CN104411420A - 用于制造复合辊的方法和由该方法制造的复合辊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造复合辊(1)的方法，其中工作层(3)通过粉末的热等静压被创建在基础本体(2)上。为了使用于热或冷的工作轧机的即便大的工作辊的生产能够进行，根据本发明提供的是，在主体(2)的热等静压之后，辊颈(4)通过焊接被附接到所述主体(2)。本发明还涉及根据本发明制造的复合辊(1)。

Description

用于制造复合辊的方法和由该方法制造的复合辊

本发明涉及用于制造复合辊的方法，其中工作层通过粉末的热等静压被产生在基础本体上。

本发明还涉及复合辊，所述复合辊包括基础本体和通过粉末的热等静压被施加到所述基础本体的工作层，以及附接到所述基础本体的侧部的辊颈。

在当今的相关技术中，用于平坦的钢铁产品(例如钢带或片状钢材)的热工作辊几乎专门被构成为复合辊，所述复合辊已经或者将会以离心铸造工艺来制造。在本文中，集成外部工作层被提供来安装在芯上，所述芯包括具有模制的辊颈的基础本体。工作层通常由合金冷硬铸铁、高铬合金钢或工具钢构成。所述芯通常由球墨铸铁制成。除了这些之外，还存在这样的辊，其中工作层围绕钢轴被铸造。对于小轧机设计来说，还存在这样的辊，其中所述工作层通过粉末的热等静压(在本行业内被称为“HIP”)被施加。

根据现有技术水平，用于由钢铁或有色金属材料制成的平坦的产品的冷工作辊以及用于有色金属的热工作辊由单个锻钢件来制造，并且在该过程中，辊的工作区域然后被硬化，尤其通过感应硬化。

在辊的工程处理中，存在对通过进一步减少磨损改善辊性能的需求。针对这一点，重要的是，工作层是尽可能的耐磨的，所述工作层形成在辊的基础本体上并且在操作期间经历最大的应力。从辊的耐磨性来说，与工作层配合的基础本体也是重要的并且也应当被优化来使辊的耐久性最大化。最后，同样的情况也适用于辊颈，所述辊颈被连接到驱动单元并且力经由所述辊颈被传递。

用于热或冷带钢轧机的工作辊沿辊的纵向轴具有大的尺寸，这可以容易地达到数米。这些大尺寸使得更难以便宜的方式生产高耐磨性的辊。

本发明的目的在于提供在介绍中描述的类型的方法，利用该方法可以有效地且符合成本效益地制造高耐磨复合辊，并且同时，该方法针对不同辊尺寸来说还应当是灵活的。

本发明的另一目的在于提供在介绍中描述的类型的复合辊，该复合辊可以在不考虑其长度的情况下，被有效地且符合成本效益地大规模制造。

如果在介绍中描述的类型的方法中，在基础本体的热等静压之后辊颈通过焊接被附接到基础本体，则本发明的与方法相关的目的被解决。

本发明使用这样的发现，即，与专家预期相反的是，用来在操作期间传递力的辊颈无需与基础本体一体构造或者通过紧固装置固定到基础本体，而是也可以随后通过焊接被附接。令人惊喜的是，已经表明在操作期间，在辊颈和基础本体之间的接合处的相应焊缝是足够稳固的，以承受即便是高的负载。因为辊颈直到后来才被附接，所以还可能的是，使用这样的基础本体，该基础本体具有利用当前可用于热等静压的最大机器的尺寸，有4.0米的工作区。因此，一方面，高耐磨复合辊可以被制造，因为工作层通过热等静压被施加，针对该热等静压可以不费力地找到适合的粉末(例如，工具钢粉末)。另一方面，利用现有热等静压机器的尺寸意味着复合辊也可以被制造为具有对应的工作层尺寸，这一点通过辊颈随后被附接的事实而成为可能。

如果辊颈通过电子束焊接被附接到基础本体是尤为有益的。电子束焊接仅导致高度局部化的加热，从而在焊接期间基础本体不经历热应力或者针对基础本体的热负载是极低的。这是尤为有益的，因为复合辊的最大使用寿命不是单独由工作层来决定的，而且也是由基础本体和辊来决定的。

可建议的是，辊颈在焊接时被定位地固定在基础本体上，以确保在辊颈和本体之间获得可能的最完美的接合。定位和固定可以以定位焊机、冷缩配合连接的方式或者如果基础本体的设计和辊颈允许其通过拉杆来实现。辊颈和基础本体之间的螺纹连接也是可能的，从而待焊接物品在焊接期间相对于彼此是不可动的。

在优选的变化方式中，贯通孔在热等静压操作之前被创建在基础本体中。所述孔优选地由切割方法(优选地，钻孔)形成。基础本体中的贯通孔便利磨损性质以及基础本体的内部应力状态的受控调节。

在热等静压中，粉末通常被围包在金属外壳中，所述金属外壳被选定尺寸从而在与烧结相关联的收缩之后，获得期望的膜厚度。基础本体可以被提供得比工作层更长，并且在至少一个位置，优选地在两端部处，突伸到金属外壳或粉末压制筒之外，所述金属外壳或粉末压制筒被横向地附接到基础本体。基础本体则略长于工作层，这具有如下益处，即在随后的辊颈焊接期间，工作层不会受到焊接操作期间生成的热的损害。如果孔或洞被提供在基础本体中，并且所述孔或洞在热等静压期间从压制筒向外延伸，这还具有如下益处，即所述本体中的温度梯度在加热期间被显著降低，然而在其外侧的烧结导致粉末(例如，工具钢粉末)的加工。

有利的是，进行热等静压的基础本体被制备为具有压制筒的紧固区域中的尺寸余量。紧固区域位于基础本体的端部。如果尺寸余量被提供在该处，则进行等静压的压制筒可以被附接在该处。然后，压制筒和其他区域中的基础本体之间的距离被确定。在热等静压期间，工作层由粉末被形成在对应的自由空间中，所述粉末被填充到所述自由空间中。

可能提供的是，在热等静压之前，基础本体被预热。预热具有如下益处，即当工作层通过热等静压被施加时会不利地影响本体的微观结构的大的温度梯度在基础本体或辊中不被创建。原则上，预热可以以无论何种的任何形式实施，但应当考虑基础本体中的温度梯度。优选的是通过传导加热进行预热，因为在这种情况下，温度梯度趋向于零。

为了保持加工持续时间尽可能的短，基础本体可以在热等静压之后在仍是热的时从压制筒被移除。然而，也是可能的是，基础本体与所施加的工作层被允许以通常的方式慢慢冷却。

在热等静压之后，在辊颈被焊接上之前，尤其为了优化其机械性能，基础本体和工件层一起可以经历热处理。

用作基础本体，可容易焊接的钢铁是优选的。出于该目的，特别地，惯常的锻钢是适合的，例如，具有按重量计0.14至0.19％的碳、按重量计不多于0.40％的硅、按重量计1.0至1.3％的锰以及按重量计0.80至1.1％的铬的钢。这样的锻钢也经常以指示标号16MnCr5列出并且对应于材料号DIN 1.7131和1.7139。

为实现辊颈和基础本体之间最佳的可能接合，如果在辊颈通过焊接被附接之前基础本体的端面以机械的方式(尤其是磨制)被加工，这会是有益的。

本发明的进一步的目的是利用在介绍中描述的类型的复合辊实现的，辊颈被焊接到所述复合辊。

根据本发明的复合辊可以被有效地且便宜地制造，即便是在其尺寸达到四米或更大的情况下。在本文中，辊颈优选地通过电子束焊接被焊接上，因为这导致焊接期间针对基础本体的极少或没有热负载。

优选的是，基础本体沿其纵向轴具有贯通孔，因为该洞允许基础本体的内部应力状态被控制，也导致较低的温度梯度的出现，特别是在制造期间，这使得基础本体能够在淬火或硬化期间从内侧冷却。

如前面指出的，根据本发明的复合辊的基础本体优选地由热成形的钢铁(特别是锻钢)构成，所述热成形的钢铁优选地是可容易焊接的。

本发明的进一步的特征、优点和效果从下面示出的实施方案将变得明显。在将会对其进行参照的附图中：

图1示出在热等静压之前的基础本体坯件；

图2示出图1的基础本体在用于热等静压的压制筒中；

图3示出复合辊。

根据本发明的方法将参照图1至图3被更加详细地说明。图1示出基础本体2或辊坯件。所述基础本体2坯件通常由可容易焊接的锻钢(例如，具有符合DIN 1.7131的复合物的钢)制成，并且，沿纵向轴X(直到端部21、22)具有圆形截面。尺寸余量被增加到所述片的端部21、22。在端部21、22的该余量主要地根据正被制造的辊的脱模直径被选定尺寸。

在图2中，来自图1的所述基础本体2坯件与压制筒6或金属外壳一起被示出。压制筒6在尺寸余量的区域中，以大致居中的方式被附接(例如，通过焊接)在所述基础本体2坯件的端部21、22上。由粉末冶金过程生产的工具钢粉末被放置在压制筒6和所述基础本体2坯件之间的自由空间中，这是通过压制筒6在尺寸余量的区域中或者在端部21、22的附接创建的，在热等静压之后，所述粉末随后形成工作层3。如在图2中所示的，所述本体2坯件伸出超过压制筒6的端部21、22。在压制筒中的热等静压期间，这一点具有如下益处，即对流还出现在被提供有中心孔或钻孔5的基础本体2的内部中，由此使基础本体2中的热负载和温度梯度最小化。在工作层3已经通过热等静压(通常在从1050℃至1250℃的温度范围内并且在从约100至150 MPa的压力下，在惰性气体(例如氩或氮)环境下)被施加之后，基础本体2与所施加的工作层3一起从辊腔被取出并且压制筒6被卸除。作为热等静压的结果，工作层3被永久地附接到基础本体2。工作层3长度方向的延伸被选择，以致其在辊本体的整个辊长度(换言之，不包括端部21、22的基础本体2的相应地选定尺寸的长度)上延伸。两个辊颈4则被固定在基础本体2的端面上，其中所述端面可以已经被机加工，例如，磨制。端部21、22处的尺寸余量的区域还可以通过车削被移除。针对这一点，两个辊颈4首先以最小间隙由固定的方式被设置为相对于端面是齐平的。如果辊颈4如基础本体2那样被配备有中心纵向延伸的孔或洞，则辊颈4可以使用横拉杆被对齐。如果辊颈4被构造为不具有这样的洞，如所图示说明的那样，则它们可以通过适合的压制装置(例如，液压致动活塞)被压抵端面。当辊颈4抵靠基础本体2的端面被设置时，在下一步骤中，辊颈4通常以10^-3毫巴或更小的压力通过电子束焊接被附接到基础本体2。根据图3的复合辊1由此基本上被完成。在仍然存在尺寸余量的地方，端部21、22的区域通过修整工艺来进行后加工，以露出所述侧部的工作层，如果这未曾被完成的话。在此之后，辊经历精加工。

在实践测试中，发现了根据本发明制造的复合辊1能够经受高负载，尽管辊颈4通过焊接被附接。在本文中，制造过程使得可能构造沿纵向轴X具有大于四米的总长度的复合辊1，从而复合辊1可以尤其被用作热工作或冷工作生产线中的辊，主要用于处理钢带或片状钢材的半成品。

Claims (16)

1.一种用于制造复合辊(1)的方法，其中工作层(3)通过粉末的热等静压被创建在基础本体(2)上，其特征在于，在所述基础本体(2)的热等静压之后，辊颈(4)通过焊接被附接到所述基础本体(2)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辊颈(4)通过电子束焊接被附接到所述基础本体(2)。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，辊颈(4)在焊接期间以固定方式被定位在所述基础本体(2)上。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，贯通孔(5)在所述热等静压之前被创建在所述基础本体(2)中。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述基础本体(2)被附接在用于热等静压的压制筒(6)中的侧区域中，其中所述基础本体(2)在至少一个位置，优选地为在两端部(21、22)处，突伸到所述压制筒(6)之外。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，所述基础本体(2)被制备为具有用于热等静压的所述压制筒(6)的紧固区域中的尺寸余量。

7.如权利要求1至6中的任一项所述的方法，其特征在于，所述基础本体(2)在所述热等静压之前被预热。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预热通过传导加热来实现。

9.如权利要求1至8中的任一项所述的方法，其特征在于，在热等静压之后，所述基础本体(2)在仍为热的时从压缩室被移除。

10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，在所述热等静压之后且在所述辊颈(4)的焊接之前，所述基础本体(2)和所述工作层(3)一起经历热处理。

11.如权利要求1至10中的任一项所述的方法，其特征在于，可容易焊接的钢铁被用于所述基础本体(2)。

12.如权利要求1至11中的任一项所述的方法，其特征在于，所述基础本体(2)的端面在所述辊颈(4)被焊接在其上之前以机械的方式被制造，特别是磨制。

13.一种复合辊(1)，所述复合辊(1)包括基础本体(2)和通过粉末的热等静压被施加到所述基础本体(2)的工作层(3)，以及附接到所述基础本体(2)的侧部的辊颈(4)，其特征在于，所述辊颈(4)被焊接在所述基础本体(2)上。

14.如权利要求13所述的复合辊(1)，其特征在于，所述辊颈(4)通过电子束焊接被焊接在所述基础本体(2)上。

15.如权利要求13或14所述的复合辊(1)，其特征在于，所述基础本体(2)具有沿其纵向轴(X)延伸的贯通孔(5)。

16.如权利要求13至15中任一项所述的复合辊(1)，其特征在于，所述基础本体(2)由可容易焊接的钢铁构成。