DE2244379A1 - Verfahren zur vermeidung von walzenausschalungen beim walzen unter verwendung von wasserstoffhaltigen schmiermitteln - Google Patents

Verfahren zur vermeidung von walzenausschalungen beim walzen unter verwendung von wasserstoffhaltigen schmiermitteln

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Description

Essen, den 6. September 1972 H 53/127
Patentanmeldung:
"Verfahren zur Vermeidung von Walzenausschalungen beim Walzen unter Verwendung von wasserstoffhaltigen Schmiermitteln"
Anmelder: Rheinstahl Hüttenwerke AG, Essen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Walzenausschalungen beim Walzen in Gegenwart von wasserstoffhaltigen Schmiermitteln. Leistung und spezifische Walzenkosten sind beim Kaltwalzen von Metallen erheblich vom Gebrauchsverhalten der verwendeten Kaltarbeitswalzen abhängig. Kaltwalzen müssen, je nach Walzgut, eine Oberflächenhärte auf den Ballen von 80 - 100 Sh D aufweisen. Aufgrund der verwendeten ferritischen Werkzeugstähle, insbesondere des Typs 80 CrMo 7, erfolgt beim Abschrecken von Härtetemperatur "(Vollhärtung oder partielle induktive Randhärtung) keine Durchhärtung. Die voll in Martensit umgewandete Randzone ist bis etwa max. 25 mm tief. Um die erforderliche hohe Randhärte zu erhalten, werden Kaltwalzen nur einer Entspannungsbehandlung zwischen 80 bis 160 C unterzogen, sie haben daher verhältnismäßig hohe Eigenspannungen.·
Beim Kaltwalzen tritt trotz der hohen Ballenhärte in 409811/0299
/λ
SL
der äußersten Randzone eine zusätzliche Aufhärtung durch Kaltverformung des Werkstoffes auf. Die kaltverformte Zone muß in zeitlichen Abständen abgeschliffen werden, um eine glatte Ballenoberfläche wieder herzustellen und die Gefahr der Rißbildung in der kalt verformten Randzone infolge Werkstoffermüdung zu vermeiden.
Auf Kaltwalzen treten sogenannte "Ausschalungen" auf, d.h. flächenartige Teile der gehärteten Oberfläche platzen ab. In der Regel treten die ersten Anrisse nicht in der Oberfläche auf, sondern unter der Oberfläche. Diese kleinsten Anrisse erweitern sich dauerbruchartig und führen schließlich zu großflächigen Ausschalungen. (Rheinstahl-Technik, 1970, Nr. 1, S. 3-7 und Radex-Rundschau 1971, S. 563 - 576). DieseAusschalungen sind nur zum Teil auf örtliche Überbeanspruchungen durch Bandreißer oder einlaufendes Fremdmaterial sowie gröbere nichtmetallische Einschlüsse in der Randzone der Kaltwalzen zurückzuführen.
Ein Teil dieser Ausschalungen wird zweifelsfrei nicht durch örtliche Überbeanspruchung oder oxydische Einschlüsse hervorgerufen.
Neuere Untersuchungen (Journal of The Iron and Steel Institute, 1972, S. 163-167) haben ergeben, daß ein erhöhter Wasserstoffgehalt in Kombination mit den vor-
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handenen Eigenspannungen und den aus der Walzart resultierenden zusätzlichen Spannungen eine weitere, gravierende Ursache für Ausschalungen ist. Nach dem heutigen Stand der Erkenntnisse ist der Mechanismus dieses Fehlers wie folgt:
Die beim Walzen verwendeten Schmiermittel, Wasser-Öl-Emulsionen mit 2 - 15 % Öl - ferner werden ÖlrPetroleum-Emulsionen und reine pflanzliche Öle sowie synthetische Schmiermittel verwendet - werden durch die beim Walzen auftretenden hohen Drücke und Temperaturen sowie durch elektrochemische Reaktionen im Walzspalt teilweise zersetzt. Es entsteht atomarer Wasserstoff, der in die Oberfläche derArbeitswalzen eindiffundiert. Mit Hilfe von Simulations-Versuchen wurde gezeigt, daß die Wasserstoff-Diffusion in der martensitischen Randzone besonders gut ist, in der nachfolgenden Gefügeschicht mit oberer Zwischenstufe jedoch wesentlich geringer wird. Im Übergang von Martensit zur Zwischenstufe tritt durch Diffusionsstau ein sehr hoher Wasserstoffpeak bis über 13 ppm auf. Durch hohe Konzentration an Wasserstoff, evtl. verstärkt durch nichtmetallische Einschlüsse und Spuren von Restauste-, nit, kommt es zu einer Werkstoffversprödung sowie zu zusätzlichen inneren Spannungen und somit schließlich zum Auftreten von örtlichen Rissen, die in anderem Zusammenhang als Wasserstoff-Flockenrisse bezeichnet werden. Solch kleinste Risse werden durch die dynami-
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sehen Spannungen infolge der Betriebsbelastungen zum Dauerbruch erweitert; es bilden sich Ausschalungen.
Die Aufgabe der Erfindung ist, das Auftreten von Ausschalungen während des Gebrauchs der Walzen zu verhindern .
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Wasserstoffaufnahme in die Walzen aus dem Schmiermittel verhindert wird.
Nach dem oben zitierten Aufsatz aus "The Iron and Steel Institute" wurde zwar durch eine Änderung der Konzentration des Schmiermittels in der wässrigen Emulsion eine Verbesserung der Lebensdauer der Walzen erzielt, jedoch nicht die Lehre gegeben, die Wasserstoff aufnahme in die Walzen aus der Emulsion zu verhindern.
Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, daß die elektrischen Potentiale zwischen den Walzen gegeneinander und derWalzen gegenüber dem Walzgut von nicht vorhersehbaren Zufälligkeiten beeinflußt werden und daß eine ungünstige Potentialverteilung die Wasserstoffaufnahme der Walzen aus dem Schmiermittel stark fördert. In einer vorteilhaften Ausgestaltung schlägt die Erfindung daher vor, ein elektrisches Potential zwischen den Walzen und dem Walzgut festzulegen. Die Anwendung eines elektrischen Schutzpotentials ist
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insbesondere dann zu empfehlen, wenn Nichteisenmetalle mit Stahlwalzen gewa.lzt werden, da bei einer solchen Paarung höhere elektromotorische Kräfte auftreten als z.B. beim Walzen von Stahl mit Stahlwalzen. Vorteilhaft ist es, das Potential so festzulegen, daß es sowohl zwischen den Walzen als auch zwischen den Walzen und dem Walzgut Null wird. Bei sauer reagierenden' Schmiermitteln ist das Potential der Walzen gegenüber dem Walzgut vorteilhaft positiv. Bei basisch reagierenden Schmiermitteln wählt man die gegenseitigen Potentiale zwischen Walzen und Walzgut zweckmäßigerweise so, daß weder ein Transport von Η-Ionen noch von OH-Ionen zur Walze stattfindet.
Die für ein bestimmtes Walzgerüst erforderlichen Potentiale müssen im einzelnen festgelegt werden, da die in Walzgerüsten auftretenden Eigenpotentiale infolge unbekannter Kriechströme und zufälliger induktiver Erregung nicht vorhergesagt werden können. Dazu sind entsprechende Messungen durchzuführen. Bei Quarto- oder sonstigen Mehrwalzengerüsten kann es erforderlich sein, zwischen die Arbeitswalzen einerseits und das Walzgut bzw. die Stützwalzen andererseits unterschiedliche elektrische Potentiale zu schalten, um das erfindungsgemäße Potential zwischen der Arbeitswalze und dem Walzgut zu realisieren. In der Regel dürfte es jedoch genügen, ein eventuell auftretendes Eigenpotential zwischen den Arbeitswalzen und
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den Stützwalzen durch Aufschalten eines Fremdpotentials zu kompensieren. Nach den bisherigen Erfahrungen werden mindestens 0,1 Ampere/qm Walzenkontaktfläche benötigt. Da die elektrische Isolierung der Arbeitswalzen gegen das Walzgut bzw. das Gerüst, die das Aufschalten von Fremdpotentialen erleichtert, insbesondere bei bestehenden Walzanlagen erhebliche Änderungen erfordert, kann es vorteilhaft sein, unter Inkaufnahme größerer Verlustströme auch ohne elektrische Isolierung ein entsprechendes Schutzpotential aufzubauen. Die dazu erforderlichen, größeren Schutzströme müssen über Schleifringanschlüsse auf die Arbeitswalzen übertragen werden. Als günstigste Anschlußstelle bietet sich das Ende des nicht angetriebenen Zapfens an.
Von dem Aufbringen von Schutzpotentialen kann man dadurch absehen, daß Schmiermittel verwendet werden, die unter den Walzbedingungen keinen Wasserstoff abspalten. Ein Schmiermittel, das dies weitgehend leistet, ist eine wässrige Dispersion von Molybdändisulfid.
Auch eine wässrige Dispersion von geeignetem Kunststoff oder Kunststoffen gibt unter den Walzbedingungen keinen oder nur geringe Mengen von Wasserstoff ab. Die Anmelderin konnte eine erhebliche Verbesserung hinsichtlich von kleinsten Walzenausschalungen bei Verwendung einer handelsüblichen Emulsion errei-
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chen, die einen Zusatz von ca. 0,1 /oo Silikonöl enthielt.
Bei Walzen mit einem sehr hohen Reinheitsgrad, wie sie z.B. durch das Elektroschlacke-Umschmelz-Verfahren erzeugt werden können, wird durch Anwendung dieses Schmiermittels ein sicherer Schutz gegen die Ausschalungen erreicht. Bei Walzen eines Reinheitsgrades, wie er den üblichen Elektrostählen eigen ist, reicht die Schutzwirkung der Emulsion nicht in allen Fällen aus. In diesen Fällen, besonders auch beim Auswalzen von Nichteisenmetall en ist es zweckmäßig, außerdem ein Schutzpotential anzulegen, um durch die gemeinsame Anwendung beider Maßnahmen die Wasserstoffaufnähme in die Walzen aus dem Schmiermittel zu verhindern.
Im Idealfall ist das elektrische Potential zwischen der Walze und dem Walzgut auf Null einzustellen. Soweit sich wegen der z.T. unübersichtlichen elektroiytischen Vorgänge des zwischen der Walze und dem Walzgut im Walzspalt unter sehr hohem Druck stehenden Elektrolyten dies nicht realisieren läßt, wird die. Walze vorteilhaft bei saurem Elektrolyten positiv gegenüber dem Walzgut geschaltet. Bei alkalisch reagierenden Schmiermitteln ist die vorteilhafte Polung von der Art der Suspension bzw. deren elektrolytischem Verhalten im Walzspalt abhängig. Man wird in diesem Falle im Sinne der Erfindung so polen und die Größe des Poten-
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tials so wählen, daß bei Betriebsbedingungen ein Abweisen der Wasserstoffionen von der Walze ohne zu starkes Angebot an OH-Ionen erfolgt. Das Potential der Walze gegenüber dem Walzgut kann in diesem Falle sowohl positiv als auch negativ sein.
PATENTANSPRÜCHE:
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Claims (9)

  1. Pat entansprüche:
    l Verfahren zur Vermeidung von Walzenausschalungen beim Walzen unter Verwendung von wasserstoffhaltigen Schmiermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wasserstoffaufnähme in die Walzen aus dem Schmiermittel verhindert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein elektrisches Potential zwischen den Walzen und dem Walzgut festgelegt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Potential sowohl zwischen den Walzen als auch zwischen den Walzen und dem Walzgut Null ist.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß bei sauer reagierenden Schmiermitteln das Potential der Walzen gegenüber dem Walzgut positiv ist.
  5. 5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a durchgekennzeichnet , daß Schmiermittel verwendet werden, die unter Walzbedingungen keinen Wasserstoff abspalten. '
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  6. 6.Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Schmiermittel eine wässrige Dispersion von Molybdändisulfid ist.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Schmiermittel eine wässrigeDispersion von Kunststoff oder Kunststoffen ist.
  8. 8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a durch gekennzeichnet, daß Schmiermittel verwendet werden, die unter Walzbedingungen neutral sind.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Schmiermittel hinsichtlich der Neutralität alterungsbeständig sind.
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