DE3339582A1 - Warmwalze fuer walzwerke mit hoher geschwindigkeit - Google Patents

Description

Warmwalze für Walzwerke mit hoher Geschwindigkeit

Die vorliegende Erfindung betrifft Warmwalzen in Walzwerken mit hoher Geschwindigkeit, wobei diese Warmwalzen ungewöhnlich gute Eigenschaften, besonders im Hinblick auf die Oxidationsbeständigkeit haben. Diese Tatsache bedeutet ihrerseits eine hohe Qualität des gewalzten Materials sowie eine bessere Lebensdauer der Walze. Speziell betrifft die Erfindung die Verwendung von Sinterkarbidmaterial bzw. Hartmetall mit großen Mengen jener Karbidtypen, die bisher als unmöglich für die Verwendung in Warmwalzen angesehen wurden. Diese Karbide sind vom kubischen Karbidtyp, wie TiC, TaC, NbC und andere, vorzugsweise TiC. Eine Binderphase, die aus einer Kombination von Co und Ni besteht und die durch den TiC-Gehalt bestimmt wird, ist erforderlich, um die überraschenden Ergebnisse zu erzielen.

in Verbindung mit der Erzeugung des Sinterkarbids gab es verschiedene Vorschläge zur Verwendung von Sinderkarbid in Warmwalzen. Besonders Kaltwalzen aus Sinterkarbid brachten in großem Maßstab einigen Erfolg. Dies ergibt sich aus verschiedenen Patenten, wie der US-PS 2 313 227. Wegen der großen Größe von Warmwalzen und dem'hohen Preis von Sinterkarbid hatten Warmwalzen aus Sinterkarbid bzw. Hartmetall anfangs keinen industriellen -Erfolg. Bei Beginn der 60iger Jahre jedoch wurde das erste Walzwerk konstruiert, in welchem die Größe der Walze stark vermindert wurde und die Bedingungen der Verwendung so ausgelegt wurden, daß Sinterkarbid als Warmwalzenmaterial in technisch wirtschaftlicher Hinsicht besser wurde. Als das erste Walzwerk mit höhor Geschwindigkeit zum Walzen von Draht in einem kanadischen Stahlwerk 1966 in Betrieb genommen wurde, begann man, Sin-

terkarbid-Hartmetall als ein Warmwalzenmaterial in industriellem Maßstab zu verwenden. Heute gibt es auch einige andere Typen von Walzwerken mit hoher Geschwindigkeit.

Während der Anfangsstufe wurden verschiedene Sinterkarbidqualitäten, die im wesentlichen zum WC-Co-Typ, aber auch zum Typ WC-Co mit einem Gehalt kubischer Karbide gehörten, getestet. Wegen der Erfordernisse hoher Festigkeit (Walzenbrüche waren das größte Problem) fand man, daß WC-Co-Sorten mit einem Binderphasengehalt von 15 % und mehr geeignet waren.

Nach 1966 wurden die Walzen mehrmals hauptsächlich in Rich- IQ tung auf höhere Bruchbeständigkeit umkonstruiert, was einen Wechsel zu massiveren Ringen von Sinterkarbid bedeutete. Auch die Befestigungseinrichtungen wurden in Richtung auf eine günstigere Beanspruchungsbedingung qualifiziert. Gleichzeitig war es möglich, die Walzengeschwindigkeit von 40 m/s in 1966 auf 75-100 m/s in 1982 zu steigern. Die Anforderungen an die Qualität wurden als so groß angesehen, daß einige Hersteller von Sinterkarbid alle Walzen vor der Auslieferung während bestimmter langer Perioden isostatisch heiß preßten. In einigen Fällen wurde dies von den Anwendern gefordert.

Die fortschreitende Entwicklung ging in Richtung auf höhere Lebensdauer der Walze und bessere Qualität des Produktes, d.h. des Drahtes. Ein steigender Anteil des Drahtes wird für sogenannten Seildraht verwendet, bei dem sehr hohe Anforderungen an die Qualität bestehen.. Ein großes Problem waren und sind noch solche Einschlüsse von Sinterkarbid in dem Draht, die von den Walzen stammen. Diese Tatsache bedeutet erhöhte Anforderungen an die Leistung der Walze. Die Walzen müssen Widerstandsfähigkeit gegen Hitzebrüche zeigen. Die Einführung von legierten Binderphasen, die aus Co, Ni, Cr und Mo in verschiedenen Mengenverhältnissen bestanden, bedeutete einen großen Fortschritt. Solche Walzen werden heute von allen großen Herstellern erzeugt.

Der harte Bestandteil ist noch immer nur WC. Bestimmte kleine Gehalte an kubischem Karbid wurden in im Handel erhältlichen Sorten beobachtet. Diese geringen Gehalte können je-

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doch als Verunreinigungen angesehen werden.

Der Grund für die ausschließliche Verwendung von WC ist die hohe Anforderung an mechanische Festigkeit. Wie bekannt ist, verleiht WC dem Sinterkarbid oder Hartmetall in dieser Hinsicht einzigartige Eigenschaften. Der Zusatz von kubischen Karbiden, d.h. TiC, TaC, NbC, aber besonders TiC, vermindert diese Festigkeitseigenschaften und wurde daher als direkt ungeeignet angesehen. Beispielsweise in der US-PS

XO 3 993 446, Spalte 2, Zeilen 15 bis 19 wird direkt eine Empfehlung gegen die Verwendung von TiC in einer großen Menge gegeben. TiC hat eine hohe Bestätigkeit gegen Oxidation, was eine Eigenschaft ist, die in Warmwalzen angestrebt wird. Andererseits wird die Bruchzähigkeit oder Bruchfestigkeit in Sinterkarbid, welches größere Mengen an TiC mit Co als Binderphase enthält, so vermindert, daß solche Legierungen nicht in Warmwalzen verwendet werden können.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise gefunden, daß bei Verwendung einer Binderphase, d.h. eine Abstimmung von Ni und Co aufeinander, ein Sinterkarbid oder Hartmetall, mit hohem Gehalt an TiC als Warmwalzen in Walzwerken mit hoher Geschwindigkeit verwendet werden kann. Dadurch wurde es möglich, die Oxidationsbeständigkeit von TiC mit den Widerstandsfähigkeitseigenschaften von Ni auf diesem speziellen Anwendungsgebiet zu vereinigen. Gleichzeitig zeigte sich, daß Warmwalzen nach der Erfindung höhere Beständigkeit gegen thermisches Ermüden in der Form von Erwärmungsbrüchen haben. Diese Brüche werden in diesem Falle geringer und flacher, was zu einer geringeren Bruchempfindlichkeit führt. Auf diese Weise war es möglich, die Anforderungen an annehmbare Festigkeit mit den Anforderungen höherer Oxidationsbeständigkeit zu vereinigen. Die Verminderung der Anzahl an Erwärmungsbrüchen führte auch dazu, daß eine höhere Qualität der Oberfläche des Drahtes erhalten wird.

Die Legierung nach der Erfindung besteht somit aus WC, einer Binderphase von Ni + Co und als Rest im wesentlichen aus

kubischen Hartstoffkarbiden vom Gammaphasentyp, wie TiC, TaC oder NbC. Wegen der hohen Anforderung an mechanische Festigkeit braucht man einen WC-Gehalt von mehr als 20 %, vorzugsweise von mehr als 40 %. Die erforderlichen Gehalte an kubischen Karbiden, wenigstens 10 Vol.-%, und an Binderphase bedeutet aber, daß der WC-Gehalt nicht größer als 80 Vol.-%, vorzugsweise nicht größer als 60 Vol.-% ist.

Der Binderphasengehalt soll 15 bis 45 ¥ol.-%, vorzugsweise 20 bis 40 Vol.-% sein, und das Verhältnis Co:Ni soll zwischen 2:1 und 1:2 liegen. Die Binderphase kann mit Vorteil kleine Mengen an Cr und/oder Mo enthalten, wobei die Gehalte dieser Elemente nicht kleiner als 15 Vol.-% der Binderphase sind.

In der kubischen Karbidphase soll der Ti-Anteil der Metalle in der Karbidphase größer als 30 Gew.-% sein. Vorzugsweise soll der Hauptteil des kubischen Karbids aus TiC bestehen, wobei der Anteil der anderen kubischen Karbide, in Volumen-Prozenten nicht größer als der Anteil an TiC ist. Der TiC-Gehalt liegt allgemein zwischen 7 und 25 Vol.~%, soll aber vorzugsweise 10 bis 20 Vol.-% betragen. Die kubischen Karbide umfassen, ausgenommen TiC, vorzugsweise (Ta,Nb)C.

In dem Sinterkarbid oder Hartmetall nach der Erfindung kann auch ein relativ großer Teil des W (bis zu etwa 95 Mol.-%) durch Mo in an sich bekannter .Weise ersetzt werden. Vorzugsweise kann WC in dieser Verbindung durch eine Menge von bis zu 50 Vol.-% durch MoC ersetzt werden und hexagonales (Mo,W)C mit der gleichen Struktur wie WC bilden. Normalerweise sollte nur eine kleinere Menge WC bis zu 20 Vol.-% durch MoC ersetzt werden.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung und zeigen besonders, welch ausgezeichnete Ergebnisse während praktischer Versuche mit Walzen nach der Erfindung erhalten wurden.

Beispiel 1

Zwei Warmwalzen für ein Walzwerk mit hoher Geschwindigkeit der jüngsten Entwicklung mit 10 Standorten wurden mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt:

WC

TiC

andere kubische Karbide Ni+Co

49 Vol.-%

12 Vol.-%

5,5 Vol.-%

33,5 Vol.-%

Die Walzen wurden in mehreren Campagnen verwendet und wurden abwechselnd in den ersten beiden Walzenpaaren plaziert. Die Endabmessung des Drahtes (0,6 % C) war ein Durchmesser von 6 mm und die Geschwindigkeit. 70 m/s. Nach jedem Versuch wurden die Walzen hinsichtlich des Aussehens des Walzenspaltes untersucht.

Walze nach der Erfindung

Gewalzte Gesamtproduktion

1554, 1443, 1600, 2000

Ergebnis

Einige flache Erwärmungsbrüche

Bezugswalze aus 25 WC-Co-Ni mit entsprechender Härte

1431, 1278, .1636, 1808

Viele tiefe Erwärmungsbrüche

in diesem Beispiel waren die Erfordernisse an die Oberflächenbeschaffenheit extrem hoch= Die Wirkung der Erfindung wurde primär dazu benutzt, die Qualität des Drahtes zu steigern.

35 Beispiel 2

Zwei Warmwalzen wurden nach dem Beispiel 1, aber mit überstöchiometrischem Kohlenstoffgehalt hergestellt, was eine

bestinunte Menge an freiem Kohlenstoff in dem Gefüge ergab. Die Walzen wurden in einem Walzwerk mit hoher Geschwindigkeit der ersten Entwicklung mit acht Standorten eingesetzt. In diesem Fall wurden die Walzen in der Mitte des Walzenstranges plaziert. Das Ergebnis ist als ein Mittel von fünf Arbeitsgängen mit zwischengeschaltetem Nachschleifen angegeben.

Tonnen je Arbeits- Tonnen/mm Nachschlei gang fen

Walze nach der

Erfindung 2630 3507

Bezugswalze aus
WC-Co-Ni mit
entsprechender
Härte 2123 2359

In diesem Beispiel ergab eine Walze nach der Erfindung verbesserte Produktivität.

Beispiel 3

Nachdem begonnen worden war, Sinterkarbid in den Entstellun gen von Walzwerken zu verwenden, wurden die Walzen in den mittleren Stellungen das schwache Glied. Daher wurde Sinter karbid auch dort getestet. Zwei Walzen Nr. 13 aus Sinterkar bid mit zähmachendem Verhalten und der folgenden Zusammensetzung wurden gegenüber einer WC-Co-Standardqualität mit entsprechender Härte getestet.

WC 4 6 Vol.-%

TiC 9,5 Vol.-%

Andere kubische Karbide 4,5 Vol.-%

Binderphase (Co+Ni) 40 Vol.-%

1 Ergebnis	O	Bezugswal	5	Tonnenmenge	Abnutzung	+ Schleifen t/mm
	ze			mm
			3049	0,6	5082
5 Walze nach		2890	0,5	5780
der Erfin	3560	0,7	5086
dung	2304	0,7	3291
	4210	0,9	4678
	3310	0,8	4138
1149	0,6	3582
2566	0,7	3665
2473	0,7	3533
1667	0,7	2381
2155	0,8	2694
2474	0,9	2749

Da die Walzen nur an einem Standort betrieben wurden, war

es nicht möglich, die beiden Walzentypen prallel in einer
Campagne laufenzulassen.

Beispiel 4

Zwei Walzen mit einer Zusammensetzung gemäß Beispiel 3, worin aber die Binderphase zusätzlich kleine Mengen an Cr und Mo enthielt, wurden in Endbehandlungsstellung in einem Walzwerk getestet, auf dem Rippenstahl von 12 mm Durchmesser gewalzt wurde. Die Nuten in den Walzen wurden mit einem Sin-

terkarbidwerkzeug eingefräst, was ein Erfordernis ist. Als
Vergleich ließ man eine herkömmliche Walze einer WC-Co-Qualität mit entsprechender Härte laufen.

-TO-1 Qualität T/Arbeitsgang Nachschleifen t/mm

1500 670

Die obigen Zahlen sind ein Mittelwert von 10 Durchgängen.

Nach der	1500 .	1	,0
Erfindung	1100	1	,64
5 WC-Co

Claims (1)

1. Patentansprüche

   Warmwalze aus Sinterkarbid-Hartmetall für Walzwerke mit hoher Geschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet , daß das Sinterkarbid-Hartmetall WC, eine Binderphase von Ni + Co und als Rest kubische Hartstoffkarbide vom Gammaphasentyp umfaßt, wobei der WC-Gehalt größer als 20 Vol.-% und kleiner als 80 Vol.-%, der Binderphasengehalt 15 bis 4 5 Vol.-% beträgt und der Rest, wenigstens 10 Vol.-%, aus kubischen Karbiden besteht, worin der Anteil an Ti mehr als 30 Gew.-% der Metalle in dem Karbid ausmacht.

   1 2. Warmwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Binderphasengehalt zwischen 20 und 40 Vol.-% liegt und das Verhältnis von Co:Ni zwischen 2:1 und 1:2 liegt*

   5 3. Warmwalze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Binderphase mit Cr und/oder Mo in einer Menge von bis zu 15 Vol.-% der Binderphase legiert ist.

   4. Warmwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch geil 0 kennzeichnet, daß ein Teil bis zu 50 Vol.-% des WC durch MoC ersetzt ist.

   5. Warmwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil bis zu 20 VoI.-% des WC durch

   15 MoC ersetzt ist.