DE3244328A1 - Verbundmantel fuer walzen fuer das heisswalzen von h-profilstahl und u-profilstahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundmantel für Walzen oder Rollen für das Heißwalzen und insbesondere Mantel für Walzen für das Heißwalzen von Η-Profilstählen (I-Profilstählen) und U-Profilstählen etc., insbesondere für Mantelwalzen für Horizontalwalzenständer von üniversalwalzwerken.

Derzeit werden die Universalwalzwerke, wie sie beispielsweise in der Fig. 2 dargestellt sind, im Hinblick auf die zu erzielende Produktivität und die Qualität des Produkts ganz allgemein für die Herstellung von Η-Profilstählen etc. durch Walzen verwendet. Kurz gesagt, umfaßt das Universalwalzwerk ein Paar oberer und unterer horizontaler Walzen 1, 1 und ein Paar vertikaler Walzen 2, 2, die nebeneinander angeordnet sind. Das Material 3, das zu dem H-Profilstahl ausgewalzt werden soll, wird zwischen die einander gegenüberliegenden Walzen geführt und dadurch gleichzeitig von oben und von unten und auch von der Seite gewalzt.

Bei dieser Anordnung ist es erforderlich, die Form der Horizontalwalzen 1, 1 in Abhängigkeit von der Form des Produkts zu verändern, so daß im allgemeinen Mantelwalzen verwendet werden. Die Fig. 2 zeigt eine solche Mantelwalze mit einer Walzenspindel 4 und einem getrennten Mantel 5, der durch Aufschrumpfen auf der Spindel befestigt ist. Wenn die Arbeitsschicht der Walze durch den Walzvorgang beschädigt oder abgenützt ist, wird der Mantel 5 lediglich spanabhebend bearbeitet oder durch einen neuen ersetzt, so daß die Walze wieder verwendet werden kann.

Der Mantel 5 für solche Mantelwalzen für die Herstellung von Η-Profilstählen muß die folgenden Eigenschaften erfül-

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len. Die äußere Schicht des Mantels 5, die mit dem Material 3 in Kontakt kommt, namentlich die Arbeitsschicht des Mantels, muß gegen Anhaften odor Ankleben, gegen die Abnützung und gegen die Rißbildung beständig sein, während der innere Bereich des Mantels, der nicht mit dem Material 3 in Kontakt steht und der durch Schrumpfpreßpassung mit der Walzenspindel 4 verbunden ist, d. h. die Innenschicht eine ausreichende Zähigkeit oder Zähigkeit besitzen muß, um den Belastungen und Spannungen als Folge der Schrumpfpassung und.den Belastungen beim Walzvorgang zu widerstehen.

Die inneren und äußeren Bereiche des Mantels müssen somit Eigenschaften besitzen, die miteinander in Konflikt stehen, d. h. sie müssen auf der Arbeitsschicht die notwendige Verschleißfestigkeit und in der Innenschicht die erforderliche Zähigkeit aufweisen. Demzufolge werden in großem Umfang Verbundmäntel verwendet, wie sie in der Fig. 2 dargestellt sind. Der Verbundmantel umfaßt zwei Schichten aus unterschiedlichen Materialien, die als Arbeitsschicht und als Innenschicht dienen und die zusammengeschmolzen sind.

Wegen der in den letzten Jahren gesteigerten Anforderungen an Walzprodukte hat es sich gezeigt, daß man selbst mit Verbundmänteln nicht dazu in der Lage ist, eine ausreichende Leistung und Beständigkeit der Mantelwalze zu erzielen, da zur Bildung von Η-Profilstählen mit hohen Flanken der Bereich der Arbeitsschicht, der den Stegbereich formt und die Bereiche der gleichen Arbeitsschicht, die die Flankenbereiche bilden, unterschiedliche Eigenschaften

30 aufweisen müssen.

Genauer sammelt sich die Wärme des Materials 3 überwiegend in dem stegbildenden Bereich 6 an. Damit werden die in der Fig. 2 mit A bezeichneten Bereiche besonders durch die Wärme sowohl des Stegs als auch der Flanken beaufschlagt

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und neigen dazu, an dem Material anzuhaften oder damit zu verkleben. Andererseits werden die flankenbildenden Bereiche 7 des Mantels 5 im Vergleich zu der Laufgeschwindigkeit des Walzmaterials mit einer geringen Umfangsgeschwindigkeit betrieben, so daß sie schleifen und mit den Flankenbereichen des Materials 3, die als Folge der Wärmestrahlung eine relativ niedrige Temperatur aufweisen, in gleitenden Kontakt kommen. Da die Flankenbereiche des Materials wegen einer verminderten Temperatur härter sind, werfen die Abschnitte 7 des Mantels 5 erhebliche Verschieißprobleme auf, insbesondere in den mit den Buchstaben B bezeichneten Bereichen, die etwa 20 bis 40 mm von den Flankenenden entfernt sind.

Wenn man den Haftwiderstand der Arbeitsschicht des Mantels verbessert, um ein Anhaften des Materials in den Bereichen A zu verhindern, ergibt sich keine zufriedenstellende Verschleißfestigkeit im Bereich B, während dann, wenn die Verschleißfestigkeit der Arbeitsschicht des Mantels verbessert wird, um die Abnützung in den Bereichen B zu verhindern, sich das Problem des Anhaftens des Materials in den Bereichen A ergibt. Somit zeigen die bislang verwendeten Mantel das Problem, daß sie einander entgegenstehende Eigenschaften aufweisen müssen, so daß bislang keine Mantel zur Verfügung standen, die zufriedenstellende Eigenschaften sowohl im Hinblick auf die verminderte Haftung in den Bereichen A als auch im Hinblick auf den Verschleiß in den Bereichen B besitzen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen Verbundmantel für Walzen für das Heißwalzen von H-Profilstahl, U-Profilstahl und dergleichen anzugeben, der die oben angegebenen Probleme beseitigt und bei einer hohen Verschleißfestigkeit ein geringes Anhaften oder Ankle-

35 ben an dem zu bearbeitenden Material zeigt.

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Diese Aufgabe wird nun gelöst durch den Verbundmantel gemäß Hauptanspruch. Die Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstands.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verbundmantel für Walzen mit einer Arbeitsschicht und einer Innenschicht, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Arbeitsschicht aus zwei Schichten aufgebaut ist, d. h. einer ersten Außenschicht aus einem Material mit einem hohen Haftwiderstand, und einer zweiten Außenschicht aus einem Material mit hoher Verschleißfestigkeit, während die Innenschicht aus einem Material mit hoher Zähigkeit oder Zähfestigkeit gebildet ist und wobei die erste Außenschicht, die zweite Außenschicht und die Innenschicht in Form einer Dreischichtenstruktur miteinander verbunden bzw. verschmolzen sind, wobei das Material einer jeden der drei Schichten vorzugsweise eine spezifische chemische Zusammensetzung besitzt, wie sie nachfolgend noch näher erläutert werden wird.

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Verbundmänteln der oben beschriebenen Art, die zwei Schichten aufweisen, nämlich eine Arbeitsschicht und eine Innenschicht, ist die Arbeitsschicht des erfindungsgemäßen Verbundm.antels aus zwei Schichten aus unterschiedlichen Materialien, nämlich einer ersten Außenschicht und einer zweiten Außenschicht aufgebaut, so daß sich insgesamt ein dreischichtiger Mantel ergibt, der an verschiedenen Stellen unterschiedliche, jedoch dort erforderliche, Eigenschaften aufweist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die erste Außenschicht, die einen hohen Haftwiderstand oder Widerstand gegen das Verkleben mit dem zu bearbeitenden Material zeigt, aus einem Material,-das aus . der Gruppe ausgewählt ist, die graphithaltigen Adamit, Kugelgraphitguß und Adamit umfaßt, ist die zweite Außen-

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schicht mit hoher Verschleißfestigkeit aus Adamit oder einer Eisenlegierung mit hohem Chromgehalt gebildet und besteht die Innenschicht mit hoher Zähigkeit aus Kugelgraphitstahlguß oder Kugelgraphitguß bzw. Kugelgraphitgußeisen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann zur besseren thermischen Verbindung der Schichten und Verbesserung der Wirksamkeit eine Zwischenschicht zwischen den Schichten angeordnet werden, um in dieser Weise eine vierschichtige oder fünfschichtige Mantelstruktur aufzubauen, die eine oder mehrere Zwischenschichten umfaßt.

Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im'Schnitt dargestellte Ansieht eines Η-Profilstahls, welcher in einem

Universalwalzwerk mit den erfindungsgemäßen Mantelwalzen gewalzt wird;

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansieht eines Η-Profilstahls, der in einem

Universalwalzwerk mit herkömmlichen Mantelwalzen gewalzt wird;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Beispiels einer erfindungsgemäßen dreischichtigen Mantelstruk

tur;

Fig. 4a eine Schnittansicht eines Beispiels einer erfindungsgemäßen fünfschichtigen Mantelstruktür;

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Fig. 4b und 4c Schnittansichten von Beispielen für erfindungsgemäße vierschichtige Mantelstruktüren;

Fig. 5 und 6 Schnittansichten, mit denen die Verfahrensweise zur Herstellung des dreischichtigen erfindungsgemäßen Verbundmantels verdeutlicht wird;

Fig. 7 bis 13 Diagramme, die die Härteverteilungen jeweils in radialer Richtung von verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen dreischichtigen Mantels wiedergeben; und

Fig. 14 ein Diagramm, das die Härteverteilung in radialer Richtung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen vierschichtigen Mantels wiedergibt.

Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Aufbaus eines erfindungsgemäßen dreischichtigen Verbundmantels.

Beispiele für Materialien zur Bildung der ersten Außenschicht, der zweiten Außenschicht und der Innenschicht dieses erfindungsgemäßen dreischichtigen Verbundmantels sind im folgenden angegeben und näher erläutert.

Erste Außenschicht (20)

Man bildet die erste Außenschicht mit hohem Haftwiderstand oder hohem Widerstand gegen Anhaften und Ankleben aus einem der Materialien (i) graphithaltiger Adamit, (ii) Kugelgraphitguß und (iii) Adamit. Diese Materialien seien im folgenden einzeln näher erläutert.

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(i) Graphithaltiger Adamit

Der Graphit enthaltende Adamit, der für die erste Außenschicht geeignet ist, enthält 2,0 bis 3,2 Gew.-fc C, 0,6 bis 2,5 Gew.-% Si, 0,4 bis 1,5 Gew„-% Mn, 0 < Ni = 2,5 Gew.-%, 0,5 bis 2,0 Gew.-% Cr und Cr < 1,5 Si Gew.-%., 0,2 bis 2,0 Gew.-% Mo und bis zu 0,1 Gew.-% P, bis zu 0,1 Gew.-% S und andere normalerweise vorhandene herstellungsbedingte Verunreinigungen, Rest im wesentlichen Fe. Neben den obigen Bestandteilen kann man einen oder mindestens zwei der Bestandteile Ti, Al und Zr in den graphithaltigen Adamit einarbeiten, und zwar in einer Gesamtmenge von bis zu 0,1 Gew.-%.

Die oben angegebenen Mengenverhältnisse der chemischen Bestandteile sind aus den folgenden Gründen ausgewählt worden.

C: 2,0 bis 3,2 Gew.-%

Man muß mindestens 2,0 Gew.-% C in das Material einbringen, insbesondere um den Haftwiderstand zu erreichen. Bei einer C-Menge von weniger als 2,0 Gew.-% sind Cementit und Graphit in geringeren Mengen vorhanden, was zu einem verminderten Haftwiderstand führt.

25 Wenn jedoch mehr als 3,2 Gew.-% C enthalten sind,

steigt die Menge an vorhandenem Cementit und Graphit, was bezüglich der Beständigkeit gegen Rißbildungen Probleme aufwirft.

30 Si: 0,6 bis 2,5 Gew.-%

Si kristallisiert den Graphit und vermittelt dem Gefüge einen erhöhten Haftwiderstand. Bei einer Menge von weniger als 0,6 Gew.-% Si kristallisiert der den Haftwiderstand steigernde Graphit nicht aus und vermittelt damit der Matrix einen schlechteren Haftwiderstand.

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Wenn die Si-Menge 2,5 Gew.-% übersteigt, ergibt sich eine Versprödung der Matrix.

Mn: 0,4 bis 1,5 Gew.-%

Mn eliminiert Fehler als Folge des Gehalts von S und trägt zur Steigerung der Härte und der Verschleißfestigkeit bei. Die Anwendung von Mn in einer Menge von weniger als 0,4 Gew.-% ist unzureichend, während Mengen von mehr als 1,5 Gew.-% das Material spröde machen. 10

0 < Ni = 2,5 Gew.-%

Ni verleiht der Matrix eine gesteigerte Härte,.vermindert jedoch die Stabilität der Struktur bei hohen Temperaturen und führt zu einer Verminderung der Bestandigkeit gegen Oberflächenangriffe, so daß der Ni-Gehalt 2,5 Gew.-% nicht übersteigen sollte.

Cr: 0,5 bis 2,0 Gew.-% und < 1,5 Si Gew.-%

Cr verbessert die Stabilität des Cementits und die Verschleißfestigkeit der Matrix. Bei einer Cr-Menge von weniger als 0,5 Gew.-% ergibt sich eine geringere Menge Cementit und damit eine verminderte Verschleißfestigkeit. Wenn die Cr-Menge jedoch 2,0 Gew.-% übersteigt, kristallisiert der Graphit nicht und es ergibt sich ein verschlechterter Haftwiderstand. Um eine stabile Kristallisation des Graphits trotz steigenden Cr-Gehalts zu erzielen, muß Cr die Beziehung Cr < 1,5 Si Gew.-% erfüllen und damit in Abhängigkeit von dem Si-Gehalt zugesetzt werden.

Mo: 0,2 bis 2,0 Gew.-%

Mo vermittelt der Matrix eine gesteigerte Härte, ist jedoch bei einer Menge von weniger als 0,2 Gew.-% nicht wirksam. Wenn jedoch mehr als 2,0 Gew.-% Mo vorhanden sind, ergibt sich keine weitere Steigerung des

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Effekts, so daß dies wirtschaftlich nachteilig ist.

Ti, Al und Zr einzeln oder in Kombinations In einer Gesamtmenge von bis zu 0,1 Gew.-%
Obwohl das Material dazu neigt, beim Gießen porös zu werden, kann man fehlerfreie Güsse, die frei von Poren und Hohlräumen sind, erhalten, wenn man einen oder mindestens zwei Vertreter der Ti, Al und Zr umfassenden Gruppe zusetzt. Da diese Elemente jedoch sämtlich Desoxidationsmittel darstellen, ergibt sich bei einer übermäßigen Anwendung dieser Elemente eine übermäßige Oxidation, was das Fließen des Materials in geschmolzenem Zustand beeinträchtigt. Demzufolge sind diese Elemente auf eine Gesamtmenge von bis zu 0,1 Gew.-% be-

15 schränkt.

P: Bis zu 0,1 Gew.-%

P steigert die Fließfähigkeit der Schmelze und führt

zu einer Verbesserung der Verschleißfestigkeit und

des Haftwiderstands, macht das Material jedoch spröde.

Der P-Gehalt sollte daher lediglich bis zu 0,1 Gew.-% betragen.

S: Bis zu 0,1 Gew.-%

Ebenso wie P macht auch S das Material spröde, so daß seine Gesamtmenge auf 0,1 Gew.-% beschränkt ist.

Die Keimbildung führt zu einem feineren Gefüge und fördert die Graphitausscheidung. Somit kann durch Keimbildung dieses Material mit einem feineren Gefüge und einem gleichmäßiger verteilten Graphit versehen werden. Für diesen Zweck ist es bevorzugt, das Material mit 0,05 bis 1,0 Gew.-% Si anzuimpfen, da bei Anwendung einer Si-Menge von weniger als 0,05 Gew.-% der Keimbildungseffekt nicht erreicht wird, während bei einer Menge von mehr als 1,0 Gew.-%:■ keine we-

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sentliche Verbesserung des Effekts erreicht wird. Beispiele für geeignete Keimbildner sind CaSi und FeSi. Bei dem Zusatz eines Keimbildners muß die gesamte Si-Menge des Materials auf den oben angesprochenen Bereich von 0,6 bis 2,5 Gew.-% eingestellt werden.

Mikroskopisch umfaßt das Gefüge dieses Materials drei Phasen aus Cementit, Graphit und der Matrix. Wenngleich der Cementit die Verschleißfestigkeit und den Haftwiderstand begünstigt, beeinträchtigt er die Rißbeständigkeit, wenn er in einer zu großen Menge vorliegt. Graphit verbessert den Haftwiderstand, führt jedoch bei einer übergroßen Menge zu einer Verminderung der Verschleißfestigkeit. Wenn Martensit in der Matrix gebildet wird, zeigt das Gefüge eine verminderte Stabilität bei hohen Temperaturen und wirft Probleme während des Betriebs auf, so daß die Matrix vorzugsweise so eingestellt wird, daß sie eine Perlitstruktur oder eine Bainitstruktur aufweist.

20 (ii) Kugelgraphitguß

Der für die Ausbildung der ersten Außenschicht geeignete

Kugelgraphitguß enthält 2,8 bis 3,8 Gew.-% C, 1,2 bis

3,0 Gew.-% Si, 0,2 bis 1,0 Gew.-% Mn, 0 < Ni = 3,0 Gew.-%, 0,1 bis 1,0 Gew.-% Cr, 0,2 bis 2,0 Gew.-% Mo, 0,02 bis 0,1 Gew.-% Mg, bis zu 0,1 Gew.-% P, bis zu 0,04 Gew.-% S und andere herstellungsbedingte Verunreinigungen, Rest im wesentlichen Fe. Neben den oben angegebenen Bestandteilen können gewünschtenfalls Seltene Erdelemente in einer Gesamtmenge von bis zu 0,05 Gew.-% in das Material eingearbeitet werden.

Die chemischen Bestandteile werden aus den folgenden Gründen in den oben angegebenen Menge eingesetzt. 35

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C: 2,8 bis 3,8 Gew.-%

Wenn das Material weniger als 2,8 Gew«-% C enthält, besteht die Gefahr des Erstarrens, was Schwierigkeiten bei der Kristallisation des Graphits hervorruft, der seinerseits sehr wirksam ist im Hinblick auf die Beständigkeit gegen das Anhaften und gegen die Bildung von Rissen. Bei einer C-Menge von mehr als 3,8 Gew.-% erfolgt andererseits eine übermäßige Graphitbildung, was Schwierigkeiten im Hinblick auf die Festigkeit mit sich bringt.

Si; 1,2 bis 3,0 Gew.-%

Si dient überwiegend zur Steuerung der Graphitausscheidung. Wenn die Si-Menge weniger als 1,2 Gew.-%. beträgt, erfolgt eine Erstarrung, was zu einer deutlichen Verminderung der kristallisierten Graphitmenge führt, der, wie gesagt, sehr wirksam ist im Hinblick auf die Beständigkeit gegen das Anhaften und die Rißbildung. Wenn Si jedoch in einer Menge von mehr als 3,0 Gew.-% vorhanden ist, erfolgt eine übermäßig starke Graphitausscheidung und wenn Si in Form einer festen Lösung in dem Ferrit enthalten ist, ergibt sich ein Verspröden des Materials,

Mn: 0,2 bis 1,0 Gew.-%

Mn verbindet sich mit S und verhindert dadurch dessen nachteilige Wirkungen und führt gleichzeitig zu einer verbesserten Härte und einer gesteigerten Verschleißfestigkeit. Diese Effekte sind nicht erreichbar, wenn der Mn-Gehalt weniger als 0,2 Gew.-% beträgt, während bei einer Mn-Menge von mehr als 1,0 Gew.-% ein Sprödwerden des Materials die Folge ist.

0 < Ni = 3,0 Gew.-%

Wenngleich Ni zu einer Steigerung der Härte der Matrix führt, bewirkt es auch eine Verminderung der Stabili-

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tat der Struktur bei hohen Temperaturen und beeinträchtigt die Beständigkeit gegen Oberflächenverschleiß» Demzufolge sollte dieses Material nicht mehr als 3,0 Gew.-% Ni enthalten.
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Cr: 0,1 bis 1,0 Gew.-%

Cr wird in das Material überwiegend mit dem Ziel eingebracht, Cementit zu verstärken und die Cementitmenge zu steuern. Bei einer Cr-Menge von weniger als 0,1 Gew.-% ergibt sich eine verminderte Cementitmenge, währenddem der Cementit auch nicht in wirksamer Weise verstärkt wird. Wenn die Menge mehr als 1,0 Gew.-% beträgt, wird jedoch eine übermäßig große Cementitmenge gebildet, wodurch die Graphitmenge vermindert wird, die für die

15 Erzielung des Haftwiderstands notwendig ist.

Mo: 0,2 bis 2,0 Gew.-%

Wenngleich Mo der Matrix eine größere Härte verleiht, ist der Effekt nicht ausreichend stark, wenn das Material in einer Menge von weniger als 0,2 Gew.-% vorhanden ist. Wenn der Mo-Gehalt 2,0 Gew.-% übersteigt, ergibt sich keine weitere Steigerung des Effekts, so daß die Anwendung dieser Materialmengen aus wirtschaftlichen Gründen nachteilig ist. Weiterhin ergibt sich

2 5 dann eine deutliche Abschreckung oder Verhärtung.

Mg: 0,02 bis 0,1 Gew.-%

Mg, welches zur Kugelbildung des Graphits verwendet wird, ist nicht wirksam, wenn es in einer Menge von weniger als 0,02 Gew.-% vorhanden ist, während Mengen von mehr als 0,1 Gew.-% nachteilig sind, da Mg das Erstarren fördert und Schlacke und Gußfehler verursacht.

Seltene Erdelemente: bis zu 0,05 Gew.-% Neben den oben angegebenen Bestandteilen können ge-

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wünschtenfalls bis zu 0,05 Gew.,-% Seltene Erdelemente in das Kugelgraphitgußmaterial zur Ausbildung der ersten Außenschicht eingearbeitet werden* Bei Anwendung dieser Elemente ergeben sie, wenn sie in einer Gesamtmenge von bis zu 0,05 Gew.,-% eingesetzt werden, eine wirksame Bildung des Kugelgraphits.

P; bis zu 0,1 Gew.-%

Wenngleich P die Fließfähigkeit des Materials in geschmolzenem Zustand steigert und ihm Verschleißfestigkeit und Haftwiderstand verleiht, führt es auch zu einem Verspröden des Materials und sollte daher in äer größten Menge auf 0,1 Gew.-% eingeschränkt werden.

15 S: bis zu 0,04 Gew.-%

S inhibiert die Kugelbildung des Graphits und sollte daher nur in einer Menge von bis zu 0,04 Gew„-% eingesetzt werden.

Ebenso wie im oben beschriebenen Fall des graphithaltigen Adamits kann durch eine Keimbildung eine feiner Struktur erreicht und die Graphitausscheidung gefördert werden. Demzufolge kann man durch Keimbildung ein feineres Gefüge erreichen und eine gleichmäßigere Verteilung des Graphits.

Dazu ist es geeignet, das Material mit 0,05 bis 1,0 Gew.-% Si anzuimpfen. Beispiele für geeignete Keimbildner sind CaSi und FeSi. Die Bestandteile werden derart eingestellt, daß das in dieser Weise angeimpfte Material :1,2 bis 3,0 . Gew.-% Si enthält.

Mikroskopisch umfaßt das Gefüge dieses Materials drei Phasen aus Cementit, Graphit und der Matrix. Wenngleich der Cementit eine wirksame Verbesserung der Verschleißfestigkeit und des Haftwiderstands bewirkt, beeinträchtigt er die Riöbildungsbeständigkeit, wenn er in einer zu großen

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Menge vorhanden ist. Der Graphit fördert ebenfalls den Haftwiderstand, führt jedoch bei zu großen Mengen zu einer Verminderung der Verschleißfestigkeit. Wenn Martensit in der Matrix gebildet wird, zeigt das Gefüge eine verminderte Stabilität bei hohen Temperaturen und führt zu Problemen während des Betriebs, so daß die Matrix vorzugsweise so eingestellt wird, daß sie eine Perlit- oder Bainitstruktür (vorzugsweise eine Perlitstruktur) aufweist.

10 (iii) Adamit

Die Adamitmaterialien besitzen im allgemeinen eine gute Rißbildungsbestandigkeit und hohe Zähfestigkeit und Verschleißfestigkeit, neigen jedoch zum Anhaften und besitzen damit einen geringen Haftwiderstand. Der Haftwiderstand kann jedoch dadurch gesteigert werden, daß man die Menge des freien Cementits erhöht und daß man die Mengenverhältnisse der Bestandteile entsprechend einstellt, insbesondere durch Verminderung des Ni-Gehalts.

Der zur Bildung der ersten Außenschicht geeignete Adamit enthält 2,2 bis 3,0 Gew.-% C, 0,2 bis 1,5 Gew.-% Si, 0,4 bis 1,5 Gew.-% Mn, 0 < Ni = 2,5 Gew.-%, 0,5 bis 4,0 Gew.-% Cr und Cr ^ 1,5 Si Gew.-%, 0,2 bis 2,0 Gew.-% Mo, bis zu 0,1 Gew.-% P, bis zu 0,1 Gew.-% S und andere herstellungsbedingte Verunreinigungen, Rest im wesentlichen Pe.

Neben den oben angegebenen Bestandteilen kann man gewünschtenfalls einen oder mindestens zwei der Bestandteile Ti, Al und Zr in einer Gesamtmenge von bis zu 0,1 Gew.-% und/ oder Nb und/oder V in einer Menge von jeweils bis zu 1,0 Gew.-% in den Adamit einarbeiten.

Die chemischen Bestandteile werden aus den folgenden Grün-

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den in den oben angegebenen Mengen eingesetzt,

C: 2,2 bis 3,0 Gew.-%

C steuert die Menge des freien Cementits, der für den verbesserten Haftwiderstand wirksam ist. Bei einer C-Menge von weniger als 2,2 Gew.-% ist die Carbidmenge kleiner und führt nicht zu einer wirksamen Verbesserung des Haftwiderstands, während bei einem C-Gehalt von mehr als 3,0 Gew.-% die Zähigkeit und die Rißbeständigkeit beeinträchtigt werden.

Si: 0,2 bis 1,5 Gew.-%

Si wirkt als Desoxidationsmittel und führt zu einem verbesserten Haftwiderstand, macht jedoch das Material spröde. Bei einer Si-Menge von weniger als 0,2 Gew.-% neigt das Material zur Bildung von Gasfehlern selbst bei Anwendung des Schleudergußverfahrens, und zeigt darüber hinaus einen verminderten Haftwiderstand. Bei Anwendung in einer Menge von mehr als 1,5 Gew,-% wirft Si Probleme im Hinblick auf die Rißbeständigkeit auf.

Mn: 0,4 bis 1,5 Gew.-%

Mn beseitigt die nachteiligen Wirkungen von S und führt zu einer Steigerung der Härte und der Verschleißfestigkeit. Wenn es in einer Menge von weniger als 0,4 Gew.-% eingesetzt wird, zeigt sich Mn als unwirksam, während bei einer Menge von mehr als 1,5 Gew.-% ein Sprödwerden des Materials die Folge ist.

0 < Ni = 2,5 Gew.-%

Ni steigert die Härte der Matrix, beeinträchtigt jedoch die Stabilität der Struktur bei hohen Temperaturen, beeinträchtigt dessen Beständigkeit gegen Oberflächenverschleiß und führt zu einer Verminderung des

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Haftwiderstands. Wenn der Ni-Gehalt 2,5 Gew.-% übersteigt, werden diese Nachteile deutlich, was zur Folge hat, daß die erste Außenschicht den angestrebten Zweck nicht erfüllen kann. Der Ni-Gehalt darf daher nur bis zu 2,5 Gew.-% betragen.

Cr: 0,5 bis 4,0 Gew.-% und ^ 1,5 Si Gew.-%

Cr bewirkt eine Verstärkung des Cementits und eine erhöhte Verschleißfestigkeit der Matrix.Bei einem Cr-Gehalt von weniger als 0,5 Gew.-% ergeben sich keine ausreichenden Effekte, während bei einer zu großen Cr-Menge eine schnelle Ausfällung des Cementits in Form eines Netzwerks erfolgt, wodurch die Zähigkeit des Materials beeinträchtigt wird, was zur Folge hat, daß der Cr-Gehalt lediglich bis zu 4,0 Gew.-% betragen sollte. Um die angestrebte Cementitstruktur zu erreichen, ohne eine Kristallisation des Graphits, selbst dann, wenn Cr in einer relativ geringen Menge verwendet wird,muß der Cr-Gehalt die Beziehung Cr = 1,5 Si Gew.-% erfüllen und damit in Abhängigkeit von dem Si-Gehalt eingesetzt werden.

Mo: 0,2 bis 2,0 Gew.-% Wenngleich Mo zu einer Steigerung der Härte der Ma-

trix und damit zu einer Verbesserung der Verschleißfestigkeit führt, ist die. Wirkung von Mo unzureichend, wenn seine Menge weniger als 0,2 Gew.-% beträgt. Wenn die Menge jedoch mehr als 2,0 Gew.-% beträgt, ergibt sich keine weitere Steigerung des Effekts, so daß die Anwendung größerer Mengen wirtschaftlich nachteilig ist.

Einzelne oder gemeinsame Verwendung von Ti, "Al und Zr: in einer Gesamtmenge bis zu 0,1 Gew.-% Wenngleich des Material zum Poröswerden beim Gießen

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neigt, kann man fehlerfreie Güsse, die frei von Poren oder Hohlräumen sind, erhalten, wenn man einen oder mindestens zwei der Bestandteile Ti, Al und Zr verwendet. Da diese Elemente jedoch sämtlich Desoxidationsmittel sind, führen sie bei einer zu großen Menge zu einer übermäßigen Oxidation, wodurch das Fließen des Materials in geschmolzenem Zustand beeinträchtigt wird. Demzufolge ist die Menge dieser Elemente auf insgesamt bis zu 0,1 Gew.-% beschränkt.

Nb und V: jeweils bis zu 1,0 Gew.-%

Gewünschtenfalls kann man einen oder beide Bestandteile Nb und V in das Material einarbeiten, Nb macht das Gußgefüge feiner und verbessert die Rißbildungsbeständigkeit. Diese Effekte sind deutlich, wenn das Element in einer Menge von bis zu 1,0 Gew.-% eingesetzt wird. Mengen oberhalb 1,0 Gew.-% führen zu keiner weiteren wesentlichen Steigerung des Effekts. V wird zum gleichen Zweck eingesetzt wie Nb. Mit V-Mengen von bis zu 1,0 Gew.-% lassen sich zufriedenstellende Effekte erzielen.

P: bis zu 0,1 Gew.-%

P steigert die Fließfähigkeit der Schmelze, den Haft-

widerstand und die Verschleißfestigkeit, versprödet

jedoch das Material, so daß der P-Gehalt lediglich

bis zu 0,1 Gew.-% betragen sollte.

S: bis zu 0,1 Gew.-%

Ebenso wie P führt S zu einem Sprödwerden des Materials, so daß der S-Gehalt auf maximal 0,1 Gew.-% beschränkt ist.

Mikroskopisch umfaßt das Gefüge dieses Materials zwei Phasen aus Cementit und der Matrix. Im Hinblick auf den

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Haftwiderstand ist es erwünscht, daß die Matrix überwiegend aus Perlit besteht (wobei die Anwesenheit von Bainit oder Martensit auf ein Minimum gebracht werden sollte).

Der stegbildende Bereich umfaßt den Bereich von etwa 10 bis etwa 50 mm von der oberen Oberfläche der ersten äußeren Schicht, während die flankenbildenden Bereiche im allgemeinen eine Tiefe von etwa 100 mm von der oberen Oberfläche oder von der ersten Außenschicht aufweisen, so daß die erste Außenschicht eine Dicke von etwa 20 bis etwa 80 mm aufweist. Der Guß zur Bildung der ersten Außenschicht besitzt eine Dicke von 30 bis 130 mm, da man eine gewisse Materialabtragung und den Bereich berücksichtigen sollte, der durch Verschmelzen mit der zweiten Außenschicht ver-

15 bunden wird.

Zweite Außenschi cht (22)

Die zweite Außenschicht mit hoher Verschleißfestigkeit besteht aus (i) Adamit oder (ii) einer Eisenlegierung mit hohem Chromgehalt. Diese Materialien werden im folgenden näher Erläutert.

(i) Adamit

Der für die zweite Außenschicht verwendeten Adamit enthält 1,8 bis 3,0 Gew.-% C, 0,2 bis 1,5 Gew.-% Si, 0,4 bis 1,5 Gew.-% Mn, 0,5 bis 3,5 Gew.-% Ni, 0,5 bis 6,0 Gew.-% Cr, 0,5 bis 2,5 Gew.-% Mo, bis zu 0,1 Gew.-% P, bis zu 0,1 Gew.-% S und andere herstellungsbedingte Verunreinigungen, Rest im wesentlichen Fe.

Neben den oben angegebenen Bestandteilen kann man gewünschtenfalls einen oder mindestens zwei der Bestandteile Ti, Al und Zr in einer Gesamtmenge von bis zu 0,1 Gew.-% und/oder

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einen oder beide der Bestandteile Nb und V in einer Menge von jeweils bis zu 1,0 Gew.-% in den Adamit einarbeiten.

Die chemischen Bestandteile werden aus den folgenden Gründen vorzugsweise in den oben angegebenen Mengen eingesetzt,

C: 1,8 bis 3,0 Gew.-%

Das Material enthält mindestens 1,8 Gew.-% C überwiegend mit dem Ziel, die erforderliche Verschleißfestigkeit zu erreichen. Bei einer C-Menge von weniger als 1,8 Gew.-% ist Cementit in einer geringeren Menge vorhanden, was zu einer Verminderung der Verschleißfestigkeit führt. Wenn C jedoch in einer Menge von mehr als 3,0 Gew.-% vorhanden ist, ist das Material spröde

15 und nicht in der angestrebten Weise einsetzbar.

Si: 0,2 bis 1,5 Gew.-%

Das in dem erfindungsgemäßen Material verwendete Si dient überwiegend der Desoxidation. Bei einer Si-Menge von weniger als 0,1 Gew.-% ist der Effekt nicht ausreichend, während Mengen oberhalb von 1,5 Gew.-% das Material spröde machen.

Mn: 0,4 bis 1,5 Gew.-%

Mn eliminiert die nachteiligen Effekte von S und führt zu einer Verbesserung der Härte und einer höheren Verschleißfestigkeit. Wenn es in einer Menge von weniger als 0,4 Gew.-% vorhanden ist, ist es unwirksam, während bei einer Menge von mehr als 1,5 Gew.-% das Ma-

30 terial spröde wird.

Ni: 0,5 bis 3,5 Gew.-%

Zur Steigerung der Härte der Matrix im Hinblick auf eine erhöhte Verschleißfestigkeit werden mindestens 0,5 Gew.-% Ni verwendet. Wenn der Ni-Gehalt jedoch zu

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groß ist,wird die Bildung von thermisch instabilem Martensit möglich, was zu einer verminderten BestäriÖigkeit gegen Oberflächenveränderungen führt. Die Obergrenze des Ni-Gehalts liegt daher bei 3,5 Gew.-%. 5

Cr: 0,5 bis 6,0 Gew.-%

Cr stabilisiert den Cementit, steigert das erhaltene Cementitvolumen und härtet und verfestigt den Cementit, was zu einer verbesserten Verschleißfestigkeit führt. Cr kann jedoch nur ausreichende Effekte ergeben, wenn es in einer Menge von mindestens 0,5 Gew.-% eingesetzt wird, macht jedoch das Material spröde, wenn es in einer Menge von mehr als 6,0 Gew.-% eingesetzt wird.

Mo: 0,5 bis 2,5 Gew.-%

Mo, welches die Härte der Matrix steigert, muß in dem Material für die zweite Außenschicht in einer Menge von mindestens 0,5 Gew.-% enthalten sein. Wenn der Mo-Gehalt jedoch oberhalb 2,5 Gew.-% liegt, ergibt sich keine weitere Steigerung des Effekts, so daß dies wirtschaftlich nachteilig wäre.

Die einzelne oder gemeinsame Verwendung von Ti, Al und Zr:

25 in einer Gesmtmenge von bis zu 0,1 Gew.-%

Wenn man eines oder mindestens zwei dieser Elemente verwendet, kann das Material frei von Poren oder Hohlräumen vergossen werden und ist daher wesentlich besser anwendbar. Da diese Elemente sämtlich Desoxidationsmittel darstellen, führt die übermäßige Anwendung dieser Elemente zu einer starken Oxidation, was das Fließen des Materials in geschmolzenem Zustand behindert. Demzufolge sind die Elemente auf eine Gesamtmenge von bis zu 0,1 Gew.-% beschränkt.

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Nb und V: bis zu jeweils 1,0 Gew.-%

Gewünschtenfalls kann man Nb und/oder V zu dem Material zusetzen. Nb führt zu einer Verfeinerung des Gußgefüqes und zu einer verbesserten Verschleißfestigkeit. Dabei ergeben sich wirksame Effekte, wenn Nb in einer Menge von bis zu 1,0 Gew,~% eingesetzt wird. V, welches für den gleichen Zweck wie Nb angewandt wird, liefert ausreichende Effekte, wenn es in einer Menge von bis zu 1,0 Gew.-% vorhanden ist. Wenn Nb oder V in einer Menge von mehr als 1,0 Gew.-% eingesetzt werden, werden übermäßige Menge von V- oder Nb-Carbid gebildet, die das Material spröde machen.

P: bis zu 0,1 Gew.-%

P steigert die Fließfähigkeit der Schmelze, erhöht die Verschleißfestigkeit und den Haftwiderstand, macht jedoch das Material spröde, so daß der P-Gehalt bis zu 0,1 Gew.-% betragen sollte.

20 S: bis zu 0,1 Gew.-%

Ebenso wie P macht S das Material spröde und sollte daher nicht in einer Menge von mehr als 0,1 Gew.-% eingesetzt werden.

Mikroskopisch umfaßt die Struktur dieses Materials zwei Phasen aus Cementit und der Matrix. Die Matrix besteht im allgemeinen aus einem Perlitgefüge. Im Hinblick auf die angestrebte Verschleißfestigkeit kann sie teilweise Bainit oder Martenit enthalten.

30 .

(ii) Eisenlegierung mit hohem Chromgehalt

Die Eisenlegierung mit hohem Chromgehalt zur Ausbildung der zweiten Außenschicht enthält 2,0 bis 3,2 Gew.-% C, 0,3 bis 1,5 Gew.-% Si, 0,4 bis 1,5 Gew.-% Mn, 0,5 bis 3,5 Gew.-%

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Ni, 8,0 bis 25,0 Gew.-% Cr, 0,5 bis 2,5 Gew.-% Mo, bis zu 0,1 Gew.-% P, bis zu 0,1 Gew.-% S und andere herstellungS¹-bedingte Verunreinigungen, Rest im wesentlichen Fe.

Neben den oben angegebenen Bestandteilen kann man gewünschtenfalls in die Eisenlegierung mit hohem Chromgehalt einen oder mindestens zwei der Bestandteile Ti, Al und Zr in einer Menge von bis zu 0,1 Gew.-% und/oder einen oder beide der Bestandteile Nb und V in einer Menge von jeweils bis zu 1,0 Gew.-% einarbeiten.

C: 2,0 bis 3,2 Gew.-%

C muß in Abhängigkeit von Cr in dem Bereich eingesetzt werden, in dem die Carbide des Typs (FeCr)-C, stabilisiert werden können. Bei einer C-Menge von weniger als 2,0 Gew.-% ergibt sich eine geringere Menge des Carbids, was zu einer unzureichenden Verschleißfestigkeit führt. Wenn der C-Gehalt oberhalb 3,2 Gew.-% liegt, wird eine übermäßig große Carbidmenge gebildet, was Probleme im Hinblick auf die Zähigkeit aufwirft.

Si: 0,3 bis 1,5 Gew.-%

Si, welches überwiegend als Desoxidationsmittel eingesetzt wird, ist nicht sehr wirksam, wenn es in einer Menge von weniger als 0,3 Gew.-% eingesetzt wird. Wenn es jedoch in einer Menge von mehr als 1,5 Gew.-% in Form einer festen Lösung in dem Ferrit enthalten ist, macht es das Material spröde.

30 Mn: 0,4 bis 1,5 Gew.-%

Mn, welches die Desoxidation unterstützt und die nachteilige Wirkung von S inhibiert, ist nicht sehr wirksam, wenn es in einer Menge von weniger als 0,4 Gew.-% eingesetzt wird, während Mengen oberhalb 1,5 Gew.-%

35 zu einer Verschlechterung der Zähigkeit führen.

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Ni: 0,5 bis 3,5 Gew.-%

Ni steigert die Härtbarkeit und die Härte der Matrix. Zur Erzielung einer verbesserten Verschleißfestigkeit sollte der Ni-Gehalt mindestens 0,5 Gew.-% betragen, während bei einer Menge von mehr als 3,5 Gew.-% die Stabilität der Matrix bei hohen Temperaturen beeinträchtigt wird und sich eine verminderte Beständigkeit gegen Oberflächenverschleiß ergibt.

10 Cr: 8,0 bis 25,0 Gew.-%

Cr bildet Carbide und verbessert die Härtbarkeit der Matrix. Wenn der Cr-Gehalt unterhalb 8,0 Gew.-% liegt, werden anstelle der gleichmäßig verteilten feinen Carbide große Mengen Carbide des Typs M₃C gebildet, was zu einer verminderten Zähigkeit führt. Wenn der Cr-Gehalt oberhalb 25,0 Gew.-% liegt, werden erhöhte Mengen von Carbiden des Typs M„-.C_fi gebildet, die eine verminderte Verschleißfestigkeit zur Folge haben.

20 Mo: 0,5 bis 2,5 Gew.-%

Mo steigert die Härtbarkeit der Matrix und trägt zur Hochtemperaturstabilität bei. Wenn der Mo-Gehalt unterhalb 0,5 Gew.-% liegt, kann dieser Effekt nicht ausreichend erreicht werden, während der Effekt bei Mengen von oberhalb 2,5 Gew.-% nicht weiter gesteigert werden kann.

Einzelne oder gemeinsame Verwendung von Ti, Al und Zr: in einer Gesamtmenge von bis zu 0,1 Gew.-% Wenn eines oder mindestens zwei dieser Elemente in das Material eingearbeitet werden, kann es frei von Poren oder Hohlräumen vergossen werden, was Gußstücke mit verbesserter Qualität liefert. Da diese Elemente sämtlich starke Desoxidationsmittel darstellen, ergibt sich bei einer übermäßig großen Verwendung dieser Ele-

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mente eine starke Oxidation, was das Fließen des Materials in geschmolzenem Zustand beeinträchtigt. Demzufolge sind die Elemente auf eine Gesamtmenge von bis zu 0,1 Gew.-% beschränkt.
5

Nb und V: bis zu jeweils 1,0 Gew.-%

Gewünschtenfalls kann man Nb und/oder V in das Material einarbeiten. Nb führt zur Bildung einer feinen Gußstruktur und fördert die Fällungshärtung, wodurch die Verschleißfestigkeit gesteigert wird. Diese Effekte können in ausreichendem Maße erreicht werden, wenn Nb in einer Menge von bis zu 1,0 Gew.-% eingesetzt wird. V, welches zu dem gleichen Zweck wie Nb eingesetzt wird, ist ebenfalls in einer Menge von bis zu 1,0 Gew.-% enthalten. Wenn V in einer Menge von mehr als 1,0 Gew.-% vorhanden ist, werden erhöhte Carbidmengen gebildet, die das Material spröde machen.

P: bis zu 0,1 Gew.-%

P steigert die Fließfähigkeit der Schmelze, den Haftwiderstand und die Verschleißfestigkeit, macht jedoch das Material spröde, so daß der P-Gehalt im höchsten Fall 0,1 Gew.-% betragen sollte.

25 S: bis zu 0,1 Gew.-%

S macht ebenso wie P das Material spröde und sollte daher 0,1 Gew.-% nicht übersteigen.

Mikroskopisch besteht das Gefüge dieses Materials aus Carbiden, die überwiegend Carbide des Typs (FeCr)₇C₃ sind. In Abhängigkeit von den angestrebten Eigenschaften (Verschleißfestigkeit) der Matrix kann diese Perlit oder Bainit oder Martensit sein und den oben angegebenen Zusammensetzungsbereichen entsprechen. Die Matrix kann teilweise restlichen Austenit enthalten.

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Die Dicke der Arbeitsschicht des erfindungsgemäßen Mantels beträgt im allgemeinen 100 bis 250 mm selbst wenn die Flanschbreite oder die Flankenbreite eingeschlossen ist. Ohne die Dicke der ersten Außenschicht (20 bis 80 mm) beträgt die Dicke der zweiten Außenschicht 20 bis 230 mm.

Unter Berücksichtigung der Schmelzschichten (einer dazwischenliegenden chemischen Zusammensetzung), die die erste Außenschicht mit der Innenschicht verbindet, muß die zweite Außenschicht in einer Dicke von 30 bis 240 mm gegossen werden.

Innenschicht (24)

Wenn der erfindungsgemäße Verbundmantel zu seiner Verwendung zu einer Mantelwalze zusammengesetzt wird, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist, stellen Risse, die vom Inneren heraus gebildet werden, das größte Problem dar. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Innenschicht aus einem zähen Material zu bilden. Diese Anforderungen können durch zwei Materialien erfüllt werden, d. h, (i) Kugelgraphitstahlguß und (ii) Kugelgraphitgußeisen oder Kugelgraphitguß, von welchen Materialien eines ausgewählt wird. Diese Materialien werden im folgenden näher erläutert.

(i) Kugelgraphitstahlguß

Kugelgraphitstahlguß zur Bildung der Innenschicht enthält 1,0 bis 2,0 Gew.-% C, 0,6 bis 3,0 Gew.-% Si, 0,2 bis 1,0 Gew.-% Mn, 0,1 bis 2,0 Gew.-% Ni, 0,1 bis 3,0 Gew.-% Cr, 0,1 bis 1,0 Gew.-% Mo, bis zu 0,1 Gew.-% P, bis zu 0,1 Gew.-% S und andere herstellungsbedingte Verunreinigungen, Rest im wesentlichen Fe. Neben den oben angegebenen Bestandteilen kann man dem Stahlguß einen oder mindestens zwei der Bestandteile Ti, Al, und Zr in einer Gesamtmenge

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von bis zu 0,1 Gew.-% zusetzen.

Die chemischen Bestandteile werden aus den folgenden Gründen vorzugsweise in den oben angegebenen Mengen eingesetzt. 5

C: 1,0 bis 2,0 Gew.-%

C ist in der Matrix in Form einer festen Lösung enthalten und erscheint darin als Graphit (oder teilweise als freier Cementit). Wenn weniger als 1,0 Gew.-% C enthalten ist, benötigt das Material eine höhere Temperatur für das Schmelzen und Vergießen, was die Kosten steigert, während bei einem C-Gehalt von mehr als 2,0 Gew.-% die Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß der Graphit nicht kugelförmig ist, was zu einer verminderten Zähigkeit führt.

Si: 0,6 bis 3,0 Gew.-%

Si steht in enger Beziehung zwischen der Kristallisation des Graphits. Bei einer Si-Menge von weniger als 0,6 Gew.-% ist es sehr schwierig, die Kristallisation des Graphits zu bewirken, während bei einer Si-Menge von mehr als 3,0 Gew.-% das in Form einer festen Lösung in der Matrix enthaltene Si die Neigung besitzt, die Zähigkeit des Materials zu beeinträchtigen.

Mn: 0,2 bis 1,0 Gew.-%

Mn vereinigt sich mit S und beseitigt hierdurch in wirksamer Weise die nachteiligen Wirkungen von S. Mn kann diesen Effekt nicht ausüben, wenn es in einer

30 Menge von weniger als 0,2 Gew.-% eingesetzt wird,

während das Material eine verminderte Zähigkeit aufweist, wenn es mehr als 1,0 Gew.-% Mn enthält.

Ni: 0,1 bis 2,0 Gew.-%
Ni verzögert die Umwandlung des Materials und bewirkt

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daher eine Verbesserung seiner Zähigkeit. Dieser Effekt ist unzureichend, wenn der Ni-Gehalt unterhalb 0,1 Gew.-% liegt, während der Ni-Gehalt 2,0 Gew.-% nicht übersteigen muß.
5

Cr: 0,1 bis 3,0 Gew.-% .

Cr führt zu einer Steigerung der Zähigkeit und zu einer Stabilisierung des Cementits. Der Cr-Gehalt sollte mindestens 0,1 Gew.~% betragen, um die gewünschte Zähigkeit sicherzustellen. Eine übermäßig große Cr-Menge führt jedoch zu einem Erstarren und zu einem Sprödewerden. Vorzugsweise ist der Cr-Gehalt geringer, da sich das in der Innenschicht vorhandene Cr mit dem der zweiten Außenschicht vermischt, was zu einem höheren Cr-Gehalt führt. Die Obergrenze des Gehalts beträgt 3,0 Gew.-%, um die Kristallisation des Graphits zu ermöglichen.

Mo: 0,1 bis 1,0 Gew.-%

Ebenso wie Ni stellt Mo ein wichtiges Element zur Sicherstellung der Zähigkeit dar. Mo kann diesen Effekt jedoch nur dann ausüben, wenn es in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-% eingesetzt wird, macht jedoch das Material härter und spröder, wenn die Menge 1,0

25 Gew.-% übersteigt.

Einzelne oder gemeinsame Verwendung von Ti, Al und Zr: in einer Gesamtmenge von bis zu 0,1 Gew.-% Wenn eines oder mindestens zwei dieser Elemente in das Material eingearbeitet werden, kann dieses frei von Poren oder Hohlräumen vergossen werden, was bessere Gußqualitäten ermöglicht. Da diese Elemente sämtlich starke Oxidationsmittel darstellen, führen sie bei Anwendung in zu großer Menge zu einer übermäßigen Oxidation, was das Fließen des Materials in geschmolzenem

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Zustand beeinträchtigt. Demzufolge ist die Anwendung dieser Elemente auf eine Gesamtmenge von bis zu Ö#l Gew.-% beschränkt.

5 P: bis zu 0,1 Gew.-%

P steigert das Fließverhalten des Materials in geschmolzenem Zustand, macht jedoch das Material spröde und wird daher nur in einer Menge von bis zu 0,1 Gew.-% eingesetzt.
10

S: bis zu 0,1 Gew.-%

Ebenso wie P macht S das Material spröde und wird daher nur in einer Gesamtmenge von 0,1 Gew.-% eingesetzt.
15

Es ist bekannt, daß durch die Keimbildung die Graphitausscheidung oder Graphitbildung gefördert werden kann. Daher kann die Zähigkeit dieses Materials in wirksamer Weise durch Animpfen mit 0,1 bis 1 Gew.-%, gerechnet als Si, eines Keimbildners, wie CaSi, FeSi oder dergleichen, des Materials unmittelbar vor dem Vergießen verbessert werden. Das Animpfen ist jedoch nicht wirksam, w&nn die Menge weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, wenngleich Möngen von oberhalb 1,0 Gew.-% nicht notwendig sind. Das Animpfen erweist sich insbesondere bei höheren Cr-Gehalten. als wirksam. Das in dieser Weise angeimpfte Material wird, wie bereits angegeben, in der Weise eingestellt, daß es 0,6 bis 3,0 Gew.-% Si enthält.

Mikroskopisch besteht das Gefüge dieses Materials aus zwei Phasen, nämlich aus Graphit und der Matrix und kann geringe Mengen freien Cementits enthalten. Die Matrix besteht überwiegend aus Perlit. Bei dem Material handelt es sich um Kugelgraphitstahlguß.

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(ii) Kugelgraphitguß oder Kugelgraphitgußeisen

Der zur Bildung der Innenschicht geeignete Kugelgraphitguß enthält 2,8 bis 3,8 Gew.-% C, 1,5 bis 3,2 Gew.-% Si, 0,3 bis 1,0 Gew.-% Mn, 0 < Ni - 2,0 Gew.-%, 0 < Cr =3,0 Gew.-%, 0 < Mo = 0,6 Gew.-%, 0,02 bis 0,1 Gew.-% Mg, bis zu 0,1 Gew.-% P, bis zu 0,03 Gew.-% S und andere herstellungsbedingte Verunreinigungen, Rest im wesentlichen Fe. Neben diesen oben angegebenen Bestandteilen kann man gewünschtenfalls Seltene Erdelemente in einer Gesamtmenge von bis zu 0,05 Gew.-% zu dem Kugelgraphitguß zusetzen.

Die chemischen Bestandteile werden aus den folgenden Gründen bevorzugt in den oben angegebenen Mengen eingesetzt. 15

C: 2,8 bis 3,8 Gew.-%

Bei einer G-Menge von weniger als 2,8 Gew.-% unterliegt das Material einem Erstarrungsvorgang und zeigt eine verminderte Zähigkeit, während bei einer C-Menge von mehr als 3,8 Gew.-% eine übermäßige Graphitbildung erfolgt, was die Festigkeit beeinträchtigt.

Si: 1,5 bis 3,2 Gew.-%

Wenngleich Si überwiegend dazu verwendet wird, die Graphitbildung oder Graphitausscheidung zu steuern, ergibt sich eine unzureichende Graphitbildung bei einem Si-Gehalt von unterhalb 1,5 Gew.-%. Wenn der Si-Gehalt 3,2 Gew.-% übersteigt, erfolgt eine übermäßige Graphitausscheidung, wobei dann, wenn das Si in Form einer festen Lösung in dem Ferrit enthalten ist, das Material spröde wird.

Mn: 0,3 bis 1,0 Gew.-%

Mn vereinigt sich im allgemeinen mit S unter Beseitigung der nachteiligen Wirkungen von S und ist daher

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nützlich, wobei dann, wenn das Material in einer Menge von weniger als 0,3 Gew.-% eingesetzt wird, kein ßf^w fekt erzielt wird. Wenn Mn jedoch in einer Menge von mehr als 1,0 Gew.-% eingesetzt wird, wird das Material hart und spröde.

0 < Ni = 2,0 Gew.-%

Ni fördert die Graphitausscheidung und die Verstärkung der Matrix. Bei Mengen oberhalb 2,0 Gew.-% läßt sich jedoch kein weiterer Effekt erreichen, so daß die Obergrenze aus wirtschaftlichen Gründen bei etwa 2,0 Gew.-% liegt.

0 < Cr = 3,0 Gew.-%

Cr, welches zu einer Stabilisierung des Cementits führt, ermöglicht das Erstarren des Materials und macht das Material spröde, wenn es in einer Menge von mehr als 3,0 Gew.-% vorhanden ist.

20 0 < Mo ^ 0,6 Gew.-%

Mo verstärkt die Matrix. Wenn es in einer Menge von 0,6 Gew.-% vorhanden ist, läßt sich kein weiterer Effekt erreichen, während eine erhebliche Neigung zu einem Härterwerden des Materials besteht, so daß die Obergrenze bei 0,6 Gew.-% liegt.

Mg: 0,02 bis 0,1 Gew.-%

Mg wird zur kugelförmigen Ausscheidung des Graphits verwendet, kann jedoch diesen Effekt nur dann ausüben, wenn es in einer Menge von mindestens 0,02 Gew.-% eingesetzt wird. Die Anwendung einer Mg-Menge von mehr als 0,1 Gew.-% führt Mg zum Erstarren des Materials und zur Bildung von Schlacken und Fehlern in dem Guß, so daß solche Mengen unerwünscht sind.

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Seltene Erdelemente: bis zu 0,OS Gew.-?

Neben den oben angegebenen Bestandteilen kann man gewünschtenfalls Seltene Erdelemente in den Kugelgraphitguß zur Bildung der Innenschicht einarbeiten. Diese Elemente bewirken die kugelförmige Ausscheidung des Graphits, wenn sie in einer Gesamtmenge von bis zu 0,05 Gew.-% eingesetzt werden.

P: bis zu 0,1 Gew.-%

P steigert das Fließverhalten des Materials in geschmolzenem Zustand, macht es jedoch spröde, so daß die Obergrenze bei 0,1 Gew.-% liegt.

S: bis zu 0,03 Gew.-%

Der S-Gehalt muß niedrig liegen, um die kugelförmige Ausscheidung des Graphits sicherzustellen und liegt im Höchstfall bei 0,03 Gew.-%.

Es ist bekannt, daß das Animpfen im allgemeinen dazu geeignet ist, die Graphitbildung zu fördern und das Gefüge feiner zu machen. Die Zähigkeit dieses Materials kann somit in wirksamer Weise dadurch gesteigert werden, daß man es mit bis zu 1,0 Gew.-%, als Si gerechnet, eines Keimbildners, wie CaSi, FeSi oder dergleichen, unmittelbar vor dem Vergießen animpft. Das Animpfen führt jedoch zu keinem weiteren Effekt, wenn die Menge 1,0 Gew.-% übersteigt. Das in dieser Weise ängeimpfte Material wird derart eingestellt, daß es, wie bereits angegeben wurde, insgesamt 1,5 bis 3,2 Gew.-% Si enthält.
30

Mikroskopisch umfaßt das Gefüge des Kugelgraphitgusses für die Bildung der Innenschicht drei Phasen aus Kugelgraphit, einer geringen Menge freien Cementits und der Matrix.

Die oben angesprochenen Materialien werden selektiv für

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die Bildung der ersten Außenschicht, der zweiten Außenschicht und der Innenschicht verwendet, wobei die drei Schichten aus den verschiedenartigen Materialien durch Verschmelzen miteinander verbunden werden, wodurch man den erfindungsgemäßen dreischichtigen Verbundmantel erhält. Um die Zähigkeit des Materials sicherzustellen und um die Härte und die Verschleißfestigkeit einzustellen, wird der zur Bildung des erfindungsgemäßen dreischichtigen Mantels erhaltene Gußkörper im allgemeinen einer Wärmebehandlung bei erhöhter Temperatur im Austenitbereich und einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur bis zur eutektischen Umwandlungstemperatur zum Tempern, zur isothermischen Umwandlung und zur Beseitigung von Spannungen unterworfen.

Der erfindungsgemäße dreischichtige Verbundmantel wird mit Hilfe der nachfolgend kurz beschriebenen Methode hergestellt. Der dreischichtigen Mantel kann ohne weiteres unter Anwendung des Schleudergüßverfahrens (mit horizontaler, senkrechter oder geneigter Form) hergestellt werden. Wie beispielsweise in der Fig. 5 dargestellt ist, verwendet man bei dem Verfahren eine Form mit einem drehbaren Teil 8, dessen gegenüberliegende Enden mit Sand oder feuerfesten Steinen 9 ausgekleidet sind. Dann werden die geschmolzenen Materialien für die erste Außenschicht 20, die zweite Außenschicht 22 und die Innenschicht 24 aus einer Gießpfanne 10 nacheinander in entsprechender Zeitabhängigkeit eingegossen, wodurch der angestrebte Mantel erhalten wird, dessen drei Schichten metallurgisch miteinander verbunden sind. Es ist jedoch auch möglich, die Schmelze für die Innenschicht mit Hilfe einer stationären Methode zu gießen, wie es in der Fig. 6 dargestellt ist, gemäß der die Schmelze in eine senkrecht gestellte Form gegossen wird, in der bereits die ersten und zweiten Außenschichten gegossen worden sind. (In diesem Fall muß der Kernbereich des erhalte-

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nen Gußstücks zur Bildung einer Bohrung maschinell abgetragen werden.)

Bei dem in dieser Weise hergestellten dreischichtigen Mantel sind die erste Außenschicht, die zweite Außenschicht und die Innenschicht metallurgisch miteinander durch Verschmelzen zu einem einzigen Körper verbunden. An den Grenzflächen zwischen den benachbarten Schichten werden unvermeidbar gemischte Schichten aus den aneinander angrenzenden Materialien gebildet.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen dreischichtigen Mantel konzentriert sich die Wärme des zu walzenden Materials 3 im stegbildenden Bereich 6 des Mantels 5, der jedoch nicht zum Anhaften oder Ankleben neigt, während die flankenbildenden Bereiche 7 des Mantels 5 weniger verschleißanfällig sind, obwohl sie in gleitendem Kontakt mit den Flankenendbereichen des Materials 3 stehen, die eine relativ niedrige Temperatur besitzen.

Der erfindungsgemäße dreischichtige Mantel kann jedoch noch Probleme im Hinblick auf das Verschmelzen der benachbarten Schichten an den Grenzflächen und im Hinblick auf das Eindringen von Legierungselementen einer Schicht in die andere bei der Herstellung des Mantels aufwerfen. Um einen Mantel mit noch besserem Verhalten, das frei ist von solchen Problemen, herzustellen, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, zwischen den aneinander angrenzenden Schichten gewünschtenfalls eine Zwischenschicht anzuordnen. Wenn Zwischenschichten 30, 32 zwischen den Schichten angeordnet sind, wie es in der Fig. 4a dargestellt ist, besitzt der Mantel eine Maximalzahl von beispielsweise fünf Schichten. Die Anwendung oder Nichtanwendung und auch der Ort der Anwendung von einer oder mehreren Zwischenschichten sollte unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren, wie der

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Wirtschaftlichkeit ausgewählt werden. Die Fig. 4b zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen vierschichtigen Mantels, bei dem die zweite Zwischenschicht 32 zwischen der zweiten Außenschicht 22 und der Innenschicht 24 angeordnet ist. Die Fig. 4c zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen vierschichtigen Mantels, bei dem die erste Innenschicht 30 zwischen der ersten Außenschicht 20 und der zweiten Außenschicht 2 2 angeordnet ist.

Im Fall des erfindungsgemäßen Mantels ist es im allgemeinen von Vorteil, die zweite Zwischenschicht 32 zwischen der zweiten Außenschicht 22 und der Innenschicht 24 anzuordnen .

Im folgenden seien spezifische Beispiele der Erfindung erläutert. Die in der Tabelle I angegebenen Materialien wurden für die erste Außenschicht, die zweite Außenschicht und die Innenschicht zur Bildung eines dreischichtigen Mantels mit einem Außendurchmesser von 1060 mm verwendet, der in der angegebenen Weise wärmebehandelt wurde. Das in der Tabelle II angegebene Material wurde zur Bildung der ersten Außenschicht, der zweiten Außenschicht, der zweiten Zwischenschicht und der Innenschicht bei der Bildung eines vierschichtigen Mantels gleichen Durchmessers verwendet. In allen Fällen wird die Härteverteilung des Mantels in radialer Richtung des Mantels unter Verwendung eines Shore-Härteprüfmeßgeräts gemessen. Die Fig. 7 bis 14 fassen die erhaltenen Meßergebnisse zusammen.

Weiterhin wurden die Mantel der Beispiele 3, 5, 7, 9, 11 und 13 im Hinblick auf Restspannungen untersucht, indem man tangential zu einer jeden Schicht ein Meßgerät anordnet und anschließend den Mantel radial abdreht. Die

35 Messung ergibt sich durch die Differenz zwischen den

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Spannungsmeßwerten, die vor und nach dem Drehen gemessen worden sind. Die Ergebnisse sind in der Tabelle III dargestellt, wo ein Minuszeichen eine Druckrestspannung und ein Pluszeichen für eine Zugrestspannung stehen. 5

Beispiell

Man verwendet graphithaltigen Adamit zur Bildung der ersten Außenschicht, Adamit zur Bildung der zweiten Außenschicht und Kugelgraphitstahlguß zur Bildung der Innenschicht. Die Härteverteilung ist in der Fig. 7 gezeigt.

Beispiel 2

Man verwendet graphithaltigen Adamit für die erste Außenschicht, Adamit für die zweite Außenschicht und Kugelgraphitguß für die Innenschicht. Die Härteverteilung ist in der Fig. 8 gezeigt.

20 Beispiel 3

Man bildet den Mantel in der in Beispiel 2 beschriebenen Weise.

25 B e i s ρ i c I- 4

Man verwendet Kugelgraphitguß für die Bildung der ersten Außenschicht, Adamit für die zweite Außenschicht und Kugelgraphitguß für die Innenschicht. Die Härteverteilung ist in der Fig. 9 gezeigt.

Beispiel 5

Man verwendet Kugelgraphitguß für die erste Außenschicht, Adamit für die zweite Außenschicht und Kugelgraphitstahl-

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guß für die Innenschicht. Die Härteverteilung ist in der Fig. 9 gezeigt.

Beispiel 6 5

Man verwendet Kugelgraphitguß für die erste Außenschicht, eine Eisenlegierung mit hohem Chrorngehalt für die zweite Außenschicht und Kugelgraphitstahlguß für die Innenschicht. Die Härteverteilung ist in der Fig. 10 dargestellt. 10

Beispiel 7

Man verwendet Kugelgraphitguß für die erste Außenschicht, eine Eisenlegierung mit hohem Chromgehalt für die zweite Außenschicht und Kugelgraphitguß für die Innenschicht. Die Härteverteilung ist in der Fig. 10 dargestellt.

Beispiele

Man verwendet graphithaltigen Adamit für die erste Außenschicht, eine Eisenlegierung mit hohem Chromgehalt für die zweite Außenschicht und Kugelgraphitstahlguß für die Innenschicht. Die Härteverteilung ist in der Fig. 11 gezeigt.

25 Beispiel 9

Man verwendet graphithaltigen Adamit für die erste Außenschicht, eine Eisenlegierung mit hohem Chromgehalt für die zweite Außenschicht und Kugelgraphitguß für die Innenschicht. Die Härteverteilung ist in der Fig. 11 gezeigt.

Beispiel 10

Man verwendet Adamit für die erste Außenschicht, Adamit für die zweite Außenschicht und Kugelgraphitguß für die Innen-

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schicht. Die Härteverteilung ist in der Fig. 12 wiedergegeben.

Beispiel 11 5

Man verwendet Adamit für die erste Außenschicht, Adamit für die zweite Außenschicht und Kugelgraphitstahlguß für die Innenschicht. Die Härteverteilung ist in der Fig."12 gezeigt.
10

Beispiel 12

Man verwendet Adamit für die erste Außenschicht, eine Eisenlegierung mit hohem Chromgehalt für die zweite Außenschicht und Kugelgraphitstahlguß für die Innenschicht. Die Härteverteilung ist in der Fig. 13 dargestellt.

Beispiel 13

Man verwendet Adamit für die erste Außenschicht, eine Eisenlegierung mit hohem Chromgehalt für die zweite Außenschicht und Kugelgraphitguß für die Innenschicht. Die Härtoverteilung ist in der Fig. 13 dargestellt.

25 Beispiel 14

Man verwendet graphithaltigen Adamit für die erste Außenschicht, eine Eisenlegierung mit hohem Chromgehalt für die zweite Außenschicht und Kugelgraphitstahlguß für die Innenschicht. Die in der Tabelle II angegebene Eisenlegierung wird weiterhin zur Bildung der zweiten Zwischenschicht verwendet. Die Härteverteilung ist in der Fig. 14 wiedergegeben.

TABELLE I

Bei	Erste Außenschicht	Dicke	C	Si	Mn	Chemische	S	Zusammensetzung	1	Cr	Mo	(	Gew.-%	0,62	,052 -
spiel Nr.	Zweite Außen schicht	(itm)	2,82	1,02	0,83	P	0,016	Ni	2	,01	0,73		Mg Al Zr Nb V	_
	Innenschicht	80	2,38	0,71	0,97	0,012	0,031	0,38	0	,38	0,91		_	0,026 0,031 - 0,86
1	Erste Außen schicht	130	1,55	1,62	0,58	0,038	0,009	1,92	0	,41	0,28		_	,048 _ - - -
	Zweite Außen schicht	80	2,12	0,72	0,58	0,021	0,048	0,62	5	,62	0,39		_____	,071 -
	Innenschicht	60	2,86	0,36	0,50	0,012	0,008	2,38	2	,32	0,63		0,030	0,042 0,021 - 0,80
2	Erste Außen schicht	150	3,28	1,82	0,41	0,052	0,005	0,76	1	,03	0,15		,045 - -
	Zweite Außen schicht	70	2,91	1,82	1,26	0,078	0,015	1,59	0	,76	1,29	0
	Innenschicht	40	1,99	1,23	1,38	0,038	0,036	0,62	0	,93	2,20
3	Erste Außen schicht	140	3,68	2,62	0,86	0,041	0,010	3,23	0	,31	0,51
	Zweite Außen schicht	100	3,02	1,30	0,92	0,018	0,021	0,28	0	,91	1,38	0
	Innenschicht	60	2,03	0,51	0,61	0,078	0,011	2,55	0	,78	0,73	0
4	140	3,58	2,33	0,34	0,032	0,002	0,72	,19	0,41
	80			0,072	1,01	0

TABELLE I (Fortsetzung)

Bei spiel Nr.	Erste Außen schicht Zweite Außen schicht Innenschicht	Dicke (mm)	Chemische.Zusammensetzung ( Gew.-%) C Si Mn P S Ni Cr Mo Mg Al Zr Nb V
5	Erste Außen schicht Zweite Außen schicht Innenschicht	50 130 100	3,60 2,03 0,29 0,018 0,004 0,98 0,29 0,38 0,049 - 2,88 1,20 1,28 0,051 0,062 3,03 4,87 1,98 - - - . 1,55 1,88 0,80 0,026 0,009 0,88 0,58 0,62 - - -
6	Erste Außen schicht Zweite Außen schicht Innenschicht	60 150 70	2,96 1,28 0,92 0,086 0,020 2,48 0,90 1,62 0,048 - 3,10 0,58 0,52 0,012 0,042 3,00 18,36 1,92 - 0,86 0,62 1,38 1,92 0,81 0,042 0,009 0,72 2,52 0,91 - - 0,013
7	Erste Außen schicht Zweite Außen schicht Innenschicht	40 140 100	3,58 2,23 0,38 0,020 0,008 0,48 0,23 0,40 0,073 - - 2,12 1,03 1,28 0,053 0,012 0,72 9,63 0,58 - 0,042 3,52 2,38 0,39 0,032 0,004 0,36 2,01 0,23 0,052
8	70 140 70	2,86 0,78 1,40 0,081 0,062 0,49 0,88 0,40 3,00 1,33 1,09 0,049 0,032 0,69 17,73 0,68 1,42 1,66 0,39 0,053 0,042 0,32 2,53 0,28 - - - -

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TABELLE I (Fortsetzung

Bei spiel Nr.	Erste Außen schicht Zweite Außen schicht Innenschicht	Dicke (ntn)	Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) C Si Mn P S Ni Cr Mo Mg Al Zr Ni V
9	Erste Außen schicht Zweite Außen schicht Innenschicht	70 110 100	2,08 2,04 0,58 0,040 0,009 2,28 1,49 1,32 - - 0,058 2,19 0,49 0,50 0,070 0,013 3,00 10,20 2,09 - - 0,029 0,60 3,49 2,79 0,42 0,053 0,004 1,02 2,04 0,58 0,060 -
10	Erste Außen schicht Zweite Außen schicht Innenschicht	60 130 90	2,38 0,31 1,08 0,062 0,013 0,76 0,92 0,48 - 0,032 0,028 2,73 0,42 1,23 0,032 0,041 3,03 5,03 2,00 - 0,68 3,59 2,18 0,49 0,032 0,006 0,96 0,49 0,19 0,055 -
11	Erste Außen schicht Zweite Außen schicht Innenschicht	60 140 80	2,72 1,23 0,50 0,012 0,041 2,03 3,21 1,48 - 0,62 1,98 1,25 0,60 0,018 0,012 0,78 0,88 0,72 - - 0,052 1,53 1,90 0,38 0,042 0,036 0,20 0,28 0,16 - - 0,013
12	70 130 80	2,28 1,23 1,38 0,068 0,042 0,38 3,62 1,58 - 0,016 0,041 - 0,70 3,01 0,41 1,28 0,012 0,038 3,08 19,60 0,60 - 1,60 1,58 0,42 0,019 0,012 0,68 2,11 0,32 -

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OO

TABELLE I (Fortsetzung)

Bei spiel Nr.	Erste Außen schicht	Dicke (mn)	2	C	0	Si	0	Mn	Chemische P S	,018	0	,016	Zusammensetzung Ni Cr Mo	,80	0,80	0	,36	(Gew.-%) Mg Al	-	0,073	Zr	Nb ν
	Zweite Außen schicht	50	2	,86	1	,26	0	,50	0	,032	0	,028	1	,72	10,32	2	,12	_	-	-
13	Innenschicht	110	3	,23	2	,32	0	,53	0	,078	0	,012	0	,02	1,58	0	,58	0,018	0,79
	120	,48	,32	,60	0	1	-	-

(Rest im wesentlichen Fe und herstellungsbedingte unvermeidbare
Verunreinigungen)

J/c.fcr ο n·

TABELLE II

Bei	Erste Außen schicht	Dicke	C	Si	Mn	Chemische	S	Zusammensetzung	Cr	Mo	(Gew.-%	)	Al	0	Zr Nb	V
spiel Nr.	Zweite Außen schicht	(nm)	2,40	1,20	0,88	P	0,008	Ni	0,76	0,58	Mg		,018	0	-	-
	Zweite Zwi schenschicht	50	2,88	0,49	0,66	0,061	0,031	1,20	13,42	1,02	-	0	-		,015	0,64
14	Innenschicht	130	2,22	0,51	0,40	0,005	0,021	2,46	0,20	0,10	-		-		,021	-
	25	1,40	1,80	0,36	0,050	0,006	0,14	0,12	0,24	-		,020	-	-
	75			0,068	0,12	-	0

(Rest im wesentlichen Fe und herstellungsbedingte unvermeidbare Verunreinigungen)

-P--CO OO

Kl>botQ

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER

- 51 -

Beispiel
Nr.

TABELLE III

Restspannung tangential zu den folgenden Meßpunkten

(kg/mm ²)

Meßpunkt Durch- Meßpunkt Durch" Meßpunkt Durchmesser 1060 mm messer 760 mm messer 480 mm

15 11
13

-5,2 -3,2 -3,6 -5,3 -4,8 -2,3

-0,3
-0,8
-0,8
-3,6
-2,9
-1,6

+ 6,3 +8,6 + 5,9 +6,4 + 9,6 +7,3

25

30

35

Beispielsweise zeigt das Beispiel 7 einen deutlichen Unterschied in der Härte zwischen dem Kugelgraphitguß der ersten Außenschicht und dem Kugelgraphitguß der Innenschicht trotz eines geringen Zusammensetzungsunterschieds, was darauf zurückzuführen ist, daß die erste Außenschicht durch den direkten Kontakt mit der Schleudergußform mit großer Geschwindigkeit abgekühlt wird, während die Innenschicht thermisch durch die zweite Außenschicht beeinflußt wird und damit mit geringer Geschwindigkeit abgekühlt wird.

Wie oben im einzelnen ausgeführt ist, umfaßt die Erfindung einen Mantel für Walzen zum Walzen von Η-Profilstahl etc., insbesondere für Mantelwalzen für die Horizontalwalzenständer von Universalwalzwerken, bei denen die mit dem zu walzenden Material in Kontakt gebrachte Arbeitsschicht und die zähe Innenschicht aus verschiedenen Materialien bestehen,

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER

Kubota Ltd*. ··

.* : : Nippon S-€e<jr.o^:o / / ο ο ο :: : ·ρ6-4 : * : - -3244328

- 52 -

wobei die Arbeitsschicht zwei Schichten, nämlich eine erste Außenschicht aus einem Material mit hohem Haftwiderstand, und eine zweite Außenschicht aus einem Material mit hoher Verschleißfestigkeit umfaßt, so daß in verschiedenen Bereichen die verschiedenen notwendigen Eigenschaften vorliegen. Demzufolge ist der stegbildende Bereich des Mantels gegen das Anhaften beständig, während die flankenbildenden Bereiche verschleißfest sind und die Innenschicht die notwendige Zähigkeit ergibt. Demzufolge sind die erfindungsgemäßen Walzen frei von den Haftproblemen während des Walzens, zeigen eine wesentlich verminderte lokale Abnützung und neigen auch nicht zum Brechen oder ähnlichen mechanischen Beschädigungen.

Wenngleich Kugelgraphitstahlguß oder Kugelgraphitguß als Material für die Innenschicht verwendet wird, zeigen diese Materialien eine außergewöhnliche Bruchfestigkeit. Insbesondere besitzt Kugelgraphitstahlguß mit hoher Zähigkeit eine Zugfestigkeit von 60 bis 70 kg/mm² und eine Dehnung von 1,0 bis 4,0 %. Andererseits besitzt Kugelgraphitguß, der eine etwas geringere Zähigkeit als der Stahlguß besitzt, eine Zugfestigkeit von 50 bis 60 kg/mm² und eine Dehnung von 0,5 bis 2,0 %, besitzt jedoch,den Vorteil, daß er ohne weiteres bei niedrigen Temperaturen von Restspannungen befreit werden kann. Wenn der Guß in üblicher Weise hergestellt wird, betragen dessen Restspannungen (Restzugspannungen tangential zur Schrumpfsitzoberfläche) lediglich etwa 60 % der Spannungen des Kugelgraphitstahlgusses .

Leerseite

Claims (22)

PATENTANWÄLTE TER MEER-MÜLL E R-S TE SN ME S STE R Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the Europoan Patent Office Mandatalree agrees pros !'Office european des brovota Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister T%t£S£Z Μϋ"ΘΓ Artur-Ladebeck-Strasse tM/cb D-8OOO MÖNCHEN 22 D-480O BIELEFELD Case P6-4 30. November 1982 KUBOTA LTD. 2-47, Shikitsuhigashi 1-chome Naniwa-ku, Osaka, Japan und NIPPON STEEL CORPORATION 6-3, Otemachi 2-chome Chiyoda-ku, Tokyo, Japan Verbundmantel für Walzen für das Heißwalzen von Η-Profil stahl und U-Profilstahl Priorität: 01. Dezember 1981, Japan, Nr. SHO.56-193818 01. Dezember 1981, Japan, Nr. SHO.56-193819 01. Dezember 1981, Japan, Nr. SHO.56-193820 01. Dezember 1981, Japan, Nr. SHO.56-193821 01. Dezember 1981, Japan, Nr. SHO.56-193822 01. Dezember 1981, Japan, Nr. SHO.56-193823 Patentansprüche

1.J Verbundmantel für Walzen für das Heißwalzen von H-5 Profilstahl und U-Profilstahl, bei dem die Arbeitsschicht, die mit dem zu walzenden Material in Kontakt gebracht wird, und die Innenschicht, die mit dem Material nicht in Kontakt kommt, aus verschiedenen Materialien gefertigt sind, da-

"[':": "' ** Nippon'.Steel ...

TER MEER - MÜLLER · STEINMErST^·" ·^:· ··· "* ··" J £ 4 4 J Z

durch gekennzeichnet, daß die Arbeitsschicht eine erste Außenschicht (20) aus einem Material mit hohem Haftwiderstand und eine zweite Außenschicht (22) aus einem Material mit hoher Verschleißfestigkeit aufweist und die Innenschicht (24) aus einem Material mit hoher Zähigkeit besteht und daß die erste Außenschicht (20) die zweite Außenschicht (22) und die zweite Außenschicht (22) die Innenschicht (24) bedecken und die ersten und zweiten Außenschichten (20, 22) und die Innenschicht (24) durch Verschmelzen an den Grenzflächen zwischen den aneinander angrenzenden Schichten miteinander verbunden sind.

2. Mantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Außenschicht (20) aus graphithaltigem Adamit oder Kugelgraphitguß oder Adamit, die zweite Außenschicht (22) aus Adamit oder einer Eisenlegierung mit hohem Chromgehalt und die Innenschicht (24) aus Kugelgraphitstahlguß oder Kugelgraphitguß bestehen.

3. Mantel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der graphithaltige Adamit zur Bildung der ersten Außenschicht (20) die folgenden Bestandteile in den folgenden Mengenverhältnissen in Ge-

25 wichtsprozent enthält:

C 2,0 bis 3,2 %,

Si 0,6 bis 2,5 %,

Mn 0,4 bis 1,5 %,

0 < Ni = 2,5 %, 30 Cr 0,5 bis 2,0 % und Cr < 1,5 Si %,

Mo 0,2 bis 2,0 % und

bis zu 0,1 % P, bis zu 0,1 % S und andere,

herstellungsbedingte Verunreinigungen,

Rest im wesentlichen Eisen. 35

BAD

. Kuhota. Ltd.

TER MEER · MÜLLER · STEINMEfSTER- ··· ··· Ρ6«4 ·» ·· ^ £ ty H ,5 £ Q

4. Mantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ι daß der graphithaltige Adamit zur Bildung der ersten Außenschicht (20) weiterhin einen oder mindestens zwei der Bestandteile Ti, Al und Zr in

5 einer Gesamtmenge von bis zu 0,1 Gew.-% enthält.

5. Mantel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kugelgraphitguß zur Bildung der ersten Außenschicht (20) die folgenden Bestandteile in den folgenden Mengenverhältnissen in Gewichtsprozent enthält:

C 2,8 bis 3,8 %,

Si 1,2 bis 3,0 %,

Mn 0,2 bis 1,0%, 15 0 < Ni = 3,0 %,

Cr 0,1 bis 1,0 %,

Mo 0,2 bis 2,0 %,

Mg 0,02 bis 0,1 % und

bis zu 0,1 % P, bis zu 0,04 % S und andere herstellungsbedingte Verunreinigungen, Rest im we

sentlichen Fe. '

6. Mantel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelgraphitguß zur BiI- dung der ersten Außenschicht (20) weiterhin Seltene Erdelemente in einer Gesamtmenge von bis zu 0,05 Gew.-% enthält.

7. Mantel nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeichnet , daß der Adamit zur Bildung der ersten Außenschicht (20) die folgenden Bestandteile in den folgenden Mengenverhältnissen in Gewichtsprozent enthält:

C 2,2 bis 3,0 %,

Si 0,2 bis 1,5 %,

35 Mn 0,4 bis 1,5 %,

TER MEER · MÜLLER · STEINMEI^TER.'

J. IjCU ,

·: Nip^cfn Steel . . .

0 < Ni = 2,5 %,

Cr 0,5 bis 4,0 % und Cr = 1,5 Si %,
Mo 0,2 bis 2,0 % und
bis zu 0,1 % P, bis zu 0,1 % S und andere
herstellungsbedingte Verunreinigungen,

Rest im wesentlichen Fe.

8. Mantel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ädamit zur Bildung der ersten Außenschicht (20) weiterhin einen oder mindestens zwei der Bestandteile Ti, Al und Zr in einer Gesamtmenge von bis zu 0,1 Gew.-% enthält.

9. Mantel nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e kennzeichnet, daß der Adamit zur Bildung der ersten Außenschicht (20) weiterhin Nb und/oder V in Mengen von 0 < Nb = 1,0 Gew.-% bzw. 0 < V = 1,0 Gew.-% enthält.

10. Mantel nach Anspruch 2, dadurch g e -

kennzeichnet, daß der Adamit zur Bildung der zweiten Außehschicht (22) die folgenden Bestandteile in
den folgenden Mengenverhältnissen in Gewichtsprozent enthält:

C 1,8 bis 3,0 %, 25 Si 0,2 bis 1,5 %,

Mn 0,4 bis 1,5 %, Ni 0,5 bis 3,5 %, Cr 0,5 bis 6,0 %, Mo 0,5 bis 2,5 % und

bis zu 0,1 % P, bis zu 0,1 % S und andere

herstellungsbedingte Verunreinigungen,
Rest im wesentlichen Fe.

11. Mantel nach Anspruch 10, dadurch g e kennzeichnet, daß der Adamit zur Bildung der

■".;:. I ί Nippon·"Steel _r TER MEER -MÜLLER · STEINMEIiiTE&." >·' ··· PÖ»-4* ····

zweiten Außenschicht (22) zusätzlich einen oder mindestens zwei der Bestandteile Ti, Al und Zr in einer Gesamtmenge von bis zu 0,1 Gew.-% enthält.

12. Mantel nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Adamit zur Bildung der zweiten .Außenschicht (22) zusätzlich Nb und/oder V in einer Menge-von 0 < Nb = 1,0 Gew.-% bzw. 0 < V = 1,0 Gew.-% enthält.
10

13. Mantel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Eisenlegierung mit hohem Chromgehalt zur Bildung der zweiten Außenschicht (22) die folgenden Bestandteile in den folgenden Mengenverhält-

15 nissen in Gewichtsprozent enthält:

C 2,0 bis 3,2 %,

Si 0,3 bis 1,5 %,

Mn 0,4 bis 1,5 %", ■

Ni 0,5 bis 3,5 %, 20 Cr 8,0 bis 25,0 %,

Mo 0,5 bis 2,5 % und

bis zu 0,1 % P, bis zu 0,1 % S und andere

herstellungsbedingte Verunreinigungen,

Rest, im wesentlichen Fe. 25

14. Mantel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenlegierung mit hohem Chromgehalt zur Bildung der zweiten Außenschicht (22) zusätzlich einen oder mindestens zwei der Bestandteile Ti, Al und Zr in einer Gesamtmenge von bis zu 0,1 Gew.-% enthält.

15. Mantel nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Eisenlegierung mit hohem Chromgehalt zur Bildung der zweiten Außenschicht (22)

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i· "St eel. TER MEER · MÜLLER · STEINMEI^TER.' >'■

zusätzlich Nb und/oder V in Mengen von O < Nb = 1,0 Gew.-% bzw. 0 < V = 1,0 Gew.-% enthält.

16. Mantel nach Anspruch 2, dadurch g e -

5 kennzeichnet, daß der Kugelgraphitstahlguß zur Bildung der Innenschicht (24) die folgenden Bestandteile in den folgenden Mengenverhältnissen in Gewichtsprozent enthält:

C . 1,0 bis 2,0 %, Si 0,6 bis 3,0 %,

Mn 0,2 bis 1,0 %, Ni 0,1 bis 2,0 %, Cr 0,1 bis 3,0 %, Mo 0,1 bis 1,0 % und bis zu 0,1 % P, bis zu 0,1 % S und andere

herstellungsbedxngte Verunreinigungen, Rest im wesentlichen Fe.

17. Mantel nach Anspruch 16, dadurch ge-20 kennzeichnet, daß der Kugelgraphitstahlguß zur Bildung der Innenschicht (24) zusätzlich einen oder mindestens zwei der Bestandteile Ti, Al und Zr in einer Gesamtmenge von bis zu 0,1 Gew.-% enthält.

25

18. Mantel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelgraphitguß zur Bildung der Innenschicht (24) die folgenden Bestandteile in den folgenden Mengenverhältnissen in Gewichtsprozent enthält:

C 2,8 bis 3,8 %, Si 1,5 bis 3,2 %, Mn 0,3 bis 1,0 %, 0 < Ni = 2,0 %,
0 < Cr = 3,0 %,
0<Mo^0,6%,

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Mg 0,02 bis 0,1 % und

bis zu 0,1 % P, bis zu 0,03 % S und andere,

herstellungsbedingte Verunreinigungen, Rest

im wesentlichen Fe. ·

19- Mantel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß der Kugelgraphitguß zur Bildung der Innenschicht (24) zusätzlich Seltene Erdele- · mente in einer Gesamtmenge von bis zu 0,05 Gew.-% enthält.

20. Mantel nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine erste Zwischenschicht (30) zwischen der ersten Außenschicht (20) und der zweiten Außenschicht (22) angeordnet ist, wobei die erste Außenschicht (20) die erste Zwischenschicht (30), die erste Zwischenschicht (30) die zweite Außenschicht (22) und die zweite Außenschicht (22) die Innenschicht (24) bedecken und die erste Außenschicht (20), die erste Zwischenschicht (30), die zweite Außenschicht (22) und die Innenschicht (24) durch Verschmelzen an den Grenzflächen zwischen den aneinander angrenzenden Schichten miteinander verbunden sind.

21. Mantel nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Zwischenschicht (32) zwischen der zweiten Außenschicht (22) und der Innenschicht (24) angeordnet ist, wobei die erste Außenschicht (20) die zweite Außenschieht (22), die zweite Außenschieht (22) die zweite Zwischenschicht (32) und die zweite Zwischenschicht (32) die Innenschicht (24) bedecken und die erste Außenschieht (20), die zweite Außenschieht (22), die zweite Zwischenschicht (32) und die Innenschicht (24) durch Verschmelzen an den Grenzflächen zwischen den aneinander angrenzenden Schichten mit-

. ^- Kubqt.a*Jjt:a.

\ · : . *: : ty i,p|ion. Steel

TER MEER . MÜLLER ■ STEINMEI^fER. * ·^:· ·^:· ^pe>~-*^# ··"··

8 -

einander verbunden sind.

22. Mantel nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Zwischenschichten (30, 32) zwischen der ersten Außenschicht (20) und der zweiten Außenschicht (22) bzw. zwischen der zweiten Außenschicht (22) und der Innenschicht (24) unabhängig voneinander angeordnet sind, wobei die erste Außenschicht (20) die erste Zwischenschicht (30), die erste Zwischenschicht (30) die zweite Außenschicht (22), die zweite Außenschicht (22) die zweite Zwischenschicht (32) und die zweite Zwischenschicht (32) die Innenschicht (24) bedecken und die erste Außenschicht (20), die erste Zwischenschicht (30), die zweite Außenschicht (22), die zweite Zwischenschicht (32) und die Innenschicht (24) durch Verschmelzen an den Grenzflächen zwischen den aneinander angrenzenden Schichten miteinander verbunden sind.