DE10037363A1

DE10037363A1 - Eisenbasis-Gußlegierung mit verschleißhemmenden Zusätzen für die vorzugsweise Verwendung als Werkstoff für Walzen

Info

Publication number: DE10037363A1
Application number: DE2000137363
Authority: DE
Inventors: Manfred Markworth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2002-02-14

Abstract

Der Gebrauch von Walzen, insbesondere zur Herstellung stab-, rohr- oder drahtförmiger Produkte aus Eisen- und Nichteisenmetallen, wird bestimmt durch die Resistenz der Walzenoberfläche gegenüber dem abrasiven und adhäsiven Verschleiß, welcher aus der Reibung zwischen dem umzuformenden Walzgut und dem Walzwerkstoff resultiert. Einen fördernden Einfluß auf den Verschleißbetrag nimmt dabei Wärme, die bei Kaltverformung allein aus der Staucharbeit entsteht oder aber mit erhitztem Walzgut vorbestimmt in den Fertigungsprozeß zwischen die Walzen eingebracht wird. Eine neue hoch sonderkarbidhaltige Gußlegierung auf Eisenbasis vermindert den Verschleiß gegenüber den herkömmlich und zum Stand der Technik gehörenden Walzenwerkstoffen. Diese kann zusätzlich auflegiert werden mit begrenzten Gehalten von Metallen der "Seltenen-Erd-Gruppe" des periodischen Systems der chemischen Elemente und kann so den Verschleiß weitergehend minimieren. Die mindestens sieben karbidbildenden Elemente haben an Masse einen Anteil zwischen 29,9 bis 45,7%; der Anteil von Kohlenstoff beträgt 2,98 bis 4,58 Masseprozent. Mit einem maximalen Kobaltgehalt von 20,5 Masseprozent gehört diese Legierung nicht zu den Stelliten und wird mit der Wärmebehandlung auch bewußt nicht auf die hier leicht erreichbare Härte von "superharten" Ledeburitgefügen eingestellt. Die erforderliche Überhärtung im Sekundärbereich der Anlaßwärmebehandlung benötigt mindestens 650 DEG C. Als minimale Härtetemperatur werden 1000 DEG C ...

Description

Die zum Stand der Technik gehörenden hochlegierten Walzenwerkstoffe basieren auf unterschiedlichen Härtungsmechanismen mittels der durch schmelzmetallurgische Erzeugung und/oder Wärmebehandlung gewonnenen Primär- oder Sekundärkarbide und Nitride beispielsweise der Metalle Eisen, Wolfram, Molybdän, Vanadium, Chrom, Niob und Titan einerseits und dem diffusionslos erzeugten Martensitgefüge einer die Sonderausscheidungen bindenden Matrix andererseits.

Diese Walzenwerkstoffe sind in ihren Festigkeits- und Verschleißeigenschaften damit auch sehr abhängig von einem sorgfältig eingebrachten Kohlenstoffgehalt, welcher beide Härtungsmechanismen bestimmt.

Die mit den Patentansprüchen als neu vorgestellte Gußlegierung ist vorzugsweise für Walzen mit eingearbeiteten "Kalibern" gedacht, die im Radialverlauf einer außerordentlich hohen und dabei diskontinuierlichem Verschleißbeanspruchung ausgesetzt sind. Dazu zählen auch die Streckkaliber und Streckkaliber-Folgen wie etwa "Oval" und "Raute" in den für die Drahtherstellung benutzten Walzen der "Horizontal-Vertikal"-Gerüststaffeln.

Patentbegründend wird eine sehr komplex aufgebaute Eisenlegierung vorgestellt, die im Gegensatz zum Stand der Technik unter Einschluß des in den Ansprüchen genannten Kohlenstoffgehaltes siebzehn speziell limitierte Legierungsbestandteile enthält, die eine Grundzusammensetzung ergeben für Aluminium, Bor, Chrom, Kalzium, Kobalt, Kohlenstoff, Mangan, Molybdän, Niob/Tantal, Phosphor, Schwefel, Silizium, Titan, Vanadium, Wolfram und Zirkon.

Im Vergleich zu den bisher bekannten Walzenlegierungen beträgt der Verschleiß in einem geometrisch konstant belassenen Ovalkaliber bei ebenfalls nach Walzgutqualität, Walztemperatur und dem Durchsatz von 1500 Tonnen Walzstählen etwa konstant gefahrenen Versuch auf den Walzendurchmesser bezogen weniger als 0,90 mm, einseitig also weniger als 0,45 mm. Damit ist die in den Ansprüchen gekennzeichnete Eisengußlegierung als Werkstoff den in weiteren Versuchen gegenübergestellten Hartmetallwalzen als mindestens ebenbürtig anzusehen. Ein derartig geringer Warmverschleiß war unter den beschriebenen Bedingungen bisher unbekannt. Eine weitere Verbesserung im Hinblick auf Verschleißminderung ergibt ein Zusatz von Metallen der "Seltenen Erden", die also dem Schmelzbad nicht als Oxyde zugesetzt werden. Die Chargierung dieser Zusätze, wozu auch das Cer-Mischmetall zählt, erfolgt unter Schutzgasstrom am Einschmelzende nach den letzten Legierungskorrekturen vorzugsweise mittels Injektions-(Lanzen-)- Technik. Die Erschmelzung und der Verguß der zum Patent angemeldeten Legierung muß nicht zwingend unter Vakuum und/oder Schutzgas erfolgen. Sinnvoll ist es, die karbid- oder nitridbildenden Legierungselemente nach einem zur Bildungsenthalpie geordneten Schema zu chargieren, wobei die verbindungswilligsten Elemente, wie etwa Titan, Vanadium und Niob nach Einstellung des berechneten Gesamtkohlenstoffgehaltes zuerst eingesetzt werden. Unter dieser Voraussetzung ergeben sich günstige Feinungseffekte bei der ursprünglich dendritischen Erstarrung des ledeburitischen Gefüges.

Die Wärmebehandlung erfordert eine minimale Härtungstemperatur bei 1000 Grad C an dem vorhergehend nach der Entspannungs- und Weichglühung hergestellten Formteil, die Anlaßbehandlung ist im Sekundärbereich bei mindestens 650 Grad C mehrstufig zu jeweils vier Stunden Haltezeit durchzuführen. Es ist je nach Schwierigkeitsgrad der herzustellenden Endkontur empfehlenswert, das Anlassen erst am fertigbearbeiteten Teil vorzunehmen. Zur Umwandlung von hohen Restaustenitgehalten kann erfolgreich die Tiefkühlung zwischen etwa minus 80 Grad C und den Siedetemperaturen von verflüssigten Gasen benutzt werden.

Claims

1. Eisenbasis-Gußlegierung mit warmverschleißhemmenden Zusätzen für die vorzugsweise Verwendung als Werkstoff für Walzen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Legierung folgende Bereiche an eingebrachten chemischen Elementen in Gewichts- bzw. Masseprozent enthält:
Aluminium (Al) 0,02 bis 1,45% Bor (B) 0,010 bis 0,025% Chrom (Cr) 7,0 bis 7,5% Kalzium (Ca) 0,002 bis 0,010% Kobalt (Co) 12,0 bis 20,5% Kohlenstoff (C) 2,98 bis 4,58% Mangan (Mn) 0,2 bis 0,5% Molybdän (Mo) 3,8 bis 4,5% Niob/Tantal (Nb/Ta) 2,0 bis 4,5% Phosphor (P) 0,02 bis 0,04% Schwefel (S) 0,02 bis 0,40% Silizium (Si) 0,04 bis 1,00% Titan (Ti) 0,02 bis 0,08% Vanadium (V) 7,0 bis 10,0% Wolfram (W) 10,0 bis 19,0% Zirkon (Zr) 0,05 bis 0,10% Eisen als Rest %

2. Anspruch nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich 0,05 bis 2,00% an chemischen Elementen zu einzelnen oder zu mehreren aus der chemischen Gruppe der "Seltenen Erden" am Legierungsaufbau beteiligt werden.

3. Anspruch nach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die chemischen Elemente der "Seltenen Erden" vorzugsweise als Vorlegierungen und dabei vorzugsweise mit Eisen und oder Aluminium legiert verwendet werden.

4. Anspruch nach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich chargierten "Seltenen Erden" in einem pulverförmigen und vorwiegend kaltgepreßten Zustand zum Einsatz kommen, wobei als Komponenten auch Reineisen oder Aluminium verwendet wird.

5. Anspruch nach 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußchargen zunächst mindestens 10 Stunden auf der Temperatur von mindestens 820 Grad C zwecks Entspannung und Weichglühen gehalten werden, dann langsam abgekühlt nach Erreichung von Raumtemperatur spanabhebend bearbeitet werden, und folgend die so erzeugten Fertigteile nach einer konturangepaßten Vorbearbeitung im Salzbad oder unter Vakuum gehärtet werden bei einer Austenitisierungstemperatur von mindestens 1000 Grad C durch nachfolgende Abkühlung unter bewegter Luft oder bewegtem Schutzgas, und die Produkte - so auch Walzen - in einem mehrstufigen Prozeß bei mindestens 650 Grad C jeweils vier Stunden bis zu einer durch Überhärtung im Sekundärbereich liegenden Endhärte von maximal 58 HRC eingestellt dann anschließend dadurch mechanische oder elektrochemische Maßnahmen toleranzgenau fertig bearbeitet zu werden.

6. Anspruch nach 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbearbeitung der Gußlegierung nach der vollständig durchgeführten Wärmebehandlung, das heißt nach dem unter 5 beschriebenen Härten und Anlassen erfolgt.