專利名稱：銅鑄模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在鋅和/或硫存在下用于熔鋼連續(xù)澆鑄的銅鑄模。
在鋅和/或硫的存在下，使用熔鋼連續(xù)澆鑄的銅鑄模，其最高熱負(fù)荷的與熔鋼相接觸的區(qū)域會(huì)發(fā)生過(guò)早損傷。
作為組成成分的鋅，例如熔化了的汽車(chē)廢料(鋅作為腐蝕保護(hù)層)，與熱的銅表面反應(yīng)，并在擴(kuò)散過(guò)程中形成易碎的α/β/γ-黃銅相。它們會(huì)剝落并導(dǎo)致裂紋形成。
硫，例如由于鑄造助劑而存在的，與銅反應(yīng)生成大體積易碎的硫化銅。它們也同樣會(huì)剝落。就此而言，局部腐蝕形成的應(yīng)力是理想化的裂紋形成的起始點(diǎn)。
從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種在鋅和/或硫的存在下用于熔鋼連續(xù)澆鑄的銅鑄模，它具有明顯延長(zhǎng)的保溫時(shí)間，對(duì)熱流并因此能對(duì)銅鑄模的冷卻性能無(wú)重要影響。
此任務(wù)由本發(fā)明權(quán)利要求1所述技術(shù)特征解決。
據(jù)其所述，在銅鑄模中，熱量最高負(fù)荷的與熔鋼相接觸的區(qū)域配置有擴(kuò)散隔離層。
一種這樣至少是單層的擴(kuò)散隔離層可以按權(quán)利要求2，例如由金屬或準(zhǔn)金屬組成，其鋅和/或硫的溶解度在使用溫度范圍內(nèi)可被忽略。屬于這種材料的特別地是釕(Ru)、錸(Re)、鉭(Ta)、硅(Si)、硼(B)、鎢(W)、鉻(Cr)和鈮(Nb)。如果只有鋅存在，還可以使用鉬(Mo)、鈦(Ti)、銠(Rh)和碲(Te)。
擴(kuò)散隔離層可以在CVD(化學(xué)汽相沉積)或PVD(物理汽相沉積)工藝的幫助下直接涂覆到銅鑄模的銅表面上去。
此外可以考慮的是，將此擴(kuò)散隔離層涂覆在鉻或者其他電鍍層上。
此外，擴(kuò)散隔離層可以作為涂覆例如由鉻和/或鎳組成的磨損層之前的中間層。
涂層類(lèi)型的挑選取決于兩方面因素。一方面，最重要是要滿足擴(kuò)散隔離的目的。另一方面，是要保證滿足作為中間涂層或外涂層具有良好的粘結(jié)性的絕對(duì)必要的先決條件。
擴(kuò)散隔離層組成的另一個(gè)可能性是氧化鉻作為外層。在銅鑄模的使用溫度的范圍內(nèi)，其與鋅和/或硫的溶解度可以被忽略。氧化鉻可以通過(guò)熱/化學(xué)處理(例如在處于氧化氛圍中)而生成鉻涂層。對(duì)此，其優(yōu)點(diǎn)在于，不僅表面本身通過(guò)氧化物阻止了鋅和/或硫向鉻中擴(kuò)散而被保護(hù)，并且本來(lái)一直存在于鉻涂層中的大小裂紋也被該氧化物封閉。
除此以外，在本發(fā)明的范圍中可以考慮，至少一種鉻形式的鉻層作為擴(kuò)散隔離層被離析出來(lái)。對(duì)此，所謂無(wú)裂紋的、微小裂紋和標(biāo)準(zhǔn)化的硬質(zhì)鉻層可以被結(jié)合起來(lái)。此結(jié)合可以這樣進(jìn)行，即從涂層表面到基層物質(zhì)通常沒(méi)有裂紋或者在使用中也通常不產(chǎn)生裂紋。例如這樣一種涂層結(jié)構(gòu)是合適的，即其由無(wú)裂紋或微小裂紋的鉻構(gòu)成的中間層組成并在其上涂覆由標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)鉻組成的外層。
本發(fā)明另外還允許一種由碳化物、氮化物、硼化物或氧化物及其混合物(例如由鈦/鋁(Ti/Al)和鉻(Cr)基構(gòu)成)形式構(gòu)成的涂層作為擴(kuò)散隔離層。在這些組成中，碳化物、氮化物和硼化物優(yōu)選適合作為中間層。氧化物更適合作為外層成分使用。特別地，氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)、碳化鉻(CrC)、氮化鉻(CrN)、碳化鈦(TiC)、氮化鈦(TiN)、碳氮化鈦(TiCN)、鋁氮化鈦(TiAlN)和硼化鈦(TiB2)應(yīng)用于本發(fā)明中是有益的。
同樣通過(guò)將鋁化合物，例如硝酸鋁，涂覆到銅鑄模表面，例如鍍鉻的表面，也可以構(gòu)成擴(kuò)散隔離層。通過(guò)這種涂覆，鑄模的表面層完全被鹽溶液所浸漬和滲透。通過(guò)適度溫度下的灼燒使其在全部表面上以及在微小裂紋和敞開(kāi)的微孔中分解為γ-氧化鋁(Al2O3)。如此，鋅和硫的擴(kuò)散被阻止，并且因此阻止了黃銅的形成或硫腐蝕。借助毛刷或輥軋，通過(guò)浸漬、噴涂或涂抹的方式涂覆硝酸鋁溶液。滲透保護(hù)性能可以通過(guò)多次的浸漬或涂抹進(jìn)行增強(qiáng)。
同樣也可以考慮，作為金屬鑄型材料的銅與作為耐磨損的鎳連同前述的擴(kuò)散隔離的組合。
按照權(quán)利要求3的特征，還可以通過(guò)用合適的漆、樹(shù)脂或合成材料涂覆到銅鑄模的表面，例如鍍鉻的表面上來(lái)獲得擴(kuò)散隔離層。特別合適的材料是硅基或環(huán)氧樹(shù)脂基的漆、樹(shù)脂或合成材料。用此涂覆方法，銅鑄模的表面層被完全浸漬和滲透。通過(guò)轉(zhuǎn)移到室溫或較高溫度下，在全部表面上的涂層以及存在于其下的涂層中微小裂紋和微孔中的涂層得以硬化或者氧化。如此，鋅和硫的擴(kuò)散被阻止，并且阻止了形成黃銅或硫腐蝕。
此外，根據(jù)權(quán)利要求4也可以考慮，此擴(kuò)散隔離層可以由陶瓷材料構(gòu)成。
如果此銅鑄模由管狀或者平面狀的金屬鑄型組成，那么按權(quán)利要求5所述，將擴(kuò)散隔離層優(yōu)選涂覆在金屬鑄型的上半部分，在這里合適的是涂覆在該金屬鑄型長(zhǎng)度的上四分之一或三分之一中。
特別地按權(quán)利要求6所述在管狀或平面狀的金屬鑄型上，將擴(kuò)散隔離層設(shè)置在熔液液面(Badspiegel)高度區(qū)域中。在這個(gè)過(guò)程中，擴(kuò)散隔離層被涂覆在一個(gè)滿足在熔液液面波動(dòng)時(shí)完完全全覆蓋高熱負(fù)荷接觸面的高度上。通常此涂覆區(qū)域在熔液液面高度上下約±50mm范圍內(nèi)或者距管狀或平面狀金屬鑄型的上邊緣約250mm的范圍內(nèi)。優(yōu)選的范圍是在距上邊緣50mm和250mm之間，更優(yōu)選的是在150mm到200mm之間。
按權(quán)利要求7所述，運(yùn)動(dòng)的金屬鑄型(鑄輪、鑄輥)具有擴(kuò)散隔離層，其處于整個(gè)與熔鋼接觸的范圍中。
內(nèi)部試驗(yàn)顯示，此擴(kuò)散隔離層應(yīng)該具有權(quán)利要求8所述的0.002mm到0.3mm的厚度。
該擴(kuò)散隔離層的優(yōu)選厚度按權(quán)利要求9所述是0.005mm到0.1mm。
按權(quán)利要求10所述特征可以構(gòu)成一個(gè)多層涂層作為擴(kuò)散隔離層。在多層涂層中，多個(gè)層和層材料是相互組合的。
下面按照附圖所描述的實(shí)施例進(jìn)一步地詳細(xì)闡述本發(fā)明。


圖1 在澆鑄臺(tái)上看金屬鑄型板的示意2 金屬鑄模管的示意性透視3 在鑄?；纳贤扛驳膯螌訑U(kuò)散隔離層的縱截面4 在鑄?；纳贤扛驳亩鄬油繉拥目v截面5 在鑄?；纳贤扛驳膸в兄虚g涂層的擴(kuò)散隔離層的縱截面6 在鑄?；纳贤扛驳谋Ｗo(hù)層上所涂覆的隔離層的縱截面圖在圖1中，用1表示由銅制成的金屬鑄型板。陰影區(qū)域2表明了與熔鋼接觸的最高熱負(fù)荷區(qū)域。該區(qū)域配置有擴(kuò)散隔離層3。熔液液面4用點(diǎn)劃線表示。熔液液面4可以垂直波動(dòng)，所以擴(kuò)散隔離層3延伸到熔液液面4上下約50mm以覆蓋區(qū)域2。換句話說(shuō)，熔液液面4可以距平面金屬鑄型1的上邊緣5約150mm到200mm。擴(kuò)散隔離層3由金屬材料構(gòu)成。
圖2表示一個(gè)管狀金屬鑄型6。在這里同樣描述了由金屬/準(zhǔn)金屬材料構(gòu)成的擴(kuò)散隔離層7，其處在區(qū)域8中，并且距管狀金屬鑄型6上邊緣9約150mm到200mm。熔液液面10的高度范圍約50mm。
圖3表示鑄模12的基材銅11的縱截面，該鑄模12比如是一個(gè)平面狀或管狀金屬鑄型1、6或一個(gè)未詳細(xì)闡明的運(yùn)動(dòng)的金屬鑄型，比如一個(gè)鑄輪或鑄輥。由例如氧化鋁(Al2O3)組成的單層擴(kuò)散隔離層13涂覆在基材11上。
圖4中再次用11表示鑄模12上的基材銅，基材11上涂覆有多層涂層14，其在實(shí)施例中由與基材11相接觸的涂覆層為15氮化鉻(CrN)、涂覆層16氧化鋁(Al2O3)和作為外層的涂覆層17氮化鈦(TiN)組成。
圖5中同樣用11表示鑄模12上的基材銅。在基材11上涂覆一個(gè)例如由氮化鋁(AlN)構(gòu)成的擴(kuò)散隔離層18。此外，一個(gè)例如由鉻和/或鎳構(gòu)成的單層磨損層19，涂覆在基材11銅至擴(kuò)散隔離層18的過(guò)渡區(qū)域上。
最后，圖6再次表示鑄模12的基材銅11，其上涂覆有由鉻構(gòu)成的保護(hù)層20，保護(hù)層20上有一個(gè)例如由氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成的在保護(hù)層20的表面上厚度逐漸消失的擴(kuò)散隔離層21。
附圖標(biāo)記1-金屬鑄型板2-1的范圍3-擴(kuò)散隔離層4-熔液液面5-1的上邊緣6-管狀金屬鑄型7-擴(kuò)散隔離層8-6的范圍9-6的上邊緣10-熔液液面11-12的基材12-鑄模13-擴(kuò)散隔離層14-多層涂層15-14的層16-14的層17-14的層18-擴(kuò)散隔離層19-磨損層20-保護(hù)層21-擴(kuò)散隔離層
權(quán)利要求
1.用于含有鋅和/或硫的熔鋼連續(xù)澆鑄的銅鑄模，其在最高熱負(fù)荷的與熔鋼相接觸的區(qū)域(2、8)中設(shè)置有擴(kuò)散隔離層(3、7、13、14、18、21)。
2.權(quán)利要求1所述的銅鑄模，其中擴(kuò)散隔離層(3、7、13、14、18、21)由至少一種金屬/準(zhǔn)金屬材料構(gòu)成。
3.權(quán)利要求1所述的銅鑄模，其中擴(kuò)散隔離層(3、7、13、14、18、21)由漆、樹(shù)脂或合成材料構(gòu)成。
4.權(quán)利要求1所述的銅鑄模，其中擴(kuò)散隔離層(3、7、13、14、18、21)由一種陶瓷材料構(gòu)成。
5.權(quán)利要求1至4之一所述的銅鑄模，其中擴(kuò)散隔離層(3、7、13、14、18、21)被配置在管狀或平面狀金屬鑄型(6、1)的上半部分。
6.權(quán)利要求1至5之一所述的銅鑄模，其中擴(kuò)散隔離層(3、7、13、14、18、21)被配置在管狀或平面狀金屬鑄型(6、1)上的熔液液面(4、10)高度的區(qū)域中。
7.權(quán)利要求1至4之一所述的銅鑄模，其中擴(kuò)散隔離層(3、7、13、14、18、21)在運(yùn)動(dòng)的金屬鑄型的整個(gè)與熔鋼接觸的范圍中。
8.權(quán)利要求1至7之一所述的銅鑄模，其中擴(kuò)散隔離層(3、7、13、14、18、21)的厚度為0.002mm至0.3mm。
9.權(quán)利要求1至8之一所述的銅鑄模，其中擴(kuò)散隔離層(3、7、13、14、18、21)的厚度為0.005mm至0.1mm。
10.權(quán)利要求1至9之一所述的銅鑄模，其中擴(kuò)散隔離層(14)作為多層涂層面構(gòu)成。
全文摘要
在鋅和/或硫的存在下用于熔鋼連續(xù)澆鑄的銅鑄模(1)，其在最高熱負(fù)荷的與熔鋼相接觸的區(qū)域(2)具有至少是單層的至少由金屬/準(zhǔn)金屬材料制成的擴(kuò)散隔離層(3)。
文檔編號(hào)B22D11/059GK1493415SQ0315889
公開(kāi)日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2003年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月17日
發(fā)明者H－J·赫姆施梅爾, R·雷斯曼, J·默克, D·羅德, G·胡根舒特, H·舒爾茲, F·麥瓦爾德, H－G·沃伯克, , H-J 赫姆施梅爾, 叨, 嫣, 孤, 植 申請(qǐng)人:Km歐洲鋼鐵股份有限公司