сталь

Формула изобретения

Сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром и вольфрам, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий, азот, молибден и алюминий при следующем соотношении компонентов, %:

Углерод 0,50-0,60

Марганец 0,40-0,60

Кремний 0,50-0,80

Хром 1,0-1,30

Вольфрам 2,20-2,70

Ванадий 0,12-0,20

Азот 0,012-0,020

Молибден 0,35-0,50

Алюминий 0,015-0,035

Железо Остальное

при этом в качестве примесей сталь может содержать

Сера Не более 0,020%

Фосфор Не более 0,020%

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой при изготовлении ножей, предназначенных для резки металлолома.

Известна выбранная в качестве прототипа сталь 6ХВ2С [1], содержащая, мас.%: углерод 0,55-0,65%, марганец 0,15-0,40, кремний 0,5-0,8, хром 1,0-1,3, вольфрам 2,2-2,7, фосфор не более 0,030, сера не более 0,030.

Существенным недостатком данного прототипа является низкая эксплуатационная стойкость ножниц, изготовленных из данной стали, в связи с преждевременным выходом из строя режущей кромки из-за смятия и выкрашивания. Сравнительно высокое содержание углерода и наличие вольфрама в стали 6ХВ2С, обеспечивающих образование карбидов вольфрама, приводит к повышению режущей способности ножа и хрупкому разрушению. Низкое содержание марганца в данной стали не обеспечивает требуемую прокаливаемость и твердость по сечению ножа, приводит к увеличению болтовых отверстий при работе и поломке ножниц.

Известна также сталь, содержащая мас.%: углерод 0,46-0,54, марганец 0,2-0,6, хром 3-3,5, вольфрам 1,0-1,4, ванадий 0,1-0,2, алюминий 0,01-0,07, железо - остальное [2].

Однако в связи с малым содержанием азота в данной стали даже при значительном содержании алюминия зерно сравнительно крупное (баллы 7-8), что влияет на комплекс физико-химических свойств. Соотношение хрома, вольфрама, марганца и углерода не обеспечивает требуемые вязкость, износостойкость и повышенную стойкость режущей кромки ножа.

Желаемым техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационной стойкости ножниц за счет увеличения прочности, вязкости, сопротивления хрупкому разрушению и повышения стойкости режущей кромки ножа.

Для достижения этого сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром и вольфрам, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий, азот, молибден и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,50-0,60

Марганец 0,40-0,60

Кремний 0,50-0,80

Хром 1,0-1,30

Вольфрам 2,20-2,70

Ванадий 0,12-0,20

Азот 0,012-0,020

Молибден 0,35-0,50

Алюминий 0,015-0,035

Железо Остальное

При этом в качестве примесей сталь может содержать серу не более 0,020%, фосфора не более 0,020%.

Введение молибдена приводит к увеличению прокаливаемости стали. При этом совместное влияние марганца и молибдена обеспечивает получение более мелкодисперсной структуры при закалке и увеличение твердости по сечению ножа.

Выбранная концентрация кремния обеспечивает совместно с алюминием низкое содержание кислорода в стали.

Понижение содержания углерода в стали снижает склонность к хрупкому разрушению, а в сочетании с вольфрамом, молибденом, хромом обеспечивает образование комплекса карбонитридов, повышающих режущую способность ножей. При снижении концентрации углерода меньше 0,50% не обеспечивается требуемая твердость, а при увеличении углерода более 0,60% возможно “выкрашивание” режущей поверхности ножа.

Введение ванадия, алюминия и азота в сталь приводит к изменению природного зерна до 9-12 баллов за счет образования дисперсных частиц карбонитридов ванадия и нитридов алюминия. Измельчение зерна приводит к повышению прочности, вязкости стали и увеличению сопротивления хрупкому разрушению. Концентрация алюминия менее 0,015% недостаточна для образования нитридов алюминия, а при концентрации алюминия более 0,035% возможно загрязнение стали глиноземсодержащими неметаллическими включениями, снижающими эксплуатационную стойкость ножей. Содержание азота и ванадия выбрано исходя из того, что при концентрации азота менее 0,012%, а ванадия 0,12% соотношение ванадия и азота не обеспечивает необходимое измельчение зерна. При увеличении концентрации азота более 0,020% возможно образование так называемых “пузырей” за счет азотного кипения стали, а увеличение содержания ванадия более 0,20% снижает вязкость стали и приводит к значительному повышению ее стоимости.

Для определения механических свойств и эксплуатационной стойкости ножей было выплавлено пять плавок стали с граничными, оптимальными и выходящими за заявляемые граничные значения. Из стали были изготовлены ножи размером 30018090 мм. После термообработки (закалка в масле с 900°С и отпуск при 400°С) ножи были установлены на ножницах для порезки металлолома с усилением реза 10000 кН.

Химический состав заявляемых сталей приведен в табл.1, механические свойства - в табл. 2.

Предлагаемая сталь обладает следующими преимуществами: увеличивается прочность, вязкость, сопротивление хрупкому разрушению, повышается стойкость режущей кромки ножей и, как следствие, повышается эксплуатационная стойкость их (до 103 часов непрерывной работы).

Источники информации

1. ГОСТ 5950-73.

2. Авт.св. 1500696, кл. С 22 С 38/24.