DE3037098C2 - Verfahren zum Herstellen eines warmgewalzten Stranges aus Kupfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.

Derartige Verfahren sind bereits bekannt, vgl. DE-OS 58 807. Stranggegossene Kupferstränge weisen im Gußzustand eine Gefügestruktur auf, bei der die Gefahr besteht, daß es zu Riß- oder Bruchbildungen kommt, wenn der Strang unmittelbar nach dem Austreten aus der Stranggießeinrichtung, wenn er also noch eine Warmformtemperatur besitzt, durch Warmwalzen in seinem Strangquerabschnitt wesentlich verringert wird.

Geht man, um dieses Problem der Rißbildungen zu umgehen, so vor, daß von vornherein ein Strang gegossen wird, der eine kleine anfängliche Querschnittsfläche besitzt und bei dem keine wesentliche Querschnittsverringerung mehr erforderlich ist, um die gewünschte Querschnittsfiäche des hergestellten Strangerzeugnisses zu bekommen, so muß der Nachteil der Unwirtschaftiichkeit des Herstellungsvorgangs in Kauf genommen werden. Hohe Produktionsleistungen und dementsprechend

ίο geringe Kosten sind nämlich nur verwirklichbar, wenn man Stränge großen Querschnitts gießt diese sodann schnell auf geringere Querschnittsflächen des Erzeugnisses bringt und dabei außerdem eine Mindestanzahl von stark verformenden Walzschritten anwendet

Im Interesse der wirtschaftlichen Herstellung hat man -daher versucht, das Problem der Rißbildungen aus der Welt zu schaffen. Dies ist jedoch bislang nur für relativ reines elektrolytisch geläutertes Kupfer gelöst, bei dem der niedrige Verunreinigungsgrad beispielsweise für Blei 3 bis 10 ppm, für Wismut 1 ppm und für Antimon 1 ppm nicht überschreitet Bei so reinem Kupfer kann das Rißbiidungsproblem, wie es in den US-PS 33 17 994 und 36 72 430 aufgezeigt ist, durch spezielle Auslegung der einzelnen Warmwalzschritte gelöst werden, beispielsweise, indem man das Warmwalzen so durchführt daß man in einem ersten Walzschritt eine äußerst starke Querschnittsverringerung bewirkt und die weiteren Walzschritte unter geringerer Querschnittsverringerung und unter Anwendung unterschiedlicher Deformationsachsen durchführt Wie sich gezeigt hat, ist jedoch selbst bei solcher Durchführung des Warmwalzens das Rißbiidungsproblem bei solchen Kupfersträngen, die einen hohen Anteil an Verunreinigungen aufweisen, wie es beispielsweise bei nur feuergeläutertem und nicht elektrolytisch raffiniertem Kupfer der Fall ist, nicht aus der Welt zu schaffen.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der in Rede stehenden Art aufzuzeigen, das das obenerwähnte beim Stranggießen und Warmwalzen auftretende Rißbildungsprob'em au» der Welt schafft, auch wenn es sich um ein hoch verunreinigtes Metall handelt. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dadurch, daß gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem konditionierenden Bearbeitungsschritt, der dem Warmwalzen unmittelbar vorangeht, am Strang eine Oberflächenschale feinkörnigen Gefüges erzeugt wird, wird erreicht, daß der nachfolgende

5!\ Warmwalzvorgang ohne die Gefahr von Rißbildungen sicher durchgeführt werden kann, auch wenn starke Querschnittsverringerungen, auch von mehr als 40%, bewirkt werden und auch wenn der gegossene Kupferstrang einen verhältnismäßig hohen Gehalt an Verunreinigungen besitzt.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es beispielsweise, einen gegossenen Kupferstrang mit einer Querschnittsfläche von 32 cm² oder mehr, der 50 bis 200 ppm Verunreinigungen enthält, beispielsweise Blei, Wismut, Eisen und Antimon, kontinuierlich durch Warmwalzen zu einem Kupferstrang umzuformen, dessen Querschnittsfläche 3,2 cm² oder weniger beträgt, ohne daß es zu einer Rißbildung kommt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematisch vereinfacht gezeichnete Ansicht einer Gieß- und Warmformeinrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;

F i g. 2 einen Querschnitt eines gegossenen Strangs, der sich im wesentlichen im Gußzustand (in diesem Falle mit reihenweise angeordnetem Korn) befindet;

F i g. 3 einen Querschnitt des in F i g. 2 gezeigten gegossenen Strangs im Anschluß an eine leichte Verringerung seines Querschnitts;

Fig.4 einen Querschnitt des in Fig.2 gezeigten Strangs im Anschluß an zwei zueinander senkrecht durchgeführten, leichten Verdichtungen für das Bilden einer vollständigen Schale feinverteilten Korns in der Nähe der Oberfläche des Strangs; und

F i g. 5 einen Querschnitt des in F i g. 2 gezeigten gegossenen Strangs im Anschluß an zwei leichte Verdichtungen und eine schwere warmverformende Verdichtung.

Es wird nun auf die Zeichnung Bezug genommen, in der gleiche Teile in allen Figuren durchgängig mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind. F i g. 1 zeigt schematisiert eine Vorrichtung zum Durchführen des hier aufzuzeigenden Verfahrens. Eine Stranggieß- und Warmwalzeinrichtung 10 weist eine Gießmaschine 12 auf, die ein Gießrad 14 mit einer im Umfang desselben ausgebildeten Nut sowie ein flexibles Band 13 beshzt, das von einer Mehrzahl von Führungsrollen 17 getragen ist, die das flexible Band 16 gegen einen Teil des Umfangs des Gießrads 14 drücken, um die im Umfang desselben ausgebildete Nut zu bedecken und eine Gießkokille zwischen dem Band 16 und dem Gießrad 14 zu bilden. Wenn Metall durch einen Einfülltrichter 19 in die Form eingefüllt wird, wird das Gießrad 14 gedreht, und das Band 16 bewegt sich mit dem Gießrad 14, so daß eine bewegliche Gießform gebildet wird. Ein nicht dargestelltes Kühlsystem innerhalb der Gießmaschine 12 bewirkt daß das geschmolzene Metall in der Form erstarrt und als verfestigter Strang 20 das Gießrad 14 verläßt

Von der Gießmaschine 12 läuft der Strang 20 durch eine Konditioniereinrichtung 21, die Walzgerüste 22 und 23 aufweist Die konditionierenden Walzgerüste 22 und 23 drücken den Strang leicht zusammen, der in dem verdichteten Bereich rekristallisiert, um eine Schale mit einer fein verteilten Kornstruktur an der Oberfläche des Strangs 20 zu bilden. Nach dem Konditionieren wird der Strang 20 durch ein Walzwerk 24 üblicher Art geführt, das eine Mehrzahl von Walzgerüsten 25, 26, 27 und 28 aufweist Die Walzgerüste des Walzwerks 24 bewirken die primäre Warmverformung des Strangs durch nacheinandsrfolgendes Zusammendrücken des konditionierten Strangs, bis dieser auf eine gewünschte Querschnittsgröße und -fläche verkleinert ist.

Die Kornstruktur des Strangs 20 bei dessen Austritt aus der Gießmaschine 12 ist in F i g. 2 gezeigt. Das geschmolzene Metall verfestigt sich in der Gießmaschine unter Ausbildung einer kolumnaren Kornform (Fig.2) oder einer äquiaxialen Kornform oder unter Ausbildung dieser beiden Kornanordnungen je nach Abkühlungsgeschwindigkeit. Diese Struktur im Gußzustand kann durch große Körner 30 gekennzeichnet sein, die sich radial relativ zu den Oberflächen des Strangs (bei kolumnarer Anordnung) erstrecken und voneinander durch Korngrenzen 31 getrennt sind. Die meisten Verunreinigungen, die in dem Strang vorhanden sind, sind längs der Korn- und Dendritengrenzen 31 angeordnet Wenn das Kupfer, das durch den Trichter 19 in das Gießrad 14 eingefüllt ist, nur feuergeläutert und nicht elektrolytisch raffiniert ist und wenn der Strang 20 in diesem Falle unmittelbar dem Walzewerk 24 zugeführt würde, ohne daß er duir.h die Konditioniereinrichtung 21 hindurchgeschickt wird, dann würden die längs der Korngrenzen des Strangs 20 angeordneten Verunreinigungen ein Aufreißen des Strangs an den Korngrenzen bei der Deformation durch die Walzgerüste des WaIzwerks 24 verursachen.

Die Konditioniereinrichtung 21 verhindert diese Rißbildung durch eine Folge vorausgehender leichter Verdichtungen, wie sie in F i g. 3 und 4 gezeigt sind, in denen das Ergebnis der betreffenden Verdichtung dargestellt

to und die vorausgehende Form des Strangs mit strichpunktierten Linien angedeutet ist F i g. 3 zeigt das Ergebnis einer 7%igen Verringerung, die durch das Walzgerüst 22 längs einer horizontalen Kompressionsachse 33 hervorgerufen ist Die kolumnare und/oder äquiaxia-Ie Konstruktur im Gußzustand hat sich rekristallisiert zu einer Schicht äquiaxialen Korns 35, die einen Teil der Oberfläche des Strangs bedeckt Das Innere des Strangs kann noch eine Struktur wie im Gußzustand besitzen.

In F i g. 4 wurde der Strang 20 einer zweiten 7%igen Verringerung durch das Walzgerüst 23 längs einer vertikalen Kompressionsachse 33 unterzogen, die senkrecht zur Kompressionsachse des Walzge:,.istes 22 verläuft Das Volumen des rekristallisierten, fein verteilten Korns 35 bildet nunmehr eine Schale 36 rings um die gesamte Oberfläche des Strangs 20, obgleich das Innere des Strangs noch in gewisser Weise die Struktur wie im Gußzusiand besitzt

Es versteht sich, daß das Bilden der Schale durch eine Konditioniereinrichtung bewirkt werden kann, die eine beliebige Anzahl von Walzgerüsten besitzt vorzugsweise mindestens 2, oder durch irgendeine andere Art von Verformungseinrichtungen, beispielsweise durch Exiruderköpfe, Mehrfach-Schmiedehämmer oder dergleichen, wenn nur die vorausgehende leichte Deformierung des Metalls eine Schale rekristallisierten Korns ergibt, die im wesentlichen die gesamte Oberfläche des Strangs überdeckt oder zumindest die Bereiche, in denen die Rißbildung bei der ersten starken Querschnittsverringerung eintreten würde.

Die einzelnen leichten Verdichtungen sollten eine Verringerung zwischen 5 bis 20% bewirken, vorzugsweise ungefähr 7 bis 10%, so daß es nicht zu einer Rißbildung am Strang während des Konditionierens kommt Die gesamte Deformierung, die die Konditioniereinrichtung 21 bewirkt, muß eine Schale 36 ausreichender Tiefe (zumindest etwa 10%) erzeugen, um Rißbildungen beim Strang während der nachfolgenden schweren Deformierung desselben zu verhindern, wenn der Strang durch die Walzgerüste 25 bis 28 des WaIzwerks 24 geführt wird.

Wenn die Form des Strangs in dem Gußzustand vorstehende Ecken bildet, wie dies bei dem in F i g. 2 gezeigten Strang der Fall ist kann die Form der Druckflächen in den Walzgerüsten 22 und 23 so ausgebildet sein, daß ein übermäßiges Zusammendrücken der Eckbereiche im Vergleich zu den anderen Oberflächenbereichen des Strangs vermieden wird, so daß während des Konditionierens an den Eckbereichen keine Rißbildung auftritt.

Fig. 5 zeigt ein on Querschnitt des Strangs 20 nach einer wesentlichen Verringerung der Querschnittsfläche vermittels des ersten Walzgerüsts 25 des: Walzwerks 24. Die vorher im Innern des Strangs 20 im ursprünglichen Gußzustand verblieben gewesene Struktur wurde rekristallisiert, um fein verteiltes äquiaxiales Korn 35 zu bilden.

Wenn eine Schale 36 an der Oberfläche des Strangs 20 gebildet worden ist, kann eine starke Verringerung

mittels des ersten Walzgerüstes 25 des Walzwerks 24 durchgeführt werden. Es wurde gefunden, daß eine solche erste warmformende Verdichtung mehr als 40% im Anschluß an das vorausgehend vorgenommene erfindungsgemäße Konditionieren betragen darf. Die Mög- s lichkeit, während des anschließenden Warmformens sehr hohe Verringerungen zur Anwendung bringen zu können, bedeutet, daß die gewünschte endgültige Querschnittsgröße und -form unter Verwendung eines Walzwerks erreicht werden kann, das nur wenige Walzgerüste besitzt Obgleich die bei der Erfindung vorgesehene Konditioniereinrichtung ein Walzgerüst oder zwei Walzgerüste erforderlich macht, bleibt daher die Gesamtanzahl von Walzgerüsten und damit die Gesamtgröße der Kosten, die für die Konditioniereinrichtung und die Warmverformungseinrichtung aufzuwenden sind, insgesamt geringer.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht das Stranggießen und Walzen stark verunreinigter Metalle, wie feuergeläuterten Kupfers, die im allgemeinen 50 bis 200 ppm Blei, Wismut, Eisen und Antimon enthalten, ohne daß es zu einer Rißbildung des Strangs kommt. Außerdem wird die Rißbildung während des ganzen Warmform-Temperaturbereichs des Metalls verhindert. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung auch beim Bearbeiten elektrolytisch verfeinerten Kupfers gleichermaßen wirkungsvoll. Man kann daher die gleiche Stranggieß- und Warmwalzeinrichtung für die Herstellung von Metallen unterschiedlicher Feinheit verwenden, je nach den Herstellungsnormen, die bei einem bestimmten Erzeugnis erfüllt werden müssen. Es ist nicht länger erforderlich, die für das zusätzliche Raffinieren entstehenden Kosten zuzüglich zu den Bearbeitungskosten für das Fertigerzeugnis aufzuwenden, wenn es in einem betreffenden Fall nicht erforderlich ist, ein hochreines Erzeugnis herzustellen.

Wenn man es wünscht, die Gefahr der Rißbildung noch weiter zu verringern, kann man bei sämtlichen der Walzgerüste 22, 23 sowie 25 bis 28 elliptisch geformte Walzkanäle vorsehen, um optimale, tangentiale Geschwindigkeiten der Walzen der Walzgerüste relativ zu dem gegossenen Metall zu bekommen, wie dies in der US-PS 33 17 994 beschrieben ist. Derartige Maßnahmen sind jedoch gewöhnlich nicht erforderlich, um Rißbildungen zu vermeiden, wenn die· erfindungsgemäße Vorrichtung in der beschriebenen Weise in Verbindung mit Metallen durchgeführt wird, deren Verunreinigungspegel in dem oben beschriebenen Bereich gelegen ist.

Für den Fachmann versteht sich, daß die Walzgerüste der Konditioniereinrichtung 21 entweder ein gesondertes Bestandteil des Systems sein können oder als integraler Teil des Walzwerks gestaltet sein können.

Die Erfindung wurde im einzelnen unter besonderem Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß Abwandlungen und Weiterbildungen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines warmgewalzten Stranges aus Kupfer, bei dem aus der Schmelze des Kupfers in einer kontinuierlich arbeitenden Stranggießeinrichtung ein Strang gegossen und dieser nach seiner Verfestigung im wesentlichen im Gußzustand und mit Warmformtemperatur kontinuierlich durch ein Walzwerk hindurchgeführt wird, in dem der Strang im Querschnitt so stark verringert wird, daß im wesentlichen vollständige Rekristallisation über den gesamten Strangquerschnitt stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von in hohem Maße Verunreinigungen enthaltendem Kupfer der Kupferstrang für das Warmwalzen konditioniert wird, indem unmittelbar vor dem Warmwalzen eine leichte Querschnittsverringerung des Strangs in solchem Ausmaß durchgeführt wird, daß eine Rekristallisation in einer Oberflächensctel^ des Strangs, deren Querschnittsfläche etwa 10% der Querschnittsfiäche des Stranges entspricht, stattfindet, dieser jedoch in seinem übrigen Bereich für das sich anschließende, zur vollständigen Rekristallisation führende Warmwalzen in etwa im Gußzustand verbleibt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kupfer verwendet wird, bei dem der Anteil der Verunreinigungen mindestens etwa 50 ppm beträgt

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß. Kupfer verwendet wird, das als Verunreinigungen Blei und/oder Wr.mut und/oder Eisen und/oder Antimon im Bereich von etwa 50 bis 200 ppm enthält

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kumulative Verringerung der Querschnittsfiäche des Stranges beim konditionierenden Verformungsschritt im Bereich von etwa 5 bis 20% liegend gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß der konditionierende Verformungsschritt durch ein erstes Zusammendrücken des Stranges um etwa 7% längs einer ersten Kompressionsachse und ein zweites Zusammendrücken um etwa 7% längs einer zweiten Kompressionsachse vorgenommen wird, die um 90° gegenüber der ersten Kompressionsachse verdreht ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dem konditionierenden Verformungsschritt folgende Warmwalzen so vorgenommen wird, daß die Verringerung der Querschnittsfiäche des Strangs mindestens 40% beträgt.