AT12365U1 - Ein formstahl - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT12365U1 2012-04-15

Beschreibung

EIN FORMSTAHL

DER TECHNOLOGIEBEREICH

[0001] Die Erfindung gehört zu dem Bereich der Herstellung von Stahl- und Eisenprodukten, genauer gesagt geht es hier um einen Umform- oder Urformwerkzeugstahl.

DER HINTERGRUND DER TECHNOLOGIE

[0002] Die Herstellungstechnologie der Umform- oder Urformwerkzeuge einschließlich des Materials und der Wärmebehandlung ist der Kern der Modernisierung der Herstellungsindustrie. Die Technologie sowie die Industrialisierung der Umformwerkzeuge sind ein wichtiges Kriterium für das Herstellungsniveau eines Landes und auch eine bedeutende Unterstützungstechnologie für die Entwicklung der fortgeschrittenen Technologie der Near-Net-Shape-Formgebung. Insbesondere wichtig sind die Kaltstanzwerkzeuge z.B. für das Automotive-Panel und Affenzahn-Folgeverbundwerkzeuge sowie die Near-Net-Shape-Formgebungswerkzeuge mit langer Lebensdauer. Die Menge von den beiden Formmaterialien beträgt jeweils 28% und 50%.

INHALT DER ERFINDUNG

[0003] Die Erfindung bietet einen Umform- oder Urformwerkzeugstahl an, der 0,30 Gew.-% -0,40 Gew.-% C, 3,00 Gew.-% - 10,00 Gew.-% Cr, 0 Gew.-% - 0,15 Gew.-% N, 0,50 Gew.-% -1,00 Gew.-% Mn, 0,30 Gew.-% - 1,00 Gew.-% Si, 1.00-2.40 Gew.-% Mo, 0.5 Gew.-%-1.00 Gew.-% V, <0.030 Gew.-% P, <0.030 Gew.-% S, Fe und unvermeidbare Verunreinigung beinhaltet.

[0004] Bevorzugt sind 0.04-0.06 Gew.-% N, 3.00 Gew.-% Cr, 1.9 Gew.-% Mo, 0.70 Gew.-% Mn, 0.80 Gew.-% Si und 0.94 Gew.-% V.

[0005] Die Verhüttung: Lichtbogenofen + Elektro-Schlacke-Umschmelzen (ESU); [0006] Das Schmieden: Erwärmungstemperatur, Temperatur bei dem ersten Schmieden, Verformungsgeschwindigkeit, Temperatur bei dem letzten Schmieden, Glühprozess von Schmiedeteilen und Proben, gefolgt nach gegenwärtiger Technologie von Stahl H13. Das Schmiedenverhältnis (H1/H0, H1: Länge nach dem Schmieden; HO: Länge vor dem Schmieden) beträgt 5 - 6.

[0007] Die Wärmebehandlung: Die Abschrecktemperatur beträgt 1060°C-1080°C, die Anlasstemperatur beträgt 550°C-600°C.

[0008] Unter Berücksichtigung der Anforderung an nichtmetallischer Verunreinigungen, isotrope Eigenschaften und die Kosten werden die besten Herstellungstechnologien von Umform- oder Urformwerkzeugstahl mit unterschiedlicher Qualität angeboten. STUFE S (SUPER): [0009] Stahlschrottsmaterial —► Verhüttung mit Lichtbogenofen —► LF(Sauerstoffaufblasverfah-ren) Raffinierung —► VD (Vakuum-Entgasung) —► Gießen (Unterguss mit Ar als Schutzgas?) —► Elektroschlackeumschmelzen (zwei mal)-» Ingot -► Lösungsglühung -► Normalisierung -► isotropes Schmieden —> Glühen auf kugeligen Zementit —► Ultrafeinkorn - Behandlung —► mechanische Bearbeitung -► Fehlerprüfung und Einlagerung STUFE P (PREMIUM): [0010] Stahlschrottsmaterial —► Verhüttung mit Lichtbogenofen —► LF Raffination (wählbar) —► chemische Analyse -► Guss-Stück (Unterguss mit Ar als Schutzgas?) -► Elektroschlackeumschmelzen —► Ingot —► langsame Abkühlung —► Normalglühen —► isotropes Schmieden —► Glühen auf kugeligen Zementit —► mechanische Bearbeitung —► Fehlerprüfung und Einlagerung 1 /5 österreichisches Patentamt AT 12365 U1 2012-04-15 STUFE M (MEDIUM): [0011] Stahlschrottsmaterial oder unbrauchbarer Umform- oder Urformwerkzeugstahl + Legierung -*· Mittelfrequenzinduktionsschmelzen —► Guss-Stück -» Elektroschlackeumschmelzen —► langsame Abkühlung -*· Normalglühen -*· Erwärmung -*· Schmiedearbeit -» Glühen auf kugeligen Zementit -»· mechanische Bearbeitung -» Fehlerprüfung und Einlagerung.

[0012] Die Technologieprozesse von verschiedener Stahlqualität werden nach den tatsächlichen Arbeitsbedingungen ausgewählt. Auf der S und P Stufe ist der Indikator für „übrig gebliebene Elemente" im Formmaterial <300ppm, der Indikator Isotropie > 0,9, die Größe der nichtmetallischen Verunreinigungen <17pm. Dabei haben alle Indikatoren das international fortgeschrittene Niveau erreicht.

BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN

[0013] Bild 1. Vergleich der Lebensdauer von verschiedenen Umform- oder Urformwerkzeugstählen.

DIE BESTE METHODE

[0014] Verhüttung mit Lichtbogenofen + ESU; die Gehalte der chemischen Elemente siehe bitte unten in der Tabelle 1.

[0015] Tabelle 1: Die chemischen Elemente c es neuen Materials (Gew.-%)

Stahl C Si Mn Cr Mo V N S, P 4Cr3Mo1 SiV1 (RX3) 0.41 0.53 0.68 3.00 1.66 0.91 0.019 <0.03 4Cr3Mo2SiV1 (RX4) 0.37 0.56 0.69 3.04 2.41 0.94 0.024 4Cr3Mo2SiV(RX5) 0.40 0.54 0.70 3.12 2.36 0.59 0.021 35Cr3MoSiV(RX6) 0.34 0.46 0.58 3.22 1.08 0.92 0.042 <0.03 35Cr3MolSiV(RX7) 0.37 0.61 0.60 3.28 1.46 0.95 0.052 35Cr3Mo1SiV(RX8) 0.35 0.73 0.59 3.25 1.90 0.94 0.050 35Cr3Mo2SiV(RX9) 0.36 0.72 0.61 3.30 2.17 0.92 0.044 [0016] Herstellungsverfahren: Erwärmungstemperatur, Temperatur bei dem ersten Schmieden, Verformungsgeschwindigkeit, Temperatur bei dem letzten Schmieden, Glühprozess von Schmiedeteilen und Proben, gefolgt nach gegenwärtiger Technologie von Stahl H13. Das Schmiedenverhältnis ist 5 - 6.

[0017] Die Abschrecktemperatur beträgt 1060°C-1080°C, die Anlasstemperatur 550°C-600°C.

[0018] Beispiel 1: nach der Zusammensetzung in der Tabelle 1. Herstellungsverfahren: Erwärmungstemperatur, Temperatur bei dem ersten Schmieden, Verformungsgeschwindigkeit, Temperatur bei dem letzten Schmieden, Glühprozess von Schmiedeteilen und Proben, gefolgt nach gegenwärtiger Technologie von Stahl H13. Das Schmiedenverhältnis ist 5 - 6. Die Abschrecktemperatur beträgt 1060°C-1080°C. Die Anlasstemperatur ist 550°C-600°C. Produkt RX4-RX9 wird damit hergestellt.

[0019] Beispiel 2: Werkzeuge für die Schnellschmiedemaschine: Verhüttung mit Lichtbogenofen + Pfanneraffinierung, dadurch werden die primäre Stahlbarren erstellt. Danach werden die Stahlbarren mit super guter Qualität durch zweimaliges ESU erstellt. Durch das hexaedrische Schmieden nach der Glühung mit kontrolliertem Schmiedeverhältnis wird die Isotropie des Materials über 0,85 erreicht. Durch die Glühen auf kugeligen Zementit nach Schmieden werden die Werkzeug-Rohlinge hergestellt. Die Werkzeuge werden durch grobe mechanische Bearbeitung, Vergütung (Abschrecken + Anlassen) und letzte mechanische Bearbeitung produziert. Die Lebensdauer der mit den neuen Materialien hergestellten Werkzeuge ist ungefähr doppelt solang wie die von dem chinesischen Stahl H13. Die Zusammensetzung der Elemente siehe nach RX4 in der Tabelle 1.

[0020] Beispiel 3: Werkzeuge für Druckguss von Aluminiumlegierung: Verhüttung mit Lichtbogenofen + Pfanneraffinierung, dadurch werden die primäre Stahlbarren erstellt. Danach werden 2/5 österreichisches Patentamt AT 12365 U1 2012-04-15 die Stahlbarren mit guter Qualität durch ESU erstellt. Durch das hexaedrische Schmieden nach der Glühung mit kontrolliertem Schmiedeverhältnis wird die Isotropie des Materials über 0,8 erreicht. Durch das Glühen auf kugeligen Zementit nach Schmieden werden die Rohlinge hergestellt. Die Werkzeuge werden durch grobe mechanische Bearbeitung, Vergü-tung(Abschrecken + Anlassen) und letzte mechanische Bearbeitung produziert. Die Lebensdauer der mit den neuen Materialien hergestellten Formen ist ungefähr das 1,5-fache von der Lebensdauer des chinesischen Stahls H13. Die Zusammensetzung der Elemente siehe bitte nach RX8 in der Tabelle 1.

[0021] Im Vergleich zu den vorhandenen Technologien verfügt die Erfindung über folgende Vorteile: [0022] (1) Die Stähle sind kohlenstoffarm, enthält keine Nickel oder Kobalt und hat zudem eine kleine Menge von nichtmetallischen Elementen wie N usw. Hinsichtlich der Technologie und Wirtschaftlichkeit hat die Erfindung besondere und ausgezeichnete Leistungen. Sie berücksichtigt dabei verschiedene Aspekte wie die Technologie, die Nutzbarkeit, die Haltbarkeit und die Wirtschaftlichkeit. Die Schmelztechnologie gewährleistet den erforderlichen Reinheitsgrad. Die Warmumformung ist relativ einfach durchzuführen. Die mechanischen Eigenschaften wie die Festigkeit und Zähigkeit über 600°C sind besser als die von den anderen Stählen wie H13. Gleichzeitig ist der Preis so hoch wie H13. Der Gehalt von Legierungselementen ist niedrig und deren Herstellungskosten sind günstig. Verschiedene Legierungselemente werden benutzt. Die Konzentrationen von den verschiedenen Legierungselementen sind steuerbar. Damit wird der Nachteil von den vorhandenen Legierungen überwindet. In Stand der Technik kann keine Legierung gefunden werden, die gleichzeitig C, Si, Mn, Cr, Mo, N und V enthält. Wenn die oben genannten Bedingungen erfüllt werden, verfügt der Stahl über ausgezeichnete umfassende Eigenschaften.

[0023] (2) Je nach den tatsächlichen Arbeitsbedingungen und den gewünschten Eigenschaften des Materials können verschiedene Technologieverfahren gewählt werden, davon ist bei den Qualitätsklassen S und P der Indikator „Restelemente" S, P, N, H und O < 300ppm, die Isotropie > 0.9, die nichtmetallische Größe <17pm. Dabei wird das international fortgeschrittene Niveau erreicht. Über konkrete Ergebnisse siehe bitte die Tabelle 2. Darin ist D2 amerikanisches und H13 chinesisches Produkt. 0024] Tabelle 2: Vergleich der Leistungen von den Materialien der neuen Technologie und

Eigenschaften Kategorie S, P, N, Η, O "Restelemente"Gehalt Isotropie Nichtmetallische Größe Marktpreis (RMB/t) D2 H13 Inländisches Material >400ppm 0.65 20 ~ 100 pm 30,000 28,000 Ausländisches Material <350ppm 0.8-0.9 <21 pm 90,000 80,000 Beispiel RX Material <250ppm >0.9 <17pm 35,000 33,000 [0025] Die Lebensdauer der Formen hat sich, wie im Bild 1 gezeigt, viel erhöht. Die Lebensdauer von inländisch hergestelltem H13 beträgt 2000-3000 Male, die Lebensdauer des von ASSAB hergestellten Stahls 8402 beträgt 4000-5000 Male, die Lebensdauer des von Deutschland produzierten Stahls 2365 beträgt 5600 -5900 Male, und die Lebensdauer von dem Beispiel Stahl RX erreicht über 7000 Male.

[0026] Nach Oberflächebehandlungen kann die Lebensdauer von dem neuen Material RX über 8000 Male erreichen. Damit überschreitet sie die Lebensdauer des von Deutschland hergestellten Materials gleichen Typs (auch mit der Oberflächenbehandlung). Die Produktionskosten von RX betragen aber nur 50%-60% von dem deutschen Material gleichen Typs. 3/5

Claims (3)

1. österreichisches Patentamt AT 12365 U1 2012-04-15 Ansprüche 1. Ein Umform- oder Urformwerkzeugstahl, der die folgende Legierungselemente enthält: 0,30 Gew.-% - 0,40 Gew.-% C, 3,00 Gew.-% - 10,00 Gew.-% Cr, 0 Gew.-% - 0,15 Gew.-% N, 0,50 Gew.-% - 1,00 Gew.-% Mn, 0,30 Gew.-% -1,00 Gew.-% Si, 1.00-2.40 Gew.-% Mo, O. 5 Gew.-%-1.00 Gew.-% V, P<0.030 Gew.-%, S<0.030 Gew.-%, die Reste sind Fe und unvermeidbare Verunreinigung.
2. 2. Ein Umform- oder Urformwerkzeugstahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl 0.04-0.06 Gew.-% N, 3.00 Gew.-% Cr, 1.9 Gew.-% Mo, 0.70 Gew.-% Mn, 0.80 Gew.-% Si und 0.94 Gew.-% V enthält.
3. 3. Ein Umform- oder Urformwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug aus dem Stahl nach Anspruch 1 oder 2 hergestellt wird. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5