НОЖЕВАЯ СТАЛЬ
SHEAR STEEL

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.%:
углерод
1,1-1,2
марганец
0,5-1,0
кремний
0,53-0,93
хром
16,5-18,0
молибден
0,5-0,8
железо
остальное
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.%:
углерод
0,48-0,55
марганец
не более 0,60
кремний
не более 0,60
хром
14,0-15,0
молибден
0,45-0,80
ванадий
0,10-0,15
железо
остальное
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.%:
углерод
0,7-1,1
марганец
не более 1,0
кремний
не более 1,0
хром
16,0-19,0
молибден
1,0-2,5
ванадий
0,05-0,5
железо
остальное
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.%:
углерод
0,80-0,90
марганец
0,40-0,80
кремний
0,40-0,80
хром
16,0-17,0
молибден
0,40-0,60
ванадий
0,10-0,15
железо
остальное
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%.
Таблица
Технологические и эксплуатационные свойства стали
Вариант хим. состава стали
Содержание хим. элементов, мас.%
Твердость, HRC
Число оборотов до разрушения образца при 1150°С, шт.
Коррозионная стойкость в области заточки лезвия ножа
С
Мn
Si
Сr
Мо
V
Прототип
0,90
0,50
0,50
17,0
1,60
0,13
53
12,0
Пониженная (отдельные участки, покрытые медью)
Изобретение
0,80
0,40
0,40
16,0
0,40
0,10
57
13,0
Удовлетворительная (допустимое помутнение поверхности)
0,85
0,60
0,65
16,5
0,50
0,13
59
13,2
Высокая (отсутствие следов меди)
0,90
0,80
0,80
17,0
0,60
0,15
61
12,8
Высокая (отсутствие следов меди)
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.