CN117626114A - 不锈钢辊、玻璃制造装置和玻璃制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及不锈钢辊、玻璃制造装置和玻璃制造方法。本发明提供抑制在高温下使用的不锈钢辊的表面粗糙的技术。不锈钢辊包含不锈钢。以质量%计,所述不锈钢含有Nb:大于0.005%~小于0.40%。
Description
技术领域
本公开涉及不锈钢辊、玻璃制造装置和玻璃制造方法。
背景技术
玻璃制造装置具有运送带状的玻璃带的多个金属辊和向玻璃带的下表面喷吹亚硫酸(SO2)气体的喷嘴(例如参照专利文献1)。亚硫酸气体通过与玻璃的构成成分反应,在玻璃带的下表面形成硫酸钠等硫酸盐的缓冲膜。
在专利文献2中,作为卷取机滚筒(钢板卷取用辊)的材料,公开了以质量%计含有C:0.2%~0.4%、Si:2%以下、Mn:4%以下、Cr:22%~26%、Ni:13%~25%、Nb:0.8%~2%、N:0.1%~0.25%的耐热铸钢。Nb与C结合而析出NbC,提高蠕变强度,另外,作为降低固溶C的效果,提高时效后的延展性。为了充分地得到改善延展性的效果,将Nb含量调节为0.8质量%以上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2002/051767号
专利文献2:日本专利第3486713号公报
发明内容
发明所要解决的问题
包含不锈钢的不锈钢辊是已知的。不锈钢通常是Cr含量为10.5质量%以上且C含量为1.2质量%以下的钢。不锈钢表面被钝化膜覆盖。钝化膜为Cr氧化膜,防止不锈钢内部的腐蚀。
在不锈钢中,有时产生被称为敏化的现象。敏化是在晶粒的晶界处Cr和C结合而析出Cr碳化物,在其附近Cr缺乏而产生Cr缺乏层的现象。在Cr缺乏层的附近,难以形成Cr氧化膜,从而耐腐蚀性降低。结果,产生红锈,表面粗糙度变大。敏化在铸造材料中比在轧制材料中更显著。这是因为铸造材料的C含量比轧制材料的C含量大。不锈钢辊通常是铸造材料。
本公开的一个方式提供抑制包含不锈钢的不锈钢辊的表面粗糙的技术。
用于解决问题的手段
本公开的一个方式的不锈钢辊包含不锈钢。以质量%计,所述不锈钢含有Nb:大于0.005%~小于0.40%。
发明效果
根据本公开的一个方式,通过Nb含量大于0.005质量%,Nb代替Cr与C充分结合。由此,能够抑制敏化,能够抑制红锈的产生,并且能够抑制不锈钢辊的表面粗糙。另外,通过Nb含量小于0.40质量%,能够抑制Nb氧化物的粒子在不锈钢辊的表面析出,并且能够抑制不锈钢辊的表面粗糙。
附图说明
图1为表示一个实施方式的玻璃制造装置的剖视图。
图2为表示不锈钢的敏化的一例的剖视图。
图3为表示例1~例6的不锈钢板的Nb含量与加热处理后的算术平均粗糙度Ra的关系的图。
图4为对例1的不锈钢板进行加热处理后的反射电子射线图像,图4(A)为表面的反射电子射线图像,图4(B)为切割面的反射电子射线图像。
图5为对例4的不锈钢板进行加热处理后的反射电子射线图像,图5(A)为表面的反射电子射线图像,图5(B)为切割面的反射电子射线图像。
图6为对例6的不锈钢板进行加热处理后的反射电子射线图像,图6(A)为表面的反射电子射线图像,图6(B)为切割面的反射电子射线图像,图6(C)为将由图6(B)的白线包围的区域放大而得到的反射电子射线图像。
标号说明
1玻璃制造装置
52退火辊(不锈钢辊)
G玻璃带
具体实施方式
以下,参照附图对本公开的实施方式进行说明。需要说明的是,在各附图中,对相同或对应的结构标注相同的符号,并省略说明。在说明书中,表示数值范围的“~”表示包含在其前后记载的数值作为下限值和上限值。
参照图1,对一个实施方式的玻璃制造装置1进行说明。在图1中,X轴方向、Y轴方向和Z轴方向为相互垂直的方向,X轴方向和Y轴方向为水平方向,Z轴方向为垂直方向。X轴方向为玻璃带G的运送方向,Y轴方向为玻璃带G的宽度方向。
玻璃制造装置1例如从玻璃带G的运送方向上游侧向下游侧具有成形装置2、中继装置3和缓慢冷却装置5。成形装置2将熔融玻璃成形为带状板形状的玻璃带G。中继装置3将玻璃带G从成形装置2送到缓慢冷却装置5。缓慢冷却装置5将玻璃带G缓慢冷却。玻璃制造装置1通过对缓慢冷却的玻璃带G进行切割来制造玻璃板。
玻璃带G和玻璃板例如为无碱玻璃、铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃或钠钙玻璃等。无碱玻璃是指实质上不含有Na2O、K2O等碱金属氧化物的玻璃。在此,实质上不含有碱金属氧化物是指碱金属氧化物的含量的总量为0.1质量%以下。
以氧化物基准的质量%计,无碱玻璃含有:SiO2:50%~66%、Al2O3:10.5%~24%、B2O3:0%~12%、MgO:0%~8%、CaO:0%~14.5%、SrO:0%~24%、BaO:0%~13.5%、MgO+CaO+SrO+BaO:9%~29.5%、ZrO2:0%~5%。
对玻璃板的用途没有特别限制,例如为显示器(例如液晶显示器或有机EL显示器等)的玻璃基板。在玻璃板的用途为显示器的玻璃基板的情况下,玻璃板为无碱玻璃。需要说明的是,在玻璃板的用途为保护玻璃的情况下,玻璃板为化学强化用玻璃。化学强化用玻璃与无碱玻璃不同,含有碱金属氧化物。
玻璃板的厚度根据玻璃板的用途而选择。在玻璃板的用途为显示器的保护玻璃的情况下,玻璃板的厚度例如为0.1mm~2.0mm。在玻璃板的用途为显示器的玻璃基板的情况下,玻璃板的厚度例如为0.1mm~0.7mm。在玻璃板的用途为汽车的挡风玻璃的情况下,玻璃板的厚度例如为0.2mm~3.0mm。
接着,再次参照图1,对于一个实施方式的成形装置2、中继装置3和缓慢冷却装置5,按照该顺序进行说明。成形装置2例如通过浮法成形出玻璃带G。需要说明的是,成形方法可以是熔合法等。以下,对利用浮法的成形装置2进行说明。
成形装置2具有浴槽21。浴槽21容纳熔融金属M。作为熔融金属M,例如使用熔融锡。除了熔融锡以外,还可以使用熔融锡合金等,只要熔融金属M具有比熔融玻璃高的密度即可。将熔融玻璃连续地供给到熔融金属M上,并利用熔融金属M的平滑的液面将其成形为带状板形状的玻璃带G。
成形装置2在浴槽21的上方具有顶盖22。为了防止熔融金属M的氧化,成形装置2的内部充满还原性气体,并保持在高于大气压的气压下。还原性气体例如为氮气与氢气的混合气体,含有85体积%~98.5体积%的氮气、1.5体积%~15体积%的氢气。还原性气体从顶盖22的砖彼此的接缝和顶盖22的孔供给。
成形装置2具有对玻璃带G进行加热的加热器23。加热器23例如悬吊在顶盖22上,对在下方通过的玻璃带G进行加热。加热器23例如是电加热器,通过通电而被加热。加热器23在玻璃带G的运送方向和宽度方向上以矩阵状排列多个。通过控制多个加热器23的输出功率,能够控制玻璃带G的温度分布,能够控制玻璃带G的板厚分布。
中继装置3具有浮渣箱31和提升辊32。浮渣箱31回收浮渣。浮渣是与玻璃带G一起被带入浮渣箱31内部的熔融金属M被氧化而生成的氧化物。提升辊32设置在浮渣箱31的内部,将玻璃带G从熔融金属M上提起。在玻璃带G的运送方向(X轴方向)上隔开间隔地配置有多个提升辊32。对提升辊32的数量没有特别限制。提升辊32为圆柱形。提升辊32可以是实心的或中空的。提升辊32由马达等驱动装置(未图示)旋转驱动,利用其驱动力将玻璃带G向斜上方运送。提升辊32的轴向与玻璃带G的宽度方向(Y轴方向)为同一方向。
中继装置3可以为了调节玻璃带G的温度而在顶盖具有加热器37。加热器37不仅可以设置在玻璃带G的上方,还可以设置在玻璃带G的下方。在中继装置3中,以玻璃带G的玻璃化转变温度Tg为基准时,玻璃带G的温度优选为(Tg-50)℃~(Tg+30)℃。
缓慢冷却装置5具有缓冷炉51和退火辊52。退火辊52沿玻璃带G的长度方向(X轴方向)运送带状的玻璃带G。缓冷炉51为热处理炉的一例。另外,退火辊52为运送辊的一例。在玻璃带G的运送方向上隔开间隔地设置有多个退火辊52。对退火辊52的数量没有特别限制。退火辊52为圆柱形状。退火辊52可以是实心的或中空的。退火辊52由马达等驱动装置(未图示)旋转驱动,利用其驱动力将玻璃带G沿水平方向(X轴方向)运送。退火辊52的轴向与玻璃带G的宽度方向(Y轴方向)为同一方向。
缓慢冷却装置5在利用退火辊52运送玻璃带G的同时将其缓慢冷却至玻璃的应变点以下的温度。为了调节玻璃带G的温度,缓慢冷却装置5在内部具有未图示的加热器。
缓慢冷却装置5具有向玻璃带G的下表面喷吹缓冲剂的供给管53。缓冲剂与玻璃带G的下表面反应,在玻璃带G的下表面形成缓冲膜。缓冲膜缓和玻璃带G与退火辊52的碰撞,从而抑制在玻璃带G的下表面产生损伤。
作为缓冲剂,例如可以使用氧化硫气体。氧化硫气体与玻璃带G的下表面反应,在玻璃带G的下表面形成缓冲膜。缓冲膜包含硫酸盐的晶体等。
供给管53可以将稀释气体与氧化硫气体一起喷吹。稀释气体稀释氧化硫气体,在保持气流的速度的同时减少氧化硫气体的使用量。作为稀释气体,例如使用空气等。
在供给管53上可以卷绕未图示的带式加热器。带式加热器通过加热供给管53来加热缓冲剂,从而促进缓冲剂与玻璃带G的反应。
供给管53例如从玻璃带G的运送方向的上游侧向下游侧配置在第一个退火辊52与第二个退火辊52之间。能够在缓慢冷却装置5的较上游侧形成缓冲膜,能够抑制在玻璃带G的下表面产生损伤。
需要说明的是,虽未图示供给管53,但是供给管53可以配置在比第一个(最上游)退火辊52更靠上游侧的位置。另外,虽未图示供给管53,但是供给管53可以配置在比第二个退火辊52更靠运送方向下游侧的位置。
顺便说一下,作为退火辊52,有时使用不锈钢辊。不锈钢辊包含不锈钢。不锈钢通常是Cr含量为10.5质量%以上且C含量为1.2质量%以下的钢。不锈钢表面被钝化膜覆盖。钝化膜为Cr氧化膜,防止不锈钢内部的腐蚀。
如图2所示,在不锈钢中,有时产生被称为敏化的现象。敏化是在晶粒的晶界处Cr和C结合而析出Cr碳化物101,在其附近Cr缺乏而产生Cr缺乏层102的现象。在Cr缺乏层102的附近,难以形成Cr氧化膜103,从而耐腐蚀性降低。结果,产生红锈,表面粗糙度变大。
因此,在本实施方式中,作为构成不锈钢辊的不锈钢,使用以质量%计含有Nb:大于0.005%~小于0.40%的不锈钢。如果Nb含量大于0.005质量%,则Nb代替Cr与C充分结合。由此,能够抑制敏化,能够抑制红锈的产生,并且能够抑制不锈钢辊的表面粗糙。另外,如果Nb含量小于0.40质量%,则能够抑制Nb氧化物的粒子在不锈钢辊的表面析出,能够抑制不锈钢辊的表面粗糙。
构成不锈钢辊的不锈钢的Nb含量只要如上所述为大于0.005%~小于0.40%即可,优选为大于0.005%~小于0.30%,更优选为大于0.005%~小于0.20%,进一步优选为大于0.005%~小于0.10%,特别优选为大于0.005%~小于0.05%。上述Nb含量优选为0.01%~0.36%。
不锈钢辊的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra表示。算术平均粗糙度Ra优选为0.01μm~0.6μm。算术平均粗糙度Ra根据JIS B0601:2013进行测定。算术平均粗糙度Ra更优选为0.01μm~0.4μm,进一步优选为0.01μm~0.3μm,特别优选为0.01μm~0.2μm。
对构成不锈钢辊的不锈钢没有特别限制,优选以质量%计含有:Fe:大于40%~小于80%、Cr:大于15%~小于30%、Ni:大于5%~小于25%、C:大于0.1%~小于1.0%、Si:大于0%~小于5%、Mn:大于0%~小于2%,Nb:大于0.005%~小于0.40%。作为具体的钢材的种类,可以列举在ASTM(美国材料和试验协会:American Society for Testing andMaterials)A351中记载的HK40。需要说明的是,在ASTM标准中未规定HK40的Nb含量。
以质量%计,构成不锈钢辊的不锈钢更优选含有:Fe:大于40%~小于80%、Cr:大于15%~小于30%、Ni:大于5%~小于25%、C:大于0.1%~小于1.0%、Si:大于0%~小于1.5%、Mn:大于0%~小于1%、Nb:大于0.005%~小于0.40%。
如果Si含量小于1.5质量%,则能够抑制Si氧化物的粒子在不锈钢辊的表面析出,能够进一步抑制不锈钢辊的表面粗糙。另外,如果Mn含量小于1%,则能够抑制Mn氧化物的粒子在不锈钢辊的表面析出,能够进一步抑制不锈钢辊的表面粗糙。
不锈钢辊优选用于在500℃~900℃下运送玻璃。作为运送对象的玻璃例如是玻璃带G。在500℃~900℃的温度下,玻璃是软的并且容易被损伤。另外,能够产生敏化的温度实质上为500℃~900℃。当温度过低时,敏化非常慢,当温度过高时,Cr的扩散速度快,不易产生Cr缺乏层102。根据本实施方式,如上所述,通过将构成不锈钢辊的不锈钢的Nb含量控制在所期望的范围内,能够抑制不锈钢辊的表面粗糙。因此,能够抑制玻璃被不锈钢辊损伤。表面越光滑,则越不易损伤玻璃。
在玻璃为无碱玻璃的情况下,抑制不锈钢辊表面粗糙的效果是显著的。无碱玻璃实质上不含有Na2O、K2O等碱金属氧化物。因此,与钠钙玻璃相比,无碱玻璃难以使用氧化硫气体形成膜足够厚的缓冲膜,容易受到不锈钢辊的表面粗糙的影响。
需要说明的是,不锈钢辊虽然在本实施方式中作为退火辊52使用,但是也可以作为提升辊32使用。另外,不锈钢辊不仅可以运送带状的玻璃带G,还可以运送玻璃板或玻璃瓶。另外,不锈钢辊可以用于除玻璃以外的物体的运送。不锈钢辊可以用作通过喷镀涂覆陶瓷的辊的基质材料。
实施例
以下,对实验数据进行说明。例1和例6为比较例,例2~例5为实施例。在例1~例6中,准备表1所示的化学组成的不锈钢板。各不锈钢板的化学组成(C含量和S含量除外)通过荧光X射线分析法进行测定。各不锈钢板的C含量和S含量通过燃烧-红外线吸收法进行测定。
将各不锈钢板在大气气氛中在750℃下加热10小时,然后测定各不锈钢板表面的算术平均粗糙度Ra。算术平均粗糙度Ra使用接触式表面粗糙度计(东京精密SURFCOM TOUCH50)进行测定。需要说明的是,在加热处理前,在相同条件下对各不锈钢板的表面进行了镜面研磨。因此,在加热处理前,各不锈钢板的表面具有相同的表面粗糙度Ra(具体而言为0.1μm~0.2μm)。
将各不锈钢板的化学组成和加热处理后的算术平均粗糙度Ra示于表1中。
将例1~例6的不锈钢板的Nb含量与加热处理后的算术平均粗糙度Ra的关系示于图3中。由图3可知,在Nb含量大于0.005质量%和小于0.40质量%时,加热处理后的算术平均粗糙度Ra发生临界变化,如果Nb含量为大于0.005质量%~小于0.40质量%,则加热处理后的算术平均粗糙度Ra小。
将例1的对不锈钢板进行加热处理后的反射电子射线图像(反射电子组成图像)示于图4中,将例4的对不锈钢板进行加热处理后的反射电子射线图像示于图5中,将例6的对不锈钢板进行加热处理后的反射电子射线图像示于图6中。利用扫描电子显微镜(HITACHISU1510)拍摄了这些反射电子射线图像。
在例1中,Nb含量少,如图4(A)所示,在加热处理后的表面观察到大量的Fe氧化物。另一方面,在例4和例6中,Nb含量多,如图5(A)和图6(A)所示,加热处理后的表面的Fe氧化物少。
从图4(A)、图5(A)和图6(A)可知,通过Nb含量大于0.005质量%,Nb代替Cr与C充分结合,能够抑制敏化,能够抑制红锈(Fe氧化物)的产生。
但是,当Nb含量大于0.40质量%时,可知如图6(C)所示,Nb氧化物的粒子在钢板的表面析出,表面粗糙。
以上,对本公开的不锈钢辊、玻璃制造装置和玻璃制造方法进行了说明,本公开不限于上述实施方式等。在权利要求书中记载的范畴内,可以进行各种变更、修正、置换、附加、删除和组合。它们当然也属于本发明的技术范围。
Claims (12)
1.一种不锈钢辊,所述不锈钢辊包含不锈钢,其中,
以质量%计,所述不锈钢含有:
Nb:大于0.005%~小于0.40%。
2.如权利要求1所述的不锈钢辊,其中,以质量%计,所述不锈钢含有:
Fe:大于40%~小于80%、
Cr:大于15%~小于30%、
Ni:大于5%~小于25%、
C:大于0.1%~小于1.0%、
Si:大于0%~小于5%、
Mn:大于0%~小于2%。
3.如权利要求1所述的不锈钢辊,其中,以质量%计,所述不锈钢含有:
Fe:大于40%~小于80%、
Cr:大于15%~小于30%、
Ni:大于5%~小于25%、
C:大于0.1%~小于1.0%、
Si:大于0%~小于1.5%、
Mn:大于0%~小于1%。
4.如权利要求1~3中任一项所述的不锈钢辊,其中,所述不锈钢辊用于运送玻璃。
5.如权利要求4所述的不锈钢辊,其中,所述玻璃的温度为500℃~900℃。
6.如权利要求5所述的不锈钢辊,其中,所述玻璃为无碱玻璃。
7.一种玻璃制造装置,所述玻璃制造装置具有将熔融玻璃成形为带状板形状的玻璃带的成形装置和对所述玻璃带进行缓慢冷却的缓慢冷却装置,其中,
所述缓慢冷却装置具有热处理炉和在所述热处理炉的内部运送所述玻璃带的运送辊,
所述运送辊为权利要求1~3中任一项所述的不锈钢辊。
8.如权利要求7所述的玻璃制造装置,其中,所述不锈钢辊用于在500℃~900℃的温度下运送所述玻璃带。
9.如权利要求7所述的玻璃制造装置,其中,所述玻璃带为无碱玻璃。
10.一种玻璃制造方法,所述玻璃制造方法具有:将熔融玻璃成形为带状板形状的玻璃带的工序和在利用运送辊运送所述玻璃带的同时对所述玻璃带进行缓慢冷却的工序,其中,
所述运送辊为权利要求1~3中任一项所述的不锈钢辊。
11.如权利要求10所述的玻璃制造方法,其中,所述不锈钢辊用于在500℃~900℃的温度下运送所述玻璃带。
12.如权利要求10所述的玻璃制造方法,其中,所述玻璃带为无碱玻璃。
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