SE528375C2 - En sugvalsmantel av stål samt en metod för tillverkning av en sugvalsmantel - Google Patents

Description

25 30 35 f 5.28' 375 borrning. Rostfiia austenitiska och duplexa stål i sig själva har låg skärbarhet och man vidtar därför olika åtgärder för att öka skärbarheten av det rostfria stålet. Det är känt att förekomsten av kväve i rostfiitt stål minskar skärbarheten. I exempelvis US patentskrift 4769213 föreslås ett sätt att öka skärbarheten av ett martensitiskt rostfritt stål genom att reducera halten av kol och kväve så att andelen av kol och kväve tillsammans inte överstiger 0.05 viktprocent. Martensitiska stål har dock en i jämförelse med duplexstål lägre korrosionsresistens. För austenitiska rostfria stål föreslås i exempelvis US patentskrifi 5482674 att halten kol och kväve skall reduceras så att varken kolhalten eller kvävehalten är högre än omkring 0.035 viktprocent. Det är även känt att tillförsel av svavel kan öka skärbarheten. I US patentskrifi 4784828 föreslås sålunda att svavel skall tillsättas ett austenitiskt rostfiitt stål för att öka skärbarheten. Dessutom anges att innehållet av kol och kväve skall vara mycket lågt, totalt upp till 0.065 viktprocent. De austenitiska stålen har dock normalt en i jämförelse med duplexstålen lägre hållfasthet.

I US patentskrifl 4,964,924 föreslås användning av ett martensitiskt rostfritt stål för en sugvals. Iden skriften anges att fen-it-austenitiska rostfria duplexstål är olämpliga som material för sugvalsar eftersom de är svåra att borra i. I stället anges att ett rostfritt stål lärnpligt för en sugvalsmantel bör vara martensitiskt och innehålla bland annat kol med mer än 0 men inte mer än 0.06 viktprocent, kisel till en viktprocent som överstiger 0 men inte uppgår till mer än 2, mangan till mer än 0 men inte mer än 2 viktprocent, nickel med 3 - 6 viktprocent, krom med 14 - 17 viktprocent, molybden med 1 - 3 viktprocent och koppar till en viktprocent från 0.5 tilll .5.

Den nu föreliggande uppfinningen syfiar till att tillhandahålla en lösning på problemet att finna ett stålmaterial som både uppvisar hög hållfasthet och en god korrosions- resistens och som dessutom lärnpar sig för skärande bearbetning och utan att behöva genomgå behandling med tillsatser av svavel. Det är vidare ett ändamål med uppfinningen att tillhandahålla en sugvalsmantel med god korrosionsresistens som kan tillverkas enkelt med skärande bearbetning.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Uppfinnarria har överraskande funnit att ett stålmaterial av den typ som beskrivs i den ovan angivna US 2003/0172999 inte endast har en hög hållfasthet och en god korrosionsresistens utan att materialet i fråga även lärnpar sig väl för skärande bearbetning såsom svarvning, fräsning och borrning utan att materialet i fråga behandlats genom tillsatser av svavel. Uppfinnarna har vidare funnit att materialet i fråga lämpar sig särskilt väl som material i sugvalsar för pappersmaskiner och att en 10 15 20 25 30 35 sugvalsmantel med fördel kan tillverkas av ett sådant material. Uppfinningen avser därför en sugvalsmantel utförd i detta material. Uppfinningen kan även förstås som en metod fór tillverkning av sugvalsmantlar.

Uppfinningen avser därför en sugvalsmantel med ett flertal genomgående hål. Den uppfinningsenliga sugvalsmanteln är gjord av ett ferrit-austeriitiskt rostfi-itt stål med en mikrostruktttr som väsentligen består av 35-65 volymprocent ferrit och 35 - 65 volymprocent austenit. Sarnmansättriingen av stålet kommer att beskrivas mer i detalj i den detaljerade beskrivningsdelen.

Uppfinningen avser även en sugvals som innefattar den uppfinningsenliga sugvals- manteln.

Den skärande bearbetningen innefattar i en föredragen utföringsform borrning av åtminstone ett genomgående häl och företrädesvis borrning av ett flertal hål. I en särskilt fördelaktig utföringsfonn innefattar förfarandet borrning av 100 000-tals hål. En motsvarande borrad längd uppgår till ett flertal kilometer. Den skärande bearbetningen kan även innefatta svarvning av ytter- och inneryta hos manteln.

KORT FIGURBESKRIVNING Fig. l visar bockning av ett ämne till en sugvalsmantel Fig. 2 visar ett ämne som bockats och svetsats ihop för att bilda en mantel.

Fig. 3 visar schematiskt ett första bearbetningssteg för den i Fig. 2 visade manteln.

Fig. 4 visar schematiskt ett andra bearbetningssteg för manteln.

Fig. 5 visar en färdig sugvalsmantel.

Fig. 6 - 9 visar resultatet av jämförande försök där det stål som används i den nu föreliggande uppfinningen jämförs med andra stål med avseende på skärbarhet.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN.

I det följ ande visas tillverkningen av sugvalsmantlar schematiskt. Med hänvisning till Fig. 1 visas ett första steg vid tillverkning av en sugvalsmantel. Som visas i Fig. 1 rullbockas ett väsentligen plant ämne 1 mellan två valsar 2, 3 på i och för sig känt sätt som ej behöver beskrivas närmare här. Efter bockning till väsentligen rund form svetsas ändarna av ämnet 1 ihop så att en svetsfog 4 sammanbinder änmet 1 till ett segment 9.

Ett flertal segment sammanfogas sedan med rundskarvar till en mantel som efier fogningen värmebehandlas. I Fig. 3 visas hur den sålunda åstadkomna manteln 9 kan genomgå en bearbetningsoperation, exempelvis svarvning. I Fig. 3 visas hur ett 10 15 20 25. 30 35 528 3 755 svarvningsverktyg 5 får verka mot ytan av manteln 9. Svarvningsoperationen syfiar till att säkerställa att mantelns 9 yta blir jämn och regelbunden. IFig. 4 visas schematiskt ett nästa steg i tillverkningsprocessen där manteln 9 borras med en borr 6 så att manteln därigenom får ett antal genomgående hål 7. I Fig. 5 visas den färdiga sugvalsmanteln 8 med sin cirkulärcylindriska mantel 9 och dess genomgående hål 7. I Fig. 5 visas även schematiskt att sugvalsmanteln 8 kan vara tillsluten vid sina ändar med hjälp av gavlar 10. Vid användning av sugvalsmanteln 8 kommer dess innandöme att vara anslutet till en källa till undertryck (ej visad) så att luft sugs utifrån och inåt genom de genomgående hålen 7. I figurema visas endast ett fåtal hål. Det skall dock inses att antalet hål i realistiska tillämpningar kan vara mycket stort, 100 000 hål eller fler.

För tillverkning av sugvalsmantlar har man tidigare använt ämnen av ett material som säljs under namnet 3RE60 Avesta SRG. Detta stål är ett med svavelbehandling skärbarhetsiörbättrat rostfiitt ferrit-austenitiskt stål med följande typiska sammansättning i viktprocent: C 0.02 Si 1.50 Cr 18.5 Ni 4.90 Mo 2.80 N 0.08.

S 0.02 Stålet 3RE60 har använts i ca 30 år till sugvalsmantlar med gott resultat och erhöll för drygt 10 år sedan en skärbarhetsförbättrande tillsats och namnändring till 3RE60 SRG.

Numera benämns stålet 3RE60 Avesta SRG.

Det har nu överraskande visat sig att det finns ett annat ferrit-austenitiskt stål som dessutom har hög kvävehalt som har lika god eller i vissa avseenden bättre skärbarhet än det skärbarhetslörbätuade 3RE60 Avesta SRG. Detta stål har en mikrostruktur som väsentligen består av 35 - 65 volymprocent ferrit och 35 - 65 volymprocent austeriit och har en kemisk sammansättning som innehåller i viktprocent: C 0.005 Si 0.1-2.0 Mn 3-8 Cr 19-23 Ni 0.5- I .7 N 0.15-0.3 20 25 30 kära 37s Ett för denna tillämpning särskilt lämpligt stål innehåller lämpligen: valfritt Mo och/eller W i en total halt av max 1.0 (Mo +W/2), valfiitt Cu upp till max 1.0 Cu, rest järn och föroreningar.

För ferrit- respektive austenitbildarna i legeringen, dvs. krom- och nickelekvivalenterna, skall företrädesvis gälla följ ande förhållanden: 20 < Cfekv < 24.5 10 < Niekv, där Crekv=Cr+ 1.5 Si+Mo+2Ti+0.5Nb Nick., = Ni + 0.5 Mn + 30 (C+N) + 0.5 (Cu + Co).

I en fördelaktig utföringsform innehåller stålet 0.02 - 0.05 C. Lämpligen innehåller stålet 0.18 - 0.26 N och med fördel 20 - 23 Cr. I en föredragen utföringsforni innehåller stålet 0.8 - 1.70 Ni och än mer föredraget 1.35 - 1.7 Ni.

Ett stål med derma sammansättning finns beskrivet i publicerade US patentansökan nr. 2003/0172999.

I en särskilt fördelaktig utföringsfonn av uppfinningen innehåller stålet 0.22 N, 21.5 Cr, 1.5 Ni, 0.3 Mo, 5 Mn och högst 0.04 C. Ett sådant stål säljs av Outokumpu Stainless AB med adress Box 74, SE-774 22 AVESTA. Detta stål säljs av Outokumpu under beteckningen LDX 2 101®. Denna beteckning år ett inom den Europeiska Unionen registrerat varumärke. Ett LDX 210l® stål är alltså särskilt lämpligt för användning i en sugvalsmantel. För koppar och kisel kan en särskilt lämplig halt anges som 0.3 Cu och 0.7 Si. För LDX 210l® stål används riktvärdena 0.3 Cu och 0.7 Si (räknat i vikt- procent).

Stål av den ovan angivna typen innehåller en jämfört med exempelvis stålet 3RE60 Avesta SRG relativt hög andel kväve. Då det är känt att kväve brukar medföra särnre skärbarhet borde man kunna förvänta sig att skärbarheten därför var sämre. Det har dock överraskande visat sig att skärbarheten av det stål som används enligt den nu föreliggande uppfinningen är avsevärt högre än vad man förväntat sig.

I Fig. 6 visas resultatet av ett jämförande prov där ett LDX 210l® stål jämförts med två andra, skärbarhetsförbättrade, austenitiska stål med beteckningen 304L PRODEC® respektive 3l6L PRODEC®. Stålet 304L PRODEC® har följande sammansättning i viktprocent: 20 25 30 35 5.218 C 0.02 Si 0.5 Mn 1.5 Cr 18.2 Ni 8.4 Mo väsentligen inget N 0.07 S 0.02 Stålet 3l6L PRODEC® har följ ande sammansättning: C 0.02 Si 0.5 Mn 1.5 Cr 17.2 Ni 11.2 Mo 2.3 N 0.05 S 0.02 Då kvävehalten i båda skärbarhetsförbättrade, austenitiska stålen 304L PRODEC® och 3 16L PRODEC® är väsentligt lägre än i LDX 2101® stål skulle man normalt väntat sig att dessa stål skulle ha bättre skärbarhet än ett LDX 2101® stål. Vid försök med svarvning visade det sig emellertid att man med ett LDX 2101® stål under en ingreppstid av 30 minuter och användning av snabbstålsverktyg ktmde ha en väsentligt högre skärhastighet än vad som var möjligt med de två andra stålen vilket framgår av Fig. 6.

I Fig. 7 redovisas resultatet av ytterligare ett jämförande prov mellan ett LDX 2101® stål och stålen 304L PRODEC® och 3l6L PRODEC®. I Fig. 7 redovisas ett försök med en ingreppstid av 15 minuter där svarvning gjordes med ett hårdmetallskär. Under dessa förhållanden uppnåddes en något lägre skärhastighet med ett LDX 2101® stål jämfört med de båda andra stålen. Skillnaden får dock anses marginell.

IFig. 8 redovisas ytterligare ett försök där stålet LDX 2101® jämförts med ett konventionellt duplext stål som säljs under beteckningen 2205. Detta stål som är mer höglegerat än LDX 2101® är normerat (EN l.4462) och används i ett stort antal 20 25 30 35 52:38 3, s tillämpningar. Det har inga skärbarhetsíörbättrande tillsatser och används inte i denna form för sugvalsmantlar. 2205 har följande sammansättning: C 0.02 Si 0.4 Mn 1.5 Cr 22.2 Ni 5.7 Mo 3.1 N 0.17 S 0.001 Vid försöket jämfördes livslängden för verktyget vid fiäsning med hårdmetallskär. Som framgår av Fig. 8 blev verktygets livslängd avsevärt högre när det bearbetade ett LDX 210l® stål jämfört med när bearbetning skedde av stålet 2205.

Slutligen redovisas ytterligare ett försök i Fig. 9. I det försök som redovisas i Fig. 9 jämfördes ett LDX 2l0l® stål med tre andra stålsorter som används till sugvalsmantlar, 2304 Avesta SRG, 3RE60 Avesta SRG och 2205 Avesta SRG. Alla stål med beteckningen SRG (Suction Roll Grade) är skärbarhetstörbättrade med svaveltillsats.

Stålet 2304 Avesta SRG har följande typiska sammansättning: C 0.02 Si 0.8 Mn 1.5 Cr 22.7 Ni 4.7 Mo 0.3 N 0.09 S 0.02 Stålet 2205 Avesta SRG har följande typiska sammansättning: C 0.017 Si 0.6 Mn 1.35 Cr 22.0 20 s2s sïz Ni 5.7 Mo 2.9 N 0.13 S 0.02 I det försök som redovisas i Fig. 9 jämförs den skärhastighet som kan uppnås för borrad längd 1000mm utan verktygshaveri i olika material. Som framgår av Fig. 9 är LDX 2101® - klart bättre än de skärbarhetstörbättrade stålen 2205 Avesta SRG och 2304 Avesta SRG och i detta avseende likvärdigt med det skärbarhetstörbättrade stålet 3RE60 Avesta SRG, detta trots att LDX 2101® innehåller väsentligt mer kväve än stålet 3RE60 Avesta SRG. Det finns en klar teknisk fördel om godskärbarhet kan uppnås utan s.k. skärbarhetsfórbättrande tillsatser såsom exempelvis svavel då. dessa nämligen innebär en del nackdelar, bl.a. sämre valsbarhet och sänkt korrosionsbeständighet.

Det skall förstås att även om uppfinningen beskrivits i termer av en sugvalsmantel och en metod utgör dessa endast olika aspekter av en och samma uppfinning då den uppfinningsenliga metoden är lämpad att användas för framställning av den uppfinningsenli ga sugvalsmanteln.

Genom uppfirmingen uppnås bland annat den ßrdelen att den färdiga valsmanteln får en mycket god korrosionsbeständighet.

Claims (1)

1. - 328 3 7 5 7 P1821 PATENTKRAV 1. En sugvalsmantel (9) med ett flertal genomgående hål (7), kännetecknad av 20 25 30 att manteln (9) är ord av ett ferrit-austenitiskt rostfiitt stål med en mikrostruktur som väsentligen består av 35-65 volymprocent ferrit och 35 - 65 volymprocent austenit och har en kemisk sammansättning som innehåller i viktprocent 0.005-0.07 C, 0.1-2.0 Si, 3-8 Mn, 19-23 Cr, 0.5-1.7 Ni, 0.15- 0.30 N, valfritt Mo och/eller W i en total halt av max 1.0 (Mo + W/2), valfritt Cu upp till max 1.0, resten järn och föroreningar. . En sugvalsmantel (9) enligt kravet l, kännetecknad av att för ferrit- respektive austenitbildama i legerirtgen, dvs. laom- och nickelekvivalentema, skall gälla följande förhållanden: a) 20 < Crekv < 24.5 b) 10 < Niekv, där c) Crekv =Cr+1.5 Si+Mo+2 Ti+0.5Nb d) Nick., = Ni + 0.5 Mn + 30 (C+N) + 0.5 (Cu + Co). . En sugvalsmantel (9) enligt kravet 1 eller 2, kännetecknad av att stålet innehåller 0.02 - 0.05 C. . En sugvalsmantel (9) enligt kravet 1 eller 2, kännetecknaa' av att stålet innehåller 0.18 - 0.26 N. . En sugvalsmantel (9) enligt kravet 1 eller 2, kännetecknad av att stålet innehåller 20 - 23 Cr. . En sugvalsmantel (9) enligt kravet 1 eller 2, kännetecknad av att stålet innehåller 0.8 - 1.70 Ni. . En sugvalsmantel (9) enligt kravet 6, kännetecknad av att stålet innehåller 1.35 - 1.7 Ni. . En sugvalsmantel (9) enligt kravet 1 eller 2, kännetecknad av att stålet innehåller 0.22 N, 21.5 Cr, 1.5 Ni, 0.3 Mo, 5 Mn, högst 0.04 C samt företrädesvis 0.3 Cu och företrädesvis 0.7 Si. 20 25 30 35 P1821 9. 10. ll. 12. 13. 14. 15. 16. vsza s7s /Û En sugvals (9) kännetecknad av att den har en sugvalsmantel (9) enligt något av kraven 1 - 8. En metod för tillverkning av en sugvalsmantel (9) med ett flertal genomgående hål (7) vilken metod innefattar tillhandahållande av ett arbetsstycke (1, 9) av stål och bearbetning av arbetsstycket (1, 9) med skärande bearbetning vilken skärande bearbetning innefattar borrning av de genomgående hålen (7), kännetecknad av att stålet i arbetsstycket ( 1, 9) är ett ferrit-austeriitiskt rostfritt stål med en rnihoswulctur som väsentligen består av 35-65 volyrnprocent ferrit och 35 - 65 volymprocent austenit och har en kemisk anlmarisättning som innehåller i viktprocent 0.005-0.07 C, 0.1-2.0 Si, 3-8 Mn, 19-23 Cr, 0.5-1.7 Ni, 0.15-0.30 N, valfritt Mo och/eller Wi en total halt av max 1.0 (Mo + W/2), valfiitt Cu upp till 1.0 Cu, resten järn och föroreningar. En metod enligt kravet 10, Mnneteckrrad av att för ferrit- respektive austenitbildarna i legeringen, dvs. krom- och nickelekvivalentema, skall gälla följande förhållanden: a) 20 < Crekv < 24.5 b) 10 < Niekv, där c) Crekv=Cr+ 1.5 Si+Mo+2Ti+0.5Nb d) Niekv = Ni + 0.5 Mn + 30 (C+N) + 0.5 (Cu + Co). En metod enligt kravet 11, kännetecknar! av att stålet innehåller 0.02 - 0.05 C. En metod enligt kravet ll, kännetecknar! av att stålet innehåller 0.18 - 0.26 N. En metod enligt kravet 11, kännetecknad av att stålet innehåller 20 - 23 Cr. En metod enligt kravet 11, känneteclmad av att stålet innehåller 0.8 ~ 1.70 Ni. En metod enligt kravet ll, kännetecknad av att stålet innehåller 0.22 N, 21.5 Cr, 1.5 Ni, 0.3 Mo, 5 Mn och högst 0.04 C. @s2s s7s l/ P1821 17. En metod enligt något av kraven 10 - 16 wnnetecknad av att den skärande bearbetningen innefattar svarvning. 18. En metod enligt kravet 10, kännetecknad av att borrning av genomgående hål (7) sker efier ett föregående svarvningssteg.