Упрочнение поверхностного слоя медных плит кристаллизаторов МНЛЗ гафнием с применением плазменно-дуговой технологии

Abstract

Показан способ повышения стойкости медных плит кристаллизаторов МНЛЗ путем легирования поверхностного слоя гафнием с помощью плазменно-дуговой технологии, разработанной в ИЭС им. Е.О. Патона. Основной причиной выхода из строя кристаллизаторов является сравнительно быстрый износ его нижней части, составляющий 1,5…2,5 мм. Это обусловлено низкой механической прочностью материала кристаллизатора (меди). Определено, что для упрочнения поверхностного слоя необходимо применять металлы IVА группы (цирконий, гафний, титан), которые значительно повышают температуру рекристаллизации (до 500 °С) и несколько снижают теплопроводность меди. Проведены эксперименты по легированию поверхностного слоя кристаллизатора МНЛЗ гафнием. Определено, что при увеличении содержания гафния в меди повышается ее твердость. Исследования стойкости упрочненного поверхностного слоя показали, что при содержании в меди 0,077…0,110 % гафния стойкость относительно меди повышается в 2…11 раза, а электропроводность снижается на 5…8 %. Металлографические исследования показали, что упрочненный слой является плотным, трещины, поры и другие дефекты отсутствуют. Установлено, что легирование поверхностного слоя с помощью плазменно-дуговой технологии позволяет повышать стойкость медных плит кристаллизатора МНЛЗ при незначительном снижении теплопроводности.

A method is demonstrated for improvement of resistance of CCM mould copper plates by alloying their surface layer by hafnium with application of plasma-arc technology developed at the E.O. Paton Electric Welding Institute. The main cause for mould failure is comparatively rapid wear of its lower part, equal to 1.5 to 2.5 mm. This is due to low mechanical strength of the mould material (copper). It is established that surface layer strengthening requires application of metals of IVA group (zirconium, hafnium, titanium), which greatly increase recrystallization temperature (up to 500 °C) and somewhat lower heat conductivity of copper. Experiments on alloying the surface layer of CCM mould by hafnium have been performed. It is determined that copper hardness is increased at increase of hafnium content in it. Investigation of the strengthened surface layer resistance showed that at 0.077–0.110 % hafnium content in copper its resistance is increased by 2 to 11 times compared to pure copper, and electric conductivity is decreased by 5 to 8 %. Metallographic investigations revealed that the strengthened layer is dense, without cracks, pores or other defects. It is established that surface layer alloying by plasma-arc technology allows improvement of CCM mould copper plate resistance at a small decrease of heat conductivity.