WO2008155320A1 - Method for producing a sheet metal in a rolling train - Google Patents

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WO2008155320A1
WO2008155320A1 PCT/EP2008/057598 EP2008057598W WO2008155320A1 WO 2008155320 A1 WO2008155320 A1 WO 2008155320A1 EP 2008057598 W EP2008057598 W EP 2008057598W WO 2008155320 A1 WO2008155320 A1 WO 2008155320A1
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Thomas SÖNTGEN
Robert Wagner
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B21B27/032—Rolls for sheets or strips

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a sheet in a rolling train.
  • the starting material for the production of sheet metal is usually called a slab metal block, which comes from a steel plant, such as a continuous casting plant.
  • Rolling of the metal block first by hot rolling and then usually by cold rolling plates are produced in a desired thickness.
  • the slab or the raw sheet is passed through a plurality of successive stands in a rolling mill in a continuous process.
  • the rolling stands in this case each have work rolls, between which passes through the sheet to be rolled and which are pressed against the sheet with a rolling pressure.
  • the work rolls are usually performed with the help of support rollers against the sheet. Due to the occurring during rolling high mechanical and in the case of hot rolling and thermal stresses the work rolls are exposed to high wear. They are therefore provided with a wear coating, usually made of chromium.
  • the rolling speed is largely determined by the load capacity of the work rolls.
  • the invention has for its object to improve the load capacity of the work rolls, in particular to allow a more cost-effective production of a sheet in a rolling mill.
  • the object is achieved according to the invention by the method according to claim 1. Thereafter, it is provided that for the manufacture of the sheet metal is guided by work rolls, which provided with a coating of a ductile metallic material with embedded therein hard material particles are, wherein the rolling a rolling pressure of more than 2 GPa is set.
  • Such a coating has a particularly good abrasion resistance, so that overall a significantly longer service life for the work roll is achieved with such a coating, i. the work roll can be used for longer periods in production, whereby the cost of replacement work rolls and downtime of the rolling mill are reduced.
  • the good, in particular ductile properties of the coating also makes it possible for the work rolls to be exposed to a very high rolling pressure, which can be more than 2 GPa.
  • a rolling pressure of more than 3 GPa and in particular a rolling pressure in the range of 4 to 6 GPa is set. Due to the special resistance of the special coating of the ductile metallic base material with the embedded hard material particles, this is possible without the risk of damage to the coatings. In today usually used work rolls they are provided with a chromium coating, which can be acted upon only with a limited pressure. In fact, at higher pressures, embrittlement of the coating occurs, which can lead to flaking.
  • Under ductile metallic base material is understood here a relatively soft metallic base material having a Vickers hardness of about 180-230 HV 0 I maximum. Hardness determination according to Vickers is the norm
  • the embedded hard material particles have a significantly higher hardness, for example a hardness that is more than a factor of 2 greater than that of the base material.
  • the work rolls are provided with a coating that can withstand extreme loads.
  • the ductility compared with a consistently hard and brittle coating, there is a distinctly lower risk that the coating will be damaged during the course of operation and cracks or microcracks occur.
  • the risk of spalling of portions of the coating under mechanical stress due to the high ductility is significantly lower than in a brittle coating.
  • the embedded hard particles result in a very high level of abrasion resistance and thus an almost very high surface hardness, so that a long service life is achieved even under high mechanical loads and high abrasion forces.
  • nickel or a nickel alloy is used as the base material.
  • the nickel content in a nickel alloy is preferably in the range between 65 and 95% by volume and is in particular in the range of about 75% by volume, based in each case on the total volume of the coating.
  • alloying components tungsten and / or iron and / or cobalt are preferably provided. Particular preference is given here Cobalt used.
  • a coating consisting of the components nickel, tungsten and iron has been found to be suitable.
  • the proportion of alloying components is in a range between about 10 and 20% by volume.
  • the proportion of the hard material particles is preferably in a range between 1 and 50% by volume, in particular in the range between 15% by volume and 30% by volume.
  • the hard particles preferably have a size in the nanoscale range, for example in the range between 50 and 1000 nm
  • Boron carbide particles, tungsten carbide particles or diamond particles are preferably used as hard material particles.
  • ceramic particles, such as the boron carbide particles, which are distinguished by their extremely high hardness, are therefore used.
  • the thickness of the coating is preferably in the range between about 0.7 to about 6 mm and is in particular in the range between about 2 and 3 mm. It has been shown that the coating with such a layer thickness particularly meets the high requirements.
  • the coating is preferably applied using a so-called horizontal rotary coating method known per se in roller coatings.
  • the coating is applied as a viscous mass to the rotating body successively with the aid of an application tool, wherein the application tool is moved continuously in the longitudinal direction of the rotating body.
  • the coating is applied electrolytically.
  • the component to be coated is immersed in one or more electroplating baths.
  • Electrode is an electrode consisting of the base material, for example a nickel or a nickel alloy electrode used.
  • the hard materials are added to the electroplating bath, so that they migrate with the metal ions of the nickel electrode to the component to be coated, where they are deposited together with the nickel ions forming the matrix.
  • a hard coating on the ductile coating is provided. That On the nickel base layer with the incorporated therein hard material particles, a continuous further layer is applied with a material of very high hardness, in particular with a hardness, for example, over 1000 HV.
  • a diamond coating is applied.
  • Such a diamond coating in particular in combination with the underlying nickel or nickel alloy coating, has an extremely high impermeability, a very good thermal conductivity, an extremely high hardness and very low abrasion.
  • the diamond coating has a thickness of approximately up to 0.5 mm.
  • the thickness of the ductile coating is only in the range of about 0.1 mm to about 3 mm.
  • the thickness of the ductile coating with the hard particles be lower as compared with a coating without the diamond coating.
  • the coating with the nickel or nickel alloy matrix which can also be referred to as a base coating, serves in the manner of an adhesion promoter layer in order to be able to apply the diamond coating to the material of the base body, for example steel or copper, safely and permanently.
  • the diamond coating is in this case preferably applied by means of a CVD (chemical vapor deposition) method in order to ensure a secure and lasting connection with the underlying coating.
  • CVD chemical vapor deposition
  • FIG. 2 shows a simplified partial sectional view through a work roll, which is provided exclusively with the base coating, as well as
  • FIG 3 shows a simplified partial sectional view through a work roll, which is provided with a layer system consisting of a base coat and a diamond coating.
  • the greatly simplified illustrated rolling train 2 comprises a plurality of rolling stands 4, which are arranged one after the other in indicated by the arrow conveyor or transport direction 6.
  • Each of the rolling stands has two opposing work rolls 8, which are each supported by support rollers 10 and pressed against a blank sheet 12 to be rolled.
  • the raw sheet 12 is still the slab.
  • the sheet 12 is usually wound by means of a reel to form a coil.
  • the work rolls 8 are pressed with a rolling pressure p acting in the direction of the blank sheet 12 against the blank sheet 12 to be rolled.
  • the work roll 8 itself is therefore also exposed to this rolling pressure p.
  • rolling pressure p a pressure greater than two Gpa and in particular a pressure in the range between three and six Gpa is exercised.
  • the main body consists for example of steel.
  • the base coat 38 comprises, in addition to the nickel matrix designated as the base material 39, a proportion of hard material particles 40, in particular boron carbide particles.
  • hard material particles 40 in particular boron carbide particles.
  • the use of nickel as the matrix material in combination, in particular of boron carbide, for the hard material particles 40 produces a very gas-tight and therefore corrosion-resistant coating, as well as a very good thermal conductivity coating with at the same time very high surface hardness and low abrasion.
  • the high gas tightness is achieved by the nickel matrix already at a very small layer thickness of about 10 microns. Compared to a micro-cracked hard chrome coating therefore improved corrosion resistance is given. Due to the good thermal conductivity of the nickel base material 39, the coating as a whole also has a high thermal conductivity, so that rapid heat removal is ensured. The mechanical resilience of the coating is achieved in particular by the embedded hard material particles 40, which partly project beyond the surface 44 formed by the nickel matrix 39, so that only the hard material particles 40 come into contact with the metal sheet 12. The hard material particles 40 are evenly distributed homogeneously in the matrix 39.
  • nano-hard particles 40 are used in order to achieve a high surface quality.
  • the proportion of hard material particles 40 for such rolls 8 is also in the upper range between 15 and 25% by volume.
  • a coating based on a nickel-cobalt alloy for example, has a composition of about 63% by volume of nickel, 12% by volume of cobalt and 25% by volume of boron carbide particles 40.
  • the thickness D1 of the base coat 38 is in this case in the lower range between 0.5 and 2mm.
  • the thickness D2 of the diamond coating is about 0.5 mm.
  • the service life of the work rolls 8 is increased in each case by approximately 4 to 6 times in comparison with a hard chrome coating.
  • the improvement in service life is many times greater.
  • the life of the work rolls 8 are considerably extended by the coating measures described here, resulting in lower operating costs.
  • the coating allows a high rolling pressure p to be achieved by the additional cost savings due to a higher rolling speed and / or a reduced number of rolling stands.

Abstract

In order to reduce operating costs in a rolling train (2) for producing a sheet metal (12), working rolls (8) of the rolling train (2) are provided with a special coating (38) composed of a ductile base material (39) having hard material particles (40) embedded therein. In addition, it is provided that during rolling the working rolls (8) are pressed against the sheet metal to be rolled (12) with a rolling pressure (p) of higher than 2 GPa. Due to these high pressures, it is possible to achieve higher rolling speeds and/or reduce the amount of working rolls (8) involved.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Herstellung eines Blechs in einer WalzstraßeProcess for producing a sheet in a rolling mill
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Blechs in einer Walzstraße.The invention relates to a method for producing a sheet in a rolling train.
Ausgangsprodukt für die Blechherstellung ist üblicherweise ein als Bramme bezeichneter Metallblock, der aus einem Stahl- werk, beispielsweise einer Stranggießanlage stammt. DurchThe starting material for the production of sheet metal is usually called a slab metal block, which comes from a steel plant, such as a continuous casting plant. By
Auswalzen des Metallblocks zunächst durch Warmwalzen und anschließend üblicherweise durch Kaltwalzen werden Bleche in einer gewünschten Dicke hergestellt. Hierbei wird die Bramme oder das Rohblech in einer Walzstraße in einem kontinuierli- chen Vorgang durch mehrere, aufeinander folgende Walzgerüste hindurchgeführt. Die Walzgerüste weisen hierbei jeweils Arbeitswalzen auf, zwischen denen das zu walzende Blech durchläuft und die gegen das Blech mit einem Walzdruck gepresst werden. Die Arbeitswalzen werden hierbei üblicherweise mit Hilfe von Stützwalzen gegen das Blech geführt. Aufgrund der beim Walzen auftretenden hohen mechanischen und im Falle des Warmwalzens auch thermischen Beanspruchungen sind die Arbeitswalzen einem hohen Verschleiß ausgesetzt. Sie sind daher mit einer Verschleißbeschichtung, üblicherweise aus Chrom be- stehend, versehen. Die Walzgeschwindigkeit wird maßgebend durch die Belastungsfähigkeit der Arbeitswalzen bestimmt.Rolling of the metal block first by hot rolling and then usually by cold rolling plates are produced in a desired thickness. Here, the slab or the raw sheet is passed through a plurality of successive stands in a rolling mill in a continuous process. The rolling stands in this case each have work rolls, between which passes through the sheet to be rolled and which are pressed against the sheet with a rolling pressure. The work rolls are usually performed with the help of support rollers against the sheet. Due to the occurring during rolling high mechanical and in the case of hot rolling and thermal stresses the work rolls are exposed to high wear. They are therefore provided with a wear coating, usually made of chromium. The rolling speed is largely determined by the load capacity of the work rolls.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Belastungsfähigkeit der Arbeitswalzen zu verbessern, um insbesondere eine kostengünstigere Produktion eines Blechs in einer Walzstraße zu ermöglichen.The invention has for its object to improve the load capacity of the work rolls, in particular to allow a more cost-effective production of a sheet in a rolling mill.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1. Danach ist vorgesehen, dass zur Her- Stellung des Blechs dieses durch Arbeitswalzen geführt wird, die mit einer Beschichtung aus einem duktilen metallischen Werkstoff mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln versehen sind, wobei beim Walzen ein Walzdruck von über 2 GPa eingestellt wird.The object is achieved according to the invention by the method according to claim 1. Thereafter, it is provided that for the manufacture of the sheet metal is guided by work rolls, which provided with a coating of a ductile metallic material with embedded therein hard material particles are, wherein the rolling a rolling pressure of more than 2 GPa is set.
Eine derartige Beschichtung aus einem duktilen metallischen Grundwerkstoff mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln ist in der unveröffentlichten deutschen Anmeldung DE 10 2005 061 134.6 der Anmelderin beschrieben.Such a coating of a ductile metallic base material with incorporated therein hard material particles is described in the unpublished German application DE 10 2005 061 134.6 of the applicant.
Eine derartige Beschichtung weist eine besonders gute Abrieb- festigkeit auf, so dass mit einer derartigen Beschichtung insgesamt eine deutlich längere Standzeit für die Arbeitswalze erreicht ist, d.h. die Arbeitswalze kann über längere Zeiträume in der Produktion eingesetzt werden, wodurch die Kosten für Ersatzarbeitswalzen sowie für Stillstandzeiten der Walzstraße reduziert sind.Such a coating has a particularly good abrasion resistance, so that overall a significantly longer service life for the work roll is achieved with such a coating, i. the work roll can be used for longer periods in production, whereby the cost of replacement work rolls and downtime of the rolling mill are reduced.
Durch die guten, insbesondere duktilen Eigenschaften der Beschichtung ist zudem ermöglicht, dass die Arbeitswalzen einem sehr hohen Walzdruck ausgesetzt werden, der über 2 GPa liegen kann.The good, in particular ductile properties of the coating also makes it possible for the work rolls to be exposed to a very high rolling pressure, which can be more than 2 GPa.
Aufgrund der deutlich höheren Walzdrücke als sie bei heute üblichen Arbeitswalzen möglich sind, besteht die Möglichkeit, die Walzgeschwindigkeit und damit insgesamt die Prozessge- schwindigkeit zu erhöhen. Alternativ oder ergänzend besteht auch die Möglichkeit, bei gleicher Anlagenkapazität der Walzstraße aufgrund des höheren Walzdruckes insgesamt weniger Walzgerüste einzusetzen, so dass hierdurch erhebliche Kosten eingespart werden können.Due to the significantly higher rolling pressures than are possible with today's standard work rolls, it is possible to increase the rolling speed and thus overall the process speed. Alternatively or additionally, it is also possible, with the same plant capacity of the rolling train, to use fewer rolling stands due to the higher rolling pressure, so that considerable costs can be saved as a result.
Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass ein Walzdruck von über 3 GPa und insbesondere ein Walzdruck im Bereich von 4 bis 6 GPa eingestellt wird. Durch die besondere Widerstandskraft der speziellen Beschichtung aus dem duktilen metalli- sehen Grundwerkstoff mit den darin eingelagerten Hartstoffpartikeln ist dies möglich, ohne dass die Gefahr von Beschädigungen der Beschichtungen besteht. Bei heute üblicherweise eingesetzten Arbeitswalzen sind diese mit einer Chrombeschichtung versehen, die nur mit einem begrenzten Druck beaufschlagbar ist. Bei höheren Drücken erfolgt nämlich eine Versprödung der Beschichtung, was zu einem Abplatzen führen kann.In particular, it is provided that a rolling pressure of more than 3 GPa and in particular a rolling pressure in the range of 4 to 6 GPa is set. Due to the special resistance of the special coating of the ductile metallic base material with the embedded hard material particles, this is possible without the risk of damage to the coatings. In today usually used work rolls they are provided with a chromium coating, which can be acted upon only with a limited pressure. In fact, at higher pressures, embrittlement of the coating occurs, which can lead to flaking.
Unter duktilem metallischen Grundwerkstoff wird hierbei ein vergleichsweise weicher metallischer Grundwerkstoff verstanden, der eine Vickers-Härte von maximal etwa 180-230 HV0I aufweist. Die Härtebestimmung nach Vickers ist der NormUnder ductile metallic base material is understood here a relatively soft metallic base material having a Vickers hardness of about 180-230 HV 0 I maximum. Hardness determination according to Vickers is the norm
DIN EN ISO 6507 zu entnehmen. Die eingelagerten Hartstoffpartikel weisen demgegenüber eine deutlich höhere Härte auf, beispielsweise eine um mehr als den Faktor 2 größere Härte als der Grundwerkstoff.To DIN EN ISO 6507. By contrast, the embedded hard material particles have a significantly higher hardness, for example a hardness that is more than a factor of 2 greater than that of the base material.
Durch die Kombination eines duktilen Werkstoffes mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln werden die Arbeitswalzen mit einer Beschichtung versehen, die den extremen Belastungen standhält. Durch die Duktilität besteht im Vergleich zu einer durchgehend harten und spröden Beschichtung eine deutlich geringere Gefahr, dass im Laufe des Betriebs die Beschichtung beschädigt und Risse oder Mikrorisse auftreten. Insbesondere ist die Gefahr eines Abplatzens von Teilstücken der Beschichtung bei mechanischer Belastung aufgrund der hohen Duktilität deutlich geringer als bei einer spröden Beschichtung. Zugleich wird durch die eingelagerten Hartstoffpartikel eine sehr hohe Abriebfestigkeit und damit eine quasi sehr hohe Oberflächenhärte erhalten, so dass selbst bei hohen mechanischen Belastungen und hohen Abriebkräften eine lange Lebens- dauer erreicht ist.By combining a ductile material with embedded hard particles, the work rolls are provided with a coating that can withstand extreme loads. As a result of the ductility, compared with a consistently hard and brittle coating, there is a distinctly lower risk that the coating will be damaged during the course of operation and cracks or microcracks occur. In particular, the risk of spalling of portions of the coating under mechanical stress due to the high ductility is significantly lower than in a brittle coating. At the same time, the embedded hard particles result in a very high level of abrasion resistance and thus an almost very high surface hardness, so that a long service life is achieved even under high mechanical loads and high abrasion forces.
Zweckdienlicherweise wird als Grundwerkstoff Nickel oder eine Nickellegierung verwendet. Der Nickelanteil liegt bei einer Nickellegierung vorzugsweise im Bereich zwischen 65 und 95 Vol% und liegt insbesondere im Bereich von etwa 75 Vol%, bezogen jeweils auf das Gesamtvolumen der Beschichtung. Als Legierungsbestandteile sind vorzugsweise Wolfram und/oder Eisen und/oder Kobalt vorgesehen. Besonders bevorzugt wird hierbei Kobalt eingesetzt. Auch eine Beschichtung bestehend aus den Bestandteilen Nickel, Wolfram und Eisen hat sich als geeignet herausgestellt .Conveniently, nickel or a nickel alloy is used as the base material. The nickel content in a nickel alloy is preferably in the range between 65 and 95% by volume and is in particular in the range of about 75% by volume, based in each case on the total volume of the coating. As alloying components, tungsten and / or iron and / or cobalt are preferably provided. Particular preference is given here Cobalt used. Also, a coating consisting of the components nickel, tungsten and iron has been found to be suitable.
Zweckdienlicherweise liegt hierbei der Anteil der Legierungsbestandteile in einem Bereich zwischen etwa 10 und 20 Vol%. Weiterhin liegt vorzugsweise der Anteil der Hartstoffpartikel in einem Bereich zwischen 1 und 50 Vol%, insbesondere im Bereich zwischen 15 Vol% und 30 Vol%.Conveniently, the proportion of alloying components is in a range between about 10 and 20% by volume. Furthermore, the proportion of the hard material particles is preferably in a range between 1 and 50% by volume, in particular in the range between 15% by volume and 30% by volume.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Hartstoffpartikel vorzugsweise eine Größe im nanoskaligen Bereich, beispielsweise im Bereich zwischen 50 und 1.000 nmIt is further provided that the hard particles preferably have a size in the nanoscale range, for example in the range between 50 and 1000 nm
Als Hartstoffpartikel werden hierbei vorzugsweise Borcarbid- partikel, Wolframcarbidpartikel oder Diamantpartikel eingesetzt. Es werden also insbesondere auch keramische Partikel wie die Borcarbidpartikel eingesetzt, die sich durch ihre extrem hohe Härte auszeichnen.Boron carbide particles, tungsten carbide particles or diamond particles are preferably used as hard material particles. In particular, ceramic particles, such as the boron carbide particles, which are distinguished by their extremely high hardness, are therefore used.
Die Dicke der Beschichtung liegt vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 0,7 bis etwa 6 mm und liegt insbesondere im Bereich zwischen etwa 2 und 3 mm. Es hat sich gezeigt, dass die Beschichtung mit einer derartigen Schichtdicke den hohen An- forderungen besonders genügt.The thickness of the coating is preferably in the range between about 0.7 to about 6 mm and is in particular in the range between about 2 and 3 mm. It has been shown that the coating with such a layer thickness particularly meets the high requirements.
Die Beschichtung wird bevorzugt mit einem so genannten und bei Walzenbeschichtungen an sich bekannten horizontalen Rota- tions-Beschichtungsverfahren aufgebracht. Bei diesem Verfah- ren wird die Beschichtung als zähflüssige Masse auf den rotierenden Grundkörper sukzessive mit Hilfe eines Auftragswerkzeugs aufgebracht, wobei das Auftragswerkzeug kontinuierlich in Längsrichtung des rotierenden Grundkörpers verfahren wird.The coating is preferably applied using a so-called horizontal rotary coating method known per se in roller coatings. In this process, the coating is applied as a viscous mass to the rotating body successively with the aid of an application tool, wherein the application tool is moved continuously in the longitudinal direction of the rotating body.
Alternativ wird die Beschichtung elektrolytisch aufgebracht. Zur Ausbildung der Beschichtung wird das zu beschichtende Bauteil in ein oder mehrere Galvanikbäder eingetaucht. Als Elektrode wird eine Elektrode bestehend aus dem Grundwerkstoff, beispielsweise eine Nickel- oder eine Nickellegierung- Elektrode verwendet. Die Hartstoffe werden hierbei dem Galvanikbad zugegeben, so dass sie mit den Metallionen der Nickel- elektrode zu dem zu beschichtenden Bauteil wandern und sich dort gemeinsam mit den die Matrix bildenden Nickelionen ablagern .Alternatively, the coating is applied electrolytically. To form the coating, the component to be coated is immersed in one or more electroplating baths. When Electrode is an electrode consisting of the base material, for example a nickel or a nickel alloy electrode used. In this case, the hard materials are added to the electroplating bath, so that they migrate with the metal ions of the nickel electrode to the component to be coated, where they are deposited together with the nickel ions forming the matrix.
In einer zweckdienlichen Weiterbildung ist die Aufbringung einer Hartbeschichtung auf der duktilen Beschichtung vorgesehen. D.h. auf die Nickelgrundschicht mit den darin eingelagerten Hartstoffpartikeln wird eine durchgehende weitere Schicht mit einem Material sehr hoher Härte, insbesondere mit einer Härte beispielsweise über 1000 HV aufgetragen. Insbe- sondere wird eine Diamantbeschichtung aufgetragen. Eine derartige Diamantbeschichtung insbesondere in Kombination mit der darunter liegenden Nickel- oder Nickellegierungsbeschich- tung weist eine extrem hohe Dichtheit, eine sehr gute thermische Leitfähigkeit, eine extrem hohe Härte und einen sehr ge- ringen Abrieb auf. Durch eine derartige Beschichtung können die Standzeiten der Arbeitswalzen in einer Warmwalzanlage um deutlich mehr als das Zehnfache im Vergleich zu einem mit Hartchrom beschichteten Bauteil erhöht werden.In an expedient development, the application of a hard coating on the ductile coating is provided. That On the nickel base layer with the incorporated therein hard material particles, a continuous further layer is applied with a material of very high hardness, in particular with a hardness, for example, over 1000 HV. In particular, a diamond coating is applied. Such a diamond coating, in particular in combination with the underlying nickel or nickel alloy coating, has an extremely high impermeability, a very good thermal conductivity, an extremely high hardness and very low abrasion. By such a coating, the service life of the work rolls in a hot rolling mill can be increased by significantly more than ten times compared to a component coated with hard chromium.
Die Diamantbeschichtung weist hierbei eine Dicke von etwa bis zu 0,5 mm auf. Wird die Diamantbeschichtung aufgebracht, so liegt die Dicke der duktilen Beschichtung lediglich im Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 3 mm. Da in diesem Fall die mechanischen Eigenschaften hauptsächlich durch die Diamant- schicht gewährleistet sind, ist vorzugsweise die Dicke der duktilen Beschichtung mit den Hartstoffpartikeln im Vergleich zu einer Beschichtung ohne die Diamantbeschichtung geringer. Die auch als Grundbeschichtung zu bezeichnende Beschichtung mit der Nickel- oder Nickellegierungsmatrix dient hierbei nach Art einer Haftvermittlerschicht, um die Diamantbeschichtung auf den Werkstoff des Grundkörpers, beispielsweise Stahl oder Kupfer, sicher und dauerhaft aufbringen zu können. Die Diamantbeschichtung ist hierbei vorzugsweise mittels eines CVD-Verfahrens (chemical vapor deposition) aufgebracht, um eine sichere und dauerhafte Verbindung mit der darunter liegenden Beschichtung zu gewährleisten.The diamond coating has a thickness of approximately up to 0.5 mm. When the diamond coating is applied, the thickness of the ductile coating is only in the range of about 0.1 mm to about 3 mm. In this case, since the mechanical properties are mainly ensured by the diamond layer, it is preferable that the thickness of the ductile coating with the hard particles be lower as compared with a coating without the diamond coating. The coating with the nickel or nickel alloy matrix, which can also be referred to as a base coating, serves in the manner of an adhesion promoter layer in order to be able to apply the diamond coating to the material of the base body, for example steel or copper, safely and permanently. The diamond coating is in this case preferably applied by means of a CVD (chemical vapor deposition) method in order to ensure a secure and lasting connection with the underlying coating.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen und stark vereinfachten Darstellungen:An embodiment of the invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. In each case, in schematic and greatly simplified representations:
FIG 1 eine Walzstraße mit mehreren Walzgerüsten,1 shows a rolling train with several rolling stands,
FIG 2 ein vereinfachtes Teil-Schnittbild durch ein Arbeitswalze, die ausschließlich mit der Grundbe- schichtung versehen ist, sowie2 shows a simplified partial sectional view through a work roll, which is provided exclusively with the base coating, as well as
FIG 3 ein vereinfachtes Teil-Schnittbild durch eine Ar- beitswalze, welche mit einem Schichtensystem, bestehend aus einer Grundbeschichtung und einer Diamantbeschichtung versehen ist.3 shows a simplified partial sectional view through a work roll, which is provided with a layer system consisting of a base coat and a diamond coating.
In den einzelnen Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the individual figures identically acting parts are provided with the same reference numerals.
Die stark vereinfacht dargestellte Walzstraße 2 umfasst mehrere Walzgerüste 4, die in durch den Pfeil angedeutete Förder- oder Transportrichtung 6 nacheinander angeordnet sind. Jedes der Walzgerüste weist zwei einander gegenüberliegende Arbeitswalzen 8 auf, die jeweils von Stützwalzen 10 abgestützt und gegen ein zu walzendes Rohblech 12 gepresst werden. Zu Beginn des Walzvorgangs ist das Rohblech 12 noch die Bramme. Beim Walzen erfolgt in hier nicht näher dargestellter Weise eine Dickenreduzierung des Rohblechs 12, bis dieses schließlich eine gewünschte Enddicke aufweist. Am Ende der Walzstraße 2 wird das Blech 12 üblicherweise mit Hilfe einer Haspel zu einem Coil aufgewickelt.The greatly simplified illustrated rolling train 2 comprises a plurality of rolling stands 4, which are arranged one after the other in indicated by the arrow conveyor or transport direction 6. Each of the rolling stands has two opposing work rolls 8, which are each supported by support rollers 10 and pressed against a blank sheet 12 to be rolled. At the beginning of the rolling process, the raw sheet 12 is still the slab. When rolling takes place in a manner not shown here a reduction in the thickness of the blank sheet 12 until it finally has a desired final thickness. At the end of the rolling train 2, the sheet 12 is usually wound by means of a reel to form a coil.
Zum Walzen werden die Arbeitswalzen 8 mit einem in Richtung auf das Rohblech 12 wirkenden Walzdruck p gegen das zu walzende Rohblech 12 gepresst. Die Arbeitswalze 8 selbst ist daher diesem Walzdruck p ebenfalls ausgesetzt. Als Walzdruck p wird ein Druck größer zwei Gpa und insbesondere ein Druck im Bereich zwischen drei und sechs Gpa ausgeübt.For rolling, the work rolls 8 are pressed with a rolling pressure p acting in the direction of the blank sheet 12 against the blank sheet 12 to be rolled. The work roll 8 itself is therefore also exposed to this rolling pressure p. As rolling pressure p a pressure greater than two Gpa and in particular a pressure in the range between three and six Gpa is exercised.
Diese hohen Walzdrücke p werden insbesondere durch eine spe- zielle Beschichtung der Arbeitswalzen 8 erzielt, die sich dadurch auszeichnet, dass in einem duktilen metallischen Grundwerkstoff 38 Hartstoffpartikel 40 eingelagert sind. Durch die Beschichtung 38 ist insbesondere auch die Standzeit und Lebensdauer der Arbeitswalzen 8 im Vergleich zu beispielsweise Hartchrom-beschichteten Bauteilen erheblich verbessert.These high rolling pressures p are achieved, in particular, by means of a special coating of the work rolls 8, which is distinguished by the fact that hard material particles 40 are embedded in a ductile metallic base material 38. By the coating 38, in particular, the service life and life of the work rolls 8 compared to, for example, hard chrome-coated components significantly improved.
Der Aufbau und die Zusammensetzung der Beschichtung bzw. eines Beschichtungssystems wird nachfolgend anhand der FIG 2 und 3 erläutert.The structure and composition of the coating or a coating system will be explained below with reference to FIGS 2 and 3.
Auf einen Grundkörper 37 der Arbeitswalze 8 wird jeweils eine im Folgenden als Grundbeschichtung 38 bezeichnete Beschichtung auf Nickelbasis elektrolytisch aufgebracht. Der Grundkörper besteht beispielsweise aus Stahl.On a base body 37 of the work roll 8, in each case one referred to below as the base coat 38 coating nickel-based is applied electrolytically. The main body consists for example of steel.
Die Grundbeschichtung 38 umfasst neben der als Grundwerkstoff 39 bezeichneten Nickelmatrix einen Anteil an Hartstoffpartikeln 40, insbesondere Borcarbidpartikel . Durch die Verwendung von Nickel als Matrixwerkstoff in Kombination insbesondere von Borcarbid für die Hartstoffpartikel 40 wird eine sehr gasdichte und damit korrosionsbeständige sowie eine thermisch sehr gut leitende Beschichtung mit zugleich sehr hoher Oberflächenhärte und geringem Abrieb erzeugt.The base coat 38 comprises, in addition to the nickel matrix designated as the base material 39, a proportion of hard material particles 40, in particular boron carbide particles. The use of nickel as the matrix material in combination, in particular of boron carbide, for the hard material particles 40 produces a very gas-tight and therefore corrosion-resistant coating, as well as a very good thermal conductivity coating with at the same time very high surface hardness and low abrasion.
Die hohe Gasdichtheit wird durch die Nickelmatrix bereits bei einer sehr geringen Schichtdicke von etwa lOμm erreicht. Gegenüber einer mikrorissigen Hartchrombeschichtung ist daher eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegeben. Aufgrund der guten thermischen Leitfähigkeit des Nickel-Grundwerk- Stoffs 39 weist die Beschichtung insgesamt auch eine hohe thermische Leitfähigkeit auf, so dass ein schneller Wärmeabtransport gewährleistet ist. Die mechanische Belastbarkeit der Beschichtung wird insbesondere durch die eingelagerten Hartstoffpartikel 40 erreicht, die teilweise auch über der durch die Nickelmatrix 39 gebildete Oberfläche 44 überstehen, so dass lediglich die Hartstoffpartikel 40 mit dem Metallblech 12 in Kontakt kommen. Die Hartstoffpartikel 40 sind in der Matrix 39 gleichmäßig homogen verteilt.The high gas tightness is achieved by the nickel matrix already at a very small layer thickness of about 10 microns. Compared to a micro-cracked hard chrome coating therefore improved corrosion resistance is given. Due to the good thermal conductivity of the nickel base material 39, the coating as a whole also has a high thermal conductivity, so that rapid heat removal is ensured. The mechanical resilience of the coating is achieved in particular by the embedded hard material particles 40, which partly project beyond the surface 44 formed by the nickel matrix 39, so that only the hard material particles 40 come into contact with the metal sheet 12. The hard material particles 40 are evenly distributed homogeneously in the matrix 39.
Aufgrund der erheblichen mechanischen Belastung der Arbeits- walzen 8 ist in bevorzugter Ausgestaltung zusätzlich die Aufbringung einer Diamantschicht 42 auf der Grundbeschichtung 38 vorgesehen, wie dies in FIG 3 dargestellt ist.Due to the considerable mechanical stress on the work rolls 8, the application of a diamond layer 42 on the base coat 38 is additionally provided in a preferred embodiment, as shown in FIG.
Insbesondere für den Fall, dass die Arbeitswalzen 8 lediglich mit der Grundbeschichtung 38 versehen sind, werden Nano-Hart- stoffpartikel 40 verwendet, um eine hohe Oberflächenqualität zu erzielen. Auch liegt der Anteil der Hartstoffpartikel 40 für derartige Walzen 8 im oberen Bereich zwischen 15 und 25 Vol%. Eine Beschichtung auf Basis einer Nickel-Kobalt-Legie- rung weist hierbei beispielsweise eine Zusammensetzung von etwa 63 Vol% Nickel, 12 Vol% Kobalt und 25 Vol% Borcarbidpar- tikel 40 auf.In particular, in the case that the work rolls 8 are provided only with the base coat 38, nano-hard particles 40 are used in order to achieve a high surface quality. The proportion of hard material particles 40 for such rolls 8 is also in the upper range between 15 and 25% by volume. In this case, a coating based on a nickel-cobalt alloy, for example, has a composition of about 63% by volume of nickel, 12% by volume of cobalt and 25% by volume of boron carbide particles 40.
Mit der Verwendung eines Schichtsystems wie es in FIG 3 dar- gestellt ist, wird die Standzeit noch einmal erheblich erhöht. Die Dicke Dl der Grundbeschichtung 38 liegt in diesem Fall im unteren Bereich zwischen 0,5 und 2mm. Gleichzeitig beträgt die Dicke D2 der Diamantbeschichtung etwa 0,5mm.With the use of a layer system, as shown in FIG. 3, the service life is once again considerably increased. The thickness D1 of the base coat 38 is in this case in the lower range between 0.5 and 2mm. At the same time, the thickness D2 of the diamond coating is about 0.5 mm.
Durch die hier beschriebene Grundbeschichtung 38 wird die Standzeit der Arbeitswalzen 8 im Vergleich zu einer Hart- chrombeschichtung jeweils um etwa das 4- bis 6-Fache erhöht. Bei der Verwendung der Diamantbeschichtung 42 liegt die Verbesserung der Standzeit um ein vielfaches darüber. Insgesamt werden durch die hier beschriebenen Beschichtungsmaßnahmen die Lebensdauer der Arbeitswalzen 8 erheblich verlängert, so dass geringere Betriebskosten anfallen. Gleichzeitig ermöglicht die Beschichtung, einen hohen Walzdruck p, durch den zusätzliche Kosteneinsparungen aufgrund einer höheren Walzgeschwindigkeit und / oder einer verringerten Anzahl von Walzgerüsten erreicht werden. By means of the base coating 38 described here, the service life of the work rolls 8 is increased in each case by approximately 4 to 6 times in comparison with a hard chrome coating. When using the diamond coating 42, the improvement in service life is many times greater. Overall, the life of the work rolls 8 are considerably extended by the coating measures described here, resulting in lower operating costs. At the same time, the coating allows a high rolling pressure p to be achieved by the additional cost savings due to a higher rolling speed and / or a reduced number of rolling stands.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Blechs (12) in einer1. A method for producing a sheet (12) in one
Walzstraße (2) mit Hilfe von Arbeitswalzen (8), die mit einer Beschichtung (38) aus einem duktilen metallischen Grundwerkstoff (39) mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln (40) versehen sind, wobei beim Walzen ein Walzdruck (p) von über 2 GPa eingestellt wird.Rolling train (2) by means of working rolls (8), which are provided with a coating (38) of a ductile metallic base material (39) with embedded therein hard material particles (40), wherein a rolling pressure (p) of more than 2 GPa is set during rolling becomes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Walzdruck von über 3 GPa, und insbesondere ein Walzdruck im Bereich von 4 bis 6 GPa eingestellt wird.2. The method of claim 1, wherein a rolling pressure of more than 3 GPa, and in particular a rolling pressure in the range of 4 to 6 GPa is set.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Grundwerkstoff (39) Nickel oder eine Nickellegierung ist.3. The method of claim 1 or 2, wherein the base material (39) is nickel or a nickel alloy.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Nickelanteil der Beschichtung (38) etwa zwischen 65 Vol% und 95 Vol% und insbesondere im Bereich von etwa 75 Vol% liegt.The method of claim 3, wherein the nickel content of the coating (38) is between about 65% and 95% by volume, and more preferably in the range of about 75% by volume.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei als Legierungsbestandteile Wolfram und/oder Eisen und/oder Kobalt vorgesehen sind.5. The method according to claim 3 or 4, wherein tungsten and / or iron and / or cobalt are provided as alloying constituents.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Anteil der Legierungsbestandteile an der Be- Schichtung (38) etwa zwischen 10 Vol% und 20 Vol% liegt6. The method according to any one of claims 3 to 5, wherein the proportion of the alloy constituents in the coating (38) is approximately between 10% by volume and 20% by volume
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anteil der Hartstoffpartikel (40) an der Beschichtung (38) im Bereich zwischen 1 Vo1% und 50 Vol%, insbesondere zwischen 15 Vol% und 30 Vol% liegt. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the proportion of the hard material particles (40) on the coating (38) in the range between 1 Vo1% and 50% by volume, in particular between 15% by volume and 30% by volume.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hartstoffpartikel (40) eine Größe im Nanome- terbereich aufweisen.8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the hard material particles (40) have a size in the nanometer range.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Hartstoffpartikel (40) Borcarbidpartikel WoIf- ramcarbidpartikel und/oder Diamantartikel verwendet werden .9. The method according to any one of the preceding claims, wherein as the hard material particles (40) boron carbide particles WoIf- ramcarbidpartikel and / or diamond articles are used.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf die Beschichtung (38) eine Hartbeschich- tung (42), insbesondere eine Diamantbeschichtung aufgebracht ist. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein on the coating (38) a hard coating (42), in particular a diamond coating is applied.
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