SE528851C2 - Ett rullningslager för användning i en kryogenisk pump - Google Patents

Description

25 30 35 528 851 rullkroppar placerade mellan de inre och yttre löpringarna, och en polymerisk hållare, som håller rullkropparna åtskilda mellan löpbanorna, och detta har uppnåtts genom att lagret har givits de särdrag som definieras i bifogade patentkrav 1.

Uppflnningen föreslår sålunda ett rullningslager för användning i en kryogeniosk pump där lagret är nedsänkt i vätska med en temperatur under -100 grader Celsius, och vilket lager innefattar en inre och en yttre löpbana av rostfritt stål, ett antal rullkroppar anordnade mellan de inre och yttre löpbanorna, och en polymerisk hållare, som håller rullkropparna på avstånd från varandra mellan löpbanorna, varvid de inre och yttre löpbanorna består av supersegt martensitiskt rostfritt stål med hög kvävehalt, vilket har en mycket fin materialstruktur.

Företrädesvis har det supersega martensitiska rostfria stålet med hög kvävehalt i lagrets löpbanor en kvävehalt av 0,1 - 0,4 vikts-% och företrädesvis har det supersega martensitiska rostfria stålet med hög kvävehalt i lagrets löpbanor utsatts för en kryogenisk värmebehandling för reducering av materialets austenithalt.

En typisk komposition av det supersega martensitiska stålet är, C 0,25 - 0,45 %, Cr 13 - 17 %, Mo 0,8 - 1,8 %, N 0,15 - 0,45 % och resten Fe och nomiala föroreningar (alla procenttal är vikts-%). Rockwell C-hårdheten HRC hos detta stål är > 58.

Generellt användes med detta stål seghärdning vid låg temperatur vid 180 °C för kcrrosionsbeständiga applikationer. Detta stål uppvisar emellertid också sekundär härdning efter seghärdning vid, t.ex. 480 °C, där halterna av restaustenit efter härdning också reduceras genom upprepad seghärdning vid hög temperatur.

Det är vid detta sekundärt härdade tillstånd som stålet användes för kryogeniska applikationer, men efter härdning kan halten restaustenit emellertid också reduceras genom djupfrysning av lagerstålkomponenterna vid temperaturer av -65 °C till -198 °C och företrädesvis inom området -75 °C till -150 °C beroende på applikationen. Med denna kombination av behandlingarna djupfrysning och sekundär härdning kan hårdhetsnivåer på upp till mellan 58 och 61 HRC uppnås med restaustenithalter på < 7 volyms-% och i detta tillstånd stabiliseras eventuell kvarvarande austenit så att den kommer att motstå eventuell temperaturinducerad transformering, och därmed undvika bildande av färsk ohärdad, orörd martensit och tillhörande irreversibla volym- 10 15 20 25 30 35 528 851 förändringar, vilka skulle leda till förlust av precision hos lagerkomponenten och av ett balanserat lasttillstånd.

Materialet har en fin mikrostruktur (det är ett höglegerat stål med 13 till 17 vikts-% Cr), men genom riktigt val av varmbearbetning och mjukformningstillstànd tillsammans med senare härdningstemperatur och den ovan nämnda stabiliseringen, kan man erhålla mikrostrukturer vilka är lika fina som vid konventionellt lagerstál (AlSl 52100, 1,5 vikts- % Cr), vilka generellt är fördelaktiga vad det gäller lagerlivslängd och lastbärande egenskaper.

- Materialet genomhärdas vid temperaturer inom området 1020 °C till 1060 °C och sekundärhärdas sedan genom seghärdning inom temperaturområdet 460 °C till 520 °C.

Avsikten med denna behandling är att fälla ut partiklar (inom matrisen) av martensiti form av nitridkarbid- eller karbonitridzoner. l detta tillstånd har materialet: (i) maximal hàllfasthet (ii) hög mikrostrukturstabilitet (dimensionell) i lågtemperaturapplikationer (iii) gott nötningsmotstånd under förhållanden med dålig Smörjning, medan det fortfarande bibehåller korrosions- och oxidationsbeständighet (beroende på hög kromhalt) och maximerar det lösta kromet efter härdning - vilket delvis är en konsekvens av de finfördeladekarbidnitridpartiklarna, som bildats under föregående operationer. De höga nivåerna av och det líkfonnigt lösta kromet ger hög oxidations- beständighet och när man möter lokala flamtemperaturer vid rullagerkontakter är oxidationsmotståndet fördelaktigt beroende på kromet. Detta förhållande kan uppträda lokalt vid kärva kontakteri lager som smörjes med kondenserade gaser.

Fördelarna erbjudes -i situationer där lokala flamtemperaturer alstras.

Slagsegheten hos detta nya, supersega martensitiska stål har förbättrats avsevärt jämfört tex. med AlSl 52100, där slagsegheten hos det nya materialet är omkring 64 kJ/mz, medan AlSl 52100 har visat ett värde pà omkring 38 kJ/mz.

Rullkropparna - kulor eller rullar - kan företrädesvis vara tillverkade av en silikon-nitrid- keramisk komposit eller alternativt av en aluminium-zirkonium-keramisk komposit. 10 528 851 Det är fördelaktigt att använda en hållare gjord av ett polymeriskt material med hög prestanda; valt uir en grupp innefattande polyeter-Aeter-keton, känt som PEEK; poly- parafenylen, t.ex. TECAMAX fràn Ensinger Ltd, UK; polyamid, t.ex. SINTIMIII) från Ensinger Ltd, UK", och »poly-amid-imid, t.ex. TORLON fràn Solvay Advanced Polymers, USA.

Dessa polymerer kan vara fyllda med fyllmedel såsom glasfibrer, PTFE, grafitfibrer, kimrök för att förbättra de tribologiska och mekaniska egenskaperna; Fyllmedel i form av glasfiber användes ofta i mängder från 0 till 30 vo|yms-%, vanligen 10 till 30 volyms- %; medan PTFE, grafitfibrer och kimrök användes i mängder fràn 2 till 15 volyms-%.

Claims (4)

10 15 20 25 528 851 PATENTKRAV

1. Ett rullningslager för användning i en kryogenisk pump där lagret är nedSänkï i Vätska med en temperatur under -100 grader Celsius, och innefattande en inre och en yttre löpfiflg _ av rostfritt stål, ett antal rullkroppar placerade mellan de inre och yttre löpringatïla, Och en polymerisk hållare, som håller rullkropparna åtskilda mellan löpbanorna, i känne tecknat därav, att den inre och den yttre löpringen består av ett martensitiskt rostfritt stål med hög kvävehalt, vilket har en mycket fin mikrostruktur, att det martensitiska rostfria stålet med hög kvävehalt i lagerlöpringarna har en austenithalt av under 7 volymsprocent, att den polymeriska hållaren är tillverkad av ett material valt ur en grupp innefattande polyeter-eter-keton, poly-parafenylen, polyimid och polyamid-imid, samt att rullkropparna är tillverkade av en kerarn.

2. Ett rullningslager enligt patentkrav 1, kännetecknar därav, V att det martensitiska rostfria stålet med hög kvävehalt i lagerlöpringama har ett kväveinnehåll av 0,35 - 0,40 viktsprocent.

3. Ett rullningslager enligt patentkravet i eller 2, kännetecknar därav, att rullkropparna är tillverkade av en kiselnitrid-keram.

4. Ett rullningslager enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknar därav, att rullkropparna är tillverkade av en aluminium-zirkonium-keram.