CZ20013671A3

CZ20013671A3 - Litý materiál pro nedefinované válce s pláątěm a způsob jeho výroby

Info

Publication number: CZ20013671A3
Application number: CZ20013671A
Authority: CZ
Inventors: Bernhard Feistritzer; Karl-Heinrich SCHRÖDER; Michael Windhager; Karl-Heinz Ziehenberger
Original assignee: Eisenwerk Sulzau-Werfen R. & E. Weinberger Ag
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2002-10-16
Also published as: ATE247178T1; US20040214030A1; RU2221071C2; HK1047140B; AU3946100A; AT408666B; KR100497110B1; EP1190108A1; UA61168C2; ES2204549T3; KR20010113879A; SE1190108T3; DE50003288D1; JP2002543279A; ATA72099A; ZA200001981B; BR0009941A; CZ299776B6; EP1190108B1; CN1347463A

Description

Litý materiál pro nedefinované válce s pláštěm a způsob jeho výroby

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby legovaného litého materiálu, zejména materiálu pro pracovní oblast nedefinovaných válců, obsahujícího následující prvky, uhlík, křemík, mangan, chrom, nikl, molybden, vanad, a popřípadě další prvky

5. skupiny periodické soustavy, dále hliník a zbytek tvoří železo a nečistoty podmíněné výrobou.

Vynález se dále týká litého materiálu, obsahujícího shora uvedené prvky.

Vynález dále obsahuje nedefinovaný sdružený válec, zejména pro pracovní válce ke tváření ploché oceli, sestávající z pracovní části nebo pláště, vytvořeného ze slévárenské litiny s nízkým sklonem k přilepení nebo přivalení válcovaného materiálu, a s houževnatým jádrem z nízkolegované litiny, zejména z tvárné litiny.

Dosavadní stav techniky

Nástroje nebo strojní součásti, které jsou při svém použití vystaveny řadě namáhání rozdílného druhu, vyžadují zvláštní profil vlastností. Vycházeje z toho, a s ohledem na vyrobitelnost a hospodárnou výrobu, a rovněž na životnost součástí v praktickém provozu, je třeba vybrat právě nej vhodnější materiály a způsoby výroby.

Součásti, které se používají při měnících se teplotách nad teplotou místnosti, zejména pro tváření výrobků za tepla, jsou • 9

99

- 2 ve většině případů použití vytvořeny z litých materiálů. Takovým výběrem materiálu se může v příznivém případě v podstatě minimalizovat deformování kvůli místně rozdílným teplotám, utvářet hospodárnou výrobu součástí a dalekosáhle přizpůsobit materiálové vlastnosti příslušnému namáhání.

Pracovní válce k válcování oceli za tepla, například válce v širokopásových válcovacích tratích pro válcování za tepla, zejména ve Steckelových stolicích a v dokončovacích (hotovních) stolicích, jsou jednak vystaveny vysokým mechanickým a tepelným zatížením, a jednak musí vykazovat co nejmenší sklon k přilepení a přivalení k válcovanému materiálu. Čím tenčí se totiž válcuje pás za tepla, tím vyšší jsou měrné tlaky mezi pracovním válcem a válcovaným materiálem, což podstatně zvyšuje sklon k přilepení pásu k povrchu válce, vlivem nízkých doválcovacích teplot posledních stolic. Toto přilepení a přivalení povrchu válce a pásu může vést k vytržení materiálu z pásu, což jako takové, a s přilepením k válci, může vést k dalším poruchám při válcování, což často nutně vede ke znehodnocení jakosti pásu válcovaného za tepla.

Je známo, že ke splnění požadavků, týkajících se snížení tření ve válcovací mezeře, a rovněž ke zvýšení odolnosti proti odtrhávání materiálu a rovněž proti jeho poškození tepelnými rázy, se v pracovní oblasti válců posledních stolic válcovací trati pro válcování pásů za tepla používá nedefinovaný litý materiál.

Nedefinovaná jakost sestává ze třech podstatně rozdílných součástí struktury, které jsou vytvořeny ze stavu po odlití, totiž z grafitu, karbidů a matrice podobající se oceli. Jenom tato matrice se může podstatně změnit pomocí tepelného zpracování. Nedefinovaná jakost válců, resp. slitina vytváří při rychlém tuhnutí mnoho karbidu a málo grafitu ve struktuře, a při nižší rychlosti tuhnutí jsou tyto poměry opačné, t.j. že vzniká méně karbidu a více grafitu. To má za následek, že rychle ztuhlý materiál je tvrdší a pomalu ztuhlý materiál je měkčí. U nedefinovaného válce se to projevuje tak, že se vrůstající vzdáleností od povrchu odlitku klesá podíl karbidu, přibývá podíl grafitu a tvrdost se rovněž snižuje. Protože v tomto případě není pozorovatelný žádný definovaný skok ve tvrdosti, byla tato jakost pojmenována jako „nedefinovaná.

Vylučování grafitu však může zhoršit tvrdost zejména vlastnosti opotřebení výrobku, takže k minimalizování této nevýhody by měla mikrostruktura dodatečně mít tvrdé karbidy.

Pro odborníka je běžné, technickým opatřením, způsobem legování ustanovit strukturu odlitku s grafitovými částicemi a s karbidy, přičemž obsahy se musí vzájemně nastavit z prvků podporujících tvorbu grafitu, což je podstatě nikl a křemík, a koncentrace tvoříce karbidu, což je podstatě chrom a molybden v malém množství, a rovněž obsahy uhlíku v tavenině, a rovněž se musí přihlížet k jejich vzájemnému působení při tuhnutí.

Nedefinované válce mají podle stavu techniky následující složení v % hmotnostních: 2,6 až 3,6 uhlíku, 0,6 až 1,1 křemíku, 0,6 až 1,0 manganu, 1,5 až 2,1 chrómu, 4,1 až 4,6 niklu, 0,3 až 0,5 molybdenu, a zbytek tvoři železo, doprovodné prvky (příměsi) a nečistoty. Struktura pracovního tělesa, resp. pláště sdruženého válce sestává v podstatě z bainitické nebo martenzitové matrice s podílem 28 až 40 % eutektických karbidů a 1,3 až 2,2 % objemových grafitu, přičemž na mm² plochy výbrusu připadá 5 až 20 grafitových částic.

Ke zlepšení užitných vlastností nedefinovaných válců, zejména ke zvýšení jejich odolnosti proti opotřebení v pracovní oblasti, byly již činěny pokusy (PCT/GB 93/02380), přivádět do příslušné slitiny zejména povrchově potažené částice karbidů o vyšší tvrdosti. Odborníkovi je známo, že vysoce tvrdé karbidy v malém podílu vice zvyšuji odolnost proti opotřebeni materiálu, než zvýšeni u karbidů typické jakosti, o malé tvrdosti. Když se nyni vyrobi válec, resp. plášť válce, z takové slitiny způsobem odstředivého liti, mohou se vytvořit na základě rozdílné měrné hmotnosti mezi taveninou a částicemi karbidů a odstředivé sily nežádoucí segregace (vycezeniny) a nehomogennosti. Dále mohou nastat poruchy při vytváření potřebného grafitu, vlivem změny taveniny.

Podle spisu PCT/US 96/09181 byl podán návrh, přidat do taveniny pro nedefinované válce vyvážené složení 0,3 až 6,0 % hmotnostních niobu a stechiometricky zvýšit obsah uhlíku odpovídajícím způsobem k vytvářenému, karbidu niobu. Tímto způsobem se sice zvýší podíl karbidů a odolnost materiálu proti opotřebení, avšak vyšší obsahy niobu mohou vést k primární tvorbě karbidů, což může ovlivnit vznik hrubších karbidových zrn a grafitových částic.

Při odstředivém lití pracovní oblasti nedefinovaného válce je slitina v kokile během tuhnutí vystavena vysokému odstředivému zrychlení, například v rozsahu 80 až 180 G. Protože nyní monokarbidy vanadu, primárně vytvořené v tavenině, mají nízkou hustotu a monokarbidy niobu mají vyšší hustotu, než je hustota tekutého kovu, může dojít k segregací (vycezeninám), resp. k odměšování. Pro zabránění takové segregace bylo již navrženo (US 5,738,734), legovat taveninu stejnoměrně vanadem a niobem tak, že těmito monokarbidy vznikajícími při tuhnutí jsou směsné karbidy (VNb)C, které mají v podstatě stejnou hustotu jako tavenina. Na základě co nejvyššího obsahu prvků tvořících monokarbidy, až 17 % hmotnostních, podle shora uvedeného patentového spisu US, se musí také nastavit koncentrace uhlíku, podle známé souvislosti. Taková slitina má však nepříznivou *·· ·»♦ • · · · <

« · · « • 99 99 licí(primární) strukturu s místním odměšováním (segregací), a velkými grafitovými částicemi, což jednak přináší již po krátké době provozu sníženou jakost povrchu válce, a jednak zesiluje sklon válcovaného materiálu k přilepení.

Podstata vynálezu

Při vycházení z uvedeného stavu techniky je úkolem vynálezu, přinést nový, zlepšený způsob, pomocí něhož bude mít materiál pracovní oblasti nedefinovaných válců podstatně nižší sklon k přilepení nebo přivaření válcovaného materiálu, a trvale vysokou odolnost proti opotřebení po celé tloušťce použité oblasti.

Dále si vynález klade za cíl, vytvořit litý materiál, který má jemně rozptýlené a homogenně rozdělené vylučování grafitu s malým objemovým podílem, a rovněž obsahuje speciální karbidy vesměs s malým průměrem karbidových zrn, stejnoměrně rozdělené v základním materiálu, a rovněž má v podstatě nezměněné vlastnosti pracovního povrchu.

A nakonec vynález směřuje k výrobě nedefinovaných válců, jejichž užitné vlastnosti jsou podstatně zlepšené a u nichž je snížené nebezpečí prasknutí válců, odtrhávání a vzniku trhlin v přechodové oblasti k jádru.

Tato úloha je vyřešena způsobem podle vynálezu, jehož podstatou je, že

A. se vytvoří tavenina s chemickým složením v % hmotnostních:

na výbrusu sdružených

2,0	až	3,5	C
1/0	až	2,0	Si
0, 5	až	2,0	Mn
1,0	až	3,0	Cr

3,5 až 4,9 Ni

0,2 až 2,9 Mo zbytek tvoří železo a nečistoty a

B. přidá se více než 0,5 % hmotnostních vanadu v rozsahu až do 5,9% hmotnostních, rozpustí se v této tavenine a

C. složení taveniny se nastaví technickým způsobem legování stanovením koncentrace uhlíku, a rovněž křemíku, za přítomnosti niklu a účinného množství prvků tvořících karbidy tak, že se při tuhnutí vytváří mikrostruktura, která má 1,0 až 3,0 % objemových grafitu v takové míře, že na mm² kontrolní plochy metalografického výbrusu připadá více než 20, ale méně než 100 grafitových částic a zbytek sestává v podstatě z martenzitu, z 8 až 35 % objemových eutektických karbidů a alespoň z 1 % objemového jemně rozdělených vanadových karbidů, načež

D. se tato tavenina odlije do formy, zejména do kokily pro odstředivé lití a nechá se ztuhnout na těleso, zejména pracovní těleso válce a popřípadě se odlité těleso dále přetvoří například na sdružený válec, přičemž takto vytvořené těleso, resp. válec se

E. podrobí tepelnému zpracování, sestávajícímu alespoň z jednorázového ohřevu na zpracovací teplotu, udržování na této teplotě a ochlazování na teplotu místnosti.

Výhody dosahované tímto vynálezem spočívají v podstatě v tom, že kinetika tuhnutí taveniny a morfologie struktury materiálu byly výhodně nastaveny změněné. Této změny se dosáhne synergetickým účinkem legovacích prvků v dané koncentraci, přičemž proti stavu techniky je umožněno dosažení velkého počtu malých grafitových částic pomocí nepatrného zvýšení obsahu křemíku, a popřípadě hliníku, za přítomnosti niklu v úzkých rozmezích. Přitom je však důležité účinné množství prvků tvořících karbidy při eutektickém tuhnutí, přičemž jako ·

- 7 « 9 · • * # · 9 9 9 • · t » · · • 9 99 999 9

9 9 9 · 9 • · 9 · <9 · 9 · 9 9 rozhodující ovlivňující veličiny byly nalezeny chrom a molybden v předem dané koncentraci. Protože karbidy vanadu byly v tekuté slitině vyloučeny alespoň částečně před eutektickým tuhnutím až k mezi rozpustnosti vanadu, je důležité, aby tyto monokarbidy měly malou velikost zrna, a tím se nemohly při tuhnutí v tavenině vycezovat působením odstředivého zrychlení. Podle současného stavu vědy se dosáhne jemné zrnitosti primárního disperzního vylučování karbidů jednak pomocí vzájemného působení (interakce) uhlíku, křemíku a rovněž niklu, a jednak chrómu, molybdenu a rovněž vanadu. Tato vzájemná působení (interakce) účinností prvků nejsou dosud vědecky úplně vysvětlena, může se však předpokládat, že při tuhnutí se dosahuje výhodné kinetiky vylučování, a při odpovídajícím obsahu křemíku a koncentracích niklu ve zbytku taveniny se zpozdí vylučování grafitu a eutektické vylučování karbidů, a že po dosažení vyššího podchlazení nastává jemnozrnné zbytkové tuhnutí. Složení taveniny se má přitom nastavit tak, aby podíl grafitu ve ztuhlém materiálu činil 1,0 až 3,0 % objemových. Menší podíly grafitu zvyšují také při vysoké hustotě grafitových částic na mm², vyšší než 20, sklon k přilepení válcovaného materiálu na povrch válců. Když podíl grafitu přesáhne 3,0 % objemová, zvýší se opotřebení válců. Dále se má technickým způsobem legování stanovit podíl eutektických karbidů na 5 až 35 % objemových a obsah speciálních karbidů, resp. monokarbidů, alespoň na 1 % objemové. Podíly karbidů nižší než 8 a 1 % objemové vedou k nižší odolnosti materiálu proti opotřebení a podíly eutektických karbidů vyšší než 35 % objemových zvyšují nebezpečí vzniku trhlin, resp. nebezpečí prasknutí.

Obzvláště vynikající odolnosti proti vzniku trhlin z přepálení, a rovněž jakosti povrchu se může dosáhnout při • · • · · • · ·· · ·· · · • · · malém opotřebení válce v provozu, když se složení taveniny nastaví technickým způsobem legování tak, že se při tuhnutí vytvoří mikrostruktura, která má 1,2 až 2,5 % objemových, zejména 1,25 až 1,95 % objemových grafitu v takové míře, že na mm² kontrolní plochy výbrusu připadá více než 22, ale nejvíce však 90 grafitových částic a zbytek sestává v podstatě z martenzitu, z 10 až 25 % objemových eutektických karbidů a ze 2 až 20 % jemně rozdělených monokarbidů.

Když se podle dalšího výhodného provedení vynálezu nastaví složení taveniny tak, že za přítomnosti niklu činí poměr koncentrace uhlíku ke křemíku 2,6, zejména £ 2,0, může se stanovit s vysokou přesností a v úzkých rozmezích vylučování grafitu, resp. podílu grafitu v materiálu v žádoucím rozsahu. Při poměru uhlíku ke křemíku, přesahujícím hodnotu 2,6, se jednak vytvářejí hrubé primární monokarbidy, a jednak se nevýhodně ovlivňuje vytváření grafitu.

Při optimalizaci vlastností materiálu a jakosti výrobku je výhodné, když se obsah uhlíku v tavenině nastaví na hodnotu v % hmotnostních na 2,2 až 3,1, zejména na 2,6 až 2,95.

Ve smyslu obzvláštní vyváženosti rozdělení grafitu a karbidů při tuhnutí a pro další zlepšení užitných vlastností válce, ukázalo se jako příznivé, když konečný obsah křemíku byl nastaven v % hmotnostních na více než 1,2 až 1,95, zejména na

1,4 až 1,75.

Prvek hliník jednak podporuje sklon ke tvoření grafitu, avšak na druhé straně také ovlivňuje vylučování jemných zrn speciálních karbidů. Hliník může také účinně kineticky částečně nahradit křemík a může nalézt použiti jako řidiči prvek pro vyvážené vylučováni grafitu a karbidu, takže při technickém způsobu legováni se může do taveniny přidat 0,002 až 0,65 % hmotnostních hliníku, a v této tavenině se může rozpustit.

	«»	« ··	*4
	*4	• 4 4 4	•	•	4
	4	4 · ·	4 4
	•	4 4 4	4	4
44	···	··· 44	44

Přednostní jsou obsahy 0,005 až 0,04 % hmotnostních hliníku.

Nastavení vyšší jakosti materiálu v úzkých rozmezích je příznivé, když se obsah niklu v tavenině nastaví na hodnotu 3,51 až 4,7, zejména 4,15 až 4,6 % hmotnostních.

Z kinetického hlediska tuhnutí, ale také s ohledem na vytváření vysokého počtu grafitových částic, ukázalo se jako výhodné, když poměr koncentrace molybdenu ke chrómu je nižší než 1,0, zejména nižší než 0,8.

Mo — < 1,0, zejména <0,8 Cr

Když poměr překročí hodnotu 1,0, mohou se při ochlazování a při tepelném zpracování spřaženého válce vytvářet vysoká transformační napětí, čímž může vzniknout oddělování materiálu. Toto nebezpečí je vyšší u menších válců, avšak vzhledem k bezpečnosti týkající se vzniku trhlin je ale výhodné, nastavit poměr obsahu chrómu a molybdenu pod 0,8.

Ve smyslu cíleného vytváření eutektických karbidů, a tím také snížení nebezpečí prasknutí materiálu válců při rázových zatíženích se ukázalo jako výhodné, když se nastaví obsah chrómu a molybdenu v tavenině v % hmotnostních u chrómu na 1,2 až 2,6, zejména na 1,5 až 2,01 u molybdenu na 0,20 až 2,6 , zejména na 0,3 až 0,9.

Mangan slouží v první řadě k vázání síry, přičemž v příznivém případě se nastaví obsah manganu v tavenině v % hmotnostních na hodnotu 0,6 až 1,6, zejména na 0,7 až 1,45.

Pro další podporu jemného disperzního rozdělování grafitových částic, a pro stejnoměrné udržování malé velikosti zrn speciálních karbidů, a tím pro zlepšení užitných vlastností • ·

- 10 nedefinovaného válce také při častém otěru, může být dále výhodné, když se do taveniny přidá 1,8 až 3,9 % hmotnostních, zejména 1,9 až 2,9 % hmotnostních vanadu, a v této tavenině se rozpustí.

Také může být výhodné, když se vanad částečně nahradí dalšími prvky 5. skupiny periodické soustavy v rozsahu menším než 0,6 % hmotnostních a vytvoří se směsné karbidy. A nakonec se předpokládané vlastnosti materiálu získají tepelným zpracováním. Při provádění způsobu podle vynálezu se ukázalo jako výhodné, když odlitek, resp. válec byl podroben tepelnému zpracování, které sestává alespoň z jednoho ohřevu z teploty místnosti na zpracovací teplotu 400°C až 500°C, zejména 460°C až 480°C, z udržování na této teplotě alespoň dvě hodiny, zejména alespoň osm hodin a z ochlazování na teplotu místnosti, popřípadě zpracování při nízké teplotě.

Dalšího cíle vynálezu se dosáhne litým materiálem shora uvedeného druhu, přičemž slitina obsahuje v % hmotnostních:

0,5	až	5, 9	V
1,0	až	2,0	Si
0,5	až	2,0	Mn
1,0	až	3,0	Cr
3,5	až	4,9	Ni

0,20 až 2,9 Mo

2,0 až 3,5 uhlíku, v takové míře, že 1,0 až 3,0 % objemových ve formě grafitu v částicích je rozděleno s více než 20, ale méně než 100 částicemi na mm² plochy metalografického výbrusu.

Výhodou takto vyrobeného materiálu je, že je vhodný pro výrobu nedefinovaných válců, a projevuje se zejména v tom, že ve srovnání se stavem techniky se dosáhne velice konstantního podílu grafitu se stejným profilem vlastností materiálu. Touto vysokou vrstvou grafitových částic dosaženou tímto technickým způsobem legování se přitom podstatně sníží sklon k přivaření nebo přilepení válcovaného materiálu na povrch válců. Počet částic pod 20 na mm² kontrolní plochy však neukazuje dostatečný účinek. Totéž platí, když je počet grafitových částic vyšší než 100 na mm², protože potom je průměr jednotlivých částic příliš malý, aby se snížil sklon k přilepení v požadované míře. Pro vysoký počet grafitových částic a pro jemné eutektické tuhnutí s malými speciálními karbidy je potřeba, aby byl obsah vanadu vyšší než 0,5 % hmotnostních, protože nižší koncentrace nezpůsobí žádné účinné zjemnění struktury. Pro jemně disperzní vytváření grafitových částic, a rovněž pro zachování požadovaného tuhnutí a složení struktury materiálu je třeba pamatovat při požadovaném obsahu uhlíku také na následující prvky, křemík za přítomnosti niklu, chrom a molybden, vždy v úzkých rozmezích koncentrace, protože tyto prvky jsou kineticky ve vzájemném působení (interakci). Vysoké obsahy vanadu ostatně vedou k hrubému primárnímu vylučováni karbidů typu MC a mohou způsobit zvýšené nebezpečí prasknutí a vytrhávání velkých karbidů z pracovní plochy, takže koncentrace tohoto prvku v materiálu by neměla překročit hodnotu 5,9 % hmotnostních.

Užitné vlastnosti válců se mohou výhodným způsobem dále zvýšit, když slitina obsahuje

1,8 až 4,8 % hmotnostních vanadové skupiny periodické soustavy

2.2 až 3,1 uhlíku v takové míře, že

1.2 až 2,5 % objemových ve formě grafitu v částicích je rozděleno s více než 22, ale nejvýše 90 částicemi na mm²plochy metalografického výbrusu. Jestliže při obsahu grafitu 1,8 % objemových překročí počet grafitových částic 100 na mm²kontrolní plochy, zvýší se podstatně sklon k přilepení válcovaného materiálu na povrch válců.

Zajištění vysoké jakosti, zejména s ohledem na transformační chování materiálu se dosáhne, když slitina obsahuje v % hmotnostních

2,0 až 3,5 uhlíku

1,0 až 2,0 křemíku

0,5 až 2,0 manganu

1,0 až 3,0 chrómu

3.5 až 4,9 niklu

0,2 až 2,9 molybdenu

1.5 až 4,9 vanadu zbytek tvoří železo a nečistoty.

Dále, jak se ukázalo při vytvoření složení materiálu podle vynálezu, s ohledem na homogenní a jemně disperzní vytváření grafitových částic, a rovněž na zlepšené užitné vlastnosti, má nedefinovaný válec výhodu, když má slitina poměr koncentrace uhlíku ke křemíku é 2,6, zejména 2,0, přičemž je zajištěna přítomnost niklu.

Jak pro obzvláště jemné vytváření grafitu a karbidů, tak pro vyvážené eutektické vylučování grafitu a karbidů, se ukázalo jako výhodné, když slitina obsahuje množství křemíku větší než 1,2 až 1,85 % hmotnostních, zejména 1,4 až 1,75 %.

Hliník může při obsahu 0,002 až 0,65 % hmotnostních, zejména 0,005 až 0,04 % hmotnostních, příznivým způsobem zajistit požadované vytváření grafitu a karbidů a jemnou strukturu tuhnuti odlitku.

V přednostním provedení, s ohledem na kontrolovaný obsah grafitu a na předpokládanou tvrdost materiálu, obsahuje slitina

3.5 až 4,9 % hmotnostních, zejména 4,15 až 4,6 % niklu.

K vázání síry může příznivým způsobem slitina obsahovat 0,6 až 1,6 % hmotnostních manganu, zejména 0,7 až 1,4 %.

Jak morfologie tuhnutí,tak transformační chování materiálu

pláště mohou být zlepšeny a nebezpečí trhlin spřaženého válce může být sníženo, když má slitina poměr koncentrace molybdenu ke chrómu nižší než 1,0, zejména nižší než 0,8. Tím se rozhodujícím způsobem sníží vnitřní napětí válce. To platí pro obsah vanadu do 5,9 % hmotnostních a jenom pro nízké obsahy dalších prvků 5. skupiny periodické soustavy. Obsahem chrómu

1,5 až 2,01 % hmotnostních a koncentrací molybdenu 0,3 až 0,9, zejména při obsahu uhlíku 2,6 až 2,95 % hmotnostních, se může výhodně vytvořit podíl eutektických karbidů v materiálu válců.

Když slitina obsahuje 1,8 až 4,0 % hmotnostní vanadu, zejména 1,9 až 2,95 %, dosáhne se současně příznivých odolností proti opotřebení při vysokých tvrdostech materiálu, a zlepšeného transformačního chování struktury materiálu.

Obsah vanadu se může také částečně nahradit obsahem dalších prvků, tvořících monokarbidy, z prvků 5. skupiny periodické soustavy, v míře nižší než 0,6 % hmotnostních. Při koncentracích niobu nebo tantalu 0,6 % hmotnostních a vyšších ve slitině se mohou ve struktuře vytvářet hrubé fáze, které zhoršují vlastnosti pracovního válce a jakost povrchu válcovaného materiálu.

Konečně se dosáhne vysoké odolnosti proti prasknutí a nepatrného sklonu k odtrhávání při zlepšeném chování při opotřebení litého materiálu, když tento materiál má v % objemových až 35, zejména 10 až 25 eutektických karbidů a až 15, zejména 2 až 10 karbidů prvků 5. skupiny, vanadové skupiny periodické soustavy.

Dalšího účelu vynálezu tohoto typu, provést spřažené nedefinované válce, vyrobené způsobem odstředivého lití, s podstatně zlepšenými užitnými vlastnosti a malým nebezpečím prasknutí válců, odtrháváni, vzniku trhlin z přepálení a • · · • · · · · · · ··· ··· ··· ·· ·· ·

- 14 vzniku trhlin v přechodové oblasti k jádru, se dosáhne tím, že pracovní oblast nebo plášť má tloušťku 10 až 150 mm a materiál pláště má strukturu, sestávající v podstatě z 1,0 až 2,5 % objemových grafitu, přičemž grafit je jemně rozptýlen s počtem grafitových částic více než 20 částic na mm² plochy metalografického výbrusu, z 8 až 35 % objemových eutektických karbidů, z 1 až 20 % objemových karbidů vanadu v stejnoměrném rozdělení, zejména ve směru tloušťky pláště, a zbytek tvoří v podstatě martenzit a součásti ovlivněné nečistotami nebo výrobou, a má tvrdost 70 až 90 ShC.

Výhodu válců podle vynálezu je třeba zejména spatřovat v tom, že plášť kovově spojený s jádrem o vysoké pevnosti má vysoký počet grafitových částic, které obzvláště účinně zabraňují přilepení, resp. přivaření válcovaného materiálu při provozu válcování. Tohoto homogenního vytváření grafitu, a rovněž stejnoměrného rozdělení malých vanadových speciálních karbidů se dosáhne ovlivněním technického způsobu legování kinetiky tuhnutí, takže nemůže nastat odměšování tak zvanou odstředivou segregací během způsobu odstředivého lití. Tím je zaručeno, že vytváření struktury a válcovací výkon jsou výhodným způsobem také při požadovaném radiálním úběru po každém dodatečném obrábění pracovního povrchu dalekosáhle stejné. Příslušný válcovací výkon až k požadovanému dodatečnému obrábění pracovního povrchu se výhodně zvýší, protože vysoká hustota grafitových částic způsobuje vzrůstající odolnost proti trhlinám z přepálení, a rovněž zlepšenou jakost povrchu pláště, odolného proti opotřebení, zvýšenou speciálními karbidy.

Zvýšené úrovně vlastností válce podle vynálezu se může bezpečně dosáhnout, když pracovní oblast nebo materiál pláště má strukturu, která obsahuje 1,0 až 2,5 % objemových grafitu v takové míře, že jeho hustota rozdělení činí alespoň 22, ale nejvýše 100 částic na mm² plochy metalografického výbrusu, dále • · · « · · · · · · ··· «·· ··· ·· · ·

- 15 obsahuje 10 až 25 % objemových eutektických karbidů a 2 až 10 % objemových speciálních karbidů prvků 5. skupiny periodické soustavy.

Když podle přednostní materiálové varianty materiál pracovního válce nebo materiál pláště obsahuje složení v % hmotnostních

c =	2,0 až 3,5,	přednostně	2,21	až 3,1	, zejména 2,6 až 2,95
Si =	1,0 až 2,0, až 1,75	přednostně	více	než 1,	25 až 1,85, zejména 1,
Mn =	0,5 až 2,0,	přednostně	0,6	až 1,6,	zejména 0,7 až 1,4
Cr =	1,0 až 3,0,	přednostně	1/3	až 2,5,	zejména 1,5 až 2,01
Ni =	3,5 až 4,9,	přednostně	3,5	až 4,7,	zejména 4,15 až 4,6
Mo =	0,2 až 2,9,	přednostně	0,25	až 1,3	, zejména 0,3 až 0,9
Al -	0,002 až 0, 0,04	65, přednostně 0	,005 až	0,1, zejména 0,005 až
V =	0, 5 až 5, 9,	přednostně	1,8	až 3,9,	zejména 1,9 až 2,9

popřípadě Nb nebo Ta, méně než 0,6 zbytek tvoří železo a nečistoty, a jádro válce je vytvořeno z tvárné litiny, je jednak dána vysoká odolnost proti opotřebení, dále snížené nebezpečí vzniku trhlin a šíření trhlin a vysoká tvrdost pracovní oblasti válce.

Vysoká bezpečnost proti vzniku trhlin je dosažitelná, když spojovací oblast mezi pláštěm nebo pracovní částí a jádrem válce, vyrobená z nízkolegované litiny, zejména z tvárné litiny, má v radiálním směru pevnost v ohybu (tříbodová zkouška na ohyb) vyšší než 600 N/mm².

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu s výsledky zkoušek a rovněž podle připojené tabulky, kde na obr. 1 je je znázorněn diagram C/Si, na obr. 2 je znázorněn diagram Μσ/Cr, na obr. 3 a 4 je znázorněno zobrazení neleptaného výbrusu a v tabulce 1 jsou znázorněny materiály válců a jejich výkon v praktickém provozu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněna koncentrace křemíku a uhlíku, přičemž vynálezecký rozsah je popsán body α, β, γ, δ.

C

Přednostní rozsahy s poměrem — =2,6 (rozsah A) (α, β,γ,δ¹,a¹)

SI

C a s poměrem — <2,0 (rozsah Β) (α, β,γ,δ²) jsou vyznačeny. Si

Na obr. 2 je znázorněn diagram molybdenu a ohromu, v němž je zobrazen vynálezecký rozsah poměru (α,β,,γ,δ) obsahů.

Mo

Přednostní rozsahy s poměrem — <1,0 (rozsah A) (α, β,γ,δ¹,a²)

Cr

Mo a s poměrem — =0,8 (rozsah Β) (α,β,δ²,^¹) jsou vyznačeny Cr zřetelně jako na obr. 1.

Na obr. 3 je ve zobrazení výbrusu s 50 násobným zvětšením znázorněno vytvoření grafitu v materiálu válce podle stavu techniky. Plášť válce měl následující chemické složení v % hmotnostních: C = 3,09, Si = 0,91, Mn = 0,84, Cr = 1,79, Ni = 4,51, Mo = 0,38, Al = 0,003, podíl grafitu: 3,9 % objemových, s 18 grafitovými částicemi na mm².

• 9

- 17 Na obr. 4 je ve zobrazení výbrusu se stejným 50 násobným zvětšením znázorněn vysoký počet stejnoměrně rozdělených

grafitových	částic	v pracovní	oblasti	válce	sestavené	podle
vynálezu.	Chemické	složení	pracovní	oblasti bylo	v	%
hmotnostních: C = 3	,02, Si =	1,42, Mn	= 0,9,	Cr = 1,8,	Ni	=
4,36, Mo =	0,52, V	= 2,9, Al	= 0, 008,	podíly	grafitu:	2,8	%

objemových, s 42 grafitovými částicemi na mm².

Ve srovnání s materiálem podle stavu techniky byl, přes nižší obsah uhlíku a nižší podíl grafitu, u slitiny podle vynálezu počet jejích grafitových částic více než dvakrát vyšší a bylo změřeno 3,2 % objemových vanadových karbidů.

V tabulce 1 jsou vždy vzájemně sestavena chemická složení pláště válců, vytvořeni struktury a dosažený válcovací výkon 10 párů válců v praktickém provozu. Válce s označením A až E, které pocházejí z výroby podle stavu techniky, nebyly tedy legovány vanadem, válce s označením F až J byly zhotoveny s materiálem pláště legovaným podle vynálezu.

Přidáním vanadu jako legujícího prvku (válce F až N) bylo možno vytvořit, při sníženém podílu eutektických karbidů, tvrdé vanadové karbidy s malou velikostí zrna a s dalekosáhlým homogenním rozdělením v materiálu, čímž se podstatně zvýšily odolnost proti opotřebení a nakonec i válcovací výkon. Vysoký počet grafitových částic na mm², kterého bylo dosaženo vzájemným působením (interakcí) účinností prvků Cr, Si, Ni, Mo, C a V, zabránilo také při malých podílech grafitu přilepení nebo přivaření válcovaného materiálu na povrch válců, resp. s povrchem válců. Přísada niobu a tantalu, tedy dalších prvků

5. skupiny periodické soustavy, přineslo při obsahu nižším než 0,6 % hmotnostních malé zvýšení odolnosti proti otěru, resp. válcovacího výkonu v provozu. Je pozoruhodné, že se u materiálu pláště podle vynálezu podstatně omezil vznik trhlin a šíření

- 18 trhlin, a rovněž odtrhávání, což může být odvozeno pravděpodobně z velkého počtu grafitových částic. Mikrozkouška ukázala, že monokarbidy MC měly malou velikost zrn, a byly dalekosáhle rozděleny v jemně disperzním uspořádání. Protože nyni jednak hustota vanadových karbidů činí asi 5,82 g/cm³ při RT, a jednak nebyla patrná žádná odstředivá segregace, způsobená odstředivým litím, je možno dojít k závěru, že vylučování speciálních karbidů a jemné vylučování grafitu probíhalo v podstatě během eutektického tuhnutí, resp. primární vylučování bylo dalekosáhle zamezeno.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby a zpracování legovaného litého materiálu pro pracovní oblast nedefinovaných válců, obsahujícího následující prvky, uhlík, křemík, mangan, chrom, nikl, molybden, vanad, a popřípadě další prvky 5. skupiny periodické soustavy, hliník a zbytek tvoří železo, doprovodné prvky a nečistoty podmíněné výrobou, vyznačující se tím, že

A. se vytvoří tavenina s chemickým složením v % hmotnostních:

2,0 až 3,5 C 1x0 až 2,0 Si 0,5 až 2,0 Mn 1x0 až 3,0 Cr 3,5 až 4,9 Ni 0,2 až 2,9 Mo

zbytek tvoří železo a nečistoty a

B. přidá se více než 0,5 % hmotnostních vanadu v rozsahu až do 5,9 % hmotnostních, rozpustí se v této tavenine a

C. složení taveniny se nastaví technickým způsobem legování stanovením koncentrace uhlíku, a rovněž křemíku, za přítomnosti niklu a účinného množství prvků tvořících karbidy tak, že se při tuhnutí vytváří mikrostruktura, která má 1,0 až 3,0 % objemových grafitu v takové míře, že na mm² kontrolní plochy metalografického výbrusu připadá více než 20, ale méně než 100 grafitových částic a zbytek sestává v podstatě z martenzitu, z 8 až 35 % objemových eutektických karbidů a alespoň z 1 % objemového jemně rozdělených vanadových karbidů, načež

D. se tato tavenina odlije do formy, zejména do kokily pro odstředivé lití a nechá se ztuhnout na těleso, zejména pracovní těleso válce a popřípadě se odlité těleso dále přetvoří například na sdružený válec, přičemž takto vytvořené těleso, resp. válec se « · · · · • · · · · · * · « · · • · » ·· · ·

E. podrobí tepelnému zpracování, sestávajícímu alespoň z jednorázového ohřevu na zpracovací teplotu, udržování na této teplotě a ochlazování na teplotu místnosti.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se složení taveniny nastaví technickým způsobem legování stanovením koncentrace uhlíku, a rovněž křemíku, za přítomnosti niklu a účinného množství prvků tvořících karbidy tak, že se při tuhnutí vytváří mikrostruktura, která má 1,2 až 2,5 % objemových, zejména 1,25 až 1,95 % objemových grafitu v takové míře, že na mm² kontrolní plochy výbrusu připadá více než 22, ale nejvíce však 100 grafitových částic a zbytek sestává v podstatě z martenzitu, z 10 až 25 % objemových eutektických karbidů a ze 2 až 20 % jemně rozdělených karbidů prvků 5. skupiny periodické soustavy.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2,vyznačující se tím, že se složeni taveniny nastaví tak, že poměr koncentrace uhlíku ke křemíku činí ů 2,6, zejména 2,0,

C — < 2,6 , zejména < 2,0 Si
4. Způsob podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že se obsah uhlíku v tavenině nastaví na hodnotu 2,2 až 3,1 % hmotnostních, zejména na 2,6 až 2,95 % hmotnostních.
5. Způsob podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se konečný obsah křemíku nastaví na 1,2 až 1,95 % hmotnostních, zejména na 1,4 až 1,75 % hmotnostních.
6. Způsob podle nároků 1 až 5, vyznačující tím, že se při technickém způsobu legováni přidává do taveniny 0,002 až 0,65 % hmotnostních hliníku, zejména 0,005 až 0,04 % hmotnostních a v této tavenině se rozpustí.
7. Způsob podle nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že se obsah niklu v tavenině nastaví na hodnotu 3,51 až 4,7 % hmotnostních, zejména na 4,15 až 4,6 % hmotnostních.
8. Způsob podle nároků laž7, vyznačující se tím, že se složení taveniny nastaví tak, že poměr koncentrace molybdenu ke chrómu je nižší než 1,0, zejména nižší než 0,8.

Mo — < 1,0, zejména <0,8 Cr
9. Způsob podle nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že se obsah ohromu a molybdenu v tavenině nastaví na hodnotu u ohromu 1,5 až 1,9 % hmotnostních u molybdenu 0,3 až 0,9 % hmotnostních.
10. Způsob podle nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že se do taveniny přidá 1,8 až 3,9 % hmotnostních, zejména 1,9 až 2,9 % hmotnostních vanadu, a v této tavenině se rozpustí.
11. Způsob podle nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že se vanad částečně nahradí dalšími prvky 5. skupiny periodické soustavy v rozsahu menším než 0,6 % hmotnostních a vytvoří se směsné karbidy.
12. Způsob podle nároků 1 až 11, vyznačující se • · t* • · 9 «

·· tím, že se odlitek, resp. válec podrobí tepelnému zpracování, které sestává alespoň z jednoho ohřevu z teploty místnosti na zpracovací teplotu 400°C až 500°C, zejména 460°C až 480°C, z udržování na této teplotě alespoň dvě hodiny, zejména alespoň osm hodin a z ochlazování na teplotu místnosti, popřípadě zpracování při nízké teplotě.
13. Litý materiál pro pracovní oblast nedefinovaných válců, obsahující následující prvky, uhlík, křemík, mangan, chrom, nikl, molybden, vanad, doprovodné prvky a nečistoty podmíněné výrobou, vyznačující se tím, že slitina obsahuje v % hmotnostních více než:

0,5 až 5,9 vanadu

1,0 až 2,0 křemíku

0,5 až 2,0 manganu

1,0 až 3,0 chrómu

3,5 až 4,9 niklu

0,2 až 2,9 molybdenu

2,0 až 3,5 uhlíku v takové míře, že 1,0 až 3,0 % objemových ve formě grafitu v částicích je rozděleno s více než 20, ale méně než 100 částicemi na mm² plochy výbrusu.
14. Litý materiál podle nároku 13, vyznačující se tím, že slitina obsahuje

1,8 až 4,9 % hmotnostních vanadu

2,2 až 3,1 % hmotnostních uhlíku v takové míře, že 1,2 až 2,5 % objemových ve formě grafitu v částicích je rozděleno s více než 22, ale nejvýše s 90 částicemi na mm² plochy výbrusu.
15. Litý materiál podle nároku 13 nebo 14,vyznačuj ící s e tím, že slitina obsahuje v % hmotnostních:

2,0 až 3,5 uhlíku

1,0 až 2,0 křemíku 0,5 až 2,0 manganu 1,2 až 2, 5 chrómu 3,5 až 4,9 niklu 0,5 až 2,1 molybdenu 1,5 až 4,9 vanadu

zbytek tvoří železo a nečistoty.
16. Litý materiál podle nároků 13 až 15, vyznačuj ící s e tím, že slitina má poměr koncentrace uhlíku ke křemíku £ 2,6, zejména 2,0,

C — š 2,6 , zejména < 2,0 Si
17. Litý materiál podle nároků 13 až 16, vyznačuj ící s e tím, že slitina obsahuje 2,6 až 2,95 % hmotnostních uhlíku.
18. Litý materiál podle nároků 13 až 17, vyznačuj ící s e tím, že slitina obsahuje 1,2 až 1,95 % hmotnostních, zejména 1,4 až 1,75 % hmotnostních křemíku.
19. Litý materiál podle nároků 13 až 18, vyznačuj ící s e tím, že slitina obsahuje 0,002 až 0,65 % hmotnostních, zejména 0,005 až 0,04 % hmotnostních hliníku.
20. Litý materiál podle nároků 13 až 19, vyznačující s e tím, že slitina obsahuje 3,5 až 4,9 % hmotnostních, zejména 4,15 až 4,6 % hmotnostních niklu.
21. Litý materiál podle nároků 13 až 20, vyznačující * · * · · · · · · * · · ·♦···· * ♦ · ♦ · · · *·* ··· ·»· ·» ·· ·

- 25 s e tím, že slitina má poměr koncentrace molybdenu ke ohromu je nižší než 1,0, zejména nižší než 0,8.

Mo — < 1,0, zejména < 0,8 Cr
22. Litý materiál podle nároků 13 až 21, vyznačující s e tím, že slitina obsahuje

1,5 až 2,01 % hmotnostních chrómu

0,3 až 0,9 % hmotnostních molybdenu.
23. Litý materiál podle nároků 13 až 22, vyznačující s e tím, že slitina obsahuje 1,8 až 3,9 % hmotnostních, zejména 1,9 až 2,9 % hmotnostních vanadu.
24. Litý materiál podle nároků 13 až 23, vyznačuj ící s e tím, že obsah vanadu je částečně nahrazen obsahem dalších prvků 5. skupiny periodické soustavy v rozsahu menším než 0,6 % hmotnostních.
25. Litý materiál podle nároků 13 až 24, vyznačující s e tím, že materiál má v % objemových

8 až 35, zejména 10 až 25 eutektických karbidů a

1 až 15, zejména 2 až 10 karbidů prvků 5. skupiny periodické soustavy.
26. Sdružený nedefinovaný válec zejména pro dokončovací stolice v širokopásových válcovacích tratích, a rovněž pro Steckelovy stolice a zařízení na válcování tlustých plechů, zejména vyrobený způsobem podle nároků 1 až 12, sestávající z pracovní části nebo z pláště ze slévárenské litiny, zejména podle nároků 13 až 25, s malým sklonem k přilepení a přivaření pro válcovaný materiál, a s houževnatým jádrem z tvárné litiny, «· ♦» »«·» ··♦ • « · · · · · « ·· ·»···· * * · ♦ · · · •a* ««» ··· aa aa a vyznačující se tím, že pracovní oblast nebo plášť má tloušťku 10 až 150 mm a materiál pláště má strukturu, sestávající v podstatě z 1,0 až 2,5 % objemových grafitu, přičemž grafit je jemně rozptýlen s počtem grafitových částic více než 20 částic na mm² plochy metalografického výbrusu, dále z 8 až 35 % objemových eutektických karbidů, z 1 až 20 % objemových karbidu vanadu ve stejnoměrném rozdělení, a zbytek tvoří v podstatě martenzit a součásti ovlivněné nečistotami, a má tvrdost 70 až 90 ShC.
27. Sdružený nedefinovaný válec podle nároku 26, vyznačující se tím, že pracovní oblast nebo materiál pláště má, strukturu, která obsahuje 1,0 až 2,5 % objemových grafitu v takové míře, že jeho hustota rozdělení činí alespoň 22 částic, ale nejvýše 100 částic na mm² plochy metalografického výbrusu, dále obsahuje 10 až 25 % objemových eutektických karbidů a 2 až 10 % objemových speciálních karbidů prvků 5. skupiny periodické soustavy.
28. Sdružený nedefinovaný válec podle nároku 26 nebo 27, vyznačující se tím, že pracovní oblast nebo materiál pláště má složení v % hmotnostních

C = 2,0 až 3,5, přednostně 2,21 až 3,1, zejména 2,6 až 2,95 Si - 1,0 až 2,0, přednostně více než 1,25 až 1,85, zejména 1,4 až 1,75

Mn = 0,5 až 2,0, přednostně 0,6 až 1,6, Cr = 1,0 až 3,0, zejména 1,5 až 2,01 Ni = 3,5 až 4,9, přednostně 3,5 až 4,7, Mo = 0,20 až 2,9, zejména 0,3 až 0,9 Al = 0,002 až 0,65, přednostně 0,005 až

0,04

0,5 až 5,9, přednostně 1,8 až 3,9, zejména 0,7 až 1,4 zejména 4,15 až 4,6

0,1, zejména 0,005 až zejména 1,9 až 2,9 * · ·« · zbytek tvoří železo a nečistoty, a jádro válce je vytvořeno z tvárné litiny.
29. Sdružený nedefinovaný válec podle nároku 26 až 28, vyznačující se tím, že pracovní oblast nebo materiál pláště obsahuje v % hmotnostních

V = 3,1 až 3,9, zejména 3,3 až 3,75 a Nb + Ta, méně než 0,6 zbytek tvoří železo a nečistoty.
30. Sdružený nedefinovaný válec podle nároku 26 až 29, vyznačující se tím, že spojovací oblast mezi pláštěm nebo pracovní částí a jádrem válce, vyrobená z nízkolegované litiny, zejména z tvárné litiny, má v radiálním směru pevnost v ohybu, podle tříbodové zkoušky na ohyb, vyšší než 600 N/mm².