Инструментальная сталь
Изобретение относится к металлургии, в частности к экономнолегированной инструментальной стали, и может быть использовано в качестве материала штамповочного и режущего инструмента нормальной производительности. Цель изобретения - повышение шлифуемости при сохранении уровня твердости, прочности, теплостойкости и ударной вязкости. Сталь дополнительно содержит цирконий и кальций при следующем соотношении компонентов, мае.%: углерод 0,8-1,3; хром 3,5-9,0; молибден 1,5-4,0; ванадий 1,1-3,1; кремний 0,3- 1,5; марганец 0,4-1,5; алюминий 0,02-1,0; цирконий 0,1-0,6; кальций 0,005-0,1; редкоземельные металлы 0,005-0,25; железо остальное , причем выполняется следующее соотношение: молибден/(ванадий - цирконий ) - (ванадий - цирконий)/1,8 углерод 2 - 1,0-1,8. 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИ lECKNX
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4818781/02 (22) 25.04.90 (46) 15.05.92. Бюл. № 18 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им, И,П. Бардина (72) В.Н. Филимонов, В.Б. Киреев, А.И. Грубман, Б.А. Клыпин, В,П. Степанов, И.Н. Мелькумов и Т.Н. Касаточкина (53) 669.14.018,253-194 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР ¹ 1425246, кл. С 22 С 38/24, 1988. (54) И Н СТ Р УМ Е НТАЛ Ь Н АЯ СТАЛ Ь (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к экономнолегированной инструментальной стали, и может быть испольИзобретение относится к металлургии, в частности к экономнолегированным не содержащим вольфрама инструментальным сталям, и может быть использовано для изготовления штампового и режущего инструмента нормальной производительности. Известна быстрорежущая сталь Р18, содержащая до 18% вольфрама. Недостатком этой стали является высокое содержание вольфрама, Известна инструментальная сталь состава, вес.7: углерод 0,5 — 0,9; хром 3,8 — 5,5, молибден 2,5 — 3,0; ванадий 1,8 — 3,3; кремний 0,8-4,2; церий 0,08-0,15; железо остальное, причем отношение содержания углерода к содержанию ванадия составляет 0,25 — 0,3. Недостатком указанной стали является пониженные значения твердости и теплостойкости, что не позволяет применять ее в „„. Ж„„1733497 А1 зовано в качестве материала штамповочного и режущего инструмента нормальной производительности. Цель изобретения— повышение шлифуемости при сохранении, уровня твердости, прочности, теплостойкости и ударной вязкости. Сталь дополнительно содержит цирконий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,8 — 1,3; хром 3,5 — 9,0; молибден 1,5 — 4,0; ванадий 1,1 — 3,1; кремний 0,31,5; марганец 0,4-1,5; алюминий 0,02-1,0; цирконий 0,1 — 0,6; кальций 0.,005 — 0,1; редкоземельные металлы 0,005 — 0,25; железо остальное, причем выполняется следующее соотношение . (молибден/(ванадий — цирконий)) — ((ванадий — цирконий)/1,8 углерод) = = — 1,0 — 1,8. 2 табл. качестве полноценного заменителя быстрорежущей стали. Наиболее близкой к.предлагаемой является инструментальная сталь, содержащая, мас.%: углерод 0,9 — 1,3; хром 3,8 — 4,5; молибден 2,0-3,5; ванадий 2,0 — 3,5; кремний 0,30,9; марганец 0,3 — 0,5; алюминий 0,8 — 1,4; церий 0,02-0,05: железо остальное. Недостаток известной стали обусловлен ее пониженной шлифуемостью. Цель изобретения — повышение шлифуемости стали при сохранении уровня твердости, прочности, теплостойкости и ударной вязкости. Поставленная цель достигается тем, что инструментальная сталь, содержащая углерод, хром, молибден, ванадий, кремний, алюминий, марганец, редкоземельные металлы, железо, дополнительно содержит 1733497 цирконий и кальций при следующем соотношении компонентов,мас. : Углерод 0,80-1,3 Хром 3,5-9,0 Молибден 1,5 — 4,0 Ванадий 1,1 — 3,1 Кремний 0,3 — 1,5 Марганец 0,4 — 1,5 Алюминий 0,02 — 1,0 Цирконий 0,1 — 0,6 Кальций 0,005 — 0,1 Редкоземельные маталлы 0,005 — 0,25 Железо Остальное причем выполняется соотношения (Мо/(V— Zr)) — ((V — Zr)/1,8С) = — 1,0 — 1,8. Легирование стали цирконием и кальцием приводит к изменению морфологии избыточных карбидов, образующихся при затвердевании стали, — вместо сетки крупных карбидов появляется тонкая веерообразная эвтектика, Последующа .пластическая деформация обеспечивает получение карбидной фазы с высокой дисперсностью, что улучшает обрабатываемость стали резанием и шлифуемость. Кальций также вводится s сталь для глобуляризации неметаллических включений, способствуя таким образом повышению ударной вязкости стали. Указанный эффект не наблюдается при содержании циркония и кальция ниже 0,1 и 0,005 соответственно. Увеличение содержания в стали циркония более 0,6 и кальция более 0,1/ приводит к появлению в стали скоплений нитридов циркония и увеличению доли неметаллических включений, что отрицательно сказывается на механических свойствах стали. Соотношение (Мо/(Ч вЂ” Ег)}-((Ч Zr)/1,8С) = = †. 1,0-1,8 обеспечивает оптимальное содержание в стали двух типов карбидов МС и MsC. Карбид MsC: почти полностью растворяется в аустените при нагреве под закалку, в то время как карбиды MC растворяются значительно хуже и сдерживают рост аустенитного зерна. Таким образом, обеспечивается в стали сохранение мелкого аустенитного зерна (балл 10 — 11) и достигается необходимая легированность твердого раствора. При значениях соотношения (Mî/(×— Zr)) — ((V — Zi)/1,8С) меньшее -1,0 увеличивается доля карбидов МС, что приводит к снижению твердости и теплостойкости стали, превышение соотношения более 1,8 вызывает уменьшение прочности и ударной вязкости стали, 5 Содержание углерода менее 0,80 приводит к падению теплостойкости стали, а при повышении содержания углерода более 1,3 4 снижается пластичность стали при горячем деформировании и прочностные характеристики после окончательной термообработки. Содержание молибдена менее 1,5 вызывает обеднение мартенсита молибденом и падение теплостойкости стали. Повышение содержания мрлибдена более 4 / при указанных пределах содержания углерода и ванадия практически не повышает теплостойкости и с учетом дефицитности молибдена нецелесообразно. Содержание ванадия менее 1,1 приводит к падению прочностных свойств стали и снижению интенсивности вторичного твердения при отпуске, Увеличение содержания ванадия более 3,1 вызывает снижение твердости, теплостойкости и шлифуемости стали. Содержание хрома в указанных пределах обеспечивает необходимую прокаливаемость стали. Кроме того, хром способствует растворению в аустените карбидов МС и таким образом увеличивает эффект вторичного твердения, При содержании хрома менее 3,5 / снижаются твердость и теплостойкость стали. При содержании хрома более 9 происходит увеличение карбидной неоднородности и размеров карбидов, что отрицательно сказывается на механических свойствах и шлифуемости стали. Атомы кремния замещают в карбидах атомы металлов, способствуя таким образом увеличению количества карбидной фазы и повышению теплостойкости стали. Этот эффект начинает проявляться при содержании кремния более 0,3, Содержание кремния более 1,5 приводит к снижению прочности и теплостойкости стали, Марганец вводят в сталь для твердорастворного упрочнения и связывания серы в сульфиды MnS. При содержании марганца менее 0,4 его действие не проявляется, увеличение содержания марганца более 1,5 вызывает снижение значений твердости и теплостойкости. Алюминий необходимо вводить в сталь перед введением редкоземельных металлов, циркония и кальция, чтобы обеспечить раскисление стали и усвоение этих элементов. Раскисляющее действие алюминия проявляется при содержании его в стали более 0,02 . Алюминий также способствует повышению твердости и теплостойкости, что наблюдается при содержании его до 1 . 1733497 ТаОлица! 1 (Соотно-ение 1 i)ь/(т -2т) J- (V - т)71 SC1ь Состав (с CR рзм Преллагаеная 1,5 1,3 0,1 1,7 1,1 0,1 З,й 3,0 0,1 4,0 3,1 0,1 2 5 2 1 О 3 3;И г, 6 О, (3,7 1,7 0,3 сталь О, 005 0,005 0,1 0,09 0,G6 0,03 0,03 С,С2 0,6 1,2 -0,2 -0,4 0,6 0,3 1,8 -1,О Остальное 0,005 0,005 0,25 0,23 Оэ08 C,i 0,07 О, О.02 5,6 О" 4,5 О 3,5 9 9,0 6 6,0 8 4,0 г 0 0,3 0,4 0,3 0,5 1,5 1,4 13 1,5 0,8 0,9 0,9 1,1 0,82 0,6 1,30 1,25 1,15 1,00 0.85 1,00 О, О, 1, ь О, О, О, О, Тп не н н н \! н Прсллагаеная сталь прн запрепегьних значен; як со;,аркан я конлоне:"оь 0,7 О,! -2,5 н ll II н О,C 1 0,3 0,02 0,06 0,05 0,003 0,5 0,09 0,1 0.01 3,0 1,0 0,9 9,5 4,8 3,7 0,01 1.3 0,3 1,0 0,7 11 1,25 12 0,9 0,2 0,3 ,7,6 1,1 0,9 1,О 0,7! Ьвестная сталь 42 2" 27 13 0,76 ! 4 (про- 1,10 тотип) 1,0 0,8 0,5 1,2 Редкоземельные металлы повышают окалиностойкость стали и увеличивают дисперсность карбидной фазы. При содержан ии менее 0,005 00 действие редкоземельных металлов не проявляется, а содержание редкоземельных металлов более 0,25 обуславливает увеличение доли неметаллических включений. Известные и предлагаемую сталь выплавляли в открытой индукционной печи емкостью 60 кг. Церий, мишметалл, цирконий и кальций вводили в предварительно раскисленную сталь. Металл разливали на слитки весом 17 кг. Слитки ковали на заготовки 30 х 30 мм и затем прокатывали на пруток сечением 14 х 14 мм. Из прутка изготовляли образцы 10 х 10 х 55 мм и 6 х 6 х х 60 мм для определения ударной вязкости и испытаний на статический изгиб. Термообработку проводили в соляных ваннах с окончательным нагревом под закалку в интервале 11901210 С. После закалки образцы отпускали при 550 — 560 С, в течение 1 ч два раза. Испытания на ударный и статический изгиб проводили в соответствии с ГОСТ 9454 — 78 и ГО СТ 14019 — 68. Твердость определяли по Роквеллу в соответствии с ГОСТ 9013-59. Шлифуемость оценивали на образцах сечением 10г10 мм по величине удельной производительности шлифования в соответствии с методикой ГСССД 41-82, B качестве эталона принята сталь Р18 с коэффициентом шлифуемости КШ=1. Химический состав исследованных плавок приведен в табл.1, результаты испытаний — в табл.2. Как следует из .табл.2, предлагаемая 5 сталь имеет лучшую шлифуемость при сохранении высоких значений твердости, теплостойкости, прочности при изгибе и ударной вязкости по сравнению с известными. 10 Формула изобретения Инструментальная сталь, содержащая углерод, хром, молибден, ванадий, кремний, марганец, алюминий, редкоземельные металлы, железо, отличающаяся тем, что, 15 с целью повышения. шлифуемости при сохранении уровня твердости, прочности, теплостойкости и ударной вязкости, она дополнительно содержит цирконий и кальций при следующем соотношении компо20 нентов, мас.%: Углерод 0,8-1,3 Хром: 3,5 — 9,0 Молибден 1,5 — 4,0. Ванадий 1.1-3,1 25 Кремний 0,3-1,5 Марганец 0,4 — 1,5 Алюминий 0,02 — 1,0 Цирконий 0,1-0,6 Кальций 0,005 — 0,1 30 Редкоземельные металлы 0,005 — 0,25 Железо Остальное причем выполняется соотношение (молибден/(ванадий-цирконий)) — Кванадий — цирк 35 оний)/1,8 углерод) — -1,0-1,8. 1733497 Таблица 2 Твердость НИСэ Прочность на изгиб, Нlмм Ударная вязкость, МДж/м Теплостойкость (твердость после отпуска .620 С, 4 ч) HRC Коэффициентт шлифуемости Кщ Состав 15 25 Составитель А.Грубман Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова Редактор А.Огар Заказ 1641 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 2 4 6 8 11 12 13 0,67 0,69 0,52 0,54 0,57 0,55 0,65 0,54 0,58 0,44 0,52 0,47 0,43 0,41 63 63,5 66 65,5 64,5 65,5 62 63 61 3800 . 3000 0,60. 0,56 0,45 0,47 0,50 0,52 0,58 0,51 0,60 0,40 0,28 0,53 0,60 0,50 56 56 59 59,5 59 57,5 59 58 59 54 
