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EP1314495B1 - Mantel für eine Giesswalze einer Zweiwalzengiessanlage - Google Patents

Mantel für eine Giesswalze einer Zweiwalzengiessanlage Download PDF

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Publication number
EP1314495B1
EP1314495B1 EP02025371.2A EP02025371A EP1314495B1 EP 1314495 B1 EP1314495 B1 EP 1314495B1 EP 02025371 A EP02025371 A EP 02025371A EP 1314495 B1 EP1314495 B1 EP 1314495B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting
drum according
casting drum
copper alloy
cobalt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP02025371.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1314495A3 (de
EP1314495A2 (de
Inventor
Dirk Dr.-Ing. Rode
Thomas Dipl.-Ing. Helmenkamp
Fred Ing. Reichert
Hans-Günter Dr.-Ing. Wobker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KME Special Products GmbH and Co KG
Original Assignee
KME Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10224268A external-priority patent/DE10224268A1/de
Application filed by KME Germany GmbH filed Critical KME Germany GmbH
Publication of EP1314495A2 publication Critical patent/EP1314495A2/de
Publication of EP1314495A3 publication Critical patent/EP1314495A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1314495B1 publication Critical patent/EP1314495B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0622—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by two casting wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0637—Accessories therefor
    • B22D11/0648—Casting surfaces
    • B22D11/0651—Casting wheels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/06—Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon

Definitions

  • the invention relates to a casting roll for a two-roll caster.
  • the temperature gradient between the surface and the back in combination with the cyclic change in the surface temperature of the casting rolls causes thermal stresses in the surface area of the shell material.
  • Another disadvantage of the proven mold material CuCrZr is the relatively low hardness of about 110 HBW to 130 HBW for this application.
  • the solidified steel particles are then forced into the relatively soft surfaces of the casting rolls, thereby significantly affecting the surface quality of the cast strips of about 1.5 mm to 4 mm thickness.
  • the lower electrical conductivity of a known CuNiBe alloy with an addition of up to 1% niobium leads to a higher surface temperature compared to a CuCrZr alloy. Since the electrical conductivity is approximately proportional to the thermal conductivity, the surface temperature of a shell of a casting roll of the CuNiBe alloy is compared to a casting roll with a jacket of CuCrZr with a maximum temperature of 400 ° C at the surface and 30 ° C. increase the back to about 540 ° C.
  • ternary CuNiBe- or CuCoBe alloys generally have a Brinell hardness of over 200 HBW, but reaches the electrical conductivity of the standard semi-finished products produced from these materials, such as rods for the production of resistance welding electrodes or sheets and strips for the production of springs or Leadframes, possibly in the range of 26 Sm / mm 2 to about 32 Sm / mm 2 values. Under optimum conditions, only a surface temperature on the shell of a casting roll of about 585 ° C would be achieved with these standard materials.
  • a curable copper alloy as a material for the production of continuous casting molds is both from the U.S. Patent 4,377,424 as well as from the DE 100 18 504 A1 known. Curable copper alloys can also be used as a material for the production of foundry molds ( US 4,599,120 A ). In principle, the requirements placed on the materials of continuous casting molds and foundry molds are different from those for casting rolls.
  • Alloys with these compositions have disadvantages in the hot workability due to the relatively high alloy element content.
  • high degrees of hot working are required to, starting from the coarse-grained cast structure with several millimeters grain size, a finer-grained product with a grain size ⁇ 1.5 mm (according to ASTM E 112) to achieve.
  • for large casting rolls are so far only with great effort enough large ingots produced with sufficient quality;
  • technical forming facilities are hardly available in order to realize a sufficiently high amount of hot kneading for recrystallization of the cast structure into a fine grain structure with reasonable outlay.
  • the invention is - based on the prior art - the object of the invention to provide a casting roll as part of a Zweiwalzeng screenstrom which can be exposed to near net near final casting of strips of non-ferrous metals readily changing temperature stresses and high rolling pressures with a long service life.
  • the mantle is made by the casting, hot working, solution annealing at 850 ° C to 980 ° C, cold working up to 30% and curing at 400 ° C to 550 ° C over a period of 4-32 hours, with the sheath giving a maximum of has a mean grain size of 1.5 mm according to ASTM E 112, a hardness of at least 170 HBW and an electrical conductivity of at least 26 Sm / mm 2 .
  • a casting roll formed in this way as part of a two-roll casting installation it is possible to increase the speed during casting of a non-ferrous metal strip, in particular of aluminum or an aluminum alloy, by more than twice compared with a roll arrangement equipped with pure steel jackets.
  • a significantly improved surface quality of the cast strip is achieved.
  • a significantly longer life of the shell is guaranteed.
  • the casting roll can be designed as a hollow cylinder, that is to say inherently rigid without a core.
  • the surface which comes into contact with the strips to be cast can also be part of a jacket with a core, in particular a steel core.
  • the jacket can then be shrunk, flipped or pulled onto such a core as a carrier and then mechanically clamped.
  • the envelope surface of the surface of the casting roll may be cylindrical or cambered to compensate for roll deflection, if desired.
  • a further improvement of the mechanical properties of the shell, in particular an increase in the tensile strength can be advantageously achieved according to claim 2, that the copper alloy 0.03% to 0.35% zirconium and 0.005% to 0.05% magnesium.
  • the copper alloy for the cladding contains ⁇ 1.0% cobalt, 0.15% to 0.3% beryllium and 0.15% to 0.3% zirconium.
  • the ratio of cobalt to beryllium is between 2 and 15.
  • this ratio of cobalt to beryllium from 2.2 to 5.
  • the copper alloy in addition to cobalt contains up to 0.6% nickel.
  • the copper alloy of the shell contains up to a maximum of 0.15% of at least one element of the group comprising niobium, manganese, tantalum, vanadium, titanium, chromium, cerium and hafnium.
  • the shell according to claim 8 in the cured state has a mean particle size of 30 microns to 500 microns according to ASTM E 112, a hardness of at least 185 HBW, a conductivity between 30 and 36 Sm / mm 2 , a 0, 2% proof stress of at least 450 MPa and an elongation at break of at least 12%.
  • the jacket is provided with a coating which reduces the heat permeability or evenens out the heat flow
  • the product quality of the cast-off tape can be further increased from a non-ferrous metal, but in particular aluminum or an aluminum alloy.
  • This coating is effected specifically due to the performance of the jacket of a copper alloy in particular an aluminum strip characterized in that at the beginning of a Abg discern- and rolling process from the interaction of copper with aluminum on the surface of the shell forms an adhesion layer from which then in the course of the casting process aluminum penetrate into the copper surface and there form a stable resistant diffusion layer whose thickness and property are substantially determined by casting speed and cooling conditions. This improves the surface quality of the aluminum strip and consequently significantly increases product quality.
  • the surface of the casting roll may be formed smooth according to claim 11. This design can be achieved in particular by rolling. In this way, compressive stresses are induced in the edge zone which allow additional resistance to cracking and crack propagation in order to increase the life of the casting roll.
  • the surface of the casting roll is textured. Texturing can be done, for example, by cutting, rolling, eroding or blasting. By such measures, the heat transfer coefficient can be influenced in a targeted manner.
  • Such a substance may be a ceramic material in addition to a metallic material, such as in particular nickel or a nickel alloy.
  • a metallic material such as in particular nickel or a nickel alloy.
  • alloys A to G alloys A to G
  • comparative alloys H to J
  • the alloys according to the invention for producing a shell of a casting roll achieve the desired recrystallized fine-grain structure with a correspondingly good elongation at break.
  • a particle size of more than 1.5 mm is present, which reduces the plasticity of the material.
  • the alloys A to G according to the invention again exhibit good elongations at break and a grain size of less than 0.5 mm, while the comparison alloys H to J have a coarse grain with a grain size of more than 1.5 mm and lower elongation at break values.
  • these copper alloys have clear processing advantages in the manufacture of jackets, especially for larger casting rolls of two-roll casters, which makes it possible to produce a fine-grained end product with optimal basic properties for the application area.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gießwalze für eine Zweiwalzengießanlage.
  • Das weltweite Ziel, insbesondere der Stahlindustrie, Halbzeug möglichst endabmessungsnah zu gießen, um Warm- und/oder Kaltverformungsschritte einzusparen, hat seit etwa 1980 zu einer Reihe von Entwicklungen, beispielsweise in Ein- und Zweiwalzen-Stranggießverfahren geführt.
  • Bei diesen Gießverfahren treten an den wassergekühlten Walzen oder Rollen beim Gießen von Stahllegierungen, Nickel, Kupfer sowie Legierungen, die sich nur schwer warm walzen lassen, im Eingießbereich der Schmelze sehr hohe Oberflächentemperaturen auf. Diese liegen z.B. beim endabmessungsnahen Gießen einer Stahllegierung bei 350°C bis 450°C, wobei die Mäntel der Gießwalzen aus einem CuCrZr-Werkstoff mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 48 Sm/mm2 und einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 320 W/mK bestehen. Werkstoffe auf CuCrZr-Basis wurden bisher vornehmlich für thermisch hoch beanspruchte Stranggießkokillen und Gießräder eingesetzt. Die Oberflächentemperatur fällt bei diesen Werkstoffen durch die Kühlung der Gießwalzen zyklisch bei jeder Umdrehung kurz vor dem Eingießbereich auf etwa 150 °C bis 200 °C ab. Auf der gekühlten Rückseite der Gießwalzen bleibt sie dagegen während des Umlaufs weitgehend konstant bei etwa 30 °C bis 40 °C. Der Temperaturgradient zwischen Oberfläche und Rückseite in Kombination mit der zyklischen Änderung der Oberflächentemperatur der Gießwalzen bewirkt thermische Spannungen im Oberflächenbereich des Mantelwerkstoffs.
  • Gemäß Untersuchungen des Ermüdungsverhaltens an dem bisher verwendeten CuCrZr-Werkstoff bei verschiedenen Temperaturen mit einer Dehnungsamplitude von ± 0,3 % und einer Frequenz von 0,5 Hertz - diese Parameter entsprechen etwa einer Umdrehungsgeschwindigkeit der Gießwalzen von 30 U/min - ist beispielsweise bei einer maximalen Oberflächentemperatur von 400 °C, entsprechend einer Wanddicke von 25 mm oberhalb der Wasserkühlung, im günstigsten Fall eine Lebensdauer von 3000 Zyklen bis zur Rißbildung zu erwarten. Die Gießwalzen müssen daher bereits nach einer relativ kurzen Betriebszeit von etwa 100 Minuten zwecks Beseitigung von Oberflächenrissen nachgearbeitet werden. Die Standzeit zwischen den Nacharbeiten ist dabei unter anderem wesentlich von der Wirksamkeit der Schmier-/Trennmittel an der Gießfläche, der konstruktiv und prozeßbedingten Kühlung sowie der Gießgeschwindigkeit abhängig. Für das Auswechseln der Gießwalzen muß die Gießmaschine angehalten und der Gießvorgang unterbrochen werden.
  • Ein weiterer Nachteil des bewährten Kokillenwerkstoffs CuCrZr ist die für diesen Anwendungsfall relativ geringe Härte von etwa 110 HBW bis 130 HBW. Bei einem Ein- oder Zweiwalzen-Stranggießverfahren ist es nämlich nicht vermeidbar, daß bereits vor dem Eingießbereich Stahlspritzer auf die Walzenoberflächen gelangen. Die erstarrten Stahlpartikel werden dann in die relativ weichen Oberflächen der Gießwalzen gedrückt, wodurch die Oberflächenqualität der gegossenen Bänder von etwa 1,5 mm bis 4 mm Dicke erheblich beeinträchtigt wird.
  • Auch die geringere elektrische Leitfähigkeit einer bekannten CuNiBe-Legierung mit einem Zusatz von bis zu 1 % Niob führt im Vergleich zu einer CuCrZr-Legierung zu einer höheren Oberflächentemperatur. Da sich die elektrische Leitfähigkeit etwa proportional zur Wärmeleitfähigkeit verhält, wird sich die Oberflächentemperatur eines Mantels einer Gießwalze aus der CuNiBe-Legierung im Vergleich zu einer Gießwalze mit einem Mantel aus CuCrZr mit einer maximalen Temperatur von 400 °C an der Oberfläche und 30 °C auf der Rückseite auf etwa 540 °C erhöhen. Ternäre CuNiBe- bzw. CuCoBe-Legierungen weisen zwar grundsätzlich eine Brinellhärte von über 200 HBW auf, jedoch erreicht die elektrische Leitfähigkeit der aus diesen Werkstoffen hergestellten Standard-Halbzeuge, wie beispielsweise Stangen zur Fertigung von Widerstandsschweißelektroden bzw. Blechen und Bändern zur Herstellung von Federn oder Leadframes, allenfalls im Bereich von 26 Sm/mm2 bis etwa 32 Sm/mm2 liegende Werte. Unter optimalen Bedingungen wäre mit diesen Standardwerkstoffen lediglich eine Oberflächentemperatur am Mantel einer Gießwalze von etwa 585 °C zu erreichen.
  • Auch für die aus dem US-Patent 4,179,314 grundsätzlich bekannten CuCoBeZr- bzw. CuNiBeZr-Legierungen ergeben sich keine Hinweise, daß bei gezielter Auswahl der Legierungskomponenten Leitfähigkeitswerte von > 38 Sm/mm2 in Verbindung mit einer Mindesthärte von 200 HBW erreichbar sind.
  • Eine aushärtbare Kupferlegierung als Werkstoff zur Herstellung von Stranggußkokillen ist sowohl aus dem US-Patent 4,377,424 als auch aus der DE 100 18 504 A1 bekannt. Aushärtbare Kupferlegierungen können auch als Werkstoff zur Herstellung von Gießereiformen verwendet werden ( US 4,599,120 A ). Grundsätzlich werden an die Werkstoffe von Stranggießkokillen und Gießereiformen andere Anforderungen gestellt als an Werkstoffe für Gießwalzen.
  • Im Umfang der EP 0 548 636 B1 zählt ferner zum Stand der Technik die Verwendung einer aushärtbaren Kupferlegierung aus 1,0 % bis 2,6 % Nickel, das ganz oder teilweise durch Kobalt ersetzt sein kann, 0,1 % bis 0,45 % Beryllium, wahlweise 0,05 % bis 0,25 % Zirkonium und gegebenenfalls bis zu maximal 0,15 % mindestens eines Elements aus der Niob, Tantal, Vanadium, Titan, Chrom, Cer und Hafnium umfassenden Gruppe, Rest Kupfer einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen und üblicher Verarbeitungszusätze mit einer Brinellhärte von mindestens 200 HBW und einer elektrischen Leitfähigkeit über 38 Sm/mm2 als Werkstoff zur Herstellung von Gießwalzen und Gießrädern.
  • Legierungen mit diesen Zusammensetzungen, wie beispielsweise die Legierungen CuCo2Be0,5 oder CuNi2Be0,5 weisen aufgrund des relativ hohen Legierungselementgehaltes Nachteile in der Warmumformbarkeit auf. Es sind jedoch hohe Warmumformgrade erforderlich, um, ausgehend vom grobkörnigen Gußgefüge mit mehreren Millimetern Korngröße, ein feinkörnigeres Erzeugnis mit einer Korngröße < 1,5 mm (nach ASTM E 112) zu erreichen. Insbesondere für großformatige Gießwalzen sind bislang nur mit sehr hohem Aufwand genügend große Gußblöcke mit ausreichender Qualität herstellbar; kaum verfügbar sind jedoch technische Umformeinrichtungen, um mit einem vertretbaren Aufwand eine ausreichend hohe Warmdurchknetung zur Umkristallisation des Gußgefüges in ein Feinkorngefüge zu realisieren.
  • Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, eine Gießwalze als Bestandteil einer Zweiwalzengießanlage zu schaffen, welche beim endabmessungsnahen Gießen von Bändern aus Nichteisenmetallen ohne weiteres wechselnden Temperaturbeanspruchungen und hohen Walzendrücken bei einer hohen Standzeit ausgesetzt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Durch die Verwendung einer CuCoBeZr(Mg)-Legierung mit bewußt abgestuftem niedrigem Co- und Be-Gehalt kann einerseits eine noch ausreichende Aushärtbarkeit des Werkstoffs zur Erzielung hoher Festigkeit, Härte und Leitfähigkeit sichergestellt werden; andererseits sind nur geringe Warmumformgrade zur vollständigen Umkristallisation der Gußstruktur und Einstellung eines feinkörnigen Gefüges mit ausreichender Plastizität erforderlich.
  • Der Mantel wird durch die Verarbeitungsschritte Gießen, Warmumformen, Lösungsglühen bei 850 °C bis 980 °C, Kaltumformen bis zu 30 % sowie Aushärten bei 400 °C bis 550 °C innerhalb eines Zeitraums von 4-32 h hergestellt, wobei der Mantel eine maximale mittlere Korngröße von 1,5 mm nach ASTM E 112, eine Härte von mindestens 170 HBW und eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 26 Sm/mm2 aufweist.
  • Dank einer derart ausgebildeten Gießwalze als Bestandteil einer Zweiwalzengießanlage gelingt es, die Geschwindigkeit beim Abgießen eines Bands aus einem Nichteisenmetall, insbesondere aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, um mehr als das Doppelte gegenüber einer mit reinen Stahlmänteln bestückten Walzenanordnung zu steigern. Außerdem wird eine deutlich verbesserte Oberflächenqualität des abgegossenen Bands erzielt. Auch ist eine erheblich längere Standzeit des Mantels gewährleistet.
  • Die Gießwalze kann als hohler Zylinder, das heißt eigensteif ohne Kern ausgebildet sein. Die mit den zu gießenden Bändern in Kontakt gelangende Oberfläche kann allerdings auch Bestandteil eines Mantels mit einem Kern, insbesondere einem Stahlkern sein. Der Mantel kann dann auf einen solchen Kern als Träger aufgeschrumpft, gehippt oder aufgezogen und dann mechanisch verklemmt sein.
  • Ferner ist es denkbar, daß bei Verwendung eines Mantels dieser ein- oder mehrlagig ausgebildet sein kann.
  • Die Hüllfläche der Oberfläche der Gießwalze kann zylindrisch oder mit einer Bombierung ausgeführt sein, um gegebenenfalls eine Walzendurchbiegung zu kompensieren.
  • Eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Mantels, insbesondere eine Erhöhung der Zugfestigkeit, kann nach Patentanspruch 2 vorteilhaft dadurch erzielt werden, daß die Kupferlegierung 0,03 % bis 0,35 % Zirkonium und 0,005 % bis 0,05 % Magnesium enthält.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform (Patentanspruch 3) enthält die Kupferlegierung für den Mantel einen Anteil < 1,0 % Kobalt, 0,15 % bis 0,3 % Beryllium und 0,15 % bis 0,3 % Zirkonium.
  • Vorteilhaft ist es ferner, wenn nach Patentanspruch 4 in der Kupferlegierung des Mantels das Verhältnis Kobalt zu Beryllium zwischen 2 und 15 beträgt.
  • Insbesondere beträgt nach Patentanspruch 5 dieses Verhältnis von Kobalt zu Beryllium 2,2 bis 5.
  • Die Erfindung läßt es zu, daß entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 6 die Kupferlegierung neben Kobalt bis zu 0,6 % Nickel enthält.
  • Weitere Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften der Gießwalze können erreicht werden, wenn gemäß Patentanspruch 7 die Kupferlegierung des Mantels bis maximal 0,15 % mindestens eines Elements aus der Niob, Mangan, Tantal, Vanadium, Titan, Chrom, Cer und Hafnium umfassenden Gruppe enthält.
  • Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn der Mantel gemäß Patentanspruch 8 im ausgehärteten Zustand eine mittlere Korngröße von 30 µm bis 500 µm nach ASTM E 112, eine Härte von mindestens 185 HBW, eine Leitfähigkeit zwischen 30 und 36 Sm/mm2, eine 0,2 % Dehngrenze von mindestens 450 MPa und eine Bruchdehnung von mindestens 12 % aufweist.
  • Wenn entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 9 der Mantel mit einer Beschichtung versehen ist, welche die Wärmedurchlässigkeit reduziert bzw. den Wärmefluß vergleichmäßigt, kann die Produktqualität des abgegossenen Bands aus einem Nichteisenmetall, insbesondere jedoch aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, noch weiter gesteigert werden. Diese Beschichtung wird gezielt aufgrund des Betriebsverhaltens des Mantels aus einer Kupferlegierung bei insbesondere einem Aluminiumband dadurch bewirkt, daß sich zu Beginn eines Abgieß- und Walzvorgangs aus dem Zusammenwirken von Kupfer mit Aluminium auf der Oberfläche des Mantels eine Adhäsionsschicht bildet, aus der dann im weiteren Verlauf des Gießverfahrens Aluminium in die Kupferoberfläche eindringen und dort eine stabile widerstandsfähige Diffusionsschicht ausbilden kann, deren Dicke und Eigenschaft durch Gießgeschwindigkeit und Kühlbedingungen wesentlich bestimmt sind. Hierdurch wird die Oberflächenqualität des Aluminiumbands verbessert und folglich die Produktqualität deutlich erhöht.
  • Mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 kann die Standzeit des Mantels noch mehr verlängert werden.
  • Die Oberfläche der Gießwalze kann nach Patentanspruch 11 glatt ausgebildet sein. Diese Gestaltung ist insbesondere durch Walzen erzielbar. Auf diese Weise werden in der Randzone Druckspannungen induziert, die einen zusätzlichen Widerstand gegen Rißbildung und Rißfortschritt ermöglichen, um die Lebensdauer der Gießwalze zu erhöhen.
  • Ferner ist es denkbar, daß entsprechend Patentanspruch 12 die Oberfläche der Gießwalze texturiert ist. Eine Texturierung kann beispielsweise durch Spanen, Rollieren, Erodieren oder Strahlen erfolgen. Durch derartige Maßnahmen kann der Wärmeübergangskoeffizient gezielt beeinflußt werden.
  • Schließlich ist es erfindungsgemäß noch vorstellbar, daß nach Patentanspruch 13 in die durch eine Texturierung gebildeten Vertiefungen ein Stoff mit einer gegenüber der Wärmeleitfähigkeit von Kupfer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit eingebettet ist.
  • Ein derartiger Stoff kann neben einem metallischen Werkstoff, wie insbesondere Nickel oder einer Nickellegierung, auch ein keramisches Material sein. Eine derartige Verfüllung der durch eine Texturierung gebildeten Vertiefungen in der Oberfläche der Gießwalze dient der Erzeugung guter Oberflächengüten und der Sicherstellung einer nachhaltigen Beeinflussung der Wärmeleitfähigkeit.
  • Die Erfindung wird im folgenden noch näher erläutert. Anhand von sieben Legierungen für den Mantel einer Gießwalze (Legierungen A bis G) und drei Vergleichslegierungen (H bis J) wird gezeigt, wie kritisch die Zusammensetzung ist, um die angestrebte Eigenschaftskombination zu erreichen.
  • Alle Legierungen wurden in einem Tiegelofen erschmolzen und zu Rundblöcken gleichen Formats vergossen. Die Zusammensetzung in Gewichtsprozenten ist in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben. Der Zusatz von Magnesium dient der Vordesoxidation der Schmelze und der Zirkoniumzusatz wirkt sich positiv auf die Warmplastizität aus. Tabelle 1
    Legierung Co (%) Ni (%) Be (%) Zr (%) Mg (%) Cu (%)
    A 0,68 - 0,20 0,20 0,03 Rest
    B 1,0 - 0,22 0,22 0,03 Rest
    C 1,4 - 0,20 0,18 0,02 Rest
    D 0,65 - 0,29 0,21 0,04 Rest
    E 1,0 - 0,31 0,24 0,01 Rest
    F 1,4 - 0,28 0,29 0,03 Rest
    G 1,0 0,1 0,22 0,16 0,03 Rest
    H - 1,7 0,27 0,16 - Rest
    I 2,1 - 0,55 0,24 - Rest
    J - 1,4 0,54 0,20 - Rest
  • Die Legierungen wurden anschließend mit einem geringen Verpressungsverhältnis (= Querschnitt des Gußblocks / Querschnitt der Preßstange) von 5,6:1 auf einer Strangpresse bei 950 °C zu Flachstangen verpreßt. Die Legierungen wurden danach einer mindestens 30minütigen Lösungsglühung oberhalb 850 °C mit nachfolgender Wasserabschreckung unterzogen und anschließend 4 bis 32 h im Temperaturbereich zwischen 400 °C und 550 °C ausgehärtet. Es wurden die in der nachfolgenden Tabelle 2 aufgeführten Eigenschaftskombinationen erreicht. Tabelle 2
    Legierung Rm MPa Rp0,2 MPa A % HB 2,5 187,5 el. Leitf. Sm/mm2 Korngröße mm
    A 694 492 21 207 36,8 0,09-0,025
    B 675 486 18 207 32,8 0,09-0,018
    C 651 495 18 211 30,0 0,045-0,013
    D 707 501 19 207 31,4 0,09-0,025
    E 735 505 19 229 33,6 0,045-0,018
    F 735 520 19 224 32,3 0,09-0,025
    G 696 513 18 213 33,5 0,065-0,018
    H 688 556 10 202 41,0 2-3
    I 784 541 11 229 30,3 1,5-3
    J 645 510 4 198 30,9 4-6
    • Rm
    = Zugfestigkeit
    RP0,2
    = 0,2 % Dehngrenze
    A
    = Bruchdehnung
    HBW
    = Brinellhärte
  • Wie den Eigenschaftskombinationen zu entnehmen ist, erreichen die erfindungsgemäßen Legierungen zur Herstellung eines Mantels einer Gießwalze das angestrebte rekristallisierte Feinkorngefüge mit einer entsprechend guten Bruchdehnung. Bei den Vergleichslegierungen H bis J liegt eine Korngröße über 1,5 mm vor, wodurch die Plastizität des Materials reduziert wird.
  • Eine zusätzliche Festigkeitssteigerung läßt sich durch Kaltumformung vor der Aushärtung erreichen. In der nachfolgenden Tabelle 3 sind Eigenschaftskombinationen zu den Legierungen A bis J wiedergegeben, die durch Lösungsglühen des gepreßten Materials von mindestens 30 Minuten oberhalb von 850 °C mit nachfolgender Wasserabschreckung, 10 % bis 15 % Kaltwalzung (Querschnittsreduktion) und anschließender Aushärtung von 2 bis 32 Stunden im Temperaturbereich zwischen 400 °C und 550 °C erreicht werden. Tabelle 3
    Legierung Rm MPa Rp0,2 MPa A % HBW 2,5 187,5 el. Leitf. Sm/mm2 Korngröße mm
    A 688 532 20 211 36,7 0,13-0,025
    B 679 534 18 207 34,6 0,045-0,018
    C 741 600 17 227 34,4 0,065-0,018
    D 690 537 21 207 32,6 0,065-0,025
    E 735 576 19 230 34,7 0,045-0,018
    F 741 600 17 227 34,4 0,13-0,025
    G 695 591 15 224 33,0 0,18-0,035
    H 751 689 9 202 40,9 2-4
    I 836 712 10 229 31,0 2-3
    J 726 651 6 198 31,5 3-6
  • Die erfindungsgemäßen Legierungen A bis G zeigen wiederum gute Bruchdehnungen und eine Korngröße unter 0,5 mm, während die Vergleichslegierungen H bis J ein grobes Korn mit einer Korngröße über 1,5 mm und niedrigere Bruchdehnungswerte aufweisen. Somit besitzen diese Kupferlegierungen eindeutige Verarbeitungsvorteile bei der Herstellung von Mänteln, insbesondere für größere Gießwalzen von Zweiwalzengießanlagen, wodurch es möglich wird, ein feinkörniges Endprodukt mit für den Anwendungsbereich optimalen Grundeigenschaften zu erzeugen.

Claims (13)

  1. Gießwalze für eine Zweiwalzengießanlage, die beim endabmessungsnahen Gießen von Bändern aus Nichteisenmetallen einer wechselnden Temperaturbeanspruchung und hohen Walzdrücken unterliegt, welche einen Mantel aus einer aushärtbaren Kupferlegierung aus-jeweils in Gew.% ausgedrückt - 0,4 % bis 2 % Kobalt, welches teilweise durch Nickel ersetzbar ist, 0,1 % bis 0,5 % Beryllium, wahlweise 0,03 % bis 0,5 % Zirkonium, 0,005 % bis 0,1 % Magnesium und gegebenenfalls maximal 0,15 % mindestens eines Elements aus der Niob, Mangan, Tantal, Vanadium, Titan, Chrom, Cer und Hafnium umfassenden Gruppe, Rest Kupfer einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen und üblicher Verarbeitungszusätze besteht und welche wenigstens hinsichtlich des Mantels durch die Verarbeitungsschritte Gießen, Warmumformen, Lösungsglühen bei 850 °C bis 980 °C, Kaltumformen bis zu 30 % sowie Aushärten bei 400 °C bis 550 °C innerhalb eines Zeitraums von 4 bis 32 h hergestellt ist und eine maximale mittlere Korngröße von 1,5 mm nach ASTM E 112, eine Härte von mindestens 170 HBW und eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 26 Sm/mm2 aufweist.
  2. Gießwalze nach Patentanspruch 1, bei welcher die Kupferlegierung 0,03 % bis 0,35 % Zirkonium und 0,005 %bis 0,05 % Magnesium enthält.
  3. Gießwalze nach Patentanspruch 1 oder 2, bei welcher die Kupferlegierung einen Anteil kleiner 1,0 % Kobalt, 0,15 % bis 0,3 % Beryllium und 0,15 % bis 0,3 % Zirkonium enthält.
  4. Gießwalze nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, bei welcher in der Kupferlegierung das Verhältnis Kobalt zu Beryllium zwischen 2 und 15 beträgt.
  5. Gießwalze nach Patentanspruch 4, bei welcher in der Kupferlegierung das Verhältnis Kobalt zu Beryllium zwischen 2,2 und 5 beträgt.
  6. Gießwalze nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 5, bei welcher die Kupferlegierung neben Kobalt bis zu 0,6 % Nickel enthält.
  7. Gießwalze nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 6, bei welcher die Kupferlegierung bis maximal 0,15 % mindestens eines Elements aus der Niob, Mangan, Tantal, Vanadium, Titan, Chrom, Cer und Hafnium umfassenden Gruppe enthält.
  8. Gießwalze nach Patentanspruch 1, bei welcher der Mantel im ausgehärteten Zustand eine mittlere Korngröße von 30 µm bis 500 µm nach ASTM E 112, eine Härte von mindestens 185 HBW, eine Leitfähigkeit zwischen 30 und 36 Sm/mm2, eine 0,2 % Dehngrenze von mindestens 450 MPa und eine Bruchdehnung von mindestens 12 % aufweist.
  9. Gießwalze nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, bei welcher der Mantel mit einer die Wärmedurchlässigkeit reduzierenden Beschichtung versehen ist.
  10. Gießwalze nach Patentanspruch 9, bei welcher die Beschichtung eine hohe Oberflächenhärte aufweist.
  11. Gießwalze nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, bei welcher die Oberfläche glatt ausgebildet ist.
  12. Gießwalze nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, bei welcher die Oberfläche texturiert ist.
  13. Gießwalze nach Patentanspruch 12, bei welcher in die durch die Texturierung gebildeten Vertiefungen ein Stoff mit einer gegenüber der Wärmeleitfähigkeit von Kupfer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit eingebettet ist.
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