Сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к составу инструментальной стали, применяемой для изготовления игл вязальных машин. Сущность изобретения состоит в повышении выхода годного и эксплуатационной стойкости игл вязальных машин. Сталь содержит компоненты, мас.%: 0,76-0,83 углерода, 0,17-0,28 марганца, 0,17-0,33 кремния, 0,15-0,35 хрома, 0,05-0,20 никеля, 0,05-0,20 меди, 0,004-0,1 алюминия, 0,010-0,020 фосфора, 0,007-0,018 серы, остальное - железо. 3 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к инструментальным сталям, применяемым для изготовления игл вязальных машин.

Сталь, применяемая для изготовления игл вязальных машин, используемых в производстве трикотажа, должна соответствовать комплексу механических и эксплуатационных свойств, приведенных в табл. 1.

Вязальная игла в процессе работы подвергается циклической знакопеременной изгибающей нагрузке, поэтому сталь после термообработки должна выдерживать не менее восьми гибов с перегибом (параметр N), а также обладать способностью восстанавливать прямолинейную форму, т.е. иметь высокое пружинение (параметр ). Помимо сказанного, сталь должна обладать высокой полируемостью и контактной жесткостью.

Известна также сталь, содержащая, мас.

Углерод 0,45-0,95 Кремний 0,05-0,30 Марганец 0,05-0,30 Хром 0,05-0,30 Никель 0,05-0,30 Алюминий 0,015-0,15 Титан 0,015-0,15 Кальций 0,0008-0,005 Ниобий 0,005-0,05 Азот 0,005-0,015
Железо Остальное (1)
Эта сталь имеет высокую конструктивную прочность и износостойкость, но не соответствует требуемым показателям по числу гибов (N), пружинению ( v ) и пластичности ( d₅ ), вследствие чего не пригодна для изготовления игл вязальных машин.

Наиболее близкий по своему химическому составу и свойствам к изобретению является сталь, содержащая, мас.

Углерод 0,9-1,7
Марганец 0,10-0,48
Кремний 0,8-2,55
Хром 0,001-0,220
Никель 0,05-3,60
Медь 0,1-1,6
Алюминий 0,10-1,88
Фосфор 0,01-0,05
Сера 0,01-0,05
Кобальт 0,001-8,200
Кальций 0,001-0,10
Железо Остальное (2)
Недостатки известной стали состоят в том, что она имеет высокую твердость, прочность и хрупкость, обусловленные высоким содержанием углерода, кремния, меди. Это приводит к уменьшению значений ₅,N,пластичности, числа гибов с прегибами и средней наработки ниже допустимого уровня, притом что показатели прочности и твердости превышают регламентированные значения. Помимо этого, сталь не обладает высокой полируемостью. В результате снижается выход годного при изготовлении заготовок и игл, а также эксплуатационная стойкость игл.

Технический результат изобретения состоит в повышении выхода годного и повышении эксплуатационной стойкости игл вязальных машин.

Предлагаемая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, алюминий, фосфор, серу и железо, имеет следующее соотношение компонентов, мас.

Углерод 0,76-0,83
Марганец 0,17-0,28
Кремний 0617-0,33
Хром 0,15-0,35
Никель 0,05-0,20
Медь 0,05-0,20
Алюминий 0,004-0,11
Фосфор 0,010-0,020
Сера 0,007-0,018
Железо Остальное
Известное и предложенное техническое решение имеют следующие общие признаки. Оба состава содержат углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, алюминий, фосфор, серу и железо. При этом содержания никеля, марганца, серы и фосфора перекрываются взаимно полностью, а алюминия, меди и хрома перекрываются частично.

Отличия предложенного состава состоят в том, что содержание углерода в нем 0,76-0,83% тогда как в известном 0,9-1,7% В предложенной стали содержание кремния 0,17-0,33% а в известной содержание кремния 0,8-2,55% Кроме того, известная сталь содержит 0,01-8,20% кобальта и 0,001-0,10% кальция, которых в предложенной стали нет.

Указанные отличительные признаки проявляют новые свойства, не присущие им в известных совокупностях признаков, и заключающиеся в повышении выхода годного при производстве игл вязальных машин и их эксплуатационной стойкости. Следует отметить, что новые свойства предложенной стали проявляются в случае, когда содержания всех без исключения элементов находятся в заданном диапазоне значений, что гарантирует получение требуемого комплекса механических и эксплуатационных свойств. Это свидетельствует о соответствии предложенного технического решения критерию "существенность отличий".

Углерод в предложенной стали является основным упрочняющим элементом. После горячей пластической деформации (при содержании углерода 0,76-0,83%) в микроструктуре стали содержится более 50% пластинчатого перлита 3-6 баллов и 10-15% пластинчатого перлита 7-го балла. Отожженная хоподнокатаная сталь в этом случае имеет в микроструктуре равномерно распределенный зернистый перлит 3-8 баллов без углерода отказа, свойства стали в состоянии поставки полностью соответствуют табл. 1. При содержании углерода в стали более 0,83% прочность стали выше допустимого уровня, а пластичность и способность выдерживать гибы с перегибом ниже, что снижает выход годного при производстве игл и их эксплуатационную стойкость. Снижение содержания углерода менее 0,76% приводят к уменьшению прочности, твердости, пружинения стали, ухудшает полируемость. В результате уменьшается выход годного и ухудшается стойкость игл.

Марганец обеспечивает раскисление стали, образованные упрочняющей фазы MnS, повышающей контактную жесткость стали. Кроме того, марганец повышает прочность и износостойкость стали. При содержании марганца менее 0,17% снижаются прочностные свойства стали, ее пружинение, сталь не выдерживает (при неблагоприятном сочетании содержания других элементов) заданного числа гибов с перегибом. Это ухудшает комплекс механических и эксплуатационных свойств стали, что приводит к снижению выхода годного и стойкости игл. Увеличение содержания марганца более 0,28% чрезмерно упрочняет данную сталь, неблагоприятно влияет на микроструктуру и свойства, снижает пластичность стали и долговечность игл.

Кремний в данной стали, помимо ее упрочнения и повышения упругости, позволяет повысить эксплуатационную стойкость игл. При содержании кремния менее 0,15% прочность, упругость стали и эксплуатационная стойкость игл ниже допустимого уровня, а увеличение содержания кремния сверх 0,33% приводит к охрупчиванию стали и изделий из нее, снижению пластичности и выхода годного в процессе производства проката.

Хром измельчает зерна микроструктуры, повышает прочность, ухудшает полируемость стали, способствует предотвращению усталостных явлений в иглах. При содержании хрома менее 0,15% прочность и твердость ниже допустимой, ухудшается полируемость стали. Увеличение содержания хрома более 0,35% не исключает образования хрупкой фазы Fe-Cr, ухудшающей технологическую пластичность и снижающей выход годного.

Экспериментально установлено, что снижение содержания никеля менее 0,05% приводят к потере пластичности стали, а увеличение более 0,20% практически не улучшает свойств, но приводит к перерасходу лигатуры, вследствие чего нецелесообразно.

Медь в предложенной стали, кристаллизуясь в последнюю очередь, располагается по границам зерен, повышает технологическую пластичность, увеличивает выход годного, снижает вероятность пережога (окисления границ зерен). При содержании меди менее 0,05% ее положительное влияние проявляется недостаточно. Увеличение содержания меди более 0,20% приводит к ухудшению комплекса механических свойств, снижению выхода годного.

Уменьшение содержания алюминия менее 0,004% приводит к образованию мелкодисперсной нитридной фазы, старению стали, ухудшению пластических и вязкостных свойств. Увеличение содержания алюминия сверх 0,11% графитизирует сталь, уменьшает эксплуатационную стойкость игл.

Фосфор в количестве 0,010-0,020% обеспечивает упрочнение стали, способствует повышению выхода годного при холодной вырубке игл. Уменьшение содержания фосфора менее 0,01% приводило к дефектообразованию при холодной вырубке, а увеличение более 0,020% к снижению эксплуатационной стойкости игл, что недопустимо.

Сера в стали образует мелкодисперсные сульфиды, упрочняет сталь, улучшает обрабатываемость при холодной вырубке. При снижении содержания серы менее 0,007% и фосфора менее 0,01% снижается выход годных игл, а увеличение содержания серы более 0,018% приводит к ухудшению механических свойств стали, снижению стойкости игл.

Сталь выплавляли в электродуговой печи из передельного чугуна и чистого металлолома, в процессе завалки в печь присаживали известь, агломерат и кокс. Продувку кислородом начинали при температуре расплава 1560^oC и заканчивали при 1620^oC. После скачивания окислительного шлака в печь присаживали 65% -ный ферросилиций и ферромарганец, затем наводили новый шлак из извести и плавикового шпата. Расплав шлака раскисляли порошком кокса. При температуре металла 1630^oC расплав легировали феррохромом, ферроникелем, феррофосфором, ферросерой. В сталеразливочный ковш присаживали металлические медь и алюминий. После выпуска расплава продували аргоном и разливали на УНРС при 1560^oC на слябы сечением 200х1100 мм. Литые слябы подвергали гомогенизации по режиму: нагрев 500-750^oC со скоростью 25^oC/ч, выдержка 8 ч и охлаждение с печью до 200^oC.

Затем слябы нагревали в методической печи непрерывного широкополосного стана 2000 до 1250^oC и прокатывали в полосы толщиной 3,0 мм. Температура конца прокатки составляла 835^oC. Полосы охлаждения водой до 615^oC и сматывали в рулоны.

Горячекатаные рулоны отжигали при 720^oC в течение 70 ч и резали на ленты шириной 205-250 мм.

После удаления окалины с поверхности горячекатаных лент солянокислотным травлением ленты подвергали холодной прокатке на стане 4/150х400 за шесть проходов до конечной толщины 0,5 мм с промежуточными отжигами, после чего холодный вырубкой изготавливали заготовки игл вязальных машин, осуществляли их шлифование и сборку игл.

Химический состав исследуемых сталей приведены в табл. 2, а в табл. 3 - показатели качества стали, выхода годного и средней стойкости игл при их эксплуатации.

Как следует из данных табл. 2 и 3, при использовании стали предложенного состава (составы 2 и 4) свойства стали полностью соответствуют предъявляемым требованиям и достигается повышение выхода годного при производстве проката и игл, а также максимальная эксплуатационная стойкость игл вязальных машин. В случае запредельных значений содержаний элементов (составы 1,5-11) ухудшается комплекс свойств стали, уменьшается выход годного и стойкость игл. Также низкие комплекс свойств, выход годного и стойкость игл имеют место при использовании стали прототипа (вариант 12).

Технико-экономические преимущества стали предложенного состава состоит в том, что она обеспечивает стабильно заданный комплекс механических свойств, высокий выход годного и высокую эксплуатационную стойкость игл вязальных машин за счет взаимного влияния всех компонентов стали как в процессе изготовления проката и игл, так и при эксплуатации игл.

Применение предлагаемой стали повысит рентабельность производства проката и игл на 70%
Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1721117, Мкл. C 22 C 38/50, 1992;
2. Авторское свидетельство СССР N 1717667, Мкл. C 22 C 38/52, 1992.2

Формула изобретения

Сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, алюминий, фосфор, серу и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.

Углерод 0,76 0,83
Марганец 0,17 0,28
Кремний 0,17 0,33
Хром 0,15 0,35
Никель 0,05 0,2
Медь 0,05 0,2
Алюминий 0,004 0,11
Фосфор 0,01 0,02
Сера 0,007 0,018
Железо Остальноев

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3