专利名称：用于在轧机中制造板材的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在轧机中制造板材的方法。
背景技术：
制造板材的最初产品通常是被称为板坯的金属块，该金属块来源于钢厂，比如来 源于连铸设备。通过对金属块进行轧制也就是首先进行热轧并且接下来通常进行冷轧就可 以制造出所需厚度的板材。在这个过程中，轧机中的板坯或者是原始板材在连续的过程中 通过多个先后依次布置的机架。机架各自具有工作辊，要被轧制的板材在工作辊之间穿过 并且工作辊以一定的轧制压力朝板材挤压。工作辊此时通常在支承辊的帮助下朝板材导 引。由于在轧制过程中产生的高机械应力和在热轧情况下产生的热应力，工作辊承受高磨 损。因此它们设有通常由铬制成的耐磨覆层。轧制速度主要由工作辊的负载能力来决定。
发明内容
本发明的任务在于，改善工作辊的负载能力，以实现在轧机中尤其以更低的成本 制造板材。 这个任务将根据本发明按照权利要求1所述的方法来解决。根据本发明，为了制
造板材，将板材导引通过工作辊，这些工作辊设置有由可延展的金属材料和其中嵌入的硬
质材料颗粒所组成的覆层，同时在轧制过程中轧制压力设置为大于2GPa。 这种由可延展的金属基础材料和其中所嵌入的硬质材料颗粒所组成的覆层已经
在申请人的没有公开的德国申请DE 10 2005 061 134. 6中所描述。 这种覆层具有非常好的耐磨强度，因此通过这种覆层可以使工作辊总体上具有显 著更长的使用寿命，也就是说，工作辊能够在制造中在更长的时间范围内使用，于是降低了 替换工作辊的成本以及减少了轧机的停机时间。 此外通过这种覆层良好的特别是可延展的性能可以使工作辊能够承受非常高的 轧制压力，该轧制压力可大于2GPa。 由于可以达到比目前一般的工作辊显著更高的轧制压力，因此可以提高轧制速度 并且由此可以在总体上提高处理速度。作为替代方案或者补充方案，可以在轧机设备生产 能力相同的条件下通过更高的轧制压力而在总体上使用较少的机架，从而由此可以大大降 低成本。 在此特别地可以把轧制压力设置成大于3GPa并且尤其是把轧制压力设置在4到
6GPa的范围内。通过由可延展的金属基础材料和其中所嵌入的硬质材料颗粒所组成的特殊
覆层的特殊阻力可以实现如此高的轧制压力而不存在损伤覆层的危险。 目前一般使用的工作辊上设置了铬覆层，它只能承受有限的压力。在较高的压力
下该覆层将变脆，从而导致破碎。 可延展的金属基础材料在此可理解为一种相对较软的金属基础材料，其维氏硬度 最大为大约180-230 HVQ1。维氏硬度的确定按照标准DIN EN ISO 6507。与该基础材料相反，所嵌入的硬质材料颗粒具有明显较高的硬度，比如比基础材料大2倍以上的硬度。
通过可延展的材料和其中所嵌入的硬质材料颗粒的组合，工作辊具有承受极端载 荷的覆层。与连续硬性和脆性的覆层相比，延展性显著降低了在工作时损伤覆层和出现裂 纹或者微小裂纹的危险。相对于脆性覆层，由于高延展性，特别是大大降低了覆层的一部分 在机械载荷下破碎的危险。同时通过所嵌入的硬质材料颗粒获得了非常高的耐磨强度和 因此似乎非常高的表面硬度，于是即使在非常高的机械载荷和磨损力下也能达到长使用寿 命。 适宜的是使用镍或者镍合金作为基础材料。在镍合金中，镍的份额相对于覆层总 体积相应地优选处于65到95个体积百分点之间的范围内，并且尤其处于大约75个体积百 分点的范围内。作为合金组成部分优选为钨和/或者铁和/或者钴。在此特别优选使用钴。 由镍，钨和铁这些组成部分所组成的覆层同样表明是适合的。 在此适宜的是合金组成部分的份额处于大约10到20个体积百分点之间的范围 内。此外硬质材料颗粒的份额优选处于1到50个体积百分点之间的范围内，特别是处于15 到30个体积百分点之间的范围内。此外硬质材料颗粒优选具有纳米级的范围内的大小，比如在50到1000nm之间的
范围内。 在此作为硬质材料颗粒优选使用碳化硼颗粒，碳化钨颗粒或者是金刚石颗粒。特 别是使用陶瓷颗粒比如碳化硼颗粒，其突出之处在于其极高的硬度。 覆层的厚度优选处于大约0. 7到大约6mm之间的范围内，并且特别处于大约2到
3mm之间的范围内。研究表明，具有这种层厚的覆层特别能够满足高要求。 覆层优选以所谓的并且辊覆层中所熟知的水平旋转覆层方法来施加。在这种方法
中，覆层作为粘稠的物质通过涂覆工具连续施加到旋转的基础体上，其中涂覆工具连续地
在旋转的基础体的纵向上运动。 作为替代方案，覆层以电解的方式来施加。为了形成覆层，将要被覆层的部件浸入 一个或者多个电镀池中。作为电极使用由基础材料制成的电极，比如镍或者镍合金电极。在 此将硬质材料添加到电镀池中，从而它们和镍电极的金属离子一起运动到要被覆层的部件 并且在那里和构成基体的镍离子一起沉积。 在一种适宜的改进方案中，把硬覆层设置到可延展的覆层上。也就是说，在具有嵌 入其中的硬质材料颗粒的镍基础层上涂覆另外的具有硬度非常高的、特别是例如硬度大于 IOOOHV的材料的连续的层。特别是涂覆金刚石层。这种金刚石层特别是和其下面的镍或者 镍合金层相组合具有极高的密封性，非常好的热导性，极高的硬度和非常微小的磨损。通过 这种覆层能够使在热轧设备中的工作辊的耐用时间与用硬铬覆层的部件相比显著提高十 倍以上。 金刚石层的厚度在此大约为0.5mm以下。如果施加了金刚石层，那么可延展的覆
层的厚度仅仅处于大约O. lmm到大约3mm的范围内。因为在这种情况下机械性能主要由金
刚石层来保证，所以具有硬质材料颗粒的可延展的覆层的厚度与没有金刚石层的覆层相比
优选更小。具有镍或者镍合金基体的也被称为基础层的覆层在此根据增附层的类型用于使
金刚石层能够可靠地并且长久地施加到基础体的材料比如钢或者铜上。 金刚石层在此优选借助于CVD (化学气相沉积)方法来施加，从而保证其与下面的覆层可靠并且长久的连接。
下面将借助图示进一步说明本发明的实施例。示意图和简图分别展示了
图1是具有多个机架的轧机， 图2是仅具有基础层的工作辊的简化的部分剖视图，以及 图3是具有覆层系统的工作辊的简化的部分剖视图，该覆层系统由基础层和金刚 石层组成。 在各个图中起同样作用的部件以同样的附图标记来表示。
具体实施例方式
非常简化表示的轧机2包括多个机架4，这些机架按照箭头表示的传送或者运输 方向6先后依次布置。每个机架具有两个相对置的工作辊8，其分别由支承辊10支撑并且 朝要被轧制的原始板材12挤压。在轧制过程开始时，原始板材12仍然是板坯。在轧制时， 原始板材12的厚度以一种这里没有进一步描述的方式减少，直到其最终具有所需的最终 厚度。在轧机2的末端，板材12 —般通过巻取机巻绕成巻材。 为了进行轧制，工作辊8以一个朝原始板材12方向作用的轧制压力p朝要被轧制
的原始板材12挤压。工作辊8因此自身也承受着这个轧制压力p。作为轧制压力p，施加
大于2Gpa的压力，并且特别是施加处于3到6GPa之间的范围内的压力。 该高的轧制压力p特别是通过工作辊8的特殊覆层来达到，该覆层的突出之处在
于，在可延展的金属基础材料38里面嵌入了硬质材料颗粒40。与比如具有硬铬覆层的部件
相比，通过覆层38尤其极大地改善了工作辊8的耐用时间和使用寿命。 下面将借助图2和图3进一步描述覆层或者覆层系统的构造和组成。 在工作辊8的基础体37上分别通过电解方式施加了下述称为基础层38的镍基覆
层。基础体比如由钢制成。 基础层38除称为基础材料39的镍基体以外还包括一部分硬质材料颗粒40，特别 是碳化硼颗粒。通过使用镍作为基体材料与特别以碳化硼作为硬质材料颗粒40的组合可 以得到具有非常好气密性以及由此耐腐蚀性以及热导性的覆层，其同时具有很高的表面硬 度和很少的磨损。 通过仅具有大约10 ii m的非常微小的层厚的镍基体就能够达到高的气密性。与具 有微小裂纹的硬铬覆层相比因此改善了耐腐蚀性。由于镍基础材料39具有良好的热导性， 该覆层在总体上也具有高的热导性，从而保证了热量的迅速散发。 覆层的机械负载能力特别通过嵌入的硬质材料颗粒40来实现，这些硬质材料颗 粒部分地也高出由镍基体39形成的表面44，以至于只有硬质材料颗粒40与金属板12接 触。硬质材料颗粒40均匀均质地分布在基体39中。 由于工作辊8承受极大的机械载荷，在优选的设计方案中在基础层38上另外设置 金刚石层42，如图3所示。 特别是在工作辊8仅具有基础层38的情况下将使用纳米级的硬质材料颗粒40， 以获得较高的表面质量。对于这种工作辊8，在上部区域中硬质材料颗粒40的份额处于15到25个体积百分点之间。以镍钴合金为基础的覆层在此例如具有大约63个体积百分点的 镍，12个体积百分点的钴和25个体积百分点的碳化硼颗粒40的组成。
通过使用如图3所示的覆层系统可以使耐用时间更进一步地显著延长。这种情况 下在下部区域中基础层38的厚度Dl处于0. 5到2mm之间。同时金刚石层的厚度D2大约 为0. 5mm。 与硬铬覆层相比，工作辊8的耐用时间通过这里所描述的基础层38相应地延长了 大约4到6倍。通过使用金刚石层42使得耐用时间比其延长数倍。综合起来通过使用这 里所描述的覆层措施使得工作辊8的使用寿命得到了极大地延长，从而产生较少的运转成 本。 同时，覆层允许高的轧制压力p，通过高的轧制压力可以附加实现成本的节省，因 为可以提高轧制速度和/或者减少机架数目。
权利要求
轧机(2)中利用工作辊(8)制造板材(12)的方法，工作辊(8)设有由可延展的金属基础材料(39)和其中所嵌入的硬质材料颗粒(40)所组成的覆层(38)，其中，在轧制时，轧制压力(p)设置为大于2GPa。
2. 如权利要求l所述的方法，其中，轧制压力设置为大于3GPa，特别是将轧制压力设置为处于4到6GPa之间的范围内。
3. 如权利要求1或者2所述的方法，其中，所述基础材料(39)为镍或者镍合金。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，所述覆层(38)的镍份额大约处于65个体积百分点到95个体积百分点之间的范围内，并且特别处于大约75个体积百分点的范围内。
5. 如权利要求3或者4所述的方法，其中，作为合金组成部分设置钨和/或者铁和/或者钴。
6. 如权利要求3到5中任一项所述的方法，其中，所述覆层(38)上的合金组成部分的份额大约处于10个体积百分点到20个体积百分点之间。
7. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述覆层(38)上的硬质材料颗粒(40)的份额处于1个体积百分点到50个体积百分点之间的范围内，特别是处于15个体积百分点到30个体积百分点之间。
8. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，硬质材料颗粒(40)具有纳米范围内的大小。
9. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，作为硬质材料颗粒(40)使用碳化硼颗粒，碳化钨颗粒和/或者金刚石颗粒。
10. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在覆层(38)上施加硬质层(42)，特别是金刚石层。
全文摘要
为了降低轧机(2)用于制造板材(12)的运转成本，轧机(2)的工作辊(8)设置了特殊的覆层(38)，该覆层具有可延展的基础材料(39)和嵌入其中的硬质材料颗粒(40)。此外，在轧制时工作辊(8)以大于2GPa的轧制压力(p)朝要被轧制的板材(12)挤压。通过这种高的压力，可实现更高的轧制速度和/或者节省工作辊(8)。
文档编号B21B1/22GK101715373SQ200880020699
公开日2010年5月26日 申请日期2008年6月17日 优先权日2007年6月20日
发明者R·瓦格纳, T·桑特根 申请人:西门子公司