由具有經(jīng)淬火邊緣區(qū)域的鋼制成的測(cè)量元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種彈性測(cè)量元件，用于計(jì)算壓力或溫度，其由金屬片（Blech)或管構(gòu) 成，其在邊界區(qū)域中在限定的深度上具有限定的強(qiáng)度，且由此在持續(xù)使用中在交變載荷方 面得到改進(jìn)。
[0002] 已知，可通過(guò)針對(duì)其使用的自增強(qiáng)而在壽命和其他特性方面優(yōu)化鋼管或不銹鋼 管，該壽命和其他特性隨著時(shí)間和溫度可能發(fā)生不利的變化。此外已知，鋼是可經(jīng)淬火的， 且表面和邊緣層例如通過(guò)不同的方法也是可以例如通過(guò)溫度影響有針對(duì)性和限制性淬火 的。對(duì)此，材料例如在爐中或借助于電感作用而被置于確定的溫度，且然后進(jìn)一步處理。此 外，針對(duì)具體應(yīng)用確定具體的抗腐蝕性的特種鋼或不銹鋼，其不可通過(guò)所述的方式淬火。也 已知施加額外的層，從而保護(hù)鋼不受確定的影響，例如甚至在特別腐蝕的環(huán)境中涂漆。特別 地，在工業(yè)環(huán)境中或在例如壓力計(jì)的測(cè)量裝置中，對(duì)于管也提出這樣的任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于，針對(duì)改進(jìn)特別為管或金屬片的特殊鋼種類(lèi)的功能元件在特別 應(yīng)用中的使用壽命，而提出低成本的解決方案，即，特別在彈性持續(xù)使用方面在特別為交變 彎曲的交變載荷的情況下使用。該目的通過(guò)如獨(dú)立權(quán)利要求所述的具有被處理的特種鋼的 結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
[0004] 本發(fā)明基于這樣的構(gòu)思（Ansatz),即，應(yīng)實(shí)現(xiàn)一種材料結(jié)構(gòu)，其中，基礎(chǔ)材料在內(nèi) 部盡可能保持不變，然而從外部通過(guò)相應(yīng)的處理實(shí)現(xiàn)邊緣區(qū)域，該邊緣區(qū)域比基礎(chǔ)材料具 有更大的硬度。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明，在此介紹的例如在管上的材料結(jié)構(gòu)具有一種變型，其中，鋼管的邊緣 層在強(qiáng)度和材料深度方面這樣地改變，即，使得交變載荷或交變彎曲強(qiáng)度以及耐久性，結(jié)合 壓力載荷性，比對(duì)于原材料/基礎(chǔ)材料的情況高數(shù)倍。
[0006] 對(duì)此，例如作為管的奧氏體鉻-鎳鋼從內(nèi)部和外部在強(qiáng)度方面優(yōu)選這樣地改變， 艮P，使得其具有800至1200HV0. 01的硬度（以0.0 lkg的試驗(yàn)負(fù)荷測(cè)量的維氏硬度)，其在邊 緣區(qū)域中具有2至50 μ m的層厚，優(yōu)選2-20 μ m。
[0007] 來(lái)自根據(jù)ISO TR15608:2013的材料組8或來(lái)自根據(jù)ASME的材料組316L的在其 它方面被視為不可淬火的奧氏體鉻-鎳鋼（下文中也稱(chēng)為特種鋼，不銹鋼或鋼）由此獲得更 高的強(qiáng)度，當(dāng)管承受特別多數(shù)量的交變彎曲時(shí)，這顯示出是特別有利的。
[0008] 這具體地也適合于材料1. 4404,1. 4435和1. 4571，它們特別是被視為不可沉淀淬 火的。這特別是由于基礎(chǔ)材料中的少量的碳（C)和氮（N)。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，不可沉淀淬火的鋼這樣地表示和理解，即，其通過(guò)常見(jiàn)的如也在此參 考的標(biāo)準(zhǔn)一般性地分組。同樣地，這些鋼可經(jīng)受沉淀淬火過(guò)程，但由于小的上述份額，僅很 少至幾乎沒(méi)有或沒(méi)有獲得可測(cè)量的變化。
[0010] 然而根據(jù)本發(fā)明，這里成功地在不使用一般的沉積淬火的情況下，在此對(duì)上述的 特種鋼進(jìn)行淬火，其特征特別在于鐵（Fe)中的合金元素的下述組成：
[0011]
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的邊緣層例如通過(guò)從外部將雜質(zhì)原子優(yōu)選碳和氮的限定地置入到邊 緣層區(qū)域而產(chǎn)生。
[0013] 優(yōu)選地，這也對(duì)于具有0 - 0. 08%的碳份額的合金而實(shí)現(xiàn)。
[0014] 特別地，當(dāng)由上述材料制造用于壓力測(cè)量裝置的測(cè)量管或膜(其在交變載荷期間 額外處于壓力載荷之下）時(shí)，有利使用邊緣層結(jié)構(gòu)。
[0015] 測(cè)量管例如被施加交變的壓力，且在此類(lèi)似于所施加的壓力來(lái)回運(yùn)動(dòng)。
[0016] 特別地，這樣的測(cè)量管也可實(shí)施成具有橢圓的截面，且與驅(qū)動(dòng)指針的測(cè)量裝置耦 接。在此，當(dāng)壓力計(jì)中的測(cè)量管安裝在帶有振動(dòng)的使用位置上時(shí)，額外地使要求復(fù)雜化。在 此，多個(gè)影響因素相互交叉。一方面，變形力通過(guò)在施加內(nèi)壓情況下的變形而作用在管截面 上，因?yàn)闄E圓的管變形，且近似成圓形截面，另一方面，在改變內(nèi)壓時(shí)，重復(fù)拉力、交替和壓 力脈沖負(fù)荷作用在測(cè)量管上，該改變通過(guò)應(yīng)用的振動(dòng)額外地疊加。
[0017] 然而，鑒于抗腐蝕性，可在多種應(yīng)用中僅使用不銹鋼或特種鋼。利用根據(jù)本發(fā)明處 理的特種鋼元件明顯地改進(jìn)了持久強(qiáng)度，額外地改進(jìn)了在邊界區(qū)域中的針對(duì)最大振幅和最 大上限應(yīng)力的負(fù)荷。
[0018] 替選地，提供單側(cè)或雙側(cè)具有由不銹鋼或特種鋼制成的經(jīng)淬火的薄膜的層結(jié)構(gòu)。 由此，例如在具有薄膜的測(cè)量裝置中也可實(shí)現(xiàn)所述優(yōu)點(diǎn)。
[0019] 本發(fā)明此外包括以下內(nèi)容：
[0020] 1. -種在交變彎曲情況下持續(xù)使用的鋼測(cè)量元件，其中，
[0021] -鋼測(cè)量元件由不可沉淀淬火的奧氏體鉻-鎳鋼制成，
[0022] -鋼測(cè)量元件的材料邊緣區(qū)域設(shè)置為具有更高的強(qiáng)度，
[0023] -材料邊緣區(qū)域的硬度至少為500維氏硬度，或基礎(chǔ)材料1. 5至2倍于基礎(chǔ)
[0024] 材料的原始硬度，
[0025] -以及其中，具有更高強(qiáng)度的材料邊緣區(qū)域具有2-50 μ m的厚度。
[0026] 2.根據(jù)點(diǎn)1所述的鋼測(cè)量元件，其中，鋼測(cè)量元件是圓形管形的，卵形管形的或橢 圓管形的，或形成為薄膜。
[0027] 3.根據(jù)點(diǎn)1或2所述的鋼測(cè)量元件，其中，鋼包括以下合金成分：
[0028]
[0029] 4.根據(jù)前述點(diǎn)中任一點(diǎn)所述的鋼測(cè)量元件，其中，鋼元件內(nèi)部和外部或兩側(cè)設(shè)置 有材料邊緣區(qū)域，它具有提1?的強(qiáng)度和提1?的硬度。
[0030] 5.根據(jù)點(diǎn)3或4所述的鋼測(cè)量元件，其中，合金中的碳C份額為0 - 0. 08%。
[0031] 6.根據(jù)點(diǎn)1至4中任一點(diǎn)所述的鋼測(cè)量元件，其中，管形鋼測(cè)量元件在一端封閉且 特別焊接封閉，且在另一端上布置具有壓力連接螺紋的測(cè)量元件載體，或其中，特別在焊接 封閉端上耦接測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置在刻度盤(pán)前驅(qū)動(dòng)指針。
[0032] 7.根據(jù)前述點(diǎn)中任一點(diǎn)所述的鋼測(cè)量元件，其中，鋼測(cè)量元件可從一側(cè)施加環(huán)境 壓力，且可從另一側(cè)通過(guò)壓力接頭施加測(cè)量壓力或過(guò)程壓力。
[0033] 8.根據(jù)前述點(diǎn)中任一點(diǎn)所述的鋼測(cè)量元件，其中，鋼測(cè)量元件的鋼選自：
[0034] -根據(jù)ASME的材料-標(biāo)準(zhǔn)組316L，或
[0035] -根據(jù)ISO TR15608:2013的材料組8(奧氏體鋼），或
[0036] -組標(biāo)示為 1. 4404,1. 4435 或 1. 4571 的材料。
[0037] 9.根據(jù)前述點(diǎn)中任一點(diǎn)所述的鋼測(cè)量元件，其中，材料邊緣區(qū)域的特征在于硬度 通道（H?rtekorridor)，其向上通過(guò)從工件表面上的1500HV0. 01下降至在50μπι深度的情 況下的500HV0. 01的直線（31)限制，且向下通過(guò)從工件表面上的500HV0. 01下降至在7 μ m 深度的情況下的200HV0. 01的直線（33)限制，且其延伸通過(guò)在該深度情況下的保持不變的 200HV0. 01 的線（32,）限制。
[0038] 10.根據(jù)點(diǎn)9所述的鋼測(cè)量元件，其中，材料邊緣區(qū)域的特征在于硬度通道，其 向上通過(guò)從工件表面上的1200HV0. 01下降至在20μπι深度的情況下的400HV0. 01的直 線（21)限制，且向下從工件表面上的600HV0. 01下降至通過(guò)在10 μ m深度的情況下的 200HV0. 01的直線（23)限制，且其延伸通過(guò)在該深度情況下的保持不變的200HV0. 01的線 (22'）限制。
[0039] 11.根據(jù)前述點(diǎn)中任一點(diǎn)所述的鋼測(cè)量元件，其中，經(jīng)淬火的材料邊緣區(qū)域表面?zhèn)?上具有由氮化物，碳化物或碳氮化物構(gòu)成的厚度為2至ΙΟμπι的化合物層。
[0040] 12.根據(jù)前述點(diǎn)中任一點(diǎn)所述的鋼測(cè)量元件,其中，經(jīng)淬火的材料邊緣區(qū)域僅形成 在鋼測(cè)量元件的下述側(cè)上，即，該側(cè)在運(yùn)行狀態(tài)下承受升高的壓力。
[0041] 13.根據(jù)前述點(diǎn)中任一點(diǎn)所述的鋼測(cè)量元件，其中，材料邊緣區(qū)域具有800 - 1200HV0. 01的提供的表面硬度，或厚度為2至20 μ m。
[0042] 14. 一種壓力測(cè)量系統(tǒng)，其由下述部件構(gòu)成：
[0043] -壓力接頭，其從殼體引出，
[0044] -測(cè)量裝置，其驅(qū)動(dòng)刻度盤(pán)前的指針，以及
[0045] -構(gòu)建成根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的鋼測(cè)量元件的彈性管，其與壓
[0046] 力接頭壓力密封地連接，且與測(cè)量裝置耦接。
[0047] 15. -種壓力測(cè)量系統(tǒng)，其由下述部件構(gòu)成：
[0048] 壓力接頭，其從殼體引出
[0049] 測(cè)量裝置，其驅(qū)動(dòng)刻度盤(pán)前的指針，以及
[0050] 彈性管，其與壓力接頭壓力密封地連接，且與測(cè)量裝置耦接，其特征在于，彈
[0051] 性管由奧氏體鉻-鎳鋼制成，該鋼具有以下份額：至多0. 03%的碳和少于2%
[0052] 的錳以及至多0. 11%的氮，彈性管具有帶有提高的強(qiáng)度的邊緣層，邊緣層被
[0053] 置于管內(nèi)部和外部上，外邊界區(qū)域之間的在管上的邊緣層的硬度為500 _
[0054] 1200維氏硬度，以及邊緣層被置于管內(nèi)部和外部,且至少具有5-10 μ m的厚
[0055] 度。
【附圖說(shuō)明】
[0056] 圖1示出壓力計(jì)的基體，其由測(cè)量元件載體1構(gòu)成，該測(cè)量元件載體設(shè)置有壓力連 接螺紋2。通道3通過(guò)壓力連接螺紋引導(dǎo)至鋼測(cè)量元件4的內(nèi)部空間，該鋼測(cè)量元件例如由 上述特種鋼的一種制成，且以圓弓彈簧的形式彎曲，也稱(chēng)為優(yōu)選具有橢圓截面5的布爾登 管或Schinz管，所述截面在測(cè)量元件載體1上密封性地與通至通道3的壓力連接部焊接。 其在鋼測(cè)量元件的自由端6上通過(guò)擠壓和焊接密封性地封閉。
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