TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine laminierte Walze
zum Walzen, die ein Kernmaterial in fester Phase und ein
Außenschichtmaterial umfaßt, das durch Gießen um das
Kernmaterial gebildet wurde, und ein Verfahren zu deren
Herstellung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
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Bisher wurden hochlegiertes Chromgußeisen mit geeigneter
Verschließfestigkeit und Rißbeständigkeit, das 2 bis 3,2%
C, 12 bis 18% Cr, 2% oder weniger Ni und 2% oder weniger Mo
umfaßt, oder hochlegiertes Feingußeisen bzw. körniges
Gußeisen (grain cast iron), das 3 bis 3,4% C, 0,4 bis 1,5% Cr,
2 bis 5% Ni und 0,2 bis 1,0% Mo umfaßt, als Walze zum
Warmwalzen verwendet (siehe "Tekko Zairyo no Mamo (Wear of
Steel Material)", Joint Society on Iron and Steel Basic
Research, S. 16 (1984)). Außerdem hat die ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 58-87249
verschleißfestes Walzenmaterial aus Gußeisen vorgeschlagen,
das 2,4 bis 3,5% C, 6,1 bis 14% V und Legierungselemente
enthält, die Cr, Mo, W und Co umfassen, damit die
Verschleißfestigkeit verbessert wird.
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Im Zusammenhang mit einem Verfahren zur Herstellung dieses
Walzentyps, wie er zum Beispiel in der geprüften
japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 59-19786 und der
ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr.
61-60256 beschrieben wird, ist ein Verfahren bekannt, bei
dem eine Kühlform um das Kernmaterial vorgesehen ist, die
von einer Vorwärmspule vorgewärmt wird, und eine
Metallschmelze in die Kühlform eingeführt wird, wobei die
Metallschmelze durch eine Heizspule erwärmt wird, wodurch eine
Außenschicht entsteht, die um das Kernmaterial verschweißt
ist. Es wird auch auf EP-A-0 309 587 Bezug genommen, die
eine verschleißfeste laminierte Walze offenbart, die eine
Außenschicht aufweist, die aus 1,5 bis 3,5% C, 0,3 bis 3%
Si, 0,3 bis 1,5% Mn, 2 bis 7% Cr, bis zu 9% Mo, bis zu 20%
W, 3 bis 15% V, wahlfrei bis zu 5% Co und einem Rest aus Fe
und restlichen Verunreinigungen besteht.
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Von den Eigenschaften, die eine Walze des oben
beschriebenen Typs haben muß, sind die Verschleißfestigkeit und die
Rißbeständigkeit wichtig. Ein geringerer Verschleiß trägt
zur Verbesserung der Genauigkeit der Blechdicke des
gewalzten Produktes bei und verringert gleichzeitig die
Häufigkeit, mit der die Walzen ausgetauscht werden müssen, was
wiederum zur Produktivität beiträgt.
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Wenn die Rißbeständigkeit unzureichend ist, entstehen bei
der Verwendung durch die Anwendung einer thermischen oder
mechanischen Belastung Risse, die zu großen Problemen
führen. Deshalb wird bei einer Walze dringend gefordert, daß
sie sowohl verschleiß- als auch rißbeständig ist.
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In diesem Zusammenhang hat im Vergleich mit herkömmlichem
Gußeisen mit hohem Chromgehalt und hochlegiertem
Feingußeisen das verschleißfeste Material, das in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 58-87249
vorgeschlagen wird, eine bessere Verschleißfestigkeit
gezeigt. Auch bei diesem Material ist eine weitere
Verbesserung der Rißbeständigkeit notwendig.
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Die Beständigkeit gegenüber dem Aufrauhen bzw. Rauhwerden
der Oberfläche und die Oberflächenrauheit der Walze stellen
weitere Eigenschaften dar, die eine Walze haben muß. Je
geringer die Oberflächenrauheit der beim Walzen angewendeten
Walze, desto besser ist insbesondere das Aussehen eines
Produktes, das durch Walzen mit dieser Walze hergestellt
wurde. Aus diesem Grund wird auf diesem Fachgebiet dringend
eine Verbesserung der Beständigkeit gegenüber dem Aufrauhen
der Oberfläche durch Verringerung der Oberflächenrauheit
der Walze gefordert.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In Anbetracht der oben beschriebenen Probleme aus dem Stand
der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung
einer laminierten Walze zum Warmwalzen, die eine
herausragende Verschleißfestigkeit und Rißbeständigkeit,
insbesondere Beständigkeit gegenüber dem Aufrauhen der Oberfläche
hat.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in
der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer
laminierten Walze, das das Plattieren des Umfangs eines
Kernmaterials mit einem Außenschichtmaterial umfaßt.
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In Anbetracht der Lösung der oben genannten Aufgabe haben
die hier genannten Erfinder extensive und intensive
Untersuchungen vorgenommen und als Ergebnis festgestellt, daß
zur Verbesserung der oben beschriebenen Eigenschaften einer
laminierten Walze die Verwendung von Stahl mit bestimmten
Bestandteilen und einer bestimmten Kristallstruktur
notwendig ist, und daß beim Verfahren zur Herstellung einer
laminierten Walze die genaue Vorgabe der Kühlbedingungen
(gegebenenfalls der Induktionserwärmungsbedingungen) einer
Metallschmelze wichtig ist, was zum Abschluß der
vorliegenden Erfindung geführt hat.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht
insbesondere in einer laminierten Walze, bei der der Teil der
Außenschicht der laminierten Walze Stahl umfaßt, der aus, als
Gew.-% ausgedrückt, 1,5 bis 2,4% C, 3 bis 6% V und 10 bis
20% von mindestens einem Element, ausgewählt aus Cr, Mo und
W, und gegebenenfalls mindestens 0,05 bis 0,20% Al und 0,02
bis 0,10% Ti als Beimpfungsmaterial und/oder 0,1 bis 10% Co
und/oder 0,3 bis 1,5% Si und/oder Mn und einem Rest in Form
von Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, wobei
der Teil der Außenschicht eine Metallstruktur aufweist, die
einen Kristallkorndurchmesser von 30 bis 150 µm hat, und
von eutektischem Carbid umgeben wird, das in der Korngrenze
kristallisiert ist, oder eine metallische Struktur hat, bei
der das Carbid als Primärkristall zudem in einer
Matrixstruktur des Kristalls dispergiert und kristallisiert ist,
wie es in Anspruch 1 definiert ist.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
ein Verfahren zur Herstellung einer laminierten Walze
bereitgestellt, welches umfaßt: Gießen einer Metallschmelze,
die die oben genannten Stahlbestandteile umfaßt, zwischen
einen hitzebeständigen Rahmen und ein Kernmaterial,
Durchführen der Induktionserwärmung, Abkühlen und Erstarren der
gegossenen Metallschmelze durch eine wassergekühlte Form,
die am unteren Ende des hitzebeständigen Rahmens vorgesehen
ist, bei einer durchschnittlichen Erstarrungsrate von 4 bis
50 mm/min, wodurch ein Außenschichtabschnitt gebildet wird,
und allmähliches Herausziehen des Umfangsabschnittes, der
in das Kernmaterial integriert ist, wie es in Anspruch 4
definiert ist.
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Bei der nach der vorliegenden Erfindung hergestellten
laminierten Walze hat der der Außenschichtabschnitt eine
Struktur, bei der hartes Carbid M&sub6;C (insbesondere Carbid
(Cr, Mo, W)&sub6;C) in der Korngrenze der Matrixstruktur (einer
Austenitstruktur) des feinen Kristallkorns kristallisiert
ist, oder eine sehr dichte Struktur, wobei härteres Carbid
MC (insbesondere Carbid VC) in der Matrixstruktur des
Außenschichtabschnitts dispergiert ist, und diese
Matrixstruktur durch Wärmebehandlung (Härten und Tempern) der
Walze gehärtet ist, so daß eine Walze bereitgestellt werden
kann, bei der die Beständigkeit gegenüber dem Aufrauhen der
Oberfläche und die Verschleißfestigkeit denen einer
herkömmlichen Walze zum Warmwalzen überlegen sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses
zwischen dem Kristallkrondurchmesser und der
Oberflächenrauheit
nach Verwendung der Walze. Fig. 2 ist eine
graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen der
durchschnittlichen Erstarrungsrate und dem
Kristallkorndurchmesser. Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Änderung
der Struktur beim erfindungsgemäßen Verfahren zur
Herstellung der Walze. Fig. 4 ist eine Mikroaufnahme, die die
Struktur der erfindungsgemäßen Walze zeigt, und eine
erläutertende Darstellung dieser Mikroaufnahme. Fig. 5 ist eine
graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der
Frequenz der Heizspule und dem Stadium des Mitreißens von
Fremdmaterial. Fig. 6 ist eine diagonal teilweise
geschnittene Darstellung, die eine Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch zeigt. Fig. 7 ist
ein schematischer Querschnitt, der den prinzipiellen Teil
der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung zeigt.
BESTE ART UND WEISE DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Nachfolgend wird die beste Art und Weise der Durchführung
der Erfindung detailliert beschrieben.
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Zu Beginn werden die Bestandteile des
Außenschichtabschnitts der erfindungsgemäßen Walze beschrieben.
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Der Grund dafür, daß der Gehalt an C auf 1,5 bis 2,4%
begrenzt ist, ist folgender. Wenn der Gehalt an C weniger als
der untere Grenzwert beträgt, ist der Kristallisationsgrad
des harten Carbids so gering, daß die Verschleißfestigkeit
deutlich beeinträchtigt wird, wodurch die Verbesserung der
Verschleißfestigkeit unmöglich wird. Wenn andererseits der
Gehalt an C den oberen Grenzwert übersteigt, nimmt die
Menge an brüchigem Carbid zu. Dies bewirkt eine
Beeinträchtigung der Rißbeständigkeit und eine Abnahme der Zähigkeit,
so daß die Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht gelöst
werden kann.
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Allgemein wird in Betracht gezogen, daß bei einer Erhöhung
des Gehalts an C die Menge an hartem Carbid zunimmt, was
zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit beiträgt. Da das
erfindungsgemäße Material eine große Menge an
Legierungselementen enthält, ändern sich jedoch bei der vorliegenden
Erfindung die Morphologie und Menge des Carbids. Die hier
genannten Erfinder haben festgestellt, daß der optimale
Gehalt an C im Bereich von 1,5 bis 2,4% liegt, damit sich
sowohl diese Beständigkeit gegenüber dem Aufrauhen der
Oberfläche als auch diese Verschleißfestigkeit ergeben.
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In diesem Zusammenhang ist der C-Gehalt des Materials, das
in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung
(Kokai) Nr. 58-87249 vorgeschlagen wird, so hoch,daß die
Verschleißfestigkeit ungünstig verringert wird.
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Der Gehalt an V wird anhand des Gleichgewichtes zwischen
dem V-Gehalt und dem C-Gehalt ausgewählt, da V ein Carbid
MC (bei der vorliegenden Erfindung VC) hervorruft, dessen
Härte viel größer als die der zu kristallisierenden Carbide
ist, die auf Eisencarbid (FeC) oder Chromcarbid (Cr&sub7;C&sub3;)
basieren. Insbesondere kristallisiert bei der vorliegenden
Erfindung das Carbid VC aus der Metallschmelze direkt als
Primärkristall, und dies ist der wichtigste Faktor für die
Regelung der Struktur.
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Obwohl der C-Gehalt im Bereich von 1,5 bis 2,4% liegt,
kristallisiert insbesondere hartes, auf VC basierendes Carbid
nicht und gelangt ungünstiger Weise in die Matrixstruktur,
wenn der Gehalt an V weniger als der untere Grenzwert
beträgt.
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Wenn andererseits der Gehalt an C 6% oder mehr beträgt,
nimmt die Menge an Carbid zu, da das Carbid VC als
Primärkristall kristallisiert, so daß die Beständigkeit gegenüber
dem Aufrauhen der Oberfläche beeinträchtigt wird. Da das
spezifische Gewicht des Carbids VC zudem viel geringer als
das der Metallschmelze ist, wird die Verteilung ungünstig
beeinflußt, so daß kein homogenes Materal erzeugt wird. Aus
diesem Grund sollte der Gehalt an V im oben beschriebenen
Bereich liegen.
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Alle zulässigen Elemente, d.h. Cr, Mo und W, verbinden sich
hauptsächlich mit C zu eutektischem Carbid. Bei der
vorliegenden Erfindung ist das eutektische Carbid das sehr harte
Carbid M&sub6;C. Dieses Carbid kann dem Material deshalb eine
Kombination aus Verschleißfestigkeit und Zähigkeit
verleihen. Damit die Menge des erzeugten Carbids geregelt wird,
sollte der Gehalt von zumindest einem Element der oben
beschriebenen drei Elemente auf 10 bis 22% begrenzt werden.
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Wenn der untere Grenzwert 10% oder weniger beträgt, ist die
Menge des harten Carbids so gering, daß die
Verschleißfestigkeit unzureichend wird.
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Wenn der obere Grenzwert andererseits 22% übersteigt, wird
die Carbidmenge so groß, daß die Beständigkeit gegenüber
dem Aufrauhen der Oberfläche beeinträchtigt wird. Aus
diesem Grund sollte der Gehalt im oben beschriebenen Bereich
liegen, damit das Material diese Kombination aus
Beständigkeit gegenüber dem Aufrauhen der Oberfläche und
Verschleißfestigkeit erreicht.
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Ein Teil von Cr und Mo ist in der Matrixstruktur verteilt,
wodurch die Härtbarkeit verbessert wird und gleichzeitig
das Ausscheidungshärten insbesondere bei hoher Temperatur
erfolgt.
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Wenn die Metallschmelze beim Walzengießen mit einem
oxidbildenden Element, wie Al oder Ti, geimpft wird, entsteht
in der Metallschmelze ein Oxid, z.B. Al&sub2;O&sub3; oder Ti&sub2;O&sub3;.
Dieses Oxid dient als Kern, und um diesen Kern kristallisiert
das Carbid VC. Deshalb ist dieses oxidbildende Element für
die Dispersion und Kristallisation von Carbid VC wichtig.
Zumindest eines der Elemente Al und Ti sollte in einer
Menge von 0,05 bis 0,20% für Al und 0,02 bis 0,10 für Ti
zugesetzt werden.
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Neben den oben beschriebenen Bestandteilen können Si und
Mn, die beim Lösungsverfahren vorteilhafte Elemente
darstellen, jeweils in einer Menge von 0,3 bis 1,5% eingeführt
werden, damit die Desoxidation der Metallschmelze erfolgt.
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Außerdem können auch Verunreinigungen, wie P und S, in
einer solchen Menge enthalten sein, wie sie beim
herkömmlichen Gießen vorkommt, d.h. 0,03% oder weniger. Dies
beeinträchtigt den Effekt der vorliegenden Erfindung nicht.
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Ni ist bei diesem Walzentyp für die Beständigkeit gegenüber
dem Aufrauhen der Oberfläche schädlich, so daß der Gehalt
an Ni wünschenswerterweise 1% oder weniger beträgt.
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Bei der vorliegenden Erfindung trägt Co zur Verbesserung
der Hochtemperaturfestigkeit und der Hochtemperaturhärte
der Matrix in der Metallstruktur bei, und der Zusatz von Co
in einer Menge von 0,1 bis 10%, vorzugsweise 5 bis 10%,
trägt zur weiteren Verbesserung der Beständigkeit gegenüber
dem Aufrauhen der Oberfläche und der Verschleißfestigkeit
der Walze bei.
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Es folgt eine Beschreibung der dicht erstarrten Struktur,
die für die Beständigkeit gegenüber dem Aufrauhen der
Oberdfläche besonders hervorragend ist.
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Beim herkömmlichen Warmwalzen wird die Matrixstruktur
getempert und weich gemacht, da die Oberfläche der Walze eine
hohe Temperatur von 600 bis 800ºC erhält. Bei gewöhnlich
verwendeten, auf Gußeisen basierenden Walzen, die Gußeisen
mit hohem Chromgehalt, hochlegiertes Feingußeisen oder
dergleichen umfassen, wird die Matrixstruktur aus diesem Grund
sogar bei hoher Temperatur vorzugsweise über dem stabilen
Carbid abgetragen, so daß die Walzenoberfläche
ungleichmäßig wird, was zum Aufrauhen der Oberfläche führt. Das
Feinen der Matrixstruktur und die Kristallisation und
Dispersion einer großen Menge von hartem Carbid in der
Kristallkorngrenze
und innerhalb des Kristallkorns sind wichtig,
damit das Aufrauhen der Oberfläche verhindert wird.
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Die hier genannten Erfinder haben bestätigt, daß das
Aufrauhen der Oberfläche der Walze verhindert werden kann
und gleichzeitig ein Schlupf zwischen der Walze und dem
gewalzten Produkt unterdrückt werden kann, wenn die
Oberflächenrauheit Ra (µm) der Walze nach der Verwendung im
Bereich von 1,6 bis 0,3 µm liegt.
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Außerdem haben sie festgestellt, daß der
Kristallkorndurchmesser der Walzenstrukur im Bereich von 30 bis 150 µm
liegen muß, damit eine Oberflächenrauheit erreicht wird, die
im oben beschriebenen Bereich liegt.
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Dies ist in Fig. 1 gezeigt. In Fig. 1 zeigen die Ordinate
die Oberflächenrauheit Ra (µm) und die Abszisse den
Kristallkorndurchmesser (µm). Der bei der vorliegenden
Erfindung in Betracht gezogene Bereich der Oberflächenrauheit
wird in der Zeichnung durch das Symbol definiert. Diese
Zeichnung zeigt, daß der erforderlich
Kristallkorndurchmesser, damit diese Oberflächenrauheit erzielt wird, im
Bereich von 30 bis 150 µm liegt.
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Damit diese Oberflächenrauheit immer erhalten bleibt, muß
die Walze verschleißfest und zäh sein. Aus diesem Grund
kristallisiert bei der vorliegenden Erfindung hartes M&sub6;C-
carbid an der Kristallkorngrenze als eutektischer Kristall.
Sehr hartes Carbid MC kristallisiert zudem im Kristallkorn
der Matrixstruktur als Primärkristall, damit eine dichtere
Struktur erzeugt wird.
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Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur
Erzeugung dieser Struktur anhand einer Ausführungsform
beschrieben, bei der die Metallschmelze mit dem oben beschriebenen
oxidbildenden Element geimpft wird.
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Fig. 3 ist eine graphische Darstellung des Verfahrens zur
Verbesserung des Erstarrens beim Abkühlen der
Metallschmelze. Eine Metallschmelze (L) (Schritt 1), die die
erfindungsgemäßen Bestandteile umfaßt, wird abgekühlt,
wodurch ein Carbid MC (VC) aus der Metallschmelze als der
Primärkristall kristallisiert. Das Carbid kristallisiert
leicht und sicher mit einem Oxid (Al&sub2;O&sub3; oder dergleichen),
das in der Metallschmelze entstanden ist und als Kern dient
(Schritt 2).
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Beim weiteren Abkühlen der Metallschmelze kristallisiert
Austenit (γ1) als Primärkristall um das Carbid MC als
Primärkristall und wächst in Dentritform (Schritt 3).
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Dann erstarrt die restliche Metallschmelze L bei der
eutektischen Kristallisationstemperatur in Form eines
eutektischen Kristalls, so daß eutektische Carbide M&sub6;C (Carbide
(Cr, Mo, W)&sub6;C) und eutektisches Austenit (γ2)
kristallisieren (Schritt 4).
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Wie oben beschrieben, liegt der Kristallkorndurchmesser bei
der vorliegenden Erfindung im Bereich von 30 bis 150 µm.
Kristallkorndurchmesser soll für den
Kristallkorndurchmesser zum Zeitpunkt der Erstarrung stehen, d.h. der maximale
Durchmesser des Kristallkorns, das von eutektischem Carbid
M&sub6;C umgeben ist, das in der Kristallkorngrenze
kristallisiert ist, wie es im Schritt 4 gezeigt ist. Deshalb ist die
Struktur derart, daß hartes Carbid in der
Kristallkorngrenze oder im feinen Kristallkorn kristallisiert ist.
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Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur
Herstellung der Walze beschrieben. Die erfindungsgemäße
laminierte Walze wird mit der in den Fig. 6 und 7 gezeigten
Vorrichtung hergestellt.
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Wie in den Zeichnungen gezeigt, wird Kermaterial 1 in
Stabform, das Legierungsstahl, wie SCM440, umfaßt, so
bereitgestellt, daß es senkrecht bewegt werden kann. Eine
Vorwärmspule
4, ein hitzebeständiger Rahmen 5, eine
Induktionsheizspule 6 und eine wassergekühlte Form 7 sind auf der
Plattform 3 vorgesehen, die eine Öffnung aufweist, durch
die das Kernmaterial 1 eingesetzt und so geführt wurde, daß
sie von der Oberseite beginnend in dieser Reihenfolge
koaxial entlang des Kernmaterials 1 vorgesehen sind. Das
Kernmaterial 1 wird von Einrichtungen (nicht gezeigt) gehalten,
so daß es bei konstanter geringer Geschwindigkeit nach
unten bewegt werden kann. Zu Beginn wird das Kernmaterial 1
in dieser Vorrichtung von der Vorwärmspule 4 erwärmt. Eine
Metallschmelze 9, die Schnellstahl oder dergleichen umfaßt
und in einer Pfanne 8 enthalten ist, wird durch den Ausguß
8a in den ringförmigen Raum eingeführt, der vom Außenumfang
des vorgewärmten Kernmaterials 1 und dem hitzebeständigen
Rahmen 5 definiert wird. Eine Heizspule 6 ist um den
hitzegbeständigen Rahmen 5 vorgesehen, und die Metallschmelze 9
im hitzebeständigen Rahmen 5 wird von dieser Heizspule 6
erwärmt. Das untere Ende des hitzebeständigen Rahmens 5
steht mit der wassergekühlten Form 7 in Kontakt, und die
zwischen die wassergekühlte Form 7 und das Kernmaterial 1
eingeführte Metallschmelze erstarrt allmählich, wodurch die
Außenschicht 2 entsteht.
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Das Erwärmen der Metallschmelze durch eine
Induktionsheizspule 6 und das Abkühlen mit der wassergekühlten Form 7
sind für die Herstellung einer laminierten Walze unter
Verwendung der oben beschriebenen Form am wichtigsten.
Insbesondere ist das oben beschriebene Erwärmen wichtig, damit
der Außenumfang des Kernmaterials mit dem
Außenschichtabschnitt 2 verschweißt wird, und das oben beschriebene
Kühlen ist für die Erzeugung einer Struktur wichtig, die einen
Kristallkorndurchmesser von 30 bis 150 µm hat.
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Die Größe dieser Struktur, d.h. der
Kristallkorndurchmesser, wird durch die Erstarrungsrate bestimmt. Wenn das
Feinen der Struktur durch Verringerung des
Kristallkorndurchmessers vorgenommen werden soll, ist es deshalb notwendig,
die Erstarrungsrate zu erhöhen. Beim Schleuderguß, der das
üblichste Herstellungsverfahren auf diesem Fachgebiet
darstellt, gibt es jedoch aufbauend auf die Wärmeableitung der
Form eine Grenze für den Kristallkorndurchmesser. In diesem
Fall hat zudem die Größe der Walze einen Einfluß auf den
Kristallkorndurchmesser. Aus diesem Grund beträgt bei einer
Walze für die Endbehandlung durch Warmwalzen der niedrigste
Wert des Kristallkorndurchmessers etwa 200 µm.
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Im Gegensatz dazu kann beim Stranggußverfahren, das bei der
vorliegenden Erfindung verwendet wird, die Erstarrungsrate
erhöht werden, da durch die mit Wasser gekühlte Form
ausdrücklich eine Kühlung mit Wasser vorgenommen werden kann.
Insbesondere kann ein Kristallkorndurchmesser von 30 bis
150 µm erzielt werden, was einer Oberflächenrauheit der
Walze Ra von 0,3 bis 1,5 µm entspricht, wenn das
Kernmaterial mit der integrierten Außenschicht bei einer
Geschwindigkeit von 4 bis 50 mm/min herausgezogen wird.
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Fig. 2 ist eine graphische Darstellung des Zusammenhangs
zwischen dem Kristallkorndurchmesser (µm) (Ordinate) und
der durchschnittlichen Erstarrungsrate (mm/min) (Abszisse)
von Beispiel 2. Sie legt nahe, daß die Erstarrungsrate 4
bis 50 mm/min betragen muß, damit ein
Kristallkorndurchmesser von 30 bis 150 µm erreicht wird.
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Fig. 4 ist eine Mikroaufnahme des Außenschichtabschnittes
einer Walze, die durch ein Gießverfahren unter Anwendung
der oben beschriebenen Gießvorrichtung hergestellt wurde,
wobei die Metallschmelze hauptsächlich aus 2,13% C, 5,13%
Cr, 6,48% Mo, 5,31% V, 4,12% W und 0,10% Al besteht und das
Gießen bei einer Erstarrungsrate von 20 mm/min erfolgt.
Durch diese Mikroaufnahme und die erläuternde Darstellung
für diese Mikroaufnahme wird deutlich, daß bei der
erfindungsgemäßen Struktur der Umfang des Kristallkorns, das
einen Durchmesser von 80 µm hat, von eutektischem Carbid
umgeben wird, und Carbid in der Matrix gestreut als
Primärkristall vorhanden ist.
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Wenn die Erstarrungsrate erhöht wird, damit der
Kristallkorndurchmesser abnimmt, wird das Verschweißen der
Außenschicht mit dem Kernmaterial oft beeinträchtigt. Aus diesem
Grund ist es wie oben beschrieben notwendig, durch eine
Induktionsheizspule Wärme zuzuführen, damit ein vollständiges
Verschweißen erreicht wird. Bei der Wärmezufuhr durch
Induktionserwärmung wird die Metallschmelze unvorteilhaft
gerührt. Deshalb nimmt bei steigender elektrischer Leistung
zum Erwärmen die Rührwirkung zu, so daß Fremdmaterial auf
der Oberfläche der Metallschmelze, z.B. ein
Oxidfilmmaterial und Schlacke, in der erstarrten Grenzfläche und nach
dem Festwerden somit in der Außenschicht verbleiben,
wodurch die Qualität des Produktes deutlich beeinträchtigt
wird. Um das Auftreten dieses Phänomens zu verhindern, muß
die Frequenz erhöht werden, damit die Rührwirkung
unterdrückt wird. Wie in Fig. 5 gezeigt, kann das Auftreten
eines von verbleibendem Fremdmaterial verursachten Defektes
verhindert werden, wenn die Frequenz 5 kHz oder mehr
beträgt.
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Die durch Stranggießen hergestellte laminierte Walze wird
einer herkömmlichen Härtebehandlung unterzogen. Dabei wird
das beim Erstarren kristallisierte Austenit zu hartem
Martensit und wird getempert, wodurch getempertes Martensit
erhalten wird.
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Da die erfindungsgemäße laminierte Walze somit hart ist und
eine dichte Struktur hat, kann sie sehr vorteilhaft als
Walze zum Warmwalzen eingesetzt werden.
BEISPIELE
Beispiel 1
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Arbeistwalzen für die Endbehandlung durch Warmwalzen, die
die chemischen Bestandteile umfassen, die in Tabelle 1 in
den Spalten für die erfindungsgemäßen Beispiele 1, 2 und 3
aufgeführt sind, wurden durch Stranggießen unter Verwendung
der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung hergestellt. Die
Auflösung erfolgte in einem Hochfrequenzofen, und als
Kernmaterial wurde Schmiedestahl (SCM440) verwendet. Im
Zusammenhang mit der Wärmebehandlung folgte dem Gießen das Glühen,
Härten und Tempern.
Tabelle 1
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In Tabelle 1 sind die Ergebnisse des Vergleichs der
erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 3 mit den Vergleichsbeispielen
1 bis 5 bezüglich der bestimmten Fertigungsqualität und
Einsatzqualität in einer praktischen Vorrichtung
aufgeführt. Bei den erfindungsgemäßen Beispielen 1, 2 und 3
betrug der Kristallkorndurchmesser 150 µm, 80 µm bzw. 50 µm,
und die Oberflächenrauheit Ra nach der Verwendung lag bei
1,6 µm, 0,9 µm bzw. 0,5 µm. Das heißt, es konnten Walzen
mit sehr guter Qualität hergestellt werden. Außerdem trat
kein Schlupf zwischen der Walze und dem gewalzten Produkt
auf.
Beispiel 2
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Arbeitswalzen für die Endbehandlung durch Warmwalzen, bei
denen die chemischen Bestandteile des
Außenschichtabschnitts und des Kernmaterials wie in den Beispielen 1 bis
3 der Tabelle 2 angegeben sind, wurden durch Stranggießen
mit der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung hergestellt. Die
Herstellungsbedingungen, die Fertigungsqualität und die
Einsatzqualität sind in Tabelle 2 zusammen mit denen der
Vergleichsbeispiele 1 bis 5 aufgeführt.
Tabelle 2
Tabelle 2 (Fortsetzung)
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Die erfindungsgemäßen laminierten Walzen hatten eine
hervorragende Fertigungsqualität als auch Einsatzqualität.
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Insbesondere betrug die Verschleißfestigkeit der
laminierten Walzen, die chemische Bestandteile umfassen, die im
Umfang der vorliegenden Erfindung liegen, das Fünffache oder
mehr der herkömmlicher Walzen. Außerdem hatten die
erfindungsgemäßen laminierten Walzen nach der Verwendung eine
geringe Oberflächenrauheit und zeigten eine bessere
Beständigkeit gegenüber dem Aufrauhen der Oberfläche.
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Bei den erfindungsgemäßen Beispielen 1, 2 und 3 betrugen
die Kristallkorndurchmesser 150 µm, 80 µm bzw. 50 µm, und
die Oberflächenrauheit Ra lag nach der Verwendung bei 1,6
µm, 0,9 µm bzw. 0,5 µm. Die Ergebnisse wurden bei
Verringerung der Kristallkorngröße besser. Die laminierten Walzen
der Vergleichsbeispiele 4 und 5 wurden durch
Pulvermetallurgie hergestellt. Da die Struktur bei diesen laminierten
Walzen zu fein ist, war die Oberflächenrauheit nach der
Benutzung so gering, daß beim Walzen ein Schlupf zwischen der
Walze und dem gewalzten Produkt auftrat. Als Ergebnis waren
diese vergleichsweisen laminierten Walzen für diesen
Einsatz ungeeignet.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die Anwendung der vorliegenden Erfindung bei einer Walze
zum Warmwalzen ermöglicht es, daß eine Walze mit hoher
Qualität und guter Verschleißfestigkeit und ohne Risse oder
dergleichen bereitgestellt wird, die durch fehlende
Zähigkeit entstehen. Besonders im Zusammenhang mit der
Beständigkeit gegenüber dem Aufrauhen der Oberfläche wurde
bestätigt, daß die erfindungsgemäße Walze gegenüber
herkömmlichen Walzen eine viel bessere Leistung hat, wodurch die
erfindungsgemäße Walze aus industrieller Sicht sehr
vorteilhaft ist.