专利名称：结晶器壁,尤其是铸钢连铸结晶器的宽侧壁的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于平板结晶器、管式结晶器或类似结晶器的结晶器壁，尤其是铸钢连铸结晶器的宽侧壁，它具有配设有冷却剂流动通道的或是与一水套导热接触的铜板或铜合金板，所述宽侧壁具有一与钢水直接接触的面和一涂覆于该面上的保护层。
根据应用场合的不同，这些涂层以不同的厚度被涂覆到铜结晶器上。其中一些涂层的缺点是，它们因其硬度高而难于进行机械加工并因而造成较高的加工成本。
因此，经常在涂层的耐磨性与其经济加工之间采取折中方案。
另外，镍的硬度随着温度提高而降低约50％，而镍钴合金和硬镍的硬度约降低30％。
在象赛车发动机厂或模具制造厂这样的行业中，不久前采用了镍-碳化硅-弥散层。在这里涉及的是耐磨性强的涂层，它同时具有高的耐热性。
实验表明，通过淀积弥散剂而改变了金属或金属合金的微观结构。在许多情况下，这种改变造成耐磨性和耐热性的提高。人们还知道了，除了碳化硅颗粒外，淀积超金刚石也导致材料性能即耐磨性的提高。在许多实际应用场合中，要淀积的弥散剂的粒度范围达到了约10纳米至1000纳米。根据研究得出了以下结论，即弥散物的材料性能可能受到弥散剂尺寸的影响。因此，根据应用场合的不同，采用不同的弥散剂尺寸。
一篇尚未公开的德国专利申请10018504.5(申请号)报告了将可硬化的铜合金用于结晶器的情况。该发明在于把可硬化的且具有0.1％-0.5％的铍和0.5％-2％的镍的铜合金用于结晶器，尤其是用于制造薄板坯连铸结晶器的宽侧壁。
文献DE2634633A1在包括一个带有由耐磨材料制成的内涂层的金属体的铸钢连铸结晶器中公开了以下内容，即耐磨层由一电解或无电流淀积的且含有可加入晶格中的且不溶于电解液中的固体颗粒的金属层构成。在这里，耐磨层可含有镍和被加入镍晶格中的金属碳化物颗粒。另外，金属碳化物可以是碳化硅，固体颗粒可以是金刚石粉末。不过，所述固体颗粒也可以由金属氧化物构成。双元镍弥散层具有约380HV1-450HV1的硬度并在室温及350℃-500℃下具有高的耐磨性。
文献DE19801728C1公开了这样一种用于铸造钢坯的连铸结晶器，它由彼此相连的结晶器板和水套构成，在结晶器板和水套之间，借助水输送通道构成了水冷却系统，在这里，水输送通道设置于面对结晶器板的水套侧上，该连铸结晶器的特点是，结晶器宽侧壁及其部件如铜板与带有水输送通道或没有水输送通道但有一块带水输送通道的连接板的水套通过带有锥形螺栓头的紧固螺栓并借助紧固件被紧固在一起，所述锥形螺栓头被容放在相应的且基本成锥形的铜板凹槽中。
为了完成上述任务，本发明在上述类型的结晶器壁中规定了，该保护层由一个电镀制造的双元或三元的弥散金属合金构成，例如在淀积弥散剂的镍的基础上。通过这些措施，明显改善了结晶器壁的所谓“热面”的可加工性和耐磨性。
按照钢种、温度和/或结晶器内钢水涡流对结晶器壁的负荷，最好电镀地在镍中加入钴、铁、锌、铜、锰和铬。
在本发明的优选实施形式中规定，作为用于尽可能改善保护层的物理性能或机械性能的弥散剂采用a)钛、钽、钨、锆、硼、铬、硅的碳化物，b)铝、铬、硅、铍、锆的氧化物。
由此得到本发明的一个主要优点，即例如镍钴-碳化硅弥散涂层在较高温度下如在350℃-500℃下具有比如纯镍、镍钴合金和硬镍小得多的硬度降低。镍的磨损率几乎比有380HV1-450HV1的双元镍钴-碳化硅弥散涂层高16倍，尽管弥散层的硬度只约为纯镍层的两倍，即380HV1-450HV1220HV1。
与镍硅弥散涂层相比，双元镍钴碳化硅弥散涂层的磨损率只约为10％。
这种差异的原因一方面在于存在碳化硅颗粒，另一方面在于弥散层的微观结构。
尽管在这种情况下获得了高的耐磨性，但仍然可以经济地加工双元合金弥散涂层，这是因为它们例如与在室温下具有约600HV1的硬镍合金相比具有380HV1-450HV1的硬度范围，在该硬度范围内，按照经验，仍然能经济地进行加工。
本发明的一个实施形式规定，双元或三元的镍合金改良物质构成了用于结晶器内板的尤其是多层的弥散涂层的基础。
本发明的另一个实施形式的特征是，按照在其微观组织中的纳米级微粒且尤其是碳化硅微粒的淀积情况，可以调整一弥散层的机械性能及物理性能如耐磨性和/或耐热性和/或摩擦学。
因此，技术人员已能与磨损状况及经济加工性有关地挑选对于上述结晶器壁负荷来说是最佳的条件。
此外，最好采用微粒尺寸为1微米-5微米的弥散剂或尺寸为10纳米-1000纳米的钠米级微粒。弥散剂的尺寸和淀积速率例如视摩擦学要求而定。
另外，按照本发明，本发明结晶器壁的实施形式规定，作为尽可能改善保护层机械性能的弥散剂，非金属硬质材料如氮化硼、碳化硼、氮化硅及超金刚石是适用的。
最后，按照本发明，结晶器壁的特征是，按10微米-10000微米的层厚涂覆弥散层，其中，所述层厚视浇铸时的负荷及所需的后续加工而定。
图2表示热处理前后的磨损率。
*Ni(纯镍)*NiCo(镍钴合金)*Ni(硬镍)*NiP(电解产生的且含高于12％的磷的镍合金)*淀积5％的SiC的镍碳化硅弥散涂层NiSiC*具有360HV1沉积硬度的NiSiC弥散物*具有440HV1沉积硬度的NiSiC弥散物*硬度为420HV的且由改良电解质构成的NiSiC弥散物。
权利要求
1.用于平板结晶器、管式结晶器或类似结晶器的结晶器壁，尤其是铸钢连铸结晶器的宽侧壁，它具有或是配设有冷却剂流动通道的或是与一水套导热接触的铜板或铜合金板，所述宽侧壁具有一与钢水直接接触的面和一涂覆于该面上的保护层，其特征在于，该保护层例如在淀积弥散剂的镍的基础上由一电镀产生的双元或三元的金属合金弥散物构成。
2.如权利要求1所述的结晶器壁，其特征在于，按照钢种、温度和/或结晶器内的熔液涡流对结晶器壁的负荷，在镍中电镀地加入钴、铁、锌、铜、锰和铬。
3.如权利要求1或2所述的结晶器壁，其特征在于，作为用于尽可能改善该保护层的物理性能或机械性能的弥散剂采用a)钛、钽、钨、锆、硼、铬、硅的碳化物，b)铝、铬、硅、铍、锆的氧化物。
4.如权利要求1-3之一项或多项所述的结晶器壁，其特征在于，采用微粒尺寸为1微米-5微米的弥散剂或尺寸为10纳米-1000纳米的纳米级微粒的弥散剂。
5.如权利要求1-4之一项或多项所述的结晶器壁，其特征在于，按照在其微观组织中的纳米级微粒且尤其是碳化硅微粒的淀积情况，可以调整一弥散层的机械性能及物理性能如耐磨性和/或耐热性和/或摩擦学。
6.如权利要求1-5之一项或多项所述的结晶器壁，其特征在于，双元或三元的镍合金改良物质构成用于结晶器板内面的尤其是多层的弥散涂层的基础。
7.如权利要求1-6之一或多项所述的结晶器壁，其特征在于，按照10微米-10000微米的层厚涂上这些弥散层。
8.如权利要求1-7之一或多项所述的结晶器壁，其特征在于，作为弥散剂，采用非金属的硬质材料如经过不同改良的氮化硼、氮化硅以及超金刚石。
全文摘要
本发明涉及用于平板结晶器、管式结晶器或类似结晶器的结晶器壁，尤其是铸钢连铸结晶器的宽侧壁，它具有或是配设有冷却剂流动通道的或是与一水套导热接触的铜板或铜合金板，所述宽侧壁具有与钢水直接接触的面和一涂覆于该面上的保护层。如此改善耐磨性和机械加工性能，即该保护层由一电镀产生的双元或三元的金属合金弥散物构成，例如在淀积弥散剂的镍的基础上。
文档编号C25D15/02GK1426333SQ01808732
公开日2003年6月25日 申请日期2001年4月20日 优先权日2000年4月27日
发明者E·格纳斯, G·费勒曼 申请人:Sms迪马格股份公司