EP4759455A1 - Walze mit einer zumindest bereichsweise applizierten verschleissschutzschicht - Google Patents

Walze mit einer zumindest bereichsweise applizierten verschleissschutzschicht

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EP4759455A1
EP4759455A1 EP24219292.0A EP24219292A EP4759455A1 EP 4759455 A1 EP4759455 A1 EP 4759455A1 EP 24219292 A EP24219292 A EP 24219292A EP 4759455 A1 EP4759455 A1 EP 4759455A1
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EP
European Patent Office
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roller
hss
wear
steel
semi
Prior art date
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Pending
Application number
EP24219292.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dr. Stefan Bienholz
Pia Fork
Juline Henke
Robert Leffers
Dr. Stefan Rezanka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority to EP24219292.0A priority Critical patent/EP4759455A1/de
Publication of EP4759455A1 publication Critical patent/EP4759455A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying

Definitions

  • the invention relates to a roller with a wear-resistant layer applied at least in certain areas.
  • HSS rolls High-Speed Steel and refers to a material with a relatively high carbide content, formed by the use of at least one of the following elements: molybdenum, tungsten, vanadium, titanium, or niobium. After casting, the rolls undergo reaustenitization followed by hardening and tempering. Among other things, the... DE 10 2005 021 030 A1 It is known that solid rollers made of high-speed steel (HSS) are used for work rollers in hot strip mills.
  • HSS high-speed steel
  • HSS or semi-HSS rolls are generally less prone to wear than classic uncoated work rolls, they are rarely used in cold rolling applications of flat steel due to their high abrasiveness on the strip surface and the associated high level of strip contamination.
  • a roller which has a sprayed-on wear-resistant layer based on a tungsten carbide alloy containing components of chromium carbides or molybdenum borides, with a thickness between 3 and 20 ⁇ m, as well as a corresponding method for its production.
  • the EP 3 394 311 B1 a roller with a locally thermally sprayed wear protection layer, which is no thicker than 25 ⁇ m.
  • the purpose of the invention is to optimize a roller in such a way that it is not only wear-resistant but also crack-resistant.
  • the wear-resistant coating is applied by thermal spraying.
  • the thermal spraying process is well-known and therefore state of the art; see also WO 2021/148690 A1 and EP 3 394 311 B1 WC, preferably WCCo coatings, are particularly suitable, as they are applied at least partially to the outer surface of the roller using thermal spraying, since they exhibit excellent wear and abrasion resistance and also provide high hardness.
  • This coating consists of WC (tungsten carbide) particles, preferably with Co (cobalt) as a binder.
  • the teaching of the invention relates to a roller with a wear-resistant layer applied at least partially to the outer surface of the roller by means of thermal spraying, wherein the wear-resistant layer contains tungsten carbide particles, and wherein the roller consists at least partly of a steel of HSS or semi-HSS quality.
  • rollers, or at least parts of the roller, of HSS or semi-HSS quality can have a longer service life in the rolling process, preferably in the cold rolling process, compared to standard rollers, for example, made of alloyed and unalloyed steels such as structural steels, stainless steels or chromium steels.
  • a partial application of a wear-resistant coating by thermal spraying can, for example, cover at least 20%, 30%, 40%, in particular at least 50%, 60%, preferably at least 70%, or 80% of the roller's outer surface, whereby it can also be completely covered, i.e., the entire outer surface of the roller, i.e., 100%, with a wear-resistant coating.
  • a maximum of up to 98%, 95%, or preferably up to a maximum of 90%, 87%, or 85% of the roller's outer surface can be covered with a wear-resistant coating.
  • a roller coated, at least in certain areas, with a wear-resistant layer of the aforementioned type can improve and/or increase its resistance to defects and damage. Sudden impact loads on the roller, for example, from transverse welds during the joining of metal strips, particularly in cold rolling processes, material defects, or nicks, can be absorbed and evenly distributed by the wear-resistant layer of the aforementioned type, applied at least in certain areas, without causing damage to the roller and/or the wear-resistant layer itself. It can therefore be assumed that a roller coated, at least in certain areas, with a wear-resistant layer of the aforementioned type exhibits higher resistance to impact and/or shock loads. In addition to the longer service life and durability of the roller, a positive effect is that no speed reduction is necessary in the event of material defects, thus enabling higher process productivity.
  • HSS or semi-HSS grade steel is a high-speed steel. It can have the following composition in wt.% with the remainder being iron and unavoidable impurities: HSS: Semi-HSS: C: 0.9 - 2.6; C: 1.4 - 2.5; Yes: 0.2 - 2.0; Yes: 0.4 -1.6; Mn: 0.1 - 1.7; Mn: 0.4 - 1.7; Ni: 0.1-1.0; Ni: 0.4 - 1.7; Cr: 4.2 -10.0; Cr: 3.0 - 8.0; Mon: 0.3 - 7.5; Mon: 0.8 - 3.5; V: 3.5 - 10.0; V: 0.8 - 3.5; W: - 6.5. W: 0.8 - 3.5.
  • the described wear protection layer gives the roller, which can be used in at least one stand of a hot rolling mill or preferably a cold rolling mill, as well as in a finishing or skin-treating stand, the necessary service life required to perform rolling operations under industrial conditions.
  • the hot rolling mill can comprise four, five, six, seven, eight or nine stands.
  • the cold rolling mill can comprise one stand, for example a reversing stand, two stands, for example a double reversing stand, three, four, five or six stands.
  • the material to be rolled is a metal strip, preferably a steel strip. Alternatively, it can also be an aluminum strip or a non-ferrous (NE) strip.
  • the roller can be made of HSS or semi-HSS grade steel.
  • the roller can be made of a composite material with a steel core and a layer of HSS or semi-HSS steel applied to the core.
  • HSS or semi-HSS steel is applied to the core as a manufactured ring, either by shrink-fitting or powder metallurgy, as is the case, for example, in the... EP 0 070 773 A1 described or applied using the well-known HIP (high isostatic pressure) method.
  • the wear-resistant layer can have a thickness between 3 and 150 ⁇ m. This can be specifically applied and/or adjusted as required. The thickness can be determined either after the layer is applied or, in particular, after the optional processing step. The thickness can be at least 5 ⁇ m, preferably at least 7 ⁇ m. The thickness may be in the range of ⁇ m, preferably at least 10 ⁇ m. It may be limited to a maximum of 120 ⁇ m, preferably to a maximum of 90 ⁇ m, and preferably to a maximum of 50 ⁇ m.
  • the wear-resistant coating can have a minimum hardness of 70 HRC. It can, in particular, have a minimum hardness of 72 HRC, 74 HRC, preferably at least 76 HRC, or 78 HRC. A maximum hardness of up to 100 HRC, in particular up to 95 HRC, and preferably up to 90 HRC, is possible.
  • the hardness is essentially determined by the applied WC layer or WCCo alloy layer. HRC is determined according to DIN EN ISO 6508-1:2024-04.
  • a high hardness of the wear-resistant coating can have a positive effect on resistance to rolling defects. Furthermore, the hardness and the distribution of stress by the coating contribute to crack resistance.
  • Higher thermal resistance can also be provided; for example, if more material is locally conveyed through the roll gap during a strip break, as in the case of double rolls, the coating or alloy layer can absorb this material and, in particular, release it more evenly to the roll material, thus leading to reduced susceptibility to cracking.
  • the wear-resistant layer can have a peak roughness index (RPc) of at least 30 1/cm, in particular at least 35 1/cm, preferably at least 40 1/cm, more preferably at least 45 1/cm, and most preferably at least 50 1/cm.
  • the peak roughness index (RPc) on the surface roughness profile can be a maximum of 120 1/cm, in particular a maximum of 110 1/cm, preferably a maximum of 100 1/cm, and more preferably a maximum of 90 1/cm, whereby a lower peak roughness index can have a positive effect on strip contamination.
  • RPc is determined according to DIN EN ISO 21920-2:2022-12.
  • the surface of the wear-resistant coating can exhibit a stochastic or deterministic texture, at least in certain areas.
  • Texturing rollers is generally considered state of the art.
  • Various technologies can be used for this purpose. These textures can be applied using, among others, SBT (shot blasting textured), EDT (electro discharge textured), EBT (electron beam textured), laser texturing, grinding structures, or ECD (electrical chrome deposition).
  • SBT shot blasting textured
  • EDT electro discharge textured
  • EBT electro beam textured
  • laser texturing grinding structures
  • ECD electric chrome deposition
  • an optional processing step can include at least partial grinding or machining of the wear protection layer in order to, for example, set a specific peak characteristic value RPc.
  • the surface or surface structure of the wear-resistant layer has a scaly appearance, which can have particularly positive properties in the rolling process.
  • This surface structure allows for the optimal distribution of the emulsion required for lubrication during the rolling process across the surface of the roll or the wear-resistant layer.
  • the material rolled and embossed with this surface further positively influences the emulsion lubrication by carrying the emulsion into the depressions of the scaly structure, thus directing the emulsion into the roll gap in a controlled and uniform manner. Consequently, the emulsion composition can be adjusted, as lubrication in the roll gap is improved for the reasons mentioned above, thereby reducing the proportion of rolling oil in the emulsion currently required for lubrication.
  • the quality advantage of HSS and semi-HSS compared to structural steel as the roll body becomes apparent, as the service life and the amount of material rolled (in tons) are approximately six times higher.
  • the service life can be increased by approximately three times compared to the "uncoated” version, although failure in the coating was observed.
  • a chromium layer on HSS or semi-HSS led to a reduction in service life compared to the "uncoated” version and thus to a deterioration in performance, with failure in the coating also being observed here.
  • the "WCCo” version results in a very long service life on the structural steel roll body, but with the surprising effect that failure occurred not in the coating, but in the roll body itself. This can be attributed to the fact that the stress on the roller material caused by irregularities in the rolled stock (welds, pitting, defects such as shells, etc.) is too high for the (impact) strength of the roller material, despite the overlying coating.
  • the best results with very long service lives were achieved with HSS and semi-HSS in combination with WCCo, although some coating failure was observed in each case. While the "band contamination" of the WCCo variant is lower compared to the chrome-plated variant, the slightly higher band contamination can be tolerated due to the longer service life.
  • band contamination is significantly improved compared to a pure HSS or semi-HSS variant without additional coating.
  • a high "band contamination" number indicates relatively little graying due to abrasion in the so-called Tesa test, while a low number indicates significant graying.
  • the specified "tape dirt” value corresponds to the L-value of the CIEL*a*b color space, which can be measured, for example, using the Datacolor Datareader Pro.
  • the L-value ranges from 0 for black to 100 for white.
  • L sometimes also written as L*, denotes the brightness and thus the intensity of the color, which lies in the range between 0 and 100; see also " TC Breiner, Color and Form Psychology, Springer, Berlin 2019, https://doi.org/10.1007/978-3-662-57870-4 ".
  • a combination of a WC or WCCo coating on a roller consisting at least partly of HSS or semi-HSS steel can provide very good wear resistance as well as very good crack resistance.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Walze mit einer zumindest bereichsweise auf der Mantelfläche der Walze mittels thermischem Spritzen applizierten Verschleißschutzschicht, wobei die Verschleißschutzschicht Wolframkarbid-Partikel enthält.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Walze mit einer zumindest bereichsweise applizierten Verschleißschutzschicht.
  • Der Verschleiß von Walzen ist insgesamt relativ hoch, so dass damit begrenzte Walzzeiten einhergehen. Generell bekannt sind Arbeitswalzen in Walzgerüsten, die eine spezielle verschleißarme Walzenoberfläche aufweisen, welche insbesondere durch eine Schicht verschleißarmen Materials gebildet wird. Derartige Walzen sind als HSS-Walzen oder Semi-HSS-Walzen bekannt. Die Bezeichnung HSS steht für High-Speed-Steel und für einen Werkstoff, welcher einen relativ hohen Anteil an Karbiden aufweist, welche durch den Einsatz von mindestens einem der Elemente wie Molybdän, Wolfram, Vanadium, Titan, oder Niob gebildet werden. Nach dem Gießen erfolgt ein Reaustenitisieren mit sich anschließendem Härten und Anlassen. Unter anderem ist aus der DE 10 2005 021 030 A1 bekannt, dass Massivwalzen aus Schnellarbeitsstahl (HSS) für Arbeitswalzen der Warmbandstraßen benutzt werden.
  • Aus der EP 0 070 773 A1 ist bekannt, ein Schnellarbeitsstahlpulver auf einem niedriglegierten Baustahlkern aufzubringen, welches nach dem pulvermetallurgischen Auftragen durch Schweißen die Hartmetallschicht einer Verbundwalze für das Kaltwalzen bildet.
  • HSS oder Semi-HSS Walzen sind zwar grundsätzlich verschleißärmer als klassische unbeschichtete Arbeitswalzen, finden jedoch wegen ihrer hohen Abrasivität an der Bandoberfläche und dem damit einhergehenden hohen Bandschmutz kaum Verwendung in Kaltwalzanwendungen von Flachstahl.
  • Aus der WO 2021/148690 A1 ist beispielhaft eine Walze bekannt, welche eine aufgespritzte Verschleißschutzschicht basierend auf einer Wolframkarbid-Legierung, enthaltend Bestandteile aus Chromkarbiden oder Molybdänboriden, mit einer Dicke zwischen 3 und 20 µm aufweist, sowie ein entsprechendes Verfahren zu ihrer Herstellung. Ferner offenbart die EP 3 394 311 B1 eine Walze mit einer lokal thermisch gespritzten Verschleißschutzschicht, welche nicht dicker als 25 µm ist.
  • Alternativ zu dem oben beschriebenen Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, auch thermisches Spritzen genannt, ist aus der DE 40 06 550 C1 ein Verfahren zur verschleißfesten Ausrüstung einer Arbeitsfläche von auf der Arbeitsfläche mit einer Textur versehenen Walzen und Rollen für die Umformung und Verarbeitung von Stahl und anderen metallischen Werkstoffen bekannt.
  • Durch mechanische und thermische Belastungen während des Walzprozesses, insbesondere während des Kaltwalzprozesses, können bei konventionellen Walzenwerkstoffen circa ab einer Verdopplung der Standzeit Rissbildungen innerhalb des Grundkörpers auftreten. Diese ist auf Aufhärtungen des Grundkörper-Werkstoffs durch die Belastungen im Walzprozess, insbesondere im Kaltwalzprozess zurückzuführen. Mit Einsatz von beschichteten Walzen kann zwar die Standzeit hinsichtlich Verschleiß verbessert bzw. erhöht werden, es kann aber regelmäßig zu einem Versagen des Walzen-Grundkörpers durch Risse kommen.
  • Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Walze dahingehend zu optimieren, dass sie nicht nur verschleißbeständig, sondern gleichzeitig auch rissbeständig ist.
  • Gelöst wird die Aufgabe mit einer Walze nach Anspruch 1. Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • Die Verschleißschutzschicht wird mittels thermischem Spritzen appliziert. Der Prozess des thermischen Spritzens ist als solcher bekannt und damit Stand der Technik, vgl. auch WO 2021/148690 A1 und EP 3 394 311 B1 . Als besonders geeignet sind WC, bevorzugt WCCo-Beschichtungen, die im Prozess des thermischen Spritzens zumindest bereichsweise auf der Mantelfläche der Walze appliziert werden, da sie hervorragende Verschleiß- und Abriebeigenschaften aufweisen und dazu auch eine hohe Härte bereitstellen. Diese Schicht besteht aus WC (Wolframcarbid)-Partikeln, bevorzugt mit Co (Cobalt) als Bindemittel.
  • Die Lehre der Erfindung betrifft mithin eine Walze mit einer zumindest bereichsweise auf der Mantelfläche der Walze mittels thermischem Spritzen applizierten Verschleißschutzschicht, wobei die Verschleißschutzschicht Wolframkarbid-Partikel enthält, wobei die Walze zumindest zu einem Teil aus einem Stahl der Qualität HSS oder Semi-HSS besteht.
  • Die Erfinder haben überraschend festgestellt, dass Walzen oder zumindest Teile der Walze der Qualität HSS oder Semi-HSS eine längere Standzeit im Walzprozess, vorzugsweise im Kaltwalzprozess, aufweisen können im Vergleich zu Standard-Walzen, beispielsweise bestehend aus legierten und unlegierten Stählen, wie Baustählen, Edelstählen oder Chromstählen.
  • Eine zumindest bereichsweise Applikation einer Verschleißschutzschicht mittels thermischem Spritzen kann beispielsweise mindestens 20 %, 30 %, 40 %, insbesondere mindestens 50 %, 60 %, vorzugsweise mindestens 70 %, 80 % der Mantelfläche der Walze bedecken, wobei diese auch vollständig, somit die gesamte Mantelfläche der Walze, somit 100 % mit einer Verschleißschutzschicht bedeckt sein kann. Insbesondere kann maximal bis zu 98 %, 95 %, 92 % vorzugsweise maximal bis zu 90 %, 87 %, 85 % der Mantelfläche der Walze mit einer Verschleißschutzschicht bedeckt sein.
  • Die zumindest bereichsweise mit einer Verschleißschutzschicht der vorgenannten Art beschichtete Walze kann die Resistenz gegen Fehler und Schädigungen verbessern und/oder erhöhen. Eine schlagartige Belastung auf der Walze durch beispielsweise quer verlaufende Schweißnähte durch das Zusammenführen von Metallbändern insbesondere im Kaltwalzprozess, Fehler im Material oder Anstich kann durch die zumindest bereichsweise applizierte Verschleißschutzschicht der vorgenannten Art aufgenommen werden und gleichmäßig verteilt werden, ohne dass es zu einer Schädigung der Walze und/oder Verschleißschutzschicht kommen kann. Es ist mithin davon auszugehen, dass die zumindest bereichsweise mit einer Verschleißschutzschicht der vorgenannten Art beschichtete Walze eine höhere Beständigkeit gegen Schlag- und/oder Stoßbelastung aufweist. Ein positiver Effekt neben der längeren Standzeit und Haltbarkeit der Walze ist, dass keine Geschwindigkeitsdrosselung im Prozess bei Materialfehlern notwendig ist und somit eine höhere Produktivität des Prozesses erreicht werden kann.
  • Ein Stahl der Qualität HSS oder Semi-HSS ist ein Schnellarbeitsstahl. Dieser kann folgende Zusammensetzung in Gew.-% mit Rest Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen aufweisen:
    HSS: Semi-HSS:
    C: 0,9 - 2,6; C: 1,4 - 2,5;
    Si: 0,2 - 2,0; Si: 0,4 -1,6;
    Mn: 0,1 - 1,7; Mn: 0,4 - 1,7;
    Ni: 0,1-1,0; Ni: 0,4 - 1,7;
    Cr: 4,2 -10,0; Cr: 3,0 - 8,0;
    Mo: 0,3 - 7,5; Mo: 0,8 - 3,5;
    V: 3,5 - 10,0; V: 0,8 - 3,5;
    W: - 6,5. W: 0,8 - 3,5.
  • Die beschriebene Verschleißschutzschicht verleiht der Walze, welche sowohl in mindestens einem Gerüst eines Warmwalz- oder bevorzugt Kaltwalzwerks, als auch in einem Nachwalz- oder Dressiergerüst einsetzbar ist, die nötige Standzeit, die erforderlich ist, um unter industriellen Bedingungen Walzungen durchführen zu können.
  • Das Warmwalzwerk kann dabei vier, fünf, sechs, sieben, acht oder neun Gerüste umfassen.
  • Das Kaltwalzwerk kann dabei ein Gerüst, beispielsweise ein Reversiergerüst, zwei Gerüste, beispielsweise ein Doppelreversiergerüst, drei, vier, fünf oder sechs Gerüste umfassen.
  • Das zu walzende Material ist ein Metallband, vorzugsweise allgemein ein Stahlband. Alternativ kann es auch ein Aluminiumband oder ein NE(Nicht Eisen)-Band sein.
  • Bevorzugt kann die Walze aus einem Stahl der Qualität HSS oder Semi-HSS gefertigt sein. Damit besteht die komplette Walze und somit der Grundkörper aus einem Stahl der Qualität HSS oder Semi-HSS. Dies hat den Vorteil, dass es einfacher zu fertigen ist, da aus einem Guss geschmiedet werden kann und damit kein Übergang als mögliche Sollbruchstelle vorhanden ist.
  • Alternativ kann die Walze aus einem Verbundmaterial gefertigt sein mit einem Kern aus Stahl und einer auf dem Kern angeordneten Schicht bestehend aus einem Stahl der Qualität HSS oder Semi-HSS. Damit kann ein im Vergleich zur Qualität HSS oder Semi-HSS relativ günstiger Stahl Anwendung finden, insbesondere ein Standard-Stahl wie zum Beispiel ein Baustahl, um insbesondere die Kosten der Walze gering halten zu können. Der Stahl der Qualität HSS oder Semi-HSS wird somit als eine Art gefertigter Ring auf den Kern aufgetragen respektive aufgeschrumpft oder pulvermetallurgisch, wie beispielsweise in der EP 0 070 773 A1 beschrieben oder aber auch mit dem bekannten HIP(high isostatic pressure)-Verfahren, aufgebracht.
  • Die Verschleißschutzschicht kann eine Dicke zwischen 3 und 150 µm aufweisen. Je Bedarf kann diese gezielt vorgesehen und/oder eingestellt werden. Die Dicke kann sich entweder nach dem Aufbringen der Schicht oder insbesondere nach dem optionalen Bearbeitungsschritt einstellen. Die Dicke kann insbesondere mindestens 5 µm, vorzugsweise mindestens 7 µm, bevorzugt mindestens 10 µm betragen. Die Dicke kann insbesondere auf maximal 120 µm, vorzugsweise auf maximal 90 µm, bevorzugt auf maximal 50 µm beschränkt sein.
  • Die Verschleißschutzschicht kann eine Mindesthärte von 70 HRC aufweisen. Sie kann insbesondere mindestens 72 HRC, 74 HRC, vorzugsweise mindestens 76 HRC, 78 HRC betragen. Maximal kann eine Härte bis zu 100 HRC, insbesondere bis zu 95 HRC, vorzugsweise bis zu 90 HRC vorliegen. Die Härte ergibt sich im Wesentlichen aus der applizierten WC-Schicht respektive WCCo-Legierungsschicht. HRC wird ermittelt nach DIN EN ISO 6508-1:2024-04. Eine hohe Härte der Verschleißschutzschicht kann sich positiv auf die Resistenz gegen Walzfehler auswirken. Weiterhin ist durch die Härte und die Verteilung von Belastung durch die Beschichtung von einer Rissbeständigkeit auszugehen. Auch kann mithin eine höhere thermische Widerstandsfähigkeit bereitgestellt werden, beispielsweise wenn während eines Bandrisses lokal mehr Material durch den Walzspalt gefördert wird wie bei Dopplungen, kann die Schicht respektive Legierungsschicht aufnehmen und insbesondere gleichmäßiger an den Walzenwerkstoff abgeben, so dass dies zu einer geringeren Rissanfälligkeit führt.
  • Die Verschleißschutzschicht kann eine Spitzenkennzahlgröße RPc von mindestens 30 1/cm, insbesondere mindestens 35 1/cm, vorzugsweise mindestens 40 1/cm, bevorzugt mindestens 45 1/cm, besonders bevorzugt mindestens 50 1/cm aufweisen. Die Spitzenkennzahlgröße RPc am Rauheitsprofil kann maximal 120 1/cm, insbesondere maximal 110 1/cm vorzugsweise maximal 100 1/cm, bevorzugt maximal 90 1/cm betragen, wobei sich eine niedrige Spitzenkennzahlgröße positiv auf die Bandverschmutzung auswirken kann. RPc wird ermittelt nach DIN EN ISO 21920-2:2022-12.
  • Die Oberfläche der Verschleißschutzschicht kann zumindest bereichsweise eine stochastische oder deterministische Textur aufweisen. Das Texturieren von Walzen ist allgemein Stand der Technik. Dabei können unterschiedliche Technologien zur Anwendung kommen. Diese Texturen können unter anderem mit einem SBT-Verfahren (Shot Blasting Texturing), EDT-Verfahren (Electro Discharge Texturing), EBT-Verfahren (Electron-Beam-Texturing), Lasertexturierungsverfahren, Schleifstrukturen oder aber auch mit dem ECD-Verfahren (Electrical Chrome Deposition) aufgebracht werden. Bei diesen genannten Verfahren handelt es sich um ein Ein-/Aufbringen einer stochastischen Oberflächentopographie auf die Verschleißschutzschicht. Das EBT-Verfahren ermöglicht auch ein Ein-/Aufbringen einer nicht stochastischen, also deterministischen Textur. Auch das LT-Verfahren (Laser Texturing) bietet die Möglichkeit, eine nicht stochastische, also deterministische Textur ein-/aufzubringen.
  • Mithin kann ein optionaler Bearbeitungsschritt ein zumindest bereichsweises Schleifen respektive spanendes Verfahren an der Verschleißschutzschicht umfassen, um beispielsweise eine gezielte Spitzenkennzahlgröße RPc einstellen zu können.
  • Die Oberfläche bzw. Oberflächenstruktur der Verschleißschutzschicht weist beispielsweise eine schuppig erscheinende Oberfläche auf, welche insbesondere positive Eigenschaften im Walzprozess haben kann. So zum Beispiel kann durch diese Oberflächen-Struktur eine im Walzprozess zur Schmierung erforderliche Emulsion optimal über die Oberfläche der Walze respektive der Verschleißschutzschicht verteilt werden. Das mit dieser Oberfläche gewalzte und abgeprägte Material beeinflusst die Emulsionsschmierung durch Mitführen der Emulsion in den Vertiefungen der schuppigen Struktur weiterhin positiv, da die Emulsion gezielt und gleichmäßig mit in den Walzspalt geführt wird. Mithin kann die Emulsionszusammensetzung angepasst werden, da die Schmierung im Walzspalt aus oben genannten Gründen verbessert ist, wobei der insbesondere zur Schmierung derzeit notwendige Walzöl-Anteil der Emulsion abgesenkt werden kann. Dadurch kann eine kostengünstige und umweltverträgliche Emulsion bereitgestellt werden, so dass mit dem so erhöhten Wasseranteil der Emulsion die Reinigungswirkung zunehmen kann und die Bandsauberkeit maßgeblich verbessert werden kann. Ein weiterer Aspekt zur Absenkung des Walzölanteils in der Emulsion wäre eine Absenkung der Rauheit. Dadurch kann auch die Temperaturentwicklung im Walzspalt und der Öl-Anteil, der zur Kühlung benötigt wird, absenkt werden.
  • Für eine Untersuchungsreihe wurden unterschiedliche Walzengrundkörper bereitgestellt, konventionelle Baustähle der Qualität S355, vollständige Walzengrundkörper der Qualität HSS und Semi-HSS. Jeweils drei Walzenpaare der vorgenannten Qualitäten wurden unbeschichtet, mit einer konventionellen Hartverchromung elektrolytisch beschichtet und mittels thermischem Spritzen mit einer WCCo-Legierungsschicht mit 12 Gew.-% Co und einer Bedeckung der Mantelfläche von 100 % beschichtet in jeweils einem Betriebsversuch als Arbeitswalzen im zweiten Gerüst eines Kaltwalzwerks eingesetzt. In Tabelle 1 sind die Ergebnisse der jeweiligen als Arbeitswalzen eingesetzten Walzenpaare aufgeführt. Tabelle 1
    Walzengrundkörper Art der Beschichtung Bandschmutz Härte Versagen nach Tonnage [t] Versagensort (Oberfläche/ Walzengrundwerkstoff) Erfindung
    (L-Wert des Tesa-Tests) [%] HRC
    Standard Unbeschichtet 58 62 267 Oberfläche nein
    Verchromt 82 68 831 Oberfläche nein
    WCCo 73 79 1287 Walze nein
    HSS Unbeschichtet 37 66 1546 Oberfläche nein
    Verchromt 81 68 779 Oberfläche nein
    WCCo 74 79 2756 Oberfläche ja
    Semi-HSS Unbeschichtet 46 63 1601 Oberfläche Nein
    Verchromt 82 68 814 Oberfläche nein
    WCCo 73 79 2809 Oberfläche ja
  • Bei der "unbeschichteten" Ausführung macht sich der Vorteil der Qualität der HSS und Semi-HSS im Vergleich zum Baustahl als Walzengrundkörper bemerkbar, da die Standzeit respektive das gewalzte Material in Tonnen um ca. Faktor 6 höher liegt. Im Vergleich zur "verchromten" Variante auf dem Baustahl als Walzengrundkörper kann die Standzeit um ca. Faktor 3 im Vergleich zur "unbeschichteten" Variante erhöht werden, wobei ein Versagen in der Beschichtung ermittelt werden konnte. Überraschend hat eine Chromschicht auf HSS oder Semi-HSS zu einer Reduzierung der Standzeit im Vergleich zur "unbeschichteten" Variante und somit zu einer Verschlechterung geführt, wobei hier ebenfalls ein Versagen in der Beschichtung ermittelt worden ist. Die "WCCo"-Variante führt beim Baustahl-Walzengrundkörper zwar zu einer sehr hohen Standzeit, jedoch mit dem überraschenden Effekt, dass ein Versagen nicht in der Beschichtung, sondern im Walzenkörper zu verzeichnen war. Dies kann darauf zurückgeführt werden, dass die Beanspruchung des Walzenmaterials durch Unregelmäßigkeiten im Walzgut (Schweißnähte, Anstich, Fehler wie Schalen etc.) trotz überliegender Beschichtung zu hoch für die (Schlag-)Festigkeit des Walzenwerkstoffs ist. Beste Ergebnisse mit sehr hohen Standzeiten konnten mit HSS- und Semi-HSS in Verbindung mit "WCCo" erzielt werden, wobei jeweils ein Versagen in der Beschichtung zu erkennen war. Zwar ist der "Bandschmutz" der "WCCo"-Variante im Vergleich zur "verchromten" Variante niedriger, aber bedingt durch die höhere Standzeit, kann die geringfügige höhere Bandverschmutzung toleriert werden. Der Bandschmutz ist jedoch im Vergleich zu einer reinen HSS oder Semi-HSS Variante ohne zusätzliche Beschichtung deutlich verbessert. Eine hohe "Bandschmutz"-Zahl bedeutet, dass im sogenannten Tesa-Test eine relativ geringe Vergrauung durch Abrieb vorliegt und eine niedrige hingegen, dass eine hohe Vergrauung vorliegt.
  • Die angegebene "Bandschmutz"-Zahl entspricht dem L-Wert des CIEL*a*b-Farbraums, welcher beispielsweise mittels Datacolor Datareader Pro gemessen werden kann. Der L-Wert geht von 0 für schwarz bis 100 für weiß. L, manchmal auch als L* geschrieben, bezeichnet die Helligkeit und damit die Höhe der Farbe, welche im Wertebereich zwischen 0 und 100 liegt, vgl. auch "T. C. Breiner, Farb- und Formpsychologie, Springer, Berlin 2019, https://doi.org/10.1007/978-3-662-57870-4 ".
  • Mithin kann eine Kombination aus einer WC- bzw. WCCo-Beschichtung auf einer Walze bestehend zumindest zu einem Teil aus einem Stahl der Qualität HSS oder Semi-HSS eine sehr gute Verschleißbeständigkeit sowie eine sehr gute Rissbeständigkeit bereitstellen.

Claims (10)

  1. Walze mit einer zumindest bereichsweise auf der Mantelfläche der Walze mittels thermischem Spritzen applizierten Verschleißschutzschicht, wobei die Verschleißschutzschicht Wolframkarbid-Partikel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze zumindest zum Teil aus einem Stahl der Qualität HSS oder Semi-HSS besteht.
  2. Walze nach Anspruch 1, wobei die Walze eine Arbeitswalze in einem Gerüst eines Warmwalzwerks ist.
  3. Walze nach Anspruch 1, wobei die Walze eine Arbeitswalze in mindestens einem Gerüst eines Kaltwalzwerks ist.
  4. Walze nach Anspruch 1, wobei die Walze eine Arbeitswalze in mindestens einem Nachwalzgerüst oder Dressiergerüst ist.
  5. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Walze vollständig aus einem Stahl der Qualität HSS oder Semi-HSS gefertigt ist.
  6. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Walze aus einem Verbundmaterial gefertigt ist mit einem Kern aus Stahl und einer auf dem Kern angeordneten Schicht bestehend aus einem Stahl der Qualität HSS oder Semi-HSS.
  7. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verschleißschutzschicht eine Dicke zwischen 3 und 150 µm aufweist.
  8. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verschleißschutzschicht eine Mindesthärte von 70 HRC, ermittelt nach DIN EN ISO 6508-1:2024-04, aufweist.
  9. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verschleißschutzschicht eine Spitzenkennzahlgröße RPc von mindestens 30 1/cm, ermittelt nach DIN EN ISO 21920-2:2022-12, aufweist.
  10. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche der Verschleißschutzschicht zumindest bereichsweise eine stochastische oder deterministische Textur aufweist.
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