SE534779C2 - Metod för att tillverka en trådprodukt av rostfritt stål - Google Patents

Description

20 25 30 534 779 med bättre ytkvalitet och därför färre anvisningspunkter för sprickor och följaktligen förbättrad utmattningshàllfasthet. Produktionsmetoden för trädprodukter av skalat austenitiskt rostfritt stål inkluderar, frånsett de ovan nämnda stegen som används för att producera tràdprodukter av duplext rostfritt stàl, 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 träd av duplext rostfritt stål, så som dess höga mekaniska hàllfasthet 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 härd, vilket resulterar i ett kraftigt verktygsslitage och undermålig spånbrytning. Även vid glödgat tillstànd, när kornstorleken hos rostfria stållegeringar vanligtvis är större, är kornstorleken hos duplexa rostfria stàllegeringar liten, vilket i kombination med den kemiska sammansättningen skapar ett mycket hårt material. Sålunda gör egenskaperna hos duplexa rostfria stàllegeringar det svàrt att skala valstråd av duplext rostfritt stäl.

Sammanfattning av uppfinningen Màlproblemet är därför att anvisa en metod för att tillverka en trådprodukt av duplext rostfritt stål som uppvisar förbättrad utmattningshàllfasthet i jämförelse med konventionellt tillverkade trädprodukter av duplext rostfritt stål. Målproblemet löses genom en metod för att tillverka en trådprodukt av duplext rostfritt stàl med utgångspunkt frán valstråd, varvid metoden innefattar följande steg: uppruggning av valstràdens yta; applicering av en bärarbeläggning pà valsträdens yta; skalning av valstråden med användning av ett skrapverktyg innefattande hàrdmetall; uppruggning av valstràdens yta; applicering av en bärarbeläggning pà valstrádens yta; och dragning till slutlig tràddimension. l skalningssteget har skrapverktyget som används en eggförstärkningsfasvinkel r; som är 10-30°, en spánvinkel y som är 10-25°, en släppningsvinkel a som är 3-10°, en eggförstärkningsfasbredd wsom är 10 15 20 25 30 534 779 3 0,1-0.5 mm, och en eggradie som är 0,02-0,08 mm. Tillverkningsmetoden enligt uppfinningen resulterar i en skalad tràdprodukt av duplext rostfritt stål.

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

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 tràdprodukt av duplext rostfritt stål enligt föreliggande uppfinning, hänvisad till här nedan såsom en skalad duplextràdprodukt, är valstràd 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 valstràd av duplext rostfritt stål och båda slagen kan därför användas.

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

* Applicering av en bärarbelåggning, företrädesvis hydratiserat natriumborat, på valstrådens 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 valstràden (1) i skrapverktyget (2). Valstrådsdiametern reduceras något 10 15 20 25 30 534 779 Ål under dragningsförfarandet. Ungefär 0,2 till 0,5 mm av valstrádsdiametern skalas av under skalningsförfarandet. Ett smörjmedel, företrädesvis smörjmedel av kalciumstearat, används för att reducera friktionen under dragning och emulsion sprutas pà den dragna tråden och på skrapverktyget för att sänka friktionen och kyla verktyget under skalning. En hård hàrdmetallsammansättning mäste användas i skrapverktyget, företrädesvis ett material som hör till lSO-klass P10. Skrapverktyget har en eggförstärkningsfasvinkel n, en släppningsvinkel a, en spànvinkel y, en eggförstärkningsfasbredd w och en eggradie. Figur 2a är en schematisk tvärsnittsvy av skrapverktyget. Figur 2b visar en förstoring av det inringade omrâdet i figur 2a, visande de olika verktygsvinklarna och eggförstärkningsfasbredden. Ritningarna är inte skalenliga.

Eggförstärkningsfasvinkeln n påverkar skärkrafterna pà spànan (3).

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

Höga temperaturer vid spànytan förkortar verktygets livslängd.

Eggförstärkningsfasvinkeln påverkar huvudsakligen den del av verktyget som är nära eggen. För att göra skäreggen så 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 10-302 företrädesvis 15-20°.

Släppningsvinkeln a påverkar ytan av den skalade tråden. 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 pâverkas 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 10 15 20 25 30 534 775 S släppningsvinkein inte överstiga 10°. Enligt föreliggande uppfinning är släppningsvinkein a 3-10°, företrädesvis 5-7°, eller ännu hellre ungefär 6°.

Eggförstârkningsfasbredden w påverkar på liknande sätt som eggförstärkningsfasvinkeln skärkrafterna på spànan. För att göra skåreggen så stark som möjligt och samtidigt minimera värmen som alstras under skalningsprocessen bör eggförstärkningsfasbredden vara åtminstone 0,1 mm för att öka hàlllastheten hos skåreggen, och maximalt 0,5 mm så att spànytstemperaturen hålls på en godtagbar nivå. Enligt föreliggande uppfinning är eggförstärkningsfasbredden w 0,1-0,5 mm, företrädesvis ungefär 0,3 mm. Även spánvinkeln y påverkar skärkrafterna pä spànan. En större spånvinkel gör verktyget mindre stabilt och känsligare för slitage men gör samtidigt spànskärprocessen mjukare, vilket ger upphov lägre skjuvspänningar och skärkrafter. Spàntlödet och ringlingen av spànan styrs av spànvinkeln. En större positiv spånvinkel ger en mer ringlad späna. För att optimera spånflödet under det att värmen som alstras minimeras under skärning bör spánvinkeln vara åtminstone 10°. Dock bör spänvinkeln inte överstiga 25° för att skrapverktyget ska vara stabilt och inte alltför känsligt för slitage. Enligt föreliggande uppfinning år spånvinkeln y 10-25°, företrädesvis 10-20°, eller ännu hellre ungefär 15°.

Kombinationen av eggförstärkningsfasvinkeln n, eggförstårkningsfasbredden woch spànvinkeln y ger den totala energiförbrukningen för spänbildningsprocessen, och därmed styrs den totala energin för spànbildningsprocessen.

Skrapverktyget har också en eggradie som bestämmer skärpan hos skåreggen (2a). Eggradien bör vara åtminstone 0,02 mm för att göra skåreggen så stark som möjligt och maximalt 0,08 mm för att 10 15 20 25 534 779 l: 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 härd austenitfas.

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

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

Uppruggning av valstràdens 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 dragsmörimedelsupptagning pä den släta ytan.

Applicering av en bärarbeläggning pà tràdytan. Företrädesvis består bärarbelàggningen av hydratiserat natriumborat.

Dragning kontinuerligt från vals till vals till slutlig dimension, företrädesvis i flera steg med användning av ett antal pà varandra w U 20 25 30 534 779 "l följande smalare dragskivor. I typiska fall krävs 4-10 dragskivor. För att till exempel reducera tràddiametern fràn 8,2 mm till 3,6 mm krävs sju dragskivor.

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

Den skalade duplextràdprodukten enligt uppfinningen innefattar företrädesvis, i viktprocent, 0 s C s 0,5 Q1SS<2ß 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 0 s V s 1,0 0 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 S31803, eller ännu hellre innefattar den skalade duplextràdprodukten en legering enligt standarden UNS S32205. 10 15 20 25 534 779 *B I en töredragen utföringsform av uppfinningen betades och belades valstràd av duplext rostfritt stål enligt standarden UNS S32205, levererad i icke glödgat tillstànd, 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 valstràd av austenitiskt rostfritt stål. Den hårdmetallkvalitet som användes i skrapverktygen var den kommersiellt tillgängliga lwaliteten MP10 (Sandvik).

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

Provex. n y Resultat trádyta 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° 0° 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. Trádarna drogs i en flerblocksmaskin, direkt från skalad valstràd 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 dragnlngsstegen beroende på låg hastighet och relativt mjukt material. Kalcium som har en Iàg smälttemperatur är därför det bästa valet. När materialdetormationen blir hårdare och dragningshastigheten ökar måste ett smörjmedel med högre smâltpunkt användas. Natriumtvàl används därför alltid i det sista reduktionssteget. 10 15 20 25 30 534 779 Temperaturen på kylvattnet på skivorna och dragblocken hölls vid 30 i 5 °C för att erhålla en god smörjfilm på tråden. Dragningshastlgheten vid slutlig dimension översteg inte 5 m/s.

Ytkvalitetsmätningar på den färdiga träden av skalat duplext rostfritt stål gjordes fortlöpande efter det sista reduktionssteget med användning av virvelströms (EC) -provning. EC-provning är en icke förstörande 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. l figur 3 visas EC-provningsresultaten för 3,6 mm tråd av skalat duplext rostfritt stål (figur 3a) tillsammans med 3,6 mm tråd av duplext rostfritt stàl av standardtyp dragen från icke glödgad (figur 3b) valstråd. 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 tråd vid en trådhastighet av 2 m/s. Figur 3c visar EC-provningen av referensstandarden manuellt dragen vid en mycket lägre hastighet. Såsom framgår frän provningsresultaten har tråden av skalat duplext rostfritt stàl mycket mindre anvisning, eller mindre ytdefekter, i jämförelse med 3,6 mm tråd av duplext rostfritt stàl av standardtyp dragen från icke glödgad valstråd.

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 cykelområdet upp till 100 000 000 cykler vilket är den huvudsakliga inriktningen för skalade duplextràdprodukter enligt uppfinningen.

Korrosionsmotståndet kan bestämmas teoretiskt genom att beräkna PRE- värdet eller experimentellt genom korrosionsprovning. Kritisk gropfrätningstemperatur (CPT) är en vanlig och välkänd 10 15 20 25 534 779 lb korrosionsprovningsmetod. CPT bestäms elektrokemiskt genom att applicera en konstant potential (potentiostatisk metod) och mäta den temperatur vid vilken strömmen ökar drastiskt.

CPT-vården för en trådprovbit av duplext rostfritt stål enligt uppfinningen och en jämförande provbit av den rostfria stàllegeringen 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 korrosionsmotstánd.

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

PRE CPT (+30O mV, 1 % CI' ) UNS S32205 35 78 °C 17-7 PH 18 25 °C Tabell 3: Korrosionsegenskaper hos stàllegeringar.

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

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 10 534 779 ll uppvisar skalade duplextrádprodukter bättre korrosionsegenskaper tack vare sina släta ytor med färre initieringspunkter iör korrosion. De skalade duplextrâdprodukterna har sålunda överlägsna korrosionsegenskaper i jämförelse med bàde trádprodukter av skalai utskiljningshärdbart rostfritt stål så som 17-7 PH och trádprodukter 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 högutmatlande fjäderapplikationer i korrosiva media.

Claims (7)

10 15 20 25 30 534 779 låt Patentkrav

1. Metod för att tillverka en trådprodukt av duplext rostfritt stal med utgångspunkt från valstråd, varvid metoden innefattar följande steg: uppruggnin av valstrådens yta; applicering av en bärarbeläggning på valstrádens yta; skalning av valstràden med användning av ett skrapverktyg innefattande hárdmetall; uppruggning av valstràdens yta; applicering av en bärarbeläggning på valstràdens yta; och dragning till slutlig tràddimension, metoden kännetecknad av att i skalnlngssteget har skrapverktyget som används en eggförstärkningsfasvinkel r; 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 stàl enligt något av tidigare krav, i vilken spànvinkeln yår10-20°.

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

5. Metod enligt något av kraven 1-4, kännetecknar! av att valstràden innefattar, 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 0 s V s 1,0 0 s Ti s 1,0 0 s AI s 1,0 0 s Nb s 1,0 O s Co s 1,5 534 779 IB återstoden Fe och normalt förekommande föroreningar. i vilken ferrithalten är 35-55 % och austenithalten är 45-65 %.

6. Metod enligt något av krav 1-4, kännetecknad av att valstråden innefattar en legering enligt standarden UNS S31803.

7. Metod enligt något av krav 1-4, kännetecknad av att valstràden är gjord av duplext rostfritt stål, innefattande en legering enfigt standarden UNS S32205.