DE2403194B2 - Verfahren zum Stranggießen von Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen, bei welchem ein flüssiges Kühlmittel unmittelbar auf die verfestigte Oberfläche des aus der Stranggießkokille austretenden Stranges aufgebracht und der Strang zunächst mit geringer Abziehgeschwindigkeit und dann mit einer höheren Abziehgeschwindigkeit abgezogen wird, die aber unter der Rißausbreitungsgeschwindigkeit liegt, bei welcher eine Rißbildung im Zentrum des Stranges nicht ausheilt.
Es ist bekannt, daß die Neigung zur Rißbildung im Zentrum des Stranges auf Spannungen zurückzuführen ist, die sich aufgrund der Schrumpfung des Metalls beim Übergang von der flüssigen in die feste Phase ausbilden. Ferner ist es bekannt, daß die Abziehgeschwindigkeit in hohem Maße einen Einfluß aai die Rißbildung hat, d. h. bei geringeren Abziehgeschwindigkeiten eine geringere Tendenz zur Rißbildung zu beobachten ist, als bei höheren Abziehgeschwindigkeiten.

is Darüber hinaus hat die Praxis gezeigt, daß Risse, die sich beim Anfahren von Stranggießanlagen in den ersten Zentimetern des Stranges aufgrund der anfangs sehr hohen Abkühlgeschwindigkeit ausbilden, zumindest teilweise »auszuheilen« vermögen, wenn der aus der Stranggießkokille austretende Strang zunächst mit geringer Abziehgeschwindigkeit und dann mit einer höheren Abziehgeschwindigkeit abgezogen wird, wobei die höhere Abziehgeschwindigkeit jedoch unter der sogenannten Rißausbreitungsgeschwindigkeit He-

2) gen muß. Unter Rißausbreitungsgeschwindigkeit (V₁₀₁₀) ist diejenige Geschwindigkeit zu verstehen, die zumindest erforderlich ist, um das Wachsen eines im Zentrum des Stranges vorhandenen Risses in Gang zu halten. Wird die Abziehgeschwindigkeit unter

jo V₁^₀ abgesenkt, heilt ein vorhandener Riß im Zentrum des Stranges aus.

Aufgrund der obigen Erkenntnisse muß bei bekannten Verfahren zum Stranggießen von Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen die Abziehgeschwindigkeit stets unter der Rißausbreitungsgeschwindigkeit liegen, so daß die Produktionsgeschwindigkeit einer nach der bekannten Verfahrensweise arbeitenden Anlage nach oben begrenzt ist.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß eine Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit ohne Qualitätseinbuße über die oben angegebene Grenze hinaus ermöglicht wird.

Dieses Ziel wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß bei einem Durchmesser oder einer minimalen Querabmessung von weniger als 100 mm die höhere Abziehgeschwindigkeit aufrechterhalten wird, bis die Länge des aus der Stranggießkokille austretenden Stranges minde-

>o stens das 4fache des Strangdurchmessers oder der minimalen Strangquerabmessung beträgt, daß bei einem Durchmesser oder einer minimalen Querabmessung im Bereich von 100 bis 225 mm die höhere Abziehgeschwindigkeit aufrechterhalten wird, bis die Länge des aus der Stranggießkokille austretenden Stranges mindestens das 2 V₂fache des Strangdurchmessers oder der minimalen Strangquerabmessung beträgt, daß bei einem Durchmesser oder einer minimalen Strangquerabmessung von mehr als 225 mm die höhere Abzieh-

w) geschwindigkeit aufrechterhalten wird bis die Länge des aus der Kokille austretenden Stranges mindestens das 2fache des Strangdurchmessers oder der minimalen Strangquerabmessung beträgt, und daß danach bei diesen Durchmesser- bzw. Querabmessungsbereichen die Abziehgeschwindigkeit mit einer Beschleunigung von 3,2 bis 127,0 mm/min² entweder kontinuierlich oder in kleinen Stufen auf eine Geschwindigkeit erhöht wird, welche oberhalb der Rißausbreitungsge-

schwindigkeit, aber unter der Rißinitiierungsgeschwindigkeit liegt.

Die erfindungsgemäße Verfahrensweise beruht auf der Erkenntnis, daß nach der Herstellung eines im Zentrum rißfreien Stranges nach dem bekannten zweistufigen Verfahren die Abziehgeschwindigkeit auf einen Wert erhöht werden kann, der über der Rißausbreitungsgeschwindigkeit ( K^₄₀) liegt, ohne daß sich dabei neue Risse im Zentrum des Stranges ausbilden. Bedingung ist dabei allerdings, daß die Abziehgeschwindigkeit unterhalb der sogenannten Rißinitiierungsgeschwindigkeit ( V_RIG) verbleibt, d. h. derjenigen Geschwindigkeit, bei deren Überschreiten sich im Zentrum des gesunden Stranges ein neuer Riß ausbilden würde.

Die erfindungsgemäße Verfahrensweise eignet sich besonders zur Herstellung von Strängen mit rundem oder quadratischem Querschnitt.

Für die erfindungsgemäße Verfahrensweise besonders geeignete Legierungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 5.

Obgleich bei der im Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahrensweise die Abziehgeschwindigkeit zunächst einen Wert hat, der unter V₁^g Hegt, kann es in bestimmten Fällen zweckmäßig sein, beim Anfahren der Anlage eine Abziehgeschwindigkeit zu wählen, die über V^₄₀ liegt, d. h. den daraus resultierenden Riß in Kauf zu nehmen und erst danach zur Ausheilung dieses Risses die Abziehgeschwindigkeit unter V₁^g abzusenken, um danach die Abziehgeschwindigkeit wieder auf einen Wert zu steigern, der über V_RAG (jedoch unterhalb V_RIG) liegt.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt zunächst eine Abziehgeschwindigkeit gewählt, die erheblich unterhalb V_RAG liegt. Für Strangabmessungen mit einem Durchmesser von 101,6 bis 228,6 mm bzw. einem Querschnitt von 25,81 bis 58,06 cm² wird zunächst eine Abziehgeschwindigkeit unterhalb 101,6 mm/min, abgewendet und zwar über einen Weg, der etwa der Hälfte des Strangdurchmessers bzw. der Strangquerabmessung entspricht. Für Stränge mit größeren oder kleineren Abmessungen wird diese Geschwindigkeit kleiner bzw. größer gewählt. Danach wird die Abziehgeschwindigkeit auf einen Wert gesteigert, der geringfügig unterhalb V₁₁₄Q, beispielsweise bei 12,7 bis 25,4 mm/min unterhalb K^₄₀ liegt, und zwar über eine Strecke, die ebenfalls dem halben Strangdurchmesser bzw. einer halben Strangquerabmessung entspricht. Diese A bziehgeschwindigkeit wird dann über eine Länge beibehalten, die mindestens dem 27₂fachen des Strangdurchmessers bzw. der Strangquerabmessungen entspricht. Im Anschluß daran wird die Abziehgeschwindigkeit langsam auf einen Wert erhöht, der zwischen V₁^₀ und V_RIG liegt. Diese Abziehgeschwindigkeit Hegt im vorliegenden Fall vorzugsweise bei 12,7 bis 25,4 mm/min unterhalb

Für Stranggrößen mit einem Durchmesser oder einer minimalen Strangquerabmessung von mehr als 225 mm, ist es zweckmäßig, V_RAC erst dann zu überschreiten, wenn die Stranglänge mindestens dem 2fachen des Strangdurchmessers oder der minimalen Strangquerabmessung beträgt. Bei Strangabmessungen unter 100 mm sollte V_RAG erst dann überschritten werden, wenn die Länge des Stranges mindestens dem 4fachen des Strangdurchmessers oder der minimalen Strangquerabmessungen entspricht.

Der Übergang von einer Abziehgeschwindigkeit unter V₁^₀ zu einer Abziehgeschwindigkeit zwischen ^RAC ^Ull<^ ^Ria ^wu"d vorzugsweise in fortschreitenden Teilschritten von etwa 12,7 mm/min durchgeführt, wobei jeder Geschwindigkeitsteilschritt langsam beispielsweise in 5 bis 30 see erfolgt. Während der Vereinfachung des Betriebs die Geschwindigkeit in gesonderten Teilschritten mit Intervallen von z. B. 1 Minute gesteigert wird, mag es in manchen Fällen

ίο zweckmäßig sein, die Gießgeschwindigkeit progressiv von der ersten Geschwindigkeit unterhalb V^₀ bis zu der Geschwindigkeit zwischen der K^₄₀ und V_Rie mit einer im wesentlichen konstanten Beschleunigung von z. B. 3,2 bis 127,0 mm/min² zu steigern, so daß

die Gießgeschwindigkeit innerhalb V₂ bis 15 Minuten von einer Geschwindigkeit geringfügig unterhalb V_MG bis zu der Endgießgeschwindigkeit erhöht wird. Die erfindungsgemäße Verfahrensweise ist von besonderem Wert bei der Herstellung von runden Strängen, die aus solchen Legierungen gebildet werden, die gegenüber einer Heiß-Kurz-Rißbildung empfindlich sind. Eine Anzahl von üblicherweise verwendeten Legierungen der Al-Mn-, Al-Mg-, Al-Cu- und Al-Zn-Mg-Reihe und insbesondere die Legierungen der Al-Mg-Si-Reihe, die zur Herstellung von Strangpreßprofilen viel verwendet werden, sind gegenüber der Heiß-Kurz-Rißbildung empfindlich. Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich als besonders wertvoll zum Stranggießen von Al-Mg-Si-Legierungen mit den folgenden prozentualen Mengen von Magnesium und Silicium erwiesen:

Mg 0,45 bis 0,9; Si 0,20 bis 0,6; Mg 0,4 bis 0,8; Si 0,7 bis 1,3; Mg 0,8 bis 1,2; Si 0,40 bis 0,8; Mg 0,35 bis 0,8; Si 0,30 bis 0,7.

π Hierbei handelt es sich um viel verwendete, handelsübliche Aluminiumlegierungen.

Vrag ^unc* ^VRia ^emer vorgegebenen Legierung hängen von einer Anzahl von Faktoren ab, die zum Teil von den Gießbedingungen und zum Teil von der Metallzusammensetzung und dem Metallzustand abhängen.

Somit beeinflussen z. B. die Temperatur, mit welcher das Metall in die Kokille gegossen wird, die Art des Schwimmers und des Tauchrohrs, welche zur Kontrolle des Metallspiegels in der Kokille verwendet werden, der Kokillendurchmesser oder die Querdimensionen und die Methode der Aufbringung des Kühlmittels auf die Blockoberfläche die Werte für

^VRAG ^{Und V}R!G-

Außer den Hauptlegierungselementen üben auch die Sauberkeit des Metalls, die Menge des in dem Aluminium vorhandenen Eisens, die Gegenwart von Elementen, die die Korngröße beeinflussen, einen wichtigen Einfluß auf diese Werte aus. Im allgemeinen erhöht die Anwesenheit sowohl von Eisen als auch von Kornfeinungsmitteln die Werte für V_RAG und

Die Bestimmung der Werte für V₁^₀ und V_RIG kann aufgrund der großen Anzahl von Variablen, von de-

bo nen diese Werte abhängig sind, nur empirisch gesehen und zwar dadurch, daß ein Strang aus einer Schmelze der Legierung gegossen wird.

So wird z. B. bei einem Strang mit einem Durchmesser von 177,8 mm aus einer Legierung, welche 0,2

b¹) bis 0,6 % Si und 0,45 bis 0,9 % Mg enthält, die Abziehgeschwindigkeit stufenweise von einer Anfangsgeschwindigkeit von z. B. 101,6 mm/min fortschreitend in Teilschritten von z. B. 12,7 mm/min, wie es oben

beschrieben in Intervallen mit einer Gießlänge von z. B. 609,6 nun gesteigert, bis die erwartete V_WG im wesentlichen überschritten ist. Hiera»«f wird die Gießgeschwindigkeit in ähnlicher Weise fortschreitend vermindert. Für Stränge mit geringeren Durchmessern und/oder aus Legierungen, die gegenüber einer Heiß-Kurz-Rißbildung weniger anfällig sind, können größere Anfangsgeschwindigkeiten mit den gleichen Teilschritten angewendet werden, während bei Strängen mit größeren Durchmessern und/oder aus Legierungen, die gegenüber einer Heiß-Kurz-Rißbildung anfälliger sind, niedrigere Anfangsgeschwindigkeiten und kleinere Teilschritte gerechtfertigt sind. Durch Aufnahme der Abziehgeschwindigkeit an aufeinanderfolgenden Positionen entlang des Stranges gestattet eine darauffolgende Ultraschall-Untersuchung des Stranges eine Bestimmung der Abziehgeschwindigkeit, bei welcher in einer signifikanten Anzahl von Blöcken die Mittelrißbildung (eine andere als die Rißbildung am Strangende) beginnt. Hierdurch wird die V_RIC festgelegt.

Die Bestimmung der Abziehgeschwindigkeit, bei welcher während der Abnahme der Abziehgeschwindigkeit die Mittelrißbildung aufhört, zeigt den Wert für Vo₄₁J an, und insbesondere eine Geschwindigkeit unterhalb J^₀, bei welcher das Abfallen am Beginn des Gießzyklus durchgeführt werden kann, um eine gesunde Mitte zu entwickeln.

Als Beispiel für die erfindungsgemäßen Vorteile wurde festgestellt, daß bei der Herstellung von Strängen für die Verwendung als Strangpreßbolzen mit einem Durchmesser von 177,8 mm aus einer Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierung mit 0,4 bis 0,9% Mg, 0,3 bis 0,7% Sig, 0,2 bis 0,3% Fe und 0,005 bis 0,15% Ti die normale maximale Abziehgeschwindigkeit für die Erzeugung von gesunden Strömen etwa

127.0 mm/min beträgt, nachdem die ersten wenigen Zentimeter mit einer Geschwindigkeit von 76,2 bis 101,6 mm/min gegossen worden sind. Wird dieser Verfahrensweise gefolgt, kann festgestellt werden, daß häufig ein Mittelriß vorliegt, der sich etwa 203,2 mm nach oben von dem unteren Strangende erstreckt. Nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird eine Anfangslänge des Stranges, z. B. von 609,6 mm mit 127,0 mm/min gegossen (nachdem die ersten wenigen Zentimeter mit einer Geschwindigkeit von 76,2 bis 101,6 mm/min, wie oben beschrieben, gegossen worden sind), um eine Länge eines Stranges mit einem rißfreien Zentrum zu erzeugen. Es wurde gefunden, daß die Abziehgeschwindigkeit sodann langsam in der oben beschriebenen Weise auf

165.1 mm/min erhöht werden konnte, ohne daß eine Mittelrißbildung auftrat. Würde die gleiche Geschwindigkeit zu Beginn des Verfahrens, d. h. vor dem Heilen des Risses am unteren Strangende, angewendet worden sein, wäre der Strang von Anfang bis Ende rissig geworden.

Beim Betrieb einer typischen Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist eine Bodenplatte am Anfang derart angeordnet, daß sie das untere Ende der Stranggießkokille verschließt. Sodann wird die Bodenplatte in herkömmlicher Weise mit niedriger Anfangsgeschwindigkeit abgesenkt, z. B. mit einer Geschwindigkeit von 76,2 bis 101,6 mm/min für Stränge

ίο in einer Größenordnung von 101,6 bis 228,6 mm Durchmesser. Dabei durchwandert die Bodenplatte einen Weg d_v der bei dieser Stranggröße 50,8 bis 127,0 mm beträgt.

Nachdem die Bodenplatte um den Betrag d_x abge-

senkt worden ist, wird die Absenkgeschwindigkeit der Bodenplatte langsam erhöht, während sie einen weiteren Weg d₂ von 50,8 bis 127,0 mm Länge durchläuft, und zwar bis zu einer Geschwindigkeit, die geringfügig unterhalb V^₀ liegt. Nachdem die Boden-

platte um den Betrag d₂ abgesenkt worden ist, wird mit der gleichen Geschwindigkeit ein Strang einer Länge gegossen, die etwa dem 2¹/^fachen des Strangdurchmessers entspricht. Danach wird die Abziehgeschwindigkeit allmählich bis zu einer Geschwindigkeit gesteigert, die über V₁₀₁₀ liegt, jedoch unter V_RIC bleibt.

Bei einem Beispiel wurden V^₀ und V_RIC einer bestimmten Al-Mg-Si-Legierung nach der oben angegebenen Verfahrenseise bestimmt. K^₀ lag dabei bei

ίο 152,4 bis 165,1 mm/min und V_RIG bei etwa 203,2 mm/min.

Zum Gießen von Strängen mit einem Durchmesser von 177,8 mm aus dieser Legierung wurde folgende Verfahrensweise angewendet:

r> 101,6 mm/min Abziehgeschwindigkeit über eine Strecke von 127,0 mm; Erhöhung der Abziehgeschwindigkeit auf 152,4 mm/min während der nachfolgenden Strecke von 152,4 mm; Halten der Abziehgeschwindigkeit von 152,4 mm/min über eine Strecke

4» von 508,0 mm; Steigerung der Abziehgeschwindigkeitauf 190,5 mm/min und Halten bei 190,5 mm/min für die restliche Strecke von 2032,0 mm.

Es wurde gefunden, daß die nach dieser Verfahrensweise hergestellten Stränge gesund waren.

Zum Vergleich wurde folgende Verfahrensweise angewandt:

101,6 mm/min Abziehgeschwindigkeit
über 101,6 mm;
190,5 mm/min Abziehgeschwindigkeit

über die restlichen 1905 mm.

Es wurde gefunden, daß zwei nach dieser Verfahrensweise gegossene Stränge durchgehend rissig waren, da die Gießgeschwindigiceit von unterhalb F^,. auf oberhalb V_MG erhöht wurde, bevor der Mittelriß

ausgeheilt worden war.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggießen von Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen, bei welchem ein flüssiges Kühlmittel unmittelbar auf die verfestigte Oberfläche des aus der Stranggießkokille austretenden Stranges aufgebracht und der Strang zunächst mit geringer Abziehgeschwindigkeit und dann mit einer höheren Abziehgeschwindigkeit abgezogen wird, die aber unter der Rißausbreitungsgeschwindigkeit liegt, bei welcher eine Rißbildung im Zentrum des Stranges nicht ausheilt, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Durchmesser oder einer minimalen Querabmessung von weniger als 100 mm die höhere Abziehgeschwindigkeit aufrechterhalten wird, bis die Länge des aus der Stranggießkokille austretenden Stranges mindestens das 4fache des Strangdurchmessers oder der minimalen Strangquerabmessung beträgt, daß bei einem Durchmesser oder einer minimalen Querabmessung im Bereich von 100 bis 225 mm die höhere Abziehgeschwindigkeit aufrechterhalten wird, bis die Länge des aus der Stranggießkokille austretenden Stranges mindestens das 27₂fache des Strangdurchmessers oder der minimalen Strangquerabmessung beträgt, daß bei einem Durchmesser oder einer minimalen Strangquerabmessung von mehr als 225 mm die höhere Abziehgeschwindigkeit aufrechterhalten wird, bis die Länge des aus der Kokille austretenden Stranges mindestens das 2fache des Strangdurchmessers oder der minimalen Strangquerabmessung beträgt, und daß danach bei diesen Durchmesser- bzw. Querabmessungsbereichen die Abziehgeschwindigkeit mit einer Beschleunigung von 3,2 bis 127,0 mm/min² entweder kontinuierlich oder in kleinen Stufen auf eine Geschwindigkeit erhöht wird, welche oberhalb der Rißausbreitungsgeschwindigkeit, aber unter der Rißinitiierungsgeschwindigkeit liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Legierung, die 0,45 bis 0,9% Mg und 0,20 bis 0,6% Si, Rest Aluminium enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Legierung, die 0,40 bis 0,8% Mg und 0,7 bis 1,3% Si, Rest Aluminium enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Legierung, die 0,8 bis 1,2% Mg und 0,40 bis 0,8% Si, Rest Aluminium enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Legierung, die 0,35 bis 0,8% Mg und 0,30 bis 0,7% Si, Rest Aluminium enthält.