СТАЛЬ Российский патент 2005 года по МПК C22C38/38 

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 1Массовая доля элементов, %составСMnSiCrМоVNAIРSW10,501,61,291,20,260,120,0120,0150,0180,008-20,521,801,201,360,400,160,0190,0180,0150,009-30,581,711,281,280,330,150,0160,0280,0200,014-40,601,791,31,420,390,200,0200,0350,0160,018-Прототип0,55-0,650,15-0,400,5-0,81,0-1,3    ≤0,030≤0,0302,2-2,7

Таблица 2
Механические свойства стали№σ_т,
2 Н/мм²σ_в,
2 Н/мм²δ₅,
%ψ,
%KCU⁺²⁰, МДж/м²HRC на поверхности ножаЭксплуатационная стойкость ножниц, часов работы11741829200,3050-527021761868170,3051-527831701829200,2652-538141751848180,2850-5375прототип164-168175-1805-616-180,21-0,2247-4930-58

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.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой при изготовлении ножей, предназначенных для резки металлолома. Заявленная сталь содержит, 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. Техническим результатом изобретения является повышение комплекса физико-механических свойств стали и эксплуатационной стойкости ножниц, изготовленных из неё. 2 табл.

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

Углерод0,5-0,6Марганец1,6-1,8Кремний1,2-1,3Хром1,2-1,4Молибден0,25-0,40Ванадий0,12-0,20Азот0,012-0,020Алюминий0,015-0,035ЖелезоОстальное

при этом в качестве примесей сталь может содержать серу не более 0,020, фосфор не более 0,020.