CN101806009B - 一种用于吸辊的钢壳体以及生产钢产品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有多个通孔7的吸辊壳体9。所述壳体由铁素体-奥氏体不锈钢制成，其具有基本上由35-65体积％的铁素体和35-65体积％的奥氏体组成的显微组织。所述钢具有其中包括重量百分比为0.005-0.07的C和0.15-0.30的N的组成。本发明同样涉及一种包括本发明的吸辊壳体的吸辊，以及生产钢产品的方法。

Description

一种用于吸辊的钢壳体以及生产钢产品的方法
本申请是优先权日为2004年9月7日的发明名称为“一种用于吸辊的钢壳体以及生产钢产品的方法”的中国发明专利申请号2005800300058(PCT/SE2005/001220)的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于吸辊(suction roll)的钢壳体以及生产钢产品的方法，在所述方法中，通过诸如磨铣、车削和/或钻孔之类的切削操作加工钢材。
发明背景
不锈钢用于需要高耐腐蚀性的领域。在海洋、造纸和纸浆工业以及化学工业的环境中要求高耐腐蚀性。一个实例是用于造纸机的吸辊壳体，其由不锈钢制成。一种类型的不锈钢是所谓的包括铁素体和奥氏体的双联钢。众所周知的，双联钢综合了高机械强度和韧性以及良好的耐腐蚀性，尤其是耐应力腐蚀和腐蚀疲劳。对于耐腐蚀性以及诸如可焊性的机械性能，重要的是钢的基本组分奥氏体和铁素体的良好平衡。在双联钢最近的开发中，希望具有包括35-65％铁素体，其余是奥氏体的显微组织。在要求高强度和良好耐腐蚀性的领域中，双联钢越来越可与传统的奥氏体不锈钢相竞争。在所公开的美国专利申请No.2003/0172999中描述了此类钢材。在该出版物中描述的所述钢材是具有基本上由35-65体积％铁素体和35-65体积％奥氏体组成的显微组织的铁素体-奥氏体不锈钢。所述的钢具有包括重量百分比为0.005-0.07C，0.1-2.0Si，3-8Mn，19-23Cr，0.15-0.30N和0.5-1.7Ni的化学组成。同样也可包括其它元素。
氮对于在US2003/0172999中所描述的钢来说非常重要，因为氮是主要的奥氏体形成体并有助于所述钢的强度和耐腐蚀性。为此，据估计所述钢的氮含量应该在0.15-0.30％的范围内，并优选在0.20-0.24％的范围内。然而，如先前所表明的具有这种高氮含量的钢类型缺乏可切削性。
大多数情况下，用于特定产品的不锈钢必须受到一些类型的切削操作，诸如磨铣，车削或钻孔。在其自身中，奥氏体和双联不锈钢是缺乏可切削性的，并由此进行各种措施来增加不锈钢的可切削性。如先前所知的，在不锈钢中氮的存在降低了可切削性。例如在美国专利No.4,769,213中，建议了一种通过减少碳和氮含量以致碳和氮的总含量不超过0.05重量％以此增加马氏体不锈钢的可切削性的方法。然而，与双联钢相比较，马氏体钢具有较差的耐腐蚀性。关于奥氏体不锈钢，在美国专利No.5,482,674中建议碳和氮的含量应该减少以致碳或氮的含量都不大于约0.035重量％。同样已知的是硫的加入可增加可切削性。因此，美国专利No.4,784,828建议应该向奥氏体不锈钢中加入硫以便增加可切削性。同样认为，碳和氮的含量应该非常低，总计至多0.065重量％。然而，与双联钢相比较，奥氏体钢具有较低的强度。
美国专利No.4,964,924建议在吸辊中使用马氏体不锈钢。在该出版物中，认为由于它们难以钻孔，因此铁素体-奥氏体双联不锈钢不适合作为吸辊的材料。反而，建议适合于吸辊壳体的不锈钢应当为马氏体类型，其中包括大于0而不大于0.06的a重量％的碳，高于0而不大于2的a重量％的硅，高于0而不大于2的a重量％的锰，3-6重量％的镍，14-17重量％的铬，1-3重量％的钼和从0.5至1.5的a重量％的铜。
本发明的目的在于提供解决上述问题的方法，找到一种具有高强度以及良好耐腐蚀性而且此外适于切削操作而不必接受加硫处理的钢材。本发明的另一目的是提供一种具有良好耐腐蚀性，易于通过切削操作制造的吸辊壳体。
发明内容
令人惊讶地，本发明人发现，在上述的US 2003/0172999中描述的类型的钢材不仅具有高强度和良好耐腐蚀性，而且所述材料同样适于切削操作诸如车削，磨铣和钻孔，并且所述材料没有通过加入硫进行处理。发明人同样发现，所述材料尤其适合作为造纸机吸辊的材料，并且有利的是制造这种材料的吸辊壳体。因此，本发明涉及这种材料的吸辊壳体。本发明还可以可理解为用于切削操作，尤其是制造吸辊壳体时使用的方法，但也可用于制造其它产品，例如旋转机器部件，诸如柄。本发明还可以定义为所述钢作为在钢的切削操作中使用的工件的用途。
因此，本发明涉及一种具有多个通孔的吸辊壳体。根据本发明的所述吸辊壳体由铁素体-奥氏体不锈钢制成，其具有基本上由35-65体积％的铁素体和35-65体积％的奥氏体组成的显微组织。所述钢组成将在详细说明中更详细的描述。
本发明还涉及包括本发明的吸辊壳体的吸辊。
在优选的实施方案中，所述切削操作包括钻至少一个通孔，并优选钻多个孔。在尤其有利的实施方案中，所述方法包括钻几十万个孔。相应所钻的长度是若干千米。所述切削操作可同样包括所述壳体的内外面的车削。
附图简要说明
图1示出了用于吸辊壳体的坯料的弯曲。
图2示出了已经弯曲并焊在一起形成壳体的坯料。
图3示意地示出了加工在图2中所示的壳体的第一步骤。
图4示出了加工所述壳体的第二步骤。
图5示出了完成的吸辊壳体。
图6-9示出了根据本发明使用的所述钢与其它钢在可切削性方面的对比试验的结果。
本发明的详细说明
在下文中，示意地描述了吸辊壳体的制造。参考图1，示出了制造吸辊壳体的第一步骤。如图1中所示，基本平的坯料1在两轧辊2，3之间轧辊弯曲，这是已知的而没有必要在这里更详细的描述。在弯曲成基本上环形之后，将所述坯料1的末端焊在一起，因此焊接接头将坯料1结合形成部件9。然后通过环形接头将多个部件结合成壳体，在焊接之后对所述壳体进行热处理。图3示出了如此获得的壳体9如何能够进行诸如车削之类的加工操作的。图3示出了作用于在所述壳体表面9上的切削工具5。车削操作的目的是确保壳体9的表面光滑和规则。图4示意地示出了所述制造方法的后续步骤，其中通过钻头6对壳体9进行钻孔，借此给壳体提供大量的通孔7。图5示出了完工的吸辊壳体8，其具有圆柱形(circular cylindrical)壳体9及其通孔7。图5同样示意地示出了，吸辊壳体8的末端可由侧盖10封闭。当使用所述吸辊壳体8时，其内部可连接到真空源(未示出)，使得可通过通孔7并从外部吸取空气，在所述附图中仅示出了少数孔。应该认识到的是，在现实应用中，孔的数目可以非常大，诸如100,000个孔或更多。
吸辊壳体以前是由一种售名为3RE60Avesta SRG的材料制成的。这种钢是一种铁素体-奥氏体不锈钢，其已通过硫处理已经改进了其可切削性并具有下列典型组成，重量百分比为
C    0.02
Si   1.50
Cr   18.5
Ni   4.90
Mo   2.80
N    0.08
S    0.02
3RE60钢用于制造吸辊壳体已经使用了约30年，并具有良好的结果，并且约10年前，提供了一种添加剂用于改进其可切削性从而其名称改为3RE60SRG。现在，所述钢被称作3RE60Avesta SRG。
如今令人惊讶的表明，存在另一种铁素体-奥氏体钢，其中加入了高氮含量，而且具有与可切削性改进的3RE60Avesta SRG相比同样良好的或在某些方面甚至更好的的可切削性。这种钢具有基本上由35-65体积％的铁素体和35-65体积％的奥氏体组成的微观结构，以及其化学组成按重量百分比包括：
C     0.005
Si    0.1-2.0
Mn    3-8
Cr    19-23
Ni    0.5-1.7
N     0.15-0.3
一种尤其适合于该应用的钢适当地包括：
任选地总含量不多于1.0(Mo+W/2)的Mo和/或W，
任选地Cu至多为1.0Cu的最大值，余量为铁和杂质。
对于所述合金中的铁素体和奥氏体形成体，即铬和镍当量，应该优选为下列条件：
20＜Creq＜24.5
10＜Nieq，其中
Creq＝Cr+1.5Si+Mo+2Ti+0.5Nb
Nieq＝Ni+0.5Mn+30(C+N)+0.5(Cu+Co)。
在有益的的实施方案中，所述钢包括0.02-0.05C。适当地，所述钢包括0.18-0.26N以及有利地20-23Cr。在优选的实施方案中，所述钢包括0.8-1.70Ni，并且甚至更优选的1.35-1.7Ni。
这种组成的钢在公开的美国专利申请No.2003/0172999中描述了。
在本发明的尤其有利的实施方案中，所述钢包括0.22N，21.5Cr，1.5Ni，0.3Mo，5Mn以及不大于0.04的C。这种钢是由OutokumpuStainless AB，Box 74，SE-77422，AVESTA销售的。这种钢由Outokumpu以名称LDX销售。该名称为欧盟的注册商标。相应的，所述LDX
Figure GSA00000072809300061
钢尤其适用于吸辊壳体。铜以及硅尤其适合的含量分别为0.3Cu以及0.7Si。0.3Cu以及0.7Si(重量百分比)的指导值用于LDX
与例如钢3RE60Avesta SRG相比较，上述类型的钢具有相对高的氮含量。如众所周知的，氮倾向于损害可切削性，因此可切削性预期可能会较差。然而，令人惊讶的发现，根据本发明所使用的钢的可切削性大大的高于所预期的效果。
图6示出了LDX
Figure GSA00000072809300063
钢与其它两种分别被称为304L
Figure GSA00000072809300064
和316L
Figure GSA00000072809300065
的可切削性-改进奥氏体钢的对比试验的结果。钢304L
Figure GSA00000072809300066
具有下列重量百分比的组成：
C    0.02
Si   0.5
Mn   1.5
Cr   18.2
Ni   8.4
Mo   基本上没有
N    0.07
S    0.02
所述钢316L具有下列组成：
C    0.02
Si   0.5
Mn   1.5
Cr   17.2
Ni   11.2
Mo   2.3
N    0.05
S    0.02
由于两种可切削性-改进的奥氏体钢304L
Figure GSA00000072809300068
和316L
Figure GSA00000072809300069
的氮含量显著地低于LDX钢，通常预期这些钢在可切削性方面要优于LDX
Figure GSA00000072809300071
钢。然而在车削试验中表明，LDX
Figure GSA00000072809300072
钢加工时间30分钟，在使用高速钢刀具的情况下，与其它两种钢相比具有显著更高的切削速度，这在图6中示出。
图7示出了LDX
Figure GSA00000072809300073
钢与304L和316L
Figure GSA00000072809300075
的附加对比试验的结果。图7示出了15分钟加工时间的特性试验，其中通过硬质合金的切削刃进行车削。在这种情况下，LDX
Figure GSA00000072809300076
钢与另外两种钢相比，所获得的切削速度稍微低一些。然而所述差别也是微不足道的。
图8示出了另一试验，其中将钢LDX
Figure GSA00000072809300077
与售名为2205的常规双联钢相比较。这种比LDX
Figure GSA00000072809300078
更高合金化的钢是标准化的(EN1.4462)并在大量的应用中使用。其没有可切削性-改进的添加剂且不能用于这种类型的吸辊壳体。2205具有下列组成：
C     0.02
Si    0.4
Mn    1.5
Cr    22.2
Ni    5.7
Mo    3.1
N     0.17
S     0.001
在该试验中，比较当利用硬质合金的切削刃进行磨铣时工具的使用寿命。从图8可看出，与钢2005的加工相比，当加工LDX钢时，工具的使用寿命显著更长。
最后，在图9中示出了另一试验。在图9中示出的试验中，将LDX钢与三种其它用于吸辊壳体的钢类型相比，即2304Avesta SRG，3RE60Avesta SRG以及2205Avesta SRG。标明为SRG(吸辊等级)的所有钢通过加硫而改善可切削性。钢2304Avesta SRG具有下列典型组成：
C    0.02
Si    0.8
Mn    1.5
Cr    22.7
Ni    4.7
Mo    0.3
N     0.09
S     0.02
钢2205Avesta SRG具有下列典型组成：
C    0.017
Si   0.6
Mn   1.35
Cr   22.0
Ni   5.7
Mo   2.9
N    0.13
S    0.02
在图9所示的试验中，比较在没有工具失效的1000mm长的钻孔长度情况下不同材料可获得的切削速度。如图9中可看出，LDX
Figure GSA00000072809300081
显著好于可切削性-改进钢2205Avesta SRG以及2304Avesta SRG，并且在这方面与可切削性-改进钢3RE60Avesta SRG同样良好，尽管LDX
Figure GSA00000072809300082
比钢3RE60Avesta SRG包括显著更多的氮。如果在没有所谓的可切削性-改进添加剂诸如硫的情况下可以获得所述材料的可切削性，这将是明显的技术优势，因为这些添加剂将导致大量缺陷，诸如损害可轧制性和损坏耐腐蚀性。
应当理解的是，尽管已经根据吸辊壳体以及方法描述了本发明，但是这仅仅是一种发明和相同发明的不同方面，因为根据本发明的方法适用于制造根据本发明的吸辊壳体。
通过本发明，在所获得的优点中，完成的壳体获得了很好的耐腐蚀性。

Claims (10)

1.一种生产钢产品的方法，所述方法包括提供钢工件(1，9)，并通过包括钻孔的切削操作加工所述工件(1，9)以制造吸辊壳体，其特征在于所述工件(1，9)的钢是铁素体-奥氏体不锈钢，所述钢具有由35-65体积％的铁素体和35-65体积％的奥氏体组成的显微组织，并具有包括重量百分比为0.005-0.07C，0.1-2.0Si，3-8Mn，19-23Cr，0.5-1.7Ni，0.15-0.30N的化学组成。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述钢包括
a)任选地总含量不多于1.0(Mo+W/2)的Mo和/或W
b)任选地Cu，至多为1.0Cu的最大值，余量为铁和杂质，而且对于所述钢中的铁素体和奥氏体形成体，即铬以及镍当量，满足下列条件：
c)20＜Creq＜24.5
d)10＜Nieq，其中
e)Creq＝Cr+1.5Si+Mo+2Ti+0.5Nb
f)Nieq＝Ni+0.5Mn+30(C+N)+0.5(Cu+Co)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述钢包括0.02-0.05的C。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述钢包括0.18-0.26的N。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述钢包括20-23的Cr。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述钢包括0.8-1.70的Ni。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述钢包括0.22N，21.5Cr，1.5Ni，0.3Mo，5Mn以及不多于0.04的C。
8.如权利要求1-7中任一所述的方法，其特征在于所述切削操作包括钻至少一个通孔(7)。
9.如权利要求1-7中任一所述的方法，其特征在于所述切削操作包括车削。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，钻至少一个通孔(7)发生在在先的车削步骤之后。
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