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Verwendung von Stahllegierungen als Werkstoff für Walzen Die Erfindung
betrifft die Verwendung von bestimmten Stahllegierungen als Werkstoff für geschmiedete
und gehärtete Walzen mit hoher Einhärtetiefe und einem allmählichen übergang von
der harten Randzone zu dem weichen Kern.
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Es ist eine bekannte Erscheinung, daß bei Schmiedestahlwalzen häufig
Risse im Verlauf des Abschreckvorganges selbst, während des Transportes oder während
des Betriebes auftreten. Hierfür ist in erster Linie die Ausbildung einer Härtezone
unterhalb der gehärteten Oberfläche ursächlich. In Verbindung mit der erforderlichen
hohen Einhärttiefe stellt dies erhebliche technologische Probleme dar.
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Die bisher für Schmiedestahlwalzen verwendete Stahlsorte, die die
beste Kombination der erwünschten Eigenschaften besitzt, hat im allgemeinen folgende
Legierungszusammensetzung: Kohlenstoff ............. 0,87 bis 0,93 0/0 Mangan
............... 0,30 bis 0,45 % Silicium ............... 0,20 bis 0,35 0/0
Chrom ................ 1,65 bis 1,85 % Vanadium ............. 0,08 bis 0,100/0
Molybdän ............. 0,20 bis 0,30 0/0 Diese Stähle neigen zum Abplatzen
oder zur Rißbildung.
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In der französischen- Patentschrift 786 597 sind Spezialstähle mit
einem Kohlenstoffgehalt von 0,15 bis 2,0%, einem Mangangehalt von 0,3 bis 3,01/o,
einem Molybdängehalt von 0,2 bis 1,5% und gegebenenfalls einem Chromgehalt von 0,032
bis 0,8%, wobei der Rest im wesentlichen aus Eisen besteht, beschrieben. Nach den
Ausführungen der französischen Patentschrift zeichnen sich diese Stähle durch Duktilität,
Zähigkeit, Schlagfestigkeit und Ermüdungsfreiheit gegenüber herkömmlichen Stählen
aus.
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Demgegenüber wurde nun gefunden, daß sich bestimmte Stahllegierungen,
deren Gehalte sich zwar mit denen der Legierungen gemäß der französischen Patentschrift
786 597 überschneiden, für Schmiedestahlwalzen eignen, da sie eine Einhärttiefe
und einen allmählichen Obergang von der harten Randzone zu dem weichen Kern ermöglichen.
Auf Grund der Eigenschaften der Stähle nach der französischen Patentschrift konnte
ein derartiges Verhalten nicht erwartet werden. Außerdem ist es überraschend, daß
aus dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl gefertigte Walzen keine erneute Härtebildung
unterhalb der gehärteten Oberflächenzone aufweisen. Der Gegenstand der Erfindung
besteht in der Verwendung einer Stahllegierung, bestehend aus 0,65 bis 0,80% Kohlenstoff,
0,10 bis 0,35% Mangan, 0,60 bis 1,10% Chrom, 0,45 bis 0,70 % Molybdän, Rest Eisen
und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, als Werkstoff für geschmiedete und gehärtete
Walzen mit hoher Einhärtetiefe und einem allmählichen übergang von der harten Randzone
zu dem weichen Kern.
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Vorzugsweise werden Stahllegierungen, die aus 0,70 bis 0,75%Kohlenstoff,
0,15 bis 0,25% Mangan, 0,70 bis 0,850/0 Chrom und 0,60 bis 0,75% Molybdän, Rest
Eisen, für den vorstehend aufgeführten Zweck verwendet. Sehr günstig erwies es sich,
wenn diese Stahllegierungen noch einen zusätzlichen Vanadingehalt in einer Menge
bis zu 0,15% aufweisen.
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Gehärtete Schmiedestahlwalzen, die unter Verwendung der vorstehenden
Stahllegierungen hergestellt wurden, weisen eine sehr günstige Eigenschaftskombination
auf. Die Widerstandsfähigkeit gegenüber vorzeitiger Rißbildung ist besser als die
der bekannten Walzenstähle; es sit jede erwünschte Oberflächenhärte
erzielbar;
weiterhin zeigen die Stähle eine höhere Härtungstiefe als die bisher bekannten Walzenstähle.
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Hinsichtlich der oberen und unteren Grenzen der als Werkstoff für
Schmiedestahlwalzen erfindungsgemäß verwendeten Stahllegierungen wurde festgestellt,
daß durch Vermindern des Kohlenstoffgehaltes unter 0,65% die erzielbare- Oberflächenhärte
verschlechtert wird. Eine Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes bis wesentlich über 0,80%
verringert die Beständigkeit gegen vorzeitige Zerstörung durch Rißbildung oder Abplatzungen.
Ein Mindestbetrag von 0,10% Mangan erleichtert das Schmieden des Stahls, während
ein Mangangehalt über etwa 0;35% die Rißempfmdlichkeit steigert. Wenigstens 0,60%
Chrom sind notwendig, um eine ausreichende-,Härtungstiefe zu gewährleisten und um
die Rißempfindlichkeit herabzusetzen.
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Die Neigung. zur Rißempfindlichkeit nimmt bei Vermehrung des Chroms
über etwa 1,10% zu. Ein Mindestbetrag von 0,45% Molybdän ist für die erwünschte
Härtetiefe notwendig, während ein Molybdängehalt über 0,700% die Haltbarkeit der
Walzen verringert. Außerdem weisen die gemäß der Erfindung verwendeten Stahllegierungen
ungewöhnlich wenig Seigerungs- und Materialfehler auf.
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Das folgende Beispiel zeigt die Herstellung einer Walze aus einer
erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung.
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Eine Charge wurde in einem elektrischen Ofen erschmolzen und zu einem
Barren von 157 cm Länge im Vakuum vergossen. Die Legierung bestand aus: Kohlenstoff
................... 0,72% Mangan ..................... 0,321/o Chrom ......................
0,850/0 Molybdän ................... 0,67% Silicium ..................... 0,20%
Vanadin ..................... 0,100/0 Phosphor .................... 0,0221/o
Schwefel ..................... 0,0080/0 Eisen ...................:.... Rest
Aus dem Barren wurde eine 47-cm-Walze geschmiedet und die Walze zur Erzielung des
gewünschten Korngefüges und der gewünschten Härte gemäß entsprechenden üblichen
Arbeitsweisen in der Hüttentechnik wärmebehandelt.
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Dann wurde die Walze nahezu auf Endmaß vorbearbeitet, roh geschliffen
und vor dem Härten mit Ultraschall geprüft. Daraufhin wurde die Walze gehärtet durch
Vorwärmen auf 370° C und Ausgleichen, weiteres Vorwärmen auf 676° C und Ausgleichen,
gleichmäßiges Austenitisieren bei 843° C und Abschrecken durch Wasserbesprühen.
Die Walze wurde dann bei 150° C 120 Stunden angelassen. Nach dieser Wärmebehandlung
wurde die Walze durch maschinelle Bearbeitung auf Endmaß gebracht.
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Die Walze hatte schließlich eine Oberflächenhärte von 95-98 Shore
»C«. Im allgemeinen gilt als untere Grenze eine Härte von etwa 80 Shore »C«. Die
Einhärtetiefe betrug 0,8% des Walzendurchmessers, während sie bei den bekannten
Walzenstählen nur wenig über 0,5% lag. Weiterhin war die Höchstrestspannung etwa
um 28% geringer als bei dem bekannten Walzenstahl.