DE3116227C2

DE3116227C2 - Verbundguß-Arbeitswalze und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Publication number: DE3116227C2
Application number: DE19813116227
Authority: DE
Inventors: Takashi Sakai Osaka Hashimoto; Yoshihiro Nishinomiya Hyogo Nakagawa; Shiro Ashiya Hyogo Nakamura
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1981-04-23
Filing date: 1981-04-23
Publication date: 1983-12-01
Also published as: DE3116227A1

Abstract

Es werden eine Arbeitswalze, die zwischen einer Außenschicht aus Gußeisen, das 20 bis 25 Gew.-% Cr enthält, und dem Kern aus einem duktilen Gußeisen, das weniger als 1,5 Gew.-% Cr enthält, eine Zwischenschicht aus Gußeisen aufweist, die 5 bis 10 Gew.-% Cr enthält und im metallurgischen Sinne integral mit der Außenschicht und dem Kern vereinigt ist, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben. Diese Arbeitswalze mit hohem Chromgehalt wird erfindungsgemäß dadurch hergestellt, daß man die Außenschicht durch Vergießen der Metllschmelze in die sich drehende Form einer Schleudergußvorrichtung bildet, die Zwischenschicht bildet durch Eingießen einer Metallschmelze zur Bildung eines Gußeisens mit einem Chromgehalt von weniger als 1,0 Gew.-% in die Form, bevor die innere Oberfläche der Außenschicht sich verfestigt hat, und schließlich Ausbilden des Kerns durch Vergießen der Metallschmelze zur Bildung eines duktilen Gußeisenkerns in der Form, wobei die Zwischenschicht die Diffusion des Chroms von der Außenschicht in den Kern weitgehend verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundguß-Arbeltswalze gemäß Oberbegriff des; Hauptanspruchs, die einen hohen Chromgehalt aufweist, durch ein Schleudergußverfahren hergestellt 1st und Insbesondere eine hohe Beständigkeit gegen Abnützung und Oberflächenaufrauhung und eine hohe Bruchsicherheit aufweist und als Fertigwalze für Warmbandstraßen, Kaltbandsiraßen und Warmnachwalzwerke verwendet werden kann, sowie ein Verfahren zu Ihrer Herstellung.

Wie bereits bekannt ist, müssen Fertigwalzen, die für das Warmwalzen, Kaltwalzen oder dergleichen eingesetzt ίο werden, die folgenden Eigenschaften aufweisen:

1) Abnützungsbeständigkeit

Dies ist eine wichtige Eigenschaft, die die Oberflächenelgenschaften und die Genauigkeit der Dicke des gewalzten Blechs beeinflußt.

2) Bruchsicherheit

Die Arbeltswalze muß eine ausreichende Zähigkeit besitzen, um unnormalen Walzzuständen widerstehen zu können.

3) Beständigkeit gegen Oberflächenaufrauhung

Da die Eigenschaften der Waizenoberfläche einen starken Einfluß auf die Qualität des gewalzten Produkts ausübt, Ist eine Beständigkeit gegen die Oberflächonaufrauhung erforderlich.

Als Materlallen, mit denen die oben angesprochenen drei Eigenschaften erfüllt werden können, kommen Stahladamlt, Schalenhartguß, duktiles Material, Hartguß, Stahlguß oder geschmiedeter und abgestreckter Stahl In Frage und finden vielseitige Anwendung, besitzen jedoch Ihre Vorteile und Nachtelle, so daß sie als Fertigwalzen für Bandstraßen und dergleichen nicht vollständig zu befriedigen vermögen.

Somit sind beispielsweise Stahladamlt und Schalenhartguß, bei denen freier Zementlt In großen Mengen auskristallisiert Ist, problematisch Im Hinblick auf ihre Beständigkeit gegen die Oberflächenaufrauhung und Ihre Zähigkeit. Bei Stahlgußsorten, bei denen Graphit auskrlstalllslert, ergibt sich mit der Zelt ein Herausfallen der Graphlttellchen, was zu einer Aufrauhung der Oberfläche

"to führt. Als Gegenmaßnahme dazu kann man eine gleichmäßige Dispersion von harten Carbiden In dem Material bewirken. Zu diesem Zweck l.st es ratsam, die Walze aus einem Material zu fertigen, dessen Beständigkeit gegen die Oberflächenaufrauhung und die Abnützungsbeständlgkelt durch die Steigerung d«s Chromgehalts verbessert werden können. Um mit dem gleichen Material jedoch eine hohe Härte zu erreichen, Ist es notwendig, hohe Innere Restspannungen zu erzeugen, was die Herstellung der Walze erschwert. Andererseits 1st es bekannt, Verbundgußwalzen zu verwenden, bei denen der Mantel und der Kern aus unterschiedlichen Materlallen bestehen.

Eine solche Verbundgußwalze wird Im allgemeinen Im Schleudergießverfahren hergestellt.

Wenn bei der oben angesprochenen Verbundgußwalze ein Material mit einem hohen Chromgehalt für den Mantel und Stahl für den Kern verwendet werden, ergibt sich keine wesentliche Verschlechterung der Zähigkeit des Materials, selbst wenn sich bei einem Kern mit einem hohen Chromgehalt eine Diffusion des Chroms von der Inneren Oberfläche des Mantels In den Kern ergibt. Bei der Herstellung des Stahlkerns muß jedoch der Zusatz zur Verhinderung von Schrumpflöchern In dem Kernmaterlal gesteigert werden, was zu nohen Kosten führt, wobei dieses Material wegen seines hohen Elastlzltätsmoduls Im Hinblick auf die thermischen Spannungen und die Restspannung nachteilig Ist. Zur Verminderung der Zugabemenge und zur Absenkung des Elastizitätsmoduls des Kerns, d. h. zur Erniedrigung der thermischen Span-

nungen und der Restspannungen, sollte der Kern vorzugsweise aus Gußeisen gebildet werden, was jedoch den Nachteil hat, daß beim Aufschmelzen des Chroms in dem Mantelmaterial und seiner Diffusion In den Kern das Kernmaterial sehr spröde wird, so daß dei Vorteil des "> Verbundaufbaus verlorengeht. Wenn jedoch ein Material mit hohem Chromgehalt als Mantelmaterial verwendet wird, bildet sich an der inneren Oberfläche des Mantels ein Oxidfilm mit hohem Schmelzpunkt, was zu einer verschlechterten Verschweißbarkelt des Material» führt. m

Aus der DE-AS 19 37 974 ist bereits eine Verbundgußwalze mit einem Mantel, einem Kern und einem Trennwandteil bekannt, deren Mantel aus hochlegiertem Stahlguß bestehen kann, der aus 0,2 bis 2,6% C, nicht mehr als 3% Sl, nicht mehr als 3% Mn, nicht mehr als 3% Nl, 3 bis 20% Cr, nicht mehr als 3% Mo, Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen zusammengesetzt sein kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verbundguß-Arbeltswalze der eingang·, angegebenen Gattung mit hohem Chromgehalt derart zu verbessern, daß sie ausgezeichnete Abnützungseigenschaften, eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Oberflächenaufrauhung, gute Bruchfestigkeitselgep.schaften besitzt und als Fertigwalze für Warm Walzwerke und Kaltwalzwerke eingesetzt werden kann, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale der Verbundguß-Arbeltswalze gemäß Hauptanspruch, ill

Gegenstand der Erfindung Ist daher die Verbundguß-Arbeltswalze gemäß Hauptanspruch. Die Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausführungsformen dieser Verbundguß-Arbeltswalze sowie ein Verfahren zu Ihrer Herstellung. js

Die Erfindung sei Im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Flg. 1 eine In der Mittelachse verlaufende Tellschnlttanslcht der erfindungsgemäßen Arbeltswalze und

Flg. 2 eine Querschnittsansicht der In der Flg. 1 dargestellten Arbeltswalze längs der Linie A-A.

Die Außenschicht der erfindungsgemäßen Arbeltswalze mit hohem Chromgehalt besitzt vorzugsweise eine Härte von 70 bis 80 Hs (Shore-Härte). Die Bestandteile dieser Außenschicht und Ihre Mengenverhältnisse werden Im folgenden näher erläutert.

Der Kohlenstoffgehalt wird durch die Carbldmenge bestimmt, die das Material aufweisen muß und durch das Gleichgewicht mit Chrom, das Innerhalb des Bereichs Hegen muß, In dem sich stabile Carbide des Typs (Fe, Cr)-C₃ bilden können. Wenn der Kohlenstoffgehalt weniger als 2,0% beträgt, ist die gebildete Carbldmenge gering, was zu einer verminderten Abnützungsbeständigkeit führt, während bei einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 3,2% sich eine zu große Carbldmenge bildet, was zu einer Verschlechterung der mechanischen Festigkeit führt. Demzufolge liegt der Kohlenstoffgehalt im Bereich von 2,0 bis 3,2%.

Silicium wird zur Desoxidation der Metallschmelze verwendet. Bei einem Gehalt von weniger als 0,5% kann dieser Effekt jedoch nicht erreicht werden. Wenn Silicium In einer Menge von mehr als 1,5% enthalten Ist, ergibt sich eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften oder ein Anstieg der Umwandlungstemperatur von α-Elsen In y-Elsen, so daß sich Schwierigkeiten bei der Umwandlung In y-Elsen ergeben und es dadurch schwierig wird, eine hohe Härte zu erreichen. Aus diesem Grund liegt der Sillciumgehalt Im Bereich von 0,5 bis 1,5%.

Die Menge des Mangans, das neben Silicium ebenfalls die Desoxidation unterstützt, muß mindestens 0,5% betragen. Wenn sie weniger als 0,5% beträgt, ergibt sich kein ausreichender Desoxidationseffekt, während bei Anwendung einer Menge von mehr als 1,5% sich die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Zähigkeit, deutlich verschlechtern. Demzufolge beträgt der Mangangehalt 0,5 bis 1,5%.

Im Hinblick auf den Phosphorgehalt 1st zu sagen, je niedriger dieser Hegt, desto besser ist es Im Hinblick auf die Versprödung des Materials, so daß der Phosphorgehalt weniger als 0,08% beträgt.

Auch im Hinblick auf den Schwefelgehalt 1st ein geringerer Gehalt erwünscht, da Schwefel ebenso wie Phosphor zu einer Versprödung des Walzenmaterials führt. Der Schwefelgehalt beträgt daher weniger als 0,06%.

Nickel Ist zur positiven Einstellung der Härte oder zur Verbesserung des Abschreckverhaltens enthalten. Wenn sein Gehalt weniger als 1,0% beträgt, wird kein Effekt erzielt, während bei einem Gehalt von mehr als 2% der Restaustenitgehalt ansteigt, so daß es schwierig wird, die Härte zu erhöhen. Inbesondere zur Erzielung einer Härte Im Bereich von 70 bis 80 Hs liegt der Nickelgehalt im Bereich von 1,0 bis 2,0%.

Chrom dient zur Verbesserung der Zähigkeit und der Abnützungsbeständigkeit. Wenn sein Gehalt weniger als 10% beträgt, kristallisiert eine große Menge von Carbiden des Typs M₃C aus. Als Ergebnis davon ergibt sich eine Verschlechterung der Zähigkeit und eine Verfeinerung und Vergleichmäßigung der Carbide kann nicht erreicht werden. Wenn der Chromgehall mehr als 25% beträgt, nimmt die Menge von Carbiden des Typs M₂₃C₆ zu. Diese Carbide, die im Vergleich zu Carbiden des Typs M₇C₃ eine geringe Härte aufweisen, führen zu keiner angemessenen Abnützungsbeständigkeit. Demzufolge beträgt der Chromgehalt 10 bis 25%.

Molybdän führt nicht nur zu einer Steigerung der Beständigkeit gegen Abschrecken und Anlassen, sondern fördert auch die Beständigkeit gegen die Erweichung beim Anlassen, während gleichzeitig die Härte der Carbide durch Eindringen dieses Metalls erhöht wird. Dieser Effekt kann nicht erreicht werden, wenn der Molybdängehalt weniger als 0,5% beträgt. Andererseits ergibt sich bei einem Molybdängehalt von mehr als 1,5% eine zu große Härte, die oberhalb von 80 Hs liegt. Demzufolge liegt der Molybdängehalt Im Bereich von 0,5 bis 1,5%.

Niob dient zur Verfeinerung der Gießstruktur und stellt einen wünschenswerten Zusatz dar, wenngleich die erflndungsgemäße Walze auch ohne diesen Bestandteil gebildet werden kann. Der Niobgehalt fördert die Ausfällungshärtung, wodurch sich eine Verbesserung der Abnützungsbeständigkeit ergibt. Insbesondere im Härtebereich von 70 bis 80 Hs Ist dieser Effekt bei Nlobgehalten unter 0,1% deutlich. Wenn der Niobgehalt größer als 1,0% ist. erreicht dieser Effekt einen Sättigungswert und es ergeben sich hohe Kosten. Demzufolge liegt der Niobgehalt unterhalb 1,0%.

Vanadium wird für einen ähnlichen Zweck zugesetzt wie Niob. Die Zugabe 1st erwünscht, wenngleich die erfindungsgemäße Walze auch ohne die Zugabe von Vanadium hergestellt werden kann. Zur Erzielung einer Härte Im Bereich von 70 bis 80 Hs genügt ein Vanadlumgehau von weniger als 1,0%. Wenn der Gehalt dieses Materials größer Ist als 1,0% steigt die Menge von Vanadiumcarblden, währenddem die Menge der Chromcarblde proportional absinkt, was demzufolge zu einer ver-

rlngerten AbnUtzungsbesländigkeU führt. Demzufolge beträgt der Vanadiumgehalt weniger als 1,Ov

Bei der obigen Erläuterung sind die angegebenen Bestandteile Im Hinblick auf die Härte Im Bereich von 70 bis 80 Hs ausgewählt. Dieser bevorzugte Bereich ergibt s sich aus folgenden Gründen: Im allgemeinen Ist die Abnützungsbestdndlgkelt der Fertigwalze für das Warmwalzen und das Kaltwalzen eng verbunden mit der Härte. Somit lassen bei Härten unterhalb 70 Hs die Beständigkeit gegen Oberfiächenaufrauhung und die Abnützungs- to beständlgkelt stark nach, während die Bruchfestigkeit und die Beständlgkelt gegen Rlßblldung deutlich nachlassen, wenn die Härte oberhalb 80 Hs als Grenzwert liegt was eine Folge der lokalen Aufheizung der Walze bei unnormalen Walzbedingungen Ist. Demzufolge sollte t:> zur Sicherstellung einer hohen Beständigkell gegen die Oberfiächenaufrauhung, einer hohen Abnützungsbeständigkeit, einer großen Bruchfestigkeit und einer Beständigkeit gegen Rlßblldung die Härte für Arbeitswalzen mit hohem Chromgehalt vorzugsweise Im Bereich von 70 bis 80 Hs (Shore-Härte) liegen.

Im folgenden selen die Bestandteile und die Mengenverhältnisse des Kernmaterials der erfindungsgemäßen Verbundguß-Arbeitswalze näher erläutert:

Das Einmischen von Chrom aus der Außenschicht in das Kernmaterial wird durch das Anordnen der Zwischenschicht deutlich verringert Im Vergleich zu einer Walze ohne Zwischenschicht, wenngleich es nicht möglich ist, das Einmischen von Chrom vollständig zu unterbinden. Wegen der Diffusion des Chroms von der Außenschicht steigt der Chromgehalt des Kernmaterials um etwa 0,5 bis 1,0% an. Die chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften des Kernmaterials müssen daher unter Berücksichtigung dieser Zunahme des Chromgehalts ausgewählt werden.

Kohlenstoff wird zur Steigerung der Zähigkeit und der Festigkeit zugesetzt. Bei einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 3,0 % verläuft das Abschrecken des Materials weiter, was zu einer deutlichen Verringerung der Zähigkeit des Kerns führt. Wenn der Kohlenstoff In einer Menge von mehr als 3,8 % vorhanden Ist, erfolgt eine übermäßig starke Graphitbiidung. Hierdurch wird nicht nur die Festigkeit des Kerns beeinträchtigt, sondern das Kernmaterial besitzt eine geringe Härte und unterliegt bei der Anwendung einer merklichen Oberflächenaufrauhung. Demzufolge beträgt der Kohlenstoffgehalt 3,0 bis 3,8%.

Wenn der Slliclumgehalt weniger als 2,3% beträgt, ergibt sich keine gute Graphitlsierung und es fällt kaum Zementit aus, während bei einem Slliclumgehalt von mehr als 3,0% die Graphitbildung gefördert wird, was zu einer verminderten Fesu°ke!t führt Dsmzufol°e Üe"t der Slliclumgehalt im Bereich von 2,3 bis 3,0%.

Mangan beseitigt die schädlichen Effekte des Schwefels durch Abbinden des Schwefels unter Bildung von MnS. Wenn der Mangangehalt weniger als 0,3% beträgt, läßt sich dieser Effekt nicht erreichen. Andererseits führt ein Mangangehalt von mehr als 1,0% zu einer Verschlechterung des Materials statt zu einer Aufhebung der schädlichen Effekte des Schwefels. Demzufolge beträgt der Mangangehalt 0,3 bis 1,0%.

Phosphor steigert die Fluldität der Metallschmelze, macht das Material jedoch spröde und sollte daher in geringeren Mengen enthalten sein. Damit Hegt der Phosphorgehalt unterhalb 0,1%.

Da Schwefel ebenso wie Phosphor das Material versprödet, ist ein möglichst geringer Schwefelgehalt In dem Material günstig. Da das Kernmaterial ein duktiles Gußelsen Ist. vereinigt sich Magnesium mit Schwefel zu MgS, wodurch der Schwefelgehalt verringert wird. Damit der Graphit In Kugelform ausfällt, sollte der Schwefelgehalt jedoch niedrig sein. Demzufolge beträgt der Schwefelgehalt weniger als 0,02%.

Nickel ist zum Stabilisieren des Graphits enthalten, wobei sich bei einem Nickelgehalt von mehr als 2,0% keine weitere Verbesserung des Effekts erreichen läßt. Der Nickelgehalt beträgt demzufolge weniger als 2,0%.

Da die Außenschicht einen hohen Chromgehalt aufweist, Ist ein gewisses Einmischen des Chroms In das Kernmaterial unvermeidbar trotz der erfindungsgemäßen Zwischenschicht. Je niedriger der Chromgehalt des Materials ist, um so besser, wobei jedoch Im Hinblick auf die Ausfällung des Graphits zur Erzielung des Gleichgewichts mit Silicium der Chromgehalt vorzugsweise weniger als 1,5% betragen sollte. Wenn der Chromgehalt höher als 1,5'*. Ist, ergibt sich eine Zunahme des Zementlts In dem Material und damit eine Verringerung der Zähigkeit. Demzufolge liegt der Chromgehalt unterhalb 1,5%.

Molybdän Ist ein erwünschtes Element, da es die Kristallisation von Graphit verhindert. Ein zu hoher Gehalt dieses Elements führt jedoch zu einer zu großen Härte, so daß der Molybdängehalt weniger als 1,0% beträgt.

Magnesium ist ein Element, das zur Bildung von Kugelgraphit (globulärem Graphit) notwendig Ist. Wenn sein Gehalt jedoch weniger als 0,02% beträgt, ergibt sich keine ausreichende Kugelformbildung, so daß das Material nicht ausreichend zäh und duktil ist. Ein Magnesiumgehalt von mehr als 0,1% 1st wegen des Abschreckeffekts und wegen der Tatsache unerwünscht, daß es als Schlacke In dem Produkt enthalten Ist. Demzufolge beträgt der Magnesiumgehalt 0.02 bis 0.1%.

Chrom, Nickel und Molybdän sind unvermeidbar auch dann In dem Material enthalten, wenn sie nicht gezielt zugesetzt worden sind. Die erfindungsgemäße Lehre ist daher auch ohne die Zugabe dieser Bestandteile durchführbar.

Im folgenden seien die Bestandteile und Ihre Mengenverhältnisse der Zwischenschicht der erfindungsgemäßen Verbundguß-Arbeitswalze mit hohem Chromgehalt näher erläutert.

Diese Zwischenschicht dient dazu, die Diffusion des Chroms von der Außenschlchi in das Kernmaieriai zu verhindern, da hierdurch die Zähigkeit des Kernmaterials vermindert würde.

Kohlenstoff dient zu einer Verbesserung der Zähigkeit und der Festigkeit der Zwischenschicht. Wenn sich das Chrom der Außenschicht in dem geschmolzenen Metall der Zwischenschicht löst und vollständig und gleichmäßig mit dem geschmolzenen Metall der Zwischenschicht vermischt, ergibt sich ein Chromgehalt von Insgesamt 5 bis 10%. Wenn der Kohlenstoffgehalt weniger als 0,1% beträgt, steigt die Gießtemperatur der Zwischenschicht an, was zur Folge hat, daß die Außenschicht schmilzt, so daß sich eine weitere Steigerung des Chromgehalt ergibt. Dies hat zur Folge, daß die Wirkung der Zwischenschicht als Mittel zur Verhinderung der Diffusion des Chroms in das Kernmaterial verlorengeht. Wenn der Kohlenstoffgehalt höher als 2,5* 1st, steigt die Carbldmenge an, so daß die Zwischenschicht als solche ihre Zähigkeit und Festigkeit verliert und damit auch an Wirkung. Demzufolge beträgt der Kohlenstoffgehalt 1,0 bis 2,5%.

Zum Vergießen der Zwischenschicht 1st ein möglichst niedriger Chromgehalt erwünscht. Damit die chemische Zusammensetzung der Zwischenschicht erreicht wird,

sollte die Metallschmelze In der Gießpfanne einen um 1,0% niedrigeren Chromgehalt aufweisen, was In der Praxis ohne weiteres erreicht werden kann. Die Gesamtmenge von Chrom In der Metallschmelze In der Gießpfanne vor dem Vergießen und der Menge des Chroms, die aus der Außenschicht bei der Bildung der Zwischenschicht Im Verlaufe des Gießvorgangs zugeführt wird, beträgt 5 bis 10%. Dieses Chrom dringt In das Kernmaterial ein und führt zu einer Steigerung des Chromgehalts des Kernmaterials.

Zur Steuerung der Chrommenge In dem Kernmaterlal auf weniger als 1,5% muß die Menge des Chroms In der Zwischenschicht derart gesteuert werden, daß sie bei der Auswahl geeigneter Gießbedingungen im Bereich von 5 bis 10% liegt. Demzufolge beträgt der Chromgehalt 5 bis 10%.

Silicium führt zu einer Desoxidation der Metallschmelze. Bei einem Slllclumgehalt von weniger als 0,5% ergibt sich dieser Effekt nicht, so daß eine Menge von mindestens 0,5% erforderlich Ist. Wenn die Siliciummenge jedoch 1,5% übersteigt, versprödet die Zwischenschicht, was zu einer Verschlechterung Ihrer mechanischen Eigenschaften führt. Daher beträgt der Slllciumgehalt 0,5 bis 1,5%.

Mangan hat einen ähnlichen Effekt wie Silicium und beseitigt darüber hinaus die schädlichen Wirkungen des Schwefels durch Bildung von MnS. Es Ist daher ein Mangangehalt von 0,5% notwendig. Wenn der Mangangehalt mehr als 1,5% beträgt, ergibt sich eine Sättigung des Effekts und eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften. Demzufolge beträgt der Mangangehalt 0,5 bis 1,5%.

Nickel 1st zur Verbesserung der Abschreckeigenschaften und zur Verbesserung der Zähigkeit enthalten. Sein Gehalt erreicht durch Einmischen aus dem Mantelmaterial mehr als 0,3%. Bei einem Gehalt von 1,5% ergibt sich dieser Effekt, ohne daß Probleme auftreten. Wenn die Nickelmenge jedoch 1,5% übersteigt, wird die Abschreckwirkung gefördert, so daß die Matrix zu hart wird, was Im Hinblick auf die Zähigkeit und die Restspannung ein unerwünschtes Ergebnis darstellt.

Molybdän besitzt eine ähnliche Wirkung wie Nickel, wobei ein Molybdängehalt von mehr als 1,0% die Zwischenschicht zu hart macht. Der Molybdängehalt liegt daher unterhalb 1,0%.

Phosphor verbessert die Fluldltät der Metallschmelze, führt jedoch zu einer Verringerung der Zähigkeit des Walzenmaterials. Der Phosphorgehalt liegt daher unterhalb 0,1%.

Ebenso wie Phosphor versprödet Schwefel das Walzenmaterial, so daß der tatsächlich harmlose Schwefelgehalt unterhalb 0,1% liegt.

Nickel und Molybdän sind für die Zwischenschicht erwünschte Elemente, sind jedoch nicht unbedingt notwendig.

Die Zugabe von Titan 1st zur Desoxidation der Metallschmelze erwünscht. Wenn sein Gehalt weniger als 0,01% beträgt, ergibt sich keine Desoxldatlonswlrkung. Bei einem Gehalt von mehr als 1,0% ergibt sich ein peioxldlerter Zustand In der Metallschmelze, was zu einer Verringerung der Fluldltät der Metallschmelze führt. Demzufolge beträgt der Titangehalt 0,01 bis 0,1%. Aluminium und Zirkonium, die normalerweise anstelle von Titan als Desoxidationsmittel verwendet werden, können In Mengen von 0,01 bis 0,1% eingesetzt werden. Mit Titan, Aluminium und Zirkonium erzielt man optimale Ergebnisse bei Anwendungsmengen Im Bereich von 0,03 bis 0,05%.

Die erfindungsgemäße Verbundguß-Arbeltswalze besitzt den oben näher beschriebenen Aufbau. Im folgenden sei Ihre Herstellung näher unter Bezugnahme auf die Flg. 1 und 2 der Zeichnung erläutert.

Nachdem die Metallschmelze zur Bildung der Außenschicht 1 In die an Ihrer Innenoberfläche mit einem hltzebeständlgen Material ausgekleidete und In einer Schleudergießvorrichtung gedrehte Metallform eingegossen worden Ist, wird die Zwischenschicht 2 eingegossen, bevor die Innere Oberfläche der Außenschicht 1 erstarrt Ist. Anschließend, d. h. nachdem die Außenschicht 1 und die Zwischenschicht 2 vollständig erstarrt sind, wird die Form senkrecht gestellt und es wird von oben die Metallschmelze zur Bildung des duktilen Gußeisens des Kerns 3 eingegossen, was zur Folge hat, daß die Außenschicht 1, die Zwischenschicht 2 und der Kern 3 im metallurgischen Sinne vollständig zu einer Integralen Walze vereinigt werden.

Alternativ kann man vor dem vollständigen Erstarren der Außenschicht 1 und der Zwischenschicht 2 den Kern 3 unter Anwendung einer geeigneten Verfahrenswelse gießen unter Anwendung einer Schleudergießvorrichtung, bei der die Drehachse der Form horizontal oder geneigt angeordnet Ist, währenddem ein Teil der Innenoberfläche In erstarrtem Zustand verbleibt.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung. Die hierin angegebenen Prozentzahlen sind stets auf das Gewicht bezogen.

Beispiele

Unter Anwendung der Legierungen der Beispiele 1, 2 und 3, die In der nachstehenden Tabelle aufgeführt sind, stellt man drei Verbundguß-Arbeltswalzen mit einem Manteldurchmesser von 680 mm, einer Mantellänge von 1800 mm und einer Gesamtlänge von 3800 mm her.

(1) Man vergießt eine Metallschmelze mit hohem Chromgehalt bei 1400⁰C In einer auf einer Schleudergleßvorrlchtung angeordneten, sich drehenden Form unter Bildung der Außenschicht mit einer Dicke von 80 mm (2400 kg).

(2) 18 Minuten nach Beginn des Gießvorgangs der Außenschicht gießt man bei 147O⁰C eine Metallschmelze zur Bildung der Zwischenschicht mit einer nirk.e vnn 35 mm (1000 kg) in die sich drehende Form.

(3) 30 Minuten nach Beginn des Gießvorgangs der Außenschicht sind Außenschicht und Zwischenschicht vollständig erstarrt.

(4) Anschließend wird die Form senkrecht gestellt und über die Oberseite die Metallschmelze zur Bildung des duktilen Gußelsenkems bei 138O⁰C eingegossen, worauf nach dem vollständigen Füiien der Form das Gußeisen mit dem Steigtrichter versehen und mit einer Isolierschicht bedeckt wird.

(5) Nach dem vollständigen Auskühlen wird die Walze aus der Form entnommen und durch maschinelle Bearbeitung zu der fertigen Walze weiterverarbeitet.

Die Ergebnisse der Ultraschalluntersuchung und der Bruchuntersuchung des Walzenmantels zeigen, daß die Dicke der Außenschicht nach dem Gießen der Zwischenschicht 60 mm beträgt, daß die Zwischenschicht eine Dicke von 30 bis 35 mm aufweist und sie einen Chromgehalt von 6,0 bis 8,0% besitzt.

Die Außenschicht, die Zwischenschicht und der Kern zeigen sich als vollständig vereinigt, wobei sich die Anzeichen einer strukturellen Kontinuität feststellen lassen.

Die chemischen Zusammensetzungen der Metallschmelzen der Beispiele 1, 2 und 3 zur Bildung der Außenschicht, der Zwischenschicht und des Kerns sind In der nachstehenden Tabelle zusammengestellt.

10

Es Ist darauf hinzuweisen, daß eine geringe Menge Niob und Vanadium während des Gießens von der Außenschicht in die Zwischenschicht übergeht.

Mn P

Nl

Cr

Mo Nb

Ti Mb

Vor dem
~ Vergießen

Fertige
Walze

Außer.schlcht

Zwischenschicht

Kern

Außenschicht

Zwischenschicht

Kern

2,75 0,69 1,10

1,63 0,68 0,98

3,49 2,63 0,35

2,75 0,69 1,10

1,90 0,68 1,01

3,42 2,61 0,39

0,032 0,020 1.55 14.20 1.30

0,030 0,021 0,43 0,09 0,06

0,033 0,009 0,44 0,12 0,05

0,032 0,020 1,55 14,20 1,30

0,031 0,021 0,76 5,32 0,30

0,033 0,010 0,57 0,87 0,06

0,042 —

— 0.072

0.030 —

— 0.069

Vor dem
Vergießen

«5 Fertige
Walze

Außenschicht

Zwischenschicht

Kern

Außenschicht

Zwischenschicht

Kern

2,81 0,75 0,89

1,75 0,76 0,92

3,42 2,85 0,65

2,81 0,75 0,89

2,08 0,76 0,91

3,35 2,68 0,72

0,040 0,030 1,25
0,027 0,030 0,52
0,065 0,010 0.65

0,040 0,030 1,25
0,032 0,030 0.85
0,060 0.010 0.67

18,62 0,86 0,35

0,12 0,30 —

0.29 0,15 —

18,62 0,86 0.35

6,8 0.42 0.08

0,95 0.17 -

0.20

0.07 — — 0.06

0.20 — — 0.03 0.058 — — — 0.058

Vor dem
<*> Vergießen

■Ζ Fertige

Walze

Außenschicht

Zwischenschicht

Kern

Außenschicht

Zwischenschicht

Kern

2,92 0,89 0,99

2,23 0,92 0,95

3,56 2,93 0,46

2,92 0,89 0,99

2,41 0,90 0,97

3,49 2,76 0,55

0,028 0,042 1,09
0,021 0,044 0,06
0,066 0,002 0,06

0,028 0,042 1.09
0,025 0.043 0,32
0,070 0,009 0.09

19.55 0.56 0.16

0,35 0,25 —

0,09 0,03 —

19,55 0.56 0.16

7.21 0.35 0.03

0.59 0,09 —

0.10 — —

— 0.066 —

— - 0.055

0.10 — —

0.02 0.055 —

— — 0.051

Im folgenden selen die optimalen Ergebnisse verdeutlicht, die mit der erfindungsgemäßen Verbundguß-Arbeltswalze erreicht werden können.

Dabei wird eine Walze der In dem obigen Beispiel beschriebenen chemischen Zusammensetzung als Arbeitswalze In einer Warmwalzanlage verwendet. Die Walzuntersuchungen zeigen eine ausgezeichnete Abnützungsbeständigkeit beim Walzen von Malerlallen mit hohem Kohlenstoffgehalt, die gegen eine Deformation sehr beständig sind.

Walzung mit herkömmlichen Walzen, Verbrauch pro Zyklus:

Walzung mit herkömmlichen Walzen, mittlere Abnutzungsrate pro Zyklus beim Abnützen der verbrauchten Walzenoberfläche:

Walzur.g mit der
Walze, Verbrauch ρ:Ό Zyklus:
Beispiel 1

0,21 mm

0.35 mm

0,16 mm

j5 Beispiel 2 0,14 mm

Beispiel 3 0,15 mm

Walzung mit der erfindungsgemäßen Walze, mittlere Abnützungsrate pro Zyklus beim Abnützen der verbrauchten Walzenoberfläche:

Beispiel 1 0,26 mm

Rolcnlol 7 O Ti m™

*"""

Beispiel 3 0.24 mm

Im Hinblick auf die Oberflächenaufrauhung ist auch bei unnormalen Walzvorgängen keinerlei Oberflächenaufrauhung festzustellen. Die Walze kann ohne Störungen und mit zufriedenstellenden Ergebnissen angewandt werden, bis sie auf Ihren Enddurchmesser verringert ist (die Tiefe der Oberflächenabnützung von 40 mm).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verbundguß-Arbeltswalze mit einer Außenschicht bestehend aus einer Gußelsenleglerung aus

2,0 bis 3,2% C,
0,5 bis 1,5% Sl,
0,5 bis 1,5% Mn,
weniger als 0,08% P,
weniger als 0,06% S,
I₁ObIs 2,0% M,
10 bis 25* Cr..
0,5 bis 1,5% Mo,
0 bis weniger als 1,0% Nb,
0 bis weniger als 1,0% V,

Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen, einer Zwischenschicht und einem Kern, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (2) aus einer Gußelsenlegierung aus

1,0 bis 2,5% C,
0,5 bis 1,5% Si,
0,5 bis 1,5% Mn,
weniger als 1,5% Nl,
5 bis 10% Cr,

0 bis weniger als 1,0% Mo,
Rest Elsen und herstellungsbedingte Verunreinigungen,

und der Kern (3) aus einer Legierung aus

3,0 bis 3,8% C,
2,3 bis 3,0% SI,
0,3 bis 1,0% WIn,
weniger als 0,11% P,
weniger als 0,02% S,
0 bis weniger als 2,0% Nl,
0 bis weniger als !,5% Cr,
0 bis weniger als 1,0% Mo,
0,02 bis 0,1% Mg,

Rest Elsen und hersteliungsbedlngte Verunreinigungen

bestehen und die drei Schichten Im metallurgischen Sinne Integral miteinander vereinigt sind.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Außenschicht 70 bis 80 Hs (Shore-Härte) beträgt.

3. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht 0,01 bis 0,1% Tl enthält.

4. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht 0,01 bis 0,1% Al enthält.

5. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht 0,01 bis 0,1% Zr enthält.

6. Verfahren zur Herstellung der Verbundguß-Arbeltswalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche Im Schleudergußverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Erstarrung der Innenoberfläche der Außenschicht die Zwischenschicht gegossen wird und nachdem die Außenschicht und die Zwischenschicht vollständig erstarrt sind, der Kern gegossen wird.