Интенсификация режимов металлообработки сталей и сплавов неизбежно сопровождается снижением стойкости инструмента. С другой стороны, сложность обрабатываемых деталей также негативно сказывается на себестоимости производства оснастки. Таким образом, рентабельность металлообрабатывающего производства напрямую зависит от долговечности оснастки.
Наибольшее распространение получили три способа управления стойкостью инструментальных сталей — изменение химического состава, совершенствование режимов упрочняющей термической обработки и разработка новых способов выплавки стали.
В металлургическом производстве используется не более 20 химических элементов, добавка которых улучшает физико-механические свойства инструментальных сталей.
Наличие углерода определяет способность стали к закалке, а его процентное содержание позволяет контролировать твердость и прочность материала, а также эффективность термообработки (прокаливаемость по сечению). Количество углерода строго регламентируется, поскольку при увеличении процентного содержания данного химического элемента снижает пластичность, ковкость и обрабатываемость, а также отрицательно сказывается на способности стали к свариваемости.
Марганец — второй по важности элемент после углерода. Его влияние в целом аналогично влиянию углерода, поэтому эти два элемента всегда используют в комплексе.
Наличие марганца сказывается на следующих характеристиках инструментальных сталей:
1. Способность к прокатке в горячем состоянии.
2. Раскисляемость, в результате которой сера и кислород выводятся из расплава в шлак, мягко очищая полуфабрикат от примесей.
3. Повышение предела прочности и способности сталей к упрочнению (пластичность при этом снижается).
4. Улучшение обрабатываемости резанием, поскольку в процессе соединения марганца с серой образуется шаровидный сульфид марганца MnS.
5. Снижение внутренней пористости и риска возникновения трещин в сварных швах.
Вместе с тем управление стойкостью инструментальных сталей путем изменения процентного содержания в них марганца имеет свои целесообразные пределы. В частности, при избытке марганца сталь становится весьма хрупкой, что активнее всего проявляется именно в высокоуглеродистых сталях. Причиной этого является науглероживание — интенсивное проникновение углерода в поверхностную макроструктуру материала, характерное для высокомарганцовистых марок сталей. Поэтому оптимальные пределы содержания марганца должны находиться в диапазоне 0,3…0,8%.