SE430763B - Arbetsvals av stal for varmvalsning av icke-jernmetaller, forfarande for tillverkning av arbetsvalsen samt anvendning av arbetsvalsen - Google Patents

Description

7802794-3 2 för efterföljande bearbetningsoperationer, t.ex. dragpressning eller dragning genom dragskivor för framställning av tråd.

Vid valsverk av ovannämnda typ för valsning av kontinuerligt gjutna icke-järnmetaller, är det känt att använda arbetsvalsar av legerat stål för formning av metallstången. Det legerade stål av vilket arbetsvalsarna tillverkas måste kunna motstå de höga temperaturer och D tryck som är förbundna med valsning av sådana stänger. Kända verktygs- stål av vilka arbetsvalsar, som används för varmbearbetning av järn- metaller, tillverkas har vanligtvis en avsevärd kromhalt (l3,0-20,0 viktprocent) och karaktäriseras 1 allmänhet av hög hårdhet och god slitbeständighet. Belysande för sådan kända teknik är följande ameri- kanska patentskrifter: 2.197.098, 2.442.223, 2.576.782, 3.097.091, 3.421.307, 3.406.031 och 3.885.995.

Då den gjutna stången rör sig genom ett valsverk ökar dess has- tighet avsevärt medan den rör sig från det första förvalsstolparet till det sista färdigvalsstolparet. Karaktäristiskt är att en stång av kopparmetall lämnar en kontinuerlig gjutmaskin och inträder i det första förvalsstolparet med en hastighet mellan 0,20 och 0,25 m/s och en yttemperatur av ca 8l5°C. Den hastighet med vilken den valsade stången lämnar det sista färdigvalsstolparet kan vara så hög som 10 m/s med en yttemperatur av ca 535°C. Genom insamling och analysering av data för arbetsvalsarnas medellivslängd, har man upptäckt att medel- livslängden före restaurering eller utbyte av arbetsvalsarna hos både förvalsstolparen och färdigvalsstolparen är avsevärt mindre än medel- livslängden för arbetsvalsarna i mellanvalsstolparen. Valsmedellivs- längden är i överensstämmelse med syftet med denna diskussion uttryckt' i ton valsad metall per användning och bestäms för varje valsstolpar genom division av de ton metall som producerats under en given tids- period med det antal gånger som valsarna i ett valsstolpar bytts ut under en sådan period. Data för valslivslängden har visat, att medel- livslängden för mellanvalsarna, i vissa fall, är så mycket som 10 ggr den för färdigvalsarna och 5 ggr den för förvalsarna. En sådan skill- nad i valsmedellivslängd resulterar på ett ogynnsamt sätt i att vals- verket oftare måste tas ur drift för valsutbyte.

De ovan beskrivna fenomenen tros, åtminstone till en del, bero på den högre temperaturen hos den gjutna stång som inträder i vals- verkets förvalsstolpar och på den högre hastighet av den gjutna stång- en i färdigvalsstolparen. Den högre temperatur som förvalsarna utsätts för ökar deras mottaglighet för värmespänningar och utmattning, och följaktligen sprickbildning. Dessutom innebär den lägre stånghastig- 7802794-3 3 heten i förvalsstolparen att den tid som en ökande del av förvalsytan är i kontakt med stången med högre temperatur under ett valsvarv är förhållandevis större än för valsar med samma diameter som roterar med större hastighet, dvs. mellan- och färdigvalsarna. Vid färdigvalsstol- paren är, à andra sidan, under det att temperaturen av den gjutna stång- en är avsevärt lägre, stånghastigheten ca 40-50 ggr den i förvalsstol- paren. Dessutom kan för en typisk slirning mellan stången och arbets- valsen av ca 5-10 % av ovan nämnda stånghastigheter, den relativa has- tigheten mellan flärdigvalsarna och stången bli så hög som 0,5-1,0 m/s.

Sålunda kan man dra den slutsatsen, att avnötningen har en mer betydel- sefull inverkan på medellivslängden för färdigvalsarna med högre has- tighet än på medellivslängden för endera av för- eller mellanvalsarna.

Den med konventionella arbetsvalsar för valsning av varma icke-järnmetaller huvudsakliga nackdelen är den relativt korta medel- 'livslängden för valsverkens valsar som helhet, dvs. summan av medel- livslängden för alla valsstolparen dividerad med antalet valsstolpar. Även om den ovan beskrivna skillnaden mellan valsmedellivslängden för de olika valsstolparen hos ett valsverk väsentligt minskades eller eli- minerades genom förbättring av medellivslängden för för- och färdig- valsarna, skulle det fortfarande vara önskvärt att ytterligare öka med- ellivslängden för alla valsarna hos valsverken och därigenom ytterli- gare minska frekvensen av driftsavbrott vid valsverket.

Vid de konventionella valsverken för valsning av varma icke-järn- metaller, har den vanliga beredningen av arbetsvalsarna omfattat en grov maskinbearbetning av valsarna till ett börja med för att uppnå den önskade storleken och formen. Därefter värmebehandlades alla vals- arna för valsverket på ett särskilt sätt för förbättring av hållfast- heten, hårdheten och slitbeständigheten, och slipades och polerades 'slutligen valsarna för åstadkommande av en jämn, fin yta på valsarna.

Ett skäl till denna avslutande polering, särskilt vad beträffar vals- arna i färdigvalsstolparen, var att ge den varmvalsade icke-järnstång- en en jämn yta som motsvarar den jämna ytan på arbetsvalsarna. Denna behandling av arbetsvalsarna för åstadkommande av en jämn yta kräver att valsytorna, under värmebehandlingen är skyddade från oxidation i så stor utsträckning som möjligt, antingen genom reglering av atmos- fären i värmebehandlingsugnen, värmebehandling i vakuum, inslagning av valsytorna i en stàlfolie eller på andra sätt. Värmebehandling på ovan- nämnda sätt kommer emellertid icke att tillförsäkra att ingen onidation av valsytorna kommer att uppträda, varför en efterföljande slipning eller polering vanligtvis erfordras. Sålunda blir kostnaderna för be- 7302794-3 4 handling av arbetsvalsarna på detta sätt avsevärda, och krävs ofta användning av speciell värmebehandling och slip/polerutrustning.

Ett annat med de kända arbetsvalsarna med jämn yta förbundet prob- lem är svårigheten att sätta igång valsverket på grund av överdri- ven slirning mellan de högpolerade valsarna och den gjutna stången.

För att övervinna de problem och nackdelar som är förbundna med de kända valsverken åstadkommes enligt föreliggande uppfinning en anordning för varmvalsning av icke-järnmetaller som använder ett valsverk med flera träner innefattande arbetsvalsar med i för- väg bestämda fysikaliska egenskaper för uppnående av likformig livslängd hos valsverkets arbetsvalsar och förlängning av arbets- valsarnas livslängd.

Uppfinningen innefattar följaktligen en arbetsvals av stål för varmvalsning av icke-järnmetaller, vilken vals är en smidd stålvals tillverkad av en stållegering samt utmärker sig av att stållegeringen har en kromhalt av 4,0-6,0%, och att valsens arbets- ytor har ett tätt, tätt vidhäftande oxidskikt för förbättring av valsens slitbeständighet.

Uppfinningen innefattar även ett förfarande för tillverk- ning av föregående arbetsvals av stål, vid vilket man först smi- _der en ihålig stålstång av en krom-stållegering och därefter maskin- bearbetar stången till en arbetsvals med en i förväg bestämd form, som utmärker sig av att kromstållegeringen har en kromhalt av 4,0-6,0 %, och att man värmebehandlar arbetsvalsen för bildande av ett tätt, tätt vidhäftande oxidytskal på arbetsvalsens arbetsytor, vilket skal vid användning tjänar till att förbättra valsens livslängd.

Arbetsvalsarna enligt föreliggande uppfinning är tillverkade av ett smitt, varmbearbetat Cr-Mo sänksmidningsstål med hög härdbarhet, t.ex. stål AISI H-13 (ASM 521) eller något annat láglegerat stål med en :mamman från calko till ca 6,0, företrädesvis från ca 5,0 till ca 5,5 viktprocent. Smidda ihåliga stänger av stàlvalsmaterialet bear- betas till sin slutgiltiga arbetsform och diameter. En kontrollerad värmebehandlingsprocess används därefter för anpassning av valsarna för användning i ett valsverk med flera träner som förvalsar, mellan- valsar eller som färdigvalsar. Till att börja med förvärms de maskin- bearbetade valsarna till en temperatur av ca 76000 och beskickas där- efter i en ugn med kontrollerad atmosfär och värmebehandlas genom upp- värmning av dem till en temperatur mellan ca 995 och 108000, företrä- desvis ca lO50°C. Sedan denna önskade temperatur uppnåtts, hålls valsar- na vid den temperaturen i ca 0,5 h och Kylfi Sedan 1 luft- vid detta stadium av förfarandet, kommer valsarna att ha ett mycket tätt, tätt 7802794-3 5 vidhäftande skyddande oxidskikt på sina arbetsytor som visat sig ge en signifikant och oväntad förbättring av valsarnas slitbeständighet och medellivslängd.

Efter kylningen placeras valsarna i en ugn och anlöpes vid ca 55000 i ca 2 h efter uppnående av temperaturlikformighet samt luft- kyls till rumstemperatur. Valsarnas hårdhet vid detta stadium av för- farandet är ca 55 HRC. Valsarna utsätts sedan för en slutlig anlöp- ning som beror på deras i förväg bestämda användning i valsverken, - till exempel som förvalsar, mellanvalšar eller färdigvalsar. Efter den sista anlöpningen, kyls valsarna till rumstemperatur i stillastå- ende luft.

En annan viktig aspekt på uppfinningen är denna slutanlöpning, vid vilken arbetsvalsarna för valsverkets olika träner utsätts för olika värmebehandlingar för att göra dem mer lämpade för de speciella valsningsbetingelser som man stöter på vid valsning av den varma gjut- na stången. Årbetsvalsarna för färdigbearbetningstränen till exempel, behandlas för åstadkommande av större hårdhet än hos antingen för- eller mellanvalsarna för att motstå den avnötning som förorsakas av den högre relativa hastigheten mellan stängerna och valsarna. Omvänt, be- handlas förvalsarna till en mjukare hårdhetsgrad än antingen mellan- eller färdigvalsarna för åstadkommande av större seghet och beständig- het mot den värmesprickning, som förorsakas av den högre temperaturen hos stången i förvalsningstränen.

Värmebehandlingen enligt föreliggande uppfinning har visat sig avsevärt förbättra överensstämmelsen i livslängd bland valsverkets olika träner och ge ett tätt oxidskikt på valsarnas arbetsytor som hjälper till att ytterligare minska driftsstoppfrekvensen för valsut- byte vid valsverket. En ytterligare fördel med oxidskiktet, särskilt med avseende på färdigvalsarnas slitbeständighet, är att slirningen mellan arbetsvalsarna och den gjutna stången kan hållas vid eller läg- re än 5 procent.

Uppfinningen beskrives närmare nedan.

En arbetsvals enligt föreliggande uppfinning tillverkas av ett smitt Cr-Mo stål med en Cr-halt av 4,0-6,0, företrädesvis 5,0-5,5 viktprocent. Vid en föredragen utföringsform består arbetsvalsen en- ligt föreliggande uppfinning av en stållegering med följande samman- sättning i viktprocent: 0,35-0,40 % C, 5,00-5,50 % Cr, 0,20-0,50 % Mn, o,9o-1,1o 76 si, 1,2o-1,5o 96 M0, o,85-1,15 96 va, varvid resten utföres av Fe.

Enligt en föredragen utföringsform av förfarandet enligt upp- finningen, inlägges ihåliga stänger av det smidda stålvalsmaterialet, '7802794-3 6 som har maskinbearbetats till slutlig storlek, till exempel förvals- ningsvalsar med diametrar på ca 500 och 450 mm och färdigbearbetnings- valsar med en diameter på ca 200 mm, för användning i det ovan nämnda konventionella kontinuerliga valsverket (Morgan Mill), i en förvärmd ugn på ett sätt som tillåter fri luftcirkulation kring valsarnas arbetsytcr. Valsarna uppvärms till en temperatur av ca 760°C och hålls i ca 2 h för tillförsäkrande av en likformig uppvärmning av hela vals- materialet.

Efter denna förvärmning inlägges de varma valsarna i ugn med kontrollerad atmosfär, värmebehandlas vid en temperatur av ca 1050°C och hålles vid en daggpunkt mellan ca 5-8°C. Den föredragna ugnsatmos- fären har en sammansättning i volymprocent, på torr basis, som inne- fattar ca 40 % H2, 20 % CO och 40 % N. Ugnsatmosfären hålls i ovan nämnda daggpunktområde under hela uppvärmningen av valsarna. Efter tem- peraturen för valsarna nått lO50°C rakt igenom, hålls valsarna vid denna temperatur i ca 0,5 h, varefter de avlägsnas från ugnen och får luftsvalna till ca 65-l8°C, Under svalningen hålles valsarna åtskilda från varandra. Om snabbare svalning önskas, kan valsarna kylas med tryckluft till en temperatur av ca 570-4lO°C och därefter kylas ytter- ligare i stiilastäenaeiuffi till ca 65°c. Genom att följa de ovan nämnda värmebehandlingsstegen förses arbetsvalsarna med ett tätt, tätt vidhäftande oxidskikt, som tjänar till att skydda valsarna mot den temperatur- och tryckpåverkan som man möter vid arbete i varmvals- verket.

De behandlade valsarna placeras därefter i en ugn, anlöps vid ca 550°C i 2 h och får sedan svalna i luft till rumstemperatur. Val- sarnas hårdhet vid detta stadium av värmebehandlingen är ca 55 HRC.

Därefter utsätts valsarna för en slutanlöpning, som varierar i beroen- de av den avsedda användningen för valsen och valsverket. Förvalsnings- valsarna med den större diametern, dvs. de med en diameter på 450 mm, uppvärmes sålunda i ca 2 h vid ca 620°C för uppnående av en slutlig ythårdhet av ca 45-46 HRC. De mindre förvalsningsvalsarna, som är anordnade efter de större förvalsningsvalsarna, dvs. de med en diamet- er på 300 mm, uppvärms i 2 h vid ca 6l0°C för uppnående av en slutlig ythårdhet av ca 45-49 HRC. Mellanvalsarna uppvärms i 2 h vid ca 565°C för uppnående av en slutlig hårdhet av ca 49-52 HRC, och färdigvals- ningsvalsarna uppvärms i 2 h vid ca 550°C för uppnående av en slutligyt- hårdhet av minst 52 HRC. Efter denna slutanlöpning, får valsarna sval- na till rumstemperatur i stillastående luft.

Användningen av arbetsvalsar som behandlats enligt uppfinningen ger ett valsverk med valsträner med successivt ökande hårdhet för mot- 7802794-3 7 verkande av den nötning som förorsakas genom den ökande hastigheten för den valsade stången från det inledande förvalsningsvalsstolparet till det sista färdigvalsningsvalsstolparet, och inledande valsträner större seghet för motverkande av värmepåverkan från den gjutna stången med hög temperatur som inträder i valsverket. På grund av att varje valsträn i valsverket är särskilt anpassad till dess särskilda valsningsbetingelser enligt uppfinningen, erhålls bättre överensstämmel- se i livslängd bland valsarna. På ett fördelaktigt sätt kan därför, då utbyte av valsverkets valsar blir nödvändigt, i allmänhet ett utbyte av valsarna i alla träner göras och kommer antalet driftuppehåll vid valsbyte att minskas.

Dessutom kan den totala livslängden för alla valsar i valsverket ökas genom det under värmebehandlingen åstadkomna oxidskiktet. Detta medelst förfarandet enligt uppfinningen bildade oxidskiktet är vanligt- vis mindre än 0,025 mm tjockt, även om större skikttjoeklekar även kan ge en ekvivalent förbättring av livslängden. Valsens förbättrade livs- längd tros vara ett resultat av den ökade slitbeständigheten hos oxid- skiktet som är rikt på Cr2O3 och dessutom av oxidskiktets isolerande effekt som tros hjälpa till att minska värmeledningen hos ickefiärn- stången med hög temperatur till valsbasmaterialet och därigenom väsent- ligt eliminera värmesprickbildning hos åtminstone valsarna i förvals- ningstränen. Dessutom tros oxidskiktets relativa grovhet ge bättre smörjmedelskvarhállning än de slipade eller finpolerade ytorna hos de kända arbetsvalsarna för ickeäärnmetaller. Dessutom utsätts arbets- valsarna enligt uppfinningen icke för de problem som ovan nämnts vid gängskärning och uppkörning av varmvalsverk som använder polerade arbetsvalsar, eftersom oxidskiktet ger ett ökat grepp mellan den varma, kontinuerligt gjutna stången och arbetsvalsen.

Claims (12)

7802794-3 8 PATENTKRAV

1. Årbetsvals av stål för varmvalsning av icke-järnmetaller, vilken vals är en smidd stålvals tillverkad av en stållegering, k ä n n e t e c k n a d av att stållegeringen har en kromhalt av 4,0-6,0%, och att valsens arbetsytor har ett tätt, tätt vid- häftande oxidskikt för förbättring av valsens slitbeständighet.

2. ' Vals enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att stållegeringen har en kromhalt mellan 5,0 och 5,5%.

3. Vals enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att stållegeringen är en Cr-Mo legering.

4. Vals enligt patentkravet J, k ä n n e t e c k n a d av att stållegeringen i huvudsak består av: 0,35 - 0,45 % C 5,00 - 5,50 % Cr 0,20 - 0,50 % Mn 0,90 - 1,10 % si 1,20 - 1,50 % M0 o,s5 - 1,15 % va , varvid resten utgöres av Fe.

5. Förfarande för tillverkning av en arbetsvals enligt nå- got av patentkraven 1-4, vid vilket man först smider en ihålig stålstång av en krom-stållegering och därefter maskinbearbetar stången till en arbetsvals med en i förväg bestämd form, k ä n n e t e c k n a t av att kromstâllegeringen har en krom- halt av 4,0-6,0%, och att man värmebehandlar arbetsvalsen för bildande av ett tätt, tätt vidhäftande oxidytskal på arbetsytor, 0 vilket skal vid anwüflning tjänar till att förbättra valsens livs- längd.

6. Förfarande enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a t av att man-vid värmebehandlignen först värmer arbetsvalsen till en temperatur mellan 1024 och 1080°C i 0,5 h efter valsen nått temperaturlikformighet och sedan kyler valsen i en oxiderande atmosfär för bildande av det skyddande oxidytskalet.

7. Förfarande enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t av att man värmer arbetsvalsen i en ugn med kontrollerad atmos- fär, varvid ugnsatmosfären_innefattar en gas i huvudsak bestå- 9 ende av väte, kväve och kolmonoxid hållen vid en daggpunkt mel- lan 3 och 8°c.

8. Förfarande enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t av att man efter kylningen av arbetsvalsen anlöper densamma vid en temperatur av 550°C i 2 h efter valsen nått temperaturlikfor- mighet samt kyler valsen.

9. Förfarande enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t av att den oxiderande atmosfären är luft.

10. Förfarande enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t av att den oxiderande atmosfären innehåller ånga.

11. Förfarande enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a t av att man använder ett flertal arbetsvalsar, vilka arbetsvalsar innefattar värmebehandlade och anlöpta förvalsar, mellanvalsar och färdigvalsar, och att man efter anlöpning och kylning av des- sa arbetsvalsar ånyo anlöper förvalsarna vid en temperatur mellan 610 och 620oC i 2 h efter temperaturlikfomighet uppnåtts till en hårdhet mellan 49 och 43 HRC, ånyo anlöper mellanvalsarna vid en temperatur av 565oC i 2 h efter temperaturlikformighet upp- nåtts till en hårdhet mellan 49 och 52 HRC, samt ånyo anlöper fär- -digvalsarna vid en temperatur av 550OC i 2h efter temperaturlik- formighet uppnåtts till en hårdhet av minst 52 HRC och ånyo kyler för-, mellan- och färdigvalsarna.

12. Användning av en arbetsvals enligt något av patentkraven 1-4 i ett varmvalsverk för icke~järn metaller, omfattande ett /flertal efter varandra anordnade valsträner innefattande ett förvalsverk, ett mellanvalsverk och ett färdigvalsverk, varvid arbetsvalsarna i förvalsverket har en hårdhet mellan 43 och 49 HRC, arbetsvalsarna i mellanvalsverket en hårdhet mellan 49 och 52 HRC samt arbetsvalsarna i fârdigvalsverket en hårdhet av minst 52 HRC.