VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON WALZPLATTIERTEN VERBUNDWERKSTOFFEN AUS EINEM AUS WERKSTOFFPAKETEN ZUSAMMENGESETZTEN GESAMTPAKET UND GESAMTPAKET HIERFÜR

Abstract

 1. Verfahren zur Herstellung von walzplattierten Verbundwerkstoffen aus einem aus Werkstoffpaketen zusammengesetzten Gesamtpaket und Gesamtpaket hierfür.
2. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines walzplattierten Verbundwerkstoffs im Wesentlichen mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen von mindestens zwei Werkstoffpaketen, bestehend jeweils aus demselben Grundwerkstoff oder einem Grundwerkstoff und dem darauf zu plattierenden Auflagewerkstoff
- Aufeinanderlegen der mindestens zwei einzelnen Werkstoffpakete zu einem symmetrischen Gesamtpaket, wobei vor dem Aufeinanderlegen auf eine der Werkstoffoberflächen als Trennschicht eine Folie aus keramischem Material platziert wird
- Walzen des Gesamtpaketes bis auf die geforderte Enddicke der jeweiligen Werkstoffpakete,
- Trennen der einzelnen verbundenen Werkstoffpakete aus dem Gesamtpaket in der Ebene der Trennschicht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von walzplattierten Verbundwerkstoffen aus einem aus Werkstoffpaketen zusammengesetzten Gesamtpaket und Werkstoffpaket hierfür.

[0002] Derart hergestellte Verbundwerkstoffe werden auch als Verbundbleche oder Sandwichbleche bezeichnet. Unter Verbundwerkstoffen werden im Folgenden insbesondere walzplattierte Flachprodukte wie Bänder, Bleche oder Platinen verstanden, die üblicherweise über einen Walzprozess erzeugt werden. Aber auch Profile oder Rohre können mittels Walzplattieren zu Verbundwerkstoffen hergestellt werden. Diese Verbundwerkstoffe bestehen aus einem Grundwerkstoff und einem durch Walzplattieren aufgebrachten Auflagewerkstoff.

[0003] Unter Walzplattieren versteht man die Erzeugung einer stoffschlüssigen Verbindung von zwei oder mehr metallischen Werkstoffen durch Vergrößerung der Kontaktzone zwischen den Werkstoffpartnern und Anwendung von hohen Drücken. Die noch nicht durch Walzplattieren verbundenen Werkstoffpartner werden üblicherweise auch als zu walzendes Werkstoffpaket bezeichnet.

[0004] Unterschieden wird dabei zwischen Warmwalzplattieren und Kaltwalzplattieren, wie es zum Beispiel aus der Veröffentlichung "Walzen von Flachprodukten", Springer Verlag 2017, ISBN 978-3-662-48090-8, hervorgeht. Voraussetzungen für eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Werkstoffpartnern sind demnach saubere, bindungsfähige Oberflächen, wie sie bei technischen Werkstoffen in der Regel nicht gegeben sind, so dass die Oberflächen der Ausgangsmaterialien zum Beispiel durch Bürsten, Schleifen oder Fräsen vorbehandelt werden müssen. Auch können die Oberflächen zum Beispiel durch Beizen oder durch Aufbringen einer die Haftung verbessernden Beschichtung vorbehandelt werden.

[0005] Beim Warmwalzplattieren wird der Werkstoffverbund vor dem Walzen auf eine erhöhte Prozesstemperatur angewärmt, wodurch der notwendige Kraft- und Arbeitsbedarf für das Plattieren reduziert und die Bildung eines Haftverbundes positiv beeinflusst wird. Bei Stählen wird das zu verbindende Werkstoffpaket aus Grundwerkstoff und Auflagewerkstoff zum Beispiel auf eine Temperatur von 1100°C bis 1250°C erwärmt und anschließend in diesem Temperaturbereich gewalzt. Dies kann mit einem oder mehreren Walzstichen mit optionalen Zwischenerwärmungen erfolgen. Nachteilig beim Warmwalzplattieren ist jedoch die erhöhte Oxidationsrate der metallischen Werkstoffe während der Erwärmung auf die Zieltemperatur, was den Stoffverbund negativ beeinflusst. Aus der oben genannten Schrift ist es bekannt, Abhilfe dadurch zu schaffen, dass so genannte Werkstoffpakete hergestellt werden, bei denen die zu verbindenden Werkstoffe, also Grundwerkstoff und Auflagewerkstoff, nach einer Oberflächenvorbereitung der Plattierungskontaktflächen an den Außenkanten verschweißt und die so eingeschlossenen Zwischenräume mit inerten Gasen gefüllt werden.

[0006] Entsprechend der oben genannten Veröffentlichung, erfolgt das Kaltwalzplattieren demgegenüber im Wesentlichen bei Raumtemperatur, wodurch sich die notwendigen Walzkräfte zur Herstellung eines stoffschlüssigen Verbundes, deutlich erhöhen. Im Gegensatz zum Warmwalzplattieren finden beim Kaltwalzplattieren keine Diffusionsprozesse statt, die den Haftungsaufbau unterstützen. Die Mindestumformgrade liegen hierbei deutlich höher und der Oberflächenvorbereitung der Plattierungskontaktflächen kommt eine deutlich höhere Bedeutung zu, als beim Warmwalzplattieren.

[0007] Die vorliegende Erfindung bezieht sich sowohl auf das Warm- wie auch das Kaltwalzplattieren, sodass nachfolgend diese beiden Plattierungsverfahren unter dem Begriff "Walzplattieren" zusammengefasst werden, sofern nicht Differenzierungen notwendig sind.

[0008] Beim Walzplattieren können unterschiedlichste Werkstoffe stoffschlüssig, miteinander verbunden werden, so zum Beispiel ein hochlegierter Stahl als Auflagewerkstoff mit einem niedriglegierten Stahl als Grundwerkstoff. Ebenso kann als Auflagewerkstoff ein abriebfester Stahl (kohlenstoffreicher, abriebfester Stahl und abriebfester Manganstahl), nichtrostender Stahl, Nickel, Nickellegierungen, Titan, Titanlegierungen, Kupfer, Kupferlegierungen, Chrom, Chromlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen Anwendung finden. Als Grundwerkstoff kommen neben einem niedrig legierten Stahl zum Beispiel Kohlenstoffstahl, legierter Stahl, nichtrostender Stahl (martensitischer Stahl, austenitischer Stahl, ausscheidungsgehärteter Stahl und nichtrostender Chrom-Mangan-Stahl) in Frage. Es können Eisen- mit Nichteisenmetallen verbunden werden, so dass ein Verbundwerkstoff hergestellt werden kann, der unterschiedlichsten Anforderungen hinsichtlich mechanischer Eigenschaften, Verschleiß-, und Korrosionseigenschaften gerecht wird.

[0009] Bei üblichen Anwendungen weist der Auflagewerkstoff in der Regel einen deutlich höheren Umformwiderstand und eine deutlich geringere Dicke als der Grundwerkstoff auf, auf den der Auflagewerkstoff aufgebracht wird.

[0010] Verfahren zum Warmwalzplattieren sind zum Beispiel aus der Offenlegungsschrift DE 37 01 815 A1 und der Patentschrift DE 23 58 292 C2 bekannt. Hierbei wird auf das Blech als Grundwerkstoff der Auflagewerkstoff aufgelegt und mit Schweißnähten an den Stoßstellen gasdicht verschweißt und anschließend evakuiert. Das so hergestellte Werkstoffpaket wird sodann auf Warmumformtemperatur erhitzt und anschließend in einem oder mehreren Walzstichen auf die geforderte Dicke gewalzt.

[0011] Die Herstellung eines solchen Verbundwerkstoffs ist allerdings mit einigen Problemen behaftet, wenn beim Warmwalzplattieren die Wärmeausdehnungskoeffizienten des zu walzenden Werkstoffpaketes sehr unterschiedlich sind. So hat sich zum Beispiel bei Versuchen zur Herstellung walzplattierter Bleche herausgestellt, dass durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und Umformwiderstände von Grundwerkstoff und Auflagewerkstoff, sich das Blech schon während des Walzens sehr stark bogenförmig zu den Außenrändern nach oben krümmt und so nicht weiter walzbar war.

[0012] Aus diesem Grunde wurde ein symmetrisches Gesamtpaket hergestellt, bestehend aus zwei einzelnen Werkstoffpaketen aus Grund- und Auflagewerkstoff, bei dem die zu plattierenden hochfesten Auflagewerkstoffe, also die Werkstoffe mit einem höheren Umformwiderstand, aufeinanderliegen und nach außen die jeweils weicheren Grundwerkstoffe (DE 23 58 292 C2) angeordnet werden.

[0013] Beim Walzplattieren, insbesondere beim Warmwalzplattieren, haben die in dieser Weise aufeinanderliegenden Werkstoffpakete die Eigenschaft sich entsprechend ihrer unterschiedlichen Umformwiderstände mittig aufzuwölben, wobei aber die Walzenkraft gegendrückt und so das Werkstoffpaket problemlos walzbar ist.

[0014] Beim Walzplattieren eines solchen, aus zwei Werkstoffpaketen zusammengestellten symmetrischen Gesamtpaketes, muss allerdings sichergestellt werden, dass die aufeinanderliegenden Außenoberflächen des Auflagewerkstoffs sich nicht miteinander verbinden, so dass die so aus den zwei Werkstoffpaketen erzeugten Verbundwerkstoffe sich nach dem Walzenplattieren wieder trennen lassen.

[0015] Hierzu wird in der Patentschrift DE 23 58 292 C2 für das Warmwalzplattieren vorgeschlagen, ein das Verbinden der beiden aufeinanderliegenden Außenoberflächen des Auflagewerkstoffs verhinderndes Trennmittel in Form von Zirkoniumoxidpulver aufzutragen. Als nachteilig hat sich jedoch herausgestellt, dass das Auftragen einer gleichmäßig dicken Schicht des Pulvers, die notwendig ist, um ein Verschweißen dieser aufeinanderliegenden Oberflächen beim Warmwalzen zu verhindern, technisch nicht oder nur sehr aufwändig zu realisieren ist.

[0016] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von walzplattierten Verbundwerkstoffen aus einem aus Werkstoffpaketen zusammengesetzten Gesamtpaket zu schaffen, welches eine einfachere, wirtschaftliche und gleichzeitig qualitätssichere Herstellung des Verbundwerkstoffes ermöglicht. Insbesondere soll das Trennmittel vereinfacht auf die Außenoberflächen der später zum Walzen des Gesamtpaketes aufeinanderliegenden Werkstoffoberflächen aufgebracht werden können und ein Verschweißen der Oberflächen der aufeinanderliegenden Außenoberflächen des Auflagewerkstoffs sicher verhindern. Ebenso soll das Trennmittel eine problemlose Trennung des zu walzenden, aus zwei Werkstoffpaketen zusammengestellten symmetrischen Gesamtpaketes nach dem Walzen sicherstellen. Weiterhin soll ein entsprechendes Werkstoffpaket für das erfindungsgemäße Verfahren zur Verfügung gestellt werden.

[0017] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben. Ein erfindungsgemäßes Gesamtpaket für das erfindungsgemäße Verfahren wird mit den Merkmalen des Anspruchs 9 bis 16 zur Verfügung gestellt.

[0018] Nach der Lehre der Erfindung ermöglicht ein Verfahren zur Herstellung eines durch Warm-oder Kaltwalzen walzplattierten Verbundwerkstoffs, bestehend aus einem Grundwerkstoff und einem darauf walzplattierten Auflagewerkstoff, bei dem der Grundwerkstoff und der Auflagewerkstoff unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten und Umformwiderstände beim Walzen aufweisen, mit folgenden Schritten:

• Herstellen einer sauberen, verbindungsfähigen Oberfläche der Plattierungskontaktflächen zwischen Grundwerkstoff und Auflagewerkstoff
• Bereitstellen von mindestens zwei Werkstoffpaketen, bestehend jeweils aus demselben Grundwerkstoff oder einem Grundwerkstoff mit maximal 30% davon abweichender Festigkeit und jeweils demselben darauf zu plattierenden Auflagewerkstoff oder einem Auflagewerkstoff mit maximal davon 30% abweichender Festigkeit
• Aufeinanderlegen der einzelnen Werkstoffpakete zu einem symmetrischen Gesamtpaket, wobei bei den einzelnen Werkstoffpaketen die Außenoberflächen der Werkstoffe mit dem höheren Umformwiderstand sich jeweils zugewandt sind und wobei vor dem Aufeinanderlegen, auf eine der Werkstoffoberflächen als Trennschicht eine Folie aus keramischem Material platziert wird
• luftdichtes Verschließen der jeweiligen Plattierungskontaktflächen zwischen Grundwerkstoff und Auflagewerkstoff
• optionales Erzeugen eines Vakuums im Gesamtpaket und/oder Einleiten eines inerten Gases
• beim Warmwalzplattieren:Erwärmung des Gesamtpaketes auf Walztemperatur
• Walzen des Gesamtpaketes in einem oder mehreren Walzstichen mit optionalen Zwischenerwärmungen bis auf die geforderte Enddicke der jeweiligen Werkstoffpakete, wobei der Grundwerkstoff und der Auflagewerkstoff der einzelnen Werkstoffpakete stoffschlüssig zu Verbundwerkstoffen miteinander verbunden werden
• beim Warmwalzplattieren: Abkühlen des Gesamtpaketes mit gesteuerter oder ungesteuerter Abkühlgeschwindigkeit bis auf eine geforderte Abkühltemperatur
• Trennen der einzelnen verbundenen Werkstoffpakete aus dem Gesamtpaket in der Ebene der Trennschicht

eine einfache, sehr wirtschaftliche und gleichzeitig qualitätssichere Herstellung des Verbundwerkstoffes.

[0019] Insbesondere kann das Trennmittel durch das Aufbringen als Folie, vereinfacht auf die Außenoberflächen der später zum Walzen des Gesamtpaketes aufeinanderliegenden Werkstoffoberflächen aufgebracht werden. Ein Verschweißen der Oberflächen beim Walzen wird somit sicher verhindert, so dass eine problemlose Trennung des zu walzenden, aus mindestens zwei Werkstoffpaketen zusammengestellten symmetrischen Gesamtpaketes nach dem Walzen sichergestellt ist. Das symmetrische Gesamtpaket kann aber auch aus vier oder sechs oder noch mehr einzelnen Werkstoffpaketen bestehen.

[0020] Im Rahmen von Versuchen wurde erkannt, dass die Trennmittelschicht sowohl bei hohen Walztemperaturen und hohen Walzdrücken sowie bei der Vergrößerung der Oberflächen durch den Walzprozess eine Haftung der Oberflächen der beiden Auflagewerkstoffe sicher verhindern muss. Dies erweist sich mit flüssig oder pastös aufgebrachten Trennschichten als sehr aufwändig. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz einer keramischen Folie, auch keramisches Tape genannt, aus hochschmelzenden Werkstoffen wird eine optimale, gleichmäßige Dicke der Trennschicht gewährleistet, die sich durch das nachfolgende Handling des symmetrischen Gesamtpaketes (zum Beispiel. durch Erschütterungen während des Transports, stoßweises Schlagen auf dem Rollgang etc.) nicht mehr verändern kann. Somit wird sichergestellt, dass beim Walzplattieren ein Verschweißen der aufeinanderliegenden Oberflächen der Auflagewerkstoffe im Gesamtpaket sicher vermieden wird und eine Trennung der nunmehr erzeugten Verbundwerkstoffe aus dem Gesamtpaket in der Ebene der Trennschicht problemlos erfolgen kann.

[0021] Eine keramische Folie als Trennschicht kann dabei sowohl für das Warmwalzplattieren als auch für das Kaltwalzplattieren vorteilhaft eingesetzt werden. Das Walzen des Gesamtpaketes in einem oder mehreren Walzstichen kann mit optionalen Zwischenerwärmungen bis auf die geforderte Enddicke der jeweiligen Werkstoffpakete erfolgen, wobei eine Kombination von Warmwalzplattieren und Kaltwalzplattieren denkbar ist. Beim Warmwalzplattieren erfolgt nach dem Walzen ein Abkühlen des Gesamtpaketes mit gesteuerter oder ungesteuerter Abkühlgeschwindigkeit bis auf eine geforderte Abkühltemperatur. Zusätzlich oder alternativ kann bei Bedarf eine Wärmebehandlung der walzplattierten Verbundwerkstoffe nachgeschaltet werden zur Einstellung optimal abgestimmter Eigenschaften des Grund- und Auflagewerkstoffs.

[0022] Für das Warm- oder Kaltwalzplattieren des Gesamtpaktes können die Grundwerkstoffe und die Auflagewerkstoffe der einzelnen Werkstoffpakete jeweils aus dem gleichen Material bestehen, falls gleichartige Verbundwerkstoffe erzeugt werden sollen.

[0023] Es ist aber auch möglich, dass mit der Walzung eines Gesamtpaketes Verbundwerkstoffe aus unterschiedlichen Grund- und/oder Auflagewerkstoffen, das heißt, mit unterschiedlichen Gebrauchseigenschaften hergestellt werden können. Um dieses walztechnisch realisieren zu können, sollten die Festigkeiten der jeweiligen Grundwerkstoffe und die der jeweiligen Auflagewerkstoffe vorteilhaft nicht mehr als 30% voneinander abweichen. Dies gilt für die Warmfestigkeit der zu walzenden Werkstoffe beim Warmwalzplattieren und für die Festigkeit bei Raumtemperatur beim Kaltwalzplattieren.

[0024] Mit Hilfe einer Folie aus keramischem Material wird der Aufbau des Gesamtpaktes aus den mindestens zwei einzelnen Werkstoffpaketen stark vereinfacht, da die Folie als Trennschicht nur auf eines der beiden Werkstoffe aufgelegt werden muss, die im Gesamtpaket aufeinanderliegen und später wieder getrennt werden müssen. Ebenfalls ist es vorteilhaft möglich, die keramische Folie automatisiert auf die jeweilige Werkstoffoberfläche aufzubringen. Die Anwendung einer keramischen Folie macht den Zusammenbau des Gesamtpaketes somit deutlich schneller und durch geringeren Personalaufwand auch deutlich kostengünstiger, als es nach dem Stand der Technik bekannt ist.

[0025] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das keramische Material der Folie eine Oxidkeramik oder Nichtoxidkeramik ist. Die Oxidkeramik kann dabei vorteilhaft ein Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Magnesiumoxid oder Zinkoxid sein und die Nichtoxidkeramik ein Porzellan, Siliziumkarbid oder eine Glasur sein.

[0026] Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Folie ein- oder mehrlagig ausgebildet ist, wobei bei einer mehrlagigen Folie die einzelnen Folien in gleicher Richtung oder in kreuzweiser Schichtung übereinandergelegt werden. Falls die Folienabmessungen kleiner als die Werkstückabmessungen sind, können die einzelnen Folien parallel nebeneinander Stoß an Stoß aufgelegt werden, wobei Überlappungen an den Kanten zu vermeiden sind, damit keine Hohlräume entstehen. Bei mehrlagigen Folienauflagen können die einzelnen Folien versetzt in gleicher Richtung oder in kreuzweiser Schichtung so übereinandergelegt werden, dass eine vollständige und gleichmäßig dicke Trennschicht zwischen den Auflagewerkstoffen erreicht wird.

[0027] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat sich herausgestellt, dass es günstig ist, wenn zum Walzen des Gesamtpaketes die Folie eine Gesamtdicke von 0,1 mm bis 5 mm, vorteilhaft 0,2 mm bis 3,0 mm und besonders vorteilhaft 0,3 mm bis 2,0 mm.

[0028] Bei Versuchen hat sich zudem herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Dicke der verwendeten Folie als Trennschicht, mit zunehmenden Walzgutstreckungen ebenfalls zunimmt. Die Wahl einer optimalen Dicke der Folie hängt davon ab, welche Umformgrade und welche Gesamtstreckung (Oberflächenvergrößerung des Auflagewerkstoffs) im Walzprozess eingestellt werden. Bei großen Dickenreduktionen, zum Beispiel bei einer mehr als 10-fachen Reduktion können Foliendicken über 0,5 mm notwendig werden, die, falls notwendig, durch das Übereinanderlegen mehrerer Folien erreicht werden kann. Dabei können die Folien, wie oben beschrieben, direkt übereinandergelegt werden oder längs und quer (Kreuzschichtung).

[0029] Verfahrenstechnisch ist vorteilhaft weiterhin vorgesehen, dass im Zuge des luftdichten Verschließens der jeweiligen Plattierungskontaktflächen zwischen Grundwerkstoff und Auflagewerkstoff ein Vakuum zwischen den Plattierungskontaktflächen erzeugt wird oder ein inertes Gas zwischen die Plattierungskontaktflächen eingeleitet wird.

[0030] Das luftdichte Verschließen der jeweiligen Plattierungskontaktflächen zwischen Grundwerkstoff und Auflagewerkstoff kann dabei durch ein umlaufendes Verschweißen der Außenkanten der Plattierungskontaktflächen erfolgen oder durch ein luftdichtes Verschließen des symmetrischen Gesamtpaketes. Im letzteren Fall kann dies vorteilhaft durch einen die Plattierungskontaktflächen von Grundwerkstoff und Auflagewerkstoff abdichtenden Rahmen erfolgen. Da der Rahmen ein Teil des zu walzenden Gesamtpaktes ist, ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Werkstoff des Rahmens dem des Grundwerkstoffes entspricht.

[0031] Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels für die Herstellung eines plattierten Verbundwerkstoffes durch Warmwalzen näher erläutert. Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus eines Gesamtpaketes 1, bestehend aus zwei einzelnen Werkstoffpaketen 2 und 2' nach dem Stand der Technik. Jedes Werkstoffpaket besteht aus einem gleichen Grundwerkstoff oder einem Grundwerkstoff mit maximal 30% abweichender Warmfestigkeit 3, 3' und einem gleichen Auflagewerkstoff oder einem Auflagewerkstoff mit maximal 30% abweichender Warmfestigkeit 4, 4'. Im Zuge des Walzplattierens der Bleche wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den jeweiligen Grundwerkstoffen 3,3' und den Auflagewerkstoffen 4,4' erzeugt, so dass zwei Verbundwerkstoffe entstehen. Die Berührungsebenen zwischen Grundwerkstoff 3,3' und dem zu plattierenden Auflagewerkstoff 4,4' werden als Plattierungskontaktflächen 5,5' bezeichnet. In diesem Beispiel weist der Auflagewerkstoff 4,4' gegenüber dem Grundwerkstoff 3,3' jeweils höhere Umformwiderstände auf, so dass zur Erstellung eines symmetrischen Gesamtpaketes 1 zum Walzplattieren sich die Außenoberflächen 6,6' der Auflagewerkstoffe 4,4' gegenüber- und im Gesamtpaket 1 aufeinanderliegen.

[0032] Der Auflagewerkstoff 4,4' weist gegenüber dem Grundwerkstoff 3,3' geringere Abmessungen in der Länge und Breite auf, damit zum Schutz vor einer Oxidation während der Erwärmung ein Rahmen um die Auflagewerkstoffe angebracht werden kann, siehe Figur 2. Zur Fixierung der Auflagewerkstoffe 4,4' mit den Grundwerkstoffen 3,3' während des Walzens dienen Schweißnähte 7,7'.

[0033] In Figur 2 ist der Aufbau eines Gesamtpaktes 1 zum Walzplattieren mit einer erfindungsgemäßen keramischen Folie als Trennschicht 9 dargestellt. Der sonstige Aufbau des Gesamtpaktes 1 entspricht der Figur 1.

[0034] Zunächst werden zwei Werkstoffpaket 2',2', bestehend aus Blechen mit dem Grundwerkstoff 3,3' mit 120 mm Dicke und dem Auflagewerkstoff 4,4' mit 20 mm Dicke bereitgestellt. Die Bleche des Grundwerkstoff 3,3' bestehen aus einem Stahl X65 und die Bleche des Auflagewerkstoffs 4,4' aus einem rostfreien Stahl X5CrNi198.10. Das Blech des Auflagewerkstoffs 4,4' ist schmaler als das Blech des Grundwerkstoffs 3,3', so dass sich ein Versatz ergibt.

[0035] Anschließend werden die Bleche des Grundwerkstoffs 3,3' und des Auflagewerkstoffs 4,4' mit Schweißnähten 7,7' gegen Verschieben beim Walzen fixiert. Auf dieses so entstandene Werkstoffpaket 2' wird die erfindungsgemäße Oxidfolie mit einer Dicke von 0,3 mm als Trennschicht 9 auf der Außenoberfläche 6' des Auflagewerkstoffs 4' angeordnet.

[0036] Anschließend wird der umlaufende Rahmen 8 auf dem entstandenen Versatz angeordnet und dort mit dem Blech des Grundwerkstoffs 3' mittels Schweißnähten 10' befestigt. Die Blechdicke des Rahmens 8 ist dabei so bemessen, dass diese kleiner ist, als die Breite des Versatzes, so dass ein Spalt 11 zwischen dem Blech des Auflagewerkstoffs 4' und dem Rahmen 8 verbleibt. Dieser umlaufende Spalt 11 wird benötigt, um im Gesamtpaket bedarfsweise ein Vakuum zur Vermeidung von Sauerstoffeinflüssen zu erzeugen oder ein inertes Gas einzuleiten.

[0037] Die Höhe des Rahmens 8 ist so bemessen, dass bei anschließendem Auflegen des Werkstoffpaktes 2 auf das Werkstoffpaket 2' eine satte Auflage der beiden Werkstoffpakete 2,2' über die Trennschicht 9 gegeben ist. Der Rahmen 8 wird mit den beiden Blechen des Grundwerkstoffs 3,3' rundum luftdicht verschweißt und bedarfsweise im Verbundpaket ein Vakuum erzeugt.

[0038] Das so erfindungsgemäße hergestellte Gesamtpaket 1 wird für das beispielhaft vorgesehene Warmwalzplattieren im Ofen anschließend auf die erforderliche Walztemperatur von zum Beispiel 1250 °C erwärmt und in mehreren Stichen mit großer Abnahme von z.B. größer 10% auf die gewünschte Enddicke von z.B. 28 mm gewalzt. Nach dem Kühlen des Gesamtpaketes auf die vorgesehen Temperatur wird der Randbereich des gewalzten Verbundes im Bereich des Rahmens abgetrennt (z.B. durch Schneiden oder Plasmabrennen). Anschließend werden die beiden jetzt durch Walzplattieren verbundenen Werkstoffpakete 2,2' als Verbundwerkstoff voneinander getrennt, wobei die Trennung der beiden Verbundwerkstoff durch die eingebrachte Oxidfolie als Trennschicht 9 besonders vorteilhaft erfolgt und eine gute Oberfläche des Auflagewerkstoffs zeigt. Die Oberflächen der Verbundbleche können bei Bedarf einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden.

[0039] Wenngleich das Ausführungsbeispiel durch Warmwalzen plattierte Bleche zeigt, ist die Erfindung jedoch hierauf nicht beschränkt. Es können erfindungsgemäß auch plattierte Profile oder entsprechende Rohre hergestellt werden, wobei das Warmwalz- und das Kaltwalzplattieren anwendbar ist oder auch Kombinationen hiervon.

Bezugszeichenliste

[0040] 

1

Gesamtpaket

2,2'

Werkstoffpakete

3,3'

Grundwerkstoff

4,4'

Auflagewerkstoff

5,5'

Plattierungskontaktfläche

6,6'

Außenoberfläche Auflagewerkstoff

7,7'

Schweißnähte Werkstoffpaket

8

Rahmen

9

Trennschicht

10,10'

Schweißnähte Rahmen

11

Spalt

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines walzplattierten Verbundwerkstoffs aus einem aus Werkstoffpaketen zusammengesetzten Gesamtpaket, bestehend aus einem Grundwerkstoff und einem darauf walzplattierten Auflagewerkstoff, bei dem der Grundwerkstoff und der Auflagewerkstoff unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten und Umformwiderstände beim Walzen aufweisen, mit folgenden Schritten:

- Herstellen einer sauberen, verbindungsfähigen Oberfläche der Plattierungskontaktflächen zwischen Grundwerkstoff und Auflagewerkstoff

- Bereitstellen von mindestens zwei Werkstoffpaketen, bestehend jeweils aus demselben Grundwerkstoff oder einem Grundwerkstoff mit maximal 30% davon abweichender Festigkeit und dem darauf zu plattierenden Auflagewerkstoff oder einem Auflagewerkstoff mit maximal 30% davon abweichender Festigkeit

- Aufeinanderlegen der mindestens zwei einzelnen Werkstoffpakete zu einem symmetrischen Gesamtpaket, wobei bei den einzelnen Werkstoffpaketen die Außenoberflächen der Auflagewerkstoffe mit dem höheren Umformwiderstand sich jeweils zugewandt sind und wobei vor dem Aufeinanderlegen, auf eine der Werkstoffoberflächen als Trennschicht eine Folie aus keramischem Material platziert wird

- luftdichtes Verschließen der jeweiligen Plattierungskontaktflächen zwischen Grundwerkstoff und Auflagewerkstoff

- optionales Erzeugen eines Vakuums im Gesamtpaket und/oder Einleiten eines inerten Gases

- beim Warmwalzplattieren: optionale Erwärmung des Gesamtpaketes auf Walztemperatur

- Walzen des Gesamtpaketes in einem oder mehreren Walzstichen mit optionalen Zwischenerwärmungen bis auf die geforderte Enddicke der jeweiligen Werkstoffpakete, wobei der Grundwerkstoff und der Auflagewerkstoff der einzelnen Werkstoffpakete stoffschlüssig zu Verbundwerkstoffen miteinander verbunden werden

- beim Warmwalzplattieren: optionales Abkühlen des Gesamtpaketes mit gesteuerter oder ungesteuerter Abkühlgeschwindigkeit bis auf eine geforderte Abkühltemperatur

- Trennen der einzelnen verbundenen Werkstoffpakete aus dem Gesamtpaket in der Ebene der Trennschicht

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit zunehmenden Walzgutstreckungen die Dicke der zu verwendenden Folie zunimmt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge des luftdichten Verschließens der jeweiligen Plattierungskontaktflächen zwischen Grundwerkstoff und Auflagewerkstoff ein Vakuum zwischen den Plattierungskontaktflächen erzeugt wird und/oder ein inertes Gas zwischen die Plattierungskontaktflächen eingeleitet wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das luftdichte Verschließen der jeweiligen Plattierungskontaktflächen zwischen Grundwerkstoff und Auflagewerkstoff durch ein umlaufendes Verschweißen der Außenkanten der Plattierungskontaktflächen erfolgt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das luftdichte Verschließen der jeweiligen Plattierungskontaktflächen zwischen Grundwerkstoff und Auflagewerkstoff durch ein luftdichtes Verschließen des symmetrischen Gesamtpaketes erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das luftdichte Verschließen des symmetrischen Gesamtpaketes durch einen die Plattierungskontaktflächen von Grundwerkstoff und Auflagewerkstoff abdichtenden Rahmen erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Rahmens dem des Grundwerkstoffes entspricht.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das symmetrische Gesamtpaket aus mehr als zwei einzelnen Werkstoffpaketen besteht.

9. Symmetrisch aufgebautes Gesamtpaket 1 aus mindestens zwei separaten Werkstoffpaketen 2,2', jeweils bestehend aus einem Grundwerkstoff 3,3' und einem darauf zu plattierenden Auflagewerkstoff 4,4' zur Herstellung eines walzplattierten Verbundwerkstoffs, bei dem der Grundwerkstoff 3,3' und der Auflagewerkstoff 4,4' unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten und Umformwiderstände beim Walzen aufweisen, wobei bei den einzelnen Werkstoffpaketen 2,2' die Außenoberflächen der Auflagewerkstoffe 6,6' mit dem höheren Umformwiderstand sich zum Walzen jeweils zugewandt sind und im fertigen zu walzenden Gesamtpaket 1 aufeinanderliegen und wobei zwischen den aufeinanderliegenden Außenoberflächen 6,6' der Auflagewerkstoffe 4,4' als Trennschicht 9 eine Folie aus keramischem Material angeordnet ist.

10. Gesamtpaket nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material der Folie eine Oxidkeramik oder Nichtoxidkeramik ist

11. Gesamtpaket nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidkeramik ein Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Magnesiumoxid oder Zinkoxid ist und die Nichtoxidkeramik ein Porzellan, Siliziumkarbid oder eine Glasur ist.

12. Gesamtpaket nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht 9 als eine ein- oder mehrlagige Folie ausgebildet ist.

13. Gesamtpaket nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer mehrlagigen Folie die einzelnen Folien in kreuzweiser Schichtung übereinandergelegt werden.

14. Gesamtpaket nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Gesamtdicke hat von 0,1 mm bis 5 mm.

15. Gesamtpaket nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Gesamtdicke hat von 0,2 mm bis 3,0 mm.

16. Gesamtpaket nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Gesamtdicke hat von 0,3 mm bis 2,0 mm.

Zeichnung