DE4220692C1 - Work or back=up roll for continuous combined casting and steel rolling - comprises steel base body, low m.pt. alloy thin interlayer and wear resistant top layer applied by inert gas atomisation of molten stream - Google Patents

Work or back=up roll for continuous combined casting and steel rolling - comprises steel base body, low m.pt. alloy thin interlayer and wear resistant top layer applied by inert gas atomisation of molten stream

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Abstract

The roll comrpises (i) a base body of steel; (ii) a 0.1-1 mm thick intermediate layer of an alloy with a m.pt. below that of the base body; and (iii) a 5-100 mm thick wear resistant top layer which is applied by inert gas atomisation of a molten stream with a heat content sufficient for metallurgical bonding of the base body, the intermediate and the top layers. Prodn. involves applying the intermediate layer by flame spraying and applying the top layer by inert gas atomisation of a molten wear resistant alloy stream while the intermediate layer temp. is still above the base body temp. The intermediate layer pref. comprises an eutectoid alloy with a m.pt. of 1000-1300 deg.C, e.g. NiCrBSi alloy of compsn. 60-80 (70)% Ni, 15-25 (20)% Cr, 2-5% B, 2-5% Si, balance Mn, C and imputies or a NiCoCrAlY alloy of compsn. 0.02% C, 22.24% Co, 16.18% Cr, 12-13% Al, up to 0.5% Y and balance Ni. The intermediate and top layers are pref. applied during rotation of the base body and simultaneous linear motion w.r.t. the base body and the alloy sources. The base body is pref. preheated to 120-200 (150) deg.C before applying the intermediate layer and its pref. preheated together with the intermediate layer to 950-1050 (1000) deg.C before applying the top layer. USE/ADVANTAGE - The roll has a long service life underload. The process produces wear resistant layers of more than 50 Rockwell hardness at 500 deg.C, includes hard material particles, avoids the need for post-heat treatment and may be used insted of build-up welding for roll repair.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Walze, wie z. B. Arbeitswalzen oder Stützwalzen in Stranggießanlagen und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Walze.The invention relates to a roller, such as. B. work rolls or Back-up rolls in continuous casting plants and a method for producing a such roller.

Die Herstellung metallischer Verbundkörper, sei es in Form von Platten oder rotationssymmetrischen Körpern, wie Walzen, ist generell bekannt. Je nach Werkstoff können derartige Materialien durch Plattieren oder Explosionsplattieren zweier ebener Tafeln hergestellt werden. Soll auf einen ebenen Körper größerer Schichtdicke ein dünner metallischer Überzug aufgebracht werden, so bedient man sich üblicherweise der Galvanisiertechnik. Auch ist es bekannt, sowohl bei rotationssymmetrischen Körpern, wie Arbeitswalzen oder auch Stützrollen für Stranggießanlagen, ebenso wie bei Verschleißblechen auf einen zähen Grundkörper eine verschleißfeste Schicht aufzubringen. Hier bedient man sich für die Herstellung der verschleißfesten Schicht eines entsprechend hochlegierten Stahles und diese verschleißfeste Schicht wird üblicherweise durch Schmelzschweißen oder Flammspritzen aufgebracht. So ist es beispielsweise aus der DE 37 35 884 C1 bekannt, eine verschleißfeste Schicht durch Schweißen auf einen walzenförmigen Grundkörper aufzubringen. Auch ist es beispielsweise aus der DE 24 08 169 A1 bekannt, zwischen einem gekühlten Walzenkörper und einer durch Schweißen aufgebrachten temperaturwechselbeständigen Legierung einen hochplastischen metallischen Werkstoff aufzubringen. Diese Zwischenschicht wird ebenfalls durch Schweißen auf den Grundkörper aufgetragen.The production of metallic composite bodies, be it in the form of plates or rotationally symmetrical bodies, such as rollers, is generally known. Depending on the material, such materials can be by plating or Explosion plating of two flat sheets can be produced. Should on a flat body of greater layer thickness a thin metallic Coating are applied, so you usually use the Electroplating technology. It is also known both at rotationally symmetrical bodies, such as work rolls or support rollers for continuous casting plants, as well as for wear plates on one tough Base body to apply a wear-resistant layer. Here one serves opt for the manufacture of the wear-resistant layer accordingly high-alloy steel and this wear-resistant layer is usually applied by fusion welding or flame spraying. So it is known for example from DE 37 35 884 C1, a  wear-resistant layer by welding on a roller-shaped Apply basic body. It is also from DE, for example 24 08 169 A1 known, between a cooled roller body and one alloy which is resistant to temperature changes by welding to apply a highly plastic metallic material. These Intermediate layer is also by welding onto the base body applied.

Aus der DE 38 21 894 A1 sind Bauteile mit Verschleiß- und Korrosionsschutzschichten sowie Zwischenschichten auf einem Grundkörper bekannt, die durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen erzeugt werden. Diese Bauteile sind für den Einsatz in korrodierenden Medien oder bei der Förderung feststoffbildender Medien vorgesehen. Zur Erzielung einer metallischen Verbindung zwischen den Schichten ist eine Wärmebehandlung erforderlich. Die Dicke der Zwischenschicht beträgt ca. 30 bis 70 µm, die der Deckschicht bis zu 0,5 mm.DE 38 21 894 A1 describes components with wear and tear Corrosion protection layers and intermediate layers on a base body known, which are generated by high-speed flame spraying. These components are for use in corrosive media or at the promotion of solid-state media. To achieve a metallic connection between the layers is a heat treatment required. The thickness of the intermediate layer is approximately 30 to 70 µm, that of the top layer up to 0.5 mm.

Ferner ist es aus der DE 26 36 199 A1 bekannt, hochwertige Rollen für Stranggießanlagen dadurch herzustellen, daß auf einen walzenförmigen Grundkörper eine korrosionsbeständige Legierung durch Flammspritzen aufgebracht und die Rolle mit der aufgebrachten Schicht in einem Arbeitsgang vergütet und die Schicht dabei gesintert wird. Zur Verbesserung einer derartigen Rolle ist es auch aus der DE 28 40 902 C2 bekannt, eine duktile Zwischenschicht vorzusehen. Auch hier wird die eigentliche Verbindung der Schicht bzw. Schichten mit dem Grundkörper durch eine anschließende Wärmebehandlung erzielt. Diese sind notwendig, da beim Flammspritzen feste, pulverförmige Teilchen durch die Flammen nur oberflächlich erhitzt werden, die Schicht jedoch bei einwandfreier metallischer Bindung auch möglichst dicht sein soll. Furthermore, it is known from DE 26 36 199 A1, high-quality roles for Continuous casting machines to produce that on a roller-shaped Base body a corrosion-resistant alloy by flame spraying applied and the roll with the applied layer in one Work step is tempered and the layer is sintered. For It is also an improvement of such a role from DE 28 40 902 C2 known to provide a ductile intermediate layer. Here, too actual connection of the layer or layers with the base body achieved by a subsequent heat treatment. These are necessary because when flame spraying solid, powdery particles through the flames are heated only superficially, but the layer is perfect metallic bond should also be as tight as possible.  

Diese Verfahren sind jedoch aufwendig und die danach hergestellten Walzen erfüllen nicht die an sie gestellten Anforderungen, insbesondere dann nicht, wenn diese Walzen aufgrund niedriger Drehzahlen relativ lange mit den hohen Temperaturen eines gegossenen Stranges aus Stahl in Kontakt stehen und außerdem Verformungsarbeit leisten müssen, wie beispielsweise beim Gießwalzen von Stahl.However, these processes are complex and the ones produced thereafter Rollers do not meet the requirements placed on them, in particular then not if these rollers are relative due to low speeds long with the high temperatures of a cast strand of steel in Be in contact and also have to do deformation work, like for example when casting steel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walze zu schaffen, die den Anforderungen, wie sie in Stranggießanlagen insbesondere beim Gießwalzen von Stahl auftreten, genügen und unter diesen Belastungen hohe Standzeiten aufweisen.The invention has for its object to provide a roller that the requirements, such as those in continuous casting plants, in particular Casting rolls of steel occur, are sufficient and under these loads have a long service life.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruches 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.The object is achieved with the features of claim 1 and solved with respect to the method with the features of claim 5. Advantageous further developments of the invention are the others See subclaims.

Es ist zwar an sich bekannt, schmelzflüssige metallische Werkstoffe mittels inerter Gase zu zerstäuben und die entstehenden Metalltröpfchen derart aufzufangen oder in Formen zu sammeln, so daß quasi Gußstücke entstehen. Dieses Verfahren wird jedoch in erster Linie benutzt, um ein beim konventionellen Gießprozeß auftretendes Seigern während der Erstarrung der Schmelze zu vermeiden. Ein derartiges Verfahren ist u. a. aus der DE 22 52 139 C3 bzw. Stahl u. Eisen 107 (1981), Nr. 1, Seite 55 bis 58, bekannt.Although it is known per se, molten metallic materials atomize using inert gases and the resulting metal droplets to collect or collect in forms so that quasi castings arise. However, this method is primarily used to create a Seigern occurring in the conventional casting process during Avoid solidification of the melt. Such a method is u. a. from DE 22 52 139 C3 or Stahl u. Eisen 107 (1981), No. 1, page 55 to 58, known.

Durch die erfindungsgemäße Arbeitsweise ist es möglich, verschleißfeste Schichten mit einer Härte von über 50 Rockwell bei 500°C problemlos aufzutragen. Hier versagen die bekannten schweißtechnischen Auftragsmethoden. The working method according to the invention makes it possible to be wear-resistant Layers with a hardness of over 50 Rockwell at 500 ° C without any problems to apply. The known welding technology fail here Application methods.  

Ferner lassen sich bei der Auftragsmethode nach dem Sprühkompaktierverfahren - Zerstäuben einer Schmelze mittels Gasstrahlen - beliebige Hartstoffpartikel in die Verschleißschicht einbringen, in dem dem Schmelzenstrahl aus einer getrennten Quelle feinste Hartstoffpartikel zugespeist werden.Furthermore, with the order method according to Spray compacting process - atomizing a melt using gas jets - Introduce any hard material particles into the wear layer, in the finest of the melt stream from a separate source Hard material particles are fed.

Ferner bietet die erfindungsgemäße Arbeitsweise den Vorteil, daß mit der Dicke der Deckschicht ein hinreichend hohes Wärmeangebot zur Verfügung gestellt werden kann, das unmittelbar für eine metallurgische Bindung von Grundkörper, Zwischenschicht und Deckschicht ausreichend und eine wärmetechnische Nachbehandlung zu diesem Zweck also nicht mehr erforderlich ist.Furthermore, the method of operation according to the invention has the advantage that with the A sufficiently high amount of heat is available for the thickness of the cover layer can be placed directly for a metallurgical bond of basic body, intermediate layer and cover layer sufficient and one post-thermal treatment for this purpose no longer is required.

Eine hohe Produktivität des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gewährleistet, da nach dem Sprühkompaktierverfahren ohne weiteres bis zu 100 kg Schmelze pro Minute verarbeitet werden können, während z. B. beim Plasmaspritzen die Leistungsgrenze bei 10 kg/h erreicht ist.A high productivity of the method according to the invention is guaranteed because after the spray compacting process up to 100 kg of melt per minute can be processed while z. B. at Plasma spraying has reached the performance limit at 10 kg / h.

Das Verfahren eignet sich zur Herstellung als auch zu Reparaturzwecken - Ersatz von durch Verschleiß abgetragenen Materialschichten - was bisher ebenfalls nur im wesentlichen durch Auftragsschweißung erfolgte.The process is suitable for production as well as for repair purposes - Replacement of layers of material worn away by wear and tear - what so far also essentially only by cladding.

Die Zwischenschicht und die Art der Legierung ist für die Zwischenschicht derart gewählt, daß sie sowohl einmal für einen metallischen Verbund zwischen Grundkörper und Deckschicht dient, wobei dieser metallische Verbund noch durch eine Diffusionsglühung verbessert werden kann und zum anderen dient die Zwischenschicht als Oxidationsschutzschicht beim Erwärmen des Grundkörpers vor dem Auftragen der Deckschicht.The intermediate layer and the type of alloy is for that Intermediate layer chosen so that it is both once for one serves metallic bond between base body and cover layer, wherein this metallic composite is further improved by diffusion annealing and on the other hand the intermediate layer serves as Anti-oxidation layer when heating the base body before application the top layer.

Claims (13)

1. Walze, bestehend aus einem Grundkörper aus Eisenwerkstoff, einer verschleißfesten Deckschicht und einer metallischen Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper aus Stahl besteht, die metallische Zwischenschicht in einer Schichtdicke von 0,1 bis 1 mm aufgebracht ist und die Schicht aus einer Legierung besteht, deren Schmelzpunkt unterhalb der des Grundkörpers liegt und auf die Zwischenschicht die verschleißfeste Deckschicht durch Zerstäuben eines schmelzflüssigen Gießstrahles mittels inerter Gase in einer Schichtdicke von mehr als 5 mm bis zu 100 mm aufgebracht ist, wobei der Wärmeinhalt der aufgebrachten Deckschicht ausreichend für eine metallurgische Verbindung von Grundkörper, Zwischenschicht und Deckschicht war.1. Roll consisting of a base made of iron material, a wear-resistant cover layer and a metallic intermediate layer, characterized in that the base consists of steel, the metallic intermediate layer is applied in a layer thickness of 0.1 to 1 mm and the layer made of an alloy exists, the melting point of which is below that of the base body and the wear-resistant cover layer is applied to the intermediate layer by atomizing a molten pouring jet using inert gases in a layer thickness of more than 5 mm up to 100 mm, the heat content of the applied cover layer being sufficient for a metallurgical connection of the base body, intermediate layer and cover layer. 2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper aus Stahl, die Zwischenschicht aus einer eutektoidischen metallischen Legierung mit einem Schmelzpunkt zwischen 1000 und 1300°C und die Verschleißschicht aus einem Werkstoff mit einer Härte von über 50 Rockwell bei 500°C besteht.2. Roller according to claim 1, characterized, that the base body made of steel, the intermediate layer from a eutectoidal metallic alloy with a melting point between 1000 and 1300 ° C and the wear layer from one Material with a hardness of over 50 Rockwell at 500 ° C. 3. Walze nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einer Nickel-Chrom-Bor-Silizium- Legierung besteht. 3. roller according to claims 1 and 2, characterized, that the intermediate layer made of a nickel-chromium-boron-silicon Alloy.   4. Walze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einer Legierung mit
60 bis 80% Nickel, insbesondere 70% Nickel,
15 bis 25% Chrom, insbesondere 20% Chrom,
2 bis 5% Bor,
2 bis 5% Silizium,
Rest Mangan und Kohlenstoff als herstellungsbedingte Begleitelemente besteht.4. Roller according to claim 3, characterized in that the intermediate layer made of an alloy with
60 to 80% nickel, in particular 70% nickel,
15 to 25% chromium, in particular 20% chromium,
2 to 5% boron,
2 to 5% silicon,
The rest of manganese and carbon are manufacturing-related components. 5. Walze nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einer Nickel-Kobalt-Chrom-Aluminium-Yttrium-Legierung besteht.5. roller according to claims 1 and 2, characterized, that the intermediate layer from a Nickel-cobalt-chrome-aluminum-yttrium alloy. 6. Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einer Legierung mit C 0,02%, Co 22 bis 24%, Cr 16 bis 18%, Al 12 bis 13%, Y bis 0,5%, Rest Nickel besteht.6. roller according to claim 5, characterized, that the intermediate layer made of an alloy with C 0.02%, Co 22 up to 24%, Cr 16 to 18%, Al 12 to 13%, Y to 0.5%, balance nickel consists. 7. Verfahren zur Herstellung einer Walze nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht mittels Flammspritzen und die Verschleißschicht durch Zerstäuben eines Gießstrahles eines schmelzflüssigen Materials einer verschleißfesten Legierung mittels inerter Gase auf die Zwischenschicht aufgetragen wird, während die Temperatur der Zwischenschicht noch oberhalb der Temperatur des Grundkörpers liegt. 7. A method for producing a roller according to claims 1 to 6, characterized, that the intermediate layer by means of flame spraying and the Wear layer by atomizing a pouring stream molten material of a wear-resistant alloy inert gases are applied to the intermediate layer while the Temperature of the intermediate layer still above the temperature of the Basic body lies.   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischen- und die Deckschicht während einer Drehbewegung des Grundkörpers bei gleichzeitig linearer Relativbewegung zwischen Grundkörper und Legierungsspender aufgetragen werden.8. The method according to claim 7, characterized, that the intermediate and the top layer during a rotational movement of the base body with a simultaneous linear relative movement between Base body and alloy dispenser can be applied. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht auf den vorgewärmten Grundkörper bei einer Temperatur des Grundkörpers von 120 bis 200°C aufgetragen wird.9. The method according to claims 7 to 8, characterized, that the intermediate layer on the preheated body at a Temperature of the base body from 120 to 200 ° C is applied. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper vor Auftragen der Zwischenschicht auf ca. 150°C vorgewärmt wird.10. The method according to claim 9, characterized, that the base body before applying the intermediate layer is preheated to approx. 150 ° C. 11. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper einschließlich der Zwischenschicht für das Auftragen der Deckschicht auf Temperaturen von 950 bis 1050°C vorgewärmt wird.11. The method according to claims 7 to 10, characterized, that the base body including the intermediate layer for the Apply the top layer to temperatures from 950 to 1050 ° C is preheated. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmtemperatur ca. 1000°C beträgt.12. The method according to claim 11, characterized, that the preheating temperature is approx. 1000 ° C. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzenstrahl der zu erzeugenden Deckschicht beliebige Hartstoffpartikel aus einer getrennten Quelle zugespeist werden.13. The method according to any one of claims 7 to 12, characterized, that the melt jet of the top layer to be produced any Hard particles are fed from a separate source.
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