Штамповая сталь

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению штамповых сталей для холодного деформирования, и может быть использовано при производстве инструментов холодного прессования, эксплуатируемых в условиях массового производства с удельными усилиями до 2700 МПа, Сталь содержит, мас.%: углерод 0,7-1,0; марганец0,15-0,6; кремний 2,5-3,3; хром 4.55-6.0: вольфрам 1,5-3,0; молибден 0,5-3,0; ванадий 0,5-2,5; никель 0,3-1,5; ниобий 0,05-0,5; азот 0,01-0,15; алюминий 0,01-0,10; кальций 0,001-0,01; РЗМ 0,01- 0,10 и железо остальное. Предлагаемая сталь имеет высокую ударную вязкость в отожженном состоянии, повышенную технологическую пластичность и механические свойства.4 табл. ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 22 С 38/48

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4882958/02 (22) 19.11.90 (46) 15.01.93. Бюл, N. 2 (71) Украинский научно-исследовательский .институт специальных сталей, сплавов и ферросплавов и Электрометаллургический завод"Днепроспецсталь" им.А.Н.Кузьмина (72) Ю.М, Скрынченко, А.В. Ковальчук, Н.П.

Стадниченко. В.Г, Волкова, Ю,Н. Скорняков, Н.B. Стеценко, С.В. Ревякин, А.Н. Тумко, В.Г. Кнохи.н, А,С. Яценко, В.Г.

Карчевский, Г.П. Собакарь, В.И. Крестьянов, А.Н. Чеховой и В.К. Кузнецов (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1235983, кл. С 22 С 38/48, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N 521348, кл. С 22 С 38/46, 1976. (54) ШТАМПОВАЯ СТАЛЬ

Предлагаемое изобретение относится к металлургии, в частности к штамповым сталям для холодного деформирования, и может быть использовано для изготовления инструментов холодного прессования, эксплуатируемых в условиях массового производства с удельными усилиями до

2700 МПа.

:: — Вместе с тем имеется целый ряд про- цессов холодного деформирования металлов с более тяжелыми условиями работы, применение в которых вышеуказанных сталей для изготовления инструментальной оснастки уже не обеспечивает,ее достаточной стойкости.

Наиболее близкой к предлагаемой стали по технической сущности и достигаемому эффекту является сталь-прототип

Х5С4В2Ф2НМ следующего состава, мас.%:

„„ЫЛ„„1788073 А1 (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к получению штамповых сталей для холодного деформирования, и может быть использовано при производстве инструментов холодного прессования, эксплуатируемых в условиях массового производства с удельными усилиями до

2700 MIla, Сталь содержит, мас. : углерод

0,7-1,0; марганец 0,15 — 0,6; кремний 2,5 — 3,3; хром 4,55-6,0: вольфрам 1,5-3,0; молибден

0,5-3,0; ванадий 0,5 — 2,5; никель 0,3-1,5; ниобий 0,05-0,5; азот 0,01 — 0,15; алюминий

0,01 — 0,10; кальций 0,001 — 0,01; Р3М 0,01—

0,10 и железо остальное. Предлагаемая сталь имеет высокую ударную вязкость s отожженном состоянии, повышенную технологическую пластичность и механические свойства. 4 табл, Углерод 0,8 — 1,2

Марганец 0,2 — 0,6

Кремний 3,0-4,0

Хром 3,5 — 5,0

Ванадий 1,7-2,5

Молибден 0,5-2,5

Вольфрам 0.5-.3.,0

Никель 0,2 — 1,0

Железо Остальное

Обладая сравнительно высоким комплексом основных механических свойств (табл.2), данная сталь, однако, имеет ряд недостатков, затрудняющих производство и применение. Одним из них является повышенная хрупкость после отжита, обусловленная развитием процессов упорядочения — участием атомов внедрения (С) и замещения (Si) при содержаниях St на верхнем пределе. Так ударная вязкость (КС) 1788073 в состоянии постановки стали-прототипа не превышает 0,3 МДжlм, в то время как Даже у высоколегированных быстрорежущих сталей она в,2-2,5 раза выше, например, для стали Р6М5ФЗ-МП (4)м 0,7 — 0,8 МД к/М .

Низкая ударная вязкость стали-прототипа приводит к разрушению прутков при холодной правке и падении с высоты 1 м.

Кремний; не образ у я в сплавах на основе железа соединений с углеродом, при содержаниях 35% способствует непосредственной криСталлизации иэ жидкой фазы крупных карбидов типа МбС и несколько ухудшает распределение избыточных фаз, что отрицательно сказывается на технологической пластичности стали-Il рототи па (использование предпочтительно в случае производства> методом порошковой металлургии).

Целью изобретения "является повышение ударной вязкости в отраженном состоянии, технологической пластичности и основных механйческих свойств стали.

Поставленнай цель достигается тем, что в сталь, содержаЩую.":углерод, марганец, кремний, хром; ванадий, молибден; никель, железо, дополнительно вводят РЗМ, азот; алюминий, кальций и ниобий со следующим соотношением компонентов, мас.%:

Углерод 0,7 — 1,0

Марганец 0,15-0,6

Кремний " - . 2,5-3,3

Хром """ :- - " . 4,55-6,0

Вольфрам . 1,5-3,0

Молибден 0,5 — 3,0

Ванадий 0,5-2,5

Никель 0,3 — 1,5

Ниобий 0,05 — 05, Азот 0,01-0,15

Алюминий 0,01 — 0,10

Кальций 0,001-0,01

P3M . - 0 01 — 0,10 Железо, Остальное

Существенным отличием предлагаемой стали является наличие в ее составе опти- мальнь(х количеств ниобия (0,05--0,5%), азота (0,01-0,15%), алюминия (0,01 — 0,10%), кальция (0,001 — 0,.01%) и РЗМ (0,01 — 0,10 ), позволяющих получать высокий уровень мехайических свойств, улучшить качество ho верхности слитка, повысить ударную вязкость в.ото>кжейном состоянии, техноло гическую пластичность, особенно крупнь1х поковок.

Снижение предельных концентраций Si

"в заявляемой стали положительно сказалось на ударной"вязкости в Отожженном состоянии(сплав 4 3, КС = 0.9-1,2 МДжlм ), а введение дополнительных центров кристалвиям; т.е. понижению пластичности

Кальций и элементы Р3М оказывают десульфурирующее действие, очищают сталь от примесей, что способствует повышению пластичности, вязкости. Алюминий оказы20 вает значительное влияние на величину зерна и соответственно на пластичность, вязкость, обрабатываемость. . Введение азота и ниобия в сталь повы- . шают твердость, устойчивость против роста

25 зерна и соответственно увеличивают прочность и вязкость.

Пример. Опытные плавки заявляемой стали выплавляли в индукционной печи.

Полученные слитки весом 40 кг проковывали на квадратные прутки размером 35 х 35 мм на паровоздушных молотах по общепринятой техно логии, после чего. заготовки подвергались отжигу по режиму, принятому для легированных инструментальных сталей.

Термообработка образцов для исследо30

35 вания основных свойств проводилась по режимам, включающим закалку от 1060 — 1140 и отпуск при 480-560 С в течение 1 ч 3 раза, Технологическая пластичность опреде40 лялась в диапазоне температур 900-1200 С на стандартных образцах с определением числа скручиваний (и), крутящего момента (М р) и ударной вязкости (КС), Химический состав исследованных сталей приведен в табл.1

Результаты определения механических свойств в отожженном Состоянии и после оптимальной термообработки, технологической пластичности при высоких температу50 рах приведены в табл.2,3,4.

Как следует из этих дайных, при содержаниях углерода и легирующих элементов на нижнем, верхнем и среднем пределах заявляемая сталь не уступает прототипу по механическим свойствам (твердость, ударная вязкость и предел упругости при сжатии несколько выше, чем у стали-прототипа), более высокая технологическая пластичность при горячей механической обработке и ударная вязкость в отожженном состоянии лизации за счет N, Nb, AI, РЗМ улучшило распределение кароидной фазы и ее размеры. Максимальный диаметр кароидов (dms><) заявляемой стали (сплав ¹ 3) не превышает

5 15-20 мкм, в то время как в стали-прототипе достигает 25 — 30 мкм.

При. совместном раскислении стали алюминием, кальцием, Р3М заметно повышается пластичность и деформируемость в

10 горячем состоянии, причем легирование стали Каждым" элементом в-отдельности не приводит к значительному эффекту. Характерно, что превышение верхних пределов может привести к отрицательным последст1788073 табли ва 1

- L".1-....I .! ...-. ) ) 1 - Сплав

Cr

3,39

4,55

5,05

6,0

6,»

Ni

0,25

0,3

0,46

1,5

1,59

0,009 0,008

0,01 0,01

0,05 0,05

0,15 0,10

O,1l

0,68 1,9 0,12

0,7 2,5 0,15

0>86 2,8 0,4

1, о 3 3 о, 6

1,14 3,6 0,98

1 2

4

6(прото" . мп) 1,27 0,43

1,5 0,5

2,3 1,0

30 30

3,14 3,27

1,93 0,92

0,35

0,5 г,1г

2,5

2,6

0,03

0,05

0,2

0,5

0,85

0,01

O,О1 о,о8

О, 1О

o,1г ост, и

О,О01

0,009

0,01

o,0г и и

0,98 3,59 0,39 е

4,51

2,0 0,66

Таблица 2 при снижении твердости в состоянии поставки, Наиболее благоприятным сочетанием основных и технологических характеристик обладает сплав N- 3 (средний уровень), который может быть использован для изготовления широкой номенклатуры инструментов холодного выдавливания, испытывающих удельные усилия до 2750 МПа.

Увеличение в этом сплаве углерода, легирующих и микролегирующих элементов (сплаa N 4 в табл.1) приводит к улучшению качества стали, ее микроструктуры и соответственно повышению пластичности, вязкости; особенно в горячем состоянии (в интервале температур ковки). Превышение же граничных ингредиентов (сплав № 5) не способствует дальнейшему повышению свойств, наблюдается даже незначительное их ухудшение.

Нежелательным является также снижение содержаний легирующих и микролегирующих элементов, а также углерода ниже нижних пределов в заявляемой стали (сплав

¹ 1 в табл.1), так как оно сопровождается заметным уменьшением степени насыщения твердого раствора при закалке и, как следствие, снижением значений твердости и сопротивления смятию(при некотором повышении ударной вязкости и пластичности при повышенных температурах). Таким образом, предлагаемая сталь, благодаря рациональному легированию и .дополнительному содержанию РЗМ, азота, ал1оминия, кальция и ниобия превосходит сталь-прототип rio твердости и сопротивлению смятию, не уступая ей по.комплексу остальных механических свойств, При этом наблюдается значительное повышение пластичности после отжига и при повышенных температурах, что снимает

5 определенные ограничения при металлургической переделе (возможность получения сортамента > 45 мм методом прокатки взамен ковки на молотах, устранения затруднений:при правке aleталла) и повышает

10 выход годного металла. т * . -.":,с +

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Штамповая сталь, содержащая углерод, 15 марганец, кремний, хром, ванадий, молибден, вольфрам, никель, железо, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения ударной вязкости в отожженном состоянии, технологической пластичности и механйче20 ских свойств; она дойол нительно содержит ниобий, Р3М..азот, алюминий, кальЦий при следующей соотношейии компонентов, мас.7;:

Углерод 0,7-1,025 Марганец -:- 0,15-0,6

Кремний 2,5-3,3

Хром . 4,55 — 6,0

Вол ьфрам 1,5-3,0

Молибден 0 5 — 3 0

30 Ванадий ., 0 5-2 5

Никель 0,3 — 1„5

Ниобий ., 0,05 — 0,5

Азот 0,01 — 0,15

Алюминий 0,01 — 0,10

35 Кальций 0,01 — 0,10

РЗМ 0,01 — 0,10

Железо Остальное

1,788073

Табллца 8 i

Т а б,л л ч ° л

Та>л>ааа

Оа ллЬиаа ..

2 3 6 . 5 6 б !

20 .12 14 130 12 14,0 110 11,5 13,5 95 10 11 110 11 14

160 15 15,5 160 15,5 16,0 155 14,5 J5 135 11,5 11,5 13 13 15

120 22,5 20 130 23,5 21,0 120 21 19 Н0 16 15 115 21 17

110, 18 22,5 115 18,5 23,0 105 1&,5 21,5 100 11 16 95 15 19

g5 165 18 5 105 16,5 195 80 13 0 160 70 7 10 80 10 5 !2,5

80 9,5 3,5 85 10,0 4,0 70 9;0 4,0 55 5 3 65 7 4,5

40 l,5 1,0 40 1,5 1 5 30: 1,5 1>0 20 0,5 0,5 25 1,0 1 ° 0

>!> ю>а>л>й> С

1 й>а ° а. !!. » a6 If0»/»а

950 !

1200!

1!О

12,5

16,5 гг

1Ü

16

1,5

17

22

23,5

19,5

4,0

1,0

Составитель Г.Дудик

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор И.Шмакова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 52 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035; Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5