WO2006007984A1 - Stahlband für streichmesser, auftragsmesser und kreppschaber und pulvermetallurgisches verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Stahlband für streichmesser, auftragsmesser und kreppschaber und pulvermetallurgisches verfahren zu ihrer herstellung Download PDF

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Manfred DAXELMÜLLER
Helmut Ponemayr
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Böhler-Uddeholm Precision Strip GmbH & Co. KG
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Definitions

  • the invention relates to a cold-rolled steel strip having a thickness of 0.05 to 1.2 mm, which is used as a material for the production of doctor blades, applicator blades and creping doctor.
  • doctor blades or doctor blades are used in the form of thin, long knives to coat the paper web with a coating slip. These knives are pressed against the moving paper web, whereby a counterpressure is usually provided by a counter roll or a knife on the opposite side of the paper web if a double-sided coating is to be carried out.
  • the application knife must be straight if a uniform coating of the best quality is to be achieved.
  • the usual specification states that the machined edge of the applicator may not deviate more than 0.3 mm per 3000 mm applicator length from the complete straightness.
  • a steel alloy In order to meet these requirements, a steel alloy must be selected which prevents the bands from forming during hardening and tempering when the steel strips are subjected to these processes. It is known that in this respect alloy steels pose more problems than unalloyed steels, and this is especially true for steel alloys containing several different interacting alloying elements. Consequently, the most common material for order knives is still lenstoffstahl.
  • a typical composition of such a steel is, for example, (in% by weight) 1.00% C, 0.30% Si, 0.40% Mn, 0.15% Cr and the remainder iron and impurities in normal proportions.
  • Martensitic stainless steel is also used for the production of commissioned knives, eg the steel with the composition (in% by weight) 0.38% C, 0.5% Si, 0.55% Mn, 13.5% Cr, 1 , 0 Mo and the rest iron and impurities in normal proportions.
  • creping scrapers are used under the same conditions as described above in order to obtain a specific creping of the paper. High demands are also placed on the straightness of the working edge.
  • band-shaped coating tools are used, which are known as putties. They are similar to those used in the paper industry. These spatula must also meet high requirements regarding their straightness. The same material is used for both spatulas and applicators.
  • Application knives are highly stressed when using abrasive pigments in the material applied to the paper surface, as well as by the base paper, and worn at the edge.
  • Spreading knives are also heavily stressed by the color pigments in the order ink which are applied by the doctor blades. Accordingly, it is desirable that both applicator blade and doctor blade have a high abrasion resistance and consequently a long service life.
  • EP 0 672 761 B1 describes a steel which has the following composition (in% by weight) 0.46% -0.70% C, 0.2% -0.5% Si, 0.1 % - 2.0% Mn, 1.0% - 6.0% Cr, 0.5% - 5% Mo, 0.5% - 1.5% V, max. 0.01% B, max. 1.0% Ni, max. 0.2% Nb and the balance iron and impurities in the normal proportions.
  • the steel is suitable for the production of thin cold-rolled strips and, in its hardened and tempered state, can be used for the production of applicator and / or doctor blades.
  • the cold rolling process comprises a hardening step with an austenitization at 1000 ° C., followed by an annealing step in a lead bath at a temperature between 240 ° C. and 270 ° C.
  • Application and / or doctor blades made from this material have good abrasion resistance and straightness and their lifespan is 12 - 16 hours.
  • alloyed steel can be higher than that of non-alloyed steel. This is advantageous for certain tool and construction steels.
  • Some examples of these are the alloy steels described in JP-A-61/41749 and in US 4,743,426 and US 2,565,264 which are used for guide pins in plastic molds or hot-forming steels, e.g. are designed for high temperature aluminum extrusion dies as well as turbine blades, forging tools, cutting tools and similar products, and are made from billet or bar stock.
  • a bimetal coating blade is proposed.
  • the carrier band of the coating blade consists of a tough elastic steel on which an abrasion-resistant strip of HSS is applied in order to increase the stability of the coating blade.
  • These bimetal coating blades have disadvantages in terms of strength in the transition carrier tape - edge due to the material differences. Furthermore, such a bimetal coating blade is very expensive to manufacture and therefore expensive.
  • the applicator blade and doctor blade are first hot rolled from a block into a hot strip, which is then cold rolled to a steel strip having a thickness of 0.05 mm - 1.2 mm and a width of 10 mm - 250 mm.
  • a steel strip having a thickness of 0.05 mm - 1.2 mm and a width of 10 mm - 250 mm.
  • a steel strip for the production of doctor blades, applicators or creping doctor having a Stahlzu ⁇ composition comprising in percent by weight
  • the steel strip is produced using a powder metallurgy process.
  • the powder metallurgy manufacturing process can produce a steel of the above composition which has a high carbide content yet can be formed into a steel strip for doctor, applicator or creping doctor without embrittlement or cracking.
  • doctor blades, doctor blades and creping doctor are summarized under the term "knife”.
  • a steel strip according to the invention has a large number of small carbide crystals, so that the knives produced therefrom wear uniformly at their edge and no scoring occurs in the paper or streaking in the paper coating.
  • knives of the steel strip according to the invention have a high wear resistance, without a complex and expensive manufacturing process was used. The strength disadvantages that occur with a Bimetallsteichklinge can not occur in the uniform material of the steel strip according to the invention.
  • the steel strip according to a thickness of 0.05 - 1.2 mm, and / or a width of 10 - 250 mm.
  • the steel strip is produced using a cold rolling process. Due to the fine grain of the structure, the cold rolling on the above. Dimensions only possible.
  • the steel composition cumulatively or alternatively comprises the following components in the following parts by weight:
  • the steel strip preferably has a working edge which has a hardness of 500-600 HV, preferably 575-585 HV and / or a straightness of 0.3 mm / 3000 mm strip length.
  • the working edge is hardened, preferably laser beam-hardened. This has the advantage that a very targeted introduction of heat energy into the material is possible without the use of a vacuum environment.
  • An applicator blade made of a steel strip according to the invention preferably has a thickness of 0.25-0.64 mm.
  • a doctor blade made of a steel strip according to the invention preferably has a thickness of 0.15-1.0 mm.
  • a creping doctor made from a steel strip according to the invention preferably has a thickness of 0.25-1.2 mm.
  • the step of cold rolling is preferably carried out by means of edge supports.
  • a hardening step is carried out at a temperature of 950-1050 ° C., followed by an annealing step at a temperature of 550-650 ° C.
  • Cold rolling, curing and tempering preferably take place in a continuous process.
  • the hardening step comprises a cooling step, wherein the strip is cooled between cooling plates to a temperature of 150-25O 0 C.
  • the working edge of the belt is hardened, preferably by means of a load beam.
  • 1 is a three-dimensional view of a Stahlban ⁇ invention in the rolled up state
  • FIG. 2 shows a three-dimensional view of a partial section of a steel strip according to the invention for illustrating a first edge shape
  • FIG. 3 shows a three-dimensional view of a partial section of a steel strip according to the invention for clarifying the dimensions and a second one
  • FIG. 4 shows two schematic three-dimensional microscopically enlarged partial sections of the edge material of a steel strip, wherein on the left a steel strip * of the prior art and on the right a steel strip according to the invention is shown; and Fig. 5 shows two microscopically enlarged grinding Sparaurhahmen of Kantenmateri ⁇ than a steel strip, on the left a steel strip of the prior art and on the right an erf ⁇ ndungswashes steel strip is shown.
  • the invention relates to the use of a special Stahl ⁇ alloy with a special composition for the production of knives (applicator and doctor blade, scraper, creping doctor, blades, doctor blade, scraper) in the form of cold-rolled, hardened and annealed tapes.
  • Fig. 1 shows a three-dimensional view of a erfmdungs contemporary steel strip 1 in the rolled up state, as provided for shipping.
  • FIG. 3 shows the dimensions.
  • the width B is between 10 and 250 mm
  • the thickness of the applicator blades is between 0.05 and 1.2 mm and, in a typical case, between 0.25 and 0.64 mm.
  • the thickness in a typical case is between 0.15 and 1.0 mm.
  • Creping scrapers have a typical thickness of 0.25 - 1.2 mm.
  • the machined edge 20 of a blade can either be straight, ie have a 90 ° angle.
  • the edge 10 can also be bevelled, as shown in FIG. This is an edge shape that is also used for applicator and doctor blades.
  • carbon should be present in the steel in sufficient quantities to give it a basic hardness sufficient to withstand the pressure against the paper web or inking roll without being subjected to permanent deformation, and also during annealing to form MC carbides.
  • MC carbides cause precipitation hardening and thus improved abrasion resistance of the edge.
  • the carbon content should therefore be at least 1% C and preferably 1.50%.
  • the maximum carbon content is 3% C.
  • Vanadium should be present in the steel in order to form very small MC carbides during the tempering or annealing by precipitation. It is believed that these MC carbides are the main reason for the surprisingly good abrasion resistance of the doctor blades of the present invention.
  • the carbides have a submicroscopic size, which means a maximum size of the order of magnitude of between 1 and 3 ⁇ m.
  • the vanadium content should be at least 4% V. The vanadium content should not exceed 10% V.
  • the chromium content should whom 'gstens 6% Cr, preferably at least 6.5% Cr betra ⁇ gene to impart sufficient hardenability to the steel, ie it quenching in air or after austenitization in martensite wah ⁇ rend umzu ⁇ form.
  • chromium is also carbide-forming, which is why it competes with vanadium for the carbon in the steel matrix.
  • chromium carbides do not form the precipitation hardening, which is desirable and can be formed by the vanadium in the above-mentioned amounts. Chromium in larger amounts also creates a higher risk of retained austenite.
  • the chromium content in the steel is limited to 10%, preferably to at most 8.5%.
  • the molybdenum content should be at least 1%, so that it can form MC carbides together with vanadium and can positively contribute to the formation of these carbides. Since molybdenum is present in the MC carbides, they dissolve more easily during austenitization when curing takes place and then form part of the MC carbides formed during annealing. However, the molybdenum content must not be so high that disadvantageous amounts of molybdenum carbides are formed which, like chromium carbides, are unstable and grow at high temperatures. The molybdenum content should therefore be limited to 2%, preferably to 1.5%.
  • Molybdenum can be replaced in the usual way completely or partially by twice the amount of tungsten. Therefore, in a preferred embodiment, the alloy composition should not have tungsten exceeding an impurity level.
  • the manganese content in the steel is limited to 1% and, like chromium, contributes to giving the steel the desired hardenability.
  • the manganese content is preferably 0.4- 0.5% Mn.
  • the silicon content should be at least 0.8% in order to increase the carbon activity in the steel and to accelerate the precipitation of the small vanadium carbides during annealing.
  • the increased carbon activity can also lead to a faster coarsening of the carbides, resulting in a faster softening of the steel.
  • the tempering curve is shifted to the left, and the hardness maximum is shifted upward when the silicon content is high.
  • the steel should not contain more than at most 1.1% silicon and preferably not more than 1.0% silicon.
  • Nickel does not provide any positive contribution to the steel in the desired application. Nickel may affect the heat treatment of the product Steel. Therefore, the steel is best not more nickel than at Verunreini ⁇ supply level.
  • the steel contains essentially nothing but iron.
  • Other elements including, for example, aluminum, nitrogen, copper, cobalt, titanium, niobium, sulfur and phosphorus are present in the steel only as impurities or as unavoidable minor elements.
  • three different steel alloys were powder metallurgically produced, cold rolled and tested with good results.
  • the three alloys were cold rolled into thin strips of 0.05-1.2 mm thickness and 10-250 mm width and can be used for the production of doctor blades, calipers and creping doctor blades.
  • the nominal compositions of these steel alloys were as follows:
  • Koh ⁇ should lenstoff present in sufficient amounts to give it a basic hardness, sufficient to endure being 'pressed against the paper web or ink application roll, respectively, without suffering permanent deformations in the steel, as well as to form MC carbides during annealing.
  • MC carbides cause a precipitation hardening and thus an improved Abrasion resistance of the edge.
  • the carbon content should therefore be at least 1.0% C and preferably 1.2%.
  • the maximum carbon content is 2.5% C, preferably 2.3% C.
  • Vanadium should be present in the steel in order to form very small MC carbides during the tempering or annealing by precipitation. It is believed that these MC carbides are the main reason for the surprisingly good abrasion resistance of the doctor blades of the present invention.
  • the carbides have a submicroscopic size, which is a maximum size of the order of 1 .mu.m-3 .mu.m. means.
  • the vanadium content should be at least 2.5% V, preferably at least 3.0% V.
  • the vanadium content should not exceed 7% V and preferably the steel contains at most 6.5% vanadium.
  • the chromium content is lower.
  • the chromium content should be at least 4% Cr in order to lend sufficient hardenability to the steel, i. to transform it into martensite during quenching in air or after austenitisation.
  • chromium is also carbide-forming, which is why it competes with vanadium for the carbon in the steel matrix.
  • the chromium content in the steel can be 5%. The nominal proportion is approximately 4.2% Cr.
  • the molybdenum content should be at least 4%, so that it can form MC carbides together with vanadium and can positively contribute to the formation of these carbides. Since molybdenum is present in the MC carbides, they dissolve more easily during austenitization when curing takes place and then form part of the MC carbides formed during annealing. However, the molybdenum content must not be so high that disadvantageous amounts of molybdenum carbides are formed which, like chromium carbides, are unstable and at high temperatures Temperatures are growing. The molybdenum content should therefore be limited to 8% Mo, preferably between 5-7% Mo, in this second embodiment.
  • Molybdenum can be replaced in the usual way completely or partially by twice the amount of tungsten. Tungsten improves the abrasion resistance, increases the hardening temperature and improves the heat resistance. According to this second embodiment, the steel contains 6-7% W, preferably about 6.4-6.5% tungsten.
  • the manganese content in the steel is limited to 1% and, like chromium, contributes to giving the steel the desired hardenability.
  • the manganese content is preferably 0.3% Mn.
  • the silicon content should be at least 0.8% in order to increase the carbon activity in the steel and to accelerate the precipitation of the small vanadium carbides during annealing.
  • the increased carbon activity can also lead to a faster coarsening of the carbides, resulting in a faster softening of the steel.
  • the tempering curve is shifted to the left, and the hardness maximum is shifted upward when the silicon content is high.
  • the steel should not contain more than 0.8% silicon at most and preferably not more than 0.5% silicon.
  • Nickel does not provide any positive contribution to the steel in the desired application field. Nickel may affect the heat treatment of the steel. Therefore, in this second embodiment, the steel is best not containing more nickel than at the impurity level.
  • the steel contains cobalt in an amount of at least 8%.
  • Cobalt improves the hot workability of the steel.
  • cobalt makes the steel more brittle and increases the formation hardening in the cold forming operations. Therefore, the steel should not more than 12% cobalt, preferably not more than 11%. Improved hot workability is not a critical property for the steel, and therefore this second embodiment of the invention essentially does not contain cobalt.
  • the steel contains essentially nothing but iron.
  • Other elements including, for example, aluminum, nitrogen, copper, cobalt, titanium, niobium, sulfur and phosphorus are present in the steel only as impurities or as unavoidable minor elements.
  • the applicator or doctor blade and the creping doctor are produced according to the vor ⁇ underlying invention as follows.
  • An alloy having the desired composition described above and in the claims is prepared using a powder metallurgy process.
  • the powder is mixed in the desired composition and compacted into compact blocks by hot isostatic pressing.
  • the blocks then become Hot rolled strips of thickness of about 3 - 3.5 mm.
  • the strips are cold rolled to a desired thickness of less than 1.2 mm.
  • Alter ⁇ nierend intermediate heating steps can be performed.
  • cold rolling is performed by means of edge supports. When the strip 1 has reached its final thickness T during the cold rolling, it is subsequently hardened and tempered in a continuous process.
  • the cold-rolled strips 1 of the first embodiment are cured using Austenitmaschine at a temperature of 950 ° C - 1050 ° C, followed by quenching between cooling plates to a temperature of 15O 0 C - 25O 0 C and a tempering or Annealing at 550 ° C.-650 ° C.
  • the cold-rolled strips 1 of the second embodiment are Verwen ⁇ dung austenitization at a temperature of 1000 0 C - hardened 1050 0 C, followed by quenching between cooling plates to a temperature of 150 0 C - 25O 0 C and tempering or annealing at 550 0 C - 65O 0 C.
  • the bands 1 can be dyed by annealing in an oxidizing atmosphere.
  • the bands 1 are cut to the correct length and width B, and the edge 10, 20 is processed by sizing and / or grinding to obtain the desired edge profile.
  • the working edge should have a straightness of 0.3 mm / 3000 mm strip length.
  • the flatness should be at least 0.3% of the nominal bandwidth according to the Pilhöjld standard.
  • the bands are characterized by working edges 10, 20, which have improved properties. In particular, they have an increased abrasion resistance in comparison to other tapes available today.
  • the working edge 10, 20 can be hardened by means of local heating of the edge region, for example by means of induction hardening.
  • curing by means of a high energy jet may also be used, for example laser, plasma or electron beam curing, which gives the working edge 10, 20 a certain hardened area which does not affect the straightness of the belt.
  • a laser beam is used for this purpose.
  • the working edge 10, 20 hardened in this way achieves an improved hardness of up to 630 HV, preferably 620 HV.
  • FIGS. 4 and 5 show microscopic enlargements of the microstructure of the working edge 10, 20.
  • the left-hand illustration in FIGS. 4 and 5 shows a structure 30 according to the prior art, which was produced by means of a conventional melting process.
  • the working edge 10, 20 wears, whereby the carbides 34, 36 wear less strongly than the surrounding material 32.
  • the carbides on the surface protrude from the rest of the structure, as in the case of the carbide with the reference numeral 36 is shown.
  • Such incident ⁇ standing carbides produce on the paper surface or the backing roll grooves or stripes in the coating of the paper, so that the blades must be replaced.
  • a structure 40 of a working edge 10, 20 according to the invention is shown on the right side of Fig. 4 and 5, a structure 40 of a working edge 10, 20 according to the invention is shown.
  • the structure 40 has the same steel composition. However, it was produced by means of a powder metallurgical process. This results in fine, well distributed carbides 44 which are embedded in the surrounding structure 42.
  • a working edge 10, 20 with such a structure 40 wears off evenly and without protruding carbides 36 and therefore does not lead to a scoring or banding.
  • the method according to the invention which makes it possible to successfully produce cold-rolled strips with widths of up to 250 mm, makes it possible for a plurality of narrow strips to be produced simultaneously.
  • a wide strip 1 is cut into several narrow strips before the edges 10, 20 are machined. In this way, for example, by means of a single cold rolling operation of a wide band two narrow bands can be obtained.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stahlband 1 zur Herstellung von Streichmessern, Auftragsmessern oder Kreppschabern aufweisend eine Stahlzusammensetzung umfassend in Gewichtsprozent 1 - 3 % C, 4 - 10 % Cr, 1 - 8 % Mo, 2,5 - 10 % V und der Rest im Wesentlichen Eisen und Verunreinigungen in normalen Verhältnissen, wobei das Stahlband 1 unter Verwendung eines pulvermetallurgischen Verfahrens hergestellt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung Streichmesser, Auftragsmesser oder Kreppschaber aus diesem Stahlband, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Description

Stahlband für Streichmesser, Auftragsmesser und Kreppschaber und pul¬ vermetallurgisches Verfahren zu ihrer Herstellung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein kaltgewalztes Stahlband mit einer Dicke von 0,05 - 1,2 mm, das als Material zur Herstellung von Streichmesser, Auftragsmesser und Kreppschaber verwendet wird.
Stand der Technik
In der Papierindustrie werden Auftragsmesser oder Streichmesser in Form von dünnen, langen Messern verwendet, um die Papierbahn mit einer Streichmasse zu beschichten. Diese Messer werden gegen die sich bewegende Papierbahn ge- presst, wobei gewöhnlich durch eine Gegenwalze oder ein Messer an der entge¬ gengesetzten Seite der Papierbahn ein Gegendruck vorgesehen wird, wenn eine beidseitige Beschichtung durchgeführt werden soll. Das Auftragsmesser muss ge¬ rade sein, wenn eine gleichmäßige Beschichtung bester Qualität erzielt werden soll. Die übliche Spezifikation besagt, dass die bearbeitete Kante des Auftrags¬ messers nicht mehr als 0,3 mm pro 3000 mm Auftragsmesserlänge von der voll¬ ständigen Geradheit abweichen darf.
Um diese Anforderungen zu erfüllen, muss eine Stahllegierung ausgewählt wer- den, die verhindert, dass sich die Bänder wahrend des Härtens und Anlassens ver¬ formen, wenn die Stahlbänder diesen Verfahren unterzogen werden. Es ist be¬ kannt, dass Legierungsstähle in uieser Hinsicht mehr Probleme als unlegierte Stahle aufwerfen, und dies gilt insbesondere für Stahllegierungen, die mehrere verschiedene, miteinander in Wechselwirkung tretende Legierungselemente ent- halten. Folglich ist das üblichste Material für Auftragsmesser immer noch Koh- lenstoffstahl. Eine typische Zusammensetzung solch eines Stahls ist beispielswei¬ se (in Gew. %) 1,00 % C, 0,30 % Si, 0,40 % Mn, 0,15 % Cr und der Rest Eisen und Verunreinigungen in normalen Anteilen. Zur Herstellung von Auftragsmes- sern wird auch martensitischer rostfreier Stahl verwendet, z.B. der Stahl mit der Zusammensetzung (in Gew. %) 0,38 % C, 0,5 % Si, 0,55 % Mn, 13,5 % Cr, 1,0 Mo und der Rest Eisen und Verunreinigungen in normalen Anteilen.
hi der Papierindustrie werden Kreppschaber unter den gleichen Bedingungen wie oben beschrieben eingesetzt, um einen bestimmtes Kreppen des Papier zu erhal- ten. Auf die Geradheit der Arbeitskante werden dabei ebenfalls hohe Anforderun¬ gen gestellt.
Li der Druckindustrie werden ebenfalls bandförmige Streichwerkzeuge verwen¬ det, welche als Spachtel bekannt sind. Sie ähneln den in der Papierindustrie ver- wendeten Auftragsmessern. Diese Spachtel müssen ebenfalls hohen Anforderun¬ gen bezüglich ihrer Geradheit genügen. Sowohl bei den Spachteln als auch bei Auftragsmessern wird das gleiche Material verwendet.
Auftragsmesser werden bei Verwendung von scheuernden Pigmenten in dem Ma- terial, das auf die Papieroberfläche aufgebracht wird, sowie durch das Basispapier stark beansprucht und an der Kante abgenutzt. Streichmesser werden durch die Farbpigmente in der Auftragstinte, die von den Streichmessern aufgebracht wer¬ den, ebenfalls stark beansprucht. Demnach ist wünschenswert, dass sowohl Auf¬ tragsmesser als auch Streichmesser eine hohe Abriebfestigkeit und folglich eine hohe Lebensdauer aufweisen.
Allerdings genügen weder Streichmesser aus Kohlenstoffstahl noch solche aus martensitischem rostfreien Stahl dieser Anforderung. Folglich ist es gängige Pra¬ xis, die Messer in der Papiermaschine bereits nach wenigen Betriebsstunden aus- zutauschen. Dies ist natürlich insbesondere aufgrund der Produktionsausfälle während des Austausches der Messer nachteilig. In der EP 0 672 761 Bl wird ein Stahl beschrieben, der die folgende Zusammen¬ setzung aufweist (in Gew. %) 0,46 % - 0,70 % C, 0,2 % - 1,5 % Si, 0,1 % - 2,0 % Mn, 1,0 % - 6,0 % Cr, 0,5 % - 5 % Mo, 0,5 % - 1,5 % V, max. 0,01 % B, max. 1,0 % Ni, max. 0,2 % Nb und der Rest Eisen und Verunreinigungen in den normalen Anteilen. Der Stahl ist für die Produktion von dünnen kaltgewalzten Bändern ge¬ eignet und kann in seinem gehärteten und getemperten Zustand für die Herstel¬ lung von Auftrags- und/oder Streichmessern verwendet werden. Der Kaltwalz¬ vorgang umfasst einen Härteschritt mit einer Austenitisierung bei 1000° C gefolgt von einem Temperschritt in einem Bleibad bei einer Temperatur zwischen 240° C und 270° C. Auftrags- und/oder Streichmesser aus diesem Material weisen einen gute Abrieb festigkeit und Geradheit auf und ihre Lebensdauer liegt bei 12 - 16 Stunden.
Es ist weiterhin bekannt, dass die Abriebfestigkeit von legiertem Stahl höher als von nichtlegiertem Stahl sein kann. Dies ist bei bestimmten Werkzeug- und Bau¬ stahlen vorteilhaft. Einige Beispiele dafür sind die in der JP- A-61/41749 sowie in der US 4 743 426 und der US 2 565 264 beschriebenen Legierungsstähle, die für Führungsstifte in Kunststoffformen bzw. Warmumformstähle z.B. für Düsen zur Aluminiumextrusion bei hohen Temperaturen sowie für Turbinenschaufeln, Schmiedewerkzeuge, Schneidwerkzeuge und ähnliche Produkte gedacht sind, und aus Block- oder Stangenmaterial hergestellt werden. Allerdings wurden Stahlle¬ gierungen dieser Art nicht zur Herstellung von dünnen, kaltgewalzten, gehärteten und angelassenen Bändern für Auftrags- und Streichmesser sowie für Kreppscha¬ ber verwendet, vermutlich weil während des Kaltwalzens und der Wärmebehand- lung des Bandes größere Probleme entstehen können, die zur Rissbildung, Abwei¬ chungen von der Geradheit und ähnlichen Mängeln fuhren können, womit das Material für Auftrags- und/oder Streichmesser oder Kreppschaber ungeeignet ist.
Ein bereits bekanntes Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer der Streichmesser liegt darin, die Kanten mit einer Keramikschicht zu beschichten. Dadurch wird die effektive Lebensdauer der Streichmesser deutlich erhöht. Die keramikbeschichte- ten Streichmesser sind allerdings sehr teuer und werden deshalb nicht so häufig eingesetzt.
In einem weiteren unterschiedlichen Ansatz, der in der WO 02/35002 beschrieben wird, wird eine Bimetall-Streichklinge vorgeschlagen. In diesem Fall besteht das Trägerband der Streichklinge aus einem zähelastischen Stahl auf den einen abrieb¬ festen Streifen aus HSS aufgebracht wird, um die Standfestigkeit der Streichklin- ge zu erhöhen. Diese Bimetall-Streichklingen weisen aufgrund der Materialunter¬ schiede Nachteile bezüglich der Festigkeit im Übergang Trägerband - Kante auf. Weiterhin ist solch eine Bimetall-Streichklinge sehr aufwendig in der Herstellung und dementsprechend teuer.
Um die Lebensdauer solcher Auftragsmesser und Streichmesser zu erhöhen ist es denkbar, den Gehalt der karbidbildenden Komponenten, beispielsweise Molybdän (Mo), Vanadium (Va), Chrom (Cr) oder Wolfram (W) und Kohlenstoff im ent¬ sprechenden Verhältnis zu erhöhen. Jedoch neigen diese Komponenten während dem konventionellen Herstellungsverfahren beim Erstarren der Schmelze dazu, große Karbidkristalle im Stahl zu bilden.
Solche großen Karbidkristalle sind allerdings in Auftragsmessern und Streichmes¬ sern unerwünscht, da sich während der Verwendung der Messer das Material um die harten Karbidkristalle herum stärker abnutzt, als die Karbidkristalle selbst. Daher treten nach einer gewissen Nutzungsdauer an der Arbeitskante der Messer die Karbidkristalle aus dem umgebenden Stahl hervor. Dies kann zu unerwünsch- ten Rillen in der Papieroberfläche oder Streifen in der Beschichtung des Papiers führen. Ferner kann durch besagte Karbidkristalle die üblicherweise mit Kunst¬ stoffbeschichtete Gegenwalze beschädigt werden.
Auftragsmesser und Streichmesser werden zunächst aus einem Block in ein Warmband warmgewalzt, das dann zu einem Stahlband mit einer Dicke von 0,05 mm — 1,2 mm und einer Breite von 10 mm - 250 mm kaltgewalzt wird. Konven- tionell hergestellte Stahlbänder mit hohem Karbidgehalt weisen allerdings eine begrenzte Kaltumformbarkeit auf. Sie neigen zum Verspröden, so dass Stahlbän¬ der nach der Umformung oft Risse zeigen, wenn sie auf die o.g. Dimensionen kaltumgeformt werden.
Daher ist es das Problem der vorliegenden Erfindung ein Stahlband zur Herstel¬ lung von Auftragsmesser, Streichmesser und Kreppklingen bereitzustellen, die ei¬ ne verbesserte Lebensdauer aufweisen und dennoch kostengünstig hergestellt werden können.
Zusammenfassung der Erfindung
Das oben genannte Problem wird gelöst durch ein Stahlband gemäß Patentan¬ spruch 1, Auftragsmesser, Streichmesser oder Kreppschaber nach einem der An¬ sprüche 25 - 26 oder durch ein Verfahren zur Herstellung derselben gemäß Pa- tentanspruch 28.
Im speziellen wird das Problem gelöst durch ein Stahlband zur Herstellung von Streichmessern, Auftragsmessern oder Kreppschabern aufweisend eine Stahlzu¬ sammensetzung umfassend in Gewichtsprozent
1 - 3 % C
4 - 10 % Cr
1 - 8 % Mo
2,5 - 10 % V
und der Rest im Wesentlichen Eisen und Verunreinigungen in normalen
Verhältnissen, wobei
das Stahlband unter Verwendung eines pulvermetallurgischen Verfahrens herge- stellt wird. Durch das pulvermetallurgische Herstellungsverfahren kann ein Stahl der obigen Zusammensetzung hergestellt werden, der einen hohen Karbidanteil aufweist, a- ber dennoch ohne zu Verspröden und ohne Rissbildung zu einem Stahlband für Streichmesser, Auftragsmesser oder Kreppschaber umgeformt werden kann. Im Folgenden werden Streichmesser, Auftragsmesser und Kreppschaber unter dem Begriff "Messer" zusammengefasst. Weiterhin weist ein erfindungsgemäßes Stahlband sehr viele kleine Karbidkristalle auf, so dass sich die daraus hergestell¬ ten Messer an ihrer Kante gleichmäßig abnutzen und keine Riefenbildung im Pa¬ pier oder Streifenbildung in der Papierbeschichtung auftritt. Zusätzlich weisen Messer aus dem erfindungsgemäßen Stahlband eine hohe Verschleißfestigkeit auf, ohne dass ein aufwendiges und teures Herstellungsverfahren verwendet wurde. Die Festigkeitsnachteile, die bei einer Bimetallsteichklinge auftreten, können bei dem einheitlichen Material des erfindungsgemäßen Stahlbandes nicht auftreten.
Bevorzugt weist das Stahlband gemäß eine Dicke von 0,05 - 1,2 mm, und / oder eine Breite von 10 - 250 mm auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Stahlband unter Verwendung ei¬ nes Kaltwalzverfahrens hergestellt. Durch die Feinkörnigkeit des Gefüges wird das Kaltwalzen auf die oben genannte. Dimensionen erst ermöglich.
Weitere Bestandteile der Stahlzusammensetzung ergeben sich aus den Unteran¬ sprüchen. In bevorzugten Ausführungsformen weist die Stahlzusammensetzung kumulativ oder alternativ die folgenden Komponenten in den folgenden Ge- wichtsanteilen auf:
1,5 - 3 % C;
Spuren bis zu einem Maximum von 1,1 % Si, bevorzugt 0,8 - 1,1 % Si und noch bevorzugter 1,0 % Si;
Spuren bis zu einem Maximum von 1 % Mn, bevorzugt 0,4 - 0,5 % Mn; Nicht mehr als Verunreinigungen von W;
Anstelle vom Mo 2 - 16 % W;
Nicht mehr als Verunreinigungen von Co;
Spuren bis zu einem Maximum von 12 % Co;
6 - 10 % Cr, bevorzugt 6,5 - 8,5 % Cr;
1 - 2 % Mo, bevorzugt 1,5 % Mo;
4 - 10 % V;
1,0 - 2,5 % C, bevorzugt 1,2 - 2,3 % C;
1 % Si, bevorzugt 0,5 % Si;
Spuren bis zu einem Maximum von 1 % Mn, bevorzugt 0,3 % Mn;
4 - 5 % Cr, bevorzugt 4,2 % Cr;
4 - 8 % Mo, bevorzugt 6 - 7% Mo;
6 - 7 % W, bevorzugt 6,4 - 6, 5 % W;
2 - 7 % V, bevorzugt 3,0 - 6,5 % V; und / oder
7 - 12% Co, bevorzugt 8 - 11 % Co. Bevorzugt weist das Stahlband eine Arbeitskante auf, die eine Härte von 500 - 600 HV, bevorzugt 575 - 585 HV und /oder eine Geradheit von 0,3 mm / 3000 mm Bandlänge aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Arbeitskante gehärtet, bevorzugt Laser¬ strahl-gehärtet. Dies hat den Vorteil, dass ohne Verwendung einer Vakuumumge¬ bung ein sehr gezieltes Einbringen von Wärmeenergie in den Werkstoff möglich wird.
Ein Auftragsmesser, hergestellt aus einem erfindungsgemäßen Stahlband weist bevorzugt eine Dicke von 0,25 - 0,64 mm auf. Ein Streichmesser, hergestellt aus einem erfindungsgemäßen Stahlband weist bevorzugt eine Dicke von 0,15 - 1,0 mm auf. Ein Kreppschaber, hergestellt aus einem erfindungsgemäßen Stahlband weist bevorzugt eine Dicke von 0,25 - 1,2 mm auf.
Das oben genannte Problem wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung von Auftragsmessern, Streichmessern oder Kreppschabern gelöst, wobei das Ver¬ fahren die folgenden Schritte in dieser Reihenfolge aufweist:
a) pulvermetallurgische Herstellung eines Stahlblocks mit einer erfindungs- gemäßen Stahlzusammensetzung;
b) Warmwalzen des Stahlblocks zu einem Stahlband; und
c) Kaltwalzen des Stahlbandes zu einem Band mit einer Dicke von maximal
1,2 mm.
Bevorzugt wird der Schritt des Kaltwalzens mittels Kantenstützen (edge Supports) durchgeführt. In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform wird nach dem Schritt des Kalt¬ walzens ein Härteschritt bei einer Temperatur von 950 - 1050 °C durchgeführt, gefolgt von einem Temperschritt bei einer Temperatur von 550 - 650°C.
Bevorzugt läuft das Kaltwalzen, das Härten und das Tempern in einem kontinuier¬ lichen Prozess ab.
Weiterhin bevorzugt umfasst der Härteschritt einen Abkühlschritt, wobei das Band zwischen Kühlplatten auf eine Temperatur von 150 - 25O0C abgekühlt wird.
Bevorzugt wird die Arbeitskante des Bandes gehärtet, bevorzugt mittels eines Lasterstrahls.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Stahlban¬ des im aufgerollten Zustand;
Fig. 2 eine dreidimensionale Ansicht eines Teilschnittes eines erfindungsgemä¬ ßen Stahlbandes zur Verdeutlichung einer ersten Kantenform;
Fig. 3 eine dreidimensionale Ansicht eines Teilschnittes eines erfindungsgemä- ßen Stahlbandes zur Verdeutlichung der Abmessungen und einer zweiten
Kantenform;
Fig. 4 zwei schematische dreidimensionale mikroskopisch vergrößerte Teil¬ schnitte des Kantenmaterials eines Stahlbandes, wobei links ein Stahlband * des Standes der Technik und rechts ein erfindungsgemäßes Stahlband dar¬ gestellt ist; und Fig. 5 zwei mikroskopisch vergrößerte Schliffbildaurhahmen des Kantenmateri¬ als eines Stahlbandes, wobei links ein Stahlband des Standes der Technik und rechts ein erfϊndungsgemäßes Stahlband dargestellt ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausfuhrungsformen
Im folgenden werden bevorzugte Ausruhrungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert.
Wie oben erwähnt, betrifft die Erfindung die Verwendung einer besonderen Stahl¬ legierung mit einer speziellen Zusammensetzung zur Herstellung von Messern (Auftrags- und Streichmesser, Schaber, Kreppschaber, Klingen, Rakel, Abstreifer) in Form von kaltgewalzten, gehärteten und angelassenen Bändern.
Fig. 1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines erfmdungs gemäßen Stahlbandes 1 im aufgerollten Zustand, wie es für den Versand vorgesehen ist. Die Fig. 3 ver¬ deutlicht die Abmessungen. Typischerweise liegt die Breite B zwischen 10 und 250 mm, während die Dicke der Auftragsmesser zwischen 0,05 und 1,2 mm und in einem typischen Fall zwischen 0,25 - 0,64 mm liegt. Für Streichmesser liegt die Dicke in einem typischen Fall zwischen 0,15 und 1,0 mm. Kreppschaber weisen eine typische Dicke von 0,25 - 1,2 mm auf.
Wie in Fig. 3 dargestellt kann die bearbeitete Kante 20 einer Klinge entweder ge¬ rade sein, also einen 90° Winkel aufweisen. Die Kante 10 kann aber auch abge- schrägt sein, wie in Fig. 2 dargestellt. Dies ist eine Kantenform, die gleicherma¬ ßen für Auftrags- als auch für Streichmesser verwendet wird.
Der Gehalt der verschiedenen Legierungselemente und ihre Bedeutung für den Stahl für dieses besondere Anwendungsgebiet wird im folgenden im einzelnen er- läutert. 1. Ausführungsform
Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sollte Kohlen¬ stoff im Stahl in ausreichenden Mengen vorliegen, um ihm eine Grundhärte zu verleihen, die ausreicht, damit er dem Andruck gegen die Papierbahn bzw. die Tintenauftragswalze standhält, ohne dauerhaften Verformungen unterzogen zu werden, sowie um während des Temperns bzw. Anlassens MC-Karbide zu bilden. MC-Karbide bewirken eine Ausscheidungshärtung und damit eine verbesserte Abriebfestigkeit der Kante. Der Kohlenstoffgehalt sollte folglich wenigstens bei 1 % C und bevorzugt bei 1,50 % liegen. Der maximale Kohlenstoffgehalt liegt bei 3 % C.
Vanadium sollte in dem Stahl vorliegen, um während des Temperns bzw. Anlas¬ sens durch Ausscheidung sehr kleine MC-Karbide zu bilden. Man nimmt an, dass diese MC-Karbide der Hauptgrund für die überraschend gute Abriebfestigkeit der erfindungsgemäßen Streichmesser sind. Die Karbide weisen eine submikroskopi¬ sche Größe auf, was eine maximale Größe in der Größenordnung zwischen 1 und 3 μm bedeutet. Um einen ausreichend hohen Volumenanteil an MC-Karbiden be¬ reitzustellen, sollte der Vanadiumgehalt wenigstens 4 % V betragen. Der Vanadi¬ umgehalt sollte 10 % V nicht überschreiten.
Der Chromgehalt sollte wem'gstens 6 % Cr, bevorzugt wenigstens 6,5 % Cr betra¬ gen, um dem Stahl eine ausreichende Härtbarkeit zu verleihen, d.h. um ihn wah¬ rend des Abschreckens an Luft oder nach der Austenitisierung in Martensit umzu¬ formen. Allerdings ist Chrom auch karbidbildend, weshalb es mit Vanadium um den Kohlenstoff in der Stahlmatrix konkurriert. Je höher der Chromgehalt ist, des¬ to weniger stabil sind die Vanadiumkarbide. Allerdings bilden Chromkarbide nicht die Ausscheidungshärtung, die wünschenswert ist und von dem Vanadium in den oben erwähnten Mengen gebildet werden kann. Chrom in größeren Men¬ gen erzeugt auch ein höheres Risiko an zurückbleibendem Austenit. Daher ist der Chromgehalt in dem Stahl auf 10 %, bevorzugt auf höchstens 8,5 % begrenzt. Der Molybdängehalt sollte wenigstens 1 % betragen, so dass es zusammen mit Vanadium MC-Karbide bilden kann und positiv zur Bildung dieser Karbide bei¬ tragen kann. Da in den MC-Karbiden Molybdän vorliegt, lösen sich diese wäh¬ rend der Austenitisierung leichter, wenn die Härtung stattfindet, und sie bilden dann ein Teil der während des Anlassens gebildeten MC-Karbide. Der Molybdän¬ gehalt darf allerdings nicht so hoch sein, dass nachteilige Mengen von Molybdän¬ karbiden gebildet werden, die wie Chromkarbide instabil sind und bei hohen Temperaturen wachsen. Der Molybdängehalt sollte deshalb auf 2 %, bevorzugt auf 1,5 % begrenzt sein.
Molybdän kann auf übliche Weise vollständig oder teilweise durch die doppelte Menge an Wolfram ersetzt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sollte die Legierungszusammensetzung deshalb kein Wolfram aufweisen, das über ein Verunreinigungsniveau hinausgeht.
Der Mangangehalt in dem Stahl ist auf 1 % begrenzt und trägt wie Chrom dazu bei, dem Stahl die gewünschte Härtbarkeit zu verleihen. Der Mangangehalt be¬ trägt vorzugsweise 0,4 - 0.5% Mn.
Der Siliziumgehalt sollte wenigstens 0,8 % betragen, um die Kohlenstoffaktivität im Stahl zu erhöhen und die Ausscheidung der kleinen Vanadiumkarbide wahrend des Anlassens zu beschleunigen. Die erhöhte Kohlenstoffaktivität kann allerdings auch zu einer schnelleren Vergröberung der Karbide führen, woraus sich eine schnellere Aufweichung des Stahls ergibt. Mit anderen Worten wird die Anlass- kurve nach links verschoben, und das Härtemaximum wird nach oben verschoben, wenn der Siliziumgehalt hoch ist. Der Stahl sollte allerdings nicht mehr als höchs¬ tens 1,1 % Silizium und bevorzugt höchstens 1,0 % Silizium enthalten.
Nickel liefert keinerlei positiven Beitrag zu dem Stahl in dem gewünschten An- Wendungsgebiet. Möglicherweise beeinträchtigt Nickel die Wärmebehandlung des Stahls. Deshalb enthält der Stahl am besten nicht mehr Nickel als auf Verunreini¬ gungsniveau.
Ansonsten enthält der Stahl in wesentlichen nichts als Eisen. Weitere Elemente, einschließlich beispielsweise Aluminium, Stickstoff, Kupfer, Kobalt, Titan, Niob, Schwefel und Phosphor liegen in dem Stahl nur als Verunreinigungen vor oder als unvermeidliche Nebenelemente.
In dieser ersten Ausführungsform wurden drei verschiedene Stahllegierungen pul- vermetallurgisch hergestellt, kaltgewalzt und mit guten Ergebnissen getestet. Die drei Legierungen wurden zu dünnen Bändern mit einer Dicke von 0,05 - 1,2 mm und einer Breite von 10 - 250 mm kaltgewalzt und können für die Herstellung von Streichmessern, Auftragsmessern und Kreppschabern verwendet werden. Die nominalen Zusammensetzungen dieser Stahllegierungen betrugen wie folgt:
1,5 % C, 1 % Si, 0,4 % Mn5 8 % Cr5 1,5 % Mo5 4 % V und der Rest Eisen und un¬ vermeidbare Verunreinigungen.
2,1 % C, 1 % Si, 0,4% Mn, 6,8 % Cr5 1,5% Mo, 5,4% V und der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
2,9 % C, 1 % Si, 0,5 % Mn, 8 % Cr, 1,5 % Mo, 9,8 % V und der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
2. Ausführungsform
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sollte Koh¬ lenstoff im Stahl in ausreichenden Mengen vorliegen, um ihm eine Grundhärte zu verleihen, die ausreicht, damit er dem' Andruck gegen die Papierbahn bzw. die Tintenauftragswalze standhält, ohne dauerhaften Verformungen unterzogen zu werden, sowie um während des Temperns bzw. Anlassens MC-Karbide zu bilden. MC-Karbide bewirken eine Ausscheidungshärtung und damit eine verbesserte Abriebfestigkeit der Kante. Der Kohlenstoffgehalt sollte folglich wenigstens bei 1,0 % C und bevorzugt bei 1,2 % liegen. Der maximale Kohlenstoffgehalt liegt bei 2,5 % C bevorzugt bei 2,3% C.
Vanadium sollte in dem Stahl vorliegen, um während des Temperns bzw. Anlas¬ sens durch Ausscheidung sehr kleine MC-Karbide zu bilden. Man nimmt an, dass diese MC-Karbide der Hauptgrund für die überraschend gute Abriebfestigkeit der erfindungsgemäßen Streichmesser sind. Die Karbide weisen eine submikroskopi¬ sche Größe auf, was eine maximale Größe in der Größenordnung von 1 μm - 3 μm. bedeutet. Um einen ausreichend hohen Volumenanteil an MC-Karbiden bereitzu¬ stellen, sollte der Vanadiumgehalt wenigstens 2,5 % V betragen, bevorzugt min¬ destens 3,0 % V. Der Vanadiumgehalt sollte 7 % V nicht überschreiten und be¬ vorzugt enthält der Stahl höchstens 6,5% Vanadium.
In dieser Ausführungsform ist der Chromgehalt niedriger. Der Chromgehalt sollte wenigstens 4 % Cr betragen, um dem Stahl eine ausreichende Härtbarkeit zu ver¬ leihen, d.h. um ihn wahrend des Abschreckens an Luft oder nach der Austenitisie- rung in Martensit umzuformen. Allerdings ist Chrom auch karbidbildend, weshalb es mit Vanadium um den Kohlenstoff in der Stahlmatrix konkurriert. Je höher der Chromgehalt ist, desto weniger stabil sind die Vanadiumkarbide. Der Chromge¬ halt in dem Stahl kann 5 % betragen. Der nominale Anteil liegt bei ungefähr 4,2 % Cr.
Der Molybdängehalt sollte wenigstens 4 % betragen, so dass es zusammen mit Vanadium MC-Karbide bilden kann und positiv zur Bildung dieser Karbide bei¬ tragen kann. Da in den MC-Karbiden Molybdän vorliegt, lösen sich diese wäh¬ rend der Austenitisierung leichter, wenn die Härtung stattfindet, und sie bilden dann ein Teil der wahrend des Anlassens gebildeten MC-Karbiden. Der Molyb¬ dängehalt darf allerdings nicht so hoch sein, dass nachteilige Mengen von Molyb- dänkarbiden gebildet werden, die wie Chromkarbide instabil sind und bei hohen Temperaturen wachsen. Der Molybdängehalt sollte deshalb in dieser zweiten Aus¬ fuhrungsform auf 8 % Mo, bevorzugt zwischen 5-7 % Mo begrenzt sein.
Molybdän kann auf übliche Weise vollständig oder teilweise durch die doppelte Menge an Wolfram ersetzt werden. Wolfram verbessert die Abriebfestigkeit, er¬ höht die Härtetemperatur und verbessert die Wärmebeständigkeit. Gemäß dieser zweiten Ausfuhrungsforrn enthält der Stahl 6 - 7 % W, bevorzugt ungefähr 6,4 - 6, 5 % Wolfram.
Der Mangangehalt in dem Stahl ist auf 1 % begrenzt und trägt wie Chrom dazu bei, dem Stahl die gewünschte Härtbarkeit zu verleihen. Der Mangangehalt be¬ trägt vorzugsweise 0,3 % Mn.
Der Siliziumgehalt sollte wenigstens 0,8 % betragen, um die Kohlenstoffaktivität im Stahl zu erhöhen und die Ausscheidung der kleinen Vanadiumkarbide wahrend des Anlassens zu beschleunigen. Die erhöhte Kohlenstoffaktivität kann allerdings auch zu einer schnelleren Vergröberung der Karbide führen, woraus sich eine schnellere Aufweichung des Stahls ergibt. Mit anderen Worten wird die Anlass¬ kurve wird nach links verschoben, und der Härtemaximum wird nach oben ver- schoben, wenn der Siliziumgehalt hoch ist. Der Stahl sollte allerdings nicht mehr als höchstens 0,8 % Silizium und bevorzugt höchstens 0,5 % Silizium enthalten.
Nickel liefert keinerlei positiven Beitrag zu dem Stahl in dem gewünschten An¬ wendungsgebiet. Möglicherweise beeinträchtigt Nickel die Wärmebehandlung des Stahls. Deshalb enthält der Stahl in dieser zweiten Ausführungsform am besten nicht mehr Nickel als auf Verunreinigungsniveau.
Gemäß dieser zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Stahl Kobalt in einer Menge von zumindest 8 %. Kobalt verbessert die Warmum- formbarkeit des Stahls. Jedoch macht Kobalt den Stahl spröder und erhöht die De¬ formationshärtung in den Kaltumformvorgängen. Daher sollte der Stahl nicht mehr als 12 % Kobalt aufweisen, bevorzugt nicht mehr als 11 %. Eine verbesserte Warmumformbarkeit ist für den Stahl keine kritische Eigenschaft und daher ent¬ hält diese zweite Ausführungsform der Erfindung im Wesentlichen kein Kobalt.
Ansonsten enthält der Stahl in wesentlichen nichts als Eisen. Weitere Elemente, einschließlich beispielsweise Aluminium, Stickstoff, Kupfer, Kobalt, Titan, Niob, Schwefel und Phosphor liegen in dem Stahl nur als Verunreinigungen vor oder als unvermeidliche Nebenelemente.
In dieser zweiten Ausführungsform wurden drei verschiedene Stahllegierungen pulvermetallurgisch hergestellt, kaltgewalzt und mit guten Ergebnissen getestet. Die drei Legierungen wurden zu dünnen Bändern mit einer Dicke von 0,05 - 1,2 mm und einer Breite von 10 - 250 mm kaltgewalzt und können für die Herstel¬ lung von Messern verwendet werden. Die nominalen Zusammensetzungen dieser Stahllegierungen betrugen wie folgt:
1,28 % C, 0,5 % Si, 0,3 % Mn, 4,2 % Cr, 5 % Mo, 6,4 % W, 3,1 % V und der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
1,28 % C, 0,5 % Si, 0,3 % Mn, 4,2 % Cr, 5 % Mo, 6,4 % W, 5,4 % V, 8,5 % Co und der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
2,3 % C, 0,5 % Si, 0,3 % Mn, 4,2 % Cr, 7 % Mo, 6,5 % W, 6,5 % V, 10,5 % Co und der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
Die Auftrags- oder Streichmesser sowie die Kreppschaber werden nach der vor¬ liegenden Erfindung wie folgt hergestellt. Eine Legierung mit der oben und in den Patentansprüchen beschriebenen gewünschten Zusammensetzung wird unter Verwendung eines pulvermetallurgischen Verfahrens hergestellt. Dabei wird das Pulver in der gewünschten Zusammensetzung gemischt und zu kompakten Blö¬ cken durch heißes isostatisches Pressen verdichtet. Die Blöcke werden dann zu Streifen einer Dicke von ungefähr 3 - 3,5 mm heißgewalzt. Dann werden die Streifen auf eine gewünschte Dicke von weniger als 1,2 mm kaltgewalzt. Alter¬ nierend können Zwischenheizschritte durchgeführt werden. Um Kantenrisse an den Bändern 1 zu vermeiden wird bei der Verringerung der Dicke von ungefähr 3,5mm auf 1 mm das Kaltwalzen mittels Kantenstützen durchgeführt. Wenn das Band 1 während des Kaltwalzens seine endgültige Dicke T erreicht hat, wird es anschließend in einem kontinuierlichen Vorgang gehärtet und angelassen bzw. ge¬ tempert.
Die kaltgewalzten Bänder 1 der ersten Ausführungsform werden unter Verwen¬ dung der Austenitisierung bei einer Temperatur von 950°C - 1050°C gehärtet, ge¬ folgt von einem Abschrecken zwischen Kühlplatten auf eine Temperatur von 15O0C - 25O0C und einem Anlassen bzw. Tempern bei 5500C - 6500C.
Die kaltgewalzten Bänder 1 der zweiten Ausführungsform werden unter Verwen¬ dung der Austenitisierung bei einer Temperatur von 10000C - 10500C gehärtet, gefolgt von einem Abschrecken zwischen Kühlplatten auf eine Temperatur von 1500C - 25O0C und einem Anlassen bzw. Tempern bei 5500C - 65O0C.
Darauf folgt ein Bürsten der Oberflächen der Bänder 1. Wenn gewünscht können die Bänder 1 durch Anlassen in oxidierender Atmosphäre gefärbt werden. Die Bänder 1 werden auf die korrekte Länge und Breite B zugeschnitten, und die Kan¬ te 10, 20 wird durch Schlichten und/oder Schleifen bearbeitet, um das gewünschte Kantenprofil zu erhalten.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens konnten kaltgewalzte Bänder mit einer Breite bis zu 250 mm hergestellt werden, ohne auf eine ausreichende Geradheit der Arbeitskante verzichten zu müssen. Aber auch die Flachheit des Bandes ist von entscheidender Wichtigkeit. Die Arbeitskante sollte eine Geradheit von 0,3 mm / 3000 mm Bandlänge aufweisen. Die Flachheit sollte gemäß dem Pilhöjld Standard zumindest 0,3% der nominalen Bandbreite betragen. Darüber hinaus sind die Bänder durch Arbeitskanten 10, 20 gekennzeichnet, die verbesserte Eigenschaften aufweisen. Insbesondere weisen sie eine erhöhte Ab¬ reibfestigkeit im Vergleich zu anderen, heute erhältlichen Bändern auf.
Gemäß einer alternativen Ausfuhrungsform kann die Arbeitskante 10, 20 mittels lokaler Erwärmung des Kantenbereichs gehärtet werden, beispielsweise mittels Induktionshärten. Vorzugsweise kann auch eine Härten mittels eines hochenerge¬ tischen Strahls verwendet werden, beispielsweise Laser-, Plasma- oder Elektro- nenstrahlhärten, was der Arbeitskante 10, 20 einen bestimmten gehärteten Bereich verleiht, der nicht die Geradheit des Bandes beeinträchtigt. Bevorzugt wird hierzu ein Laserstrahl eingesetzt. Die Arbeitskante 10, 20, die auf diese Weise gehärtet wurde, erreicht eine verbesserte Härte von bis zu 630 HV vorzugsweise 620 HV.
Weiterhin weist die Arbeitskante 10, 20 eines erfindungsgemäßen Stahlbandes durch das pulvermetallurgische Herstellungsverfahren ein besonders feines Gefü- ge auf. In Fig. 4 und 5 sind mikroskopische Ausschnittsvergrößerungen des Gefü- ges der Arbeitskante 10, 20 dargestellt. Die linke Abbildung in den Fig. 4 und 5 zeigt ein Gefüge 30 gemäß dem Stand der Technik, das mittels eines gewöhnli- chen Schmelzverfahrens hergestellt wurde. Es sind schematisch große harte Kar¬ bide 34, 36 dargestellt, die in einer umgebenden Legierung 32 eingebettet sind. Nach einer gewissen Verwendungsdauer verschleißt die Arbeitskante 10, 20, wo¬ bei die Karbide 34, 36 weniger stark verschleißen als das umgebende Material 32. Dadurch stehen die Karbide an der Oberfläche aus dem restlichen Gefüge hervor, wie dies bei dem Karbid mit dem Bezugszeichen 36 dargestellt ist. Solche hervor¬ stehenden Karbide erzeugen auf der Papieroberfläche oder der Gegenwalze Riefen oder Streifen in der Beschichtung des Papiers, so dass die Messer ausgetauscht werden müssen.
Auf der rechten Seite der Fig. 4 und 5 ist ein Gefüge 40 einer erfindungsgemäßen Arbeitskante 10, 20 dargestellt. Das Gefüge 40 weist die gleiche Stahlzusammen- setzung wie das Gefüge 30 auf, jedoch wurde es mittels eines pulvermetallurgi¬ schen Verfahrens hergestellt. Dadurch entstehen feine, gut verteilte Karbide 44, die in dem umgebenden Gefüge 42 eingebettet sind. Eine Arbeitskante 10, 20 mit solch einem Gefüge 40 nutzt sich gleichmäßig und ohne hervorstehende Karbide 36 ab und führt daher nicht zu einer Riefen- oder Streifenbildung.
Das erfindungsgemäße Verfahren, das es erlaubt kaltgewalzte Bänder mit Breiten bis zu 250 mm erfolgreich herzustellen, macht es möglich, dass mehrere schmale¬ re Streifen gleichzeitig hergestellt werden können. In diesem Fall wird ein breiter Streifen 1 in mehrere schmale Streifen geschnitten, bevor die Kanten 10, 20 bear¬ beitet werden. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise mittels eines einzigen Kaltwalzvorgangs aus einem breiten Band zwei schmale Bänder erhalten.

Claims

Patentansprüche
1. Stahlband (1) zur Herstellung von Streichmessern, Auftragsmessern oder Kreppschabern aufweisend:
a) eine Stahlzusammensetzung umfassend in Gewichtsprozent
1 - 3 % C 4 - 10 % Cr 1 - 8 % Mo
2,5 - 10 % V
und der Rest im Wesentlichen Eisen und Verunreinigungen in normalen Verhältnissen, wobei
b) das Stahlband unter Verwendung eines pulvermetallurgischen Verfahrens hergestellt wird.
2. Stahlband gemäß Anspruch 1, aufweisend
a) eine Dicke von 0,05 - 1,2 mm, und / oder
b) eine Breite von 10 - 250 mm.
3. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei es weiterhin unter Verwendung eines Kaltwalzverfahrens hergestellt wird.
4. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 1 - 3, wobei die Stahlzusammenset¬ zung 1,5 - 3 % C aufweist.
5. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 1 - 4, wobei die Stahlzusammenset¬ zung weiterhin aufweist von Spuren bis zu einem Maximum von 1,1 % Si, be¬ vorzugt 0,8 - 1,1 % Si und noch bevorzugter 1,0 % Si.
6. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 1 - 5, wobei die Stahlzusammenset¬ zung weiterhin aufweist von Spuren bis zu einem Maximum von 1 % Mn, be¬ vorzugt 0,4 - 0,5 % Mn.
7. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 1 - 6, wobei in der Stahlzusammenset- zung nicht mehr als Verunreinigungen von W enthalten sind.
8. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 1 - 6, wobei die Stahlzusammenset¬ zung anstelle von Mo 2 % - 16 % W enthält.
9. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 1 - 8, wobei in der Stahlzusammenset¬ zung nicht mehr als Verunreinigungen von Co enthalten sind.
10. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 1 - 8, wobei die Stahlzusammenset¬ zung weiterhin aufweist von Spuren bis zu einem Maximum von 12 % Co.
11. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 1 - 10, wobei die Stahlzusammenset¬ zung aufweist 6 - 10 % Cr, bevorzugt 6,5 - 8,5 % Cr.
12. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 1 - 11, wobei die Stahlzusamrnenset- zung aufweist 1 - 2 % Mo, bevorzugt 1,5 % Mo.
13. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 1 — 12, wobei die Stahlzusammenset¬ zung aufweist 4 - 10 % V.
14. Stahlband gemäß Anspruch 1, wobei die Stahlzusammensetzung aufweist 1,0 - 2,5 % C, bevorzugt 1,2 - 2,3 % C.
15. Stahlband gemäß Anspruch 14, wobei die Stahlzusammensetzung weiterhin aufweist von Spuren bis zu einem Maximum von 1 % Si, bevorzugt 0,5 % Si.
16. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei die Stahlzusam¬ mensetzung weiterhin aufweist von Spuren bis zu einem Maximum von 1 % Mn, bevorzugt 0,3 % Mn.
17. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 14 - 16, wobei die Stahlzusammenset¬ zung aufweist 4 - 5 % Cr, bevorzugt 4,2 % Cr.
18. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 14 - 17, wobei die Stahlzusammenset- zung aufweist 4 - 8 % Mo, bevorzugt 6 — 7% Mo.
19. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 14 - 18, wobei die Stahlzusammenset¬ zung aufweist 6 - 7 % W, bevorzugt 6,4 - 6, 5 % W.
20. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 14 - 19, wobei die Stahlzusammenset¬ zung aufweist 2 - 7 % V, bevorzugt 3,0 - 6,5 % V.
21. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 14 - 20, wobei in der Stahlzusammen¬ setzung nicht mehr als Verunreinigungen von Co enthalten sind.
22. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 14 - 20, wobei die Stahlzusammenset¬ zung weiterhin 7 - 12% Co, bevorzugt 8 - 11 % Co.
23. StahlBaπd gemäß einem der Ansprüche 1 - 22, aufweisend eine Arbeitskante (10, 20) die eine Härte von 500 - 600 HV, bevorzugt 575 - 585 HV und /oder eine Geradheit von 0,3 mm / 3000 mm Bandlänge aufweist.
24. Stahlband gemäß einem der Ansprüche 1 - 23, wobei die Arbeitskante (10, 20) gehärtet, bevorzugt Laserstrahl-gehärtet ist.
25. Auftragsmesser, hergestellt aus einem Stahlband (1), gemäß einem der An¬ sprüche 1 - 24, aufweisend eine Dicke von 0,25 - 0,64 mm.
26. Streichmesser, hergestellt aus einem Stahlband (1), gemäß einem der Ansprü¬ che 1 - 24, aufweisend eine Dicke von 0,15 - 1,0 mm.
27. Kreppschaber, hergestellt aus einem Stahlband (1), gemäß einem der Ansprü¬ che 1 - 24, aufweisend eine Dicke von 0,25 - 1,2 mm.
28. Verfahren zur Herstellung von Auftragsmessern, Streichmessern oder Krepp- Schabern, wobei das Verfahren die folgenden Schritte in dieser Reihenfolge aufweist:
d) pulvermetallurgische Herstellung eines Stahlblocks mit einer Stahlzusam¬ mensetzung gemäß einer der Ansprüche 1 - 22;
e) Warmwalzen des Stahlblocks zu einem Stahlband; und
f) Kaltwalzen des Stahlbandes zu einem Band (1) mit einer Dicke von ma¬ ximal 1,2 mm.
29. Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei der Schritt des Kaltwalzens mittels Kantenstützen (edge supports) durchgeführt wird.
30. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 28 oder 29, wobei nach dem Schritt des Kaltwalzens ein Härteschritt bei einer Temperatur von 950 - 1050 0C durchgeführt wird, gefolgt von einem Temperschritt bei einer Temperatur von 550 - 65O0C.
31. Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei das Kaltwalzen, das Härten und das Tempern in einem kontinuierlichen Prozess abläuft.
32. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 30 oder 31, wobei der Härteschritt ei¬ nen Abkühlschritt umfasst, wobei das Band (1) zwischen Kühlplatten auf eine Temperatur von 150 - 25O0C abgekühlt wird.
33. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 28 - 32, wobei die Arbeitskante (10, 20) des Bandes (1) gehärtet, bevorzugt Laserstrahl-gehärtet wird.
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