DE2810186C2

DE2810186C2 - Arbeitswalze zum Warmwalzen von Nichteisenmetallen und Verfahren zur Herstellung des Walzenmantels einer solchen Arbeitswalze

Info

Publication number: DE2810186C2
Application number: DE2810186A
Authority: DE
Inventors: Robert Steven Carrollton Ga. Linne
Original assignee: Southwire Co LLC
Current assignee: Southwire Co LLC
Priority date: 1977-03-11
Filing date: 1978-03-09
Publication date: 1986-02-20
Also published as: YU55878A; IT1101842B; FR2382955B1; ES467754A1; SE7802794L; JPS53113251A; US4106319A; AU3399778A; GB1585445A; ZA781425B; ES477680A1; YU40029B; JPS5829166B2; IT7848383A0; FR2382955A1; DE2810186A1; BE864679A; PL205232A1; SE430763B; CA1123238A

Description

Kohlenstoff

Chrom

Mangan

Silicium

Molybdän

Vanadium

Schwefel

Phosphor

Eisen

0,35 bis 0,45%

5,00 bis 5,50%

0,20 bis 0,50%

0,90 bis 1,10%

1,20 bis 1,50%

0,85 bis 1.15%

bis zu 0,03%

restlicher Prozentsatz.

20

Arbeitswalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3 30 für die Verwendung in einer Walzstraße mit wenigstens einem Vorwalzabschnitt. einem Zwischenwalzabschnhtld einem Fertigwalzabschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Oxidschicht bei Verwendung im Fertigwalzabschn.lt mindestens 52 HRC bei Verwendung im Zwischenwalzabschnitt zwischen 52 und etwa 49 HRC und bei Verwendung taVowalzabschnitt zwischen etwa 49 und etwa 43 10 Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9. dadurch gekennzeichnet daß nach dem Abkühlen des Walzenmantel dieser bei einer Temperatur von etwa 550⁰C für etwa zwei Stunden nach Erreichen dieser Temperatur getempert und anschließend ge-

^kÜn^l Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß wärmebehandelte und .8«^P"^te Walzenmantel für Vorwalzgerüste bei einer ι empe-Smr Sen etwa 607 und 621°C für etwa zwei Stunden nach Erreichen dieser Temperatur zur Erzielung einer Härte zwischen etwa 49und 4? HRC. Walzenmäntel für Zwischenwalzgeruste be einer Temperatur von etwa 566°C für etwa «ei Sunden nach Erreichen dieser Temperatur zur Emelung^e ner Härte zwischen etwa 49 und 52 HRC und wai zenmäntel für die Fertigwalzgerüste bei «"« ^T«J peratur von etwa 552°C für etwa zwei Stunden nach Erreichen dieser Temperatur zur Erzielung einer Härte von wenigstens 52 HRC erneut getempert und anschließend wieder gekühlt werden.

Die Erfindung betrifft eine Arbeitswalze die die

Herstellung des Walzenmantels einer solchen Ar-Walzstraßen wird ein kontinuierlich ge-

5%Ώ«η zur Herstellung des Walzenmantels einer Arbeitswalze gemäß Anspruch 1 Z*"^ net durch folgende Verfahrensschntte: Herstellen efnes Honlzylinders aus einer Ouom-Sjjhgg™ durch Schmieden, Bearbe.ten des Schmiedestücks auf Form- und Maßhaltigkeit. Wärmebehandeln des bearbeiteten Schmiedstücks zur Erzielung e.ner Sen fat anhaftenden Oxidschicht auf der Arbeitsfläche durch Erwärmen des gesamten Walzenmantel und anschließendes Abkühlen in e.ner oxi_r SeS ihrer Funktion in der JjgJ zeichnet. Beispielsweise bezeichnet man die g «e in welche der warme gegossene Strang fur den ersten Walzvorgang eingeführt wird, als Vorwalzgerus.e

TÄTÄW^ 5 dadurch gekenn zeichnet, daß das Erwärmen auf eine Temperatur zwischen 1020 und 1080°C durchgeführt w.rd und 5Ϊ diese Temperatur für etwa e.ne halbe Stunde

A⁴ Anspruch

£:k=rÄr:|

lt das im wesentlichen aus Wasserstoff, Skstoffund Kohlenmonoxid besteht und au e, _b0 nem Taupunkt zwischen etwa 3⁰C und 8 C gehalten

^ Verfahren nach Anspruch 6 oder 7. dadurch gekennzeichnet, daß als oxid.erende Atmosphäre

9. Verfahren nacn Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wasserdampf enthaltende ox.d.e rende Atmosphäre verwendet wird.

^S^^elnundA^^ertenvonDatel über die mittlere Standzeh von Arbc.tswalzen konnte "estgestellt werden, daß die mittlere Standzeid.h der Mittelwert der Nutzungsdauer bis zu e.ner Uberarbeiung oder einem Ersatz der Arbeitswalzen, oder zurrnndest des Walzenmantels derselben, sowohl bei den Vor_: walzeerüsten als auch bei den Fertigwalzgerusten wc StIiCh kleiner ist .1. die mittlere Standzeit der Arbe.ts-

walzen der Zwischenwalzgerüste. Die mittlere Walzenstandzeit wurde hierbei definiert in Tonnen gewalzten Materials während der Standzeit und wurde für jedes Walzgerüst dadurch ermittelt, daß die Anzahl der Tonnen des während eines gegebenen Zeitabschnittes gewalzten Materials durch die Anzahl der Warenwechsel während dieser Zeit dividiert wurde. Diese Daten über die Walzenstandzeit zeigen, daß in manchen Fällen die mittlere Standzeit von Walzen der Zwischenwalzgerüste etwa lOmal so groß ist wie diejenige der Walzen der Fertigwalzgerüste und etwa 5mal so groß ist wie diejenige der Walzen der Vorwalzgerüste. Eine solche Verschiedenheit in der mittleren Walzenstandzeit ist nachteilig, da sie zu einem häufigen Stillsetzen der Walzstraße zum Zwecke eines Walzenwechsels führt

Die vorstehend beschriebenen Phänomene sind vermutlich zum Tei! auf die höhere Temperatur des Walzgutes beim Eintreten in die Vorwalzgerüste und die höhere Geschwindigkeit des Walzgutes in den Fertigwalzgerüsten zurückzuführen. Die höhere Temperatur, der die Walzen der Vorwalzgerüste ausgesetzt sind, erhöhen deren Anfälligkeit gegen thermische Überlastung und Ermüdung und daher gegen thermische Rißbildung. Ferner hat die geringere Geschwindigkeit des Walzgutes in den Vorwalzgerüsten zur Folge, daß die Zeit, während der ein bestimmter Teil der Walzenoberfläche das heiße Walzgut kontaktiert, während einer Umdrehung der Walze größer ist als bei Walzen des gleichen Durchmessers, die mit größerer Umfangsgeschwindigkeit laufen, wie dies für die Walzen der Zwischenwalzgerüste und der Fertigwalzgerüste der Fall ist. Andererseis ist in den Fertigwalzgerüsten zwar die Temperatur des Walzgutes wesentlich geringer, seine Geschwindigkeit jedoch 40 bis 50mal so groß wie in den Vorwalzgerüsten. Hinzu kommt, daß für einen typischen Schlupf zwischen dem Walzgut und der Arbeitswalze von etwa 5% bis 10% bei den vorstehend erwähnten Walzgutgeschwindigkeiten die Relativgeschwindigkeit zwischen den Walzen der Fertigwalzgerüste und dem Walzgut etwa 30 bis 60 m/min betragen kann. Hieraus muß geschlossen werden, daß der Verschleiß durch Abrieb einen wesentlich stärkeren Einfluß auf die mittlere Standzeit der mil höherer Geschwindigkeit laufenden Walzen der Fertigwalzgerüste als auf die mittlere Standzeit der Walzen der Vorwalzgerüste und Zwischenwalzgerüste hat.

Im Interesse des Erzielens einer möglichst hohen Walzenstandzeit ist es bei einer hauptsächlich für das Warmwalzen von Stahl vorgesehenen, in der US-PS 36 40 114 aufgezeigten Walze bekannt, den die Arbeitsfische bildenden Walzenmantel aus einer Chromstahllegierung mit besonders ausgesuchten Legierungsbestandteilen herzustellen. Wie sich jedoch gezeigt hat, ist diese bekannte Walze zwar gegen die speziell in den Vorwalzgerüsten auftretenden hohen thermischen Belastungen einigermaßen widerstandsfähig, die Verschleißfestigkeit gegen Abrieb in den Fertigwalzgerüsten ist jedoch nicht zufriedenstellend. Wie sich gezeigt hat, ist bei Walzstraßen die Standzeit der Arbeitswalzen der Fertigwalzgerüste für die Gesamteinsatzdauer der Walzstraße von ausschlaggebener Bedeutung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gauungsgemäße Arbeitswalze so auszubilden, daß sie eine verbesserte Widerstandsfähigkeit insbesondere gegenüber mechanischen Belastungen, also durch eine besonders hohe Abriebfestigkeit, aufweist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Walze mit den Kennzeichen-Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst

Die erfindungsgemäß an der Arbeitsfläche vorgesehene Oxidschicht ist nicht nur äußerst abriebfest, sondem vermindert auch den Schlupf zwischen Arbeitswalze und Walzgut Es ergibt sich daher in gewünschter Weise eine Verlängerung der Standzeit, insbesondere auch bei Verwendung der Walze bei Fertigwalzgerüsten, wo der Verringerung des Schlupfes wegen der

ίο hohen Geschwindigkeit des Walzguts eine besondere Bedeutung zukommt

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem gemäß Anspruch 2 die Oxidschicht durch ein Oxid einer als Walzenmantel vorgesehenen Stahllegierung gebildet ist deren Chromgehalt zwischen etwa 5,0 und 5,5% liegt, ergeben sich besonders günstige Eigenschaften.

Weitere Legierungsbestandteile, die sich bei einer derartigen Chromstahllegierung als günstig erwiesen haben, sind im Anspruch 3 aufgeführt.

Vorzugsweise ist die Oberflächenhärte der Arbeitswalzen unterschiedlich gewählt je nachdem, ob deren Einsatz in einem Vorwalz-, einem Zwischenwalz- oder einem Fertigwalzgerüst vorgesehen ist Vorteilhafte Werte für die einzelnen Verwendungsarten sind im Anspruch 4 angegeben.

Die Verwendung von Walzen unterschiedlicher Oberflächenhärte für die verschiedenen Abschnitte von Walzstraßen ist zwar bereits an sich bekannt, vgl. Zeitschrift »Drahtwelt«, 1975, S. 55 bis 57. Dabei handelt es sich jedoch um Walzen mit metallischer, nicht oxidierter Oberfläche, wobei die angegebenen Härtewerte in anderen Bereichen liegen als bei der Oxidschicht der erfindungsgemäßen Walze.
Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung des Walzenmantels einer Arbeitswalze gemäß der Erfindung anzugeben.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der An-Sprüche 6 bis 11.

Die Walzenmäntel, die zusammen mit einem sie tragenden Waizenkern die erfindungsgemäßen Arbeitswalzen bilden, werden aus geschmiedetem, warmbearbeitetem Chrom-Molybdän-Werkzeugstahl mit hoher Härtbarkeit hergestellt, der einen Chromgehalt von etwa 4,5 bis 6 Gewichtsprozenten, vorzugsweise etwa 5 bis 5,5 Gewichtsprozenten hat. Die als Walzenmantel vorgesehenen Hohlzylinder werden aus dem für die Walzenherstellung vorgesehenen Stahl geschmiedet und durch spanabhebende Bearbeitung in ihre endgültige Form und auf den erforderlichen Durchmesser gebracht. Anschließend folgt eine kontrollierte Wärmebehandlung, um die Walzen an die Anforderungen in den verschiedenen Gerüsten der Walzstraße, also den Vorwalzgerüsten, den Zwischenwalzgerüsten und den Fertigwalzgerüsten, anzupassen. Zunächst werden die bearbeiteten Walzen auf eine Temperatur von etwa 750° C vorerwärmt. Anschließend werden sie in einen Ofen mit kontrollierter Atmosphäre gebracht und gehärtet, indem sie zunächst auf eine Temperatur zwischen etwa 1020⁰C und 1080⁰C erwärmt werden. Nachdem die gewünschte Temperatur erreicht ist, werden die Walzen auf dieser Temperatur für etwa eine halbe Stunde gehalten und dann in Luft gekühlt. Nach diesem Verfahrensabschnitt haben die Walzen eine sehr dichte, fest anhaftende Oxidschutzschicht auf ihren Arbeitsflächen, die wichtig ist und eine überraschende Verbesserung hinsichtlich der Verschleißfestigkeit und der mittleren

Standzeit der Walzen ergibt

Nach dem Abkühlen kommen die Walzen in einen Ofen, in dem sie bei etwa 550⁰C für etwa 2 Stunden getempert werdea nachdem eine gleichmäßige Temperatur erreicht worden ist Anschließend werden sie auf Raumtemperatur luftgekühlt. Die Härte der Walzen nach diesem Verfahrensabschnitt betrlgt etwa 55 HRC (Rockwell-Härte »C«). Die Walzen werden dann einer letzten Temperung unterworfen, die von ihrem vorgesehenen Einsatz in der Walzstraße, beispielsweise in einem Vorwalzgerüst in einem Zwischenwalzgerüst oder einem Fertigwalzgerüst, abhängt Nach der letzten Temperung werden die Walzen in ruhender Luft auf Raumtemperatur abgekühlt

Bei dieser Temperung werden die Arbeitswalzen für die verschiedenen Stufen der Walzstraße unterschiedlichen Wärmebehandlungen unterworfen, um sie den unterschiedlichen Walzbedingungen anzupassen, denen sie beim Walzen des heißen Walzgutes ausgesetzt sind. Beispielsweise werden die Arbeitswalzen fü: die Fertigwalzgerüste so behandelt, daß sie eine größere Härte als diejenigen für die Vorwalzgerüste und die Zwischenwalzgerüste erhalten, damit sie im Hinblick auf die größere Relativgeschwindigkeit zwischen dem Walzgut und den Walzen eine höhere Verschleißfestigkeit erhalten. Im Gegensatz hierzu werden die Walzen für die Vorwalzgerüste einer schwächeren Temperung unterzogen als diejenigen für die Zwischenwalzgerüste und die Fertigwalzgerüste, um eine größere Zähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen thermische Rißbildung infolge der höheren Temperatur des Walzgutes in den Vorwalzgerüsten zu erhalten.

Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung bessert wie festgestellt wurde, wesentlich die Gleichförmigkeit der Nutzungsdauer der Walzen in den verschiedenen Abschnitten der Walzstraße, und die dichte Oxidschicht auf der Arbeitsfläche der Walzen führt zu einer weiteren Verminderung der Häufigkeit einer Stillsetzung zum Zwecke eines Walzenwechsels. Ein weiterer Vorteil der Oxidschient insbesondere im Hinblick auf die Verschleißfestigkeit der Walzen in den Fertigwalzgerüsten, besteht darin, daß der Schlupf zwischen den Walzen und dem Walzgut in der Nähe von 5% oder darunter gehalten werden kann.

Eine Walzstraße, die mit in dieser Weise hergestellten Walzen ausgerüstet ist, hat aufeinanderfolgende Walzgerüste, deren Walzen eine zunehmende Härte aufweisen, um der zunehmenden Verschleißbeanspruchung infolge der zunehmenden Geschwindigkeit zu widerstehen, mit dem das Walzgut vom ersten Vorwalzgerüst zum letzten Fertigwalzgerüst durchläuft. Außerdem haben die Walzen der Vorwalzgerüste eine größere Zähigkeit, um den thermischen Einflüssen der höheren Temperatur des Walzgutes beim Einlauf in die Walzstraße zu widerstehen. Da jede Stufe der Walzstraße speziell an die besonderen Walzbedingungen angepaßt ist, erreicht man eine bessere Gleichförmigkeit der Standzeit der Walzen. Vorteilhafterweise können daher bei einem notwendig werdenden Walzenwechsel im allgemeinen Walzen aller Stufen ausgewechselt werden, so daß die Häufigkeit der Stillsetzung des Walzwerkes vermindert wird.

Zusätzlich wird die Gesamtstandzeit aller Walzen dT Walzstraße durch die Oxidschicht vergrößert, welche sich bei der Wärmebehandlung bildet. Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildete Oxidschicht ist im allgemeinen weniger als 0,025 mm dick. Allerdings können größere Schichtdicken eine entsprechende Verbesserung der Nutzungsdauer der Waken ergeben. Vermutlich ist die vergrößerte Nutzungsdauer der Walze auf die vergrößerte Verschleißfestigkeit der Oxidschicht zurückzuführen, die reich an Cr₂O3 ist, sowie zusätzlich auf den Isolierungseffekt der Oxidschicht dei den Wärmeübergang vom Walzgut auf das Walzenmaterial reduziert und dadurch im wesentlichen die thermische Rißbildung, insbesondere der Walzen in den Vorwalzgerüsten, verhindert Weiterhin ist anzunehmen, daß das verhältnismäßig grobe Korn der Oxidschicht eine bessere Schmierung aufrechterhält, als dies die geschliffene oder feinpolierte Walzenoberfläche bei den bekannten Arbeitswalzen für Nichteisenmetalle kann. Ferner sind die erfindungsgemäßen Arbeitswalzen nicht mit den eingangs genannten Problemen behaftet, die beim Anfahren des Walzwerks und beim Einführen des Walzgutes bei den polierten Walzen auftreten, weil die Oxidschicht die Walzen griffiger macht

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert

Der Walzenmantel einer Arbeitswalze wird aus einem geschmiedeten Chrom-Molybdän-Stahl hergestellt, dessen Chromgehalt im Bereich von etwa 4,5 bis 6 Gewichtsprozenten liegt, wie zum Beispiel AISI H-13 (ASM 521)-Stahl oder einem anderen, niedrig legierten Stahl.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die als Walzenmantel dienenden Hohlzylinder aus dem geschmiedeten Walzenmaterial zunächst spanabhebend bearbeitet, um den Walzen ihre endgültige Größe zu geben, beispielsweise einen Durchmesser von 30 cm bis 50 cm für den Einsatz in Vorwalzgerüsten und einen Durchmesser von etwa 20 cm für den Einsatz in den Zwischenwalzgerüsten und Fertigwalzgerüsten eines konventionellen Walzwerks. Danach werden die Walzen in einen vorgeheizten Ofen eingebracht in dem eine freie Luftzirkulation im Bereich der Arbeitsflächen der Walzen möglich ist. Die Walzen werden in diesem Ofen auf eine Temperatur von etwa 750⁰C erwärmt und auf dieser Temperatur etwa 2 Stunden gehalten, um sicherzustellen, daß im gesamten Walzenmaterial eine gleichmäßige Temperatur vorhanden ist.

Nach dieser Vorerwärmung werden die warmen Walzen in einen Ofen mit kontrollierter Atmosphäre gebracht, der auf eine Temperatur von 1050°C eingeregelt ist. Der Taupunkt wird zwischen etwa 3,3°C und 7,8°C gehalten. Die bevorzugte Ofenatmosphäre enthält, auf trockener Basis, etwa 40% Wasserstoff, 20% Kohlenmonoxid, 40% Stickstoff, wobei alle Prozentzahlen Volumenprozente bedeuten. Die Ofenatmosphäre wird in dem oben genannten Taupunktbereich während der Erwärmung der Walzen gehalten. Nachdem die Temperatur der Walzen 1050⁰C überall erreicht hat, werden die Walzen auf dieser Temperatur für etwa eine halbe Stunde gehalten und dann dem Ofen entnommen. Nun werden sie in Luft auf eine Temperatur von etwa 65° C bis Raumtemperatur abgekühlt. Während dieser Abkühlung werden die Walzen in einem eine gegenseitige Berührung vermeidenden Abstand voneinander gehalten. Ist eine schnellere Abkühlung erwünscht, dann können die Walzen mit Luft beblasen werden, um sie auf einen Temperaturbereich von etwa 370⁰C bis 400⁰C abzukühlen. Di° weitere Abkühlung auf etwa 65°C erfolgt dann in ruhiger Luft. Im Laufe der vorstehend beschriebenen Wärmebehandlung werden die Arbeitswalzen mit einer dichten, fest anhaftenden Oxidschicht versehen, welche dazu dient, die Walzen pepen

einwirkung zu schützen, denen sie im Walzwerk ausgesetzt sind.

Anschließend werden die Walzen in einen Ofen gebracht und in diesem für zwei Stunden bei einer Temperatur von 550⁰C getempert. Danach erfolgt die Abkühlung in Luft auf Raumtemperatur. Die Härte der Walzen nach dieser Wärmebehandlung beträgt etwa 55 HRC. Nun werden die Walzen einem letzten Temperungsprozeß unterworfen, der verschieden ist entsprechend dem beabsichtigten Einsatz der Walzen im Walzwerk. Die Walzen mit dem größeren Durchmesser für die Vorwalzgerüste, also beispielsweise die Walzen mit einem Durchmesser von 460 mm, werden für etwa zwei Stunden auf einer Temperatur von etwa 620°C gehalten, um eine endgültige Oberflächenhärte von etwa 43 bis 49 is HRC zu Erreichen. Die Walzen für die Zwischenwalzgerüste werden für etwa zwei Stunden auf einer Temperaiur von etwa 566°C gehalten, um eine endgültige Oberflächenhärte von etwa 49 bis 52 HRC zu erreichen. Die Walzen für die Fertigwalzgerüste werden für zwei Stunden auf einer Temperatur von etwa 552°C gehalten. Man erreicht dann eine endgültige Oberflächenhärte von mindenstens 52 HRC. Nach der letzten Temperung werden die Walzen in ruhender Luft auf Raumtemperatur abgekühlt.

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Claims

Patentansprüche:

to

Arbeitswalze zurr: Warmwalzen »on Nichteisenmeullen, bei der mindestens der Walzenmantel im Bereich der Arbeitsfläche aus einer StahHegierung mit einem Chromgehak von etwa 4,5 bis 6% besieht dadurch gekennzeichnet daß die Arbeitsnäche der Walze eine dichte, fest anhaftende Oxidschicht aufweist
2. Arbeitswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Oxidschicht ein Oxid einer als Walzenmantel vorgesehenen Stahlleg.erung mit einem Chromgehalt zwischen etwa 5.0 und 55%, hl

Arbeitswalze nach Anspruch 1 oder % dadurch is gekennzeichnet daß die Oxidschicht ein Oxid einer als Walzenmantel vorgesehenen Legierung ist die im wesentlichen folgende Zusammensetzung hat: