SE502969C2

SE502969C2 - Use of a steel alloy as material for coating scrapers in the form of cold rolled strips

Info

Publication number: SE502969C2
Application number: SE9400532A
Authority: SE
Inventors: Daniel Krzysztalowicz; Karl-Erik Lidh; Lars-Aake Norstroem; Boerje Johansson; Stig Pettersson
Original assignee: Uddeholm Steel Strip; Uddeholm Tooling Ab
Priority date: 1994-02-17
Filing date: 1994-02-17
Publication date: 1996-03-04
Also published as: EP0672761A3; JP3574207B2; SE9400532L; SE9400532D0; DE69501276D1; JPH07268542A; EP0672761A2; DE69501276T2; EP0672761B1

Abstract

A composition of a steel alloy consisting of, in percentage by weight: 0.46-0.70 C 0.2-1.5 Si 0.1-2.0 Mn 1.0-6.0 Cr 0.5-5 Mo 0.5-1.5 V maximum 0.01 B and the remainder essentially only iron, contaminants and accessory elements in normal proportions, as material for the manufacturing of coater and doctor blades, in the shape of cold-rolled 0.05-1.00 mm thick, hardened and tempered strips. <IMAGE>

Description

( ïl 10 20 25 l\3 xO 0\ normalt att bestrykriingsschabrar måste bytas ut redan etter ett par timmars köming i en pappersmaskin. Det säger sig självt att detta inte är bra med hänsyn i synnerhet till pro- duktionsbortfall vid schaberbyte. (ïl 10 20 25 l \ 3 xO 0 \ normal that coating scrapers must be replaced already after a couple of hours of running in a paper machine. It goes without saying that this is not good with regard in particular to loss of production when replacing scrapers.

För att öka schabrarnas livslängd är det känt att belägga kanterna med ett keramiskt slcikt. Härigenom kan man öka den eñektiva livslängden väsentligt, men dessa schabrar blir mycket dyra och har därfor inte fått någon särskilt stor spridning. Det är känt att nötningsbeständiglieten hos legerade stål kan vara högre än i olegerade, ett förhållande som utnyttjas i vissa verktygsstål och konstruktionsstål. Exempelvis kan hänvisas till de legerade stål som beskrivs i JP-A-61/4l749 och i US 4,743,426 och US 2,565,264 och som är avsedda for styrpinnar for plastgjutforrnar, varrnarbetsstål, tex matriser for strängpressning av aluminium vid höga temperaturer, respektive for turbinblad, srnides- verktyg, skärverktyg och liknande produkter, vilka ﬁamställs ur block eller stångformiga ämnen. Däremot har inte stållegeringar av detta slag använts för frarnställnjng av tunna kallvalsade, härdade och anlopta band for bestryknings- och/eller tryckerischabrar, san- norlikt for att fackrnannen räknat med stora problem vid kallvalsning och värmebehand- ling medforande sprickbildning, krokighet och liknande defekter som gör materialet olämpligt for bestryknings- och tryckerischabrar.To increase the life of the scrapers, it is known to coat the edges with a ceramic sieve. This can significantly increase the effective life, but these scrapers become very expensive and have therefore not been particularly widely used. It is known that the abrasion resistance of alloy steels can be higher than in non-alloyed ones, a ratio used in some tool steels and structural steels. For example, reference may be made to the alloy steels described in JP-A-61/41479 and in US 4,743,426 and US 2,565,264 and which are intended for guide pins for plastic molds, warmer working steels, for example matrices for extruding aluminum at high temperatures, and for turbine blades, respectively. tools, cutting tools and similar products, which are ur made from blocks or rod-shaped blanks. On the other hand, steel alloys of this kind have not been used for the production of thin cold-rolled, hardened and tempered strips for coating and / or printing scrapers, probably because the specialist has reckoned with major problems in cold rolling and heat treatment leading to cracking, crooking and similar defects such as makes the material unsuitable for coating and printing scrapers.

KORT REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Till grund for uppfinningen ligger den överraskande upptäckten att varmvalsade band av en stållegering med den i patentkraven angivna sammansättningen utan allt for stora problem låter sig kallvalsas till tjocklekar understigande 1 mm samt härdas och anlopas till adekvat hårdhet for bestrykníngs- och tryckerischabrar, och att dessa schabrar blir raka och får en nötningsbeständighet och därmed effektiv livslängd som flera gånger överstiger den hos kolstål och hos rostfria martensitiska kromstål och som till och med är jämforbar med eller i nivå med vad som kan uppnås med kerarnbelagda schabrar.BRIEF SUMMARY OF THE INVENTION The invention is based on the surprising discovery that hot-rolled strips of a steel alloy with the composition specified in the claims can be cold-rolled without excessive problems to thicknesses of less than 1 mm and hardened and tempered to adequate hardness for coating, printing and printing. and that these scrapers become straight and have an abrasion resistance and thus effective life which several times exceeds that of carbon steels and stainless steel martensitic chrome steels and which is even comparable to or at the level of what can be achieved with core-coated scrapers.

Ytterligare kännetecken och aspekter på uppfinningen framgår av foljande detaljerade beskrivning samt av uppnådda resultat.Further features and aspects of the invention will become apparent from the following detailed description and from the results obtained.

KORT FIGURBESKRIVNING I ritningsﬁgurema visar, Pig l. en tillklippt längd av en bestrylmingsschaber i hoprullat leveranstillstånd, och Fig 2. och Fig 3. visar ett par typiska kantutforrnningar hos bestryknings- och tryckerischabrar. 10 15 20 35 DETALIERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Som angivits i det föregående avser uppﬁnningen användningen av en stållegering med speciﬁk sammansättning för ﬁamställning av bestrylcriings- och tryckerischabrar, de sena- re även kallade raklar, i form av kallvalsade, härdade och anlöpta band. Ritníngsﬁgurema visar typiska utföranden. Bredden B uppgår till mellan 10 och 100 mm (4"), medan tjockleken för bestrykningsschabrar uppgår till mellan 005 och 1 mm, nomialt till mellan 025-064 mm och för tryckerischabrar nomtalt till mellan 0.07 och 0.03 mm (0.003- 0.008 In).BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the drawings, Fig. 1 shows a clipped length of a coating scraper in a rolled-up delivery condition, and Fig. 2 and Fig. 3 show a pair of typical edge shapes of coating and printing scrapers. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION As stated above, the invention relates to the use of a steel alloy having a specific composition for the manufacture of irradiation and printing scrapers, the latter also called squeegees, in the form of cold-rolled, hardened and tempered strips. The drawings show typical embodiments. The width B amounts to between 10 and 100 mm (4 "), while the thickness for coating scrapers amounts to between 005 and 1 mm, nominal to between 025-064 mm and for printing scrapers nominally to between 0.07 and 0.03 mm (0.003- 0.008 In).

Den bearbetande kanten kan endera vara rak (90°), ﬁg 3, ett kantutförande som är ty- piskt för bestrykningsschabrar, eller vara fasad, ett kantutförande som används för såväl bestryknings- som tryckerischabrar, ﬁg 2.The machining edge can either be straight (90 °), ﬁ g 3, an edge design typical of coating scrapers, or be bevelled, an edge design used for both coating and printing scrapers, ﬁ g 2.

Halten av de olika legeringselementen och dessas betydelse i stålet för det specifika an- vändningsområdet skall förklaras närmare i det följande.The content of the various alloying elements and their significance in the steel for the specific area of use will be explained in more detail below.

Kol skall ingå i stålet i tillräcklig halt för att ge stålet en tillräcklig grundhårdhet for att kunna anpressas mot pappersbanan, respektive mot en färgbeläggningsvals utan att per- manent deformeras och för att i samband med anlöpning bilda MC-karbider som ger ut- skiljningshärdning och därmed en förbättrad nötningsbeständighet. Kolhalten skall därför vara lägst 0,46%, företrädesvis lägst 0.50°/°. Å andra sidan får kolhalten inte vara så hög att man riskerar få primärkarbideri större omfattning, vilket skulle förstöra segheten i materialet och även kunna ge upphov till repor i den belagda pappersytan. Den maximala kolhalten är därför 070%, företrädesvis max O.65%. Lämpligen skall stålet innehålla mellan 0.52 och 0.58 C. Den optimala kolhalten i stålet bedöms vara 0.55%.Carbon must be present in the steel in a sufficient content to give the steel a sufficient basic hardness to be able to be pressed against the paper web or against a paint coating roller without being permanently deformed and to form MC carbides in connection with tempering which give precipitation hardening and thus an improved abrasion resistance. The carbon content should therefore be at least 0.46%, preferably at least 0.50 ° / °. On the other hand, the carbon content must not be so high that there is a risk of primary carbide becoming larger, which would destroy the toughness of the material and could also give rise to scratches in the coated paper surface. The maximum carbon content is therefore 070%, preferably a maximum of O.65%. Preferably, the steel should contain between 0.52 and 0.58 C. The optimum carbon content of the steel is estimated to be 0.55%.

Vanadin skall ingå i stålet för att vid anlöpning genom utskiljning bilda mycket små MC- karbider, vilka väsentligen torde bidra till att ge den överraskande goda nötningsbestän- digeten hos schaberklingoma. Karbiderna är submikroskopiskt små, vilket innebär en maximal storlek i storleksordningen 100 Å. För att en tillräckligt hög volymsandel MC- karbider skall vanadinhalten vara lägst 05%, företrädesvis lägst 0.6% och lämpligen lägst 0.7%. Å andra sidan får vanadinhalten inte vara för hög, eftersom detta skulle ge upphov till bildandet av primärkarbider, som inte upplöses vid austenítiseringen, Dessa primärkarbider skulle därför binda upp kol, vilket skulle reducera mängden utskilda MC- karbider i samband med anlöpningeri, så att stålet skulle bli för mjukt. Stålet får därför 10 15 20 25 35 C.) xO 0\ maximalt innehålla 1.5% vanadin, företrädesvis max 1.4 vanadin och lärnpligen max 1.3 vanadin.Vanadium must be included in the steel in order to form very small MC carbides during annealing by precipitation, which should significantly contribute to giving the surprisingly good abrasion resistance of the doctor blades. The carbides are submicroscopically small, which means a maximum size in the order of 100 Å. In order for a sufficiently high volume fraction of MC carbides, the vanadium content should be at least 05%, preferably at least 0.6% and suitably at least 0.7%. On the other hand, the vanadium content must not be too high, as this would give rise to the formation of primary carbides, which do not dissolve during austenitization. These primary carbides would therefore bind carbon, which would reduce the amount of excreted MC carbides in tempering, so that the steel would be too soft. The steel must therefore contain a maximum of 1.5% vanadium, preferably a maximum of 1.4 vanadium and a maximum of 1.3 vanadium.

Krom behövs i en halt av lägst 1%, företrädesvis lägst 1.5% och lämpligen lägst 2% för att stålet skall få tillräcklig hardbarhet, dvs omvandlas till martensit vid kylning i luft eﬁer austenitisering. Krom är emellertid också en karbidbildare, som konkurrerar med vanadin om det i stålets matrix ingående kolet. Ju högre lcromhalten är, desto mindre stabil blir vanadinkarbidema. Kromkarbider ger emellertid inte den urskiljningshärdning som är önskvärd och som vanadin i ovan angivna halter kan ge. Därför begränsas lcromlialten i stålet till 6%, företrädesvis max 4% och lämpligen max 3%.Chromium is needed in a content of at least 1%, preferably at least 1.5% and preferably at least 2% in order for the steel to have sufficient hardenability, ie converted to martensite when cooled in air or austenitization. However, chromium is also a carbide former, which competes with vanadium for the carbon contained in the steel matrix. The higher the chromium content, the less stable the vanadium carbides become. However, chromium carbides do not provide the precipitation hardening that is desirable and that vanadium in the above levels can provide. Therefore, the lcromlialten in the steel is limited to 6%, preferably a maximum of 4% and preferably a maximum of 3%.

Molybden skall förekomma i en lägsta halt av 0.3%, företrädesvis lägst 1% och lämpli- gen lägst 2% för att jämte vanadin ingå i MC-karbidema och på ett gynnsamt sätt med- verka till dess bildande. Molybden kan i denna roll sägas komplettera vanadinet. Genom att molybden ingår i MC-karbiderna löses dessa lättare upp vid austenitiseringen i sam- band med härdningen och ingår därefter i de vid anlöpningen bildade MC-karbidema.Molybdenum must be present in a minimum content of 0.3%, preferably at least 1% and suitably at least 2% in order to be included in the MC carbides together with vanadium and to contribute in a favorable way to its formation. In this role, molybdenum can be said to supplement vanadium. Because molybdenum is included in the MC carbides, these dissolve more easily during austenitization in connection with the hardening and are then included in the MC carbides formed during tempering.

Molybden får emellertid inte förekomma i så hög halt att skadliga mängder molybden- karbid bildas, vilka på samma att som lcromkarbider är instabila och tillväxer vid höga temperaturer. Molybdenhalten begränsas därför till 5%, företrädesvis till 4% och lämpli- gen till max 3%. Molybden kan på vanligt sätt helt eller delvis utbytas mot dubbla mäng- den wolfram. Helst bör man dock undvika detta för att inte komplicera stålets samman- sättning. Enligt den föredragna utföringsformen bör legeringssanunansättningen därför inte innehålla wolfram i mer än föroreningshalt.However, molybdenum must not be present in such a high content that harmful amounts of molybdenum carbide are formed, which at the same time as chromium carbides are unstable and grow at high temperatures. The molybdenum content is therefore limited to 5%, preferably to 4% and suitably to a maximum of 3%. Molybdenum can be completely or partially exchanged for double the amount of tungsten in the usual way. Ideally, however, this should be avoided so as not to complicate the composition of the steel. According to the preferred embodiment, the alloy composition should therefore not contain tungsten in more than the impurity content.

Mangan förekommer i stålet i en halt av mellan 0.1 och 2% och medverkar liksom lcrom till att ge stålet önskad härdbarhet.Manganese is present in the steel at a content of between 0.1 and 2% and, like lcrom, contributes to giving the steel the desired hardenability.

Kisel skall ingå i en lägsta halt av 0.2%, företrädesvis minst 0.6% och lämpligen minst 08% för att öka kolaktiviteten i stålet och påskynda utskiljningen av de små vanadin- karbiderna vid anlöpning. Den ökade kolaktiviteten kan emellertid också innebära att man snabbare får en förgrovning av karbiderna, vilket leder till en snabbare förrnjukning av stålet. Anlöpningskurvan förskjuts med andra ord åt vänster och hårdhetspuckeln för- skjuts uppåt vid höga kiselhalter. Stålet bör dock inte innehålla mer än högst 1.5% kisel och företrädesvis högst l.2% kisel.Silicon should be included in a minimum content of 0.2%, preferably at least 0.6% and preferably at least 08% in order to increase the carbon activity in the steel and accelerate the precipitation of the small vanadium carbides during tempering. However, the increased carbon activity can also mean that the carbides are coarsened more quickly, which leads to a faster softening of the steel. In other words, the tempering curve is shifted to the left and the hardness hump is shifted upwards at high silicon levels. However, the steel should not contain more than a maximum of 1.5% silicon and preferably a maximum of 1.2% silicon.

Bor kan eventuellt tillsättas till stålet i en halt av upp till 0.0l% för att ytterligare öka stålets härdbarhet. 10 20 25 30 5 502 969 Nickel ger ingen positiv effekt i stålet for det avsedda användningsområdet. Nickel i halter upp till ca 1% ger å andra sidan inte heller någon anmärkningsvärd negativ eﬁekt med avseende på materialegenskapema men kan möjligen komplicera värmebehandlingen något. Man kan sålunda tillåta nickel upp till max 1%, företrädesvis max 0.5%, men helst bör stålet inte innehålla nickel i halter över föroreningshalter.Boron can optionally be added to the steel at a content of up to 0.0l% to further increase the hardenability of the steel. 10 20 25 30 5 502 969 Nickel does not give a positive effect in the steel for the intended area of use. Nickel in concentrations up to about 1%, on the other hand, also does not give any remarkable negative effect with regard to the material properties, but can possibly complicate the heat treatment somewhat. It is thus possible to allow nickel up to a maximum of 1%, preferably a maximum of 0.5%, but preferably the steel should not contain nickel in levels above impurity levels.

Niobs halter i stålet för det aktuella användningsområdet har inte testats speciﬁkt. Det är ﬁån andra tester emellertid känt att niob delvis kan ersätta vanadin, men att det kan ge försprödningseñekter, varför det bör undvikas. Upp till 0.2% niob torde dock inte med- föra någon märkbar skada.Niob's concentrations in the steel for the current area of use have not been specifically tested. It is known from other tests, however, that niobium can partially replace vanadium, but that it can cause embrittlement effects, so it should be avoided. However, up to 0.2% niobium should not cause any appreciable damage.

För övrigt innehåller stålet väsentligen inga andra element än järn. Övriga element, däri- bland aluminium, kväve, koppar, kobolt, titan, svavel och fosfor, förekommer inte mer än som föroreningselement eller som oundvikliga accesoriska element i stålet.Incidentally, the steel contains essentially no elements other than iron. Other elements, including aluminum, nitrogen, copper, cobalt, titanium, sulfur and phosphorus, occur no more than as impurity elements or as unavoidable accessory elements in the steel.

Den norninella sammansättningen hos det material som enligt uppfinningen skall använ- das for framställning av bestryknings- eller tryckerischabrar är följande: 0.55 C, 1.0 Si, 0.80 Mn, 2.6 Cr, 2.3 Mo, 0.90 V, rest järn och oundvikliga föroreningar.The standard composition of the material to be used according to the invention for the production of coating or printing scrapers is as follows: 0.55 C, 1.0 Si, 0.80 Mn, 2.6 Cr, 2.3 Mo, 0.90 V, residual iron and unavoidable impurities.

Tillverkningen av bestryknings- eller tryckerischabrar enligt uppﬁnningen går till på föl- jande sätt. En legering med den önskade, ovan och i patentkraven angivna sammansatt- ningen ﬁamställs enligt konventionell srnältrnetallurgisk telcnik. Av legeringen 'framställs got, vilka varmvalsas till band med tjockleken ca 3 mm. Dessa band kallvalsas till önskad tjocklek understigande 1 mm, omväxlande med omvärmningsoperationer. Det sålunda erhållna, kallvalsade bandet härdas genom austenitisering vid en temperatur överstigande lO00° C följd av kylning i blybad vid en temperatur mellan 240 och 270° C samt anlöp- ning vid 400° C. Därefter borstas bandets sidor och gulanlöps genom vännníng till mel- lan 320 och 370° C i oxiderande atmosfär. Bandet klipps till avsedd längd och bredd samt kantbearbetas genom hyvling och/eller slipning till önskad kantproﬁl, F ig 2 och 3.The production of coating or printing scrapers according to the invention takes place in the following manner. An alloy with the desired composition specified above and in the claims ﬁ is prepared according to conventional metallurgical technology. The alloy 'is made of cast iron, which is hot-rolled into strips with a thickness of about 3 mm. These strips are cold rolled to the desired thickness of less than 1 mm, alternating with reheating operations. The cold-rolled strip thus obtained is cured by austenitization at a temperature exceeding 100 ° C, followed by cooling in a lead bath at a temperature between 240 and 270 ° C and tempering at 400 ° C. Thereafter, the sides of the strip are brushed and yellowed by turning to medium. 320 and 370 ° C in an oxidizing atmosphere. The strip is cut to the intended length and width and edged by planing and / or grinding to the desired edge profile, Figs. 2 and 3.

Den kant som skall utgöra arbetande kant härdas genom lokal uppvärmning av kantpar- tiet, tex genom induktionsuppvärmning. (fl C) l\_) 10 15 \O 0\ UTFÖRDA FÖRSÖK - RESULTAT Genom valet av legeringssarnrnansättning samt genom den beskrivna tillverkningstelmi- ken erhålles schabrar med mycket hög planhet och rakhet samt en hårdhet i stambladet på ca 600 HV. Detta är en högre hårdhet än vad som uppnås med konventionella kol- stålsschabrar, hos vilka normalt uppnås en hårdhet på ca 500 HV. Denna hårdhetsslcill- nad kan dock inte förklara den mycket stora förbättring i effektiv livslängd som uppnåd- des genom användningen av den för applikationen nya stållegeringen.The edge that is to form the working edge is hardened by local heating of the edge portion, for example by induction heating. (fl C) l \ _) 10 15 \ O 0 \ TESTS PERFORMED - RESULTS Through the choice of alloy composition and through the described manufacturing technique, scrapers with very high flatness and straightness and a hardness in the stem blade of approx. This is a higher hardness than what is achieved with conventional carbon steel scrapers, in which a hardness of about 500 HV is normally achieved. However, this hardness resistance cannot explain the very large improvement in effective life achieved by the use of the new steel alloy for the application.

Vid jämförande fáltprovningar användes bestryl-mingsschabrar med helt raka kanter, Fig 2 och tjocklekarna 0.381 och 0.508 mm. Försöken utfördes i ett Jagenberg bestrykningsaggregat i en ﬁnpappersmaskin. Finpapperet beströks i aggregatet med en traditionell bestrykníngssmet innehållande nötande ämnen. (Den exakta sammansättningen hos bestrykningssmeten är tillverkarens företagshemlighet.) Schabrarna ansågs utslitna, då man inte längre kunde uppnå önskad bestrykningskvalitet genom justering av sådana parametrar som schaberklingans ariliggningstiyck mot pappersbanan, anliggningsvinkeln och liknande. Med konventionella schabrar av kolstål uppnåddes effektiva livslängder på 2-4 timmar, medan man med schabrama enligt uppﬁnningen uppnådde effektiva livsländer på mellan 12-16 timmar.For comparative field tests, irradiation scrapers with completely straight edges were used, Fig. 2 and the thicknesses 0.381 and 0.508 mm. The experiments were performed in a Jagenberg coating unit in a paper machine. The fine paper is coated in the unit with a traditional coating batter containing abrasive substances. (The exact composition of the coating batter is the manufacturer's trade secret.) The scrapers were considered worn, as the desired coating quality could no longer be achieved by adjusting such parameters as the doctor blade alignment thickness against the paper web, the angle of contact and the like. With conventional carbon steel scrapers, effective lifespans of 2-4 hours were achieved, while with scrapers, according to the invention, effective life scopes of between 12-16 hours were achieved.

Claims

10 15 20 25 30 \ I (11 (3 l \ I> xO Q \ \ O PATENTKRAV

Use of a steel alloy consisting of, in weight percent: 0.46-0.70 C 0.2-1.5 Si 0.1-2.0 Mn 1.0-6.0 Cr 0.5-5 M0 O.5-1.5 V max 0.01 B essentially left only iron, impurities and accessory elements at normal levels, as material for the preparation of coating and printing scrapers in the form of cold-rolled, 0.05-1.0 mm thick, hardened and tempered strips.

Use according to claim 1, of a steel alloy containing 0.50-0.65 C, preferably 0.52-0.58 C.

Use according to claim 1, of a steel alloy containing 1.4-4 Cr.

Use according to claim 3, of a steel alloy containing 2-3, preferably 25-3 Cr.

Use according to claim 1, of a steel alloy containing 1-4, preferably 2-3 Mo.

Use according to claim 1, of a steel alloy containing 0.6-1.4 V, preferably O.7-1.3 V.

Use according to claim 1, of a steel alloy containing 0.6-1 .2 Si.

Use according to claim 1, of a steel alloy which does not contain cobalt in more than the impurity content.

Use according to claim 1, of a steel alloy which does not contain tungsten in more than the impurity content. lO. Use of a steel alloy according to any one of claims 1-9, in the form of hot-rolled strips as material for the production of coating and printing scrapers which have the form of cold-rolled 0.05-1.0 mm thick, hardened and tempered strips.