DE102009013773A1

DE102009013773A1 - Verfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen Bauelements und gemäß dem Verfahren hergestellte Walze oder Rolle

Info

Publication number: DE102009013773A1
Application number: DE200910013773
Authority: DE
Inventors: Thomas SÖNTGEN
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2009-03-18
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2010-09-23

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen Bauelements, insbesondere einer Walze (1) oder einer Rolle, umfassend einen Grundkörper (2) und eine Beschichtung aus enem metallischen Grundwerkstoff mit in dieser eingelagerten Hartstoffpartikeln (4), ist dadurch gekennzeichnet, dass auf den Grundkörper (2) eine Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung (3) aufgebracht wird und dass in die Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung (3) Hartstoffpartikel (4) eingebracht werden.

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 diesen 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 Beanspruchung 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 aus gesetzt, 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 Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung aufgebracht wird und dass in die Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung Hartstoffpartikel eingebracht werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorzugsweise wird ein Verfahren eingesetzt, gemäß dem der Grundkörper vor dem Aufbringen der Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung einer chemischen Vorbehandlung und/oder einer Reinigung unterzogen wird. Im Rahmen dieser Vorbehandlung lässt sich mit Vorteil auch eine zusätzliche Nickel-Strike-Schicht einbauen.
Vorzugsweise wird die Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung in einer Stärke von 1 bis 150 μm aufgebracht.
Von Vorteil ist ein Verfahren, bei dem als Hartstoffpartikel Partikel von Graphit, Diamant oder anderer Kohlenstoffformationen, Wolframcarbid, Borcarbid oder andere Carbide eingebracht werden. Als Hartstoffpartikel werden vorzugsweise Partikel in einem Größenbereich zwischen 0,1 und 5,0 μm eingesetzt. Dabei beträgt die Einlagerungsrate der Hartstoffpartikel zwischen 10 und 35 Volumenprozent.
Gemäß der Erfindung lässt sich Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung mit einem Phosphorgehalt von 4 bis 10 Volumenprozent, insbesondere von 5 bis 7 Volumenprozent, aufbauen. Dabei hat die Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung eine Härte zwischen 550 und 600 HV.
Vorzugsweise wird die Härte der Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung durch eine zusätzliche Wärmebehandlung, d. h. durch Tempern nach dem Beschichtungsprozess, weiter erhöht.
Ebenso erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Härte der Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung durch Tempern auf eine Härte im Bereich zwischen 800 HV und 1400 HV erhöht wird.
Bevorzugt werden Spannungen in der Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung durch Tempern bei einer Temperatur von mindestens 180°C abgebaut. Durch den Aufbau dieser Beschichtung werden die Druck- und Haftbeständigkeit der Schicht weiter erhöht. Durch die Einlagerung der Hartstoffpartikel wird der Verschleiß minimiert. Zusätzlich erhöht der Phosphoranteil die Korrosionsbeständigkeit des Bauteils.
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 Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung 3 aufgebracht ist. In diese Dispersionsbeschichtung 3 werden Hartstoffpartikel 4 eingebracht, beispielsweise Partikel aus Graphit, Diamant, Borcarbid oder Wolframcarbid. Die Grundschicht 3 ist aufgrund der durch die Hartstoffpartikel 4 entstehenden Härte geeignet, den Druck eines Gegenkörpers 5, insbesondere einer Anpresswalze, aufzunehmen. Der Umstand, dass die Hartstoffpartikel 4 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. Wenn die oben beschriebene Walze einer extrem hohen mechanischen Belastung ausgesetzt werden soll, kann in Weiterbildung der Erfindung eine gesonderte Hartbeschichtung aufgebracht werden, wobei auf der Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung 3 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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 (4), dadurch gekennzeichnet, dass auf den Grundkörper (2) eine Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung (3) aufgebracht wird und dass in die Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung (3) Hartstoffpartikel (4) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) vor dem Aufbringen der Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung (3) einer chemischen Vorbehandlung und/oder einer Reinigung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nickel-Strike-Schicht auf den Grundkörper (2) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung (3) in einer Stärke von 1 bis 150 μm aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Hartstoffpartikel (4) Partikel von Graphit, Diamant oder anderer Kohlenstoffformationen, Wolframcarbid, Borcarbid oder andere Carbide eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Hartstoffpartikel (4) Partikel in einem Größenbereich zwischen 0,1 und 5,0 μm verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung (3) mit einem Phosphorgehalt von 4 bis 10 Volumenprozent, insbesondere von 5 bis 7 Volumenprozent, aufgebaut wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung (3) durch Tempern nach dem Beschichtungsprozess erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung (3) durch Tempern auf eine Härte im Bereich zwischen 800 HV und 1400 HV erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass Spannungen in der Nickel-Phosphor-Dispersionsbeschichtung (3) durch Tempern bei einer Temperatur von mindestens 180°C abgebaut werden.
Rolle oder Walze (1), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.