DE955240C

DE955240C - Kaltwalze und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE955240C
Application number: DED15115A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinz Asbrand
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1953-05-23
Filing date: 1953-05-23
Publication date: 1957-01-03

Description

Kaltwalze und Verfahren zu ihrer Herstellung Sogenannte Kaltwalzen werden bekanntlich benutzt, um metallische Werkstoffe, insbesondere Stähle, vornehmlich zu Blechen und Bändern in kaltem Zustand zu verwalzen. Bei diesen Arbeiten werden hohe Verformungsdrücke angewendet, und infolgedessen sind die Walzen nicht nur auf Verschleiß beansprucht, sondern auch auf Biegung, und zwar auch dann, wenn die eigentlichen Arbeitswalzen. durch Stützwalzen abgestützt werden.
Stähle hoher Verschleißfestigkeit und Härte sind zwar bekannt, ihre Verwendbarkeit für Kaltwalzen größerer Abmessungen scheitert jedoch an dem ungünstigen. Erstarrungs- und Schmiedeverhalten der hierzu erforderlichen großen Blöcke. Aus diesem Grund bleibt die Verwendungsmöglichkeit dieser chrom-, wolfrain-, vanadin- und molybdänlegierten, ledeburitischen Stähle auf die Herstellung dünner Arbeitswalzen für Vielrollenwalzmaschinen, beispielsweise von der Art der Sendzimirgerüste, bei denen durch die mehrfache Abstützung dieser Walzen zudem praktisch keine Durchbiegung auftritt, beschränkt. Wegender Unmöglichkeit, größere Walzen dieser Zusammensetzung, die zudem als Lufthärter sehr schlechte Zähigkeitseigenschaften zeigen, herzustellen, hat sich die Übung herausgebildet, ganz allgemein für Kaltwalzen einen Stahl zu verwenden, dessen Kohlenstoffgehalt zwischen o,8 und r of'o liegt und dessen Chromgehalt von 1,5 bis 1,7 °/a reicht.
Diese Stähle weisen zwar eine gewisse Verschleißfestigkeit auf, jedoch befriedigt sie im Grunde genommen keineswegs, so daß die Walzen häufig nachgeschliffen, nachgehärtet oder auch ganz ausgewechselt werden müssen.
Gemäß der Erfindung soll die Möglichkeit geschaffen werden, den verschleißfesten Stahl für die Kaltwalzen praktisch nur nach dem Gesichtspunkt der zu erzielenden Härte und Verschleißfestigkeit aussuchen zu können, und zwar unter Anwendung der bekannten Maßnahme, einen harten Mantel mit angegossenem Kern aus zähem Stahl vorzusehen.
Für Verbundwalzen ist schon vorgeschlagen worden, Hartmetall auf eine Stahlseele aufzupressen. Es ergibt sich auf diese Weise keine metallische Verbindung zwischen Mantel und Seele, so daß sich unter den Arbeitsbedingungen beide voneinander lösen. Auch Umgießen des zähen Stahlkernes mit eisenfreien Legierungen, bestehend aus Chrom, Kobalt, Wolfram und Kohlenstoff, sowie mit nickelhaltigem Stahl ist versucht worden. Diese Maßnahmen führen weder bei den Legierungen noch bei den Stählen zu einwandfreier Bindung zwischen Mantel und Kern, da ein Verschweißen nicht eintritt. Außerdem entstehen in den zwar harten Legierungen Schrumpfspannungen, die von diesen nicht aufgenommen werden können, so daß die Walze zu Bruch geht. Die Stähle ergeben keine genügende Härte des Mantels.
Die Erfindung schlägt demgegenüber vor, den Mantel aus einem. an sich bekannten, Sonderkarbide, wie Chrom-, Wolfram-, Molybdän- oder Vanadinkarbid, enthaltenden nickelfreien Stahl herzustellen. Der zähe Stahlkern besteht aus einem Baustahl.
Es ist ersichtlich, daß auf diese Weise den beiden Beanspruchungsarten, nämlich Verschleiß und Durchbiegung, denen die Kaltwalze unterliegt, Rechnung getragen werden kann, indem die Härte entsprechend gewählt wird, ohne dabei Rücksicht nehmen zu brauchen auf die verhältnismäßig geringe Zähigkeit, die mit der Härte verbunden ist. Die erforderliche Zähigkeit wird der gesamten Walze durch den zähen Stahlkern, insbesondere aus Baustahl vermittelt.
Voraussetzung dafür, daß eine solche Kaltwalze den Beanspruchungen standhält, ist jedoch, daß zwischen dem Mantel und dem zähen Stahlkern eine metallische Verbindung besteht. Die Maßnahmen gemäß der Erfindung gewährleisten die Entstehung dieser metallischen Bindung, während es praktisch nicht möglich ist, hochbeanspruchte Arbeitswalzen durch Aufschrumpfen eines verschleißfesten Stahlmantels hoher Härte auf einen Kern aus Baustahl herzustellen - ein Verfahren, daß bei der Fertigung weniger beanspruchter Stützwalzen mit wesentlich geringerer Oberflächenhärte mit Erfolg angewandt wird.
Die Walze gemäß der Erfindung eröffnet die Möglichkeit, hochverschleißfeste und harte Chromstähle zu verwenden, die bisher für die Herstellung größerer Kaltwalzen nicht eingesetzt werden konnten, obwohl ihre Verschleißfestigkeit sie für diesen Verwendungszweck besonders geeignet erscheinen ließ. Ein hierfür verwendbarer Stahl, der für andere Zwecke bekannt ist, wäre beispielsweise ein solcher mit 1,5 bis 2,3 0/o Kohlenstoff, 5 bis 16 0/o Chrom, Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Mangan, Silizium, Schwefel und Phosphor sowie gegebenenfalls Zusätzen an Wolfram, Molybdän und Vanadin.
Die letztgenannten Elemente können einzeln oder zu mehreren in einer Menge von jeweils bis zu 2 0/o vorgesehen werden. Besonders bewährt hat sich ein Stahl mit :2 bis 2,2 0/0 Kohlenstoff und I2 bis 13 0/0 Chrom, der ebenfalls die üblichen Verunreinigungen und die zusätzlichen Elemente in der obenerwähnten Menge enthalten kann.
Darüber hinaus ist es möglich, für Bandwalzwerke, die mit sehr hohen Walzgeschwindigkeiten arbeiten, so daß eine erhebliche Erwärmung der Arbeitswalzen und somit Anlaßeffekte auftreten, bekannte Schnellarbeitsstähle für den Mantel zu verwenden, und zwar insbesondere die hoch anlaßbeständigen wolfram-, vanadin- und molybdänhaltigen Sorten. Die je nach den gegebenen Verhältnissen auszuwählenden Zusammensetzungen können sich in den nachfolgend aufgeführten Grenzen bewegen: o,6 bis 1,5 0/o Kohlenstoff, 2 bis 6 0/0 Chrom, 2 bis 2o 0/a Wolfram, 0,5 bis 5 0/0 Vanadin, o bis 8 0/o Molybdän, o bis 2o 0/a Kobalt sowie gegebenenfalls Stickstoff in Bruchteilen eines Prozentes, Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Silizium, Mangan, Schwefel und Phosphor.
Solche Stähle konnten bisher für die Herstellung großer Kaltwalzen nicht verwendet werden. Sie lassen sich infolge einer starken Neigung zu Seigerungen nicht in Blockabmessungen gießen, die der Größe der benötigten Walze entsprechen. Aus dem gleichen Grund stößt die Verschmiedung derartiger Blockabmessungen auf Schwierigkeiten. Abgesehen hiervon wäre eine Walze, die völlig aus diesen Werkstoffen hergestellt wäre, nicht in der Lage, die beim Walzen auftretenden Biegebeanspruchungen aufzunehmen. Um so überraschender ist es, daß eine gemäß der Erfindung aufgebaute Kaltwalze mit einem Mantel aus diesen Werkstoffen einwandfrei hergestellt werden kann und infolge des zähen Kernes in der Lage ist, unter Aufnahme der Biegebeanspruchung einwandfrei zu arbeiten. Für den Kern, aus dem bei der fertigen Walze auch die Zapfen bestehen, wird gemäß- der Erfindung ein an sich bekannter Stahl mit o,i5 bis 0,30 0/a Kohlenstoff und gegelrenenfalls Nickel, Chrom, Molybdän und Vanadin, einzeln oder zu mehreren, bis jeweils 3 0/o als geeignet vorgeschlagen. Der Eisenrest kann die üblichen Gehalte an Silizium, Mangan, Schwefel und Phosphor aufweisen. Als besonders geeignet hat sich ein Kernstahl mit'(), 15 bis o,2o 0/a Kohlenstoff, 2 bis 3 0/o Nickel, :2 bis 3 0/a Chrom und Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Silizium, Mangan, Schwefel und Phosphor erwiesen.
Zur Herstellung einer derartigen Kaltwalze hat sich das an sich bekannte Schleudergießen als zweckmäßig erwiesen, wobei zunächst der Mantel und alsdann der Kern eingeschleudert werden. Durch das Ineinanderschleudern wird bereits in hohem Maße die metallische Verbindung zwischen Mantel und Kern erzeugt, die für das einwandfreie Arbeiten der Walze im Betrieb als wesentlich erkannt wurde. Die metallische Verbindung, die -im wesentlichen durch Diffusion an den Grenzflächen zustande kommt, kann verbessert werden, indem der gegossene Verbundkörper verschmiedet wird. Das Verschmieden bringt außerdem den Vorteil mit sich, daß das Gußgefüge in mehr oder minder starkem Maße beseitigt wird und so eine Walze geschaffen wird, die, was die Zähigkeit anlangt, in jeder Hinsicht entspricht. Allerdings erfahren auch die Karbide durch das Verschmieden eine anders geartete Einformung, so daß die Verschleißfestigkeit gegenüber dem Gußzustand etwas geringer ist. Es wird daher unter Berücksichtigung des jeweiligen Verwendungszweckes zu prüfen sein, ob eine Verschmiedung anzuwenden ist oder nicht.
Eine andere Möglichkeit der Herstellung der Walze gemäß der Erfindung besteht in der Anwendung des Standgusses. Mantel und Kern werden unter Zwischensetzung eines Blechmantels in einer stehenden Form gleichzeitig gegossen. Auch hierbei ergibt sich die erforderliche metallische Verbindung zwischen Mantel und Kern, und es ist genau wie bei der schleudergegossenen Walze ein Verschmieden des Verbundkörpers nur von Fall zu Fall erforderlich.
Die so hergestellten Walzen werden unter Beobachtung der an sich bekannten und üblichen Maßnahmen gehärtet, die sich für die Erzeugung von Kaltwalzen aus Vollmaterial entwickelt haben. Auch die Härtung unter induktivem Erhitzen - ist ohne weiteres möglich. Insbesondere die Walzen mit einem Schnellstahlmantel können an der Oberfläche auch nitriert werden.
Die Stärke des Mantels aus verschleißfestem Stahl ist je nach Abmessung und Verwendungszweck der Walze weitgehend veränderlich.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Kaltwalze, bestehend aus einem harten Mantel und angegossenem Kern aus zähem Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus einem an sich bekannten, Sonderkarbide, wie Chrom-, Wolfram-, Molybdän- oder Vanadinkarbid, enthaltenden nickelfreien Stahl besteht.
2. Kaltwalze nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus einem an sich bekannten Stahl mit I,5 bis 2,3 0/o Kohlenstoff, vorzugsweise 2 bis 2,2 0/o, 5 bis .I6 % Chrom, vorzugsweise I2 bis I3 0/0, Rest Eisen und den üblichen Gehalten an Mangan, Silizium, Schwefel, Phosphor und gegebenenfalls Zusätzen an Wolfram, Molybdän und Vanadin, einzeln oder zu mehreren in einer Menge von je bis zu 2 0/o besteht.
3. Kaltwalze nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus einem an sich bekannten Schnellarbeitsstahl mit o,6 bis I,5 0/o Kohlenstoff, ä bis 6 0/o Chrom, 2 bis 2o 0/0 Wolfram, o,5 bis 5 0/a Vanadin, o bis 8 0/o Molybdän, o bis 2o 0/o Kobalt sowie gegebenenfalls Stickstoff in Bruchteilen eines Prozentes, Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Silizium, Mangan, Schwefel und Phosphor besteht.
4. Kaltwalze nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem an sich bekannten Stahl mit o,I5 bis 0,3 0/0 Kohlenstoff und gegebenenfalls Nickel, Chrom, Molybdän und Vanadin, einzeln oder zu mehreren, bis jeweils 3 0/0, Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Silizium, Mangan, Schwefel und Phosphor besteht.
5. Kaltwalze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem an sich bekannten Stahl mit o,I5 bis o,2o 0/o Kohlenstoff, 2 bis 3 0/o Nickel, 2 bis 3 0/a Chrom und Rest Eisen .mit den üblichen Gehalten an Silizium, Mangan, Schwefel und Phosphor besteht.
6. Verfahren zur Herstellung einer Kaltwalze gemäß Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mantel und Kern unter Anwendung des an sich bekannten Schleudergießens ineinandergegossen werden und vorzugsweise der so hergestellte Verbundkörper verschmiedet wird.
7. Verfahren zur Herstellung einer Kaltwalze gemäß Anspruch i bis 5 unter Anwendung des Standgusses, dadurch gekennzeichnet, daß Mantel und Kern unter Zwischensetzung eines Blechmantels in einer stehenden Form gleichzeitig gegossen werden und vorzugsweise der so hergestellte Verbundkörper verschmiedet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 710 46, 589 i24, 5o6 194, 666 547, 539 684 539 816, 607 281; Zeitschrift »Stahl und Eisen«, 1939, S. 1197 bis 120o; Zeitschrift »Metallwirtschaft«, 1939, S. 823, 824.