Способ изготовления многослойных стальных изделий (варианты)

Изобретение может быть использовано для изготовления слоистых стальных изделий с узором на их поверхности, характерным для дамасской и булатной стали, например при изготовлении заготовок для ножей, клинков и других режущих и колющих инструментов, самих ножей и клинков, а также средств индивидуальной защиты человека - щитов, бронежилетов и др. Получают пакет, включающий, по меньшей мере, две пластины из сталей с различной травимостью. По крайней мере, одна из пластин выполнена из стали типа булата, а другая - из обычной стали. После сварки по периметру пластин осуществляют отжиг для снятия напряжений и горячую деформацию пакета пластин ковкой и/или прокаткой в две стадии с последующим отжигом. Создают искаженную форму всех или некоторых слоев заготовки и обрабатывают ее с выявлением на шлифованной поверхности узоров, характерных для дамасской и булатной стали. По второму варианту изобретения получают пакет пластин из стали типа булата. Дальнейшая технология изготовления аналогична первому варианту. Технический результат изобретения состоит в получении ярко выраженных узоров при сохранении высоких механических свойств всего объема металлического изделия, а также особо высокой твердости и стойкости против затупления режущей кромки изделия, в сочетании с высокой пластичностью отдельных фрагментов изделия. 2 н. и 13 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам изготовления слоистых стальных изделий с узором на их поверхности, характерным для дамасской и булатной стали, и может быть использовано в металлургическом производстве при изготовлении заготовок для ножей, клинков и других режущих и колющих инструментов, самих ножей и клинков, а также средств индивидуальной защиты человека - щитов, бронежилетов и др.

Как известно, булат (булатная сталь) - литая углеродистая сталь со своеобразной структурой и узорчатой поверхностью, обладающая высокой твердостью и упругостью. Из булата изготовляли холодное оружие.

Дамасская сталь - первоначально то же, что булат. Позднее - сталь со слоистой структурой, полученная кузнечной сваркой сплетенных в жгут проволоки или полос, изготовленных из стали с различным содержанием углерода («Энциклопедический словарь» - М.: «Советская энциклопедия», 1984 г., с.176, 357).

Булатная сталь относится к категории естественных композитов, а дамасская сталь, полученная из заготовок, составленных из набора стальных фрагментов, - к категории искусственных композитов. Характерные узоры, выявляемые на полированной поверхности (иногда с дополнительным травлением) изделий из булатной и дамасской стали, отличаются друг от друга - узоры на булатной стали более вариативны, разнообразны, практически неповторимы.

Известен способ изготовления композиционного металлического изделия, состоящего по крайней мере из двух материалов из нержавеющей стали различного 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 В32В 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 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.).

Недостаток приведенного способа состоит в укладке набора 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.

Наиболее близким аналогом является способ изготовления многослойных нержавеющих металлических изделий, заключающийся в том, что 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 с определенной степенью деформации до получения многослойных изделий толщиной 1,5-15 мм. Суммарная степень деформации находится в пределах 70-99% и определяется по математической зависимости. Для получения необходимой твердости и прочности проводят закалку и отпуск изделий с последующей шлифовкой и выявлением на шлифованной поверхности изделия узора, характерного для дамасской стали. При этом обеспечивают высокие механические свойства всего объема металлического изделия и особо высокую твердость и стойкость острой режущей кромки лезвия против затупления (Патент РФ №2288101, МПК В32В 15/18, опубл. 27.11.2006 - прототип).

Один из существенных недостатков известного способа состоит в искусственном создании всех деталей художественного узора на поверхности многослойного металлического изделия посредством различного рода механических и других искажающих (деформирующих) воздействий на многослойную заготовку с целью устранения монотонного плоскопараллельного чередования слоев из различных сталей, составляющих получаемое многослойное металлическое изделие.

Второй недостаток указанного способа, вытекающий из первого, заключается в значительном отсеве (отбраковке) либо в понижении балла (класса) сортности полученных многослойных металлических изделий по художественной ценности, достигающем 1/3 общего числа готовых изделий, произведенных из сборного пакета.

Третий недостаток связан с тем, что при наличии достаточно большого свободного объема воздуха в контейнере в процессе нагрева происходит окисление поверхностей пластин, подлежащих «кузнечной сварке», ухудшающее либо вовсе исключающее образование при горячей деформации сборного пакета сплошной монолитной многослойной заготовки вследствие возникновения расслоений.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании способа получения высококачественной металлопродукции инструментального и конструкционного назначения, сочетающей в себе высокую прочность и пластичность в статических и динамических условиях нагружения, а также высокую твердость, с наличием декоративного узора, характерного для булатной и дамасской стали.

Технический результат изобретения состоит в получении ярко выраженных узоров, характерных не только для дамасской стали, но и для булатной стали на поверхности металлических заготовок в виде листов, пластин или ленты для изготовления из них изделий типа клинков, ножей, средств индивидуальной защиты человека, например бронежилетов, при сохранении высоких механических свойств всего объема металлического изделия и особо высокой твердости и стойкости против затупления острой режущей кромки изделия, в сочетании с высокой пластичностью отдельных фрагментов изделия, а также в увеличении «выхода годного» при массовом производстве многослойных металлических изделий.

Технический результат достигается тем, что по первому варианту изобретения способ изготовления двухслойного или многослойного стального изделия включает укладку по меньшей мере двух пластин из сталей с различной травимостью с получением пакета, при этом по крайней мере одна из пластин выполнена из стали типа булата и имеет толщину 10-25 мм, а другая пластина либо другие пластины выполнены из обычной стали и имеют толщину 5-25 мм, сварку пластин по периметру с герметизацией пространства между ними, отжиг для снятия напряжений, горячую деформацию пакета пластин ковкой и/или прокаткой в две стадии, из них на первой стадии - после нагрева до 1150-1250°С с общей степенью деформации 45-75%, на второй стадии - после нагрева до 1050-1180°С с общей степенью деформации 35-65% с получением двухслойных или многослойных листов толщиной 2-12 мм, отжиг, резку двухслойных или многослойных листов на двухслойные или многослойные заготовки, создание искаженной формы всех или некоторых слоев заготовки, выглаживающую ковку и/или прокатку со степенью деформации 15-75% до получения двухслойного или многослойного изделия толщиной 1,5-6,0 мм, закалку, отпуск, шлифование по плоскости либо под углом 10-30° и выявление на шлифованной поверхности узоров, характерных для дамасской и булатной стали.

В частном случае получают пакет из нечетного числа пластин, при этом между пластинами из обычной стали в середину пакета укладывают пластину из стали булатного типа, или между пластинами из стали булатного типа укладывают пластину из обычной стали.

Технический результат достигается также тем, что по второму варианту изобретения способ изготовления двухслойного или многослойного стального изделия включает укладку по меньшей мере двух пластин толщиной 10-25 мм из стали типа булата с получением пакета, сварку пластин по периметру с герметизацией пространства между ними, отжиг для снятия напряжений, горячую деформацию пакета пластин ковкой и/или прокаткой в две стадии, из них на первой стадии - после нагрева до 1150-1250°С с общей степенью деформации 45-75%, на второй стадии - после нагрева до 1050-1180°С с общей степенью деформации 35-65% с получением двухслойных или многослойных листов толщиной 2-12 мм, отжиг, резку двухслойных или многослойных листов на двухслойные или многослойные заготовки, создание искаженной формы всех или некоторых слоев заготовки, выглаживающую ковку и/или прокатку со степенью деформации 15-75% до получения двухслойного или многослойного изделия толщиной 1,5-6,0 мм, закалку, отпуск, шлифование по плоскости либо под углом 10-30° и выявление на шлифованной поверхности узоров, характерных для дамасской и булатной стали.

Как в первом, так и во втором вариантах способа двухслойное или многослойное стальное изделие изготавливают в виде листов или пластин или ленты; пластины из стали типа булата получают электрошлаковым переплавом заготовки из высокоуглеродистой или высокоуглеродистой легированной стали при скорости наплавления слитка 0,5-1,5 см/мин, при необходимости с последующей горячей деформацией, отжигом, резкой на требуемый размер и шлифовкой, а в качестве обычной стали используют углеродистую и/или низколегированную, и/или легированную конструкционную, и/или нержавеющую конструкционную, и/или инструментальную сталь различной степени легирования. Кроме того, между пластинами дополнительно укладывают от 1 до 5 листов толщиной 0,5-2,0 мм из обычной стали. В случае необходимости между закалкой и отпуском проводят обработку холодом.

При необходимости между операциями создания искаженной формы всех или некоторых слоев заготовки и выглаживающей ковки и/или прокатки проводят частичное или полное устранение неровностей в виде выступов и впадин путем строгания и/или шлифовки, что способствует сохранению на стадии выглаживающей прокатки и/или ковки созданных искажений формы.

Отличия предлагаемого способа от известного (прототипа) заключаются в следующем.

В качестве материала пластин в обоих вариантах изобретения используют сталь типа булата, причем во втором варианте - только сталь типа булата.

В первом варианте изобретения в качестве материала пластин используют, кроме стали булатного типа, стали разных составов и назначений, обобщенно названные, в отличие от сталей булатного типа, обычными.

При этом толщина пластин конкретизирована и составляет 5-25 мм для сталей обычного типа и 10-25 мм для сталей булатного типа.

В обоих вариантах изобретения после укладки пластин в пакет осуществляют герметизацию пространства между ними сваркой. После сварки проводят отжиг для снятия остаточных напряжений в сварном шве и в зоне термического влияния.

В обоих вариантах изобретения в частном случае его выполнения предусмотрена укладка между основными пластинами дополнительных листов толщиной 0,5-2,0 мм, усиливающих декоративный эффект узора в готовом изделии и улучшающих условия кузнечной сварки основных пластин.

В обоих вариантах изобретения раскрыт способ получения стали булатного типа, состоящий в электрошлаковом переплаве стальной заготовки со скоростью наплавления 0,5-1,5 см/мин с последующей вырезкой из полученного слитка пластин, подлежащих укладке в пакет, либо в электрошлаковом переплаве стальной заготовки с указанной скоростью наплавления с последующей горячей пластической деформацией на пластины требуемой толщины для укладки в сборный пакет. Наплавление слитка при электрошлаковом переплаве со скоростью менее 0,5 см/мин приводит к нежелательному образованию за фронтом кристаллизации крупных вторичных карбидов в литой структуре высокоуглеродистых и высокоуглеродистых легированных сталей, ухудшающих технологичность на первой стадии горячей деформации сборного пакета. При скорости наплавления более 1,5 см/мин в литом слитке формируется структура, состоящая из дендритов с поперечным сечением менее 3 мм, недостаточным для формирования булатной структуры.

Готовое многослойное стальное изделие перед выявлением узора подвергается окончательному шлифованию по плоскости или под углом к плоской поверхности 10-30°. Шлифование под углом имитирует при этом заточку многослойного стального изделия при изготовлении из него ножевой продукции либо клинков и позволяет выявить ожидаемый узор от травления в готовой продукции. Величина угла 10-30° выбрана экспериментально.

Одним из отличительных признаков обоих вариантов изобретения является сварка пластин в пакет с герметизацией пространства между ними. При шовной сварке по периметру между собой ребер смежных пластин в составном пакете достигается высокая герметичность при практически отсутствующем свободном пространстве между пластинами, что исключает окисление соприкасающихся поверхностей пластин в пакете и, как следствие, хорошую адгезию, надежную «кузнечную сварку» пластин при горячей деформации, результатом чего является увеличение выхода годного.

В отличие от известного способа в предлагаемом способе толщина укладываемых в пакет пластин из обычных сталей регламентирована и составляет 5-25 мм. Это связано с тем, что при электродуговой или аргонодуговой сварке в пакет пластин меньшей толщины ухудшается герметичность сварного шва вследствие локального прогара кромочной части листа; при больших толщинах изменчивость слоистого узора, характерного для дамасской стали, уменьшается, тем самым обедняя художественную ценность выявляемого в узоре рисунка. Нижний предел толщины пластин булатной стали (10 мм) регламентирован тем, что при меньших толщинах булатный узор деградирует.

Укладка в пакет пластин - обычной и стали типа булатной обеспечивает большее разнообразие создаваемого узора на поверхности многослойных изделий и более четкое его выявление при травлении; кроме этого, достигается, при необходимости, требуемое сочетание механических свойств - твердости и пластичности.

Пример 1. Кованую пластину толщиной 25 мм из стали типа булата, изготовленной посредством электрошлакового переплава заготовки из хромистой нержавеющей инструментальной стали 65Х13 (0,72% С, 0,6% Mn, 0,35% Si, 13,2% Cr) со скоростью наплавления слитка 0,8 см/мин, после отжига при 860°С и шлифовки плоскостей и ребер для удаления ковочных неровностей и горячекатаную прошлифованную пластину толщиной 20 мм из обычной стали - конструкционной нержавеющей хромистой марки 20Х13 уложили друг на друга, образовав при этом двухслойный пакет и соединили между собой по периметру электродуговой сваркой, создав при этом сплошной герметичный шов. Полученный пакет после сварки отожгли для снятия напряжений при 700°С, после чего нагрели до 1180°С и проковали с одного выноса до толщины 12 мм со степенью деформации 65%, а затем нагрели до 1080°С и прокатали за 2 прохода на двухслойный лист толщиной 6,5 мм со степенью деформации 46%. После этого провели отжиг при 780°С.

Полученный лист разрезали на двухслойные заготовки и для создания искаженной формы всех слоев заготовки локальными ударами на бойках небольшой площади проковали после нагрева до 1060°С до толщины 5,0 мм (степень деформации 23%). После этого провели выглаживающую прокатку после нагрева до 1060°С на двухслойные изделия - двухслойный лист толщиной 4,5 мм со степенью деформации при этом 18%. Двухслойное изделие закалили после нагрева до температуры 1020°С в масле, отпустили при 250°С, прошлифовали до готового размера и травлением в смеси кислот выявили узоры дамасской и булатной стали на его поверхности. Твердость стали составила 56 HRC на слое 65Х13-Ш и 35 HRC - на слое 20Х13.

Пример 2. Собрали пакет из трех прошлифованных пластин, из них две толщиной по 15 мм, расположенные снаружи, выполнены из обычной нержавеющей хромистой стали 20Х13. Третью стальную пластину булатного типа толщиной 20 мм изготовили ковкой слитка из стали 95Х18-Ш (0,97% С, 0,65% Mn, 0,72% Si, 18,5% Cr), полученного электрошлаковым переплавом со скоростью наплавления слитка 1,0 см/мин, прошлифовали и расположили в середине пакета.

Сложенные указанным способом пластины соединили между собой по периметру электродуговой сваркой герметичным сплошным швом. После сварки пакет отожгли при 700°С, нагрели до 1180°С и с одного выноса проковали до толщины 25 мм (степень деформации 50%). Затем прокованный пакет нагрели до 1080°С и прокатали на многослойный лист толщиной 12 мм (степень деформации 52%) и провели отжиг при 860°С. Многослойный лист разрезали на многослойные заготовки, на поверхности которых ударами молота с бойками, снабженными выступами сферической и слегка вытянутой вдоль плоскости овальной формы, создали углубления соответствующего профиля и глубиной 1,5-2,0 мм, а затем посредством плоской шлифовки на глубину 1,2 мм с каждой стороны провели частичное устранение созданных на поверхностях заготовки неровностей в виде впадин и выступов. Многослойные заготовки с выполненными в них искажениями формы поверхностей раздела продеформированных пластин указанных 2-х составов прокатали для удаления углублений и выступов на их поверхностях со степенью деформации 50% и прошлифовали по обеим поверхностям. После этого полученные многослойные изделия толщиной 5,5 мм закалили с температуры 1050°С, отпустили (после обработки холодом) при 200°С, выполнили чистовую (тонкую) шлифовку и провели вытравливание узора на их поверхностях. Полученный узор состоит из совокупности островков в форме кругов и овалов на общем фоне с более сильной травимостью. Твердость выявленных слоев стали - 62 HRC в центральном слое (95Х18-Ш) и 35 HRC в наружных слоях (20Х13).

Пример 3. Собрали пакет из трех отшлифованных пластин, две из которых из обычной стали толщиной 12 мм каждая, выполненные из инструментальной вольфрамовой стали марки В1 (1,2% С, 0,25% Cr, 0,4% Mn, 1,2% W), расположили снаружи. Третью пластину булатного типа из стали 65Х13-Ш, 20 мм толщиной изготовили ковкой из слитка этой стали, полученного электрошлаковым переплавом со скоростью наплавления слитка 1,0 см/мин и поместили в середину пакета. Между пластинами из стали указанных марок поместили по 3 листа из нержавеющих сталей, при этом два из них - марки 12Х18Н10Т толщиной 0,8 мм и третий - из стали марки 20Х13 толщиной 1,5 мм; ширина и длина указанных листов совпадают с шириной и длиной пластин.

Сложенные указанным способом пластины соединили сваркой с расходуемым электродом с частичным оплавлением при этом краевых участков листов из стали 12Х18Н10Т и стали 20Х13 и интенсивным оплавлением краев самих соединяемых пластин, образовав при этом по периметру пакета два сплошных герметичных шва.

После сварки пакет отожгли при 780°С, нагрели до 1200°С и с одного выноса проковали до толщины 20 мм (степень деформации 60%). Затем прокованный пакет нагрели до 1180°С и прокатали на многослойный лист толщиной 10 мм (степень деформации 50%) и отожгли при 800°С. Многослойный лист разрезали на многослойные заготовки, на поверхности которых ударами молота с профилированными бойками с рабочими поверхностями волнообразной формы с высотой волн 1,5-2,0 мм создали изгибы на обеих поверхностях. Для сохранения полученных искажений формы в объеме многослойного листа провели дополнительную выглаживающую шлифовку со съемом металла с каждой стороны по 1,5 мм. После этого полученные многослойные заготовки прокатали при температуре 1150°С со степенью деформации 43% на многослойные изделия толщиной 4 мм. Многослойные изделия закалили с температуры 900°С, отпустили при 250°С, выполнили шлифовку с одной стороны под углом 15° с образованием косого сечения и провели затем вытравливание узора на их поверхностях. Полученный узор, характерный для дамасской стали, состоит из двух участков разной травимости, разделенных тонкой трехслойной «змейкой» из чередующихся слоев сталей 12Х18Н10Т и 20Х13. Участок поверхности от «змейки» до вершины клина имеет узор, характерный для булатной стали. Твердость выявленных слоев стали - 64 HRC в наружных слоях (сталь В1) и 56 HRC в центральном слое (65Х13-Ш).

Пример 4. Горячекатаную пластину из высокоуглеродистой легированной стали марки ХВГ-Ш (0,98% С; 0,35% Si; 0,87% Mn; 0,94% Cr, 1,3% W) типа булата, полученной электрошлаковым переплавом со скоростью наплавления слитка 1,2 см/мин, и две пластины толщиной по 15 мм каждая из пружинной обычной стали 60С2А (0,61% С; 1,85% Si; 0,75% Mn) уложили в пакет, при этом пластину из стали ХВГ-Ш разместили в середине пакета. Между пластинами из стали ХВГ-Ш и 60С2А поместили по одному листу толщиной 2,0 мм из обычной стали 20Х (0,22% С; 0,25% Si; 0,65% Mn; 0,80% Cr).

Пластины, собранные в пакет, соединили между собой электродуговой сваркой по периметру, достигнув при этом герметизации пакета. Полученный пакет отожгли для снятия остаточных напряжений при 680°С. После этого пакет нагрели до 1150°С и прокатали до толщины 25 мм (степень деформации 54%). Прокатанную заготовку нагрели до 1180°С и прокатали на многослойный лист толщиной 10,0 мм, а затем отожгли при 780°С.

Полученный многослойный лист разрезали на многослойные заготовки. Для создания искажений в поверхностных слоях многослойной заготовки на ее поверхности выполнили углубления посредством нанесения надрубов на глубину 2,0-2,5 мм в виде сетки с шагом 4-6 мм. После этого заготовки подвергли выглаживающей прокатке при 1050°С на многослойные изделия толщиной 5 мм (степень деформации 50%), отожгли при 800°С, закалили от температуры 840°С в масле и отпустили при 200°С. После этого многослойные изделия прошлифовали по плоскости до толщины 4,0 мм и кислотным травлением выявили узоры типа дамаск в пятислойном многослойном изделии и типа булата - в его среднем слое - ХВГ-Ш. Твердость среднего слоя составила 64 HRC, твердость слоев из стали 60С2А - 48HRC.

Пример 5. Три пластины одинаковых размеров, вырезанные электроэрозионной резкой вдоль продольной оси слитка, изготовленного из стали 65Х13-Ш, полученной по технологии, указанной в примере 1, прошлифовали (каждую из них) до толщины 25 мм, уложили друг на друга с образованием трехслойного пакета таким образом, что направление «вдоль оси слитка» в пластине, уложенной в середине пакета, образовало угол 90° с направлением «вдоль оси слитка» в двух других пластинах.

Пластины полученного трехслойного пакета соединили между собой по периметру двумя непрерывными швами аргонодуговой сварки с образованием герметичного пространства между смежными пластинами. После отжига при 780°С сварной пакет нагрели до 1200°С и сначала проковали с одного выноса до толщины 30 мм с удлинением наружных пластин в направлении продольной оси исходного слитка, из которого вырезаны эти пластины (степень деформации 60%), а затем после нагрева до 1090°С прокатали за три прохода на многослойный лист толщиной 15 мм (степень деформации 50%) и отожгли при 780°С. Полученный многослойный лист разрезали на многослойные заготовки и после нагрева до 1060°С проковали локальными ударами на бойках небольшой площади до толщины 10 мм для создания искажений всех слоев заготовки в преимущественно прямолинейной форме волокон.

Выглаживающую прокатку многослойной заготовки выполнили после нагрева до 1040°С со степенью деформации 40% на многослойные изделия толщиной 6 мм. После этого его закалили с 1040°С с охлаждением в масле и произвели отпуск при 300°С. Затем выполнили шлифовку многослойного изделия с двух противоположных сторон под углом 10° (на клин, сходящийся к середине ребра центральной пластины).

После шлифовки двукратным травлением в смеси кислот с промежуточной зачисткой капроновыми щетками выявили узоры на шлифованных поверхностях многослойного изделия. Узор выглядит как набор слегка искривленных длинных нитей с различной отражающей способностью в центральном слое и более коротких нитей - в наружных слоях. Твердость всех слоев многослойного изделия составила 55-57 HRC.

Пример 6. Три горячекатаные пластины толщиной по 20 мм из стали типа булата, изготовленной посредством электрошлакового переплава заготовки из высокоуглеродистой легированной стали 95Х18 (0,97% С, 0,65% Mn, 0,72% Si, 18,5% Cr) со скоростью наплавления слитка 1,2 см/мин, после отжига при 880°С уложили друг на друга, образовав при этом трехслойный пакет. Между центральной и наружными пластинами поместили по три листа из нержавеющих сталей, при этом два из них - марки 12Х18Н10Т - толщиной 0,5 мм и третий - из стали марки 20Х13 - толщиной 1,0 мм; ширина и длина указанных листов совпадают с шириной и длиной пластин.

Сложенные указанным способом пластины соединили сваркой с расходуемым электродом с частичным оплавлением при этом краевых участков листов из стали 12Х18Н10Т и стали 20Х13 и интенсивным оплавлением краев самих соединяемых пластин, образовав при этом по периметру пакета два сплошных герметичных шва.

После сварки пакет отожгли при 800°С, нагрели до 1200°С и с одного выноса проковали до толщины 20 мм (степень деформации 68%). Затем прокованный пакет нагрели до 1180°С и прокатали на многослойный лист толщиной 10 мм (степень деформации 50%) и отожгли при 860°С. Многослойный лист разрезали на многослойные заготовки, на поверхности которых ударами молота с профилированными бойками с рабочими поверхностями волнообразной формы с высотой волн 1,5 мм создали изгибы на обеих поверхностях. Для сохранения полученных искажений формы в объеме многослойного листа провели дополнительную выглаживающую шлифовку со съемом металла с каждой стороны по 1,0 мм. После этого полученные многослойные заготовки прокатали при температуре 1180°С со степенью деформации 37,5% на многослойные изделия толщиной 5 мм. Многослойные изделия закалили с температуры 1050°С в масле, отпустили (после обработки холодом) при 200°С, выполнили шлифовку с двух сторон под углом 12° с образованием клинообразного сечения и провели затем вытравливание узора на их поверхностях. Полученный узор на каждой из прошлифованных сторон изделия, характерный для дамасской стали, состоит из двух участков с волокнистой структурой одинаковой травимости, разделенных тонкой трехслойной «змейкой» из чередующихся слоев сталей 12Х18Н10Т и 20Х13. Участки поверхности по обеим сторонам от «змейки» имеют узор, характерный для булатной стали. Твердость выявленных слоев стали 95Х18-Ш - 62 HRC как в наружном, так и во внутреннем слое.

1. Способ изготовления многослойного стального изделия, включающий укладку, по меньшей мере, двух пластин из сталей с различной травимостью с получением пакета, причем, по крайней мере, одна из пластин выполнена из стали типа булата и имеет толщину 10-25 мм, а остальные стальные пластины имеют толщину 5-25 мм каждая, последующую сварку пластин по периметру с герметизацией пространства между ними, отжиг для снятия напряжений, горячую деформацию пакета пластин ковкой и/или прокаткой в две стадии: на первой стадии - после нагрева до 1150-1250°С с общей степенью деформации 45-75%, на второй стадии - после нагрева до 1050-1180°С с общей степенью деформации 35-65%, с получением листов толщиной 2-12 мм, отжиг, резку листов на заготовки, создание искаженной формы всех или некоторых слоев заготовки, выглаживающую ковку и/или прокатку со степенью деформации 15-75% до получения изделия толщиной 1,5-6,0 мм, закалку, отпуск, шлифование по плоскости либо под углом 10-30° и выявление на шлифованной поверхности узоров, характерных для дамасской и булатной стали.

2. Способ по п.1, в котором многослойное стальное изделие изготавливают в виде листов или ленты.

3. Способ по п.1, в котором пластины из стали типа булата получают электрошлаковым переплавом заготовки из высокоуглеродистой или высокоуглеродистой легированной стали при скорости наплавления слитка 0,5-1,5 см/мин и при необходимости с последующей горячей деформацией, отжигом, резкой на требуемый размер и шлифовкой.

4. Способ по п.1, в котором в качестве стальных пластин используют пластины из углеродистой или низколегированной, или легированной конструкционной, или нержавеющей конструкционной, или инструментальной стали различной степени легирования.

5. Способ по п.1, в котором получают пакет из нечетного числа пластин, при этом в середину пакета между стальными пластинами укладывают пластину из стали типа булата или между пластинами из стали типа булата укладывают стальную пластину.

6. Способ по п.1 или 5, в котором между стальной пластиной и пластиной из стали типа булата дополнительно укладывают от 1 до 5 стальных пластин толщиной 0,5-2,0 мм.

7. Способ по п.1, в котором между закалкой и отпуском проводят обработку холодом.

8. Способ по п.1, в котором между операциями создания искаженной формы всех или некоторых слоев заготовки и выглаживающей ковки и/или прокатки проводят частичное или полное устранение неровностей в виде выступов и впадин путем строгания и/или шлифовки.

9. Способ изготовления многослойного стального изделия, включающий укладку по меньшей мере двух пластин толщиной 10-25 мм из стали типа булата с получением пакета, сварку пластин по периметру с герметизацией пространства между ними, отжиг для снятия напряжений, горячую деформацию пакета пластин ковкой и/или прокаткой в две стадии: на первой стадии - после нагрева до 1150-1250°С с общей степенью деформации 45-75%, на второй стадии - после нагрева до 1050-1180°С с общей степенью деформации 35-65%, с получением многослойных листов толщиной 2-12 мм, отжиг, резку листов на заготовки, создание искаженной формы всех или некоторых слоев заготовки, выглаживающую ковку и/или прокатку со степенью деформации 15-75% до получения двухслойного или многослойного изделия толщиной 1,5-6,0 мм, закалку, отпуск, шлифование по плоскости либо под углом 10-30° и выявление на шлифованной поверхности узоров, характерных для дамасской и булатной стали.

10. Способ по п.9, в котором пластины из стали типа булата получают электрошлаковым переплавом заготовки из высокоуглеродистой или высокоуглеродистой легированной стали при скорости наплавления слитка 0,5-1,5 см/мин и при необходимости с последующей горячей деформацией, отжигом, резкой на требуемый размер и шлифовкой.

11. Способ по п.9, в котором между пластинами из стали типа булата дополнительно укладывают от 1 до 5 стальных пластин толщиной 0,5-2,0 мм.

12. Способ по п.11, в котором в качестве стальных пластин используют пластины из углеродистой или низколегированной, или легированной конструкционной, или нержавеющей конструкционной, или инструментальной стали различной степени легирования.

13. Способ по п.9, в котором многослойное стальное изделие изготавливают в виде листов или ленты.

14. Способ по п.9, в котором между закалкой и отпуском проводят обработку холодом.

15. Способ по п.9, в котором между операциями создания искаженной формы всех или некоторых слоев заготовки и выглаживающей ковки и/или прокатки проводят частичное или полное устранение неровностей в виде выступов и впадин путем строгания и/или шлифовки.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению материалов для изготовления металлообрабатывающего инструмента. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления оружия (клинков, сабель, ножей и т.д.), а также для изготовления инструмента для обработки различных материалов (кожи, пластмассы, древесины).

Изобретение относится к области производства высокопрочных многослойных металлических труб с прослойками из легкоплавких металлов. .

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.

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 при производстве биметаллических изделий, состоящих из заготовки оболочки с донной частью и заготовки сердечника и имеющих донную часть с цилиндрическим участком.
Изобретение относится к области сварки давлением и может быть использовано во всех отраслях хозяйств. .

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.

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 способу малодеформирующей диффузионной сварки керамических элементов, к изготовленным таким способом монолитам и их применениям

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам изготовления слоистых стальных изделий с узором на их поверхности, характерным для дамасской и булатной стали, и может быть использовано в металлургическом производстве при изготовлении заготовок для ножей, клинков и других режущих и колющих инструментов, самих ножей и клинков, а также средств индивидуальной защиты человека - щитов, бронежилетов и др

Наверх