專利名稱：結晶器壁,尤其是鑄鋼連鑄結晶器的寬側壁的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于平板結晶器、管式結晶器或類似結晶器的結晶器壁，尤其是鑄鋼連鑄結晶器的寬側壁，它具有配設有冷卻劑流動通道的或是與一水套導熱接觸的銅板或銅合金板，所述寬側壁具有一與鋼水直接接觸的面和一涂覆于該面上的保護層。
根據應用場合的不同，這些涂層以不同的厚度被涂覆到銅結晶器上。其中一些涂層的缺點是，它們因其硬度高而難于進行機械加工并因而造成較高的加工成本。
因此，經常在涂層的耐磨性與其經濟加工之間采取折中方案。
另外，鎳的硬度隨著溫度提高而降低約50％，而鎳鈷合金和硬鎳的硬度約降低30％。
在象賽車發動機廠或模具制造廠這樣的行業中，不久前采用了鎳-碳化硅-彌散層。在這里涉及的是耐磨性強的涂層，它同時具有高的耐熱性。
實驗表明，通過淀積彌散劑而改變了金屬或金屬合金的微觀結構。在許多情況下，這種改變造成耐磨性和耐熱性的提高。人們還知道了，除了碳化硅顆粒外，淀積超金剛石也導致材料性能即耐磨性的提高。在許多實際應用場合中，要淀積的彌散劑的粒度范圍達到了約10納米至1000納米。根據研究得出了以下結論，即彌散物的材料性能可能受到彌散劑尺寸的影響。因此，根據應用場合的不同，采用不同的彌散劑尺寸。
一篇尚未公開的德國專利申請10018504.5(申請號)報告了將可硬化的銅合金用于結晶器的情況。該發明在于把可硬化的且具有0.1％-0.5％的鈹和0.5％-2％的鎳的銅合金用于結晶器，尤其是用于制造薄板坯連鑄結晶器的寬側壁。
文獻DE2634633A1在包括一個帶有由耐磨材料制成的內涂層的金屬體的鑄鋼連鑄結晶器中公開了以下內容，即耐磨層由一電解或無電流淀積的且含有可加入晶格中的且不溶于電解液中的固體顆粒的金屬層構成。在這里，耐磨層可含有鎳和被加入鎳晶格中的金屬碳化物顆粒。另外，金屬碳化物可以是碳化硅，固體顆粒可以是金剛石粉末。不過，所述固體顆粒也可以由金屬氧化物構成。雙元鎳彌散層具有約380HV1-450HV1的硬度并在室溫及350℃-500℃下具有高的耐磨性。
文獻DE19801728C1公開了這樣一種用于鑄造鋼坯的連鑄結晶器，它由彼此相連的結晶器板和水套構成，在結晶器板和水套之間，借助水輸送通道構成了水冷卻系統，在這里，水輸送通道設置于面對結晶器板的水套側上，該連鑄結晶器的特點是，結晶器寬側壁及其部件如銅板與帶有水輸送通道或沒有水輸送通道但有一塊帶水輸送通道的連接板的水套通過帶有錐形螺栓頭的緊固螺栓并借助緊固件被緊固在一起，所述錐形螺栓頭被容放在相應的且基本成錐形的銅板凹槽中。
為了完成上述任務，本發明在上述類型的結晶器壁中規定了，該保護層由一個電鍍制造的雙元或三元的彌散金屬合金構成，例如在淀積彌散劑的鎳的基礎上。通過這些措施，明顯改善了結晶器壁的所謂“熱面”的可加工性和耐磨性。
按照鋼種、溫度和/或結晶器內鋼水渦流對結晶器壁的負荷，最好電鍍地在鎳中加入鈷、鐵、鋅、銅、錳和鉻。
在本發明的優選實施形式中規定，作為用于盡可能改善保護層的物理性能或機械性能的彌散劑采用a)鈦、鉭、鎢、鋯、硼、鉻、硅的碳化物，b)鋁、鉻、硅、鈹、鋯的氧化物。
由此得到本發明的一個主要優點，即例如鎳鈷-碳化硅彌散涂層在較高溫度下如在350℃-500℃下具有比如純鎳、鎳鈷合金和硬鎳小得多的硬度降低。鎳的磨損率幾乎比有380HV1-450HV1的雙元鎳鈷-碳化硅彌散涂層高16倍，盡管彌散層的硬度只約為純鎳層的兩倍，即380HV1-450HV1220HV1。
與鎳硅彌散涂層相比，雙元鎳鈷碳化硅彌散涂層的磨損率只約為10％。
這種差異的原因一方面在于存在碳化硅顆粒，另一方面在于彌散層的微觀結構。
盡管在這種情況下獲得了高的耐磨性，但仍然可以經濟地加工雙元合金彌散涂層，這是因為它們例如與在室溫下具有約600HV1的硬鎳合金相比具有380HV1-450HV1的硬度范圍，在該硬度范圍內，按照經驗，仍然能經濟地進行加工。
本發明的一個實施形式規定，雙元或三元的鎳合金改良物質構成了用于結晶器內板的尤其是多層的彌散涂層的基礎。
本發明的另一個實施形式的特征是，按照在其微觀組織中的納米級微粒且尤其是碳化硅微粒的淀積情況，可以調整一彌散層的機械性能及物理性能如耐磨性和/或耐熱性和/或摩擦學。
因此，技術人員已能與磨損狀況及經濟加工性有關地挑選對于上述結晶器壁負荷來說是最佳的條件。
此外，最好采用微粒尺寸為1微米-5微米的彌散劑或尺寸為10納米-1000納米的鈉米級微粒。彌散劑的尺寸和淀積速率例如視摩擦學要求而定。
另外，按照本發明，本發明結晶器壁的實施形式規定，作為盡可能改善保護層機械性能的彌散劑，非金屬硬質材料如氮化硼、碳化硼、氮化硅及超金剛石是適用的。
最后，按照本發明，結晶器壁的特征是，按10微米-10000微米的層厚涂覆彌散層，其中，所述層厚視澆鑄時的負荷及所需的后續加工而定。
圖2表示熱處理前后的磨損率。
*Ni(純鎳)*NiCo(鎳鈷合金)*Ni(硬鎳)*NiP(電解產生的且含高于12％的磷的鎳合金)*淀積5％的SiC的鎳碳化硅彌散涂層NiSiC*具有360HV1沉積硬度的NiSiC彌散物*具有440HV1沉積硬度的NiSiC彌散物*硬度為420HV的且由改良電解質構成的NiSiC彌散物。
權利要求
1.用于平板結晶器、管式結晶器或類似結晶器的結晶器壁，尤其是鑄鋼連鑄結晶器的寬側壁，它具有或是配設有冷卻劑流動通道的或是與一水套導熱接觸的銅板或銅合金板，所述寬側壁具有一與鋼水直接接觸的面和一涂覆于該面上的保護層，其特征在于，該保護層例如在淀積彌散劑的鎳的基礎上由一電鍍產生的雙元或三元的金屬合金彌散物構成。
2.如權利要求1所述的結晶器壁，其特征在于，按照鋼種、溫度和/或結晶器內的熔液渦流對結晶器壁的負荷，在鎳中電鍍地加入鈷、鐵、鋅、銅、錳和鉻。
3.如權利要求1或2所述的結晶器壁，其特征在于，作為用于盡可能改善該保護層的物理性能或機械性能的彌散劑采用a)鈦、鉭、鎢、鋯、硼、鉻、硅的碳化物，b)鋁、鉻、硅、鈹、鋯的氧化物。
4.如權利要求1-3之一項或多項所述的結晶器壁，其特征在于，采用微粒尺寸為1微米-5微米的彌散劑或尺寸為10納米-1000納米的納米級微粒的彌散劑。
5.如權利要求1-4之一項或多項所述的結晶器壁，其特征在于，按照在其微觀組織中的納米級微粒且尤其是碳化硅微粒的淀積情況，可以調整一彌散層的機械性能及物理性能如耐磨性和/或耐熱性和/或摩擦學。
6.如權利要求1-5之一項或多項所述的結晶器壁，其特征在于，雙元或三元的鎳合金改良物質構成用于結晶器板內面的尤其是多層的彌散涂層的基礎。
7.如權利要求1-6之一或多項所述的結晶器壁，其特征在于，按照10微米-10000微米的層厚涂上這些彌散層。
8.如權利要求1-7之一或多項所述的結晶器壁，其特征在于，作為彌散劑，采用非金屬的硬質材料如經過不同改良的氮化硼、氮化硅以及超金剛石。
全文摘要
本發明涉及用于平板結晶器、管式結晶器或類似結晶器的結晶器壁，尤其是鑄鋼連鑄結晶器的寬側壁，它具有或是配設有冷卻劑流動通道的或是與一水套導熱接觸的銅板或銅合金板，所述寬側壁具有與鋼水直接接觸的面和一涂覆于該面上的保護層。如此改善耐磨性和機械加工性能，即該保護層由一電鍍產生的雙元或三元的金屬合金彌散物構成，例如在淀積彌散劑的鎳的基礎上。
文檔編號C25D15/02GK1426333SQ01808732
公開日2003年6月25日 申請日期2001年4月20日 優先權日2000年4月27日
發明者E·格納斯, G·費勒曼 申請人:Sms迪馬格股份公司