Сталь

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно инструментальной стали, преимущественно для производства дисковых пил холодной резки металлопроката. Цель изобретения - повышение теплостойкости и циклической трещиностойкости. Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, алюминий и железо, дополнительно содержит вольфрам, празеодим и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,45 - 0,55; кремний 1,2 - 1,5; марганец 1,2 - 1,5; хром 3,1 - 3,5; молибден 0,4 - 0,6; вольфрам 0,45 - 1; ванадий 0,6 - 0,9; алюминий 0,01 - 0,07; празеодим 0,0005 - 0,001; кальций 0,002 - 0,01; железо - остальное. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, к производству инструментальных сталей, преимущественно для производства дисковых пил холодной резки металлопроката.

Известна инструментальная сталь (авт. св. СССР N 755882, кл. C 22 C 38/28, 1980) следующего химического состава, мас.

Углерод 0,50.0,65 Кремний 0,80.1,30 Марганец 0,15.0,40 Хром 1,80.2,20 Молибден 0,40.0,70 Вольфрам 0,40.0,70 Ванадий 0,15.0,30 Титан 0,05.0,15 Алюминий 0,03.0,08 Железо Остальное
Недостатками известной стали являются низкая износостойкость при порезке проката из легированных и углеродистых сталей, а также плохая обрабатываемость в холодном состоянии при изготовлении инструмента.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является инструментальная сталь (авт. св. СССР N 994577, кл. C 22 C 38/46, 1982) следующего химического состава, мас.

Углерод 0,50.0,60
Кремний 0,15.0,50
Марганец 0,15.0,50
Хром 3,10.3,50
Молибден 0,50.1,00
Ванадий 0,05.0,30
Алюминий 0,01.0,07
Железо Остальное
Известная сталь благодаря повышенному содержанию хрома и молибдена обеспечивает достаточно высокую стойкость инструмента при порезке холодного проката. Однако инструмент, изготовленный из известной стали, характеризуется низкой циклической трещиностойкостью. И поскольку инструмент используется в основном в виде летучих пил для порезки движущегося проката и испытывает во время работы значительные циклические нагрузки, то это значительно снижает ресурс его работы.

Целью изобретения является повышение теплостойкости и циклической трещиностойкости.

Указанная цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, алюминий и железо, дополнительно содержит вольфрам, празеодим и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,45.0,55
Кремний 1,20.1,50
Марганец 1,20.1,50
Хром 3,10.3,50
Молибден 0,40.0,60
Вольфрам 0,45.1,00
Ванадий 0,60.0,90
Алюминий 0,01.0,07
Празеодим 0,0005.0,001
Кальций 0,002.0,01
Железо Остальное
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что в инструментальную сталь дополнительно вводят вольфрам, празеодим и кальций при корректировке содержания углерода, кремния, марганца, молибдена и ванадия.

При вводе в сталь 0,45.1,00% вольфрама, повышении содержания кремния до 1,20.1,50% и ванадия до 0,60.0,90% существенно повышается ее теплостойкость за счет упрочнения кремнием матрицы, повышения термостойкости цементита при легировании его вольфрамом, образования труднорастворимых карбонитридов, нитридов и интерметаллидов ванадия и вольфрама. Комплексное влияние указанных элементов значительно повышает сопротивление стали к разупрочнению при нагреве и тем самым увеличивает ресурс работы летучих пил при порезке проката.

Дополнительное введение в состав предлагаемой стали микродобавок строго определенного количества празеодима 0,0005.0,001% и кальция 0,002.0,01% позволяет не только улучшить характеристики пластичности и ударной вязкости, но и, что самое важное, улучшить демпфирующие свойства материала, что в совокупности с 0,45.0,55% углерода, 1,20.1,50% марганца и 0,40.0,60% молибдена при их новом соотношении с остальными легирующими элементами позволяет повысить одну из важнейших характеристик инструмента циклическую трещиностойкость.

Если количество углерода в стали менее 0,45% то ухудшается стойкость инструмента, а если выше 0,55% то снижается циклическая трещиностойкость и обрабатываемость в холодном состоянии при изготовлении инструмента. Снижение в стали кремния менее 1,20% приводит к ухудшению ее теплостойкости, а повышение более 1,50% снижает характеристики пластичности металла и стойкости инструмента. При вводе в сталь менее 1,20% марганца снижается циклическая трещиностойкость, а более 1,50% пластичность и вязкость металла. При легировании стали молибденом в количестве менее 0,40% ухудшаются как циклическая трещиностойкость, так и показатели теплостойкости металла, а введение более 0,60% приводит к удорожанию стали. Снижение количества ванадия в стали менее 0,60% приводит к ухудшению ее теплостойкости, а также общего ресурса работы инструмента, а повышение более 0,90% дальнейшего положительного эффекта не дает.

Введение в сталь менее 0,45% вольфрама приводит к снижению ее теплостойкости, а следовательно и ресурса работы инструмента при порезке проката. Повышение содержания вольфрама в стали более 1,00% дает несущественный дополнительный положительный эффект при значительном удорожании стали.

Добавка в сталь празеодима в количестве менее 0,0005% и кальция менее 0,002% ухудшает демпфирующие свойства материала и его циклическую трещиностойкость, а также пластичность и вязкость стали. Введение в сталь празеодима более 0,001% и кальция более 0,01% приводит к повышенному их расходу без дальнейшего положительного эффекта.

Таким образом, совокупность существенных отличительных признаков заявляемого технического решения и позволяет повысить теплостойкость и циклическую трещиностойкость инструмента.

Предлагаем пример конкретного использования заявляемого химического состава инструментальной стали.

В условиях опытно-промышленного производства были выплавлены несколько опытных плавок, химический состав которых соответствовал известному (авт. св. N 994577) и различным вариантам заявляемого технического решения. Химический состав опытных плавок приведен в табл.1.

Из металла опытных плавок были изготовлены листовые карты толщиной 12 мм, из которых изготавливали образцы для исследований и механических испытаний. После обработки металла на окончательный комплекс свойств (закалка с 1060^oC и отпуск при 580^oC), образцы испытывали на растяжение, в том числе и при температуре 500^oC для определения теплостойкости. Для определения циклической трещиностойкости часть плоских образцов испытывали на многопозиционной машине "Сатурн-10" по принципу консольного изгиба в одной плоскости по симметричному циклу при частоте циклов испытательной нагрузки - 1000 циклов/мин.

Результаты испытаний механических и технологических свойств представлены в табл.2.

Результаты испытаний показали, что отличительные признаки заявляемого технического решения позволяют изготовить инструментальную сталь (табл. состав 2 4), которая по характеристикам теплостойкости и циклической трещиностойкости значительно превосходит известную сталь. Это позволит значительно повысить ресурс работы инструмента, в частности дисковых пил, изготовленных из такой стали.

Формула изобретения

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

Углерод 0,45 0,55
Кремний 1,2 1,5
Марганец 1,2 1,5
Хром 3,1 3,5
Молибден 0,4 0,6
Вольфрам 0,45 1
Ванадий 0,6 0,9
Алюминий 0,01 0,07
Празеодим 0,0005 0,001
Кальций 0,002 0,01
Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1