Результат интеллектуальной деятельности: НОЖЕВАЯ СТАЛЬ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству инструментальной коррозионно-стойкой стали, имеющей повышенную твердость и используемой в качестве ножевой стали.

В настоящее время для изготовления деталей, работающих на истирание в агрессивных средах, используются нержавеющие стали, имеющие повышенную твердость. К такой стали относится сталь марки 110Х18М [1].

Она имеет следующий химический состав, мас.%:

Недостатком известной стали является повышенная хрупкость, которую она получает после термообработки, и низкая технологическая пластичность на переделах.

Известна сталь марки 50Х14МФ [2], которая имеет следующий химический состав, мас.%:

Недостатком известной стали является пониженное содержание углерода и хрома, неопределенное минимальное содержание кремния и марганца и завышенное содержание молибдена, что не обеспечивает достаточный уровень технологических свойств стали и эксплуатационных свойств изготовленных из нее ножей.

Наиболее близкой к заявляемой является сталь [3], имеющая следующий состав, мас.%:

Недостатком данной стали является пониженная пластичность на переделах и снижение выхода годного из-за повышенного содержания молибдена, который изменяет состав карбидов и их количество.

Задачей изобретения является разработка инструментальной ножевой стали, имеющей высокий уровень технологической пластичности на переделах с сохранением высокой коррозионной стойкости и твердости после термообработки при уменьшении ее стоимости.

Поставленная задача решается за счет того, что сталь содержит углерод, марганец, кремний, хром, молибден, ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Содержание углерода в пределах 0,80-0,90 мас.% обеспечивает высокую твердость ножевой стали. Увеличение содержания углерода в стали более 0,90 мас.% приводит к существенному снижению ее технологической пластичности на переделах из-за ослабления сопротивления зарождению и образованию трещин при ковке. Содержание углерода в стали в количестве менее 0,80 мас.% приводит к снижению эксплуатационных свойств ножевой стали по твердости.

Содержание марганца в пределах 0,40-0,80 мас.% обеспечивает получение высокого качества макро- и микроструктуры стали в литом и деформированном состояниях, повышает технологическую пластичность стали на переделах за счет оптимальной формы сульфидов марганца. При содержании марганца более 0,80 мас.% увеличивается величина зерна, повышается склонность металла к перегреву, что повышает хрупкость ножей после закалки. При содержании марганца менее 0,40 мас.% технологическая пластичность снижается за счет появления в структуре металла сульфидов железа и возникновения явления «красноломкости».

Пределы содержания кремния в разработанной марке 0,40-0,80 мас.% являются необходимыми и достаточными для получения твердости металла после закалки, обеспечивающей высокие эксплуатационные свойства ножевой стали. Содержание кремния более 0,80% приводит к повышенной хрупкости ножей за счет охрупчивания α-фазы. Содержание кремния менее 0,40% приводит к понижению твердости металла, особенно в области лезвия ножа.

Пределы содержания хрома 16,0-17,0 мас.% обусловлены необходимостью обеспечить высокие коррозионные свойства стали при содержании углерода 0,80-0,90 мас.%. При содержании хрома менее 16,0 мас.% уменьшается коррозионная стойкость стали за счет обеднения мартенсита хромом после закалки при сохранении концентрации хрома в карбидах. При содержании хрома более 17,0 мас.% коррозионная стойкость не возрастает, но происходит удорожание стали и ухудшается ее технологическая пластичность.

Сокращение пределов содержания молибдена до 0,40-0,60 мас.% обеспечивает оптимальное сочетание коррозионной стойкости и твердости металла с повышенной пластичностью на переделах в результате образования достаточного количества мелких карбидов, не превышающих 3 микрон, и снижения количества отдельных крупных карбидов (с 35 микрон до 18 микрон). При содержании молибдена менее 0,40 мас.% ухудшается коррозионная стойкость стали за счет снижения концентрации хрома в твердом растворе из-за увеличения количества карбидов хрома и уменьшения карбидов молибдена. При содержании молибдена более 0,60 мас.% образуются большее количество твердых карбидов, обогащенных молибденом, что ведет к снижению пластичности на переделах и снижению выхода годного.

Пример конкретного осуществления

Химический состав стали исследованных плавок известной и предлагаемой марок приведен в таблице.

Слитки проковывали на заготовки профилеразмером квадрат 80 мм для исследования твердости в закаленном состоянии и после разупрочнения при отпуске. Температура нагрева под закалку для предлагаемой и известной стали составляет 1050°С. Продолжительность выдержки при закалке в соляных хлор-бариевых ваннах устанавливали из расчета 2,5 мин на 1 мм условной толщины, образцы закаливали в масле.

Продолжительность выдержки при отпуске, проводимом в электропечах, устанавливали из расчета 3 мин на 1 мм условной толщины.

Испытания коррозионной стойкости полированных и заточенных ножей, изготовленных из стали-прототипа и предлагаемой, проводили «методом погружения в раствор» (согласно ГОСТ 19126-79) медного купороса и серной кислоты. После испытаний отмечена высокая коррозионная стойкость полированной поверхности обеих марок, отсутствие следов меди, однако в области заточки лезвия выявилось значительное превосходство предлагаемой стали.

Из приведенных в таблице данных следует, что твердость предлагаемой стали в среднем на 15% выше, чем у прототипа. Кроме того, сталь имеет высокую технологическую пластичность на переделах.

При оценке результатов испытаний образцов на горячее скручивание при температуре 1150°С, соответствующей температуре нагрева слитков под ковку, технологическая пластичность предлагаемой стали на 7-10% выше, чем у прототипа. Себестоимость новой стали ниже марки-прототипа на 2-3%.

Источники информации

1. ТУ 14-1-3045-80 «Прутки из коррозионно-стойкой стали марки 110Х18М-ШД двойного переплава (электрошлакового - вакуумного дугового)», Златоустовский металлургический завод, ВПО «Союзспецсталь», ВПО «Союзподшипник», ВНИПП, УкрНИИспецсталь.

2. ТУ 14-1-3909-85 «Прокат круглый со специальной отделкой поверхности из стали марки 50Х14МФ (ЗИ 128), 50Х14МФ-ИД (ЗИ 128-ИД), Златоустовский металлургический завод, ВПО «Союзспецсталь», ВПО «Союзмединструмент», ЦНИИЧМ и др.

3. JP 2000-273587 А, С22С 38/24, 03.10.2000.