FI73006B - Anvaendning av vaermebestaendig blandning. - Google Patents

Description

1 73006

Kuumankestävän seoksen käyttö - Användning av värmebeständig blandning

Esillä olevan keksinnön kohteena on kuumankestävän seoksen käyttö, joka seos muodostuu seuraavista komponenteista, jotka esiintyvät painoprosentteina seuraavissa suhteissa: C 0,01 - 0,20

Si 0,10-1,5

Mn 0,10 - 2,0

Ni 0,10 - 6,0

Cr 14,0 - 18,0 jolloin loppuosa on olennaisesti Fe ja väistämättömiä epäpuhtauksia, sellaisten valssien materiaalina, joilla on suuri kestävyys kuumahalkeamien suhteen toistuvissa lämmitys- ja jäähdytysolosuhteissa, jotka esiintyvät jatkuvan valun tai lasinmuodostuksen yhteydessä.

Levymäisiä lastituotteita valmistetaan lasinmuodostusvalssi-koneella ohjaamalla sulaa lasia jatkuvasti valssin tai telan kautta. Tällöin valssin pinta lämpenee noin 700°C:een tullessaan kosketukseen suurlämpötilaisen sulan lasin kanssa, jolloin pinta hapettuu. Valssin pinta jäähdytetään ohjaamalla vettä valssin sisäosan onttoon tilaan korkean lämpötilan aiheuttaman hapetuksen estämiseksi, mutta se osa, johon sula lasi ei kosketa, jäähdytetään ilmalla. Koska lasinmuodostuskoneen valssiin tällöin kohdistuu lämpenemisen ja jäähtymisen aikaansaama lämpöisku, muodostuu valssin pintaan helposti lämpöhalkeamia lyhyen käyttöajan jälkeen, jolloin valssi pitää vaihtaa.

Jatkuvaa valua varten tarkoitetussa valssissa valssin pinta kohtaa korkeassa lämpötilassa olevan laatan ja joutuu alttiiksi suurlämpöasetukselle. Lämmityksen ja jäähdytyksen toistoista johtuen esiintyy myös tällaisen valssin pinnassa lämpöhalkeamia lyhyen käyttöajan jälkeen.

Korkeassa lämpötilassa toimivilla valsseilla on periaatteessa 2 7 3 O O 6 samat ongelmat, josta syystä lasinmuodostusvalssia kuvataan tässä yhteydessä yksityiskohtaisesti.

Asettumisen ja lämpöhalkeamisen estämiseksi on valssimateriaa-leina lasin muodostamiseksi käytetty Cr-Mo-terästä, joka sisältää 0,10 - 0,15 % (painoprosenttia, kuten muutkin jäljempänä ilmoitetut prosenttiluvut) C 1,0 - 2,0 %, Cr 0,10 - 1,5 %, Mo tai Ni-Cr-terästä, joka sisältää C 0,10 - 0,15 %, Ni 1,0 - 2,0 %;

Cr 0,10 - 1,0 % tai sitten on käytetty muokattavaa valurautaa tai vastaavaa. Nämä materiaalit eivät riitä estämään karkean pinnan ja lämpöhalkeamien muodostumista valssin kehäpintaan. Tällaiset valssin pintaan muodostuneet epätasaisuudet tai lämpöhalkeamat siirtyvät lasin pintaan lasinmuodostusprosessin aikana, josta syystä tällaisilla muodostusvalsseilla ei saada valmistetuksi hienopintaista lasia.

Keksinnön mukaisen kuumankestävän seoksen käytöllä kyetään hidastamaan tai estämään halkeamien muodostuminen valsseihin, joita halkeamia aiheuttavat toistuvan lämmityksen ja jäähdytyksen aiheuttama lämpöisku tai hapetus.

Edullisessa sovellutuksessa käyetään seosta, joka muodostuu seuraavista komponenteista, jotka esiintyvät painoprosentteina seuraavissa suhteissa: C 0,01 - 0,20

Si 0,10-1,5

Mn 0,10 - 2,0

Ni 0,10 - 6,0

Cr 14,0 - 18,0 ja sisältää myös ainakin yhtä seuraavista:

Mo 0,1 - 2,0

Nb 0,05-0,5 V 0,10-0,5

Co 0,10 - 5,0 ja sisältäessään Co: Ni + Co < 7,0, ja jolloin loppuosa on olennaisesti Fe ja väistämättömiä epäpuhtauk- 3 73006 siä, sellaisten valssien materiaalina, joilla on suuri kestävyys kuumahalkeamisen suhteen toistuvissa lämmitys- ja jäähdytysolo-suhteissa, jotka esiintyvät jatkuvan valun tai lasinmuodostuksen yhteydessä.

Keksinnössä käytetty seos sisältää edullisesti 0,05 - 0,15 pai-no-% C:tä.

Keksintöä selvitetään seuraavassa esimerkin muodossa voittamalla oheiseen piirustukseen, jossa:

Kuvio 1 esittää edestäpäin koekappaletta, jota käytetään tämän keksinnön mukaisen seoksen myötälujuuskokeeseen, vetokokeeseen ja venymäkokeeseen.

Kuvio 2 on perspektiivikuva koekappaleesta, jota käytetään iskukokeeseen.

Kuumankestävän seoksen komponentit ja komponenttien osuudet selvitetään yksityiskohtaisesti.

Seuraavassa keksinnön selityksessä kaikki prosenttiluvut ovat painoprosentteja.

C:n pitoisuus pitäisi olla mahdollisimman vähäinen sitkeyden kannalta, mutta käytännössä sitä on vaikeata rajoittaa alle 0,01 % tavallisessa sulatuksessa. Toisaalta 0,20 % ylittävä C-pitoisuus vähentää sitkeyttä huomattavasti. Sopiva C-pitoisuuden alue on siis 0,01 - 0,20 %. Kuitenkin suurempi C-pitoisuus lisää seoksen vetolujuutta. Tästä syystä niissä olosuhteissa, joissa tarvitaan tyydyttävää vetolujuutta ja riittävää lämpöhalkeamakestävyyttä, on edullinen C-pitoisuusalue 0,05 - 0,15 %.

Si toimii hapenpoistoaineena ja sitä on väistämättä noin 0,10 %. Si-pitoisuuden pitää kuitenkin olla korkeintaan 1,5 % tai pienempi, koska liika Si johtaa sitkeyden vähene- 4 73006 miseen ja seurauksena on halkeamia. Si-alue on siis 0,10 - 1,5,%.'

Mn toimii myös hapenpoistoaineena Si:n tapaan ja edesauttaa matriisin lujittamista. Tähän tarkoitukseen tarvitaan ainakin 0,10 % Mn, mutta Mn:n yläraja on 2,0 %, koska Mn:n liikamäärien käyttö ei tuota vastaavaa vaikutusta ja vähentää sitkeyttä.

Mn:n alue on siis 0,10 - 2,0 %.

Ni parantaa lämpöha lkeamakestävyy ttäAinakin 0,1 % Ni käytetään tähän tarkoitukseen, mutta Ni:n yläraja on 6,0 %, koska suurempien Ni-määrien käyttö alentaa AI muuntopistettä ja huonontaa lämpöhalkeamakestävyyttä. Ni-alue on siis 0,10 - 6,0 Ä.

Cr estää tehokkaasti karkean pinnan muodostumista ja lämpö-halkeamien kehittymistä. Tähän tarkoitukseen tarvitaan ainakin 14,0 % Cr. Kuitenkin, koska liiallisen Cr:n läsnäolo huonontaa lämpöhalkeamakestävyyttä, Cr-pitoisuuden yläraja on 18,0 %. Cr-alue on siis 14,0 - 18,0 %.

Mo parantaa lujuutta korkeassa lämpötilassa ja parantaa myös lämpöhalkeamakestävyyttä. Ainakin 0,10 % Mo käytetään tähän tarkoitukseen. Kuitenkin sen vaikutus saturoituu suuremmasa pitoisuudessa kuin 2,0 %. Ei ole taloudellista käyttää kallista Mo liiallisesti. Mo-alue on siis 0,10 -2,0 %.

Nb ja V samoinkuin Mo parantavat edelleen suurlämpötilalujuutta ja lämpöhalkeamakestävyyttä. Näiden vaikutusten saavuttamiseksi riittävässä määrin on Nb-pitoisuus edullisesti ainakin 0,05 % ja V-pitoisuus ainakin 0,10 %. Kuitenkin Nb:n ja V:n liikakäyttö yli 0,5 % heikentää sitkeyttä. Tästä syystä Nb:n ja V:n yläraja on edullisesti 0,5 %. Nb-alue on siis 0,05 - 0,5 % ja V-alue on 0,10 - 0,5 Ä.

Co parantaa myös suurlämpötilalujuutta ja 1ämpöhalkeamakestä- 5 73006 vyyttä ja edelleen se parantaa sitkeyttä suuressa lämpötilassa johtuen siitä, että Ms-piste laskee hieman. Tätä tarkoitusta varten on edullista käyttää ainakin 0,10 % Co. Toisaalta yli 5,0 % olevan suuren Co-määrän käyttö ei johda vastaaviin vaikutuksiin ja lisää lämpölaajenemista. Niinikään ei ole taloudellista käyttää tätä kallista alkuainetta liikaa.

Tästä syystä Co-pitoisuuden yläraja on edullisesti 5,0 %. Co-alue on siis 0,10 - 5,0 %.

Vaikka sekä Ni että Co ovat tärkeitä alkuaineita lämpöhalkea-makestävyyden parantamiseksi, lämpöhalkeamia todennäköisesti esiintyy silloin, kun Ni:n ja Co:n kokonaispitoisuuden ylittävät 7,0 %. Ni- ja Co-alue on siis edullisesti kokonaisuudessaan korkeintaan 7,0 % tai alempi.

Tässä keksinnössä kukin kemiallinen komponentti vaikuttaa oman yksittäisen vaikutuksensa lisäksi myös yhteisvaikutuksella kuumankestävän seoksen hapettumis- ja lämpöhalkeamiskestävyyden parantamiseksi.

Keksinnön mukaisen seoksen tunnusmerkillinen ominaisuus selvitetään yksityiskohtaisesti esimerkein.

Koostumukseltaan erilaisia seoksia valmistettiin induktiosula-tusuunissa ja muodostettiin valamalla putkiksi, joiden ulkohalkaisija oli 160 mm, seinämän paksuus 28 mm ja pituus 220 mm. Taulukko 1 esittää tällä tavoin saatujen näytteiden kemialliset koostumukset.

Seosnäytteistä valmistettiin koekappaleita ja niiden lämpöhal-keama- ja mekaaniset ominaisuudet testattiin seuraavilla meneteImi 1lä.

Koe 1: Lämpöhalkeamakoe Lämpöhalkeamakokeeseen otettiin koekappale, jonka ulkohalkai- sija oli 150 mm, seinämäpaksuus 23 mm ja pituus 70 mm.

6 73006

Koekappaleen ulkopinta lämmitettiin induktio1ämmityskonee1la (100 KHz) ja lämmitys pysäytettiin pinnan lämpötilan saavuttaessa 700°C, jonka jälkeen lämmitettyä pintaa jäähdytettiin vedessä 30 sekunnin ajan. Tätä lämmitys- ja vesijäähdytyskier-toa toistettiin, kunnes koekappaleen pinnassa havaittiin lämpöhalkeama. Lämpöhalkeamakokeen tulo on ilmoitettu toisto-määränä .

Kokeen tulos on esitetty taulukossa 2.

Koe 2: Mekaanisten ominaisuuksien koe

Kuviossa 1 esitettyä koekappaletta 10 käytettiin 0,2 % myötä1ujuus-, vetolujuus- ja venymäkokeessa. Koekappaleessa 10 on suuntaisosa L, jonka poikkileikkaus on pyöreä. Suun-taisosassa L on molemmissa päissä nousuosa 12, jonka säde on R ja nousuosien 12, 12 päihin on vastaavasti järjestetty paksut osat 14, 14. Kukin kirjain kuviossa 1 esittää seuraavaa mittaa, jolJoin kirjain L tarkoittaa mittaet äi sy y ttä .

L.... 50 mm P.... 60 mm D . . . . 14 mm R. . . . 13 mm

Voidaan todeta, että 0,2 % myötälujuus osoittaa rasitusta silloin, kun vetokokeessa esiintyy 0,2 % pysyvä venymä.

Iskukoe suoritettiin Charpy Impact Tester-laittee11 a käyttämällä kuviossa 2 esitettyä koekappaletta 20. Koekappaleessa 20 on loviosa 22, jossa uran pohjaosan muoto on sellainen, että säde on 1 mm. Koekappaletta 20 iskettiin vastakkaisista suunnista verrattuna loviosiin 22. Kukin kirjain kuviossa 2 esittää seuraavaa: A.... 10 mm B.... 55 mm d...» 2 mm

Yllä mainittujen mekaanisten ominaisuuksien koetulokset on esitetty taulukossa 3.

Taulukko 1 7 73006 -------

Na C Si Mn Ni Cr Mo Nb V Co Ni+Co ... .....I . . I . ... - , . ...... . ...... . — I ...... ..... ...... ... — .

1 0,12 0,50 0,87 1,72 0,39 _____

Tavan- -------——--—----- 2 0,14 0,49 0,90 - 2,28 0,96 - - - - omainen__[_____’______’_____ seos 3 3,00 2,15 0,95 -------

Keksinnön 4 0,12 0,29 0,91 1,21 15,10 _____ mukainen 5 0^0 0>39 0>91 2,93 16?27 _____ seos--------------------—----- 6 0,09 0,32 0,90 1,21 16,15 1,05 - - - - 7 0,07 0,42 0,98 2,41 16,64 1,17 0,30 0,41 - 8 0,07 0,40 0,93 2,37 16,77 0,75 0,4(1 0,25 3,30 5,75 Vertailu- 9 0,12 0,40 0,82 - 12,99 -----

Se0S 10 0,07 0,60 1,14 8,15 18,00 ----- — ...r (Loput olennaisesti Fe)

Huom.: Merkki (-) merkitsee sitä, että kyseistä alkuainetta ei ole seoksessa.

8

Taulukko 2 730°6 N:o T o ist omäärä

Tavanomainen 1 200

seos 2 29Q

3 25 4 1000

Keksinnön----·- . . 5 950 mukainen ___ seos 6 1050 7 10 00 8 1200

Vertailu- 9 800 * seos 10 300 11 700

Huom. (*): Oli vaikeata todeta halkeaman muodostumista johtuen ulkopinnan hapettumisesta.

9

Taulukko 3 73006 N:o 0,2¾ myötä- Vetolu- Venymä Iskuarvo ___(kg/mm2) (kg/mm2) C,i) (kg.m/cm2)

Tavan- 1 33,1 65,4 39,5 12,0 omainen „ , , ' — 2 44,6 68,4 24,3 15,6 seos--— —-—,.— . — ------ 3 29,0 42,5 18,6 1,5

Keksin* ,i 4 63^2 80,3 23,6 14,1 non mu- c ' „ “ ~ 5 67,0 90,1 18,0 12,5 kainen-------- seos 6 63,3 80,7 23,5 14,3 7 72,2 90,0 21,1 10,6 8 76,4 96,4 23,3 8,4

Vertai- 9 53,4 70,2 25,3 10,2 luseos ~ 10 25,8 58,5 60,2 15,0 11 77,0 101,5 20,9 8,5 -------L--»

Koetulokset;

Taulukko 2 osoittaa, että keksinnön mukaiset kuumankestävät seokset hidastavat lämpöhalkeamien esiintymistä ja niiden lämpöhalkeamakestävyys on selvästi parempi, yli 3 kertaa parempi verrattuna tavanomaisiin seoksiin. Vertailuseokset ovat tavanomaisten seosten tapaan huonompia kuin keksinnön mukaiset seokset lämpöhalkeamakestävyydeltään.

Taulukossa 2 luetelluista näytteistä on näyte n:o 9 parempi kuin tavanomaiset seokset lämpöhalkeamakestävyydeltään, mutta kuitenkin huonompi ha pe11umiskestävyydeltään. Taulukon 3 mukaisesti keksinnön mukaisilla seoksilla on huomattavasti suurempi myötälujuus ja vetolujuus kuin tavanomaisilla seoksilla ja lisäksi niiden venymä- ja iskuarvo-ominais uudet ovat tyydyttävät verrattuna tavanomaiseen Ni-Cr-teräkseen tai Cr-Mo-teräkseen huolimatta suuresta lujuudesta.

10 730 0 6

Keksinnön mukainen seos sopii hyvin materiaaliksi lasinmuodos-tusvalssin lisäksi myös jatkuvan valun valsseihin, joita ovat esimerkiksi tukivalssit, ohjaintelat, kitkavalssit jne., ja erityisesti keksinnön mukaiset seokset sopivat olosuhteisiin, joissa lämmitys ja jäähdytys jatkuvasti toistetaan.

Käytettäessä pienastemateriaa 1 ia, kuten tavanomaista 13Cr-terästä valssin perusmateriaalina, voidaan keksinnön mukaisilla seoksilla käyttää valssin kehän h itsauspaikka usta.

Keksinnön mukainen kuumankestävä seos kestää hyvin asettumista ja lämpöhalkeamia jopa sellaisissa olosuhteissa, joissa lämmitystä ja jäähdytystä toistetaan, ja lisäksi seos on mekaanisilta ominaisuuksiltaan erinomainen, joita ominaisuuksia ovat esimerkiksi vetolujuus, iskuarvo ja vastaavat. Tästä syystä keksinnön mukainen seos sopii valssimateriaaliksi lasinmuodostuskoneeseen, jatkuvaan valuun jne.

Keksinnön suojapiiri ei rajoitu esillä olevaan keksinnön selitykseen, vaan alan ammattimiehet voivat tehdä useitakin muutoksia siihen irtautumatta keksinnön hengestä. Tällaiset muutokset on tästä syystä sisällytetty oheisissa patenttivaatimuksissa määriteltyyn keksinnön suojapiiriin.

Claims (4)

73006 11

1. Kuumankestävän seoksen käyttö, joka seos muodostuu seuraa-vista komponenteista, jotka esiintyvät painoprosentteina seu-raavissa suhteissa: C 0,01 - 0,20 Si 0,10 - 1,5 Mn 0,10-2,0 Ni 0,10 - 6,0 Cr 14,0 - 18,0 jolloin loppuosa on olennaisesti Fe ja väistämättömiä epäpuhtauksia, sellaisten valssien materiaalina, joilla on suuri kestävyys kuumahalkeamien suhteen toistuvissa lämmitys- ja jäähdytysolosuhteissa, jotka esiintyvät jatkuvan valun tai lasinmuodostuksen yhteydessä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen käyttö, jolloin seos sisältää 0,05 - 0,15 paino-% C.

3. Kuumankestävän seoksen käyttö, jossa seos muodostuu seuraa-vista komponenteista, jotka esiintyvät painoprosentteina seu-raavissa suhteissa: C 0,01 - 0,20 Si 0,10 - 1,5 Mn 0,10-2,0 Ni 0,10-6,0 Cr 14,0 - 18,0 ja sisältää myös ainakin yhtä seuraavista: Mo 0,1 - 2,0 Nb 0,05 - 0,5 V 0,10 - 0,5 Co 0,10-5,0 ja sisältäessään Co: Ni + Co £, 7,0, ja jolloin loppuosa on olennaisesti Fe ja väistämättömiä epäpuhtauksia, sellaisten valssien materiaalina, joilla on suuri kestävyys kuumahalkeamien suhteen toistuvissa lämmitys- ja jääh- 12 73006 dytysolosuhteissa, jotka esiintyvät jatkuvan valun tai lasin-muodostuksen yhteydessä.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen käyttö, jolloin seos sisältää 0,05 - 0,15 paino-% C. 73006 13