由具有经淬火边缘区域的钢制成的测量元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种弹性测量元件，用于计算压力或温度，其由金属片（Blech)或管构 成，其在边界区域中在限定的深度上具有限定的强度，且由此在持续使用中在交变载荷方 面得到改进。
[0002] 已知，可通过针对其使用的自增强而在寿命和其他特性方面优化钢管或不锈钢 管，该寿命和其他特性随着时间和温度可能发生不利的变化。此外已知，钢是可经淬火的， 且表面和边缘层例如通过不同的方法也是可以例如通过温度影响有针对性和限制性淬火 的。对此，材料例如在炉中或借助于电感作用而被置于确定的温度，且然后进一步处理。此 外，针对具体应用确定具体的抗腐蚀性的特种钢或不锈钢，其不可通过所述的方式淬火。也 已知施加额外的层，从而保护钢不受确定的影响，例如甚至在特别腐蚀的环境中涂漆。特别 地，在工业环境中或在例如压力计的测量装置中，对于管也提出这样的任务。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于，针对改进特别为管或金属片的特殊钢种类的功能元件在特别 应用中的使用寿命，而提出低成本的解决方案，即，特别在弹性持续使用方面在特别为交变 弯曲的交变载荷的情况下使用。该目的通过如独立权利要求所述的具有被处理的特种钢的 结构实现。
[0004] 本发明基于这样的构思（Ansatz),即，应实现一种材料结构，其中，基础材料在内 部尽可能保持不变，然而从外部通过相应的处理实现边缘区域，该边缘区域比基础材料具 有更大的硬度。
[0005] 根据本发明，在此介绍的例如在管上的材料结构具有一种变型，其中，钢管的边缘 层在强度和材料深度方面这样地改变，即，使得交变载荷或交变弯曲强度以及耐久性，结合 压力载荷性，比对于原材料/基础材料的情况高数倍。
[0006] 对此，例如作为管的奥氏体铬-镍钢从内部和外部在强度方面优选这样地改变， 艮P，使得其具有800至1200HV0. 01的硬度（以0.0 lkg的试验负荷测量的维氏硬度)，其在边 缘区域中具有2至50 μ m的层厚，优选2-20 μ m。
[0007] 来自根据ISO TR15608:2013的材料组8或来自根据ASME的材料组316L的在其 它方面被视为不可淬火的奥氏体铬-镍钢（下文中也称为特种钢，不锈钢或钢）由此获得更 高的强度，当管承受特别多数量的交变弯曲时，这显示出是特别有利的。
[0008] 这具体地也适合于材料1. 4404,1. 4435和1. 4571，它们特别是被视为不可沉淀淬 火的。这特别是由于基础材料中的少量的碳（C)和氮（N)。
[0009] 根据本发明，不可沉淀淬火的钢这样地表示和理解，即，其通过常见的如也在此参 考的标准一般性地分组。同样地，这些钢可经受沉淀淬火过程，但由于小的上述份额，仅很 少至几乎没有或没有获得可测量的变化。
[0010] 然而根据本发明，这里成功地在不使用一般的沉积淬火的情况下，在此对上述的 特种钢进行淬火，其特征特别在于铁（Fe)中的合金元素的下述组成：
[0011]
[0012] 根据本发明的边缘层例如通过从外部将杂质原子优选碳和氮的限定地置入到边 缘层区域而产生。
[0013] 优选地，这也对于具有0 - 0. 08%的碳份额的合金而实现。
[0014] 特别地，当由上述材料制造用于压力测量装置的测量管或膜(其在交变载荷期间 额外处于压力载荷之下）时，有利使用边缘层结构。
[0015] 测量管例如被施加交变的压力，且在此类似于所施加的压力来回运动。
[0016] 特别地，这样的测量管也可实施成具有椭圆的截面，且与驱动指针的测量装置耦 接。在此，当压力计中的测量管安装在带有振动的使用位置上时，额外地使要求复杂化。在 此，多个影响因素相互交叉。一方面，变形力通过在施加内压情况下的变形而作用在管截面 上，因为椭圆的管变形，且近似成圆形截面，另一方面，在改变内压时，重复拉力、交替和压 力脉冲负荷作用在测量管上，该改变通过应用的振动额外地叠加。
[0017] 然而，鉴于抗腐蚀性，可在多种应用中仅使用不锈钢或特种钢。利用根据本发明处 理的特种钢元件明显地改进了持久强度，额外地改进了在边界区域中的针对最大振幅和最 大上限应力的负荷。
[0018] 替选地，提供单侧或双侧具有由不锈钢或特种钢制成的经淬火的薄膜的层结构。 由此，例如在具有薄膜的测量装置中也可实现所述优点。
[0019] 本发明此外包括以下内容：
[0020] 1. -种在交变弯曲情况下持续使用的钢测量元件，其中，
[0021] -钢测量元件由不可沉淀淬火的奥氏体铬-镍钢制成，
[0022] -钢测量元件的材料边缘区域设置为具有更高的强度，
[0023] -材料边缘区域的硬度至少为500维氏硬度，或基础材料1. 5至2倍于基础
[0024] 材料的原始硬度，
[0025] -以及其中，具有更高强度的材料边缘区域具有2-50 μ m的厚度。
[0026] 2.根据点1所述的钢测量元件，其中，钢测量元件是圆形管形的，卵形管形的或椭 圆管形的，或形成为薄膜。
[0027] 3.根据点1或2所述的钢测量元件，其中，钢包括以下合金成分：
[0028]
[0029] 4.根据前述点中任一点所述的钢测量元件，其中，钢元件内部和外部或两侧设置 有材料边缘区域，它具有提1?的强度和提1?的硬度。
[0030] 5.根据点3或4所述的钢测量元件，其中，合金中的碳C份额为0 - 0. 08%。
[0031] 6.根据点1至4中任一点所述的钢测量元件，其中，管形钢测量元件在一端封闭且 特别焊接封闭，且在另一端上布置具有压力连接螺纹的测量元件载体，或其中，特别在焊接 封闭端上耦接测量装置，该测量装置在刻度盘前驱动指针。
[0032] 7.根据前述点中任一点所述的钢测量元件，其中，钢测量元件可从一侧施加环境 压力，且可从另一侧通过压力接头施加测量压力或过程压力。
[0033] 8.根据前述点中任一点所述的钢测量元件，其中，钢测量元件的钢选自：
[0034] -根据ASME的材料-标准组316L，或
[0035] -根据ISO TR15608:2013的材料组8(奥氏体钢），或
[0036] -组标示为 1. 4404,1. 4435 或 1. 4571 的材料。
[0037] 9.根据前述点中任一点所述的钢测量元件，其中，材料边缘区域的特征在于硬度 通道（H?rtekorridor)，其向上通过从工件表面上的1500HV0. 01下降至在50μπι深度的情 况下的500HV0. 01的直线（31)限制，且向下通过从工件表面上的500HV0. 01下降至在7 μ m 深度的情况下的200HV0. 01的直线（33)限制，且其延伸通过在该深度情况下的保持不变的 200HV0. 01 的线（32,）限制。
[0038] 10.根据点9所述的钢测量元件，其中，材料边缘区域的特征在于硬度通道，其 向上通过从工件表面上的1200HV0. 01下降至在20μπι深度的情况下的400HV0. 01的直 线（21)限制，且向下从工件表面上的600HV0. 01下降至通过在10 μ m深度的情况下的 200HV0. 01的直线（23)限制，且其延伸通过在该深度情况下的保持不变的200HV0. 01的线 (22'）限制。
[0039] 11.根据前述点中任一点所述的钢测量元件，其中，经淬火的材料边缘区域表面侧 上具有由氮化物，碳化物或碳氮化物构成的厚度为2至ΙΟμπι的化合物层。
[0040] 12.根据前述点中任一点所述的钢测量元件,其中，经淬火的材料边缘区域仅形成 在钢测量元件的下述侧上，即，该侧在运行状态下承受升高的压力。
[0041] 13.根据前述点中任一点所述的钢测量元件，其中，材料边缘区域具有800 - 1200HV0. 01的提供的表面硬度，或厚度为2至20 μ m。
[0042] 14. 一种压力测量系统，其由下述部件构成：
[0043] -压力接头，其从壳体引出，
[0044] -测量装置，其驱动刻度盘前的指针，以及
[0045] -构建成根据权利要求1至10中任一项所述的钢测量元件的弹性管，其与压
[0046] 力接头压力密封地连接，且与测量装置耦接。
[0047] 15. -种压力测量系统，其由下述部件构成：
[0048] 压力接头，其从壳体引出
[0049] 测量装置，其驱动刻度盘前的指针，以及
[0050] 弹性管，其与压力接头压力密封地连接，且与测量装置耦接，其特征在于，弹
[0051] 性管由奥氏体铬-镍钢制成，该钢具有以下份额：至多0. 03%的碳和少于2%
[0052] 的锰以及至多0. 11%的氮，弹性管具有带有提高的强度的边缘层，边缘层被
[0053] 置于管内部和外部上，外边界区域之间的在管上的边缘层的硬度为500 _
[0054] 1200维氏硬度，以及边缘层被置于管内部和外部,且至少具有5-10 μ m的厚
[0055] 度。
【附图说明】
[0056] 图1示出压力计的基体，其由测量元件载体1构成，该测量元件载体设置有压力连 接螺纹2。通道3通过压力连接螺纹引导至钢测量元件4的内部空间，该钢测量元件例如由 上述特种钢的一种制成，且以圆弓弹簧的形式弯曲，也称为优选具有椭圆截面5的布尔登 管或Schinz管，所述截面在测量元件载体1上密封性地与通至通道3的压力连接部焊接。 其在钢测量元件的自由端6上通过挤压和焊接密封性地封闭。
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