НОЖ ДЛЯ РЕЗКИ МЕТАЛЛА
KNIFE FOR METAL CUTTING

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству сталей, используемых для изготовления ножей, работающих в условиях повышенного изнашивания в сочетании с ударными нагрузками, используемых в агрегатах продольной резки листопрокатных цехов.
2
В России ножи для холодной резки металла изготавливают из стали марки 6ХВ2С - инструментальной легированной стали с химическим составом по ГОСТ 5950-74, содержащей железо, углерод, кремний, марганец, хром и вольфрам. В процессе изготовления ножи подвергаются закалке с температуры 900-920°С, с последующим отпуском при температуре 360±10°С и имеют структуру основы металла - мартенсит отпуска, при этом недостаточно высокую ударную вязкость (19-29 Дж/см) и твердость (53-56 HRC), играющую немаловажную роль в процессе резки металла.
Известны в металлургии стали, используемые для изготовления ножей холодной резки металлов. Среди таких сталей наиболее близкой к патенту на изобретение по технической сущности является сталь марки 5ХЗВЗМФС - инструментальной легированной стали с химическим составом по ГОСТ 5950-74, которая содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод
0,45-0,52
Кремний
0,50-0,80
Марганец
0,20-0,50
Хром
2,50-3,22
Вольфрам
3,00-3,60
Молибден
0,80-1,10
Ванадий
1,50-1,80
Ниобий
0,05-0.15
Сера
не более 0,03
Фосфор
не более 0,03
Железо
остальное
К недостаткам известного состава относятся недостаточная закаливаемость на повышенную твердость и дороговизна, что не позволяет использовать сталь для изготовления ножей для резки металла.
Цель изобретения - получение ножа для резки металла из легированной стали, имеющей закаливаемость на высокую твердость, высокий уровень механических свойств и высокую стойкость в условиях повышенного износа рабочей кромки ножа и ударными нагрузками.
Для этого нож для резки металла изготавливают из легированной стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, вольфрам, молибден, ванадий, серу, фосфор и железо, при следующем соотношении, мас.%:
Углерод
0,57-0,67
Кремний
0,70-1,00
Марганец
0,40-0,70
Хром
2,70-3,20
Вольфрам
1,30-1,60
Молибден
0,60-0,90
Ванадий
0,50-0,90
Сера
не более 0,01
Фосфор
не более 0,01
Железо
остальное
2
и после закалки с температуры 920°С и последующего отпуска при температуре 300°С имеет однородную структуру с величиной зерна 2-4 балла, ударную вязкость 29 Дж/см и твердость 56-58 HRC.
2
Содержание углерода в стали должно быть достаточным для обеспечения закаливаемости на высокую твердость при сохранении ударной вязкости на уровне 30 Дж/см. При содержании углерода более 0,67 мас.% наблюдается заметное снижение уровня вязкости. При проведении исследований на выплавленных сталях, выявлено оптимальное содержание углерода. Достигается максимальный уровень твердости при достаточной ударной вязкости.
Концентрацию кремния приходится ограничивать из-за его охрупчивающего влияния на α-фазу: мартенсит и бейнит. Однако выявлено, что наиболее резкое падение ударной вязкости наблюдается при содержании кремния более 1%. Увеличение содержания кремния до 0,7-1% позволяет получить более высокую теплостойкость, так как ножи при работе разогреваются до значительных температур.
Марганец, значительно повышающий прокаливаемость, при содержании более 0,7% способствует укрупнению зерна, что понижает механические свойства, дополнительно увеличивает количество остаточного аустенита и усиливает опасность получения трещин.
7
3
Хром улучшает закаливаемость и прокаливаемость, повышает прочность и вязкость, способствуя сохранению более мелкого зерна. Высокое содержание хрома (выше 3,2%) нежелательно; тогда образуется карбид МС и увеличивается количество карбидов, что ухудшает вязкость. Присутствие остаточного аустенита отрицательно влияет на износостойкость в условиях трения металла о металл, поэтому его содержание в структуре металла должно быть минимизировано.
При содержании вольфрама в стали свыше 2% часть его переходит в твердый раствор, увеличивается количество остаточного аустенита, который негативно влияет на износостойкость при трении металла о металл. В нашем случае значительное увеличение остаточного аустенита наблюдается уже при содержании вольфрама более 1,6%.
Таким образом, оптимальное содержание вольфрама в пределах 1,3-1,6% позволяет получить в стали необходимое для увеличения износостойкости количество твердых карбидов при минимальном отрицательном воздействии на механические свойства металла.
Ударная вязкость возрастает при введении молибдена, благодаря его влиянию на состояние пограничных слоев зерна при содержании до 0,9%. При его содержании более 1% ухудшается вязкость из-за появления карбидной фазы.
Ванадий при содержании 0,3-0,6% способствует сохранению мелкого зерна и увеличения износостойкости. При его большем содержании ухудшается вязкость из-за роста количества карбида МС. Значительное содержание карбида МС ухудшает шлифуемость и обрабатываемость. Увеличение содержания ванадия до 0,5-0,9% позволяет получить в структуре металла небольшое количество карбидной фазы, благодаря чему возрастает износостойкость без значительного падения ударной вязкости.
Содержание серы и фосфора (не более 0,01%) и серы (не более 0,01%) обеспечивается специальными мероприятиями при выплавке стали и последующим переплавом ЭШП. Содержание данных примесей в большем количестве способствует преждевременному выходу ножей из строя, работающих при повышенных температурах и удельных нагрузках.
Таким образом, выбрана сложнолегированная сталь, химический состав которой позволяет получить в ножевой стали оптимальные технологические свойства при резке в условиях повышенного износа рабочей кромки.
Пример. Выплавку предлагаемой марки стали проводили в промышленной пятитонной индукционной печи типа ДСП 17.12.05. В качестве шихты использовали низкоуглеродистую заготовку. После расплавления брали пробу и вводили легирующие элементы из расчета на нижний предел заданного химического состава.
Выпуск плавки производили в 150-килограммовый ковш. Разливку производили в изложницы из формовочной смеси.
Изготовленные из этой стали ножи подвергались закалке с температуры 920°С с последующим отпуском при температуре 300°С. Полученная структура однородна, величина зерна составляет 2-4 балла.
2
Ударная вязкость заявляемой стали осталась на уровне ударной вязкости стали 5ХЗВЗМФС, но превысила ее для стали 6ХВ2С на 10 ед. и составила 29 Дж/см, а твердость увеличилась на 3-5 HRC и составила 56-58 HRC соответственно.
Результаты промышленных испытаний на агрегатах поперечной резки (АПР), агрегатах продольной резки (АПР) и др. показали увеличение стойкости ножей из заявляемой марки стали по сравнению с традиционно используемыми от 1,5 до 5,76 раз.
Цех
Агрегат
Материал
Стойкость за 2006 г., т
Увеличение в стойкости, раз
ЛПЦ-5
АПР-2,3
6ХВ2С
3791
1,5
Заявляемая
5682
АПР-4,5
6ХВ2С
4550
1,75
Заявляемая
7968
ЛПЦ-3
АПП
Х12М
217
1,6
Заявляемая
344
ЦП
АП
Х12М
148
3,5
Заявляемая
517
АНГЦ
Х12М
1250
5,76
Заявляемая
7200
ЛПЦ-4
АПР
6ХВ2С
7500 резов
2
Заявляемая
15547резов
Ножи, изготовленные из стали 6ХВ2С, выходили из строя в 30% по причине выкрошки, а в 80% - по причине износа, а ножи из заявляемой марки стали вышли из строя в 100% по причине износа.