EA010934B1

EA010934B1 - Режущая пластина и способ ее изготовления

Info

Publication number: EA010934B1
Application number: EA200500889A
Authority: EA
Inventors: Ингемар Хессман
Original assignee: Сандвик Интеллекчуал Проперти Хб
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2008-12-30
Also published as: SE0401840D0; EP1616977A2; EP1616977A3; US7232603B2; SE0401840L; US20070283554A1; SE528109C2; EA200500889A1; US20060046100A1

Abstract

В изобретении предлагается пластина режущего инструмента для бокового и торцового фрезерования низколегированной катанной стали с низкими и с умеренными скоростями резания, содержащая корпус из цементированного карбида и покрытие. Корпус из цементированного карбида содержит WC, 7,3-7,9 вес.% Со и 1,0-1,8 вес.% кубических карбидов Та и Nb и высоко W-легированную фазу связующего с отношением CW, составляющим 0,86-0,94. Покрытие содержит первый (самый внутренний) слой TiCNOс толщиной 0,1-2 мкм и с равноосным зерном с размером < 0,5 мкм, слой TiCNOс толщиной 2-10 мкм со столбчатым зерном и с диаметром ориентировочно < 5 мкм, слой TiCNOс толщиной 0,1-2 мкм и с равноосным или с игольчатым зерном с размером ≤ 0,5 мкм, внешний слой гладкого, текстурированного, мелкого зерна α-AlO, с толщиной 2-10 мкм. В изобретении предлагается также использование такой пластины режущего инструмента для бокового и торцового фрезерования катанной низколегированной стали с низкими и с умеренными скоростями резания.

Description

Настоящее изобретение имеет отношение к изготовлению пластин режущего инструмента для фрезерования фасок пластин, предназначенных для изготовления труб для трубопроводов, предназначенных, в свою очередь, для перекачки сырой нефти, природного газа и т.п.

Трубопроводы часто используют для транспортирования флюидных продуктов на значительные расстояния, причем газопроводы и нефтепроводы представляют собой только два хорошо известных примера таких трубопроводов. Такие трубопроводы обычно образуют из индивидуальных трубных секций, которые соединяют друг с другом при помощи сварки.

Индивидуальные трубные секции образуют из больших пластин размерами 4 мх 12 м с толщиной 25 мм, из низколегированной стали, которые сваривают продольно.

Отдельные отрезки трубы соединяют при помощи дуговой электросварки, причем следует иметь в виду, что для этой цели уже используют или предложено множество типов технологий сварки.

Указанные пластины подвергают механической обработке для получения фасок, необходимых для последующей сварки индивидуальных секций, а также для сварки вместе отдельных трубных секций.

Механическую обработку для получения желательных характеристик пластин производят на больших фрезерных станках с фрезами, имеющими диаметр 600-1200 мм, снабженными 40-80 режущими пластинами прямоугольной формы, установленными тангенциально и имеющими размеры 32х20х8 мм. Обычно используют режущие пластины из цементированного карбида с покрытием.

Важно обеспечить высокий срок службы инструмента и снизить до минимума частоту смены инструмента, чтобы повысить рентабельность. Критериями операции обработки являются достаточная чистота поверхности и незначительная деформация структуры, если она вообще есть. Важно достичь такой чистоты поверхности, которая не нарушает процесс сварки.

Задачей настоящего изобретения является создание пластины режущего инструмента, которая особенно хорошо подходит для фрезерования фасок стальных пластин для нефтепроводов и т.п.

Настоящее изобретение позволяет повысить срок службы инструмента. В соответствии с настоящим изобретением предлагаются пластины режущего инструмента с покрытием, которые особенно хорошо подходят для фрезерования фасок стальных пластин, предназначенных для нефтепроводов, причем указанная пластина режущего инструмента содержит корпус из цементированного карбида, выполненный из композиции, которая содержит 7,3-7,9 вес.% Со, а преимущественно 7,6 вес.% Со, 1,0-1,8 вес.% кубических карбидов, а преимущественно 1,4-1,7 вес.% кубических карбидов металлов Та и N6, и баланс УС. Содержание Τι преимущественно находится на уровне, соответствующем технической примеси. Средний размер зерна УС лежит в диапазоне ориентировочно от 1.5 до 2,5 мкм, и преимущественно составляет около 1,8 мкм, а твердость составляет 1500-1600 НУ (по Виккерсу).

Фаза связующего из кобальта достаточно высоко легирована У. Содержание У в фазе связующего может быть выражено как отношение СУ = М₈ / (вес.% Со 0,0161), где М, представляет собой намагниченность насыщения корпуса из цементированного карбида, кА/м, а вес.% Со представляет собой весовое процентное содержание Со в цементированном карбиде. Отношение СУ является функцией содержания У в Со фазе связующего. Высокое отношение СУ соответствует низкому содержанию У в фазе связующего.

В соответствии с настоящим изобретением, улучшенные характеристики резания достигаются в том случае, когда корпус из цементированного карбида имеет отношение СУ, составляющее 0,84-0,94, а преимущественно 0,86-0,91. Покрытие содержит первый (самый внутренний) слой Τίί.',·Ν_;/Ο₂. где х+у+ζ =1, а преимущественно ζ<0,5, с толщиной 0,1-2 мкм и с равноосным зерном с размером <0,5 мкм, слой Т1СХ_уО_а где х+у+ζ =1, а преимущественно ζ = 0 и х>0,3 и у>0,3, с толщиной 2-10 мкм, а преимущественно 4-7 мкм, со столбчатым зерном и с диаметром ориентировочно < 5 мкм, а преимущественно < 2 мкм, слой Т1СХ_уО_а где х+у+ζ = 1, с ζ<0,5, а преимущественно с ζ > 0,1, с толщиной 0,1-2 мкм и с равноосным или с игольчатым зерном с размером <0,5 мкм, причем этот слой такой же, что и самый внутренний слой, или отличается от него, внешний слой гладкого, текстурированного, мелкого зерна (с размером зерна около 1 мкм) α-Α1₂Ο₃, с толщиной 2-10 мкм, а преимущественно 3-6 мкм, и с шероховатостью поверхности (В_а) меньше чем 0,3 мм по измеренной длине 0,25 мм, а также преимущественно дополнительный слой толщиной 0,5-1,0 мкм из ΤίΝ. Этот самый верхний слой ΤίΝ имеет шероховатость поверхности В тах < 0,4 мкм по длине 10 мкм.

Режущие пластины имеют до нанесения покрытия радиус кромки 20-45 мкм, а преимущественно 35 мкм. Слой ΤίΝ уменьшается по толщине по линии кромки до 50-90% его толщины на передней поверхности режущего инструмента.

Кроме того, слой α-Α1₂Ο₃ имеет преимущественную ориентацию роста кристалла в направлении (012), (104) или (110), а преимущественно в направлении (012), что определяют при помощи дифракционного рентгеновского анализа. Коэффициент текстуры ТС может быть определен как:

- 1 010934

где

1(йк1) = измеренная интенсивность (Нк1) отражения;

1(йк1) = стандартная интенсивность данных дифракции для Л8ТМ стандартной порошковой фигуры;

η = число отражений, использованных для вычисления, причем были использованы следующие (Ьк1) отражения: (012), (104), (110), (113), (024), (116).

В соответствии с настоящим изобретением, ТС для набора кристаллографических плоскостей (012), (104) или (110) превышает 1,3, а преимущественно превышает 1,5.

Настоящее изобретение также имеет отношение к созданию способа изготовления режущих пластин, в соответствии с которым корпус пластины изготавливают из цементированного карбида, содержащего 7,3-7,9 вес.% Со, а преимущественно 7,6 вес.% Со, 1,0-1,8 вес. % кубических карбидов, а преимущественно 1,4-1,7 вес. % кубических карбидов металлов Та и N6, и баланс УС, с содержанием Τί на уровне, соответствующем технической примеси, со средним размером зерна ХУС в диапазоне ориентировочно 1,5-2,5 мкм, а преимущественно около 1,8 мкм, имеющий твердость 1500-1600 НУ, отношение СУ 0,84-0,94, а преимущественно 0,86-0,91, и радиус кромки до нанесения покрытия, составляющий 20-45 мкм, а преимущественно 35 мкм, покрывают первым (самым внутренним) слоем Τίί.',·Ν_;Ό_ζ. где х+у+ζ =1, а преимущественно ζ < 0.5, с толщиной 0,1-2 мкм и с равноосным зерном с размером < 0,5 мкм, нанесенным с использованием известных процессов СУЭ (химического осаждения из паровой (газовой) фазы);

слоем Τΐί^Ν,Ο^ где х+у+ζ =1, а преимущественно ζ = 0 и х>0,3 и у>0,3, с толщиной 2-10 мкм, а преимущественно 4-7 мкм, со столбчатым зерном с диаметром ориентировочно <5 мкм, а преимущественно <2 мкм, нанесенным при помощи технологии МТСУЭ (с использованием ацетонитрила в качестве источника углерода и азота для формирования слоя в диапазоне температур 700-900°С) или при помощи высокотемпературной (1000-1100°С) технологии СУЭ, причем условия протекания процесса выбирают так, чтобы способствовать росту слоев со столбчатым зерном, то есть обычно прикладывают высокое давление (0.3-1 бар). Однако точные условия зависят в некоторой степени от использованного оборудования;

слоем Т1С_х^,О_а где х+у+ζ = 1, с ζ < 0,5, а преимущественно с ζ > 0,1, с толщиной 0,1-2 мкм и с равноосным или столбчатым зерном с размером 0,5 мкм, нанесенным с использованием известных процессов СУЭ, причем этот слой такой же, что и внутренний слой, или отличается от него;

слоем гладкого, текстурированного α-Α1₂Ο₃ зерна, с толщиной 2-10 мкм, а преимущественно 3-6 мкм, и с шероховатостью поверхности (К._а) меньше чем 0.3 мм по измеренной длине 0,25 мм, нанесенным в соответствии с патентами США 5,487,625, 5,851,687 или 5,766,782, и преимущественно дополнительным слоем ΤίΝ с толщиной 0,5-1,0 мкм, нанесенным при помощи технологии СУЭ или РУО (осаждение из газовой фазы). Этот самый внешний слой ΤίΝ имеет шероховатость поверхности К. тах < 0.4 мкм по длине 10 мкм.

Гладкую поверхность покрытия получают путем мягкой (осторожной) обработки струей влажного песка поверхности покрытия, при помощи мелкозернистого (400-150 меш) порошка оксида алюминия или при помощи обработки кромок щетками с использованием, например, 81С, как это показано в патенте США Νο. 5,861,210, причем слой ΤίΝ, если он есть, будет уменьшен по толщине на линии кромки до 50-90% толщины на передней поверхности режущего инструмента.

Когда желателен слой Τί^ΝΟ_ζ, с ζ >0, то СО₂ и/или СО добавляют в смесь реакционных газов.

Настоящее изобретение также имеет отношение к применению описанной выше пластины режущего инструмента для бокового и торцового фрезерования катаной низколегированной стали с низкими и с умеренными скоростями резания, то есть при <500 м/мин.

Пример 1.

Режущие пластины для фрезерования, из цементированного карбида специальной формы, с размерами 32x20x8 мм в соответствии с настоящим изобретением, имеющие композицию, содержащую 7,6 вес.% Со, 1,25 вес.% ТаС, 0,30 вес.% Ж' и УС в качестве баланса, со средним размером зерна 1,8 мкм, с фазой связующего, легированной У в соответствии с отношением СУ, составляющим 0,87, и имеющие радиус кромки 35 мкм, были покрыты слоем равноосного зерна из Τίί,'Ν толщиной 0,5 мкм, а затем слоем столбчатого зерна из Τί(ΟΝ) толщиной 0,5 мкм, за счет использования технологии МТСУЭ (температура обработки 850°С). В последующих операциях процесса, во время того же самого цикла нанесения покрытия, был нанесен слой равноосного зерна толщиной 1 мкм из Τί^^Ο (где ориентировочно х=0,6, у=0,2 и ζ=0,2), после чего был нанесен слой толщиной 4 мкм текстурированного (012) α-Α1₂Ο₃, в соответствии с условиями, приведенными в патенте США № 5487625. Проведенный дифракционный рентгеновский анализ показывает, что коэффициент текстуры ТС(012) равен 1,5. После нанесения покрытия, режущие пластины были отполированы с использованием нейлоновой щетки и 81С зерна (порошка). Исследование полированных пластин в световом микроскопе показывает, что самый верхний слой ΤίΝ име

- 2 010934 ет несколько сниженную толщину.

Пример 2. Было проведено фрезерование фасок пластин из катанной низколегированной стали (из низкоуглеродистой стали Х70) при следующих условиях:

Станок: МЕЬ (Австрия).

Операция: фрезерование фаски в сухих условиях.

Заготовки: стальные пластины 4 х 12 м, толщиной 25 мм.

Фреза: специальная фреза диаметром 800 мм ВоЫетйе.

Об/мин: 120 об/мин.

Скорость резания: 300 м/мин.

Скорость подачи/зуба: 2,5-3,0 мм.

Радиальная глубина прореза: 25 мм.

Тип режущей пластины: специального типа 32х 20 х 8 мм, 48 штук.

Градация 1: режущие пластины в соответствии с примером 1.

Градация 2: режущие пластины конкурента А.

Градация 3: режущие пластины конкурент В.

Критерий срока службы инструмента: чистота поверхности.

Результат: срока службы по числу обработанных пластин.

Градация 1 Градация 2 Градация 3

По изобретению Известный уровень Известный уровень техники техники

125 пластин 78 пластин 74 пластины

Оказалось, что срок службы по числу обработанных пластин в соответствии с настоящим изобретением на 60% выше, чем в соответствии с известным уровнем техники.

Claims

1. Пластина режущего инструмента, которая содержит корпус из цементированного карбида и покрытие, отличающаяся тем, что корпус из цементированного карбида содержит 7,3-7,9 вес.% Со и 1,0-1,8 вес.% кубических карбидов Та и N6, и баланс ^С, высоко ^-легированную фазу связующего с отношением ί.'\ν. представляющим собой степень легирования фазы связующего из кобальта вольфрамом, составляющим 0,86-0,94, и имеет радиус кромки 20-45 мкм, а покрытие содержит первый внутренний слой Τίί.\Ν_;ζΟ_ζ толщиной 0,1-2 мкм и с равноосным зерном размером <0,5 мкм, слой Τίί.',·Ν_;Ο_ζ толщиной 2-10 мкм со столбчатым зерном диаметром <5 мкм, слой Τίί.\Ν_;ζΟ_ζ толщиной 0,1-2 мкм и с равноосным или с игольчатым зерном размером <0,5 мкм, гладкий, текстурированный, мелкозернистый внешний слой α-Α1₂Ο₃ толщиной 2-10 мкм.

2. Пластина по п.1, отличающаяся тем, что слой α-Α1₂Ο₃ имеет текстуру в направлении (012) и коэффициент текстуры ТС(012) больше чем 1,3.

3. Пластина по п.1, отличающаяся тем, что слой α-Α1₂Ο₃ имеет текстуру в направлении (104) и коэффициент текстуры ТС(104) больше чем 1,3.

4. Пластина по п.1, отличающаяся тем, что слой α-Α1₂Ο₃ имеет текстуру в направлении (110) и коэффициент текстуры ТС(110) больше чем 1,3.

5. Пластина по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что имеет дополнительный внешний слой ΤίΝ толщиной 0,5-1,0 мкм, имеющий шероховатость поверхности Ктах<0,4 мкм по длине 10 мкм и пониженную толщину по линии кромки, составляющую 50-90% толщины на передней поверхности пластины.

6. Пластина по п.1, отличающаяся тем, что цементированный карбид содержит 1,4-1,7 вес.% карбидов Та и N6.

7. Пластина по п.1, отличающаяся тем, что имеет радиус кромки 35 мкм.

8. Способ изготовления пластины режущего инструмента, содержащей корпус из цементированного карбида и покрытие, отличающийся тем, что корпус из цементированного карбида с композицией, содержащей 7,3-7,9 вес.% Со, 1,0-1,8 вес.% кубических карбидов металлов Та и N6, и баланс с содержанием Τι на уровне, соответствующем технической примеси, со средним размером зерна VС в диапазоне 1,5-2,5 мкм и имеющей твердость 1500-1600 НУ и отношение СV, равное 0,84-0,94, и радиус кромки 20-45 мкм, покрывают первым внутренним слоем ΤίΟ-Ν,Ό^ где х+у+ζΜ толщиной 0,1-2 мкм и с равноосным зерном размером <0,5 мкм, с использованием процессов химического осаждения из паровой или газовой фазы, слоем ΤίΟ.Ν,Ό^ где х+у+ζΜ толщиной 2-10 мкм со столбчатым зерном диаметром <5 мкм, нанесенным при помощи технологии с использованием ацетонитрила в качестве источника углерода и азота для формирования слоя в диапазоне температур 700-900°С или при помощи высокотемпературной, при 1000-1100°С технологии химического осаждения из паровой или газовой фазы, причем условия протекания процесса выбирают так, чтобы способствовать росту слоев со столбчатым зерном с приложением высокого давления от 0,3 до 1 бар;

слоем ΤΐΟΝΟζ, где х+у+ζΜ, с ζ <0,5, толщиной 0,1-2 мкм и равноосным или столбчатым зерном размером 0,5 мкм, нанесенным с использованием технологии осаждения из паровой или газовой фазы,

- 3 010934 причем этот слой такой же, что и первый внутренний слой, или отличается от него;

гладким, текстурированным, зернистым слоем α-Α1₂0₃ толщиной 2-10 мкм с шероховатостью поверхности (К.,,) меньше чем 0,3 мм по длине 0,25 мм.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительно наносят слой ΤίΝ толщиной 0,5-1,0 мкм при помощи технологии осаждения из паровой или газовой фазы, причем этот слой ΤίΝ имеет шероховатость поверхности Ктах<0,4 мкм по длине 10 мкм, получаемую за счет мягкой обработки поверхности покрытия струей влажного песка, при помощи мелкозернистого 400-150 меш порошка оксида алюминия или при помощи обработки кромок щетками, например, с использованием 81С, причем слой ΤίΝ за счет этого имеет пониженную толщину по линии кромки, составляющую 50-90% толщины на передней поверхности пластины.

10. Применение пластины режущего инструмента по одному из пп.1-7 для бокового и торцового фрезерования катанной низколегированной стали с низкими и с умеренными скоростями резания.