JP2018504521A

JP2018504521A - 長寿命なサーメットコーティングされたクレーピングブレード

Info

Publication number: JP2018504521A
Application number: JP2017531533A
Authority: JP
Inventors: クリスミルワルド、; トゥーリカンプピラ、
Original assignee: Voestalpine Precision Strip AB
Current assignee: Voestalpine Precision Strip AB
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2018-02-15
Also published as: EP3031982B1; US10125455B2; WO2016093766A1; CN107250419A; ES2631186T3; KR20170092687A; US20170342660A1; EP3031982A1; CN107250419B

Abstract

本発明は、ヤンキーシリンダ表面から紙ウェブをクレーピングするためのブレードに関し、ブレードは厚さが０．７ｍｍ〜２ｍｍである鋼製基材を含み、鋼製基材は、前記表面との接触用のワーキングエッジを形成するサーメットコーティングと、クレーピング中にウェブが衝突するウェブ衝突領域とでコーティングされ、サーメットコーティングは、ニッケル系金属のマトリックス中に、クロム炭化物とタングステン炭化物とを含み、サーメットコーティングは、２体積％未満の気孔率と、１１００ＨＶ０．３超の硬度と、を有する。

Description

本発明は、ティッシュおよび他の関連紙製品の製造のためのクレーピング（creping）ドクターブレードに関する。クレーピングドクターブレードは、溶射コーティング（Thermal spray coating）技術を使用して、薄いサーメットコーティングを付けることによって、耐摩耗性を向上させた焼入れ鋼帯から作製される。

紙産業において、クレーピングドクターブレードは、ティッシュおよび他の関連紙製品の製造に使用される。クレーピングドクターブレードは、炭素鋼鋼帯、工具鋼鋼帯、複合材、およびポリマーなど、様々な材料で作ることができる。加えて、様々なタイプのコーティングを溶射コーティングによって付け、クレーピングドクターブレードのワーキングエッジ（working edge）を補強することができる（例えば米国特許第７、２４４、３４０Ｂ２号明細書に記載される）。

多くのティッシュミル（tissue mills）において、セラミックコーティングされたブレードがクレーピングドクターブレードとして選ばれる。その理由は、それらが比較的高い硬度を有し従って耐摩耗性を有するだけでなく、それらが、スチームが充填された「ヤンキー」シリンダーと接触した状態で作動する結果生じる、高温に適応することができる、という事実による。加えて、それらは、鋼製ブレードの有効な寿命を制限する主要な摩耗メカニズムのうちの１つ、すなわち凝着摩耗、に影響されにくい。セラミックコーティングされたクレーピングドクターブレードの耐用期間は、最良の焼入れ鋼ブレードと比較しても長いが、現代の効率的なティッシュミルに要求される期間に見合うほど長いとはいえない。これは、セラミックコーティングで達成可能な硬度における制限に起因しうるとともに、非常に硬いコーティングはブレードの重要なワーキングエッジでチッピングを起こしやすいという、硬度と靭性との関係性による制限に起因しうる。

セラミックコーティングされたクレーピングドクターブレードのもう一つの欠点は、それらが、通常、プラズマ溶射プロセスによって堆積され、したがって、Ｎｉ−Ｃｒのような柔らかいボンドコート（soft bond coat）を必要とするという事実である。ブレードの寿命中に、磨耗が進行するにつれて、このボンドコートは、クレーピング中にウェブが衝突する（impact）表面に露出しうる。このことは、紙質を維持するために、機械のセットアップを調整する必要性につながる。

本発明の開示
本発明の目的は、改良された耐摩耗性および耐チッピング性に起因して、既存のセラミックコーティングされたクレーピングドクターブレードよりも、ティッシュ製造用途における耐用期間が長いコーティングされたクレーピングドクターブレードを提供することである。さらなる目的は、機械のオペレータが運転条件を漸次に修正する必要性を最小限にしながら、一貫した紙質を有するティッシュを製造する、コーティングされたクレーピングドクターブレードを提供することである。

本発明は、特許請求の範囲において定義される。

詳細な説明
セラミックコーティングされたクレーピングドクターブレードは、一般に、ほとんどのヤンキーシリンダに対応しながら、良好な耐用期間を提供するので、ティッシュ製造業において広く受け入れられてきた。関連産業において、耐摩耗性に優れるため、タングステン炭化物でコーティングされたブレードが、セラミックコーティングされたブレードより好まれた。ティッシュ製造においては、タングステン炭化物ブレードの使用は、ヤンキーシリンダに発生する損傷の恐れのために、制限されてきた。クレープ加工用途におけるタングステン炭化物コーティングされたブレードの使用に関する更なる懸念は、クレーピングドクターブレードが耐える必要がある、より高い温度に耐える能力に関連する。タングステン炭化物コーティングは、主な劣化メカニズムがアブレッシブ摩耗またはスラリーエロージョンである用途においては、良好に機能する。一方、凝着摩耗が主な摩耗メカニズムの一つである状況におけるタングステン炭化物コーティングの性能は、あまり文書に記載されていない。凝着摩耗（微小溶接）は、ヤンキーシリンダと接触している鋼製ブレードの主な摩耗メカニズムであることが、知られている。

高温に対するタングステン炭化物の限定された耐性を克服する試みにおいて、関連する代替コーティングによる解決策が、本発明者らによって追求された。驚くべきことに、最大使用温度７００℃を有することが示されながらも、ＨＶ_０．３１０００超の硬度を有することが示された、サーメットコーティングが見出された。さらに、その特定されたサーメットコーティングは、比較的小さな体積の金属マトリックス（１５ｖｏｌ％と２０ｖｏｌ％の間（between））を有しており、その結果、ヤンキーシリンダとの長期間の接触の間に、コーティングが凝着磨耗を受ける危険性が最小限に抑えられる。

本発明に関して詳述される粉末についての製造者の溶射パラメータ（the manufacturer's spray parameters）を使用した最初のＨＶＯＦ溶射試験において、ＨＶ_０．３１１００を超える予想外に高い硬度を有する、緻密なコーティング（２％未満の気孔率）を製造することに成功した。さらに、そのコーティングの凝着および一般的な靭性についての試験により、そのコーティングによって、セラミックコーティングが呈する限界のうちのいくつかが克服されることが明らかになった。

溶射パラメータのさらなる開発は、靭性の有意な減少なしに、気孔率と硬さの両方の改善をもたらした。最適化されたコーティングにおける硬度レベルは、平均でＨＶ_０．３１２５０であり、気孔率は１．５％未満であった。その結果得られたコーティングを、高い寸法安定性で、かつ、ワーキングエッジも含めて何処にもチッピングの形跡なく、一般的なクレーピング用途に必要とされる幾何学的形状に研磨する（grind）することができた。

ＳＥＭ／ＥＤＳによるサーメットコーティングの分析により、以下の化学組成が明らかになった。

ＳＥＭ／ＥＤＳ分析は半定量的であり、特には軽い元素について、ある程度の不正確さを含むことに留意されたい。炭素についての測定分析はこのように不正確であり、網羅性（completeness）のためだけに与えられている。

本発明のサーメットコーティングは、任意の溶射コーティングプロセス、すなわちプラズマ、ＨＶＯＦもしくはＨＶＡＦ、またはこれらの一つ以上の任意の組み合わせによって、付けることができる。このコーティングに最適な堆積方法は、ＨＶＯＦであることが見出された。

粉末の粒径及び粉末の製造方法は、この用途に最適な硬さをもたらすのに必要な低レベルの気孔率を達成する上で、有意な役割を果たす。

耐摩耗性および、より重要なこととして、ヤンキーシリンダとの接触を長期化させる効果の評価を、クレーピングプロセスをシミュレートするように設計された小規模の摩耗試験装置において、試験を実施することによって行った。長期化された接触の後の、クレーピングシミュレータのシリンダー上の傷跡（marks）の程度は、標準的な参照鋼ブレードを用いた同様の長さの接触（exposure）の後に発生する傷跡と同様の程度であった。これらの結果により、本発明者らは、正式な（full）ティッシュミル試験に進む自信を得た。

ティッシュミル試験
ＯｅｒｌｉｃｏｎＭｅｔｃｏ製のＷＯＫＡ７５０２粉末に基づくコーティングを有する、本発明の一連の５枚のブレードを、日常的には従来のセラミックコーティングされたクレーピングドクターブレードを使用するティッシュミルにおいて、試験した。試験パラメータは以下の通りであった。

ブレードとヤンキーシリンダとの間の相互作用の安定性を確認するために、試験中に振動モニタリングを用いた。振動の連続的なモニタリングは、ブレード寿命の全体にわたって一貫して優れた結果を示した。ティッシュミルの職員によれば、測定された振動レベルは、以前のセラミックコーティングされたブレードと比較したときに、わずかに低く、より一貫していた。振動の結果は、ゼロまたはわずかなびびり音（chatter）を示す。

製造されたティッシュの紙質を試験したところ、満足できる範囲内にあることが判明した。最初のペーパーロールについての、プロセスの初めのファインチューニングの後、紙質を維持するために、試験中にクレープ率及びＭＤ／ＣＤ比に対してわずかな変更のみを行った。ブレードの裏面における紙およびコーティングのビルドアップ（build-up）は、ブレードの寿命に対して最小限であるように見え、その結果優れたクレーピングがもたらされた。

１番目の試験ブレードは、セラミックコーティングされたクレーピングブレードの平均寿命の１５３％、また、その試験の直前に使用されたセラミックコーティングされたクレーピングブレードの寿命の１３４％、に相当する期間持ちこたえた：その試験の間に破断したシートの量は最小限であり、ティッシュミルの職員にとって許容可能であった。ブレード性能とは無関係に生じたシート破断に起因して取り外した１番目の試験のブレードを検査したところ、更に長い期間にわたってそのブレードを使用することが可能であったであろうことが明らかになった。

他の試験ブレードは、１番目のブレードと同じような性能を示し、予想を超えて良好な耐用期間を示し、満足できる紙質を示し、最小限の振動を示した。

Claims

ヤンキーシリンダ表面から紙ウェブをクレーピングするためのブレードであって、
厚さが０．７ｍｍ〜２ｍｍである鋼製基材を含み、
前記鋼製基材は、前記表面との接触用のワーキングエッジと、クレーピング中にウェブが衝突するウェブ衝突領域とを有し、
少なくとも前記ワーキングエッジには、サーメットコーティングが設けられ、
前記サーメットコーティングは、ニッケル系金属のマトリックス中に、クロム炭化物とタングステン炭化物とを含み、
前記サーメットコーティングは、２体積％未満の気孔率と、１１００ＨＶ_０．３超の硬度と、を有する
ブレード。
前記サーメットコーティングは、タングステン炭化物の含量よりも高いクロム炭化物含量を有する、請求項１に記載のブレード。
前記サーメットコーティングは、３５重量％〜６０重量％の範囲のクロム炭化物含量を有する、請求項１または２に記載のブレード。
前記サーメットコーティングは、２５重量％〜４５重量％の範囲のタングステン炭化物含量を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のブレード。
前記サーメットコーティングの金属マトリックスは、１５体積％〜２０体積％の範囲にある、請求項１〜４のいずれかに記載のブレード。
前記サーメットコーティングの金属マトリックスは、重量％で下記の組成
Ｃｏ１８％〜２５％
Ｆｅ０．５％〜５％
任意選択で
Ｃｒ０．１％〜１０％
残部Ｎｉおよび不純物
を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のブレード。
前記コーティングは、溶射によって付けられている、請求項１〜６のいずれかに記載のブレード。
前記サーメットコーティングは、ＨＶ_０．３１２００とＨｖ_０．３１４００との間の平均硬度を有する、請求項１〜７のいずれかに記載のブレード。
前記ブレードのクレーピングエッジにおける前記サーメットコーティングの厚さが、１２０〜３００μｍの範囲にある、請求項１〜８のいずれかに記載のブレード。
前記ブレードのクレーピングエッジにおける前記サーメットコーティングの厚さが、２００〜３００μｍの範囲にある、請求項９記載のブレード。
前記鋼製基材と前記サーメットコーティングとの間にボンドコートがない、請求項１〜１０のいずれかに記載のブレード。
前記鋼製基材が、前記サーメットコーティングが堆積される、予め研磨された斜面（pre-ground bevel）を有する、請求項１〜１１のいずれかに記載のブレード。
前記鋼製基材の厚さが、０．７５〜１．５０ｍｍの範囲、好ましくは０．８〜１．３０ｍｍの範囲にある、請求項１〜１２のいずれかに記載のブレード。
前記鋼製基材の幅が、５０〜１５０ｍｍの範囲、好ましくは７５〜１２０ｍｍの範囲にある、請求項１〜１３のいずれかに記載のブレード。
前記サーメットコーティングが、１．５体積％未満、好ましくは１体積％未満の気孔率を有する、請求項１〜１４のいずれかに記載のブレード。