DE2651695A1

DE2651695A1 - Verbund-hartgusseisen-bearbeitungswalze

Info

Publication number: DE2651695A1
Application number: DE19762651695
Authority: DE
Inventors: John A Gibbon; Paul J Horvath
Original assignee: Bethlehem Steel Corp
Current assignee: Bethlehem Steel Corp
Priority date: 1975-11-17
Filing date: 1976-11-12
Publication date: 1977-05-26
Also published as: SE7612598L; GB1534095A; FR2347116B1; FR2347116A1; AU1959276A; US3997370A; ATA841376A; BR7607538A; NL7612614A; AU504042B2; CA1083858A; LU76177A1; JPS5274519A; BE848296A; AT359957B

Description

KRAUS & WElSERT

PATENTANWÄLTE

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER. DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE D-8 MÜNCHEN 19 · FLUG G EN STRAS S E 17 ■ TELEFON 089/177061 -TELEX O5-215145 ZEUS

TELEGRAMM KRAUSPATENT

1400/1 WK/rm

Bethlehem Steel Corporation, Bethlehem, PA/USA

Verbund-Hartgußeisen-Bearbeitungswalze

Die Erfindung betrifft eine Verbund-Hartgußeisen-Bearbeitungswalze mit einem Kern aus einer Eisenlegierung und einem Eisenhartgußoberflächenteil. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Verbundwalze des vorstehenden Typs, die insbesondere zur Warmreduktion bzw. Warmquerschnittsverminderung von Eisenprodukten und Produkten aus Eisenlegierungen, z.B. von Blechen, Bändern bzw. Streifen, Stäben und Stangen, geeignet ist. Diese Walzen sind als Ergebnis der Kombination aus chemischer Zusammensetzung, Herstellungssequenz und Nachbehandlung als Verbundwalzen aus Kugelgraphit - Hartgußeisen bzw. sphärolytischem Hartgußeisen charakterisiert.

-2-

709821/0700

Die erfindungsgemäße Verbundhearheitungswalze stellt eine Verbesserung gegenüber der in der US-PS 3 623 850 beschriebenen Verhundhearbeitungswalzenstruktur dar, weil die Walzen gemäß dieser Patentschrift zur "Verwendung in Kaltwalzwerken oder für Kaltwalzvorgänge vorgesehen sind, während die erfindungsgemäßen Verbundwalzen zur Warmreduktion bzw. Warmquerschnittsverminderung von Eisenprodukten und Produkten aus Eisenlegierungen verwendet werden.

Wie oben ausgeführt, sind die Walzen gemäß der US-PS 3 623 in Kaltwalzwerken oder für Kaltwalzanwendungszwecke, insbesondere in den Walzstraßen der Anmelderin, in weitem Ausmaß verwendet worden. Aufgrund ihrer Beständigkeit gegenüber Oberflächeneindrücken, mechanischen Oberflächenbeschädigungen und Ausbrechen von Teilchen weisen sie für solche Anwendungszwecke ein ausgezeichnetes Verhalten auf. Weiterhin können sie für den weiteren Gebrauch leicht wieder ausgerichtet werden. Wie dem Fachmann bekannt ist, treten beim Kaltwalzen keine Probleme hinsichtlich einer thermischen Ermüdung und einer Rißbildung auf. Solche Probleme trifft man jedoch bei der Warmreduktion bzw. Warmquerschnittsverminderung von Eisen- und Eisenlegierungsprodukten an, die vor dem Warmverformen anfänglich auf Temperaturen von oberhalb 1038°C (1900⁰F) erhitzt worden sind.

Die Gestaltung von Walzwerken stellt eine komplexe Technologie dar, die viele Aspekte beinhaltet. Die Kaltwalzanwendungszwecke der US-PS 3 625 850 und die Warmwalzanwendungszweeke gemäß der vorliegenden Erfindung stellen Beispiele für zwei solche Aspekte dar. Bei der Festlegung der Walzengestaltung muß verschiedenen Kriterien genügt werden,

709821/0700

beispielsweise hinsichtlich der Materialauswahl, der Eigenschaften mid. der Fähigkeiten der Walze. Selbst innerhalb eines gegebenen Warmwalzwerks treffen unterschiedliche Erwägungen für die Walzen, die in den ersten mehreren Gerüsten verwendet werden, gegenüber den Walzen, die in den Endgerüsten verwendet werden, zu. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die primäre Yerschleißform der Walzen beispielsweise der ersten drei Gerüste eines Warmbandwalzwerkes durch thermische Ermüdung erfolgt. Bei den letzten drei Gerüsten eines Warmbandwalzwerkes mit sechs Gerüsten erfolgt der Verschleiß der Walzen in erster Linie durch Abrieb. Somit wird eine Walze für einen spezifischen Walzanwendungszweck, eine spezifische Walzposition oder ein spezifisches Gerüst konstruiert und sie hat erwünschterweise gerade die Eigenschaften, die für einen solchen Anwendungszweck erforderlich sind. Wie oben ausgeführt, ist die Beständigkeit gegenüber einer thermischen Ermüdung oder einer Rißbildung eine Haupterwägung bei der Festlegung der Eignung einer Walze, die beim Warmwalzen verwendet wird. Als Konsequenz halten daher Walzenhersteller, wenn sie Walzen für die ersten mehreren Gerüste von Warmbandwalzwerken für Warmwalzwerkanwendungszwecke konstruieren, wo die Bandtemperaturen über etwa 982°C (1800⁰F) hinausgehen, die Hüllenhärte unterhalb eines spezifizierten Wertes.

In der Arbeit "Roll Specifications For Finishing Stands of a Modem Continuous Hot Strip Mill" von John M. Dugan, veröffentlicht von der Association of Iron and Steel Engineers, vom Jahre 1970 bringt der Autor zum Ausdruck, daß in einer Warm-Fertigwalzstraße die Hüllenhärte der Walzen in dem Anfangsgerüst im Vergleich zu dem Endgerüst um etwa 7 Punkte

^"•fr""*

7 0 9821/0700

auf der Shore-C-Härteskala variieren soll. Das heißt, daß da, wo die Temperatur des Bandes am höchsten ist, die Walze mit niedrigerer Härte, d.h. einer Shore-C-Härte von etwa 75, verwendet wird.

Obgleich die Hüllenhärte einer Bearbeitungswalze bei der Auswahl einer Walze einen Hauptgesichtspunkt darstellt, gibt es noch andere. So werden z.B. in der Arbeit "Cause and Prevention of Hot Strip Work Roll Banding" von Charles E. Peterson, veröffentlicht in Iron and Steel Engineer Year Book, 1956, drei mögliche Lösungen des Zeilenbildungsproblems in einem Warmwalzwerk beschrieben. Die Zeilenbildung tritt, wie vom Autor beschrieben, in erster Linie auf den Walzen der ersten zwei Fertigstellungsgerüste auf und sie wird durch die Anhaftung von haftbaren Flecken von Zunder auf der Walzenoberfläche bewirkt. Im allgemeinen sind die Zunderflecke längs zur Walzrichtung angeordnet, wodurch das Aussehen von Zeilen gegeben wird. Nach Ansicht des Autors gibt es zur Lösung dieses Problems die folgenden Möglichkeiten, nämlich (1) die wirksame Entfernung des Zunders von dem Band, (2) die Auswahl eines Walzenmaterials, das eine hohe Härte mit Graphitfreiheit kombiniert, und (3) eine angemessene Kühlung, um die Walzen so kalt wie möglich zu halten.

Aufgrund dieser Vorurteile wird nach dem Stand der Technik für Gußstahlwalzen eine graphitfreie Walze mit einer Nominalzusammensetzung von 1,7 C - 1,0 Cr - 1,7Ni - Fe festgelegt. Solche Walzen sind jedoch linsichtlich der Menge des zu verwalzenden Produkts und hinsichtlich des häufigen Wiederausrichtens, das erforderlich ist, um die Walze wieder

-5-

709821/0700

für den Gebrauch herzurichten, begrenzt. Um die verwendbare Lebensdauer ihrer Walzen zu verbessern, haben Walzenhersteller Walzen mit hohem Chromgehalt in Betracht gezogen. Diese Walzen enthalten typischerweise etwa 12 bis 20% Chrom und sie sind durch eine Shore-C-Härte von zwischen etwa 60 und 75 charakterisiert. Obgleich durch Einführung der Walze mit hohem Chromgehalt die verwendbare Lebensdauer einer Walze für Warmwalzwerke erhöht worden ist, haben jedoch die Kosten von hochlegierten Chromwalzen ihre Auswahl zu einer kostspieligen Alternative gemacht. Dazu kommt noch, daß die Walze mit hohem Chromgehalt gegenüber thermischen Bedingungen in dem Walzwerk empfindlich ist. Solche Walzen mit hohem Chromgehalt erfordern nämlich häufige Stillegungen aufgrund einer überschüssigen thermischen Rißbildung. Schließlich waren die Walzen mit hohem Chromgehalt zur Verwendung in den anfänglichen Gerüsten des Warmbandwerks begrenzt, da solche Walzen nicht genügend dem Abriebverschleiß widerstehen können, der für die letzten mehreren Gerüste des Warmbandwalzwerkes charakteristisch ist.

Aufgrund dieser Tatsachen und einschließlich der hohen Kosten der Alternativmöglichkeit besteht ein Bedürfnis für eine unterschiedliche Lösung. Eine solche unterschiedliche Lösung wird nun durch die vorliegende Erfindung zur Verfügung gestellt. Allgemein wird durch die Erfindung eine Gußeisenwalze, die Kugelgraphit in einer martensitisehen Matrix enthält, mit einer durchschnittlichen Oberflächenhärte von mindestens 76 Shore-C zur Warmreduktion bzw. Warmquerschnittsverminderung von Eisenprodukten und Produkten aus Eisenlegierungen, z.B. Bändern, Platten, Stäben und Blechen bzw. Folien, zur Verfügung gestellt.

-6-

709821/0700

Gegenstand der Erfindung ist eine Verbund-Hartgußeisen-Bearbeitungswalze mit einem Kern aus einer Eisenlegierung und einem Eisenhartgußoberflächenteil, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zum Walzen von Produkten aus Eisen und Eisenlegierungen, die auf Temperaturen von mehr als 1038°C (1900⁰F) erhitzt worden sind, der Eisenhartgußoberflächenteil die folgenden, in Gewichtsprozent ausgedrückten Bestandteile enthält:

Kohlenstoff etwa 3,00 bis 3,70%

Mangan etwa 0,35 bis 1,25%

Silicium etwa 1,0 bis 2,0%

Nickel etwa 3,75 bis 5,75%

Chrom etwa 0,75 bis 1,35%

Molybdän etwa 0,40 bis 1,10%

Magnesium etwa 0,03 bis 0,08%

und zum Rest aus Eisen und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht, wobei die Bestandteile so ausgewogen sind, daß eine Walzenoberfläche erhalten wird, die Kugelgraphit in einer martensitisehen Matrix enthält und eine Härte von mindestens 76 Shore-C besitzt, indem die Gehalte an Kohlenstoff, Silicium, Chrom und Molybdän entsprechend der Beziehung

%C + %Si minus (%Cr + %Mo) < 3,1
bemessen werden.

Die Kosten der erfindungsgemäßen Walzenstruktur sind mit denjenigen der derzeit verwendeten Gußstahl- oder Gußeisen-

-7-

709821 /0700

walzen vergleichbar und sie liegen erheblich unterhalb den Kosten von Chromwalzen. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Walzen besteht darin, daß sie durch das gesamte Warmbandwalzwerk hindurch verwendet werden können. Das heißt, die Walzen sind gegenüber einem Verschleiß durch thermische Ermüdung in den anfänglichen Gerüsten und gegenüber einem Abriebverschleiß in den späteren Gerüsten beständig. Die Beständigkeit gegenüber einem Abriebverschleiß ist zum Teil auf die Entwicklung und Ausbildung einer Oxidschicht auf der Oberfläche der Walze zurückzuführen.

Der Kernteil der erfindungsgemäßen Verbundwalze besteht aus einer Eisenlegierung, deren chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften metallurgisch mit der chemischen Zusammensetzung und den Eigenschaften des Oberflächenteils im Einklang stehen.

Die erfindungsgemäße Walze hat vorteilhafterweise in ihrem Oberflächenteil eine Mikrοstruktur, die Kugelgraphit in feinverteilter, gut dispergierter Form, feinere als normale primäre und eutektische Martensit- und Martensit-Austenit-Körner, nicht mehr als etwa 15% zurückgehaltenen Austenit nach einer Spannungsminderungsbehandlung, eine sekundäre Ausfällung von Carbiden in Gegenden der ersteren Austenitkörner und ein diskontinuierliches Carbidnetzwerk enthält.

Innerhalb des breiten Zusammensetzungsbereichs des Hartgußoberflächenteils der Walze ergibt eine bevorzugte chemische Zusammensetzung optimale Eigenschaften, nämlich die folgende Zusammensetzung:

-8-

70982 1/07 0 0

Kohlenstoff 3,10% bis 3,40%

Mangan 0,45% bis 0,75%

Silicium 1,35% bis 1,65%

Nickel 3,90% bis 4,30%

Chrom 0,90% bis 1,30%

Molybdän 0,55% bis 0,80%

Magnesium. 0,03% bis 0,08%

Eisen Rest

Naturgemäß muß innerhalb der breiten und bevorzugten Zusammensetzungsbereiche die richtige Beziehung zwischen den einzelnen Elementen ausgebildet werden, daß die gewünschte Mikrostruktur, gewünschte Tiefe des Hartgusses und gewünschte Härte entwickelt wird, daß die Verbundwalze zur Verwendung für die Warmquerschnittsverminderung geeignet ist. So legen z.B. einige der Elemente die Bildung und Tiefe des Hartgußteils, der Kugelgraphit enthält, fest. Daher sollte der Kohlenstoff vorzugsweise in einer Menge oberhalb derjenigen Menge, die Carbide bildet, vorhanden sein. Wenn daher carbidbildende Elemente, wie Chrom, in der Nähe des unteren Endes des Bereiches von 0,75% bis 1,35% vorhanden sind, dann kann der Kohlenstoff gleichermaßen in einer Menge von nahe 3,00% vorhanden sein.

Die überschüssige Kohlenstoffmenge oberhalb derjenigen, die Carbid bildet, und Silicium sind die primären Elemente, die die Tiefe des Hartgusses fördern. Sehr hohe Kohlenstoff- und hohe Siliciumanteile erhöhen die gebildete Graphitmenge, wodurch eine Verminderung der Tiefe des Hartgusses bewirkt wird. Weiterhin führt Silicium in zu hohen Mengen zu einer unerwünschten Bildung von weichem Perlit in der Mikrostruktur.

709821 /0700

Wie oben ausgeführt, werden optimale Eigenschaften und ein optimales Verhalten durch eine richtige Ausgewogenheit der chemischen Zusammensetzung erreicht. Wie Kohlenstoff und Silicium wirken auch jede weitere Elementzugabe einzeln oder synergistisch miteinander, um die Eigenschaften oder das Verhalten der Walze beim Warmwalzen zu verbessern. So wird z.B. Magnesium zu der Zusammensetzung des Hartgußteils gegeben, um die Bildung von Kugelgraphit zu fördern. Nickel in dem Eisen trägt zur Unterdrückung der Perlitbildung bei, während es die Bildung von Martensit fördert. Die hohe Oberflächenhärte der erfindungsgemäßen Walzen wird in erster Linie durch die Zugaben von Chrom und Molybdän, jedoch gegenüber dem Kohlenstoff und Silicium ausgewogen erzielt. Chrom bildet ein stabiles Carbid, wodurch die richtige Ausgewogenheit zwischen dem Kugelgraphit und den Carbiden in dem Hartgußteil der Walze gewährleistet wird. Andererseits erhöht Molybdän die Beständigkeit der Walzenoberfläche gegenüber einem Ausbrechen von Teilchen. Die ausgewogene Zusammensetzung der Bestandteile zur Erhöhung der Oberflächenhärte wird zur Erzielung einer Minimal-°berflächenhärte von 76 Shore-C, wie oben angegeben, durch die Bemessungsregel:

%C + %Si minus (%Cr + %Eo) < 3,1

erzielt. Diese Bemessungsregel wurde durch die Untersuchung von nahezu 200 Walzen bestätigt, die erfindungsgemäß hergestellt worden waren. Naturgemäß können solche Faktoren, wie die Gieß- und Hartgußpraxis die Endoberflächenhärte der Walze bis zu einem begrenzten Ausmaß beeinträchtigen.

-10-

709821 /0700

Die Signifikanz einer Minimalhärte von 76 Shore-C kann dadurch veranschaulicht werden, daß man das Verhalten von insgesamt 158 Walzen, die in den ersten drei Gerüsten eines Warmbandwalzwerkes verwendet worden waren,in dem Zinnblech gewalzt wurde, miteinander vergleicht. Alle Walzen waren Verbundwalzen aus Martensit- Kugelgraphit-Hartgußeisen» Jedoch hatte die Walze Nr. 50 eine Oberflächenhärte im Bereich von 72/74 Shore-C, während der Rest eine Oberflächenhärte im Bereich von 76/78 Shore-C. hatte. Das Verhalten dieser Walzen wurde anhand der Anzahl der Tonnen von Zinkblech bewertet, die pro 2,54x10""·^ cm (0,001") Ausrichtung gewalzt wurden. Die weicheren Walzen lieferten im Durchschnitt etwa 64 t, während die härteren Walzen im Durchschnitt etwa 76 t lieferten, was eine Verbesserung von nahezu 19% darstellt.

Die vorstehenden Ausführungen haben sich auf den Hartgußoberflächenteil der Verbund-Gußeisenwalze bezogen. Jedoch stellt der Kernteil die größere Masse der Walze dar. Im frühen Zeitpunkt der Entwicklung von martensitischen Kugelgraphit-Gußeisenwalzen wurde erhebliche Aufmerksamkeit auf die innige Verbindung zwischen dem Hartgußteil und dem Kernteil gerichtet. Diese Aufmerksamkeit hat zu einer bevorzugten Auswahl eines niederlegierten Gußeisens geführt. So wurde beispielsweise folgende bevorzugte Zusammensetzung für den Kern ausgebildet:

Kohlenstoff 3,30% bis 3,60%

Mangan 0,40% bis 0,70%

Phosphor 1,10% maximal

Schwefel 0,05% maximal

-11-

70 982 1/0700

Silicium 1,15% Ms 1,45%

Nickel 0,60% bis 1,40%

Chrom 0,15% Ms 0,65%

Eisen Rest

Es wurde nun gefunden, daß zwischen dem Hartgußteil und einem Kernteil, dessen Zusammensetzung von der oben angegebenen Zusammensetzung variiert, eine geeignete innige Verbindung erzielt werden kann. Das bedeutet, daß Variationen der Kernzusammensetzung solange durchgeführt werden können, wie der Kern den Beanspruchungen des Warmwalzens widerstehen kann. Der Kern der Walze muß nämlich eine genügende Festigkeit, Duktilität und Zähigkeit besitzen, wobei die einzelnen Werte für diese Eigenschaften bekannt sind. Dazu kommt noch, daß der Kern spanabhebend bearbeitbar sein muß, daß eine richtige Lagerung der Walze erzielt werden kann, während er jedoch verschleißfest ist* Ein Endfaktor zur Bestimmung, ob zwischen dem Hartgußteil und dem Kernteil eines geeignete innige Verbindung bewirkt werden kann, ist die Gießpraxis. Zwei gut bekannte Methoden zur Herstellung von Verbundwalzen sind das Schleudergußverfahren und das statische, aufeinanderfolgende Doppelgießen von Walzen. Bei jeder Methode können die einzelnen Fähigkeiten oder Gießpraktiken einer gegebenen Walzengußanlage die Fehlerfreiheit der Walze und daher auch die innige Verbindung zwischen dem Hartgußteil und dem Kernteil beeinträchtigen. Obgleich die oben angegebene Zusammensetzung des Kerns bevorzugt wird, sollte sie daher nicht als eine Einschränkung der vorliegenden Erfindung angesehen werden.

Nach der Auswahl einer ausgewogenen Zusammensetzung des hartgegossenen Oberflächenteils und einer damit im Ein-

-12-

709821 /0700

ff

klang stehenden Kernzusammensetzung kann die Walze in bekannter Weise gegossen werden. Nach Verfestigung und Abkühlung wird die., so gegossene Walze einer Spannungsminderungsbehandlung gemäß der US-PS 3 623 850 unterworfen. Die Walze kann sodann spanabhebend bearbeitet und zur Verwendung beim Warmwalzen ausgerichtet werden.

Um die Effektivität der erfindungsgemäßen Walzen bei scharfen Temperaturbedingungen eines Warmbandwalzwerkes zu bestimmen, wurde in einem Warmbandwalzwerk ein längerer Betriebsversuch durchgeführt. Der Betriebsversuch dauerte 17 Wochen und es wurden Walzen der hierin in Betracht gezogenen Art und Walzen mit hohem Chromgehalt verwendet. Der Zweck dieses Betriebsversuches war es, die maximale, in Tonnen ausgedrückte Menge zu bestimmen, die mit jeder Walze bei einer guten Oberflächenqualität gewalzt werden konnte. Typische Zusammensetzungen und Härten der bei diesem Betriebsversuch verwendeten Walzen sind in Tabelle I zusammengestellt.

Tabelle I

Walzenart

A* hoher Chrom- B** gemäß der Ergehalt findung

Ge samtkohlenstoff	2,52
Mn	0,72
P	0,046
S	0,044
Si ■	0,50
Ni	;o,39
Cr	15,51
Mo	2,41
Shore-Härte C	74

3,35 0,57 0,050 0,006 1,52 4,05 0,99 0,65 0,05 79

-13-

709821/0700

265Ί695

* handelsüblich hergestellte, schleudergegossene Walze klare hartgegossene Eisenwalze mit graphitfreier Weißeisenstruktur, die Chromcarbide enthielt;

** nach einem statischen aufeinanderfolgenden Doppelgießverfahren hergestellte Walze - nicht-definierte Hartgußeisenwalze, die in einer vorwiegend martensitischen Struktur Kugelgraphit enthielt.

Dieser Walzbetriebsversuch wurde auf Zinnblech beschränkt, da es sich hierbei um einen der wichtigsten Walzanwendungszwecke handelt und auch deswegen, um Variable zu eliminieren, die von einer Variierung des Produkts herrühren. Die maximale gewalzte Bandbreite betrug 101,6 cm (40") (0,19 cm χ 0,20 cm Dicke - 0,074" χ 0,080"). Bei diesem Betriebsversuch wurde keine Walzenschmierung verwendet. Die vorhergehende Erfahrung in diesem Walzwerk hatte gezeigt, daß die maximalen verwalzbaren Mengen an Zinnblech bei Verwendung von Gußstahlwalzen auf etwa 750 bis 1000 t/Durchlauf begrenzt waren. In diesem Warmbandwalzwerk, das sieben Fertigstellungswalzgerüste hintereinander enthielt, variierten die typischen Temperaturen für die Bearbeitung von Zinnblech in den Fertigstellungswalzgerüsten zwischen 1038 und 871°C (1900 und 16OO°F). In den ersten drei dieser Gerüste werden die Bearbeitungswalzen typischerweise Bandtemperaturen von mehr als etwa 982⁰C (1800⁰F) unterworfen.

Bei der Bewertung des Verhaltens der Walzen während und am Schluß des Walzvorgangs waren die erfindungsgemäßen Walzen , (B) und die Walzen mit hohem Chromgehalt (A) hinsichtlich der gewalzten Tonnen/2,54 χ 10~^ cm Ausrichtung nahezu

-14-

709821/0700

äquivalent. In dem zweiten Fertigstellungsgerüst, wo der vorwiegende Verschleißmechanismus die thermische Ermüdung darstellt, verhielt sich die erfindungsgemäße Walze überlegen. Es zeigte sich nämlich, daß die Walze B gegenüber den thermischen Bedingungen in dem Walzwerk erheblich weniger empfindlich war. Dort, wo der Abriebverschleiß vorherrschte, erging es den Walzen mit hohem Chromgehalt (A) besser. Es wäre Jedoch irreführend, das Verhalten der Warmbandwalzwerkswalzen strikt auf der Grundlage der Verschleißraten zu vergleichen. Da aber auch die Bandqualität in Betracht gezogen werden muß, ist oftmals die Oberflächenverschlechterung durch Aufrauhung oder durch Zeilenbildung ein begrenzender Faktor. So wurden z.B. im fünften Gerüst die Walzen mit hohem Chromgehalt (A) nach dem Verwalzen von etwa 1300 t (ungefähr 47 244 lineare m - 155 000 lineal feet) sehr rauh. Dagegen ergaben die erfindungsgemäßen Walzen (B) 2100 t (80 293 lineare m - 263 430 lineal feet) Zinnblech, wobei nur ein ziemlich gleichmäßiger geringfügiger Verschleiß mit minimaler Zeilenbildung auftrat.

Bei der Auswertung des letzteren Betriebsversuchs zeigt es sich, daß die Ergebnisse des 17-wöchigen Betriebsversuchs für die Unterschiedlichkeiten des Verhaltens der zwei Arten von Walzen in einem technischen Warmwalzwerk nicht repräsentativ waren. Die Ergebnisse waren deswegen nicht repräsentativ, weil in dem Walzwerk während des gesamten Betriebsversuchs nur eine einzige Fehlwalzung auftrat. Wenn das Produktgemisch in dem Walzwerk sich in der Zusammensetzung zu verändern beginnt, und zwar insbesondere hinsichtlich der Dicke und der Breite, dann nimmt die Fehlwalzungshäufigkeit zu. Die Walzen mit hohem Chromgehalt (A) sind

-15-

709821/0700

265Ί695

hinsichtlich solcher Fehlwalzungen sehr empfindlich, wie es sich durch den Wert der Feuerrißbildung zeigt. Dies macht Senkungen von so viel wie 0,381 cm (0,150 inches) erforderlich. Eine typische Ausrichtung beträgt etwa 0,051 cm (0,020 inches) oder sie liegt im Bereich von 0,038 bis 0,889 cm (0,015 bis 0,35 inches).

Bei einer weiteren Reihe eines 20-wöchigen Walzbetriebsversuchs wurde das Verhalten der erfindungsgemäßen Walze (B) und der Walze mit hohem Chromgehalt (A) bei Produkten verglichen, die eine Breite von 88,9 bis 190,5 cm (35 bis 75 inches), eine Dicke zwischen 0,203 und 0,952 cm (0,080 bis 0,375 inches) und Kohlenstoffgehalte zwischen 0,10 und 0,27% hatten. In Tabelle II sind die Ergebnisse dieser Versuche auf der Basis des durchschnittlichen Verhaltens der Walzen in dem zweiten bis zum fünften Gerüst zusammengestellt.

Tabelle II

Walzenart

A hoher Chrom- B gemäß der Ergehalt findung

gewalzte Tonnenmenge pro 2,54 χ 10-3 cm (0,001») Verschleiß

gewalzte Tonnenmenge pro 2,54 χ 10-3 cm (0,001") Ausrichtung

gewalzte Meterlänge pro 2,54 χ 10-3 cm (0,001") Verschleiß

gewalzte Meterlänge pro 2,54 χ 10-3 cm (0,001") Ausrichtung

309

109

4138

1468

563

172

6653 2028

-16-

70 9821/0700

Aus der Tabelle II wird ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Walzen B sich signifikant weniger verschlissen als die Walzen mit hohem Chromgehalt A. So war z.B. die lineare gewalzte Meterlänge pro 2,54 χ 10""^ cm (0,001") Durchmesserverlust beim Ausrichten der Walze B im Durchschnitt 38% größer als bei der Walze A.

Zu einem weiteren Vergleich der zwei Walzentypen wurden eine erfindungsgemäße Walze (B) und eine Walze (A) mit hohem Chromgehalt im Durchmesser aufeinander abgestimmt und zehnmal als ein Paar im dritten Gerüst beim Walzen von Schwerblech verwendet. Ein Vergleich der Tonnenmenge/2,54 χ 10"^ cm (0,001") Verschleiß bzw. des Ausrichtens zwischen den einzelnen Walzen ist in Tabelle III angegeben. Die Walze B verschliß sich weniger als die Walze A. Die Walze B war bei sechs der zehn Walzvorgänge in Bodenposition. Wegen des Walzenkühlungssystems bei diesem Walzwerk neigt die Bodenwalze zu einem rascheren Verschleiß, da sie heißer läuft als die Spitzenwalze. Beim Vergleich der gewalzten Tonnenmengen pro 2,54 cm χ 10 Ausrichtung der Walze B und der Walze A ergab sich, wenn beide Walzen sich in Spitzenposition befanden oder wenn beide Walzen sich in Bodenposition befanden, daß die Walze B mehr Tonnen des gewalzten Produkts pro Einheitsverminderung des Ausrichtens lieferte.

Die Tatsache, daß im Durchschnitt bei der Walze B in Spitzenposition mehr Tonnen gewalzt wurden, ist nicht besonders aussagekräftig, da die Verwalzungslänge häufig auch durch andere Faktoren als den Zustand dieses besonderen

-17-

709821/0700

Walzenpaars bestimmt wird. Ein aussagekräftigerer Vergleich kann gemacht werden, wenn man den relativen Verschleiß pro Einheitsausrichtung der zwei Walzen vergleicht, wie es in Spalte 4 der Tabelle III erfolgt.

-18-

709821/0700

Tabelle III

Walze und ihre Position durchschnitt- durch- gewalzte

... liehe gewalz- schnitt- Tonnente Tonnenmenge licher menge pro

Verschleiß 2,54 χ cm 10**-5 cm

Verschleiß durchschnitt
liche Ausrichtung, cm

gewalzte Tonnenmenge pro 2,54 χ 10-3 cm Ausrichtung

CD CO OO ISJ

B - Spitze 4346

A - Boden (4 Verwalzungen) 4346

B - Boden 3469

A - Spitze (6 Verwalzungen) 3469

Mittelwert (10 Verwalzungen)

B 3820

A 3820

0,020 0,036

0,013 0,020

0,015 0,025

694 433

637 382 0,053
0,061

0,061
0,055

0,058
0,058

207 181

145 158

166 166

-19-

CT)

cn

CD Ol

Durch die Entdeckung, daß Verbundwalzen aus martensitischem Kugelgraphit-Hartgußeisen thermisch rißbeständig sind, wenn sie Arbeitsteilen ausgesetzt sind, die auf Temperaturen von mehr als 482⁰C (900⁰F), insbesondere 871°C (160O⁰F) und sogar so hoch wie 982°C (1800⁰F), erhitzt worden sind und bei diesen Temperaturen bearbeitet werden, wird eine signifikante Verbesserung der einsetzbaren Lebensdauer der Bearbeitungswalze erzielt.

-20-

j 709821 /0700

Claims

2851695 Patentansprüche

1.J Terbund-Kartgußeisen-Bearbeitungswalze mit einem Kern aus einer Eisenlegierung und einem Eisenhartguöoberflächenteil, dadurch gekennzeichnet, daß daß zum Walzen von Produkten aus Eisen und Eisenlegierungen,, die auf !Temperaturen von mehr als 1038°C (1900⁰F) erhitzt worden sind, der Eisenhartgußoberflächenteil die folgenden, iiL Gewichtsprozent ausgedrückten Bestandteile ent-

Kohlenstoff etwa 3,00 bis 3,,7Q?6

Mangan etwa 0*35 bis H,25%

Silicium etwa 1,0 bis 2,0$

Micke! etwa 3,75 l> <±s 5/!3⁰A

Chrom etwa 0,75 bis 1_F355i

Molybdän etwa Q,40 bis 1,10?i

Magnesium etwa 0_f03 his O_tÖB%

und zum: Rest aus Eisen und erschmelzungsbedingten Yerunreinlgungen besteht, wobei die Bestandteile so ausgewogen sind,, daß eine Walzenoberfläche erhalten wird, die Kugelgraphit in einer martensitischen Matrix enthält und eine Härte von mindestens 76 Shore-C besitzt, indem die Gehalte an Kohlenstoff, Silicium, Chrom und Molybdän entsprechend der Beziehung

%C + %Si minus (%Cr + %Mo) < 3,1
bemessen werden.

-21-

7 0 9 8 21/0700

T " 265163b

2. Verbundwalze nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Gehalt an Kohlenstoff etwa 3*10 bis 3*40$, der Gehalt an Mangan etwa 0,45 bis 0,7556, der
Gehalt an Silicium etwa 1,35 bis 1,6555, der Gehalt an Mkkel etwa 3,90 bis 4,3055, der Gehalt an ^chrom etwa 0,90 bis 1,30$ und der Gehalt &n Molybdän etwa 0,55 bis 0,80# beitragt.

3« Yerbundwalze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet , daß der Oberflächenteil eine
Harte von mindestens 80 Shore-C hat.

4. Verbundwalze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernteil aus einer Eisenlegierung besteht» deren Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften metallurgisch mit der Zusammensetzung und den Eigenschaften des Oberflächenteils im Einklang stehen.

5. Verfahren zum Warmwalzen von Sisenlegierungsprodukten, die auf eine Anfangstemperatur von mehr als 1038⁰G
(190O⁰F) erhitzt worden sind ixnä sodann bei einer Temperatur zwischen etwa 482°C (900⁰F) und der Temperatur des
Anfangserhitzens verwalzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß man das Warmwalzen mit einer ■Verbundwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4 vornimmt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Warmwalzen bei Temperaturen von mehr als etwa 871⁰C (1600°F) vornimmt -

-22-

709821/0700

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Warmwalzen bei Temperaturen von mehr als 982°C (1800⁰F) vornimmt.

8. Verwendung einer thermisch rißbeständigen Verbundbearbeitungswalze mit einem äußeren Eisenhartgußoberflächenteil, welcher, in Gewichtsprozent ausgedrückt, folgendes enthält:

Kohlenstoff etwa 3_f00 bis 3_f70%

Mangan etwa 0,35 bis 1,2596

Silicium etwa 1,0 bis 2,0%

Nickel etwa 3,75 bis 5,7596

Chrom etwa 0,75 bis 1,3596

Molybdän etwa 0,40 bis 1,10%

Magnesium etwa 0,03 bis 0,08%

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, zum Warmwalzen bei Temperaturen zwischen etwa 482°C bis 1038 C (900 bis 1900⁰F) von Eisenprodukten und Eisenlegierungsprodukten bei einer Beständigkeit gegenüber einem Abriebverschleiß und Verschleiß durch thermische Ermüdung.

709821 /0700