輥子外殼的製造方法
2023-07-28 21:13:11
專利名稱：輥子外殼的製造方法
技術領域：
本發明涉及不鏽鋼造紙機輥子的製造。這裡所指的造紙機包括造紙機及造紙板機。
在操作中，造紙機輥子同時受到機械應力、腐蝕及磨損。周期變化的負載是典型的應力。腐蝕主要由比較高的工作溫度和在工藝環境中存在的氯化物造成。
現時，各種類型的不鏽鋼和二元的不鏽鋼用作輥子材料。二元鋼的特點是顯微結構包括鐵素體及奧氏體兩者。對此通常要有相等量的體積分配。由於有兩相的微觀結構，二元鋼有好的抗腐蝕疲勞的特點。
輥子的外殼現時通過離心鑄造、鋼板焊接或鍛造製成。
例如，芬蘭專利公開FI—86747公開了一種用於造紙機輥子的鑄鋼。其成分如下C最多為0.10％，Si最多為1.5％，Mn最多為2.0％，Gr為25.0—27.0％，Ni為5.0—7.5％，Cu為1.5—3.5％，N最多為0.15％，Mo最多為0.5％。
按照本發明提供了一種製造鋼的輥子外殼的方法，包括由惰性氣體霧化鋼水製成粉末；由粉末充入模中，對其加高溫，高壓進行加壓處理和/或進行熱加工製得一輥子外殼預成型件或一段輥子外殼預成型件，在製成一段輥子外殼預成型件的情況下通過焊接把多段輥子外殼預成型件連接成一輥子外殼預成型件，和把輥子外殼預成型件加工為輥子外殼，其特徵在於所述的鋼是奧氏體—鐵素體不鏽鋼，由該鋼製成造紙機或紙板機的輥子外殼或輥子外殼預成型件。
按照本發明，對氣體霧化的鋼粉進行熱等靜壓或擠壓而成形出輥子的外殼。
按照本發明的輥子外殼的優點是有好的抗腐蝕疲勞性。
圖1示出按照本發明(P/M)及普通鑄造製造的二元鋼的抗點蝕性分別與PRENW指數的關係；圖2示出屈服強度和抗拉強度與PREN指數的關係；圖3示出了PREN指數對抗腐蝕疲勞性的影響。
圖4比較熱等靜壓粉末制的預成型件(DUP27)與鑄造的預成型件(DUP27C)的熱加工性。
造紙機輥子的一般長度為5—10m，直徑為0.5—1.3m和壁厚為50—80mm。輥子的轉速可以高到1500轉/分，也就是說會造成疲勞開裂的負荷改變的次數為25次變化/秒。
腐蝕較強地加速由於周期的負荷導致的疲勞損壞的開始。事實上，腐蝕疲勞是真空輥子外殼最常見的損壞機理。其典型地開始於鑄造或焊接缺陷，腐蝕坑或非金屬渣夾雜物。
在凝固時鑄造缺陷以凝固缺陷或氣體夾雜物出現。
坑典型地起源於鋼表面的鈍化膜中的斷裂中，在氯化物影響下它可形成局部的活性區及其中的高腐蝕電流密度，因此很快就有點蝕，外部負荷促進了鈍化膜的開裂。
如氧化物和硫化物之類的非金屬氧化物渣夾雜物由於它們本身的槽口效應，而可以成為疲勞裂紋的發生點。另外，硫化錳由於腐蝕可以溶解，因而形成的凹坑將開始疲勞裂紋。
在疲勞裂紋開始後，在同時有腐蝕及周期變化的外應力作用的情況下裂紋會發展。
在本發明中，輥子的外殼由氣體霧化的和預合金化的鋼粉製成。例如，首先煉成要求種類的鋼水，然後經惰性氣的氣流噴射制出鋼粉。氣流噴射使鋼水變成主要是小於500微米的小顆粒，顆粒將迅速凝固。實際上，通過把鋼水經一定類型的特殊的陶瓷澆口澆入一專門的霧化室中進行霧化。
鋼粉通過熱等靜壓或熱擠壓凝固，因而在產品中沒有留下孔洞。
在熱等靜壓中，模具由薄鋼板製成，其中充以鋼粉。在模具尺寸設計中必須考慮粉末的緊實，使最終尺寸儘可能接近要求的尺寸。對充滿料的模具抽真空、然後進行氣密密封，然後移入熱等靜壓機中。在那裡，對模具加上惰氣(如氬氣)，高溫及高壓，因而使模具被壓縮，由於塑性變形、以變及擴散，粉末變緊實。對不鏽鋼處理的典型的壓力為100—120MPa，溫度為1100—1200℃，及加壓至少3小時。然後藉助腐蝕或機加工從表面除去模具。
在粉末擠壓中，首先把粉末充填入鋼模中。如果要求的話，模中的粉末可用冷壓壓緊到一定程度。然後把模具預熱及擠壓成要求的形狀。或者，首先把粉料在一個專門的模具中熱壓得到壓實的預成型件。然後對預成型件進行熱擠壓。典型的擠壓溫度為1100—1300℃。擠壓預成型件的處理及擠壓時間為幾分鐘。
在擠壓前，預成型件可用衝壓進一步壓實。在衝壓中，首先把一個專門的衝壓工具衝通預成型件，因而對預成型進行了模壓，粉末將緊實到接近100％的密度。這時，預成型件成了管形的。
上述各種方法可以用來制出絕對微密材料的輥子外殼，沒有會成為疲勞裂紋源的任何孔洞及缺陷。
在氣體霧化中，顆粒凝固很快，因而整個顆粒的化學成分相當均勻。這樣，在輥子材料中合金元素的分布相當均勻。另外，隨著鑄件凝固，在凝固體內會出現微觀及宏觀偏析。因而凝固材料的成分會與體內不同部分要求的理想的化學成分不同。在按照本發明製造的輥子中，整個輥子體具有高度均勻的材料抗腐蝕疲勞性。體內也不會有合金元素局部地方過高而引起的任何缺陷。在按照本發明的方法中，可以使用高的鉻及鉬的合金化來提高抗腐蝕性，而沒有由此產生的如σ相之類的脆性相，這種相也降低抗腐蝕性。
當冷卻迅速時，粉末顆粒中不會形成氣孔。因此，如果要求的話，合金化中也可有較高的氮含量，以便進一步改善強度及抗腐蝕性。
通過熱等靜壓或擠壓，可以直接制出具有要求的輥子外形的預成型件，然後對預成型件進行機加工得到最終的產品。也可能需要由幾個分段形部分用焊接連接起來製成大的輥子。通過加壓，也可首先製成中間預成型件，再用熱加工製成最終形狀。因為沒有在輥體內的偏析而引起的撕裂危險，因而加工性是好的。
粉末材料是奧氏體—鐵素體不鏽鋼。成分百分比最好如下C 最多為0.08 最好是最多為0.03Si最多為2最好是最多為1.5Mn最多為2最好是最多為1.5Cr18—29 最好是23—18Mo1.5—4.5 最好是2.5—3.5Ni4.5—9 最好是6.5—8.5Cu最多為3 最好是1—2.5N 0.1—0.35 最好是0.18—0.25S 最多為0.03最好是最多為0.005P 最多為0.03最好是最多為0.025Al最多為0.1 最好是最多為0.02下面的成分百分比特別適合於大輥子C 最多為0.03 最好是最多為0.02Si最多為1.5最好是最多為1Mn最多為1.5最好是0.6—1Cr24—28 最好是25—27Mo2.5—3.5 最好是2.75—3.25Ni6.5—8 最好是7—7.5Cu最多為3 最好是1.5—2.5N 0.15—0.3最好是0.18—0.25S 最多為0.03 最好是最多為0.005P 最多為0.03 最好是最多為0.025Al最多為0.1最好是最多為0.02另外，如果要求的話，可使用少量其它的合金元素，如最多為3％的W，總的最多為0.5％的(V＋Nb＋Ti)。
用在本發明的鋼的等級的抗腐性可以用所謂的PREN指數(也就是與氮相當的抗/蝕性)來說明，它可以用Cr，Mo，N含量通過下面公式來計算PREN指數＝Ce％＋3.3Mo％＋16N％，如果用鎢的話，使用PRENW指數，因而
PRENW指數＝Cr％＋3.3(Mo％＋0.5W％)＋16N％圖1示出按照本發明(P/M)及普通鑄造制的二元鋼的抗點蝕性分別與PRENW指數的關係。對於按照本發明製造的產品，抗點蝕性實質上更好，另外，增加的合金經程度比鑄造產品更多地改進了抗點蝕性在圖2中示出，屈服強度和抗拉強度隨著PREN指數的增加而增加。
圖3示出了PRENW指數對抗腐蝕疲勞性的影響。所用的試驗是轉動—彎曲疲勞試驗(頻率為85赫，在3％NaCl溶液中)。水平軸表示在斷裂前負荷的變化數。可看出隨著PRENW指數增加，抗腐蝕疲勞性也改善。
圖4比較熱等靜壓粉末制的預成型件(DUP27)與鑄造的預成型件(DUP27C)為熱加工性。韌性用斷口面積的減小來測量。可以看出壓制的預成型件恰恰處在熱加工溫度，很顯然優於鑄造的預成型件。
PRENW(或PREN)指數較好為35以上，最好為40以上。
其目的是鋼粉中氧含量保持儘可能低。最好小於250ppm。通過仔細地處理粉末，控制霧化氣體的純度，和正確處理及製造包套材料可達到低的氧含量水平。
最好，在使用前從鋼粉中篩去而去掉大顆粒。較佳的最大粉末尺寸為500微米，最好不大於250微米。這樣，可在最終產品中防止產生任何的尤其是大的非金屬夾雜物。這種夾雜物特別對於抗疲勞性來說是麻煩的。
權利要求
1.一種製造鋼的輥子外殼的方法，包括由惰性氣體霧化鋼水製成粉末；由粉末充入模中，對其加高溫，高壓進行加壓處理和/或進行熱加工製得一輥子外殼預成型件或一段輥子外殼預成型件，在製成一段輥子外殼預成型件的情況下通過焊接把多段輥子外殼預成型件連接成一輥子外殼預成型件，和把輥子外殼預成型件加工為輥子外殼，其特徵在於所述的鋼是奧氏體—鐵素體不鏽鋼，由該鋼製成造紙機或紙板機的輥子外殼或輥子外殼預成型件。
2.按照權利要求1的方法，其特徵在於所述的加壓處理是熱等靜壓處理。
3.按照權利要求1或2的方法，其特徵在於由粉末通過熱等靜壓製成中間預成型件，再由中間預成型件通過熱加工製成最終的輥子外殼預成型件或輥子外殼預成型件的段。
4.按照權利要求1—3中任一項的方法，其特下在於鋼的成分如下C最多為0.08最好是最多為0.03Si 最多為2 最好是最多為1.5Mn最多為2 最好是最多為1.5Cr18—29 最好是23—18Mo1.5—4.5 最好是2.5—3.5Ni4.5—9 最好是6.5—8.5Cu最多為3 最好是1—2.5N 0.1—0.35最好是0.18—0.25S 最多為0.03 最好是最多為0.005P 最多為0.03 最好是最多為0.025Al最多為0.1最好是最多為0.02
5.按照權利要求4的方法，其特徵在於鋼的成分如下C最多為0.03 最好是最多為0.02Si 最多為1.5最好是最多為1Mn 最多為1.5最好是0.6—1Cr 24—28 最好是25—27Mo 2.5—3.5 最好是2.75—3.25Ni 6.5—8 最好是7—7.5Cu 最多為3 最好是1.5—2.5N0.15—0.3最好是0.18—0.25S最多為0.03 最好是最多為0.005P最多為0.03 最好是最多為0.025Al 最多為0.1最好是最多為0.02
6.按照權利要求4或5的方法，其特徵在於所述的鋼的合金元素中還含有最多為3％的W，和總量最多為0.5％的(V＋Nb＋Ti)。
7.按照權利要求1—6中任一項的方法，其特徵在於該方法用於製造真空輥。
8.按照權利要求1—7中的任一項的方法，其特徵在於鋼的PRENW指數按下列公式計算PRENW指數＝Cr％＋3.3(Mo％＋0.5W％)＋16N％得到的指數值高於35，最好高於40。
9.按照權利要求1—8中任一項的方法，其特徵在於所述的粉末最大的含氧量為250PPM。
10.按照權利要求1—9中任一項的方法，其特徵在於在製成預成型件前，把尺寸大於500微米，最好為大於250微米的顆粒從粉末中除去。
11.一種製造鋼的輥子外殼預成型件或輥子外殼預成型件段的方法，包括將氣體霧化的鋼粉充填在模具中，對其加高溫、高壓和/或進行熱加工製得預成型件，其特徵在於所述的鋼是奧氏體—鐵素體不鏽鋼，由該鋼製成造紙機或紙板機的輥子。
全文摘要
本發明涉及鋼的造紙機或紙板機輥子外殼。按照本發明，粉末由氣體霧化鋼水製成，由粉末製成輥子外殼預成型件，對其加工成輥子外殼。本發明的輥子外殼的優點是有好的抗腐蝕疲勞性。
文檔編號B22F5/00GK1121989SQ9510991
公開日1996年5月8日 申請日期1995年7月10日 優先權日1994年7月11日
發明者艾斯基·厄基, 利馬泰寧·嘉裡, 馬蒂凱寧·漢納 申請人:勞馬材料技術公司