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Stähle für geschmiedete vergütete Walzen von Block-, Brammen- und
Vorgerüsten mit Walzenballendurchmessern von 500 mm. und darüber Walzen der Block-
und Brammen-Vorstraßen unterliegen im Betrieb einer vielfältigen Beanspruchung,
und zwar sowohl thermischer als auch mechanischer Art, Diese Beanspruchungen sind
überwiegend stoßartig. Unter den mechanischen Beanspruchungen sind unter anderem
der Abrieb, die Wechselbiegung und die Torsio:n als besonders bedeutsam zu nennen.
Die thermische Beanspruchung führt zu Brandrissen, die unter der Einwirkung der
Biegewechselbeanspruchung; aber auch des Kühlwassers erweitert werden und schließlich
zum Bruch der Wälzen führen. Maßnahmen zur Verbesserung einzelner Eigenschaften
können in Hinsicht auf andere Eigenschaften nachteilig sein. Diese :einander teilweise
gegenläufigen Forderungen erschweren die Bereitstellung von Walzen mit erhöhter
Haltbarkeit. Die Folgerung hieraus, nämlich die Aufteilung in zwei Gruppen von Walzenqualitäten,
die die verschiedenen Aufgaben unter verschiedenen Bedingungen jeweils am besten
meistern, war bisher nicht technisch-wirtschaftlich gelöst und ist Gegenstand der
Erfindung, Üblicherweise werden bei vorwiegend großen Durchmessern (> 500 Durchmesser)
in Deutschland geschmiedete Walzen für diese, Zwecke verwendet, und zwar aus Kohlenstoffstählen
mit etwa 0,50 bis 0,65°/o Kohlenstoff und Festigkeiten von etwa 60 bis 75
kg!
qmm. Solche Walzen haben zwar in bezug auf Zähigkeit, Griffigkeit und
Verschleiß unter den früheren Bedingungen ausreichende Leistungen gezeitigt, aber
mit Zunahme der Arbeitszeit (3schichtig), des Durchsatzes (Leistungssteigerung),
der Glühfestigkeit der Walzqualitäten (Zunahme härterer und legierter Qualitäten),
der Ansprüche an Toleranzen und Oberflächengüte, d. h. also mit wesentlich gesteigerter
Beanspruchung der Walzen, müssen diese althergebrachten Typen mehr und mehr versagen.
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Zwar hat man hin und wieder Versuche gemacht, Besserungen durch Legierungszusätze
zu erzielen, aber unsystematisch und daher ohne durchschlagenden Erfolg.
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In den USA hat man höher Bekohlte, schwachlegierte Stahlgußwalzen
entwickelt mit etwas über 80 kg/qmm erhöhter Festigkeit. Diese Walzen sind aber
auf die typisch amerikanischen Verhältnisse zugeschnitten, die nicht ohne weiteres
auf andere übertragbar sind. Aber auch dort ist es nicht gelungen., geschmiedete
Walzen mit hoher Festigkeit wirtschaftlich einzusetzen. Alle Versuche mit schweren
geschmiedeten Block- und Brammenvarwalzen mit Festigkeiten von mehr als 85 kg/qmm
sind auch auf dem Kontinent bisher gescheitert. Ebenso scheiterte man bei schweren
Black- und Brammenvorwalzen mit außergewöhnlich thermischer Beanspruchung an einer
wirklich durchgreifenden Beherrschung des zerstörenden Einflusses der Brandrisse
hei geschmiedeten Walzen. Die Schmiedeausführung ist aber Gegenstand dieser Betrachtung,
da sie bei den schweren Walzen mit stoßartigen Beanspruchungen die größte Sicherheit
bietet. Sie muß gleichzeitig trotz ihres teueren Herstellungsverfahrens wirtschaftlich
sein, eine Forderung, die nur durch hohe Leistung erfüllt werden kann.
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Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Stählen mit 0,4 bis
1,25% Kohlenstoff, 0 bis 3,5% Chrom, 0,2 bis 2% Mangan, 0,4 bis 1,7% Nickel, 0,6
bis 2,5°/o Mangan -I- Nickel, 0,3 bis 1,5% Silizium, 0,15 bis 0,8% Molybdän, welches
ganz oder teilweise durch den doppelten Gehalt von Wolfram ersetzbar ist, 0 bis
0,60/a Vanadin, gegebenenfalls bis je 0,5% Kupfer Titan, Aluminium, einzeln oder
zu mehreren, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen, als Werkstoff für schwere
geschmiedete Block-, Brammen- und Vorwalzen mit Ballendurchmesser von 500 mm und
darüber. Sie widerstehen nach Warmbehandlung in jeder Hinsicht den verwickelten
Beanspruchungen im Betrieb in hervorragendem Maße und weisen somit eine wesentlich
gesteigerte Gebrauchsdauer auf.
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Es wird jedoch bei voller Gewährleistung hinsichtlich der mechanischen
Beanspruchung und der Griffigkeit zweckmäßig zwischen zwei Grundtypen unterschieden,
nämlich zwischen 1. solchen schweren Walzen, die bei ausreichendem Widerstand gegen
thermische Beanspruchung sehr hohen Verschleißwiderstand aufweisen,
2.
solchen schweren Walzen, die bei ausreichendem. Verschleißwiderstand besonders hohen
Gefahren der Brandrißbildung widerstehen können.
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Die Walzen der Type 1 werden in fast allen modernen Block- und Brammenvorgerüsten
eingesetzt werden können, wie z. B. in schweren Reversier-Duogerüsten mit Hubvorrichtung,
bei glatten Walzenballen, sowie flachen bis mitteltiefen Kalibern, und die Type
2 vorwiegend dort, wo mit besonderen Verhältnissen in bezug auf Kalibereinschnitte,
hohe Stege und gleichzeitig starke Biegewechselbeanspruchung zu rechnen ist, jedoch
müssen auch -noch weitere Einflüsse berücksichtigt werden, wie Walzmaterial und
Walztemperatur, Größe der Blöcke und Länge des ausgewalzten Vormaterials, Verwendung
von vorgewalztem Gut statt Rohblöcken, besonders konstruktive Bedingungen in Duo-,
Trio- und Ouartogerüsten u. dgl. m. Diese Fragen sind für einen Fachmann fast immer
sofort zu übersehen.
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Erfindungsgemäß werden für Walzen der Grundtype; 1 Stähle mit 0,7
bis 1,2511/o Kohlenstoff, 1,3 bis 3,50/e Chrom, 0,2 bis 2,0% Mangan, 0;4 bis 1,7%
Nickel, 0,6 bis 2,5% Mangan -I- Nickel, 0;15 bis 0,8% Molybdän, 0;3 bis 0,8% Silizium,
0,0 bis 0,6% Vanadin, Rest Eisen mit den üblichen niedrigen Gehalten an Eisenbegleitern,
gegebenenfalls Aluminium, Titan und Kupfer unter 0,5%, verwendet. Sie sind durch
Warmbehandlung auf ein Gefüge geringer Eigenspannung gebracht, in dem die Karbide
in körniger Form oder in Form beginnender Koagulierung in chromreicher Grundmasse
vorliegen.
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Die Warmbehandlung besteht vorzugsweise darin, daß nach dem Schmieden
eine Vergütung vorgenommen wird, mit Anlassen bei hoher Temperatur (vorzugsweise
bei etwa 700° C), mit einer folgenden langsamen Abkühlung, die eine Spannungsfreiheit
des Walzenkörpers sicherstellt.- -Der Molybdängehalt der vorhergenannten Stähle
kann zum Teil durch Wolfram ersetzt sein, und zwar etwa im Verhältnis 1 : 2.
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Es sind beispielsweise mit einer Walze folgender Zusammensetzung:
0,87 % Kohlenstoff, 0,35 % Silizium, 0,4911/o Mangan, 0,013% Phosphor, 0,016% Schwefel,
2,11% Chrom, 0,26'% Molybdän, 0;70% Nickel, in einem praktischen Versuch in einem
schweren Block- und Brammenwalzwerk im Vergleich mit Walzen verschiedenster Herkunft
und Zusammensetzung gute Ergebnisse erzielt und selbst die Leistung der bisher verschleißbesten
Walze aus amerikanischem legiertem Stahlguß erheblich übertroffen worden. Dabei
ist die Griffigkeit der Walze trotz hoher Festigkeit durch die besondere Ausbildung
des Gefüges voll gewährleistet.
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Es gelingt auf diese Weise, mit verhältnismäßig geringem Aufwand zu
Block- und Brammenwalzen zu gelangen, deren Lebensdauer die der bisher bekannten
Walzen dieser Art übertrifft.
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Es gibt nun besondere Fälle, bei denen die thermische Beanspruchung
so gewaltig überhandnimmt, daß die Brandrißgefahr außergewöhnlich groß ist.
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Beim Eindringen des Kühlwassers in den Walzenspalt kann durch Bildung
hoher Dampfspannungen in den Brandrissen ein gefährliches Aufreißen erzeugt werden.
Bei tiefer eingeschnittenen Kalibern kann sehr leicht der Fall vorliegen, daß das
Kühlwasser in den Walzenspalt eingepreßt wird. Gleichzeitig treten in solchen Fällen
oft auch noch anomale Beanspruchungen auf, indem z. B. zur Biegewechselbeanspruchung
des Walzenkörpers selbst noch eine Solche der Stege auftritt, wodurch weiterhin
das Aufreißen der Brandrisse begünstigt wird. Hier muß die Brandrißbekämpfung im
Vordergrund stehen, und entsprechend müssen andere Mittel zur Leistungssteigerung
eingesetzt werden.
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Gegenstand der Erfindung sind nun Block-, B rammen-und Vorwalzen in
schwerer Ausführung in einer Zusammensetzung und einem Zustand, der die Brandrißgefahr
wirtschaftlich zu beherrschen vermag.
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Es sind nun viele Versuche gemacht worden, die Brandrißgefahr herabzusetzen,
aber ein wirklich eindeutiger Erfolg ist bei diesen schweren Walzentypen, von denen
die Rede ist, nicht erzielt worden.
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Im Schrifttum (österreichisches Patent 134 828) ist für die Brandrißbekämpfung
bei Walzen eine Stahllegierung angegeben mit bis 0,3% Kohlenstoff, 2,1 bis 4,50/a
Chrom, 0,15 bis 1% Molybdän, 0 bis 2% Nickel, 0 bis 0,4% Vanadin, wobei Molybdän
teilweise durch einen doppelten Anteil an Wolfram ersetzt werden kann.
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An diesem Beispiel, das im Prinzip die bisherige Einstellung zu diesem
Problem widerspiegelt, wird am besten die abweichende Lehre der Erfindung erläutert.
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Die radikale Herabsetzung des Kohlenstoffgehaltes bewirkt eine zu
geringe Verschleißfestigkeit, der hohe Chromgehalt führt nicht zu einer Karbidbildung,
und der hohe Molybdängehalt muß wegen des hohen Preises die Wirtschaftlichkeit in
Frage stellen.
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Vom Erfinder würde gefunden und unter Beweis gestellt, daß bei Kohlenstoffgehalten
auch wesentlich über 0;3°/o weitestgehend brandrißunempfindliche Walzen - selbst
bei großen und größten Querschnitten - wirtschaftlich zu erstellen sind, wenn man
die Legierungselemente in der richtigen Weise mäßig bemißt und eine entsprechende
Warmbehandlung vornimmt.
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Die günstigsten Ergebnisse wurden erzielt auf Mn-Ni-MO-Basis bei weitgehender
Ausschaltung des Chroms, dessen Wirkung in diesem Rahmen als außerordentlich ungünstig
zu bezeichnen ist.
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Gegenstand der Erfindung sind dementsprechend Walzen aus Mangan-Nickel-Molybdän-Stahl,
bei dem das Verhältnis der Legierungselemente so abgestuft ist, daß Gefügespannungen
und Sprödigkeitserscheinungen, die brandrißfördernü wirken, außerdem die Zähigkeit
herabsetzen und die Lebensdauer verkürzen, weitgehend ausgeschlossen werden.
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Die Zusammensetzung der Stahllegierung liebt in dem Bereich: 0,4 bis
0,650% Kohlenstoff, 0,6 bis 2% Mangan, 0,3 bis 1,5°/a Silizium, 0,4 bis 1,7% Nickel,
1,0 bis 2,5'% Mangan -f- Nickel, 0,15 bis 0,81/o Molybdän (teils ersetzbar durch
den doppelten Gehalt an Wolfram), 0 bis 0,6'°/o Vanadin, gegebenenfalls Chrom, Titan,
Kupfer unter 0,5%, Rest technisches Eisen.
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An einem Beispiel sei eine erfolgreiche Leistung herausgestellt. Die
Stahlzusammensetzung war: 0,61% Kohlenstoff, 0,3Ö"/(y Silizium, 0,77% Mangan, 0,0260%
Phosphor, 0,0260/a Schwefel, 0,290/a Chrom, 0,490/a Nickel, 0,2311/o Molybdän.
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Mit Walzen aus diesem Mn-Ni-MO-Stahl mit recht geringfügigem Legierungsgehalt,
spannungsfrei vergütet auf eine Festigkeit von etwa 75 kg/qmm, wurde in einem Block-Platinen-Trio
mit tief eingeschnittenen Kalibern unter schwersten Bedingungen gegenüber allen
anderen bis dahin erprobten mannigfaltigen Walzenqualitäten der außerordentliche
Fortschritt erzielt, daß der Beginn des Auftretens nennenswerter Brandrisse zu einem
Leistungsniveau von mehr als doppelter Höhe verschoben wurde. Die Walzen lagen in
kontinuierlichem 3-Schichten-Betrieb über
41/2 Monate ohne Ausbau
bei einer Leistung von über 60 000 t Platinenband.