ES2926650T3

ES2926650T3 - Uso de una aleación de cobre

Info

Publication number: ES2926650T3
Application number: ES19773350T
Authority: ES
Inventors: Peter Böhlke; Hans-Günter Wobker; Hark Schulze
Original assignee: KME Special Products and Solutions GmbH
Current assignee: Cunova GmbH
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2019-09-13
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2039-09-13
Also published as: US20210214828A1; RU2760444C1; JP2021531412A; JP7664298B2; US12129538B2; EP3850116A1; EP3850116B1; MX389930B; DE102018122574A1; KR20210005241A; MX2021002612A; ZA202101455B; WO2020052714A1; PL3850116T3; DE102018122574B4; JP2023055774A; CN112055755A

Abstract

La invención se refiere al uso de una aleación de cobre que consiste, en porcentaje en peso (proporciones de masa del análisis de cuchara en %), de: plata (Ag) 0,020-0,50, circonio (Zr) 0,050-0,50, fósforo (P) en como máximo 0,060, cromo (Cr) como máximo 0,005, el resto cobre (Cu) y otros elementos de aleación, incluidas las impurezas inevitables, siendo la proporción de otros elementos de aleación inferior o igual a (<=) 0,50, como material para moldes de fundición o fundición componentes de molde seleccionados del siguiente grupo: placas de molde, tubos de molde, ruedas de fundición, rodillos de fundición, rodillos de fundición, crisoles de fusión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Uso de una aleación de cobre

La invención se refiere al uso de una aleación de cobre que tiene las características de la reivindicación 1.

El cobre es un material con muy alta conductividad térmica y eléctrica, excelente resistencia a la corrosión, resistencia moderada y buena formabilidad. Las propiedades de las aleaciones de cobre se ajustan para una aplicación específica mediante la adición de elementos de aleación.

Dependiendo de la aplicación específica, las aleaciones de cobre compuestas de cobre-cromo-circonio de alta resistencia o cobre-plata dúctil, se utilizan hoy en día generalmente para producir moldes de fundición para colada continua. Los requisitos para los materiales utilizados aumentan constantemente, ya que el rendimiento de las plantas de fundición aumenta constantemente. Esto se aplica en particular a plantas de fundición de alto rendimiento con velocidades de colada muy altas, por ejemplo, plantas de fundición para losas delgadas.

Las aleaciones de cobre y su uso para moldes de fundición se describen en los documentos WO 2004/074526 A2 o US 2015/0376755 A1. Las aleaciones de cobre descritas en esos documentos tienen contenidos en cromo de hasta 0,40% en peso o 0,6% en peso.

A pesar del diseño refinado de los moldes de fundición, las cargas térmicas extremadamente altas y los fuertes cambios de temperatura que se producen durante el uso ejercen una carga muy alta sobre los materiales del molde permanente. Una causa común de fallo en el caso de materiales de alta resistencia como CuCrZr, es la formación incipiente de grietas debido a la combinación presente de fatiga térmica y mecánica. Esto suele ocurrir en la zona de la superficie del baño, en donde se presentan las mayores cargas térmicas. En el caso de materiales más blandos y dúctiles como cobre-plata, por el contrario, no suele producirse una formación de grietas, sino que se produce una deformación plástica permanente no deseable del molde de fundición, conocida como abombamiento. Esto se debe a tensiones mecánicas elevadas, debido a diferentes expansiones térmicas dentro del molde de fundición. Las deformaciones permanentes aparecen cuando esas tensiones superan la resistencia del material, es decir, el límite elástico.

Debido a los efectos descritos anteriormente, frecuentemente no se pueden cumplir los requisitos de vida útil o no se puede aumentar más el rendimiento de la planta de fundición. Efectos desventajosos similares pueden surgir cuando se usan aleaciones de cobre para componentes conductores en la tecnología de soldadura sometidos a altas cargas térmicas y mecánicas, como electrodos de soldadura, caperuzas de soldadura, rodillos de soldadura, portaelectrodos o boquillas de soldadura.

Partiendo del estado de la técnica, es un objeto de la invención proporcionar una aleación de cobre que, cuando se usa para un molde de fundición o un componente de molde de fundición, se logra un alto rendimiento y una vida útil mejorada.

Este objeto se consigue con una aleación de cobre tal y como se reivindica en la reivindicación 1.

Según la invención, la aleación de cobre consiste en porcentajes en peso (proporciones en masa del análisis de fusión en %), de 0,020 - 0,50 de plata (Ag), 0,050 - 0,50 de circonio (Zr), un máximo de 0,060 de fósforo (P), un máximo de 0,005 de cromo (Cr), siendo el resto cobre (Cu) y otros elementos de la aleación, incluidas las impurezas inevitables, en donde la proporción de otros elementos de la aleación es inferior o igual a (<) 0,50.

El material de cobre propuesto según la invención es una aleación de cobre con alta conductividad térmica, resistencia suficientemente alta e iniciación y crecimiento de fisuras retardado. La conductividad eléctrica está entre 50 y 54 MS/m.

Una realización particularmente ventajosa de la aleación de cobre incluye en porcentajes en peso (proporciones en masa del análisis de fusión en %), de 0,080 - 0,120 de plata (Ag), 0,070 - 0,200 de circonio (Zr), 0,0015 - 0,025 de fósforo (P), un máximo de 0,005 de cromo (Cr), siendo el resto cobre (Cu) y otros elementos de la aleación, incluidas las impurezas inevitables, siendo la proporción de otros elementos de la aleación inferior o igual a 0,10.

Un aspecto de la invención prevé que el contenido en cromo sea inferior o igual a (<) 0,005% en peso. El contenido en cromo en la aleación de cobre según la invención se mantiene por debajo del 0,005% en peso, ya que el cromo precipita en el sistema de aleación de cobre como fases secundarias que son quebradizas y pueden afectar negativamente a la resistencia a la fatiga de la aleación de cobre. Sorprendentemente, el material de cobre-circonioplata (CuZrAg) de baja aleación proporcionado según la invención muestra propiedades muy ventajosas para moldes de fundición o componentes de moldes de fundición, en particular placas de moldes permanentes. El contenido en plata aumenta la resistencia a la rotura por fluencia de los moldes de fundición o los componentes del molde de fundición procedentes de la aleación de cobre. El contenido en circonio en el sistema combina una alta conductividad con valores de resistencia inusuales para los materiales de cobre con un bajo contenido en elementos de aleación. El aumento de resistencia se logra mediante una combinación de los mecanismos de endurecimiento de cristales mixtos (a través de la Ag), conformado en frío de 10 a 50% y en particular en un intervalo de 10 a 40% y endurecimiento por precipitación (a través del Zr en forma de precipitados de CuZr y/o ZrP). El circonio en particular es muy efectivo en ese caso. Aunque la adición de circonio en la aleación en la medida de acuerdo con la invención provoca una ligera reducción de la ductilidad y también de la conductividad térmica y eléctrica, se consigue como resultado un aumento adecuado de la resistencia, la estabilidad térmica y la resistencia tribológica.

Además, el material de cobre según la invención tiene una alta temperatura de reblandecimiento de 530°C, medida de acuerdo con la norma DIN ISO 5182.

Una aleación de cobre ventajosa tiene un contenido en circonio (Zr) de 0,130% en peso, un contenido en plata (Ag) de 0,1% en peso y un contenido en fósforo (P) de 0,0045% en peso. Se midió una dureza de HBW de 972,5/62,5 y una conductividad eléctrica de 53,7 MS/m para una aleación de cobre de este tipo.

El material de cobre de baja aleación con contenidos en plata y circonio de hasta el 0,50% en peso, muestra de manera especial propiedades que son adecuadas para el uso en moldes de fundición o componentes de moldes de fundición. Estas incluyen una resistencia mejorada y una alta resistencia al ablandamiento térmico con una conductividad térmica prácticamente constante. El material de cobre también muestra una resistencia a la fatiga mejorada en comparación con las aleaciones de cobre-cromo-circonio (CuCrZr).

El material de un molde de fundición o de un componente de molde de fundición está sometido a cargas térmicas muy altas en el lado de la fundición durante el uso. Con materiales más blandos como CuAg, las tensiones resultantes a menudo conducen a un flujo plástico del material en esa área (abultamiento). Debido a la mayor resistencia de la aleación de cobre según la invención en comparación con CuAg, esa deformación no se produce o se produce en una medida significativamente menor que en el caso de CuAg. La conductividad térmica, que se mejora en comparación con una aleación de CuCrZr, también da como resultado un nivel de temperatura reducido en el lado de la fundición, lo que a su vez reduce las tensiones allí presentes. La iniciación de fisuras por medio de picos de tensión como en el caso de CuCrZr, solo tiene lugar de forma retrasada.

La resistencia y la resistencia al ablandamiento se pueden ajustar específicamente a través de la composición de la aleación, el conformado en frío y los parámetros de endurecimiento apropiados. Esto hace posible producir moldes de fundición o componentes de moldes de fundición, por ejemplo, placas de molde permanente, que permiten por un lado un cierto grado de recristalización en el lado caliente, por donde entran en contacto con la masa fundida de metal, y así logran propiedades de fatiga favorables, y por otro lado, no muestran ninguna deformación plástica en el lado frío, por donde entran en contacto con el medio refrigerante, debido a la mayor resistencia.

En el contexto de la invención, se considera ventajosa una aleación de cobre en el intervalo de dureza media, ya que en ese caso cabe esperar un inicio retardado de la fisuración y un crecimiento retardado de las fisuras. Se consiguen valores de dureza en el rango de 110 HBW. Por lo tanto, esos valores se encuentran entre los valores típicos de las aleaciones de cobre para moldes de fundición o para componentes de moldes de fundición. La conductividad de la aleación de cobre según la invención es de hasta un 95% de IACS por encima de la de CuCrZr y casi en el rango de los materiales de CuAg. Sin embargo, la resistencia al reblandecimiento >500°C está sorprendentemente en el rango de los materiales de CuCrZr. Una combinación de ese tipo es muy positiva para el uso de la aleación de cobre según la invención como material para moldes de fundición o componentes de moldes de fundición, en particular para moldes permanentes.

La aleación de cobre puede conformarse en caliente y/o en frío después de la fundición. Para establecer un tamaño de grano pequeño, se recomienda un enfriamiento rápido desde el calor de conformado. Un tratamiento de recocido en solución por separado conduce a una microestructura más gruesa, posiblemente a una recristalización secundaria. Para conseguir una resistencia media, el conformado en frío debe realizarse antes y, si es necesario, después del endurecimiento. El endurecimiento tiene lugar entre 350 y 500°C.

La conductividad del material de cobre se ajusta mediante tratamiento térmico, ajustándose en ese caso conductividades de hasta 370 W/mK o de 50 a 54 MS/m.

La aleación de cobre propuesta en el contexto de la invención es especialmente adecuada como material para la producción de moldes de fundición o componentes de moldes de fundición. Un componente de molde de fundición es, por ejemplo, una placa de molde permanente. Los moldes de fundición según la invención pueden utilizarse para la fundición continua de bloques, palanquillas, losas, en particular losas finas. Además, a partir de ese material también se pueden producir otros moldes de fundición o componentes de moldes de fundición, tales como ruedas de fundición, tambores de fundición y rodillos de fundición o también crisoles de fusión.

Debido a las propiedades ventajosas del material, también es concebible un uso para componentes de la técnica de soldadura, como electrodos de soldadura, caperuzas de soldadura, rodillos de soldadura o boquillas de soldadura.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Uso de una aleación de cobre que en % en peso (proporción en masa del análisis en estado fundido en %) consiste en:

plata (Ag) 0,020-0,50

circonio (Zr) 0,050-0,50

fósforo (P) máximo 0,060

cromo (Cr) máximo 0,005

siendo el resto cobre (Cu) y otros elementos de la aleación, incluidas las impurezas inevitables, en donde la proporción de otros elementos de la aleación es igual o inferior a (<) 0,50, como material para moldes de fundición o componentes de moldes de fundición seleccionados a partir del siguiente grupo que comprende: placas de moldes permanentes, tubos de moldes permanentes, ruedas de fundición, cilindros de fundición, rodillos de fundición, crisoles.

2. Uso según la reivindicación 1, con una aleación de cobre, que consiste en:

plata (Ag) 0,080-0,120

circonio (Zr) 0,070-0,200

fósforo (P) 0,0015-0,025

cromo (Cr) máximo 0,005

siendo el resto cobre (Cu) y otros elementos de la aleación, incluidas las impurezas inevitables, en donde la proporción de otros elementos de la aleación es igual o inferior a (<) 0,10.

3. Uso según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la aleación de cobre presenta una conductividad eléctrica entre 50 y 54 MS/m.

4. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el molde de fundición o el componente del molde de fundición se reblandece y/o recristaliza sobre un lado caliente, de cara al material de fundición, durante la operación de fundición bajo la influencia térmica de una masa fundida de metal en la zona del lado caliente, en donde el molde de fundición o el componente de molde de fundición posee un lado frío enfriado sobre el que la aleación de cobre no se reblandece ni recristaliza durante la operación de fundición y presenta una mayor resistencia que sobre el lado que está de cara hacia la masa fundida de metal.

5. Uso de una aleación de cobre según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que después de la fundición, la aleación de cobre se conforma en caliente a temperaturas entre 600 y 1000°C, posteriormente se enfría rápidamente desde el calor de conformado a 50-2000 K/min, después se conforma en frío en un 10-50% y a continuación se endurece a temperaturas entre 350-500°C, o se recuece en solución a temperaturas entre 600 y 1000°C, se conforma en frío en un 10-50% y finalmente se endurece a temperaturas de 350-500°C.

6. Uso según la reivindicación 5, caracterizado por que el material se conforma en frío otra vez después del endurecimiento.