JP5908686B2 - 冷延及び焼入れされたストリップ鋼製品 - Google Patents
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Description
本発明は、コーターブレード及びドクターブレードの製造に好適な、従来の冶金技術により製造された冷延及び焼入れされたストリップ鋼（帯鋼）製品に関する。詳細には、本発明は、鋼中の炭素と炭化物を形成し、それにより鋼の強度及び耐摩耗性を増加させる合金元素を含む鋼から製造された鋼ストリップ製品に関する。
ストリップ鋼製品は、例えば、コーターブレード、ドクターブレード、及びクレープブレードの形態で製紙及び印刷業界において使用されている。これらのブレードは、比較的薄くて長く、直線性、耐摩耗性、及び強度に関する高い要求に耐えなければならないという点が共通している。例えば、コーターブレードは、ペーパーウェブにコーティングスリップを塗布するのに使用される。これらのブレードは、動いているペーパーウェブに対して押しつけられ、通常カウンターロール又は両面塗布が実施されている場合、ペーパーウェブの反対側にあるブレードにより与えられる背圧がある。均一で最高品質のコーティングを確保するためには、コーターブレードは直線でなくてはならない。通常の仕様では、コーターブレードの機械加工された刃先の、完全な直線からの逸れが、コーターブレードの長さ３，０００ｍｍあたり０．３ｍｍ以下でなくてはならない。さらに、印刷工程での計画外の中断は損失が大きいので、コーターブレードは高い耐摩耗性を持ち、予測可能な寿命を持たなくてはならない。従来、炭素鋼が、その高い焼入れ性のため、製紙及び印刷業界用のブレードの製造に使用されてきた。
強度及び耐摩耗性を増すために、炭化物を形成し得る合金元素を鋼組成に添加することが示唆されてきた。その例は、欧州特許第０６７２７６１号及び米国特許第６５４７８４６号に開示されている。欧州特許第０６７２７６１号は、２．６％のＣｒ、２．３％のＭｏ、２％のＶ、０．５５％のＣ、１．０％のＳｉ、及び０．８％のＭｎを含む鋼合金を記載している。米国特許第６５４７８４６号は、４．０％のＣｒ、２．０％のＭｏ、２．０％のＷ、１．０〜１．８％のＶ、０．３２〜０．３５％のＭｎ、０．４６〜１．０％のＳｉ、及び０．４８〜０．７５％のＣを含む鋼合金を開示している。さらに、米国特許第６６３２３０１Ｂ２号は、最大で２．６％のＣｒ、最大で２．３％のＭｏ、最大０．５６％のＷ、及び最大で０．９％のＶを有する種々の鋼合金を開示している。
炭化物形成元素を導入し、それにより最終的な鋼製品に硬い炭化物が分布すると、材料の硬さ及び耐摩耗性が増加する。硬さだけでは、材料を、製紙及び印刷業界におけるブレードとして意図された使用に最適にはしない。他の表面に接触するブレードの部分は、典型的には薄刃である。摩耗は小さくなくてはならないが、良好に制御され、接触表面に沿って均一でなくてはならない。刃先でのブレードの厚さは炭化物の大きさと同じ程度になりうるので、炭化物が大きすぎる場合、炭化物の導入はブレードの刃先でのチッピングの危険性を増す欠点を有する。
したがって、耐摩耗性があり、高い強度を有し、溶解、鋳造、鍛造、熱延及び冷延、及び最終的な熱処理により製造及び処理が比較的容易である鋼がまだ必要とされている。
本開示の目的は、コーターブレード、ドクターブレード、及びクレープブレードなどの高摩耗用途に好適なストリップ鋼製品を提供することである。
本発明の目的は、請求項１に定義されたストリップ鋼製品により達成される。
本発明は、重量％で、以下の組成：Ｃ：０．４〜０．８、Ｓｉ：０．４〜１．２、Ｍｎ：０．２〜０．５５、Ｃｒ：３．５〜４．５、Ｗ：１．５〜４．０、及びＭｏ：１．０〜１．８、残部Ｆｅ及び通常存在する不純物を有する鋼合金からなるストリップ鋼製品に関する。ストリップ鋼製品は、好ましくは、コーターブレード、ドクターブレード、及びクレープブレードなどの印刷及び製紙ブレードに使用される。
本発明のストリップ鋼製品は、６７０ＨＶ程度の硬さを有し、摩耗測定及び試験製造において非常に高い耐摩耗性を有することを示した。
本発明のストリップ鋼製品のおかげで、例えば著しく長くなった寿命を有するコーターブレードを製造することが可能であり、そのため製紙又は印刷製造ラインにおける中断時間が低減される。ストリップ鋼製品中の炭化物の粒度分布を制御する可能性により、薄刃を持つがチッピングの傾向が著しく低減したブレードを提供することが可能である。
本発明のさらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び独立した特許請求項に示されるだろう。
（詳細な説明）
本開示の鋼は、好ましくは、溶解、鋳造、鍛造、熱延及び冷延などの従来の方法により製造される。炭化物の大きさ及び分布を注意深く制御する必要があるので、最終製品の厚みのない寸法のために粉末冶金などの他の方法があまり好適でない。また、粉末中の酸素含有量及び最終品中の酸化物を制御するのが困難であるので、粉末冶金はあまり魅力的でない。
本開示の鋼は、好ましくは、溶解、鋳造、鍛造、熱延及び冷延などの従来の方法により製造される。炭化物の大きさ及び分布を注意深く制御する必要があるので、最終製品の厚みのない寸法のために粉末冶金などの他の方法があまり好適でない。また、粉末中の酸素含有量及び最終品中の酸化物を制御するのが困難であるので、粉末冶金はあまり魅力的でない。
鋼組成の各合金元素の効果及び含有量をより詳細に説明する。
炭素
炭素含有量は材料の焼入れ性及びその硬さに影響する。材料を焼入れするために、Ｃの含有量は、少なくともおよそ０．４重量％である必要がある。より多量に存在する場合、炭素は炭化物を形成し、それが合金の硬さをさらに増す。しかし、Ｃの含有量が高すぎると、処理が困難になる。したがって、Ｃの含有量は最大で０．８重量％に制限するべきである。本発明の合金には、適切な量の炭化物及び良好な焼入れ性を達成するために、０．４〜０．８重量％の炭素含有量が選択される。本発明の一実施形態によると、炭素含有量は０．４５〜０．７重量％である。炭素含有量の範囲は、炭素含有量が０．５（ａ）、０．５５（ｂ）、０．６（ｃ）、及び０．６５（ｄ）重量％である、図１ａ−ｄに示されるＴｈｅｒｍｏＣａｌｃ計算により確かめられる。他の構成要素は表１の試料Ａのとおりである。
炭素含有量は材料の焼入れ性及びその硬さに影響する。材料を焼入れするために、Ｃの含有量は、少なくともおよそ０．４重量％である必要がある。より多量に存在する場合、炭素は炭化物を形成し、それが合金の硬さをさらに増す。しかし、Ｃの含有量が高すぎると、処理が困難になる。したがって、Ｃの含有量は最大で０．８重量％に制限するべきである。本発明の合金には、適切な量の炭化物及び良好な焼入れ性を達成するために、０．４〜０．８重量％の炭素含有量が選択される。本発明の一実施形態によると、炭素含有量は０．４５〜０．７重量％である。炭素含有量の範囲は、炭素含有量が０．５（ａ）、０．５５（ｂ）、０．６（ｃ）、及び０．６５（ｄ）重量％である、図１ａ−ｄに示されるＴｈｅｒｍｏＣａｌｃ計算により確かめられる。他の構成要素は表１の試料Ａのとおりである。
ケイ素
ケイ素は、製造プロセス、例えば脱酸の結果として常に存在する。また、無心焼入れが好ましい場合の焼入れ処理を促進する。さらに、ケイ素は高温強度を向上させる。しかし、高過ぎる濃度のケイ素は、高強度材料に望まれないフェライトを安定化する。本合金組成によると、ケイ素の含有量は０．４〜１．２重量％である。一実施形態によると、含有量は最大０．４〜０．９重量％である。
ケイ素は、製造プロセス、例えば脱酸の結果として常に存在する。また、無心焼入れが好ましい場合の焼入れ処理を促進する。さらに、ケイ素は高温強度を向上させる。しかし、高過ぎる濃度のケイ素は、高強度材料に望まれないフェライトを安定化する。本合金組成によると、ケイ素の含有量は０．４〜１．２重量％である。一実施形態によると、含有量は最大０．４〜０．９重量％である。
マンガン
Ｍｎは製造プロセスの結果として存在して、脱酸を促進し、硫黄の悪影響を打ち消す。マンガンは降伏強度及び引張強度を向上させるとともに、無心焼入れを促進する。高すぎる濃度のＭｎは、高濃度の残留オーステナイトをもたらすが、残留オーステナイトの危険性に関する好適なＭｎ含有量は、他の合金元素に依存する。本組成によると、Ｍｎの含有量は０．２〜０．５５重量％である。一実施形態によると、Ｍｎの含有量は０．２０〜０．４０重量％である。
Ｍｎは製造プロセスの結果として存在して、脱酸を促進し、硫黄の悪影響を打ち消す。マンガンは降伏強度及び引張強度を向上させるとともに、無心焼入れを促進する。高すぎる濃度のＭｎは、高濃度の残留オーステナイトをもたらすが、残留オーステナイトの危険性に関する好適なＭｎ含有量は、他の合金元素に依存する。本組成によると、Ｍｎの含有量は０．２〜０．５５重量％である。一実施形態によると、Ｍｎの含有量は０．２０〜０．４０重量％である。
クロム
クロムは合金の強度並びに耐摩耗性を向上させる。クロムは炭素とともに炭化物を形成する。Ｃｒは、空気、油、又は水の中での急冷中に十分なマルテンサイトを形成可能にすることにより、鋼に十分な焼入れ性も与える。しかし、Ｃｒの含有量が高すぎると、例えばＶの所望の炭化物の安定性を低下させる。本発明の組成は、３．５〜４．５重量％のＣｒを含む。
クロムは合金の強度並びに耐摩耗性を向上させる。クロムは炭素とともに炭化物を形成する。Ｃｒは、空気、油、又は水の中での急冷中に十分なマルテンサイトを形成可能にすることにより、鋼に十分な焼入れ性も与える。しかし、Ｃｒの含有量が高すぎると、例えばＶの所望の炭化物の安定性を低下させる。本発明の組成は、３．５〜４．５重量％のＣｒを含む。
タングステン
タングステンは、炭素とともに炭化物を形成する。その結果として、耐摩耗性が増加する。さらに、Ｗはベイナイトの形成を抑制するので、無心焼入れも促進される。Ｗは高温強度も向上させる。それは、材料の良好な刃先の先鋭化を与える。本発明によると、好ましい効果を得るためには、１．５重量％のタングステン含有量が必要である。しかし、高含有量の炭素と組み合わされた高含有量のタングステンは、初期製造段階において多量の炭化物、すなわち一次炭化物を生成させ、したがって、例えば熱延による材料の処理が困難になる。したがって、本発明の合金のＷの最大含有量は、４重量％に、好ましくは最大で２．５重量％に制限される。一実施形態によると、Ｗ含有量は１．５〜２．５重量％である。
タングステンは、炭素とともに炭化物を形成する。その結果として、耐摩耗性が増加する。さらに、Ｗはベイナイトの形成を抑制するので、無心焼入れも促進される。Ｗは高温強度も向上させる。それは、材料の良好な刃先の先鋭化を与える。本発明によると、好ましい効果を得るためには、１．５重量％のタングステン含有量が必要である。しかし、高含有量の炭素と組み合わされた高含有量のタングステンは、初期製造段階において多量の炭化物、すなわち一次炭化物を生成させ、したがって、例えば熱延による材料の処理が困難になる。したがって、本発明の合金のＷの最大含有量は、４重量％に、好ましくは最大で２．５重量％に制限される。一実施形態によると、Ｗ含有量は１．５〜２．５重量％である。
モリブデン
Ｍｏは合金の高温強度を増加させる。合金の他の元素のいくつかと同様に、Ｍｏも炭素とともに炭化物を形成する。また、降伏強度を増加させ、無心焼入れを促進する。Ｍｏの含有量が高すぎると、処理の間に鋼が酸化されやすくなり、製造プロセスをより困難にすることがある。したがって、本発明の合金は１〜１．８重量％のＭｏを含む。
Ｍｏは合金の高温強度を増加させる。合金の他の元素のいくつかと同様に、Ｍｏも炭素とともに炭化物を形成する。また、降伏強度を増加させ、無心焼入れを促進する。Ｍｏの含有量が高すぎると、処理の間に鋼が酸化されやすくなり、製造プロセスをより困難にすることがある。したがって、本発明の合金は１〜１．８重量％のＭｏを含む。
不純物
上記の元素に加え、使用されるスクラップの組成により、数種の不純物が常に存在する。そのような不純物の例はＮｉ及びＣｕであり、この２種の元素はそれぞれ最大０．２重量％に制限しなければならない。さらに、例えば脱酸又は熱間延性のための、通常存在する製鋼合金添加物によっても不純物は存在する。
上記の元素に加え、使用されるスクラップの組成により、数種の不純物が常に存在する。そのような不純物の例はＮｉ及びＣｕであり、この２種の元素はそれぞれ最大０．２重量％に制限しなければならない。さらに、例えば脱酸又は熱間延性のための、通常存在する製鋼合金添加物によっても不純物は存在する。
本発明鋼組成の範囲内の公称組成を持ついくつかの試料を、溶解炉中の従来の冶金処理、再溶解、鋳造、鍛造、及び熱延により製造した。試料の平均を、表１及び以下において試料Ａと表す。表１は、市販の比較試料も表すが、試料Ｂは、欧州特許第０６７２７６１号に開示された合金に相当する鋼組成であり、Ｃは従来の炭素鋼であり、Ｄは高クロム合金である。含有量は重量％で示す。
図２は、摩耗測定の結果を表す。摩耗測定は、実際的な条件を厳密に模倣するように設計した。表１の材料のブレードを、２００ｍ／分で２バールの圧力で１７５ｃｍのアニロックスシリンダーに当てて、１６時間摩耗させた。ａ）は媒体としてプロセス水があり、ｂ）は脱イオン水があり、ｃ）は平均の結果である。図２ａ−ｃに示されているとおり、本発明の組成を有する試料Ａは、試料Ｂ、Ｃ、及びＤに比べて優れた耐摩耗性を示した。プロセス水がある場合では、およそ２５％の向上が見られた。類似の結果が実際の製造試験でも見られた。上述のとおり、ストリップ鋼製品は、列記された用途に好適であるために高い硬さを持たなければならない。本発明のストリップ鋼製品は、およそ６７０ＨＶの硬さ及び２２００ＭＰａの引張強度を示す。要求される場合、刃先の焼入れにより硬さをさらに増すことができる。
炭化物、すなわち炭化クロム及び炭化タングステン粒子の粒度分布がストリップ鋼製品の機械的性質にとって重要であると考えられる。本発明の鋼ストリップ製品中の炭化物の粒度分布を図３に示す：クロム炭化物（四角）、タングステン炭化物（ひし型）、及び組み合わせ（三角）。炭化物の粒度分布は、画像処理によりＳＥＭ顕微鏡写真から抽出した。印刷用ドクターブレード及び厚さ０．３ｍｍまでの薄いブレードを要する他の用途には、炭化物の直径は１μｍ未満でなくてはならず、好ましくは炭化物の大多数が０．６μｍ未満の直径を有する。
本発明のストリップ鋼製品を、コーターブレード、ドクターブレード、及びクレープブレードなどの用途に関連して例証的に記載した。硬く耐摩耗性のストリップ鋼が使用される他の用途、例えば、ナイフ及び鋸用途、バルブ用途及びダイ例えばラベルダイ。
Claims (8)
- 重量％で、以下の組成：
Ｃ：０．４〜０．８
Ｓｉ：０．４〜１．２
Ｍｎ：０．２〜０．５５
Ｃｒ：３．５〜４．５
Ｗ：１．５〜４．０
Ｍｏ：１．０〜１．８
残部Ｆｅ及び不可避的不純物を有する鋼合金からなり、
前記鋼合金がタングステン及びクロムの炭化物を含み、前記炭化物が１μｍ未満の直径を有することを特徴とするストリップ鋼製品。 - Ｃの含有量が０．４５〜０．７重量％であることを特徴とする、請求項１に記載のストリップ鋼製品。
- Ｍｎの含有量が０．２０〜０．４０重量％であることを特徴とする、請求項１に記載のストリップ鋼製品。
- Ｗの含有量が１．５〜２．５重量％であることを特徴とする、請求項１に記載のストリップ鋼製品。
- 請求項１〜４のいずれか一項に記載のストリップ鋼製品で作られた印刷用途用のドクターブレード。
- 請求項１〜４のいずれか一項に記載のストリップ鋼製品で作られたパルプ及び製紙産業用のコーターブレード。
- 請求項１〜４のいずれか一項に記載のストリップ鋼製品で作られたパルプ及び製紙産業用のクレープブレード。
- 請求項１〜４のいずれか一項に記載のストリップ鋼製品で作られた印刷用途用のラベルダイ。
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