一种可淬火的铜合金的应用的制作方法

专利名称：一种可淬火的铜合金的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可淬火的铜合金的应用，该铜合金作为具有可调电导率的材料用于制作铸型，尤其是连续浇注铸型，在该铸型中，熔融的金属通过电磁力的作用而得到搅拌。
众所周知，在连续浇注尤其是钢的连续浇注过程中，可以通过对存在于冷却的连续浇注铸型中的熔体进行电磁搅拌以达到质量的改善。通过电磁搅拌装置，存在于凝固的条坯壳(Strangschale)内的金属熔融体的核心部分产生所期望的流动，这一流动使条坯的铸态组织在凝固的过程中避免了有不利影响的偏析。
在浇注时，在搅拌装置中的金属熔融体通过一旋转电磁场横向地被带往条坯出口的方向(Strangahzugsrichtung)，并通过产生的感应电流被置于一种基本上同心于条坯纵轴的圆周运动中，结果就得到了一种均匀的铸态组织，这尤其满足了高质量的要求。为了使技术费用尽可能的低，通常情况下将搅拌装置安装在铸型之下，以此可以紧挨铸型之下搅拌部分凝固的条坯中剩余的金属熔融体。可是为了能对条坯中最先凝固的外缘区域的凝固组织也起作用，则把搅拌装置安装在铸型顶端或铸型之内是有利的。
在一般情况下，钢的连续浇注过程中应用的铸型材料在高机械强度的同时显示出高的导热性，以保证最优的散热(wrmabfuhr)和冷却效率。藉此产生的最大限度的高浇注速度增加了钢的连续浇注的经济效益。可是在安置了感应搅拌器的情况下，已经证明是合适的铸型材料，譬如铜—铬—锆合金，它大于85％IACS的高电导率却被证实是有害的。在涉及到为搅拌而产生的磁场时，高的电导率导致了所不期望的铸型材料的高屏蔽效应。这一磁场的削弱引起搅拌效果的立体效应的降低。尽管搅拌作用可以通过提高电流强度而得到加强，可是因此而所需的技术费用也自然大大增加。总的来说，利用具有高导热性铸型材料的最优化搅拌效果就不能达到了。
尽管已知也有导热性更低的铸型材料，可是这种铸型材料显示出极高的强度，以致于它被优先使用于更高的温度下。再者这种铸型材料的加工费用因为它极高的强度而相对昂贵。此外作为更进一步的缺点，它的延伸率在350℃以上时太小了。
因此，已知的、导热性更低的铸型材料在带有电磁搅拌装置的铸造设备中的应用相对于高导热性的铸型材料，譬如铜—铬—铬合金，在经济上不具有被选择的可能性。
因此上述发明的任务在于提供一种尤其用于带有电磁搅拌器的浇注设备中的、可淬火的铜材料，该材料只引起低的磁场屏蔽，并且有良好的强度和延伸率。
这一任务的解决在于应用一种可淬火的合金，该合金由0.1％至2.0％的镍、0.3％至1.3％的铬、0.1至0.5％的锆、直至0.2％的硫、锂、钙、镁、硅、硼元素中的至少一种，以及余量的含有杂质的铜组成，该铜合金作为具有可调电导率的材料用于铸型的制作，尤其是连续浇注铸型，在该铸型中，熔融的金属通过电磁力的作用而得到搅拌。
根据本发明应用的合金优先含有0.4％至1.6％的镍、0.6％至0.8％的铬、0.15％至0.25％的锆、和0.005％至0.02％的硼、0.005％至0.05％的镁、0.005％至0.03％的硫三种元素中的至少一种，以及余量的含有不可避免的杂质的铜。其中硼可以通过譬如硼化钙添加到熔体中。
根据本发明的铜合金尤其在机械和物理性能的有利结合方面出人意外地出色。该铜合金小于80％1ACS的电导率也满足了由该合金制作的铸型壁应具有低的磁场屏蔽效应这一重要要求。
向合金中添加直至0.2％的钛和/或直至0.4％的铁对进一步提高合金的强度是有利的。低含量的铁与合金中存在的组份镍和铁生成金属间化合物，使得合金强度增加。
各直至0.8％的铝和/或锰同样地使得合金强度增加，这只是在对低的电导率影响很小的情况下才被有利地利用。
以下借助一些详细地例子对本发明作进一步的说明。
一种新的例举的合金组成在表1中各按重量百分比给出，X理解为单个元素硼、镁和/或硫的总含量，总含量直至0.05％的这些元素作为还原剂被添加到合金中，更高的含量同样能被用于增加合金的强度。
表1<
<p>铜合金由不同含量的的0.2％至2％的镍、大约0.7％的铬、0.16％至0.2％的锆、直至0.02％的硼、镁和/或硫、以及余量的铜组成，余量的铜中含有由生产条件决定的杂质。所组成的铜合金首先被熔炼，浇注成轧制坯(Walzbarren)，接着在950℃以65％的总变形度(Gesamtumformgrad)在多轧道上进行热轧，在1030℃至少1小时的固溶热处理，再进行水淬之后，轧板在475℃进行至少4小时的时效硬化，最后经切屑加工后的铸型板(Kokillenplatten)各依赖于镍的含量显示出表2所概括的特性值。
表2电导率80至35％IACS软化温度(在R.T.1小时的退火时间之后强度下降10％ 525℃硬度HB硬度2.5/62 130—150抗拉强度 430—450N/mm2屈服强度 325—340N/mn2延伸率28—22％350℃时的耐热性 340—355N/mm2350℃时的屈服强度270—290N/mm2350℃时的延伸率 22—10％通过在给定的范围内对镍含量的选择，根据本发明所应用的合金的电导率可以在35％—80％IACS的范围内进行调节，而与此同时它的机械性能在很大程度上不改变。随着镍的含量增长至2.0％，在整个含量范围内，已时效过的材料的屈服程度和抗拉强度值只有细微的升高，材料的耐热性参数，譬如在350℃温度时，升高得更小。与此相比，材料延伸率的值也在很大程度上与镍含量无关，当合金的镍含量为2.0％，在350℃时，延伸率值只下降到10％。
在补充的调整延伸率(dehnungsgerelten)的疲劳试验中，对根据本发明应用的合金不仅在室温而且在350℃—根据在铸造厂中的循环(zyklischen)温度要求—进行抗疲劳试验，试验中疲劳裂纹的形成很大程度上与镍含量无关。因此至今在铸造厂中使用的铜—铬—锆合金的已知良好性能在涉及到高寿命方面还是合适的。随着镍含量的增加，材料的性能因硬度的增加而得到改善，由此得到铸型材料更为良好的磨擦磨损(tribologisches)性能。
根据本发明所应用的合金不只限用于例举中所提到的板形铸型(Plattenkokolle)，它在其它的铸型中也体现出相应的优越性，利用这些铸型可以以半连续或完全连续的方式生产金属的铸型条坯(Formstrnge)，譬如管式铸型，钢锭模(Btockkokillen)，轮形铸模(Gieβrader)，浇注滚筒(Gieβwalzen)及浇注滚筒外壳(Gieβwalz-mntel)。
权利要求
1.一种可淬火的铜合金的应用，它由0.1％至2％的镍、0.3至1.3％的铬、0.1％至0.5％的锆、如需要的话，直至0.2％的硫、锂、钙、镁、硅、硼元素中的至少一种，以及余量的铜组成，余量的铜中含有由生产条件决定的杂质，该铜合金作为具有可调电导率的材料用于制作铸型，尤其是连续浇注铸型，在该铸型中，熔融的金属流体通过电磁力的作用而得到搅拌。
2.根据权利要求1的可淬火的铜合金的应用，该铜合金由0.4％至1.6％的镍、0.6％至0.8％的铬、0.15％至0.25％的锆、和0.005％至0.02％的硼、0.005％至0.05％的镁、0.005％至0.03％的硫三种元素中的至少一种、以及余量的铜组成，余量的铜中含有由生产条件决定的杂质，该铜合金用于权利要求1所声称的目的。
3.根据权利要求1或2的一种可淬火的铜合金的应用，该铜合金此外还含有直至0.2％的钛和/或直至0.4％的铁。
4.根据权利要求1至3的一种可淬火的铜合金的应用，该铜合金此外还含有直至0.8％的铝和/或直至0.8％的锰。
全文摘要
为了制作铸型，尤其是在钢的连续浇注过程中借助于电磁搅拌装置运行的连续浇注铸型，需要一种高导热性、低磁场屏蔽的材料。本发明为这一应用提出一种能淬火的铜合金，它由0.1％至2％的镍、0.3％至1.5％的铬，0.01％至0.5％的锆，直至0.04％的硫、锂、钙、镁、硅、硼元素中的至少一种，以及余量的铜组成，余量的铜中含有由生产条件决定的杂质。为进一步提高它的强度，该铜合金还可含有直至0.2％的钛，直至0.4％的铁，此外直至0.8％的铝和/或锰。
文档编号C22C1/02GK1122837SQ9510867
公开日1996年5月22日 申请日期1995年8月3日 优先权日1994年8月6日
发明者H·格拉福曼, D·罗德 申请人:金属导线股份公司