DE2013728C3 - Verbundguß-Arbeitswalzen mit verbesserter Ausschalungsfestigkeit zum Kaltwalzen von Blech - Google Patents

Description

0,03 bis 0,08%

Nickel,
Chrom,
Molybdän,
Magnesium,

Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen,

dadurch gekennzeichnet, daß der Hartgußbereich eine MikroStruktur aus feinzerteilten, gut dispergierten Graphitkugeln, aus feineren primären und eutektischen Martensit- und Martensit/Austenit-Körnern als normal üblich, nicht über 15% erhaltengebliebenem Austenit, einem sekundären Niederschlag aus Carbiden in Gebieten vorheriger Austenitkörner und einem diskontinuierlichen Carbidnetzwerk aufweist.

2. Verbundguß-Arbeitswalze gemäß Anspruch 1 mit einem Hartgußmantel, bestehend aus

3,25 bis 3,35% Kohlenstoff,
0,55 bis 0,65% Mangan,
nicht über 0,07% Phosphor,
nicht über 0,02% Schwefel,
1,50 bis 1,60% Silicium,
4,00 bis 4,20%
0,95 bis 1,05%
0,55 bis 0,65%

0,04 bis 0,08%

Nickel,
Chrom,
Molybdän,
Magnesium,

Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen,

3. Verbundguß-Arbeitswalze gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus

3,4 bis 3,5% Kohlenstoff,
0,5 bis 0,6% Mangan,
1,25 bis 1,35% Silicium,

0,3 bis 0,5% Chrom, ⁴⁾

0,75 bis 1,25% Nickel,
nicht über 0,15% Phosphor,
nicht über 0,10% Schwefel,
Rest Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen

besteht.

4. Verbundguß-Arbeitswalze gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine sandgestrahlte Oberfläche mit einer Rauhheit von zwischen 1,40 und etwa 1,78 μπι aufweist.

5. Verbundguß-Arbeitswalze gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Bruchdurchbiegung von 6020 bis 6300 kg/cm².

b0 aufweisen, sind sie andererseits spröde, daher gegen Ausschalungen anfällig und besitzen außerdem eine unzureichende Zähigkeit, so daß sie dem Stoß beim Anstich nicht wiederstehen. Daher bilden sich auf dem Werkstück Abdrücke, so daß es verworfen werden muß und das Ausbringen sinkt. Die Eindrücke sind vielfach ein Ansatzpunkt für die Ausschalungen. Die Walzen müssen dann bis unterhalb der eingedrückten Zone abgedreht werden, wodurch die Lebensdauer der Walze sinkt.

Aus der US-PS 32 73 998 ist eine Hartgußwalze mit einer Zusammensetzung bekannt, die derjenigen des Hartgußbereiches der erfindungsgemäßen Walze ähnelt; jedoch bestehen zwischen beiden Zusammensetzungen signifikante Unterschiede, die im Hinblick auf die Mikrostruktur dazu führen, daß gemäß dem Stand der Technik eine verhältnismäßig weiche, bainitische Kartgußwalze erhalten wird, die sich lediglich zum Warmwalzen eigneu

Das Kaltwalzen von Feinblech erfordert Walzen mit hochpolierter Oberfläche und hoher Oberflächenhärte, guter Ausschalungsfestigkeit, guter Biegesteifigkeit, gutem Widerstand gegen Eindrücke, die keine Oberflächenfehler auf dem herzustellenden Blech hinterlassen.

Kaltgewalzte Karosseriebleche erfordern Walzen mit einer Oberflächenrauhigkeit von etwa 1,39 bis etwa 1,78 μπι. Dieses ist erforderlich, um den Oberflächen des zu walzenden Bleches eine Rauhigkeit von etwa 1,02 bis etwa 1,52 μπι zu verleihen. Bisher mußten für die erwähnten Arbeitsgänge teure Walzen aus Schmiedestahl verwendet werden, die zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften komplizierte Wärmebehandlungen erforderten. Außerdem sind diese Walzen gegen Verkratzen und Ausschalungen empfindlich und besitzen eine verhältnismäßig geringe Lebensdauer. Die erfindungsgemäßen Walzen widerstehen dem Verkratzen und Eindrücken und lassen sich erforderlichenfalls mit weniger Abschliff wieder glätten als die bisher verwendeten Walzen.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung von Verbundguß-Arbeitswalzen mit einer verringerten Neigung zur Bildung von Eindrücken und Ausschalungen, die durch verhältnismäßig geringfügiges Abdrehen wiederverwendbar gemacht werden können und die eine gute Verschleißfestigkeit, eine hohe Härte sowie eine hinreichende Biegesteifigkeit besitzen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Verbundguß-Arbeitswalze zum Kaltwalzen von Blech mit einem Kern aus niedriglegiertem Gußeisen und einem Hartgußmantel, bestehend aus

3,20 bis 3,40% Kohlenstoff,
0,55 bis 0,65% Mangan,
nicht über 0,07% Phosphor,
nicht über 0,02% Schwefel,
1,45 bis 1,65% Silicium,
4,00 bis 4,40%
0,90 bis 1,10%
0,50 bis 0,70%

Wrbunuguß-Hartgußwalzen sind für schwere Beanspruchungen nur begrenzt verwendet worden, beispielsweise als Arbeilswalzen in den letzten Gerüsten von Kaltwalzwerken. Während die Walzen guten Widerstand gegen Verschleiß sowie hohe Oberflächenhäne 0,03 bis 0,08%

Nickel,
Chrom,
Molybdän,
Magnesium,

Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen,

die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Hartgußbereich eine Mikrostruktur aus feinzerteilten, gut dispergierten Graphitkugeln, aus feineren primären und euiektischen Martensit- und Martensit/Austenit-Körner als normal üblich, nicht über 15% erhaltengebliebenem Austenit, einem sekundären Niederschlag aus Carbiden in

Gebieten vorheriger Austenitkörner und einem diskontinuierlichen Carbidnetzwerk aufweist.

Zwar mögen bei oberflächlicher Betrachtung die Unterschiede in den Zusammensetzungen der Walzenlegierungen gemäß der US-PS 32 73 998 und gemäß vorliegender Erfindung gering erscheinen, doch ist es die durch diese Unterschiede auf die metallurgische Struktur des Walzenmaterials ausgeübte Wirkung keineswegs. Die erzielte metallurgische Feinstruktur ist bei den verglichenen Materialien grundverschieden. Die ι ο Erfindung besteht wesentlich darin, daß mehrere Gehaltsbereiche von Legierungselementen zusammen in der richtigen Beziehung zueinander sorgfältig ausgewogen werden, um die erwünschte harte Struktur zu erzielen. Da es nahezu ungezählte Kombinationsmöglichkeiten für die Elementbereiche gibt, konnte die richtige Kombination von Bereichen, die zur Erzielung der erwünschten harten Struktur erforderlich war, in keinem Falle vorausgesehen werden.

Walzen mit einer Zusammensetzung innerhalb der genannten Bereiche besitzen eine gute Verschleißfestigkeit, eine hohe Oberflächenhärte, verbesserte Biegesteifigkeit sowie erhöhte Festigkeit gegen die Bildung von Ausschalungen und Eindrücken sowie gegenüber Haarrißbildung und hinterlassen auf dem zu bearbeitenden Material keine Abdrücke.

Der Kern der Walze besteht, wie bereits oben erwähnt, aus niedriglegiertem Gußeisen einer Zusammensetzung, wie sie hierfür üblich ist und beispielsweise die folgenden Bestandteile in folgenden Mengen so umfaßt:

Kohlenstoff

Mangan

Silicium

Chrom

Nickel

Phosphor

Schwefel

3,4 bis 3,5%, 0,5 bis 0,6%, 1,25 bis 1,35%, 0,3 bis 0,5%, 0,75 bis 1,25%, nicht über 0,15%, nicht über 0,10%,

Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen.

Die Zusammensetzung der Walzen muß so ausgeglichen sein, daß optimale mechanische Eigenschaften erzielt werden. Der Kohlenstoffgehalt in der Oberfläche der Walzen muß ausreichend sein, um der Oberfläche die notwendige Härte zu verleihen, damit sie den beim Kaltwalzen auftretenden hohen Deformationen gegenüber widerstandsfähig ist. Andererseits muß der Kohlenstoffgehalt jedoch niedrig genug sein, um eine hinreichende Tiefe des Hartgußmantels in der Walze zu gewährleisten. Vorzugsweise beträgt daher der Kohlenstoffgehalt 3,25 bis 3,35%. Mangan muß in hinreichender Menge vorhanden sein, um eine Ausbildung melierten Gefüges in dicken Abschnitten zu verhüten, d. h. sein Gehalt muß 0,55 bis 0,65% betragen. Nickel in dem Eisen unterdrückt die Perlitbildung und begünstigt die Bildung von Martensit; es trägt außerdem zur Raffinierung der Carbide bei. Der Nickelgehalt beträgt vorzugsweise 4,00 bis etwa 4,20%. Ein Chromgehalt in dem Bereich von 0,90 bis 1,10% reicht aus, um die Carbide zu stabilisieren und die Graphitbildung zu unterdrücken. Bevorzugt wird ein Chromgehalt von 0,95 bis 1,05%. Ein Molybdängehalt in dem Bereich von 0,50 bis 0,70% erhöht die Widerstandsfähigkeit der Hartgußaußenfläche gegenüber der Bildung von Ausschalungen; bevorzugt wird ein Molybdängehalt von 0,55 bis 0,65%. Silicium trägt zur Graphitbildung bei sowie zur Erhöhung der Festigkeit, der Duktilität und der BieEeenergie, die zum Brechen erforderlich ist; ein zu

4^r>

W) hoher Siliciumgehalt erhöht jedoch den Gehalt an gebildetem Graphit und verringert die Tiefe der Hartgußschicht. Daher wird der Siliciumgehalt in einem Bereich von 1,45 bis 1,65%, vorzugsweise von 1^0b^;s 1,60% gehalten. Magnesium wird dem Hartguß zugesetzt, um die Bildung von Kugelgraphit zu fördern. Zu diesem Zweck wird der Magnesiumgeha'c im Bereich von 0,03 und 0,08% und vorzugsweise zv.ischen 0,05 und 0,07% gehalten. In Verbundgußwahen kann wegen des plötzlichen Überganges von Kugelgraphit in lamellaren Graphit eine definierte Grenze zwischen dem Hartgußbereich und dem Ker" existieren. In der Vergangenheit ist dies von groß" Bedeutung gewesen, da diese Grenze eine »metal!^,gische Kerbe« darstellt und Anlaß für die Bildung von Ausschalungen werden kann. In den Walzen gemäß der Erfindung tritt dieses Problem jedoch nicht auf. da es sich erwiesen hat, daß sich der Übergang des Graphits aus der Kugelform in die lamellare Form wegen des verhältnismäßig niedrigen Schwefelgehaltes des Hartgußbereiches und des Kerns der Walzen allmählich durch das Gesamtgebiet vollzieht.

Die oben erwähnte MikroStruktur kann erzielt werden, indem man die Walzen einem Spannungsfreiglühen unterzieht. Zwei derartige Behandlungen sind im folgenden angegeben:

A. Geschmolzenes Eisen wird gegossen und auf Raumtemperatur gekühlt.

Es wird auf 454°C erhitzt und 4 h bei dieser Temperatur gehalten.

Es wird mit einer Geschwindigkeit von 27,8°/h auf 38° C gekühlt.

Es wird auf 260⁰C erhitzt und 4 h bei dieser Temperatur gehalten.

Es wird mit einer Geschwindigkeit von 27,8°/h auf Raumtemperatur gekühlt.

B. Geschmolzenes Eisen wird gegossen und auf etwa -73,3° C gekühlt.

Es wird einem Spannungsfreiglühen bei 260° C unterworfen und 1 h je 2,54 cm Dicke bei dieser Temperatur gehalten.
Es wird auf Zimmertemperatur gekühlt.

Walzen, die nach den angegebenen Verfahren behandelt wurden, besaßen eine Oberflächenhärte von 57,0 bis 59,0 Rockwell-C-Einheiten, eine Bruchdurchbiegung von 6020 bis 6300 kg/cm², eine Gesar.itbiegung nach dem Biegetest von etwa 10,2 bis 11,4 mm, eine Zähigkeit (Biegefestigkeit beim Zerreißpunkt) von etwa 0,152 bis etwa 0,159 mkg sowie einen Gehalt von etwa 11,3% Austenit in der MikroStruktur. Der Biegetest, der zur Bestimmung der Bruchdurchbiegung, der gesamten Durchbiegung sowie der Zähigkeit (der Biegefestigkeit beim Zerreißpunkt) angewandt wurde, ist in »International Nickel Company, Inc., Technical Paper 541 -CP« vom 3. November 1967 beschrieben.

Walzen mit einer normalen Hartgußzusammensetzung, die nach dem obigen Verfahren behandelt wurden, besaßen eine Oberflächenhärte von 54,0 bis 56,5 Rockwell-C-Einheiten, eine Bruchdurchbiegung von 5390 bis 5460 kg/cm², eine gesamte Durchbiegung nach dem Biegeversuch von 9,40 bis 10,2 mm sowie eine Biegefestigkeit beim Zerreißpunkt von 0,127 bis 0,142 mkg, einen Austenitgehalt von 18% in der MikroStruktur des massiven, kontinuierlichen Carbidnetzwerkes sowie einen Gehalt an Martensit, Kugelgraphit und eutektischem Austenit. Die Angabe über den

Austenitgehalt bezieht sich auf das Volumen an erhaltengebliebenem Austenit

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen näher veranschaulicht, in denen sich Prozentangaben auf das Gewicht beziehen, sofern nicht anders angegeben.

Beispiel 1

Eine Verbundguß-Arbeitswalze (533,4 · 1143 mm) wurde auf herkömmliche Weise hergestellt Der Hartgußbereich und der Kern besaßen die folgende chemische Zusammensetzung:

Si (%)

Ni (%) Cr (%)

Mo (%) Mg (%)

Hartgußbereich 3,29
Kern 3,44

0,56	0,06	0,012	1,54	4,10	0,98
0,48	0,09	0,04	1,33	1,22	0,54

0,61

0,07

Der Guß wurde in der Form auf etwa 149" C gekühlt, aus der Form genommen und auf Umgebungstemperatur abkahlen gelassen. Die Walze wurde in einen Ofen gelegt und auf 454° C erhitzt, 4 h bei d^;<;ser Temperatur gehalten, mit einer Geschwindigkeit von 27,8°/h auf 38° C gekühlt, erneut auf 260⁰C erhitzt, 4 h bei dieser Temperatur gehalten und auf Umgebungstemperatur abgekühlt Proben aus dem Guß besaßen eine Oberflächenhärte von 58 Rockwell-C-Einheiten, eine Bruchdurchbiegung von 6188,7 kg/cm², eine Gesamtdurchbiegung nach dem Biegeversuch von 10,7 mm und eine Biegefestigkeit beim Zerreißen von 0,159 mkg. Mikroskopische Untersuchungen der Probestücke zeigten, daß die Walze feinzerteilte und gut dispergierte Kugeln aus primärem Graphit, feinen primären und 3» eutektischen Martensit, feine Austenit/Marteniit-Körner, eine sekundäre Ausfüllung aus feinen Carbiden in Gebieten von zuvor austenitischen Körnern, ein diskontinuierliches Carbidnetzwerk sowie 113% erhaltengebliebenen Austenit aufwies.

Die Walze wurde zusammen mit einer normalen Hartgußwalze im fünften Gerüst eines fünfgerüstigen 1219-mm-Kaltwalzwerkes für Blech eingebaut Das Walzenpaar walzte 5552 t Blech. Die normale Walze wurde an vier Stellen eingedrückt und mußte abgedreht werden, um Oberflächenfehler des Bleches zu verhindern. Die erfindungsgemäße Walze wurde ebenfalls abgedreht, so daß sie wieder mit der herkömmlichen Walze zusammenpaßte, obwohl sie keinerlei Eindrücke aufwies und auch das Blech nicht beschädigt hatte.

Beispiel 2

Zwei Verbundguß-Arbeitswalzen (533 · 1981 mm) wurden, so wie sie gegossen waren, in herkömmlicher Weise bearbeitet. Hartgußbereich und Kern besaßen die folgende chemische Zusammensetzung:

Si(%) Ni(%) Cr(%) Mo (%) Mg (%)

Hartgußbereich 3,34 0,47

Kern 3,42 0,54

0,06

0,011 1,60 0,023 1,26 4,15
0,92

1,01
0,41

0,64 0,07

Die Walzen wurden in dei Weise, wie sie in Beispiel 1 beschrieben ist, bearbeitet und zeigten eine ähnliche MikroStruktur wie die Walze gemäß Beispiel 1. Die Walzen wurden bis zu einer Rauhigkeit von 0,508 μιη geschliffen und bis zu einer Rauhigkeit von 1,905 μιτι sandgestrahlt. Sie wurden in einem 1981-mm-Dressierwalzwerk dazu verwendet, Karosserieblech herzustellen. Mit den Walzen wurden acht Rollen Blech erzeugt, bevor ein Abdrehen erforderlich war.

Die Walzen nach der Erfindung können als Arbeitswalzen in den Fertiggerüsten einer Kaltwalz-Tandemstraße zur Erzeugung von Feinblech verwendet werden, sowie in einem Dressiergerüst zur Erzeugung von Karosserieblech. Wenn erfindungsgemäße Walzen auf diesen Anwendungsgebieten verwendet wurden, so

4"i wurden damit neun Rollen Blech erzeugt, bevor ein Abdrehen wegen der Abnutzung des Sandstrahlmusters erforderlich wurde, während demgegenüber bei herkömmlichen Walzen aus Schmiedestahl schon nach etwa drei bis vier Rollen ein Abdrehen erforderlich war.

Die Walzen gemäß der Erfindung brauchen außerdem nur weniger abgedreht zu werden als Walzen, die bisher auf diesen Anwendungsgebieten eingesetzt wurden, und besitzen daher eine längere Lebensdauer als die herkömmlichen Walzen.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verbundguß-Arbeitswalze zum Kaltwalzen von Blech mit einem Kern aus niedriglegiertem Gußeisen und einem Hartgußma: :iel, bestehend aus

3,20 bis 3,40% Kohlenstoff,
0,55 bis 0,65% Mangan,
nicht über 0,07% Phosphor,
nicht über 0,02% Schwefel,
1,45 bis 1,65% Silicium,
4,00 bis 4,40%
0,90 bis 1,10%
0,50 bis 0,70%

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