DE69329243T2

DE69329243T2 - Walzen zum formen von metall

Info

Publication number: DE69329243T2
Application number: DE69329243T
Authority: DE
Inventors: Donald Lakeland; Tommy Nylen; Leonard Powell
Original assignee: University of Queensland UQ; Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO; AKERS INTERNAT AKERS AB
Current assignee: University of Queensland UQ; Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO; AKERS INTERNAT AKERS AB
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1993-06-15
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2013-06-16
Also published as: EP0646052A4; CN1080328A; MX9303673A; CA2136003C; US6171222B1; CN1051338C; EP0646052A1; EP0646052B1; ZA934072B; CA2136003A1; BR9306567A; ES2150944T3; TR26804A; DE69329243D1; ATE195444T1; WO1994000253A1; TW223031B; IN181976B

Description

Diese Erfindung betrifft verbesserte Walzen zum Formen von Metall. Die erfindungsgemäßen Walzen können besonders beim Warmwalzen von Metallen wie Stahl Anwendung finden. Es sollte jedoch klar sein, dass die erfindungsgemäßen Walzen auch beim Kaltwalzen von Stahl und anderen Metallen sowie als Stützwalzen für das Stranggießen oder als Arbeitswalzen für das Gießen dünner Bänder Anwendung finden können.
US-1493191 offenbart einen weiten und nicht abgegrenzten Bereich von Legierungen, die zur Herstellung verschiedener Produkte, einschließlich von Walzen, verwendet werden können. Es wird, jedoch kein praktisches Beispiel für den Einsatz von Walzen aufgeführt.
JP-04141553 offenbart eine Verbundwalze für das Warmwalzen, die eine äußere Schicht aufweist, die 1,0-4,0 Gew.-% Kohlenstoff enthält.
Walzen für das Warmwalzen von Stahl und anderen Metallen können aus einer großen Vielzahl verschiedener Typen von Gusseisen, Stahlguss und geschmiedetem Stahl hergestellt werden. Jedoch wurden im allgemeinen Gusseisen-Arten des unten beschriebenen Typs verwendet.
Beim Warmwalzen kann die Temperatur des zugeführten Materials, das gewalzt werden soll, 1000ºC oder mehr erreichen. Das Material, aus dem die Walzen bestehen, muss hart genug sein, um einem Verschleiß zu widerstehen, stabil genug, um seine Form beizubehalten, und zäh genug, einem Springen oder Brechen zu widerstehen. Das Material muss auch genügend widerstandsfähig gegenüber einem thermischen Schock sein, um der Entstehung von Warmrissen, die üblicherweise als "Brandrisse" bezeichnet werden, zu widerstehen.
Die Beständigkeit gegenüber thermischem Schock ist beim Warmwalzen bei den hohen Temperaturen, die beim Warmwalzen von Stahl zum Einsatz kommen, von höchster Bedeutung. Die Wirkung derartiger Temperaturen ist besonders kritisch, wenn ein Walzwerk angehalten wird oder bei einem Walzendurchlauf gestoppt wird, da das heiße zugeführte Material dann in Kontakt mit der stationären Walze bleibt. Bei diesem Kontakt kommt es bei herkömmlichen Gusswalzen üblicherweise zu einer schweren Rissbildung, was dazu führt, dass die Walze für eine maschinelle Nachbearbeitung entfernt oder dass die Walze verschrottet werden muss.
Die herkömmlichen legierten melierten Gusseisen, die beträchtliche Mengen sowohl an Carbiden als auch an Graphit enthalten, werden im allgemeinen für die Herstellung von Walzen für das Walzen von heißem Metall, insbesondere langer Stahlprodukte wie Barren, Stangen, Profile, Drähte, Stäbe und Röhren, verwendet. Typisch für die legierten melierten Gusseisen sind die sphärolithischen und die Indefinite-Hartgusseisen. Die melierten Gusseisen sind so konstruiert, dass sie sowohl gegenüber Verschleiß als auch thermischer Ermüdung (thermischem Schock) einigermaßen beständig sind. Es handelt sich jedoch um einen Kompromiss zwischen diesen beiden Haupteigenschaften, da eine Veränderung des Gleichgewichts zwischen den Carbiden und dem Graphit unvermeidlich zu einer Verbesserung einer der Haupteigenschaften auf Kosten der anderen führt. So haben beispielsweise sphärolithische Gusseisen mit hohem Carbid-Gehalt und somit weniger Graphit eine verbesserte Oberflächenhärte mit größerer Verschleißbeständigkeit, aber sie haben eine schlechtere Beständigkeit gegenüber Brandrissen. Eine im allgemeinen unerwünschte Eigenschaft von Walzen aus melierten Gusseisen besteht darin, dass es wegen der Abnahme der Verfestigungsgeschwindigkeit von der Oberfläche ins Innere der Walze zu einer damit verbundenen Abnahme der Härte von der Oberfläche in Richtung des Zentrums der Walze kommt.
Herkömmliche, mit Chrom legierte weiße Gusseisen werden ebenfalls für die Herstellung von Walzen für das Walzen von heißem Metall, insbesondere von flachen Stahlprodukten wie Blechen oder Bändern, verwendet. Typischerweise enthalten diese weißen Roheisen mehr als 15 Gew.-% Chrom, mehr als 2 Gew.-% Kohlenstoff, zusammen mit anderen Legierungselementen wie Nickel, Molybdän, Mangan und Silicium. Die weißen Gusseisen enthalten eine beträchtliche Menge einer harten Chrom-reichen eutektischen Carbid-Phase, die von einer Martensit-Matrix umgeben ist, in der weitere sehr feine Carbide der Legierung ausgefällt worden sein können. Die weißen Gusseisen werden wegen ihr Verschleißfestigkeit gewählt, die von den Chrom-reichen Carbiden, der sehr stabilen Martensit-Matrix und der Verstärkung der Matrix durch die feinen Carbid-Präzipitate her rührt. Diese Mikrostruktur liefert die gewünschte Härte, typischerweise ungefähr HV500, sowie eine hohe Verschleißfestigkeit in den meisten mit Verschleiß verbundenen Situationen. Die weißen Gusseisen weisen jedoch eine schlechte Beständigkeit gegenüber thermischem Schock auf. Deshalb kommt es bei Walzen aus weißen Roheisen mit Chrom-Zusätzen im Falle von Produkten für das Warmwalzen von Metall während des Warmwalzens von Stahl leicht zu Brandrissen. Weiße Roheisen mit Chromzusätzen weisen normalerweise von der Oberfläche ins Innere der Walze keine Abnahme der Härte auf.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, verbesserte Walzen aus Eisen-Legierungen bereit zu stellen, die eine sehr hohe Verschleißfestigkeit aufweisen und die auch eine hohe Beständigkeit gegenüber thermischem Schock haben, insbesondere gegenüber der Bildung von Brandrissen.
Die herkömmlichen Materialien für Walzen für das Walzen von heißem Metall basieren auf dem Fe-C-System. Sie hängen von der Anwesenheit von Kohlenstoff in Form von Carbiden und von Graphit im Falle der melierten Gusseisen und von wenigstens Chrom-reichen Carbiden im Falle von weißen Gusseisen mit Chrom-Zusätzen ab. Im Gegensatz dazu kann die vorliegende Erfindung auf dem Fe-C-B-System aufgebaut sein, aber es ist typischer, dass sie auf dem Fe-B-System oder dem Fe-B-C-System basiert, wobei der Kohlenstoff, wenn er vorhanden ist, in geringer Menge vorkommt, typischerweise mit nicht mehr als 1,0 Gew.-%. Wenn jedoch starke Carbid-bildende Elemente wie Molybdän, Vanadium, Titan und Niob in der Legierungszusammensetzung enthalten sind, dann kann die Menge des Kohlenstoffs 1,0 Gew.-% überschreiten, vorausgesetzt dass die Menge der stark Carbid-bildenden Elemente so gewählt ist, dass der überschüssige Kohlenstoff von diesen Elementen in Form von Carbiden oder Carbo-Borid-Phasen gebunden wird. Der Kohlenstoff-Gehalt der Matrix bleibt dann niedrig. Die Bruchzähigkeit, die Beständigkeit gegenüber thermischem Schock und die Verschleißfestigkeit der Gusseisenlegierungen wird zum größten Teil vom Volumen-Anteil der harten Phasen bestimmt, der wiederum eine Funktion des Gehaltes an Bor und Kohlenstoff sowie Carbid- und Borid-bildenden Elementen ist, und auch des interstitiellen Bor- und Kohlenstoff-Gehaltes der Matrix. Der Bor-Gehalt der Matrix ist wegen der Löslichkeit des Bors in Ferrit und Austenit immer gering. Jedoch kann die Löslichkeit von Kohlenstoff in Austenit und damit der Kohlenstoff-Gehalt der Martensit-Matrix bis zu ungefähr 2 Gew.-% betragen, wenn der Kohlenstoff nicht in einer anderen Phase gebunden ist.
Es ist bei der Konstruktion befriedigender Legierungszusammensetzungen von größter Wichtigkeit, dass der Kohlenstoff-Gehalt der Matrix niedrig genug gehalten wird, damit eine ausreichende Bruchzähigkeit oder Beständigkeit gegenüber thermischen Schock für die jeweilige Anwendung erzielt wird. Bei Walzen für heiße Metalle liegt der bevorzugte Kohlenstoff-Gehalt der Matrix bei unter 0,3 Gew.-%, und bei bestimmten Anwendungen kann er deutlich niedriger liegen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Walze für das Warmwalzen oder Gießen von Stahlprodukten bereit, die entsprechend dem Charakterisierungsteil des Anspruchs 1 definiert ist und weiter in den abhängigen Ansprüchen 2-12 definiert wird.
Die erfindungsgemäße Walze erweist sich für das Walzen von Metallen wie Stahl geeignet. Als Konsequenz davon, dass die erforderliche Gusslegierung auf Eisen-Basis wenigstens in einer äußeren Oberflächenschicht enthalten ist, aber auch im wesentlichen den gesamten Körper der Walze bilden kann, hat die Walze sowohl gegenüber Verschleiß als auch gegenüber thermischem Schock eine sehr hohe Beständigkeit. Jedoch machen die physikalischen Eigenschaften der Erfindung diese auch für das Kaltwalzen von Metallen, wie von flachen und/oder langen Produkten aus beispielsweise Stahl, und für die Verwendung als Walze beim Stranggießen verschiedener Metalle geeignet.
Die Walze besteht bei einer Form der Erfindung im wesentlichen allein aus einer derartigen Gusslegierung auf Eisen-Basis. Das heißt, die Walze kann aus einer unitären, monolithischen Konstruktion bestehen und vorzugsweise durch einen einzigen Gießschritt erzeugt werden. Jedoch kann die Walze bei einer anderen Form einen äußeren Mantel aus einer Gusslegierung auf Eisen-Basis aufweisen, wodurch die ausreichende Oberflächenschicht bereit gestellt wird, sowie einen Kern aus einer anderen Eisen-Legierung, mit dem der Mantel fest verbunden ist.
Die Legierung auf Eisen-Basis kann im wesentlichen frei von Kohlenstoff sein, wobei der Kohlenstoff praktisch nur als zufällige Verunreinigung vorhanden ist. Jedoch kann, wie angegeben, der Kohlenstoff in einer Menge von bis zu 0,6 Gew.-% vorhanden sein, wenn ausreichende Mengen stark Carbid-bildender Elemente wie Molybdän, Vanadium, Titan, Wolfram und Niob vorhanden sind. Der Kohlenstoff-Anteil ist nicht größer als 0,6 Gew.-%, und sein Anteil kann beispielsweise bei 0,1 bis 0,6 Gew.-% liegen, z. B. bei 0,1 bis 0,3 Gew.-%. Der Bor-Gehalt liegt nicht unter 0,5 Gew.-%, und er liegt bei 0,5 bis 2,5 Gew.-%, beispielsweise bei 1 bis 2,5 Gew.- %. Für die erfindungsgemäßen Anwendungen liegt der Chrom-Gehalt bei 8 bis 18 Gew.-%.
Die Legierung auf Eisen-Basis kann genügend Legierungszusätze für die Verbesserung der Oxidationseigenschaften und der Härtbarkeit enthalten. Zu geeigneten Legierungselementen für diese Zwecke gehören Silicium, Aluminium, Mangan, Nickel, Kupfer und Molybdän, entweder einzeln oder als Kombination. Bevorzugte Zusätze für diese Zwecke bestehen aus bis zu 3 Gew.-% Silicium, beispielsweise 0,5 bis 3 GP, aus bis zu 0,2 Gew.-% Aluminium, bis zu 2 Gew.-% Mangan, beispielsweise 0,2 bis 2 Gew.-%, 0,2 bis 2 Gew.-% Nickel, bis zu 3 Gew.-% Kupfer und/oder bis zu 5 Gew.-% Molybdän, beispielsweise 0,5 bis 5 Gew.-%. Es können auch Silicium und/oder Aluminium in einer Schmelze der Legierung auf Eisen-Basis vorhanden sein, und das kann nützlich dafür sein, die Schmelze in einem desoxidierten Zustand zu halten. Der Zusatz von Molybdän erhöht aufgrund dessen Wirkung als stark Carbid- und/oder Borid-bildendes Element auch die Härte und verbessert die Beständigkeit gegenüber einem Erweichen bei hohen Temperaturen. Aus den gleichen Gründen können ausreichende Mengen anderer stark Carbid-bildender und/oder Bord-bildender Elemente, wie Vanadium, Titan, Wolfram und/oder Niob der Legierung auf Eisen-Basis zugesetzt werden. Bevorzugte Zugaben zur Verbesserung der Beständigkeit gegenüber einem Erweichen sind Molybdän wie oben angegeben, bis zu 8 Gew.-% Vanadium, bis zu 5 Gew.-% Titan, bis zu 7 Gew.-% Wolfram und/oder bis zu 6 Gew.-% Niob.
Die für die vorliegende Erfindung benötigte Legierung auf Eisen-Basis kann durch das Schmelzen geeigneter Komponenten in einem elektrischen Induktionsofen als eine Schmelze für das Gießen hergestellt werden. Am stärksten wird bevorzugt, dass dieses das Schmelzen von schweißbarem Stahlschrott und von Ferrochrom mit geringem Kohlenstoff-Gehalt und von Ferrobor mit geringem Kohlenstoff-Gehalt beinhaltet. Es können andere, im Handel erhältliche Gießerei-Legierungen zugegeben werden, um Legierungszusätze bereit zu steffen, die für die Legierung auf Eisen-Basis benötigt werden. Für umgeschmolzene Chargen kann Rücklauf schrott, der ungefähr 2 Gew.-% Bor enthält, ohne weiteres mit schweißbarem Stahlschrott und Eisen-Legierungen geschmolzen werden, wobei die Schmelze in diesem Falle, wenn es erforderlich ist, durch die Verwendung von Ferrosilicium oder Aluminium in einem desoxidierten Zustand gehalten werden kann.
Die erfindungsgemäßen Legierungen auf Eisen-Basis haben einen Schmelzpunkt von ungefähr 1300ºC. Im allgemeinen ist eine Gießtemperatur der Schmelze von 1400ºC bis 1450ºC, in Abhängigkeit von der Art des Gießens, wünschenswert.
Erfindungsgemäße monolithische Walzen können in vertikalen statischen Formen gegossen werden, oder es können andere herkömmliche Verfahren, die für das Gießen von Walzen aus Metall geeignet sind, für die Herstellung der erfindungsgemäßen Walzen verwendet werden.
Wenn die erfindungsgemäßen Walzen in Verbundform vorliegen und einen äußeren Mantel aus der Legierung auf Eisen-Basis und einen Kern aus einer anderen Eisen-Legierung aufweisen, dann wird der Mantel am bevorzugtesten zuerst gegossen. Dazu wird der Mantel in der ausreichenden Dicke in einer vertikalen oder horizontalen Schleudergießmaschine gegossen und dann als Gussformkomponente für das Gießen des Kerns verwendet. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung der oben dargestellten Verbundwalze ist das statische Verbundgussverfahren.
Der Kern einer Verbundwalze ist am bevorzugtesten duktil und besteht beispielsweise aus Eisen oder Stahl mit einem hohen Kohlenstoff-Gehalt oder aus einer Legierung auf Eisen- Basis mit einem niedrigen Chrom-Gehalt. Es kann jedoch wünschenswert sein, zwischen dem Mantel und dem Kern eine Zwischenschicht bereit zu stellen, um eine sehr enge Bindung zwischen dem Mantel und dem Kern und, in einem bestimmten Umfang, einen weniger abrupten Übergang der physikalischen Eigenschaften zwischen dem Mantel und dem Kern sicher zu stellen. Für diesen Zweck wird eine Zwischenschicht aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoff-Gehalt verwendet, beispielsweise ein rostfreier Stahl mit niedrigem Kohlenstoff-Gehalt, der wenigstens 12 Gew.-% Chrom enthält. So wird eine bestimmte Menge des Stahls mit niedrigem Kohlenstoff- Gehalt in den Mantel gegossen, um eine benötigte Dicke zu erreichen, wobei wiederum eine vertikale oder horizontale Schleudergießmaschine verwendet wird, und anschließend wird das Eisen oder der Stahl mit hohem Kohlenstoff-Gehalt für den Kern in die sich drehende Form der Maschine gegossen.
Der Mantel ist im allgemeinen wenigstens 25 mm dick, in Abhängigkeit von der Anwendung der Walze, beispielsweise 25 mm bis 75 mm dick. Die Zwischenschicht ist im allgemeinen wenigstens 10 mm dick, aber sie braucht nicht erheblich dicker als 25 mm sein. Jedoch könnte, in Abhängigkeit vom Radius einer gegebenen Walze aus Verbundmaterial, die Zwischenschicht eine Dicke von bis zu 35 mm und mehr haben, beispielsweise eine Dicke von bis zu 50 mm. Die minimale Manteldicke einer gegebenen Walze hängt im allgemeinen vom Radius der Walze sowie von ihrer vorgesehenen Verwendung ab. Im allgemeinen braucht der Mantel jedoch nicht dicker als ungefähr 45 mm sein, aber es können bei Bedarf größere Dicken bereit gestellt werden, und sie können für sehr große Walzen wünschenswert sein. Am stärksten bevorzugt wird eine Dicke des Mantels von 30 bis 45 mm.
Bei einer erfindungsgemäßen Walze aus Verbundmaterial stellt die Zwischenschicht aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoff-Gehalt eine Pufferschicht zwischen dem Mantel und dem Kern bereit. Die Zwischenschicht führt zu einer stabilen Grenzfläche zwischen der harten Legierung auf Eisen-Basis des Mantels und dem duktilen Kern aus Kohlenstoff-reichem Eisen oder Stahl. Die Zwischenschicht führt an jeder Grenzfläche zu einer Bindung, wobei es typischerweise in der Nachbarschaft jeder Grenzfläche zu einer gewissen Legierungsbildung kommt. Sie verhindert jedoch eine Legierungsbildung zwischen der Legierung auf Eisen-Basis und dem Metall des Kerns, die zur Bildung eines Bor Carbid-Eutektikums mit hohem Kohlenstoff-Gehalt führen könnte, das beim Abkühlen und/oder bei der Exposition gegen zyklische Wärmeeinwirkung springen könnte.
Wie angegeben ist eine Zwischenschicht, wie sie beschrieben wurde, wünschenswert, wenn der Kern aus einem kohlenstoffreichen Eisen oder Stahl besteht. Wie jedoch früher angegeben wurde kann der Kern eine Eisen-Legierung mit relativ niedrigem Chrom-Gehalt sein. Bei dieser Alternative ist es nicht so erforderlich, eine Zwischenschicht zu verwenden, da sich gezeigt hat, dass die Eisen-Legierung eine direkte, sehr enge Verbindung mit dem Mantel bewirkt. Eine geeignete Eisen-Legierung zur Erzielung einer direkten Verbindung, ohne auf eine Zwischenschicht zurück greifen zu müssen, ist eine, die nicht mehr als, und vorzugsweise weniger als, 0,6 Gew.-% Kohlenstoff, 1 bis 8 Gew.-%, beispielsweise 1 bis 5 Gew.-%, Chrom und 1 bis 2 Gew.-% Bor enthält.
Die für die Erfindung benötigte Legierung auf Eisen-Basis kann geschweißt werden. So können zusätzlich dazu, dass die erfindungsgemäßen Walzen gute mechanische Eigenschaften, wozu Härte und Verschleißfestigkeit gehören, und eine gute Beständigkeit gegenüber thermischem Schock besitzen, die Walzen auch noch repariert werden. Das heißt, abgenutzte Walzen können durch Schweißen unter Verwendung einer Schweißelektrode aus der Legierung auf Eisen-Basis wieder hergerichtet und dann maschinell bearbeitet oder nachbearbeitet werden. Eine abgenutzte Walze kann zunächst maschinell bearbeitet werden, um möglicherweise vorhandene Defekte zu entfernen, und dann geschweißt und maschinell bearbeitet werden, um sie in den Stand zu versetzen, weiter in einem Walzwerk verwendet zu werden, eine Prozedur, die mit normalen Walzen aus weißem Roheisen mit hohem Kohlenstoff-Gehalt und Chrom- Zusatz oder mit Walzen aus meliertem Eisen nicht möglich ist.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und die begleitenden Zeichnungen weiter beschrieben. Die Zeichnungen zeigen Folgendes:
Fig. 1 veranschaulicht die Beständigkeit gegen thermischen Schock; sie zeigt für erfindungsgemäße Walzen eine Darstellung der Zahl der Zyklen bis zum Reißen in Abhängigkeit vom Kohlenstoff-Gehalt; und
Fig. 2 zeigt die typische Veränderung der Härte erfindungsgemäßer Walzen nach zweistündiger Wärmebehandlung bei verschiedenen Temperaturen gefolgt von Luftkühlung.

BEISPIEL 1

Es wurden Gusskörper aus Legierungen auf Eisen-Basis, wie sie bei der vorliegenden Erfindung benötigt werden, hergestellt und bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaften und ihrer Beständigkeit gegen thermischen Schock getestet. Die Basis-Zusammensetzung enthielt 17 Gew.-% Cr, 2 Gew.-% B, 1,5 Gew.-% Ni, 1,0 Gew.-% Si, 1,0 Gew.-% Mn, 0,5 Gew.-% Mo, wobei die Kohlenstoff-Gehalte zwischen 0,1 und 5,0 Gew.-% variierten, der Rest (abgesehen von zufälligen Verunreinigungen) bestand aus Eisen. Die chemischen Analysen der einzelnen Gusskörper sind in der Tabelle 1 wiedergegeben, die mechanischen Eigenschaften werden in der Tabelle 2 gezeigt.
Die Testung der Gusskörper hinsichtlich ihrer Beständigkeit gegen thermischen Schock erfolgte, indem die Gusskörper abwechselnd 30 Minuten lang auf 900ºC erhitzt und anschließend in Wasser auf Umgebungstemperatur abgeschreckt wurden. Es wurde die Zahl der Zyklen, die zur Erzeugung eines einzelnen Risses von 2 mm in der Oberfläche des Gusskörpers benötigt wurde, bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Fig. 1 zusammen gefasst, und obwohl es sich zeigte, dass die Legierung mit 0,3 Gew.-% Kohlenstoff das beste Ergebnis lieferte, basiert das nicht auf irgend einer optimierten Gesamtzusammensetzung.
Wenn die gleiche Testung auf thermischen Schock mit einem weißen Gusseisen, das 2,5 Gew.-% Kohlenstoff und 16 Gew.-% Chrom enthielt, durchgeführt wurde, kam es innerhalb weniger Zyklen zu einer schweren Rissbildung. Die Beständigkeit der erfindungsgemäßen Legierungen auf Eisen-Basis gegen thermischen Schock ist derjenigen der weißen Gusseisen mit hohem Kohlenstoff-Gehalt und Chrom-Zusatz weit überlegen, und das wird dadurch veranschaulicht, dass die erfindungsgemäßen Legierungen ohne vorheriges Erhitzen durch Lichtbogenschweißen mit schweißbarem Stahl verbunden werden können, ohne dass es zu einem Springen der Legierung auf Eisen-Basis oder der Schweißstelle kommt. Das ist mit weißem Gusseisen mit hohem Kohlenstoff-Gehalt und Chrom-Zusatz oder jedem beliebigen anderen Carbid-reichen Walzenmaterial nicht möglich. TABELLE 1 Chemische Zusammensetzung experimenteller Legierungen (Beispiel 1) (Gew.-%)
Die Auswirkungen der Wärmebehandlung werden in der Fig. 2 gezeigt, in der die Härte der Proben nach einer zweistündigen Wärmebehandlung bei verschiedenen Temperaturen und dem Abkühlen mit Luft gezeigt wird. Man sieht, dass man die Legierungen auf Eisen-Basis durch eine Wärmebehandlung im Bereich von 600-700ºC für die maschinelle Bearbeitung erweichen und sie dann durch Normalisieren der Temperatur wieder härten kann. Dilatometer- Tests der Legierungen mit 0,1 Gew.-% C, 0,2 Gew.-% C und 0,5 Gew.-% C zeigen, dass sich die Legierungen bei Abkühlgeschwindigkeiten von 100ºCIStunde in Martensit umwandeln. Die Temperaturen, bei denen die Umwandlung in Martensit beginnt (Martensitpunkt, Ms) liegen für Legierungen mit 0,1 Gew.-% C, 0,2 Gew.-% C und 0,5 Gew.-% C bei 312ºC, 340ºC bzw. 380ºC. Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften weisen die Legierungen mit weniger Kohlenstoff die besseren Stabilitäten und Bruchzähigkeiten auf, und sie haben eine gute Härte. Legierungen mit Kohlenstoff-Anteilen von 0,1 Gew.-% bis 0,3 Gew.-% weisen die beste Kombination der mechanischen Eigenschaften und der Beständigkeit gegen thermischen Schock auf (siehe Fig. 3). Wenn der Kohlenstoff-Anteil auf 0,5% erhöht wird verschlechtern sich die meisten mechanischen Eigenschaften allmählich, aber die Beständigkeit gegen thermischen Schock verschlechtert sich dramatisch. TABELLE 2 Mechanische Eigenschaften experimenteller Legierungen

BEISPIEL 2

Es wurden für Versuchszwecke erfindungsgemäße Walzen hergestellt und in einer Anwendung für das Warmwalzen leichter Formprodukte getestet. Die Basis-Zusammensetzung enthielt 0,2 Gew.-% C, 16 Gew.-% Cr, 2 Gew.-% B, 0,5 Gew.-% Si, 0,2 Gew.-% Mn, 1,1 Gew.-% Ni und 0,4 Gew.-% Mo. Die Walzen wurden im letzten Fertiggerüst für das Walzen von Winkeln aus rostfreiem Stahl (50 · 50 mm) eingesetzt, und die Walze hatte einen Durchmesser von 445 mm und eine Länge von 700 mm und wog 1300 kg.
Der derzeitige Walzentyp, der üblicherweise für die gleiche Anwendung eingesetzt wird, umfasst Walzen aus zwischenstufigem sphärolithischem Eisen mit einer Oberflächenhärte von ungefähr 440 HV30. Normalerweise kommt es bei den herkömmlichen Walzen-Materialien durch Verschleiß und Brandrisse zu schweren Problemen, was den Walzeneinsatz auf 50-60 Stangen pro Kaliber beschränkt.
Bei den für Versuchszwecke hergestellten Walzen aus der erfindungsgemäßen Legierung kam es nach 100 Stangen unter ähnlichen Walzbedingungen nicht zu einem nennenswerten Verschleiß der Kaliber, und es gab keine Anzeichen für irgendwelche Brandrisse. Diese Walzen wiesen über den zum Einsatz kommenden Durchmesser der Walze keinerlei Abfall der Härte auf.

BEISPIEL 3

Es wurden für Versuchszwecke erfindungsgemäße Walzen hergestellt und in einer Anwendung für das Warmwalzen leichter Formprodukte getestet. Die Basis-Zusammensetzung enthielt 0,3 Gew.-% C, 16 Gew.-% Cr, 1,8 Gew.-% B und 0,5 Gew.-% Si. Die Walzen wurden im letzten Fertiggerüst für das Walzen von Verstärkungsstäben (Durchmesser 16 mm) aus Kohlenstoff-Stahl verwendet. Die Walzen hatten einen Durchmesser von 342 mm und eine Länge von 500 mm.
Der herkömmliche Legierungstyp für diese Art der Anwendung ist zwischenstufiges sphärolithisches Eisen mit einer Härte von ungefähr 560 HV30. Normalerweise kommt es durch starken Verschleiß in Kombination mit Brandrissen zu einem Verlust des Walzenprofils, was beim herkömmlichen Walzenmaterial den Walzeneinsatz einschränkt.
Bei den zu Versuchszwecken hergestellten Walzen kam es nur zu 50% des Verschleißes, der normalerweise bei Walzen aus zwischenstufigem sphärolithischem Eisen auftritt. Unter ähnlichen Walzbedingungen kam es bei den Versuchswalzen nicht zu Brandrissen. Die Härte der Walzen lag bei ungefähr 560 HV30, wobei die Härte über die zum Einsatz kommenden Durchmesser nicht abnahm. Die Walzen wurden so verwendet wie sie gegossen wurden.

BEISPIEL 4

Es wurden für Versuchszwecke erfindungsgemäße Walzen hergestellt und in einer Anwendung für das Warmwalzen leichter Formprodukte getestet. Die Basis-Zusammensetzung enthielt 0,25 Gew.-% C, 17 Gew.-% Cr, 1,8 Gew.-% B und 0,5 Gew.-% Si. Die Walzen wurden als obere Walzen im ersten von zwei Vorgerüsten für das Walzen von Verstärkungsstäben (Durchmesser 16 mm) verwendet. Die Walze hatte einen Durchmesser von 450 mm und eine Länge von 750 mm.
Das herkömmliche Material für diese Art der Anwendung ist welches perlitisches/zwischenstufiges sphärolithisches Eisen mit einer Härte von ungefähr 350 HV30. Bei dieser Anwendung führt der Kompromiss zwischen der Beständigkeit gegen Brandrisse und der Verschleißfestigkeit bei den verwendeten herkömmlichen Materialien zu schlechteren Verschleißeigenschaften.
Die zu Versuchszwecken hergestellten Walzen wiesen nach einem normalen vierwöchigen Einsatz nur sehr wenige Kokillen-Brandrisse und ungefähr 50% des normalen Verschleißes auf. Die Walzen wurden vor der Verwendung einer speziellen Wärmebehandlung unterzogen, die ihnen eine Härte von ungefähr 450 HV30 verlieh. Es wurde keine Abnahme der Härte über die zum Einsatz kommenden Durchmesser gefunden.
Bei einer Form umfasst die Walze nur die Legierung auf Eisen-Basis, so dass sie im wesentlichen aus einer unitären monolithischen Konstruktion besteht, wie sie beispielsweise in einem einzigen Gießschritt hergestellt wird.
Bei einer alternativen Form weist die Walze einen äußeren Mantel aus der Legierung auf Eisen-Basis auf, wodurch sie die Schicht mit ausreichender Dicke bereit stellt, und einen Kern aus Eisen, der mit dem Mantel durch Schleudergießen zu einem Stück verbunden ist. Der Kern kann duktil sein und ein Eisen oder einen Stahl mit hohem Kohlenstoff-Gehalt umfassen. Bei einer Anordnung gibt es zwischen dem Mantel und dem Kern eine Zwischenschicht aus Eisen, die zu einer Verbindung der beiden führt. Die Zwischenschicht aus Eisen kann aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoff-Gehalt bestehen, beispielsweise einem rostfreien Stahl mit niedrigem Kohlenstoff-Gehalt, der wenigstens 12 Gew.-% Chrom enthält. Die Zwischenschicht ist vorzugsweise 10 bis 50 mm dick, beispielsweise 10 bis 35 mm dick.
Bei einer zweiten Anordnung der alternativen Form der Walze besteht der Kern aus einer Eisen-Legierung, beispielsweise einer, die bis zu, aber vorzugsweise weniger als, 0,6 Gew.-% Kohlenstoff, 1 bis 8 Gew.-% Chrom und 1 bis 2 Gew.-% Bor enthält, wobei der Kern eng mit dem genannten Mantel verbunden ist, ohne dass zwischen ihnen eine Zwischenschicht bereit gestellt wird.
Der Mantel, wenn er vorhanden ist, kann eine Dicke von wenigstens 25 mm und z. B. bis zu 75 mm haben, beispielsweise 35 bis 45 mm.
Das Verfahren zur Herstellung einer gegossenen Walze für das Formen von Metallen, beispielsweise für das Walzen oder Gießen von Metallen wie Stahl, die eine gute Beständigkeit gegen die Entstehung von Warmrissen aufweist, umfasst das Herstellen der Walze in einem Gießschritt oder in Gießschritten, wobei eine Schmelze einer Legierung auf Eisen-Basis gegossen wird, um der Walze wenigstens eine äußere Oberflächenschicht von ausreichender Dicke bereit zu stellen, wobei die Legierung auf Eisen-Basis die in den beigefügten Ansprüchen definierte Zusammensetzung aufweist.
Bei einer Form des Verfahrens wird die Schmelze der Legierung auf Eisen-Basis so gegossen, dass die genannte Walze im wesentlichen nur aus der genannten Legierung besteht, beispielsweise im wesentlichen aus einer unitären, monolithischen Konstruktion, die beispielsweise in einem einzigen Gießschritt hergestellt wird.
Bei einer alternativen Form des Verfahrens wird die Schmelze der Legierung auf Eisen- Basis so gegossen, dass sie einen äußeren Mantel der Walze von ausreichender Dicke bereit stellt, wobei der Rest der Walze im wesentlichen einen aus einer Eisen-Legierung gegossenen Kern umfasst, so dass der Mantel und der Kern durch Schleudergießen zu einem Stück verbunden sind. Bei einer Anordnung wird die Schmelze der Legierung auf Eisen-Basis so gegossen, dass sie den Mantel bildet, und anschließend wird eine Schmelze, die den Kern liefern soll, in den Mantel gegossen. Eine Schmelze eines Eisens oder Stahls mit niedrigem Kohlenstoff- Gehalt, beispielsweise eines rostfreien Stahls mit niedrigem Kohlenstoff-Gehalt, der wenigstens 12 Gew.-% Chrom enthält, kann so gegossen werden, dass er zwischen dem genannten Mantel und dem genannten Kern eine Zwischenschicht bereit stellt, um eine Verbindung zwischen diesen zu schaffen.
Bei dem Verfahren wird es am stärksten bevorzugt, die Walze in einer Schleudergießmaschine zu gießen.

Claims

1. Walze für das Warmwalzen oder Gießen von Stahlprodukten, wobei die Walze wenigstens eine äußere Oberflächenschicht aufweist, die aus einer Legierung auf Eisenbasis, die Chrom und Bar einschließt, gegossen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

die äußere Oberflächenschicht nicht weniger als 25 mm dick ist, und wobei die Legierung auf Eisenbasis im wesentlichen aus 8 bis 18 Gew.-% Chrom, 0,5 bis 2,5 Gew.-% Bor, 0,1 bis 0,3 Gew.-% Kohlenstoff und einem Rest, abgesehen von zufälligen Verunreinigungen, aus Eisen besteht, wobei die gegossene Legierung auf Eisenbasis ein hohes Maß an thermischer Schockbeständigkeit und Verschleißfestigkeit aufweist, was eine verlängerte Verwendung der Walze beim Warmwalzen von Stahlprodukten ermöglicht.

2. Walze für das Warmwalzen oder Gießen von Stahlprodukten, wobei die Walze wenigstens eine äußere Oberflächenschicht aufweist, die aus einer Legierung auf Eisenbasis, die Chrom und Bor einschließt, gegossen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

die äußere Oberflächenschicht nicht weniger als 25 mm dick ist, und wobei die Legierung auf Eisenbasis im wesentlichen aus 8 bis 18 Gew.-% Chrom, 0,5 bis 2,5 Gew.-% Bor, bis zu 0,6 Gew.-% Kohlenstoff besteht, wenigstens eines von Nickel oder Molybdän enthält, und der Rest, abgesehen von zufälligen Verunreinigungen, Eisen ist, wobei der Nickelanteil, wenn vorhanden, 0,2 bis 2 Gew. -% beträgt und der Molybdänanteil, wenn vorhanden, 0,5 bis 5 Gew.-% beträgt, wobei die gegossene Legierung auf Eisenbasis ein hohes Maß an thermischer Schockbeständigkeit und Verschleißfestigkeit aufweist, was eine verlängerte Verwendung der Walze beim Warmwalzen von Stahlprodukten ermöglicht.

3. Walze für das Warmwalzen oder Gießen von Stahlprodukten, wobei die Walze wenigstens eine äußere Oberflächenschicht aufweist, die aus einer Legierung auf Eisenbasis, die Chrom und Bor einschließt, gegossen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

die äußere Oberflächenschicht nicht weniger als 25 mm dick ist, und wobei die Legierung auf Eisenbasis im wesentlichen aus 8 bis 18 Gew.-% Chrom, 0,5 bis 2,5 Gew.-% Bor, bis zu 0,6 Gew.-% Kohlenstoff besteht, wenigstens ein Element als Legierungszusatz zur Verstärkung der Oxidationsbeständigkeit und der Härtbarkeit enthält, und der Rest, abgesehen von zufälligen Verunreinigungen, Eisen ist, wobei das wenigstens eine Element als Legierungszusatz ausgewählt ist aus:

Aluminium mit bis zu 0,2 Gew.-%

Kupfer mit bis zu 3 Gew.-%

Mangan von 0,2 bis 2 Gew.-%

Nickel von 0,2 bis 2 Gew.-%

Molybdän von 0,5 bis 5 Gew.-%, und

Silicium von 0,5 bis 3 Gew.-%,

wobei die gegossene Legierung auf Eisenbasis ein hohes Maß an thermischer Schockbeständigkeit und Verschleißfestigkeit aufweist, was eine verlängerte Verwendung der Walze beim Warmwalzen von Stahlprodukten ermöglicht.

4. Walze für das Warmwalzen oder Gießen von Stahlprodukten, wobei die Walze wenigstens eine äußere Oberflächenschicht aufweist, die aus einer Legierung auf Eisenbasis, die Chrom und Bor einschließt, gegossen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

die äußere Oberflächenschicht nicht weniger als 25 mm dick ist, und wobei die Legierung auf Eisenbasis im wesentlichen aus 8 bis 18 Gew.-% Chrom, 0,5 bis 2,5 Gew.-% Bor, bis zu 0,6 Gew.-% Kohlenstoff besteht, wenigstens einen Legierungszusatz enthält, der intermetallische Teilchen bildet, die ausgewählt sind aus Carbid, Borid und Carbo-Borid, zur Verstärkung der Verschleißfestigkeit, und der Rest, abgesehen von zufälligen Verunreinigungen,

Eisen ist, und wobei der wenigstens eine Legierungszusatz ausgewählt ist aus:

Molybdän mit bis zu 5 Gew.-%

Niob mit bis zu 6 Gew.-%

Titan mit bis zu 5 Gew.-%

Vanadium mit bis zu 8 Gew.-%, und

Wolfram mit bis zu 7 Gew.-%,

5. Walze nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Walze im wesentlichen ausschließlich aus der Legierung auf Eisenbasis besteht, so daß sie im wesentlichen einen unitären monolithischen Aufbau aufweist, wie er in einer einzigen Gußoperation erzeugt wird.

6. Walze nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Walze einen äußeren Mantel aus der Legierung auf Eisenbasis aufweist, der die Schicht mit einer ausreichenden Dicke darstellt, und einen Eisenkern, der mit dem Mantel entweder durch Schleuderguß oder nach einem statischen Verbundgußverfahren integral verbunden ist.

7. Walze nach Anspruch 6, wobei der Kern duktil ist und Eisen oder Stahl mit einem hohen Kohlenstoffgehalt aufweist.

8. Walze nach Anspruch 6 oder 7, wobei eine Eisen-Zwischenschicht zwischen dem Mantel und dem Kern vorliegt, die eine Bindung zwischen diesen gewährleistet.

9. Walze nach Anspruch 8, wobei die Eisen-Zwischenschicht ein Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist, beispielsweise ein nichtrostender Stahl mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt mit wenigstens 12 Gew.-% Chrom.

10. Walze nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Zwischenschicht 10 bis 50 mm dick ist, beispielsweise 10 bis 35 mm dick.

11. Walze nach Anspruch 6, wobei der Kern aus einer Eisen- Legierung besteht, beispielsweise einer, die 1 bis 8 Gew.-% Chrom und 1 bis 2 Gew.-% Bor aufweist, wobei der Kern mit dem Mantel integral verbunden ist, ohne daß eine Zwischenschicht vorgesehen ist.

12. Walze nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 11, wobei der Mantel eine Dicke von bis zu 75 mm, beispielsweise von 35 bis 45 mm, aufweist.

13. Verwendung der Walze nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12 für das Warmwalzen oder Gießen von Stahlprodukten.