DE1937974A1 - Verbundgusswalze - Google Patents

Description

1337974

Patentanwalt·

Dip.g

Dipl.-Ing. Lamprecht Mönchen 22, Stelnidorfi*. 10

^^ 81-14.793P(U.794H) 25.7.1969

HITACHI, LTD., Tokio

Verbundgußwalze

Die Erfindung bezieht sich auf zur Verwendung in Walzwerken geeignete Verbundgußwalzen,

Walzwerkswalzen werden meistens einstückig durch Gießen geschmolzenen Metalls in eine Form einer der Gestalt der gewünschten Walze entsprechenden Gestalt hergestellt· Außerdem müssen Walzwerkswalzen verschiedene Eigenschaften haben, die in Abhängigkeit vom Walzentyp variieren, doch ist es unabhängig vom Typ erforderlich, daß sie ausnahmslos eine hohe Beständigkeit gegen Hitzerisse, Verschleiß, Abblättern, Oberflächenaufrauhung und Bruch aufweisen. In dieser Hinsicht haben Werkstoffe, aus denen Walzwerkswalzen hergestellt werden, möglichst eine solche chemisohe Zusammensetzung, die diese Eigenschaften mit sich bringt.

Als ein Werkstoff, der hinsiehtIioh dieser Erfordernisse zufriedenstellend 1st, kann hochlegierter Gußstahl

81-(Poe. 18.838)-TpI (7)

009886/1166

2 -

erwähnt werden. Allgemein neigen jedoch wegen der schlechten Gießbarkelt von hochlegiertem Stahlwerkstoff einstüokige Gußwalzen dazu, eine innere Schrumpfung und innere Risse zu zeigen. Ein solcher Nachteil soll stärker auftreten, wenn der Gußstahl ein hochkohlenstoffhaltiger Stahl ist und die Mengen von Legierungselementen, wie zum Beispiel Nickel, Chrom, Molybdän usw. ansteigen. Tatsächlich wurde durch im Zusammenhang mit der Erfindung vorgenommene Versuche bestätigt, daß es äußerst schwierig ist, eine Walze mit einem Durchmesser von 800 mm oder mehr unter Verwendung von Gußstahl herzustellen, der 0,2 bis 2,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 5 Gewichtsprozent oder mehr Legierungs-. elemente enthält, und daß es außerdem im wesentlichen unmöglich ist, einen solchen Gußstahl zur Herstellung einer praktisch einsatzfähigen Walze zu verwenden, weil dabei ein Problem in der Wärmebehandlung auftritt. Die Verwendung von hochlegiertem Gußstahl zur Herstellung einer einstückigen Walze ist vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit ebenfalls unerwünscht.

Unter den gegebenen Umständen sind unlegierte Stähle und niedriglegierte Stähle verwendet worden, die hinsichtlich der Gießbarkeit zufriedenstellend und auch relativ preiswert sind. Man kann jedoch nicht behaupten, daß diese Werkstoffe hinsichtlich aller bei Walzen erforderlicher Eigenschaften gänzlich zufriedenstellend sind. Zum Beispiel wurden Tafelwalzwerkswalzen und Vorblockwalzwerkswalzen üblicherweise nach einem Verfahren hergestellt, das darin besteht, einen niedriglegierten Stahl «u gießen, der im allgemeinen aus 0,6 bis 1,2 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 0,4 bis 2,0 Gewichtsprozent Chrom, 0,2 bis 0,6 Gewichtsprozent Molybdän, 0,4 bis 1,2 Gewichtsprozent Nickel, 0,4 bis 1,2 Gewichtsprozent Mangan, 0,3 bis 1,0 Gewiohteproxent Silizium und Rest Bisen besteht.

9 8 8 6/116

1937S74

und die gegossene Walze einer Wärmebehandlung zu unterwerfen.

Die so hergestellten Walzen haben eine Shorehärte von 27 bis Ss wurde In der Vergangenheit jedoch oft festgestellt, daß in der Oberfläche der Walzen bei Berührung mit einem erhitzten Block während des Walzvorganges Hitzerisse auftreten, und solche Hitzerisse stellen eine Ursache zum Bruch der Walzen

Die Haupteigensohaften, die man bei den erwähnten Tafelwalzwerkswalzen und Vorblockwalzen benötigt, sind Beständigkeit gegenüber Hitzerissen, Verschleiß und Bruch, jedoch sind diese Eigenschaften mit Härte und Festigkeit nicht vereinbar· Daher 1st es für einstückige Walzen fast unmöglich, all diese Eigenschaften gleichzeitig zu besitzen.

Andererseits wurden Arbeitswalzen des einstückigen Typs zum Warmwalzen unter Verwendung von niedriglegierten Stählen hergestellt, die aus 1,0 bis 2,4 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 1,0 bis 2,0 Gewichtsprozent Chrom, 1,5 oder weniger Gewichtsprozent Nickel, 0,3 bis 0,5 Gewichtsprozent Molybdän und Rest Eisen bestehen und eine Shorehärte von 45 bis 55 aufweisen. Diese Arbeitswalzen hatten aber den Nachteil, daß eine in dem Gefüge der Walzen vorhandene Karbidmasse eine Ursache von Hitzerissen schafft, die ihrerseits ein vorzeitiges Aufrauhen der Walzenoberfläche hervorrufen. Diese beim Warmwalzen verwendeten Arbeitswalzen müssen vor allem gegenüber Hitzerissen, Verschleiß und Oberfl&ohenaufrauhung beständig sein, jedoch ist es wiederum für eine einstückige Walze unmöglich, bei dieser Zusammensetzung alle diese Eigenschaften zugleich zu besitzen.

Weiter ist es im Fall von Stutzwalzen, die insbesondere

009 8 8-6/1165

1337S74

Verschleiß und Abblättern gegenüber beständig sein müssen, als wesentlich bekannt, ihre Härte so weit wie möglich zu steigern, doch hat die Härtesteigerung eine Grenze, weil im Falle der Verwendung hoohlegierten Stahls zur Steigerung der Härte einer einstückigen Stützwalze die QIeS- und Wärme» behandlungssohritte schwierig werden. In diesem Zusammenhang wurden legierte Stähle aus 0,4 bis 1,2 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 1,0 bis 3*0 Gewichtsprozent Chrom, 0,3 bis 0,6 Gewichtsprozent Molybdän, 2,0 oder weniger Gewichtsprozent Nickel und Rest Bisen zur Herstellung von Stützwalzen verwendet. Auf Grund einer solchen Zusammensetzung der verwendeten legierten Stähle hatten die Fertigstützwalzen eine Shorehärte von nicht mehr als 65 und waren verschleiß- und abblätterungsanfällig.

Aus den vorstehenden Gründen und unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Tiefe einer Walze, in der sie Hitzerissen, Verschleiß, Abblättern, Oberflächenaufrauhung und Bruch gegenüber beständig sein soll, unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors der Walze höchstens 1,1 bis dreimal so groß wie die verfügbare Oioke der Walze oder insbesondere 30 bis 100 ms für Arbeitswalzen zur Verwendung in einem Warmbandwalzwerk, 100 bis 250 mm für die Stützwalzen und 100 bis 300 mn für die Tafelwalzwerkswalzen und Vor blockwalzen ist, hat man auch die Herstellung von Verbundwalzen mit einem eine Oberflächenschicht der Walze darstellenden Mantel auf dem Gebiet der Gußeisenwalzen bereits begonnen. Unter diesen Walzentypen sind Gußeisenverbundwalzen, die einen aus Gußeisen hergestellten Mantel mit einer verhältnismäßig großen Menge von Legierungselementen und einen aus unlegiertem Gußeisen oder duktilem Gußeisen hergestellten Kern umfassen, sowie Muffenpassungswalzen oder Muffenwalzen zur Zeit erhältlich, die aus einer Muffe und einer mechanisch mit dieser verbünde-

U09886/1165

nen Achse bestehen.

Ss wurde jedoch nooh keine Verbundwalze mit Hantel und Kern zur Verwendung gebracht, bei der der Mantel aus hoohlegiertem Gußstahl und der Kern aus unlegiertem Gußeisen, unlegiertem Gußstahl oder einem niedriglegierten Stahl bestehen. Dies ist aus folgenden Gründen so: Sine Gußeisenverbundwalze wird üblicherweise durch Gießen von geschmolzenem Metall in eine Gießform einer der Gestalt der Verbundwalze entsprechenden Gestalt hergestellt« wobei man das geschmolzene Metall in der Form so lange stehenläßt, bis ein die Innenseite der Form berührender Teil des geschmolzenen Metalles oder ein Teil, der den Mantel der Verbundwalze darstellt, erstarrt ist, worauf man das niehterstarrte Metall im Mittelteil der Form entfernt, um die Bildung des Kerns der Verbundwalze zu ermöglichen, und schließlich kernbildendes, geschmolzenes Metall in das erstarrte, mantelbildende Metall gegossen wird. Jedoch ist die Gießtemperatur des hochlegierten Gußstahls so hoch, daß es schwierig ist, den geschmolzenen hochlegierten Gußstahl genau auf eine geeignete Temperatur zu bringen, und darüber hinaus ist die Erstarrungsgeschwindigkeit des hochlegierten Stahls so hoah, daß es äußerst schwierig ist, den Mittelteil des geschmolzenen Stahls unter Bildung eines gleichmäßigen Mantels zu entfernen.

Indessen ist eine Gußeisenverbundwalze, deren Mantel aus Gußeisen mit einer verhältnismäßig großen Menge von Legierungselementen hergestellt ist, einer Verbundwalze, deren Mantel aus hoehlegiertem Gußstahl hergestellt 1st, hinsichtlieh der Zähigkeit unterlegen, und kann bei neueren Walzwerken nicht verwendet werden, die unter schwierigen (Hoohleistungs-)Walzbedingungen arbeiten müssen. Daher ist

Ö09886/116S

1937S74

der Verwendungsbereioh der Gußeisenverhundwalze erheblich beschränkt.

Der Begriff "hochlegierter Stahl" in dieser Besehreibung umfaßt solche Stähle« die 0,2 bis 2,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 3 oder »ehr Gewichtsprozent als Gesaataenge an Leglerungseleaenten enthalten; der Begriff "niedriglegierter Stahl" bedeutet solche Stähle, In denen die Gesamtmenge der Legierungseieaente 5 Gewichtsprozent oder weniger beträgt; der Begriff "unlegiertes Gußeisen" gilt für solche Gußeisensorten, die 3,0 bis 5,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff und kein Legierungseleaent oder je nach Erfordernissen 5 Gewichtsprozent oder weniger Legierungselemente enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbundgußwalze anzugeben, deren Mantel aus hochlegiertem Gußstahl besteht und mit dem Kernteil starr verbunden ist und deren Walzeigenschaften im wesentlichen über die ganze Wandstärke des Mantels gleichmäßig sind. Weiter soll die Verbundgußwalze so beschaffen sein, daß der Mantel ausgezeichnete für Walzen typische Eigenschaften besitzt, wie zum Beispiel Beständigkeit gegenüber Hitzerissen, Verschleiß, Abblättern, Oberflächenaufrauhung und Bruch, während der Kern eine hohe Zähigkeit aufweisen soll. Schließlich' liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Herstellung einer VerbundguSwalze anzugeben, deren Mantel aus hochlegiertea Gußstahl hergestellt wird.

Die Verbundgußwalze gemäß der Erfindung besteht aus elnea Stahlmantel mit ausgezeichneten Walzeigenschaften und eines sehr zähen Kern. Der Mantel und der Kern sind unter Zwischenfügung eines zylindrischen Trennwandteils metallurgisch miteinander verbunden, und der Mantel ist derart ausgebildet,

886/1165

1937S74 - 7 -

daß seine Härte über einen Teil seiner Dicke von der Oberfläche des Mantels bis zu einem an den zylindrischen Tremnrandteil angrenzenden Teil nicht wesentlich absinkt.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine Verbundgufiwalze aus einem Stahlmantel mit ausgezeichneten Walzeigenschaften und einen Stahl- oder Eisenkern ausgezeichneter Zähigkeit mit dem Kennzeichen, daß der Hantel und der Kern über einen zylindrischen Trennwandteil metallurgisch verbunden sind und die Härte des Mantels von seiner Oberfläche bis an die Übergangszone zum Trennwandteil la wesentlichen gleich 1st.

Bisher glaubte man, daß sich eine Verbundwalze aus hochlegiertem Gußstahl nicht herstell©» läßt, jedoch kann »an erfindungsgemäß eine solche Verbundwalze herstellen» indem man, wie vorstehend erwähnt, den zylindrischen Trennwandteil zwischen dem Mantel und dem Achsen- und Kernteil anordnet. Sine vorzugsweise Verbundgußwaize gemäß der Erfindung, die einen Mantel aus hochlegiertem Gußstahl umfaßt, besteht aus einem Mantel aus hochlegiertem Gußstahl mit 0,2 bis 2,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 3 Gewichtsprozent oder mehr Gesamtmenge an Leglerungselementen und einem Kern aus nledriglegiertea Stahl, unlegiertem Gußeisen oder unlegiertem Kohlenstoffstahl, wobei der Mantel und der Kern unter ZwisehenfUgung eines zylindrischen Trennwandteils metallurgisch miteinander verbunden sind und der Mantel so ausgebildet ist, daß seine Härte über einen Teil seiner Dicke von der Oberfläche des Mantels wenigstens bis zu einem Teil in der Nachbarschaft des zylindrischen Trennwandteils nicht wesentlich absinkt.

Wie schon erwähnt, 1st es fast unmöglich, eine einstückige Walze aus hochlegiertem Gußstahl mit einem Durchmesser von 800 mm oder mehr herzustellen, was auf die Eigenschaften des

09886/1165

1937S74

gegossenen Stahls beim Gießen und bei der Wärmebehandlung zurückzuführen ist. Jedoeh hat hoohlegierter Gußstahl eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Hitzerissen, Verschleiß* Abblättern, Oberflächenaufrauhung und Bruch, und außerdem sind diese Eigenschaften für eine 1,1 bis dreimal so große Dicke wie die verfügbare (wirksame) Dicke des Mantels erforderlich. Daher ist es von größtem praktischen Torteil sowie von wirtschaftlicher Bedeutung, wenn nur der Mantel der gesamten Walze aus hochlegiertem Gußstahl erzeugt werden kann. Von dieser Idee ausgehend, werden erfindungsgemäß der Mantel aus hochlegiertem Gußstahl und der Kern aus niedriglegiertem Stahl, unlegiertem Gußelsen oder unlegiertem Kohlenstoffstahl hergestellt.

Wenn Jedoch der Versuch gemacht wird, eine solche Verbundwalze nach der gleichen Methode herzustellen, wie sie zur Herstellung der herkömmlichen Gußeisenverbundwalzen angewendet wurde, d.h. durch Gießen eines geschmolzenen hochlegierten Gußstahls in eine Form von gleicher Gestalt wie der der Endwalze, nach Bildung einer erstarrten Schicht bestimmter Dicke, anschließende Entfernung des mittleren unerstarrten Metalls aus der Form und Gießen von kernbildendem,geschmolzenen Metall in den von der erstarrten Schicht umgebenen Hohlraum, erweist es sich als unmöglich, einen homogenen Mantel gleichmäßiger Dicke zu erhalten, weil die Erstarrungsgeschwindigkeit des hochlegierten Gußstahls sehr hoch ist, die Entfernung des nichterstarrten Metalls nach Bildung der erstarrten Oberflächenschicht auf Grund der hohen Viskosität des genannten Gußstahls schwierig sein würde und sich außerdem Foren an den Berührungsflächen des Mantels und des Kerns ergeben würden. Erfindungsgemäß werden daher nicht nur der Mantel aus hochlegiertem Gußstahl und der Kern aus niedriglegiertem Stahl, unlegiertem Gußelsen oder unlegiertem Kohlenstoffstahl hergestellt, sondern es wird auch noch ein zylindrischer Trennwänd

Q 9 8 8 6 / 11 6 5

zwischen dem Hantel und dem Kern angeordnet.

Der Trennwandteil ist vorzugsweise von zylindrischer Gestalt, um die Dicke und Walzeigenschaften des Mantels zu vereinheitlichen. Dieser zylindrische Trennwandteil dient zur Erzeugung einer metallurgischen Bindung zwischen dem Mantel und dem Kernteil und zur Verhinderung der gegenseitigen Vermischung des Mantels und des Kernteils. Damit der Trennwandteil diesen Zwecken dienen kann, muß er sioh zur metallurgischen Verbindung sowohl mit dem Mantel als auch mit dem Kernteil eignen· Es wurde gefunden, daß der Grad metallurgischer Bindung zwischen dem Trennwandteil und dem Mantel sowie dem Kern von der Dicke, der Zusammensetzung, den Eigenschaften und der Oberflächenbesohaffenheit des Trennwandteils abhängt. Um konkret von diesen Eigenschaften zu sprechen, muß die Zugfestigkeit des Trennwandteils J50 kg/mm oder größer sein, damit der Trennwandteil die auf ihn ausgeübten Belastungen aushält· Außerdem muß die Zugfestigkeit der metallurgischen Bindung in Radialrichtung der Walze 10 kg/man oder größer sein.

Vorzugsweise ist das Verhältnis der Quersehnittsfläche des Trennwandteils zu der der gesamten Walze 2 bis 15 $. Was die Zusammensetzung des Trennwandteils betrifft, steigt die Sohmelzbindungseigensehaft des Trennwandteils, wenn der Kohlenstoffgehalt wächst, doch führt ein übermäßig hoher Kohlenstoffgehalt zum Fortsehmelzen des Trennwandteils und ermöglicht eine gegenseitige Vermischung des Mantels und des Kerns. Daher muß die Auswahl des Trennwandteils die Gießtemperaturen und Gießzeiten sowohl des Mantels als auch des Kerns berücksichtigen. Was die Oberflächenbeschaffenheit betrifft, bringt man auf die Oberfläche des Trennwandteils zweckmäßig Kohlenstoff oder Aluminium auf, um die Bildung eines

9886/1ied

- ίο -

Oxydfilms darauf zu verhindern. Unter Umständen kann die Oberfläche des Trennwandteils einer Behandlung wie Karbonisierung, Nitridierung oder Aluminisierung unterworfen werden, die sich in einer Verbesserung der Bindungseigenschaften des Trennwandteils auswirkt.

Bs ist ebenfalls ein wesentliches Merkmal der Verbundgußwalze gemäß der Erfindung, daß die Härte des Mantels von seiner Oberfläche bis wenigstens zu einem Bereich neben dem Trennwandteil nicht wesentlich abfällt. Dieses Merkmal ist wesentlich, um ein stabiles Walzverhalten der Walze über eine ausgedehnte Zeitdauer zu erhalten. Wegen der Anwesenheit des Trennwandteils können die Erstarrung des Mantels angemessen vollendet und die Wirkung der Wärmebehandlung gleichmäßig durch den Mantel hindurch ausgedehnt werden. Die Dicke des Mantels muß wenigstens so groß wie die wirksame Dicke der Walze sein, doch ist es in der Praxis wünschenswert, daß die Dicke unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors der Walze 1,1 bis dreimal so groß wie die wirksame Dicke der Walze ist. Daher befindet sich die Trennwand vorzugsweise In einer Tiefe von der Walzenoberfläche, die 1,1 bis dreimal, Insbesondere 1,2 bis 2,5 mal so viel wie die verfügbare Dicke der Walze ausmacht.

Um die gewünschten Eigenschaften des Mantels sicherzustellen, muß ein hochlegierter Gußstahl, aus dem der Mantel gebildet wird, 0,2 bis 2,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff und insgesamt 5 oder mehr Gewichtsprozent Legierungselemente enthalten. Dies ergibt sich daraus, daß, wenn der Kohlenstoffgehalt geringer als 0,2 Gewichtsprozent ist, sich eine gewünschte Festigkeit nicht erzielen läßt, während bei einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 2,6 Gewichtsprozent die Ver-

009886/116 5

- li -

schleißbeständigkeitseigensohaften des Hanteis auf das Niveau von Gußeisen absinken. Andererseits bilden die Legierungselemente bei der Yerbindungsblldung mit Kohlenstoff Karbide oder werden in der Matrix unter Verfestigung der Matrix aufgelöst. Sie verbessern auch den Absohreoiceffekt und verleihen dem Mantel die nötigen Eigenschaften. Als solche Legierungselemente werden üblicherweise Nl, Cr, Mo, Y, Ti, W, Sl, Mn usw. verwendet, und diese Elemente werden miteinander wirkungsvoll kombiniert, um dem Mantel die gewünschten Eigenschaften zu geben. Wenn der Gehalt an diesen Elementen insgesamt 3 % oder weniger ausmacht, können zufriedenstellende Walzeigenschaften der Walze nicht erreicht werden, wie irait den herkömmlichen einstüokigen Walzen festgestellt wurde, weil die Härte des Mantels auf Grund unzureichenden Absehreokeffekts nicht gleichmäßig Über seine ganze Dicke erzeugt werden kann. Wenn andererseits der Gehalt an diesen Elementen 2,5 oder mehr Prozent beträgt, wird die Gießbarkeit des Stahls im allgemeinen verschlechtert, falls nicht die verwendeten Elemente dem Stahl mit besonderer Sorgfalt zugeführt werden. Auf Grund vorliegender Erfindung wird vorgeschlagen, als Werkstoff für den Mantel einen Gußstahl auf Basis C-Cr zu verwenden. Cr wird in vielen Werkzeugstählen als karbidbildendes Element zur Förderung des Abschreokeffekts verwendet und hat daher ausreichende Eigenschaften als Walzenwerkstoff· Durch Kombinieren der Cr-Menge im Bereich von 3 bis 20 % mit einem entspreohenden Kohlenstoffgehalt von 0,2 bis 2,6 % kann Cr für viele Walzen verwendet werden« Cr ist auch eines der wirtschaftlichen Elemente. Je höher die Gehalte an C und Cr sind, um so größer ist die Menge des gebildeten Karbids, und so kann man Walzenmaterial Bit ausgezeichneter Yerschleißbeständigkeit erhalten. Indessen wird andererseits die Zähigkeit des Walzennaterials verschlechtert. Aus diesem Grunde fügt nan Nl, Mo, Y, Tl, Mn, Si, W usw. dem Stahl als Legierungs-

00988-6/1 165

1937S74

elemente zu, und zwar jedes in einer Menge von nicht mehr als wodurch ein Walzenwerkstoff erhältlich ist, der zäh ist, die Verbesserung des Abschreckeffekts ermöglicht und außerdem ausgezeichnete Walzeigenschaften aufweist.

Und zwar dienen Ni und Mn zur Verfestigung der Matrix und zur Verbesserung des Abschreckeffekts; Mo, W und Si dienen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen und bilden Karbide zur Verbesserung der Verschleißbeständigkeit; und V sowie Ti dienen zur Erzeugung eines feinen Qefüges des Gußstahls und zur Erhöhung seiner Festigkeit. Durch geeignetes Zusetzen dieser Elemente zu einem auf C-Cr basierenden Stahl ist es möglich, ausgezeichnete hochlegierte Mantelwerk stoffe zu erhalten.

Die für eine Walze erforderlichen Eigenschaften variieren in Abhängigkeit vom Walzentyp, da die Einsatzbedingungen für Walzen verschieden sind. Dementsprechend sollte die chemische Zusammensetzung eines hochlegierten Gußstahls, aus dem der Mantel gebildet wird, dem gewünschten Walzentyp entsprechend ausgewählt werden, wobei gleichzeitig Sorge getragen werden sollte, daß die Werkstoffkosten nicht unnötig hoch getrieben werden. Im Fall einer Vorblockwalze oder dergleichen zum Beispiel, für die insbesondere eine Bruchbeständigkeitsqualität erforderlich ist, wird ein hochlegierter Gußstahl zur Bildung des Mantels verwendet, der 0,2 bos 0,8 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 3 bis 6 Gewichtsprozent Chrom und im wesentlichen die gleichen Mengen anderer Elemente wie bei herkömmlichen Walzen enthält. Im Fall einer Arbeltswalze, bei der insbesondere eine Hitzerißbeständigkeit und eine Beständigkeit gegen Oberfläehenaufrauhung erforderlich sind, wird ein hochlegierter Gußstahl verwendet, der 0,8 bis 2,0 Gewichtsprozent Kohlenstoff,

009 886/1165

1937S74

6 bis 12 Gewichtsprozent Chrom und im wesentlichen die gleichen Mengen anderer Elemente wie bei der herkömmlichen Walze enthält. Weiter wird im Fall einer Walze» die insbesondere gegen Verschleiß beständig sein soll, ein hochlegierter Gußstahl verwendet, der 1,5 bis 2,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 10 bis 15 Gewichtsprozent Chrom und im wesentlichen die gleichen Mengen an anderen Elementen wie bei bekannten Walzen enthält.

Der Trennwandteil muß aus einem solchen Werkstoff sein, der zur Erzeugung einer metallurgischen Bindung zwischen dem Mantel und dem Kern geeignet ist. Oa der Trennwandteil im wesentlichen für den Zweck zur Verhinderung von internen Schrumpfungen an den Berührungsflächen des Mantels und des Achsen- und Kernteils benutzt wird und gleichzeitig zur Verhinderung übermäßigen gegenseitigen Eindringens des mantelbildenden und des kernbildenden Materials dient, wird es erforderlich sein, daß er eine der Länge des Walzenkörpers gleiche Länge aufweist. Die Zapfen einer Walze bestehen gewöhnlich aus dem gleichen Material wie der Kern; da sie jedoch von Teilen eines Walzwerks rotierend unter reibender Berührung gehalten werden, unterliegen sie einem Verschleiß. Um dieses Problem zu lösen, soll erfindungsgemäß der Trennwandteil aus einem gegenüber Verschleiß widerstandsfähigeren Material als das Kernmaterial bestehen, und die Länge des Trennwandteils kann auf eine der Gesamtlänge der Walze gleiche Länge erstreckt werden, so daß die Zapfen der Walze mit dem Material des Trennwandteils bedeckt sind.

Ss ist wesentlich, daß ein Teil des Trennwandteils, der der Hitze eines mantelbildenden, geschmolzenen Metalls am Anfang des Gießvorganges ausgesetzt 1st, d.h. ein Teil des Trennwandteiles, der am Boden der Gießform angeordnet 1st,

D09886/116Ö

1937874

während des Gießvorganges nicht deformiert oder fortgeschmolzen wird* Es wurde gefunden, daß es vom Standpunkt des Walzverhaltens vorteilhaft ist, die Wanddicke des Trennwandteils vom Boden nach oben hin zu verringern, um so einen positiven Temperaturgradienten bei der Erstarrung des mantelbildenden, geschmolzenen Metalles zu erzeugen· Mit anderen Worten ist es notwendig, die Wanddicke des Trennwandteiles progressiv von einem zum anderen Ende zu verändern· Ss wurde also gefunden, daß bei Anordnung des Trennwandteils in der Gießform mit dem dickeren Wandende am Boden der Form ein Teil des Trennwandteils, der sich während des Gießvorganges am längsten in Berührung mit dem geschmolzenen Metall befindet, zweckmäßig eine dickere Wandstärke als der andere Teil hat, se daß der Teil des Trennwandteiles nicht geschmolzen wird und die Erstarrung des geschmolzenen Metalls mit einem positiven Temperaturgradienten stattfindet· Durch Bildung von konkaven und konvexen Stellen an der Oberfläche des Trennwandteiles läßt sich gleichzeitig mit der metallurgischen Verbindung eine mechanische Verbindung herstellen. Wo es technisch schwierig ist, den Trennwandteil mit einer Abschrägung zu versehen, oder der Vorgang der Abschrägung des Trennwandteiles eine zu große Arbeit und Mühe erfordert, kann man eine Mehrzahl von Trennwandteilabschnitten jeweils unterschiedlicher Dicken in Längsrichtung hintereinander anordnen und zusammenschweißen. Dabei läßt sich die Anordnung solcher Trennwandteilabsehnltte erleichtern, indem man entweder ihren äußeren oder ihren inneren Durchmesser gleichmacht. Ub einen glatten Fluß des mantelbildenden, geschmolzenen Metalls zu sichern, 1st es vorzuziehen, den Innendurchmesser des Trennwandteils gleichmäßig zu machen, während am Außendurchmesser Stufen gebildet werden. Der Raum zwischen dem Oberende des Trennwandteils und der Innenseite der Form sollte auf ein Miniau» begrenzt werden, um ein übermäßiges Vermischen des

009886/116S

mantelbildenden« geschmolzenen Metalls mit dem kernbildenden, geschmolzenen Netall zu verhindern. Wie schon festgestellt wurde» 1st die Unterwerfung des Trennwandteils einer Oberflächenbehandlung zur Vermeidung der Bildung eines Oxydfilms oder die Bildung eines Kohlenstoff!Ims auf der Oberfläche des Trennwandteils zur Erleichterung der metallurgischen Verbindung des Trennwandteile, des Mantels und des Kerns vorteilhaft. Die im Zusammenhang mit der Erfindung- durchgeführten Versuche zeigten, daß die Bildung eines Kohlenstoffilms, beispielsweise Graphitfilms für diesen Zweck am wirksamsten ist.

Der Trennwandteil muß eine gewisse mechanische Festigkeit an sich aufweisen, um die Verbindung dieses Teiles, des Mantels und des Kerns zu schaffen, wobei eine mechanische Festigkeit vorausgesetzt wird, die ausreichend 1st, um eine Beanspruchung des Trennwandteils während des Walzens auszuhalten. Unter diesem Gesichtspunkt wird der Werkstoff, aus dem der Trennwandteil gemacht wird, vorzugsweise aus der Gruppe unlegierter Kohlenstoffstahl, niedriglegierter Stahl und Gußeisen gewählt, die eine Zugfestigkeit von etwa 30 kg/mm oder mehr aufweis ei. Falls erwünscht ist, die Oberflächenschicht der Zapfenenden einer Walze mit aus dem Trennwandteil zu bilden, wird zweckmäßig ein Hochkohlenstoffstahl, der eine ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit aufweist, für die Bildung des Trennwandteils verwendet, wobei sich das Problem der Verringerung der Bearbeitbarkeit ergibt. Dieses Problem läßt sich jedoch durch Anwendung des Schleudergießverfahrens lösen.

In der Praxis wird die Verbundgußwalze gemäß der Erfindung hergestellt, indem man einen zylindrischen Trennwandteil mit einem bestimmten Durchmesser in einer Gießform anordnet, ein

D09886/1165

1937S74

mantelbildendes, geschmolzenes Metall mit ausgezeichneten Walzeigenschaften in einen ringförmigen Raum zwischen der Gießform und dem Trennwandteil gießt und eine kernbildende Stahlschmelze oder Eisenschmelze mit hoher Zähigkeit in den Hohlraum des Trennwandteils gießt.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht, teilweise im Schnitt, zur Erläuterung des Aussehens einer Walzwerkswalze gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Foto eines Querschnitts nach der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. J ein Mikroskopfoto des Querschnitts in Fig. 2 zur Erläuterung des Gefüges an der Grenze zwischen dem Mantel und dem Trennwandteil;

Fig. 4 ein Mikroskopfoto, ähnlich Fig. 3, zur Erläuterung des Gefüges an der Grenze zwischen dem Kernteil und dem Trennwandteil;

Fig. 5 eine Schnittansicht zur Erläuterung des Aufbaus einer zur Ausübung der Erfindung verwendeten Form;

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Walze mit dem bis über ihre Zapfen verlängerten TrennwandteiIj

Fig. 7 ein Diagramm zur graphischen Darstellung der Härteverteilungen einer einstückigen Stahlwalze und einer Verbundgußwalze als Funktion des Abstands von der Walzenoberfläche;

009886/116g

1937S74

Pig. 8 ein Diagramm zur graphischen Darstellung der Formen von Chromkarbiden in Abhängigkeit von den Mengen an Chrom und Kohlenstoffj und

Fig. 9 bis 19 Schnittansichten zur Erläuterung von gemäß der Erfindung verwendeten Trennwandteilen.

Beispiel 1

Eine Verbundgußwalze zur Verwendung als Stützwalze mit einem Durchmesser von 1250 mm, einer Gesamtlänge von 4^00 mm, einer Walzenkörperlänge von 1500 mm, einer Manteldicke von 200 ram und einer Trennwandteildicke von 25 mm wurde hergestellt.

Die chemischen Zusammensetzungen der zur Bildung des Mantels und des Kerns gegossenen, geschmolzenen Metalle und die chemische Zusammensetzung des Trennwandteils sind in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)

C Si Mn P S Ni Cr Mo V Fe Mantel 0,52 0,8l 0,65 0,020 0,011 1,42 4,60 0,91 0,25 Res1

Kern 0,62 0,34 0,51 0,015 0,01? 0,21 0,35 - - "

Trenn- 0,21 0,38 0,58 - - "

wandteil

Fig. 1 zeigt das Aussehen der fertigen Walze, und der Hauptteil der Walze hat einen Querschnittsaufbau gemäß Fig. 2, der einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 wiedergibt.

009886/116 6

1 937S7-V

Flg. 3 ist eine Mikroskopaufnahme zur Erläuterung des Gefüges an der Grenze zwischen dem Mantel und dem Trennwandteil, während Fig. 4 eine Mikroskopaufnahme zur Erläuterung des GefUges an der Grenze zwischen dem Trennwandteil und dem Kernteil zeigt, wobei die Vergrößerung für beide Aufnahmen 400-fach ist. Die Walze wurde nach der Bodengußmethode unter Verwendung der in Fig. 5 gezeigten Apparatur hergestellt.

Unter Hinweis auf Fig. 2 soll festgestellt werden, daß der Mantel 1 und der Kernteil 2 unter Zwischenfügung des Trennwandteiles 3 verbunden sind. Der Trennwandteil 3 bleibt in seiner ursprünglichen Gestalt auch nach Vollendung des Gusses erhalten und dient zur Verhinderung einer gegenseitigen Durchmisehung des den Mantel bildenden, geschmolzenen Metalles und des den Kern bildenden, geschmolzenen Metalles. Wie die Fig. 3 und 4 erkennen lassen, sind der Mantel und der Trennwandteil sowie der Kern und der Trenhwandteil metallurgisch an ihren Grenzen untereinander verbunden.

Wie Fig. 5 zeigt, ist der Körper einer Form, der eine Höhlung entsprechend der Gestalt der Walze definiert, mit einem Steigertor 4 versehen, und der Mantelteil besteht aus einer Metallform 5* während die zapfenbildenden Teile aus Sandformen 6 bestehen. Ein Abwärtskanal 7 ist zum Gießen eines mantelbildenden, geschmolzenen Metalles in dem Raum zwischen der Form und dem Trennwandteil vorgesehen, während ein weiterer Abwärtskanal 8 zum Gießen eines kernbildenden Metalles in den Hohlraum des Trennwandteils vorhanden ist.

Vor dem Gießen wurden das mantel- und das kernbildende Metall mit den in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen in einem

Ö0988 6/ 1 1 6S

1937S7A

elektrischen Ofen für sich geschmolzen. Beim Gießen wurden der bei 1515 °C geschmolzene, mantelbildende, hochlegierte Stahl zunächst durch den Abwärtskanal 7 in den Körper der Form und dann der bei 1505 ⁰C geschmolzene, kernbildende niedriglegierte Gußstahl durch den Abwärtskanal 8 in den Raum entsprechend dem Kern 2 eingegossen. Nach Vollendung des Gusses ließ man die jeweils gegossenen Metalle in der Form sieben Tage zwecks Abkühlung stehen und entfernte sie dann nach Abschluß der Abkühlung aus der Form. Die Temperatur des Walzenkörperteils war beim Entfernen noch 110 ⁰C. Nach dem Abschneiden der Steiger

de der Guß auf die bereits erwähnten Dimensionen abgearbeitet, und anschließend wurde die bearbeitete Walze mit einer Geschwindigkeit von 25 °C/Stunde auf 1050 ⁰C erhitzt, auf dieser Temperatur 20 Stunden gehalten, auf 400 ⁰C abgekühlt, erneut auf 830 ⁰C erhitzt, 20 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, auf 750 ⁰C abkühlen gelassen und 20 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Bei diesem Verfahren wurde die Walze auf 830 ⁰C bzw. 750 ⁰C erhitzt und auf dieser Temperatur gehalten, um eine Homogenisierung der Gefüge des Mantels 1 und des Kerns 2, eine Umformung der Karbide in kugelförmige Teilchen und eine Entfernung der Gußspannungen zu erzielen.

Nachher wurde die Walze mit einer Geschwindigkeit von 25 °C/Stunde erneut auf 98O ⁰C erhitzt, auf dieser Temperatur 10 Stunden gehalten, in einem Zeitraum von 45 Minuten sohnell auf 400 ⁰C und anschließend langsam auf 300 ⁰C abgekühlt. Die Walze wurde erneut langsam mit einer Geschwindigkeit von 20 ⁰Cf Stunde auf 550 ⁰C erhitzt, bei dieser Temperatur 10 Stunden gehalten, in der Atmosphäre 2 Tage stehen gelassen, erneut auf 550 ⁰C erhitzt und 10 Stunden dort gehalten und anschließend der Ofenabkühlung überlassen. Die rapide Kühlung von 980 ⁰C und die langsame Abkühlung von 660 ⁰C sind die Verfahrens-

0 09886/1165

1937S74

schritte zur Bewirkung normaler Abschreckung und Temperatur« um die gewünschte Härte und Zähigkeit der Walze zu erreichen.

Die Shorehärte der Walze war 70 bis 75· Die Zugfestigkeit der Walze wurde an einem von der Walze abgeschnittenen Probestück gemessen und war 150 bis l80 kg/mm . Die Zugfestigkeit der Verbindung zwischen dem Trennwandteil und dem Mantel sowie

dem Kern war etwa 15 bis 25 kg/mm , was zum Standhalten unter Walzbedingungen ausreichend ist. Es wurdeebenfalls festgestellt, daß sich weder innere Schrumpfung noch Innere Rißbildung an der Grenze zwischen dem Mantel und dem Trennwandteil bzw. zwischen dem Kern und dem Trennwandteil ergab, und die Verbundgußwalze nach diesem Herstellverfahren war einer einstUckigen Walze überlegen.

Beispiel 2

Eine Verbundgußwalze zur Verwendung als Vorbloefcwalze mit einem Durchmesser von 1200 mm, einer Gesamtlänge von 6500 rom, einer Hauptkörperlänge von 2400 mm, einer Manteldlcke von 200 mm und einer Trennwandteildicke von 30 mm wurde hergestellt, wobei sich der Trennwandteil über die Zapfen der Walze erstreckte.

Die chemischen Zusammensetzungen der zur Bildung des Mantels und des Kerns geschmolzenen Metalle und die chemische Zusammensetzung des Trennwandteiles sind in der Tabelle 2 angegeben.

009886/ 1165

1937874

Tabelle 2

Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)

C, Si, Mn, P, S, Ni,

Mantel 0,4l 0,45 0,70 0,020 0,009 0,60

Kern 0,4? 0,38 0,51 0,018 0,010

Trenn- 0,75 0,40 0,53 0,020 0,010 0,10 wandteil

Cr, Mo, V, Pe 5,15 1,00 0,50 Rest

0,20

I!

Die Vertikalschnittansicht der dementsprechend hergestellten Verbundgußwalze war nach der Endbearbeitung so wie in Fig. 6 dargestellt ist. Der Herstellungsvorgang ist der gleiche wie im Beispiel 1· Und zwar wurde ein Trennwandteil ausreichender Länge zur Bedeckung der Zapfen der Walze in eine Form an eine Stelle in 200 mm Abstand von der Innenoberfläche des Formteils entsprechend dem Hauptteil der Walze eingesetzt, und dann wurden ein bei 1520 ⁰C geschmolzener, mantelbildender, hochlegierter Gußstahl in einen Teil der Formhöhlung entsprechend dem Mantel sowie unmittelbar nachher ein bei 1505 ⁰C geschmolzener, kernbildender Kohlenstoffstahl in den Hohlraum des Trennwandteiles eingegossen.

Nach Abschluß des Gusses ließ man die Form sieben Tage mit den eingegossenen Metallen stehen und die gegossene Walze dabei abkühlen, um sie anschließend aus der Form zu entfernen· Die Temperatur der aus der Form entfernten Walze war am Hauptteil 100 ⁰C. Nach dem Abschneiden der Steiger wurde die gegossene Walze auf die vorgeschriebenen Dimensionen abgearbeitet, und die so fertig bearbeitete Verbundwalze wurde mit einer Ge-

0 0 9 8 8 6/1165

1937S7

sehwindigkeit von 25°C/Stunde auf 1050⁰C erhitzt, 20 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, auf 4OO°C abgekühlt, wieder auf 85O°( erhitzt, 20 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, auf 770⁰C abgekühlt, JO Stunden bei dieser Temperatur gehalten, mit der Geschwindigkeit von 25°C/Stunde erneut auf 98O⁰C erhitzt, 10 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, rapid auf 400°C in einem Zeitraum von 50 Minuten und dann anschließend langsam auf 300°C abgekühlt. Nachher wurde die Verbundwalze langsam mit der Geschwindigkeit von 20°C/Stunde auf 60O⁰C erhitzt, 10 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, 2 Tage an der Atmosphäre stehen gelassen, erneut auf 600°C erhitzt, 10 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, durch Ofenabkühlung auf 98⁰C abgekühlt, aus dem Ofen entnommen und dann auf Raumtemperatur abkühlen gelassen, wodurch die Walze einer Wärmebehandlung unterworfen wurde.

In Fig. 6, die einen senkrechten Querschnitt durch die Walze zeigt, bezeichnet die Bezugsziffer 8 den Zapfen der Walze. Wie man sieht, unterscheidet sich, die Dicke des Teils des Trennwandteiles, der die Oberflächenschicht des Zapfens darstellt, von der Dicke des übrigen Trennwandteiles, der den Hauptkörper der Walze bedeckt, weil der Teil des Trenn_wwandteiles am Zapfen nach dem Gießen der Walze abgeschliffen wurde.

Die so hergestellte Verbundwalze zeigte an der Oberfläche des Mantels eine Shorehärte von 57 bis 62, an den Zapfen eine Shorehärte von 40 bis 45* und eine Shorehärte von 26 bis 29 am Kern. Es wurde festgestellt, daß der Hantel und die Zapfen ausreichend stabile Eigenschaften als Walze aufweisen. Es wurde ebenfalls festgestellt, daß der Mantel und der Trennwandteil sowie der Kern und der Trennwandteil metallurgisch vollständig

009886/116 5

193797;

verbunden waren, und es wurden keine Inneren Schrumpfungen an den Verblndungsflächen beobachtet.

Beispiel 3

Eine Verbundgußwalze mit Eignung zur Verwendung als Vorblookwalze und mit einem Durchmesser von 1200 mm, einer Gesamtlänge von 6000 mm, einer Walzkörperlänge von 2000 mm, einer Manteldloke von 200 mm und einer Trennwandteildicke bzw. -länge von 25 mm bzw. 200 mm wurde nach folgendem Verfahren hergestellt.

Ein Trennwandteil wurde in eine Form an einer Stelle in 200 mm Abstand von der Innenseite der walzenkörperbildenden Höhlung der Form eingesetzt, und anschließend wurden bei 1510°C geschmolzener, mantelbildender, hochlegierter Gußstahl in einen Teil der Höhlung entsprechend dem Mantel der Walze durch Abwärtsgießen und danach ein bei 1500°C geschmolzener, kernbildender, niedriglegierter Stahl in einen Teil der Höhlung entsprechend dem Kern der Walze eingegossen.

Nach Abschluß des Gießens ließ man die Form sieben Tage mit den eingegossenen Metallen stehen, und dann wurde die gegossene Walze aus der Form entnommen. Nach dem Abschneiden der Steiger wurde die gegossene Walze auf die vorgeschriebenen Dimensionen abgearbeitet und dann mit der Geschwindigkeit von 25°C/Stunde auf 1050°C erhitzt, 20 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, auf 4QO⁰C abgekühlt, erneut auf 85O⁰C erhitzt, 25 Stunden bei dieser Temperatur gehalten und durch Ofenabkühlung abgekühlt, um ein Anlassen der Walze zwecks Homogenisierung der Gußstruktur, Umbildung der Karbide in kugelförmige Teilchen und Entfernung der Gußspannungen zu bewirken. Dann wurde die Walze erneut auf 98O⁰C erhitzt,

D09886/ 1165

1 9 3 7 S 7

auf 620⁰C in Luft abgekühlt, 40 Stunden auf dieser Temperatur gehalten und dann durch Ofenabkühlung abgekühlt, um ein Absohrecken und Tempern zu bewirken, wodurch der Walze die erforderliche Härte und Zähigkeit verliehen wurden.

Es wurde gefunden, daß der Mantel und der Trennwandteil sowie der Kern und der Trennwandteil in der so zum Vorblockwalzen hergestellten Verbundgußwalze sich völlig metallurgisch* miteinander verbunden hatten und daß die Walze völlig frei von innerer Schwindung und innerer Rißbildung war. Der Mantel hatte eine Bainit-Struktur, und ihre Oberflächen-Shorehärte war etwa 62. Diese Härte ist im Vergleich mit der Shorehärte von 27 bis 40 herkömmlicher Vorbiockwalzen äußerst hoch. Es wurde auch festgestellt, daß die so hergestellte Verbundgußwalze eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Hitzerisse, Verschleiß und Bruch aufwies. Tabelle 3 zeigt die chemischen Zusammensetzungen des Mantels, des Kerns und des Trennwandteiles.

Tabelle 3

Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)

C Si Mn P S Ni Cr Mo V Fe

^ ^i Nt ^i ^

Mantel 0,48 0,55 1*20 0,019 0,011 0,68 7,23 0,4l 0,21 Rest

Kern 0,6l 0,36 0,6l 0,015 0,009 0,18 0,38 - - "

Trenn- 0,51 0,32 0,4l 0,018 0,010 0,20 0,30 0,15 - " wandteil

f. 09686/1165

193797Λ

Beispiel 4

Eine zur Verwendung beim Warmwalzen geeignete Stützwalze mit einem Durchmesser von 1550 mm, einer Gesamtlänge von 5000 mm, einer Walzkörperlänge von 1700 mm, einer Manteldicke von 2^0 mm und einer Trennwandteildicke von 25 mm wurde in gleicher Weise wie im Beispiel 1 hergestellt.

Nach dem Gießen ließ man die Form neun Tage mit den eingegossenen Metallen stehen, und anschließend wurde die gegossene Walze unter Zerbrechen der Form aus der Form entnommen. Nach dem Abschneiden der Steiger wurde die gegossene Walze auf die vorgeschriebenen Dimensionen abgearbeitet und anschließend auf 1050 ⁰C erhitzt, 3>0 stunden bei dieser Temperatur gehalten, an Luft auf 400°C abgekühlt, erneut auf 830⁰C erhitzt, JO Stunden bei dieser Temperatur gehalten und durch Ofenabkühlung abgekühlt, wodurch die Anlaßbehandlung der Walze zwecks Homogenisierung der Gußstruktur, Umbildung der Karbide in kugelförmige Teilchen und Entfernung der Gußspannung bewirkt wurde.

Dann wurde die Walze erneut auf 95O°C erhitzt, in Luft auf 56O⁰C abgekühlt, 60 Stunden bei dieser Temperatur gehalten und danach durch Ofenabkühlung abgekühlt. Bei Prüfung der so hergestellten Verbundgußwalze wurde gefunden, daß der Mantel und der Trennwandteil sowie der Kern und der Trennwandteil metallurgisch völlig miteinander verbunden waren, und man stellte keine inneren Schwindungen oder Risse an den Grenzen zwischen Mantel bzw. Kern und Trennwandteil fest. Die Oberflächen-Shorehärte des Mantels war, wie erwünscht, 65 oder . höher. Die chemischen Zusammensetzungen des Mantels, des Kerns und des Trennwandteils sind in Tabelle 4 angegeben:

009886/1166

1937S7;

Tabelle 4
Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)

C Si Mn P S Ni Cr Mo V Pe

Mantel 0,89 0,33 0,6l 0,020 0,013 0,68 4,32 0,81 0,19 Rest Kern 0,65 0,38 0,69 0,019 0,010 0,13 0,98 0,31 - "

Trenn- _0#28 0,31 O,4o 0,020 0,010 - - - - " wandteil

Beispiel 5

Eine Verbundgußwalze mit Eignung zur Verwendung als Arbeitswalze und einem Durchmesser von 800 mm, einer Gesamtlänge von 4500 mm, einer Walzkörperlänge von 2060 mm und einer Manteldicke von 80 mm wurde nach dem gleichen Gieß- und Wärmebehandlungsverfahren wie im Beispiel 1 hergestellt.

Die chemischen Zusammensetzungen der geschmolzenen, in die Form zur Bildung des Mantels und des Kerns gegossenen Metalle und die chemische Zusammensetzung des Trennwandteils sind in Tabelle 5 angegeben.

Tabelle 5
Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)

C Si Mn PS Ni Cr Mo V Pe

Mantel 0,60 0,80 0,50 0,013 0,010 0,20 11,20 0,80 0,30 Rest

Kern ο,55 Ο,4θ Ο,6θ 0,015 0,009 0,20 0,80 0,30 - " Trenn- 0,12 0,30 0,30 0,020 0,013 - "

wandteil

009 8 8 6·/1 1 65*

193797;

Die so hergestellte Verbundgußwalze war völlig frei von inneren Schwindungen und inneren Rissen, und die Grenzen zwischen dem Mantel und dem Trennwandteil sowie zwischen dem Kern und dem Trennwandteil zeigten eine völlige metallurgische Bindung.

Kontrollbeispiel 1

Eine einstUcklge Gußstahlwalze mit gleichem Durchmesser, gleicher Gesamtlänge und gleicher Walzkörperlänge wie die der Walze Im Beispiel 1 und mit einem größtmöglichen Gehalt an Legierungselementen, wie sie unter Berücksichtigung der Gießbarkeit des Walzwerkstoffes zu einer einstückigen Walze möglich sind, wurde in folgender Weise hergestellt.

Zunächst wurde der bei 1500°C geschmolzene Gußstahl im Abwärtsguß in eine Form mit einer Gestalt entsprechend der Gestalt der fertigen Walze gegossen, υηά nach Abschluß des Gießens wurde die Form sieben Tage mit dem eingegossenen Stahl stehengelassen. Nach Entnahme der Gußwalze aus der Form wurden die Steiger abgeschnitten, und anschließend wurde die Walze einer Wärmebehandlung in der gleichen Weise wie im Beispiel 4 unterworfen. Die chemische Zusammensetzung des verwendeten Gußstahls ist in Tabelle 6 angegeben.

Tabelle 6
Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)

C Si Mn P S Ni Cr Mo Fe Ein-

stücki- 0,50 0,50 0,50 0,014 0,010 0,50 2,20 0,50 Rest ge Walze

.1 937S74

Pig. 7 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Harteverteilungen der gemäß Beispiel 1 erhaltenen Verbundgußwalze und der gemäß Kontrollbeispiel 1 erhaltenen einstückigen Stahlwalze. Die Härteverteilung wurde durch Messen der Härte an verschiedenen Stellen und der Abstände der verschiedenen Stellen von der Walzenoberfläche erhalten. Wie man sieht, hat die Härteverteilung jeder Walze eine gewisse Breite, da, weil selbst, wenn der Abstand der gleiche ist, die Härte an verschiedenen Meßstellen nicht die gleiche ist, die Messungen im Durchschnitt achtmal an einer Stelle unternommen und sowohl die Maximum- als auch die Minimumwerte der Härte an den betreffenden Stellen aufgetragen wurden. Aus der Aufstellung in Pig. 7 ergibt sich, daß die Oberflächen-Shorehärte der einstückigen Gußstahlwalze etwa 6o beträgt und so für eine als Stützwalze zu verwendende Walze ziemlich niedrig liegt, jedoch für eine als Vorblockwalze und Arbeitswalze einzusetzende Walze ausreichend hoch sein dürfte. Diese einstückige Gußstahlwalze hat eine Neigung dazu, daß die Härte mit dem radialen Abstand stark abfällt, und eine solche Tendenz wird besonders offenbar, ab einem Abstand von 70 mm und weiter von der Walzenoberfläche. Ein so scharfer Abfall der Härte in einem geringen Abstand von der Walzenoberfläche ist vom Standpunkt des Verhaltens der Walze aus folgendem Grund abzulehnen: Wenn man nämlich annimmt, daß die wirksame Dicke der Walze zum Beispiel 100 mm ist, sollte es über diese Dicke hin keinen wesentlichen Härteabfall geben, da sonst die Eigenschaften der Walze im Verlauf des Portgangs der Walzenbenutzung variieren würden und die Walze Sprünge bekommen oder schnell abgenützt würde, bevor die wirksame Dicke aufgebraucht ist, selbst wenn die Walzenbenutzung unter den gleichen Bedingungen fortgesetzt wird.

0 0 9 5 8 6/1165

193787^

Im Gegensatz dazu hat die Verbundgußwalze gemäß der Erfindung eine Oberflächen-Shorehärte von 70 oder mehr, und die Härte geht bis zu einem Punkt 200 mm von der Walzenoberfläche nicht wesentlich zurück, wo der Trennwandteil angeordnet ist. Das kommt daher, daß die Walze eine große Menge von Elementen, wie zum Beispiel Chrom, enthält, die gute Wärmebehandlungseigenschaften aufweisen, und nach der Erfindung ist es möglich, ein stabiles Walzverhalten konstant aufrechtzuerhalten, bis die nutzbare Dicke der Walze aufgebraucht ist.

Die für den Mantel erforderlichen Eigenschaften hängen in weitem Maße vom Chrom ab, das ein gutes Wärmebehandlungsverhalten zeigt und die Härte des Mantels durch Bildung eines Karbids steigert· In diesem Zusammenhang ist es wünschenswert, zur Bildung des Mantels einen hochlegierten Gußstahl zu verwenden, der eine große Menge Chrom enthält, doch andererseits ist die Menge an Kohlenstoff begrenzt, der ein wesentliches Element des mantelbildenden Gußstahls mit ausgezeichneten Walzeigenschaften ist. Daher unterliegt der Chromgehalt unvermeidlich einer Begrenzung. Im Rahmen der Erfindung wurde bei der Gefügeuntersuchung des Chromkarbids im Hinblick auf die Mengenverhältnisse zwischen Chrom und Kohlenstoff das in Pig. 8 gezeigte Diagramm erhalten.

Der bisher zur Herstellung einer einstückigen Gußstahlwalze verwendete Stahl enthält nicht mehr als J Gewichtsprozent Chrom, und sein Gefüge besteht aus einer Mischung von χ und (Fe.Cr)-C. In einem durch eine einen 0,06 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 2,0 Gewichtsprozent Chrom darstellenden Punkt mit einem 2,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 4,5 Gewichtsprozent Chrom darstellenden Punkt verbindende Liiiie und eine den ersten Punkt mit einem 2,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff und

009886/ 1166

T937S74

22,0 Gewichtsprozent Chrom darstellenden Punkt verbindende Linie definierten Bereich besteht die Struktur des Gußstahls aus einer Mischung von X , (Fe.Cr),C und (Cr.Fe)₇C-,,uä die Menge des gebildeten Karbides ist mehr als in dem Fall, wenn der Chromgehalt nicht mehr als 3 Gewichtsprozent beträgt. Dies stützt die Tatsache, daß die Härte des Gußstahls mit der Menge an Chrom steigt.

Nun besteht in einem Bereich, wo die Chrommenge mehr als im vorerwähnten Bereich beträgt und der durch eine einen 0,06 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 2,5 Gewichtsprozent Chrom darstellenden Punkt mit einem 2,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 22,0 Gewichtsprozent Chrom darstellenden Punkt verbindende Linie, eine den ersten Punkt mit einem 0,02 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 10,0 Gewichtsprozent Chrom darstellenden Punkt verbindende Linie und eine den zweiten Punkt mit einem 2,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 30,0 Gewichtsprozent Chrom darstellenden Punkt verbindende Linie definiert ist, das Gefüge des Gußstahls aus einer Mischung von öC und (Cr.Fe)₇C.,, und die Menge des gebildeten Chrorakarbides steigt weiter an. Wenn die Menge des Chroms weiter erhöht wird, tritt (Cr.FeKC^- Bildung auf, wodurch der Gußstahl äußerst spröde wird. Zusätzlich verschlechtert sich die Gießbarkeit des Stahls, und seine Zähigkeit ist vermindert, was zur Folge hat, daß der Stahl zur Herstellung einer Walze nicht verwendbar ist.

Ss wurden im Rahmen der Erfindung weitere Untersuchungen durchgeführt, um einen Bereich zu bestimmen, in der die Menge des Chromkarbids erhöht werden kann, ohne die Gießbarkeit des Stahls zu verschlechtern, und es wurde gefunden, daß der Bereich des Vielecks A/B/C/D/E/A in Fig. 8 dafür zu bevorzugen 1st, wobei der Funkt A 0,2 Gewichtsprozent Kohlenstoff

009886/1166

3*0 Gewichtsprozent Chrom, der Punkt B 0,2 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 8,0 Gewichtsprozent Chrom, der Punkt C 1,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 20,0 Gewichtsprozent Chrom, der Punkt D 2,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 20,0 Gewichtsprozent Chrom und der Punkt D 2,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 4,2 Gewichtsprozent Chrom bedeuten. Palis nämlich eine Zusammensetzung in einen Bereich oberhalb der Linie BCD in Fig. 8 fällt, bildet Cr nicht nur ein Karbid mit C, sondern wird auch eine große Menge von Cr in der Matrix aufgelöst, wodurch die Matrix selbst spröde wird. Wenn weiter eine Zusammensetzung in einen Bereich auf der rechten Seite der Linie DE fällt-, Ist die Menge des gebildeten Karbides so groß, daß der S^ahl spröde wird und zur Herstellung einer Walze nicht verwendbar ist. Aus diesen vorstehend genannten Gründen ist der Zusammensetzungsbereich des Stahls, der für Walzen verwendet werden kann, natürlich begrenzt.

Der erfindungsgemäß verwendete Trennwandteil kann in Formen gemäß den Fig. 9 bis 16 vorgesehen werden. Ein in Fig. 9 dargestellter Trennwandteil hat die Form eines verbindungsstellenlosen Zylinders gleichmäßiger Wanddicke und kann zum Beispiel einfach nach dem Schleudergießverfahren hergestellt werden. Ein in Fig. 10 dargestellter Trennwandteil hat eine zylindrische Innenoberfläche gleichmäßigen Durchmessers und eine sich erweiternde Außenoberfläche und läßt sich ebenfalls zum Beispiel einfach durch Schleudergießen herstellen. Ein in Fig. 11 dargestellter Trennwandteil hat zylindrische Innen- und Außenoberflächen von gleichmäßigem Durchmesser und besteht aus einer Mehrzahl von untereinander durch Schweißen verbundenen Abschnitten. Ein in Fig. 12 dargestellter Trennwandteil hat geschweißte Verbindungstellen nicht in Umfangsrichtung, sondern in Längsrichtung. Ein in Fig. IJ

0 0 9 8 8 6/1165

937 97Λ

dargestellter Trennwandteil besteht aus einer Mehrzahl von durch Schweißen zu einem einzigen Werkstück verbundenen Abschnitten, die hinsichtlich des Innendurchmessers gleichmäßig, Jedoch hinsichtlich des Außendurchmessers verschieden sind. Ein in Fig. l4 dargestellter Trennwandteil besteht aus einer Mehrzahl von untereinander durch Schweißen zu einem einzigen Werkstück verbundenen Abschnitten, die zwar gleiche Wandstärken, jedoch unterschiedliche Innen- und Außendurchmesser aufweisen· Ein in Fig. 15 dargestellter Trennwandteil besteht aus einer Mehrzahl von untereinander durch Schweißen zu einem einzigen Werkstück verbundenen Abschnitten, die parallele Innen- und Außenoberflächen, jedoch unterschiedliche Innen- und Außendurchmesser haben, wobei die Außendurchmesser von links nach rechts größer und die Innendurchmesser kleiner werden. Ein in Fig. 16 dargestellter Trennwandteil besteht aus einer Mehrzahl von. untereinander durch Schweißen zu einem einzigen Werkstück verbundenen Abschnitten, die gleichmäßige Außendurchmesser, jedoch verschiedene Innendurchmesser haben. Ein in Fig. 17 dargestellter Trennwandteil hat eine Mehrzahl von Umfangsnuten an der Außenseite zwecks mechanischer Verbindung mit dem Mantel zusätzlich zur metallurgischen Verbindung. Als Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels kann auch ein Trennwandteil mit solchen Nuten an der Innenseite oder sowohl an der Innen- als auch Außenseite wirksam verwendet werden.

Das Prinzip der Erfindung läßt sich natürlich auch auf eine Walze, wie zum Beispiel Formstahlwalze anwenden, die eine Konkav-Konvex-Profiloberfläche aufweist. Dabei kann man den Trennwandteil einfach in die Walze in einer Weise einfügen, wie sie aus Fig. 18 ersichtlich ist, ohne besondere Schwierigkeiten anzutreffen, da die wirksame Walzendicke

0 09886/1165

aus Erfahrung mit einem Wert von einigen Millimetern von der Walzenoberfläche bekannt ist. Fig. 19 zeigt schließlich einen Trennwandteil mit einem trichterförmigen Oberende, das die Verhinderung übermäßiger gegenseitiger Vermischung des mantelbildenden, geschmolzenen Metalles und des kernbildenden geschmolzenen Metalles durch einen Raum zwischen dem Trennwandteil und der Formoberfläche bewirkt.

0 0 9886/1165

Claims (12)

Patentansprüche

1. Verbundgußwalze aus einem Stahlmantel mit ausgezeichneten Walzeigenschaften und einem Stahl- oder Eisenkern ausgezeichneter Zähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (1) und der Kern (2) über einen zylindrischen Trennwandteil (3) metallurgisch verbunden sind und die Härte des Mantels von seiner Oberfläche bis an die Ubergangszone zum Trennwandteil im wesentlichen gleich ist.

2. Verbundgußwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (1) aus hochlegiertem Stahl mit 0,2 bis 2,6 Gewichtsprozent C und mehr als 3 Gewichtsprozent gesamten Legierungselementen und der Kern (2) aus niedriglegiertem Stahl, unlegiertem Gußstahl oder unlegiertem Kohlenstoffstahl bestehen.

3. Verbundgußwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (1) eine 1,1 bis 3 mal so große Dicke wie die wirksame Dicke der Walze aufweist.

4. Verbundgußwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (1) aus hochlegiertem Gußstahl mit 3 bis 25 Gewichtsprozent Legierungselementen besteht.

5. Verbundgußwalze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (1) aus Gußstahl besteht, der neben anderen erforderlichenfalls zugesetzten Legierungselementen und Rest Eisen Kohlenstoff und Chrom in den durch ein Polygon (A-B-C-D-E-A) begrenzten Mengenbereichen enthält, dessen Eckpunkte in einem

009886/1165

rechtwinkligen Koordinatensystem mit der Kohlenstoffmenge als Abszisse und der Chrommenge als Ordinate

A 0,2 Gewichtsprozent C 3,0 Gewichtsprozent Cr,

B 0,2 " " 8,0 " "

C 1,6 " "20,0 " "

D. 2,6 " " 20,0 " " und

E 2,6 " " 4,2 " " sind.

6. Verbundgußwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennwandteil (3) mindestens so lang wie der Walzenkern ist.

7· Verbundgußwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke am Unterende des Trennwandteils (3) zur Vermeidung einer Verformung oder PortSchmelzung während des Abwärtsgußvorganges zur Herstellung der Walze ausreichend gewählt ist.

8. Verbundgußwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Trennwandteils (3) vom Unterende zum Oberende abnimmt und die Erstarrung der geschmolzenen Metalle längs eines positiven Temperaturgradienten ermöglicht.

9. Verbundgußwalze zur Verwendung in einem Walzengerüst, gekennzeichnet durch

einen zylindrischen Trennwandteil (3) mit einer Zugfestigkeit über 35 kg/mm ,

einen in den Trennwandteil eingegossenen Achsen- und Kernteil (2) aus einem Werkstoff verhältnismäßig guter Zähigkeit, einen den Trennwandteil umgebenden Mantel (1) aus einem Werkstoff mit erwünschten Walzeigenschaften, eine metallurgische Verbindung des Kernteils (2) und der Innenseite des Trennwandteils (3) mit einer Zugfestigkeit in Walzen-

09886/1165

durchmesserrichtung von mehr als 7 kg/mm , eine metallurgische Verbindung des Mantels (1) und der Außenseite des Trennwandteils (3) mit einer Zugfestigkeit in Walzen« durchmesserrichtung von mehr als 10 kg/mm und gleichmäßige Walzeneigenschaften über im wesentlichen die ganze Wandstärke des Mantels (1).

10. Verbundgußwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennwandteil (3) aus einer Mehrzal von durch Schweißen untereinander verbundenen Abschnitten besteht und die Schweiß« Verbindungsstufen auf der Mantelseite liegen.

11. Verbundgußwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennwandteil (3) durch Schleuderguß hergestellt ist.

12. Verbundgußwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennwandteil (3) aus unlegiertem Kohlenstoffstahl, niedriglegiertem Stahl oder Gußeisen besteht.

13· Verbundgußwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche des Trennwandteils (3) zu der der gesamten Walze 2 bis 15$ beträgt.

l4. Verfahren zur Herstellung einer Verbundgußwalze nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Trennwandteil (3) bestimmten Durchmessers in eine Gießform eingesetzt wird, daß ein den Mantel (l) bilden« der, geschmolzener Stahl mit ausgezeichneten Walzeigenschaften in einen ringförmigen Raum zwischen dem Trennwandteil und der Form (5) gegossen wird, daß ein den Kern bildender(s) geschmolzener (s) Stahl oder Eisen mit ausgezeichneter Zähigkeit in den zylindrischen Hohlraum des Trennwandteils gegossen wird, daß das erhaltene Gußstück durch Bearbeitung in.die end-

Ö09886/1165

gültige Gestalt gebracht wird und daß die fertige Walze zur Erzielung der gewünschten Walzeigenschaften im Mantel und der gewünschten Zähigkeit im Kern einer Wärmebehandlung unterworfen wird.

15· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennwandteil (5) derart in die Form eingesetzt wird, daß der gebildete Mantel (1) eine 1,1 bis 3 mal so große Dicke wie die wirksame Dieke der Walze erhält·

Ιβο ¥erfEhren nach Anspruch l4_a dadureh gekennzeichnet* daß das Oberende des Tremwanöteils (5) trichterförmig erweitert ist und den Raum zwischen diesem und der Form verringert, wodurch ein übermäßiges Ineinanderfließen von den Mantel (1) bildendem, geschmolzenem Metall und den Kern (2) bildendem, geschmolzenem Metall verhindert wird.

17· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennwandteil (3) einen auf seiner Oberfläche gebildeten Kohlenstoffilm trägt.

00 9886/1165