способ изготовления широких боковых стенок кристаллизаторов для отливки тонких слябов

Формула изобретения

1. Способ изготовления широких боковых стенок кристаллизатора для отливки тонких слябов со скоростью от 2 до 6 м/мин и более, отличающийся тем, что для предотвращения раннего трещинообразования, в частности в зоне зеркала расплава, и для уменьшения износа контактной поверхности широкой боковой стенки кристаллизатора при взаимодействии с расплавом стали широкие боковые стенки кристаллизатора изготавливают из дисперсионно-твердеющего сплава на основе меди, содержащего следующие компоненты, мас.%: бериллий от 0,1 до 0,5, никель от 0,5 до 2,0, медь остальное.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сплав на основе меди содержит следующие компоненты, мас.%: бериллий от 0,1 до 0,5, никель от 0,5 до 2,0, медь до 99,4.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что сплав на основе меди содержит максимально 0,5 мас.% примесей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу изготовления широких боковых стенок кристаллизатора, предназначенного для получения разливкой тонких слябов при сравнительно высокой скорости разливки, от 2 до 6 м/мин и более.

Согласно уровню техники, изготавливают широкие стенки кристаллизатора для отливки тонких слябов в таких установках для разливки полос, как CSP (Compact Strip Production) из сплавов меди, например CuCrZr (медь-хром-цирконий) или CuAg (медь-серебро). При этом для стенок кристаллизатора установки CSP предпочтительным является сплав CuAg благодаря своему сравнительно высокому удлинению при повышающихся температурах.

Однако широкие боковые стенки кристаллизатора из CuAg или CuCrZr оказываются не в состоянии воспринимать высокие температурные нагрузки, возникающие в зоне зеркала расплава разливаемого металла, и склонны к образованию в этой области трещин на пластинах, причем особенно высоким трещинообразованием характеризуется сплав CuCrZr. Это трещинообразование служит тогда критерием отбраковки широких боковых стенок кристаллизатора и обуславливает высокие расходы на ремонт и замену при эксплуатации установки для непрерывной разливки.

Установлено, что сплав CuAg несмотря на невысокую прочность на растяжение имеет уменьшенное трещинообразование только потому, что вследствие повышенной способности к удлинению при высоких температурах в пластине кристаллизатора он склонен к понижению напряжений и потому, что благодаря его сравнительно высокой теплопроводности его средняя температура эксплуатации поддерживается на более низком уровне.

Для узких боковых стенок кристаллизатора для отливки тонких слябов в уровне техники следует понимать применение CuCrZr с твердостью около 125 НВ, причем их боковые контактные поверхности для повышения твердости покрывают никелем.

Критерием отбраковки узких стенок в отличие от широких стенок является не трещинообразование, а износ или истирание контактных поверхностей сталью. В противоположность этому наиболее частым критерием отбраковки широких стенок является трещинообразование в зоне зеркала расплава.

В документе DE 3120978 С2 раскрывается некоторое количество дисперсионно-твердеющих сплавов меди и их применение для стационарных кристаллизаторов непрерывной разливки, кроме всего прочего с различными сплавами CuNiBe, которые содержат в качестве дополнительных легирующих компонентов ниобий (Nb), цирконий (Zr), магний (Mg) и/или титан (Ti).

Из документа US-PS 2137281 известен сплав меди CuZrNiBe для кристаллизатора для изготовления полосы (Twin-belt casting), характеризующийся такой совокупностью свойств, как сравнительно высокая твердость при сравнительно высокой теплопроводности.

Из документа GB-PS 954796 известен сплав меди CuBeZrTi для кристаллизаторов, имеющий при сравнительно хорошей теплопроводности сравнительно высокие значения прочности.

Согласно документу ЕР-А-0548636, речь идет об охранном праве на уже известный дисперсионно-твердеющий сплав меди с добавкой никеля, берилия и циркония в качестве материала для изготовления литейных валков и литейных колес. Здесь речь идет об одном случае применения для литейных колес, которые существенно отличаются от кристаллизаторов для отливки тонких слябов.

Документ GB-A-2096496 относится к способу изготовления трубчатого кристаллизатора для установки непрерывной разливки формовкой взрывом, причем здесь возможно применение ряда известных дисперсионно-твердеющих стандартных медных сплавов. Трубчатые кристаллизаторы также не могут сравниваться с кристаллизаторами для отливки тонких слябов.

Документ US-A-4421570 так же, как GB-A-2096496, относится к изготовлению кристаллизаторов (изогнутых или прямых) для установок непрерывной разливки труб. Кристаллизаторы для труб не имеют никакого отношения к кристаллизаторам для тонких слябов.

Документ US-A-4377424 представляет новый сплав меди, состоящий из никеля-берилия и ниобия, применяющийся для обычных пластин кристаллизатора. Добавка Nb должна изменить обычный сплав CuNiBe специально в отношении его изготавляемости. В остальном обычные кристаллизаторы для отливки толстых слябов не сопоставимы с кристаллизаторами для отливки тонких слябов.

Документ US-A-5651844 содержит способ изготовления для улучшения специфических свойств сплавов на основе меди и берилия. Полностью известный процесс изготовления заново описывается математическими формулами.

В реферате по патенту Японии vol.014 no 318 описывается сплав меди, который за счет добавки никеля, берилия, циркония, магния, алюминия должен оказывать воздействие на электромагнитное поле электромагнитного тормоза.

В реферате по патенту Японии vol.014 no 431 раскрывается сплав меди, который за счет добавки никеля, берилия, циркония, магния должен улучшить специфические свойства медного материала, применяющегося для медных стенок кристаллизаторов для отливки тонких слябов. Ссылка на особые проблемы кристаллизаторов для отливки тонких слябов отсутствует.

Для бездефектной разливки, в частности, тонких слябов с высокими скоростями, например 6 м/мин и более, недостаточно имеющихся механических свойств материалов для кристаллизаторов для того, чтобы воспринимать возникающие при этом высокие температуры, в частности, в зоне зеркала расплава.

Исходя из вышеназванного уровня техники в основе изобретения лежит задача создания медных сплавов, особенно подходящих для изготовления широких боковых стенок кристаллизатора для непрерывной разливки тонких слябов с высокой скоростью, за счет применения которых предотвращается раннее трещинообразование, в особенности в зоне зеркала расплава и уменьшается износ поверхности контакта с жидкой сталью, и которые могут противостоять экстремально высоким термическим и механическим воздействиям в процессе литья в течение долгого срока службы.

Для решения этой задачи предлагается применение в способе изготовления широких боковых стенок кристаллизатора для отливки тонких слябов того типа, который описывается в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, дисперсионно-твердеющего сплава на основе меди, содержащего следующие компоненты, мас.%: бериллий - от 0,1 до 0,5, никель от 0,5 до 2,0, медь - остальное (CuNiBe), для предотвращения раннего трещинообразования, в особенности в зоне зеркала расплава и уменьшения износа на контактной поверхности стеки кристаллизатора с расплавом стали.

Этот сплав на основе меди после его термического упрочнения способен с большим преимуществом выдерживать высокие температурные нагрузки в зоне зеркала расплава и оставаться работоспособным в течение длительного срока службы.

Дополнительно к этому успешному результату - в противоположность к таким ранее известным сплавам, как CuCrZr или CuAg - применяемый согласно изобретению сплав меди CuNiBe обладает предпочтительными свойствами материала, например, значительно более высокой прочностью на растяжение около 770 или около 650 Н/мм² и 0,2 предела текучести около 500 Н/мм² как при 20°С, так и при 300°С. Свойства материалов трех, представленных в качестве примера сплавов меди, CuCrZr, CuAg, а также CuNiBe даны в нижеприведенной таблице.

СВОЙСТВА МАТЕРИАЛА

Таблица Химический состав
Значение приблизительное	единица	CuCrZr термически упрочненный	CuAg деформирован в холодн. сост.	CuNiBe специально упрочненный
Химический состав	%	0,70 Cr	0,09 Ag	1,80 Ni
	%	0,10 Zr	0,006 Р	0,30 Be
Физические свойства
Значение приблизительное	единица	CuCrZr термически упрочненный	CuAg деформирован в холодн. сост.	CuNiBe специально закаленный
Теплопроводность	Вт/мК	340	370	300

Механические свойства
Значение приблизительное		единица	CuCrZr термически упрочненный	CuAg деформирован. в холодн, сост.	CuNiBe специально упрочненный
RT при 20°С	0,2% предел текучести Rp 0,2	Н/мм2	300	265	500
	Прочность на растяжение Rm	Н/мм 2	415	280	770
	Удлинение А5	%	25	18	15
при 300°С	0,2% предел текучести R p	Н/мм2	240	195	420
	Прочность на растяжение R m	Н/мм2	330	200	650
	Удлинение А5	%	18	10	8
RT при 20°С	Твердость	НВ	125	100	220

Дополнительное положительное свойство, например устойчивость к механическому износу, получается вследствие высокой твердости материала, применяемого согласно изобретению, равной около 220 НВ, потому что CuNiBe имеет приблизительно такую же твердость, как гальванически нанесенный слой никеля с твердостью приблизительно 220-230 НВ. Таким образом, теперь нет необходимости покрывать никелем широкие боковые стенки кристаллизатора.

Более низкая теплопроводность сплава на основе меди CuNiBe, равная около 300 Вт/мК, по сравнению с CuAg, имеющим 370 Вт/мК, может выравниваться водой за счет уменьшения толщины медной стенки приблизительно на 25%. За счет этого получается также экономия на материале при изготовлении.

Применяемый согласно изобретению сплав на основе меди CuNiBe для изготовления широких боковых стенок кристаллизаторов для непрерывной разливки тонких слябов с высокой скоростью, например от 2 до 6 м/мин и более, содержит в качестве легирующих компонентов от 0,1 до 0,5 мас.% берилия, от 0,5 до 2,0 мас.% никеля и медь до 99,4 мас.% от общего веса. Он не должен содержать более 0,5% примесей, в том числе следов других металлов, таких как Fe, Zr, Cr, Mg и т.д.

Изобретение позволяет за счет не очевидного из уровня техники применения специального сплава меди CuNiBe для широких боковых стенок кристаллизаторов обеспечить непрерывную отливку тонких слябов с высокой скоростью, от 2 до 6 м/мин и более. Существенное улучшение режимных характеристик вследствие более высокого срока службы, в особенности сниженного трещинообразования в зоне зеркала расплава, более экономичного расхода материалов и затрат на изготовление, являются результатом выбора определенных компонентов сплава.