DE102005061134A1

DE102005061134A1 - Bauteil eines Stahlwerks, wie Stranggussanlage oder Walzwerk, Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils sowie Anlage zur Erzeugung oder Verarbeitung von metallischen Halbzeugen

Info

Publication number: DE102005061134A1
Application number: DE102005061134A
Authority: DE
Inventors: Thomas SÖNTGEN; Robert Wagner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-06-21
Also published as: EP1965939A1; KR20080089388A; RU2008129672A; CA2633474C; US20080257521A1; BRPI0620098A2; WO2007071493A1; CN101340992A; US8104530B2; CA2633474A1

Abstract

Um bei hochbelasteten Bauteilen (6, 8, 12, 14, 24, 26, 34) eines Stahlwerks deren Standzeit und Lebensdauer zu erhöhen, ist eine elektrolytisch aufgebrachte Beschichtung (38) aus einem duktilen metallischen Grundwerkstoff (39), insbesondere Nickel oder eine Nickellegierung, mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln (40), insbesondere Borcarbidpartikeln, vorgesehen. Durch diese Maßnahme ist eine hohe Beständigkeit gegen Korrosion, eine gute thermische Leitfähigkeit und zugleich eine hohe mechanische Belastbarkeit erreicht.

Description

Bauteil eines Stahlwerks, wie Stranggussanlage oder Walzwerk, Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils sowie Anlage zur Erzeugung oder Verarbeitung von metallischen Halbzeugen.
Die Erfindung betrifft ein Bauteil einer Stranggussanlage, wie beispielsweise eine Kokille, ein so genanntes Segment oder eine Transportrolle. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Bauteil eines Walzwerkes, wie beispielsweise Walzen, insbesondere Arbeitswalzen oder auch Stützwalzen einer Walzstraße. Allgemein betrifft die Erfindung daher ein Bauteil eines Stahlwerks sowie ein Verfahren zur Herstellung des Bauteils. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage, insbesondere Stranggussanlage zur Erzeugung von metallischen Halbzeugen aus einer Schmelze oder auch eine Anlage zur Verarbeitung von derartigen metallischen Halbzeugen, insbesondere ein Walzwerk.

Mit dem Begriff "Stahlwerk" wird demnach hier allgemein sowohl die Anlage zur Erzeugung des Halbzeugs aus einer Schmelze als auch die Anlage zum Verarbeiten des Halbzeugs bezeichnet. Der Begriff "Stahlwerk" ist hierbei nicht einengend auf Stahl-verarbeitende Anlagen auszulegen, in denen lediglich Stahl erzeugt und verarbeitet wird. Vielmehr werden hierunter auch Anlagen verstanden, in denen andere Metalle verarbeitet werden.

In einer Stranggussanlage wird eine Metallschmelze über eine Gießpfanne kontinuierlich in und durch eine so genannte Kokille gegossen, beispielsweise eine Plattenkokille oder auch eine Rohrkokille. Im Anschluss an die Kokille wird der schmelzflüssige Metallstrang mit Hilfe von so genannten Segmenten geführt und gleichzeitig gekühlt, bis der Metallstrang erstarrt ist. Durch ein Abtrennen werden beispielsweise so genannte Brammen, Vorblöcke oder Knüppel erhalten. Aus den Brammen werden beispielsweise durch Auswalzen zunächst in einer Warmwalzstraße und anschließendem Kaltwalzen Bleche er zeugt. Das Warmwalzen kann hierbei sowohl unmittelbar im Anschluss an das Stranggießen erfolgen oder auch zu einem späteren Zeitpunkt und an einem anderen Ort.

Bei einem derartigen Stahlwerk sind die Bauteile, die mit dem zu verarbeitenden Metall, beispielsweise der zähflüssigen Schmelze oder auch der erstarrten Schmelze, in Kontakt kommen, einer sehr hohen Beanspruchung ausgesetzt. Aufgrund der sehr hohen Temperaturen ist dies eine sehr hohe thermische Wechselbeanspruchung. Zugleich sind diese Bauteile auch einer erheblichen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt. Insbesondere die Walzen in einem Walzwerk müssen erhebliche mechanische Kräfte aufbringen. Bei der Behandlung der Schmelze in einer Stranggussanlage sind die Bauteile zudem einer hochkorrosiven Umgebung ausgesetzt, da für die Schmelze korrosive Flussmittel verwendet werden und zugleich zur Kühlung der Schmelze Wasser herangezogen wird.

Aufgrund dieser erheblichen Belastungen weisen diese Bauteile nur eine begrenzte Lebensdauer auf und müssen regelmäßig ausgetauscht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Standzeit und damit die Lebensdauer derartiger Bauteile zu erhöhen, um insgesamt einen kostengünstigeren Betrieb eines Stahlwerks zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, dass das Bauteil einen Grundkörper aufweist, auf den eine Beschichtung aus einem duktilen metallischen Grundwerkstoff als Matrix mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln aufgebracht ist.

Unter duktilem metallischen Grundwerkstoff wird hierbei ein vergleichsweise weicher metallischer Grundwerkstoff verstanden, der eine Vickers-Härte von maximal etwa 180-230 HV_o1 aufweist. Die Härtebestimmung nach Vickers ist der 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.

Durch die Kombination eines duktilen Werkstoffes mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln werden die Bauteile 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, was aufgrund der starken korrosiven Umgebung schnell zu einer unerwünschten starken Korrosion führen würde. Auch 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 Lebensdauer erreicht ist.

Zweckdienlicherweise wird als Grundwerkstoff Nickel oder eine Nickellegierung verwendet. Der besondere Vorteil der Nickelbeschichtung für derartige Bauteile ist in der sehr hohen Dichtheit der Nickelbeschichtung zu sehen, wodurch das Bauteil sehr effektiv vor Korrosion geschützt wird. Zugleich weist Nickel eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, so dass über diese Beschichtung auch ein guter gesteuerter Wärmefluss ermöglicht wird.

Zweckdienlicherweise ist die Beschichtung hierbei derart ausgebildet, dass die Nickel-Matrix eine Oberfläche definiert, über die die Hartstoffpartikel zumindest im mikroskopischen Bereich überstehen. Aufgrund dieser Ausgestaltung erfolgt der tatsächliche mechanische Kontakt über die harten und abriebfesten Hartstoffpartikel und nicht über die vergleichsweise weiche Nickelmatrixbeschichtung.

Bei der Verwendung einer Nickellegierung für den Grundwerkstoff oder die Grundmatrix liegt der Nickelanteil 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.

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 5 und 30 Vol%.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Hartstoffpartikel vorzugsweise eine Größe im nanoskaligen Bereich, beispielsweise im Bereich zwischen 50 und 1.000 nm oder alternativ auch im µm-Bereich, beispielsweise im Bereich von 1 und 500 µm, aufweisen. Die Verwendung wahlweise von Nano-Hartstoffpartikeln oder Mikro-Hartstoffpartikeln hängt von der jeweiligen Anwendung und dem Einsatzzweck bzw. den mechanischen Anforderungen ab.

Als Hartstoffpartikel werden hierbei vorzugsweise Borcarbidpartikel, Wolframcarbidpartikel oder Diamantpartikel eingesetzt. Es werden also insbesondere auch keramische Partikel wie die Borcarbidpartikel eingesetzt, die sich durch ihre extrem hohe Härte auszeichnen.

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 Anforderungen besonders genügt.

Um eine qualitativ hochwertige, gut und dauerhaft haftende Beschichtung auszubilden, ist die Beschichtung zweckdienlicherweise elektrolytisch aufgebracht. Zur Ausbildung der Beschichtung wird daher 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 Nickelelektrode zu dem zu beschichtenden Bauteil wandern und sich dort gemeinsam mit den die Matrix bildenden Nickelionen ablagert.

Für Bauteile, die einer extrem hohen mechanischen Belastung ausgesetzt sind, ist in einer zweckdienlichen Weiterbildung 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. Insbesondere wird eine Diamantbeschichtung aufgetragen. Eine derartige Diamantbeschichtung insbesondere in Kombination mit der darunter liegenden Nickel- oder Nickellegierungsbeschichtung weist eine extrem hohe Dichtheit, eine sehr gute thermische Leitfähigkeit, eine extrem hohe Härte und einen sehr geringen Abrieb auf. Durch eine derartige Beschichtung können die Standzeiten beispielsweise von Arbeitswalzen in einer Warmwalzanlage um deutlich mehr als das Zehnfache im Vergleich zu einem mit Hartchrom beschichteten Bauteil erhöht werden.

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 Diamantschicht 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.

Die spezielle Art und Ausgestaltung der Beschichtung bzw. wahlweise des Beschichtungssystems mit der Diamantbeschichtung, hängt von dem jeweiligen Anwendungsfall ab.

Als zu beschichtendes Bauteil ist zum einen vorzugsweise ein so genanntes Segment einer Stranggussanlage vorgesehen. Bei einer Stranggussanlage schließen sich an eine Kokille eine Vielzahl von derartigen Segmenten an, die zur Führung des Schmelzstranges dienen. Die Segmente sind hierbei vergleichsweise komplexe Bauteile, die ein Traggestell aufweisen, an dem eine Vielzahl von Transport- oder Führungsrollen für den Schmelzstrang angeordnet sind. Üblicherweise sind hierbei die Transportrollen über Hydraulikzylinder in ihrer Position einstellbar. Die mechanischen Bauteile der Segmente sind zwar geringeren mechanischen Belastungen, dafür aber sehr hohen thermischen und sehr hohen korrosiven Belastungen ausgesetzt. Die den Segmenten zuzuordnenden Transportrollen sind zusätzlich einer höheren mechanischen Belastung ausgesetzt, auch wenn die Belastung im Vergleich zu der mechanischen Belastung von Arbeitswalzen einer Warm- oder Kaltwalzstraße deutlich geringer ist.

Im Hinblick auf diese Anforderungen liegen daher die verwendeten Hartstoffpartikel im mikrokristallinen Bereich und des Weiteren beträgt ihr Anteil bei einer Transportrolle oder einem Segment lediglich etwa bis 15 Vol%. Im Hinblick auf die höhere Belastung der Transportrollen im Vergleich zu dem restlichen Segment weisen die Transportrollen zweckdienlicherweise einen höheren Anteil an Hartstoffpartikeln auf. Da die Transportrollen üblicherweise am Segment befestigt werden, können sie zuvor problemlos in einem separaten Beschichtungsvorgang mit der gewünschten Beschichtung versehen werden.

Da sich die Belastung in Abhängigkeit von der Entfernung der Kokille verändert, ist weiterhin zweckdienlicherweise vorgesehen, dass die kokillennahen Segmente und/oder Transportrollen eine andere Beschichtung aufweisen als die kokillenfernen Segmente und/oder Transportrollen. Insbesondere nimmt der Anteil der Hartstoffpartikel zu den kokillenfernen Segmenten wegen der zunehmenden mechanischen Beanspruchung zu.

Ein weiteres bevorzugtes Bauteil, welches mit der Beschichtung versehen wird, ist eine Walze, insbesondere eine Arbeitswalze einer Warmwalz- oder Kaltwalzanlage. Daneben werden bevorzugt aber auch weitere Walzen einer Walzanlage, beispielsweise Stützwalzen mit einer derartigen gegebenenfalls speziell an die Anforderungen angepassten Beschichtung versehen. Da mit den Walzen eine definierte und insbesondere glatte Oberfläche des gewalzten Halbzeugs, beispielsweise Blech, angestrebt wird, liegt die Größe der Hartstoffpartikel für die Walze vorzugsweise im Nanometerbereich. Der Anteil der Hartstoffpartikel liegt aufgrund der hohen mechanischen Belastung hierbei zweckdienlicherweise zwischen 15 und 25 Vol%.

Für die Stützwalzen werden demgegenüber bevorzugt Hartstoffpartikel im Mikrometerbereich verwendet, da die Stützrollen nicht mit dem zu verarbeitenden Halbzeug in Kontakt kommen und sie somit keine Auswirkung auf die Oberflächenqualität des fertigen Werkstücks haben. Falls es die spezielle Art der Anwendung erfordert, werden auch für die Stützwalzen nanoskalige Hartstoffpartikel verwendet.

Im Hinblick auf die hohe mechanische Belastung ist die Walze hierbei gemäß einer bevorzugten Weiterbildung mit einer Diamantbeschichtung versehen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 23 sowie durch eine Anlage zur Erzeugung oder Verarbeitung von metallischen Halbzeugen gemäß Anspruch 24. Die im Hinblick auf das Bauteil angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren und die Anlage zu übertragen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen und stark vereinfachten Darstellungen:
1 eine Darstellung eines Stahlwerks mit einer Stranggussanlage mit sich anschließender Warmwalzanlage und Kaltwalzanlage,
2 ein vereinfachtes Schnittbild durch ein Bauteil, welches ausschließlich mit der Grundbeschichtung versehen ist, sowie
3 ein vereinfachtes Schnittbild durch ein Bauteil, welches mit einem Schichtensystem, bestehend aus einer Grundbeschichtung und einer Diamantbeschichtung versehen ist.
In den einzelnen Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Erzeugung eines metallischen Halbzeugs, wie beispielsweise eine Bramme 2, erfolgt mit Hilfe einer Stranggussanlage 4 in einem kontinuierlichen Verfahren. Hierbei wird die zähflüssige Schmelze mit Hilfe einer hier nicht näher dargestellten Gießpfanne in eine Kokille 6 eingegossen, die sich beispielsweise aus mehreren Kokillenplatten 8 zusammensetzt. Nach Durchfließen der Kokille 6 wird der hier gestrichelt dargestellte Schmelzstrang 10 mit Hilfe von so genannten Segmenten 12 umgelenkt und geführt. Die Segmente 12 weisen je weils mehrere Transportrollen 14 auf. In der Zeichnung sind nur einige der Segmente 12 und zudem stark vereinfacht dargestellt. Die Segmente 12 sind komplexe Bauteile und weisen ein Traggerüst 16 auf, mit dem die Transportrollen 14 verbunden sind. Die Transportrollen 14 werden hierbei insbesondere mit Hilfe von Zylindern 18 in eine definierte Position gegen den Schmelzstrang 10 gepresst. Im Bereich der Segmente 12 wird der Schmelzstrang 10 intensiv gekühlt, so dass er allmählich erstarrt. Der erstarrte Schmelzstrang 10 wird anschließend mit Hilfe einer Schneideinrichtung 20 in die sogenannten Brammen 2 unterteilt.
Diese werden anschließend zur Weiterverarbeitung einer Warmwalzstraße 22 zugeführt, in der die beispielsweise 25 cm starken Brammen 2 auf eine Dicke von wenigen Millimetern bei hohen Temperaturen materialabhängig von beispielsweise bis annähernd 1000°C gewalzt werden. Hierzu werden die Brammen 2 zwischen zwei Arbeitswalzen 24 umgeformt. Die Arbeitswalzen 24 werden hierbei mittels Stützwalzen 26 gegen die Oberfläche der Bramme 2 gepresst.
Nachfolgend zu der Warmwalzstraße 22 wird das so erhaltene Metallblech 28, welches auf eine Rolle 30 aufgerollt wird, in einer Kaltwalzstraße 32 üblicherweise auf die Endstärke gewalzt. Auch hier wird das Metallblech 28 zwischen zwei nunmehr als Kaltwalzen 34 bezeichneten Arbeitswalzen gepresst. Die Kaltwalzen 34 werden wiederum mit Hilfe von Stützwalzen 26 abgestützt. Während beim Warmwalzen, das insbesondere unmittelbar nach dem Stranggießen und dem Erstarren erfolgt, die Brammen noch eine Temperatur von bis zu 1000°C aufweisen, erfolgt das Kaltwalzen etwa bei Raumtemperatur.
Die Stranggussanlage 4, die Warmwalzstraße 22 sowie die Kaltwalzstraße 32 sind beispielsweise gemeinsam in einem Stahlwerk 36 angeordnet. Diese drei Anlagenteile können aber ebenso an unterschiedlichen Orten in unterschiedlichen Stahlwerken 36 angeordnet sein, wobei hierbei eine Anlage, die ausschließlich eine Stranggussanlage 4 oder eine Walzstraße 22, 32 aufweist ebenfalls als Stahlwerk bezeichnet wird.
Die bei der Herstellung zunächst der Bramme 2 und später des Metallblechs 28 hoch belasteten Bauteile sind insbesondere die Kokille 6, die Segmente 12 mit den Transportrollen 14 sowie die Walzen 24, 34, 26 der Walzstraßen 22, 32. Je nach Prozessschritt bzw. -stufe werden hierbei diese Bauteile unterschiedlich belastet. So ist beispielsweise am Beginn des beschriebenen Prozesses im Bereich der Kokille 6 eine sehr hohe thermische und korrosive Belastung der Bauteile gegeben. In diesem Bereich weist die Metallschmelze noch eine sehr hohe Temperatur auf und die Bauteile sind den eingesetzten Flussmitteln ausgesetzt. Zudem erfolgt im Bereich der Segmente 12 eine intensive Kühlung insbesondere mit Wasser, so dass hier die Segmente 12 und Transportrollen 14 einer erheblichen korrosiven Belastung ausgesetzt sind. Zugleich muss jedoch auch der Metallstrang mit Hilfe der Segmente 12 mechanisch geführt werden, so dass neben der hohen thermischen und korrosiven Belastung auch eine mechanische Belastung auftritt.
Im Bereich der Warmwalzstraße 22 tritt die korrosive Belastung durch die Flussmittel etwas in den Hintergrund und auch die thermische Belastung nimmt zusehends ab. Gleichzeitig sind hier insbesondere die Arbeitswalzen 24 erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Schließlich ist die thermische Belastung bei der Kaltwalzstraße 32 vergleichsweise gering, jedoch treten erhebliche mechanische Belastungen auf.
Für alle diese hoch belasteten Bauteile ist nunmehr eine Beschichtung bzw. ein Beschichtungssystem vorgesehen, welches an die speziellen Anforderungen angepasst ist und für jedes dieser Bauteile deren Standzeit und Lebensdauer im Vergleich zu beispielsweise hartchrombeschichteten Bauteilen teilweise erheblich verbessert. Der Aufbau und die Zusammensetzung der Beschichtung bzw. des Beschichtungssystems wird nachfolgend anhand der 2 und 3 erläutert.
Auf einen Grundkörper 37 der Bauteile wird jeweils eine im Folgenden als Grundbeschichtung 38 bezeichnete Beschichtung auf Nickelbasis elektrolytisch aufgebracht. Der Grundkörper besteht im Falle der Kokille 6 und der Kokillenplatten 8 aus Kupfer. Die Segmente 12, Transportrollen 14 sowie Walzen 24, 26, 34 bestehen beispielsweise aus Stahl.
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.
Die hohe Gasdichtheit wird durch die Nickelmatrix bereits bei einer sehr geringen Schichtdicke von etwa 10 µm erreicht. Gegenüber einer mikrorissigen Hartchrombeschichtung ist daher eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegeben. Aufgrund der guten thermischen Leitfähigkeit des Nickel-Grundwerkstoffs 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 der Metallschmelze 10 bzw. der Bramme 2 oder dem Metallblech 28 in Kontakt kommen.
Bei den Bauteilen, die einer erheblichen mechanischen Belastung ausgesetzt sind, insbesondere die Arbeitswalzen 24 und die Kaltwalzen 34, ist in bevorzugten Ausgestaltungen zusätzlich die Aufbringung einer Diamantschicht 42 auf der Grundbeschichtung 38 vorgesehen, wie dies in 3 dargestellt ist.
Ist das Bauteil eine Kokille 6 oder eine Kokillenplatte 8, deren Grundkörper 37 üblicherweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, ist lediglich die Grundbeschichtung 38 aufgebracht. Als Grundwerkstoff 39 ist eine Nickel-Kobalt-Legierung oder auch eine Nickel-Eisen-Wolfram-Legierung vorgesehen, wobei hierbei jeweils der Nickelanteil insbesondere im Bereich von etwa 75 Vol% liegt. Der Anteil des Kobalts bzw. von Eisen und Wolfram liegt etwa zwischen 10 und 20 Vol%. Den Restanteil bilden die Borcarbidpartikel 40, deren Größe im Mikrometerbereich liegt. Die Dicke D1 der Grundbeschichtung liegt hierbei etwa im Bereich zwischen 2 und 3mm.
Die gleiche Beschichtung ist auch bei den Segmenten 12 vorgesehen, ebenfalls bei den Transportrollen 14 der Segmente 12. Da diese in unmittelbarem mechanischen Kontakt mit dem Schmelzstrang 10 stehen, weisen diese zur Verbesserung des mechanischen Abriebs eine im Vergleich zu dem restlichen Segment 12 höheren Anteil an Hartstoffpartikeln 40 auf.
Inbesondere für den Fall, dass die Arbeitswalzen 24, 34 lediglich mit der Grundbeschichtung 38 versehen sind, werden Nano-Hartstoffpartikel 40 verwendet, um eine hohe Oberflächenqualität zu erzielen. Auch liegt der Anteil der Hartstoffpartikel 40 für derartige Walzen 24, 34 im oberen Bereich zwischen 15 und 25 Vol%. Eine Beschichtung auf Basis einer Nickel-Kobalt-Legierung weist hierbei beispielsweise eine Zusammensetzung von etwa 63 Vol% Nickel, 12 Vol% Kobalt und 25 Vol% Borcarbidpartikel 40 auf.
Die Stützwalzen 26 weisen demgegenüber Hartstoffpartikel 40 im Mikrometerbereich auf.
Mit der Verwendung eines Schichtsystems wie es in 3 dargestellt ist, wird die Standzeit noch einmal erheblich erhöht. Die Dicke D1 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.
Durch die hier beschriebene Grundbeschichtung 38 wird die Standzeit der Bauteile im Vergleich zu einer Hartchrombeschichtung 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 einzelnen Bauteile in einem Stahlwerk 36 erheblich verlängert, so dass für den Betrieb des Stahlwerks 36 deutliche geringere Kosten anfallen.

Claims

Bauteil (6, 8, 12, 14, 24, 26, 34) eines Stahlwerks, wie Stranggussanlage (4) oder Walzwerk (22, 32), das einen Grundkörper (37) aufweist, auf dem eine Beschichtung (38) aufgebracht ist, wobei die Beschichtung (38) einen duktilen metallischen Grundwerkstoff (39) mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln (40) umfasst.
Bauteil (6, 8, 12, 14, 24, 26, 34) nach Anspruch 1, bei dem der Grundwerkstoff (39) Nickel oder eine Nickellegierung ist.
Bauteil (6, 8, 12, 14, 24, 26, 34) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Hartstoffpartikel (40) über eine durch den Grundwerkstoff (39) definierte Oberfläche (44) überstehen.
Bauteil (6, 8, 12, 14, 24, 26, 34) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem der Nickelanteil der Beschichtung (38) etwa zwischen 65 Vol% und 95 Vol% und insbesondere im Bereich von etwa 75 Vol% liegt.
Bauteil (6, 8, 12, 14, 24, 26, 34) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem als Legierungsbestandteile Wolfram und/oder Eisen und/oder Kobalt vorgesehen sind.
Bauteil (6, 8, 12, 14, 24, 26, 34) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem der Anteil der Legierungsbestandteile an der Beschichtung (38) etwa zwischen 10 Vol% und 20 Vol% liegt.
Bauteil (6, 8, 12, 14, 24, 26, 34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Anteil der Hartstoffpartikel (40) an der Beschichtung (38) im Bereich zwischen 5 Vol% und 30 Vol% liegt.
Bauteil (6, 8, 12, 14, 24, 26, 34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Hartstoffpartikel (40) eine Größe im Nanometerbereich oder im Mikrometerbereich aufweisen.
Bauteil (6, 8, 12, 14, 24, 26, 34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Hartstoffpartikel (40) Borcarbidpartikel Wolframcarbidpartikel und/oder Diamantartikel verwendet werden.
Bauteil (6, 8, 12, 14, 24, 26, 34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dicke (D1) der Beschichtung (38) im Bereich zwischen etwa 0,7mm bis etwa 6mm, insbesondere im Bereich zwischen etwa 2mm und 3mm liegt.
Bauteil (6, 8, 12, 14, 24, 26, 34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Beschichtung (38) elektrolytisch aufgebracht ist.
Bauteil (24, 26, 34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf die Beschichtung (38) eine Hartbeschichtung (42), insbesondere eine Diamantbeschichtung aufgebracht ist.
Bauteil (24, 26, 34) nach Anspruch 12, bei dem die Hartbeschichtung (42) eine Dicke (D2) von bis zu etwa 0,5mm aufweist.
Bauteil (24, 26, 34) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei dem die Beschichtung (38) eine Dicke (D1) im Bereich von 0,1mm bis etwa 3mm aufweist.
Bauteil (24, 26, 34) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die Hartbeschichtung (42) mittels eines CVD-Verfahrens aufgebracht ist.
Bauteil (12, 14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein mehrere Transportrollen (14) aufweisendes Segment (12) einer Stranggussanlage (4) ist.
Bauteil (14) nach Anspruch 16, bei dem die Größe der Hartstoffpartikel (40) für die Transportrolle (14) im Mikrometerbereich liegt.
Bauteil (12, 14) nach Anspruch 16 oder 17, bei dem die Transportrollen (14) eine im Vergleich zu dem restlichen Segment (12) höheren Anteil an Hartstoffpartikel (40) aufweisen.
Bauteil (24, 26, 34) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, das eine Walze (24, 26, 34), insbesondere eine Arbeitswalze (24, 34) einer Walzanlage (22, 32) ist.
Bauteil (24, 26, 34) nach Anspruch 19, bei dem die Größe der Hartstoffpartikel (40) für die Walze (24, 34) im Nanometerbereich liegt.
Bauteil (24, 26, 34) nach einem der Ansprüche 19 oder 20, bei dem der Anteil der Hartstoffpartikel (40) im Bereich zwischen 15 Vol% und 25 Vol% liegt.
Bauteil (24, 26, 34) nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem die Walze (24, 34) mit einer Hartstoffbeschichtung (42) nach einem der Ansprüche 12 bis 15 versehen ist.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Beschichtung elektrolytisch aufgebracht wird.
Anlage (36, 4) zur Erzeugung von metallischen Halbzeugen (2) aus einer Schmelze, insbesondere Stranggussanlage (4), oder Anlage (36, 22, 32) zur Verarbeitung von metallischen Halbzeugen (2), insbesondere Walzwerk (22, 32), mit einem Bauteil (6, 8, 12, 14, 24, 26, 34) nach einem der Ansprüche 1 bis 22.