DE3109438C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen, geraden oder gekrümmten Stranggießkokillen aus einer Kupferlegierung, bei dem die den Formhohlraum bildenden Kokillenwände durch Sprengstoff verformt werden.The invention relates to a process for the preparation of tubular, straight or curved continuous casting molds a copper alloy in which the mold cavity forming Mold walls are deformed by explosives.

Aus der DE-AS 25 33 528 ist ein Verfahren zum Verformen der Wände von Stranggießkokillen bekannt, bei dem auf die den Formhohlraum bildenden Kokillenwände eine diese Wände verformende Kraft durch Detonation von Sprengstoff aufgebracht und durch diese die Wände auf die geometrischen Abmessungen einer Matrize verformt werden. Der Vorteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß die nach diesem Verfahren verformten Kokillen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung eine besonders gute Oberflächenbeschaffenheit und Maßgenauigkeit im Formhohlraum aufweisen. Darüber hinaus wird durch die Verformungskräfte eine Aufhärtung der Oberfläche erreicht. Dabei kann ein Ausgangswerkstoff mit der Härte 40 Rockwell B auf eine Härte zwischen 50 und 75 Rockwell B aufgehärtet werden.From DE-AS 25 33 528 is a method for deforming the Walls of continuous casting molds known in which on the Mold cavity forming mold walls deforming these walls Force applied by detonation of explosives and through them the walls to the geometric dimensions deformed a die. The advantage of the known Method is that according to this method deformed molds made of copper or a copper alloy a particularly good surface finish and dimensional accuracy have in the mold cavity. In addition, will hardening of the surface due to the deformation forces reached. In this case, a starting material with the hardness of 40 Rockwell B to a hardness between 50 and 75 Rockwell B be hardened.

Der Nachteil bei diesem Verfahren ist darin zu sehen, daß durch die Explosionsumformung nur eine geringe Wanddickenreduzierung, d. h. auch nur eine geringe Gesamtkaltverformung möglich ist. Dieses hat somit eine relativ geringe Gesamtfestigkeit des Querschnitts der Kokille und damit eine nur mäßige Formstabilität zur Folge. Hinzu kommt als weiterer Nachteil, daß bei üblichen Kupferlegierungen, die durch Kaltumformung aufgebrachte Kaltverfestigung bereits bei Temperaturen ab 350°C rückgängig gemacht wird, wodurch die Standzeit bei hochbeanspruchten Kokillen stark eingeschränkt ist. Höhere Festigkeitswerte lassen sich bei dem bekannten Verfahren evtl. durch Verwendung höherlegierter Kupfersorten erreichen. Diese haben jedoch den Nachteil einer unzureichenden Wärmeleitfähigkeit sowie die Neigung zur Bildung von Rissen im Badspiegelbereich.The disadvantage of this method is the fact that only a small reduction in wall thickness due to explosion deformation, d. H. even a small total cold deformation is possible. This therefore has a relatively low overall strength  the cross section of the mold and thus one only moderate dimensional stability result. Add to that as another Disadvantage that in conventional copper alloys by cold forming applied strain hardening already at temperatures from 350 ° C is reversed, reducing the service life is severely limited in highly stressed molds. Higher strength values can be achieved in the known method possibly achieve by using higher-alloyed copper varieties. However, these have the disadvantage of insufficient Thermal conductivity and the tendency to form cracks in the bathroom mirror area.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Kokillen beliebiger Formate, zum Beispiel auch sehr dickwandige Rohrkokillen großer Abmessungen für Vorblockanlagen, hergestellt werden können, die neben einer sehr hohen Festigkeit über die gesamte Wanddicke eine hohe Erweichungstemperatur und Warmfestigkeit aufweisen. Durch Auswahl geeigneter Legierungskomponenten soll es ferner möglich sein, sehr hohe oder zum Beispiel bei Kokillen für magnetische Rührung auch definierte geringere Wärme- bzw. elektrische Leitfähigkeitswerte einzustellen.The invention has for its object to provide a method with the mold of any format, for example too very thick-walled tube molds of large dimensions for bloom systems, can be made in addition to a very high strength over the entire wall thickness a high softening temperature and heat resistance. By selection suitable alloying components should also be possible very high or, for example, with molds for magnetic Stirrer also defined lower heat or electrical Set conductivity values.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der folgenden nacheinander ablaufenden Verfahrensschritte gelöst:
Aus einer aushärtbaren Kupferlegierung wird zunächst ein Rohr hergestellt. Ein vorgeformtes Rohrstück aus diesem Rohr wird lösungsgeglüht und das lösungsgeglühte Rohrstück dann bei einer im Temperaturbereich von 400 bis 600°C liegenden Temperatur mindestens 15 Minuten lang ausgehärtet. Anschließend wird das erkaltete Rohrstück zur Endkalibrierung einer Explosionsumformung unterworfen. Bei gekrümmten Rohrkokillen wird zusätzlich zwischen Lösungsglühung und Aushärtung eine Biegeoperation eingeschaltet. This object is achieved according to the invention by the combination of the following successive process steps:
From a hardenable copper alloy, a pipe is first prepared. A preformed piece of pipe from this tube is solution-annealed and then the solution-annealed piece of pipe cured at a temperature in the range of 400 to 600 ° C temperature for at least 15 minutes. Subsequently, the cooled pipe section for final calibration is subjected to explosion deformation. In curved tube molds, a bending operation is additionally switched on between solution annealing and curing.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stranggießkokillen weisen bereits Festigkeitswerte auf, die wesentlich höher liegen, als die nach dem bekannten Verfahren hergestellten Kokillen. Der Grund liegt darin, daß als Kokillenmaterial aushärtbare Kupferlegierungen verwendet werden. Die Festigkeitszunahme wird bei diesen Werkstoffen durch Glühen im Temperaturbereich von 400 bis 600°C durch Ausscheidungseffekte (Aushärtung) erreicht. Die verbesserten Eigenschaften der Kokille führen zu einer höheren Standzeit, die sowohl aus einer höheren Formbeständigkeit gegenüber thermischen Spannungen, insbesondere bei höheren Temperaturen, als auch aus einer höheren Verschleißfestigkeit, die zu einem geringen Abrieb führt, resultiert.The produced by the process according to the invention Continuous casting molds already have strength values that are much higher than those by the known method manufactured molds. The reason is that as mold material hardenable copper alloys are used. The increase in strength is in these materials by Annealing in the temperature range of 400 to 600 ° C by excretion effects (Curing) achieved. The improved Properties of the mold lead to a longer service life, the opposite of both a higher dimensional stability thermal stresses, especially at higher temperatures, as well as from a higher wear resistance, too results in a low abrasion.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine weitere Festigkeitssteigerung dadurch erreicht werden, daß das Rohrstück nach dem Lösungsglühen mit üblichen Verfahren mechanisch kaltverformt wird. Zweckmäßigerweise wird bei diesem Verfahrensschritt in das Rohrstück ein Dorn - bei gekrümmten Rohrkokillen ein entsprechend gekrümmter Dorn - eingeführt und das Rohrstück dann gemeinsam mit dem Dorn durch eine Matrize gedrückt. Der Kaltverformungsgrad kann dabei je nach gewünschter Endfestigkeit zwischen 2 und 30% betragen. Wegen der sich nach der anschließenden Aushärtung ergebenden, zum Teil sehr hohen Festigkeitswerte ist ferner zweckmäßig, die geometrische Endabmessung der Rohrkokille bereits bei der Kalibrierung nach dem Lösungsglühen anzustreben. Dadurch ist es möglich, den bei der Aushärtung auftretenden Verzug in einem Explosionsschritt zu beseitigen und ein optimales Endprodukt zu erzeugen.In an advantageous embodiment of the method according to the invention can achieve a further increase in strength be that the pipe section after the solution annealing with conventional method is mechanically cold worked. Conveniently, becomes in this process step in the pipe section a mandrel - with curved tube molds a correspondingly curved Dorn - introduced and the pipe piece then together pressed with the mandrel through a die. The degree of cold deformation can thereby depending on the desired final strength between 2 and 30%. Because of itself after the subsequent Curing resulting, sometimes very high strength values is also appropriate, the geometric final dimension the tube mold already during the calibration after the To aim at solution annealing. This makes it possible to use the curing occurs in an explosion step eliminate and produce an optimal end product.

Die Wahl der zu verwendenden aushärtbaren Kupferlegierungen hängt von den spezifischen Anforderungen an den Kokillentyp ab. Für die gängigsten Anwendungen wird mit besonderem Vorteil eine Kupferlegierung mit 0,3-1,2% Chrom und 0,05-0,2% Zirkon verwendet. Mit diesem Werkstoff wird die für Kokillen erforderliche hohe thermische Leitfähigkeit gewährleistet. Im Vergleich zu den bisher standardmäßig eingesetzten Werkstoffen wie SF-Kupfer, Kupfer- Silber-Phosphor-Legierungen, besitzen Kokillen aus dem aushärtbaren Kupfer-Chrom-Zirkon-Werkstoff, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, eine wesentlich höhere Warm- und Verschleißfestigkeit. Sie sind im Einsatz praktisch verzugsfrei und haben sehr hohe Standzeiten.The choice of hardenable copper alloys to use depends on the specific requirements of the mold type from. For the most common applications comes with special  Advantage of a copper alloy with 0.3-1.2% chromium and 0.05-0.2% zirconium used. With this material is the high thermal conductivity required for molds guaranteed. Compared to the previously standard used materials such as SF copper, copper Silver-phosphorus alloys, have molds from the curable copper-chromium-zirconium material, which after the are prepared according to the invention, a significant higher resistance to heat and wear. You are in Use virtually distortion-free and have very long service life.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Kokille aus Kupfer-Chrom-Zirkon ist anhand eines Beispiels näher erläutert.The inventive method for producing a Mold made of copper-chrome zirconium is by way of example explained in more detail.

Aus einer Kupferlegierung mit 0,7% Chrom und 0,18% Zirkon, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen wurde zunächst ein Bolzen gegossen und dieser bei 1030°C zu einem Rohr stranggepreßt. Das stranggepreßte Rohr wurde in Wasser abgeschreckt. Von diesem Rohr wurden Rohrstücke abgetrennt, auf einer Biegemaschine vorgebogen und in den Hohlraum des Rohrstücks eine Matrize mit kreisrundem Querschnitt eingeführt. An der Außenseite des Rohrstücks wurde eine Sprengladung gleichmäßig verteilt und diese gezündet. Anschließend wurde die Matrize aus dem Rohrstück entfernt und das Rohrstück bei 475°C 4½ Stunden lang geglüht. In das aus dem Glühofen entnommene Rohrstück, welches leicht verzogen war, wurde nach dem Erkalten eine Matrize eingesetzt, deren Querschnitt dem Querschnitt des zu gießenden Stranges exakt entspricht. Dabei wurde darauf geachtet, daß die leicht gekrümmte Matrize so in das gekrümmte Rohrstück eingeführt wurde, daß die Krümmungsrichtung des Rohrstücks und die Krümmungsrichtung der Matrize in die gleiche Richtung weisen. Wie oben beschrieben, wurde die Explosionsumformung nochmals durchgeführt und die Rohrkokille dadurch auf das gewünschte Maß kaltverformt. Made of a copper alloy with 0.7% chromium and 0.18% Zircon, residual copper and usual impurities was first cast a bolt and this at 1030 ° C to a tube extruded. The extruded tube became quenched in water. From this pipe were pieces of pipe separated, pre-bent on a bending machine and in the Cavity of the pipe section a die with a circular cross-section introduced. On the outside of the pipe section was evenly disperse an explosive charge and ignite it. Subsequently, the template was removed from the pipe section and the tube piece annealed at 475 ° C for 4½ hours. In the removed from the annealing tube piece, which is easy was warped, a die was used after cooling, whose cross section is the cross section of the to be cast Stranges exactly corresponds. Care was taken to ensure that the slightly curved die so in the curved pipe section was introduced that the direction of curvature of the pipe section and the direction of curvature of the die in the same direction point. As described above, the explosion transformation became carried out again and the tube mold thereby cold formed to the desired level.  

An dieser fertiggestellten Kokille wurden folgende Eigenschaften gemessen:At this finished mold, the following properties measured:

Thermische Leitfähigkeit|87%Thermal conductivity | 87% Erweichungstemperatur (10% Abfall der Festigkeit bei R. T. nach 1 Stunde Glühdauer)Softening temperature (10% decrease in strength in R.T. after 1 hour annealing time) 525°C525 ° C Härte HB 2,5/62,5Hardness HB 2.5 / 62.5 145145 Zugfestigkeittensile strenght 442 N/mm²442 N / mm² Bruchdehnungelongation 26%26% Warmfestigkeit bei 200°CHeat resistance at 200 ° C 380 N/mm²380 N / mm² Warmfestigkeit bei 350°CHeat resistance at 350 ° C 318 N/mm²318 N / mm²

Die nach dem obengenannten Verfahren hergestellte Stranggießkokille war auch nach einer Gießreise von 450 Chargen im Badspiegelbereich noch ausreichend maßhaltig und zeigte nur am Kokillenfuß geringe Verschleißerscheinungen.The continuous casting mold produced by the above method was also after a casting trip of 450 batches in the bathroom mirror area still sufficiently accurate and showed only at Kokillenfuß low wear.

Die Fertigung einer geraden konischen Vierkantkokille aus dem gleichen Werkstoff Kupfer-Chrom-Zirkon mit noch höheren Festigkeitseigenschaften sei an einem weiteren Beispiel gemäß der Lehre der Erfindung erläutert.The production of a straight conical square mold the same material copper-chrome-zirconium with even higher Strength properties is according to another example according to explained the teaching of the invention.

Zunächst wurde bei 950°C ein rundes Rohr stranggepreßt und dieses auf das gewünschte Vierkantformat durch Ziehen umgeformt. Das Vierkantrohr wurde 45 Minuten bei 990°C lösungsgeglüht. Nach dem Abkühlen wurden abgelängte Rohrstücke mittels eines Dornes und einer Matrize bei gleichzeitiger Wanddickenreduktion um 15% auf das Endmaß kalibriert und bei 450°C sechs Stunden ausgehärtet. Im Anschluß daran wurde die Endkalibrierung wie oben beschrieben durch Explosionsumformung vorgenommen.First, a round tube was extruded at 950 ° C and this is converted to the desired square format by pulling. The square tube was solution annealed at 990 ° C for 45 minutes. After cooling, cut-to-length pieces of pipe were made by means of a mandrel and a die at the same time Wall thickness reduction by 15% calibrated to the final gauge and Hardened at 450 ° C for six hours. After that the final calibration was performed as described above Explosive deformation made.

An dieser fertiggestellten Kokille wurden folgende Eigenschaften gemessen:At this finished mold, the following properties measured:

Thermische Leitfähigkeit|84%Thermal conductivity | 84% Erweichungstemperatursoftening 510°C510 ° C Härte HB 2,5/62,5Hardness HB 2.5 / 62.5 159159 Zugfestigkeittensile strenght 521 N/mm²521 N / mm² Bruchdehnungelongation 21%21%

Bei einer derartig zwischenverformten Kokille wird die Verschleißfestigkeit am Kokillenfuß weiter erheblich verbessert.In such a deformed mold, the wear resistance at Kokillenfuß further improved significantly.

Für Kokillen, bei denen eine besonders hohe thermische Leitfähigkeit, zum Beispiel wegen einer schlechten Kühlwasserqualität erforderlich ist, lassen sich vorteilhaft Kokillen aus einer Kupfer-Legierung mit 0,05-0,3% Zirkon nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellen. Durch eine geeignete mechanische Zwischenkaltverformung sind Zugfestigkeitswerte um 350 N/mm² bei einer Wärmeleitfähigkeit von über 93% erreichbar. Die Erweichungstemperatur dieses Werkstoffes liegt oberhalb 550°C.For molds where a particularly high thermal conductivity, for example because of a bad quality of cooling water is required, can be advantageous molds from a copper alloy with 0.05-0.3% zirconium after produce the method according to the invention. By a suitable intermediate mechanical cold deformation are tensile strength values around 350 N / mm² with a thermal conductivity reachable over 93%. The softening temperature of this Material is above 550 ° C.

Für Sonderfälle, bei denen ein magnetisches Rührverfahren im Bereich des Kokilleneinsatzes vorgesehen ist, wird ein Kokillenwerkstoff mit möglichst geringer elektrischer Leitfähigkeit gewünscht, um die Feldschwächung gering zu halten. Da bei einem solchen Werkstoff die Wärmeleitfähigkeit im gleichen Maße wie die elektrische Leitfähigkeit verringert wird, treten sehr hohe Wandtemperaturen auf. Um die Verzugsfreiheit zu gewährleisten, muß der Kokillenwerkstoff eine entsprechend höhere Warmfestigkeit aufweisen. Diesen Anforderungen genügen zum Beispiel die aushärtbaren Werkstoffe Kupfer-Nickel-Phosphor mit 0,6-1,5% Nickel, 0,1- 0,3% Phosphor sowie Kupfer-Kobalt-Beryllium bzw. Kupfer- Nickel-Beryllium mit 1-2,5% Kobalt oder 1-2,5% Nickel oder 0,5-1,5% Nickel + 0,5-1,5% Kobalt und jeweils 0,3-0,6% Beryllium und ferner Kupfer-Nickel-Silizium mit 0,2-1,1% Silizium und 1,2-3,5% Nickel. For special cases where a magnetic stirring process is provided in the region of Kokilleneinsatzes, is a Mold material with the lowest possible electrical conductivity desired to keep the field weakening low. Since with such a material the thermal conductivity in the the same extent as the electrical conductivity decreases becomes very high wall temperatures occur. To the freedom from distortion to ensure the mold material has a have correspondingly higher heat resistance. These requirements For example, the hardenable materials are sufficient Copper-nickel-phosphorus with 0.6-1.5% nickel, 0.1- 0.3% phosphorus and copper-cobalt-beryllium or copper Nickel beryllium with 1-2.5% cobalt or 1-2.5% nickel or 0.5-1.5% nickel + 0.5-1.5% cobalt and respectively 0.3-0.6% beryllium and also copper-nickel-silicon with 0.2-1.1% silicon and 1.2-3.5% nickel.  

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde zum Beispiel eine gebogene Rechteck-Rohrkokille mit dem Innenformat 200×220 mm und einer Wandstärke von 14 mm aus einer Kupfer-Kobalt- Beryllium-Legierung mit 2,2% Kobalt und 0,54% Beryllium wie folgt hergestellt.For example, a curved rectangular tube mold with the internal format 200 × 220 mm and a wall thickness of 14 mm made of a copper-cobalt Beryllium alloy with 2.2% cobalt and 0.54% beryllium prepared as follows.

Zunächst wurde ein Vierkantrohr durch Strangpressen hergestellt und anschließend bei 935°C 45 Minuten lösungsgeglüht. Auf einer Biegemaschine wurde die gewünschte Krümmung erzeugt. Anschließend wurde ein Rohrstück durch Explosionsumformung wie oben beschrieben über einen Dorn kalibriert. Darauf wurde die Kokille bei 480°C fünf Stunden ausgehärtet. Abschließend wurde der Verzug durch das Aushärten durch Explosionsumformung über einen Dorn beseitigt und die Kokille dabei nachkalibriert.First, a square tube was made by extrusion and then solution heat treated at 935 ° C for 45 minutes. The desired curvature was generated on a bending machine. Subsequently, a piece of pipe by explosive deformation Calibrated over a mandrel as described above. Then the mold was cured at 480 ° C for five hours. Finally, the delay was due to the curing Explosive deformation eliminated through a mandrel and the mold recalibrated.

An dieser Rohrkokille wurden folgende Eigenschaften gemessen:The following properties were measured on this tube mold:

Thermische Leitfähigkeit|54%Thermal conductivity | 54% Erweichungstemperatursoftening 505°C505 ° C Härte HB 2,5/62,5Hardness HB 2.5 / 62.5 235235 Zugfestigkeittensile strenght 805 N/mm²805 N / mm² Bruchdehnungelongation 17%17% Warmfestigkeit bei 200°CHeat resistance at 200 ° C 735 N/mm²735 N / mm² Warmfestigkeit bei 350°CHeat resistance at 350 ° C 622 N/mm²622 N / mm²

Als Einsatz in eine sogenannte Rührkokille wurde wegen der geringeren Feldschwächung eine erheblich bessere Rührwirkung als bei den bisher bekannten Kokillen erzielt. Die Maßstabilität war auch nach mehr als 100 Gießreisen noch vorzüglich.As use in a so-called Rührkokille was due to the lower field weakening a significantly better stirring effect achieved as in the previously known molds. The dimensional stability was still excellent after more than 100 casting trips.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen, geraden oder gekrümmten Stranggießkokillen aus einer Kupferlegierung, bei dem die den Formhohlraum bildenden Kokillenwände durch Sprengstoff verformt werden, gekennzeichnet durch die Kombination folgender nacheinander ablaufender Verfahrensschritte:

• - aus einer aushärtbaren Kupferlegierung wird ein Rohr hergestellt,
• - ein vorgeformtes Rohrstück aus diesem Rohr wird lösungsgeglüht,
• - das lösungsgeglühte Rohrstück wird bei einer im Temperaturbereich von 400 bis 600°C liegenden Temperatur mindestens 15 Minuten lang ausgehärtet,
• - anschließend wird das erkaltete Rohrstück zur Endkalibrierung einer Explosionsumformung unterworfen.

1. A process for the production of tubular, straight or curved continuous casting molds from a copper alloy, in which the mold cavity forming mold walls are deformed by explosives, characterized by the combination of the following successive process steps:

• a tube is made of a hardenable copper alloy,
• - A preformed piece of pipe from this tube is solution annealed,
• the solution-annealed pipe section is cured for at least 15 minutes at a temperature in the range from 400 to 600 ° C.,
• - Then the cooled pipe section is subjected to the final calibration of an explosion transformation.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück zwischen dem Lösungsglühen und der Aushärtung kaltverformt wird.2. The method according to claim 1, characterized that the pipe section between the solution annealing and the curing is cold worked. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das Rohrstück ein Dorn eingeführt und das Rohrstück dann gemeinsam mit dem Dorn zwecks Kaltverformung durch eine Matrize gedrückt wird.3. The method according to claim 2, characterized that introduced into the pipe section a mandrel and the pipe piece then together with the mandrel is pressed by a die for cold deformation. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupferlegierung mit 0,3 bis 1,2% Chrom und 0,05 bis 0,2% Zirkon verwendet wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that a copper alloy with 0.3 to 1.2% chromium and 0.05 to 0.2% zirconium is used.