength values.
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.For trouble-free casting operations, especially of thin slabs with high Casting speeds, for example 6 m / min and more, are sufficient for the available me The mechanical properties of the mold materials are not sufficient for this to occur tendency to be high temperatures, especially in the area of the pouring level to rule.
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.Starting from the aforementioned prior art, the object of the invention based, one for the production of broad side plates for thin slab strand casting molds with high casting speed in a particularly suitable manner Specify copper alloys, by using them in the casting operation early cracking, especially in the area of the mold level, avoided and the wear of the contact surface with liquid steel is reduced, and which the extremely high thermal and mechanical stresses in the foundry withstands long-term availability.
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.The solution to this problem is to use a curable cup alloy with a beryllium content of 0.1% to 0.5%, and a content of nickel from 0.5% to 2.0%, (CuNiBe) for the production of broadside plates for Thin slab continuous casting molds.
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.After hardening, this copper alloy is able to high temperature stresses in the area of the mold level, avoiding cracking to take up education and remain available over longer operating times.
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. To this successful operating result - in contrast to the previously known copper alloys such as CuCrZr or CuAg - the copper alloy CuNiBe used according to the invention helps its advantageous material properties of a z. B. significantly higher tensile strength of about 770 or about 650 N / mm 2 and 0.2 proof stress of about 500 N / mm 2 both at 20 ° C and at 300 ° C. The material properties of three selected copper alloys, CuCrZr, CuAg and CuNiBe, are shown in the following tables.
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.Another positive characteristic, for example resistance to mechanical ver wear results from the high hardness of the mate used according to the invention rials of approx. 220 HB, because CuNiBe has almost the same hardness as one electroplated nickel layer with approx. 220-230 HB. The broad side panels no longer need to be nickel-plated.
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.The low compared to CuAg with a thermal conductivity of approx. 370 W / mK The thermal conductivity of the copper alloy CuNiBe, of approx. 300 W / mK, can be reduced by a reduced copper wall thickness can be compensated for by about 25% before water. This also results in savings in material costs for production.
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.The copper alloy CuNiBe used according to the invention for the production of Broad side plates for thin slab continuous casting molds with high casting speeds for example, from 2 to 6 m / min and more contains as alloy components 0.1% to 0.5% beryllium, 0.5% to 2.0% nickel and copper up to 99.5% Ge velvet weight. It should not contain more than 0.5% impurities, including what e.g. B. traces of other metals such as Fe, Zr, Ag, Cr, Mg etc. can be understood.
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.The invention enables with the not suggested from the prior art Use of the special copper alloy CuNiBe for broadside plates from Continuous casting molds the casting of thin slabs with high casting speed speeds of at least 2 to 6 m / min and more. The significant improvement in Operating behavior due to longer availability, especially the minimized Cracking in the bathroom mirror area, the cost-effective expenditure for material and Manufacturing is the result of the special selection of alloy components.
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