SE505042C2 - Stållegering, av legeringen framställt stålband samt användning av stålbandet - Google Patents

Description

505 042 10 15 20 30 35 - god slipbarhet, så att det inte skapas brottanvisningar, - god anlöpningsbeständighet vid tillverkningen av bladet/klingan respektive sågning.

Förutom ovanstående krav, som verktygstillverkaren och slutanvändaren ställer på materialet, ställer även ståltillverkaren vissa krav. Sålunda bör stålet inte vara alltför dyrt att tillverka, vilket bl a innebär att stålet inte bör innehålla höga halter av dyrbara lege- ringsämnen och även att materialet inte kräver komplicerade tillverkningsprocedurer som dels kan vara svåra att oföränderligt reproducera, dels innebär betydande kostnader.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att erbjuda en ny stållegering som tillfredsställer ovan- nämnda önskemål Ett syfte med uppfinningen är även att finna ett material som med fördel kan användas som stommaterial för band- och ramsågblad samt cirkelsågklingor.

Dessa och andra syften kan uppnås genom att uppfinningen kännetecknas av vad som anges i de eñerfoljande patentkraven.

I korthet utgörs legeringen av en låglegerad stållegering med sinsemellan avvägda halter av främst kol, kisel och krom samt eventuellt någon av vanadin, niob eller motsvarande kornförfinande element. Typiskt för stålet är även att det har en mycket låg manganhalt.

Kol behövs i stålet i tillräcklig halt för att tillsammans med jäm vid stålets vänne- behandling bilda martensit för att stålet skall få en adekvat hårdhet och därmed draghåll- fasthet, så att bladet/klingan skall kunna tillverkas med önskad blad-/klingtunnhet och få önskad utmattningshållfasthet samt önskat relaxationsmotstånd samt "hålla sträckning".

Kolhalten skall därför uppgå till minst 0.5 %, företrädesvis minst 0.55 % och lämpligen minst 0.6 %. Om kolhalten är alltför hög, finns risk för grafitbildning, vilket måste undvikas. Kolhalten tår därför inte uppgå till mer än 1.0 %, företrädesvis inte till mer än 0.9 % och lämpligen till max 0.8 %. En optimal kolhalt är troligen 0.65-0.75 % i stålet enligt uppfinningen, vars övriga, med kolet samverkande och/eller kompletterande legeringselement kommer att förklaras i det följande.

Kisel skall finnas i hög halt i stålet för att i samverkan med övriga legeringselement ge stålet ett mycket gott relaxationsmotstånd samt god anlöpningsbeständighet. Kisel medverkar även till att ge stålet en adekvat härdbarhet genom att medverka vid martensitbildrtingen vid materialets värmebehandling. Kisel skall därför finnas i en minsta halt-av l %, företrädesvis minst 1.5 %. Alltför höga halter gör emellertid stålet sprött, särskilt vid mycket låga temperaturer, som kan förekomma vid sågning utomhus vintertid l0 15 20 25 30 35 505 042 i arktiska och tempererade klimatzoner. Höga halter av kisel medför även risk för grafitisering, som måste förhindras. Stålet skall därför inte innehålla mer än 2 % kisel, Mangan är ett element som normalt förekommer i stål för att ge detta önskad härdbar- het, men som även tillsätts för att göra svavlets inverkan mindre skadligt, såsom beskrivs nedan. Ett speciellt kännetecken på stålet enligt uppfinningen är emellertid att det inte innehåller mangan i signifikant halt. Den maximala halten är satt till 0.1 %, men företrädesvis bör stålet inte innehålla mangan mer än i föroreningshalt. Mangan höjer nämligen stålets härdbarhet i icke önskvärd grad. Det skall i detta sammanhang fram- hållas att det uppfinningsenliga stålet i och för sig är härdbart, och att dess struktur i användningstillstånd består av anlöpt martensit. Om emellertid stålet har alltför hög härdbarhet, tar lokala partier av stålet härdning vid slipning, vilket ger lokala öar av oanlöpt martensit, vilka av flera skäl skall undvikas. Samma risk för lokala härd- ningseffekter som vid slipning på grund av lokal upphetming kan även uppstå vid lödning och svetsning, operationer som utförs vid färdigställningen av band- och ramsågblad samt cirkelsågklingor bestyckade med nötningsbeständiga material. Genom att bland annat hålla manganhalten extremt låg kan härdbarheten begränsas, samtidigt som den kontrollerade martensitbildning som eftersträvas vid värmebehandlingen av materialet, åstadkoms med hjälp av den höga kiselhalten.

Svavel är ett oönskat element i många olika stålkvaliteter. I de flesta stål kan svavlets negativa inverkan på gnmd av bildandet av försprödande järnsulfid, FeS, som utskiljs i komgränsema, emellertid modereras med hjälp av mangan, som med svavel bildar harmlösa mangansulfider. Denna mekanism kan inte utnyttjas i stålet enligt uppfinningen med hänsyn till att stålet inte innehåller mangan i verksamma halter. Därför skall svavlet hållas på en mycket låg nivå, lämpligen på max 0.001 %, företrädesvis max ca 0.0005 %.

Om stålet skulle innehålla högre halter svavel, finns stor risk för sprödhet, om man inte värmebehandlar stålet på specifikt sätt, en risk som är särskilt stor med hänsyn till den höga kiselhalten.

Fosfor är som bekant ett annat element som bör hållas på mycket låg nivå; företrädesvis max 0.01 %.

Krom skall finnas i stålet för att med kol bilda kromkarbider, varigenom kolaktiviteten sänks och därmed risken för grafitisering. För att ge denna effekt i önskad grad bör stålet innehålla minst 0.1 % Cr, företrädesvis minst 0.2 % Cr. Emellertid är krom härdbarhets- 505 ÛÃZ 10 15 20 30 35 förhöjande, varfor kromhalten inte bör överstiga 0.5 %, företrädesvis inte överstiga 0.4 %.

Eventuellt kan stålet även innehålla något kornförfinande element, som i form av svår- lösliga karbider utskiljs i komgränsema vid stålsmältans stelnande. Sålunda kan stålet eventuellt innehålla 0.01-0.1 %, lärnpligen ca 0.025 % aluminium och 0005-005 %, lämpligen ca 0.010 % kväve, eller 010-020 %, lämpligen ca 0.15 % vanadin, eller 0.025-O. 10 %, lämpligen ca 0.05 % niob, som helt eller delvis kan utbytas mot dubbla mängden tantal, eller 0015-0. 10 %, lämpligen ca. 0.025 % zirkonium, som helt eller delvis kan utbytas mot lika stor mängd titan.

Det skall även inses att de nämnda komförfinande tillsatsema helt eller delvis kan utbytas mot varandra i angivna proportioner, varvid den totala halten av nämnda komförfinande ämnen får ingå i en halt av 0.010-0.20 %.

För övrigt bör stålet endast innehålla järn, medan övriga element inte skall finnas i mer än föroreningshalter. Oönskade element är t ex nickel och molybden, som stimulerar grafit- bildningen samt är härdbarhetsförhöjande. Nickel och molybden bör därför inte före- komma i halter över 0.1 %, företrädesvis inte mer än i fororeningshalt.

Stålet kan framställas på sätt som är helt konventionellt men med anpassning av till- verkningen till främst kraven på låga mangan- och svavelhalter samt hög kiselhalt. Av stålet framställs band genom varm- och kallvalsning till önskad tjocklek. Dessa band härdas från en temperatur mellan 780 och l000°C samt anlöps vid en temperatur mellan 200 och 550°C, varvid erhålls en struktur bestående av anlöpt martensit samt eventuellt någon mängd restkarbirder. Detta material är lämpat att användas som stommaterial för band- och ramsågblad samt cirkelsågklingor, där tändema består av eller är bestyckade med ett annat material än stommaterialet.

KORT FIGURBESKRIVNTNG I den följande beskrivningen av utförda försök kommer att hänvisas till bifogade ritningsfigurer, i vilka 10 20 505 042 Fig. 1- Fig. 1 l utgör anlöpningskurvor för undersökta stållegeringar fiamställdai laboratorieskala, Fig. 12 - Fig. 14 utgör CCT-diagram för några från de laboratorieskala framställda stålen, FöRsöK I en första provserie undersöktes stål med kemiska sammansättningar enligt Tabell 1.

Samtliga halter avser vikts-%.

Tabell I Sammansättning hos undersökta stål i vikts-% Stål nr C Mn Si Ni V Cr Mo Fe Bal 1 .65 _74 1.7 - - .21 - 2 _72 .49 _43 2.1 - - - 3 _68 _52 2.1 2.1 - _86 - 4 _67 _50 1.1 2.1 - _35 - 5 .68 _51 2.1 1.0 - _78 - 6 .69 _50 2.2 2.1 _19 _84 - 7 _69 .S1 2.1 2.1 _20 .77 _29 8 _58 _48 1.8 - _18 _30 _29 9 _66 .49 2.2 2.0 - _89 _26 10 _38 .45 2.0 1.0 _13 _80 _30 11 _60 _07 1.65 - - _22 - Stålen nr 1-1 1 enligt tabell tillverkades som 50 kg laboratoriecharger. Stål nr 1-10 har sammansättningar motsvarande dem hos kända martensitiska bandstål, av vilka flera tidigare har använts och fortfarande används som sågstål. Stål nr 11 har en samman- sättning enligt uppfinningen. Svavelhalten, som inte redovisats i Tabell 1, var dock högre än vad den bör vara i stålet enligt uppfinningen, nämligen 0_005%. Detta har sin grund i svårigheten att i en 50 kg laboratorieugn framställa stål med extremt låga svavelhalter.

För övrigt innehöll stål nr 11 som föroreningar 0.007 P, 0.016 Ni, 0.004 Mo, 0.005 W, 0.011 Co, 0.015 V, 0.004 Ti, 0.001 Nb, 0.015 Cu, 0.005 Sn och <0_003 Ce. Samtliga 505 042 10 15 20 dessa ämnen låg alltså på föroreningshaltsnivå. Även övriga undersökta stållegeringar nr 1-10 innehöll nämnda element i fororeningshalter.

Göten srniddes ut till stänger med dimension 60 x 40 mm. Dessa mjukglödgades, varefter mikroprover med dimensionen 20 x 15 x 10 mm togs ut. Dessa hölls 10 min vid for varje stål vald härdningstemperatur och släcktes i vatten. De härdade niikroproverna anlöptes vid olika temperaturer. Hålltiden var 10 min och svalningen skedde i lufi.

Anlöprtingskurvoma för de olika stålen visas i Fig. 1-11.

Slagsegheten vid rumstemperatur bestämdes därefter med oanvisade provstavar av VW- typ; dimension 7 x 10 x 55 mm. Proverna togs uti längsriktningen. Utifrån resultaten från anlöpningskuworna valdes en värmebehandling som gav 43 i 1 HRC.

Följ ande urvalskriterier användes: - en härdtemperatur som ger full hårdhet direkt eñer härdningen eñersträvas, - en hârdtemperatur som ger en flack anlöpningskurva vid temperaturer över 400°C bedöms vara gynnsam fiån relaxationssynpunlct, - for stål nr 11 prövades flera olika smidestemperaturer till dess en seghet uppnåddes som var i klass med de övriga stålens trots att svavelhalten i stålet var alltför hög.

Släckningen gjordes i olja. Härdnings- och anlöpningstemperaturer samt erhållna slagsegheter och hårdheter framgår av Tabell 2.

Tabell 2 Stål nr Härdnings- Anl. Slagseghet Hårdhet temp temp °C °C (I) HRC l 950 550/10' 173 44 2 880 475/10' 225 42 3 880 652/10' 215 42 4 880 550/10' 194 42 5 880 625/10' 208 42 6 1020 675/10' 233 44 7 1020 700/10' 195 43 8 1020 650/10' 241 44 9 1020 675/10' 190 42 10 1020 700/10' 294 41 11 950 500/2xl0' 173 44 20 505 042 En egenskap av primär betydelse för ett stommaterial till band- och rarnsågblad samt cirkelsågklingor med tänder bestyckade med nötningsbeständiga material, är att stålet har en inte alltför hög härdbarhet for att stommaterialet inte skall ta fullständig härdning vid lödning eller svetsning samt slipning etc i samband med band-, ramsågbladets eller cirkelsågklingans fárdigställning. Det bedömdes att stålen nr 1, 2 och 11 från denna utgångspunkt hade bästa förutsättningar. Inledningsvis bestämdes A1- och A3- temperaturema. Däreñer utfördes dilatometerundersölmingar, varvid härdtemperaturen valdes 30-40°C över A3 -temperaturen De erhållna CCT-diagrammen visas i Fig. 12- 14.

Av CCT-diagramrnen framgår att härdbarheten hos stål nr 11, Fig. 14, är lägre än hos stål nr 1 och nr 2, Fig. 12 resp 13, vilket beror på den mycket låga Mn-halten och frånvaro av andra legeringsämnen i verksamma mängder.

På basis av de undersökningar som utförts på de i laboratorieskala framställda stål- legeringarna kan följande slutsatser dras.

Segheten hos stål nr ll blev efter vissa processjusteringar, föranledda av den alltför höga svavelhalten, jämförbar med den hos de övriga stålen och lika stor som den hos stål nr 1.

Härdbarheten är väsentligt lägre hos stål nr 11 än hos stål nr 1 och nr 2, vilket indikerar att det finns mindre risk för bildning av oanlöpt martensit vid färdigställning av band- och ramsågblad samt cirkelsågklingor med stommaterial av det uppfinningsenliga stålet, då stommaterialet utsätts för lokal uppvämming på grund av lödning, svetsning och/eller slipning.

Claims (11)

505 042 3 10 15 20 25 30 35 PATENTKRAV

1. Stållegeririg, k ä n n e t e c k n a d av att den innehåller i vikts-% 0.5 - 1.0 C 1-2 Si max 0.1 Mn 0.1-0.5 Cr rest väsentligen endast järn.

2. Stållegering enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den innehåller max 0.001 S.

3. Stållegering enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att den innehåller O.55-0.9 C.

4. Stållegering enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att den innehåller 0.6-0.8 C.

5. Stållegering enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att den innehåller 0.65-0.75 C.

6. Stållegering enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d av att den innehåller minst 1.5 Si

7. Stållegering enligt något av kraven l-6, k å n n e t e c k n a d av att den innehåller 0.2-0.4 Cr.

8. Stållegering enligt något av kraven 1-7, k å n n e t e c k n a d av att den innehåller åtminstone ett av de element vilka tillhör den grupp av metaller vilken består av niob, tantal, vanadin, titan, zirkonium och aluminium/kväve i en total halt av 0.010-0.2 %.

9. Stålband, k ä n n e t e c k n a t av att det består av en stållegering enligt något av kraven l-8 och att det är kallvalsat, härdat och anlöpt.

10. Stålband enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t av att det har en struktur bestående av anlöpt martensit samt eventuellt restkarbider erhållbar genom härdning fiån en temperatur mellan 780 och l000°C samt anlöpning vid en temperatur mellan 200 och 550°C. 10 q " sos 042

ll. Användning av stålband som består av en stållegering som innehåller i vikts-% 0.5-1.0 C 1-2 Si max 0.1 Mn O.1-O.5 Cr rest väsentligen endast jäm, som stommaterial för band- och ramsågblad samt cirkelsågklingor, där tänderna består av eller är bestyckade med ett annat material än stommaterialet.