Способ изготовления многослойных нержавеющих металлических изделий



Способ изготовления многослойных нержавеющих металлических изделий

 


Владельцы патента RU 2288101:

Галкин Михаил Петрович (RU)
Пареньков Сергей Леонидович (RU)

Изобретение может быть использовано при изготовлении слоистых металлических изделий с узором на их поверхности, характерным для дамасской стали, в частности ножей, клинков и других режущих инструментов. Пакет из пластин нержавеющих сталей размещают в стальном контейнере, герметизируют его и проводят ковку и/или прокатку пластин вместе с контейнером в две стадии при заданной температуре и степени деформации. После удаления контейнера проводят смягчающую термическую обработку и резку многослойных листов на многослойные заготовки. Создают искаженную форму всех или некоторых слоев заготовки. Выполняют выглаживающую ковку или прокатку заготовок со степенью деформации до получения многослойных изделий толщиной 1,5-15 мм. Для получения необходимой твердости и прочности проводят закалку и отпуск изделий с последующей шлифовкой и выявлением на шлифованной поверхности изделия узора, аналогичного узору на дамасской стали. При этом обеспечивают высокие механические свойства всего объема металлического изделия, а особо высокую твердость и стойкость против затупления острой режущей кромки лезвия. 22 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к способам изготовления слоистых металлических изделий с узором на их поверхности, характерным для дамасской стали, и может быть использовано в металлургическом производстве при изготовлении заготовок для ножей, клинков и других режущих инструментов, а также самих ножей и клинков.

Кроме того, изобретение может быть использовано при изготовлении из слоистых заготовок в виде листов и пластин изделий, на поверхности которых проявляется характерный декоративно-художественный рисунок.

Известен способ изготовления композиционного металлического изделия, состоящего по крайней мере из двух материалов из нержавеющей стали различного химического состава, один из которых находится в виде порошка, соединенных между собой уплотнением методом изостатического прессования при давлении выше 60 МПа и температуре выше 1000°С. Перед этим по меньшей мере два материала из нержавеющей стали укладывают отдельными слоями в капсулу, из которой откачивают воздух, затем капсулу закрывают и подвергают обработке уплотнением для получения сплошного тела. Способ направлен на получение упрочненной режущей кромки при изготовлении режущих инструментов в сочетании с высокой коррозионной стойкостью и возможностью получения декоративного эффекта на изделиях в виде узора, сходного с узором дамасской стали (Патент РФ №2127195, МПК В 32 В 15/18, опубл. 10.03.1999 г.).

Недостаток способа, приведенного в описании этого патента, состоит, во-первых, в необходимости использования вакуумирования капсулы с помещенными в нее по крайней мере двумя нержавеющими сталями, по крайней мере одна из которых находится в форме порошка, а во-вторых, в том, что режущая кромка изделия в виде лезвия, сформированная из стального порошка посредством уплотнения прессованием с последующей пластической деформацией, по стойкости при эксплуатации неизбежно уступает режущей кромке лезвия, сформированного из стальной заготовки, полученной посредством традиционных методов выплавки с последующими операциями ковки и/или прокатки.

Известен способ получения дамасской стали методом кузнечной сварки стальных прутков или полос с различным содержанием углерода. Полосы собирают в «брикет» и нагревают в кузнечном горне. Затем «брикет» подвергают интенсивной ковке, в результате чего соприкасающиеся поверхности прутков или полос «свариваются». Полученную заготовку расковывают в пластину, которую разрубают надвое, полученные части пластины связывают между собой, помещают в горн и нагревают, затем интенсивно проковывают, снова разрубают надвое. Этот процесс повторяют до десяти и более раз, пока не будет получена заготовка со сложной композитной структурой (В.П.Логинов, В.В.Боброва. Секреты кузнечного мастерства. Кузнечное дело и художественная ковка ООО «Аделант», 2003 г., с.18).

Недостаток этого способа состоит в отсутствии защиты свариваемых поверхностей стальных полос от окисления при нагреве в открытом кузнечном горне и в процессе ковки. Для соединения между собой пластин из нержавеющих сталей способом ковки это обстоятельство создает непреодолимые трудности.

Известен способ изготовления неоднородного металлического изделия типа дамасского клинка, в соответствии с которым тонкие листы из различных металлических материалов собирают в стопу, которую помещают в открытый контейнер. Затем борта контейнера подгибают таким образом, что стопа листов вместе с контейнером образует плотный пакет, который нагревают и обжимают посредством ковки с целью сварки стопы листов между собой в многослойную пластину, после чего контейнер удаляют. Удлиненную сторону полученной многослойной пластины затачивают для получения режущего лезвия (Патент США №4881430, НКИ 76/104R, опубл. 21.11.1989 г. - прототип).

Недостаток приведенного способа состоит в укладке набора стальных пластин в открытый стальной контейнер без герметизации последнего, вследствие чего поверхности стальных листов не предохраняются от образования на них при нагреве перед ковкой или прокаткой слоя окислов, затрудняющих сварку способом ковки.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании способа получения высокопрочных нержавеющих изделий, на поверхности которых имеется узор, характерный для дамасской стали.

Технический результат изобретения состоит в получении ярковыраженного узора, характерного для дамасской стали на поверхности металлических заготовок в виде листов, пластин или ленты для изготовления из них изделий типа клинков, ножей и др., в сочетании с повышенными механическими свойствами всего объема металлического изделия и с особо высокой твердостью и стойкостью против затупления острой режущей кромки лезвия.

Помимо указанного, применение технологических приемов по изобретению позволяет экономно использовать исходные металлические материалы в виде листов и пластин для изготовления из них различных металлических многослойных изделий, в том числе имеющих значительную длину и ширину. Предлагаемый способ дает технологическое обеспечение массового производства многослойных нержавеющих композитов из стали с декоративно-художественным узором на их поверхностях, отличающимся разнообразием рисунка - волнистого, завихренного, точечного, строчечного, древовидного и др.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления многослойного нержавеющего металлического изделия, включающем укладку не менее двух пластин из нержавеющих сталей с получением пакета, размещение пакета в стальном контейнере и горячую деформацию пластин вместе с контейнером, согласно изобретению, после размещения пакета пластин в контейнере проводят его герметизацию, горячую деформацию осуществляют ковкой и/или прокаткой пластин в две стадии, из них на первой стадии - после нагрева до 1200-1250°С с общей степенью деформации, составляющей 45-75%, и на второй стадии - после нагрева до 1050-1180°С с общей степенью деформации 35-85% с получением многослойных листов толщиной 2-20 мм, затем удаляют контейнер, осуществляют отжиг и резку многослойных листов на многослойные заготовки, после чего создают искаженную форму всех или некоторых слоев заготовки, проводят выглаживающую ковку или прокатку со степенью деформации 20-75% до получения многослойного изделия толщиной 1,5-15 мм, после чего проводят его закалку, отпуск, шлифование и выявление на шлифованной поверхности узора, аналогичного узору на дамасской стали, при этом суммарную степень деформации, εсум, определяют по зависимости:

где:

εк1 - степень деформации пластин вместе с контейнером на первой стадии посредством ковки,

εп1 - степень деформации пластин вместе с контейнером на первой стадии посредством прокатки,

εк2 - степень деформации пластин вместе с контейнером на второй стадии посредством ковки,

εп2 - степень деформации пластин вместе с контейнером на второй стадии посредством прокатки,

εи - степень деформации на операции искажения слоев многослойной заготовки,

εв - степень деформации многослойной заготовки посредством выглаживающей ковки или прокатки,

при этом суммарная степень деформации, εсум, находится в пределах 70%≤εсум≤99%.

Нержавеющие металлические изделия изготовлены в виде многослойных листов, пластин, ленты.

Укладка нержавеющих сталей разного типа в пакет может варьироваться следующим образом:

- получают пакет из двух пластин из нержавеющих сталей разного типа, при этом пластины укладывают таким образом, что направление исходной прокатки в одной из пластин составляет угол 90° относительно направления исходной прокатки в другой пластине,

- либо получают пакет из двух пластин из нержавеющих сталей разного типа, при этом пластины укладывают таким образом, что направления исходной прокатки в обеих пластинах совпадают,

- либо получают пакет из нечетного числа пластин из нержавеющих сталей разного типа, при этом укладывают пластины таким образом, что в центральное положение в пакете помещают пластину из стали, приобретающую после упрочняющей термической обработки твердость, не меньшую, чем у остальных пластин,

- либо получают пакет из нечетного числа пластин из нержавеющих сталей разного типа, при этом укладывают пластины таким образом, что в центральное положение в пакете помещают пластину из стали, приобретающую после упрочняющей термической обработки твердость, меньшую, чем у остальных пластин,

- либо пластины укладывают таким образом, что пластины из нержавеющих сталей одного и того же типа располагают симметрично относительно центральной по расположению в пакете пластины,

- либо пластины из нержавеющих сталей одного и того же типа располагают при укладке симметрично относительно центральной по расположению пластины таким образом, что направление прокатки в них одинаковое, а направления прокатки в смежных пластинах из одной и той же нержавеющей стали, расположенных по одну и ту же сторону от центральной по расположению пластины, повернуты на 90° относительно друг друга,

- либо пластины из нержавеющих сталей одного и того же типа, располагают при укладке симметрично относительно центральной по расположению пластины с произвольной ориентировкой направления их прокатки или с одинаковым направлением их прокатки.

Ковку пакета пластин вместе с контейнером на второй стадии горячей деформации ведут сначала в положении пластин «на плоскость» со степенью деформации 35-50%, а затем в положении пластин «на ребро» со степенью деформации 35-50%, либо ковку пакета пластин вместе с контейнером ведут сначала в положении пластин «на ребро» со степенью деформации 35-50%, а затем в положении пластин «на плоскость» со степенью деформации 35-50%.

Одной из задач, решаемых изобретением, является создание разнообразной формы узора в расположении слоев, выходящих на поверхность изделий. С этой целью используют искажение формы всех слоев многослойной заготовки посредством скручивания заготовки по всей ее длине со степенью деформации 40-60%, либо путем локального проплавления многослойной заготовки на всю ее толщину с одной из ее сторон или на всю ее толщину с обеих сторон, либо ковки и/или прокатки в положении «на ребро» со степенью деформации 30-80%.

Для создания искаженной формы некоторых слоев многослойной заготовки толщиной H выполняют локальные проплавления ее с одной стороны на глубину не более 3/4 ее толщины или посредством локальных проплавлений многослойной заготовки на глубину h1 с одной стороны многослойной заготовки и на глубину h2 с другой ее стороны, при этом h1+h2≤Н.

Искажение формы всех слоев многослойной заготовки осуществляют посредством создания локального прогиба с одной или с обеих сторон многослойной заготовки с последующим удалением шлифовкой образовавшихся выгибов на противоположных сторонах многослойной заготовки.

Эффективное искажение формы всех слоев многослойной заготовки осуществляют нанесением надрубов и/или надпилов и/или засверливаний несквозных углублений на глубину h1 с одной стороны многослойной заготовки, имеющей толщину Н, и на глубину h2 с другой ее стороны, при этом h1+h2≥H.

Искажение формы некоторых слоев многослойной заготовки толщиной Н осуществляют нанесением надрубов и/или надпилов и/или несквозных засверливаний на глубину h1 с одной стороны и h2 с другой, при этом h1+h2≤Н/2. Искажение формы некоторых слоев многослойной заготовки осуществляют также нанесением надрубов и/или надпилов и/или несквозных засверливаний с одной стороны многослойной заготовки на глубину, меньшую или равную одной четверти ее толщины.

Многообразие искажений формы всех слоев многослойной заготовки достигают посредством создания локальных вдавливаний с одной либо с обеих сторон многослойной заготовки на глубину, меньшую или равную одной четверти ее толщины, с образованием при этом выпуклостей на противоположной стороне многослойной заготовки, после чего образовавшиеся выпуклости удаляют шлифовкой. С этой же целью искажение формы некоторых слоев многослойной заготовки осуществляют посредством создания локальных вдавливаний с одной или с обеих сторон многослойной заготовки на глубину не более одной четверти ее толщины без образования при этом выпуклостей на стороне, противоположной вдавливаниям.

Тонкую доводку искажений формы некоторых слоев многослойной заготовки осуществляют посредством локального удаления шлифовкой с одной или обеих сторон части ее площади на глубину, не превышающую одной четверти ее толщины.

Выявление узора, аналогичного узору на дамасской стали, осуществляют посредством тонкой шлифовки и/или полировки, либо посредством тонкой шлифовки и/или полировки с последующим химическим и/или термическим травлением.

Одним из существенных признаков изобретения является регламентация степени деформации как на последовательных стадиях горячей деформации посредством ковки и/или прокатки пакета пластин из нержавеющих сталей разного типа, так и на операциях искажения слоев и выглаживания многослойных пластин путем ковки или прокатки, а также регламентацией суммарной степени деформации после всех стадий горячей пластической деформации, рассчитываемой по зависимости, записанной в общем виде:

где n - общее число операций горячей деформации,

εi - степень деформации на i-той стадии горячей деформации пакета пластин, а применительно к конкретно используемым в изобретении операциям деформации - в виде:

где:

εк1 - степень деформации пластин вместе с контейнером на первой стадии посредством ковки,

εп1 - степень деформации пластин вместе с контейнером на первой стадии посредством прокатки,

εк2 - степень деформации пластин вместе с контейнером на второй стадии посредством ковки,

εп2 - степень деформации пластин вместе с контейнером на второй стадии посредством прокатки,

εи - степень деформации на операции искажения слоев многослойной заготовки,

εв - степень деформации многослойной заготовки посредством выглаживающей ковки или прокатки,

при этом суммарная степень деформации, εсум, находится в пределах 70%≤εсум≤99%.

В тех случаях, когда одна или несколько операций деформации, входящих в зависимость (1), не использованы при изготовлении многослойных нержавеющих металлических изделий, значение степени деформации неиспользованной операции деформации приравнивается к нулю, и соответствующий ей сомножитель в числителе запишется в виде (100-0); знаменатель при этом остается без изменений (1006).

Степень деформации, находящаяся в пределах от 45 до 75%, на первой стадии горячей деформации пластин вместе с контейнером посредством ковки и/или прокатки для всех материалов по изобретению обеспечивает протекание сварки при деформации в интервале температур 1200-1250°С.

На второй стадии горячей деформации пластин вместе с контейнером при температуре 1050-1180°C и общей степени деформации на этой стадии 35-85% в используемых разнородных соединяемых нержавеющих сталей, составляющих композит, происходит измельчение зерна до 6-8 балла.

При суммарной степени деформации на всех операциях деформирования посредством ковки, прокатки, скручивания, а также ковки многослойной заготовки в положении «на ребро», выглаживающей ковки или прокатки менее 70% не создаются условия для протекания совокупности необходимых процессов: сварки смежных пластин между собой, измельчения зерна в структуре слоев, формирования необходимых размеров многослойных пластин и выравнивания их поверхности до требуемой перед шлифовкой плоскостности.

При суммарной степени деформации более 99% исходные пластины толщиной менее 1-2 мм превращаются в слои, толщина которых составляет менее 10-20 мкм, что делает их неразличимыми или плохо различимыми невооруженным глазом как после плоской тонкой шлифовки изделия, так и после шлифовки под углом к поверхности многослойной пластины 100 и более с последующим травлением - узор «деградирует».

Повышенные механические свойства металлического многослойного изделия и их однородность в направлении длины и ширины изделия достигаются специальной укладкой исходных пластин из нержавеющих сталей разного типа, выполняемой таким образом, что направления прокатки в смежных пластинах из одной и той же стали повернуты относительно друг друга на 90°, а также оптимальной температурой закалки готового металлического многослойного изделия.

Кроме этого, достижению технического результата способствует составление пакета пластин из нержавеющих сталей нескольких типов, отличающихся способностью к упрочнению посредством их закалки и отпуска или же посредством закалки и старения, с учетом назначения многослойного нержавеющего изделия.

Пример 1. 231 пластину из мартенситной хромистой стали 95Х18МФ (0,90% С, 18,0% Cr, 0,6% Si, 0,8% Mn, 1,0% Мо, 0,1% V) и аустенитной стали 12Х18Н9Т (0,1% С, 18,0% Cr, 9,0% Ni, 0,7% Si, 1,4% Mn) уложили в пакет, причем первую из них толщиной 4,5 мм из мартенситной стали разместили в центральное по толщине пакета положение, затем по обе стороны от первой пластины уложили по одной пластине толщиной 0,3 мм из аустенитной стали и далее - по одной пластине толщиной 0,35 мм из мартенситной стали, затем по одной пластине толщиной 0,3 мм из аустенитной стали и т.д.

Центральная пластина сориентирована направлением исходной прокатки (НП) вдоль удлинения ее при последующей горячей деформации; две следующие пластины из аустенитной стали при укладке сориентированы направлением исходной прокатки в них так же, как центральная пластина, а именно, НП расположено в направлении удлинения этих пластин при последующей горячей деформации; следующие две пластины по обе стороны от центральной при укладке уложены так, что НП в них сориентировано под углом 90° относительно направления удлинения этих пластин при последующей деформации; следующие две пластины из аустенитной стали уложены своим НП под углом 90 относительно направления удлинения при последующей горячей деформации и далее уложены пластины из мартенситной и аустенитной сталей с такой же последовательностью чередования в них направления прокатки.

Сформированный указанным образом пакет пластин поместили в стальной контейнер, после чего выполнили его герметизацию посредством аргоно-дуговой сварки.

Контейнер с пакетом пластин нагрели до температуры 1240°С и с трех выносов проковали на сутунку толщиной 40 мм. Степень деформации пластин на этой операции ковки, εк, составила 52%. Затем сутунку нагрели до 1180°С и прокатали на четырехвалковом стане на многослойный лист толщиной 20 мм со степенью деформации при этом, εп, 50% и направлением удлинения ее в том же направлении, что и при ковке. После этого с многослойного листа сняли остатки оболочки контейнера. Многослойный горячекатаный лист отожгли при 780°С, затем разрезали на многослойные заготовки размером 20×30×300 мм и 20×30×600 мм, при этом длину заготовки расположили в направлении предшествующей горячей прокатки листа. На части многослойных заготовок, имеющих в продольном сечении преимущественно плоско-параллельное расположение слоев мартенситной и аустенитной стали, для наведения усложненного узора формы слоев провели искажение формы некоторых близких к поверхности слоев, для чего с помощью абразивного круга нанесли систему V-образных и U-образных надрезов на глубину 2-2,5 мм с обеих сторон многослойной заготовки и по три-пять отдельных сверлений диаметром 5 и 10 мм на ту же глубину, расположенных ближе к одной из сторон многослойной заготовки. Конфигурация, число и взаимное расположение надрезов и сверлений на каждой многослойной заготовке при этом не повторялись.

Подготовленные таким образом многослойные изделия-пластины нагрели до 1150°С и подвергли выглаживающей прокатке за 3 прохода в направлении длины заготовки на пластины толщиной 6 мм со степенью деформации при этом, εв, 70%. Суммарная степень деформации, εсум, в результате ковки и двух операций горячей прокатки составила 92,8% -

Полученные многослойные пластины после нагрева до 1020°С закалили в масле и подвергли отпуску при 350°С. После закалки и отпуска многослойные пластины отрихтовали и прошлифовали с четырех сторон по длине до чистоты поверхности, Ra, 0,62-0,83 мкм.

Отшлифованные многослойные пластины подвергли отпуску при 300°С для снятия остаточных шлифовочных напряжений, после чего химическим травлением в смеси кислот выявили декоративный узор на шлифованных плоскостях и гранях.

Твердость центрального слоя из мартенситной стали составила после закалки и отпуска 700 HV. Твердость композита на плоскости пластины составила 450 НВ (44HRC).

Для создания искаженной формы всех слоев заготовки одну многослойную заготовку размером 20×30×300 мм после нагрева до 1150°С проковали в положении «на ребро» на пластину толщиной 8 мм и шириной 35 мм со степенью деформации 53%, а затем провели выглаживающую прокатку на многослойную пластину толщиной 6 мм со степенью деформации 25%. Суммарная степень деформации после всех операций деформирования составила 91,5% -

После тонкой шлифовки и травления на широкой плоскости многослойной пластины травлением выявлен узор из перемежающихся зазубренных искривленных полосок переменной ширины. Твердость центрального слоя многослойной пластины после закалки с 1020°С в масле и отпуска при 350°С составила 780HV(60 HRC), а усредненная твердость поверхности широкой стороны пластины - 510HV(48 HRC).

Для создания искаженной формы всех слоев заготовки одну многослойную заготовку размером 20×30×600 мм нагрели до 1150°С и подвергли скручиванию вокруг ее продольной оси с шагом скрутки 30 мм со степенью деформации крайнего волокна 56,5%. Скрученную заготовку разделили на 4 части и каждую из них подвергли выглаживающей ковке на многослойную пластину 6×35 мм со степенью деформации при этом 65%. Суммарная степень деформации составила 96,4% -

После тонкой шлифовки и травления на поверхности многослойной пластины выявлен узор в виде серповидных полос шириной 0,1-0,8 мм, веерообразно расходящихся от середины пластины к ее краям. Твердость поверхности пластин после закалки с 1020°С в масле и отпуска при 350°С составила 485НВ (47 HRC).

Пример 2. 3 горячекатаных пластины, одна из которых из стали 65Х13, толщиной 30 мм, а две другие - из стали 20Х13 толщиной по 20 мм, уложили в пакет, при этом пластину из стали 65Х13 расположили между пластинами из стали 20Х13. Направление прокатки пластины из стали 65Х13 в исходном состоянии ориентировано вдоль направления ее удлинения при последующей горячей деформации; пластины из стали 20Х13 уложены в стопу таким образом, что направление их прокатки в исходном состоянии повернуто на 90° относительно направления прокатки в исходной пластине из стали 65Х13.

Полученный пакет поместили в стальной контейнер, провели герметизацию последнего посредством аргоно-дуговой сварки в местах соединения крышки контейнера с его корпусом. Контейнер вместе с пакетом пластин нагрели до 1200°С и проковали в положении «на плоскость» с удлинением центральной пластины из стали 65Х13 вдоль направления ее прокатки в исходном состоянии со степенью деформации 60% на сутунку толщиной 28 мм, затем ее нагрели до 1100°С и прокатали до толщины 8,0 мм с удлинением в том же направлении, что и при предшествующей ковке. Степень деформации при горячей прокатке составила 71,4%. После удаления остатков контейнера и абразивной зачистки полученный горячекатаный многослойный лист отожгли при 880°С и разрезали на многослойные заготовки. Сформированные при ковке и прокатке слои из стали 65Х13 имели толщину 3,4 мм, а из стали 20Х13 по 2,3 мм; форма взаимного расположения составляющих слоев при этом - чередование плоскопараллельных слоев из исходных сталей. Для устранения прямолинейности слоев в сечении трехслойной композитной заготовки на ее поверхности создали искажение формы всех слоев заготовки путем придания волнистости в виде локальных прогибов и выгибов с обеих сторон заготовки с шагом вдоль кромки заготовки 6 мм и глубиной прогибов 0,25 мм. Затем выступы удалили шлифовкой по плоскости. Полученную пластину толщиной 7,5 мм подвергли выглаживающей прокатке до толщины 5,25 мм со степенью деформации при этом 30%. Суммарная степень деформации после всех операций деформирования составила 96,4% -

Твердость центрального слоя после закалки и отпуска составила 694HV (58 HRC), а наружных слоев - 383HV (39 HRC).

Тонкой шлифовкой вдоль длинной стороны многослойной пластины под углом к поверхности, имитирующей заточку лезвия, обнажается место сопряжения центрального слоя с наружным. В процессе отпуска при 450°С на воздухе на обоих слоях в косом срезе образуются цвета побежалости, контрастно выявляющие волнистый узор по линии раздела составляющих.

Пример 3. Три горячекатаных пластины, две из которых - из стали 110Х18М толщиной по 10 мм, а третья - из стали 15Х11МФ (0,15% С; 10,5% Cr; 0,7% Mo; 0,3% V; 0,3% Si; 0,55% Mn) толщиной 40 мм, уложили в пакет, при этом пластину из стали 15Х11МФ расположили между пластинами из стали 110Х18М. Обе пластины из стали 110Х18М при сборке пакета разместили в контейнере таким образом, что направление прокатки указанных пластин ориентировано вдоль направления этих пластин при последующей горячей деформации; пластине из стали 15Х11МФ придана такая ориентация в пакете, чтобы направление ее исходной прокатки составляло 90° относительно направления исходной прокатки пластин из стали 110Х18М.

Полученный пакет пластин поместили в стальной контейнер, провели герметизацию последнего посредством аргоно-дуговой сварки в местах соединения крышки контейнера с его корпусом. Контейнер вместе с пакетом пластин нагрели до 1200°С и проковали в положении «на плоскость» на сутунку толщиной 28 мм со степенью деформации пластин при этом 53%, затем сутунку нагрели до 1150°С и прокатали на многослойный лист толщиной 7,0 мм со степенью деформации 75% в том же направлении, что и при ковке, после чего удалили остатки контейнера. Толщина поверхностных слоев из стали 110Х18М составила при этом 1,2 мм, а центрального слоя из стали 15Х11МФ - 4,6 мм. Многослойный лист разрезали на многослойные заготовки размерами 2,5х40х250 мм. На одной из сторон полученных многослойных заготовок для создания искаженной формы заготовки аргоно-дуговой сваркой с нерасходуемым электродом выполнили серию локальных точечных проплавлений со средним диаметром 4 мм на глубину 2,5 мм. После этого многослойные заготовки с участками металла с литой структурой в проплавленных местах отожгли при 780°С. Затем провели выглаживающую прокатку до толщины 3,5 мм со степенью деформации 50%. Суммарная степень деформации в результате всех операций деформирования составила 94% -

Полученные многослойные пластины закалили с 1000°С в масле и отпустили при 250°С. Тонкой шлифовкой с последующим травлением выявлен узор точечного вида заданной конфигурации.

Наружный слой из стали 110Х18М на стороне, противоположной слою с нанесенным рисунком, после закалки и отпуска имеет твердость 820HV (62HRC), такую же, как и слой с рисунком в местах, незатронутых проплавлениями. Внутренний слой из стали 15Х11МФ имеет твердость 372HV (38HRC). Полученная многослойная пластина пригодна как для режущего инструмента с односторонней заточкой, так и для изделий с режущими кромками на обеих сторонах пластины, например шаберы, лезвия коньков.

1. Способ изготовления многослойного нержавеющего металлического изделия, включающий укладку не менее двух пластин из нержавеющих сталей с получением пакета, размещение пакета в стальном контейнере и горячую деформацию пластин вместе с контейнером, отличающийся тем, что после размещения пакета пластин в контейнере проводят его герметизацию, горячую деформацию осуществляют ковкой и/или прокаткой пластин в две стадии, из них на первой стадии - после нагрева до 1200-1250°С с общей степенью деформации, составляющей 45-75%, и на второй стадии - после нагрева до 1050-1180°С с общей степенью деформации 35-85% с получением многослойных листов толщиной 2-20 мм, затем удаляют контейнер, осуществляют отжиг и резку многослойных листов на многослойные заготовки, после чего создают искаженную форму всех или некоторых слоев заготовки, проводят выглаживающую ковку или прокатку со степенью деформации 20-75% до получения многослойного изделия толщиной 1,5-15 мм, после чего проводят его закалку, отпуск, шлифование и выявление на шлифованной поверхности узора, аналогичного узору на дамасской стали, при этом суммарную степень деформации εсум определяют по зависимости:

где

εк1 - степень деформации пластин вместе с контейнером на первой стадии посредством ковки,

εп1 - степень деформации пластин вместе с контейнером на первой стадии посредством прокатки,

εк2 - степень деформации пластин вместе с контейнером на второй стадии посредством ковки,

εп2 - степень деформации пластин вместе с контейнером на второй стадии посредством прокатки,

εи - степень деформации на операции искажения слоев многослойной заготовки,

εв - степень деформации многослойной заготовки посредством выглаживающей ковки или прокатки,

при этом суммарная степень деформации εсум находится в пределах 70%≤εсум≤99%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изготавливают нержавеющее металлическое изделие в виде многослойных листов или пластин или ленты.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что получают пакет из двух пластин из нержавеющих сталей разного типа, при этом пластины укладывают таким образом, что направление исходной прокатки в одной из пластин составляет угол 90° относительно направления исходной прокатки в другой пластине.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что получают пакет из двух пластин из нержавеющих сталей разного типа, при этом пластины укладывают таким образом, что направления исходной прокатки в обеих пластинах совпадают.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что получают пакет из нечетного числа пластин из нержавеющих сталей разного типа, при этом укладывают пластины таким образом, что в центральное положение в пакете помещают пластину из стали, приобретающую после упрочняющей термической обработки твердость, не меньшую, чем у остальных пластин.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что получают пакет из нечетного числа пластин из нержавеющих сталей разного типа, при этом укладывают пластины таким образом, что в центральное положение в пакете помещают пластину из стали, приобретающую после упрочняющей термической обработки твердость, меньшую, чем у остальных пластин.

7. Способ по любому из пп.5 и 6, отличающийся тем, что пластины укладывают таким образом, что пластины из нержавеющих сталей одного и того же типа располагают симметрично относительно центральной по расположению в пакете пластины.

8. Способ по любому из пп.5 и 6, отличающийся тем, что пластины из нержавеющих сталей одного и того же типа располагают при укладке симметрично относительно центральной по расположению пластины таким образом, что направление прокатки в них одинаковое, а направления прокатки в смежных пластинах из одной и той же нержавеющей стали, расположенных по одну и ту же сторону от центральной по расположению пластины, повернуты на 90° относительно друг друга.

9. Способ по любому из пп.5 и 6, отличающийся тем, что пластины из нержавеющих сталей одного и того же типа, располагают при укладке симметрично относительно центральной по расположению пластины с произвольной ориентировкой направления их прокатки или с одинаковым направлением их прокатки.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что ковку пакета пластин вместе с контейнером ведут сначала в положении пластин «на плоскость» со степенью деформации 35-50%, а затем в положении пластин «на ребро» со степенью деформации 35-50%.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что ковку пакета пластин вместе с контейнером ведут сначала в положении пластин «на ребро» со степенью деформации 35-50%, а затем в положении пластин «на плоскость» со степенью деформации 35-50%.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что создание искаженной формы всех слоев многослойной заготовки осуществляют скручиванием заготовки по всей ее длине со степенью деформации при этом 40-60%.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что создание искаженной формы всех слоев многослойной заготовки осуществляют посредством ее ковки и/или прокатки в положении «на ребро» со степенью деформации при этом 30-80%.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что создание искаженной формы всех слоев многослойной заготовки осуществляют посредством локального проплавления многослойной заготовки на всю ее толщину с одной из ее сторон или на всю толщину с обеих сторон.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что создание искаженной формы некоторых слоев многослойной заготовки толщиной Н осуществляют посредством локальных проплавлений ее с одной стороны на глубину не более 3/4 ее толщины или посредством локальных проплавлений многослойной заготовки на глубину h1 с одной стороны и на глубину h2 с другой ее стороны, при этом h1+h2≤H.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что создание искаженной формы всех слоев многослойной заготовки осуществляют посредством создания локальных прогибов с одной или с обеих сторон многослойной заготовки с последующим удалением шлифовкой образовавшихся выгибов на противоположных сторонах многослойной заготовки.

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что создание искаженной формы всех слоев многослойной заготовки толщиной Н осуществляют нанесением надрубов, и/или надпилов, и/или засверливаний несквозных углублений на глубину h1 с одной стороны многослойной заготовки и h2 с другой ее стороны, при этом h1+h2≥H.

18. Способ по п.1, отличающийся тем, что создание искаженной формы некоторых слоев многослойной заготовки толщиной Н осуществляют нанесением надрубов, и/или надпилов, и/или несквозных засверливаний на глубину h1 с одной стороны и h2 с другой, при этом h1+h2≤H/2.

19. Способ по п.1, отличающийся тем, что искажение формы некоторых слоев многослойной заготовки осуществляют нанесением надрубов, и/или надпилов, и/или несквозных засверливаний с одной стороны многослойной заготовки на глубину, меньшую или равную одной четверти ее толщины.

20. Способ по п.1, отличающийся тем, что создание искаженной формы всех слоев многослойной заготовки осуществляют посредством создания локальных вдавливаний с одной либо с обеих сторон многослойной заготовки на глубину, меньшую или равную одной четверти ее толщины, с образованием при этом выпуклостей на противоположной стороне, после чего образовавшиеся выпуклости удаляют шлифовкой.

21. Способ по п.1, отличающийся тем, что создание искаженной формы некоторых слоев многослойной заготовки осуществляют посредством создания локальных вдавливаний с одной или с обеих сторон многослойной заготовки на глубину не более одной четверти ее толщины без образования при этом выпуклостей на противоположной стороне.

22. Способ по п.1, отличающийся тем, что создание искаженной формы некоторых слоев многослойной заготовки осуществляют посредством локального удаления шлифовкой с одной или обеих сторон части ее площади на глубину, не превышающую одной четверти ее толщины.

23. Способ по п.1, отличающийся тем, что выявление узора, аналогичного узору на дамасской стали, осуществляют посредством тонкой шлифовки и/или полировки, либо посредством тонкой шлифовки и/или полировки с последующим химическим и/или термическим травлением.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано в качестве защитной облицовочной планки внутренних боковых поверхностей станин прокатных клетей и взаимодействующих с ними боковых поверхностей подушек прокатных валков.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению плакированной коррозионностойкой стали, которую можно использовать при изготовлении листов и труб для нефтяного и химического машиностроения, для строительства нефтепрповодов, тепловых сетей и т.п.

Изобретение относится к металлургии сложнолегированных сталей, а именно к двухслойным коррозионно-стойким сталям, используемым в ядерной энергетике при изготовлении теплообменного оборудования.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении плакированного стального сортового проката для армирования бетона, который состоит из основного слоя из стали, содержащей группу легирующих элементов, включающую кремний и алюминий, поверхностного слоя из нержавеющей стали, содержащей группу легирующих элементов, включающую хром и никель, и диффузионного слоя между ними.

Изобретение относится к металлургии, а именно к двухслойной коррозионно-стойкой листовой стали и изделиям, выполненным из нее, и может быть использовано для оборудования, работающего в агрессивных средах под давлением при повышенной температуре, например, в нефтеперерабатывающей, химической промышленности и других отраслях.
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения биметаллических композиций, например для изготовления жетонов или монет.

Изобретение относится к композициям для преобразования энергии, кроме электрической энергии в механическую, которые могут эффективно поглощать и гасить энергию, например, кинетическую, тепловую и/или электрическую, за исключением оптической энергии.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к получению стальных нержавеющих материалов со слоистой структурой от низколегированных нержавеющих сталей, например для кровельных покрытий, до высоколегированных жаропрочных сталей, например для тепловой и атомной энергетики.

Изобретение относится к способу изготовления композитного металлического изделия по меньшей мере из двух видов нержавеющей стали с возможностью получения декоративного узора, например ножевого лезвия, имеющего дамасский узор.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления многослойных полых и оболочковых деталей из тонколистовых материалов.

Изобретение относится к области сварки давлением, а именно к вакуумированию заготовки для сварки совместным прессованием разнородных материалов, и применяется при изготовлении биметаллических изделий.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к средствам и устройствам, используемым при производстве биметаллических изделий. .
Изобретение относится к технологии изготовления биметаллических цилиндрических изделий с внутренним плакирующим покрытием. .

Изобретение относится к технологии изготовления лейнеров для длинномерных цилиндрических изделий, например для корпусов цилиндров плунжерных насосов и т. .

Изобретение относится к обработке давлением волокнистых композиционных материалов (ВКМ) и служит для производства продольноармированных труб различного типоразмера.
Наверх