CS276548B6

CS276548B6 - Alloy tool steel

Info

Publication number: CS276548B6
Application number: CS903001A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Ing Lieberzeit; Jiri Ing Csc Krejcik; Milan Ing Csc Vocel
Original assignee: Statni Vyzkumny Ustav Material
Priority date: 1990-06-15
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1992-06-17
Also published as: CS300190A3

Abstract

•Ocel s velkou odolností proti abrazívnímu · a adhezívnímu opotřebení bez účinku silných rázů, obsahující 1,3 až 2,4 % hmot. C, 0,3 až 0,7 % hmot. Mn., stopy až 0,5 % hmot. Si, stopy až 0,03 % hmot. P, stopy až 0,025 % hmot. S, 0,01 až 1,5 % hmot. Al, 0,01 až 0,3 % hmot. Ti a 0,1 až 2,0 % hmot. Ni. Dále obsahuje v kombinaci 4,0 až 9,0 % hmot. V, 2,0 až 14 % hmot. Cr a 2,0 až 6,0 % hmot. (W + 2,Mo). Obsahy legur C : V : Cr : (W + 2.Mo) jsou při spodní hranici obsahu C v poměru 1 : 3 : 10 : 4 a jejich celkový obsah činí 24 % hmot., při horní hranici obsahu C jsou v poměru 1 : 3,5 :1:1a jejich cel- , kový obsah činí 13 % hmot., přičemž hodnota obsahů legur se stoupajícím obsahem C monotónně klesá. Ocel může dále obsahovat 0,03 až 0,1 % hmot. N.• Steel with high abrasion resistance · and adhesive wear without the effect of strong ones % impurities, containing 1.3 to 2.4 wt. C, 0.3 up to 0.7 wt. Mn., Traces up to 0.5 wt. Are you up to 0.03 wt. P, track up to 0.025% wt. S, 0.01 to 1.5 wt. Al, 0.01 to 0.3 % wt. Ti and 0.1 to 2.0 wt. Ni. It also contains in a combination of 4.0 to 9.0 wt. IN, 2.0 to 14 wt. Cr and 2.0 to 6.0 wt. (W + 2, Mo). Legions C: V: Cr: (W + 2.Mo) are at the lower limit of the C content in the ratio 1: 3: 10: 4 and their overall content 24% by weight, at the upper limit of C content 1: 3.5: 1: 1a the content of which is 13% by weight, the value being the contents of the alloy with increasing C content monotonously falling. The steel may further comprise 0.03 % to 0.1 wt. N.

Description

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká legované nástrojové oceli určené do podmínek velkého abrazivního opotřebení, většinou bez účinku nadměrných rázů. Používá se proto zejména k výrobě lisovacích forem a matric, dá se však použít i k výrobě různých typů nástrojů tvářecích a střižných, u kterých je významný podíl i rázového a nízkocyklového namáhání. Dosavadní stav technikyThe invention relates to alloy tool steel intended for conditions of high abrasive wear, mostly without the effect of excessive shocks. It is therefore mainly used for the production of molds and dies, but it can also be used for the production of various types of forming and cutting tools, in which the proportion of impact and low-cycle stress is significant. Prior art

Nástroje určené do podmínek intenzívní ábraze se obvykle vyrábějí ze slinutých karbidů, dále z chromových ledeburitičkých ocelí, nebo se využívá speciálních tvrdých vrstev Havarovaných nebo vrstev nástřiků. Nevýhodou nástrojů ze slinutých karbidů je jejich vysoká výrobní cena, malá houževnatost ,a určitá omezení z hlediska tvaru a velikosti součásti. Klasické chromové ledeburitické oceli mají vysokou heterogenitu struktury a anisotropii vlastností, ovlivněnou velkou řádkovitostí hrubých chromových karbidů. Použití tvrdých návarů a nástřiků je komplikované z hlediska technologie i ceny přídavných materiálů. Jsou též známé nástrojové oceli, např. podle patentů SU č. 831 853 a SU č. 956 600, s obsáhem uhlíku 1,2 až 2,5 % hmot., chrómu 5,5 až 9 % hmot., molybdenu max. 1 % hmot, a vanadu 2 až 2,5 % hmot,, které dosahují zvýšené odolnosti proti abrazi obsahem titanu v rozmezí od 1 do 2,5 % hmot. Dále je známa ocel dle patentu EP č. 0 230 576, která má údajně mít velkou odolnost proti abrazi, přičemž k dosažení tohoto účelu se využívá řady karbidotvorných a jiných prvků, a to v rozmezích, která se na základě současných znalostí jeví jako technicky nereálná. Podle uvedeného patentu může např. existovat ocel S vysokou odolností proti otěru, obsahující pouze 0,4 % hmot, uhlíku a 1 % hmot, vanadu, při obsahu ostatních legujících prvků v rozmezí obsahů nečistot, a současně ocel, obsahující 4,5 % hmot. ¹uhlíku, 2 % hmot, manganu, 2,5 % hmot, křemíku, 6 % hmot, chrómu, 4 % hmot, molybdenu, 21 % hmot, vanadu, 16 % hmot, titanu a kombinaci kobaltu, vanadu, niobu a dusíku v mninožství 10 % hmot., dále 4 % hmot, niobu a 2 % dusíku. Přes existenci shora uvedeného patentu lze předpokládat, že chráněné rozmezí, zejména u některých prvků, je technicky nereálné. To se týká zejména obsahu 4,5 % hmot, uhlíku, 21 % hmot, vanadu, 16 % hmot, titanu, 2 % hmot, dusíku a 4 % hmot, niobu. V obou uváděných příkladech zmiňovaného EP patentu nejsou vůbec zahrnuta složení, která by potvrdila reálnost složení oceli při spodní a horní hranici uvedených prvků.Tools designed for intensive abrasion conditions are usually made of sintered carbides, chrome ledeburitic steels, or special hard layers of Crashed or sprayed layers are used. The disadvantages of sintered carbide tools are their high production cost, low toughness, and certain limitations in terms of part shape and size. Classical chromium ledeburitic steels have a high heterogeneity of structure and anisotropy of properties, influenced by the large linearity of coarse chromium carbides. The use of hard welds and sprays is complicated in terms of technology and the price of additional materials. Tool steels are also known, eg according to patents SU No. 831 853 and SU No. 956 600, with a carbon content of 1.2 to 2.5% by weight, chromium 5.5 to 9% by weight, molybdenum max. % by weight, and vanadium 2 to 2.5% by weight, which achieve increased abrasion resistance with a titanium content in the range of 1 to 2.5% by weight. Furthermore, a steel is known according to EP patent No. 0 230 576, which is said to have a high resistance to abrasion, and to achieve this purpose a number of carbide-forming and other elements are used, in ranges which, based on current knowledge, appear technically unrealistic. . According to said patent, for example, there may be a steel with high abrasion resistance, containing only 0.4% by weight, carbon and 1% by weight, vanadium, with a content of other alloying elements in the impurity content range, and at the same time a steel containing 4.5% by weight. . ¹ carbon, 2% by weight, manganese, 2.5% by weight, silicon, 6% by weight, chromium, 4% by weight, molybdenum, 21% by weight, vanadium, 16% by weight, titanium and a combination of cobalt, vanadium, niobium and nitrogen in amount of 10% by weight, then 4% by weight, niobium and 2% nitrogen. Despite the existence of the above patent, it can be assumed that the protected range, especially for some elements, is technically unrealistic. This applies in particular to a content of 4.5% by weight, carbon, 21% by weight, vanadium, 16% by weight, titanium, 2% by weight, nitrogen and 4% by weight, niobium. In the two cited examples of the mentioned EP patent, compositions are not included at all, which would confirm the reality of the composition of the steel at the lower and upper limit of said elements.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Uvedené nedostatky v podstatné míře odstraňuje legovaná nástrojová ocel s velkou odolností proti abrazívnímu a adhezívnímu opotřebení, obsahující uhlík v množství od 1,3 do 2,4 % hmot., mangan od 0,3 do 0,7 % hmot., křemík stopy až 0,5 % hmot., fosfor stopy až 0,03 % hmot., síru stopy až 0,025 ¾ hmot., hliník od 0,01 do 1,5 % hmot., titan od 0,01 do 0,3 % hmot, a nikl od 0,1 do 2,0 % hmot. Podstata vynálezu spočívá v tom, že ocel dále obsahuje v kombinaci prvky vanad v množství od 4,0 do 9,0 % hmot., chrom od 2,0 do 14,0 % hmot, a (wolfram + 2krát molybden) do 2,0 do 6,0 % hmot. Obsahy legur uhlík : vanad : chrom : (wolfram + 2krát molybden) jsou při spodní hranici obsahu uhlíku v poměru 1 : 3 : 10 : 4 a jejich celkový obsah činí 24 % hmot., při horní hranici obsahu uhlíku jsou obsahy legur v poměru 1 : 3,5 :1:1a jejich celkový obsah činí 13 % hmot., přičemž množství legur se stoupajícím obsahem uhlíku monotonně klesá. Ocel může dále obsahovat dusík v množství od 0,03 do 0,1 % hmot.These shortcomings are substantially eliminated by alloy tool steel with high resistance to abrasive and adhesive wear, containing carbon in an amount of from 1.3 to 2.4% by weight, manganese from 0.3 to 0.7% by weight, silicon traces up to 0.5% by weight, phosphorus traces up to 0.03% by weight, sulfur traces up to 0.025 ¾ by weight, aluminum from 0.01 to 1.5% by weight, titanium from 0.01 to 0.3% by weight, and nickel from 0.1 to 2.0 wt. The essence of the invention is that the steel further contains in combination vanadium elements in an amount of from 4.0 to 9.0% by weight, chromium from 2.0 to 14.0% by weight, and (tungsten + 2 times molybdenum) up to 2, 0 to 6.0 wt. The contents of carbon: vanadium: chromium: (tungsten + 2 times molybdenum) alloys are at the lower limit of the carbon content in the ratio 1: 3: 10: 4 and their total content is 24% by weight, at the upper limit of the carbon content the alloys are in the ratio 1 : 3,5: 1: 1 and their total content is 13% by weight, while the amount of alloys decreases monotonically with increasing carbon content. The steel may further contain nitrogen in an amount of from 0.03 to 0.1% by weight.

Výhoda chemického složení oceli podle vynálezu spočívá v tom, že ocel má po tepelném zpracování velmi vysokou tvrdost v rozmezí 65 až 67 HRc, danou velkým množstvím speciálních tvrdých karbidů legujících prvků, velmi jemnou strukturu a vysokou odolnost proti abrazi. Speciálním chemicko-tepelným zpracováním oceli se dosáhne vytvoření povrchové vrstvy nitridů do hloubky 0,03 až 0,2 mm, která dále zlepšuje odolnost oceli proti abrazívním účinkům. Docílit extrémně vysoké odolnosti proti abrazi lze i kalením z vysokých austenitizačních teplot, a to při poměrně nízké tvrdosti 45 až 50 HRc.The advantage of the chemical composition of the steel according to the invention is that the steel has a very high hardness in the range of 65 to 67 HRc after heat treatment, given the large amount of special hard carbide alloying elements, very fine structure and high abrasion resistance. The special chemical-thermal treatment of the steel achieves the formation of a surface layer of nitrides to a depth of 0.03 to 0.2 mm, which further improves the resistance of the steel to abrasive effects. Extremely high abrasion resistance can also be achieved by hardening from high austenitization temperatures, at a relatively low hardness of 45 to 50 HRc.

CS 276548 8 6CS 276548 8 6

Příklady provedení vynálezu .Examples of embodiments of the invention.

Příklad 1Example 1

Byla odlita nástrojová ocel obsahující 2,34 % hmot, uhlíku, 0,31 % hmot, manganu, 0,35 % hmot, křemíku, 0,028 % hmot, fosforu, 0,021 % hmot, síry, 0,08 % hmot, titanu, 0,012 % hmot, hliníku, 7,83 % hmot, vanadu, 2,35 % hmot, chrómu, 0,3 % hmot, wolframu a 1,11 % hmot, molybdenu, 0,046 % hmot, dusíku a 0,32 % hmot, niklu. Z oceli byla vyrobena tyčová ocel o průměru 100 mm a z ní dále vylisovány kroužky. Tepelné zpracování kroužků bylo 980 °C do oleje, popouštění 2 h na 200 °C. Dosažená tvrdost činila 66,5 HRc. Odolnost proti abrazívnímu opotřebení byla ve srovnání s 12% chromovou ledeburitickou ocelí o 25 % vyšší, a to při zkoušce na brusném korundovém plátně. Při provozním ověření při lisování brusných kotoučů prokazovala tato ocel až o 30 % vyšší odolnost oproti 12% chromové ledeburitické oceli a až 2,5násobné zvýšení životnosti oproti běžné manganové nástrojové oceli.A tool steel containing 2.34% by weight, carbon, 0.31% by weight, manganese, 0.35% by weight, silicon, 0.028% by weight, phosphorus, 0.021% by weight, sulfur, 0.08% by weight, titanium, 0.012 was cast. % by weight, aluminum, 7.83% by weight, vanadium, 2.35% by weight, chromium, 0.3% by weight, tungsten and 1.11% by weight, molybdenum, 0.046% by weight, nitrogen and 0.32% by weight, nickel . Bar steel with a diameter of 100 mm was made of steel and rings were further extruded from it. The heat treatment of the rings was 980 ° C into oil, tempering for 2 h at 200 ° C. The achieved hardness was 66.5 HRc. The abrasion resistance was 25% higher than that of 12% chromium ledeburitic steel when tested on an abrasive corundum cloth. When tested in operation when pressing grinding wheels, this steel showed up to 30% higher resistance compared to 12% chromium ledeburitic steel and up to a 2.5-fold increase in service life compared to conventional manganese tool steel.

Vyčíslení obsahů jednotlivých prvků oceli:Calculation of contents of individual steel elements:

C : C: ί V : ί V: : Cr : : Cr: (W + 2.M0) (W + 2.M0) legury celkem alloys total ¾ hmot. ¾ wt. 2,34 : 2.34: : 7,83 : : 7.83: : 2,35 : : 2.35: (0,30 + 2.1,11) (0.30 + 2.1.11) 15,04 15.04 poměr ratio 1,0 : 1.0: : 3,35 : : 3.35: : 1,0 : : 1.0: 1,07 1.07

Příklad 2Example 2

Byla odlita nástrojová ocel obsahující 1,81 % hmot, uhlíku, 0,6 % hmot, manganu, 0,38 % hmot, křemíku, 0,022 % hmot, fosforu, 0,015 % hmot, síry, 0,42 % hmot, niklu, 6,82 % hmot, chrómu, 5,B % hmot, vanadu, 1,0 % hmot, wolframu a 0,85 % hmot, molybdenu, 0,86 % hmot, hliníku a 0,15 % hmot, titanu. Z oceli byla vyrobena tyčová ocel o průměru 65 mm a z ní následně matrice na lisy TRUMATIC. Tepelné zpracování matric bylo 1 050 °C do oleje, popuštění 3 x 1 h na 540 °C. Dosažená tvrdost činila 67 HRc. Oproti 12% chromové ledeburitické oceli vykazovala ocel dle vynálezu při provozním ověření až trojnásobnou životnost.A tool steel containing 1.81% by weight, carbon, 0.6% by weight, manganese, 0.38% by weight, silicon, 0.022% by weight, phosphorus, 0.015% by weight, sulfur, 0.42% by weight, nickel, 6 82% by weight of chromium, 5.0% by weight of vanadium, 1.0% by weight of tungsten and 0.85% by weight of molybdenum, 0.86% by weight of aluminum and 0.15% by weight of titanium. Bar steel with a diameter of 65 mm was made of steel, followed by a die for TRUMATIC presses. The heat treatment of the matrices was 1,050 ° C in oil, tempering 3 x 1 h at 540 ° C. The achieved hardness was 67 HRc. Compared to 12% chromium ledeburitic steel, the steel according to the invention had a service life of up to three times when tested.

c C V : V: Cr : Cr: (W + 2.Mo) (W + 2.Mo) legury celkem alloys total % hmot. % wt. 1,81 1.81 : 5,80 : : 5.80: 6,82 : 6.82: (1,0 + 2.0,85) (1.0 + 2.0.85) 17,13 17.13 poměr ratio hO him : 3,2 : : 3.2: 3,7 : 3.7: 1,49 1.49

Příklad 3Example 3

Byla odlita nástrojová ocel obsahující 1,31 % hmot, uhlíku, 0,45 % hmot, manganu, 0,'35 % hmot, křemíku, 0,025 % hmot, fosforu, 0,011 % hmot, síry, 1,2 % hmot, niklu, 12,83 % hmot, chrómu, 4,2 % hmot, vanadu, 1,92 % hmot, wolframu a 1,52 % hmot, molybdenu, 0,086 % hmot, dusíku, 0,32 % hmot, hliníku a 0,28 % hmot, titanu. Z oceli byla .vyrobena tyčová ocel o 0 22 mm a z ní potom razňíky pro objemové tváření. Tepelné zpracování bylo 1 020 °C do oleje, popuštění 3 x 1 h na 560 °C. Dosažená tvrdost činila 63 HRc. Oproti 12% chromové ledeburitické oceli vykazovaly razníky až čtyřnásobné zvýšení životnosti.A tool steel containing 1.31% by weight, carbon, 0.45% by weight, manganese, 0.35% by weight, silicon, 0.025% by weight, phosphorus, 0.011% by weight, sulfur, 1.2% by weight, nickel, 12.83% by weight, chromium, 4.2% by weight, vanadium, 1.92% by weight, tungsten and 1.52% by weight, molybdenum, 0.086% by weight, nitrogen, 0.32% by weight, aluminum and 0.28% by weight mass, titanium. Bar steel of 0-22 mm was produced from steel and then punches for volume forming were made from it. Heat treatment was 1,020 ° C to oil, tempering 3 x 1 h at 560 ° C. The achieved hardness was 63 HRc. Compared to 12% chromium ledeburitic steel, the punches showed up to a fourfold increase in service life.

C : C: V : V: Cr : Cr: (W + 2.Mo) (W + 2.Mo) legury celkem alloys total % hmot. % wt. 1,31 : 1.31: 4,20 : 4.20: 12,83 : 12.83: (1,92 + 2.1,52) (1.92 ± 2.1.52) 23,3 23.3 poměr ratio 1,0 : 1.0: 3,2 : 3.2: 9,79 : 9.79: 3,79 3.79

Obsah jednotlivých prvků uvedených v příkladech 1 až 3 vychází z poměrů uhlík : vanad : chrom : (wolfram + 2krát molybden) podle obsahu uhlíku.The content of the individual elements mentioned in Examples 1 to 3 is based on the ratios of carbon: vanadium: chromium: (tungsten + 2 times molybdenum) according to the carbon content.

CS 276548 B 6 .CS 276548 B 6.

Při spodní hranici C = 1,3 % hmot, poměr C : V : Cr : (W + 2.Mo) = 1 : 3 : 10 : 4, přičemž celkový obsah legur je 24 % hmot.At the lower limit of C = 1.3% by weight, the ratio C: V: Cr: (W + 2.Mo) = 1: 3: 10: 4, the total alloy content being 24% by weight.

Při horní hranici C =2,4 % hmot, poměr C : V : Cr : (W + 2.Mo) = 1 : 3,5 : 1 : 1, přičemž celkový obsah legur je 13 % hmot.At the upper limit of C = 2.4% by weight, the ratio C: V: Cr: (W + 2.Mo) = 1: 3.5: 1: 1, the total alloy content being 13% by weight.

Se stoupajícím obsahem uhlíku pak obsah zmíněných legur monotonně klesá, tj. z 24 % na 13 % hmot.With increasing carbon content, the content of said alloys decreases monotonically, ie from 24% to 13% by weight.

Claims

PATENT CLAIMS

1. Alloyed tool steel with high resistance to abrasive and adhesive wear without the effect of strong shocks, containing carbon in an amount of from 1.3 to 2.4% by weight, manganese from 0.3 to 0.7% by weight, silicon traces up to 0.5% by weight, phosphorus traces up to 0.03% by weight, sulfur traces up to 0.025% by weight, aluminum from 0.01 to 1.5% by weight, titanium from 0.01 to 0.3% by weight , nickel from 0.1 to 2.0% by weight, characterized in that it further contains in combination vanadium elements in an amount of from 4.0 to 9.0% by weight, chromium from 2.0 to 14.0% by weight. and (tungsten + 2 times molybdenum) from 2.0 to 6.0 wt.%, the carbon: vanadium: chromium: (tungsten + 2 times molybdenum) alloy contents being 1: 3: 10 at the lower limit of the carbon content: 4 and their total content is 24% by weight, while at the upper limit of the carbon content the alloy contents are in the ratio 1: 3.5: 1: 1 and their total content is 13% by weight, while the value of the alloy content with increasing carbon content monotonically declining.

2. Alloyed tool steel according to claim 1, characterized in that it contains nitrogen in an amount