сталь

Формула изобретения

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

Углерод	0,5-0,6
Марганец	1,6-1,8
Кремний	1,2-1,3
Хром	1,2-1,4
Молибден	0,25-0,40
Ванадий	0,12-0,20
Азот	0,012-0,020
Алюминий	0,015-0,035
Железо	Остальное

при этом в качестве примесей сталь может содержать серу 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, серы не более 0,030.

Существенным недостатком данной стали является низкая эксплуатационная стойкость ножниц, обусловленная пониженным комплексом физико-механических свойств. При этом в стали содержится значительное количество вольфрама, а сама сталь, относящаяся к перлитным сталям, требует соответствующей термообработки, все это в свою очередь значительно увеличивает стоимость стали.

Желаемым техническим результатом изобретения является повышение комплекса физико-механических свойств и эксплуатационной стойкости ножниц.

Для достижения этого сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром и железо, дополнительно содержит молибден, ванадий, азот и алюминий при следующем соотношении компонентов: углерод 0,5-0,6, марганец 1,6-1,8, кремний 1,2-1,3, хром 1,2-1,4, молибден 0,25-0,40, ванадий 0,12-0,20, азот 0,012-0,020, 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.

Получение высокопрочной стали с бейнитной структурой связывают с уменьшением содержания углерода. Для образования этой структуры необходимо сдвинуть начало превращения вправо и снизить температуру превращения ниже 400°С. Это достигается за счет легирования, обеспечивающего измельчение структуры, дисперсионное твердение и образование пересыщенного углеродом твердого раствора [2].

При снижении концентрации углерода до 0,6% и ниже образуется реечный мартенсит, который менее хрупок, чем высокоуглеродистый мартенсит крупнопластинчатой формы (0,6-0,8% С).

При введении в содержащую не более 0,6% С сталь повышенного количества марганца, кремния, хрома и легировании ванадием, молибденом, азотом, алюминием увеличивается не только прочность, но и вязкость разрушения.

Увеличение содержания марганца, кремния, хрома и введение молибдена, повышая прокаливаемость стали, исключает превращение в перлитной области, снижает температуру бейнитного превращения (нижнего бейнита) и обеспечивает получение более тонкодисперсной пересыщенной углеродом структуры, а следовательно, повышение прочных свойств, твердости по сечению изделия, сопротивления хрупкому разрушению.

Выбранные концентрации марганца, хрома, молибдена, а также растворенного в аустените ванадия обеспечивают переохлаждение аустенита до температуры ниже 400°С с образованием бейнита и реечного мартенсита. Эта структура обеспечивает наилучшее соотношение прочностных и вязкостных свойств и наибольшую износостойкость и более высокий предел усталости, приводит к снижению критической температуры хрупкости.

Увеличение содержания марганца до 1,8% уменьшает отрицательное влияние углерода на порог хладноломкости, он модифицирует выделение цементита, исключая выделение его по границам зерен.

Микролегирование молибденом, замедляя образование феррита и перлита и способствуя образованию бейнита, увеличивает положительное влияние хрома на прокаливаемость стали и обеспечивает получение дисперсной структуры.

Хром при содержании до 1% в отсутствии молибдена мало влияет на бейнитную прокаливаемость. При увеличении хрома до 1,3% эффективность его несколько повышается: возрастает предел прочности, увеличивается прокаливаемость, получается дисперсная структура.

Совместное введение хрома и молибдена способствует дальнейшему повышению твердости по сечению, предела текучести и временного сопротивления получению более тонкодисперсной структуры, увеличению сопротивления износу в 1,5-2 раза.

Увеличение концентрации молибдена до 0,4% уменьшает предельную скорость охлаждения.

Вязкость бейнитной стали предлагаемого состава выше, чем перлитной, бейнитные стали менее склонны к хрупкому разрушению (допускаемая глубина трещин перед возникновением хрупкого излома на 40% больше, чем в перлитных).

Введение ванадия, алюминия, азота в сталь приводит к измельчению зерна аустенита до баллов 9-12 и снижению склонности его к росту при нагреве за счет образования дисперсных частиц карбонитридов ванадия и нитридов алюминия и к дальнейшему увеличению прочностных и вязкостных свойств, а также сопротивления хрупкому разрушению при жестких условиях эксплуатации.

Для определения механических свойств было выплавлено на индукционной печи 4 плавки с химическим составом заявляемой стали.

После разливки и прокатки из стали были изготовлены ножи размером 300×180×90 мм. После нормализации ножи испытаны в промышленных условиях на установке по механической резке металлолома с усилием реза 10000 кН. В качестве прототипа приведены данные по эксплуатации на той же установке ножей из стали 6ХВ2С.

Как видно из приведенных таблиц, использование заявленной стали для изготовления ножей позволяет повысить комплекс физико-механических свойств, а также и значительно повысить эксплуатационную стойкость ножей.

Таблица 1
Массовая доля элементов, %
состав	С	Mn	Si	Cr	Мо	V	N	AI	Р	S	W
1	0,50	1,6	1,29	1,2	0,26	0,12	0,012	0,015	0,018	0,008	-
2	0,52	1,80	1,20	1,36	0,40	0,16	0,019	0,018	0,015	0,009	-
3	0,58	1,71	1,28	1,28	0,33	0,15	0,016	0,028	0,020	0,014	-
4	0,60	1,79	1,3	1,42	0,39	0,20	0,020	0,035	0,016	0,018	-
Прототип	0,55-0,65	0,15-0,40	0,5-0,8	1,0-1,3					0,030	0,030	2,2-2,7

Таблица 2 Механические свойства стали
№	т, 2 Н/мм2	в, 2 Н/мм2	5, %	, %	KCU+20, МДж/м2	HRC на поверхности ножа	Эксплуатационная стойкость ножниц, часов работы
1	174	182	9	20	0,30	50-52	70
2	176	186	8	17	0,30	51-52	78
3	170	182	9	20	0,26	52-53	81
4	175	184	8	18	0,28	50-53	75
прототип	164-168	175-180	5-6	16-18	0,21-0,22	47-49	30-58

Источники информации

1. ГОСТ 5950-73

2. Металловедение / Самохоцкий А.И., Кунявский М.Н., Кунявская Т.М., Парфеновская Н.Г., Быстрова Н.А. - М.: Металлургия, 1990. - 460 с.