DE2244379C3

DE2244379C3 - Vorrichtung zur Vermeidung von Walzenausschalungen beim Walzen, insbes. Kaltwalzen unter Einsatz von wasserstoffhaltigen Schmiermitteln

Info

Publication number: DE2244379C3
Application number: DE19722244379
Authority: DE
Inventors: Ludwig-Eugen Dr.-Ing. 4300 Essen Rohde
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-09-09
Filing date: 1972-09-09
Publication date: 1979-08-23
Also published as: DE2244379A1; DE2244379B2; BE803240A; FR2198798A1; IT993167B; LU68376A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermeidung von Walzenausschalungen beim Walzen, insbeson- dere Kaltwalzen, unter Einsatz von wasserstoffhaltigen Schmiermitteln gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung geht damit von einem Stand der Technik gemäß »Journal of The Iron and Steel Institute« März 1972, S. 163 bis 167 aus. Leistung und spezifische Walzenkosten sind beim Walzen, insbesondere Kaltwalzen von Metallen erheblich vom Gebrauchsverhalten der verwendeten Kaltarbeitswalzen abhängig. Kaltwalzen müssen, je nach Walzgut, eine Oberflächenhärte auf den Ballen von 80-100° Shore 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 umgewandelte so Randzone reicht bis etwa 25 mm Tiefe. 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 Walzen, insbesondere Kaltwalzen, tritt trotz der hohen Ballenhärte in der äußeren Randzone eine zusätzliche Aufhärtung durch Kaltverformung des Werkstoffes auf. Die kaltverformte Zone muß in zeitlichen Abständen abgeschliffen werden, um eine ^h0 glatie Bahnoberfläche wieder herzustellen und die Ge^fahr der Rißbildung in der kalt verformten Randzone infolge Werkstoffermüdung zu vermeiden.

Auf Walzen, insbesondere Kaltwalzen, treten sogenannte »Aussjhalungen« auf, d. h. flächenartige Teile ^h| 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 dauerbrucb artig und führen schließlich zu großflächigen Ausschalungen, vgL Literatursteilen »Rheinstahl Technik« 1970, Nr. 1, S. 3 und 4 bzw. »Radex-Rundschau« 1971, S. 563 bis 576. Diese Ausschalungen sind nur zum Teil auf örtliche Oberbeanspruchungen durch Randreißer oder einlaufendes Fremdmaterial sowie gröbere nichtmetallische Einschlüsse in der Randzone der Kaltwalzen zurückzuführen.

Ein Teil dieser Ausschalungen wird zweifelsfrei nicht durch örtliche Überbeanspruchung oder oxydrche Einschlüsse hervorgerufen.

Neuere Untersuchungen (Journal of The Iron and Steel Institute, 1972, S. 163 mit 167) haben ergeben, daß ein erhöhter Wasserstoffgehalt in Kobination mit den vorhandenen Eigenspannungen und den aus der Walzart resultierenden zusätzlichen mechanischen Spannungen eine weitere 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 Öl-Petroleum-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 der Arbeitswalzen 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 diese hohe Konzentration an Wasserstoff, evtl. verstärkt durch nichtmetallische Einschlüsse und Spuren von Restaustenit, kommt es zu einer Werkstoffversprödung und zu zusätzlichen inneren Spannungen, was schließlich zum Auftreten von örtlichen Rissen führt, die in anderem Zusammenhang als Wasserstoff-Flockenrisse bezeichnet werden. Diese Risse werden durch die dynamischen Spannungen infolge der Betriebsbelastungen zum Dauerbruch erweitert; es bilden sich Ausschalungen.

Die Aufgabe der Erfindung ist, das Auftreten solcher Ausschalungen während des Gebrauchs der Walzen zu verhindern. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst

Eine Wasserstoffaufnahme in die Walzen aus dem Schmiermittel wird dadurch verhindert, daß durch ein elektrisches Schutzpotential ein Abscheiden von atomarem Wasserstoff auf den Oberflächen der Walzenballen verhindert wird.

Nach der oben zitierten, gattungsbildenden Literaturstelle wurde zwar durch eine Änderung der Zusammensetzung des Schmiermittels in der wäßrigen Emulsion eine Verbesserung der Haltbarkeit der Walzen erzielt, jedoch nicht die Lehre gegeben, die Wasserstoffaufnahme in die Walzen aus dem Schmiermittel zu verhindern.

Elektrolytische Schutzpotentiale zur Vermeidung von Korrosionsschäden an Maschinenteilen, allgemein als »kathodischer Korrosionsschutz« bezeichnet, verringern den Metallabtrag der zu schützenden Bauteile aus Metall durch Schaltung als Kathode, mit oder ohne äußerer Stromquelle, vgl. DE-AS 11 78 670, »VDI-Z« 111(1969), S. 873 bis 880 und »Werkstoffe und

Korrosion« (1954) S. 84 bis 87. Auch das Verfahren nach der DE-AS empfiehlt, durch Anlegen eines negativen Potentials am Lagerzapfen (insbesondere an Walzenzapfen in Gleitlagern), Kalkablagerungen auf den Zapfen und damit erhöhten Verschleiß zu vermeiden.

AUe Verfahren des »Kathodischen Korrosionsschutzes» haben gemeinsam, daB an dem als Kathode geschalteten, zu schützenden Bauteil auch naszierenderatomarer-Wasserstoff angeboten wird. Sie sind daher für das erfindungsgemäße Ziel, diffusionsfähigen Wasserstoff von den Walzenoberflächen fernzuhalten, nicht geeignet

Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, daB in Walzwerksanlagen elektrische Potentiale sowohl zwischen den Walzen gegeneinander als auch zwischen den Walzen und dem Walzgut vorhanden sind und daB dies die Wassemoffaufnahme der Walzen aus dem Schmiermittel stark fördert

Die Anwendung eines elektrischen Schutzpotentials ist insbesondere dann zu empfehlen, wenn Nichteisenmetalle mit Stahlwalzen gewalzt werden, da bei einer solchen Paarung höhere elektrolytische Potentiale auftreten als beim Walzen von Stahl mit Stahlwalzen. Vorteilhaft ist es, das Potential so festzulegen, daß es sowohl zwischen den Walzein 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 den Stützwalzen durch Aufschalten eines Fremdpotentials zu kompensieren. Nach den bisherigen ίο Erfahrungen werden mindestens ein Strom von 0,1 A/m² Walzenkontaktfläche benötigt Da die elektrische Isolierung der Arbeitswalzen gegen das Walzgut bzw. gegen das Gerüst, welche das Aufschalten von Fremdpotentialen erleichtert, insbesondere bei besteis henden Walzanlagen erhebliche Änderungen erfordert, kann es vorteilhaft sein, unier 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 günstige Anschlußstellen bieten sich die Enden der nicht angetriebenen Zapfen an.

Im Idealfall ist das elektrische Potential zwischen der Walze und dem Walzgut auf Null einzustellen. Soweit sich wegen der z. T. unübersichtlichen elektrolytischen Vorgänge des zwischen der Walze und dem Walzgut im Walzspalt unter 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 Walzspait abhängig. Man wird in diesem Falle im Sinne der Erfindung so polen und die Größe des Potentials 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.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Vermeidung von Walzenausschalungen beim Walzen, insbesondere Kaltwalzen, unter Einsatz von wasserstoffhaltigen Schmiernutteln, bei dem anlagebedingte Potentiale zwischen den Walzen und dem Walzgut bzw. zwischen den Walzen auftreten und bei dem unter Walzbedingungen im Walzspalt in verstärktem Maße Wasserstoff an den Walzenoberflächen auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Potential festgelegt wird mittels elektrischer Schaltmittel zwischen den Walzen einerseits und zwischen den Walzen und dem Walzgut andererseits.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl zwischen den Walzen, als auch zwischen den Walzen und dem Walzgut ein Kurzschlußpotential hergestellt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem hohen anlagenbedingten Potential zwischen Walzgut und Walzen bzw. zwischen den Walzen ein entgegengesetztes elektrisches Potential geschaltet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei elektrolytisch sauer reagierenden Schmiermitteln die Walzen gegen das Walzgut als Anode wirken und ein Strom von mindestens 100 mA/m² zu schützender Walzenoberfläche fließt

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