DE10306819A1 - Copper alloy and use of such an alloy for casting molds - Google Patents
Copper alloy and use of such an alloy for casting molds Download PDFInfo
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Abstract
Für die Herstellung von Gießformen, insbesondere Stranggießkokillen zum Vergießen von Metalllegierungen mit hohen Gießgeschwindigkeiten, werden Werkstoffe benötigt, die diesen hohen Anforderungen standhalten. Hierzu wird eine Kupferlegierung für Gießformen mit bis zu 0,20 Gew.-% Silber (Ag), 0,10 bis zu 0,40 Gew.-% Chrom (Cr) und 0,03 bis 0,10 Gew.-% Zirkon (Zr), Rest Kupfer (Cu) einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 51,5 MS/m (90% IACS) und einer Brinellhärte (HB 2,5/62,5) von mindestens 120 HB vorgeschlagen.For the production of casting molds, in particular continuous casting molds for casting metal alloys with high casting speeds, materials are required that can withstand these high requirements. For this purpose, a copper alloy for casting molds with up to 0.20% by weight silver (Ag), 0.10 up to 0.40% by weight chromium (Cr) and 0.03 to 0.10% by weight zirconium (Zr), balance copper (Cu) including manufacturing-related impurities with an electrical conductivity of at least 51.5 MS / m (90% IACS) and a Brinell hardness (HB 2.5 / 62.5) of at least 120 HB.
Description
Die Erfindung betrifft Kupferlegierungen und die Verwendung solcher Legierungen für Gießformen, insbesondere Stranggießkokillen. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verarbeitung solcher Legierungen zur Herstellung von Gießformen.The invention relates to copper alloys and the use of such alloys for casting molds, in particular continuous casting molds. The invention also relates to a method for processing such Alloys for the production of casting molds.
Es ist bekannt, Kupfer bzw. Kupferlegierungen für die Herstellung von Gießformen, insbesondere für die Herstellung von Stranggießkokillen zu verwenden. Beim Stand der Technik werden Kokillen aus Kupferlegierungen aus Schmiede- oder Walzstücken aus Silberkupfer (CuAg0.1), CuCr1Zr oder seltener auch aus CuCr1 bzw. CuZr hergestellt. Die chemischen Analysespannen der angewandten bekannten Silberkupferwerkstoffe sind aus der DIN EN 1976, die der binären CuCr1-, CuZr-Legierung und der ternären CuCr1Zr-Legierung aus der DIN EN 12420 zu entnehmen. Tabelle 1 zeigt die Analysespannen der wichtigsten Kokillenwerkstoffe in einer Kurzübersicht.It is known to use copper or copper alloys for the Production of molds, especially for the Manufacture of continuous casting molds to use. In the prior art, molds are made of copper alloys from forge or billets made of silver copper (CuAg0.1), CuCr1Zr or less often also made of CuCr1 or CuZr manufactured. The chemical analysis ranges of the applied Known silver copper materials are from DIN EN 1976, which the binary CuCr1, CuZr alloy and the ternary CuCr1Zr alloy from the To be taken from DIN EN 12420. Table 1 shows the analysis ranges of most important mold materials in a brief overview.
Die geometrische Form und die geforderten physikalischen und mechanischen Eigenschaften für den späteren Gebrauch als Kokillenplatte erhalten die Kupferblöcke in einer durch den Hersteller festgelegten Kombination von Verarbeitungsschritten. Dazu zählen: Warmumformung durch Schmieden und/oder Walzen, zwischen- und nachgeschaltete Kaltumformschritte durch Schmieden und/oder Walzen, zwischen- oder nachgeschaltete Glüh- und Anlassbehandlungen zur teilweisen oder vollständigen Werkstofferholung oder zur Initiierung und zum Ablauf der Ausscheidungshärtung bei den CuCr1-, CuZr- und CuCr1Zr-Legierungen.The geometric shape and the required physical and mechanical properties for later use as a mold plate get the copper blocks in a combination of processing steps specified by the manufacturer. These include: Hot forming by forging and / or rolling, intermediate and downstream Cold forming steps by forging and / or rolling, intermediate or downstream glow and occasion treatments for partial or complete material recovery or to initiate and process the precipitation hardening the CuCr1, CuZr and CuCr1Zr alloys.
Die an den Kokillenwerkstoff gestellten Anforderungen resultieren im Wesentlichen aus den im kontinuierlichen Gießprozess sich einstellenden Temperaturen und den Temperaturgradienten über die Kokillenwandstärke in Richtung der Wasserkühlung und die Kokillenlänge in Gießrichtung. Die mit dem Gießstart im Kontaktbereich Kokille/Stahl temperaturinduzierte Wärmedehnung der Platte führt heißseitig zu hohen Druckspannungen, die zumindest lokal die Fließgrenze des Werkstoffes erreichen. Daraus resultiert eine spontane plastische Deformation. Länger anliegende Spannungen führen ferner zum Werkstoffkriechen, länger andauernde Dehnungen zur Werkstoffrelaxation. Wird der Gießprozess bzw. der Kontakt mit dem Stahl temporär unterbrochen, kehrt sich die heißseitige Druckbeanspruchung in eine Zugbeanspruchung um. Für die Entstehung von oberflächennahen Rissen im Werkstoff ist dieser Moment der Lastumkehr von entscheidender Bedeutung. Die Rissbildung im Werkstoff bleibt nur dann aus, wenn der Werkstoff – insbesondere auch noch nach längerem Einsatz – eine ausreichende Duktilität besitzt, um die ihm aufgeprägten Dehnungen und Spannungen auszugleichen, oder die Festigkeit des Werkstoffes so hoch ist, dass die verbleibenden Spannungen vom Werkstoff ertragen werden können. Insgesamt liegt bei den Stranggießkokillen ein komplexe, thermische und mechanische Wechselbeanspruchung des Werkstoffes vor. Hinzu kommen tribologische Werkstoffbelastungen, die sich aus dem regulären Gießbetrieb ergeben. So wird der untere Kokillenbereich insbesondere durch die Reibung mit der kontinuierlich abgezogenen Strangschale belastet. Weitere Reibbelastungen entstehen bei einer Breitenverstellung während des Gießbetriebes zwischen den Breit- und Schmalseiten.The placed on the mold material Requirements essentially result from the continuous casting process resulting temperatures and the temperature gradients over the Kokillenwandstärke towards water cooling and the mold length in the casting direction. The one with the start of casting Temperature-induced thermal expansion in the mold / steel contact area the plate leads hot side too high compressive stresses, which at least locally the yield point of the material. This results in a spontaneous plastic Deformation. Longer applied voltages also to crawl material, longer permanent stretches for material relaxation. Will the casting process or the contact with the steel is temporarily interrupted the hot side Compressive stress into a tensile stress. For the emergence of shallow Cracks in the material, this moment of load reversal is crucial Importance. The formation of cracks in the material only fails if the material - in particular even after a long time Use - one sufficient ductility owns the imprinted on it To compensate for strains and tensions, or the strength of the Material is so high that the remaining stresses from the material can be endured. Overall, the continuous casting molds have a complex, thermal one and mechanical alternating stress on the material. in addition come tribological material loads that arise from the regular casting operation result. So the lower mold area is particularly due to the friction loaded with the continuously removed strand shell. Further Frictional loads occur when the width is adjusted during the casting operation between the broad and narrow sides.
Der Gießspiegelbereich der Kokille unterliegt im Gießbetrieb einer intensiven, thermischen Grundlast, die zudem oft noch stark schwankt. Insbesondere bei den schnell gießenden Stranggießanlagen führen die resultierenden hohen Temperaturen im Gießspiegelbereich zumindest im oberflächennahen Bereich zu einer Erholung bzw. Rekristallisation des Werkstoffes. Ferner können Fremdelemente aus Stahl und Gießschlacke, z.B. Zn, Pb und S, über Diffusion in den Kokillenwerkstoff eindringen. Diese Vorgänge gehen stets mit einer Veränderung der mechanischen Eigenschaften der betroffenen Werkstoffareale einher. Die Reduzierung der Grundlast der betroffenen Bereiche durch Verringerung der Wandstärke vor Wasser auf ein unkritisches Niveau führt nicht zum Erfolg, da sich die Qualität des gegossenen Produktes mit abnehmender Wandstärke in unerwünschter Weise verändert. Zudem ist bei dünnerer Wandstärke die Anzahl der Kokillennachbearbeitungen eingeschränkt, die für die Wirtschaftlichkeit unerlässlich ist.The mold level of the mold subject to casting an intensive, thermal base load, which is often still strong fluctuates. Especially with the fast-casting continuous casting plants to lead the resulting high temperatures in the casting area at least in the shallow Area for recovery or recrystallization of the material. Can also Foreign elements made of steel and pouring slag, e.g. Zn, Pb and S, over Penetrate diffusion into the mold material. These processes go always with a change the mechanical properties of the affected material areas. Reducing the base load of the affected areas by reducing it the wall thickness before water to an uncritical level does not lead to success because the quality of the cast product with decreasing wall thickness in undesirable Way changed. It is also thinner Wall thickness limited the number of mold postprocessing that for the Economy essential is.
Zur Zeit werden beim Gießen von Dünnbrammen vorzugsweise Kokillenplatten aus CuAg0.1P eingesetzt. Obwohl CuAg0.1P nur eine mäßige Festigkeit und nur begrenzte Kriechfestigkeitseigenschaften besitzt, ist es dem festeren Werkstoff CuCr1Zr in punkto der Kokillenstandzeit überlegen. Dies liegt zum einen an der höheren Wärmeleitfähigkeit des Silberkupfers, was die thermische Grundlast der Kontaktfläche insgesamt verringert. Zum anderen ist es infolge seiner im gesamten Temperaturbereich höheren Duktilität besser in der Lage, induzierte Dehnungen aufzunehmen bzw. auszugleichen. Die belastete Kontaktfläche vernarbt meist, Risse entstehen nur vereinzelt und erstrecken sich nicht tief in den Werkstoff hinein. Das Gefüge des CuCr1Zr dagegen neigt im beschriebenen Lastfall zur einer Rissbildung, die sich anfänglich zunächst als feines Rissnetzwerk ausbildet. Dann entstehen jedoch einzelne sich tief in das Bauteil erstreckende Risse, die das Ausfallkriterium für die Kokillenplatten sind. Die beschriebenen Kokillenschäden verursachen hohe Reparatur- und Ersatzkosten für die Betreiber von Stranggießanlagen.Currently, when casting thin slab preferably mold plates made of CuAg0.1P are used. Although CuAg0.1P only moderate firmness and has limited creep resistance properties, it is superior to the stronger material CuCr1Zr in terms of mold life. On the one hand, this is due to the higher one thermal conductivity of silver copper, which is the total thermal base load of the contact surface reduced. Secondly, it is due to its temperature range higher ductility better able to absorb or compensate for induced strains. The loaded contact area mostly scarred, cracks only occur sporadically and extend not deep into the material. The structure of the CuCr1Zr, on the other hand, tends in the load case described to cracking, which initially initially as forms a fine crack network. But then individual arise Cracks extending deep into the component, which is the failure criterion for the Mold plates are. Cause the mold damage described high repair and replacement costs for the operators of continuous casting plants.
Der Vorteil des CuCr1Zr gegenüber dem CuAg0.1P liegt in der besseren Formstabilität der Kokille aufgrund der besseren Kriechbeständigkeit bei hohen Temperaturen und der höheren Festigkeit/Härte. Diese zweite Eigenschaft vermindert unter anderem den Verschleiß der Kokillen durch den mechanischen Abrieb. Mangelnde Formstabilität der Kontaktfläche (lokale Deformation) und Verschleiß durch Abrieb stellen bei den CuAg0.1P Kokillenplatten zur Zeit die Hauptursache für den Ausfall bzw. vorzeitiges Nacharbeiten dar. Um den bei Silberkupferplatten bekannten vorzeitigen Plattenausfall durch mechanischen Abrieb einzudämmen, werden diese Platten zumindest teilweise vernickelt. Dies stellt für den Betreiber ebenfalls einen Kostennachteil dar.The advantage of the CuCr1Zr over the CuAg0.1P is the better dimensional stability of the mold due to the better creep resistance at high temperatures and the higher strength / hardness. Among other things, this second property reduces the wear of the molds due to mechanical abrasion. Lack of dimensional stability of the contact surface (local deformation) and wear due to abrasion in the CuAg0.1P mold plates are currently the main cause of the failure or premature rework. In order to curb the premature plate failure due to mechanical abrasion known in silver copper plates, these plates are at least partially nickel-plated. This also represents a cost disadvantage for the operator.
Es gibt daher Bestrebungen, einen verbesserten Kupferwerkstoff zur Herstellung von Gießformen, insbesondere für Stranggießkokillen, zu entwickeln, der eine hohe thermische Leitfähigkeit, eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit gegen Reibung und Kriechen bei hohen Temperaturen, eine verzögerte Neigung zur Rekristallisation und eine hohe und über den Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 600 °C weitgehend gleichmäßige Duktilität aufweist, so dass das Entstehen von Sprödrissen vermieden wird. Maß für die Duktilität ist in diesem Zusammenhang der Wert der Brucheinschnürung (Z), der ergänzend zur Bruchdehnung (A5) herangezogen wird.There are therefore efforts to develop an improved copper material for the production of casting molds, in particular for continuous casting molds, which has a high thermal conductivity, a sufficiently high mechanical strength against friction and creep at high temperatures, a delayed tendency to recrystallization and a high and above the Temperature range from room temperature to 600 ° C largely uniform ductility, so that the formation of cracks is avoided. The measure of the ductility in this context is the value of the fracture constriction (Z), which is used in addition to the elongation at break (A 5 ).
Es sind Dokumente bekannt, die in ähnlicher Absicht Zusammensetzungen von Kupferlegierungen angeben und deren Weiterverarbeitung zu einer Stranggießkokille beschreiben. Im folgenden verstehen sich die Prozentangaben bezüglich der einzelnen Legierungselemente als Angaben in Gewichtsprozent.There are known documents in similar Intent to specify compositions of copper alloys and their Describe further processing into a continuous casting mold. Hereinafter understand the percentages regarding the individual alloy elements as percentages by weight.
Das Dokument
In dem Dokument
Dokument
Die beiden Dokumente
Des Weiteren sind Kupferlegierungen zur Kokillenherstellung mit Beryllium als Legierungselement bekannt.Furthermore are copper alloys known for the production of molds with beryllium as an alloying element.
Das Dokument
Das Dokument Patent Abstracts of
Japan vol. 014, no. 431 &
Das Dokument
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Für einen störungsfreien und wartungsarmen Gießbetrieb, insbesondere von Dünnbrammengießanlagen mit hohen Gießgeschwindigkeiten von 4 bis 6 m/min und mehr, reichen die bekannten Kokillenwerkstoffe und ihre physikalischen und mechanischen Eigenschaften nicht aus, um die Auswirkungen der diversen Belastungen der Kokillenplatte infolge des Gießbetriebes dauerhaft und sicher zu beherrschen.For a trouble-free and low-maintenance casting operation, especially of thin slab casting plants with high casting speeds The known mold materials and range from 4 to 6 m / min and more their physical and mechanical properties are not sufficient to the effects of the various loads on the mold plate as a result of the foundry to master it permanently and safely.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, neue Kupferlegierungen bereitzustellen, die als Werkstoff für Gießformen, insbesondere Stranggießkokillen, und hier insbesondere für die Breitseitenplatten von Stranggießkokillen und Dünnbrammenstranggießkokillen, zum Einsatz bei hohen Gießgeschwindigkeiten von 4–6 m/min und mehr in besonderer Weise geeignet sind sowie deren Verarbeitung anzugeben. Durch deren Verwendung als Werkstoff für Gießformen soll beim Gießbetrieb ein frühzeitiger Verschleiß der Kontaktfläche der Gießform zum flüssigem Stahl reduziert werden. Zudem sollen sie den extrem hohen thermischen und mechanischen Beanspruchungen im Gießbetrieb, insbesondere im Gießspiegel, bei langdauernder Verfügbarkeit widerstehen. Gleichzeitig soll auf eine aufwendige Beschichtung der Kokillenfront verzichtet werden können. Es soll insgesamt ein Werkstoff mit hoher Festigkeit, hoher Härte mit gleichzeitig guten Zähigkeitseigenschaften und hoher Leitfähigkeit bereitgestellt werden. Zudem soll das gewonnene Potential in den Werkstoffeigenschaften auch auf die Anwendung in Stranggießkokillen zielen, die bei noch höheren Gießgeschwindigkeiten, z. B. 6 bis 15m/min, arbeiten.Starting from the aforementioned prior art, the object of the invention is to provide new copper alloys which are used as a material for casting molds, in particular continuous casting molds, and here in particular for the wide side plates of continuous casting molds and thin-slab continuous casting molds, for use at high casting speeds of 4-6 m / min and are more suitable and indicate their processing. By using them as a material for casting molds, the casting company should early wear of the contact surface of the mold with the liquid steel can be reduced. In addition, they should withstand the extremely high thermal and mechanical stresses in the casting operation, especially in the mold level, with long-term availability. At the same time, it should be possible to dispense with a complex coating of the mold front. Overall, a material with high strength, high hardness with good toughness properties and high conductivity should be provided. In addition, the potential gained in the material properties should also be aimed at use in continuous casting molds, which can be used at even higher casting speeds, e.g. B. 6 to 15m / min, work.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der zu schaffenden neuen Kupferlegierung zum einen dadurch gelöst, dass einer Kupferlegierung bis zu 0,20 Gew.-% Silber, 0,10 bis 0,40 Gew.-% Chrom und 0,03 bis 0,10 Gew.-% Zirkon zugeführt werden. Die Legierung selbst ist durch ein Erschmelzen und Abgießen unter Vakuum hergestellt. Alternativ zur Erzeugung unter Vakuum ist zum Erreichen der Wasserstoffbeständigkeit bzw. zu deren Erhöhung die Zugabe von maximal 0,1 Gew.-% mindestens eines der Legierungselemente aus der Gruppe Phosphor, Lithium, Kalzium, Magnesium, Silizium und Bor zur chemischen Abbindung des Sauerstoffs im Kupfer zu empfehlen. Nach einer Verformung und einer Vergütungsglühung zeichnet sich der Werkstoff durch eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 51,5 MS/m bzw. m/Ωmm2 (90% IACS) und eine Brinellhärte (HB 2,5/62,5) von mindestens 120 HB aus. Der Werkstoff weist zudem gute Zähigkeitseigenschaften auf. Der Werkstoff ist hierbei dadurch gekennzeichnet, dass er im Temperaturbereich von 20 bis 600°C eine Bruchdehnung A5 von größer oder gleich 15% und eine Brucheinschnürung Z von größer oder gleich 40% aufweist.With regard to the new copper alloy to be created, this object is achieved on the one hand in that a copper alloy contains up to 0.20% by weight of silver, 0.10 to 0.40% by weight of chromium and 0.03 to 0.10% by weight. -% zirconium are added. The alloy itself is made by melting and pouring under vacuum. As an alternative to generating under vacuum, to achieve hydrogen resistance or to increase it, the addition of at most 0.1% by weight of at least one of the alloy elements from the group phosphorus, lithium, calcium, magnesium, silicon and boron for chemical bonding of the oxygen in the Recommended copper. After deformation and annealing, the material is characterized by an electrical conductivity of at least 51.5 MS / m or m / Ωmm 2 (90% IACS) and a Brinell hardness (HB 2.5 / 62.5) of at least 120 HB out. The material also has good toughness properties. The material is characterized in that it has an elongation at break A 5 of greater than or equal to 15% and a constriction of fracture Z of greater than or equal to 40% in the temperature range from 20 to 600 ° C.
Durch eine anschließende Warmumformung wird das Gussgefüge im Block aufgelöst sowie vorhandene Mikroporosität geschlossen. Zur Homogenisierung der Werkstoffeigenschaften wird der Gussblock dann einer Lösungsglühung unterworfen und in Wasser abgeschreckt. Die gewünschte zusätzliche Steigerung der Werkstofffestigkeit wird nach der Lösungsglühung durch folgende weitere Prozessschritte erreicht:
- – dem Werkstoff wird eine 15 bis 35 % Kaltverfestigung aufgeprägt;
- – der Werkstoff wird über eine mindestens 15 Minuten andauernde Vergütungsglühung zur Bildung von Ausscheidungen im Temperaturbereich von 350 bis 550°C ausgehärtet. Je nach gewünschten Duktilitäts- bzw. Leitfähigkeitseigenschaften kann diese Vergütung als sogenannte Voll-, Unter- oder Übervergütung ausgeführt werden.
- - A 15 to 35% strain hardening is applied to the material;
- - The material is hardened over at least 15 minutes annealing to form precipitates in the temperature range from 350 to 550 ° C. Depending on the desired ductility or conductivity properties, this remuneration can be carried out as a so-called full, under or over-remuneration.
Dabei versteht sich die Vollvergütung als die Art der Vergütungsbehandlung, bei der die geforderten Werkstoffeigenschaften in ihrer Kombination innerhalb der Zielspanne sicher erreicht werden. Bei einer gezielten Untervergütung sind diese Werte in der Regel zum Teil noch nicht ganz erreicht. Bei der gezielten Übervergütung werden die Festigkeitseigenschaften wie Härte und Streckgrenze an die untere Zielspanne abgesenkt zugunsten einer höheren Duktilität oder auch Leitfähigkeit. Die Parameter sind in allen drei Fällen sorgfältig auf die jeweiligen Anforderungskombinationen einzustellen. Die jeweilige Vergütungsbehandlung wird zur definierten Einstellung der Werkstoffeigenschaften (Gießform, Kokille bzw. deren Rohlinge) ausgeführt.The full remuneration is understood as the type of remuneration treatment, where the required material properties in their combination can be safely reached within the target range. With a targeted under compensation as a rule, these values have not yet been fully reached in some cases. With targeted overpayment the strength properties such as hardness and yield strength to the lower target range lowered in favor of higher ductility or too Conductivity. In all three cases, the parameters are carefully tailored to the respective combinations of requirements adjust. The respective remuneration treatment becomes the defined setting of the material properties (casting mold, mold or their blanks) executed.
Optional kann die Werkstofffestigkeit noch durch eine anschließende mindestens 10 %-ige Kaltverfestigung zusätzlich gesteigert werden. Danach empfiehlt sich zur Homogenisierung der Werkstoffeigenschaften eine Ausgleichsglühung von mindestens 15 Minuten Dauer im Temperaturbereich von 180 bis 350 °C.Optionally, the material strength through a subsequent one at least 10% strain hardening can also be increased. After that is recommended to homogenize the material properties Ausgleichsglühung of at least 15 minutes in the temperature range from 180 to 350 ° C.
Am Beispiel einer exemplarischen Legierungs- und Herstellungsvariante wird die Erfindung näher erläutert.Using the example of an example Alloy and manufacturing variant, the invention is explained in more detail.
Die Kupferlegierung aus 0,10 Gewichtsprozent Silber (Ag), 0,35 Gewichtsprozent Chrom (Cr) und 0,05 Gewichtsprozent Zirkon (Zr) kennzeichnet nach geeigneter Herstellungsweise eine elektrische Leitfähigkeit von rund 52 MS/m bzw. m/Ωmm2 und eine Brinellhärte (HB 2,5/62,5) – 2,5 mm Prüfkörperdurchmesser/62,5kp Prüfkraft – von rund 130 HB. Zur Herstellung wird das Werkstück zunächst warm um geformt und einer Lösungsglühung zwischen 850 und 1000°C mit abschließender Abschreckung im Wasserbad unterzogen. Der 30 bis 35%igen Kaltumformung folgt eine Aushärtebehandlung bei 420 bis 520°C bei angepasster Haltezeit. Auf die optionale zusätzliche Kaltverfestigung wurde bewusst verzichtet.The copper alloy made of 0.10 percent by weight silver (Ag), 0.35 percent by weight chromium (Cr) and 0.05 percent by weight zircon (Zr) features an electrical conductivity of around 52 MS / m or m / Ωmm 2 and one Brinell hardness (HB 2.5 / 62.5) - 2.5 mm specimen diameter / 62.5kp test force - from around 130 HB. To manufacture the workpiece, it is first shaped hot and subjected to solution annealing between 850 and 1000 ° C with subsequent quenching in a water bath. The 30 to 35% cold forming is followed by a hardening treatment at 420 to 520 ° C with an adjusted holding time. The optional additional work hardening was deliberately avoided.
Der erfindungsgemäße Werkstoff A besitzt demnach gegenüber der Standardlegierung CuAg0.1 bei Temperaturen < 400°C eine um rund 50 % höhere Streckgrenze, Bild 1, und eine um 25 bis 35 HB höhere Härte. Dies wird erreicht bei allerdings lediglich 5 bis 10 % geringerer elektrischer Leitfähigkeit. Die Streckgrenze des Werkstoffes A übertrifft aufgrund der aufgeprägten Kaltverfestigung die des handelsüblichen CuCr1Zr ohne Kaltverfestigung.The material A according to the invention accordingly has across from the standard alloy CuAg0.1 at temperatures <400 ° C one around 50% higher Yield strength, Figure 1, and a hardness that is 25 to 35 HB higher. This is achieved with however only 5 to 10% lower electrical conductivity. The yield strength of material A exceeds due to the impressed work hardening that of the commercial CuCr1Zr without strain hardening.
Bedingt durch die Legierung mit Cr und Zr verschiebt sich der Bereich der Werkstofferweichung infolge einsetzender Erholung von rund 370° C hinauf auf zu 500°C, was bei zu erwartenden Wandtemperaturen der Kontaktflächen im Meniskusbereich von 500°C unerlässlich ist. Gleichzeitig erhöht sich gegenüber dem CuAg0.1 die Kriechfestigkeit des Werkstoffes.Due to the alloy with Cr and Zr the range of material softening shifts due to onset Recovery from around 370 ° C up to 500 ° C, what with expected wall temperatures of the contact surfaces in the Meniscus range of 500 ° C imperative is. Increased at the same time towards each other the CuAg0.1 the creep resistance of the material.
Während handelsübliches CuCr1Zr-Material zwar vergleichbare Festigkeitswerte, Bild 2, erreicht, liegt die elektrische Leitfähigkeit nur bei 43 bis 49 MS/m, d.h. mindestens 5 bis 10 % tiefer, was für die mittlere thermische Belastung des Werkstoffes sich entsprechend nachtteilig auswirkt. Die wesentlichen Vorteile des Werkstoffes A gegenüber dem handelsüblichen CuCr1Zr sind anhand der Duktilitätseigenschaften insbesondere im Temperaturbereich 20 bis 600°C, Bilder 3 und 4, zu erkennen. Bei vergleichbaren Bruchdehnungswerten zeigt die Brucheinschnürung, Maß für die Neigung zur Rissbildung, deutlich verbesserte Werte.While commercially available CuCr1Zr material achieves comparable strength values, Figure 2, the electrical conductivity is only 43 to 49 MS / m, ie at least 5 to 10% lower, which has a disadvantageous effect on the average thermal load on the material. The main advantages of material A compared to the commercially available CuCr1Zr are based on the ductility properties, especially in Temperature range 20 to 600 ° C, Figures 3 and 4. At comparable elongation at break values, the constriction of the fracture, the measure of the tendency to crack, shows significantly improved values.
Die gezielte Übervergütung der Werkstoffes A führt bei vergleichbaren Festigkeits- und Leitfähigkeitseigenschaften zu einer Zunahme der Brucheinschnürung insbesondere im Temperaturbereich zwischen 500 und 600°C, Bild 4. Damit ist eine Mindestbrucheinschnürung Z im gesamten Temperaturbereich von 50 % gewährleistet.The targeted overpayment of material A leads to comparable strength and conductive properties to an increase in fracture constriction, especially in the temperature range between 500 and 600 ° C, Figure 4. This is a minimum constriction Z in the entire temperature range guaranteed by 50%.
Ist eine zusätzliche Streckgrenzenerhöhung gegenüber den konventionellen CuCr1Zr nicht erwünscht oder notwendig, kann die Legierungs- und Herstellungsvariante A im Grad der Kaltverfestigung vor der Ausscheidungshärtung von 30 bis 35 % z. B. auf rund 20 % reduziert werden. Bei zum herkömmlichen CuCr1Zr vergleichbaren Festigkeitswerten werden in diesem Fall Bruchdehnungswerte A5 im Temperaturbereich bis 600 °C von größer 18 % und Brucheinschnürungswerte Z von größer 60 % sicher erreicht.If an additional increase in the yield strength compared to the conventional CuCr1Zr is not desired or necessary, the alloy and production variant A can be strengthened in the degree of work hardening prior to precipitation hardening by 30 to 35%. B. can be reduced to around 20%. With strength values comparable to the conventional CuCr1Zr, elongation at break values A 5 in the temperature range up to 600 ° C of greater than 18% and breaking point values Z of greater than 60% are reliably achieved in this case.
Ist eine zusätzliche Streckgrenzenerhöhung nach der Vergütungsbehandlung gewünscht, kann der Werkstoff zusätzlich einer weiteren Kaltverfestigung unterworfen werden.Is an additional increase in yield strength after remuneration treatment desired the material can also undergo further work hardening.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Werkstoff A zeichnet sich durch eine für den Einsatz in Stranggießkokillen – insbesondere Dünnbrammenstranggießkokillen – besonders günstige Eigenschaftskombination aus. Die sehr hohe elektrische Leitfähigkeit – thermische Leitfähigkeit – sichert eine niedrige thermische Last. Warmfestigkeit und Kriecheigenschaften des Werkstoffes sind denen des handelsüblichen CuAg0.1 überlegen und erreichen die für Stranggießkokillen aus CuCr1Zr geforderten Eigenschaften in punkto Formstabilität und Abriebfestigkeit. Die verbesserten Duktilitätseigenschaften verhindern die vorzeitige Bildung von tiefen Rissen, die bei handelsüblichen CuCr1Zr zum vorzeitigen Plattenausfall führen.The material to be used according to the invention A is characterized by a for the use in continuous casting molds - in particular Thin slab casting molds - especially favorable Combination of properties. The very high electrical conductivity - thermal Conductivity - ensures a low thermal load. Heat resistance and creep properties of the material are superior to those of the commercially available CuAg0.1 and achieve that for Continuous casting from CuCr1Zr required properties in terms of dimensional stability and abrasion resistance. The improved ductility properties prevent the premature formation of deep cracks, which are common in commercial CuCr1Zr lead to premature plate failure.
Insbesondere eignet sich die vorgeschlagene Kupferlegierungen zur Herstellung von wassergekühlten Gießformen, wie Brammenkokillen bzw. deren Breitseiten, vorzugsweise Dünnbrammenkokillen, u.a. für die CSP-Technologie, Rohrkokillen, Beam-Blank-Kokillen und Stückgußkokillen, die alle bei ihrem Einsatz einer dau erhaften hohen aber wechselnden Temperaturbeanspruchung unterliegen. Die erfindungsgemäß verwendete Kupferlegierung eignet sich aber nicht nur zur Herstellung von Gießformen bzw. Kokillen, sondern kann auch zur Herstellung von Gießwalzen und Gießrädern genutzt werden.The proposed one is particularly suitable Copper alloys for the production of water-cooled molds, such as slab molds or their broad sides, preferably thin slab molds, etc. for the CSP technology, Tube molds, beam blank molds and piece casting molds, all of them at their Use of a permanently high but changing temperature load subject. The used according to the invention Copper alloy is not only suitable for the production of casting molds or molds, but can also be used to manufacture casting rolls and casting wheels become.
Tabelle
1: Bekannte Legierungen zur Herstellung von Stranggießkokillen 
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