EP4689215A1 - Arbeitswalze zum walzen eines metallischen gutes, walzgerüst, metallisches band, verfahren zur herstellung einer arbeitswalze sowie verwendung einer arbeitswalze - Google Patents

Arbeitswalze zum walzen eines metallischen gutes, walzgerüst, metallisches band, verfahren zur herstellung einer arbeitswalze sowie verwendung einer arbeitswalze

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EP4689215A1
EP4689215A1 EP24728038.1A EP24728038A EP4689215A1 EP 4689215 A1 EP4689215 A1 EP 4689215A1 EP 24728038 A EP24728038 A EP 24728038A EP 4689215 A1 EP4689215 A1 EP 4689215A1
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EP
European Patent Office
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equal
protection layer
wear protection
less
particularly preferably
Prior art date
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Pending
Application number
EP24728038.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Müller-Jena
Thomas Wirtz
Andreas Fürst-Pitz
Walter Wengenroth
Matthias VOGD
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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    • B21B2267/10—Roughness of roll surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2267/00—Roll parameters
    • B21B2267/26—Hardness of the roll surface

Definitions

  • the invention relates to a work roll for rolling a metallic material, in particular for rolling a metallic strip, comprising a base body made of metal and a wear protection layer arranged at least in regions on the base body, wherein the wear protection layer is a thermal splash protection layer.
  • the invention further relates to a rolling stand.
  • the invention further relates to a metallic strip which is cold rolled by means of a work roll.
  • the invention further relates to a method for producing a work roll.
  • the invention also relates to a use of a work roll.
  • such work rolls are provided with a suitable wear protection layer on their surface, by means of which at the same time it can be possible to create a defined surface texture on a tape.
  • a suitable wear protection layer comprises a hard chrome coating, which, however, also tends to form microcracks, which in turn can have a negative effect on the service life and corrosion resistance.
  • a hexavalent chromium Cr-6 has been used up to now. It is now considered proven that Cr-6 is carcinogenic and/or mutagenic.
  • the invention is based on the object of providing an improvement or an alternative to the prior art.
  • the object of the invention is achieved by a work roll for rolling a metallic material, in particular for rolling a metallic strip, comprising a base body made of metal and a wear protection layer arranged at least in regions on the base body, wherein the wear protection layer has a layer thickness with a value of less than or equal to 70 pm, preferably less than or equal to 40 pm and particularly preferably less than or equal to If the wear protection layer is produced with a layer thickness of less than or equal to 70 gm, preferably with a layer thickness of less than or equal to 40 gm and particularly preferably with a layer thickness of less than or equal to 15 gm, work rolls of the generic type can be produced extremely cost-effectively.
  • a thin wear protection layer has a fine-grained microstructure consisting of hard phase particles and matrix particles.
  • the layer thickness of the wear protection layer and the associated properties of the wear protection layer, please refer to Table 1.
  • a particularly robust wear protection layer can also be achieved, in particular a preferably long-lasting wear protection layer and/or a wear protection layer which is comparatively less susceptible to peak loads.
  • the reason for this trend reversal may be the decreasing values for the magnitude of the residual stresses in the wear protection layer resulting from smaller values for the layer thickness of the wear protection layer, since it has been shown that the delamination resistance can increase with increasing values for the residual stresses in the wear protection layer.
  • a thinner wear protection layer can lead to lower maximum values for the temperature within the wear protection layer, since a thinner wear protection layer can cool down more quickly, both on the side of the base body and on the side of the wear protection layer facing away from the base body.
  • the maximum temperature of the wear protection layer during the process of thermal spraying of the wear protection layer promotes the precipitation of elemental tungsten (W) and/or diwolfram carbide (W 2 C) with increasing values for the cooling rate. It has also been shown that the rate of cooling of the wear protection layer during the process of thermal spraying of the wear protection layer can reduce the precipitation of elemental tungsten (W) and/or diwolfram carbide (W 2 C) with increasing values for the cooling rate.
  • Tab. 1 Layer thickness of the wear protection layer (pm): cohesive forces, wear resistance, delamination resistance,
  • each of the wear protection layer evaluation between 0 and 10 with the individual scales between smallest possible (0) and largest possible (10) (scale designation: k-g) as well as neutral (0) and best possible (10) (scale designation: n-b) )
  • the wear protection layer has a layer thickness with a value of greater than or equal to 2 pm, preferably greater than or equal to 5 gm and particularly preferably greater than or equal to 6 gm or greater than or equal to 8 gm.
  • the wear protection layer preferably has a chromium content of less than or equal to 90 wt. %, preferably less than or equal to 60 wt. %, and particularly preferably less than or equal to 30 wt. %.
  • the present wear protection layer serves to protect the working roll from wear.
  • the wear protection layer is designed as proposed, an improved wear resistance of the base body of the work roll can be ensured.
  • the wear protection layer proposed here enables the work roll, but especially the wear protection layer itself, to be provided as freely as possible, preferably entirely, without the chromium, in particular hard chromium, which has previously been predominantly required for wear protection layers, and this with at least the same or even improved qualitative properties, such as an improved surface quality, an improved service life and other improved properties of the work roll, as described in more detail below.
  • the wear protection layer makes it possible to ensure a consistent roughness on the work roll surface that lasts as long as possible, which influences the desired target values for the metallic material to be rolled in a rolling process for as long as possible, such as in particular the roughness and texture or smoothness of a metallic material surface to be produced, in particular of a metallic strip to be produced.
  • a lower nickel content should be set, in particular a nickel content of less than or equal to 90 wt. %, preferably less than or equal to 60 wt. % and particularly preferably less than or equal to 30 wt. % since the wear resistance decreases with increasing nickel content.
  • the wear resistance of the wear protection layer can be improved with a larger chromium content and/or a smaller nickel content, whereby mutagenic and/or carcinogenic influences on the environment can be improved or avoided by a smaller chromium content and a smaller nickel content.
  • Chromium and/or nickel content (wt.%) : residual compressive stresses and wear resistance (evaluation between 0 and 10 with the individual scales between smallest possible (0) and largest possible (10) (scale designation: k-g) as well as neutral (0) and best possible (10) (scale designation: n-b) )
  • the wear resistance of the wear protection layer can also be supported by the level of compressive residual stresses in the wear protection layer.
  • the wear protection layer on the Base body is advantageously clamped, which ultimately also improves the layer stability and/or the layer quality, in particular the adhesive tensile strength, the adhesive tensile strength of the wear protection layer can be advantageously influenced in particular by a decreasing nickel content.
  • any microcracks that may occur in the wear protection layer can be closed again by residual compressive stresses in the wear protection layer, whereby any crack growth of the microcracks can be advantageously reduced or prevented.
  • the wear protection layer has an outer surface with an arithmetic mean roughness R a of greater than or equal to 0.01 pm, preferably greater than or equal to 0.5 pm and particularly preferably greater than or equal to 1.5 pm, and/or if the wear protection layer has an outer surface with an arithmetic mean roughness R a of less than or equal to 17 pm, preferably less than or equal to 10 pm and particularly preferably less than or equal to 6 pm.
  • the roughness R a of the wear protection layer of the present work roll can be determined on the requirements of the product to be treated can be individually adjusted, which in turn allows the roughness R a on the product surface to be determined almost arbitrarily, in particular the surface roughness of a strip material. In other words, the factory roughness R a of the wear protection layer of the product to be sold can be adjusted.
  • the possibility of a specific determination of a surface roughness of a product is particularly advantageous with regard to various product properties, such as the paintability of a product, the feel of a product, the deep-drawing and/or pressing behavior of a product, the adjustability of rolling forces or the like.
  • a generic work roll can be advantageously further developed solely by means of the features relating to the arithmetic mean roughness value, so that relevant features or combinations of features are already advantageous without the other features of the invention.
  • a small value for the arithmetic mean roughness R a of the outer surface of the wear protection layer can lead to a better texture of the work roll and of a strip material rolled with the work roll and an advantageous adjustability of the rolling forces.
  • An average value (see Table 3) for the arithmetic mean roughness R a of the outer surface of the wear protection layer can contribute to optimal conditions for the paintability of a metallic product rolled with the work roll.
  • Higher values (see Table 3) for the arithmetic mean roughness R a of the outer surface of the wear protection layer can improve deep drawing and/or pressing behavior as well as the adhesion of a strip coating to the metallic material rolled on the work roll.
  • wear protection layers with a low value (cf. Table 3) for the arithmetic mean roughness R a of the outer surface of the wear protection layer contribute to a lower porosity of the wear protection layer, so that with low values for the arithmetic mean roughness R a the adhesive tensile strength of the wear protection layer, which depends on the porosity of the wear protection layer, can also be improved.
  • the wear protection layer has a grain size with a value of greater than or equal to 2 pm, preferably greater than or equal to 5 pm, and/or with a grain size of less than or equal to 50 pm, preferably less than or equal to 45 pm and particularly preferably less than or equal to 30 pm or less than or equal to 20 pm.
  • grain size describes in the sense of the invention the average diameter or the average area in a micrograph of the crystallites (grains) within a polycrystalline metal.
  • the grain size of the wear protection layer proposed here results in thermal spraying in particular from a size of particles of a starting material for providing the coating material for producing the wear protection layer.
  • the term correlates "Grain size” is therefore strongly related to the particle size of powder particles of a powder for the starting material.
  • element distribution in the sense of the invention describes the volumetric proportion of hard phase and matrix, whereby the volumetric proportion can be determined, for example, after coating the base body by means of microscopy.
  • matrix or “matrix material” in the sense of the invention is a structure of an applied wear protection layer.
  • the matrix of the wear protection layer may comprise iron and/or nickel and/or cobalt and/or molybdenum and/or boron and/or tungsten.
  • the chemical resistance of the matrix of the wear protection layer can be improved.
  • a matrix containing nickel can ensure that the wear protection layer is chemically resistant overall, and in particular is corrosion resistant.
  • Cobalt as a component of the matrix of a wear protection layer can lead to an increase in the temperature resistance of the wear protection layer. Cobalt can also advantageously be used to increase the hardness of the matrix and thus of the entire wear protection layer.
  • the chemical resistance and/or the temperature resistance of the wear protection layer, in particular of the matrix can be improved.
  • the matrix of the wear protection layer can also contain manganese, copper, chromium and/or silicon, whereby the matrix of the wear protection layer can be further optimized with regard to its ductility, its hardness, its chemical resistance, its machinability, its friction properties, its temperature resistance, its adhesion resistance and/or the like.
  • a "hard phase” is embedded or “floating" embedded in a softer material of the wear protection layer, in particular in a softer matrix or a softer matrix material of the wear protection layer.
  • Hard phases suitable for the wear protection layer can in particular be oxidic, carbide or boride Hard phases can be used, which advantageously have a high hardness.
  • oxidic, carbide or boride Hard phases can be used, which advantageously have a high hardness.
  • a compound of silicon and carbon can be used, which forms silicon carbide (SiC).
  • adheresive tensile strength describes the resistance to adhesion acting on the wear protection layer.
  • Adhesion is the adhesive capacity of the wear protection layer on the base body of the working roll.
  • phase here generally describes a state of one or more elements.
  • an intermetallic phase describes a compound, in particular a homogeneous chemical compound, of at least two metals.
  • the grain size of the wear protection layer affects a number of properties of the wear protection layer.
  • the grain size can be influenced by the process parameters of the thermal spraying of the wear protection layer, in particular via the average diameter of the powder used.
  • the grain size can have a beneficial effect on the homogeneity of the wear protection layer, in particular on the homogeneity of the distribution of the coating. elements within the wear protection layer, in particular the distribution of the hard phase elements within the wear protection layer, as well as the homogeneity of the thickness of the wear protection layer. Tests have shown that the homogeneity mentioned above can be improved with decreasing grain size.
  • the roughness R a in particular the arithmetic mean roughness R a , of the wear protection layer can be influenced by means of the grain size.
  • a smaller value for the arithmetic mean roughness R a of a thermally sprayed and subsequently not reworked wear protection layer can be achieved with a smaller grain size.
  • the grain size can influence the residual stress in the wear protection layer, whereby the residual stress in the wear protection layer can be increased with a smaller grain size. It has been shown that higher residual stresses in the wear protection layer can lead to an improvement in the adhesive tensile strength, whereby the risk of delamination of the wear protection layer from the base body of the work roll can be reduced on the one hand by a decreasing grain size. Furthermore, the delamination resistance is also influenced by the influence of the grain size on the porosity of the wear protection layer.
  • Tab. 4 Grain size of the wear protection layer (pm): roughness of the wear protection layer, roughness of a product (strip) machined with the work roll, residual stresses in the wear protection layer and/or the base body, porosity,
  • the grain size achieved within a wear protection layer can also be determined during the thermal Spraying can influence the kinetics of the coating material when applied to the base body surface as well as the temperature of the particles of the coating material.
  • the grain size can also influence the porosity of the wear protection layer.
  • a larger grain size can increase the porosity of the wear protection layer, which can reduce the hardness and/or delamination resistance of the wear protection layer.
  • the grain size can also influence the number of peaks of a wear protection layer and thus also the roughness of a metallic strip treated with the work roll, whereby the optimum number of peaks is achieved in a medium range of the grain size considered here. so that the roughness of a metallic strip treated with the work roll can also assume optimal values in a medium range of the grain size considered here.
  • a generic work roll can be advantageously further developed solely by means of the features relating to the grain size, so that relevant features or combinations of features are already advantageous without the other features of the invention.
  • the wear protection layer has a proportion of tungsten carbide (WC) of greater than or equal to 50 wt. %, preferably a proportion of greater than or equal to 60 wt. %, and particularly preferably of greater than or equal to 70 wt. %.
  • WC tungsten carbide
  • tungsten carbide is explicitly understood to mean mono-tungsten carbide (WC).
  • the hardness of the wear protection layer can be advantageously increased, whereby an increased proportion of mono-tungsten carbide (WC) in the wear protection layer allows the hardness of the wear protection layer to increase further.
  • WC mono-tungsten carbide
  • the wear protection layer can advantageously have a proportion of tungsten carbide (WC) of greater than or equal to 2 wt. %, preferably a proportion of greater than or equal to 20 wt. %, and particularly preferably greater than or equal to 25 wt. % or greater than or equal to 30 wt. %. Furthermore advantageously, the wear protection layer can have a proportion of tungsten carbide (WC) of greater than or equal to 40 wt. %, preferably a proportion of greater than or equal to 45 wt. % and particularly preferably greater than or equal to 65 wt. % or greater than or equal to 70 wt. %.
  • WC tungsten carbide
  • the wear protection layer can have a proportion of tungsten carbide (WC) of greater than or equal to 75 wt. %, preferably a proportion of greater than or equal to 80 wt. %, and particularly preferably of greater than or equal to 85 wt. % or greater than or equal to 87 wt. %.
  • WC tungsten carbide
  • the wear protection layer can be further improved if the wear protection layer has a proportion of tungsten precipitates, in particular of elemental tungsten (W) and/or ditungsten carbide (W 2 C), with a proportion of less than or equal to 50 wt. %, preferably less than or equal to 33 wt. %, and particularly preferably less than or equal to 10 wt. % or less than or equal to 5 wt. %.
  • W elemental tungsten
  • W 2 C ditungsten carbide
  • Tungsten precipitates (elemental tungsten and/or ditungsten carbide W 2 C) in the wear protection layer (wt.%): embrittlement, wear resistance, fracture toughness, adhesive tensile strength, service life, hardness and layer adhesion of the wear protection layer (evaluation between 0 and 10 with the individual scales between the smallest possible (0) and greatest possible (10) (scale designation: kg) as well as neutral (0) and best possible (10) (scale designation: nb) )
  • Tungsten precipitates in the form of elemental tungsten (W) and/or ditungsten carbide (W 2 C) can be formed by degradation of tungsten carbide (WC).
  • the proportion of tungsten precipitates within the wear protection layer can have an influence on layer adhesion between adjacent, in particular superimposed, and not simultaneously worn individual layers of the wear protection layer, whereby the layer adhesion can decrease with an increasing proportion of tungsten precipitates.
  • the wear protection layer has an adhesive tensile strength with an adhesive tensile value of greater than or equal to 60 N/mm 2 , preferably greater than or equal to 70 N/mm 2 , and particularly preferably greater than or equal to 80 N/mm 2 or greater than or equal to 100 N/mm 2 .
  • the adhesive tensile strength is understood to be the value for a tensile force at which the wear protection layer has not flaked off at all at the point under test. Accordingly, higher values for the adhesive tensile strength are advantageous for the delamination resistance of the wear protection layer.
  • the wear protection layer has an adhesive tensile strength with an adhesive tensile value of greater than or equal to 55 N/mm 2 , preferably greater than or equal to 65 N/mm 2 , and particularly preferably greater than or equal to 75 N/mm 2 or greater than or equal to 90 N/mm 2 .
  • a generic work roll can be advantageously further developed solely by means of the adhesive tensile strength of the wear protection layer, so that relevant features or combinations of features are already advantageous without the other features of the invention.
  • the wear protection layer has a porosity with a porosity value of less than or equal to 1%, preferably less than or equal to 0.5% and particularly preferably less than or equal to 0.1%.
  • Corrosion resistance, delamination resistance, surface roughness, hardness, residual stresses and peak number of the wear protection layer evaluation between 0 and 10 with the individual scales between the smallest possible (0) and greatest possible ( 10 ) ( scale designation : kg) as well as neutral ( 0 ) and best possible ( 10 ) ( scale designation : nb ) )
  • porosity describes the number and/or size of the pores in the wear protection layer, which is given as a percentage (%). This number can be determined, for example, by means of an optical evaluation or with the aid of a permeation test, in which the water displacement of the wear protection layer and/or the working roll together with the wear protection layer is examined under the influence of a vacuum.
  • the corrosion resistance of the wear protection layer can be improved by decreasing the porosity values.
  • the adhesive strength or delamination resistance of the wear protection layer can also be positively influenced by smaller values for the porosity of the wear protection layer.
  • the hardness of the wear protection layer can also be increased by decreasing the porosity values. Small values for the roughness of the outer surface of the wear protection layer can be advantageously achieved, in particular with a low value for the porosity, in particular by the additive application of the wear protection layer by means of a thermal spraying process and/or by the subtractive removal of an outer layer of the wear protection layer.
  • Achievable values for the residual stress in the wear protection layer can also be increased by low values of porosity.
  • a generic work roll can be advantageously further developed solely by means of the porosity of the wear protection layer, so that relevant features or combinations of features are already advantageous without the other features of the invention.
  • the wear protection layer has a permeability with a permeability value of less than or equal to 1 Barrer, preferably less than or equal to 0.5 Barrer and particularly preferably less than or equal to 0.1 Barrer.
  • the permeability of the wear protection layer can also influence its quality. For example, a better layer quality with regard to the wear protection layer can be achieved if the wear protection layer has a low permeability, in particular a low gas permeability in Barrer.
  • the corrosion resistance of the wear protection layer can be improved with decreasing permeability values.
  • the hardness of the wear protection layer can also be increased by decreasing the permeability values.
  • permeability describes the permeability of the wear protection layer, which can be determined primarily by the number of permeable or open pores in the wear protection layer, in particular gas-permeable
  • Tab. 7 Permeability of the wear protection layer (Barrer): quality, corrosion resistance, delamination resistance, surface roughness, hardness, residual stresses and number of peaks of the wear protection layer (each rated between 0 and 10 with the individual scales between smallest possible (0) and largest possible (10) (scale designation: k-g) as well as neutral (0) and best possible (10) (scale designation: n-b))
  • a generic work roll can be advantageously further developed solely by means of the permeability of the wear protection layer, so that related features or combinations of features are already advantageous without the other features of the invention.
  • the wear protection layer has a layer hardness with a layer hardness value greater than or equal to 800 HV, preferably greater than or equal to 1000 HV and particularly preferably greater than or equal to 1100 HV, and/or with a layer hardness value of less than or equal to 1600 HV, preferably less than or equal to 1500 HV and particularly preferably less than or equal to 1400 HV.
  • HV Layer hardness of the wear protection layer
  • Wear resistance and adhesive tensile strength of the wear protection layer (evaluation between 0 and 10 with the individual scales between smallest possible (0) and largest possible (10) (scale designation: kg) as well as neutral (0) and best possible (10) (scale designation: nb) )
  • the wear resistance of the wear protection layer can be advantageously influenced or improved.
  • the layer hardness the residual stresses occurring in the wear protection layer can be advantageously influenced, as can the roughness R a of the surface of the wear protection layer.
  • the ratio of hard phase to matrix, the precipitation of ditungsten carbide (W 2 C ), the porosity and/or the permeability have an influence on the hardness of the wear protection layer of the working roll.
  • the wear protection layer is applied to more than or equal to 80% of a number of analysis points, preferably to more than or equal to 90% of a number of analysis points and particularly preferably to more than or equal to 95% of a number of analysis points, has a deviation of less than or equal to 40% from a weight proportion of a coating element averaged over a total number of analysis points, preferably a deviation of less than or equal to 30% and particularly preferably a deviation of less than or equal to 20%, wherein the total number of analysis points is greater than or equal to 5, preferably greater than or equal to 15 and particularly preferably greater than or equal to 25, in particular the coating element is one of the elements tungsten carbide (WC), aluminum oxide (AI2O3), zirconium oxide ( ZrO2 ), chromium carbide ( Cr3C2 , Cr7C3 and/or Cr23C6 ) or vanadium carbide (VC).
  • WC tungsten carbide
  • AI2O3 aluminum oxide
  • ZrO2 zirconium oxide
  • the properties of the wear protection layer can also be advantageously influenced by the homogeneity of the element distribution.
  • the chemical element composition in particular can be determined locally. Both qualitative and quantitative analyses are possible.
  • a determination in this regard can be made using microanalytical methods, such as an "EDX analysis” (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy).
  • EDX analysis can be used to advantageously carry out investigations of coating compositions. Even unknown materials or impurities with regard to chemical chemical elements can be analyzed on the existing wear protection layer. Layer thickness measurements of the wear protection layer can also be carried out.
  • the usable level of the residual stresses occurring in the wear protection layer is also reduced.
  • a decreasing homogeneity of the distribution of the coating elements also leads to a reduction in the adhesive tensile strength of the wear protection layer, which decreases in particular due to an increase in porosity and/or a decrease in a minimum residual stress level.
  • an increasing inhomogeneity of the distribution of the coating elements in the wear protection layer can also cause an inhomogeneity of the layer thickness of the wear protection layer.
  • a generic work roll can be advantageously further developed solely by means of the homogeneity of the wear protection layer, so that relevant features or combinations of features are already advantageous without the other features of the invention.
  • properties of the present wear protection layer can be influenced if the wear protection layer has a thickness deviation of less than or equal to 20% from a layer thickness of the wear protection layer averaged over a total number of measuring points at more than or equal to 80% of a number of measuring points, preferably at more than or equal to 90% of a number of measuring points and particularly preferably at more than or equal to 95% of a number of measuring points, preferably a deviation of less than or equal to 10% and particularly preferably a deviation of less than or equal to 5%, wherein the total number of measuring points is greater than or equal to 10, preferably greater than or equal to 25 and particularly preferably greater than or equal to 40.
  • the wear protection layer has a thickness tolerance of less than or equal to 1 gm, preferably less than or equal to 0.5 gm and particularly preferably less than or equal to 0.2 gm.
  • the homogeneity of the layer thickness is a particularly advantageous property of a wear protection layer.
  • a surface of a wear protection layer with a waviness is not generally desired but only in special cases. Accordingly, for a large number of embodiments of a work roll, a wear protection layer with a homogeneous thickness and/or only small thickness deviations is advantageous.
  • the roughness R a of the wear protection layer and/or the Waviness of the wear protection layer can be advantageously influenced.
  • a generic work roll can be advantageously further developed solely by means of the design of the thickness homogeneity, so that relevant features or combinations of features are already advantageous without the other features of the invention.
  • the wear protection layer has a hard phase and a matrix, wherein the hard phase is embedded in the matrix.
  • wear protection layers comprising a hard phase are particularly resistant to wear and thus have an increased service life, especially if at least one hard phase is embedded in a matrix that is softer than the hard phase.
  • a hard phase is defined as an inclusion of at least one grain of at least one oxide, a carbide and/or a boride.
  • a hard phase comprises tungsten carbide (WC), aluminum oxide (AI2O3), zirconium oxide (ZrO2), chromium carbide (in particular Cr 3 C 2 , Cr 7 C 3 and/or Cr 23 C 6 ), vanadium carbide (VC), silicon carbide (SiC), tungsten boride (WB), chromium oxide (in particular CrO, Cr 2 O 3 , CrO 3 and/or CrO 3 ), titanium carbide (TiC), titanium oxide (in particular TiO, Ti 2 O 3 and/or TiO 3 ) and/or molybdenum carbide (in particular Mo 3 C and/or MoC).
  • the wear protection layer has a hard phase and a matrix, in particular a ratio of hard phase to an overall layer system consisting of hard phase and matrix with a ratio value of greater than or equal to 40 vol. % , preferably greater than or equal to 50 vol. % and particularly preferably greater than or equal to 60 vol. % , and/or in particular with a ratio of hard phase to the total layer system of less than or equal to 90 vol. % , preferably less than or equal to 85 vol. % and particularly preferably less than or equal to 80 vol. % or less than or equal to 75 vol. % .
  • ratio of hard phase to matrix is to be understood in a quantitative sense as the proportion of the hard phase in the wear protection layer, i.e. the ratio of hard phase to the overall layer system consisting of hard phase and matrix.
  • the ratio of hard phase/matrix can be used as a measure of the element distribution in the wear protection layer.
  • the hard phase and the matrix are present in an optimal ratio to each other, because the more hard phases there are, the higher the hardness of the wear protection layer.
  • Ratio of hard phase to matrix i.e. the ratio of hard phase to the overall layer system consisting of hard phase and matrix: hardness, roughness R a , density, homogeneity of element distribution, homogeneity of layer thickness distribution, number of peaks, adhesive tensile strength, residual stresses and porosity of the wear protection layer (evaluation between 0 and 10 with the individual scales between smallest possible (0) and largest possible (10) (scale designation: kg) as well as neutral (0) and best possible (10) (scale designation: nb).)
  • the higher the hard phase content the more particles can protrude from the wear protection layer, which can influence the roughness Ra of the surface of the wear protection layer.
  • the softer the wear protection layer is, the denser this wear protection layer is, which in turn can make the final thickness of the wear protection layer thinner.
  • the wear protection layer comprises at least one , two, three, four, five, six, seven or more of the elements tungsten carbide (WC), aluminum oxide (AI2O3), zirconium oxide ( ZrO2 ), chromium carbide ( Cr3C2 , Cr7C3 and/or Cr23C6 ), vanadium carbide (VC), silicon carbide (SiC), tungsten boride (WB), chromium oxide (CrO, Cr2O3 , CrO2 and/or CrO3 ), titanium carbide (TiC), titanium oxide ( TiO, Ti2O3 and/or TiO2 ) or molybdenum carbide ( Mo2C and/or MoC), in particular at least one, two, three, four or more of the elements tungsten carbide (WC), aluminum oxide ( Al2O3 ), Zirconium oxide (ZrO 2 ), chromium carbide (Cr 3 C 2 , Cr 7 C 3 and/or Cr 23 C 6 )
  • the properties of all wear protection layers can be influenced with the following coating elements, consisting of tungsten carbide (WC), aluminum oxide (AI2O3), zirconium oxide (ZrCt), chromium carbide (Cr 3 C2, Cr 7 Cs and/or Cr 2 3Ce), vanadium carbide (VC), silicon carbide (SiC), tungsten boride (WB), chromium oxide (CrO, Cr 2 O3, CrÜ2 and/or CrOs), titanium carbide (TiC), titanium oxide (TiO, Ti 2 O3 and/or TiCt) or molybdenum carbide (M02C and/or MoC), in particular at least one, two, three, four or more of the elements tungsten carbide (WC), aluminum oxide (AI2O3), zirconium oxide (ZrO 7 ), chromium carbide (Cr 3 C2, Cr 7 C3 and/or Cr 2 3Ce) and/or vanadium carbide (VC) in all combinations and compositions
  • the wear protection layer can be further influenced by means of the hard phase and the matrix.
  • the ratio of hard phase to matrix can be advantageously defined, as already described above.
  • Different coating elements are generally characterized by different properties, in particular a different hardness, and in this respect one element of the wear protection layer or several elements of the wear protection layer can advantageously influence its hardness as well as other properties of the wear protection layer.
  • the wear protection layer and/or the base body has a residual compressive stress with a value of greater than or equal to -200 N/mm 2 , preferably greater than or equal to 0 N/mm 2 and particularly preferably greater than or equal to 200 N/mm 2
  • the wear protection layer and/or the base body has a residual compressive stress with a value of less than or equal to 2,000 N/mm 2 , preferably less than or equal to 1,500 N/mm 2 and particularly preferably less than or equal to 1,000 N/mm 2 .
  • negative values for a residual stress or a compressive residual stress should be understood as tensile residual stress.
  • an improvement in the wear resistance of the work roll can be achieved, in particular by a particularly close connection or “clamping" of the wear protection layer on a coated component, such as the base body of the present work roll.
  • an improvement in the layer adhesion can be achieved by forming the proposed residual compressive stresses.
  • crack formation, in particular micro-crack formation, in the wear protection layer can be counteracted by means of suitable residual compressive stresses.
  • any microcracks that may occur in the wear protection layer can be closed again by residual compressive stresses in the wear protection layer, whereby any crack growth of the microcracks can be advantageously reduced or prevented.
  • residual tensile stresses can support the growth of microcracks.
  • layer growth of the wear protection layer is also negatively influenced by unfavorable tensile residual stresses.
  • the adhesive tensile strength of the wear protection layer, the hardness of the wear protection layer and the final layer thickness of the wear protection layer can be influenced both negatively and positively by appropriately provided residual stresses, as can be seen in particular from Table 11 below.
  • the present value ranges can be determined in different ways, but preferably using the following methods: "ICP sensor monitors the curvature by Tsui and Clyne mode” or “Rigaku stress analyzer of model STRAIN-FLEX MSF-2M", where the compressive residual stresses or residual stresses are measured in N/mm 2 .
  • the wear protection layer and/or the base body has a peak number with an RPc value of greater than or equal to 1/cm, preferably greater than or equal to 30/cm and particularly preferably greater than or equal to 60/cm, and/or a peak number with an RPc value of less than or equal to 300/cm, preferably less than or equal to 250/cm and particularly preferably less than or equal to 200/cm.
  • a particularly advantageous surface of the wear protection layer can be formed, in particular a particularly advantageous texturing of the surface of the wear protection layer.
  • this can also influence the adhesion between the wear protection layer and the base body.
  • a high number of peaks on the base body does not directly lead to a high number of peaks on the wear protection layer. Accordingly, the number of peaks on the base body is not the only factor that determines the number of peaks on the wear protection layer.
  • the present number of points has the unit "points/cm”. Further information on the number of points can be found in DIN 10049-2014.
  • a generic work roll can be advantageously further developed solely by means of the features relating to the number of tips, so that relevant features or combinations of features thereof are already advantageous without the other features of the invention.
  • the wear protection layer has an oxide content, in particular a content of chromium oxide (CrO, Cr 2 O 3, CrO 2 and/or CrO 2 ) and/or aluminum oxide (Al 2 O 2 ) and/or zirconium oxide (ZrO 2 ) and/or titanium oxide (TiO, Ti 2 O 2 and/or TiO 2 ), of less than or equal to 5 wt. %, preferably of less than or equal to 3 wt. % and particularly preferably of less than or equal to 1.5 wt. %. Smaller values for the oxide content can be achieved, among other things, by using a thermal spraying device with a lambda value close to one or one .
  • Tests have shown that an increasing value for the oxide content can reduce the service life of the wear protection layer and/or, in the case of a multi-layered wear protection layer structure, can negatively influence the layer adhesion of adjacent layers.
  • the base body has an outer side to be coated with an arithmetic mean roughness value R a of greater than or equal to 0.1 pm, preferably greater than or equal to 0.2 pm and particularly preferably greater than or equal to 0.3 pm, and/or an arithmetic mean roughness value R a of less than or equal to 14 pm, preferably less than or equal to 4.0 pm and particularly preferably less than or equal to 0.8 pm.
  • the roughness R a of the base body surface can also be used to advantageously influence the wear protection layer, such as the final roughness R a of the wear protection layer, and also its homogeneity. It can be assumed that the higher the roughness R a of the material to be coated (base body), the higher the roughness R a of the surface of the wear protection layer; and the higher the roughness R a of the material to be coated (base body), the greater the deviation in the layer thickness, which can also have a negative impact on the homogeneity of the layer thickness of the wear protection layer.
  • the particle adhesion and thus also the layer adhesion with regard to the wear protection layer on the base body surface can be influenced by the roughness of the base body surface.
  • the roughnesses R a mentioned here with respect to the base body surface can be produced in different ways, whereby several of the roughnesses R a indicated can be achieved by grinding the outer surface (base body surface) of the work roll, such as roughnesses R a of 0.3 pm to 0.8 pm.
  • Tab. 12 Average roughness R a (pm) of the wear protection layer: layer roughness, layer thickness, homogeneity of the wear protection layer, residual stresses of the wear protection layer and adhesive tensile strength of the wear protection layer (each rating between 0 and 10 with the individual scales between smallest possible (0) and largest possible (10) (scale designation: kg) as well as neutral (0) and best possible (10) (scale designation: nb) )
  • the base body has a base body hardness with a hardness value of greater than or equal to 35 HRC, preferably greater than or equal to 40 HRC and particularly preferably greater than or equal to 50 HRC and/or a base body hardness with a hardness value of less than or equal to 70 HRC, preferably less than or equal to 65 HRC and particularly preferably less than or equal to 60 HRC.
  • adhesion mechanisms in the spraying process can influence the roughness and layer thickness of the wear protection layer.
  • the existing base body hardness HRC is preferably measured using a macro identification method.
  • a generic work roll can be advantageously further developed solely by means of the features relating to the base body hardness, so that relevant features or combinations of features are already advantageous without the other features of the invention.
  • certain features of the wear protection layer can be recognized based on the surface image achieved on the metallic strip.
  • the texturing of the wear protection layer of the working roll can be transferred from the surface of the working roll, in particular the surface of the wear protection layer, to the surface of the metallic strip when rolling a metallic strip.
  • the object of the invention is also achieved by a method for producing the present work roll, in which the wear protection layer is applied to a previously provided base body using a thermal spraying process.
  • the working roll can be advantageously manufactured with the wear protection layer.
  • the wear protection layer can be further adapted to suit the application if the wear protection layer is abrasive smoothed after application.
  • the surface roughness of the wear protection layer can be further adjusted on the working roll.
  • such a method can be advantageously further developed if the number of powder conveyors is increased, whereby a more homogeneous powder distribution can be achieved. This can also further increase the quality of the wear protection layer on the working roll.
  • powder conveyors can be arranged above a burner for thermal spraying of the wear protection layer (e.g. High Velocity Oxygen Fuel (HVOF burner) or High Velocity Air Fuel (HVAF burner)), whereby the static pressure for introducing the powder into the burner can be expediently increased.
  • HVOF burner High Velocity Oxygen Fuel
  • HVAC burner High Velocity Air Fuel
  • any powders for producing the wear protection layer are preheated.
  • the production of the wear protection layer can be advantageously influenced by appropriate preheating or sieving of powder, particularly with regard to crowning/strip dimensions for the purpose of optimizing residual stresses with regard to the wear protection layer.
  • the object of the invention is further also achieved by a work roll according to one of the features described here for cold rolling a metallic strip.
  • Figure 1 schematically a view of a work roll for rolling a metallic product during thermal spraying of the wear protection layer onto a base body of a work roll for rolling metallic products;
  • Figure 2 schematically a partially sectioned view of a section of the working roll from Figure 1 with a first layer thickness
  • Figure 3 schematically shows a partially sectioned view of a section of an alternative working roll with a thinner layer thickness. According to the single figure, the production of a work roll 1 for rolling a metallic product (not shown), in particular for rolling a metallic strip (also not shown) is shown schematically.
  • the working roller 1 is processed by means of thermal spraying. More precisely, a wear protection layer 2 is applied to the surface 3 of a base body 4 of the working roller 1.
  • the thermal spraying of the wear protection layer 2 is carried out by means of a suitable device 5 for thermal spraying, which has a burner 6, such as an HVOF burner or an HVAF burner, wherein above the burner 6 a plurality of powder conveyors 7 (shown and numbered only as an example) are arranged, at least some of which can preheat the powder 8.
  • a suitable device 5 for thermal spraying which has a burner 6, such as an HVOF burner or an HVAF burner, wherein above the burner 6 a plurality of powder conveyors 7 (shown and numbered only as an example) are arranged, at least some of which can preheat the powder 8.
  • the powder 8 can be individually mixed together by a plurality of powder components 9, as claimed in the sense of the invention.
  • the powder conveyors 7 also have a device 10 for sieving the powder 8 or powder components 9 thereof.
  • a section of the working roll 1 is shown as a sectional detailed view in the interface region 20 between the wear protection layer 2 and the base body 4.
  • the peaks 22 of the roughness (not numbered again) of the interface 24 of the base body surface 3 are clearly visible, whereby the peaks 22 also form cavities 26 on the base body surface 3.
  • Peaks 22 and cavities 26 form the roughness of the interface 24, which is illustrated as a jagged line (not numbered again).
  • the wear protection layer 2 has hard phase particles 28 (dashed structures) which are embedded in a matrix 30 of the wear protection layer 2.
  • the wear protection layer 2 is pressed more strongly against the base body 2, in particular more strongly into the cavities 26, whereby hard phase particles 28 of the wear protection layer 2 also interact much more intimately with the flanks 32.
  • the wear protection layer 2 shown here is characterized by an average layer thickness 40 of approximately 60 pm, which is significantly lower than the layer thicknesses 40 of over 80 pm that are otherwise usual in the prior art.
  • This layer thickness 40 according to the invention is characterized by extremely low to almost no porosity and small hard phase particles 28 or, in this respect, small grain sizes (not specified again).
  • the wear protection layer 2 with its low layer thickness 40 of on average 60 pm can be produced very cost-effectively, not least because of its low material requirement.
  • the layer thickness 40 of the thinner wear protection layer 2 on this alternative work roll 1 is only 7.5 pm.
  • the thinner wear protection layer 2 also has significantly smaller hard phase particles 28 or, in this respect, smaller grain sizes.
  • the thinner wear protection layer 2 can be produced with even less material and thus even more cost-effectively.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Arbeitswalze zum Walzen eines metallischen Gutes, insbesondere zum Walzen eines metallischen Bandes, aufweisend: - einen Grundkörper aus Metall; und - eine zumindest bereichsweise auf dem Grundkörper angeordnete Verschleißschutzschicht, wobei die Verschleißschutzschicht eine thermische Spritzschutzschicht ist; wobei die Verschleißschutzschicht eine Schichtdicke mit einem Wert von kleiner oder gleich 70 µm aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 40 µm und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 15 µm.

Description

Arbeitswalze zum Walzen eines metallischen Gutes, Walzgerüst, metallisches Band, Verfahren zur Herstellung einer Arbeitswalze sowie Verwendung einer Arbeitswalze
Die Erfindung betrifft eine Arbeitswalze zum Walzen eines metallischen Gutes, insbesondere zum Walzen eines metallischen Bandes, aufweisend einen Grundkörper aus Metall und eine zumindest bereichsweise auf dem Grundkörper angeordnete Verschleißschutzschicht, wobei die Verschleißschutzschicht eine thermische Spritzschutzschicht ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Walzgerüst.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein metallisches Band, welches mittels einer Arbeitswalze kaltgewalzt ist.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung einer Arbeitswalze.
Die Erfindung betrifft außerdem noch eine Verwendung einer Arbeitswalze .
Gattungsgemäße Arbeitswalzen bzw. Verfahren zur Herstellung derartiger Arbeitswalzen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Um die Lebensdauer gattungsgemäßer Arbeitswalzen erhöhen zu können, sind derartige Arbeitswalzen an ihrer Oberfläche mit einer geeigneten Verschleißschutzschicht versehen, mittels welcher gleichzeitig ermöglicht werden kann, eine definierte Oberflächentextur auf einem Band zu erzeugen .
Für die konkrete Aus führung einer Verschleißschutzschicht sind verschiedene Einflussgrößen zu beachten, da eine Verschleißschutzschicht in Kombination mit einer hohen Belastung in einem Wal zprozess ebenfalls verschiedene Verschleißmerkmale auf zeigen kann .
In der Regel umfasst eine geeignete Verschleißschutzschicht eine Hartchrombeschichtung, welche j edoch auch zu Mikrorissbildungen neigt , was sich wiederum nachteilig auf die Lebensdauer und die Korrosionsbeständigkeit auswirken kann . Bei der Herstellung der vorbekannten Verschleißschutzschichten aus Chrom, insbesondere bei der Herstellung von Hartchromschichten, wird bislang ein sechswertiges Chrom ( Cr- 6 ) verwendet . Es gilt inzwischen als erwiesen, dass Cr- 6 krebserregend ist und/oder mutagen wirkt .
Es existieren unterschiedliche Methoden, wie eine Verschleißschutzschicht an einer Arbeitswal ze aufgebracht werden kann .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen .
Nach einem ersten Aspekt löst die Aufgabe der Erfindung eine Arbeitswal ze zum Wal zen eines metallischen Gutes , insbesondere zum Wal zen eines metallischen Bandes , aufweisend einen Grundkörper aus Metall und eine zumindest bereichsweise auf dem Grundkörper angeordnete Verschleißschutzschicht , wobei die Verschleißschutzschicht eine Schichtdicke mit einem Wert von kleiner oder gleich 70 pm aufweist , bevorzugt von kleiner oder gleich 40 pm und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich Wird die Verschleißschutzschicht mit einer Schichtdicke von kleiner oder gleich 70 gm hergestellt , bevorzugt mit einer Schichtdicke von kleiner oder gleich 40 gm und besonders bevorzugt mit einer Schichtdicke von kleiner oder gleich 15 gm, können gattungsgemäße Arbeitswal zen äußerst kostengünstig hergestellt werden .
Gattungsgemäße Verschleißschutzschichten sind hinsichtlich ihres Aufbaus relativ komplex und demzufolge kostenintensiv in der Herstellung, insbesondere auch in Bezug auf die Bereitstellung des Materials hierfür .
Bisher gelingt es , gattungsgemäße Arbeitswal zen nur mit verhältnismäßig dicken Verschleißschutzschichten aus zurüsten, wobei die herkömmlichen Verschleißschutzschichten eine Schichtdicke von weit über 80 gm aufweisen .
Allein aus Kostengründen ist es erstrebenswert , eine Arbeitswal ze mit einer möglichst dünnen Verschleißschutzschichten auszustatten .
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt , wenn eine dünne Verschleißschutzschicht eine feinkörnige Gefügestruktur aus Hart- phasen-Partikeln und Matrix-Partikeln aufweist .
Insbesondere sind sehr kleine Hartphasen-Partikel und damit auch einhergehende Korngrößen hinsichtlich der Verschleißschutzschicht vorteilhaft .
Für weitere vorteilhafte Werte für die Schichtdicke der der Verschleißschutzschicht und die damit im Zusammenhang stehenden Eigenschaften der Verschleißschutzschicht sei an dieser Stelle auf die Tabelle 1 verwiesen . Mittels der vorstehend genannten Werte für die Schichtdicke der Verschleißschutzschicht kann zudem eine besonders robuste Verschleißschutzschicht erreicht werden, insbesondere eine bevorzugt langlebige Verschleißschutzschicht und/oder eine Verschleißschutzschicht , welche gegenüber Spitzenlasten vergleichsweise wenig anfällig ist .
Hierbei ist zu beachten, das s dünner gewählte Schichten zu geringeren Kohäsionskräften führen . Damit erhöht sich die Adhäsionswirkung bzgl . der Verschleißschutzschicht . In Versuchen konnte gezeigt werden, dass dies zu einem besseren Verschleißverhalten, einer verringerten Delaminationsbeständigkeit und zu einer erhöhten Schlagfestigkeit führen kann, wobei besonders kleine Werte für die Schichtdicke der Verschleißschutzschicht eine Trendumkehr für die Delaminationsbeständigkeit und/oder die Schlagfestigkeit der Verschleißschutzschicht aufweisen können .
Ursächlich für diese Trendumkehr können die mit kleineren Werten für die Schichtdicke der Verschleißschutzschicht resultierenden kleiner werdenden Ausprägungen für die Größe der Eigenspannungen in der Verschleißschutzschicht sein, da gezeigt werden konnte , dass die Delaminationsbeständigkeit mit steigenden Werten für die Eigenspannungen in der Verschleißschutzschicht ansteigen kann .
Ferner können mit geringeren Werten für die Schichtdicke eine homogenere Verteilung der Elemente in der Verschleißschutzschicht und einer verbesserten Vertei lung der einzelnen metallurgischen Phasen innerhalb der Verschleißschutzschicht erreicht werden . Versuche haben ergeben, das s die Homogenität der Verteilung der Elemente in der Verschleißschutzschicht mit steigenden Werten für die Schichtdicke abnimmt . Hinsichtlich der Ausscheidung von elementarem Wol fram (W) und/oder Diwol f ramcarbid (W2C ) haben Versuche gezeigt , dass diese mit steigender Schichtdicke zunehmen können .
Während dem Aufträgen der Verschleißschutzschicht kann eine dünnere Verschleißschutzschicht zu geringeren maximalen Werten für die Temperatur innerhalb der Verschleißschutzschicht führen, da sowohl seitens des Grundkörpers als auch seitens der von dem Grundkörper abgewandten Seite der Verschleißschutzschicht eine dünnere Verschleißschutzschicht schneller auskühlen kann . Die maximale Temperatur der Verschleißschutzschicht während dem Prozess des thermischen Spritzens der Verschleißschutzschicht begünstigt mit steigenden Werten die Ausscheidung von elementarem Wol fram (W) und/oder Diwol f ramcarbid (W2C ) . Außerdem konnte gezeigt werden, dass die Geschwindigkeit der Abkühlung der Verschleißschutzschicht während dem Prozess des thermischen Spritzens der Verschleißschutzschicht mit steigenden Werten für die Abkühlungsgeschwindigkeit die Ausscheidung von elementarem Wol fram (W) und/oder Diwol f ramcarbid (W2C ) reduzieren kann .
Weiterhin konnte beobachtet werden, dass mit steigenden Werten für die Schichtdicke der Verschleißschutz schicht Werte für die erreichbare minimale arithmetische Rauheit der Oberfläche der Verschleißschutzschicht zunehmen können und/oder eine zunehmende Verschlechterung der Homogenität der Dickenverteilung der Verschleißschutzschicht resultieren kann, sodass größere Werte für die Schichtdicke der Verschleißschut zschicht auch zu einem höheren Nachbearbeitungsaufwand der Verschleißschutzschicht bis zu ihrem designierten Einsatz beitragen können .
Tab. 1: Schichtdicke der Verschleißschutzschicht (pm) : Kohäsionskräfte, Verschleißresistenz, Delaminationsbeständigkeit ,
Elementenverteilung (Homogenität) , Eigenspannungen, Schlagfes- tigkeit, Wolfram-Ausscheidung und Phasenverteilung sowie Kosten, jeweils der Verschleißschutzschicht (Bewertung jeweils zwischen 0 und 10 mit den individuellen Skalen zwischen kleinstmöglich (0) und größtmöglich (10) (Skalenbezeichnung: k-g) sowie neutral (0) und bestmöglich (10) (Skalenbezeichnung: n-b) )
Allein durch eine geeignete Auswahl der Schichtdicke der Verschleißschutzschicht kann eine gattungsgemäße Arbeitswalze vorteilhaft weiterentwickelt werden, sodass diesbezügliche Merkmale bzw . Merkmalskombinationen hieraus bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft sind .
Es ist ferner von Vorteil , wenn die Verschleißschutzschicht eine Schichtdicke mit einem Wert von größer oder gleich 2 pm aufweist , bevorzugt von größer oder gleich 5 gm und besonders bevorzugt von größer oder gleich 6 gm oder größer oder gleich 8 gm .
Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Grundköper zuverlässig von der Verschleißschutzschicht abgedeckt ist .
Außerdem kann durch eine derartige Schichtdicke im Zusammenhang mit der hier vorgeschlagenen Verschleißschutzschicht immer noch eine gute Lebensdauer garantiert werden .
Bevorzugt weist die Verschleißschutzschicht einen Chromanteil von kleiner oder gleich 90 Gew . - % auf , bevorzugt von kleiner oder gleich 60 Gew . -% und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 30 Gew . -% .
Für weitere vorteilhafte Werte für den Chromanteil der Verschleißschutzschicht und die damit im Zusammenhang stehenden Eigenschaften der Verschleißschutzschicht sei an dieser Stelle auf die Tabelle 2 verwiesen .
Die vorliegende Verschleißschutzschicht dient dem Verschleißschutz der Arbeitswal ze .
I st die Verschleißschutzschicht wie vorgeschlagen ausgeführt , kann einerseits eine verbesserte Verschleißbeständigkeit des Grundkörpers der Arbeitswal ze gewährleistet werden .
Andererseits kann die Gefahr von kritischen karzinogenen und/oder mutagenen Wechselwirkungen mit Lebewesen, insbesondere Arbeits- bzw . Bedienpersonal ausgeschlossen oder zumindest signi fikant reduziert werden .
Durch die hier vorgeschlagene Verschleißschutzschicht kann die Arbeitswal ze , aber speziell auch die Verschleißschutzschicht an sich, möglichst frei , bevorzugt zur Gänze , ohne bisher für Verschleißschutzschichten überwiegend erforderlichen Chrom, insbesondere Hartchrom, bereitgestellt werden, und zwar bei zumindest gleichbleibenden oder sogar verbesserten qualitativen Eigenschaften, wie etwa einer verbesserte Oberflächengüte , einer verbesserte Lebensdauer und weiterer verbesserter Eigenschaften der Arbeitswal ze , wie nachstehend noch aus führlicher beschrieben ist .
Jedenfalls gelingt es mit der Verschleißschutzschicht eine möglichst langlebige gleichbleibende Rauheit an der Arbeitswal zenoberfläche zu gewährleisten, welche hinsichtlich eines Wal zprozesses gewünschte Zielgrößen für das zu wal zende metallische Gut möglichst lang gleichbleibend beeinflusst , wie insbesondere die Rauheit und Textur oder Glattheit einer zu produzierenden metallischen Gutoberfläche , insbesondere eines zu produzierenden metallischen Bandes .
Insbesondere löst eine entsprechend ausgestaltete Verschleißschutzschicht für eine Arbeitswal ze allein schon für sich die Aufgabe der Erfindung .
Es sei hier noch darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und unbestimmte Zahlenangaben wie „ein..." , „zwei..." usw . im Regel fall als mindes- tens-Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein..." , „mindestens zwei..." usw . , sofern sich nicht etwa aus dem Kontext oder dem konkreten Text einer bestimmten Stelle ergibt , dass etwa dort nur „genau ein..." , „genau zwei..." usw . gemeint sein soll . An dieser Stelle sei noch erwähnt , dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung der Ausdruck „insbesondere" immer so zu verstehen sei , dass mit diesem Ausdruck ein optionales , bevorzugtes Merkmal eingeleitet wird . Der Ausdruck ist nicht als „und zwar" und nicht als „nämlich" zu verstehen .
Vorzugsweise soll hierbei ein niedrigerer Nickelgehalt eingestellt werden, insbesondere ein Nickelanteil von kleiner oder gleich 90 Gew . -% aufweist , bevorzugt von kleiner oder gleich 60 Gew . -% und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 30 Gew . -% , da die Verschleißbeständigkeit mit zunehmenden Nickelgehalt abnimmt .
Für weitere vorteilhafte Werte für den Nickelanteil der Verschleißschutzschicht und die damit im Zusammenhang stehenden Eigenschaften der Verschleißschutzschicht sei an dieser Stelle auf die Tabelle 2 verwiesen .
Wie der Tabelle 2 zu entnehmen ist , kann mit größerem Chromanteil und/oder kleinerem Nickelanteil die Verschleißbeständigkeit der Verschleißschutzschicht verbessert werden, wobei mutagene und/oder karzinogene Einflüsse auf die Umwelt durch kleineren Chromanteil und kleineren Nickelanteil verbessert oder vermieden werden können .
Versuche haben gezeigt , das s die Auswahl des Chrom-Anteils und/oder des Nickelanteils für die Verschleißschutzschicht einen Einfluss auf die in der Verschleißschutzschicht resultierenden Eigenspannungen haben, wobei im Rahmen dieser Beschreibung unter dem Begri f f Eigenspannung immer eine Druckeigenspannung zu verstehen ist , sofern dies nicht expli zit abweichend klargestellt ist . Weitere Merkmale, Effekte bzw. Vor- oder Nachteile können aus der Darstellung folgender Tabelle 2 entnommen werden:
Tab. 2: Chrom- und/oder Nickel-Anteil (Gew.-%) : Druckeigenspannungen und Verschleißbeständigkeit (Bewertung jeweils zwischen 0 und 10 mit den individuellen Skalen zwischen kleinstmöglich (0) und größtmöglich (10) (Skalenbezeichnung: k-g) sowie neutral (0) und bestmöglich (10) (Skalenbezeichnung: n-b) )
Durch das Niveau von Druckeigenspannungen in der Verschleißschutzschicht kann die Verschleißbeständigkeit der Verschleißschutzschicht ebenfalls unterstützt werden. Durch einen Aufbau von Druckeigenspannungen in der Verschleißschutzschicht kann erreicht werden, dass sich die Verschleißschutzschicht auf dem Grundkörper vorteilhaft verklammert , wodurch letztlich auch die Schichtstabilität und/oder die Schichtqualität , insbesondere die Haftzugbeständigkeit verbessert werden kann, so kann die Haftzugbeständigkeit der Verschleißschut zschicht insbesondre durch einen abnehmenden Nickelanteil vorteilhaft beeinflusst werden .
Weiterhin können etwaig in der Verschleißschutzschicht auftretende Mikrorisse durch Druckeigenspannungen in der Verschleißschutzschicht wieder geschlossen werden, wodurch ein etwaiges Risswachstum der Mikrorisse vorteilhaft reduziert oder verhindert werden kann .
In Versuchen konnte gezeigt werden, dass das Niveau der in einer Verschleißschutzschicht beobachtbaren Eigenspannungen mit steigendem Chrom-Anteil in der Verschleißschutzschicht ansteigen kann, während es mit steigendem Nickel-Anteil in der Verschleißschutzschicht absinken kann .
Darüber hinaus ist es vorteilhaft , wenn die Verschleißschutzschicht eine Außenoberfläche mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von größer oder gleich 0 , 01 pm aufweist , bevorzugt von größer oder gleich 0 , 5 pm und besonders bevorzugt von größer oder gleich 1 , 5 pm, und/oder wenn die Verschleißschutzschicht eine Außenoberfläche mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von kleiner oder gleich 17 pm, bevorzugt von kleiner oder gleich 10 pm und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 6 pm .
Für weitere vorteilhafte Werte für den arithmetischen Mittenrauwert Ra der Außenoberfläche der Verschleißschutzschicht und die damit im Zusammenhang stehenden Eigenschaften der Verschleißschutzschicht sei an dieser Stelle auf die Tabelle 3 verwiesen .
Mittels der hier angegebenen Rauheitswerte kann die Rauheit Ra der Verschleißschutzschicht der vorliegenden Arbeitswal ze auf die Erfordernisse des hiermit zu behandelnden Produkts individuell eingestellt werden, wodurch wiederum die Rauheit Ra an der Produktoberfläche nahezu beliebig bestimmt werden kann, insbesondere die Oberflächenrauheit eines Bandmaterials . Mit anderen Worten kann hierdurch die werksseitige Rauheit Ra der Verschleißschutzschicht des zu verkaufenden Produkts eingestellt werden .
Tab . 3 : Arithmetischer Mittenrauwert Ra (gm) an der Außenseite der Verschleißschutzschicht : Einsteilbarkeit der Rauheit eines gewal zten Artikels , Lackierbarkeit eines gewal zten Artikels , Textur eines gewal zten Artikels , Tief zieh- und Pressverhalten eines gewalzten Artikels, Einsteilbarkeit der Walzkräfte und Porosität der Verschleißschutzschicht (Bewertung jeweils zwischen 0 und 10 mit den individuellen Skalen zwischen kleinstmöglich (0) und größtmöglich (10) (Skalenbezeichnung: k-g) sowie neutral (0) und bestmöglich (10) (Skalenbezeichnung: n-b) )
Die Möglichkeit einer spezifischen Bestimmung einer Oberflächenrauheit eines Produktes ist insbesondere vorteilhaft hinsichtlich diverser Produkteigenschaften, wie der Lackierbarkeit eines Produktes, der Haptik eines Produktes, des Tiefzieh- und/oder Pressverhaltens eines Produktes, der Einsteilbarkeit von Walzkräften oder dergleichen.
Ferner besteht eine Wechselwirkung zwischen dem arithmetischen Mittenrauwert Ra der Oberfläche der Verschleißschutzschicht und einer erzielbaren Porosität der Verschleißschutzschicht.
Allein mittels der Merkmale hinsichtlich des arithmetischen Mittenrauwert kann eine gattungsgemäße Arbeitswalze vorteilhaft weiterentwickelt werden, sodass diesbezügliche Merkmale bzw. Merkmalskombinationen hieraus bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft sind.
Ein kleiner Wert für den arithmetischen Mittenrauwert Ra der Außenoberfläche der Verschleißschutzschicht kann zu einer besseren Textur der Arbeitswalze und eines mit der Arbeitswalze gewalzten Bandmaterials und einer vorteilhaften Einsteilbarkeit der Walzkräfte führen.
Ein mittlerer Wert (vgl. Tabelle 3) für den arithmetischen Mittenrauwert Ra der Außenoberfläche der Verschleißschutzschicht können zu optimalen Bedingungen für die Lackierbarkeit eines mit der Arbeitswalze gewalzten metallischen Gutes beitragen. Höhere Werte (vgl . Tabelle 3 ) für den arithmetischen Mittenrauwert Ra der Außenoberfläche der Verschleißschutzschicht können ein Tief zieh- und/oder Pressverhalten sowie der Haftung eines Bandüberzuges mit der Arbeitswal ze gewal zten metallischen Gutes verbessern .
Es hat sich gezeigt , dass Verschleißschutzschichten mit einem geringen Wert (vgl . Tabelle 3 ) für den arithmetischen Mittenrauwert Ra der Außenoberfläche der Verschleißschutzschicht zu einer geringeren Porosität der Verschleißschutzschicht beitragen, sodass bei geringen Werten für den arithmetischen Mittenrauwert Ra auch die von der Porosität der Verschleißschutzschicht abhängige Haftzugbeständigkeit der Verschleißschutzschicht verbessert werden kann .
Des Weiteren ist es vorteilhaft , wenn die Verschleißschutzschicht eine Korngröße mit einem Wert von größer oder gleich 2 pm aufweist , bevorzugt von größer oder gleich 5 pm, und/oder mit einer Korngröße von kleiner oder gleich 50 pm aufweist , bevorzugt von kleiner oder gleich 45 pm und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 30 pm oder kleiner oder gleich 20 pm .
Für weitere vorteilhafte Werte für die Korngröße der Verschleißschutzschicht und die damit im Zusammenhang stehenden Eigenschaften der Verschleißschutzschicht sei an dieser Stelle auf die Tabelle 4 verwiesen .
Der Begri f f „Korngröße" beschreibt im Sinne der Erfindung den mittleren Durchmesser bzw . die mittlere Fläche in einem Schli f f- bild der Kristallite (Körner ) innerhalb eines vielkristallinen Metalls . Die Korngröße der hier vorgeschlagenen Verschleißschutzschicht resultiert beim thermischen Spritzen insbesondere aus einer Größe von Partikeln eines Ausgangsmaterials zum Bereitstellen des Beschichtungsmaterials zum Erzeugen der Verschleißschutzschicht . Insbesondere korreliert der Begri f f „Korngröße" daher stark mit der Partikelgröße von Pulverpartikeln eines Pulvers für das Ausgangsmaterial .
Der Ausdruck „Delamination" beschreibt hierbei ein unbeabsichtigtes Lösen speziell der Verschleißschutzschicht von der Grundkörperoberfläche .
Die Begri f f lichkeit „Elementverteilung" beschreibt im Sinne der Erfindung den volumenmäßigen Anteil von Hartphase und Matrix, wobei der volumenmäßige Anteil beispielsweise nach dem Beschichten des Grundkörpers mittels Mikroskopie ermittelt werden kann .
Der Ausdruck „Matrix" bzw . auch „Matrixwerkstof f " ist im Sinne der Erfindung eine Struktur einer auf getragenen Verschleißschutzschicht .
Die Matrix der Verschleißschut zschicht kann Eisen und/oder Nickel und/oder Kobalt und/oder Molybdän und/oder Bor und/oder Wol fram aufweisen .
Mittels Eisen als Bestandteil der Matrix der Verschleißschutzschicht kann vorteilhaft eine vergleichsweise kostengünstige Matrix der Verschleißschutzschicht erreicht werden . Dies kann insbesondere dann besonders vorteilhaft sein, wenn eine Arbeitswal ze schneller hinsichtlich ihrer Verschleißschutzschicht verschleißt als diese korrodiert .
Durch Nickel als Bestandteil der Matrix der Verschleißschutzschicht kann die chemische Beständigkeit der Matrix der Verschleißschutzschicht verbessert werden . Je nach Legierung der Verschleißschutzschicht kann mittels einer Nickel aufweisenden Matrix erreicht werden, dass die Verschleißschutzschicht insgesamt chemisch beständig ist , insbesondere korrosionsbeständig ist . Kobalt als Bestandteil der Matrix einer Verschleißschutzschicht kann dazu führen, dass die Temperaturbeständigkeit der Verschleißschutzschicht erhöht werden kann . Vorteilhaft kann durch Kobalt auch erreicht werden, dass die Härte der Matrix und damit auch der gesamten Verschleißschutzschicht erhöht werden kann .
Durch Molybdän als Bestandteil der Matrix kann die chemi sche Beständigkeit und/oder die Temperaturbeständigkeit der Verschleißschutzschicht , insbesondere der Matrix, verbessert werden .
Ebenfalls vorteilhaft für die Temperaturbeständigkeit der Matrix und damit auch der gesamten Verschleißschut zschicht kann es sein, wenn die Matrix Wol fram aufweist .
Es hat sich gezeigt , das s die Hafteigenschaften der Matrix und damit auch der Verschleißschut zschicht als solches durch Bor al s Matrixbestandteil verbessert werden kann .
Weiterhin kann die Matrix der Verschleißschutzschicht auch Mangan, Kupfer, Chrom und/oder Sili z ium aufweisen, wodurch die Matrix der Verschleißschutzschicht nochmals hinsichtlich ihrer Duktilität , ihrer Härte , ihrer chemischen Beständigkeit , ihrer Zerspanbarkeit , ihrer Reibeigenschaften, ihrer Temperaturbeständigkeit , ihrer Haftbeständigkeit und/oder dergleichen nochmals optimiert werden kann .
In diesem Zusammenhang ist eine „Hartphase" eingebettet bzw . „schwimmend" eingebettet in einem weicheren Werkstof f der Verschleißschutzschicht , insbesondere in einer weicheren Matrix bzw . einem weicheren Matrixmaterial der Verschleißschutzschicht .
Für die Verschleißschutzschicht geeignete Hartphasen können vorliegend insbesondere oxidische , karbidische oder boridische Hartphasen sein, welche vorteilhafterweise eine hohe Härte aufweisen . Beispielsweise kann eine Verbindung aus Sili zium und Kohlenstof f verwendet werden, welche Sili ziumkarbid ( SiC ) bildet .
Der Begri f f „Haftzugbeständigkeit" beschreibt vorliegend das Widerstandsvermögen gegen eine an der Verschleißschutzschicht wirkende Adhäsion .
Die Adhäsion ist hierbei das Haftungsvermögen der Verschleißschutzschicht auf dem Grundkörper der Arbeitswal ze .
In diesem Zusammenhang beschreibt der später noch erwähnte Begri f f „Kohäsion" das Haftungsvermögen von einzelnen Schichten bzw . Beschichtungslagen untereinander der Verschleißschutzschicht .
Der Ausdruck „Phase" beschreibt hier allgemein einen Zustand von einem oder mehreren Elementen . Insbesondere beschreibt eine intermetallische Phase eine Verbindung, insbesondere eine homogene chemische Verbindung, von zumindest zwei Metallen .
Die Korngröße der Verschleißschutzschicht , insbesondere die mittlere Korngröße einer Hartphase der Verschleißschutzschicht , insbesondere die mittlere Korngröße der Hartphasenelemente der Verschleißschutzschicht , wirkt sich auf eine Mehrzahl von Eigenschaften der Verschleißschutzschicht aus . Die Korngröße kann durch die Prozessparameter des thermischen Spritzens der Verschleißschutzschicht beeinflusst werden, insbesondere über den mittleren Durchmesser des verwendeten Pulvers .
Unter anderem kann durch die Korngröße vorteilhaft Einfluss auf die Homogenität der Verschleißschutzschicht genommen werden, insbesondere auf die Homogenität der Verteilung der Beschich- tungselemente innerhalb der Verschleißschut zschicht , insbesondere auf die Verteilung der Hartphasenelemente innerhalb der Verschleißschutzschicht , als auch hinsichtlich der Homogenität der Dicke der Verschleißschutzschicht . Dabei konnte in Versuchen festgestellt werden, dass sich die j eweils vorstehend benannte Homogenität mit sinkender Korngröße verbessert werden kann .
Ferner kann mittels der Korngröße die Rauheit Ra, insbesondere der arithmetische Mittenrauwert Ra, der Verschleißschutzschicht beeinflusst werden . Insbesondere kann mit einer kleineren Korngröße ein kleinerer Wert für den arithmetische Mittenrauwert Ra einer thermisch gespritzten und anschließend nicht nachbearbeiteten Verschleißschutzschicht erreicht werden .
Durch die Korngröße kann die Eigenspannung in der Verschleißschutzschicht beeinflusst werden, wobei mit kleinerer Korngröße die Eigenspannung in der Verschleißschutzschicht erhöht werden kann, wobei sich gezeigt hat, dass höhere Eigenspannungen in der Verschleißschutzschicht zu einer Verbesserung der Haftzugbeständigkeit führen kann, wodurch auch die Gefahr einer Delamination der Verschleißschutzschicht von dem Grundkörper der Arbeitswal ze einerseits durch eine sinkende Korngröße reduziert werden kann . Weiterhin wird die Delaminationsbeständigkeit j edoch auch durch den Einfluss der Korngröße auf die Porosität der Verschleißschutzschicht mitbeeinflusst .
Tab. 4: Korngröße der Verschleißschutzschicht (pm) : Rauheit Verschleißschutzschicht, Rauheit eines mit der Arbeitswalze bearbeiteten Produktes (Bandes) , Eigenspannungen in der Verschleißschutzschicht und/oder dem Grundkörper, Porosität,
Härte, Spitzenzahl, Homogenität, insbesondere Homogenität der Verteilung der Beschichtungselemente innerhalb der Verschleißschutzschicht als auch Homogenität der Dicke der Verschleißschutzschicht, (Beschichtungs- ) Elementverteilung, Haftzugbeständigkeit und Delaminationsbeständigkeit (Bewertung jeweils zwischen 0 und 10 mit den individuellen Skalen zwischen kleinstmöglich (0) und größtmöglich (10) (Skalenbezeichnung: k- g) sowie neutral (0) und bestmöglich (10) (Skalenbezeichnung: n- b) )
Andererseits kann die erzielte Korngröße innerhalb einer Verschleißschutzschicht auch während dem Verfahren des thermischen Spritzens die Kinetik des Beschichtungsmaterials beim Aufträgen auf die Grundkörperoberfläche beeinflussen sowie die Temperatur der Partikel des Beschichtungsmaterials . Je größer der durchschnittliche Pulverdurchmesser und damit j e größer die Korngröße der Verschleißschutzschicht , desto geringer die Partikelgeschwindigkeit und desto geringer ist das Haftungsvermögen bei gleichbleibendem Wärmeübergang, wodurch auch die Haftzugbeständigkeit der Verschleißschutzschicht erneut mit steigender Korngröße abnehmen kann .
Beim thermischen Spritzen einer Verschleißschutzschicht hat sich gezeigt , dass mit steigendem mittleren Durchmesser des verwendeten Pulvers und damit mit einer steigenden Korngröße der Verschleißschutzschicht weniger Partikel des verwendeten Pulvers haften bleiben, wodurch auch die Homogenität der Elementverteilung leiden kann .
Je höher die thermische Energie der Partikel des Pulvers beim thermischen Spritzen der Verschleißschutzschicht , desto höher ist die Gefahr von unerwünschten Ausscheidungen elementarer Wol fram-Partikel und/oder der Ausscheidung von Diwol f ramcarbid W2C .
Neben einer Beeinflussung von Rauheit und Eigenspannungen kann die Korngröße auch Einfluss auf die Porosität der Verschleißschutzschicht nehmen, insbesondere kann eine größere Korngröße die Porosität der Verschleißschutzschicht erhöhen, wodurch die Härte und/oder die Delaminationsbeständigkeit der Verschleißschutzschicht reduziert werden kann .
Weiterhin kann durch die Korngröße auch Einfluss auf die Spitzenzahl einer Verschleißschutzschicht und damit verbunden auch auf die Rauheit eines mit der Arbeitswal ze behandelten metallischen Bandes genommen werden, wobei die optimale Spitzenzahl in einem mittleren Bereich der hier betrachteten Korngröße erreicht werden kann, sodass auch die Rauheit eines mit der Arbeitswalze behandelten metallischen Bandes in einem mittleren Bereich der hier betrachteten Korngröße optimale Werte annehmen kann.
Allein mittels der Merkmale hinsichtlich der Korngröße kann eine gattungsgemäße Arbeitswalze vorteilhaft weiterentwickelt werden, sodass diesbezügliche Merkmale bzw. Merkmalskombinationen hieraus bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft sind.
Besonders bevorzugt weist die Verschleißschutzschicht einen Anteil von Wolf ramcarbid (WC) von größer oder gleich 50 Gew.-% auf, bevorzugt einen Anteil von größer oder gleich 60 Gew.-% und besonders bevorzugt von größer oder gleich 70 Gew.-%.
Unter Wolf ramcarbid (WC) wird im Rahmen dieser Anmeldung explizit Mono-Wolf ramcarbid (WC) verstanden.
Durch einen Gewichtsanteil von Wolf ramcarbid in der Verschleißschutzschicht, insbesondere als Bestandteil einer Hartphase der Verschleißschutzschicht, kann die Härte der Verschleißschutzschicht vorteilhaft erhöht werden, wobei ein vergrößerter Anteil von Mono-Wolf ramcarbid (WC) in der Verschleißschutzschicht die Härte der Verschleißschutzschicht weiter ansteigen lässt.
Die Verschleißschutzschicht kann vorteilhaft einen Anteil von Wolf ramcarbid (WC) von größer oder gleich 2 Gew.-% aufweisen, bevorzugt einen Anteil von größer oder gleich 20 Gew.-% und besonders bevorzugt von größer oder gleich 25 Gew.-% oder größer oder gleich 30 Gew.-%. Weiterhin vorteilhaft kann die Verschleißschutzschicht einen Anteil von Wolf ramcarbid (WC) von größer oder gleich 40 Gew.-% aufweisen, bevorzugt einen Anteil von größer oder gleich 45 Gew.-% und besonders bevorzugt von größer oder gleich 65 Gew.-% oder größer oder gleich 70 Gew.-%. Besonders vorteilhaft kann die Verschleißschutzschicht einen Anteil von Wolf ramcarbid (WC) von größer oder gleich 75 Gew.-% aufweisen, bevorzugt einen Anteil von größer oder gleich 80 Gew.-% und besonders bevorzugt von größer oder gleich 85 Gew.-% oder größer oder gleich 87 Gew.-%.
Die Verschleißschutzschicht kann weiter verbessert werden, wenn die Verschleißschutzschicht einen Anteil von Wolfram-Ausscheidungen, insbesondere von elementarem Wolfram (W) und/oder Diwolf ramcarbid (W2C) , mit einem Anteil von kleiner oder gleich 50 Gew.-% aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 33 Gew.-% und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 10 Gew.-% oder kleiner oder gleich 5 Gew.-%.
Tab. 5: Wolfram-Ausscheidungen (elementares Wolfram und/oder Diwolf ramcarbid W2C) in der Verschleißschutzschicht (Gew.-%) : Versprödung, Verschleißresistenz, Bruchzähigkeit, Haftzugbeständigkeit, Lebensdauer, Härte und Schichthaftung jeweils der Verschleißschutzschicht (Bewertung jeweils zwischen 0 und 10 mit den individuellen Skalen zwischen kleinstmöglich (0) und größtmöglich (10) (Skalenbezeichnung: k-g) sowie neutral (0) und bestmöglich (10) (Skalenbezeichnung: n-b) )
Für weitere vorteilhafte Werte für den Gewichtsanteil der Wolfram-Ausscheidungen in der Verschleißschutzschicht und die damit im Zusammenhang stehenden Eigenschaften der Verschleißschutzschicht sei an dieser Stelle auf die Tabelle 5 verwiesen.
Wolfram-Ausscheidungen in Form von elementarem Wolfram (W) und/oder Diwolf ramcarbid (W2C) können durch Degradierung von Wolf ramcarbid (WC) entstehen.
Wolfram-Ausscheidungen in der Verschleißschutzschicht, insbesondere in Form von elementarem Wolfram (W) und/oder Diwolf- ramcarbid (W2C) , können zu einer Versprödung der Verschleißschutzschicht beitragen, wodurch die Verschleißresistenz der Verschleißschutzschicht, die Bruchzähigkeit der Verschleißschutzschicht und/oder die Haftzugbeständigkeit der Verschleißschutzschicht mit steigendem Anteil von Wolfram-Ausscheidungen reduziert werden können. Insgesamt kann ein höherer Anteil von Wolfram-Ausscheidungen in der Verschleißschutzschicht somit deren Lebensdauer reduzieren.
Hierbei ist jedoch auch zu beachten, dass ein höherer „Gew.-%"- Anteil etwa von Wolfram-Ausscheidungen die Härte der Verschleißschutzschicht erhöhen kann.
Weiterhin kann der Anteil von Wolfram-Ausscheidungen innerhalb der Verschleißschutzschicht einen Einfluss auf eine Schichthaftung zwischen benachbarten, insbesondere übereinander angeordneten, und nicht gleichzeitig auf getragenen individuellen Schichten der Verschleißschutzschicht haben, wobei die Schichthaftung mit einem steigenden Anteil von Wolfram-Ausscheidungen abnehmen kann. Insofern ist darauf zu achten, dass die Verschleißschutzschicht einen ausgewogenen „Gew . -/"-Anteil an Wol fram-Ausscheidungen aufweist .
Allein mittels des Anteils an Wol fram-Ausscheidungen, insbesondere der Ausscheidungen von elementarem Wol fram (W) und/oder Diwol f ramcarbid (W2C ) , kann eine gattungsgemäße Arbeitswal ze vorteilhaft weiterentwickelt werden, sodass diesbezügliche Merkmale bzw . Merkmalskombinationen hieraus bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft sind .
Weiter ist vorteilhaft , wenn die Verschleißschutzschicht eine Haftzugbeständigkeit mit einem Haftzug-Wert von größer oder gleich 60 N/mm2 aufweist , bevorzugt von größer oder gleich 70 N/mm2 , und besonders bevorzugt von größer oder gleich 80 N/mm2 oder größer oder gleich 100 N/mm2 .
Bei der Durchführung eines Haft Zugversuchs kann festgestellt werden, ob die untersuchte Verschleißschutzschicht nach dem Test mit einer in Normalenrichtung zur Verschleißschutzschicht aufgebrachten Zugkraft vollständig, teilweise oder gar nicht abgeplatzt ist . Daher wird unter der Haftzugbeständigkeit der Wert für eine Zugkraft verstanden, bei welchem die Verschleißschutzschicht an der untersuchten Stel le gar nicht abgeplatzt ist . Entsprechend sind höhere Werte für die Haftzugbeständigkeit vorteilhaft für die Delaminationsbeständigkeit der Verschleißschutzschicht .
Weiterhin vorteilhaft weist die Verschleißschutzschicht eine Haftzugbeständigkeit mit einem Haftzug-Wert von größer oder gleich 55 N/mm2 auf , bevorzugt von größer oder gleich 65 N/mm2 , und besonders bevorzugt von größer oder gleich 75 N/mm2 oder größer oder gleich 90 N/mm2 . Allein mittels der Haftzugbeständigkeit der Verschleißschutzschicht kann eine gattungsgemäße Arbeitswalze vorteilhaft weiterentwickelt werden, sodass diesbezügliche Merkmale bzw. Merkmalskombinationen hieraus bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft sind.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Verschleißschutzschicht eine Porosität mit einem Porositätswert von kleiner oder gleich 1 % aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 0,5 % und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 0,1 %.
Tab. 6: Porosität der Verschleißschutzschicht (%) : Qualität,
Korrosionsbeständigkeit, Delaminationsbeständigkeit , Rauheit der Oberfläche, Härte, Eigenspannungen und Spitzenzahl jeweils der Verschleißschutzschicht (Bewertung jeweils zwischen 0 und 10 mit den individuellen Skalen zwischen kleinstmöglich (0) und größtmöglich ( 10 ) ( Skalenbezeichnung : k-g) sowie neutral ( 0 ) und bestmöglich ( 10 ) ( Skalenbezeichnung : n-b ) )
Für weitere vorteilhafte Werte für die Porosität der Verschleißschutzschicht und die damit im Zusammenhang stehenden Eigenschaften der Verschleißschutzschicht sei an dieser Stelle auf die Tabelle 6 verwiesen .
Der Begri f f „Porosität" beschreibt vorliegend die Anzahl und/oder Größe der Poren in der Verschleißschutzschicht , welche in Prozent ( % ) angegeben ist . Diese Anzahl kann beispielsweise mittels einer optischen Auswertung ermittelt werden oder mithil fe eines Permeationsversuchs , wobei die Wasserverdrängung der Verschleißschutzschicht und/oder der Arbeitswal ze mitsamt der Verschleißschutzschicht unter Einwirkung eines Vakuums untersucht wird .
Versuche haben gezeigt , das s die allgemeine Qualität der Verschleißschutzschicht einer Arbeitswal ze im Hinblick auf die geforderten Eigenschaften einer Arbeitswal ze , insbesondere die Korrosionsbeständigkeit , die Delaminationsbeständigkeit und die Härte , mit abnehmender Porosität der Verschleißschutzschicht verbessert werden kann .
Insbesondere kann die Korrosionsbeständigkeit der Verschleißschutzschicht mit sinkenden Werten für die Porosität verbessert werden .
Die Haftzugbeständigkeit bzw . die Delaminationsbeständigkeit der Verschleißschutzschicht kann ebenfalls durch kleinere Werte für die Porosität der Verschleißschutzschicht positiv beeinflusst werden .
Die Härte der Verschleißschutzschicht kann ebenfalls mit sinkenden Werten für die Porosität erhöht werden . Kleine Werte für die Rauheit der Außenoberfläche der Verschleißschutzschicht lassen sich insbesondere mit einem geringen Wert für die Porosität vorteilhaft erreichen, insbesondere durch den additiven Auftrag der Verschleißschutzschicht mittels einem thermischen Spritzverfahren und/oder durch den subtraktiven Abtrag einer Außenschicht der Verschleißschutzschicht .
Auch erreichbare Werte für die Eigenspannung in der Verschleißschutzschicht lassen sich durch geringe Werte der Poros ität steigern .
Gezeigt werden konnte auch, das s mit einer geringen Porosität der Verschleißschutzschicht eine höhere Spitzenzahl erreicht werden konnte , insbesondere mit einem EDT- Texturierungsverf ährens bei dem die Oberfläche der Verschleißschutzschicht mittels Funkenerosion texturiert werden kann .
Allein mittels der Porosität der Verschleißschutzschicht kann eine gattungsgemäße Arbeitswal ze vorteilhaft weiterentwickelt werden, sodass diesbezügliche Merkmale bzw . Merkmalskombinationen hieraus bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft sind .
Außerdem ist es vorteilhaft , wenn die Verschleißschutzschicht eine Permeabilität mit einem Permeabilitätswert von kleiner oder gleich 1 Barrer aufweist , bevorzugt von kleiner oder gleich 0 , 5 Barrer und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 0 , 1 Barrer .
Für weitere vorteilhafte Werte für die Permeabilität der Verschleißschutzschicht und die damit im Zusammenhang stehenden Eigenschaften der Verschleißschutzschicht sei an dieser Stelle auf die Tabelle 7 verwiesen . Auch die Permeabilität der Verschleißschutzschicht kann deren Qualität beeinflussen . So kann eine bessere Schichtqualität hinsichtlich der Verschleißschutzschicht erreicht werden, wenn die Verschleißschutzschicht eine geringe Permeabilität aufweist , insbesondere eine geringe Gaspermeabilität in Barrer .
Versuche haben gezeigt , das s die allgemeine Qualität der Verschleißschutzschicht einer Arbeitswal ze im Hinblick auf die geforderten Eigenschaften einer Arbeitswal ze , insbesondere die Korrosionsbeständigkeit , die Delaminationsbeständigkeit und die Härte , mit abnehmender Permeabilität der Verschleißschutzschicht verbessert werden kann .
Insbesondere kann die Korrosionsbeständigkeit der Verschleißschutzschicht mit sinkenden Werten für die Permeabilität verbessert werden .
Die Haftzugbeständigkeit bzw . die Delaminationsbeständigkeit der Verschleißschutzschicht kann ebenfalls durch kleinere Werte für die Permeabilität der Verschleißschutzschicht positiv beeinflusst werden .
Die Härte der Verschleißschutzschicht kann ebenfalls mit sinkenden Werten für die Permeabilität erhöht werden .
Der Begri f f „Permeabilität" beschreibt vorliegend die Durchlässigkeit der Verschließschutzschicht , welche zuvörderst mit der Anzahl an durchströmbaren bzw . of fenen Poren in der Verschleißschutzschicht bestimmbar ist , insbesondere gasdurchströmbaren
Poren .
Tab. 7: Permeabilität der Verschleißschutzschicht (Barrer) : Qualität, Korrosionsbeständigkeit, Delaminationsbeständigkeit , Rauheit der Oberfläche, Härte, Eigenspannungen und Spitzenzahl jeweils der Verschleißschutzschicht (Bewertung jeweils zwischen 0 und 10 mit den individuellen Skalen zwischen kleinstmöglich (0) und größtmöglich (10) (Skalenbezeichnung: k-g) sowie neutral (0) und bestmöglich (10) (Skalenbezeichnung: n-b) ) Allein mittels der Permeabilität der Verschleißschutzschicht kann eine gattungsgemäße Arbeitswalze vorteilhaft weiterentwickelt werden, sodass diesbezügliche Merkmale bzw. Merkmalskombinationen hieraus bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft sind.
Von Vorteil ist es, wenn die Verschleißschutzschicht eine Schichthärte mit einem Schichthärtewert von größer oder gleich 800 HV aufweist, bevorzugt von größer oder gleich 1000 HV und besonders bevorzugt von größer oder gleich 1100 HV, und/oder mit einem Schichthärtewert von kleiner oder gleich 1600 HV aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 1500 HV und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 1400 HV.
Für weitere vorteilhafte Werte für die Härte der Verschleißschutzschicht gemessen in Vickers, welche mittels einem Makroidentifikationsverfahrens gemessen werden kann, und die damit im Zusammenhang stehenden Eigenschaften der Verschleißschutzschicht sei an dieser Stelle auf die Tabelle 8 verwiesen.
Tab. 8: Schichthärte der Verschleißschutzschicht (HV) : Verschleißbeständigkeit und Haftzugbeständigkeit jeweils der Verschleißschutzschicht (Bewertung jeweils zwischen 0 und 10 mit den individuellen Skalen zwischen kleinstmöglich (0) und größtmöglich (10) (Skalenbezeichnung: k-g) sowie neutral (0) und bestmöglich (10) (Skalenbezeichnung: n-b) ) Mittels der hier angegebenen Härtewerte kann die Verschleißbeständigkeit der Verschleißschutzschicht vorteilhaft beeinflusst bzw . verbessert werden .
In Versuchen wurde j edoch festgestellt , dass j e härter eine Schicht der Verschleißschutzschicht ausgeprägt ist , desto geringer ist die Haftzugbeständigkeit der Verschleißschutzschicht , insbesondere hinsichtlich einer Haftung an dem Grundkörper der Arbeitswal ze .
Weiterhin sei angemerkt , dass mittels der Auswahl der Schichthärte die in der Verschleißschutzschicht auftretenden Eigenspannungen vorteilhaft beeinflusst werden können, ebenso wie die Rauheit Ra der Oberfläche der Verschleißschutzschicht .
Speziell das Verhältnis von Hartphase zur Matrix, die Ausscheidung von Diwol f ramcarbid (W2C ) , die Porosität und/oder die Permeabilität haben einen Einfluss auf die Härte der Verschleißschutzschicht der Arbeitswal ze .
Ferner können Wechselwirkungen zwischen der Schichthärte und der Spitzenzahl der Verschleißschutzschicht , der Porosität der Verschleißschutzschicht und der Homogenität der Verschleißschutzschicht vorteilhaft verwendet werden .
Allein mittels der für die Verschleißschutzschicht gewählten Schichthärte kann eine gattungsgemäße Arbeitswal ze vorteilhaft weiterentwickelt werden, sodass diesbezügliche Merkmale bzw . Merkmalskombinationen hieraus bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft sind .
Des Weiteren ist es vorteilhaft , wenn die Verschleißschutzschicht an mehr oder gleich 80 % einer Anzahl von Analysestellen, bevorzugt an mehr oder gleich 90 % einer Anzahl von Analysestellen und besonders bevorzugt an mehr oder gleich 95 % einer Anzahl von Analysestellen, eine Abweichung von weniger oder gleich 40 % von einem über eine Gesamtanzahl von Analysestellen gemittelten Gewichtsanteil eines Beschichtungselements aufweist , bevorzugt eine Abweichung von weniger oder gleich 30 % und besonders bevorzugt eine Abweichung von weniger oder gleich 20 % , wobei die Gesamtanzahl von Analysestellen größer oder gleich 5 ist , bevorzugt größer oder gleich 15 und besonders bevorzugt größer oder gleich 25 , insbesondere ist das Beschichtungselement eines der Elemente Wol f ramcarbid (WC ) , Aluminiumoxid (AI2O3 ) , Zirconi- umoxid ( ZrO2 ) , Chromcarbid ( Cr3C2 , Cr7C3 und/oder Cr23C6 ) oder Va- nadiumcarbid (VC ) .
Für weitere vorteilhafte Werte für die maximale Abweichung eines Gewichtsanteils eines Beschichtungselements innerhalb der Verschleißschutzschicht (Homogenität der Verteilung der Beschichtungselemente ) und die damit im Zusammenhang stehenden qualitativ bewerteten Eigenschaften der Verschleißschutzschicht sei an dieser Stelle auf die Tabelle 9 verwiesen .
Auch mittels der Homogenität der Elementverteilung können vorteilhafterweise die Eigenschaften der Verschleißschutzschicht beeinflusst werden .
Mithil fe der Analyse der Homogenität der Elementverteilung kann insbesondere die chemische Element zusammenset zung lokal bestimmt werden . Hierbei sind sowohl qualitative als auch quantitative Analysen möglich .
Eine diesbezügliche Bestimmung kann etwa mittels Verfahren der Mikroanalytik durchgeführt werden, wie beispielsweise mittels einer „EDX-Analyse" (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) . Mittels der EDX-Analyse können vorteilhaft Untersuchungen von Beschichtungs zusammensetzungen durchgeführt werden . Selbst unbekannte Werkstof fe oder Verunreinigungen hinsichtlich chemi- scher Elemente können an der vorliegenden Verschleißschutzschicht analysiert werden. Auch Schichtdickenmessungen bzgl. der Verschleißschutzschicht können durchgeführt werden.
Tab. 9: Homogenität der Elementverteilung (qualitativ) : Homogenität der Verteilung von Hartphase zu Matrix, Härte, Porosität, (Druck- ) Eigenspannung, Delaminationsbeständigkeit und Homogenität der Schichtdicke jeweils der Verschleißschutzschicht (Be- Wertung jeweils zwischen 0 und 10 mit den individuellen Skalen zwischen kleinstmöglich (0) und größtmöglich (10) (Skalenbezeichnung: k-g) sowie neutral (0) und bestmöglich (10) (Skalenbezeichnung: n-b) ) Insgesamt kann hier festgehalten werden, dass je inhomogener ein
Ausgangsmaterial dem thermischen Spritzprozess zugeführt wird, desto inhomogener ist die hierbei resultierende Verschleißschutzschicht und damit auch das Verhältnis von Hartphase zu Matrix der Verschleißschutzschicht , welches Einfluss auf mehrere Eigenschaften der Verschleißschutzschicht hat .
Je inhomogener das Verhältnis von Hartphase/Matrix desto geringer ist die nutzbare Härte der Verschleißschutzschicht . Weiterhin treten bei steigender Inhomogenität von Hartphase zu Matrix mehr Fehlstellen auf , welche die Porosität der Verschleißschutzschicht ansteigen lassen .
Mit der Homogenität der Verteilung der Beschichtungselemente in der Verschleißschutzschicht wird auch das nutzbare Niveau der in der Verschleißschutzschicht auftretenden Eigenspannungen gesenkt .
Im Ergebnis führt eine sinkende Homogenität der Verteilung der Beschichtungselemente auch zu einer Reduzierung der Haftzugbeständigkeit der Verschleißschut zschicht , welche insbesondere durch eine Zunahme der Poros ität und/oder durch eine Abnahme eines minimalen Eigenspannungsniveaus abnimmt .
Nicht zuletzt kann eine zunehmende Inhomogenität der Verteilung der Beschichtungselemente in der Verschleißschutzschicht auch eine Inhomogenität der Schichtdicke der Verschleißschutzschicht bedingen .
Allein mittels der Homogenität der Verschleißschutzschicht kann eine gattungsgemäße Arbeitswal ze vorteilhaft weiterentwickelt werden, sodass diesbezügliche Merkmale bzw . Merkmalskombinationen hieraus bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft sind . Des Weiteren können Eigenschaften der vorliegenden Verschleißschutzschicht beeinflusst werden, wenn die Verschleißschutzschicht an mehr oder gleich 80 % einer Anzahl von Messstellen, bevorzugt an mehr oder gleich 90 % einer Anzahl von Messstellen und besonders bevorzugt an mehr oder gleich 95 % einer Anzahl von Messstellen, eine Dickenabweichung von weniger oder gleich 20 % von einer über eine Gesamtanzahl von Messstellen gemittelten Schichtdicke der Verschleißschutzschicht aufweist , bevorzugt eine Abweichung von weniger oder gleich 10 % und besonders bevorzugt eine Abweichung von weniger oder gleich 5 % , wobei die Gesamtanzahl von Messstellen größer oder gleich 10 ist , bevorzugt größer oder gleich 25 und besonders bevorzugt größer oder gleich 40 .
Bevorzugt weist die Verschleißschutzschicht eine Dickentoleranz von kleiner oder gleich 1 gm auf , bevorzugt von kleiner oder gleich 0 , 5 gm und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 0 , 2 gm .
Die Homogenität der Schichtdicke ist eine besonders vorteilhafte Eigenschaft einer Verschleißschutzschicht . Mit anderen Worten ist eine Oberfläche einer Verschleißschutzschicht aufweisend eine Welligkeit nicht im Regel fall sondern nur im Spezial fall erwünscht . Entsprechend ist für eine Viel zahl von Aus führungsformen einer Arbeitswal ze eine Verschleißschutzschicht mit homogener Dicke und/oder lediglich geringen Dickenabweichungen vorteilhaft .
Bevorzugt weist die die Verschleißschutzschicht eine Dickentoleranz von kleiner oder gleich 2 gm auf , bevorzugt von kleiner oder gleich 0 , 75 gm und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 0 , 35 gm .
Mittels der hier vorgeschlagenen Dickenhomogenität kann insbesondere die Rauheit Ra der Verschleißschutz schicht und/oder die Welligkeit der Verschleißschutzschicht vorteilhaft beeinflusst werden .
Allein mittels der Gestaltung der Dickenhomogenität kann eine gattungsgemäße Arbeitswalze vorteilhaft weiterentwickelt werden, sodass diesbezügliche Merkmale bzw. Merkmalskombinationen hieraus bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft sind.
Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Verschleißschutzschicht eine Hartphase und eine Matrix aufweist, wobei die Hartphase in die Matrix eingelagert ist.
In Versuchen wurde herausgefunden, dass Verschleißschutzschichten aufweisend eine Hartphase besonders resistent gegen Verschleiß sind und somit eine erhöhte Lebensdauer aufweisen, insbesondere wenn zumindest eine Hartphase in einer gegenüber der Hartphase weicheren Matrix eingelagert ist.
Unter einer Hartphase wird dabei eine Einlagerung zumindest eines Korns zumindest eines Oxids, eines Karbids und/oder eines Borids sein.
Besonders vorteilhaft weist eine Hartphase Wolf ramcarbid (WC) , Aluminiumoxid (AI2O3) , Zirconiumoxid (ZrO2) , Chromcarbid (insbesondere Cr3C2, Cr7C3 und/oder Cr23C6) , Vanadiumcarbid (VC) , Sili- ciumcarbid (SiC) , Wolframborid (WB) , Chromoxid (insbesondere CrO, Cr2O3, CrO3 und/oder CrO3) , Titancarbid (TiC) , Titanoxid (insbesondere TiO, Ti2O3 und/oder TiO3) und/oder Molybdäncarbid (insbesondere Mo3C und/oder MoC) auf.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Verschleißschutzschicht eine Hartphase und eine Matrix aufweist, insbesondere ein Verhältnis von Hartphase zu einem Gesamtschichtsystem, bestehend aus Hartphase und Matrix, mit einem Verhältniswert von größer oder gleich 40 Vol . -% aufweist , bevorzugt von größer oder gleich 50 Vol . -% und besonders bevorzugt von größer oder gleich 60 Vol . -% , und/oder insbesondere mit einem Verhältniswert von Hartphase zu dem Gesamtschichtsystem von kleiner oder gleich 90 Vol . -% aufweist , bevorzugt von kleiner oder gleich 85 Vol . -% und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 80 Vol . -% oder von kleiner oder gleich 75 Vol . -% .
Für weitere vorteilhafte Werte für das Verhältnis von Hartphase zur Matrix der Verschleißschutzschicht und die damit im Zusammenhang stehenden qualitativ bewerteten Eigenschaften der Verschleißschutzschicht sei an dieser Stelle auf die Tabelle 10 verwiesen .
Hier sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass unter der hier verwendeten Begri f f lichkeit „Verhältnis von Hartphase zur Matrix" im quantitativen Sinne der Anteil der Hartphase an der Verschleißschutzschicht zu verstehen ist , also das Verhältnis von Hartphase zu dem Gesamtschichtsystem bestehend aus Hartphase und Matrix .
Das Verhältnis von Hartphase/Matrix kann für ein Maß der Elementverteilung in der Verschleißschutzschicht herangezogen werden .
Insofern ist es von Vorteil , wenn die Hartphase und die Matrix in einem optimalen Verhältnis zueinander vorliegen, denn j e mehr Hartphasen vorhanden sind, desto höher ist die Härte der Verschleißschutzschicht .
Tab. 10: Verhältnis von Hartphase zur Matrix also das Verhältnis von Hartphase zu dem Gesamtschichtsystem bestehend aus Hartphase und Matrix: Härte, Rauheit Ra, Dichte, Homogenität der Element- Verteilung, Homogenität der Schichtdickenverteilung, Spitzenzahl, Haftzugbeständigkeit, Eigenspannungen und Porosität jeweils der Verschleißschutzschicht (Bewertung jeweils zwischen 0 und 10 mit den individuellen Skalen zwischen kleinstmöglich (0) und größtmöglich (10) (Skalenbezeichnung: k-g) sowie neutral (0) und bestmöglich (10) (Skalenbezeichnung: n-b) .)
Ferner verhält es sich so, dass je höher der Hartphasenanteil ist, desto mehr Partikel können aus der Verschleißschutzschicht herausragen, wodurch die Rauheit Ra der Oberfläche der Ver- schleißschut zschicht beeinflusst werden kann. Hingegen gilt: Je weicher die Verschleißschutzschicht ausgebildet ist, desto dichter ist diese Verschleißschutzschicht, wodurch wiederum die finale Dicke der Verschleißschutzschicht dünner ausfallen kann.
Je weicher die Verschleißschutzschicht ist, also geringer der Hartphasenanteil, desto mehr Partikel können auf der Oberfläche haften, wodurch die Homogenität der Elemente und Homogenität der Dicke der Verschleißschutzschicht beeinflusst werden kann.
Andere Wechselwirkungen im Zusammenhang mit dem vorliegenden Verhältnis von Hartphase/Matrix können sich an der Verschleißschutzschicht hinsichtlich der Spitzenzahl, der Haftung, der Eigenspannungen und/oder der Porosität ergeben.
Allein mittels dem Verhältnis von Hartphase zu dem Gesamtschichtsystem bestehend aus Hartphase und Matrix kann eine gattungsgemäße Arbeitswalze vorteilhaft weiterentwickelt werden, sodass diesbezügliche Merkmale bzw. Merkmalskombinationen hieraus bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft sind .
Besonders vorteilhaft weist die Verschleißschutzschicht zumindest eines, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben oder mehr der Elemente Wolf ramcarbid (WC) , Aluminiumoxid (AI2O3) , Zirconi- umoxid (ZrO2) , Chromcarbid (Cr3C2, Cr7C3 und/oder Cr23C6) , Vanadi- umcarbid (VC) , Siliciumcarbid (SiC) , Wolframborid (WB) , Chromoxid (CrO, Cr2O3, CrO2 und/oder CrO3) , Titancarbid (TiC) , Titanoxid (TiO, Ti2O3 und/oder TiO2) oder Molybdäncarbid (Mo2C und/oder MoC) auf, insbesondere zumindest eines, zwei, drei, vier oder mehr der Elemente Wolf ramcarbid (WC) , Aluminiumoxid (A12O3) , Zirconiumoxid (ZrO2) , Chromcarbid (Cr3C2, Cr7C3 und/oder Cr23C6) und/oder Vanadiumcarbid (VC) . Insbesondere weitere Beschichtungselemente können hierbei Einfluss auf die Ausbildung und die Eigenschaften der vorliegenden Verschleißschutzschicht nehmen.
Beispielsweise können mit folgenden Beschichtungselementen die Eigenschaften aller Verschleißschutzschichten beeinflusst werden, bestehend aus Wolf ramcarbid (WC) , Aluminiumoxid (AI2O3) , Zirconiumoxid (ZrCt) , Chromcarbid (Cr3C2, Cr7Cs und/oder Cr23Ce) , Vanadiumcarbid (VC) , Siliciumcarbid (SiC) , Wolframborid (WB) , Chromoxid (CrO, Cr2O3, CrÜ2 und/oder CrOs) , Titancarbid (TiC) , Titanoxid (TiO, Ti2O3 und/oder TiCt) oder Molybdäncarbid (M02C und/oder MoC) auf, insbesondere zumindest eines, zwei, drei, vier oder mehr der Elemente Wolf ramcarbid (WC) , Aluminiumoxid (AI2O3) , Zirconiumoxid (ZrO7) , Chromcarbid (Cr3C2, Cr7C3 und/oder Cr23Ce) und/oder Vanadiumcarbid (VC) in allen Kombinationen und Zusammensetzungen .
Eine weitere Beeinflussung der Verschleißschutzschicht kann mittels der Hartphase und der Matrix erfolgen.
In Abhängigkeit der Beschichtungselemente kann das Verhältnis von Hartphase zur Matrix vorteilhaft definiert werden, wie vorstehend bereits beschrieben ist.
Unterschiedliche Beschichtungselemente zeichnen sich in der Regel durch unterschiedliche Eigenschaften, insbesondre ein unterschiedliche Härte, aus und insofern kann ein Element der Verschleißschutzschicht oder können mehrere Elemente der Verschleißschutzschicht deren Härte sowie andere Eigenschaften der Verschleißschutzschicht vorteilhaft beeinflussen.
Ferner können unterschiedliche Beschichtungselemente auch die Eigenspannungen der Verschleißschutzschicht beeinflussen. Allein mittels der Auswahl eines oder mehrerer Elemente der Verschleißschutzschicht kann eine gattungsgemäße Arbeitswal ze vorteilhaft weiterentwickelt werden, sodass diesbezügliche Merkmale bzw . Merkmalskombinationen hieraus bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft sind .
Vorteilhaft ist es weiter, wenn die Verschleißschutzschicht und/oder der Grundkörper eine Druckeigenspannung mit einem Wert von größer oder gleich -200 N/mm2 aufweist , bevorzugt von größer oder gleich 0 N/mm2 und besonders bevorzugt von größer oder gleich 200 N/mm2 , und/oder die Verschleißschutzschicht und/oder der Grundkörper eine Druckeigenspannung mit einem Wert von kleiner oder gleich 2 . 000 N/mm2 aufweist , bevorzugt von kleiner oder gleich 1 . 500 N/mm2 und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 1 . 000 N/mm2 .
An dieser Stelle soll zunächst angemerkt werden, dass negative Werte für eine Eigenspannung oder eine Druckeigenspannung als Zugeigenspannung verstanden werden sollen .
Mittels der vorliegenden Werte kann eine Verbesserung der Verschleißbeständigkeit an der Arbeitswal ze erzielt werden, insbesondere durch eine besonders innige Verbindung bzw . „Verklammerung" der Verschleißschutzschicht auf einem beschichteten Bauteil , wie dem Grundkörper der vorliegenden Arbeitswal ze . Insofern kann durch Ausbildung der vorgeschlagenen Druckeigenspannungen eine Verbesserung der Schichthaftung erzielt werden .
Ferner kann einer Rissbildung, insbesondere einer Mikrorissbil- dung, in der Verschleißschutzschicht mittels geeigneter Druckeigenspannungen entgegengewirkt werden . Weiterhin können etwaig in der Verschleißschutzschicht auftretende Mikrorisse durch Druckeigenspannungen in der Verschleißschutzschicht wieder geschlossen werden, wodurch ein etwaiges Risswachstum der Mikrorisse vorteilhaft reduziert oder verhindert werden kann . Analog hierzu können Zugeigenspannungen ein Wachstum von Mikrorissen unterstützen .
In der Regel wird zudem ein Schichtwachstum bzgl . der Verschleißschutzschicht durch ungünstige Zugeigenspannungen negativ beeinflusst .
Darüber hinaus kann die Haftzugbeständigkeit der Verschleißschutzschicht , die Härte der Verschleißschutzschicht , die finale Schichtdicke der Verschleißschutzschicht durch entsprechend vorgesehener Eigenspannungen sowohl negativ als auch positiv beeinflusst werden, wie insbesondere gemäß der nachstehenden Tabelle 11 zu erkennen ist .
Die vorliegenden Wertebereiche können unterschiedlich ermittelt werden, vorzugsweise j edoch mittels folgender Methoden : " ICP- sensor monitors the curvature by Tsui and Clyne mode" oder „Ri- gaku stress analyzer of model STRAIN-FLEX MSF-2M" , wobei die Druckeigenspannungen bzw . Eigenspannungen vorliegend in N/mm2 gemessen werden .
Weitere Merkmale , Ef fekte bzw . Vor- oder Nachteile können aus der Darstellung folgender Tabelle 11 entnommen werden .
Allein mittels der Eigenspannung in der Verschleißschutzschicht und/oder dem Grundkörper, insbesondere der Druckeigenspannung in der Verschleißschutzschicht und/oder dem Grundkörper, kann eine gattungsgemäße Arbeitswal ze vorteilhaft weiterentwickelt werden, sodass diesbezügliche Merkmale bzw . Merkmalskombinationen hieraus bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft sind .
Tab. 11: Druckeigenspannung (N/mm2) : Verschleißbeständigkeit, Schichthaftung, Schichthaftung und Haftzugbeständigkeit jeweils der Verschleißschutzschicht (Bewertung jeweils zwischen 0 und 10 mit den individuellen Skalen zwischen kleinstmöglich (0) und größtmöglich (10) (Skalenbezeichnung: k-g) sowie neutral (0) und bestmöglich (10) (Skalenbezeichnung: n-b) )
Ferner ist es auch vorteilhaft, wenn die Verschleißschutzschicht und/oder der Grundkörper eine Spitzenzahl mit einem RPc-Wert von größer oder gleich 1/cm aufweist, bevorzugt von größer oder gleich 30/cm und besonders bevorzugt von größer oder gleich 60/cm, und/oder eine Spitzenzahl mit einem RPc-Wert von kleiner oder gleich 300/cm aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 250/cm und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 200/cm.
Mittels der vorliegend genannten Werte hinsichtlich der Spitzenzahl kann eine besonders vorteilhafte Oberfläche der Verschleißschutzschicht ausgebildet werden, insbesondere eine besonders vorteilhafte Texturierung der Oberfläche der Verschleißschutzschicht .
Insbesondere kann hierdurch auch die Haftung zwischen Verschleißschutzschicht und Grundkörper beeinflusst werden .
Es sei j edoch darauf hingewiesen, dass eine hohe Spitzenzahl am Grundkörper nicht unmittelbar zu einer hohen Spitzenzahl der Verschleißschutzschicht führt . Entsprechend ist für die Spitzenzahl der Verschleißschutzschicht nicht lediglich die Spitzenzahl des Grundkörpers maßgeblich .
Es konnte gezeigt werden, dass bei höheren arithmetischen Mittenrauwerten Ra höhere Spitzenzahlen erreicht werden können, wobei auch bei geringeren arithmetischen Mittenrauwerten Ra hohe Spitzenzahlen erreicht werden können .
Die vorliegende Spitz zahl hat die Einheit „Spit zen/cm" . Weitere Aus führungen zur Spitzenzahl könnender DIN 10049-2014 entnommen werden .
Allein mittels der Merkmale hinsichtlich der Spitzenzahl kann eine gattungsgemäße Arbeitswal ze vorteilhaft weiterentwickelt werden, sodass diesbezügliche Merkmale bzw . Merkmalskombinationen hieraus bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft sind .
Besonders vorteilhaft weist die Verschleißschutzschicht einen Oxidanteil , insbesondere einen Anteil von Chromoxid ( CrO, Cr203, CrO2 und/oder CrO2 ) und/oder Aluminiumoxid (A12O2 ) und/oder Zir- coniumoxid ( ZrO2 ) und/oder Titanoxid ( TiO, Ti2O2 und/oder TiO2 ) , von kleiner oder gleich 5 Gew . -% auf , bevorzugt von kleiner oder gleich 3 Gew . -% und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 1 , 5 Gew . -% . Kleinere Werte für den Oxidanteil lassen sich unter anderem dadurch erreichen, dass die Vorrichtung zum thermischen Spritzen einen Lamda-Wert von nahezu eins oder eins aufweist .
In Versuchen hat sich gezeigt , dass ein steigender Wert für den Oxidanteil die Lebensdauer der Verschleißschutzschicht reduzieren kann und/oder bei einem mehrlagigen Schichtaufbau der Verschleißschutzschicht die Schichtanhaftung benachbart angeordneter Schichten negativ beeinflussen kann .
Es hat sich ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, wenn der Grundkörper eine zu beschichtende Außenseite mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von größer oder gleich 0 , 1 pm aufweist , bevorzugt von größer oder gleich 0 , 2 pm und besonders bevorzugt von größer oder gleich 0 , 3 pm, und/oder einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von kleiner oder gleich 14 pm aufweist , bevorzugt von kleiner oder gleich 4 , 0 pm und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 0 , 8 pm .
Mittels der Rauheit Ra der Grundkörperoberfläche kann vorteilhafterweise auch die Verschleißschutzschicht beeinflusst werden, wie etwa die finale Rauheit Ra der Verschleißschutzschicht , und darüber hinaus auch deren Homogenität . Hierbei kann davon ausgegangen werden, dass j e höher die Rauheit Ra des zu beschichtenden Materials ( Grundkörper ) ist , desto höher ist auch Rauheit Ra der Oberfläche der Verschleißschutzschicht ; und j e höher die Rauheit Ra des zu beschichtenden Materials ( Grundkörper ) ist , desto größer ist die Abweichung der Schichtdicke , wodurch eben auch die Homogenität der Schichtdicke der Verschleißschutzschicht negativ beeinflusst werden kann .
Auch die Partikelhaftung und somit auch die Schichthaftung bzgl . der Verschleißschutzschicht an der Grundkörperoberfläche kann mit der Rauheit der Grundkörperoberfläche beeinflusst werden . Hier genannte Rauheiten Ra bzgl. der Grundkörperoberfläche können unterschiedlich erzeugt werden, wobei etliche der angegebenen Rauheiten Ra etwa mittels einem Überschleifen der Mantelfläche (Grundkörperoberfläche) der Arbeitswalze erzielt werden können, wie etwa Rauheiten Ra von 0,3 pm bis 0,8 pm.
Weitere Merkmale, Effekte bzw. Vor- oder Nachteile können aus der Darstellung folgender Tabelle 12 entnommen werden:
Tab. 12: Mittenrauwert Ra (pm) der Verschleißschutzschicht: Schichtrauheit, Schichtdicke, Homogenität der Verschleißschutzschicht, Eigenspannungen der Verschleißschutzschicht und Haftzugbeständigkeit der Verschleißschutzschicht (Bewertung jeweils zwischen 0 und 10 mit den individuellen Skalen zwischen kleinstmöglich (0) und größtmöglich (10) (Skalenbezeichnung: k-g) sowie neutral (0) und bestmöglich (10) (Skalenbezeichnung: n-b) )
Allein mittels der Merkmale hinsichtlich des arithmetischen Mittenrauwerts Ra kann eine gattungsgemäße Arbeitswalze vorteilhaft weiterentwickelt werden, sodass diesbezügliche Merkmale bzw. Merkmalskombinationen hieraus bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft sind .
Es hat sich auch als zweckmäßig herausgestellt , wenn der Grundkörper eine Grundkörperhärte mit einem Härtewert von größer oder gleich 35 HRC aufweist , bevorzugt von größer oder gleich 40 HRC und besonders bevorzugt von größer oder gleich 50 HRC und/oder eine Grundkörperhärte mit einem Härtewert von kleiner oder gleich 70 HRC aufweist , bevorzugt von kleiner oder gleich 65 HRC und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 60 HRC .
Mittels der hier angegebenen weiteren Härtewerte bzgl . des Grundkörpers kann insbesondere die Schichthaftung der Verschleißschutzschicht gegenüber dem Grundkörper der Arbeitswal ze vorteilhaft beeinflusst bzw . eingestellt werden .
Wird die Grundkörperhärte zu weich gewählt , können Bestandteile der Verschleißschutzschicht nachteilig in den Grundkörper eindringen . Bei einer zu harten Grundkörperhärte besteht die Gefahr, dass eine kritische Anzahl an Bestandteilen des Beschichtungsmaterials beim Aufträgen auf den Grundkörper von diesem abprallen .
Ferner ist hinsichtlich der Grundkörperhärte folgendes zu beachten :
Je härter der Grundkörper ist , desto geringer ist die Haftzugbeständigkeit der Verschleißschutzschicht , wodurch die Verschleißschutzschicht sich eher von dem Grundkörper abzulösen kann .
Je härter der Grundkörper ausgestaltet ist , desto höher ist die Gefahr, dass mehr Fehlstellen im Grundkörper-Verschleißschutzschicht-Verbund auftreten, was wiederum die Gefahr einer Delamination erhöhen kann . Derartige Fehlstellen erhöhen zumeist auch die Porosität, wodurch ebenfalls die Haftung zwischen der Verschleißschutzschicht und dem Grundkörper negativ beeinträchtigt werden kann.
Tab. 13: Grundkörperhärte (HRC) : Porosität, Fehlstellenhäufigkeit, Haftzugbeständigkeit, Eigenspannungen und Schichtdicke jeweils der Verschleißschutzschicht (Bewertung jeweils zwischen 0 und 10 mit den individuellen Skalen zwischen kleinstmöglich (0) und größtmöglich (10) (Skalenbezeichnung: k-g) sowie neutral (0) und bestmöglich (10) (Skalenbezeichnung: n-b) )
Darüber hinaus können Fehlstellen wiederum Einfluss auf die Eigenspannungen hinsichtlich der Verschleißschutzschicht haben, und umgekehrt.
Ferner können Haftungsmechanismen im Spritzprozess die Rauheit und die Schichtdicke der Verschleißschutzschicht beeinflussen. Je härter die Verschleißschutzschicht , desto mehr kann hierdurch die Rauheit Ra der Oberfläche der Verschleißschut zschicht beeinflusst werden .
Die vorliegende Grundkörperhärte HRC ist bevorzugt mit einem Makroidenti fikationsverfahren gemessen .
Weitere Merkmale , Ef fekte bzw . Vor- oder Nachteile können aus der Darstellung folgender Tabelle 13 entnommen werden .
Allein mittels der Merkmale hinsichtlich der Grundkörperhärte kann eine gattungsgemäße Arbeitswal ze vorteilhaft weiterentwickelt werden, sodass diesbezügliche Merkmale bzw . Merkmalskombinationen hieraus bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft sind .
Ferner können weitere Ausgestaltungen bzgl . des Grundkörpers sich Vorteilhaft auf die Verschließschutzschicht auswirken, wie etwa das Material , aus welchem der Grundkörper hergestellt ist .
Auch gewählte Maße bzgl . des Grundkörpers , wie insbesondere die Breite des Grundkörpers , der Durchmesser des Grundkörpers , die Länge des Grundkörpers , aber auch die Stützweite zwischen Lagerpunkten des Grundkörpers können sich auf die Qualität der Verschleiß schütz schicht aus wirken .
Jedenfalls kann mittels der vorstehend genannten Merkmale eine Arbeitswal ze zum Wal zen eines metallischen Gutes , insbesondere eine Verschleißschutzschicht hiervon, unter Berücksichtigung von gesetzlichen Vorgaben zur Vermeidung von Hartchrom vorteilhaft auf unterschiedliche Bedürfnisse individuell angepasst werden .
Nach einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe der Erfindung auch von einem Wal zgerüst aufweisend eine Arbeitswal ze nach einem der hier beschriebenen Merkmale gelöst . Die Aufgabe der Erfindung löst auch ein metallisches Band, wobei das metallische Band mit einer Arbeitswal ze gemäß einem der hier beschriebenen Merkmale kaltgewal zt ist .
Vorteilhafterweise kann anhand des an dem metallischen Band erzielten Oberflächenbildes bestimmte Merkmale der Verschleißschutzschicht erkannt werden . Insbesondere die Texturierung der Verschleißschutzschicht der Arbeitswal ze kann sich beim Wal zen eines metallischen Bandes von der Oberfläche der Arbeitswal ze , insbesondere der Oberfläche der Verschleißschutzschicht , auf die Oberfläche des metallischen Bandes übertragen .
Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einem Verfahren zur Herstellung der vorliegenden Arbeitswal ze gelöst , bei welchem auf einen zuvor bereitgestellten Grundkörper deren Verschleißschutzschicht mit einem thermischen Spritzverfahren aufgetragen wird .
Hierdurch kann die Arbeitswal ze mit der Verschleißschutzschicht vorteilhaft hergestellt werden .
Insbesondere mittels einem thermischen Spritzverfahren können selbst unterschiedliche Pulverzusammenset zungen für das Erzeugen von prozessspezi fischen Verschleißschutzschichten auf den Grundkörper der Arbeitswal ze unkompli ziert und präzise aufgetragen werden .
Die Verschleißschutzschicht kann weiter zweckmäßig angepasst werden, wenn die Verschleißschutzschicht nach dem Aufträgen abrasiv geglättet wird . Nur zum Beispiel sei hier erwähnt , dass hierdurch die Oberflächenrauheit der Verschleißschut zschicht noch weiter an der Arbeitswal ze eingestellt werden kann . Insbesondere ein derartiges Verfahren kann vorteilhaft weiterentwickelt werden, wenn die Anzahl an Pulverf örderer erhöht wird, wodurch eine homogenere Pulververteilung erreicht werden kann . Auch hierdurch kann die Qualität der Verschleißschutzschicht an der Arbeitswal ze weiter erhöht werden .
An dieser Stelle sei noch beansprucht , dass das beschriebene Verfahren auch noch durch weitere hier genannte technische Merkmale , insbesondere durch Merkmale der vorliegenden Arbeitswal ze bzw . deren Verschleißschutzschicht , ergänzt werden kann, um das Verfahren vorteilhaft weiterzuentwickeln bzw . Verfahrensspezifikationen noch präziser darstellen bzw . formulieren zu können .
Vorzugsweise können Pulverf örderer oberhalb eines Brenners zum thermischen Spritzen der Verschleißschutzschicht (bspw . High Velocity Oxygen Fuel (HVOF-Brenner ) oder High Velocity Air Fuel , (HVAF-Brenner ) ) angeordnet werden, wodurch der statische Druck zum Einbringen des Pulvers in den Brenner zweckmäßig erhöht werden kann .
Ferner kann es für die Ausgestaltung der vorliegenden Verschleißschutzschicht vorteilhaft sein, wenn hinsichtlich einer Pulvervorbereitung etwaige Pulver zum Erzeugen der Verschleißschutzschicht vorgewärmt werden .
Ein zusätzliches Sieben von Pulver kann für eine homogenere Pulververteilung sorgen .
Ebenfalls kann durch eine entsprechende Vorerwärmung bzw . ein Sieben von Pulver die Herstellung der Verschleißschutzschicht insbesondere im Hinblick auf eine Bombierung/Bandabmessung zwecks Optimierung von Eigenspannungen hinsichtlich der Verschleißschutzschicht vorteilhaft beeinflusst werden . Die Aufgabe der Erfindung wird ferner auch noch von einer Arbeitswal ze gemäß einem der hier beschriebenen Merkmale zum Kaltwal zen eines metallischen Bandes gelöst .
Durch die Verwendung der vorliegenden Arbeitswal ze können hochwertige Oberflächen an dem kaltgewal zten metallischen Band besonders über einen längeren Zeitraum betriebssicher erzeugt werden .
Die vorstehend genannten Maßnahmen, insbesondere die Auswahl des Beschichtungsmaterials sowie insbesondere die Auswahl von komplexeren Beschichtungsparametern, können in erheblichem Maße dazu beitragen, vorliegend qualitativ hochwertige Verschleißschutzschichten zum Wal zen eines metallischen Bandes bereitzustellen .
Weitere Vorteile , Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich zusätzlich aus dem nachfolgend erläuterten Aus führungsbeispiel .
In der Zeichnung zeigen :
Figur 1 : schematisch eine Ans icht einer Arbeitswal ze zum Wal zen eines metallischen Gutes bei einem thermischen Spritzen der Verschleißschutzschicht auf einen Grundkörper einer Arbeitswal ze zum Wal zen von metallischen Gütern;
Figur 2 : schematisch eine teilweise geschnittene Ansicht eines Ausschnitts der Arbeitswal ze aus der Figur 1 mit einer ersten Schichtdicke ; und
Figur 3 : schematisch eine teilweise geschnittene Ansicht eines Ausschnitts einer alternativen Arbeitswal ze mit einer dünneren Schichtdicke . Gemäß der einzigen Figur ist die Herstellung einer Arbeitswal ze 1 zum Wal zen eines metallischen Gutes (nicht gezeigt ) , insbesondere zum Wal zen eines metallischen Bandes ( ebenfalls nicht gezeigt ) schematisch dargestellt .
Die Arbeitswal ze 1 wird hierbei mittels eines thermischen Spritzens bearbeitet . Genauer gesagt wird eine Verschleißschutzschicht 2 auf die Oberfläche 3 eines Grundkörpers 4 der Arbeitswal ze 1 aufgebracht .
Das thermische Spritzen der Verschleißschutzschicht 2 wird hierbei mittels einer geeigneten Vorrichtung 5 zum thermischen Spritzen durchgeführt , welche einen Brenner 6 aufweist , wie etwa einen HVOF-Brenner oder einen HVAF-Brenner , wobei oberhalb des Brenners 6 mehrere Pulverförderer 7 (nur exemplarisch gezeigt und bezi f fert ) angeordnet sind, von welchem zumindest einige das Pulver 8 vorerwärmen können .
Das Pulver 8 kann hierbei durch eine Viel zahl an Pulverbestandteilen 9 individuell zusammengemischt sein, wie im Sinne der Erfindung beansprucht .
Die Pulverf örderer 7 weisen noch eine Einrichtung 10 zum Sieben des Pulvers 8 bzw . von Pulverbestandteilen 9 hiervon auf .
Mittels der Vorrichtung 5 zum thermischen Spritzen kann insgesamt ein besonders vorteilhaft zusammengestelltes Beschichtungsmaterial 11 auf den Grundkörper 4 der Arbeitswal ze 1 aufgetragen werden, während Letztere um deren Lagerachse 12 in Rotationsrichtung 12 dreht .
Gemäß der Darstellung nach der Figur 2 ist ein Ausschnitt der Arbeitswal ze 1 als geschnittene Detailansicht im Grenz flächenbereich 20 zwischen der Verschleißschut zschicht 2 und dem Grundkörper 4 dargestellt . Insbesondere die Spitzen 22 der Rauheit (nicht nochmals bezi ffert ) der Grenz fläche 24 der Grundkörperoberfläche 3 sind gut erkennbar, wobei die Spitzen 22 auch Kavitäten 26 an der Grundköperoberfläche 3 ausgestalten .
Spitzen 22 und Kavitäten 26 bilden die Rauheit der Grenz fläche 24 aus , welche als gezackte Linie (nicht nochmals bezi f fert ) illustriert ist .
Die Verschleißschutzschicht 2 weist Hartphase-Partikel 28 ( gestrichelte Gebilde ) auf , welche in einer Matrix 30 der Verschleißschutzschicht 2 eingebettet angeordnet sind .
Gut erkennbar ist , wie insbesondere die Hartphasen-Partikel 28 in den Kavitäten 26 eingepresst angeordnet sind und hierbei teilweise groß flächig an Flanken 32 der Spitzen 22 reibschlüssig anliegen .
Im Grenz flächenbereich 20 können höhere Druckeigenspannungen vorherrschen als weiter von dem Grenz flächenbereich 20 entfernt .
Durch entsprechend hoch eingestellte Druckeigenspannungen wird die Verschleißschutzschicht 2 stärker an den Grundkörper 2 angepresst , insbesondere stärker in die Kavitäten 26 hinein gepresst , wobei Hartphasen-Partikel 28 der Verschleißschutzschicht 2 auch wesentlich inniger mit den Flanken 32 wechselwirken .
Insgesamt kann mittels Druckeigenspannungen insbesondere zwischen 500 N/mm2 und 1 . 500 N/mm2 eine besonders innige Verbindung zwischen der Verschleißschutzschicht 2 und dem Grundkörper 4 und somit auch eine besonders gute Haftzugbeständigkeit gewährleistet werden . Selbst Hartphasen-Partikel 28 innerhalb der Matrix 30 können mit derartigen Druckeigenspannungen inniger miteinander „verklammern" .
Die hier gezeigten Verschleißschutzschicht 2 zeichnet sich durch eine mittlere Schichtdicke 40 von ca . 60 pm aus , also wesentlich geringer als die ansonsten im Stand der Technik üblichen über 80 pm Schichtdicken 40 .
Diese erfindungsgemäße Schichtdicke 40 zeichnet sich durch eine äußerst geringe bis nahezu kaum eine Porosität und kleine Hartphase-Partikel 28 bzw . diesbezüglich kleine Korngrößen (nicht nochmal bezi f fert ) aus .
Jedenfalls kann die Verschleißschutzschicht 2 mit ihrer geringen Schichtdicke 40 von durchschnittlich 60 pm sehr kostengünstig hergestellt werden, nicht zuletzt wegen ihres geringen Materialbedarfs .
Gemäß der Darstellung nach Figur 3 ist eine alternative Arbeitswal ze 1 mit einer deutlich dünneren Schichtdicke 40 hinsichtlich der dünneren Verschleißschutzschicht 2 dargestellt .
Die Schichtdicke 40 der dünneren Verschleißschutzschicht 2 beträgt an dieser alternativen Arbeitswal ze 1 lediglich 7 , 5 pm .
Weiterhin weist die dünnere Verschleißschutzschicht 2 auch wesentlich kleinere Hartphase-Partikel 28 bzw . diesbezüglich kleinere Korngrößen auf .
Jedenfalls kann die dünnere Verschleißschut zschicht 2 mit noch weniger Materialeinsatz und damit noch kostengünstiger hergestellt werden . Bezugszeichenliste
1 Arbeitswal ze
2 Verschleißschutzschicht
3 Oberfläche
4 Grundkörper
5 Vorrichtung zum thermischen Spritzen
6 Pulverf örderer
7 Einrichtung zum Sieben
8 Pulver
9 Pulverbestandteile
10 Einrichtung zum Sieben
11 Beschichtungsmaterial
12 Rotationsrichtung
20 Grenz flächenbereich
22 Spitzen
24 Grenz fläche
26 Kavitäten
28 Hartphase-Partikel
30 Matrix
32 Flanken
40 Schichtdicke

Claims

Patentansprüche
1. Arbeitswalze (1) zum Walzen eines metallischen Gutes, insbesondere zum Walzen eines metallischen Bandes, aufweisend: einen Grundkörper (4) aus Metall; und eine zumindest bereichsweise auf dem Grundkörper (4) angeordnete Verschleißschutzschicht (2) , wobei die Verschleißschutzschicht (2) eine thermische Spritzschutzschicht ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) eine Schichtdicke (40) mit einem Wert von kleiner oder gleich 70 pm aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 40 pm und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 15 pm.
2. Arbeitswalze (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) eine Schichtdicke (40) mit einem Wert von größer oder gleich 2 pm aufweist, bevorzugt von größer oder gleich 5 pm und besonders bevorzugt von größer oder gleich 10 pm.
3. Arbeitswalze (1) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) einen Chromanteil von kleiner oder gleich 90 Gew.-% aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 60 Gew.-% und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 30 Gew.-%.
4. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) einen Nickelanteil von kleiner oder gleich 90 Gew.-% aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 60 Gew.-% und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 30 Gew.-%.
5. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) eine Außenoberfläche mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von größer oder gleich 0,01 pm, aufweist, bevorzugt von größer oder gleich 0,5 pm und besonders bevorzugt von größer oder gleich 1,5 pm, und/oder mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von kleiner oder gleich 17 pm aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 10 pm und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 6 pm.
6. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) eine Korngröße mit einem Wert von größer oder gleich 2 pm aufweist, bevorzugt von größer oder gleich 5 pm, und/oder mit einer Korngröße von kleiner oder gleich 50 pm aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 45 pm und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 30 pm oder kleiner oder gleich 20 pm.
7. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) einen Anteil von Wolf ramcarbid (WC) von größer oder gleich 50 Gew.- % aufweist, bevorzugt einen Anteil von größer oder gleich 60 Gew.-% und besonders bevorzugt von größer oder gleich 70 Gew.-%.
8. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) einen Anteil von Wolfram-Ausscheidungen, insbesondere von elementarem Wolfram (W) und/oder Diwolf ramcarbid (W2C) , mit einem Anteil von kleiner oder gleich 50 Gew.-% aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 33 Gew.-% und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 10 Gew.-% oder kleiner oder gleich 5 Gew.-%.
9. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) eine Haftzugbeständigkeit mit einem Haftzug-Wert von größer oder gleich 60 N/mm2 aufweist, bevorzugt von größer oder gleich 70 N/mm2, und besonders bevorzugt von größer oder gleich 80 N/mm2 oder größer oder gleich 100 N/mm2.
10. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) eine Porosität mit einem Porositätswert von kleiner oder gleich
1 % aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 0,5 % und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 0,1 %.
11. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) eine Permeabilität mit einem Permeabilitätswert von kleiner oder gleich 1 % aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 0,5 % und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 0,1 %.
12. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) eine Schichthärte mit einem Schichthärtewert von größer oder gleich 800 HV aufweist, bevorzugt von größer oder gleich 1000 HV und besonders bevorzugt von größer oder gleich 1100 HV, und/oder mit einem Schichthärtewert von kleiner oder gleich 1600 HV aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 1500 HV und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 1400 HV.
13. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) an mehr oder gleich 80 % einer Anzahl von Analysestellen, bevorzugt an mehr oder gleich 90 % einer Anzahl von Analysestellen und besonders bevorzugt an mehr oder gleich 95 % einer Anzahl von Analysestellen, eine Abweichung von weniger oder gleich 40 % von einem über eine Gesamtanzahl von Analysestellen gemittelten Gewichtsanteil eines Beschichtungselements aufweist, bevorzugt eine Abweichung von weniger oder gleich 30 % und besonders bevorzugt eine Abweichung von weniger oder gleich 20 %, wobei die Gesamtanzahl von Analysestellen größer oder gleich 5 ist, bevorzugt größer oder gleich 15 und besonders bevorzugt größer oder gleich 25, insbesondere ist das Beschichtungselement eines der Elemente Wolf ramcarbid (WC) , Aluminiumoxid (AI2O3) , Zirconi- umoxid (ZrO2) , Chromcarbid (Cr3C2, Cr7C3 und/oder Cr23C6) oder Va- nadiumcarbid (VC) .
14. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) an mehr oder gleich 80 % einer Anzahl von Messstellen, bevorzugt an mehr oder gleich 90 % einer Anzahl von Messstellen und besonders bevorzugt an mehr oder gleich 95 % einer Anzahl von Messstellen, eine Dickenabweichung von kleiner oder gleich 20 % von einer über eine Gesamtanzahl von Messstellen gemittelten Schichtdicke der Verschleißschutzschicht (2) aufweist, bevorzugt eine Abweichung von kleiner oder gleich 10 % und besonders bevorzugt eine Abweichung von kleiner oder gleich 5 %, wobei die Gesamtanzahl von Messstellen größer oder gleich 10 ist, bevorzugt größer oder gleich 25 und besonders bevorzugt größer oder gleich 40.
15. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) eine Dickentoleranz von kleiner oder gleich 1 pm aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 0,5 pm und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 0,2 pm.
16. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) eine Hartphase und eine Matrix aufweist, wobei die Hartphase in die Matrix eingelagert ist.
17. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) eine Hartphase und eine Matrix aufweist, insbesondere ein Verhältnis von Hartphase zu einem Gesamtschichtsystem, bestehend aus Hartphase und Matrix, mit einem Verhältniswert von größer oder gleich 40 Vol.-% aufweist, bevorzugt von größer oder gleich 50 Vol.-% und besonders bevorzugt von größer oder gleich 60 Vol.-%, und/oder insbesondere mit einem Verhältniswert von Hartphase zu dem Gesamtschichtsystem von kleiner oder gleich 90 Vol.-% aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 85 Vol.-% und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 80 Vol.-% oder von kleiner oder gleich 75 Vol.-%.
18. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) zumindest eines, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben oder mehr der Elemente Wolf ramcarbid (WC) , Aluminiumoxid (AI2O3) , Zirconi- umoxid (ZrO2) , Chromcarbid (Cr3C2, Cr7C3 und/oder Cr23C6) , Vanadi- umcarbid (VC) , Siliciumcarbid (SiC) , Wolframborid (WB) , Chromoxid (CrO, Cr203, CrO2 und/oder CrO3) , Titancarbid (TiC) , Titanoxid (TiO, Ti203 und/oder TiO2) oder Molybdäncarbid (Mo2C und/oder MoC) aufweist, insbesondere zumindest eines, zwei, drei, vier oder mehr der Elemente Wolf ramcarbid (WC) , Aluminiumoxid (AI2O3) , Zirconiumoxid (ZrO2) , Chromcarbid (Cr3C2, Cr7C3 und/oder Cr23Ce) und/oder Vanadiumcarbid (VC) .
19. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) und/oder der Grundkörper (4) eine Druckeigenspannung mit einem Wert von größer oder gleich -200 N/mm2 aufweist, bevorzugt von größer oder gleich 0 N/mm2 und besonders bevorzugt von größer oder gleich 200 N/mm2, und/oder die Verschleißschutzschicht (2) und/oder der Grundkörper (4) eine Druckeigenspannung mit einem Wert von kleiner oder gleich 2.000 N/mm2 aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 1.500 N/mm2 und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 1.000 N/mm2.
20. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) und/oder der Grundkörper (4) eine Spitzenzahl mit einem RPc-Wert von größer oder gleich 1/cm aufweist, bevorzugt von größer oder gleich 30/cm und besonders bevorzugt von größer oder gleich 60/cm, und/oder eine Spitzenzahl mit einem RPc-Wert von kleiner oder gleich 300/cm aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 250/cm und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 200/cm.
21. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) einen Oxidanteil, insbesondere einen Anteil von Aluminiumoxid (AI2O3) und/oder Zirconiumoxid (ZrO2) und/oder Chromoxid (CrO, Cr2O3, CrO2 und/oder CrO3) und/oder Titanoxid (TiO, Ti2O3 und/oder TiO2) , von kleiner oder gleich 5 Gew.-% aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 3 Gew.-% und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 1,5 Gew.-%.
22. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4) eine zu beschichtende Außenseite mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von größer oder gleich 0,1 pm aufweist, bevorzugt von größer oder gleich 0,2 pm und besonders bevorzugt von größer oder gleich 0,3 pm, und/oder einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von kleiner oder gleich 14 pm aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 4,0 pm und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 0,8 pm.
23. Arbeitswalze (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4) eine Grundkörperhärte mit einem Härtewert von größer oder gleich 35 HRC aufweist, bevorzugt von größer oder gleich 40 HRC und besonders bevorzugt von größer oder gleich 50 HRC und/oder eine Grundkörperhärte mit einem Härtewert von kleiner oder gleich 70 HRC aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 65 HRC und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 60 HRC.
24. Walzgerüst aufweisend eine Arbeitswalze (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23.
25. Metallisches Band, wobei das metallische Band mit einer Arbeitswalze (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23 kaltgewalzt ist .
26. Verfahren zur Herstellung einer Arbeitswalze (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23 aufweisend die nachfolgenden Schritte:
Bereitstellen des Grundkörpers (4) ; und
Aufträgen der Verschleißschutzschicht (2) mit einem thermischen Spritzverfahren.
27. Verfahren gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) nach dem Aufträgen abrasiv geglättet wird.
28. Verwendung einer Arbeitswalze (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23 zum Kaltwalzen eines metallischen Bandes.
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