專利名稱：一種用于吸輥的鋼殼體以及生產(chǎn)鋼產(chǎn)品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于吸輥(suction roll)的鋼殼體以及生產(chǎn)鋼產(chǎn)品的方法，在所述方法中，通過諸如磨銑、車削和/或鉆孔之類的切削操作加工鋼材。
背景技術(shù)：
不銹鋼用于需要高耐腐蝕性的領(lǐng)域。在海洋、造紙和紙漿工業(yè)以及化學工業(yè)的環(huán)境中要求高耐腐蝕性。一個實例是用于造紙機的吸輥殼體，其由不銹鋼制成。一種類型的不銹鋼是所謂的包括鐵素體和奧氏體的雙聯(lián)鋼。眾所周知的，雙聯(lián)鋼綜合了高機械強度和韌性以及良好的耐腐蝕性，尤其是耐應力腐蝕和腐蝕疲勞。對于耐腐蝕性以及諸如可焊性的機械性能，重要的是鋼的基本組分奧氏體和鐵素體的良好平衡。在雙聯(lián)鋼最近的開發(fā)中，希望具有包括35-65％鐵素體，其余是奧氏體的顯微組織。在要求高強度和良好耐腐蝕性的領(lǐng)域中，雙聯(lián)鋼越來越可與傳統(tǒng)的奧氏體不銹鋼相競爭。在所公開的美國專利申請No.2003/0172999中描述了此類鋼材。在該出版物中描述的所述鋼材是具有基本上由35-65體積％鐵素體和35-65體積％奧氏體組成的顯微組織的鐵素體-奧氏體不銹鋼。所述的鋼具有包括重量百分比為0.005-0.07 C，0.1-2.0 Si，3-8 Mn，19-23 Cr，0.15-0.30 N和0.5-1.7 Ni的化學組成。同樣也可包括其它元素。
氮對于在US2003/0172999中所描述的鋼來說非常重要，因為氮是主要的奧氏體形成體并有助于所述鋼的強度和耐腐蝕性。為此，據(jù)估計所述鋼的氮含量應該在0.15-0.30％的范圍內(nèi)，并優(yōu)選在0.20-0.24％的范圍內(nèi)。然而，如先前所表明的具有這種高氮含量的鋼類型缺乏可切削性。
大多數(shù)情況下，用于特定產(chǎn)品的不銹鋼必須受到一些類型的切削操作，諸如磨銑，車削或鉆孔。在其自身中，奧氏體和雙聯(lián)不銹鋼是缺乏可切削性的，并由此進行各種措施來增加不銹鋼的可切削性。如先前所知的，在不銹鋼中氮的存在降低了可切削性。例如在美國專利No.4,769,213中，建議了一種通過減少碳和氮含量以致碳和氮的總含量不超過0.05重量％以此增加馬氏體不銹鋼的可切削性的方法。然而，與雙聯(lián)鋼相比較，馬氏體鋼具有較差的耐腐蝕性。關(guān)于奧氏體不銹鋼，在美國專利No.5,482,674中建議碳和氮的含量應該減少以致碳或氮的含量都不大于約0.035重量％。同樣已知的是硫的加入可增加可切削性。因此，美國專利No.4,784,828建議應該向奧氏體不銹鋼中加入硫以便增加可切削性。同樣認為，碳和氮的含量應該非常低，總計至多0.065重量％。然而，與雙聯(lián)鋼相比較，奧氏體鋼具有較低的強度。
美國專利No.4,964,924建議在吸輥中使用馬氏體不銹鋼。在該出版物中，認為由于它們難以鉆孔，因此鐵素體-奧氏體雙聯(lián)不銹鋼不適合作為吸輥的材料。反而，建議適合于吸輥殼體的不銹鋼應當為馬氏體類型，其中包括大于0而不大于0.06的a重量％的碳，高于0而不大于2的a重量％的硅，高于0而不大于2的a重量％的錳，3-6重量％的鎳，14-17重量％的鉻，1-3重量％的鉬和從0.5至1.5的a重量％的銅。
本發(fā)明的目的在于提供解決上述問題的方法，找到一種具有高強度以及良好耐腐蝕性而且此外適于切削操作而不必接受加硫處理的鋼材。本發(fā)明的另一目的是提供一種具有良好耐腐蝕性，易于通過切削操作制造的吸輥殼體。

發(fā)明內(nèi)容
令人驚訝地，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在上述的US 2003/0172999中描述的類型的鋼材不僅具有高強度和良好耐腐蝕性，而且所述材料同樣適于切削操作諸如車削，磨銑和鉆孔，并且所述材料沒有通過加入硫進行處理。發(fā)明人同樣發(fā)現(xiàn)，所述材料尤其適合作為造紙機吸輥的材料，并且有利的是制造這種材料的吸輥殼體。因此，本發(fā)明涉及這種材料的吸輥殼體。本發(fā)明還可以可理解為用于切削操作，尤其是制造吸輥殼體時使用的方法，但也可用于制造其它產(chǎn)品，例如旋轉(zhuǎn)機器部件，諸如柄。本發(fā)明還可以定義為所述鋼作為在鋼的切削操作中使用的工件的用途。
因此，本發(fā)明涉及一種具有多個通孔的吸輥殼體。根據(jù)本發(fā)明的所述吸輥殼體由鐵素體-奧氏體不銹鋼制成，其具有基本上由35-65體積％的鐵素體和35-65體積％的奧氏體組成的顯微組織。所述鋼組成將在詳細說明中更詳細的描述。
本發(fā)明還涉及包括本發(fā)明的吸輥殼體的吸輥。
在優(yōu)選的實施方案中，所述切削操作包括鉆至少一個通孔，并優(yōu)選鉆多個孔。在尤其有利的實施方案中，所述方法包括鉆幾十萬個孔。相應所鉆的長度是若干千米。所述切削操作可同樣包括所述殼體的內(nèi)外面的車削。
附圖簡要說明

圖1示出了用于吸輥殼體的坯料的彎曲。
圖2示出了已經(jīng)彎曲并焊在一起形成殼體的坯料。
圖3示意地示出了加工在圖2中所示的殼體的第一步驟。
圖4示出了加工所述殼體的第二步驟。
圖5示出了完成的吸輥殼體。
圖6-9示出了根據(jù)本發(fā)明使用的所述鋼與其它鋼在可切削性方面的對比試驗的結(jié)果。
本發(fā)明的詳細說明在下文中，示意地描述了吸輥殼體的制造。參考圖1，示出了制造吸輥殼體的第一步驟。如圖1中所示，基本平的坯料1在兩軋輥2，3之間軋輥彎曲，這是已知的而沒有必要在這里更詳細的描述。在彎曲成基本上環(huán)形之后，將所述坯料1的末端焊在一起，因此焊接接頭將坯料1結(jié)合形成部件9。然后通過環(huán)形接頭將多個部件結(jié)合成殼體，在焊接之后對所述殼體進行熱處理。圖3示出了如此獲得的殼體9如何能夠進行諸如車削之類的加工操作的。圖3示出了作用于在所述殼體表面9上的切削工具5。車削操作的目的是確保殼體9的表面光滑和規(guī)則。圖4示意地示出了所述制造方法的后續(xù)步驟，其中通過鉆頭6對殼體9進行鉆孔，借此給殼體提供大量的通孔7。圖5示出了完工的吸輥殼體8，其具有圓柱形(circular cylindrical)殼體9及其通孔7。圖5同樣示意地示出了，吸輥殼體8的末端可由側(cè)蓋10封閉。當使用所述吸輥殼體8時，其內(nèi)部可連接到真空源(未示出)，使得可通過通孔7并從外部吸取空氣，在所述附圖中僅示出了少數(shù)孔。應該認識到的是，在現(xiàn)實應用中，孔的數(shù)目可以非常大，諸如100,000個孔或更多。
吸輥殼體以前是由一種售名為3RE60 Avesta SRG的材料制成的。這種鋼是一種鐵素體-奧氏體不銹鋼，其已通過硫處理已經(jīng)改進了其可切削性并具有下列典型組成，重量百分比為C 0.02Si1.50Cr18.5Ni4.90Mo2.80N 0.08S 0.023RE60鋼用于制造吸輥殼體已經(jīng)使用了約30年，并具有良好的結(jié)果，并且約10年前，提供了一種添加劑用于改進其可切削性從而其名稱改為3RE60 SRG?，F(xiàn)在，所述鋼被稱作3RE60 Avesta SRG。
如今令人驚訝的表明，存在另一種鐵素體-奧氏體鋼，其中加入了高氮含量，而且具有與可切削性改進的3RE60 Avesta SRG相比同樣良好的或在某些方面甚至更好的的可切削性。這種鋼具有基本上由35-65體積％的鐵素體和35-65體積％的奧氏體組成的微觀結(jié)構(gòu)，以及其化學組成按重量百分比包括C 0.005Si0.1-2.0Mn3-8Cr19-23Ni0.5-1.7N 0.15-0.3一種尤其適合于該應用的鋼適當?shù)匕ㄈ芜x地總含量不多于1.0(Mo+W/2)的Mo和/或W，任選地Cu至多為1.0Cu的最大值，余量為鐵和雜質(zhì)。
對于所述合金中的鐵素體和奧氏體形成體，即鉻和鎳當量，應該優(yōu)選為下列條件20＜Creq＜24.510＜Nieq，其中Creq＝Cr+1.5Si+Mo+2Ti+0.5NbNieq＝Ni+0.5Mn+30(C+N)+0.5(Cu+Co)。
在有益的的實施方案中，所述鋼包括0.02-0.05C。適當?shù)兀鲣摪?.18-0.26N以及有利地20-23Cr。在優(yōu)選的實施方案中，所述鋼包括0.8-1.70Ni，并且甚至更優(yōu)選的1.35-1.7Ni。
這種組成的鋼在公開的美國專利申請No.2003/0172999中描述了。
在本發(fā)明的尤其有利的實施方案中，所述鋼包括0.22N，21.5Cr，1.5Ni，0.3Mo，5Mn以及不大于0.04的C。這種鋼是由OutokumpuStainless AB，Box 74，SE-77422，AVESTA銷售的。這種鋼由Outokumpu以名稱LDX 2101銷售。該名稱為歐盟的注冊商標。相應的，所述LDX 2101鋼尤其適用于吸輥殼體。銅以及硅尤其適合的含量分別為0.3Cu以及0.7Si。0.3Cu以及0.7Si(重量百分比)的指導值用于LDX 2101。
與例如鋼3RE60 Avesta SRG相比較，上述類型的鋼具有相對高的氮含量。如眾所周知的，氮傾向于損害可切削性，因此可切削性預期可能會較差。然而，令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明所使用的鋼的可切削性大大的高于所預期的效果。
圖6示出了LDX2101鋼與其它兩種分別被稱為304L PRODEC和316L PRODEC的可切削性-改進奧氏體鋼的對比試驗的結(jié)果。鋼304L PRODEC具有下列重量百分比的組成C 0.02Si0.5Mn1.5Cr18.2Ni8.4Mo基本上沒有N 0.07S 0.02所述鋼316L PRODEC具有下列組成C 0.02Si0.5Mn1.5Cr17.2Ni11.2Mo2.3N 0.05S 0.02由于兩種可切削性-改進的奧氏體鋼304L PRODEC和316LPRODEC的氮含量顯著地低于LDX 2101鋼，通常預期這些鋼在可切削性方面要優(yōu)于LDX 2101鋼。然而在車削試驗中表明，LDX 2101鋼加工時間30分鐘，在使用高速鋼刀具的情況下，與其它兩種鋼相比具有顯著更高的切削速度，這在圖6中示出。
圖7示出了LDX 2101鋼與304L PRODEC和316L PRODEC的附加對比試驗的結(jié)果。圖7示出了15分鐘加工時間的特性試驗，其中通過硬質(zhì)合金的切削刃進行車削。在這種情況下，LDX 2102鋼與另外兩種鋼相比，所獲得的切削速度稍微低一些。然而所述差別也是微不足道的。
圖8示出了另一試驗，其中將鋼LDX 2101與售名為2205的常規(guī)雙聯(lián)鋼相比較。這種比LDX 2101更高合金化的鋼是標準化的(EN1.4462)并在大量的應用中使用。其沒有可切削性-改進的添加劑且不能用于這種類型的吸輥殼體。2205具有下列組成C 0.02Si0.4Mn1.5Cr22.2Ni5.7Mo3.1N 0.17S 0.001在該試驗中，比較當利用硬質(zhì)合金的切削刃進行磨銑時工具的使用壽命。從圖8可看出，與鋼2005的加工相比，當加工LDX 2101鋼時，工具的使用壽命顯著更長。
最后，在圖9中示出了另一試驗。在圖9中示出的試驗中，將LDX2101鋼與三種其它用于吸輥殼體的鋼類型相比，即2304 Avesta SRG，3RE60 Avesta SRG以及2205 Avesta SRG。標明為SRG(吸輥等級)的所有鋼通過加硫而改善可切削性。鋼2304 Avesta SRG具有下列典型組成C 0.02Si0.8Mn1.5Cr22.7
Ni4.7Mo0.3N 0.09S 0.02鋼2205 Avesta SRG具有下列典型組成C 0.017Si0.6Mn1.35Cr22.0Ni5.7Mo2.9N 0.13S 0.02在圖9所示的試驗中，比較在沒有工具失效的1000mm長的鉆孔長度情況下不同材料可獲得的切削速度。如圖9中可看出，LDX 2101顯著好于可切削性-改進鋼2205 Avesta SRG以及2304 Avesta SRG，并且在這方面與可切削性-改進鋼3RE60 Avesta SRG同樣良好，盡管LDX2101比鋼3RE60 Avesta SRG包括顯著更多的氮。如果在沒有所謂的可切削性-改進添加劑諸如硫的情況下可以獲得所述材料的可切削性，這將是明顯的技術(shù)優(yōu)勢，因為這些添加劑將導致大量缺陷，諸如損害可軋制性和損壞耐腐蝕性。
應當理解的是，盡管已經(jīng)根據(jù)吸輥殼體以及方法描述了本發(fā)明，但是這僅僅是一種發(fā)明和相同發(fā)明的不同方面，因為根據(jù)本發(fā)明的方法適用于制造根據(jù)本發(fā)明的吸輥殼體。
通過本發(fā)明，在所獲得的優(yōu)點中，完成的殼體獲得了很好的耐腐蝕性。
權(quán)利要求
1.一種具有多個通孔(7)的吸輥殼體(9)，其特征在于所述殼體由鐵素體-奧氏體不銹鋼制成，所述鋼具有基本上由35-65體積％的鐵素體和35-65體積％的奧氏體組成的顯微組織，并具有包括重量百分比為0.005-0.07 C，0.1-2.0 Si，3-8 Mn，19-23 Cr，0.5-1.7 Ni，0.15-0.30N的化學組成。
2.一種如權(quán)利要求1所述的吸輥殼體(9)，其特征在于所述鋼包括a)任選地總含量不多于1.0(Mo+W/2)的Mo和/或W，b)任選地Cu，至多為1.0 Cu的最大值，余量為鐵和雜質(zhì)，而且對于所述合金中的鐵素體和奧氏體形成體，即鉻和鎳當量，滿足下列條件c)20＜Creq＜24.5d)10＜Nieq，其中e)Creq＝Cr+1.5 Si+Mo+2 Ti+0.5 Nbf)Nieq＝Ni+0.5 Mn+30(C+N)+0.5(Cu+Co)。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的吸輥殼體(9)，其特征在于所述鋼包括0.02-0.05C。
4.一種如權(quán)利要求1或2所述的吸輥殼體(9)，其特征在于所述鋼包括0.18-0.26的N。
5.一種如權(quán)利要求1或2所述的吸輥殼體(9)，其特征在于所述鋼包括20-23的Cr。
6.一種如權(quán)利要求1或2所述的吸輥殼體(9)，其特征在于所述鋼包括0.8-1.70的Ni。
7.一種如權(quán)利要求6所述的吸輥殼體(9)，其特征在于所述鋼包括1.35-1.7的Ni。
8.一種如權(quán)利要求1或2所述的吸輥殼體(9)，其特征在于所述鋼包括0.22 N，21.5 Cr，1.5 Ni，0.3 Mo，5 Mn，不多于0.04的C，和優(yōu)選0.3的Cu以及優(yōu)選0.7的Si.
9.一種吸輥(9)，其特征在于，其具有根據(jù)如權(quán)利要求1-8中任一所述的吸輥殼體(9)。
10.一種生產(chǎn)鋼產(chǎn)品的方法，所述方法包括提供鋼工件(1，9)，并通過切削操作加工所述工件(1，9)，其特征在于所述工件(1，9)的鋼是鐵素體-奧氏體不銹鋼，所述鋼具有基本上由35-65體積％的鐵素體和35-65體積％的奧氏體組成的顯微組織，并具有包括重量百分比為0.005-0.07 C，0.1-2.0 Si，3-8 Mn，19-23 Cr，0.5-1.7 Ni，0.15-0.30N的化學組成。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述鋼包括a)任選地總含量不多于1.0(Mo+W/2)的Mo和/或Wb)任選地Cu，至多為1.0 Cu的最大值，余量為鐵和雜質(zhì)，而且對于所述合金中的鐵素體和奧氏體形成體，即鉻以及鎳當量，滿足下列條件c)20＜Creq＜24.5d)10＜Nieq，其中e)Creq＝Cr+1.5 Si+Mo+2 Ti+0.5 Nbf)Nieq＝Ni+0.5 Mn+30(C+N)+0.5(Cu+Co)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述鋼包括0.02-0.05的C。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述鋼包括0.18-0.26的N。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述鋼包括20-23的Cr。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述鋼包括0.8-1.70的Ni。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述鋼包括0.22 N，21.5 Cr，1.5 Ni，0.3 Mo，5 Mn以及不多于0.04的C。
17.如權(quán)利要求10-16中任一所述的方法，其特征在于所述切削操作包括鉆至少一個通孔(7)。
18.如權(quán)利要求10-17中任一所述的方法，其特征在于所述切削操作包括車削。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于在在先的車削步驟之后，進行至少一個通孔(7)的鉆孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有多個通孔7的吸輥殼體9。所述殼體由鐵素體－奧氏體不銹鋼制成，其具有基本上由35－65體積％的鐵素體和35－65體積％的奧氏體組成的顯微組織。所述鋼具有其中包括重量百分比為0.005－0.07的C和0.15－0.30的N的組成。本發(fā)明同樣涉及一種包括本發(fā)明的吸輥殼體的吸輥，以及生產(chǎn)鋼產(chǎn)品的方法。
文檔編號C22C38/58GK101018908SQ200580030005
公開日2007年8月15日 申請日期2005年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月7日
發(fā)明者M·里爾亞斯, P·約翰森, C·比爾格維斯特 申請人:奧托庫姆普聯(lián)合股份公司