DE1937974C - Verwendung eines Trennwandteils zur Herstellung einer Verbundgußwalze - Google Patents

Description

Walzbedingungen arbeiten müssen. Daher ist der Ver- ein übermäßig hoher Kohlenstoffgehalt zum Fortwendungsbereich der Gußeisenverbund-Aalze erheblich schmelzen des Trennwandteils und ermöglicht eine beschränkt. gegenseitige Vermischung des Mantels und des Kerns.

Der Begriff »hochlegierter Stahl« in dieser Beschrei- Daher muß die Auswahl des Trennwandteils die Gießbung umfaßt solche Stähle, die 0,2 bis 2,6 Gewichts- 5 temperaturen und Gießzeiten sowohl des Mantels Prozent Kohlenstoff und 3 oder mehr Gewichtsprozent als auch des Kerns berücksichtigen. Was die Oberais Gesamtmenge an Legierungselementen enthalten; flächenbeschaffenheit betrifft, bringt man auf die Oberder Begriff »niedriglegierter Stahl« bedeutet solche fläche des erfindungsgemäß zu verwendenden Trenn-Stähle, in denen die Gesamtmenge der Legierungs- wandteils zweckmäßig Kohlenstoff oder Aluminium elemente 3 Gewichtsprozent oder weniger beträgt; der io auf, um die Bildung eines Oxydfilms darauf zu verBegriff »unlegiertes Gußeisen« gilt für solche Gußeisen- hindern. Unter Umständen kann die Oberfläche, fies Sorten, die 3,0 bis 3,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff Trennwandteils einer Behandlung wie Karbonisierung, und kein Legierungselement oder je nach Erfordernissen Nitridierung oder Aluminisierung unterworfen werden, 3 Gewichtsprozent oder weniger Legierungselemente die sich in einer Verbesserung der Bindungseigenschafenthalten. . i₅ ten des Trennwandteils auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugiunde, die Ver- Es ist ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäß

wendung eines Trennwandteils auch zur Herstellung hergestellten Verbundgußwalze, daß die Härte des

einer Verbundgußwalze mit einem Mantel aus einem Mantels von seiner Oberfläche bis wenigstens zu einem

Stahl gewünschter Walzeigenschaften und einem Kern Bereich neben dem Trennwandteil nicht wesentlich

aus einem duktilen Stahl oder Eisen möglich zu machen, 20 abfällt. Dies ist wesentlich, um ein stabiles Walzver-

ohne daß ein Weg- oder Durchschmelzen des Trenn- halten der Walze über eine ausgedehnte Zeitdauer zu

wandteils beim Eingießen von legiertem Stahl oder erhalten. Wegen der Anwesenheit des Trennwandteils

starke Eigenschaftsschwankungen von einem zum ande- können die Erstarrung des Mantels angemessen voll-

ren Ende des Mantels auftreten. endet und die Wirkung der Wärmebehandlung gleich-

Diese Aufgabe wird durch die Verwendung eines as mäßig durch den Mantel hindurch ausgedehnt werden.

Trennwandteils, dessen Wanddicke vom Unterende Die Dicke des Mantels muß wenigstens so groß sein

zum Oberende der Gießform abnimmt, gelöst. wie die wirksame Dicke der Walze, doch ist es in der

Die Verwendung eines solchen Trennwandteils führt Praxis wünschenswert, daß die Dicke unter Be-

dazu, daß die Erstarrung der beiden Schmelzen längs rück^ichtigung des Sicherheitsfaktors der Walze 1,1-

eines positiven Temperaturgradienten erfolgt und man 30 bis 3mal so groß ist wie die wirksame Dicke der Walze,

gleichmäßig gute Eigenschaften, insbesondere Härte Daher befindet sich die Trennwand vorzugsweise in

über die gesamte Länge und nahezu die gesamte Wand- einer Tiefe von der Walzenoberfläche, die 1,1- bis 3mal,

dicke des Mantels erhält. insbesondere 1,2- bis 2,5mal soviel wie die verfügbare

Wie schon erwähnt, ist es fast unmöglich, eine ein- Dicke der Walze ausmacht.

stückige Walze aus hochlegiertem Gußstahl mit einem 35 Um die gewünschten Eigenschaften des Mantels Durchmesser von 800 mm oder mehr herzustellen, was sicherzustellen, muß ein hochlegierter Gußstahl, aus auf die Eigenschaften des gegossenen Stahls beim dem der Mantel gebildet wird, 0,2 bis 2,6 Gewichts-Gießen und bei der Wärmebehandlung zurückzufüh- prozent Kohlenstoff und insgesamt 3 oder mehr Geren ist. Jedoch hat hochlegierter Gußstahl eine ausge- wichtsprozent Legierungselemente enthalten. Dies erzeichnete Beständigkeit gegenüber Hitzerissen, Ver- 4° gibt sich daraus, daß, wenn der Kohlenstoffgehalt geschleiß, Abblättern, Oberflächenauf rauhung und Bruch, ringer als 0,2 Gewichtsprozent ist, sich eine gewünschte und außerdem sind diese Eigenschaften für eine 1,1- bis Festigkeit nicht erzielen läßt, während bei einem Koh-3mal so große Dicke wie die verfügbare wirksame lenstoffgehalt von mehr als 2,6 Gewichtsprozent die Dicke des Mantels erforderlich. Daher ist es von groß- Verschleißbeständigkeitseigenschaften des Mantels auf tem praktischem Vorteil sowie von wirtschaftlicher 4S das Niveau von Gußeisen absinken. Andererseits bilden Bedeutung, wenn nur der Mantel der gesamten Walze die Legierungselemente bei der Verbindungsbildung aus hochlegiertem Gußstahl erzeugt werden kann, wie mit Kohlenstoff Karbide oder werden in der Matrix es nunmehr die erfindungsgemäße Verwendung eines unter Verfestigung der Matrix aufgelöst. Sie verbesserr Trennwandteils ermöglicht, dessen Wanddicke — bei auch den Abschreckeffekt und verleihen dem Mante ausreichender absoluter Dicke — vom Unterende zum 5° die nötigen Eigenschaften. Als solche Legierungsele Oberende der Gießform abnimmt. mente werden üblicherweise Ni, Cr, Mo, V, Ti, W, Si

Es wurde gefunden, daß der Grad metallurgischer Mn usw. verwendet, und diese Elemente werden mit

Bindung zwischen dem erfindungsgemäß zu verwenden- einander wirkungsvoll kombiniert, um dem Mante

den Trennwandteil und dem Mantel sowie dem Kern die gewünschten Eigenschaften zu geben. Wenn de

von der Dicke, der Zusammensetzung, den Eigenschaf- 55 Gehalt an diesen Elementen insgesamt 3 % oder weni

ten und der Oberflächenbeschaffenheit des Trennwand- ger ausmacht, können zufriedenstellende Walzeigen

teils abhängt. Um konkret von diesen Eigenschaften zu schäften der Walze nicht erreicht werden, wie mit dei

sprechen, muß die Zugfestigkeit des Trennwandteils herkömmlichen einstückigen Walzen festgestellt wurde

30 kg/mm* oder größer sein, damit der Trennwandteil weil die Härte des Mantels auf Grund unzureichende

die auf ihn ausgeübten Belastungen aushält. Außerdem 60 Abschreckeffekts nicht gleichmäßig über seine ganz

muß die Zugfestigkeit der metallurgischen Bindung in Dicke erzeugt werden kann. Wenn andererseits de

Radialrichtung der Walze 10 kg/mm^a oder größer sein. Gehalt an diesen Elementen 2,5 oder mehr Prozent be

Vorzugsweise ist das Verhältnis der Querschnitts- trägt, wird die Gießbarkeit des Stahls im allgemeine

fläche des erfindungsgemäß zu verwendenden Trenn- verschlechtert, falls nicht die verwendeten Elemenl

wandteils zu der der gesamten Walze 2 bis 15°/₀. Was 65 dem Stahl mit besonderer Sorgfalt zugeführt werdei

die Zusammensetzung des Trennwandteils betrifft, Es ist zweckmäßig, als Werkstoff für den Mantel eine

steigt die Schmelzbindungseigenschaft des Trennwand- Gußstahl auf Basis C — Cr zu verwenden. Cr wird i

teils, wenn der Kohlenstoffgehalt wächst, doch führt vielen Werkzeugstählen als karbidbildendes Elemei

zur Förderung des Abschreckeffekts verwendet und körpers gleiche Länge aufweist. Die Zapfen einer hat daher ausreichende Eigenschaften als Walzenwerk- Walze bestehen gewöhnlich aus dem gleichen Material stoff. Durch Kombinieren der Cr-Menge im Bereich wie der Kern; da sie jedoch von Teilen eines WaIzvon 3 bis 20 °/₀ mit einem entsprechenden Kohlenstoff- werks rotierend unter reibender Berührung gehalten gehalt von 0,2 bis 2,6 °/o kann Cr für viele Walzen ver- 5 werden, unterliegen sie einem Verschleiß. Um dieses wendet werden. Cr ist auch eines der wirtschaftlichen Problem zu lösen, soll zweckmäßig der Trennwandteil Elemente. Je höher die Gehalte an C und Cr sind, um aus einem gegenüber Verschleiß widerstandsfähigeren so größer ist die Menge des gebildeten Karbids, und so Material als das Kernmaterial bestehen, und die kann man Walzenmaterial mit ausgezeichneter Ver- Länge des Trennwandteils kann auf eine der Gesamtschleißbeständigkeit erhalten. Indessen wird anderer- io länge der Walze gleiche Länge erstreckt werden, so seits die Zähigkeit des Walzenmaterials verschlechtert. daß die Zapfen der Walze mit dem Material des Trenn-Aus diesem Grunde fügt man Ni, Mo, V, Ti, Mn, Si, wandteils bedeckt sind.

W usw. dem Stahl als Legierungselemente zu, und zwar Durch Bildung von konkaven und konvexen Stellen jedes in einer Menge von nicht mehr als 3 °/₀₎ wodurch an der Oberfläche des Trennwandteiles läßt sich gleichein Walzenwerkstoff erhältlich ist, der zäh ist, die 15 zeitig mit der metallurgischen Verbindung eine mecha-Verbesserung des Abschreckeffekts ermöglicht und nische Verbindung herstellen. Wo es technisch schwieaußerdem ausgezeichnete Walzeigenschaften aufweist. rig ist, den Trennwandteil mit einer Abschrägung zu

Und zwar dienen Ni und Mn zur Verfestigung der versehen, oder der Vorgang der Abschrägung des Matrix und zur Verbesserung des Abschreckeffekts; Trennwandteiles eine zu große Arbeit und Mühe er-Mo, W und Si dienen zur Verbesserung der mechani- 20 fordert, kann man eine Mehrzahl von Trennwandteilschen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen und abschnitten jeweils unterschiedlicher Dicken in Längsbilden Karbide zur Verbesserung der Verschleißbe- richtung hintereinander anordnen und zusammenständigkeit; und V sowie Ti dienen zur Erzeugung schweißen. Dabei läßt sich die Anordnung solcher eines feinen Gefüges des Gußstahls und zur Erhöhung Trennwandteilabschnitte erleichtern, indem man entseiner Festigkeit. Durch geeignetes Zusetzen dieser 25 weder ihren äußeren oder ihren inneren Durchmesser Elemente zu einem auf C-Cr basierenden Stahl ist es gleichmacht. Um einen glatten Fluß des mantelbildenmöglich, ausgezeichnete hochlegierte Mantelwerk- den, geschmolzenen Metalis zu sichern, ist es vorzustoffe zu erhalten. ziehen, den Innendurchmesser des Trennwandteils

Die für eine Walze erforderlichen Eigenschaften gleichmäßig zu machen, während am Außendurchmesvariieren in Abhängigkeit vom Walzentyp, da die 30 ser Stufen gebildet werden. Der Raum zwischen dem Einsatzbedingungen für Walzen verschieden sind. Oberende des Trennwandteils und der Innenseite der Dementsprechend sollte die chemische Zusammen- Form sollte auf ein Minimum begrenzt werden, um ein setzung eines hochlegierten Gußstahls, aus dem der übermäßiges Vermischen des mantelbildenden, geMantel gebildet wird, dem gewünschten Walzentyp schmolzenen Metalls mit dem kembildende^geschmolentsprechend ausgewählt werden, wobei gleichzeitig 35 zenen Metall zu verhindern. Wie schon festgestellt Sorge getragen werden sollte, daß die Werkstoff kosten wurde, ist die Unterwe»fung des Trennwandteils einer nicht unnötig hochgetrieben werden. Im Fall einer Vor- Oberflächenbehandlung zur Vermeidung der Bildung blockwalze od. dgl. z.B., für-die insbesondere eine eines Oxydfilms oder die Bildung eines Kohlenstoffilms Bruchbeständigkeitsqualität erforderlich ist, wird ein auf der Oberfläche des Trennwandteils zur Hrleichtehochlegierter Gußstahl zur Bildung des Mantels ver- 40 rung der metallurgischen Verbindung des Trennwandwendet, der 0,2 bis 0,8 Gewichtsprozent Kohlenstoff, teils, des Mantels und des Kerns vorteilhaft. Die im 3 bis 6 Gewichtsprozent Chrom und im wesentlichen Zusammenhang mit der Erfindung durchgeführten die gleichen Mengen anderer Elemente wie bei her- Versuche zeigten, daß die Bildung eines Kohlenstoff kömmlichen Walzen enthält. Im Fall einer Arbeits- films, beispielsweise Graphitfilms, für diesen Zweck walze, bei der insbesondere eine Hitzerißbeständigkeit 45 am wirksamsten ist.

und eine Beständigkeit gegen Oberflächenaufrauhung Der erfindungsgemäß zu verwendende Trennwanderforderlich sind, wird ein hochlegierter Gußstahl ver- teil muß eine gewisse mechanische Festigkeit an sich wendet, der 0,8 bis 2,0 Gewichtsprozent Kohlenstoff, aufweisen, um die Verbindung dieses Teiles, des Man-6 bis 12 Gewichtsprozent Chrom und im wesentlichen tels und des Kerns zu schaffen, wobei eine mechanische die gleichen Mengen anderer Elemente wie bei der 5° Festigkeit vorausgesetzt wird, die ausreichend ist, um herkömmlichen Walze enthält. Weiter wird im Fall eine Beanspruchung des Trennwandteils während einer Walze, die insbesondere gegen Verschleiß be- des Walzens auszuhalten. Unter diesem Gesichtspunkt ständig sein soll, ein hochlegierter Gußstahl verwendet, wird der Werkstoff, aus dem der Trennwandteil geder 1,5 bis 2,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 10 bis macht wird, vorzugsweise aus der Gruppe unlegierter 15 Gewichtsprozent Chrom und im wesentlichen die 55 Kohlenstoffstahl, niedriglegierter Stahl und Gußeisen gleichen Mengen an anderen Elementen wie bei be- gewählt, die eine Zugfestigkeit von etwa 30 kg/mm² kannten Walzen enthält. oder mehr aufweisen. Falls erwünscht ist, die Ober-

Der erfindungsgemäß zu verwendende Trennwand- flächenschicht der Zapfenenden einer Walze mit aus teil muß aus einem solchen Werkstoff sein, der zur Er- dem Trennwandteil zu bilden, wird zweckmäßig ein zcugung einer metallurgischen Bindung zwischen dem 60 Hochkohlenstoffstahl, der eine ausgezeichnete VerMantel und dem Kern geeignet ist. Da der Trennwand- schleißbeständigkeit aufweist, für die Bildung des teil im wesentlichen für den Zweck zur Verhinderung Trennwandteils verwendet, wobei sich das Problem von internen Schrumpfungen an den Berührungs- der Verringerung der Bearbeitbarkeit ergibt. Dieses flächen des Mantels und des Achsen- und Kernteils be- Problem läßt sich jedoch durch Anwendung des nul/l wird und gleichzeitig zur Verhinderung über- 65 Schl.-vjdergießverfahrens lösen.

miilligcn gegenseitigen Hindringens des manlclbildcn- In der Praxis wird die Vefbundgußwalze hergestellt,

der und des kcmbildcndcn Materials dient, wird es er- indem man einen erfindungsgemäß zu verwendenden

forderlich sein, daß er eine der Länge des Walzen- Trennwandteil in einer Gießform anordnet, ein mantel-

bildendes, 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 an Hand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigt

F i g. 1 eine Perspektivansicht, teilweise im Schnitt, zur Erläuterung des Aussehens einer Walzwerkwalze gemäß der Erfindung,

F i g. 2 ein Foto eines Querschnitts nach der Linie H-II in F i g. 1,

F i g. 3 ein Mikroskopfoto des Querschnitts in F i g. 2 zur Erläuterung des Gefüges an der Grenze zwischen dem Mantel und dem Trennwandteil,

F i g. 4 ein Mikroskopfoto, ähnlich F i g. 3, zur Erläuterung des Gefüges an der Grenze zwischen dem Kernteil und dem Trennwandteil, F i g. 5 ein Diagramm zur graphischen Darstellung der H arte Verteilungen einer einstückigen Slahlwalze und einer Verbundgußwalze als Funktion des Abstands von der Walzenoberfläche, F i g. 6 ein Diagramm zur graphischen Darstellung der Formen von Chromkarbiden in Abhängigkeit von den Mengen an Chrom und Kohlenstoff und

F i g. 7 bis 13 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 4300 mm, einer Walzenkörperlänge von 1500 mm, einer Manteldicke von 200 mm 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
	0,52 0,62 0,21	0,81 0,34 0,38	0,65 0,51 0,58	0,020 0,015	0,011 0,013	1,42 0,21	4,60 0,35	0,91	0,23	Rest Rest Rest
Kern
Trennwandteil

F i g. 1 zeigt das Aussehen der fertigen Walze, und der Hauptteil der Walze hat einen Querschnittsaufbau gemäß F i g. 2, der einen Querschnitt nach der Linie 11-1Ϊ in F i g. 1 wiedergibt.

F i g. 3 ist eine Mikroskopaufnahme zur Erläuterung des Gefüges an der Grenze zwischen dem Mantei und dem Trennwandteil, während F i g. 4 eine Mikroskopaufn.ahme zur Erläuterung des Gefüges an der Grenze zwischen dem Trennwandteil und dem Kernteil zeigt, wobei die Vergrößerung für beide Aufnahmen 400fach ist.

Unter Hinweis auf F i g. 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 Durchmischung des den Mantel bildenden, geschmolzenen Metalls und des den Kern bildenden, geschmolzenen Metalls. Wie die F i g. 3 und 4 erkennen lassen, sind der Mantel und der Trennwandteil sowie der Kern und der Trennwandteil metallurgisch an ihren Grenzen untereinander verbunden.

Vor dem Gießen wurden das mantel- und das kernbildende Metall mit den in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen in einem elektrischen Ofen für sich geschmolzen. Beim Gießen wurden der bei 1515°C geschmolzene, mantelbildende, hochlegierte Stahl zunächst durch einen Abwärtskanal in den Körper der Form und dann der bei 1505" C geschmolzene, kernbildende, niedriglegierte Gußstahl durch einen zweiten Abwärtskanal in den Raum entsprechend dem Kern eingegossen. Nach Vollendung des Gusses ließ man die jeweils gegossenen Metalle in der Form 7 Tage zwecks Abkühlung stehen und entfernte sie dann nach Abschluß der Abkühlung aus der Form. Die Temperatur des Walzenkörperteils war beim Entfernen noch 110° C. Nach dem Abschneiden der Steiger wurde der Guß auf die bereits erwähnten Dimensionen abgearbeitet, und anschließend wurde die bearbeitete Walze mit einer Geschwindigkeit von 25° C pro Stunde auf - 1050° C erhitzt, auf dieser Temperatur 20 Stunden gehalten, auf 400⁰C abgekühlt, erneut auf 830° C erhitzt, 20 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, auf 750° C abkühlen gelassen und 20 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Bei diesem Verfahren wurde die Walze auf 830 bzw. 75O°C erhitzt und auf dieser Temperatur gehalten, um eine Homogenisierung der Gefüge des Mantels und des Kerns, eine Umformung der Karbide in kugelförmige Teilchen und eine Entfernung der Gußspannungen zu erzielen.

Nachher wurde die Walze mit einer Geschwindigkeit von 25° C pro Stunde erneut auf 980° C erhitzt, aul dieser Temperatur 10 Stunden gehalten, in einem Zeitraum von 45 Minuten schnell auf 400⁰C und anschlie Bend langsam auf 300° C abgekühlt. Die Walze wurd( erneut langsam mit einer Geschwindigkeit von 20° C pro Stunde auf 550⁰C erhitzt, bei dieser Temperatui 10 Stunden gehalten, in der Atmosphäre 2 Tage stehen gelassen, erneut auf 550° erhitzt und 10 Stunden dor gehalten und anschließend der Ofenabkühlung über lassen. Die rapide Kühlung von 980⁰C und die lang same Abkühlung von 660"C sind die Verfahrens schritte zur Bewirkung normaler Abschreckung um Temperatur, um die gewünschte Härte und Zähigkei

der Walze zu erreichen.

Die Shorehärte der Walze war 70 bis 75. Die Zug festigkeit der Walze wurde an einem von der Walze ab geschnittenen Probestück gemessen und war 150 bi 180 kg/mm². DieZugfestigkeitderVerbindungnvische

dem Trennwandteil und dem Mantel sowie der Kern war etwa 15 bis 25 kg/mm», was zum Standhalte unter Walzbedingungen ausreichend ist. Es wurd ebenfalls festgestellt, daß sich weder innere Schrunv

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fung 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 einstückigen Walze überlegen,

Beispiel 2

Eine Verbundgußwalze mit Eignung zur Verwendung als Arbeitswalze und einem Durchmesser von 800 mm,

10

einer Gesamtlänge von 4500 mm, einer Walzkörperlänge von 2060 mm und einer Manteldicke von 80mm 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 2 angegeben.

Tabelle 2
Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)

	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	V	Fe
Mantel	0,60	0,80	0,50	0,013	0,010	0,20	11,20	0,80	0,30	Rest
Kern	0,55	0,40	0,60	0,015	0,009	0,20	0,80	0,30		Rest
Trennwandteil	0,12	0,30	0,30	0,020	0,013				—	Rest

Die so hergestellte Verbundgußwalze war völlig frei von inneren Schwingungen 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 einstückige Gußslahlwalze 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 1500⁰C geschmolzene Gußstahl im Abwärtsguß in eine Form mit einer Gestalt entsprechend der Gestalt der fertigen Walze gegossen, und 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 unterworfen. Die chemische Zusammensetzung des verwendeten Gußstahls ist in Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3
Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)

	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	Fe
Einstückige Walze	0,50	0,50	0,50	0,014	0,010	0,50	2,20	0,30	Rest

F i g. 5 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Härleverteilungen 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 F i g. 5 ergibt sich, daß die Oberflächcn-Shorehärte der einstückigen Gußstahlwalze etwa 60 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 z. B. 100 mm ist, sollte es über diese Dicke hin keinen wesentlichen Härteabfall geben, da sonst die Eigenschaften der Walze im Verlauf des Fortgangs der Walzenbenutzung variieren würden und die Walze Sprünge bekommen oder schnell abgenutzt würde, bevor die wirksame Dicke aufgebraucht ist, selbst wenn die Walzenbenutzung unter den gleichen Bedingungen fortgesetzt wird.

Im Gegensatz dazu hat die Verbundgußwalze gemäC der Erfindung eine Oberfiächen-Shorehärte von 7( oder mehr, und die Härte geht bis zu einem Punki 200 mm von der Walzenoberfläche nicht wesentlicl zurück, wo der Trennwandteil angeordnet ist. Da: kommt daher, daß die Walze eine große Menge voi Elementen, wie z. B. Chrom, enthält, die gute Wärme behandlungseigenschaften aufweisen, und nach de Erfindung ist es möglich, ein stabiles Walzverhaltei konstant aufrechtzuerhalten, bis die nutzbare Dick der Walze aufgebraucht ist.

Die für den Mantel erforderlichen Eigenschafte hängen in weitem Maße vom Chrom ab, das ein gute Wärmebehandlungsverhalten zeigt und die Härte de

H 12

Mantels durch Bildung eines Karbids steigert. In die- lenstoff und 20,0 Gewichtsprozent Chrom, der Punkt D

sem Zusammenhang ist es wünschenswert, zur Bildung 2,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 20,0 Gewichts-

des Mantels einen hochlegierten Gußstahl zu ver- prozent Chrom und der Punkt E 2,6 Gewichtsprozent

wenden, der eine große Menge Chrom enthält, doch Kohlenstoff und 4,2 Gewichtsprozent Chrom bedeutet,

andererseits ist die Menge an Kohlenstoff begrenzt, der 5 Falls nämlich eine Zusammensetzung in einen Bereich

ein wesentliches Element des mantelbildenden Guß- oberhalb der Linie BCD in F i g. 6 fällt, bildet Cr

Stahls mit ausgezeichneten Walzeigenschaften ist. Daher nicht nur ein Karbid mit C, sondern wird auch eine

unterliegt der Chromgehalt unvermeidlich einer Be- große Menge von Cr in der Matrix aufgelöst, wodurch

grenzung. Im Rahmen der Erfindung wurde bei der die Matrix selbst spröde wird. Wenn weiter eine

Gefügeuntersuchung des Chromkarbids im Hinblick io Zusammensetzung in eir\en Bereich auf der rechten

auf die Mengenverhältnisse zwischen Chrom und Seite der Linie DE fällt, ist die Menge des gebildeten

Kohlenstoff das in F i g. 6 gezeigte Diagramm erhal- Karbides so groß, daß der Stahl spröde wird und'zur

ten. Herstellung einer Walze nicht verwendbar ist. Aus

Der bisher zur Herstellung einer einstückigen Guß- diesen vorstehend genannten Gründen ist der Zusamstahlwalze verwendete Stahl enthält nicht mehr als 15 mensetzungsbereich des Stahls, der für Walzen ver-3 Gewichtsprozent Chrom, und sein Gefüge besteht wendet werden kann, natürlich begrenzt,
aus einer Mischung von X und (Fe · Cr)₃C. In einem Der erfindungsgemäß verwendete Trennwandteil durch eine einen 0,06 Gewichtsprozent Kohlenstoff kann in Formen gemäß den F i g. 7 bis 13 vorgesehen und 2,0 Gewichtsprozent Chrom darstellenden Punkt werden. Ein in F i g. 7 dargestellter Trennwandteil hat mit einem 2,6 Gewichtsprozent Kohleastoff und 4,5Ge- 20 eine zylindrische Innenoberfläche gleichmäßigen Durchwichtsprozent Chrom darstellenden Punkt verbindende messers und eine sich erweiternde Außenoberfläche und Linie und eine den ersten Punkt mit einem 2,6 Ge- läßt sich z. B. einfach durch Schleudergießen herstellen, wichtsprozent Kohlenstoff und 22,0 Gewichtsprozent Ein in F i g. 8 dargestellter Trennwandteil besteht aus Chrom darstellenden Punkt verbindende Linie defi- einer Mehrzahl von durch Schweißen zu einem einzigen nierten Bereich besteht die Struktur des Gußstahls aus 25 Werkstück verbundenen Abschnitten, die hinsichtlich einer Mischung von λ, (Fe · Cr)₃C und (Cr · Fe)₇C₃, des Innendurchmessers gleichmäßig, jedoch hinsicht- und die Menge des gebildeten Karbids ist mehr als in lieh des Außendurchmessers verschieden sind. Ein in dem Fall, wenn der Chromgehalt nicht mehr als 3Ge- F i g. 9 dargestellter Trennwandteil besteht aus einer wichtsprozent beträgt. Dies stützt die Tatsache, daß die Mehrzahl von untereinander durch Schweißen zu Härte des Gußstahls mit der Menge an Chrom steigt. 30 einem einzigen Werkstück verbundenen Abschnitten,

Nun besteht in einem Bereich, wo die Chrommenge die zwar gleiche Wandstärken, jedoch unterschiedliche

mehr als im vorerwähnten Bereich beträgt und der Innen- und Außendurchmesser aufweisen. Ein in F i g.

durch eine einen 0,06 Gewichtsprozent Kohlenstoff 10 dargestellter Trennwandteil besteht aus einer Mehr-

und 2,5 Gewichtsprozent Chrom darstellenden Punkt zahl von untereinander durch Schweißen zu einem

mit einem 2,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 22,0 35 einzigen Werkstück verbundenen Abschnitten, die

Gewichtsprozent Chrom darstellenden Punkt verbin- parallele Innen- und Außenoberflächen, jedoch unter-

dende Linie, eine den ersten Punkt mit einem 0,02Ge- schiedliche Innen- und Außendurchmesser haben, wo-

wichtsprozent Kohlenstoff und 10,0 Gewichtsprozent bei die Außendurchmesser von links nach rechts größer

Chrom darstellenden Punkt verbindende Linie und und die Innendurchmesser kleiner werden. Ein in

eine den zweiten Punkt mit einem 2,6 Gewichtsprozent 40 F i g. 11 dargestellter Trennwandteil besteht aus einer

Kohlenstoff und 30,0 Gewichtsprozent Chrom dar- Mehrzahl von untereinander durch Schweißen zu einem

stellenden Punkt verbindende Linie definiert ist, das einzigen Werkstück verbundenen Abschnitten, die

Gefüge des Gußstahls aus einer Mischung von χ und gleichmäßige Außendurchmesser, jedoch verschiedene

(Cr ■ Fe)₇C₃, und die Menge des gebildeten Chrom- Innendurchmesser haben. Als Abwandlung kann auch

karbides steigt weiter an. Wenn die Menge des Chroms 45 ein Trennwandteil mit Nuten an der Innenseite und

weiter erhöht wird, tritt (Cr ■ Fe)₄C₃-Bildung auf, wo- oder Außenseite wirksam verwendet werden,

durch der Gußstahl äußerst spröde wird. Zusätzlich Das Prinzip der Erfindung läßt sich natürlich auch

verschlechtert sich die Gießbarkeit des Stahls, und seine auf eine Walze, wie z. B. Formstahlwalze, anwenden,

Zähigkeit ist vermindert, was zur Folge hat, daß der die eine Konkav-KLanvex-Profiloberfläche aufweist.

Stahl zur Herstellung einer Walze nicht verwendbar 50 Dabei kann man den Trennwandteil einfach in die

ist. Walze in einer Weise einfügen, wie sie aus Fig. 12 er-

Es wurden im Rahmen der Erfindung weitere Unter- sichtlich ist, ohne besondere Schwierigkeiten anzutrefsuchungen durchgeführt, um einen Bereich zu bestim- fen, da die wirksame Walzendicke aus Erfahrung mit men, in der die Menge des Chromkarbids erhöht wer- einem Wert von einigen Millimetern von der Walzenden kann, ohne die Gießbarkeit des Stahls zu ver- 55 oberfläche bekannt ist. F i g. 13 zeigt schließlich einen schlechtem, und es wurde gefunden, daß der Bereich Trennwandteil mit einem trichterförmigen Oberende, des Vielecks A\B\C\D\E\A in F i g. 6 dafür zu bevor- das die Verhinderung übermäßiger gegenseitiger Verzügen ist, wobei der Punkt A 0,2 Gewichtsprozent mischung des mantelbildenden, geschmolzenen Me-Koh-enstoff 3,0 Gewichtsprozent Chrom, der Punkt B tails und des kernbildenden geschmolzenen Metalls 0,2 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 8,0 Gewichts- 60 durch einen Raum zwischen dem Trennwandteil und prozent Chrom, der Punkt C 1,6 Gewichtsprozent Koh- der Formoberfiäche bewirkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

usw, ansteigen. Tatsächlich wurde durch im Zusam- r-aientansprucne: menhang mit der Erfindung vorgenommene Versuche

1. Verwendung eines Trennwandteils, dessen bestätigt, daß es äußerst schwierig ist, eine Walze mit Wanddicke vom Unterende zum Oberende der einem Durchmesser von 800 mm oder mehr unter \ erGießform abnimmt, zur Herstellung einer Ver- 5 wendung von Gußstahl herzustellen, der 0,2 bis 2,6 Gebundgußwalze mit einem Mantel aus einem Stahl wichtsprozent Kohlenstoff und 5 Gewichtsprozent gewünschter Walzeigenschaften und einem Kern oder mehr Legierungselemente enthält, und daß es aus einem duktilen Stahl oder Eisen. außerdem im wesentlichen unmöglich ist, einen solchen

2. Verwendung eines Trennwandteils nach An- Gußstahl zur Herstellung einer praktisch einsatzfähispruchl, der aus einer Mehrzahl von durch Schwei- io gen Walze zu verwenden, weil dabei ein Problem in ßen untereinander verbundenen Abschnitten be- der Wärmebehandelung auftritt. Die Verwendung steht und dessen Schweißverbindungsstut'en auf der von hochlegiertem Gußstahl zur Herstellung einer ein-Mantelseite liegen, für den Zweck nach Anspruch 1. stückigen Walze ist vom Standpunkt der Wirtschaft-

3. Verwendung eines Trennwandteils nach An- lichkeit ebenfalls unerwünscht.

spruch 1, der durch Schleuderguß hergestellt ist, 15 Aus den vorstehenden Gründen und unter Be-

für den Zweck nach Anspruch 1. rücksichtigung der Tatsache, daß die Tiefe einer Walze

4. Verwendung eines Trennwandteils nach An- in der sie Hitzerissen, Verschleiß, Abblättern, Oberspruch 1, dessen Oberende trichterförmig erweitert flächenaufrauhung und Bruch gegenüber beständig ist und den Raum zwischen diesem und der Form sein »υίΐ, unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors verringert, wodurch ein übermäßiges Ineinander- 20 der Wake höchstens 1,1- bis 3mal so groß wie die verfließen von den Mantel (1) bildendem, geschmolze- fügbare Dicke der Walze oder insbesondere 30 bis nem Metall und den Kern (2) bildendem, ge- 100 mm für Arbeitswalzen zur Verwendung in einem schmolzenem Metall verhindert wird, für den Warmbandwalzwerk, 100 bis 250 mm für die Stützwal-Zweck nach Anspruch 1. zen und 100 bis 300 mm für die Tafelwalzwerkswalzen

5. Verwendung eines Trennwandteils nach An- 25 und Vorblockwalzen ist, hat man auch die Herstellung spruch 1, der einen auf seiner Oberfläche gebildeten von Verbundwalzen mit einem eine Oberflächenschicht Kohlenstoffilm trägt, für den Zweck nach An- der Walze darstellenden Mantel auf dem Gebiet der spruch 1. Gußeisen walzen bereits durchgeführt. Unter diesen

6. Verwendung eines Trennwandteils nach An- Walzentypen sind Gußeisenverbundwalzen, die einen spruch 1, dessen Wanddicke am Unterende zur 30 aus Gußeisen hergestellten Mantel mit einer Verhältnis-Vermeidung einer Verformung oder Forlschmel- mäßig großen Menge von Legierungselementen und zung während des Abwärtsgußvorganges zur Her- einen aus unlegiertem Gußeisen oder duktilem Gußstellung der Walze ausreichend gewählt ist, für den eisen hergestellten Kern umfassen, sowie Muffen-Zweck nach Anspruch 1. passungswalzen oder Muffenwalzen zur Zeit erhältlich,

7. Verwendung eines Trennwandteils nach 35 die aus einer Muffe und einer mechanisch mit dieser Anspruch 1, dessen Verhältnis der Querschnitts- verbundenen Achse bestehen. Aus den deutschen fläche zu der der gesamten Walze 2 bis 15°/₀ be- Patentschriften 529 838, 651 233, 652 825, 662 578 und trägt, für den Zweck nach Anspruch 1. 680 515 ist es grundsätzlich bekannt, solche Verbundgußwalzen unter Verwendung eines Trennwandteils

40 zwischen dem härteren Mantel und dem zäheren Kern

zu gießen, wobei besondere Maßnahmen wie Plattie-

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines rungen oder Vorsprünge bzw. Ausnehmungen am Trennwandteils bestimmter Form zur Herstellung einer Trennwandteil angegeben sind, um die Haftung der Verbundgußwalze mit einem Mantel aus einem Stahl beiden Gußschichten am Trennwandteil zu vergewünschter Walzeigenschaften und einem Kern aus 45 bessern,
einem duktilen Stahl oder Eisen. Es wurde jedoch noch keine Verbundwalze mit Man-

Walzwerkswalzen werden meistens einstückig durch tel, Trennwandteil und Kern zur Verwendung geGießen geschmolzenen Metalls in eine Form einer der bracht, bei der der Mantel aus hochlegiertem Gußstahl Gestalt der gewünschten Walze entsprechenden Ge- und der Kern aus unlegiertem Gußeisen, unlegiertem stalt hergestellt. Außerdem müssen Walzwerkswalzen 50 Gußstahl oder einem niedriglegierten Stahl bestehen, verschiedene Eigenschaften haben, die in Abhängigkeit Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, daß die Trennvom Walzentyp variieren, doch ist es unabhängig vom wandteile üblicher Form beim Eingießen von legiertem Typ erforderlich, daß sie ausnahmslos eine hohe Be- Gußstahl hohen Schmelzpunkts leicht wegschmelzen ständigkeit gegen Hitzerisse, Verschleiß, Abblättern, und ihre Funktion nicht erfüllen und daß außerdem die Oberflächenaufrauhung und Bruch aufweisen. In dieser 55 Eigenschaften des Mantels an seinen beiden Enden sehi Hinsicht haben Werkstoffe, aus denen Walzwerkswal- unterschiedlich ausfallen. Daß Verbundguß werkstoffe zen hergestellt werden, möglichst eine solche chemische aus einem harten und einem weichen Stahl an sich übei Zusammensetzung, die diese Eigenschaften mit sich ein Trennblechsystem miteinander verbindbar sind und bringt. dabei Zerreißfestigkeiten von 40 bis 42 kp/mm^a er-

Als ein Werkstoff, der hinsichtlich dieser Erforder- 60 geben, ist aus »Werkstoffe und Korrosion«, 16 (1965).

nisse zufriedenstellend ist, kann hochlegierter Gußstahl 3, S. 185 bis 189, bekannt.

erwähnt werden. Allgemein neigen jedoch wegen der Indessen ist eine Gußeisenverbundwalze, deren Man·

schlechten Gießbarkeit von hochlegiertem Stahlwerk- tel aus Gußeisen mit einer verhältnismäßig großer

stoff einstückige Gußwalzen dazu, eine innere Schrump- Menge von Legierungselementen hergestellt ist, einei

fung und innere Risse zu zeigen. Ein solcher Nachteil 65 Verbundwalze, deren Mantel aus hochlegiertem Guß·

soll stärker auftreten, wenn der Gußstahl ein hochkoh- stahl hergestellt ist, hinsichtlich der Zähigkeit unter

lensloffhaltiger Stahl ist und die Mengen von Legie- legen und kann bei neueren Walzwerken nicht ver

rungselementen, wie z. B. Nickel, Chrom, Molybdän wendet werden, die unter schwierigen Hochleistungs