EP4630177A1 - Deterministisch texturierte arbeitswalze für den einsatz in einem kaltwalzwerk, verfahren zum herstellen einer deterministisch texturierten arbeitswalze für den einsatz in einem kaltwalzwerk und kaltwalzwerk - Google Patents

Deterministisch texturierte arbeitswalze für den einsatz in einem kaltwalzwerk, verfahren zum herstellen einer deterministisch texturierten arbeitswalze für den einsatz in einem kaltwalzwerk und kaltwalzwerk

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Publication number
EP4630177A1
EP4630177A1 EP23817703.4A EP23817703A EP4630177A1 EP 4630177 A1 EP4630177 A1 EP 4630177A1 EP 23817703 A EP23817703 A EP 23817703A EP 4630177 A1 EP4630177 A1 EP 4630177A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rolling mill
work roll
cold rolling
cold
plateaus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23817703.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Wischmann
Jöran SPRUNGK
Robert Leffers
Janine JANSSEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP4630177A1 publication Critical patent/EP4630177A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/005—Rolls with a roughened or textured surface; Methods for making same
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2267/00—Roll parameters
    • B21B2267/10—Roughness of roll surface

Definitions

  • Deterministically textured work roll for use in a cold rolling mill method for producing a deterministically textured work roll for use in a cold rolling mill and cold rolling mill
  • the invention relates to a deterministically textured work roll for use in a cold rolling mill, a method for producing a deterministically textured work roll for use in a cold rolling mill and a cold rolling mill.
  • deterministic, surface topographies is the laser beam texturing process (LT), in particular by single or multiple shots, which lead to an ablation on the surface of the roll material and thus to the setting of a surface topography, see for example EP 0 184 568 Bl, JP 56-119 687 A, JP 03-267 319 A and DE 695 09 883 T2.
  • LT laser beam texturing process
  • the rolls can be finely ground in a grinding process after texturing. After this process, depending on the requirements of the work rolls, they are equipped with a metallic protective layer before they are (re)used in the rolling stands.
  • the background to the conventional surface finishing of work rolls is that the surfaces of the work rolls, by equipping them with a metallic protective layer, offer improved wear protection in terms of service life, as well as a positive influence on the required (strip) cleanliness. Furthermore, it is state of the art that reducing the roughness of work rolls for cold rolling of steel materials leads to less strip contamination.
  • the problem here is that the rolling conditions are worsened by "smoother" work rolls. In particular, the necessary gripping condition is negatively affected by the lower roughness. This behavior is generally true for cold rolling, but especially for discontinuous cold rolling. This means that the gripping condition during cold rolling and the prevention of slipping of the work rolls on the strip to be rolled can be guaranteed with reduced friction, which can be described by the friction coefficient.
  • the object of the invention is therefore to provide a deterministically textured work roll for use in the cold rolling mill, which meets the requirements of cold rolling, in particular without the use of a metallic protective layer.
  • the problem relating to a deterministically textured work roll for use in a cold rolling mill is solved with the features of claim 1.
  • the problem relating to a method for producing a deterministically textured work roll for use in a cold rolling mill is solved with the features of claim 6.
  • the problem relating to a cold rolling mill is solved with the features of claim 10.
  • a first teaching of the invention relates to a deterministically textured work roll with a surface for use in a cold rolling mill, wherein the surface has a topography with plateaus interrupted by depressions, wherein the plateaus occupy a maximum area of 90% with respect to the entire surface of the work roll, wherein the depressions have a void volume between 0.4 cm 3 and 4.4 cm 3 per m 2 of the surface of the work roll.
  • the topography according to the invention on the surface of the work roll is designed in such a way that rollability is ensured when using the topography.
  • (strip) dirt, roll abrasion and/or rolling emulsion are specifically removed and/or abrasion is reduced.
  • the applied topography can ensure that rolling emulsion is present in the roll gap at all times and that possible abrasion caused by the rolling process is simultaneously removed via the flow of the rolling emulsion through the topography and thus does not remain on the strip.
  • friction plays a significant role in the development of force in the roll gap.
  • the relative speed during rolling has an effect in the form of frictional shear stresses between the roll and the rolling stock.
  • the friction value is taken into account, which is only a calculated value or an average value.
  • Friction during rolling is necessary in order to pull the rolling stock into and through the roll gap without external forces.
  • These conditions due to friction are called gripping and pull-through conditions, which are familiar to those skilled in the art.
  • the gripping condition is met when the pulling-in friction force component in the rolling direction is greater than or equal to the recoiling normal force component. Gripping is possible when the pressure angle is smaller than the friction angle.
  • the pull-through condition is met when the pressure angle during rolling is twice as large as during gripping.
  • the empty volume of the depressions can be determined using DIN EN ISO 25178-2:2012-09 by, for example, recording a partial area, e.g. an examined measurement area of 1 mm x 1 mm, and then creating a depth histogram using software, e.g. psoft analysis premium (version 6).
  • the upper limit Smr(cl) generated from this corresponds to the area of the plateaus, whereby this represents the most frequently occurring texture depth after the depth histogram.
  • the depth histogram is transferred into a graphical representation of the empty volume parameters of the examined measurement area, for example.
  • the second limit is set at the deepest texture depth of the surface/measurement area. In this way, the empty volume of the depressions between the surface of the texture and the respective deepest texture points can be determined; cl is on the surface of the texture with the most frequent distribution in percentage terms and c2 is at the deepest point of the texture.
  • the area of the plateaus in relation to the total surface of the working roll is in particular a maximum of 85%, preferably a maximum of 80%, preferably a maximum of 75%, particularly preferably a maximum of 70%, more preferably a maximum of 65%.
  • the area of the plateaus based on the total surface of the work roll is at least 20%, in particular at least 25%, preferably at least 30%.
  • the topography according to the invention on the work roll has a comparable service life to standard work rolls with surfaces coated with metallic layers.
  • the work roll according to the invention can therefore be regarded as an "uncoated" work roll with a bare surface.
  • Work rolls for cold rolling processes are usually made of metal, for example they are forged or cast. It goes without saying that the topography is provided axially on the surface of the work roll to such an extent that the flat material to be rolled is covered by the topography over its entire width in the rolling direction.
  • the flat material to be cold rolled is preferably generally a flat steel product in strip form (steel strip).
  • a flat steel product aluminum strip
  • an aluminum flat product can alternatively be cold rolled with the work roll according to the invention.
  • the work roll in a cold rolling process must meet different requirements than rolls in skin-pass processes, so-called skin-pass rolls, so that in addition to the aforementioned tasks of removing abrasion and service life, a cold rolling process with essentially no slippage can be ensured.
  • the topography on the surface of work rolls for the cold rolling process can therefore be set specifically and is not comparable with topographies on the surfaces of skin-pass rolls.
  • Deterministically textured means that a surface structure is created with recurring structures, for example embossings which have a defined shape and/or design, cf. EP 2 892 663 Bl.
  • this also includes surfaces with a (guasi-) stochastic appearance, which are, however, applied by means of a deterministic texturing process and are thus composed of deterministic form elements.
  • the depressions have a depth between 2 and 40 pm.
  • the depth can be at least 3 pm, 4 pm, 5 pm, preferably at least 7 pm, 8 pm, 9 pm, in order to ensure targeted to maintain the set topography and thus a certain service life of the work roll.
  • the depth can be limited to a maximum of 35 pm, 30 pm, 25 pm.
  • the depressions can have a width between 1 and 100 pm.
  • the width can be at least 5 pm, 10 pm, 15 pm, preferably at least 20 pm, in order to ensure, in conjunction with the depth, a sufficient empty volume for abrasion and thus for the corresponding removal during cold rolling.
  • the width can in particular be limited to a maximum of 85 pm, 60 pm, in order to avoid creating any unwanted elevations, particularly in the rolling direction, and thus no profiling close to the surface on the flat material to be rolled.
  • the surface of the plateaus of the work roll has a mean roughness Ra of a maximum of 0.5 pm. Since a mean roughness Ra cannot practically be 0 pm, this is > 0 pm.
  • the mean roughness Ra of the surface of the plateaus can be at least 0.01 pm, 0.02 pm, 0.03 pm, in particular at least 0.04 pm, 0.05 pm, 0.06 pm.
  • the mean roughness Ra of the surface of the plateaus can in particular be limited to a maximum of 0.45 pm, 0.40 pm, 0.35 pm, preferably to a maximum of 0.30 pm, 0.25 pm.
  • the (entire) surface of the work roll has a mean roughness Ra between 0.4 and 4 pm pm.
  • the mean roughness Ra of the surface of the plateaus and the mean roughness Ra of the depressions are taken into account, so that the total surface can have a mean roughness Ra of at least 0.45 pm, 0.5 pm, 0.55 pm.
  • the mean roughness Ra of the surface of the work roll can be limited in particular to a maximum of 3.8 pm, 3.6 pm, 3.4 pm, preferably to a maximum of 3.2 pm, 3 pm.
  • the plateaus are designed as polygons, in particular as squares. Other geometric shapes are also conceivable, although a deterministic arrangement of the plateaus must be ensured.
  • the invention relates to a method for producing a deterministically textured work roll for use in a cold rolling mill, wherein a work roll to be textured is provided, wherein the surface of the work roll is textured in order to produce a topography on the surface of the work roll, wherein depressions are introduced into the surface which lead to interrupted plateaus, wherein the plateaus are in
  • the depressions may cover a maximum area of 90% of the total surface of the working roll, with the depressions being formed with a void volume of between 0.4 cm 3 and 4.4 cm 3 per m 2 of the surface of the working roll.
  • a thermal method is used for texturing, for example a texturing method using a laser.
  • Devices for carrying out the laser texturing method are state of the art, see also EP 2 892 663 B1, EP 3 172 006 B1 and EP 3 877 112 A1.
  • the laser shots can overlap or be so far apart that an almost initial state remains between the laser shot areas. The areas not hit by the laser bombardment thus form the plateaus on the surface of the work roll.
  • a mechanical method is used for texturing, for example by engraving.
  • Devices for carrying out the engraving are also state of the art.
  • a chemical method is used for texturing, for example etching.
  • Devices for carrying out the etching are also state of the art.
  • the invention relates to a cold rolling mill with at least one, in particular at least two, preferably at least three, preferably at least four and at most nine, in particular at most seven, preferably at most five rolling stands, wherein at least one rolling stand has two work rolls according to the invention.
  • a cold rolling mill with one rolling stand can, for example, be a reversing stand.
  • two work rolls according to the invention can be provided in at least the first and second or in the second and third rolling stands, particularly in the process direction.
  • the cold rolling mill is preferably a tandem cold rolling mill or a part thereof. Other systems can also be used.
  • the arrangement of work rolls in a rolling stand of a cold rolling mill and also the structure and functioning of a cold rolling mill or a tandem cold rolling mill are state of the art.
  • a work roll (1) with a surface (2) for use in a cold rolling mill is sketched at the top right. Two enlargements are shown from the small window at the top left and bottom of Figure 1, each of which schematically shows a partial view in plan view of the surface (2) of the work roll (1) with a topography (3).
  • the illustration at the bottom left of Figure 1 shows a partial cross-section in the work roll (1), which shows the topography (3) on the surface
  • the depth (T), which can be between 2 and 40 pm, and the width (B), which can be between 1 and 100 pm, of the depression (3.2) are shown in the partial cross-sectional view.
  • the depth (T) is determined from the highest point of the plateaus (3.1) surrounding the depression (3.2) on the surface (2) of the work roll (1) and the deepest point in or within the depression (3.2) made in the work roll (1).
  • the width (B) is determined on the surface (2) between two opposite points at which the curvature or radius and thus the start of the impression of the depression (3.2) begins.
  • the depressions (3.2) have an empty volume of between 0.4 cm 3 and 4.4 cm 3 per m 2 of the surface (2) of the work roll (1).
  • the surface of the plateaus (3.1) of the work roll (1) has a mean roughness Ra of maximum 0.5 pm.
  • the surface (2) of the work roll (1) has a mean roughness Ra between 0.4 and 4 pm.
  • two work rolls (1) according to the invention were used in a rolling stand of a tandem cold rolling mill in order to determine the service life and effectiveness, in particular in comparison to standard work rolls which are equipped with a metallic protective layer, for example.
  • the work rolls (1) according to the invention were uncoated.
  • the upper version has plateaus (3.1) designed as small squares, with an area of 57% in relation to the entire surface (2) of the work roll (1) and an empty volume of the depressions (3.2) of 3 cm 3 per m 2 of the surface (2) of the work roll (1).
  • the depth (T) of the depressions (3.2) was on average approx. 7 pm.
  • the width (B) of the depressions (3.2) was on average approx. 35 pm.
  • the average roughness Ra of the surface of the plateaus (3.1) was approx. 0.25 pm.
  • the average roughness Ra of the surface (2) of the work roll (1) was 0.57 pm in total.
  • the lower version has plateaus (3.1) designed as medium-sized squares, with an area of 35% in relation to the entire surface (2) of the work roll (1) and an empty volume of the depressions (3.2) of 0.5 cm 3 per m 2 of the surface (2) of the work roll (1).
  • the depth (T) of the depressions (3.2) was on average approx. 7 pm.
  • the width (B) of the depressions (3.2) was on average approx. 35 pm.
  • the average roughness Ra of the surface of the plateaus (3.1) was approx. 0.25 pm.
  • the average roughness Ra of the surface (2) of the work roll was 3.2 pm in total.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine deterministisch texturierte Arbeitswalze (1) für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk, ein Verfahren zum Herstellen einer deterministisch texturierten Arbeitswalze (1) für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk und ein Kaltwalzwerk.

Description

Deterministisch texturierte Arbeitswalze für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk, Verfahren zum Herstellen einer deterministisch texturierten Arbeitswalze für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk und Kaltwalzwerk
Die Erfindung betrifft eine deterministisch texturierte Arbeitswalze für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk, ein Verfahren zum Herstellen einer deterministisch texturierten Arbeitswalze für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk und ein Kaltwalzwerk.
Arbeitswalzen in Walzgerüsten, insbesondere in Kaltwalzwerken einer Stahlflachproduktion, werden üblicherweise vor dem Einsatz mechanisch bearbeitet. Die Bearbeitung von konventionellen Arbeitswalzen erfolgt gewöhnlich mit einem Schleifverfahren, mit welchem die Oberflächen der Arbeitswalzen durch den Schleifprozess mit einer definierten Rauheit beaufschlagt werden. Anschließend werden die Arbeitswalzen je nach Anwendungsfall mit unterschiedlichen Texturen ausgestattet.
Diese Texturen können unter anderem mit dem SBT-Verfahren (Shot Blasting Texturing), EDT- Verfahren (Electro Discharge Texturing), EBT-Verfahren (Electron-Beam-Texturing), Schleifstrukturen oder aber auch mit dem TOPOCROMO-Verfahren (Reaktorbeschichtung) aufgebracht werden. Bei diesen genannten Verfahren handelt es sich um ein Aufbringen einer stochastischen Oberflächentopographie auf Arbeitswalzen. Die EP 1 368 140 Bl offenbart für EDT ein entsprechendes Beispiel. Das EBT-Verfahren ermöglicht auch ein Aufbringen einer deterministischen Textur. Ein völlig anderes Verfahren für das Aufbringen von stochastischen wie auch geometrisch bestimmten, also deterministischen Oberflächentopographien, stellt das Laserstrahltexturierungsverfahren (LT) dar, insbesondere per Einzel- oder aber per Mehrfachschuss, welche zu einer Ablation an der Oberfläche des Walzenmaterials und damit zur Einstellung einer Oberflächentopographie führen, vgl. beispielsweise EP 0 184 568 Bl, JP 56-119 687 A, JP 03-267 319 A und DE 695 09 883 T2. Je nach Anwendungsfall können die Walzen nach der Texturierung in einem Schleifprozess noch feingeschliffen werden. Nach diesem Vorgang werden, je nach Anforderung an die Arbeitswalzen, diese noch mit einer metallischen Schutzschicht ausgerüstet, bevor sie in den Walzgerüsten (wieder) eingesetzt werden.
Hintergrund der konventionellen Oberflächenveredelung von Arbeitswalzen ist, dass die Oberflächen der Arbeitswalzen durch das Ausrüsten mit einer metallischen Schutzschicht einen verbesserten Verschleißschutz in Bezug auf Standzeiten, sowie einen positiven Einfluss auf die entsprechend geforderte (Band-)Sauberkeit bietet. Ferner ist es Stand der Technik, dass durch die Absenkung der Rauheit von Arbeitswalzen zum Kaltwalzen von Stahlwerkstoffen zu geringerer Bandverschmutzung führt. Problem hierbei ist, dass sich die Walzbedingung durch „glattere“ Arbeitswalzen verschlechtert. Insbesondere wird die notwendige Greifbedingung durch die geringere Rauheit negativ beeinflusst. Dieses Verhalten ist allgemein beim Kaltwalzen zutreffend, speziell jedoch beim diskontinuierlichen Kaltwalzen. Somit ist die Greifbedingung beim Kaltwalzen und die Verhinderung des Rutschens der Arbeitswalzen auf dem zu walzenden Band, bei verringerter Reibung, der durch den Reibungskoeffizienten (Reibbeiwert) beschrieben werden kann, zu gewährleisten.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, eine deterministisch texturierte Arbeitswalze für den Einsatz im Kaltwalzwerk anzugeben, welche den beim Kaltwalzen den gestellten Anforderungen genügt, insbesondere ohne Verwendung einer metallischen Schutzschicht.
Die Aufgabe in Bezug auf eine deterministisch texturierte Arbeitswalze für den Einsatz im Kaltwalzwerk wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe in Bezug auf ein Verfahren zum Herstellen einer deterministisch texturierten Arbeitswalze für den Einsatz im Kaltwalzwerk wird mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Die Aufgabe in Bezug auf ein Kaltwalzwerk wird mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Eine erste Lehre der Erfindung betrifft eine deterministisch texturierte Arbeitswalze mit einer Oberfläche für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk, wobei die Oberfläche eine Topografie mit durch Vertiefungen unterbrochenen Plateaus aufweist, wobei die Plateaus in Bezug auf die gesamte Oberfläche der Arbeitswalze eine Fläche von maximal 90 % einnehmen, wobei die Vertiefungen ein Leervolumen zwischen 0,4 cm3 und 4,4 cm3 pro m2 der Oberfläche der Arbeitswalze aufweisen.
Die erfindungsgemäße Topografie auf der Oberfläche der Arbeitswalze ist so ausgestaltet, dass die Walzbarkeit bei der Verwendung der Topographie gewährleistet ist. Während des Kaltwalzprozesses ist es förderlich, dass (Band-)Schmutz, Walzenabrieb und/oder Walzemulsion gezielt abgeführt werden und/oder Abrieb reduziert wird. Durch die applizierte Topografie kann sichergestellt werden, dass Walzemulsion zu jederzeit im Walzspalt vorhanden ist und möglicher Abrieb durch den Walzprozess gleichzeitig über den Durchfluss der Walzemulsion durch die Topografie abgeführt wird und somit nicht am Band verbleibt. Beim Kaltwalzen hat die Reibung einen wesentlichen Anteil an der Kraftentwicklung im Walzspalt. Dabei wirkt sich die Relativgeschwindigkeit beim Walzen in Form von Reibschubspannungen zwischen Walze und Walzgut aus. Im Sinne des Coulombschen Reibgesetzes wird der Reibungswert berücksichtigt, welcher nur eine Rechengröße bzw. einen Mittelwert darstellt. Die Reibung beim Walzen ist notwendig, um das Walzgut ohne äußere Kräfte in den Walzspalt ein- und durchzuziehen. Diese Bedingungen aufgrund der Reibung werden Greif- und Durchziehbedingung genannt, welche dem Fachmann geläufig sind. Die Greifbedingung ist erfüllt, wenn die einziehende Reibungskraftkomponente in Walzrichtung größer oder gleich der Rückstoßenden Normalkraftkomponente ist. Greifen ist möglich, wenn der Eingriffswinkel kleiner als der Reibungswinkel ist. Die Durchziehbedingung ist erfüllt, wenn beim Walzen der Eingriffswinkel doppelt so groß ist wie beim Greifen.
Bei einem Unterschreiten des Leervolumens der Vertiefungen von 0,4 cm3 pro m2 der Oberfläche der Arbeitswalze kann nicht sichergestellt werden, dass ein Durchziehen des Bandes möglich ist und die Greifbedingung gegeben ist.
Bei einem Überschreiten des Leervolumens der Vertiefungen von 4,4 cm3 pro m2 der Oberfläche der Arbeitswalze stehen viele kleine Plateauflächen unterbrochen durch sehr viele aneinander gereihte Vertiefungen bereit, wodurch keine Walzung bzw. keine gewünschte Verformung im Walzgerüst gewährleistet werden kann.
Das Leervolumen der Vertiefungen kann mittels DIN EN ISO 25178-2:2012-09 bestimmt werden, indem beispielhaft eine Teilfläche, beispielsweise eine untersuchte Messfläche von 1 mm x 1 mm, erfasst wird und darüber ein Tiefenhistogramm mittels einer Software, beispielsweise psoft analysis premium (Version 6), erstellt wird. Die daraus generierte obere Grenze Smr(cl) entspricht der Fläche der Plateaus, wobei dies nach dem Tiefenhistogramm die am häufigsten auftretende Texturtiefe darstellt. Übertragen wird das Tiefenhistogramm in eine beispielsweise grafische Darstellung der Leervolumenparameter der untersuchten Messfläche. Die zweite Grenze wird an die tiefste Texturtiefe der Oberfläche/Messfläche gelegt. Somit kann das Leervolumen der Vertiefungen zwischen Oberfläche der Textur und den jeweils tiefsten Texturpunkten bestimmt werden, cl ist an der Oberfläche der Textur mit der prozentual häufigsten Verteilung und c2 ist am tiefsten Punkt der Textur.
Die Fläche der Plateaus bezogen auf die gesamte Oberfläche der Arbeitswalze beträgt insbesondere maximal 85 %, vorzugsweise maximal 80 %, bevorzugt maximal 75 %, besonders bevorzugt maximal 70 %, weiter bevorzugt maximal 65 %. Um eine Walzbarkeit sicherzustellen, beträgt die Fläche der Plateaus bezogen auf die gesamte Oberfläche der Arbeitswalze mindestens 20%, insbesondere mindestens 25 %, vorzugsweise mindestens 30 %.
Gleichzeitig zeigte sich, dass die erfindungsgemäße Topografie auf der Arbeitswalze eine vergleichbare Standzeit zu standardmäßigen Arbeitswalzen mit metallischen Schichten beschichteten Oberflächen aufweist. Somit kann die erfindungsgemäße Arbeitswalze als „unbeschichtete“ und an der Oberfläche blanke Arbeitswalze angesehen werden.
Arbeitswalzen für Kaltwalzprozesse sind üblicherweise aus Metall hergestellt, beispielsweise werden sie geschmiedet oder gegossen. Es ist selbstredend, dass die Topografie in dem Maße axial auf der Oberfläche der Arbeitswalze vorgesehen ist, dass das zu walzende Flachmaterial in seiner gesamten Breite in Walzrichtung von der Topografie erfasst wird.
Das kalt zu walzende Flachmaterial ist vorzugsweise allgemein ein Stahlflachprodukt in Bandform (Stahlband). Beispielsweise kann auch alternativ ein Aluminiumflachprodukt (Aluminiumband) mit der erfindungsgemäßen Arbeitswalze kalt gewalzt werden.
Funktionsbedingt muss die Arbeitswalze in einem Kaltwalzprozess andere Anforderungen erfüllen im Vergleich zu Walzen in Dressierprozessen, sogenannten Dressierwalzen, so dass neben den vorgenannten Aufgaben des Abtransports von Abrieb und Standzeit auch ein im Wesentlichen schlupffreier Kaltwalzprozess sichergestellt werden kann. Die Topografie auf der Oberfläche von Arbeitswalzen für den Kaltwalzprozess ist dadurch gezielt einzustellen und nicht vergleichbar mit Topografien auf Oberflächen von Dressierwalzen.
Deterministisch texturiert bedeutet, dass eine Oberflächenstruktur mit wiederkehrenden Strukturen erzeugt wird, beispielsweise Verprägungen, welche eine definierte Form und/oder Ausgestaltung aufweisen, vgl. EP 2 892 663 Bl. Insbesondere gehören hierzu zudem Oberflächen mit einer (guasi-) stochastischen Anmutung, die jedoch mittels eines deterministischen Texturierungsverfahrens aufgebracht werden und sich somit aus deterministischen Formelementen zusammensetzen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Arbeitswalze weisen die Vertiefungen eine Tiefe zwischen 2 und 40 pm auf. Die Tiefe kann mindestens 3 pm, 4 pm, 5 pm, vorzugsweise mindestens 7 pm, 8 pm, 9 pm betragen, um bei unvermeidbarer Abnutzung während des Kaltwalzens die gezielt eingestellte Topografie und somit eine gewisse Standzeit der Arbeitswalze zu erhalten. Die Tiefe kann insbesondere auf maximal 35 pm, 30 pm, 25 pm beschränkt sein.
Gemäß einer Ausgestaltung der Arbeitswalze können die Vertiefungen eine Breite zwischen 1 und 100 pm aufweisen. Die Breite kann mindestens 5 pm, 10 pm, 15 pm, vorzugsweise mindestens 20 pm betragen, um in Verbindung mit der Tiefe ein ausreichendes Aufnahmeleervolumen für Abrieb und somit für den entsprechenden Abtransport während des Kaltwalzens zu gewährleisten. Die Breite kann insbesondere auf maximal 85 pm, 60 pm beschränkt sein, um insbesondere in Walzrichtung keine ungewollten Erhebungen und somit keine oberflächennahe Profilierung auf dem zu walzenden Flachmaterial zu erzeugen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Arbeitswalze weist die Fläche der Plateaus der Arbeitswalze eine Mittenrauheit Ra von maximal 0,5 pm auf. Da praktisch eine Mittenrauheit Ra nicht 0 pm betragen kann, ist diese > 0 pm. Die Mittenrauheit Ra der Fläche der Plateaus kann mindestens 0,01 pm, 0,02 pm, 0,03 pm, insbesondere mindestens 0,04 pm, 0,05 pm, 0,06 pm betragen. Die Mittenrauheit Ra der Fläche der Plateaus kann insbesondere auf maximal 0,45 pm, 0,40 pm, 0,35 pm, vorzugsweise auf maximal 0,30 pm, 0,25 pm beschränkt sein.
Gemäß einer Ausgestaltung der Arbeitswalze weist die (gesamte) Oberfläche der Arbeitswalze eine Mittenrauheit Ra zwischen 0,4 und 4 pm pm auf. In die Betrachtung fließen die Mittenrauheit Ra der Fläche der Plateaus sowie die Mittenrauheit Ra der Vertiefungen ein, so dass die Gesamtoberfläche eine Mittenrauheit Ra von insbesondere mindestens 0,45 pm, 0,5 pm, 0,55 pm betragen kann. Die Mittenrauheit Ra der Oberfläche der Arbeitswalze kann insbesondere auf maximal 3,8 pm, 3,6 pm, 3,4 pm, vorzugsweise auf maximal 3,2 pm, 3 pm beschränkt sein.
Gemäß einer Ausgestaltung der Arbeitswalze sind die Plateaus als Vieleck, insbesondere als Viereck ausgebildet. Auch andere Geometrieformen sind denkbar, wobei jedoch eine deterministische Anordnung der Plateaus sichergestellt sein muss.
Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer deterministisch texturierten Arbeitswalze für den Einsatz im Kaltwalzwerk, wobei eine zu texturierende Arbeitswalze bereitgestellt wird, wobei die Oberfläche der Arbeitswalze texturiert wird, um eine Topografie auf der Oberfläche der Arbeitswalze zu erzeugen, wobei in die Oberfläche Vertiefungen eingebracht werden, welche zu unterbrochenen Plateaus führen, wobei die Plateaus in Be- zug auf die gesamte Oberfläche der Arbeitswalze eine Fläche von maximal 90 % einnehmen, wobei die Vertiefungen mit einem Leervolumen zwischen 0,4 cm3 und 4,4 cm3 pro m2 der Oberfläche der Arbeitswalze eingebracht werden.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorgenannten Ausgestaltungen der Arbeitswalze verwiesen.
Gemäß einer Ausführung des Verfahrens wird ein thermisches Verfahren zum Texturieren verwendet, beispielweise ein Texturierverfahren mittels Laser. Vorrichtungen zur Durchführung des Lasertexturierungsverfahrens sind Stand der Technik, vgl. auch EP 2 892 663 Bl auch die EP 3 172 006 Bl und die EP 3 877 112 Al . Auf diese Weise ist die Erzeugung einer Topografie auf der Oberfläche der Arbeitswalze möglich, welche durch Laserbeschuss eine Ablation, d. h. im Bereich des auftreffenden Beschüsses einen Materialabtrag, auf der Oberfläche bewirken. Durch gezielte Einstellung können sich die Laserschüsse überlappen oder einen derart großen Abstand aufweisen, dass zwischen den Laserschussbereichen ein nahezu Ausgangszustand verbleibt. Die nicht vom Laserbeschuss getroffenen Bereiche bilden somit die Plateaus auf der Oberfläche der Arbeitswalze.
Gemäß einer alternativen Ausführung des Verfahrens wird ein mechanisches Verfahren zum Texturieren verwendet, beispielsweise durch Gravieren. Auch Vorrichtungen zur Durchführung des Gravierens sind Stand der Technik.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführung des Verfahrens wird ein chemisches Verfahren zum Texturieren verwendet, beispielsweise ein Ätzen. Auch Vorrichtungen zur Durchführung des Ätzens sind Stand der Technik.
Gemäß einer dritten Lehre betrifft die Erfindung ein Kaltwalzwerk mit mindestens einem, insbesondere mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, bevorzugt mindestens vier und höchstens neun, insbesondere höchstens sieben, vorzugsweise höchstens fünf Walzgerüsten, wobei mindestens ein Walzgerüst zwei erfindungsgemäße Arbeitswalzen aufweist. Bei einem Kaltwalzwerk mit einem Walzgerüst kann es sich beispielsweise um ein Reversiergerüst handeln. Bei zwei und mehr Walzgerüsten eines Kaltwalzwerkes können insbesondere in Prozessrichtung betrachtet jeweils zwei erfindungsgemäße Arbeitswalzen mindestens im ersten und zweiten oder im zweiten und im dritten Walzgerüst vorgesehen sein. Vorzugsweise ist das Kaltwalzwerk eine Tandem-Kaltwalzstraße oder ein Teil davon. U. a. können auch weitere Anlagen dem Kaltwalzwerk in Prozessrichtung vor- und/oder nachgeschaltet sein, wie beispielsweise eine kontinuierliche Beize im Vorlauf des Kaltwalzwerks. Die Anordnung von Arbeitswalzen in einem Walzgerüst eines Kaltwalzwerks und auch der Aufbau und die Funktionsweise eines Kaltwalzwerkes respektive einer Tandem-Kaltwalzstraße sind Stand der Technik.
Eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Arbeitswalze (1) und der korrespondierenden deterministischen Topografie (3) ist in der einzigen Figur 1 dargestellt.
Rechts oben ist eine Arbeitswalze (1) mit einer Oberfläche (2) für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk skizziert. Aus dem kleinen Fenster sind zwei Vergrößerungen links oben und unten in der Figur 1 gezeigt, welche jeweils eine Teilansicht in Draufsicht auf die Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) mit einer Topografie (3) schematisch darstellen. Die Darstellung unten links in Figur 1 zeigt einen Teilguerschnitt in der Arbeitswalze (1), welche die Topografie (3) auf der Oberfläche
(2) mit den Plateaus (3.1) und Vertiefungen (3.2) zeigen. Die Tiefe (T), welche zwischen 2 und 40 pm betragen kann, und der Breite (B), welche zwischen 1 und 100 pm betragen kann, der Vertiefung (3.2) sind in der Teilquerschnittansicht verdeutlicht. Dabei wird die Tiefe (T) vom höchsten Punkt der die Vertiefung (3.2) umgebenden Plateaus (3.1) auf der Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) und der tiefste Punkt in bzw. innerhalb des in der Arbeitswalze (1) eingebrachten Vertiefung (3.2) ermittelt. Die Breite (B) wird an der Oberfläche (2) zwischen zwei gegenüberliegenden Punkten, an denen die Krümmung respektive Radius und somit der Ansatz der Einprägung der Vertiefung (3.2) ansetzt, ermittelt.
Die deterministisch texturierte Arbeitswalze (1) mit einer Oberfläche (2) für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk, wobei die Oberfläche (2) eine Topografie (3) mit durch Vertiefungen (3.2) unterbrochenen Plateaus (3.1) aufweist, wobei die Plateaus (3.1) in Bezug auf die gesamte Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) eine Fläche von maximal 90 % einnehmen, wobei die Topographie
(3) mit als Viereck ausgebildeten Plateaus (3.1) aufweisen kann, s. Figur 1 linke Ausführungen in unterschiedlichen Größenordnungen der Vierecke. Die Vertiefungen (3.2) weisen ein Leervolumen zwischen 0,4 cm3 und 4,4 cm3 pro m2 der Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) auf.
Die Fläche der Plateaus (3.1) der Arbeitswalze (1) weist eine Mittenrauheit Ra von maximal 0,5 pm auf. Die Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) weist eine Mittenrauheit Ra zwischen 0,4 und 4 pm auf. In praktischen Versuchen wurden zwei erfindungsgemäße Arbeitswalzen (1) in einem Walzgerüst einer Tandem-Kaltwalzstraße eingesetzt, um die Standzeit und die Effektivität insbesondere im Vergleich zu Standard-Arbeitswalzen, welche beispielsweise mit einer metallischen Schutzschicht ausgerüstet sind, zu ermitteln. Die erfindungsgemäßen Arbeitswalzen (1) waren unbeschichtet.
Bei den eingesetzten, erfindungsgemäßen Arbeitswalzen (1) kamen die Ausführungen links oben und unten in Figur 1 zur Anwendung.
Die obere Ausführung weist Plateaus (3.1) als kleine Viereck ausgebildet auf, mit einer Fläche von 57 % in Bezug auf die gesamte Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) und ein Leervolumen der Vertiefungen (3.2) von 3 cm3 pro m2 der Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1). Die Tiefe (T) der Vertiefungen (3.2) betrug im Schnitt ca. 7 pm. Die Breite (B) der Vertiefungen (3.2) betrug im Schnitt ca. 35 pm. Die Mittenrauheit Ra der Fläche der Plateaus (3.1) betrug ca. 0,25 pm. Die Mittenrauheit Ra der Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) betrug insgesamt 0,57 pm.
Die untere Ausführung weist Plateaus (3.1) als mittelgroße Viereck ausgebildet auf, mit einer Fläche von 35 % in Bezug auf die gesamte Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) und ein Leervolumen der Vertiefungen (3.2) von 0,5 cm3 pro m2 der Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1). Die Tiefe (T) der Vertiefungen (3.2) betrug im Schnitt ca. 7 pm. Die Breite (B) der Vertiefungen (3.2) betrug im Schnitt ca. 35 pm. Die Mittenrauheit Ra der Fläche der Plateaus (3.1) betrug ca. 0,25 pm. Die Mittenrauheit Ra der Oberfläche (2) der Arbeitswalze betrug insgesamt 3,2 pm.
Es wurden Stahlflachprodukte in Form von Stahlbändern (Coils) kalt gewalzt. Je höher die Standzeit (Durchsatz Coils), um so wirtschaftlicher ist der Einsatz der Arbeitswalzen. Die Standard-Arbeitswalzen und die erfindungsgemäßen Arbeitswalzen (1) wurden mit Standzeiten durchgesetzt, die üblicherweise beim Kaltwalzen erreicht werden, und es wurde festgestellt, dass die Topografie (3) noch ausreichend vorhanden war. Somit konnten mit den erfindungsgemäßen Arbeitswalzen (1) vergleichbare Ergebnisse hinsichtlich der aus dem Stand der Technik bekannten Arbeitswalzen erzielt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Deterministisch texturierte Arbeitswalze (1) mit einer Oberfläche (2) für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk, wobei die Oberfläche (2) eine Topografie (3) mit durch Vertiefungen (3.2) unterbrochenen Plateaus (3.1) aufweist, wobei die Plateaus (3.1) in Bezug auf die gesamte Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) eine Fläche von maximal 90 % einnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (3.2) ein Leervolumen zwischen 0,4 cm3 und 4,4 cm3 pro m2 der Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) aufweisen.
2. Arbeitswalze nach Anspruch 1, wobei die Vertiefungen (3.2) eine Tiefe zwischen 2 und 40 pm aufweisen.
3. Arbeitswalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fläche der Plateaus
(3.1) der Arbeitswalze (1) eine Mittenrauheit Ra von maximal 0,5 pm aufweist.
4. Arbeitswalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) eine Mittenrauheit Ra zwischen 0,4 und 4 pm aufweist.
5. Arbeitswalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Plateaus (3.1) als Viereck ausgebildet sind.
6. Verfahren zum Herstellen einer deterministisch texturierten Arbeitswalze (1) für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk, wobei eine zu texturierende Arbeitswalze bereitgestellt wird, wobei die Oberfläche der Arbeitswalze texturiert wird, um eine Topografie (3) auf der Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) zu erzeugen, wobei in die Oberfläche (2) Vertiefungen (3.2) eingebracht werden, welche zu unterbrochenen Plateaus (3.1) führen, wobei die Plateaus (3.1) in Bezug auf die gesamte Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) eine Fläche von maximal 90 % einnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen
(3.2) mit einem Leervolumen zwischen 0,4 cm3 und 4,4 cm3 pro m2 der Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) eingebracht werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein thermisches Verfahren zum Texturieren verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein mechanisches Verfahren zum Texturieren verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein chemisches Verfahren zum Texturieren verwendet wird. Kaltwalzwerk mit mindestens einem und höchstens neun Walzgerüsten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Walzgerüst zwei Arbeitswalzen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist. Kaltwalzwerk nach Anspruch 10, wobei in Prozessrichtung betrachtet je zwei Arbeitswalzen (1) mindestens im ersten und zweiten Walzgerüst oder im zweiten und im dritten Walzgerüst vorgesehen sind. Kaltwalzwerk nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Kaltwalzwerk eine Tandem-Kaltwalzstraße ist. Kaltwalzwerk nach Anspruch 10, wobei das Kaltwalzwerk ein Reversiergerüst umfasst.
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