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Werkstoff-Übersicht
Die hier aufgeführten Werkstoffe beschreiben den Standard-Werkstoff-Katalog von WALZEN IRLE.
Der Werkstoff-Katalog ist in über 180 Jahren Erfahrung in der Herstellung von Walzen für nahezu jeden industriellen Walzprozess und durch Hunderttausende von Aufträgen gewachsen.
Die dargestellten Werkstoffe lassen sich an die spezifischen Betriebsbedingungen unserer Kunden anpassen.
G — Grauguss
I — Indefinite - Verbundguss
K — Hartguss - Einstoff
K — Hartguss - Verbund
KT — Hartguss - Verbund
KSC — Hartguss - Verbund
SP — Einstoff und Verbund
SA — Einstoff und Verbund
SP/A H — Einstoff
SM — Schleuderverbundguss
CR — Chromguss
KSTV
ST — Stahlguss
STG — Stahlguss grafitisiert
SST — Sonderstahl
FS — Schmiedestahl
NI-Hard — Ni-Hard
ICRO — Icrodur
G — Grauguss
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
Graugusswalzen haben über den gesamten Ballenquerschnitt ein perlitisches Grundgefüge mit Lamellengrafit. Werden besondere Forderungen an die Verschleißbeständigkeit gestellt, so können bei entsprechender chemischer Zusammensetzung auch Zementiteinlagerungen im Gefüge vorliegen. Kennzeichnende Eigenschaften der Graugusswalzen sind:
- sehr gute Wärmeleitfähigkeit
- Temperaturwechselbeständigkeit
- gutes Greifvermögen
- geringer Härteabfall
- relativ geringe Verschleißbeständigkeit.
I — Indefinite - Verbundguss
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
Das wesentliche Merkmal der Indefinitewalzen ist eine von der Walzenoberfläche zum Walzenkern radial gerichtete Gefügestruktur.
Die Gefügebestandteile Zementit und Grafit sind zeilenförmig senkrecht zur Walzenoberfläche angeordnet.
Der Grafitanteil nimmt bei Indefinitewalzen kontinuierlich von der Ballenoberfläche zum Ballenkern zu und der Anteil an freiem Zementit in derselben Richtung ab.
Die metallische Grundmasse ist bei Indefinitewalzen im Härtebereich von 340-540 HV perlitisch oder bainitisch ausgebildet. Bedingt durch den besonderen Gefügeaufbau und den kontinuierlich verlaufenden Härteabfall von der Ballenoberfläche zum Kern eignen sich Indefinitewalzen mit einer Oberflächenhärte bis ca. 540 HV zum Einschneiden von tiefen Kalibern.
Indefinitewalzen bis 540 HV werden vorwiegend als Einstoffwalzen eingesetzt.
Falls sie hohen Verschleißanforderungen und mechanischen oder thermischen Belastungen unterliegen, können sie auch als statisch gegossene oder geschleuderte Verbundwalzen mit Grauguss- oder Sphärogusskern hergestellt werden.
K — Hartguss - Einstoff
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
Hartguss-Einstoffwalzen bestehen in der weiß erstarrten, grafitfreien Härteschicht aus Zementit (Ledeburiteutektikum) und der metallischen Grundmasse. Die Dicke der nutzbaren Härteschicht kann je nach Walzendurchmesser bis 20 mm betragen. Der Walzenkern ist grau erstarrt und besteht vorwiegend aus einer perlitischen Grundmasse mit Lamellengrafit. Zwischen der äußeren Härteschicht und dem Kern liegt eine melierte Übergangszone, in der grau und weiß erstarrte Gefügebestandteile nebeneinander vorhanden sind.
Beim Hartguss wird die Oberflächenhärte und Verschleißbeständigkeit durch den Ledeburitanteil und die Ausbildung der Grundmasse bestimmt. Durch entsprechende Legierungselemente kann eine perlitische, bainitische oder martensitische Grundmasse eingestellt werden. Mit der Erhöhung von Härte und Verschleißbeständigkeit werden die thermische und mechanische Belastbarkeit vermindert. Die Qualitätsbezeichnung K30 gibt den prozentualen Anteil an Zementit im Gefüge an.
K — Hartguss - Verbund
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
Hartguss-Verbundwalzen bestehen in der weiß erstarrten Mantelschicht aus Zementit (Ledeburiteutektikum) und der metallischen Grundmasse. Die Oberflächenhärte und Verschleißbeständigkeit wird durch den Zementitanteil im Gefüge und die Ausbildung der metallischen Grundmasse bestimmt.
Durch entsprechende Legierungselemente kann eine perlitische, bainitische oder martensitische Grundmasse eingestellt werden. Mit der Erhöhung von Härte und Verschleißbeständigkeit werden die thermische und mechanische Belastbarkeit vermindert.
Die Qualitätsbezeichnung K30 gibt den prozentualen Anteil an Zementit im Gefüge an.
Bei Verbundwalzen kann die Dicke der verschleißfesten Mantelschicht dem Nutzungsgrad der Walze entsprechend eingestellt werden. Das Kern- und Zapfenmaterial der Verbundwalzen kann aus Grauguss (G) oder Sphäroguss (S) bestehen.
Hierdurch können die Festigkeit und Biegesteifigkeit der Walzen unterschiedlichen Betriebsbedingungen angepasst werden.
KT für Kalanderwalzen in der Papierindustrie — Hartguss-Verbund
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
Das Gefüge der Verbundgussqualität "K" enthält im Mantelwerkstoff etwa 50% und das der "KT"-Qualität 30-40% Zementit. Dadurch hat die "KT"-Qualität eine etwas geringere Verschleißbeständigkeit, ist aber für höhere Temperaturen (Walzen-Oberflächentemperaturen >160°C) geeignet.
Für den Einsatz von Verbundgusswalzen müssen die möglichen thermischen und mechanischen Spannungen für den Einzelfall berechnet werden, damit eine betriebssichere Werkstoffauswahl erfolgen kann.
Die Walzen können mit angegossenen Zapfen oder angeschraubten Schmiedestahlzapfen geliefert werden.
KSC für Kalanderwalzen in der Papierindustrie — Hartguss-Verbund
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
KSC-Walzenwerkstoffe sind im Gefüge mit dem Hartguss vergleichbar.
Sie bestehen in der Verschleißschicht (Mantelschicht bei Verbundwalzen) aus Zementit (Ledeburiteutektikum) und der metallischen Grundmasse.
Aufgrund der hohen Anteile an Legierungselementen (Cr, Ni, Mo) ist die Grundmasse bainitisch/martensitisch ausgebildet. Je nach Legierungsgrad können noch unterschiedliche Anteile an Austenit vorliegen. Durch diesen Gefügeaufbau wird die Korrosionsbeständigkeit gegenüber den weniger legierten Hartgusswerkstoffen erhöht.
KSC-Legierungen sind jedoch nicht mit rostfreien Werkstoffen vergleichbar.
Die Verschleißbeständigkeit der KSC-Werkstoffe wird durch den hohen Anteil an Zementit und die Härte der metallischen Grundmasse gegenüber Hartguss positiv beeinflußt und gesteigert.
KSC-Walzen können nur im unteren Durchmesser- und Härtebereich (ø max. 600 mm; KSC-520) als Einstoffwalzen gegossen werden.
Aufgrund der hohen Anteile an Legierungselementen und der damit verbundenen Bruchgefahr, müssen alle übrigen Walzen im Verbundguss mit Grauguss oder Sphäroguss als Zapfen- und Kernwerkstoff hergestellt werden.
Die KSC-Walzen werden mit angegossenen Zapfen oder angeschraubten Schmiedestahlzapfen im Härtebereich von 500-660 HV gefertigt.
KSC-Walzen werden eingesetzt, wenn besondere Anforderungen an die Korrosions- und/oder Verschleißbeständigkeit gestellt werden.
SP — Sphäroguss - perlitisch, Einstoff und Verbund
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
In Sphärogusswalzen ist der Grafit in Kugelform ausgeschieden, wodurch Festigkeit und Zähigkeit des Werkstoffes erheblich gegenüber den lamellaren Gusseisensorten gesteigert werden. Neben dem Kugelgrafit können in Sphärogusswalzen, je nach geforderter Verschleißbeständigkeit, unterschiedliche Mengen an Zementit im Gefüge vorliegen.
Der Zementitanteil nimmt kontinuierlich von der Ballenoberfläche zum Ballenkern ab und der Kugelgrafitanteil in gleicher Richtung zu. Die metallische Grundmasse ist bei den SP-Sphärogusswalzen im Härtebereich perlitisch ausgebildet.
Sphärogusswalzen werden vorwiegend als Einstoffwalzen eingesetzt. Falls sie besonders hohen Verschleißanforderungen und mechanischen oder thermischen Belastungen ausgesetzt sind, können sie auch als statisch gegossene oder geschleuderte Verbundwalzen mit hochfestem Sphärogusskern hergestellt werden.
SA — Sphäroguss - acikular, Einstoff und Verbund
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
In Sphärogusswalzen ist der Grafit in Kugelform ausgeschieden, wodurch Festigkeit und Zähigkeit des Werkstoffes erheblich gegenüber den lamellaren Gusseisensorten gesteigert werden.
Neben dem Kugelgrafit können in Sphärogusswalzen je nach geforderter Verschleißbeständigkeit unterschiedliche Mengen an Zementit im Gefüge vorliegen. Der Zementitanteil nimmt kontinuierlich von der Ballenoberfläche zum Ballenkern ab und der Kugelgrafitanteil in gleicher Richtung zu.
Die metallische Grundmasse ist bei den SA-Sphärogusswalzen acikular ausgebildet. Das acikulare Gefüge wird durch Legieren von Ni und Mo eingestellt und zeichnet sich gegenüber dem perlitischen durch eine höhere Zugfestigkeit und Verschleißbeständigkeit aus. Durch Vergüte- oder Anlassglühungen können Härte, Zugfestigkeit und Zähigkeit dieser Werkstoffe dem jeweiligen Verwendungszweck optimal angepaßt werden. Für besonders hohe Verschleißanforderungen und mechanische oder thermische Belastungen können die SA-Sphärogusswalzen auch als statisch gegossene oder geschleuderte Verbundwalzen hergestellt werden.
SP/A H — Sphäroguss - vergütet, Einstoff
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
In Sphärogusswalzen ist der Grafit in Kugelform ausgeschieden, wodurch Festigkeit und Zähigkeit des Werkstoffes erheblich gegenüber den lamellaren Gusseisensorten gesteigert werden.
Neben dem Kugelgrafit können in Sphärogusswalzen je nach geforderter Verschleißbeständigkeit unterschiedliche Mengen an Zementit im Gefüge vorliegen. Die Grundmasse kann ferritisch/perlitisch, perlitisch oder bainitisch ausgebildet sein.
Bei den Qualitäten SP/A-280H,-320H, -360H und -400H werden durch eine besondere Vergütung die Zähigkeit und die thermische Belastbarkeit des Werkstoffes verbessert.
Durch die Wärmebehandlung entsteht über dem gesamten Walzenquerschnitt ein homogenes Gefüge mit geringem radialen Härteabfall.
Sphärogusswalzen SP/A -280H, -320H -360H und -400H können für die Herstellung von größeren Walzprofilen im vorkalibrierten Zustand vergütet werden. Hierdurch werden an der Walzenoberfläche auch in tieferen Kalibereinschnitten Druckeigenspannungen eingestellt, die der Brandrissbildung entgegenwirken.
SM — Sphäroguss - martensitisch, Schleuderverbundguss
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
In Sphärogusswalzen ist der Grafit in Kugelform ausgeschieden, wodurch Festigkeit und Zähigkeit des Werkstoffes erheblich gegenüber den lamellaren Gusseisensorten gesteigert werden. Neben dem Kugelgrafit können in Sphärogusswalzen je nach geforderter Verschleißbeständigkeit unterschiedliche Mengen an Zementit im Gefüge vorliegen. Der Zementitanteil nimmt kontinuierlich von der Ballenoberfläche zum Ballenkern ab und der Kugelgrafitanteil in gleicher Richtung zu.
Die metallische Grundmasse ist bei den SM-Sphärogusswalzen martensitisch ausgebildet.
Die hohe Härte des Martensits und der Zementitanteil im Gefüge bestimmen die sehr gute Verschleißbeständigkeit der SM-Sphärogusswalzen.
Die thermische Empfindlichkeit ist relativ hoch, so dass gute Kühlbedingungen beim Einsatz der Walzen erforderlich sind.
Da die SM-Sphärogusswalzen verhältnismäßig spröde sind, werden sie nur als geschleuderte Verbundwalzen mit zähem Sphärogusskern hergestellt.
CR — Chromstahl - Chromguss
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
Das Gefüge der verschleißbeständigen Chromgusswerkstoffe besteht aus chromreichen eutektischen Mischkarbiden der Zusammensetzung M7C3 oder M23C6, die in einer Grundmasse aus Perlit oder Martensit mit fein verteilten Sekundärkarbiden vorliegen.
Durch die besondere Struktur der Cr-Karbide haben die CR-Werkstoffe im Vergleich zu anderen karbidischen Verschleißwerkstoffen wesentlich höhere Festigkeits- und verbesserte Zähigkeitseigenschaften.
Weitere positive Eigenschaften sind hohe Druck- und Warmfestigkeit. Der Gehalt an Cr-Karbiden in den CR-Werkstoffen ist in einem weiten Bereich einstellbar. Mit höheren Anteilen an Cr-Karbiden steigt die Verschleißbeständigkeit, während Zähigkeits- und Festigkeitswerte reduziert werden. Die Qualitätsbezeichnung CR5 gibt den prozentualen Anteil an eutektischen Cr-Karbiden im Gefüge an. Durch Wärmebehandlung können je nach Gehalten an Cr-Karbiden Oberflächenhärten bis 700 HV erzielt werden.
Der radiale Härteabfall ist über den gesamten nutzbaren Bereich einer Walze sehr gering. Für Flachwalzwerke werden die CR-Walzen als geschleuderte Verbundwalzen mit Grauguss- oder Sphärogusskern hergestellt. In Profilwalzwerken werden sie als Einstoffwalzen eingesetzt.
KSTV Chromstahl - Sonderwerkstoff für Kalanderwalzen in der Papierindustrie
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
Durch eine besondere Schmelzbehandlung werden bei den KSTV-Walzen gute Warmfestigkeitseigenschaften erreicht. KSTV-Walzen können bei Walzenoberflächentemperaturen
KSTV-Walzen können aufgrund ihrer technologischen Eigenschaften mit geringeren Durchmessern und Wanddicken als Hartgusswalzen dimensioniert werden. Die damit verbundenen Gewichtsreduzierungen können sowohl bei Neuanlagen als auch bei der Modernisierung von Altanlagen vorteilhaft sein.
Die KSTV-Walzen werden mit angeschraubten Schmiedestahlzapfen geliefert.
ST — Stahlguss
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
Stahlgusswalzen haben je nach chemischer Zusammensetzung und Wärmebehandlung eine perlitische oder bainitische Grundmasse. Wesentliche Legierungselemente sind Cr, Mn, Ni, Mo, V und W, die je nach Verwendungszweck der Walzen in unterschiedlichen Mengen zulegiert werden.
Die Bezeichnung ST-0 gilt für untereutektoide bis naheutektoide Werkstoffe mit einem C-Gehalt < 0,8 %.
Diese Werkstoffe zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit und Bruchsicherheit aus.
Die Oberflächenhärte der Stahlgusswalzen wird durch die Art der Wärmebehandlung und die chemische Zusammensetzung eingestellt und kann im Bereich von 180-420 HV liegen.
Der radiale Härteabfall ist innerhalb der Arbeitsschicht gering.
Für die Herstellung von größeren Profilen können Stahlgusswalzen im vorkalibrierten Zustand vergütet werden. Dadurch werden an der Walzenoberfläche auch in tieferen Kalibereinschnitten Druckeigenspannungen eingestellt, die der Brandrissbildung entgegenwirken. Außerdem wird durch diese spezielle Vergütung ein geringerer Härteabfall und somit gute Verschleißbeständigkeit bis zum Enddurchmesser der Walze erzielt.
STG — Stahlguss grafitisiert
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
Die grafitisierten Stahlgusswalzen sind entsprechend ihrem C-Gehalt den übereutektoiden Werkstoffen zuzuordnen.
Durch eine Impfbehandlung der Stahlschmelze wird ein Teil des Kohlenstoffgehaltes bei der Erstarrung als freier Grafit ausgeschieden.
Wesentliche Legierungselemente sind Si, Cr, Mn, Ni und Mo, die, je nach Einsatzbedingungen der Walzen, in unterschiedlichen Mengen zulegiert werden.
Das Gefüge der grafitisierten Stahlgusswalzen STG0 besteht aus der perlitischen Grundmasse, max. 5% Karbiden und Grafit.
Die Anteile an Karbiden und Grafit können durch die chemische Zusammensetzung und die Art der Wärmebehandlung eingestellt werden. Damit werden die thermische und die Verschleißbeständigkeit des Werkstoffes den Einsatzbedingungen angepaßt.
Grafitisierte Stahlgusswalzen zeichnen sich wie folgt gegenüber den grafitfreien aus:
- hohe Brandrißbeständigkeit
- gute Verschleißbeständigkeit
- gute Oberflächenbeschaffenheit.
Die guten Werkstoffeigenschaften der grafitisierten Stahlgusswalzen lassen sich durch eine Vergütung im vorkalibrierten Zustand zusätzlich verbessern. Durch die Vergütung werden an der Walzenoberfläche auch in tieferen Kalibereinschnitten Druckeigenspannungen eingestellt, die der Brandrißbildung entgegenwirken. Außerdem wird ein geringer Härteabfall und somit gute Verschleißbeständigkeit bis zum Enddurchmesser der Walze erzielt.
Die Oberflächenhärte der STG0 Walzen kann im Bereich von 180-380 HV eingestellt werden.
SST — Sonderstahl
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
Bei den SST-Werkstoffen handelt es sich um Legierungen, die den Schnellarbeitsstählen (HSS) verwandt sind.
Hauptlegierungselemente sind C, Cr, V, W und Mo. Das Gefüge dieser Werkstoffe besteht nach der sehr aufwendigen Wärmebehandlung aus der martensitischen Grundmasse, in der die Karbide des Vanadiums (VC), Molybdäns (Mo2C), Wolframs (W2C) und Mischkarbide (M6C) fein verteilt vorliegen. Diese Sonderkarbide zeichnen sich durch eine extrem hohe Härte (bis 3000 HV) aus und bewirken in diesen Werkstoffen eine sehr hohe Verschleißbeständigkeit.
Als weitere positive Eigenschaften für SST-Werkstoffe sind zu nennen:
- hohe Anlassbeständigkeit (bis 550 °C)
- hohe Warmfestigkeit
- konstante Härte über den nutzbaren Walzenbereich
- stark verbesserte Formgenauigkeit der Produkte durch geringsten Verschleiß bei sehr guter Oberflächengüte.
Durch den Einsatz der SST-Werkstoffe können die Leistungen der Walzen im Vergleich zu den herkömmlichen Qualitäten um ein Mehrfaches (bis 6 x) gesteigert werden.
FS für Walzen in der Papierindustrie — Schmiedestahl
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
Schmiedestahlwalzen bestehen in der gehärteten Oberflächenschicht aus angelassenem Martensit und im Kern- und Zapfenmaterial aus einem homogenen Vergütungsgefüge. Durch besondere metallurgische Maßnahmen wird an der Ballenoberfläche ein Gefüge mit höchstem Reinheitsgrad erreicht.
Nach dem Schmieden, Vergüten und Vorbearbeiten werden die Walzenballen auf die erforderliche Oberflächenhärte gehärtet und angelassen. Hierzu wird vorwiegend die Induktionshärtung angewendet, jedoch sind auch andere Härteverfahren möglich. Die Einhärtetiefe beträgt mindestens 6-8 mm.
Folgende wesentlichen Punkte bestimmen die Qualität und chemische Zusammensetzung der Schmiedestahlwalzen:
- Walzendurchmesser
- Oberflächenhärte
- Dicke der Härteschicht
- Betriebstemperatur im Kalander
Für die bekannten Einsatzzwecke haben sich die zwei Qualitäten FS1 und FS2 bewährt.
Die Qualität FS1 wird für Walzen mit Oberflächenhärten bis 620 HV eingesetzt, und die Qualität FS2 ist für Walzen mit Oberflächenhärten von 600 HV bis 700 HV bestimmt.
Für besondere Anforderungen bezüglich der Oberflächenhärte, Einhärtetiefe oder Betriebstemperatur der Walzen sind Alternativvorschläge möglich.
NI-Hard — Ni-Hard
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
Die Ni-Hard -Werkstoffe weisen Chromkarbide in einer martensitischen Grundmasse auf.
Der Guss der Werkstoffe kann in Sand oder Kokillen, bzw. Dauerformen erfolgen. Die Kornfeinung beim Kokillenguss führt zu verbesserten Schlagzähigkeitseigenschaften.
Die Werkstoffe sind relativ anlassbeständig, so dass sie Anwendung finden bei Temperaturen bis ca. 400°C, solange keine schockartigen Temperaturwechsel auftreten. Ni-Hard I- und Ni-Hard II-Werkstoffe unterscheiden sich durch den Kohlenstoffgehalt, wohingegen der Ni-Hard IV-Werkstoff Chromsonderkarbide (M7C3) aufweist. Bezüglich Dauerschlagfestigkeit ist der Ni-Hard IV-Werkstoff den Ni-Hard I- und Ni-Hard II-Werkstoffen überlegen.
Alle Ni-Hard-Werkstoffe zeigen einen geringen Härteabfall über die Wandstärke auf.
ICRO — Icrodur
Gefügebeschreibung und wesentliche Eigenschaften
Der Icrodurwerkstoff zeichnet sich durch eine besonders feinkörnige Gefügestruktur aus. Durch Einsatz von Sonderkarbidbildnern wird eine nahezu eutektische
Der Werkstoff kann in Einstoff- als auch in Verbundgussausführung mit Grauguss- oder Sphäroguss-Kern ausgeführt werden.
Neben höchster Verschleißbeständigkeit zeichnet sich Icrodur durch sehr geringen Härteabfall über die Arbeitsschicht aus.
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