TWI393788B - 用於吸輥之鋼殼以及生產鋼製品的方法 - Google Patents

Description

用於吸輥之鋼殼以及生產鋼製品的方法 發明領域

本發明係有關於一種用於吸輥之鋼殼，以及一種生產鋼製品的方法，其中在該方法當中，係藉由諸如銑削、車削及/或鑽孔之切割操作將一片鋼材進行加工。

本發明之背景

不銹鋼是使用在需要高抗腐蝕性的領域當中。在離岸、紙張和紙漿工業、以及化學工業之中的環境裡，可能會需要高抗腐蝕性。其中一個實例係為用於由不銹鋼所製造而成之造紙機的吸輥外殼。一種不銹鋼係為所謂的雙重精鍊鋼(duplex steels)，其包含了肥粒鐵及沃斯田鐵。習知技術當中，雙重精鍊鋼結合了高機械強度及韌性、以及良好的抗腐蝕性，特別是對於應力腐蝕以及腐蝕疲勞而言。就抗腐蝕性，以及諸如可焊接性之機械特性來說，使得該鋼材在其必要成分之沃斯田鐵以及肥粒鐵達到良好平衡而言，是很重要的。在近代之雙重精鍊鋼的研發當中，希冀係具有微-結構，其包含35-65%的肥粒鐵，其餘的為沃斯田鐵。在需要高強度以及良好抗腐蝕性之領域當中，雙重精鍊鋼越來越能夠媲美傳統的沃斯田鐵不銹鋼。這樣的一種鋼材，已經揭示於公開之美國專利申請案第2003/0172999號中。在此公開案中所敘述之鋼材，係為一種肥粒鐵-沃斯田鐵不銹鋼，其具有微-結構，實質上係由35-65 體積%之肥粒鐵、以及35-65體積%之沃斯田鐵所組成。該討論中的鋼材具有一化學組成，其包含以重量%計之0.005-0.07 C、0.1-2.0 Si、3-8 Mn、19-23 Cr、0.15-0.30 N、0.5-1.7 Ni。亦可包括一些其他的成分。

對於在美國專利申請案第2003/0172999當中所敘述之鋼材而言，氮是相當重要的，因為氮對於作為沃斯田鐵構成者而言是最主要的，並且對該鋼材貢獻了強度及抗腐蝕性。有鑑於此，估計該鋼材之氮含量應該要落於0.15-0.30%的範圍之間，較佳為0.20-0.245的範圍之間。然而，過去所顯示這樣含有高氮含量之鋼材，其可切割性是很差的。

最常的情形，就是必須將預備用於特定產品之不銹鋼，進行某種形式之切割操作，諸如銑削、車削、或者是鑽孔。在其自身當中，沃斯田鐵與雙重精鍊不銹鋼，在可切割性方面是很差的，因此採取了各種不同之量測，為的是要增加該不銹鋼之可切割性。在過去都知道，在不銹鋼當中出現了氮，會降低了可切割性。舉例而言，在美國專利案第4,769,213號當中，係建議了一種用於增加麻田散鐵不銹鋼之可切割性的方法，其係藉由降低碳與氮之含量，使得碳與氮之總含量不超過0.05重量%。然而，相較於雙重精鍊鋼，麻田散鐵鋼具有較差的抗腐蝕性。就沃斯田鐵不銹鋼而言，美國專利案第5,482,674號當中有建議，碳與氮的含量，應該要降低，使得碳含量以及氮的含量均不超過大約0.035重量%。同樣應該要知道的是，添加硫可以增 加可切割性。因此，美國專利案第4,784,828號當中有建議，應該要添加硫至沃斯田鐵不銹鋼當中，以為了增加可切割性。同樣應該要說明的是，碳與氮的含量應該要非常的低，總含量上至0.065重量%。然而，相較於雙重精鍊鋼而言，沃斯田鐵鋼則具有較低的強度。

美國專利案第4,964,924號建議在吸輥當中使用麻田散鐵不銹鋼。在該公告案當中，說明了因為將其鑽孔很困難，因此不銹肥粒鐵-沃斯田鐵雙重精鍊鋼，對於作為用於吸輥之材料而言是很不適當的。反而，其建議了適用於吸輥外殼之不銹鋼，應該是屬於麻田散鐵形式，尤其是包含超過0重量%但是不超過0.06重量%的碳，高於0重量%但是不超過2重量%之矽，超過0重量%但是不超過2重量5之錳，3-6重量%之鎳，14-17重量%之鉻，1-3重量%之鉬，以及從0.5重量%至1.5重量5之銅。

本發明之目的在於針對尋找一種能夠展現高強度以及良好抗腐蝕性之鋼材，提供一種解決方式，此外，還可以適用於切割操作，而無須將其進行硫的添加處理。本發明的另一個目的在於提供一種具有良好抗腐蝕性之吸輥外殼，其可以輕易地藉由切割操作來加以製造。

本發明之價值

令人意外的是，本發明人發現到在以上所提及之美國專利申請案第2003/0172999號當中所敘述之那種鋼材，不只是具有高強度和良好抗腐蝕性，該討論中的材料還可 以是用於諸如車削、銑削、以及鑽孔之切割操作，而不需要將進行添加硫的處理。本發明人同樣發現到，該討論中的材料係特別適用於作為用在造紙機吸輥上的材料，並且製造這種材料之吸輥外殼是很有利的。因此，本發明係有關於一種由此種材料所構成的吸輥外殼。本發明同樣可以被視為是一種用於切割操作的方法，特別是當在製造吸輥外殼的時候，以及在製造其他產品的時候，例如旋轉機械部件，諸如手柄(shafts)。本發明同樣可以就該鋼材的用途而言，被定義成作為在鋼材之切割操作當中的工件。

因此，本發明係有關於一種吸輥外殼，其具有複數個通孔。根據本發明之該吸輥外殼，係由一種不銹肥粒鐵-沃斯田鐵鋼材所製成，其具有微-結構，該微-結構實質上是由35-65體積5之肥粒鐵、以及35-65體積%之沃斯田鐵所組成。該鋼材組成將會於詳細敘述當中進行更詳盡的敘述。

本發明亦有關於一種吸輥，其包括了本發明之吸輥外殼。

在一較佳之具體態樣當中，該切割操作包括了至少一個通孔的鑽孔，而較佳為複數個通孔的鑽孔。在一特別有利之具體態樣當中，該方法包括了數以百計數以千計之孔洞的鑽孔。相對應之鑽孔長度為數公里。該切割操作同樣可包括該外殼之外部與內部表面的車削。

本發明之詳盡敘述

在以下敘述中，吸輥外殼的製造係以圖解的方式進行 敘述。參照圖1，係顯示了製造吸輥外殼的第一步驟。如圖1當中所顯示，係將一實質上為平面的胚料1在兩個輥2、3之間進行輥彎曲，如同習知一般，無需在此作更進一步的敘述。在彎曲成一實質上為圓形的形狀以後，將該胚料1之端點焊接在一起，如此一焊接點將該胚料1結合，以形成一區段9。然後，藉由圓形的接點將複數個區段結合在一起，以形成一在焊接過後經過熱處理的外殼。圖4係顯示如何因此完成之外殼9可以進行諸如車削之加工操作。圖3係顯示一種車削工具5，其係作用於該外殼9之表面上。該車削操作的目的在於確保該外殼9之表面平滑且規則。圖4係以圖解方式顯示一個在製造方法當中的後續步驟，其中係藉由一鑽頭6將該外殼9進行鑽孔，藉此該外殼就會具有一些通孔7。圖5係顯示該完成的吸輥外殼8，其具有圓圓柱形之外殼9以及其通孔7。圖5係以圖解方式顯示該吸輥外殼8之端點可以藉由側邊蓋10來加以關閉。當使用該吸輥外殼8時，其內部就會連接到一個真空來源(未顯示)，其會導致空氣透過該通孔7而從外部抽入。在圖中只有顯示一些孔洞。然而，應該要了解到的是，在實際的運用當中，孔洞的數目會非常的多，諸如100,000個或者是更多。

先前已經從一種名為3RE60 Avesta SRG的販售材料，製造出吸輥外殼。此剛才係為一種不銹肥粒鐵-沃斯田鐵鋼，其藉由硫處理而具有改良之可切割性，而其具有以下是典型的組成，以重量%計之。

C 0.02

因為有很好的結果，鋼材3RE60在製造吸輥外殼上已經使用了大約30年，而大約10年以前，其被提供了一種添加劑，以改良可切割性，而其商品名稱改為3RE60 SRG。現在，該鋼材被稱為3RE60 Avesta SRG。

令人驚訝的發現，另外存在著一種肥粒鐵-沃斯田鐵鋼，其額外的具有高的氮含量，並且在某些方面一樣好，甚至比該經改良之可切割性的3RE60 Avesta SRG的可切割性還要更好。這種鋼材具有微結構，其實質上係由35-65體積%之肥粒鐵、以及35-65體積%之沃斯田鐵所組成，而其化學組成包含(以重量%計之)：

特別適用於本案之鋼材，其適當地包含：視需要選用之Mo及/或W，其總含量不超過1.0(Mo+ W/2)，視需要選用之Cu，高達最大值1.0的Cu，其餘為鐵及雜質。

就該合金中之肥粒鐵及沃斯田鐵構成者而言，也就是鉻和鎳等同物，較佳應該符合以下條件：20<Cr_eq<24.5

10<Ni_eq，其中Cr_eq=Cr+1.5 Si+Mo+2 Ti+0.5 Nb

Ni_eq=Ni+0.5 Mn+30(C+N)+0.5(Cu+Co)。

在一個有利的具體態樣當中，該鋼材包含0.02-0.05 C。在適當的情形下，該鋼材包含0.18-0.26 N，以及有利地20-23 Cr。在一個較佳具體態樣當中，該鋼材包含0.8-1.70 Ni，而更佳為1.35-1.7 Ni。

具有此組成的鋼材係敘述於經公開之美國專利申請案第2003/0172999。

在本發明之一特別有利的具體態樣當中，該鋼材包含0.22 N、21.5 Cr、1.5 Ni、0.3 Mo、5 Mn、以及不超過0.04的C。此鋼材係由Outokumpu Stainless AB所販售，Box 74，SE-774 22，AVESTA。此種由Outokumpu所販售之鋼材，其商標名為LDX 2101®。該名稱係在歐洲聯盟中所註冊的商標。因此，該LDX 2101®鋼材對於要用於吸輥外殼中係特別適當的。銅和矽之特別適當的含量分別為0.3 Cu以及0.7 Si。該指標性數值0.3 Cu和0.7 Si(以重量%計之)係用於LDX 2101®之中。

相較於(例如)鋼材3RE60 Avesta SRG來說，以上所提及之鋼材種類係具有一相對高的氮含量。眾所周知，因為氮會傾向於損害可切割性，因此可以預期到的是較差的可切割性。然而，令人意外的顯示，本發明所使用之該鋼材的可切割性，比預期來得還要高的多。

圖6係顯示比較性試驗的結果，其中係將LDX 2101®鋼材與兩種其他經改良之可切割性-沃斯田鐵鋼來進行比較，分別稱為304L PRODEC®和316L PRODEC®。該鋼材304L PRODEC®具有以下之組成(以重量%計之)：

該鋼材316L PRODEC®具有以下之組成：

因為該經改良之可切割性的沃斯田鐵鋼304L PRODEC®以及316L PRODEC®，其氮含量係相當低於LDX 2101®鋼材的氮含量，因此在正常情形下，會預期這些鋼材會比LDX 2101®鋼材之可切割性還要來的優異。然而，在車削試驗當中，顯示出LDX 2101®鋼材，在加工時間30分鐘，並使用了高速鋼工具的情形下，相較於其他兩種鋼材(如圖6中所顯示)，可能具有較高之切割速度。

圖7係顯示介於LDX 2101®鋼材、以及鋼材304L PRODEC®和316L PRODEC®之間之額外的比較性試驗的結果。圖7係顯示加工時間為15分鐘的試驗，其中係藉由硬金屬之切割邊緣所製成的車削。在這些情況之下，達到了適用於LDX 2102®鋼材的切割速度，相較於其他兩種鋼材而言是有點慢。然而，差異是非常小的。

圖8係顯示另一個試驗，其中係將該鋼材LDX 2101®與一傳統之雙重精鍊鋼(以2205的名稱販售)來進行比較。此種鋼材，相較於LDX 2101®而言具有更高的合金化程度，將其進行標準化(EN 1.4462)，並且將其運用在許多應用當中。其不具有用於改良可切割性之添加劑，並且不將其用在這種吸輥外殼上。2205係具有下列組成：

在該試驗當中，是當利用硬金屬之切割邊緣來進行銑削時，針對該工具之有效壽命所做的比較。從圖8可以明顯看到，當該工具在加工LDX 2101®鋼材時，相較於加工鋼材2005，其有效壽命要來的長的多。

最後，另一個試驗則顯示在圖9當中。在圖9中所顯示之試驗哩，係將LDX 2101®鋼材與其他三種用於吸輥外殼之鋼材種類進行比較，也就是2304 Avesta SRG、3RE60 Avesta SRG、以及2205 Avesta SRG。所有命名為SRG(吸輥等級，Suction Roll Grade)的鋼材均係藉由添加硫來改良可切割性。該鋼材2304 Avesta SRG係具有以下典型的組成：

該鋼材2205 Avesta SRG係具有以下典型的組成：

在如圖9中所顯示的試驗裡，在不同的材料當中，就可以達到1000 mm之鑽孔長度的切割速度，而沒有工具的衰退，來進行比較。從圖9中可以明顯看到，LDX 2101®相較於經改良之可切割性的鋼材2205 Avesta SRG與2304 Avesta SRG還要來的優異，並且在此方面與該改良之可切割性鋼材3RE60 Avesta SRG一樣好，儘管LDX 2101®包含了比鋼材3RE60 Avesta SRG還要多的氮。很明顯的技術優點就在於如果可以完成該材料之可切割性，而無須所謂可改良可切割性之添加劑，諸如硫，因為這些就會產生很多的缺點，諸如受損的可輥軋性，以及受損的抗腐蝕性。

應該要了解到的是，雖然本發明已經就吸輥外殼以及方法來加以敘述，但是那些僅係為一種和相同發明之不同方面，如同本發明之方法係適用於製造本發明之吸輥外殼。

藉由本發明，可以獲得優點，尤其是該完成之輥外殼能夠達到非常良好的抗腐蝕性。

1‧‧‧胚料

2‧‧‧輥

3‧‧‧輥

5‧‧‧車削工具

6‧‧‧鑽頭

7‧‧‧通孔

8‧‧‧吸輥外殼

9‧‧‧外殼

10‧‧‧側邊蓋

圖1係顯示用於吸輥外殼之胚料的彎曲。

圖2係顯示一個經彎曲且被焊接在一起的胚料，以形成一外殼。

圖3係以圖解方式顯示將如圖2中所顯示之外殼進行加工的第一步驟。

圖4係顯示加工該外殼之第二步驟。

圖5係顯示一個完成的吸輥外殼。

圖6-9係顯示比較性實驗的結果，其中係將本發明之鋼材與其他的鋼材進行可切割性的比較。

1‧‧‧胚料

2‧‧‧輥

3‧‧‧輥

5‧‧‧車削工具

6‧‧‧鑽頭

7‧‧‧通孔

8‧‧‧吸輥外殼

9‧‧‧外殼

10‧‧‧側邊蓋

Claims (19)

1. 一種具有複數個通孔(7)之吸輥外殼(9)，其特徵在於該外殼是由不銹肥粒鐵一沃斯田鐵鋼材所製成，其具有微-結構，該微-結構實質上係由35-65體積%之肥粒鐵以及35-65體積%之沃斯田鐵所組成，該鋼材並具有化學組成，其包含以重量%計之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。
2. 根據申請專利範圍第1項之吸輥外殼(9)，其特徵在於該鋼材包含a)視需要選用之Mo及/或W，其總含量不超過1.0(Mo+W/2)，b)視需要選用之Cu，高達最大值1.0的Cu，其餘為鐵及雜質，並且就該合金中之肥粒鐵及沃斯田鐵構成者而言，也就是鉻和鎳等同物，符合以下條件：c)20<Cr_eq<24.5，d)10<Ni_eq，其中e)Cr_eq=Cr+1.5 Si+Mo+2 Ti+0.5 Nb，f)Ni_eq=Ni+0.5 Mn+30(C+N)+0.5(Cu+Co)。
3. 根據申請專利範圍第1或2項之吸輥外殼(9)，其特徵在於該鋼材包含0.02-0.05 C。
4. 根據申請專利範圍第1或2項之吸輥外殼(9)，其特徵在於該鋼材包含0.18-0.26 N。
5. 根據申請專利範圍第1或2項之吸輥外殼(9)，其特徵在於該鋼材包含20-23 Cr。
6. 根據申請專利範圍第1或2項之吸輥外殼(9)，其特徵在於該鋼材包含0.8-1.70 Ni。
7. 根據申請專利範圍第6項之吸輥外殼(9)，其特徵在於該鋼材包含1.35-1.7 Ni。
8. 根據申請專利範圍第1或2項之吸輥外殼(9)，其特徵在於該鋼材包含0.22 N、21.5 Cr、1.5 Ni、0.3 Mo、5 Mn、不超過0.04 C、以及較佳為0.3之Cu和較佳為0.7的Si。
9. 一種吸輥(9)，其特徵在於其具有一種如申請專利範圍第1-8項中任一項之吸輥外殼(9)。
10. 一種生產鋼製品的方法，該方法包括提供一種鋼材工件(1、9)、且藉由切割操作將該工件(1、9)進行加工，其特徵在於該工件(1、9)之鋼材係為一種不銹肥粒鐵-沃斯田鐵鋼材，其具有微-結構，該微-結構實質上係由35-65體積%之肥粒鐵以及35-65體積%之沃斯田鐵所組成，且該鋼材具有化學組成，其包含以重量%計之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。
11. 根據申請專利範圍第10項之方法，其特徵在於該鋼材包含：a)視需要選用之Mo及/或W，其總含量不超過1.0(Mo+W/2)，b)視需要選用之Cu，高達最大值1.0的Cu，其餘為鐵及雜質，並且就該合金中之肥粒鐵及沃斯田鐵構成者而 言，也就是鉻和鎳等同物，符合以下條件：c)20<Cr_eq<24.5，d)10<Ni_eq，其中e)Cr_eq=Cr+1.5 Si+Mo+2 Ti+0.5 Nb，f)Ni_eq=Ni+0.5 Mn+30(C+N)+0.5(Cu+Co)。
12. 根據申請專利範圍第11項之方法，其特徵在於該鋼材包含0.02-0.05 C。
13. 根據申請專利範圍第11項之方法，其特徵在於該鋼材包含0.18-0.26 N。
14. 根據申請專利範圍第11項之方法，其特徵在於該鋼材包含20-23 Cr。
15. 根據申請專利範圍第11項之方法，其特徵在於該鋼材包含0.8-1.70 Ni。
16. 根據申請專利範圍第11項之方法，其特徵在於該鋼材包含0.22 N、21.5 Cr、1.5 Ni、0.3 Mo、5 Mn、以及不超過0.04的C。
17. 根據申請專利範圍第10-16項中任一項之方法，其特徵在於該切割操作包括將至少一個通孔(7)進行鑽孔。
18. 根據申請專利範圍第10-16項中任一項之方法，其特徵在於該切割操作包括車削。
19. 根據申請專利範圍第17項之方法，其特徵在於至少一個通孔(7)的鑽孔是在之前的車削步驟之後發生。