SE508150C2 - Förfarande för att tillverka band av ferritiskt, rostfritt FeCrAl-stål - Google Patents

Description

15 20 25 30 508 150 2 Det kallvalsade kompositmaterialet bestående av tre lager värmebehandlas och därmed erhålles ett homogent material med aluminium jämnt fördelat i den ferritiska grund- maSSaIl.

En annan variant innebär att doppa ett stålband i flytande aluminium eller aluminium- legering (USA-patent nr 3,907,61 1, 3,394,659 och nr 4,079,157). Denna metod är dock komplex och processpararnetrarna är svåra att styra. Därmed blir kostnadema höga och icke kommersiellt försvarbara.

Ett huvudändamål med uppfinningen är följaktligen att åstadkomma ett nytt förfarande för produktion av högtemperaturbeständiga FeCrAl-band, som ej medför samma begränsningar av Al-halten som med konventionella metoder. Ett annat ändamål är att åstadkomma en metod som möjliggör kontinuerlig tillverkning ”on line” till mycket måttliga kostnader. Nämnda ändamål uppnås medelst en metod enligt föreliggande uppfinning vars kärmetecken framgår närmare av efterföljande patentkrav l.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med några utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, där Fig. l visar en principiell skiss av den fysikaliska appliceringsmetoden för påförande av aluminium.

Fig. 2 visar ett utförande av en kontinuerlig tillverkningslinje för FeCrAl-band.

Fig. 3 visar ett flödesschema över tillverkningsgången i enlighet med ett utförande av metoden enligt uppfinningen, och Fig. 4 visar ett flödesschema över en annan altemativ tillverkningsgång enligt uppfinningen.

Enligt uppfinningen är utgångsmaterialet ett ferritiskt rostfritt kromstål, med eventuella legeringstillsatser som höjer materialets varmhållfasthet, innehållande sällsynta jordartsmetaller t ex cerium, lantan eller yttrium, som tillverkas genom skrotbaserad metallurgi och varmvalsas till tunnast möjliga varmbandtjocklek. Materialet bearbetas vidare till lämplig kallvalsad dimension innan bandet med kontinuerlig Phisical Vapor 10 15 20 25 30 (fl CD CD ...ß 50 3 Deposition (PVD)-teknik beläggs med aluminium. Stålbandet kan dels beläggas med aluminium efter valsning ned till färdig tjocklek eller vid en mellandimension för att sedan, med tunna aluminiumskikt på ytoma, bearbetas till slutlig kallvalsad tjocklek. För att erhålla ett homogent stålband med aluminium jämnt fördelat i ferriten krävs att materialet värmebehandlas vid ca 950°C upp till ca 11S0°C under en lämpligt vald tidsperiod.

Aluminiumet diffunderar in i det ferritiska stålet och tiden som krävs för utjämning beror av vilka tid-temperaturförhållanden som valts för ändamålet och av tjockleken på det ferritiska kromstålet. En av varianterna på processgång är förslagsvis att värmebehand- lingen görs ”on line” i anslutning till eller i PVD-anläggningen innan banden hasplas upp. Innovationen innebär att homogent stålband med ca 70-75 viktsprocent Fe, 15-25 viktsprocent Cr och 5-10 viktsprocent Al kan framställas med hjälp av denna alternativa processväg.

Det finns en mängd olika varianter på PVD-teknik med olika typer av förångningskällor som möjliggör sönderdelning av aluminium till atomer. För att applicera aluminium lämpar sig tekniker baserade på termisk förångning eller avdunstning mycket bra och exempel på detta är förångning orsakad genom resistiv uppvärmning, elektronstråle, induktion, ljusbåge eller laser. Förångníng medelst en elektronstråle är en relativt enkel och billig metod och kan med fördel användas för beläggning med aluminium.

Den i Fig. 1 schematiskt åskådliggjorda utrustningen innefattar en vattenkyld koppar- degel 10, i vilken en aluminiumsmälta ll innehålles vid erforderlig temperatur. Ett stålband 12 av ferritiskt kromstål är anordnat att längsförflyttas ovanför degeln. En på lämpligt avstånd från degeln 10 belägen elektronkanon 13 säkerställer att för appliceringen av aluminium mot bandet 12 erforderlig aluminiumplasma 14 bildas till bildandet av en beläggning 13 på bandet 12.

Den i Fig. 2 visade anläggningen för kontinuerlig tillverkning av FeCrAl-band innefattar en haspel 15 från vilken bandet 12 matas in i en tvättanordning 16, i vilken bandet 10 15 20 25 30 508 150 4 tvättas. Bandet 12 matas därefter in i en sluss 17, från vilken bandet matas in i en beläggningskarnmare 18 innehållande den i Fig. 1 schematiskt åskådliggjorda utrustningen. Efter att ha påtörts ett skikt av aluminium i kammaren 18 matas bandet in i en kammare 19 för värmebehandling, följt av en bandkylare 20 och slutligen en vakuurnsluss 21. Efter utträdet ur anläggningen appliceras bandet på en haspel 22.

Exempel 1 Ett enligt uppfinningen föredraget förfarande enligt uppfinningen beskrives närmare nedan i anslutning till ett i Fig. 3 visat schema över de ingående processtegen.

Ett varmband 12 av ett ferritiskt rostfritt kromstål, 2-2,8 mm i tjocklek, med tillsatser av sällsynta jordartsmetaller tillverkas. Bandet 12 kallvalsas i flera steg, med ett lämpligt antal rekristallisationsglödgningar mellan valsningsoperationema, ned till färdig kallvalsad dimension ~ 30-45 um. Som ett första steg i en PVD-anläggning anpassad för beläggning av aluminium tvättas materialet i en behållare 16 innehållande avjoniserat vatten. För att erhålla ~ 5-10 viktsprocent Al belägges bandets båda sidor med 3-10 um ren aluminium i beläggningskamrnaren 18. Bandet värmebehandlas i ~ 950-1 150°C sedan i kammaren 19 under ca 20 sekunder upp till flera minuter beroende på vilken vännningsteknik som används. Värmebehandlingen kan genomföras i samma linje, eller som efterföljande operationssteg i genomdragningsugn eller klockugn. Värmebehand- lingen kan också genomföras i sarnband med att katalysatorn tillverkas. Utförs värmebe- handlingen i samma linje som PVD-beläggningen kan med fördel snabbuppvärmning användas, t ex induktion eller kontaktuppvännning via rullar. Fasonproblem efter glödgning i PVD-linjen kan undvikas genom att materialet varrnriktas direkt efter värmebehandlingen. Efter kylning i kylaren 20 får bandet passera en vakuumsluss 21 innan det hasplas upp på en haspel 22. 10 15 20 25 508 150 Eacemnfll Ett altemativt förfarande enligt uppfinningen beskrives nedan i anslutning till ett processchema enligt Fig. 4.

Ett ferritiskt rostfritt kromstål, legerat med sällsynta jordartsmetaller, från en varmband- dimension på ca 2-2,8 mm valsas ned till en lämplig mellandimension på ca 0,1-0,3 mm.

Därefter belägges bandet med ca 10-30 pm förångad aluminium i kammaren 18.

Materialet matas sedan in i kammaren 19 för att värmebehandlas vid ~ 950-l150°C i samma linje eller i ett efterföljande operationssteg. Här kan det vara lämpligare att värmebehandla i ett separat processteg efter PVD-beläggningen på grund av att den grövre bandtj ockleken kräver längre glödgningstider. Värmebehandlingen ersätter den ordinarie rekristallisationsglödgningen som genomförs före kallvalsning ned till färdig dimension. Efter att aluminiumet är applicerat på stålbandet och homogeniserats i det ferritiska kromstålbandet kallvalsas materialet vidare ned till slutdimension, ~ 30-50 pm.

Enligt en ytterligare alternativ tillverkningsgång kan homogeniseringen för att diffundera in aluminiumet i stålbandet genomföras efter att materialet valsats till färdig dimension.

Värmebehandlingen kan också genomföras i samband med att katalysatom tillverkas.

Genom det enligt uppfinningen ovan beskrivna nya förfarandet blir det möjligt att använda en anläggning, i vilken Al-beläggning på bandet göres helt kontinuerligt vid höga hastigheter. Jämfört med andra metoder, som beskrivits tidigare, blir denna nya tillverkningsväg mycket konkurrensmässig prismässigt. Den snabba beläggningshastig- heten möjliggörs genom de förfinade vakuumsystem, som finns att tillgå i kombination med tätare vakuumslussar. En annan fördel med den ovan beskrivna PVD-tekniken jämfört med tidigare kända metoder är, att det finns stora möjligheter att styra skikttjockleken jämnt över bandet med hög precision.

Claims (7)

Ur 10 15 20 25 508 '150 Patentkrav

1. Sätt att tillverka band av högtemperaturbeständiga ferritiska rostfria kromstål, varvid stålet först produceras såsom FeCr-stål med tillsatser av sällsynta jordartsmetaller och sedan nedvalsas till band i flera steg med ett lämpligt antal rekristallisationsglödgningar mellan valsningsoperationema, k ä n n e t e c k n at av följande processteg i kombination: att bandet matas in i beläggningskammare (18) och där beläggs med aluminium (13) som påföres medelst fysikalisk förångningsteknik under tillräcklig tid så att erforderlig skikttjocklek erhålles och att bandet (12) därefter värmebehandlas i en kammare (19) vid en temperatur av 950-1 150°C under tillräcklig tid så att en homogeni- sering för att diffundera in aluminiumet i stålbandet uppnås.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att bandet underkastas en riktningsbehandling direkt efter värmebehandlingen vid 950-1 l50°C.

3. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n at därav, att bandet beläggs med Al i anläggningen (18) under sådan tidrymd att en beläggning (13) av 3-10 um rent Al erhålles på bandets (12) båda sidor.

4. Sätt enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att värmebehandling vid temperaturen 950-1150°C sker i kammaren (19) under en tid av ca 20 sekunder.

5. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at därav, att bandet före inträdet i PVD- anläggningen bringas att passera en zon, där bandet tvättas i avj oniserat vatten, och att bandet varrnriktas direkt efter avslutad värmebehandling.

6. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n at därav, att bandet efter att ha passserat PVD- anläggningen för Al-beläggning underkastas en homogeniseringsbehandling, varefter bandet kallvalsas till önskad slutdimension. *508 150 7

7. Sätt enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att bandet efter kallvalsning till slutdimension underkastas en avslutande rekristallisationsglödgning.