Сталь для холодного ударно-штампового та різального інструменту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению углеродистой стали, и может найти применение во многих отраслях производства для изготовления рабочих частей инструмента, применимого в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки. Наиболее близким к предложенному решению является сплав на основе железа - сталь марки У12 [ГОСТ 1435-73], содержащий, мас,%: 1,16-1,23 углерода; 0,17-0,33 кремния; 0,17-0,28 марганца; не более по 0,20 меди, никеля, хрома, 0,018 серы; 0,025 фосфора; железо - остальное. Недостатком известного сплава является недостаточная износостойкость ударно-штампового инструмента. Задачей изобретения является усовершенствование стали для холодного ударно-штампового инструмента, в которой за счет введения дополнительных компонентов и подбора их соотношения улучшаются ее прочностные показатели, в частности износостойкость. Поставленная задача решается тем, что в сталь, содержащую углерод, кремний, марганец и железо, дополнительно вводят алюминий, церий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: Введение Al, В, Се в указанных количествах обеспечило повышение износостойкости на 20-30%. При этом небольшие добавки алюминия при наличии небольших количеств Се и В образовывают в стали нерастворимые соединения, которые задерживают рост повторного аустенитного зерна, что облегчает образование центров кристаллизации, способствуют ликвидации дендритной структуры и образованию мелкозернистой. Заявляемый сплав отличается от известного по предельному содержанию марганца и кремния, что в совокупности с введенными AI, Се, В делает сталь более пластичной при горячей обработке, стойкой при более жестких рабочих режимах, в том числе ударных, и износостойких. Выплавка производится в дуговых электропечах. В качестве шихты используют заготовки стали марки 22 ЖР особочистой конверторной по ТУ 14-1-1490-75. Перед скачиванием окислительного шлака в металле должно быть марганца до 0,10%, фосфора - до 0,015%. Шамот в шлаковую смесь не вводится. Раскисление шлака на рафинировке производится порошком алюминия в количестве 0,5 кг/т, силикокальция - 0,5 кг/т, извести - 1-2 кг. Ферросилиций на рафинировке не применяется. Конечное раскисление производится в ковше кусковым алюминием в количестве 0,3 кг, ферроцерием 0,6 кг/т; ферробором - на содержание 0,002-0,003% бора. Температура металла в ковше должна быть 1550-1560°С. Металл разливали сифоном в изложницы массой 3,6 τ с применением экзосмеси. Слитки передаются горячими в садом в передельные цехи или горячими в садом на колодцы отжига. Передел слитков размерами 600x600x1050мм проводили на стане "950" по следующем технологии; слитки загружаются в нагревательную ячейку с температурой 850°С, температура ячейки при посадке составляет 1000°С; нагрев слитка до температуры 1200°С в течение 1,5 часа. Передел заготовок на станах 280, 325-500 производится после нагрева заготовок в металлических печах при температуре 1210-1230°С. Прокатка осуществляется по действующей калибровке (овал-квадрат-ромб-квадрат-овал-круг-квадрат) с получением продукта Æ10-250 мм. Температура конца прокатки не превышает 850°С. В зависимости от содержания углерода и термомеханической обработки твердость, вязкость и износостойкость могут быть обеспечены в достаточно широких пределах. Химический состав стали приведен в табл.1. К примесям относятся все другие элементы, в том числе сера-фосфор, не оговоренные химическим составом стали. Резанный сортамент (круг-квадрат) подвергается отжигу по режиму, обеспечивающему распад цементной сетки и растворение карбадов (800-770°С), образование зернистого перлита отжига (650-600°С). Макроструктура (центральная пористость, точечная неоднородность), содержание неметаллических включений имеют лучшие показатели, чем углеродистые инструментальные стали. Для получения высоких механических и эксплуатационных свойств стали коэффициент деформации ее должен быть не менее 80%. Микроструктура литого метала - перлито-цементная. В зависимости от условий эксплуатации изделий из стали определяется вид термической обработки и, следовательно, структура, свойства. Так, например, при работе в статическом режиме может быть рекомендована закалка в воде, твердость 50-60 HRC, структура мартенсита с равномерным распределением мелких цементных включений. При работе в динамическом режиме рекомендуется термообработка структура зернистого и пластинчатого перлита. В табл.2 приведены механические свойства стали после различных режимов термической обработки. Производственные испытания; 1. Штамп холодной вырубки из стали с содержанием углерода 1,05% показали лучшую качественную (промежуточную) и полную износостойкость при изготовлении деталей Т-образной формы из ленты углеродистой стали У8А толщиной 0,16мм с твердостью 40-45 HRC. В процессе производства было изготовлено 224,2 тыс.деталей при 10 переточках, в то время как аналогичными штампами из сталей типа Х12М - У8А изготавливается в среднем 100-60 тыс. деталей соответственно за 10-15 переточек. 2. Стойкость пуансона гвоздильных автоматов из предлагаемой стали при высадке гвоздей из проволоки диаметром 5 мм в 5 раз выше, чем из стали Х12М (соответственно 41 и 8 часов). 3. Применение молоточков из предлагаемой стали с содержанием углерода 1,1% показало, что стойкость последних при использовании для затяжки тексом пяточной части обуви (сапог) не уступает стойкости молоточков импортного производства из стали 110Б2ХМФ. 4. При резке пленки из полиэтилентерафталата толщиной 3мм показало, что стойкость лезвий из предлагаемой стали с содержанием углерода 1,15% выше стойкости лезвий из стали 65X13 (типа "Спутник", "Нева") в 12 раз при лучшем качестве реза. 5. Качество свекловичной стружки при резке ножами из предлагаемой стали на центробежной машине свеклорезание выше по сравнению со стружкой, полученной при резке серийными ножами. Высокие служебные и технологические свойства, а также недефицитность компонентов обеспечивает технико-экономический эффект применения стали.