DE102009008886A1

DE102009008886A1 - Verfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen Bauelements und gemäß dem Verfahren hergestellte Walze oder Rolle

Info

Publication number: DE102009008886A1
Application number: DE102009008886A
Authority: DE
Inventors: Thomas SÖNTGEN
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2009-02-14
Filing date: 2009-02-14
Publication date: 2010-08-19

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen Bauelements, insbesondere einer Walze (1) oder einer Rolle, umfassend einen Grundkörper (2) und eine Beschichtung aus einem metallischen Grundwerkstoff mit in dieser eingelagerten Hartstoffpartikeln (5), ist dadurch gekennzeichnet, dass auf den Grundkörper (2) eine Nickelschicht als Grundschicht (3) aufgebracht wird und dass auf die Grundschicht (3) eine Dispersionsschicht (4) aufgebracht wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen Bauelements, insbesondere einer Walze oder einer Rolle, umfassend einen Grundkörper und eine Beschichtung aus einem metallischen Grundwerkstoff mit in dieser eingelagerten Hartstoffpartikeln.
Aus der WO 2007 071493 A1 sind ein Bauteil eines Stahlwerks wie eine Stranggussanlage oder ein Walzwerk und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils sowie eine Anlage zur Erzeugung oder Verarbeitung von metallischen Halbzeugen bekannt. Insbesondere bezieht sich dieses Dokument auch auf Bauteile von Walzwerken wie Walzen, die insbesondere als Arbeitswalzen oder Stützwalzen zum Einsatz kommen.
Bei einem Stahlwerk sind die Bauteile, die mit dem zu verarbeitenden Metall, beispielsweise der zähflüssigen Schmelze oder auch der erstarrten Schmelze, in Kontakt kommen, einer sehr hohen Beanspruchung ausgesetzt. Aufgrund der sehr hohen Temperaturen ist dies eine sehr hohe thermische Wechselbeanspruchung. Zugleich sind diese Bauteile auch einer erheblichen mechanischen Beanspru chung ausgesetzt. Insbesondere die Walzen in einem Walzwerk müssen erhebliche mechanische Kräfte aufbringen. Bei der Behandlung der Schmelze in einer Stranggussanlage sind die Bauteile zudem einer hochkorrosiven Umgebung ausgesetzt, da für die Schmelze korrosive Flussmittel verwendet werden und zugleich zur Kühlung der Schmelze Wasser herangezogen wird.
Aufgrund dieser erheblichen Belastungen weisen diese Bauteile nur eine begrenzte Lebensdauer auf und müssen regelmäßig ausgetauscht werden.
Gemäß der WO 2007 071493 A1 ist vorgesehen, dass das Bauteil einen Grundkörper aufweist, auf den eine Beschichtung aus einem duktilen metallischen Grundwerkstoff als Matrix mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln aufgebracht ist. Durch die Kombination eines duktilen Werkstoffs mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln werden die Bauteile mit einer Beschichtung versehen, die den extremen Bedingungen standhält. Durch die Duktilität besteht im Vergleich zu einer durchgehend harten und spröden Beschichtung eine deutlich geringere Gefahr, dass im Lauf des Betriebs die Beschichtung beschädigt wird und Risse oder Mikrorisse auftreten, was aufgrund der starken korrosiven Umgebung schnell zu einer unerwünschten starken Korrosion führen würde. Auch ist die Gefahr eines Abplatzens von Teilstücken der Beschichtung bei mechanischer Belastung aufgrund der hohen Duktilität deutlich geringer als bei einer spröden Beschichtung. Zugleich wird durch die eingelagerten Hartstoffpartikel eine sehr hohe Abriebfestigkeit und damit eine quasi sehr hohe Oberflächenhärte erhalten, so dass selbst bei hohen mechanischen Belastungen und hohen Abriebkräften eine lange Lebensdauer erreicht wird.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Walze zu schaffen, die eine noch größere Härte und Beständigkeit aufweist.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass auf den Grundkörper eine Nickelschicht als Grundschicht aufgebracht wird und dass auf die Grundschicht eine Dispersionsschicht aufgebracht wird. Die Nickelschicht erhöht die Korrosionsbeständigkeit und ist sehr duktil.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorzugsweise wird die Grundschicht in einer Stärke von 4 bis 40 μm aufgebracht.
In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass der Grundkörper vor dem Aufbringen der Grundschicht einer chemischen Vorbehandlung und/oder einer Reinigung unterzogen wird. Die Vorbehandlung kann beispielsweise einen Beizvorgang, eine Ultraschallbehandlung zum Entfetten oder eine elektrolytische Behandlung umfassen.
Von Vorteil ist es, wenn die Dispersionsschicht wenigstens anteilig aus Chrom oder aus Bronze aufgebaut wird. Gleichzeitig hat sie eine hohe Standfestigkeit.
Vorzugsweise werden in die Dispersionsschicht, insbesondere die Chrom-Dispersionsschicht, Hartstoffpartikel eingebracht. Zum Einbringen in die Chrom-Dispersionsschicht lassen sich Partikel aus Diamant, Graphit oder einer anderen Kohlenstoffformation oder einer Kohlenstoffverbindung, Siliciumcarbid oder Borcarbid verwenden.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Rolle oder Walze, die nach einem der oben aufgeführten Verfahren hergestellt ist.
Es erweist sich als zweckmäßig, als Grundwerkstoff, also für die Grundschicht, Nickel oder eine Nickellegierung zu verwenden. Der besondere Vorteil der Nickel beschichtung besteht darin, dass sie eine hohe Dichtheit hat und dadurch das Bauteil effektiv vor Korrosion geschützt ist. Zugleich weist eine Nickel-Dispersionsschicht mit darin eingelagerten wärmeleitfähigen Hartstoffpartikeln eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, so dass über diese Beschichtung auch ein sehr guter gesteuerter Wärmefluss ermöglicht wird.
Auf der Nickelschicht wird eine Chrom-Dispersionsschicht aufgebracht, die eine Chrom-Matrix bildet. Diese definiert eine Oberfläche, über die die Hartstoffpartikel zumindest im mikroskopischen Bereich überstehen können. Aufgrund dieser Ausgestaltung erfolgt der tatsächliche mechanische Kontakt über die harten und abriebfesten Hartstoffpartikel und nicht über die im Vergleich zu diesen verhältnismäßig weiche Chrom-Matrix.
Die Hartstoffpartikel weisen eine Größe vorzugsweise im Bereich zwischen 50 und 2000 nm auf oder alternativ auch im Mikrometerbereich. Die Verwendung wahlweise von Nano-Hartstoffpartikeln oder Mikro-Hartstoffpartikeln hängt von der jeweiligen Anwendung und dem Einsatzbereich sowie den mechanischen Anforderungen ab.
Als Hartstoffpartikel werden hierbei vorzugsweise Borcarbidpartikel, Wolframcarbidpartikel oder Diamantpartikel eingesetzt, die sich durch ihre hohe Härte auszeichnen. Die Dicke der Beschichtung liegt beispielsweise im Bereich zwischen 4 μm bis etwa 6 mm.
Die Chrom-Matrix wird elektrolytisch oder autokatalytisch aufgebracht. Im ersten Fall wird das zu beschichtende Bauteil in ein oder mehrere Galvanikbäder eingetaucht. Als Elektrode wird eine Elektrode, bestehend aus einem Grundwerkstoff, beispielsweise eine Chrom- oder eine Chromlegierung-Elektrode, verwendet. Die Hartstoffe werden hierbei dem Galvanikbad zugegeben, so dass sie mit den Me tallionen der Chromelektrode zu dem zu beschichtenden Bauteil wandern und sich dort gemeinsam mit den die Matrix bildenden Chromionen ablagern.
Für solche Bauteile, die einer extrem hohen mechanischen Belastung ausgesetzt sind, ist in einer Weiterbildung der Aufbringung einer Hartbeschichtung vorgesehen, wobei auf der Chromschicht mit den darin eingelagerten Hartstoffpartikeln eine durchgehende weitere Schicht mit großer Härte aufgetragen wird, so dass eine Hertzsche Pressung von mehr als 3 MPa erreicht werden kann. Dies kann beispielsweise eine Nickel-Dispersionsbeschichtung mit eingelagerten Diamantpartikeln sein, die in Kombination mit der darunterliegenden Chrom- oder Chromlegierungsbeschichtung eine extrem hohe Dichtheit, eine sehr hohe Härte und einen geringen Abrieb aufweist. Durch eine derartige Beschichtung können die Standzeiten und Nutzungsdauern beispielsweise von Arbeitswalzen erheblich erhöht werden. Die Überarbeitung der Walzen wird minimiert. Durch die Erfindung werden Wartungskosten in Walzwerken in erheblichem Umfang eingespart. Außerdem wird durch die verlängerte Nutzungsdauer die Produktivität des Walzwerks erhöht, da Stillstände für den Wechsel der Bauteile vermieden werden.
Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt eines Walzenkörpers im Bereich zwischen der Drehachse und dem äußerem Mantel.
Eine Walze 1, beispielsweise eine Arbeitswalze in einem Walzwerk, umfasst einen Grundkörper 2, auf den eine Grundschicht 3 aufgebracht ist. Die Grundschicht 3 besteht vorzugsweise aus Nickel. Auf die Grundschicht 3 wird eine Dispersionsschicht 4 aufgebracht, die entweder aus Chrom oder aus Bronze besteht. In diese sind Hartstoffpartikel 5 eingebracht. Die Grundschicht 3 ist aufgrund der durch die Hartstoffpartikel 5 entstehenden Härte geeignet, den Druck eines Gegenkörpers 6, insbesondere einer Anpresswalze, aufzunehmen. Die Hartstoffpartikel 5 können so in die Dispersionsschicht 4 eingebracht sein, dass sie auch an deren äußerer Oberfläche vorhanden sind und aus dieser teilweise herausragen, so dass eine gegenüber der Härte des Grundmaterials der Dispersionsschicht 4 härtere Oberfläche gebildet wird. Der Umstand, dass die Hartstoffpartikel 5 auch im Bereich der Oberfläche vorhanden sind, ist in der Figur zur besseren Sichtbarmachung übertrieben dargestellt.
Die Erfindung ist einsetzbar für Walzen und Rollen in der Hüttenindustrie, die der Korrosion und/oder dem Verschleiß unterliegen. Der erfindungsgemäß hergestellten Walzen lassen sich als Arbeits- oder Stützwalzen in Walzwerken sowie als Richtwalzen, Umlenkrollen, Strangführungsrollen, Bänderrollen und Fußrollen einsetzen. Durch die Erfindung wird der Reibverschleiß dieser Walzen und Rollen vermindert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2007071493 A1 [0002, 0005]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen Bauelements, insbesondere einer Walze (1) oder einer Rolle, umfassend einen Grundkörper (2) und eine Beschichtung aus einem metallischen Grundwerkstoff mit in dieser eingelagerten Hartstoffpartikeln (5), dadurch gekennzeichnet, dass auf den Grundkörper (2) eine Nickelschicht als Grundschicht (3) aufgebracht wird und dass auf die Grundschicht (3) eine Dispersionsschicht (4) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundschicht (3) in einer Stärke von 1 bis 20 μm aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) vor dem Aufbringen der Grundschicht (3) einer chemischen Vorbehandlung und/oder einer Reinigung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersionsschicht (4) wenigstens anteilig aus Chrom oder aus Bronze aufgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Dispersionsschicht (4) Hartstoffpartikel (5) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in die Dispersionsschicht (4) Partikel (5) aus Diamant, Graphit oder einer anderen Kohlenstoffformation oder einer Kohlenstoffverbindung, Siliciumcarbid oder Borcarbid eingebracht werden.
Rolle oder Walze, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.