用于刮刀刀片、涂层刮板和起皱刮刀的钢带及其粉末冶金制造方法

摘要

本发明涉及制备刮片、刮板或起皱刮刀的钢带(1)。所述钢带具有由以重量百分量计的1－3％C、4－10％Cr、1－8％Mo、2.5－10％V和余量为铁以及正常份额杂质所构成的钢组合物，其中，钢带(1)用粉末冶金方法制成。本发明还涉及用所述钢带制备的刮刀、刮板和起皱刮刀以及制备它们的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种厚度为0.05-1.2mm的冷轧钢带，该冷轧钢带被用来作为制 造刮刀刀片(Streichmesser)、涂层刮板(Auftragsmesser)和起皱刮刀 (Kreppschaber)的材料。

背景技术

在造纸工业中，薄的长刀片形式的刮板或刮刀被用于使得纸张轨道被刮刀 所覆盖。这种薄片压在移动的纸张轨道上，其中，如果进行两侧涂覆，则一般 通过挤压辊或在纸张轨道相反侧的刀片而设置相对压力。当均匀的涂覆达到最 好的品质，刮板必须是直的。常规的说明提及的是，刮板的工作边每3000mm 刮板长度从完全笔直偏离不超过0.3mm。

为了满足这一要求，必须选择一种合金钢，该合金钢可以防止其钢带在经 受淬火和回火时钢带发生变形。人们已经知道，在这方面合金钢会比非合金钢 产生更多的问题，尤其是含有多种相互作用的合金元素的合金钢。因此，用于 涂层刮板的最常规的材料一直是碳钢。这种钢的一个典型的成分例如是(重量 ％)：1.00％C、0.30％Si、0.40％Mn、0.15％Cr，余量为铁以及通常份额的杂质。 还可以使用马氏体不锈钢制备刮板，例如具有下列成分(重量％)的钢： 0.38％C、0.5％Si、0.55％Mn、13.5％Cr、1.0％Mo，余量是铁以及通常量的杂 质。

在造纸工业中，起皱刮刀在如上所述的相同条件下使用，以获得一定的纸 张褶皱。对于起皱刮刀的工作边缘的平直性同样有很高的要求。

在印刷工业中，同样使用带状的刮刀工件，被称为刮铲。它与造纸工业中 使用的刮板类似。刮铲同样必须满足很高的平直性要求。对于刮铲和刮板可以 使用相同的材料。

在使用涂覆在纸张表面的材料中的涂抹颜料时，刮板由于基底纸张而具有 很重负荷，并且边缘磨损。通过用刮刀涂覆的涂层墨水中的染料，刮刀同样具 有很重负荷。据此所希望的是，刮板或刮刀都具有高的耐磨性并由此具有高的 寿命。

但是，碳钢制的刮刀以及马氏体不锈钢制的刮刀都不能满足要求。因此， 在生产实践中，操作几个小时之后，造纸机中的刀片就得更换。当然，这是一 个缺点，因为在更换刀具时生产陷于停顿。

EP0672761B1中记载了一种钢，该钢具有以下组成(重量％)：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、最大0.01％B、最大1.0％Ni、最大0.2％Nb，余量为铁以及通常份额的 杂质。这种钢适合于制造薄的冷轧钢带，并且在淬火和回火状态下用于制造刮 板和/或刮刀。冷轧过程包括在1000℃奥氏体化的淬火步骤、随后是在 240℃-270℃温度下于铅浴中回火的步骤。用这种材料制成的刮板和/或刮刀具 有良好的耐磨性和平直性，其寿命为12-16小时。

此外，人们还知道，合金钢的耐磨性高于非合金钢。这一点对于某些工具 钢和建筑钢十分有利。在JP-A-61/41749以及US4743426和US2565264中描 述了这类合金钢的几个实例，用于塑料模具中的导销，或者热加工钢，例如用 于高温下铝挤出机的排出口，以及用于涡轮叶片、锻造工具、切削工具和类似 产品，这些产品由扁坯料或棒料制成。但是，该类型的钢合金并没有用于制造 薄的、冷轧的、淬火和回火的用于刮板和刮刀以及起皱刮刀的钢带，这也许是 因为在钢带的冷轧和热处理过程中出现了大的问题，导致形成裂纹、平直性差 和类似缺陷，因此，该材料不适合于刮板和/或刮刀或起皱刮刀。

一种用于提高刮刀刀片寿命的已知的方法是，用陶瓷层涂覆其边缘。这样， 刮刀刀片的有效寿命明显提高。但是，陶瓷涂覆的刮刀刀片非常昂贵，因此并 不常用。

在WO 02/35002所述的另一种不同方式中，提出了一种双金属刮刀刀片。 在这种情况下，刮刀刀片的基体由粘弹性钢组成，在其上面涂覆了由HSS构 成的耐磨条带，从而提高了刮刀刀片的抗变形性。由于材料的不同，这种双金 属刮刀刀片在基体带-边缘的过渡区域的强度方面存在缺陷。此外，这种双金 属刮刀刀片的制造成本非常高，因而很十分贵。

为了提高这些刮板和刮刀的寿命，可以想到的是，提高碳化物形成元素的 含量，例如提高钼(Mo)、钒(Va)、铬(Cr)或钨(W)的含量，并以相应 的比例提高碳的含量。然而，在常规制造方法中，这些成分在熔体凝固时倾向 于在钢中形成大的碳化物。

这样的大的碳化物在刮板和刮刀中不希望出现的，因为在使用这样刀具 时，与硬化的碳化物本身相比，碳化物周围的磨损要大得多。因此，在使用一 定时期之后，在刀具的工作边缘，碳化物会从周围的钢中显露出来。这样会在 纸张表面形成不希望的沟槽或者在纸张的涂层中形成条纹。另外，由于所述的 碳化物，通常涂覆有塑料的相对辊也会受到损伤。

刮板和刮刀，首先由板坯热轧成热轧钢带，然后冷轧为厚0.05mm-1.2mm、 宽10mm-250mm的钢带。但是，常规制造的具有高碳化物含量的钢带，其冷 成形性十分有限。它们往往很脆，因此，如果将其冷变形为上述尺寸，钢带在 变形之后常常出现裂纹。

因此，本发明的任务是提供一种用于制造涂层刮板、刮刀刀片和起皱刮刀 的钢带，其具有改善的寿命并可以以适宜的成本制造。

发明概述

上述任务通过权利要求1所述的钢带、权利要求25-26之一所述的涂层刮 板、刮刀刀片或起皱刮刀或者通过权利要求28所述的制造方法得到解决。

特别地，该任务通过下述用于制造刮刀刀片、涂层刮板或起皱刮刀的钢 带得到解决，所述的钢带包含下列成分(重量％)：1-3％C、4-10％Cr、1-8％ Mo、2.5-10％V，余量基本上是铁以及通常份额的杂质，其中，该钢带是使用 粉末冶金方法制造的。

采用粉末冶金制造方法，可以制造上述组成的钢，其具有高的碳化物含量， 但是不会变脆，并且在成形为用于刮刀刀片、涂层刮板或起皱刮刀的钢带时不 会产生裂纹。在下文中，将刮刀刀片、涂层刮板和起皱刮刀总称为“刀片”。 另外，本发明的钢带含有非常多的小碳化物结晶体，因此，由其制成的刀片在 边缘上磨损均匀，不会在纸张中形成线痕或者在纸张涂层中形成条纹。另外， 不需要使用高成本和昂贵的制造方法，由本发明钢带所形成的刀片也具有高的 耐磨损性。在双金属刮刀中出现的强度缺陷在本发明钢带的相同材料中不会出 现。

优选的是，钢带具有0.05-1.2mm厚度和/或10-250mm宽度。

在一个优选的实施方式中，钢带采用冷轧法制造。由于具有细晶粒的组织， 可以冷轧到上述尺寸。

钢的组成的其他成分由从属权利要求给出。在优选的实施方式中，钢的组 成以附加或替换的方式具有以下成分(重量)：

1.5-3％的C；

痕量至最大1.1％的Si，优选0.8-1.1％的Si，更优选1.0％的Si；

痕量至最大1％的Mn，优选0.4-0.5％的Mn；

不超过杂质量的W；

代替Mo的2-16％W；

不超过杂质量的Co；

痕量至最大12％的Co；

6-10％的Cr，优选6.5-8.5％的Cr；

1-2％的Mo，优选1.5％的Mo；

4-10％的V；

1.0-2.5％的C，优选1.2-2.3％的C；

1％的Si，优选0.5％的Si；

痕量至最大1％的Mn，优选0.3％的Mn；

4-5％的Cr，优选4.2％的Cr；

4-8％的Mo，优选6-7％的Mo；

6-7％的W，优选6.4-6.5％的W；

2-7％的V，优选3.0-6.5％的V；和/或

7-12％的Co，优选8-11％的Co。

优选的是，钢带具有一个工作边缘，其硬度为500-600 HV，优选为575-585 HV，以及/或者直线性为0.3mm/3000mm带长。

在另一个实施方式中，工作边缘被淬火，优选激光淬火。其优点在于，不 需要使用真空环境就而可以将热能合适地引入至原料中。

由本发明的钢带制造的涂层刮板优选厚度为0.25-0.64mm。由本发明钢带 制造的刮刀刀片优选厚度为0.15-1.0mm。由本发明的钢带制造的起皱刮刀优 选厚度为0.25-1.2mm。

上述任务还可以通过制造涂层刮板、刮刀刀片和起皱刮刀的方法来解决， 其中，所述的方法具有下述顺序的步骤：

a)使用本发明的钢组合物，通过粉末冶金制造钢锭；

b)将该钢锭热轧成钢带；和

c)将钢带冷轧至厚度最大为1.2mm的带材。

优选的是，借助边缘支撑(edge supports)完成冷轧步骤。

在另一个优选的实施方式中，冷轧步骤之后，在950-1050℃的温度下进行 淬火步骤，接着在550-650℃温度下进行回火步骤。

优选的是，在连续的工艺过程中进行冷轧、淬火和回火。

另外，优选的是，淬火步骤包括冷却步骤，钢带在冷却壁之间被冷却至 150-250℃。

优选的是，钢带的工作边缘被淬火，优选借助激光进行。

附图的简要说明

以下参照附图来描述优选实施方式。其中：

图1所示为本发明钢带卷曲状态的三维视图；

图2是本发明钢带局部截面的三维视图，用以说明第一边缘形状；

图3是本发明钢带局部截面的三维视图，用以说明其尺寸和第二边缘形 状；

图4是两个显微镜放大的钢带边缘材料的局部截面三维示意图，其中，左 边表示现有技术的钢带，右边表示本发明的钢带；以及

图5是两个显微镜放大的钢带边缘材料的显微照片，其中，左边表示现有 技术的钢带，右边表示本发明的钢带。

优选实施方式的说明

以下阐述本发明优选实施方式。

如上所述，本发明涉及使用具有特定组成的合金钢来制造冷轧、淬火和回 火钢带形式的刀片(涂料刮板和刮刀，木工、制革用刮刀，起皱刮刀，刀片， 刮浆板，刮具)等。

图1显示了本发明钢带1的卷曲状态的三维视图，该状态是发货状态。图 3说明了其尺寸。典型地，宽度B为10-250mm，涂料刮板的厚度为0.05-1.2mm， 在典型情况下为0.25-0.64mm。典型情况下，刮刀刀片的厚度为0.15-1.0mm。 起皱刮刀具有的典型厚度为0.25-1.2mm。

如图3所示，刀片的工作边缘20可以是直的，具有90°角。如图2所示， 边缘10也可以是倾斜的。这种边缘形状同样用于涂料刮板或者刮刀刀片。

不同的合金元素的含量及其对于这种特别应用领域的钢的意义在下文中 单独阐述。

第1实施方式

根据本发明的第一实施方式，钢中应该存在足够量的碳，这是为了赋予基 础硬度，该硬度足以承受纸张导轨或施墨辊的压力而不发生永久形变，以及为 了在回火时形成MC-碳化物。MC-碳化物影响沉淀硬化并因此影响改善的边缘 耐磨性。因此，碳含量应当至少为1％C，优选为1.50％。最大碳含量为3％C。

钢中应当存在钒，这是为了在回火时沉淀析出形成非常小的MC-碳化物。 MC-碳化物被认为是本发明刮刀具有令人惊奇耐磨性的主要原因。碳化物具有 亚微观的大小，最大尺寸为1-3μm。为了提供足够高的体积含量的MC-碳化 物，钒含量至少应当为4％。钒含量不超过10％V。

铬含量应当至少为6％Cr，优选至少为6.5％Cr，以赋予钢足够的淬硬性， 即，使其在空气中淬火时或在奥氏体化之后转变成马氏体。但是，铬也是碳化 物形成元素，因此它与钒在钢的基体中争夺碳。铬含量越高，钒的碳化物越不 稳定。但是，铬的碳化物不形成所希望的沉淀硬化，而用上述含量的钒则可以 形成这样的沉淀硬化。大量的铬也会产生较高的残留奥氏体风险。因此，钢中 的铬含量限制为不超过10％，优选最高不超过8.5％。

钼含量最小应当为1％，这样它可以与钒一起形成MC-碳化物，并且会对 形成碳化物起积极作用。由于在MC-碳化物中存在有钼，当进行淬火时，钼 在奥氏体化过程中很容易溶解，随后在回火时形成MC-碳化物的一部分。但 是，钼含量不应太高，这会形成不利量的钼的碳化物，它象铬的碳化物一样是 不稳定的并且在高温下会长大。因此，钼的含量应当限制为不超过2％，优选 不超过1.5％。

可以采用常规方法，用双倍量的钨完全地或部分地替代钼。在一个优选的 实施方式中，合金组合物应当不含有超过杂质含量水平的钨。

钢中的锰含量限制为不超过1％，与铬一样，锰有助于赋予钢所希望的淬 硬性。锰含量优选为0.4-0.5％Mn。

硅含量应当最少应当为0.8％，以提高钢中碳的活性，以及在回火时加快 小的钒的碳化物的沉淀析出。但是，提高的碳活性也可能引起碳化物更快粗化， 由此导致钢更快软化。换句话说，如果硅含量较高，回火曲线向左移动，硬度 最大值向上移动。但是，钢应当含有最高不高于1.1％的硅，优选最高含有1.0 ％的硅。

镍在希望的应用领域中对于钢没有积极影响。镍可能会损害钢的热处理 性。因此，钢含有的镍最好不超过杂质水平。

此外，除了铁之外，钢基本上不含有其它元素。其他元素，例如铝、氮、 铜、钴、钛、铌、硫和磷在钢中只是杂质存在，或者作为无法避免的次要元素 存在。

在第一实施方式中，通过粉末冶金制造三种不同的合金钢，进行冷轧并测 试，结果很好。三种合金被冷轧为厚度0.05-1.2mm、宽度10-250mm的薄带， 可用于制造刮刀、涂料刮板和起皱刮刀。这些合金钢的名义组成如下：

1.5％C、1％Si，0.4％Mn、8％Cr、1.5％Mo、4％V，余量为铁以及不可避 免的杂质；

2.1％C、1％Si，0.4％Mn、6.8％Cr、1.5％Mo、5.4％V，余量为铁以及不 可避免的杂质；

2.9％C、1％Si，0.5％Mn、8％Cr、1.5％Mo、9.8％V，余量为铁以及不可 避免的杂质。

第2实施方式

根据本发明的第2实施方式，钢中应该存在足够量的碳，这是为了赋予钢 基础硬度，该硬度应足以经受纸幅或施墨辊的压力而不发生永久变形，以及为 了在回火时形成MC-碳化物。MC-碳化物影响沉淀硬化并因此影响改善的边缘 耐磨性。因此，碳含量应当至少为1.0％C，优选为1.2％。最大碳含量为2.5 ％C，优选为2.3％C。

钢中应当存在钒，这是为了在回火或退火时沉淀析出形成非常小的MC- 碳化物。MC-碳化物被认为是本发明刮刀具有令人惊奇的耐磨性的主要原因。 碳化物具有亚微观的大小，这意味着最大尺寸为1μm-3μm。为了提供足够高 体积量的MC-碳化物，钒含量至少应当为2.5％，优选至少为3.0％。钒含量 不应超过7％，优选的是，钢含有最高6.5％的钒。

在本实施方式中，铬含量很低。铬含量应当至少为4％，以赋予钢足够的 淬硬性，即，使其在空气中淬火时或在奥氏体化之后转变成马氏体。但是，铬 也是碳化物形成元素，因此，它与钒在钢的基体中竞争碳。铬含量越高，钒的 碳化物越不稳定。因此，钢中的铬含量可以为5％。名义含量为大约4.2％。

钼含量最小应当为4％，这样，它可以与钒一起形成MC-碳化物，并且会 对形成碳化物起积极作用。由于在MC-碳化物中存在钼，当淬火时，钼在奥 氏体化过程中很容易溶解，随后成为在回火时形成的MC-碳化物的一部分。 但是，钼含量不应太高，这会形成不利量的钼的碳化物，其象铬的碳化物一样 是不稳定的并且在高温下会长大。因此，在第2实施方式中钼含量应当限制为 不超过8％，优选为5-7％。

可以采用常规方法，用双倍量的钨全部地或部分地替代钼。钨改善了耐磨 性，提高了淬火温度并改善了耐热性。根据第2实施方式，钢含有6-7％W， 优选约6.4-6.5％的钨。

钢中的锰含量限制为不超过1％，与铬一样，锰有助于赋予钢所希望的淬 硬性。锰含量优选为0.3％。

硅含量应当最少为0.8％，以提高钢中碳的活性，以及在回火时加速小的 钒的碳化物的沉淀。但是，提高的碳活性也可以引起碳化物更快粗化，由此导 致钢更快软化。换句话说，如果硅含量较高，回火曲线向左移动，硬度最大值 向上移动。但是，钢应当含有最高不高于0.8％的硅，优选最高为0.5％的硅。

镍在期望的应用领域中对钢不产生积极的影响。镍可能会损害钢的热处理 性。因此，在第2实施方式中钢含有最好不超过杂质水平的镍。

根据本发明的第2实施方式，钢含有至少8％的钴。钴改善钢的热变形性。 不过，钴使钢变脆并且提高了冷加工过程中的形变硬化。因此，钢含有的钴应 当不超过12％，优选不超过11％。改进的热加工性对于该钢并不是重要的性 能，因此，本发明第2实施方式基本不含钴。

此外，钢主要只含铁。其他元素，例如铝、氮、铜、钴、钛、铌、硫和磷， 在钢中只是作为杂质或无法避免的次要成分存在。

在第2实施方式中，采用粉末冶金方法制造三种不同的合金钢，进行冷轧 并测试，结果良好。这三种合金被冷轧成厚度0.05-1.2mm、宽度10-250mm 的薄带，可以用于制造刀片。这些合金钢的名义组成如下：

1.28％C、0.5％Si，0.3％Mn、4.2％Cr、5％Mo、6.4％W、3.1％V，余量 为铁以及不可避免的杂质；

1.28％C、0.5％Si、0.3％Mn、4.2％Cr、5％Mo、6.4％W、5.4％V、8.5％ Co，余量为铁以及不可避免的杂质；

2.3％C、0.5％Si，0.3％Mn、4.2％Cr、7％Mo、6.5％W、6.5％V、10.5％ Co，余量为铁以及不可避免的杂质。

根据本发明，按照以下所述制备涂料刮板、刮刀以及起皱刮刀。采用粉末 冶金方法制造具有上文和权利要求所述组成的合金。将粉末混合形成所希望的 组成，通过热等静压而压缩成成致密的坯块。随后将该坯块热轧成厚度约3-3.5 mm的带材。然后，将该带材冷轧成小于1.2mm的所希望厚度。可以交替进 行中间加热步骤。为了避免钢带1上的边缘裂纹，在厚度从约3.5mm减少至 1mm时，借助边缘支撑进行冷轧。当钢带1在冷轧过程中已经达到最终厚度 T时，接着在连续过程中进行淬火和回火。

第1实施方式的冷轧钢带1，在950℃-1050℃温度下进行奥氏体化，接着 在冷却壁之间急速冷却至150℃-250℃，并在550℃-650℃回火。

第2实施方式的冷轧钢带1，在1000℃-1050℃温度下进行奥氏体化，接着 在冷却壁之间急速冷却至150℃-250℃，并在550℃-650℃回火。

然后涂刷钢带1的表面。必要时，可以通过在氧化气氛中回火使钢带1着 色。将钢带1裁剪成正确的长度和宽度B，通过抛光和/或打磨对边缘10、20 进行加工，使其获得所希望的边缘轮廓。

用本发明的方法可以制造宽度直至250mm的冷轧钢带，而不必放弃工作 边缘的令人满意的直线性。钢带的平直性是至关重要的。工作边缘应当具有 0.3mm/3000mm带长的直线性。根据Pilhojld标准，平直度应当至少为名义 带宽的0.3％。

此外，该钢带的特征在于其工作边缘10、20具有改进的性能。尤其是与 其他现在可购得的钢带相比具有提高的耐磨性。

根据一个可供选择的实施方式，可以通过边缘区域的局部加热对工作边缘 10、20进行淬火，例如采用感应淬火。优选的是，借助高能射线进行淬火， 例如激光淬火、等离子淬火或电子射线淬火，这赋予工作边缘10、20一定的 硬化区域而不会损害钢带的直线性。为此目的，优选使用激光。以这种方式淬 火的工作边缘10、20达到630 HV、优选620 HV的改善的硬度。

此外，由于采用粉末冶金制造方法，本发明的钢带的工作边缘10、20具 有特别细小的组织。在图4和图5中示出了工作边缘10、20的组织的显微镜 放大视图。图4和5中的左侧图像显示现有技术的组织30，该组织是采用一 般的熔炼方法制成。图中示意性表示了大而硬的碳化物34和36，这些碳化物 嵌入到周围的合金32中。在使用一段时间后，工作边缘10、20磨损，碳化物 34、36比周围材料32的磨损小很多。因此，表面的碳化物从其余的组织中凸 出出来，正如标记36所表示的碳化物一样。这种凸出的碳化物在纸张表面或 者在挤压辊上产生条纹或者在纸张的涂层中产生擦痕，因而必须更换刀具。

在图4和5的右侧表示的是本发明工作边缘10、20的组织40。该组织40 具有与组织30相同的钢组成，不过，该组织是用粉末冶金的方法制造形成的。 由此形成细小的、良好分散的碳化物44，嵌入周围的组织42中。具有这种组 织40的工作边缘10、20均匀地磨损，没有凸出的碳化物，因此不会造成条纹 或擦痕。

本发明的方法，能够成功制造具有直至250mm宽度的冷轧钢带，该方法 可以同时制造多个小的钢带。在这种情况下，边缘10、20被加工之前，将宽 的钢带1切割成多个细的钢带。用此方式，例如通过一个单独的冷轧过程，可 以由一个宽钢带获得两个窄的钢带。