Нержавеющая инструментальная сталь

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам высокоуглеродистой стали для режущих инструментов, и может быть использовано для лезвий безопасных бритв. Сущность изобретения заключается в том, что нержавеющая инструментальная сталь содержит в мас.%: углерод 0,55-0,70, хром 12,5-15,0, марганец 0,20-1,0, кремний 0,20-0,50, молибден 0,50-0,05, ванадий 0,05-0,30, алюминий 0,03-0,10, бор 0,002-0,004, титан 0,01-0,10, никель 0,08-0,30, кальций 0,005-0,030, цирконий 0,05-0,10, железо - остальное. При этом суммарное содержание титана и циркония составляет 0,10-0,16, а суммарное содержание марганца и никеля находится в пределах 0,5-1,2. Предложенный состав обеспечивает измельчение неметаллических включений, уменьшение их количества и получение повышенной дисперсности структуры стали с равномерным распределением карбидов по толщине ленты. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам высокоуглеродистой нержавеющей стали для режущих инструментов, и может быть использовано для лезвий безопасных бритв.

Известна нержавеющая сталь для режущих инструментов, содержащая, мас.

углерод 0,65-1,15 марганец 0,15-0,55 кремний 0,46-1,59 хром 13,0-18,6 никель 0,30-1,15 молибден 0,05-0,35 титан 0,04-0,52 ванадий 0,05-0,57 алюминий 0,001-0,05 кальций 0,001-0,05
РЗМ 0,01-0,12
железо остальное
(А. с. СССР N 1081234 кл. C 22 C 38/50, 1982 г. ).

Недостатком известной стали является низкая технологическая пластичность, так необходимая при производстве тонких лент из-за наличия в составе повышенного содержания кремния и углерода.

Известна нержавеющая сталь для режущего медицинского инструмента, содержащая следующие компоненты, вес.

углерод 0,48-0,55
хром 14,0-16,0
марганец 0,1-0,6
кремний 0,1-0,6
молибден 0,45-0,80
ванадий 0,05-0,15
церий 0,002-0,050
бор 0,0005-0,0030
алюминий 0,10-0,25
железо остальное
(А. с. СССР N 1332845 кл. C 22 C 38/32, 1985 г.).

Однако известная сталь имеет недостаточно высокую твердость после отпуска при 400-450^oC, необходимую для бритвенных лезвий и, как следствие, более низкую износостойкость.

Известна сталь для нержавеющих бритвенных лезвий, содержащая (в):
углерод 0,55-0,75
кремний 0,05-0,35
марганец 0,2-1,0
хром 12,0-15,0
молибден 0,4-2,0
кобальт 1,0-5,0
сера ≅ 0,01
алюминий ≅ 0,02
(вылож. заявка Японии N 62-116754 кл. С 22 С 38/22, публ. 28.05.87, прототип).

Такое легирование позволяет повысить коррозионную стойкость, твердость до 680 НV, улучшает затачиваемость и стойкость лезвий. Превышение концентраций молибдена и кобальта выше указанных значений ухудшает деформируемость стали при холодной прокатке.

Однако эта сталь содержит большое количество дефицитного и дорогостоящего кобальта, а также большое количество молибдена.

Изобретение направлено на получение стали, обеспечивающей высокое качество лезвий безопасных бритв при одновременно высоком уровне технологических свойств.

Техническим результатом изобретения является получение более дисперсной структуры стали с равномерным распределением карбидов по толщине ленты, измельчение неметаллических включений и уменьшение их количества.

Сущность изобретения заключается в том, что предложенная сталь содержит углерод, хром, марганец, кремний, молибден, ванадий, алюминий, бор, кальций, цирконий, титан, никель, железо при следующем соотношении компонентов, мас.

углерод 0,55-0,70
хром 12,5-15,0
марганец 0,2-1,0
кремний 0,20-0,50
молибден 0,05-0,50
ванадий 0,05-0,30
алюминий 0,03-0,10
бор 0,002-0,004
титан 0,01-0,10
никель 0,08-0,30
кальций 0,005-0,030
цирконий 0,05-0,10
железо остальное,
при этом суммарное содержание титана и циркония составляет 0,10-0,16% а суммарное содержание марганца и никеля находится в пределах 0,5-1,2%
Содержание углерода менее 0,55% не обеспечивает закаливаемости и необходимых режущих свойств. Содержание углерода более 0,70% приводит к образованию крупных избыточных карбидов и вследствие этого к их выкрашиванию при заточке и эксплуатации лезвий.

Хром в количестве 12,5-15,0% обеспечивает коррозионную стойкость лезвий в закаленном состоянии в условиях эксплуатации.

Марганец в количестве 0,2-1,0% вместе с 0,20-0,50% кремния обеспечивают необходимую раскисленность плавки перед введением в нее хрома, молибдена и ванадия и, кроме того, марганец способствует более быстрому растворению карбидов при нагреве под закалку. Содержание кремния более 0,50% приводит к неблагоприятному распределению карбидов в виде строчек и цепочек по границам зерен и образованию больших микрообластей, свободных от выделения карбидов.

Бор и алюминий в заявленных количествах обеспечивают наследственную мелкозернистость стали при горячей прокатке и нагреве под закалку.

Введение в состав стали кальция в количестве 0,005-0,030% находится на оптимальном уровне для ведения плавки и обеспечивает выделение неметаллических включений комплексного состава в мелкодисперсной форме, благоприятной для заточки режущего инструмента.

Содержание титана и циркония, в сумме составляющее 0,10-0,16 мас. является достаточным для связывания азота в ультрадисперсные нитриды и карбонитриды, имеющие размер менее 0,1 мкм, что благоприятно сказывается на повышении устойчивости стали к росту зерна при нагреве под закалку без ухудшения штампуемости ленты при вырубке лезвия. При суммарном содержании титана и циркония менее 0,10% нитриды и карбонитриды как самостоятельная фаза не образуются и отсутствует их положительное влияние. При суммарном содержании титана и циркония больше 0,16% происходит огрубление частиц и резко снижается стойкость пуансона и матрицы штампового инструмента.

Содержание молибдена менее 0,05% не обеспечивает сохранения мелкозернистой структуры при высокотемпературном нагреве под закалку, являющейся необходимым условием бездеформационной закалки лезвий. При содержании молибдена более 0,50% снижается пластичность стали как в закаленном, так и в отожженном состояниях.

Содержание ванадия менее 0,05% является пределом, ниже которого ванадий не оказывает положительного влияния на измельчение зерна и предел текучести. Содержание ванадия более 0,30% усиливает карбидную ликвацию, не устраняемую нагревом в интервале закалочных температур этой стали (1050-1100^oC).

Суммарное содержание марганца и никеля 0,5-1,2% обеспечивает требуемую критическую скорость закалки на мартенсит с минимальным содержанием остаточного аустенита при изменении содержания углерода в предлагаемом интервале (0,55-0,70%).

Сталь заявленного состава выплавляли в 40-тонной дуговой печи с разливкой в слитки массой 4,5 тонны. Затем слитки прокатывались на слябы промежуточного размера с последующей ковкой на слябы толщиной 130 мм. Прокатка на горячую полосу проводилась на стане непрерывной прокатки с нагревом перед прокаткой до 1160-1190^oC на полосу толщиной 2,5-3,0 мм. Горячекатаные рулоны после структурного отжига подвергались холодной прокатке на ленту толщиной 0,1 мм с промежуточными рекристаллизационными отжигами. В таблице приведены химический состав стали, дисперсность карбидов в ленте после отжига и режущие свойства готовых бритвенных лезвий из предложенной стали. Под ресурсом лезвий понимается число врезаний лезвия в увлажненную хроматографическую бумагу при возрастании усилия врезания до 1,5 кг.

При указанной в таблице плотности выделения карбидов в стали после отжига и холодной деформации достигается достаточно однородная твердость мартенсита после закалки и, как следствие, требуемая износостойкость режущей кромки бритвенного лезвия.

Предложенная сталь обеспечивает технологичность полуфабрикатов в цикле металлургического производства, перфорацию лезвий из холоднокатаной ленты и заточку закаленных лезвий до требуемой остроты.

Формула изобретения

Нержавеющая инструментальная сталь, содержащая углерод, хром, марганец, кремний, молибден, алюминий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий, бор, титан, никель, кальций и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,55 0,70
Хром 12,5 15,0
Марганец 0,2 1,0
Кремний 0,2 0,5
Молибден 0,05 0,50
Ванадий 0,05 0,30
Алюминий 0,03 0,10
Бор 0,002 0,0004
Титан 0,01 0,10
Никель 0,08 0,30
Кальций 0,005 0,030
Цирконий 0,05 0,10
Железо Остальное
при этом суммарное содержание титана и циркония составляет 0,10 0,16, а суммарное содержание марганца и никеля 0,5 1,2.

РИСУНКИ

Рисунок 1