DE2625914B2 - Stranggießkokille zum Stranggießen von Stahl - Google Patents
Stranggießkokille zum Stranggießen von StahlInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille aus Kupfer oder einer Kupferlegierung zum Stranggießen
von Stahl, die auf der formgebenden Fläche eine Beschichlung enthält, die Kobalt und/oder Nickel
enthält.
Übliche Stranggießkokillen bestehen aus Kupfer oder Kupferlegierungen und besitzen somit eine hohe
Wärmeleitfähigkeit. Sie können daher wirksam mit Wasser gekühlt werden. Da jedoch die Stranggießkokille
mit geschmolzenem Stahl sehr hoher Temperatur aufnehmen muß. zeigt ihre formgebende Fläche wegen
der nicht zufriedenstellenden physikalischen Eigenschaften des Kupfers bei hohen Temperaturen schon
nach kurzer Zeit deutliche Schaden und wird unbrauchbar, unabhängig davon, wie gut die Stranggießkokille
von außen gekühlt wird.
Um diese Nachteile zu überwinden, wurde die formgebende Fläche mit einer harten Chromplattierung
versehen, um die Stranggießkokille wärmebeständiger und abriebfester zu machen. Es wurde ein Schicht aus
glasartigem Pulver /.wischen der chromplattierten formgebenden Fläche und dem geschmolzenen Stahl
vorgesehen, damit keine direkte Berührung zwischen geschmolzenem Stahl und formgebender Fläche stattfindet.
Dadurch wird die Lebensdauer der Stranggießkokille zwar etwas verbessert, aber die formgebende
Fläche wird nach verhältnismäßig kurzer Zeit wieder freigelegt und beschädigt, da Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit
der harten Chromplattierung ständig abnehmen. Durch die freigelegte Oberfläche können Kupfer
oder !Kupferlegierung am Stahlstrang haften oder in diesen eindringen, wodurch das Gußprodukt spröde
wird oder feine Risse zeigt
Es ist weiterhin bekannt, die formgebende Räche der Stranggießkokille mit einem Nickelüberzug zu versehen.
In der japanischen Patentschrift 28255/1973 wird
ίο z. B. ein Verfahren beschrieben, bei dem diese Fläche
einer Kupferkokille mit Nickel plattiert und die überzogene Stranggießkokille dann in einer nichtoxydierenden
Atmosphäre auf etwa 600 bis etwa 10000C erhitzt wird, wodurch zwischen Nickelplattierung und
Kupfer eine unscharfe Schicht entsteht Dieses Verfahren führt zu einer zähen, innigen Bindung zwischen
Nickelplattierang und Grandoberfläche, und die Lebensdauer der Stranggießkokille wird durrn die
Anwesenheit der wärmebeständigen Nickelschicht verlängert Die Nickelschicht besitzt jedoch eine relativ
geringe Mikrohärte von etwa 25 bis etwa 400 (Vickers-Härte, HV) und nutzt sich daher leicht ab, so
daß zur Erzielung der gewünschten Lebensdauer eine übermäßig dicke Plattierung erforderlich ist, die das
Kühlen der Stranggießkokille erschwert Die unscharfe Nickel-Kupfer-Schicht wird bei diesem Verfahren durch
Erhitzen auf Temperaturen von etwa 600 bis etwa 10000C hergestellt; diese Wärmebehandlung kann
jedoch zur Bildung von Blasen in der Nickelschicht oder
ίο zu einer Verformung der Stranggießkokille führen,
wodurch die Dimensiongenauigkeit des fertigen Stahlstrangs nicht mehr gewährleistet ist.
In der japanischen Patentanmeldung 103033/1973 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine
formgebende Fläche in der Stranggießkokille in einer Dicke von 3 μ bis 300 μ elektrofrei mit Nickel plattiert
wird, das 3 bis 13% Phosphor enthält; anschließend wird die plattierte Stranggießkokille bei einer Temperatur
bis zu 400°C wärmebehandelt. Bei diesem Verfahren soll die Lebensdauer der Stranggießkokille durch den
Überzug aus der Nickel-Phosphor-Legierung mit sehr hoher Wärmebeständigkeit und Härte verbessert
werden; der Unterschied zwischen der Härte der Grundoberfläche der Stranggießkokille (HV 150 bis
250) und der Härte der Nickel-Phosphor-Legierungsschicht (HV 900 bis 1100) ist jedoch zu groß und führt zu
einer Ablösung der Nickel-Phosphor-Schicht. Auch durch diese Kokille läßt sich also die Haltbarkeit der
Stranggießkokille nicht wesentlich verlängern.
ίο Dieselben Nachteile haften einer Stranggießkokille
an, die in der BE-PS 6 64 575 oder der US-PS 33 39 588 beschr.sben ist und bei der die formgebende Fläche der
Stranggießkokille .nil Kobalt beschichtet ist.
Die US-PS 32 04 917 beschreibt eine Kokille zum Gießen von Gegenständen aus Glas, die eine mehrschichtige
Beschichtung mit einer inneren Schicht aus Nickel und einer äußeren Schicht aus Nickel und Bor
enthält. Diese Kokille mag zwar den Anforderungen beim Gießen von Gegenständen aus Glas genügen,
bo jedoch weist sie aus den angegebener. Gründen für das
Stranggießen von Stahl keine ausreichende Lebensdauerauf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Stranggießkokille der eingangs genannten Art dahingeht
hend weiterzubilden, daß deren formgebende Fläche mit einer Beschichtung versehen ist, die insbesondere
eine ausgezeichnete Wärme-, Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, verbunden mit
einer langen Lebensdauer, besitzt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus wenigstens
zwei Schichten besteht, von denen eine innere Schicht aus Nickel und/oder Kobalt besteht und eine äußere
Schicht Ober der inneren Schicht aus Nickel und/oder Kobalt sowie aus 4 bis 20 Gew.-% Phosphor und/oder 2
bis 15 Gew.-% Bor besteht.
Es wurde gefunden, daß die so hergestellte Strang' gießkokille ohne Wärmebehandlung nach Aufbringen
der beiden Schichten eine innige und ausreichende Bindung zwischen erster Schicht und Grundoberfläche
zeigt und daß die zweite Schicht innig mit der ersten verbunden ist Bei der praktischen Verwendung zeigte
sich, daß die Stranggießkokille über lange Zeiträume benutzt v/erden kann. Die erfindungsgemäße Stranggießkokille
zeigt eine bemerkenswerte Korrosionsbeständigkeit, sehr gute Härte und Wärmefestigkeit bei
hohen Temperaturen sowie eine ausgezeichnete Bindung zwischen erster Schicht und Grundoberfläche der
Stranggießkokille. Aufgrund dieser Eigenschaften beträgt die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Stranggießkokille
mehr als das 10Ofache der oben beschriebenen
nickelplattierten Stranggießkokille. Da die erfindungsgemäße Stranggießkokille auch keine besondere
Wärmebehandlung benötigt, ist sie frei von den daraus resultierenden Nachteilen. Die gute Bi dung zwischen
Grundoberfläche, innerer und äußerer Schicht ist darauf zurückzuführen, daß die innere, auf der Grundoberfläche
aufliegende Schicht eine sehr geringe Härte aufweist, während die äußere Schicht außerordentlich
hart ist. Die innere ScLicht gleicht also die Härteunterschiede zwischen benachbarten Schuhten aus und
verleiht der Gesamtstruktur einen allmählich abnehmenden Härtegrad. Die innige Bindung ler einzelnen
Schichten wird auch dadurch gefördert, daß sich die Schichten mit der durch den Gießdruck entstehenden
plastischen Deformierung der Grundoberfläche verformen können, da die äußere Schicht eine hohe Wärme-
und Abriebfestigkeit bei hohen Temperaturen besitzt.
Die Dicken der Schichten können stark schwanken und hängen stark von der Temperatur des geschmolzenen
Stahls und der Art und den Abmessungen der Stranggießkokille ab. Vorzugsweise liegt die Dicke des
Gesamtüberzugs zwischen etwa 50 μ und etwa 2000 μ, kann aber auch außerhalb dieser Bereiche liegen. Bei zu
dünnen Überzügen kann die rohe Grundoberfläche teilweise freigelegt werden, so daß die gewünschte
Haltbarkeit der Stranggießkokille nicht gewährleistet ist; eine zu große Gesamtdicke erfordert längere
Plattierungszeiten und ist praktisch unnötig. Bevorzugt wird allgemein eine Dicke der äußeren Schicht bis zu
etwa 100 μ; die Herstellung übermäßig dicker Schichten
ist von Nachteil, da die Abscheidung der Legierung sehr langsam fortschreitet. Andererseits sollte die äußere
Schicht aber nicht dünner als etwa 10 μ sein. Die Dicke der inneren Schicht liegt also zweckmäßigerweise
zwischen etwa 30 μ und etwa 1900 μ.
Versuche haben ergeben, daß ein Durchbruch wirksam verhindert und die Lebensdauer der Stranggießkokille
weiter verbessert werden kann, indem man die Oberfläche der äußeren Schicht oxydiert und
dadurch einen Oxydfilm auf dieser Oberfläche erzeugt oder die äußere Schicht mit einer Chromplattierung
überzieht. Unter »Durchbruch« ist hier zu verstehen, daß beim Stranggießen von Stahl Tröpfchen des
geschmolzenen Stahls auf der Kokillenoberfläche abfieschieden werden und sich dort verfestigen,
wodurch die Außenhaut der in dieser Stranggießkokille hergestellten Stahlstränge beschädigt wird. Ein solcher
»Durchbruch« findet im allgemeinen statt, wenn die Oberflächenschicht der Stranggießkokille mit dem
geschmolzenen Stahl verträglich ist Die äußere Schicht die aus einer Legierung von Nickel und/oder Kobalt und
Phosphor und/oder Bor besteht, neigt zwar weniger zum »Durchbruch« als die Innenflächen der üblichen
Stranggießkokillen; wird sie jedoch oxydiert oder mit
ίο einer dritten Chromplattierung versehen, so werden auf
ihr praktisch überhaupt keine Stahltröpfchen abgeschieden und der »Durchbruch« völlig verhindert
Der Oxydfilm kann durch bekannte Oxydationsverfahren, vorzugsweise durch anodische Oxydation oder
Flaminoxydation, hergestellt werden. Bei der anodischen-Oxydation
dient die zweite Schicht als Anode und wird bei Zimmertemperatur bis etwa 600C in einer
wäßrigen alkalischen Lösung elektrolysiert Die wäßrige alkalische Lösung kann z. B. 50 bis 300 g/l NaOH, 50
bis 200 g/l Natriumcarbonat oder 100 bis 300 g/l Kaliumhydroxyd enthalten. Die Elektrolyse erfolgt bei
einer Stromdichte von etwa 5 bis etwa iOA/dm2
zwischen Zimmertemperatur und etwa 600C und dauert etwa 5 bis 10 Minuten. Durch diese Behandlung wird die
Oberfläche der äußeren Schicht nach innen fortschreitend oxydiert und ein Oxydfilm gebildet Es reicht völlig
aus, wenn dieser Oxydfilm eine Dicke von wenigstens etwa 0,001 μ aufweist Die Oberfläche der äußeren
Schicht kann auch durch Flammoxydation in einen
j« Oxydfilm der genannten Dicke umgewandelt werden,
indem man sie z. B. in der Atmosphäre mit einem Gasbrenner erhitzt.
Eine Chromplattierungsschicht kann mittels üblicher Elektroplattierungsverfahren aufgebracht werden. Beispiele
für Chromplattierungsbäder sind der Tabelle I zu entnehmen.
Chromsäure 100-300 g/l 100-300 g/l
Schwefelsäure 0,5- 3 g/l 0,01- 1 g/l
Kaliumsilicofluorid 20-60 20-50
DK, A/dm2 3-70 1-30
DK, A/dm2 3-70 1-30
V) Die Dicke der Chromplattierungsschicht kann in
Abhängigkeit von der Temperatur des geschmolzenen Stahls und der Art und den Abmessungen der
Stranggießkokille variieren, beträgt jedoch im allgemeinen etwa 0,1 μ bis etwa 10 μ. Die so erzeugte
Chromschicht auf der Oberfläche der Stranggießkokille besitzt eine verhältnismäßig geringe Härte und geringe
Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärme, Ablösung und Abrieb; sie kann daher im Verlauf des Stranggießens
abgenutzt werden und die darunterliegende äußere
bo Schicht freigeben. Zu dem Zeitpunkt, an dem die äußere
Schicht freigelegt wird, hat die Stahlschmelze auf der Oberfläche der äußeren Schicht jedoch bereits einen
Oxydfilm gebildet, der mit dem geschmolzenen Stahl verträglich ist. Dieser Film wirkt in gleicher Weise wie
der oben beschriebene Oxydfilm und verhindert den »Durchbruch«.
Die nachfolgende Tabelle Il erläutert Ausführungsbeispiele der neuartigen Stranggießkokille.
Beispie! | Innere Schicht | Dicke | Äußere Schicht | Dicke | Oxyd film | Chromfilm |
Nr. | Material | in) | Material | M | Dicke | Dicke |
(P) | W | |||||
Ni Co
15 % Ni 85 % Co
Ni
Ni
Ni
Co
Co
120 170 130 200 200
21C
Ni | 1100 |
Ni | 240 |
Co | 570 |
200
503
76 | % | Ni | 350 |
24 | % | Co | |
87 | % | Ni | 930 |
13 | % | Co | |
36 | % | Ni | 352 |
64 | % | Co | |
Ni | 1000 | ||
Co | 370 |
76 % Ni 24 % Co
400
88 % Ni 12 % P
93 % Ni
7%P
97 % Ni 3% B
88 % Ni 12 % P
88 % Ni 12 % P
84 % Ni
11 % Co 3% P 2% B
98 % Co 2% B
83 % Ni
12 % P
89 % Ni 7% P 4% B
86 % Co 9% P 5% B
62 % Ni 26 % Co 12% P
87 % Ni 10 % Co
3% P
88 % Co 9% P 3% b
91 % Ni 9% P
98 % Co 2% B
86 % Co 9% P 5% B
87 % Ni 10 % Co
3 % P
25 30 32 23 23
23
50 43 15
37 67 30 47
0,1
87 | 0,5 |
50 | 0,7 |
37 | |
30
0,2
lortscl/tmg
Beispiel | Innere Schicht | Picke | Äuüeie Schicht | Dicke | Oxyiinim | Ch mm film |
Nr. | Material | W | Material | (/') | Dicke | Dicke |
220 | 32 | UD | ||||
18 | Ni | 84 7o Ni | - | 4 | ||
11 % Co | ||||||
3 % P | ||||||
2 "/„ 1! | ||||||
Co
H 7 % Ni
i-> Vn (O
2M)
500
86 7Ό Co
5 % 15
SS "<„ Co ■' % ν
3 % W
Claims (5)
1. Stranggießkokille zum Stranggießen von Stahl aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, die auf der
formgebenden Fläche eine Beschichtung enthält, die Kobalt und/oder Nickel enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschichtung aus wenigstens zwei Schichten besteht, von denen eine
innere Schicht aus Nickel und/oder Kobalt besteht und eine äußere Schicht über der inneren Schicht aus
Nickel und/oder Kobalt sowie aus 4 bis 20 Gew.-% Phosphor und/oder 2 bis 15Gew.-% Bor besteht,
2. Stranggießkokille nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht eine Dicke
von etwa 30 μ bis etwa 1900 μ und die äußere Schicht eine Dicke von etwa 10 μ bis etwa 100 μ
besitzt, wobei die Gesamtdicke der ersten und zweiten Schicht etwa 50 μ bis 2000 μ beträgt
3. Stranggießkokille nach Ansprach 1 oder Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Oberfläche der äußeren Schicht eine Oxydschicht, vorzugsweise einer Stärke von wenigstens etwa
0,001 μ, aufweist.
4. Stranggießkokille nach Ansprach 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die
Oberfläche der äußeren Schicht eine dritte Schicht aus Chrom aufgebracht ist.
5. Stranggießkokille nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Chromschicht eine Dicke
von etwa 0,1 μ bis etwa 10 μ besitzt.
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |