AT390907B - Verfahren zur herstellung einer rohrkokille mit rechteckigem bzw. quadratischem querschnitt - Google Patents

Description

Nr. 390 907

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Kokilleneinsatzes mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt für eine Stranggießkokille zum Gießen von Stahl, wobei der Kokilleneinsatz aus Kupferwerkstoffen besteht und an seinen inneren, den Formhohlraum für die Stahlschmelze bildenden Flächen eine verschleißfeste Beschichtung aufweist.

Bekanntlich müssen Stranggießkokillen zum Stranggießen von hochschmelzenden Metallen wie Eisen und Stahl aus einem Werkstoff mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit bestehen und deren Wandstärke muß in allen Fällen mindestens so groß gewählt werden, daß sie in ausreichender Weise den zu erwartenden mechanischen Beanspruchungen genügt

Wegen seiner hohen thermischen Leitfähigkeit hat sich Kupfer als Werkstoff für Kokillen durchgesetzt. Da die mechanischen Eigenschaften des Kupfer vielfach nicht ausreichend waren, haben sich in letzter Zeit Stranggießkokillen aus einer niedriglegierten Kupferlegierung als vorteilhafter erwiesen, wobei man bewußt die etwas niedrigere Wärmeleitfähigkeit in Kauf nahm.

Nachteilig bei Stranggießkokillen aus Kupfer oder Kupferlegierungen beim Stranggießen von Stahl ist, daß bestimmte Stahlsorten Kupfer aufhehmen, was zu einer Komgrenzendiffusion und somit zur gefürchteten Rotbrüchigkeit des Stahles führt.

Man hat deshalb schon vorgeschlagen auf der mit der Schmelze in Berührung stehenden Oberfläche verschleißfeste Überzüge aufzubringen (vgl. DE-OS 26 25 914). Diese Überzüge sollen einmal die Abriebsfestigkeit der Kokille und somit die Standzeit erhöhen und weiterhin durch Verringerung der Reibung zwischen dem Gußstrang und der Kokille höhere Gießgeschwindigkeiten ermöglichen.

So ist bereits vorgeschlagen worden, Kokillen auf der mit der Schmelze in Berührung stehenden Oberfläche elektrolytisch mit einer Chrom- bzw. Nickelschicht zu versehen. Diese Schichten zeichnen sich durch eine gute Verschleißfestigkeit sowie durch gute Gleiteigenschaften aus. Bei der Herstellung von Rohrkokillen mit rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt treten jedoch Schwierigkeiten auf, da bedingt durch die schlechte Streufähigkeit des Elektrolytbades eine gleichmäßige Beschichtung insbesondere in den Radien bzw. den Ecken nicht möglich ist. Dieses hat zur Folge, daß sich bei Schichtdicken über 50 pm die Innenkontur einer Rohrkokille in der Weise ändert, so daß die Kokillen nicht mehr zum Gießen geeignet sind (Keyhole-Effekt).

Aus der US-PS 4 328 077 ist es bekannt, an der dem Stahlstrang zugekehrten Innenfläche eines Kokilleneinsatzes eine galvanische Beschichtung vorzusehen. Nach der Beschichtung des Kokilleneinsatzes soll eine Rekalibrierung desselben durch Explosionsumformung erfolgen, um die ursprüngliche Form und Abmessung des Kokilleneinsatzes wieder herzustellen. Abgesehen davon, daß es sich bei dem aus der US-PS 4 328 077 bekannten Verfahren um ein Reparaturverfahren handelt, ist eine Explosionsumformung nicht geeignet, Kokillenrohre mit rundem Querschnitt in solche mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt umzuformen.

Die DE-AS 1 267 647 beschreibt die fortlaufende Verformung von dünnwandigen runden Rohren in Rohre eckigen Querschnitts, wobei im Rohrinneren sog. Kantenbildungsrollen und am äußeren Rohrumfang Walzenpaare angeordnet sind. Dünnwandige Blechrohre sind mit mechanisch hochfesten Kokilleneinsätzen nicht vergleichbar. Unabhängig davon läßt sich das aus der DE-AS 1 267 647 bekannte Verfahren nicht auf die Herstellung von Kokilleneinsätzen übertragen, weil weder die Gleichmäßigkeit der Umformung zur Erzielung der gewünschten Härte noch die Gleichmäßigkeit der Wanddicke, die beide Voraussetzungen bei der Kokillenherstellung sind, erreicht werden können.

Die DE-PS 1 809 633 betrifft die Herstellung von Kokilleneinsätzen mittels einer ein Ausgangsrohr umschließenden Matrize und eines in das Rohr eingeschobenen Domes, auf den das Rohr beim Durchlaufen der Matrize "aufgebügelt" wird. Die DE-PS 1 809 633 gibt dem Fachmann zwar die Anregung, für die speziellen Bedürfnisse beim Stahlstranggießen mechanisch hochfeste und maßgenaue Kokilleneinsätze herzustellen, jedoch keine Hinweise auf im Querschnitt rechteckige oder quadratische Kokilleneinsätze, die mit einer über die gesamte Innenfläche einschließlich der Eckbereiche gleichmäßigen sowie gleichmäßig dicken verschleißfesten Schicht versehen sind.

Aus der DE-OS 26 25 914 ist es bekannt, Kokillenoberflächen mit einer Schutzschicht zu versehen. Hinweise auf eine Umformung einer beschichteten Kokille sind der DE-OS 26 25 914 nicht zu entnehmen. Insbesondere sind auch keine Hinweise auf eine Umformung einer Kokille mit rundem Querschnitt in eine Kokille mit Rechteckform zu entnehmen.

In der DE-OS 25 33 528 wird ein Verfahren zum Explosionskalibrieren einer Rohrkokille mit eingeschobenem Dom beschrieben. Ein Verfahren zum Umformen von Metallrohren mit eingeschobenem Dom ist auch aus der FR-PS 14 01 473 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, rohrförmige Kokilleneinsätze mit rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt herzustellen, die an ihrer der Schmelze zugekehrten Oberfläche eine elektrolytisch aufgebrachte, verschleißfeste Schicht mit einer Wanddicke von mindestens 150 μτη aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst, wie an sich bekannt, auf die Innenfläche eines im Querschnitt runden Rohres auf elektrolytischem Weg die Beschichtung aufgebracht wird, daß dieses beschichtete runde Rohr zur Bildung einer Diffusionsschicht zwischen Rohrinnenfläche und Beschichtung geglüht wird und daß anschließend das im Querschnitt runde, beschichtete Rohr zum Kokilleneinsatz mit rechteckigem -2-

Nr. 390 907 oder quadratischem Querschnitt umgeformt wird, wobei die Umformung, wie an sich bekannt, mittels eingeschobenem Dom und einer das beschichtete Rohr auf den Dom aufpressenden Matrize erfolgt und die Dicke der verschleißfesten Schicht gegenüber der Dicke der Schicht auf dem im Querschnitt runden Rohr nur unwesentlich verringert wird.

Durch die besondere Kombination der erfindungsgemäß vorzunehmenden Verfahrensschritte ist es überraschenderweise möglich, qualitativ hochwertige Rohrkokillen für den Stahlstrangguß mit rechteckförmigem oder quadratischem Querschnitt herzustellen, die eine elektrolytisch aufgebrachte verschleißfeste Beschichtung auf der Innenoberfläche aufweisen. Die zur Bildung einer Diffusionsschicht zwischen Rohrinnenoberfläche und Beschichtung durchgeführte Glühbehandlung trägt zu diesem Erfolg genauso bei, wie die anschließende Verformung des im Querschnitt runden beschichteten Rohrs zum Kokilleneinsatz mit reckteckigem oder quadratischem Querschnitt. Diese Verformung führt nämlich zu einer Festigkeitssteigerung der Beschichtung sowie zu einer Erhöhung der Haftung der aus Kupferwerkstoff der Kokille und dem Beschichtungsmaterial gebildeten intermetallischen Verbindung.

Das Glühen des beschichteten Rohres nach dem Beschichten, um eine Diffusionsschicht zwischen der Beschichtung und dem Rohr zu erhalten, wird vorzugsweise bei 500 bis 1000 °C durchgeführt. Ein unter Umständen beim Glühen auftretendes Verziehen des Kokilleneinsatzes kann durch die nachträgliche Kaltverformung wieder aufgehoben werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Rohr mit einer Nickelschicht versehen, deren Wanddicke mindestens 150 pm beträgt. Gegenüber Chrom wird dem Werkstoff Nickel der Vorrang eingeräumt, da eine elektrolytisch erzeugte Chromschicht kalt praktisch nicht umgeformt werden kann. Die gegenüber Chrom geringere Härte des Nickels, die mit maßgeblich für die Abriebfestigkeit der Schicht ist, kann bei dem Werkstoff Nickel dadurch ausgeglichen werden, daß man dem Elektrolyten Feststoffpartikel, beispielsweise in Form von Siliziumcarbid, zufügt. Die Feststoffjpartikel werden bei der Elektrolyse im Kristallgitter des Nickels eingelagert und führen somit zu einer wesentlichen Steigerung der Festigkeit, wobei die thermische Leitfähigkeit nur geringfügig abnimmt. Die Wanddicke der abgeschiedenen Schicht beträgt mindestens 150 pm und kann bis zu 4 mm betragen. Damit ist es entsprechend dem unterschiedlichen Verschleißbeanspruchungen möglich, die Standzeiten der Kokillen der Kokille den praktischen Bedürfnissen anzupassen, gegebenenfalls lassen sich auch mechanische Nacharbeiten durchführen.

Die Umformung des beschichteten Rohres wird zweckmäßigerweise durch Ziehen mittels Dom und Matrize durchgeführt. Dadurch erreicht man, daß die Wanddicke sowohl der Kupferschicht als auch der Verschleißschicht gleichmäßig abnehmen, und ein Kokilleneinsatz mit den gewünschten Abmessungen erhalten wird. Werden Rohrkokillen mit höchsten Anforderungen an die Maßgenauigkeit gefordert, so kann gemäß einem Vorschlag der Erfindung der Kokilleneinsatz auch nach dem Ziehen durch Explosionsumformung nachkalibriert werden. Bei diesem Verfahren wird in den Innenraum des Kokilleneinsatzes ein Dom mit rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt eingeführt und der Kokilleneinsatz auf den Dom durch Explosionswirkung aufgeformt. Setzt man bei diesem Verfahren einen gekrümmten Dom ein, erhält man bei einen Einsatz für sogenannte gekrümmte Kokillen.

Zur Herstellung von gekrümmten Rohrkokillen kann man gemäß der Erfindung auch so Vorgehen, daß in die gezogenen Rohre ein gekrümmter Dom mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt eingeführt wird und daß das Rohr und der Dom gemeinsam durch eine Matrize gedrückt werden.

Bei einer besonders wirtschaftlichen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird so vorgegangen, daß ein Rohr mit wesentlich größerer Wanddicke und/oder Länge als der fertige Kokilleneinsatz elektrolytisch mit einer Beschichtung versehen wird, daß das beschichtete Rohr zum Rohr mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt umgeformt, und daß anschließend von dem Rohr die Kokilleneinsätze in der gewünschten Länge abgetrennt werden. Der zeitaufwendige elektrolytische Prozeß wird durch die Verwendung eines beispielsweise langen Rohres für eine Vielzahl von Kokilleneinsätzen nur einmal durchgeführt. Wesentlich ist dabei, daß die Wanddicke der eletkrolytisch abgeschiedenen Schicht größer gewählt wird als bei der fertigen Kokille gefordert, da durch die nachfolgenden Ziehprozesse, wie bekannt, die Wanddicke verringert wird. Das gleiche gilt, wenn man bei der Elektrolyse ein Rohr mit wesentlich größerer Wanddicke einsetzt. Durch die nachfolgenden Ziehprozesse erhält man infolge der Querschnittsabnahme ebenfalls ein Rohr großer Länge, von dem dann die fertigen Kokillen in der gewünschten Länge abgetrennt werden können.

Das elektrolytisch beschichtete Rohr wird zweckmäßigerweise zunächst in einem Arbeitsgang oder mehreren Arbeitsgängen auf ein rundes Rohr mit geringeren Querschnittsabmessungen heruntergezogen und erst dann zum Vierkant- bzw. Rechteckrohr umgeformt.

Die oben beschriebene Diffusionsglühung kann beim Mehrfachziehen als Zwischenglühung durchgeführt werden. Auch ein Diffusionsglühen unmittelbar vor der Umformung zum Rechteck oder Quadrat ist möglich.

Die Erfindung wird nun anhand einiger Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1:

Ein Kupferrohrstück mit einer Länge von 850 mm, einer Wanddicke von 10,5 mm und einem Außendurchmesser von 189 mm wird in einem Elektrolysebad mit einer Nickelschicht von 905 pm beschichtet. Dabei ist das Kupferrohrstück als Kathode geschaltet und im Innern des Kupferrohrstückes mit gleichem Abstand zu seiner inneren Oberfläche eine Anode angeordnet. Die nicht zu beschichtende äußere Oberfläche sowie die -3-

Claims (5)

1. Nr. 390 907 Stirnflächen des Kupferrohrstückes sind mit einem nichtleitenden Lack beschichtet. Nachdem die gewünschte Wanddicke erreicht wurde, wird das Rohrstück aus dem Bad entfernt. Mit Hilfe einer Umformmaschine, beispielsweise einer Backendrückmaschine, wird das kreisrunde Rohrstück in ein Rohr mit Vierkant- oder quadratischem Querschnitt umgeformt. In dieses vorgeformte Rohrstück wird ein gekrümmter, konischer Dom mit einem entsprechenden Rechteck- oder quadratischem Querschnitt eingetrieben. Der Dom und das Rohrstück werden dann gemeinsam durch eine Matrize hindurchgedrückt. Der fertige Kokilleneinsatz hat folgende Abmessungen: 122,6 x 138 mm Wanddicke 7,7 mm Länge 801 mm Biegeradius 4939 mm Ni-Schicht 700 pm. Beispiel 2: Auf der Innenfläche eines Kupfenohres von 2,1 m Länge, einem Außendurchmesser von 300 mm und einer Wanddicke von 24 mm wird eine Nickelschicht mit 1300 pm Wanddicke abgeschieden. Das beschichtete Rohr wird mit Hilfe eines Domes und einer Matrize zunächst in mehreren Zügen auf ein rundes Rohr mit einem Außendurchmesser von 227,8 mm und einer Wanddicke von 22 mm heruntergezogen. Das beschichtete Rohr wird dann bei 650 °C mehrere Stunden geglüht, wobei sich eine Diffusionsschicht zwischen der Nickelbeschichtung und dem Kupfer des Rohres bildet In das geglühte Rohr wird ein Dom mit rechteckigem Querschnitt eingeführt und das Rohr durch eine Matrize mit ebenfalls rechteckiger Öffnung hindurchgezogen. Dieses Rohr hat folgende Abmessungen: außen 214,4 x 150,4 mm innen 194,2 x 130,2 mm. Die Dicke der Nickelschicht beträgt dabei ca. 1028 pm. Von dem Rohr werden nun entsprechend der Kokillenlänge Rohrstücke abgetrennt, in diese Rohrstücke ein gekrümmter konischer Dom mit rechteckigem Querschnitt eingedrückt und die Kokillenwandung durch Explosionsumformung auf den Dom aufgeformt. Dorn und Kokillenrohr können, wie oben beschrieben, auch durch eine Matrize hindurchgedrückt werden. Sowohl in der Ausführungsform nach Beispiel 1 als auch in der nach Beispiel 2 kann statt der Reinnickelschicht eine andere elektrolytisch aufgebrachte Schicht verwendet werden (u. a. Nickellegierungen). Weiters kann dem Elektrolyten beispielsweise Siliziumcarbid-Staub zugegeben werden, der während der elektrolytischen Abscheidung der Nickelschicht im Nickelgitter eingebaut wird. Werden Kokillen einzeln mit Flansch benötigt, so können die Flansche im Anschluß an die Umformung zum Rechteck bzw. Quadrat vorzugsweise mittels Elektronenstrahlschweißen an dem Kokillenrohr befestigt werden. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Kokilleneinsatzes mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt für eine Stranggießkokille zum Gießen von Stahl, wobei der Kokilleneinsatz aus Kupferwerkstoffen besteht und an seinen inneren, den Formhohlraum für die Stahlschmelze bildenden Flächen eine verschleißfeste Beschichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst, wie an sich bekannt, auf die Innenfläche eines im Querschnitt runden Rohres auf elektrolytischem Weg die Beschichtung aufgebracht wird, daß dieses beschichtete, runde Rohr zur Bildung einer Diffusionsschicht zwischen Rohrinnenfläche und Beschichtung geglüht wird und daß anschließend das im Querschnitt runde, beschichtete Rohr zum Kokilleneinsatz mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt umgeformt wird, wobei die Umformung, wie an sich bekannt, mittels eingeschobenem Dom und einer das beschichtete Rohr auf den Dom aulpressenden Matrize erfolgt und die Dicke der verschleißfesten Schicht gegenüber der Dicke der Schicht auf dem im Querschnitt runden Rohr nur unwesentlich verringert wird. .4. Nr. 390 907
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr mit einer Nickelschicht versehen wird, deren Wanddicke mindestens ISO pm beträgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kokilleneinsatz durch 5 Explosionsumformung nachkalibriert wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung gekrümmter Rohrkokillen, dadurch gekennzeichnet, daß in die gezogenen Rohre ein gekrümmter Dom mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt eingeführt wird und daß das Rohr und der Dom gemeinsam durch eine Matrize gedrückt werden. 10
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr mit wesentlich größerer Wanddicke und/oder Länge als der fertige Kokilleneinsatz elektrolytisch mit einer Beschichtung versehen wird, daß das beschichtete Rohr zum Rohr mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt umgeformt, und daß anschließend von dem Rohr die Kokilleneinsätze in der gewünschten Länge abgetrennt werden. 15 -5-