Нож для рубки металла
Владельцы патента RU 2409696:
Закрытое акционерное общество "Механоремонтный комплекс" (RU)
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству сталей для изготовления ножей, используемых в пресс-ножницах для рубки металла, работающих в широком интервале температур с нижним пределом не менее -30°С в зимний период в условиях изнашивания в сочетании с большими ударными нагрузками. Нож изготовлен из легированной стали, содержащей углерод, кремний, марганец, молибден, ванадий, никель, хром, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,50-0,60, кремний 0,10-0,40, марганец 0,40-0,70, молибден 0,60-0,80, ванадий 0,30-0,60, никель 1,70-2,00, хром 1,00-1,30, сера не более 0,005, фосфор не более 0,01, железо остальное. Сталь после закалки с температуры 920°С и последующего отпуска при температуре 450±10°С имеет однородную структуру с величиной зерна 5-8 балла, ударную вязкость 39 Дж/см2 и твердость 51 HRC. Повышается прокаливаемость, механические свойства и износостойкость.
Изобретение относится к металлургии, а именно к производству ножей для рубки металла из сталей, используемых для изготовления ножей, работающих в условиях изнашивания в сочетании с большими ударными нагрузками, используемых в пресс-ножницах для рубки металла, работающих в широком интервале температур, с нижним пределом не менее -30°С в зимний период.
В России ножи для холодной резки и рубки металла изготавливают из стали, марки 6ХВ2С - инструментальной легированной стали с химическим составом по ГОСТ 5950-74, содержащей железо, углерод, кремний, марганец, хром и вольфрам. В процессе изготовления ножи подвергаются закалке с температуры 920°С, с последующим отпуском при температуре 450±10°С и имеют недостаточно высокую ударную вязкость (19-29 Дж/см2) и твердость (46-48 HRC), играющую немаловажную роль в процессе рубки металла.
Известны в металлургии хромоникельмолибденованадиевые стали, используемые для изготовления ножей горячей резки металлов. Среди таких сталей наиболее близкой к патенту на полезную модель по технической сущности является сталь марки 5Х2МНФ инструментальной легированной стали с химическим составом по ГОСТ 5950-74, которая содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%
| углерод | 0,46-0,53 |
| кремний | 0,10-0,40 |
| марганец | 0,40-0,70 |
| молибден | 0,80-1,10 |
| ванадий | 0,30-0,50 |
| никель | 1,20-1,60 |
| хром | 1,50-2,00 |
| сера | не более 0,03 |
| фосфор | не более 0,03 |
К недостаткам известного состава относятся недостаточная прокаливаемость и твердость, что не позволяет использовать сталь для изготовления ножей для рубки металла.
Цель изобретения - получение ножа для рубки металла из легированной стали, имеющей повышенную прокаливаемость, высокие механические свойства и износостойкость в условиях изнашивания с большими ударными нагрузками.
Для этого нож для рубки металла изготавливают из легированной стали, содержащей углерод, кремний, марганец, молибден, ванадий, никель, хром, серу, фосфор и железо, содержащей указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%:
| углерод | 0,50-0,60 |
| кремний | 0,10-0,40 |
| марганец | 0,40-0,70 |
| молибден | 0,60-0,80 |
| ванадий | 0,30-0,60 |
| никель | 1,70-2,00 |
| хром | 1,00-1,30 |
| сера | не более 0,005 |
| фосфор | не более 0,01 |
| железо | остальное |
и после закалки с температуры 920°С и последующего отпуска при температуре 450±10°С имеет однородную структуру с величиной зерна 5-8 балла, ударную вязкость 39 Дж/см2 и твердость 51 HRC.
Содержание углерода в стали должно быть достаточным для обеспечения закаливаемости на высокую твердость (50-55 HRC). Однако при содержании углерода более 0,6% наблюдается заметное снижение уровня вязкости.
Концентрацию кремния ограничили величиной 0,4 из-за его охрупчивающего влияния на α-фазу: мартенсит и бейнит.
Марганец, значительно повышающий прокаливаемость, при содержании более 0,7% способствует укрупнению зерна, что понижает механические свойства, дополнительно увеличивает количество остаточного аустенита и усиливает опасность получения трещин.
Хром улучшает закаливаемость и прокаливаемость и повышает прочность и вязкость, способствуя сохранению более мелкого зерна. Высокое содержание хрома (выше 3,2%) нежелательно; тогда образуется карбид М7С3 и увеличивается количество карбидов, что ухудшает вязкость. При содержании хрома менее 1% не достигается прокаливаемость в сечении 100 мм и более. Наряду с пониженным уровнем твердости при содержании хрома менее 1% наблюдается пониженный уровень ударной вязкости. При достижении необходимой прокаливаемости увеличение содержания хрома более 1,3% нецелесообразно из-за увеличения себестоимости продукции при одинаковых характеристиках. Уровень ударной вязкости при содержании хрома 0,1-0,9% 30-34 Дж/см2 против 40-45 Дж/см2 при содержании хрома 1-1,3%.
Никель благоприятно влияет на одновременное повышение прочности и твердости при сохранении высокой ударной вязкости, не образует карбидов, значительно понижает граничную температуру хрупкости стали. Никель благоприятно влияет на хорошую закаливаемость стали, особенно при добавке хрома и молибдена. Никелевый мартенсит, из-за его небольшой способности к упрочнению, в большей степени восприимчив к пластической деформации, и при содержании никеля более 2,5% наблюдается увеличение степени износа режущей кромки ножа. Уровень ударной вязкости в большей степени зависит от содержания никеля. Чем больше никеля, тем больше ударная вязкость. Содержание никеля более 2% нецелесообразно из-за увеличения себестоимости при одинаковых характеристиках.
Ударная вязкость возрастает при введении молибдена, благодаря его влиянию на состояние пограничных слоев зерна при содержании до 0,9%. При его содержании более 1% ухудшается вязкость из-за появления карбидной фазы.
Ванадий при содержании 0,3-0,6% способствует сохранению мелкого зерна и увеличению износостойкости. При его большем содержании ухудшается вязкость из-за роста количества карбида МС.
Содержание серы и фосфора (не более 0,01%) и серы (не более 0,005%) обеспечивается специальными мероприятиями при выплавке стали и последующем переплавом ЭШП. Содержание данных примесей в большем количестве способствует преждевременному выходу ножей из строя, работающих при отрицательных температурах и повышенных удельных нагрузках.
После изменения химического состава стали для конкретных условий получаем комплексно легированную сталь типа 55ХН2МФ, способом электрошлакового переплава (ЭШП).
Сталь 55ХН2МФ после ЭШП показывает более высокие значения ударной вязкости на 4-5 Дж/см2.
При ЭШП за счет изменения условий охлаждения (в кристаллизаторе) уменьшаются пористость и рыхлость. Поэтому улучшаются: а) пластичность, особенно в поперечном направлении у сталей повышенной вязкости (при 40-50 HRC); б) прочность и вязкость на 5-10% в состоянии высокой твердости (60-67 HRC).
У новой марки стали получились высокие значения ударной вязкости (на уровне 40-45 Дж/см2). Поэтому появилась возможность повысить значение твердости до 50-51 HRC.
Стойкость ножей, изготовленных из известных и предлагаемой марок сталей, сравнивалась при эксплуатации ножей на пресс-ножницах «Colman».
Пример. Выплавку предлагаемой марки стали проводили в промышленной пятитонной индукционной печи типа ДСП 17.12.05. В качестве шихты использовали низкоуглеродистую заготовку. После расплавления брали пробу и вводили легирующие элементы из расчета на нижний предел заданного химического состава.
Выпуск плавки производили в 150-килограммовый ковш. Разливку производили в изложницы из формовочной смеси.
Более высокие механические свойства заявляемой стали позволяют получать более качественные слитки. Замена в химическом составе части хрома углеродом снижает себестоимость заявляемой стали по сравнению с известной на 5-10%.
При содержании легирующих компонентов ниже нижних пределов раскисляющее легирующее действие на сталь недостаточно, при повышении верхних пределов содержания компонентов эффективность обработки снижается, а стоимость резко возрастает.
Изготовленные из этой стали ножи подвергались закалке с температуры 920°С, с последующим отпуском при температуре 450±10°С. Полученная структура однородна, величина зерна составляет 5-8 баллов.
Ударная вязкость заявляемой стали осталась на уровне ударной вязкости стали 5Х2МНФ, но превысила ее для стали 6ХВ2С на 20 ед. и составила 39 Дж/см2, а твердость увеличилась на 3-5 HRC и составила 51 HRC соответственно.
Ножи, изготовленные из стали 6ХВ2С, выходили из строя в 60% по причине выкрошки и в 40% - по причине износа.
Ножи из заявляемой марки стали были изготовлены на ЗАО «Механоремонтный комплекс» ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ММК). Испытания на пресс-ножницах «Colman» ЗАО «Профит» ОАО «ММК» показали их стойкость на 20-25% выше, чем стойкость ножей, изготовленных из стали 6ХВ2С и вышли из строя в 100% по причине износа.
Нож для рубки металла из легированной стали, содержащей углерод, кремний, марганец, молибден, ванадий, никель, хром, серу, фосфор и железо, отличающийся тем, что он изготовлен из стали, содержащей указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%:
| углерод | 0,50-0,60 |
| кремний | 0,10-0,40 |
| марганец | 0,40-0,70 |
| молибден | 0,60-0,80 |
| ванадий | 0,30-0,60 |
| никель | 1,70-2,00 |
| хром | 1,00-1,30 |
| сера | не более 0,005 |
| фосфор | не более 0,01 |
| железо | остальное, |
и после закалки с температуры 920°С и последующего отпуска при температуре 450±10°С имеет однородную структуру с величиной зерна 5-8 балла, ударную вязкость 39 Дж/см2 и твердость 51 HRC.
