Stal 1.2738 czy SUPERPLAST® 2738mod.?

W artykule przedstawione zostaną argumenty za stosowaniem nowej stali SUPERPLAST®2738mod. w miejsce tradycyjnych gatunków 1.2311 czy 1.2738 często używanych przy produkcji narzędzi, głównie w formach do przetwórstwa tworzyw sztucznych. Są to stale używane zarówno na korpusy przyrządów jak i na wkładki formujące. Przy czym małe i średnie detale wykonuje się z reguły w stali 1.2311, natomiast większe gabaryty w stali 1.2738. Czemu tak się dzieje proszę przeczytać poniżej.

Przyzwyczailiśmy się, że najpopularniejsza stal na formy do tworzyw sztucznych, zarówno na korpusy jak i na wkładki to gatunek 1.2311 (inaczej oznaczana P20). Zbilansowany skład chemiczny pozwala ją tanio produkować i ulepszać w wielu zakładach hutniczych na całym świecie. Jest to taki referencyjny gatunek stali, w stosunku do którego podaje się często parametry innych gatunków. Jako że stal 1.2311 (w USA znana jako P20) jest od lat zadomowiona w narzędziowniach, z czasem doczekała się kolejnych modyfikacji. Jedne z nich służą zaoszczędzeniu czasu (i pieniędzy) na obróbkę, tak powstał gatunek 1.2312 (w USA oznaczana P20+S). Zwiększona w tej stali wielokrotnie zawartość siarki, bo z kilku setnych, a czasem i tysiącznych procenta do jednej dziesiątej procenta poprawia skrawalność, czyli obróbkę skrawaniem. Niestety, obniża polerowalność stali czyli łatwość, a nawet w ogóle możliwość wypolerowania gatunku 1.2312 do jednolitego połysku. W tej stali z uwagi na nierównomierny rozkład siarki pojawiają się pasy. Innymi słowy stal 1.2312 nie daje się tak łatwo polerować jak stal 1.2311. Drugie ze wspomnianych modyfikacji służą poprawie hartowności stali 1.2311, która hartuje się dobrze do grubości 200 – 250 mm. Powyżej tych grubości bloki stali mają tendencję do posiadania coraz to bardziej miękkiego środka i nie ma huty, która produkowałaby stal 1.2311 jako kloce o grubościach 600 czy 800 mm. Rozwiązano ten problem przez dodanie niklu do podstawowego stopu 1.2311. Powstała w ten sposób stal 1.2378. Dlaczego zatem, skoro osiągnięto postęp i jest stosowane rozwiązanie w postaci stali 1.2738 zahartowanej na wskroś, dalej trwają prace i powstają stale 1.2738 HH, 1.2738 HH mod. czy właśnie wspomniane na razie na wstępie SUPERPLASTY? Rozwiązanie tematu hartowania zaowocowało problemem innej natury. Nikiel jako dodatek stopowy zwiększa wytrzymałość czy twardość stali, ale pogarsza żywotność narzędzi skrawających czyli to, co osiągnięto w skrawaniu, dodając np. siarkę i produkując stal 1.2312, „przeszło” w drugą stronę. Duży blok ze stali 1.2738 ma lepiej wyrównaną twardość w całym przekroju, nawet w samym środku niż stale 1.2311 czy 1.2312. Obróbka będzie jednak dłuższa, kosztowniejsza od skrawania stali 1.2311, nie mówiąc oczywiście o 1.2312.

Cóż zatem hutnicy wymyślili w kolejnym dziesięcioleciu? Na początek modyfikację gatunku 1.2738 na gatunek 1.2738 HH. Ktoś wyszedł z założenia, że skoro dodatek niklu ułatwia podniesienie twardości, można z tego skorzystać i będzie to zaleta. Twardsza forma będzie mogła być używana dłużej, wyprodukuje się z niej nieco więcej wyprasek. A że koszt obróbki wyższy? Jeżeli klient zaakceptuje ten fakt, to otrzyma wydajniejszą formę, kosztującą może więcej, jednak nie tyle co zrobienie dwóch kolejnych narzędzi. Dbałość o środowisko, by ułatwić skrawanie i zużywać mniej energii jest też dbałością o kieszeń. Nic dziwnego, że stal 1.2738 HH pojawia się od jakiegoś czasu z literkami mod. jak modyfikacja. Zmodyfikowana stal zachowuje podwyższoną twardość, ale dzięki mniejszej zawartości niklu da się nieco lepiej skrawać. Samą skrawalność poprawia też obniżenie zawartości węgla i chromu. Mniejsza zawartość tych trzech pierwiastków nadrobiona jest obróbką cieplną. Otrzymujemy stal o sporej twardości, jednolitą i co ważne, nie o tak kiepskiej obrabialności jak 1.2738. W tabeli 1 (poniżej) można zobaczyć średnią zawartość kluczowych pierwiastków stopowych stosowanych we wspomnianych stalach. Zestawiono ją na podstawie danych otrzymanych ze stron internetowych wielu producentów stali. Możliwe są lekkie % odchyłki zawartości pierwiastków stopowych w konkretnych hutach czy przy indywidualnym wytopie.

Po tym przydługim może wstępie z historii hutnictwa możemy zająć się sednem tematu, czyli porównaniem stali SUPERPLAST®2738mod. z jej poprzednikami. Oczywiście mając tabelkę z pierwiastkami będącymi dodatkami stopowymi do stali ciągle przed oczyma. 

Hartowność na wskroś 
Najważniejszą cechą interesującą klientów w przypadku zakupu stali o dużych gabarytach jest jej jednorodność, w tym jak najbardziej stała twardość w całym przekroju. Tak jak stal 1.2311 robi się coraz bardziej miękka w środku przy wzroście grubości, tak SUPERPLAST® bez względu na jego rodzaj (SP300, SP350, SP400 czy SP2738mod.) trzyma jednolitą twardość +/- 15 HB w całym przekroju. Nie są te różnice większe, jak zdarza się w przypadku niektórych hut, podających +/- 25 HB (patrz diagram poniżej). Im bardziej wyrównana twardość, tym mniejsze nierównomierne zużywanie się głębokich matryc. Łatwiej jest kontrolować wagę wypraski, przewidzieć proces jej stygnięcia, jeżeli wiemy, że grubość ścianek wypraski zmieni się niewiele w czasie użytkowania formy wtryskowej. A jeżeli już się zmienia, to równomiernie, a nie tylko miejscami. Ważny dla większości klientów jest też brak wtrąceń, pasmowości czy jednolite ziarno pozwalające osiągnąć wyrównane faktury powierzchniowe czy jednolity wyrównany połysk na całej powierzchni wymagającej polerowania czy fakturowania. Struktura stali jednolita, z niemal tej samej wielkości ziarnem w całym polu przekroju, to jest to, na co czekają odbiorcy.

Skład chemiczny z obniżoną zawartością węgla, borem 
Obniżona zawartość węgla w stali w porównaniu do tradycyjnych stali narzędziowych stosowanych w budowie form, jak 1.2311, 1.2378 powoduje ich mniejszą kruchość, zwiększa się ich udarność. Udało się też tą metodą zlikwidować miejscowe bardziej twarde miejsca. 
Dzięki temu nie ma kłopotów podczas wykonywania głębokich wierceń pod kanały chłodzące. W tradycyjnych stalach jak 1.2311 i 1.2378 walczy się z tą kruchością dodając molibdenu. Stale SUPERPLAST® zawierają więcej niż „normalnie” tego pierwiastka stopowego. Posiadają tym samym mniej węglików, co ułatwia obróbkę skrawaniem, a dodatek większych ilości molibdenu podnosi ich udarność walcząc z kruchością odpuszczania. Ułatwiona obróbka skrawaniem jest ważnym elementem ekonomicznym. Po pierwsze zużyjemy mniej płytek skrawających stosując SUPERPLAST® niż inny gatunek, a po drugie, w tym samym czasie damy radę „wyprodukować” o kilkadziesiąt procent więcej cm3 wiórów na minutę. Mniejsza zawartość węgla, to mniej wad hartowniczych, co przy hartowaniu i odpuszczaniu dużych bloków ma niebagatelne znaczenie. Stale SUPERPLAST® mają pozornie niewielki, tzw. śladowy dodatek pierwiastka boru. Bor w stalach dobrze odtlenionych i odgazowanych stosowany jest w celu poprawienia hartowności i wyrównania wielkości ziarna stali w przekroju.

Większa przewodność cieplna to szybsza praca formy 
Jak chodzi o pracę w formie wtryskowej, stal SUPERPLAST® 2738mod. ma jedną z niebagatelnych zalet, szybciej się nagrzewa i szybciej stygnie w porównaniu z tradycyjną stalą 1.2738. Różnice można zobaczyć w poniższej tabelce, a co za tym idzie, planując wykonanie formy ze stali SUPERPLAST® można założyć krótsze cykle pracy. Ktoś powie – kilka watów, ale jest to ponad 20% szybsza wymiana ciepła jaką daje SUPERPLAST® 2738mod. w porównaniu ze starym 1.2738. Sama stal wspomagać będzie układy chłodzenia odprowadzając ciepło. Im wyższa przewodność cieplna stosowanych materiałów na formy, tym szybsza praca zbudowanego narzędzia i szybsze wykonanie założonych ilości detali z tworzyw sztucznych. Za stalami SUPERPLAST® przemawia ekonomia. 

Podsumowanie 
Huty stali Industeel wytwarzające gatunki stali sprzedawane pod marką SUPERPLAST® mieszczą się we Francji. Zależnie od grubości stosowane są różne technologie wytwarzania. Parę zdjęć ilustrujących ten artykuł zostało wykonanych właśnie we Francji, w hucie Industeel w Châteauneuf należącej obecnie jak i inne huty Industeel do koncernu ArcelorMittal. Mam nadzieję, że fotografie tu publikowane dzięki uprzejmości Industeel dobrze ukazują klimat powstawania stali SUPERPLAST®, w tym i opisywanej w tym artykule najnowocześniejszej z nich, SUPERPLAST®2738mod. Oczywiście najpierw jest, niestety nie pokazywany tu na zdjęciach proces wytapiania w piecach elektrycznych, odgazowywanie wlewków itd. Ale wtedy widać tylko snopy iskier, nie ma jeszcze widoku na interesujący klientów produkt, czyli blachy lub odkuwki. Potem, po wykonaniu wlewków zależnie od potrzebnych przekrojów stosuje się po ich podgrzaniu walcowanie na walcarce lub prasowanie na prasie SACK w Châteauneuf. Stale do przetwórstwa tworzyw sztucznych jak sama nazwa mówi SUPERPLAST® – są to stopy wyjątkowo czyste, wytapiane w piecach elektrycznych, odgazowywane w próżni i odtleniane w specjalnych procesach. Czytelników artykułu proszę tylko o zapytania, w którym określicie Państwo czy chcecie SUPERPLAST® z tradycyjną twardością około 30 HRC czy większą niż mają stale 2738HH, bo z twardością 37 HRC. Przecież nie tylko SUPERPLAST®2738mod. ale i SUPERPLAST®400 o tej właśnie twardości mamy od lat na składzie w Inowrocławiu.


Źródło: Forum Narzędziowe Oberon