專利名稱：輥?zhàn)油鈿さ闹圃旆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不銹鋼造紙機(jī)輥?zhàn)拥闹圃臁＿@里所指的造紙機(jī)包括造紙機(jī)及造紙板機(jī)。
在操作中，造紙機(jī)輥?zhàn)油瑫r(shí)受到機(jī)械應(yīng)力、腐蝕及磨損。周期變化的負(fù)載是典型的應(yīng)力。腐蝕主要由比較高的工作溫度和在工藝環(huán)境中存在的氯化物造成。
現(xiàn)時(shí)，各種類型的不銹鋼和二元的不銹鋼用作輥?zhàn)硬牧?。二元鋼的特點(diǎn)是顯微結(jié)構(gòu)包括鐵素體及奧氏體兩者。對(duì)此通常要有相等量的體積分配。由于有兩相的微觀結(jié)構(gòu)，二元鋼有好的抗腐蝕疲勞的特點(diǎn)。
輥?zhàn)拥耐鈿がF(xiàn)時(shí)通過離心鑄造、鋼板焊接或鍛造制成。
例如，芬蘭專利公開FI—86747公開了一種用于造紙機(jī)輥?zhàn)拥蔫T鋼。其成分如下C最多為0.10％，Si最多為1.5％，Mn最多為2.0％，Gr為25.0—27.0％，Ni為5.0—7.5％，Cu為1.5—3.5％，N最多為0.15％，Mo最多為0.5％。
按照本發(fā)明提供了一種制造鋼的輥?zhàn)油鈿さ姆椒ǎㄓ啥栊詺怏w霧化鋼水制成粉末；由粉末充入模中，對(duì)其加高溫，高壓進(jìn)行加壓處理和/或進(jìn)行熱加工制得一輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件或一段輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件，在制成一段輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件的情況下通過焊接把多段輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件連接成一輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件，和把輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件加工為輥?zhàn)油鈿?，其特征在于所述的鋼是奧氏體—鐵素體不銹鋼，由該鋼制成造紙機(jī)或紙板機(jī)的輥?zhàn)油鈿せ蜉佔(zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件。
按照本發(fā)明，對(duì)氣體霧化的鋼粉進(jìn)行熱等靜壓或擠壓而成形出輥?zhàn)拥耐鈿ぁ?br> 按照本發(fā)明的輥?zhàn)油鈿さ膬?yōu)點(diǎn)是有好的抗腐蝕疲勞性。


圖1示出按照本發(fā)明(P/M)及普通鑄造制造的二元鋼的抗點(diǎn)蝕性分別與PRENW指數(shù)的關(guān)系；圖2示出屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度與PREN指數(shù)的關(guān)系；圖3示出了PREN指數(shù)對(duì)抗腐蝕疲勞性的影響。
圖4比較熱等靜壓粉末制的預(yù)成型件(DUP27)與鑄造的預(yù)成型件(DUP27C)的熱加工性。
造紙機(jī)輥?zhàn)拥囊话汩L(zhǎng)度為5—10m，直徑為0.5—1.3m和壁厚為50—80mm。輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速可以高到1500轉(zhuǎn)/分，也就是說會(huì)造成疲勞開裂的負(fù)荷改變的次數(shù)為25次變化/秒。
腐蝕較強(qiáng)地加速由于周期的負(fù)荷導(dǎo)致的疲勞損壞的開始。事實(shí)上，腐蝕疲勞是真空輥?zhàn)油鈿ぷ畛Ｒ姷膿p壞機(jī)理。其典型地開始于鑄造或焊接缺陷，腐蝕坑或非金屬渣夾雜物。
在凝固時(shí)鑄造缺陷以凝固缺陷或氣體夾雜物出現(xiàn)。
坑典型地起源于鋼表面的鈍化膜中的斷裂中，在氯化物影響下它可形成局部的活性區(qū)及其中的高腐蝕電流密度，因此很快就有點(diǎn)蝕，外部負(fù)荷促進(jìn)了鈍化膜的開裂。
如氧化物和硫化物之類的非金屬氧化物渣夾雜物由于它們本身的槽口效應(yīng)，而可以成為疲勞裂紋的發(fā)生點(diǎn)。另外，硫化錳由于腐蝕可以溶解，因而形成的凹坑將開始疲勞裂紋。
在疲勞裂紋開始后，在同時(shí)有腐蝕及周期變化的外應(yīng)力作用的情況下裂紋會(huì)發(fā)展。
在本發(fā)明中，輥?zhàn)拥耐鈿び蓺怏w霧化的和預(yù)合金化的鋼粉制成。例如，首先煉成要求種類的鋼水，然后經(jīng)惰性氣的氣流噴射制出鋼粉。氣流噴射使鋼水變成主要是小于500微米的小顆粒，顆粒將迅速凝固。實(shí)際上，通過把鋼水經(jīng)一定類型的特殊的陶瓷澆口澆入一專門的霧化室中進(jìn)行霧化。
鋼粉通過熱等靜壓或熱擠壓凝固，因而在產(chǎn)品中沒有留下孔洞。
在熱等靜壓中，模具由薄鋼板制成，其中充以鋼粉。在模具尺寸設(shè)計(jì)中必須考慮粉末的緊實(shí)，使最終尺寸盡可能接近要求的尺寸。對(duì)充滿料的模具抽真空、然后進(jìn)行氣密密封，然后移入熱等靜壓機(jī)中。在那里，對(duì)模具加上惰氣(如氬氣)，高溫及高壓，因而使模具被壓縮，由于塑性變形、以變及擴(kuò)散，粉末變緊實(shí)。對(duì)不銹鋼處理的典型的壓力為100—120MPa，溫度為1100—1200℃，及加壓至少3小時(shí)。然后借助腐蝕或機(jī)加工從表面除去模具。
在粉末擠壓中，首先把粉末充填入鋼模中。如果要求的話，模中的粉末可用冷壓壓緊到一定程度。然后把模具預(yù)熱及擠壓成要求的形狀?；蛘?，首先把粉料在一個(gè)專門的模具中熱壓得到壓實(shí)的預(yù)成型件。然后對(duì)預(yù)成型件進(jìn)行熱擠壓。典型的擠壓溫度為1100—1300℃。擠壓預(yù)成型件的處理及擠壓時(shí)間為幾分鐘。
在擠壓前，預(yù)成型件可用沖壓進(jìn)一步壓實(shí)。在沖壓中，首先把一個(gè)專門的沖壓工具沖通預(yù)成型件，因而對(duì)預(yù)成型進(jìn)行了模壓，粉末將緊實(shí)到接近100％的密度。這時(shí)，預(yù)成型件成了管形的。
上述各種方法可以用來制出絕對(duì)微密材料的輥?zhàn)油鈿?，沒有會(huì)成為疲勞裂紋源的任何孔洞及缺陷。
在氣體霧化中，顆粒凝固很快，因而整個(gè)顆粒的化學(xué)成分相當(dāng)均勻。這樣，在輥?zhàn)硬牧现泻辖鹪氐姆植枷喈?dāng)均勻。另外，隨著鑄件凝固，在凝固體內(nèi)會(huì)出現(xiàn)微觀及宏觀偏析。因而凝固材料的成分會(huì)與體內(nèi)不同部分要求的理想的化學(xué)成分不同。在按照本發(fā)明制造的輥?zhàn)又?，整個(gè)輥?zhàn)芋w具有高度均勻的材料抗腐蝕疲勞性。體內(nèi)也不會(huì)有合金元素局部地方過高而引起的任何缺陷。在按照本發(fā)明的方法中，可以使用高的鉻及鉬的合金化來提高抗腐蝕性，而沒有由此產(chǎn)生的如σ相之類的脆性相，這種相也降低抗腐蝕性。
當(dāng)冷卻迅速時(shí)，粉末顆粒中不會(huì)形成氣孔。因此，如果要求的話，合金化中也可有較高的氮含量，以便進(jìn)一步改善強(qiáng)度及抗腐蝕性。
通過熱等靜壓或擠壓，可以直接制出具有要求的輥?zhàn)油庑蔚念A(yù)成型件，然后對(duì)預(yù)成型件進(jìn)行機(jī)加工得到最終的產(chǎn)品。也可能需要由幾個(gè)分段形部分用焊接連接起來制成大的輥?zhàn)?。通過加壓，也可首先制成中間預(yù)成型件，再用熱加工制成最終形狀。因?yàn)闆]有在輥體內(nèi)的偏析而引起的撕裂危險(xiǎn)，因而加工性是好的。
粉末材料是奧氏體—鐵素體不銹鋼。成分百分比最好如下C 最多為0.08 最好是最多為0.03Si最多為2最好是最多為1.5Mn最多為2最好是最多為1.5Cr18—29 最好是23—18Mo1.5—4.5 最好是2.5—3.5Ni4.5—9 最好是6.5—8.5Cu最多為3 最好是1—2.5N 0.1—0.35 最好是0.18—0.25S 最多為0.03最好是最多為0.005P 最多為0.03最好是最多為0.025Al最多為0.1 最好是最多為0.02下面的成分百分比特別適合于大輥?zhàn)覥 最多為0.03 最好是最多為0.02Si最多為1.5最好是最多為1Mn最多為1.5最好是0.6—1Cr24—28 最好是25—27Mo2.5—3.5 最好是2.75—3.25Ni6.5—8 最好是7—7.5Cu最多為3 最好是1.5—2.5N 0.15—0.3最好是0.18—0.25S 最多為0.03 最好是最多為0.005P 最多為0.03 最好是最多為0.025Al最多為0.1最好是最多為0.02另外，如果要求的話，可使用少量其它的合金元素，如最多為3％的W，總的最多為0.5％的(V＋Nb＋Ti)。
用在本發(fā)明的鋼的等級(jí)的抗腐性可以用所謂的PREN指數(shù)(也就是與氮相當(dāng)?shù)目?蝕性)來說明，它可以用Cr，Mo，N含量通過下面公式來計(jì)算PREN指數(shù)＝Ce％＋3.3Mo％＋16N％，如果用鎢的話，使用PRENW指數(shù)，因而
PRENW指數(shù)＝Cr％＋3.3(Mo％＋0.5W％)＋16N％圖1示出按照本發(fā)明(P/M)及普通鑄造制的二元鋼的抗點(diǎn)蝕性分別與PRENW指數(shù)的關(guān)系。對(duì)于按照本發(fā)明制造的產(chǎn)品，抗點(diǎn)蝕性實(shí)質(zhì)上更好，另外，增加的合金經(jīng)程度比鑄造產(chǎn)品更多地改進(jìn)了抗點(diǎn)蝕性在圖2中示出，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨著PREN指數(shù)的增加而增加。
圖3示出了PRENW指數(shù)對(duì)抗腐蝕疲勞性的影響。所用的試驗(yàn)是轉(zhuǎn)動(dòng)—彎曲疲勞試驗(yàn)(頻率為85赫，在3％NaCl溶液中)。水平軸表示在斷裂前負(fù)荷的變化數(shù)?？煽闯鲭S著PRENW指數(shù)增加，抗腐蝕疲勞性也改善。
圖4比較熱等靜壓粉末制的預(yù)成型件(DUP27)與鑄造的預(yù)成型件(DUP27C)為熱加工性。韌性用斷口面積的減小來測(cè)量?？梢钥闯鰤褐频念A(yù)成型件恰恰處在熱加工溫度，很顯然優(yōu)于鑄造的預(yù)成型件。
PRENW(或PREN)指數(shù)較好為35以上，最好為40以上。
其目的是鋼粉中氧含量保持盡可能低。最好小于250ppm。通過仔細(xì)地處理粉末，控制霧化氣體的純度，和正確處理及制造包套材料可達(dá)到低的氧含量水平。
最好，在使用前從鋼粉中篩去而去掉大顆粒。較佳的最大粉末尺寸為500微米，最好不大于250微米。這樣，可在最終產(chǎn)品中防止產(chǎn)生任何的尤其是大的非金屬夾雜物。這種夾雜物特別對(duì)于抗疲勞性來說是麻煩的。
權(quán)利要求
1.一種制造鋼的輥?zhàn)油鈿さ姆椒?，包括由惰性氣體霧化鋼水制成粉末；由粉末充入模中，對(duì)其加高溫，高壓進(jìn)行加壓處理和/或進(jìn)行熱加工制得一輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件或一段輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件，在制成一段輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件的情況下通過焊接把多段輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件連接成一輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件，和把輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件加工為輥?zhàn)油鈿?，其特征在于所述的鋼是奧氏體—鐵素體不銹鋼，由該鋼制成造紙機(jī)或紙板機(jī)的輥?zhàn)油鈿せ蜉佔(zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的加壓處理是熱等靜壓處理。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于由粉末通過熱等靜壓制成中間預(yù)成型件，再由中間預(yù)成型件通過熱加工制成最終的輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件或輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件的段。
4.按照權(quán)利要求1—3中任一項(xiàng)的方法，其特下在于鋼的成分如下C最多為0.08最好是最多為0.03Si 最多為2 最好是最多為1.5Mn最多為2 最好是最多為1.5Cr18—29 最好是23—18Mo1.5—4.5 最好是2.5—3.5Ni4.5—9 最好是6.5—8.5Cu最多為3 最好是1—2.5N 0.1—0.35最好是0.18—0.25S 最多為0.03 最好是最多為0.005P 最多為0.03 最好是最多為0.025Al最多為0.1最好是最多為0.02
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于鋼的成分如下C最多為0.03 最好是最多為0.02Si 最多為1.5最好是最多為1Mn 最多為1.5最好是0.6—1Cr 24—28 最好是25—27Mo 2.5—3.5 最好是2.75—3.25Ni 6.5—8 最好是7—7.5Cu 最多為3 最好是1.5—2.5N0.15—0.3最好是0.18—0.25S最多為0.03 最好是最多為0.005P最多為0.03 最好是最多為0.025Al 最多為0.1最好是最多為0.02
6.按照權(quán)利要求4或5的方法，其特征在于所述的鋼的合金元素中還含有最多為3％的W，和總量最多為0.5％的(V＋Nb＋Ti)。
7.按照權(quán)利要求1—6中任一項(xiàng)的方法，其特征在于該方法用于制造真空輥。
8.按照權(quán)利要求1—7中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于鋼的PRENW指數(shù)按下列公式計(jì)算PRENW指數(shù)＝Cr％＋3.3(Mo％＋0.5W％)＋16N％得到的指數(shù)值高于35，最好高于40。
9.按照權(quán)利要求1—8中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述的粉末最大的含氧量為250PPM。
10.按照權(quán)利要求1—9中任一項(xiàng)的方法，其特征在于在制成預(yù)成型件前，把尺寸大于500微米，最好為大于250微米的顆粒從粉末中除去。
11.一種制造鋼的輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件或輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件段的方法，包括將氣體霧化的鋼粉充填在模具中，對(duì)其加高溫、高壓和/或進(jìn)行熱加工制得預(yù)成型件，其特征在于所述的鋼是奧氏體—鐵素體不銹鋼，由該鋼制成造紙機(jī)或紙板機(jī)的輥?zhàn)印?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及鋼的造紙機(jī)或紙板機(jī)輥?zhàn)油鈿?。按照本發(fā)明，粉末由氣體霧化鋼水制成，由粉末制成輥?zhàn)油鈿ゎA(yù)成型件，對(duì)其加工成輥?zhàn)油鈿?。本發(fā)明的輥?zhàn)油鈿さ膬?yōu)點(diǎn)是有好的抗腐蝕疲勞性。
文檔編號(hào)B22F5/00GK1121989SQ9510991
公開日1996年5月8日 申請(qǐng)日期1995年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月11日
發(fā)明者艾斯基·厄基, 利馬泰寧·嘉里, 馬蒂凱寧·漢納 申請(qǐng)人:勞馬材料技術(shù)公司