FI79155C - Foerfarande foer framstaellning av en valsbelaeggning. - Google Patents

Description

79155 Ί Menetellä telapinnoitteen valmistamiseksi Förfarande för framställning av en valsbeläggning 5 Keksinnön kohteena on menetelmä paperikoneen puristintelan metallipinnoit-teen valmistamiseksi, jota pinnoitetta vasten puristettava paperiraina välittömästi tulee ja joka pinnoite valmistetaan runsaasti seostetusta metallista niin, että pinnoitteelle saadaan riittävä sekä kulutus- että korroosiokestävyys ja paperin sopivat irtoamisominaisuudet, jolloin me-10 netelmässä telan metallisen runkovaipan päälle tehdään päällehitsaamalla metallipinnoite niin, että hitsausmateriaalissa tuodaan tarvittavat seos-tusaineet pinnoitteeseen, ja pinnoituksen jälkeen pinnoitteen annetaan jäähtyä, minkä johdosta pinnoite kutistuu ja siihen pyrkii syntymään veto-j ännitystä.

15

Keksintö liittyy metallipintaisiin teloihin, joilta edellytetään pinnan runsasta seostusta ja sen kautta korroosion kestävyyttä, kulutuskestävyyttä ja sopivia ominaisuuksia paperin irtoamisen suhteen. Esimerkiksi metallipintaiset telat paperikoneen puristimessa voivat olla tällaisia.

20 Tämänkaltaisen pinnan valmistaminen suurikokoisiin teloihin, joiden halkaisija on noin 1600 cm ja paino noin 40 t, on ollut vaikeaa tai jopa mahdotonta muilla kuin päällehitsausmenetelmin. Lisäksi tällä menetelmällä päällystyksen paksuus tulee riittäväksi uudelleen hiontaa ajatellen.

25 Paksun runsaasti seostetun kerroksen päällehitsaus tuo kuitenkin mukanaan väsymismurtumavaaran, ensinnäkin koska hitsauksessa syntyy normaalisti erittäin epäedullinen jännitysjakautuma, jonka seurauksesta pintaan syntyy voimakas vetojännitys, toiseksi hauraaseen pinnoitukseen syntyy helposti virheitä ja kolmanneksi kriittinen eli sallittu virhekoko 30 on hyvin pieni suuresta kuorman vaihtojen määrästä johtuen ja sitä on vaikeata tai lähes mahdotonta kontrolloida. Tällaisen paksun runsaasti seostetun kerroksen päällehitsaus tuo myös mukanaan muodonmuutosongelman pinnoitetta määrävälein huoltohiottaessa, koska laukeava pinnoitteen vetojännitys muuttaa telan halkaisijaa suuremmaksi ja johtaa ongelmiin päätyliitok-35 sissa. Sovite käy tällöin väljäksi ja liitos pettää.

: 79155 1 Keksinnön päämääränä on aikaansaada pinnoitettu tela, jonka jäännösjännitys jakautuma on edullinen siltä kannalta, että kriittinen särökoko kasvaa suureksi, jolloin väsymisriski on helppo hallita ja että huoltohion-tojen yhteydessä ei tapahtuisi haitallisia mittamuutoksia.

5

Keksinnön mukainen menetelmä on näin ollen pääasiassa tunnettu siitä, että mainittua vetojännitvstä synnyttämään pyrkivää pinnoitteen jäähtymisen aikana tapahtuvaa kutistumista kompensoidaan joko jäähtymisen jälkeen tai edullisesti jäähtymisen aikana martensiittireaktiolla tai muulla taval-10 la aikaansaatavalla pinnoitteen tilavuuden kasvulla, joka on pinnoitemate-riaalin seostuksen valinnalla mitoitettu sellaiseksi, että pinnoitteen jäännösvetojännitykset eliminoituvat tai pinnoitteeseen jäännösjännityksenä jää edullinen puristusjännitys, ja mahdollisen lämpökäsittelyn jälkeen mainittu pinnoite työstetään ja sopivimmin hiotaan tarvittavaan mit-15 taan ja pintasileyteen.

Keksintö koskee siis telaa, jossa on hitsattu päällyste ja jossa hitsin jäähtymisen aikana tai sen jälkeen on tapahtunut pinnoitemateriaalin tilavuuden kasvu, joka on aiheuttanut päällysteeseen puristusjännityksen.

20 Puristusjännitys on edullinen ajatellen telan väsymislujuutta ja kriittisiä sallittuja vikakokoja, sillä puristusjännitys kompensoi haitallisia vetojännityksiä. Koska keksinnöllä aikaansaatava puristusjännitys on suuruudeltaan kohtuullinen (pienempi kuin vetojännitys), niin telan mitta-muutokset ovat myös pienempiä ja sen suuntaisia, että halkaisija pyrkii 25 pienenemään, jolloin päätyliitosten väljenemistä ei tapahdu, vaan päinvastoin puristusjännitysten ansiosta päätyliitos tiukkenee. Lisäksi, kun jännitys on puristusjännitystä, niin telaa hiottaessa mitat pyrkivät pienenemään. Vetojännityksen johdosta taas mitat kasvavat hiottaessa, missä tapauksessa hionta on vaikea suorittaa.Tilavuuden kasvu jäähtymisen ai-30 kana saadaan edullisesti aikaan martensiittireaktiolla.

Teräksen ominaisuuksien kuvailemiseksi käytetään rauta-hiili-olotiladia-grammeja. Hiili ja rauta muodostavat erityyppisiä seoksia toistensa kanssa hiilipitoisuudesta ja lämpötilasta riippuen. Raudan kiderakenne on 35 myös erilainen eri lämpötiloissa. Alemmissa lämpötiloissa ja hiilipitoisuuksissa saadaan yleensä raudan ja hiilen seos, jossa on seoskiteitä, joka materiaali on pehmeä ja helposti työstettävä. Tätä materiaalia kut- 3 79155 1 sutaan ferriitiksi. Hieman ylemmissä noin 900°C- 1400°C:een lämpötiloissa hiilipitoisuuden ollessa alle 2 % on alue, jota kutsutaan austeniitiksi.

Jos austeniittialueelle kuumennettu hiiliteräs, jonka hiilipitoisuus on 5 esim. 0,5 %, saa jäähtyä hitaasti, muodostuu ferriittiä. Mutta jos jäähdytys on nopeaa (teräs sammutetaan) saadaan sen sijasta hiilellä ylikyl-lästetty ferriitti, jota kutsutaan martensiitiksi. Alue, jossa martensiit-tireaktio tapahtuu on riippuvainen sekä lämpötilasta että teräksen hiili-pitoisuudesta. Martensiittikiteet ovat linssin tai neulan muotoisia ja 10 ne muodostuvat samanaikaisen tilavuuden lisääntymisen aikana, joka aiheuttaa jännityksiä teräkseen. Martensiittinen teräs, jossa on korkea hiili-pitoisuus, on hyvin kovaa ja sillä on hyvät lujuusominaisuudet, mm. paremmat myötä- ja murtorajat. Esim. karkaisussa tavoitellaan martensiittista rakennetta. Karkaisussa teräs kuumennetaan ja muutetaan ensiksi austeniit-15 tiseksi ja sen jälkeen teräs jäähdytetään nopeasti. Martensiittireaktio alkaa välittömästi kun oikea lämpötila on saavutettu ja kiteet muodostuvat nopeasti samanaikaisen tilavuuden kasvun tapahtuessa, joka ilmenee karkaisuj ännityksenä.

20 Karkaisun jälkeen teräs on usein haurasta ja siinä on liiaksi jännityksiä, jotta sitä voitaisiin käyttää sellaisenaan. Sitkeyttä voidaan lisätä myöstämisellä: Teräs kuumennetaan vähintään yhden tunnin ajan, tavallisesti noin 200°C lämpötilaan tai joka tapauksessa alle 450°C, jonka jälkeen se saa jäähtyä ilmassa. Kiteiden hiiliylikylläisyys pienentyy hieman 25 ja osa martensiitista hajoaa. Sitkeys lisääntyy ilman että kovuus pienentyy. Kromia käytetään teräksessä karkenevuuden ja lujuuden lisäämiseksi. Suuret kromipitoisuudet tekevät teräksen ruostumattomaksi. Kromi antaa teräkselle myös hyvän myöstökestävyyden ja sitä käytetään lämpökestä-vissä teräksissä.

30 Tässä keksinnössä telan päällystemateriaalina käytetään edullisesti kromi-pistoista terästä, jolla on esimerkiksi seuraavanlainen kokoonpano: 0,19 1 C; 0,55 % Si; 0,17 % Mn; 0,01 % S; 0,035 1 P; 13,15% Cr; 0,15 % Ni; 0,01 % Mo. Tässä seoksessa martensiittireaktio tapahtuu austeniittisesta 35 f.c.c. (face-centred-cubic)-faasista, josta jäähtyessä tulee martensiittinen b.c.t.- (base-centred-tetragonal)-faasi. Tilavuuden kasvu on noin 1 Z, johon liittyy myös lujuuden ja kovuuden kasvu. Hiilipitoisuus vai- 4 79155 1 kuttaa voimakkaasti sekä kovuuteen että tilavuuden muutokseen (eli puristusjännityksen suuruuteen). Sopiva hiilipitoisuus tämän keksinnön seoksessa on noin 0,1-0,4 Muita sopivia teknisiä arvoja keksinnön mukaiselle seokselle ovat: 5 Kovuus HV riippuen lämpökäsittelystä on 480-580 (Vickers), myötölujuus 2 2 R on 1000-1150 N/rrm , murtolujuus R on 1150-1600 N/mm , pintaener-e m gia Y on 38-42 mN/m, jossaY^ poolisuuskomponentti on 6,3-7,1 mN/m, pinnan sileys R =1,0 ,um (0,7-1,6).

3 / 10 Keksintöä selostetaan edelleen seuraavien kuvioiden avulla, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei rajoiteta.

Kuvio 1 esittää päällystemateriaalin kriittistä särökokoa jäännösvetojännityksen funktiona.

15

Kuvio 2 esittää metallitelan jäännösjännityksiä päällysteen valmistusprosessin eri vaiheissa.

Kuvio 3 esittää keksinnössä käytettävää hitsauspinnoitusmenetelmää.

20

Kuvio 4 esittää keksinnössä käytettävää pinnoitusmenetelmää, jossa kuviossa myös näkyy telan lämmitys.

Materiaalin kriittinen särökoko riippuu jäännösjännitysjakaumasta. Ku-25 viossa 1 on esitetty eräs esimerkki telan sellaisen hitsatun telapäällys-teen kriittisestä särökoosta materiaalin a vetojännityksen ^ funkti-

CT A

ona, iohon ei ole suoritettu martensiittitransformaatiota. a = kriit-tinen särökoko tai särön syvyys. Särön pituus on tällöin noin neljä kertaa syvyys. Nähdään, että kriittinen särökoko alkaa kasvaa vasta, kun 30 päällysteen vetojännitys laskee alle 400 MPa:n. Tämä merkitsee sitä, että päällystemateriaalin myötölujuuden tulee olla hyvin alhainen, jolloin myös kovuus on pieni. Ts. tällainen materiaali ei tule kysymykseen sovellutuksessa, jossa materiaalille vaaditaan kovuutta.

35 Koska materiaalin täytyy olla riittävän kovaa, esimerkiksi myötölujuuden on oltava riittävän suuri, on keksinnön kohteena saada aikaan puristus-jännitys päällysteeseen, joka saadaan aikaan keksinnön mukaisella mene- 5 79155 1 telmällä. On edullista, että keksinnön mukaan päällyste on puristusjännityksen alainen (0-300 MPa), sillä se suuren lujuutensa ansiosta kykenee vastustamaan särönkasvua. Päällysteen alle syntyy vetojännitys, mikä ei ole yhtä haitallista kuin päällysteeseen syntyvä vetojännitys, koska tämä 5 vetojännitys jää pieneksi runkomateriaalin matalasta myötölujuudesta johtuen ja koska särö yleensä alkaa ulkopinnalta. Lisäksi tämä vetojännitys tasapainottuu syvemmällä olevalla puristusjännityksellä.

Kuviossa 2 on esitetty telan jäännösjännitysjakauma keksinnön mukaisen 10 menetelmän eri vaiheissa. Ensimmäinen vaihe kuvaa tilannetta juuri päällys-tyshitsauksen jälkeen ennen martensiittista muutosta. Telan runko on ylittänyt puristuksen myötörajan. Syvyydessä D = 75-100 mm on voimakkaasti kuumentunut vyöhyke, jossa Tmax > 300°C + esilämmitys, yhteensä noin 450°C. Vaihe 2 kuvaa martensiittista muutosta, johon liittyvä tilavuu- 2 15 den kasvu aiheuttaa venymän 0,76 %, mikä vastaa noin 1500 N/mm :n puristusjännitystä. Vaihe 3 kuvaa tilannetta kun tela on jäähtynyt. Vaihe 4 kuvaa jännnösjännitysjakauman tilannetta myöstön jälkeen. Vaihe 5 kuvaa tilannetta koneistuksen jälkeen.

20 Koska pinnoitettaessa tilavuus on tyypillisesti suuri (paksuus x pinta- 2 3 ala = 10 mm x 45 m = 450 dm ) on valittava mahdollisimman suuritehoinen pinnoitusmenetelmä. Tällainen on parhaiten nauhahitsausmenetelmä, jossa sulatetaan esimerkiksi 30-90 mm leveää lisäainenauhaa jauhekaaressa. Hitsausvirta 60 mm levyisellä nauhalla on tavallisesti noin 450 - 1200 A.

25 Kuviossa 3 nauhakelaa on merkitty viitenumerolla I, jauheen syöttöä viitenumerolla 2, nauhan syöttöä viitenumerolla 3 ja virran syöttöä viitenumerolla 4. Hitsauslaitteistoon liittyy säätöelin 5, jolla nauhan ja virran syöttöä voidaan säätää. Virtalähdettä on merkitty viitenumerolla 5, josta lisäksi lähtee maadoitusjohdin 7. Lisäksi kuviossa 3 näkyy pääl-30 lystettävä telarunko 8, hitsauspäällyste 9 ja sen päällä oleva kuonaker-ros 10. Tela pyörii esimerkiksi rullien varassa.

Hitsaus suoritetaan parhaiten päällystettävän telan pyöriessä vakionopeudella ja hitsauspään siirtyessä nauhan leveyttä vastaavalla nousulla aksi-35 aalisesti telan päästä päähän. Käyttämällä riittävän isoja nauhakeloja voidaan minimoida jatkoskohdat. Työn nopeuttamiseksi voidaan käyttää useampaa hitsauspäätä samanaikaisesti.

6 79155 1 Sulan hallinnan takia on valittava hitsauskohta kehällä sopivasti hieman viistoon telan yläkuolokohtaan nähden (tyypillisesti hitsaamattomalle puolelle n. 25 mm). Muut tyypilliset parametrit ovat 60 mm:n nauhalla 750-1200 A:n hitsausvirta, 25-30 V:n hitsausjännite ja 100-200 mm/min:n 5 telan kehänopeus. Tasaisemman kovuuden saamiseksi, halkeiluvaaran pienentämiseksi ja tasaisemman hitsipinnan saamiseksi on hitsaus syytä tehdä telan rungon 8 ollessa esikuumennettuna. Parhaiten lämpötila on n. 250°C, jolloin martensiittireaktio esikuumennetussa tilassa estyy ja reaktio saadaan tapahtumaan koko pinnalla samanaikaisesti. Tämä vähentää 10 palkokerrosten väliin tulevaa kovuusvaihtelua, mikä tapahtuu hitsattavan palon kuumentaessa sivulla ja alla olevaa palkoa.

Käyristymisen ja soikeuden välttämiseksi tela pyörii koko kuumennuksen ja hitsauksen ajan.

15

Kuumennus toteutetaan parhaiten kuvion 4 mukaisesti sisäpuolisilla kuu-mentimilla 11, joka on esim. sähkövastus, IR-kuumennin tai kaasupoltin tms. ja ulkopuolisella huuvalla 12, jossa hitsauskohdalle 13 on järjestetty siirtyvä aukko 14 tai irrotettava luukku. Lämmityselementtejä tue-20 taan tuella 15. Kuviossa 4 näkyy myös pyörivä, päällystettävänä oleva telavaippa 8, tuki- ja pyöritysrullat 16 j?. hitsauspää 17.

Hitsauspään jäähdytystä tehostetaan esim. ilmanpuhalluksella tai vesi-jäähdytyksellä.

25

Hitsauksen jälkeen suoritetaan telalle myöstö hitsausjännitysten ja kovuuden edelleen tasaamiseksi. Myöstö tapahtuu parhaiten n. 400°C lämpötilassa (em. aineella).

30 Telapäällysteen kerrospaksuus vaihtelee 5-15 mm välillä parametrien ja palkokerrosten lukumäärän (1-3) mukaan. Kovuus hitsauksen ja myöstön (400°C) jälkeen on tyypillisesti 450-500 HV. Tyypilliset halkaisijamuu-tokset eri vaiheissa ovat (0 1600-1700 seinämä 100-120 mm): hitsauksen jälkeen halkaisija pienentyy 2...3 mm, lämpökäsittelyssä halkaisijan 35 pienentyminen on 0...0,2 mm ja pinnoitetta pois koneistettaessa halkaisijan pienentyminen on 0...0,2 mm.

7 79155 1 Seuraavaksi esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön yksityiskohdat voivat vaihdella.

5 10 15 20 25 30 35

Claims (4)

1. Menetelmä paperikoneen puristintelar metallipinnoitteen valmistamiseksi, jota pinnoitetta vasten puristettava paperiraina välittömästi tulee 5 ja joka pinnoite valmistetaan runsaasti seostetusta metallista niin, että pinnoitteelle saadaan riittävä sekä kulutus- että korroosiokestävyys ja paperin sopivat irtoamisominaisuudet, jolloin menetelmässä telan metallisen runkovaipar. päälle tehdään päällehitsaamalla metallipinnoite niin, että hitsausmateriaalissa tuodaan tarvittavat seostusaineet pinnoittee-10 seen, ja pinnoituksen jälkeen pinnoitteen annetaan jäähtyä, minkä johdosta pinnoite kutistuu ja siihen pyrkii syntymään vetojännitystä, tunnettu siitä, että mainittua vetojännitvstä synnyttämään pyrkivää pinnoitteen jäähtymisen aikana tapahtuvaa kutistumista kompensoidaan joko jäähtymisen jälkeen tai edullisesti jäähtymisen aikana martensiittireak-15 tiolla tai muulla tavalla aikaansaatavalla pinnoitteen tilavuuden kasvulla, joka on pinnoitemateriaalin seostuksen valinnalla mitoitettu sellaiseksi, että pinnoitteen jäännösvetojännitykset eliminoituvat tai pinnoitteeseen jäännösjännityksenä jää edullinen puristusjännitys, ja mahdollisen lämpökäsittelyn jälkeen mainittu pinnoite työstetään ja sopivim-20 min hiotaan tarvittavaan mittaan ja pintasileyteen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmän mukaisella martensiittireaktiolla saadaan aikaan pinnoitteeseen lisää kovuutta. 25

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päällystemateriaalina käytetään kromipitoista martensiittista terästä, jonka hiilipitoisuus on alueella 0,1-0,4% ja jonka pintaenergia on alueella 38-42 mN/m. 30

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päällysteen puristusjännityksen suuruus on alueella 0-300 MPa. 35 II