具有由钢制成芯区段的构件的生产方法技术

用于生产具有由金属材料制成的芯区段(6，22)和设置在该芯区段外周表面上的耐磨层(7，24)的构件(1，21)的方法。根据本发明专利技术，a)制造由金属材料构成的芯区段坯件(8，28)，其在第一空间方向(Y)上的尺寸(L8，L28)大于该构件芯区段在该空间方向上的额定最终尺寸并且其在第二空间方向(X)上的尺寸小于该构件芯区段在该第二空间方向上的额定最终尺寸；b)将构成耐磨层的材料(M，P)如此施加到外周表面上，使得该材料和芯区段坯件构成牢固的复合体(13，34)；以及c)将该复合体成型为构件，方法是将其在第二空间方向上拉伸并且在第一空间方向上镦锻，直至其在这些空间方向上的尺寸至少与该构件在这些空间方向上的额定最终尺寸相对应并且耐磨层材料位于构件的外周表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有由钢制成芯区段的构件的生产方法
本专利技术涉及一种生产构件的方法，其中该构件具有由金属材料，尤其由钢制成的芯区段和该芯区段所承载、位于该芯区段外周表面上的耐磨层。本专利技术尤其是一种用于生产旋转对称成型的构件的方法，在该构件的外周形成有耐磨层。
技术介绍
这种构件的一个典型实例是用于热轧或者冷轧金属扁平产品的轧辊，这些金属扁平产品通常是由钢或者非铁金属构成的带材，板材或者从中获得的裁切段。根据不同应用，该轧辊尺寸可达最大1m的辊体直径和最大10m的长度。这里所述种类的构件的其它应用领域实例有造纸工业，玻璃工业和木材工业以及塑料材料加工工业，在塑料材料加工工业领域中尤其在加工纤维加强塑料时会出现所使用工具巨大的摩擦磨损负荷。根据本专利技术待生产种类的构件由此在实际生产中通常在外周表面区域中经受高压力负荷或者高摩擦负荷以及可能情况下还有腐蚀，该外周表面在实际应用中与另一个构件或者各个待加工的产品相接触。为了避免否则由此引起的过度磨损，将所相关接触表面形成在耐磨层的外层。为了提高在热轧钢带的热轧中使用的工作辊的使用寿命，在DE102009037278A1中建议，为在用于对由钢制成的热轧带材进行最终热轧的轧机机架中所使用的工作辊设置耐磨层，该耐磨层由粉末冶金材料通过热等静压生产，热等静压在专业用语中也缩写为“HIP”。相似的建议可在EP1365869B1中找到，根据该文献，同样为用于热轧的工作辊设置通过HIP方法施加的层以提高其磨损抗性。在制造这种工作辊时，首先通过浇铸或者锻造生产由铸铁或者合适的钢制成的基体，该基体包括在使用时与轧件接触的辊体区域和成型于其上的轴颈，通过该轴颈将该轧辊制成在各个相应轧机机架中。基体的材料在这里具有与在实际使用中出现的力负荷最优协调的机械特性。如此预制的基体随后以薄板外壳包覆。该外壳如此构型，使得在其内周表面和辊体的外周表面之间形成围绕基体的空腔。该空腔以合金粉末填充。然后将该薄板外壳气密性封闭。随后在作用于所有面上的高压和高温下进行密封。这里如此设置压力和温度，使得粉末致密化并且烧结。通过这种方式在基体上制出了完全致密的层，在该层中，各个单独的粉末晶粒不仅彼此烧结在一起，而且也与该基体烧结在一起，这样就产生了均一的复合体。在热等静压结束之后将该薄板外壳取下。最后可以进行后热处理，以赋予所得到的复合压轧辊所要求的机械特性。同样，通常也进行最终机械加工，以确保所要求的尺寸精确性。另一个在用于钢制薄板冷轧的轧辊的钢芯上形成耐磨层的建议在US6，206，814中说明。在其中所示出的方法中，通过复式铸造围绕圆柱形的、由钢SCM440(EN材料号1.7223)构成的芯区段形成由高耐磨的材料制成的外套。在US4，484，959中，作为先前说明的制造途径的替代方案建议这样生产芯区段必须具有与围绕该芯区段的层不同特性的构件，即，在由低合金结构钢构成的芯区段上通过熔覆焊接施加外周层，该外周层由含有Cr和W的高速切削钢构成。通过这种方式如此强化用于冷轧的工作辊，使得其可靠地满足对其使用寿命所提出的要求。在现代化的轧钢机中对所加工的轧件宽度的要求越来越高。相应地就必须提供越来越长的轧辊以能够过程可靠地辊轧更大的宽度。这里已经证明有问题的是，例如随着以HIP方法对这种长的轧辊进行涂层而来的花费是非常大的。由此，随着轧辊长度的增加，热等静压所需的设备花费过度增加。因此，现今可用的HIP设备的长度得到限制，使得利用这些设备不再能够加工尺寸与轧钢机厂家现在的要求相匹配的轧辊。在WO2014/001024A1中为了解决该问题建议，为了生产用于冷轧或热轧金属扁平产品的轧辊，首先制造基体，该基体仅在待制造的轧辊的辊体区域上延伸，然后将该基体通过热等静压施加耐磨层然后才将轧辊可旋转地支承在轧机机架中所需的轴颈焊接至该基体上。通过根据此建议将该轴颈在热等静压之后才与基体连接，可以在其整个长度上使用可用的HIP设备来对辊体区域HIP涂层，与此相对，在传统的处理方式中不仅辊体区域，而且已经形成在基体辊体区域上的轴颈也必须安置在HIP设备中。
技术实现思路
在前述现有技术的背景下，出现了这样的要求，即给出一种方法，该方法可以以简单的方式生产由于其特性特征而特别适合在高负荷以及由此产生的高磨损危险下使用的构件。本专利技术尤其应实现生产具有很大长度的构件，例如用于扁平金属制品热轧或者冷轧的轧辊或者用于塑料加工领域的机械部件。本专利技术以权利要求1中所示的方法解决该目的。本专利技术有利的设计方案在从属权利要求中给出并且随后与总体专利技术思想一起进行详细说明。因此，根据本专利技术的、用于生产具有由金属材料，尤其由钢制成的芯区段和该芯区段所承载、位于该芯区段外周表面上的耐磨层的构件的方法包括以下步骤：a)制造由金属材料构成的芯区段坯件，其在第一空间方向上的尺寸大于该构件芯区段在该方向上的额定最终尺寸并且其在第二空间方向上的尺寸小于该构件芯区段在该第二空间方向上的额定最终尺寸；b)将在制成的构件中构成耐磨层的材料如此施加到芯区段坯件的外周表面上，使得该施加的材料和芯区段坯件构成牢固的复合体；c)将该复合体成型为构件，对此将复合体在第二空间方向上的成型过程中拉伸并且在第一空间方向上镦锻，直至复合体在这些空间方向上的尺寸至少与该构件在这些空间方向上的额定最终尺寸相对应并且构成耐磨层的材料位于构件的外周表面；d)对该构件进行选择性最后加工。本专利技术由此基于这样的思想，从芯区段坯件出发可以通过成型来形成最终构件，确切地说，是在将构成最终构件的耐磨层的材料施加到该芯区段坯件上之后，该芯区段坯件由于其与最终待制得的构件相比更紧凑的形状而更易操纵并且在该芯区段坯件中，在不同空间方向上的扩展仅在有限的范围内彼此差异。(“空间方向”在该文中指的是笛卡尔坐标系彼此正交排布的三个空间方向。)由此，在根据本专利技术的方法中，将耐磨层的材料以及基体的材料共同成型，直至最终构件至少具有其基本形状，然后如果还需要，可以对其进行最终加工。为此，在工作步骤a)中制造芯区段坯件，在后续的成型过程中由该芯区段坯件成型待生产的构件的芯区段。如果待生产的构件为轧辊，那么可以以实际生产中常用生产轧辊的方式例如由铸钢或者铸铁制造该芯区段坯件。对此适用的钢通常是具有高韧性的软钢。因此，总体上所有的结构钢都适合用于芯区段坯件，尤其是具有高韧性的结构钢。与此相反，对于耐磨层来说所有具有足够耐磨度的钢都适用，尤其是可以以粉末形式加工的钢。这样的钢通常包括市场上常见的冷加工钢和具有相应特性的高速切削钢。对于实际生产特别重要的情况是生产旋转对称的构件。在这种情况下最好同样成型为圆柱形的芯区段坯件的材料体积至少对应于待生产的构件的芯区段材料体积。这里“至少”的意思是，在实际生产中芯区段坯件的材料体积始终比最终构件的芯区段材料体积大一定的量，以抵消在通常以切削加工进行的构件最终加工(工作步骤d))中的材料损失。如果根据本专利技术待生产的构件为具有成型在端面上的轴颈的轧辊，只要该轴颈也由该芯区段坯件的材料构成，那么芯区段坯件的材料体积也包括落到待成型在该芯区段上的轴颈的材料体积。作为由芯区段坯件材料通过成型技术制造的替代可行的当然还有，将轴颈以本身已知的方式之后再安装到芯区段上。为此可以将由合适的材料构成的轴颈例如焊接至芯区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于生产构件(1，21)的方法，该构件具有由金属材料，尤其由钢制成的芯区段(6，22)和所述芯区段(6，22)所承载的、位于所述芯区段(6，22)外周表面上的耐磨层(7，24)，所述方法包括以下步骤：a)制造由金属材料构成的芯区段坯件(8，28)，其在第一空间方向(Y)上的尺寸(L8，L28)大于所述构件(1，21)芯区段(6，22)在该第一空间方向上的额定最终尺寸(D1，D22)，并且其在第二空间方向(X)上的尺寸(L1，L21)小于该构件(1，21)芯区段(1，22)在该第二空间方向(X)上的额定最终尺寸；b)将在成品构件(1，21)上构成耐磨层(7，24)的材料(M，P)如此施加到所述芯区段坯件(8，28)的外周表面(10，29)上，使得施加的所述材料(M，P)和所述芯区段坯件(8，28)构成牢固的复合体(13，34)；c)将所述复合体(13，34)成型为构件(1，21)，其中将所述复合体(13，34)在第二空间方向(X)上拉伸并且在第一空间方向(Y)上镦锻，直至所述复合体(13，34)在这些空间方向(X，Y)上的尺寸至少与所述构件(1，21)在这些空间方向(X，Y)上的额定最终尺寸(L1，D1)相对应，并且其中形成耐磨层(7，24)的所述材料(M，P)位于所述构件(1，21)的外周表面；d)对所述构件(1，21)进行选择性最后加工。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.08 DE 102015115061.1;2015.12.18 EP 15201021.用于生产构件(1，21)的方法，该构件具有由金属材料，尤其由钢制成的芯区段(6，22)和所述芯区段(6，22)所承载的、位于所述芯区段(6，22)外周表面上的耐磨层(7，24)，所述方法包括以下步骤：a)制造由金属材料构成的芯区段坯件(8，28)，其在第一空间方向(Y)上的尺寸(L8，L28)大于所述构件(1，21)芯区段(6，22)在该第一空间方向上的额定最终尺寸(D1，D22)，并且其在第二空间方向(X)上的尺寸(L1，L21)小于该构件(1，21)芯区段(1，22)在该第二空间方向(X)上的额定最终尺寸；b)将在成品构件(1，21)上构成耐磨层(7，24)的材料(M，P)如此施加到所述芯区段坯件(8，28)的外周表面(10，29)上，使得施加的所述材料(M，P)和所述芯区段坯件(8，28)构成牢固的复合体(13，34)；c)将所述复合体(13，34)成型为构件(1，21)，其中将所述复合体(13，34)在第二空间方向(X)上拉伸并且在第一空间方向(Y)上镦锻，直至所述复合体(13，34)在这些空间方向(X，Y)上的尺寸至少与所述构件(1，21)在这些空间方向(X，Y)上的额定最终尺寸(L1，D1)相对应，并且其中形成耐磨层(7，24)的所述材料(M，P)位于所述构件(1，21)的外周表面；d)对所述构件(1，21)进行选择性最后加工。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构件(1，21)具有旋转对称的形状。3.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述芯区段坯件(8，28)具有圆柱形形状。4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，在工作步骤b)中将耐磨的材料(M)以粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈·范贝内科姆，霍斯特·希尔，
申请(专利权)人：德国不锈钢特钢有限及两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE