SE1050205A1 - Metod för att tillverka en trådprodukt av rostfritt stål - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 med bättre ytkvalitet och därför färre anvisningspunkter för sprickor och följaktligen förbättrad utmattningshållfasthet. Produktionsmetoden för tràdprodukter av skalat austenitiskt rostfritt stål inkluderar, frånsett de ovan nämnda stegen som används för att producera tràdprodukter av duplext rostfritt stål, ett skalningssteg som använder ett skrapverktyg före dragning till slutlig dimension, och ett extra betningssteg efter skalning, inkluderande saltbadsugn, vitbetning, saltsyra och applicering av bärarbeläggning.

Beroende på de speciella egenskaperna hos tråd av duplext rostfritt stål, så som dess höga mekaniska hållfasthet och dess kombination av austenit och ferrit, har det dock visat sig vara svårt att anpassa skalningsprocessen så att den är möjlig att inkludera i produktionsmetoden för tråd av duplext rostfritt stål. Ferritfasen tenderar att fastna på skrapverktyget medan austenitfasen är seg och hård, vilket resulterar i ett kraftigt verktygsslitage och undermålig spånbrytning. Även vid glödgat tillstånd, när kornstorleken hos rostfria stållegeringar vanligtvis är större, är kornstorleken hos duplexa rostfria stållegeringar liten, vilket i kombination med den kemiska sammansättningen skapar ett mycket hårt material. Sålunda gör egenskaperna hos duplexa rostfria stållegeringar det svårt att skala valstråd av duplext rostfritt stål.

Sammanfattning av uppfinningen Målproblemet är därför att anvisa en metod för att tillverka en trådprodukt av duplext rostfritt stål som uppvisar förbättrad utmattningshållfasthet i jämförelse med konventionellt tillverkade tràdprodukter av duplext rostfritt stål. Målproblemet löses genom en metod för att tillverka en trådprodukt av duplext rostfritt stål med utgångspunkt från valstråd, varvid metoden innefattar följande steg: uppruggning av valstrådens yta; applicering av en bärarbeläggning på valstrådens yta; skalning av valstråden med användning av ett skrapverktyg innefattande hårdmetall; uppruggning av valstrådens yta; applicering av en bärarbeläggning på valstrådens yta; och dragning till slutlig tråddimension. I skalningssteget har skrapverktyget som används en eggförstärkningsfasvinkel r; som är 10-30°, en spånvinkel y som är 10-25°, en släppningsvinkel a som är 3-10°, en eggförstärkningsfasbredd wsom är 2 10 15 20 25 30 0,1-0,5 mm, och en eggradie som är 0,02-0,08 mm. Tillverkningsmetoden enligt uppfinningen resulterar i en skalad trådprodukt av duplext rostfritt stål.

Genom att använda metoden enligt uppfinningen kan mängden ytdefekter i den färdiga trådprodukten av duplext rostfritt stål märkbart minskas i jämförelse med konventionellt tillverkade trådprodukter av duplext rostfritt stål, vilket resulterar i förbättrad utmattningshällfasthet.

Kort beskrivning av ritningarna Figur 1 är en schematisk ritning av skalningsprocessen.

Figurerna 2a-2b är schematiska ritningar av ett skrapverktyg.

Figurerna 3a-3c visar virvelströmprovningsresultat.

Detaljerad beskrivning Utgàngsprodukten för metoden för att tillverka en skalad trådprodukt av duplext rostfritt stål enligt föreliggande uppfinning, hänvisad till här nedan såsom en skalad duplextrådprodukt, är valstråd av duplext rostfritt stål med en diameter av 5,5-12 mm, vilken kan vara glödgad eller icke glödgad.

Glödgning ger normalt en större kornstorlek och ett mjukare material. Dock är effekten försumbar för valstråd av duplext rostfritt stål och båda slagen kan därför användas.

Tillverkningsmetoden enligt uppfinningen innefattar följande steg: * Uppruggning av valstrádens yta, företrädesvis genom betning i saltsyra, speciellt om det finns glödskal såsom ett resultat av glödgning på valstrádens yta. Detta kan kombineras med en kraftfullare betning med användning av saltbadsugn och vitbetning. Dock är även mekanisk uppruggning möjlig såsom ett alternativ till betning.

* Applicering av en bärarbeläggning, företrädesvis hydratiserat natriumborat, pà valstrádens yta.

* Avskalning av ytskiktet med användning av ett skrapverktyg.

Skalningsprocessen visas schematiskt i figur 1 (ej skalenligt). Före skrapverktyget är företrädesvis en dragskiva placerad för att räta ut och styra in valstråden (1) i skrapverktyget (2). Valstrådsdiametern reduceras något 3 10 15 20 25 30 under dragningsförfarandet. Ungefär 0,2 till 0,5 mm av valstrådsdiametern skalas av under skalningsförfarandet. Ett Smörjmedel, företrädesvis smörjmedel av kalciumstearat, används för att reducera friktionen under dragning och emulsion sprutas på den dragna träden och på skrapverktyget för att sänka friktionen och kyla verktyget under skalning. En hård härdmetallsammansättning måste användas i skrapverktyget, företrädesvis ett material som hör till ISO-klass P10. Skrapverktyget har en eggförstärkningsfasvinkel n, en släppningsvinkel a, en spånvinkel y, en eggförstärkningsfasbredd woch en eggradie. Figur 2a är en schematisk tvärsnittsvy av skrapverktyget. Figur 2b visar en förstoring av det inringade området i figur 2a, visande de olika verktygsvinklarna och eggförstärkningsfasbredden. Flitningarna är inte skalenliga.

Eggförstärkningsfasvinkeln n påverkar skärkrafterna på spänan (3).

En större vinkel gör verktyget stabilare och mindre känsligt för slitage, men gör samtidigt spánskärprocessen tyngre, vilket ger upphov högre skjuvspänningar och skärkrafter och sålunda förhöjda temperaturer.

Höga temperaturer vid spänytan förkortar verktygets livslängd.

Eggförstärkningsfasvinkeln påverkar huvudsakligen den del av verktyget som är nära eggen. För att göra skäreggen sä stark som möjligt och samtidigt minimera värmen som alstras under skalningsprocessen bör eggförstärkningsfasvinkeln vara åtminstone 10° och maximalt 30°. Enligt föreliggande uppfinning är eggförstärkningsfasvinkeln n 10-30°, företrädesvis 15-20°.

Släppningsvinkeln a påverkar ytan av den skalade träden. Ju större denna vinkel är, desto mindre påverkas ytan av trycket från skärkrafterna. För att minimera kontakttrycket och därmed värmen som alstras bör släppningsvinkeln vara åtminstone 3° eller större. Om man gör denna vinkel större blir dock även eggförslitningen snabbare och därmed påverkas den skalade ytan mer av skärkrafterna. En stor släppningsvinkel ger även en egg som är känsligare för eggbrott och verktygsbrott. För att göra skäreggen så stark som möjligt bör 4 10 15 20 25 30 släppningsvinkeln inte överstiga 10°. Enligt föreliggande uppfinning är släppningsvinkeln a 3-10°, företrädesvis 5-7°, eller ännu hellre ungefär 6°.

Eggförstärkningsfasbredden w påverkar på liknande sätt som eggförstärkningsfasvlnkeln skärkrafterna på spånan. För att göra skäreggen så stark som möjligt och samtidigt minimera värmen som alstras under skalningsprocessen bör eggförstärkningsfasbredden vara åtminstone 0,1 mm för att öka hàllfastheten hos skäreggen, och maximalt 0,5 mm så att spånytstemperaturen hålls på en godtagbar nivå. Enligt föreliggande uppfinning är eggförstärkningsfasbredden w 0,1-0,5 mm, företrädesvis ungefär 0,3 mm. Även spånvinkeln y påverkar skärkrafterna på spånan. En större spånvinkel gör verktyget mindre stabilt och känsligare för slitage men gör samtidigt spånskärprocessen mjukare, vilket ger upphov lägre skjuvspänningar och skärkrafter. Spånflödet och ringlingen av spånan styrs av spånvinkeln. En större positiv spånvinkel ger en mer ringlad spåna. För att optimera spånflödet under det att värmen som alstras minimeras under skärning bör spånvinkeln vara åtminstone 10°. Dock bör spånvinkeln inte överstiga 25° för att skrapverktyget ska vara stabilt och inte alltför känsligt för slitage. Enligt föreliggande uppfinning är spånvinkeln y10-25°, företrädesvis 10-20°, eller ännu hellre ungefär 15°.

Kombinationen av eggförstärkningsfasvinkeln n, eggförstärkningsfasbredden woch spånvinkeln y ger den totala energiförbrukningen för spånbildningsprocessen, och därmed styrs den totala energin för spånbildningsprocessen.

Skrapverktyget har också en eggradie som bestämmer skärpan hos skäreggen (2a). Eggradien bör vara åtminstone 0,02 mm för att göra skäreggen så stark som möjligt och maximalt 0,08 mm för att 5 10 15 20 25 minimera värmen som alstras under skärprocessen. Enligt föreliggande uppfinning är eggradien 0,02-0,08 mm, företrädesvis 0,03-0,06 mm, eller ännu hellre 0,03-0,05 mm.

Den kombinerade uppsättningen av skrapverktygsparametrar gör skrapverktyget enligt uppfinningen lämplig för skalning av valstràd av duplext rostfritt stål, med dess kombination av klibbig ferritfas och seg och hård austenitfas.

Tabell 1 visar en sammanfattning av de vinklar som används i ett skrapverktyg av standardtyp för skalning av valstràd av austenitiskt rostfritt stål tillsammans med de vinkelintervall som används i tillverkningsmetoden enligt uppfinningen.

Skrapverktyg av Duplext standardtyp skrapverktyg Eggförstärkningsfasvinkel r; 10° 1 0-30° Spånvinkel y O° 10-25° Släppningsvinkel a 6° 3-1 O° Tabell 1: Typiska värden på intervall för skrapverktyg av standardtyp och duplext skrapverktyg.

Uppruggning av valstrådens yta, företrädesvis genom betning i saltbadsugn, följt av vitbetning och betning i saltsyra för att upprugga ytan och etsa korngränsytorna. Alternativt kan ytan uppruggas mekaniskt. Uppruggningssteget behövs eftersom ytan efter skalning är mycket slät och omöjlig att torrdra. Det är även omöjligt att få en bra bärar- och dragsmörjmedelsupptagning på den släta ytan.

Applicering av en bärarbeläggning på trådytan. Företrädesvis består bärarbeläggningen av hydratiserat natriumborat.

Dragning kontinuerligt från vals till vals till slutlig dimension, företrädesvis i flera steg med användning av ett antal pà varandra 10 15 20 25 30 följande smalare dragskivor. I typiska fall krävs 4-10 dragskivor. För att till exempel reducera tràddiametern frän 8,2 mm till 3,6 mm krävs sju dragskivor.

Den resulterande skalade duplextràdprodukten som tillverkas enligt den uppflnningsenliga metoden bör företrädesvis vara fri från ytdefekter djupare än 6 % av den slutliga tråddiametern eller sticka ut mer än 6 % av den slutliga tràddiametern.

Den skalade duplextràdprodukten enligt uppfinningen innefattar företrädesvis, iviktprocent, 0 s C s 0,5 0,1 s Si < 2,0 0,1 s Mn s 7,0 0,1 s Ni s 8,0 18 s Cr s 35 0 s Cu s 3,0 0,10 s N s 0,6 0 s Mo s 6,0 O s W s 1,0 0 s V s 1,0 O s Ti s 1,0 0 s Al s 1,0 0 s Nb s 1,0 0 s Co s 1,5 återstoden Fe och normalt förekommande föroreningar. Austenithalten är företrädesvis 45-65 % och ferrithalten är företrädesvis 35-55 %.

Hellre innefattar den skalade duplextràdprodukten en legering enligt standarden UNS 831803, eller ännu hellre innefattar den skalade duplextràdprodukten en legering enligt standarden UNS S32205. 10 15 20 25 I en föredragen utföringsform av uppfinningen betades och belades valstråd av duplext rostfritt stål enligt standarden UNS S32205, levererad i icke glödgat tillstånd, före skalningen. Flera olika typer av skrapverktyg testades och verktygsvinklarna utvärderades. Resultat av testet visas i tabell 2.

Provexemplar 1 och 2 var skrapverktyg enligt föreliggande uppfinning och provexemplar 3-5 var referensprovexemplar. Provexemplar 5 var ett skrapverktyg av standardtyp som används för skalning av valstråd av austenitiskt rostfritt stål. Den hårdmetallkvalitet som användes i skrapverktygen var den kommersiellt tillgängliga kvaliteten MP10 (Sandvik).

Släppningsvinkeln a var 6°, eggförstärkningsfasbredden wvar 0,3 mm, och eggradien var 0,05 mm för alla testade verktyg.

Provex. n y Resultat tràdyta Resultat skrapverktyg 1 15° 15° Godkänt Verktyget är i god kondition 2 20° 15° Godkänt Verktyget är i god kondition 3 15° 0° Underkänt Spräckt verktyg 4 20° 0° Underkänt Spricka i skrapverktygets ingång 5 10° O° Underkänt Spräckt verktyg Tabell 2: Resultat av skalning av valstråd av duplext rostfritt stål.

Provexemplar 1 och 2, som visade goda resultat efter skalning, betades och belades därefter med bärarbeläggning och drogs till slutlig dimension med användning av sju dragskivor. Trådarna drogs i en flerblocksmaskin, direkt från skalad valstråd av 8,2 mm till slutlig dimension av 3,6 mm.

Kalciumstearat användes såsom ett smörjmedel i de första tre verktygsboxarna och natriumstearat i resten. Materialtemperaturen ökar inte mycket under de första dragningsstegen beroende på låg hastighet och relativt mjukt material. Kalcium som har en låg smälttemperatur är därför det bästa valet. När materialdeformationen blir hårdare och dragningshastigheten ökar måste ett smörjmedel med högre smältpunkt användas. Natriumtvål används därför alltid i det sista reduktionssteget. 10 15 20 25 30 Temperaturen på kylvattnet på skivorna och dragblocken hölls vid 30 i 5 °C för att erhålla en god smörjfilm på träden. Dragningshastigheten vid slutlig dimension översteg inte 5 m/s.

Ytkvalitetsmätningar på den färdiga tråden av skalat duplext rostfritt stål gjordes fortlöpande efter det sista reduktionssteget med användning av virvelströms (EC) -provning. EC-provning är en icke törstörande provningsmetod för att detektera ytawikelser och sprickor. En referensstandard användes för att kalibrera instrumentet; de longitudinella spåren hos referensstandarden hade en U-formad profil med ett djup av 6 % av tråddiametern (0,2 mm), en längd av 10 mm och en bredd av 0,10 mm. I figur 3 visas EC-provningsresultaten för 3,6 mm tråd av skalat duplext rostfritt stål (figur 3a) tillsammans med 3,6 mm träd av duplext rostfritt stål av standardtyp dragen från icke glödgad (figur 3b) valsträd. Den horisontella skalan representerar tid toch den vertikala skalan representerar detekterad signalamplitud A. Varje provning kördes under ungefär 8 min, vilket motsvarar omkring 1000 m färdig träd vid en trädhastighet av 2 m/s. Figur 3c visar EC-provningen av referensstandarden manuellt dragen vid en mycket lägre hastighet. Säsom framgår frän provningsresultaten har träden av skalat duplext rostfritt stäl mycket mindre anvisning, eller mindre ytdefekter, i jämförelse med 3,6 mm tråd av duplext rostfritt stäl av standardtyp dragen från icke glödgad valsträd.

Man kan därför dra slutsatsen att tillverkningsmetoden enligt uppfinningen resulterar i märkbart förbättrad utmattningshållfasthet, eftersom sprickor med utgångspunkt från ytdefekter är den vanligaste orsaken till utmattningsbrott, speciellt i cykelomràdet upp till 100 000 000 cykler vilket är den huvudsakliga inriktningen för skalade duplextrådprodukter enligt uppfinningen.

Korrosionsmotständet kan bestämmas teoretiskt genom att beräkna PFlE- värdet eller experimentellt genom korrosionsprovning. Kritisk gropfrätningstemperatur (CPT) är en vanlig och välkänd 9 10 15 20 25 korrosionsprovningsmetod. CPT bestäms elektrokemiskt genom att applicera en konstant potential (potentiostatisk metod) och mäta den temperatur vid vilken strömmen ökar drastiskt.

CPT-värden för en trådprovbit av duplext rostfritt stål enligt uppfinningen och en jämförande provbit av den rostfria ställegeringen 17-7 PH bestämdes.

Provbitarna nedsänktes i en 0,1 % NaCl-lösning vid en konstant potential av 300 mV. Temperaturen på lösningen ökades med 5 °C var femte minut tills korrosion på provbitarna kunde registreras.

PRE-värdet är definierat såsom: PRE, gropfrätningsresistansekvivalent = % Cr + 3,3 x % Mo + 16 x % N.

Ett högre PRE-värde svarar mot ett bättre korrosionsmotstånd.

I tabell 3 jämförs PRE- och CPT-värdena för den duplexa rostfria ställegeringen enligt standarden UNS S32205 med de motsvarande värdena för den utskiljningshärdbara rostfria ställegeringen 17-7 PH, ofta använd i högutmattande fjäderapplikationer.

PRE CPT (+300 mV, 1 % Cl' ) UNS S32205 35 78 °C 17-7 PH 18 25 °C Tabell 3: Korrosionsegenskaper hos stàllegeringar.

För många högutmattande fjäderapplikationer, så som pumpfjädrar i korrosiva media och fjädrar för rymdtillämpningar, är 17-7 PH otillräcklig beroende på undermåliga korrosionsegenskaper. l många applikationer fordras en passivering på 17-7 PH för att få ett tillräckligt korrosionsmotstånd.

Med tillverkningsmetoden enligt uppfinningen är detta extra produktionsteg inte nödvändigt, vilket sålunda resulterar i en kostnadseffektivare produkt. Även vid jämförelse med trådprodukter av icke skalat duplext rostfritt stål 10 10 uppvisar skalade duplextrádprodukter bättre korrosionsegenskaper tack vare sina släta ytor med färre initieringspunkter för korrosion. De skalade duplextrádprodukterna har sålunda överlägsna korrosionsegenskaper i jämförelse med både tràdprodukter av skalat utskiljningshärdbart rostfritt stål så som 17-7 PH och tràdprodukter av icke skalat duplext rostfritt stål, medan de samtidigt uppvisar utmärkta utmattningsegenskaper. Man kan dra slutsatsen att skalade duplextràdprodukter enligt föreliggande uppfinning är mycket lämpliga för användning i högutmattande fjäderapplikationer i korrosiva media. 11

Claims (8)

10 15 20 25 30 Patentkrav

1. Metod för att tillverka en trådprodukt av duplext rostfritt stål med utgångspunkt från valstràd, varvid metoden innefattar följande steg: uppruggning av valstrådens yta; applicering av en bärarbeläggning på valstrådens yta; skalning av valstråden med användning av ett skrapverktyg innefattande hårdmetall; uppruggning av valstrådens yta; applicering av en bärarbeläggning på valstrådens yta; och dragning till slutlig tråddimension, metoden kännetecknad därav att i skalningssteget har skrapverktyget som används en eggförstärkningsfasvinkel r7 som är 10-30°, en spànvinkel y som är 10-25°, en släppningsvinkel a som är 3-10°, en eggförstärkningsfasbredd wsom är 0,1-0,5 mm, och en eggradie som är 0,02-0,08 mm.

2. Metod för att tillverka en trådprodukt av duplext rostfritt stål enligt krav 1, i vilken eggförstärkningsfasvinkeln n är 15-20°.

3. Metod för att tillverka en trådprodukt av duplext rostfritt stål enligt något av tidigare krav, i vilken spånvinkeln y är 10-20°.

4. Metod för att tillverka en trådprodukt av duplext rostfritt stål enligt något av tidigare krav, i vilken släppningsvinkeln a är 5-7°.

5. Tràdprodukt av duplext rostfritt stål, kännetecknad därav att den är tillverkad enligt något av kraven 1-4.

6. Tràdprodukt av duplext rostfritt stål enligt krav 5 innefattande, i viktprocent, 0 s C s 0,5 0,1 s Si < 2,0 0,1 s Mn s 7,0 0,1 s Ni s 8,0 18 s Cr s 35 0 s Cu s 3,0 0,10 s N s 0,6 0 s Mo s 6,0 0 s W s 1,0 O s V s 1,0 0 s Ti s 1,0 O s Al s 1,0 12 0 s Nb s 1,0 0 s Co s 1,5 àterstoden Fe och normalt förekommande föroreningar, ivilken ferrithalten är 35-55 % och austenithalten är 45-65 %. 5

7. Trådprodukt av duplext rostfritt stål enligt krav 5, innefattande en legering enligt standarden UNS S31803.

8. Trådprodukt av duplext rostfritt stàl enligt krav 5, innefattande en legering enligt standarden UNS 832205. 13