用于擋板閥的不銹鋼的制作方法
【專利摘要】發(fā)明涉及用于壓縮機中的擋板閥的冷軋和硬化的馬氏體/奧氏體不銹鋼帶，其中所述鋼帶由包括如下的鋼制成，以重量％(wt.％)計：C 0.3?0.5、Si 0.2?0.8、Mn 0.2?1.0、Cr 12.0?15.0、Mo 0.5?2.00、N 0.02?0.15、V 0.01?0.20，所述鋼帶具有由回火馬氏體和5?15體積％奧氏體組成的基體以及1970?2300Mpa的抗拉強度(Rm)。
【專利說明】
用于擋板閥的不誘鋼
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于壓縮機中的擋板閥（瓣閥，止回閥，flapper valve)和其它黃片 (reep)應(yīng)用的不誘鋼帶。
【背景技術(shù)】
[0002] 擋板或黃片閥用在其中為了特定目的而調(diào)節(jié)特定類型的壓縮循環(huán)的多種類型的 應(yīng)用中。它可為在冰箱或在汽車的空氣調(diào)節(jié)器(空調(diào)）中不間斷地工作的密閉往復(fù)式壓縮機 中的制冷循環(huán)。擋板閥基本為由預(yù)硬化的鋼帶制成的彈黃(spring)。擋板閥W其最簡單的 形式為其中一端固定且相反端懸空的舌形，且調(diào)節(jié)壓縮機中的液體或氣體流動。擋板閥在 其運行期間遭受周期性彎曲應(yīng)力和周期性沖擊應(yīng)力。通常，運些周期性應(yīng)力最終導(dǎo)致疲勞 破壞(疲勞斷裂，fatigue fai lure)。相應(yīng)地，對于擋板閥材料而言，疲勞性質(zhì)是最重要的。
[0003] 本發(fā)明的鋼帶制成的擋板閥具有其通過如下的組合效果而最優(yōu)化的疲勞性質(zhì):對 所述鋼的化學組成、非金屬夾雜物和熱處理的改進。
[0004] 壓縮機OEM要求具有較高的疲勞壽命的材料W改善壓縮機的性能和壽命。
[0005] 此外，在工業(yè)中對開發(fā)能量效率更高和更安靜的壓縮機存在日益增加的興趣。性 能系數(shù)(COP)可通過增大閥升程和通過減小閥的厚度而提高。因此，壓縮機設(shè)計者要求除疲 勞強度改善之外還具有提升的減震性質(zhì)的閥材料。
[0006] 用于黃片閥的現(xiàn)有鋼種是經(jīng)由常規(guī)的烙融、鑄造、社制和熱處理工藝而制造的碳 鋼AISI 1095和不誘鋼AISI 420的改型形式。然而，工業(yè)需求和導(dǎo)致的性能要求意味著未來 的擋板黃片將愈加需要由具有提高的疲勞壽命預(yù)期和較高的減震性質(zhì)的非常薄的鋼帶制 成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的總體目的是提供運樣的用于擋板閥的預(yù)硬化的不誘鋼帶:其具有最優(yōu)化 的性質(zhì)概況(profile),使得它可用于制造更高效和可靠的壓縮機。
[000引另一目的是提供運樣的用于擋板閥的預(yù)硬化的不誘鋼帶:其降低擋板黃片對壓縮 機的總的噪聲水平的貢獻。
[0009] 提供運樣的經(jīng)改善的鋼帶的制造方法也是本發(fā)明的目的。
[0010] 通過提供具有如權(quán)利要求1中闡述的組成、顯微結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的冷社和硬化的 馬氏體不誘鋼帶，前述目的W及額外的優(yōu)點得W顯著地實現(xiàn)。
[0011] 發(fā)明定義在權(quán)利要求中。
【具體實施方式】
[0012] W下簡要地解釋所主張的合金的單獨的元素和它們彼此的相互作用W及化學成 分限制的重要性。鋼的化學組成的全部百分比在整個說明書中W重量％(wt. % )給出。顯微 結(jié)構(gòu)相的量W體積％(vol. % )給出。單獨元素的上下限可在權(quán)利要求中闡述的界限內(nèi)自由 地組合。
[0013] 碳(0.3-0.5%)
[0014] Wo. 3%、優(yōu)選地至少0.32%、0.34%、0.36 %或0.36%的最小含量存在。碳是具有 相對大的在奧氏體中的溶解度的強奧氏體穩(wěn)定劑。碳的上限為0.5%，且可設(shè)定為0.48%、 0.46%、0.44%或0.42%。優(yōu)選的范圍為0.35-0.41 %。在任何情況下，應(yīng)該控制碳的量，使 得所述鋼中的M23C6、M7C3和MsC類型的一次碳化物的量受到限制，優(yōu)選地所述鋼不含運樣的 一次碳化物。
[0015] 娃(0.2-0.8%)
[0016] 娃用于脫氧。Si是強的鐵素體形成物(former)且增大碳活度(活性KSi也是有力 的固溶體增強元素且使鋼基體增強。運種效果在〇.2%Si的含量下出現(xiàn)。優(yōu)選的范圍為 0.30-0.60%。
[0017] 車孟(0.2-1.0%)
[0018] 儘是奧氏體穩(wěn)定劑且有助于改善所述鋼的澤透性。因此，儘應(yīng)WO. 2%、優(yōu)選地至 少0.3%、0.35 %或0.4%的最小含量存在。當Mn的含量過大時，在精工退火之后的殘余奧氏 體的量可過高。因此，所述鋼應(yīng)該包含最大1.0%、優(yōu)選地最大0.8%、0.7%或0.65%的Mn。
[0019] 銘(12.0-15.0%)
[0020] 銘是鐵素體穩(wěn)定化元素，其被添加W賦予所述鋼W耐蝕性。Cr需要W至少12.0% 的含量存在W在鋼表面上提供純化膜。下限可為12.4%、12.6%、12.8%或13%。然而，當化 的含量超出15 %時，S鐵素體可形成。
[0021] 鋼(0.5-2.0%)
[0022] Mo是鐵素體穩(wěn)定劑并且已知具有對澤透性非常有利的效果。鋼對于實現(xiàn)良好的二 次硬化響應(yīng)是必要的。最小含量為0.5%，且可被設(shè)定為0.6%、0.7%或0.8%。鋼是強的碳 化物形成元素且也是強的鐵素體形成物。因此，鋼的最大含量為2.0%。優(yōu)選地，鋼被限制到 1.5%、1.3% 或 1.1%。
[0023] 饑(0.01-0.20%)
[0024] 饑在所述鋼的基體中形成V(N，C)類型的均勻分布的細的沉淀碳化物、氮化物和碳 氮化物。運種硬質(zhì)相也可表示為MX，其中M主要為V，但是其它金屬如化和Mo可一定程度地存 在。X是C和N的一種或兩者。因此，饑應(yīng)Wo. 01-0.2%的量存在。上限可被設(shè)定至0.1 %或 0.08%。下限可為0.02%、0.03%、0.04或0.05%。
[0025] 氮（0.02-0.15%)
[0026] 氮是強的奧氏體形成物。將啡良定至0.15% W獲得期望的類型和量的硬質(zhì)相，尤其 是V(C，N)。較高的氮含量可導(dǎo)致加工硬化、邊裂(邊緣裂縫)和/或大量的殘余奧氏體。當相 對于饑含量適當?shù)仄胶獾繒r，富饑的碳氮化物V(C，N)將形成。運些將在奧氏體化步驟 期間部分地溶解并然后在回火步驟期間沉淀為納米尺寸的粒子。饑的碳氮化物的熱穩(wěn)定性 被認為比饑的碳化物的熱穩(wěn)定性好。因此，在高的奧氏體化溫度下對抗晶粒生長的抗性得 W 提升。下限可為 0.02 %、0.03 %、0.04 %或 0.05 %。上限可為 0.12 %、0.10 %、0.08 %或 0.06%。
[0027] 儀(《2.0%)
[00%]儀是奧氏體形成物。Ni可w《2.0%的量存在。它給予所述鋼良好的澤透性和初 性。然而，由于昂貴，鋼的儀含量應(yīng)被限制。因此，上限可設(shè)定為1.0%、〇.5%或0.5%。然而， 正常情況下，不故意添加Ni。
[0029] 鉆(《2.0%)
[0030] 鉆是奧氏體形成物。Co導(dǎo)致固相線溫度提高，并因此提供升高硬化溫度的機會。因 此，在奧氏體化期間，可溶解較大部分的碳化物且由此提升澤透性。Co還提高Ms溫度。然而， 大量Co可導(dǎo)致降低的初性和耐磨性。最大量為2%且可設(shè)定為0.5%。然而，由于實際原因例 如廢料處理，正常情況下不故意添加Co。
[0031] 銅（《2.0%)
[0032] Cu是奧氏體穩(wěn)定化元素，但是具有低的在鐵素體中的溶解度。Cu可有助于提高所 述鋼的硬度和耐蝕性。然而，一旦已經(jīng)添加銅就不可能從所述鋼提取銅。運急劇地使廢料處 理更困難。由于該原因，上限可為1.0%、〇.5%或0.3%。正常情況下，不故意添加銅。
[0033] 侶（《0.06%)
[0034] 侶可與Si和Mn組合用于脫氧。下限設(shè)定為0.001 %、0.003%、0.005%或0.007% W 保證良好的脫氧。上限限定為0.06%，W避免不期望的相例如AIN和硬的脆性氧化侶夾雜物 的沉淀。上限可為 0.05%、0.04%、0.03%、0.02%或0.015%。
[0035] 鶴（《2%)
[0036] 原則上，鋼可被兩倍量的鶴所代替，運是因為它們的化學相似性。然而，鶴是昂貴 的并且它也使廢金屬的處理復(fù)雜化。因此，最大量限制為2%，優(yōu)選地0.5%或0.3%，且最優(yōu) 選地不故意添加。
[0037] 妮（《0.05%)
[0038] 妮和饑的相似之處在于它形成M(N，C)類型的碳氮化物并且原則上可用于代替一 部分饑，但是和饑相比，要求雙倍量的妮。然而，Nb導(dǎo)致M(N，C)的形狀更尖（有角的， angular),且運些也比V(C，N)穩(wěn)定得多，且因此在奧氏體化期間可能不被溶解。因此，最大 量為0.05%，優(yōu)選地0.0 l %，和最優(yōu)選地不故意添加。
[0039] Ti'Zr 和 Ta(各自《0.05%)
[0040] 運些元素是碳化物形成物，且可W所主張的范圍存在于所述合金中W改變硬質(zhì)相 的組成。然而，正常情況下，均不添加運些元素。
[0041 ]棚(《0.01%)
[0042] 可使用BW進一步提高所述鋼的硬度。將量限制至0.01%、優(yōu)選地《0.005%或者 甚至《0.001%。
[0043] Ca 和REM (稀 ±金屬）
[0044] 運些元素可W所主張的量添加至鋼中W進一步改善熱加工性和改進非金屬夾雜 物的形狀。
[0045] 雜質(zhì)元素
[0046] P、S和0為對所述鋼帶的機械性質(zhì)具有不利影響的主要雜質(zhì)。因此，可將P限制至 0.03%、優(yōu)選地至 0.01 %。可將 S 限制至 0.03%、0.0!%、0.008%、0.0005%或 0.0002%?？?將0限制至0.003%、0.002%或0.0 Ol %。
[0047] 本發(fā)明人已經(jīng)系統(tǒng)地研究了改進的化學組成和改進的熱處理對擋板閥材料的機 械性質(zhì)的影響。相對于常規(guī)材料對化學組成所作出的改進主要集中在氮和饑的增加，盡管 一些益處還得益于奧氏體水平的增加和對如碳、儘和憐運樣的元素更嚴格的控制。
[0048] 使用不同的爐參數(shù)進行閥帶的連續(xù)硬化W由常規(guī)的和改進的化學組成繪制材料 的硬化響應(yīng)。生產(chǎn)試驗在恒定的線速度下W如下進行：在iooo°c-i〇8(rc范圍內(nèi)的硬化溫 度，澤火至在250°c-35(rc范圍內(nèi)的溫度的烙融鉛合金中，且在220°C-600°c范圍內(nèi)的溫度 進行回火。
[0049] 由運些硬化試驗在常規(guī)材料上得到的機械性質(zhì)對應(yīng)于：
[(K)加 ]?屈服強度化日.2范圍為1300MPa-1600MPa，
[0化1] ?抗拉強度Rm范圍為1740MPa-2100MPa，
[0化2] ?伸長率A50范圍為4 %-6 %
[0053] 對具有改進的化學組成和非金屬夾雜物內(nèi)容物的材料進行另外的連續(xù)硬化試驗。 生產(chǎn)試驗在恒定的線速度下W如下進行：在i〇5〇°c-ii〇(rc范圍內(nèi)的硬化溫度，澤火至在 250°C-35(rC范圍內(nèi)的溫度的烙融鉛合金中，且在220°C-60(rC范圍內(nèi)的溫度進行回火。
[0054] 由另外的硬化試驗在具有改進的化學組成和非金屬夾雜物內(nèi)容物的材料上得到 的機械性質(zhì)對應(yīng)于：
[0化5] ?化0.2 范圍為 1400MPa-1750MPa，
[0化6] ? Rm范圍為1970MPa-2300MPa，
[0化7] .A50 范圍為 4%-8%
[005引實施例
[0059] 在該實施例中，將根據(jù)發(fā)明的不誘鋼帶與常規(guī)的不誘鋼帶進行比較。所研究的鋼 的組成如下：
[0060]
[0061]
[0062] 用于硬化和回火試驗的冷社的帶全部具有0.203mm的厚度和140mm的寬度。將所述 帶在W上提到的連續(xù)澤火爐中進行硬化和回火。根據(jù)IS06892:2009進行抗拉強度測量。圖1 公開了作為奧氏體化溫度的函數(shù)的拉伸性質(zhì)。圖2公開了作為回火溫度的函數(shù)的拉伸性質(zhì)。
[0063] 工業(yè)實用性
[0064]發(fā)明的鋼帶可用于制造具有改善性質(zhì)的壓縮機用擋板閥。
【主權(quán)項】
1. 用于壓縮機中的擋板閥的冷乳和硬化的馬氏體/奧氏體不銹鋼帶，其中所述鋼帶 a) 由以重量％(wt.%)計組成為如下的鋼制成： C 0.3-0.5 Si 0,2-0.8 Mn 0.2-1.0 Cr 12.0-15.0 Mo 0.5-2.0 N 0.02-0.15 ￥ 0.01-0.20 Ni <2.0 Co <2.0 Cu <2.0 W <2.0 Al <0,06 Ti <0.05 Zr <0.05 Nb <0.05 Ta <0.05 B <0.01 Ca <0.009 RFM <0.2 余量的鐵和雜質(zhì)， b) 具有由回火馬氏體和5-15體積%的奧氏體組成的基體， c) 具有1970-2300MPa的抗拉強度(Rm)， d) 具有〇.〇7-3mm的厚度和<500mm的寬度。2. 權(quán)利要求1的帶，其滿足以下要求的至少一項： C 0.35-0.41 Si 0.30-0.60 Mn 0.40-0.65 Cr 13-14 Mo 0.8-1.2 N 0.03-0.13 V 0.02-0.10 Ni <0.5 Co <0.5 Cu <0.5 W <0.5 Al <0.01 Ti <0.01 Zr <0.01 Nb <0.01 Ta <0.0 ? B <0.001 Ca 0.0005-0 002 且其中P、S和0的雜質(zhì)含量滿足以下要求： P 彡 0.03 S 彡 0.03 0 ^0.003〇3. 權(quán)利要求1或2的帶，其滿足以下要求： C 0.35-0.41 SI 0.30-0.60 Mn 0.40-0,65 Cr 13-14 Mo 0.8-1.2 N 0.03-0.10 V 0.03-0.09。4. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項的帶，其滿足以下要求的至少一項： 2000-2200Mpa的抗拉強度(Rm)， 1500-1750MPa的屈服強度(Rpo.2)， 570-650的維氏硬度(HVl)， 4-9%的延伸度A50。5. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項的帶，其滿足以下要求： 反向彎曲疲勞>850MPa。6. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項的帶，其具有0.1-1.5mm的厚度和/或5-150mm的寬度。7. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項的帶，其中最大球狀夾雜物尺寸為6μηι。8. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項的帶，其中主要夾雜物種類是具有4μπι的最大寬度的硅 酸鹽類型。9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8的任一項的帶的制造方法，其中所述方法包括以下步驟： a) 熱乳具有如權(quán)利要求1-3的任一項中定義的組成的鋼， b) 將熱乳的帶冷乳至0.07-3mm的厚度， c) 將冷乳的帶連續(xù)地硬化和回火， d) 任選地，縱切所述冷乳的帶。10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中在步驟c)中奧氏體化溫度為1000-1150 °C，且其中回火 溫度為 200-600 °C。11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其中所述硬化涉及使所述帶在熔融的鉛或鉛合金浴中 淬火，所述浴優(yōu)選地保持250-350 °C的溫度。12. 根據(jù)權(quán)利要求9-11的任一項的方法，其中所使用的鋼通過粉末冶金法制造，且其中 所述鋼的最大球狀夾雜物尺寸為6μπ?。
【文檔編號】C21D9/02GK105934530SQ201580003829
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年12月8日
【發(fā)明人】C.米爾沃德, A.納瓦茲, A.洛夫
【申請人】奧鋼聯(lián)精密帶鋼公司