DE1806224C3 - Use of an austenitic, solution-annealed, hardenable manganese-nickel-chromium steel as a material for hot work tools that are stressed up to 700 degrees C. - Google Patents
Use of an austenitic, solution-annealed, hardenable manganese-nickel-chromium steel as a material for hot work tools that are stressed up to 700 degrees C.Info
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Description
Rest Eisen und den üblichen Verunreinigungen, als Werkstoff für solche Warmarbeitswerkzeuge, die, wie bei hoher Temperatur beanspruchte Strangpreßwerkzeuge, im Bereich von 20 bis 7000C hohe Zugfestigkeit, Härte und Zähigkeit aufweisen müssen.The remainder is iron and the usual impurities as a material for hot work tools which, like extrusion tools which are stressed at high temperatures, must have high tensile strength, hardness and toughness in the range from 20 to 700 ° C.
2. Verwendung eines Stahles gemäß Anspruch 1, dessen Borgehalt 0,01 % beträgt, für den genannten Zweck.2. Use of a steel according to claim 1, the boron content of which is 0.01%, for said Purpose.
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines austenitischen, lösungsgegJühten, aushärtenden Mangan-Nickel-Chrom-Stahles als Werkstoff für solche Warmarbeitswerkzeuge, die, wie bei hoher Temperatur beanspruchte Strangpreßwerkzeuge, im Bereich von 20 bis 700°C hohe Zugfestigkeit, Härte und Zähigkeit aufweisen müssen.The invention relates to the use of an austenitic, solution-annealed, hardening manganese-nickel-chromium steel as a material for such hot work tools, such as extrusion tools stressed at high temperatures, in the range of Must have high tensile strength, hardness and toughness between 20 and 700 ° C.
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tv aiiuaitv aiiuai
i iUA.ugh.ili iUA.ugh.il
Strangpreßmatrizen besteht darin, daß sie im Oberflächenbereich der hohen Temperatur des gepreßten Stranges ausgesetzt sind und bei dieser Temperatur eine hohe Härte und damit große Verschleißfestigkeit aufweisen müssen, daß aber andererseits auch von der Oberfläche entfernter liegende und damit kühlere Bereiche ausreichende Festigkeit und Zähigkeit aufweisen müssen, um die Übertragung der Verformungskräfte zu gewährleisten. Extrusion dies consists in the fact that they are in the surface area of the high temperature of the extruded Strands are exposed and at this temperature a high hardness and thus great wear resistance must have, but on the other hand also more distant and therefore cooler ones from the surface Areas must have sufficient strength and toughness to ensure the transmission of the deformation forces.
Bisher wurden als Warmarbeitsstähle in der Regel martensitische Stähle verwendet, bei denen durch Härten und Anlassen eine ausreichend hohe Raumtemperaturhärte erzielt werden kann. Die Härte zeigt jedoch bei diesem Stahltyp ein verhältnismäßig schnelles Absinken bei ungefähr 600°C übersteigenden Temperaturen. Dieser Temperaturbereich über 6000C ist für viele Warmbearbeitungszwecke, z. B. Strangpressen von Kupfer, wichtig; deshalb haben diese martensitischen Stähle für die Verwendung als, Werkstoff für Warmarbeitswerkzeuge eine unzureichende Warmhärte und damit eine schlechte Verschleißfestigkeit. So far, martensitic steels have generally been used as hot-work steels, in which a sufficiently high room temperature hardness can be achieved through hardening and tempering. However, the hardness of this type of steel shows a relatively rapid decrease at temperatures exceeding approximately 600 ° C. This temperature range over 600 0 C for many hot working purposes such. B. Extrusion of copper, important; therefore, these martensitic steels for use as a material for hot work tools have insufficient hot hardness and thus poor wear resistance.
Für Anwendungszwecke, bei denen es auf Warmfestigkeit ankommt, werden auch austenitische Stähle verwendet. Sie haben jedoch eine niedrige Härte bei Raumtemperatur, die durch. Kaltbearbeitung erhöht werden muß, was jedoch gerade bei der Verwendung als Werkstoff für Warmarbeitswerkzeuge ungünstig ist. Außerdem haben austenitische Stähle in der Regel eine bei Raumtemperatur zwar hohe, bei höherenAustenitic steels are also used for applications that require high-temperature strength used. However, they have a low hardness at room temperature, which is due to it. Cold working increased must be, which is particularly unfavorable when used as a material for hot work tools. In addition, austenitic steels generally have a higher temperature at room temperature and higher
Rest Eisen und den üblichen Verunreinigungen, als Werkstoff für solche Warmarbeitswerkzeuge, die, wie bei hoher Temperatur beanspruchte Strangpreßwerkzeuge, im Bereich von 20 bis 7000C hohe Zug-Remaining iron and the usual impurities, as a material for such hot work tools, which, like extrusion tools stressed at high temperatures, in the range of 20 to 700 0 C high tensile
festigkeit, Härte und Zähigkeit aufweisen müssen.must have strength, hardness and toughness.
Stähle, deren Zusammensetzungen die genanntenSteels, the compositions of which are those mentioned
Bereiche der Lcgierungsbestandteile umfassen, sind an sich bekannt (vgl. DT-AS 10 32 296). Aus dieserRanges of alloy ingredients are on known (see. DT-AS 10 32 296). From this
Druckschrift geht hervor, daß diese Stähle nach Lösungsglühen zwischen 1000 und 1300°C zu Gegenständen geformt und dann durch Anlassen bei Temperaturen zwischen 300 und 9000C ausgehärtet werden können und dsrüi eins SircckTcnz? vnn minrWtpns 60 kg/mms bei Raumtemperatur aufweisen können.Document shows that these steels can be formed by solution annealing from 1000 to 1300 ° C to objects and then cured by annealing at temperatures between 300 and 900 0 C and dsrüi one SircckTcnz? vnn minrWtpns 60 kg / mm s at room temperature.
Ein ähnlicher Stahl, der jedoch kein Wolfram enthält und dessen Molybdän- und Chromgehalte unkritisch sind, ist zur Verwendung insbesondere für Generatorringe bekannt (vgl. US-PS 28 65 740). Dieser bekannte Stahl ist aushärtbar und kann bei Raumtemperatur eine hohe Härte von über 430 Vickers-Einheiten haben. Die genannten Druckschriften enthalten aber keine Angaben über Härte, Zugfestigkeit und Zähigkeit dieser Legierungen bei höheren Temperaturen bis zu 700° C, insbesondere auch über die Stabilität des beim Ausscheidungshärten erzielten Gefüges beim Arbeiten in diesem Temperaturbereich. Diese bekannten Stähle können deshalb deren Verwendung für solche Warmarbeitswerkzeuge, die bis 7000C beansprucht werden, nicht nahelegen. Die erfindungsgcmäß vorgeschlagene Verwendung des Mangan-Nickel-Chrom-Stahles beseitigt in vorteilhafter Weise die Nachteile der bisher für Warmarbeitswerkzeuge eingesetzten Stähle, die entweder bei Raumtemperatur oder bei Arbeitstemperatur bzw. den dazwischenliegenden Temperaturen Bereiche ungenügender Härte, Festigkeit oder Zähigkeit aufweisen. Bei dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl wird das stabile Austenitgefüge durch Zusätze von Mangan und Nickel sichergestellt. Alterungsversuche bei 700°C und 2,5 Stunden sind mit einer aus 0,4% Silizium, 4,5% Chrom, 1,0% Vanadin, 1,5% Molybdän, 1,5% Wolfram sowie mit den Kohlenstoffgehalten 0,3 und 0,8% und variierender Menge Mangan undA similar steel, which however does not contain tungsten and whose molybdenum and chromium contents are not critical, is known for use in particular for generator rings (cf. US Pat. No. 2,865,740). This known steel is hardenable and can have a high hardness of over 430 Vickers units at room temperature. However, the cited publications contain no information on the hardness, tensile strength and toughness of these alloys at higher temperatures up to 700 ° C., in particular also on the stability of the structure achieved during precipitation hardening when working in this temperature range. These known steels can therefore not suggest their use for such hot work tools that are stressed up to 700 ° C. The use of the manganese-nickel-chromium steel proposed according to the invention advantageously eliminates the disadvantages of the steels previously used for hot work tools, which have areas of insufficient hardness, strength or toughness either at room temperature or at working temperature or the temperatures in between. In the steel to be used according to the invention, the stable austenite structure is ensured by the addition of manganese and nickel. Aging tests at 700 ° C. and 2.5 hours are made with one made of 0.4% silicon, 4.5% chromium, 1.0% vanadium, 1.5% molybdenum, 1.5% tungsten and with a carbon content of 0.3 and 0.8% and varying amount of manganese and
Nicke! bestehenden Eiscnkgierüag durchgeführt wor- worden sind, und Tabelle 2 zeigt die Härtewerte bei
den. Bei dem 0,8% Kohlenstoff enthaltend«, Stahltyp Raumtemperatur für diese Stahllegierungen nach
zeugte sich, daß dieser 'owohl ohne Zusatz von unterschiedlichen Wärmebehandlungen. Tabeiie 3 gibt
Mangan und Nickel als auch mit Zusatz von 2 bzw. die Härte bei Temperaturen von 20 bis 7000C an und
4% Mangan stark magnetische Eigenschaften aufwies, s Tabelle 4 die Festigkeitseigenschaften für einige der
Eine entstehende Legierung, jedoch mit 4% Mangan untersuchten Stahllegierungen. Tabelle S enthält die
und 1% Nicke! oder 4% Mangan und 2% Nickel Korngröße für einige der untersuchten Stähle,
hat noch immer schwach magnetische Eigenschaften, Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, fallen die Stähle 1,
während Zusätze von 6% Mangan und 2% Nickel, 2 und 3 aus den vorgeschriebenen Aualysengreazen
6% Maagsn und 4% Nickel, 8% Mangan und 4°/ j» faera-js, und in Cbefeiaaüounung mit Tabeiie 2 ergeben
Nickel sowie iuyo Mangan und 6% Nickel sämtlich sie auch eine wesentlich niedrigere Härte bei Raumunmagnetische
Stähle ergaben. Eine 0,8% Kohlen- temperatur als die übrigen Stähle und erfüllen mithin
stoff, 3,9% Siangan und 2,3% Nickel enthaltende nicht die gestellten Forderungen.
Legierung ergab einen Ferritgehalt (Martensitgehalt) Beim Vergleich der Stähle 3, 4 und 5 in Tabelle 2
von etwa 10%. l3 kann man deutlich den Effekt der Veränderung imNod! existing ice knuckle have been carried out, and Table 2 shows the hardness values for the. In the case of the steel type containing 0.8% carbon at room temperature for these steel alloys, it was shown that this was even without the addition of various heat treatments. Table 3 gives manganese and nickel as well as with the addition of 2 or the hardness at temperatures from 20 to 700 0 C and 4% manganese had strong magnetic properties, see Table 4 the strength properties for some of the resulting alloy, but with 4% Manganese examined steel alloys. Table S contains the and 1% nods! or 4% manganese and 2% nickel grain size for some of the steels examined,
still has weak magnetic properties, As can be seen from Table 1, steels 1 fall, while additions of 6% manganese and 2% nickel, 2 and 3 from the prescribed Aualysengreazen 6% Maagsn and 4% nickel, 8% manganese and 4 ° / j »faera-js, and in Cbefeiaaüounung with Tabeiie 2 result in nickel as well as iuy o manganese and 6% nickel, all of which also result in a much lower hardness in non-magnetic steels. A 0.8% carbon temperature than the other steels and therefore does not meet the requirements that are made of material containing 3.9% siangan and 2.3% nickel.
Alloy gave a ferrite content (martensite content) when comparing steels 3, 4 and 5 in Table 2 of about 10%. l3 one can clearly see the effect of the change in
Bei 0,3 % Kohlenstoff enthaltenden Stahllegierungen Vanadingehalt ersehen und die sehr starke WirkungFor steel alloys containing 0.3% carbon, see the vanadium content and the very strong effect
zeigte es sich, daß sie mit einem Gehalt von 4% dieses Legierungsbestandteils beim Aushärten fest-it was found that with a content of 4% of this alloy component they solidify during hardening.
Mangan und 0,5% Nickel, 4% Mangan und 2% stellen.Manganese and 0.5% nickel, 4% manganese and 2% represent.
Nickel 6% Mangan und 2% Nickel stark magnetisch Die Einwirkung von Molybdän und Wolfram gehtNickel 6% manganese and 2% nickel strongly magnetic. The action of molybdenum and tungsten goes
waren. Die entsprechende Stahlle^erung mit 8% 20 aus einem Vergleich ia der Tabelle 2 zwischen denwas. The corresponding steel yield with 8% 20 from a comparison ia in Table 2 between the
Mangan und 2% Nickel war magnetisch uad die mil Stählen 1, 4 und 2, 6 hervor und hier sieht man, daßManganese and 2% nickel were magnetic and steels 1, 4 and 2, 6 showed up and here you can see that
8/0 Mangan und 4% Nickel schwach magnetisch, auch diese Bestandteile eine sehr günstige Einwirkung8/0 manganese and 4% nickel are weakly magnetic, these components also have a very beneficial effect
während ein Zusatz von 10% Mangan und 6% Nickel auf das Aushärten haben.while having an addition of 10% manganese and 6% nickel on hardening.
einen unmagnetischen Suhl ergab. Eine 0,3 % Kohlen- Die Einwirkung des Niobzusatzes auf das Aushärtenresulted in a non-magnetic Suhl. A 0.3% carbon The effect of the niobium additive on hardening
stoff, 7,3% Mangan und 4,7% Nickel enthaltende as ergibt sich aus den Stählen 6 bis 9. Im Stahl 8 und 9as containing 7.3% manganese and 4.7% nickel results from steels 6 to 9. In steels 8 and 9
Stahllegierung ergab einen Ferritgehalt (Martensit- liegt der Niobgehalt höher als die zulässige obereSteel alloy resulted in a ferrite content (martensite - the niobium content is higher than the permissible upper one
gehalt) von etwa 10%. Grenze und hat, wie es scheint, eine Herabsetzungcontent) of about 10%. Limit and, it seems, has a discount
Aus diesen Versuchen geht hervor, daß bei den der Härte zur Folge.From these experiments it can be seen that the hardness results.
erfindungsgemäß zu verwendenden Stahltypen mit Bei Untersuchungen im praktischen Betrieb mit 0,8% Kohlenstoff, Gehalte unter 4% Mangan und 30 erfindungsgemäß zu verwendenden Stählen hat sich 2% Nickel und bei 0,3% Kohlenstoff unter 7% Man- herausgestellt, daß eine Matrize zum Strangpressen gan und unter 5% Nickel kein stabiles Austenitgefüge einer Nickel-Legierung, bestehend aus 0,12% Kohlenergeben, stoff, 0,35% Silizium, 0,03% Kupfer, 0,21% Eisen, Steel types to be used according to the invention with In investigations in practical operation with 0.8% carbon, contents below 4% manganese and 30 steels to be used according to the invention have proven to be useful 2% nickel and 0.3% carbon under 7% Man- turned out to be a die for extrusion Gan and below 5% nickel no stable austenite structure of a nickel alloy, consisting of 0.12% carbon, 0.35% silicon, 0.03% copper, 0.21% iron,
Das für die Härte entscheidende Aushärten wird im 0,26% Mangan, 15,1 % Chrom, 1,18% Titan, 4,71 % wesentlichen Grad vom Vanadinzusatz bewirkt, und 35 Aluminium, 20,1% Kobalt, 4,93% Molybdän, 0,009% hierbei dürfte die Ausscheidung von Vanadinkarbiden Bor, Rest Nickel für 130 Arbeitsgänge als Mittelwert große Bedeutung haben. Diese Vanadinkarbide und von sechs verschiedenen Preß-Scrien verwendet werden dabei insbesondere die, die nicht beim Lösungsglühen kennte. Bei vvähicini der Jahre ivoo/iyö/ durchgeaufgeiöst werden, wirken auch besonders vorteilhaft führten Untersuchungen mit zwei oft angewandten auf die Verschleißfestigkeit des Stahls ein. Unter- 40 martensitischen Stählen, enthaltend 0,36% Kohlensuchungen haben gezeigt, daß der Vanadingehalt stoff, 0,3% Silizium, 2,8% Chrom, 2,8% Molybdän, wenigstens0,6% betragen, l,6%aber nicht übersteigen 2,8% Kobalt, 0,5% Vanadin bzw. 0,4% Kohlenstoff, soll, da dieses eine Herabsetzung der Verformbarkeit 0,3% Silizium, 2,8% Chrom, 1,5% Molybdän, 5,0% bei hoher Temperatur mit sich bringt. Wolfram, 2,2% Kobalt, 1% Vanadin, betrugen dieThe hardening decisive for the hardness is in 0.26% manganese, 15.1% chromium, 1.18% titanium, 4.71% causes significant levels of vanadium addition, and 35 aluminum, 20.1% cobalt, 4.93% molybdenum, 0.009% in this case, the precipitation of vanadium carbides boron, the remainder nickel for 130 operations as an average have great importance. These vanadium carbides and can be used by six different pressing media especially those who did not know about solution annealing. At vvähicini of the years ivoo / iyö / completely dissolved also have a particularly beneficial effect, with two studies that are often used on the wear resistance of the steel. Under- 40 martensitic steels, containing 0.36% coal exploration have shown that the vanadium content, 0.3% silicon, 2.8% chromium, 2.8% molybdenum, be at least 0.6%, 1.6% but not more than 2.8% cobalt, 0.5% vanadium or 0.4% carbon, should, since this reduces deformability 0.3% silicon, 2.8% chromium, 1.5% molybdenum, 5.0% at high temperature brings with it. Tungsten, 2.2% cobalt, 1% vanadium, were the
Der Zusatz von Chrom ist günstig für das Aushärten 45 entsprechenden Mittelwerte nur 80 Arbeitsgänge jeThe addition of chromium is beneficial for hardening 45 corresponding averages only 80 operations each
und hat außerdem eine günstige Wirkung auf die Matrize.and also has a beneficial effect on the die.
Oxydationsbeständigkeit. Beim Strangpressen mit Matrizen aus den zuletztResistance to oxidation. When extruding with dies from the last
Auch Molybdän und Wolfram haben eine günstige Benannten marten«;<ti«chen Stähler, sind Kratzer anMolybdenum and tungsten also have a favorable name
Wirkung auf das Aüaliäiicn und verbessern ferner dem gepreßten Halbzeug bereits nach ungefährEffect on the Aüaliäiicn and also improve the pressed semi-finished product after approximately
offensichtlich die Verschleißfestigkeit des Stahls. Es 5° 10 Arbeitsgängen beobachtet worden, während beimobviously the wear resistance of the steel. There have been observed 5 ° 10 work cycles while at
hat sich daher als notwendig erwiesen, Molybdän und Strangpreßen mit Matrizen aus dem erfindungsgemäßhas therefore proven necessary to extrude molybdenum with dies from the invention
Wolfram in den angegebenen Mengen einzubringen. zu verwendenden Stahl Kratzer erst nach etwaBring tungsten in the specified amounts. steel to be used scratches only after about
Der Zusatz von Niob hat eine sehr günstige Wirkung 100 Arbeitsgängen aufzutreten begannen. Dieses zeigtThe addition of niobium has a very beneficial effect. 100 operations began to occur. This shows
auf die Feinkörnigkeit und wahrseinlich auch auf das eindeutig die Überlegenheit in der Verschleißfestigkeiton the fine grain and verily also on the clear superiority in the wear resistance
Zähigkeitsminimum bei 500 bis 700°C. Ein Niobgehalt 55 des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls. RisseToughness minimum at 500 to 700 ° C. A niobium content 55 of the steel to be used according to the invention. Cracks
von 0,2% scheint dabei am günstigsten zu sein. in den Strangpreß-Matrizen wurden oft an den marten-0.2% seems to be the cheapest. in the extrusion dies were often
Was nun Bor betrifft, so wirkt der Zusatz dieses sitischen Stählen beobachtet, aber in keinem Fall beiAs far as boron is concerned, the addition of this static steel has been observed, but in no way contributes
Legierungsstoffes dem Entstehen des Zähigkeits- den erfindungsgemäß zu verwenden Stählen,Alloy material to the emergence of toughness - the steels to be used according to the invention,
minimums bei 500 bis 70O0C entgegen und ist dabei Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl hat da-at least at 500 to 70O 0 C and is at the same time. The steel to be used according to the invention has there-
besonders günstig hinsichtlich der Einschnürung. Der 60 her bei diesen Betriebsversuchen gezeigt, daß er eineparticularly favorable in terms of constriction. The 60 shown in these operational tests that he is a
Borgehalt sollte jedoch 0,02% nicht übersteigen. wesentlich höhere Verschleißfestigkeit und Abnut-However, the boron content should not exceed 0.02%. significantly higher resistance to wear and tear
Ein Borgehalt von etwa 0,01 % hat sich als der gün- zungsbeständigkeii hat als die bisher fur diesen ZweckA boron content of about 0.01% has proven to be more resistant than that previously used for this purpose
stigste erwiesen. normalerweise verwendeten Stahlsorten.most proven. types of steel normally used.
Die Erfindung soll nun unter Hinweis auf einige Aus den Tabellen 2, 3 und 4 geht deutlich hervor, in den Tabellen enthaltenden Stahllegierungen näher 65 daß ein nach der vorliegenden Erfindung zu verbeschrieben werden. Tabelle 1 zeigt die Zusammen- wendender Stahl nach dem Lösungsglühen bei 11500C Setzung von 12 verschiedenen Stahllegierungen, die im und Aushärten bei 70O0C eine 420 Vickers-Einheiten Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung geprüft übersteigende Raumtemperaturhärte erhält und außer-The invention is now to be described with reference to some of the Tables 2, 3 and 4 in more detail in the tables containing steel alloys that a according to the present invention is to be described. Table 1 shows the cooperation of applicable steel after solution annealing at 1150 0 C reduction of 12 different steel alloys in and curing at 70o 0 C a 420 Vickers units connection with the present invention tested in excess of room temperature hardness is obtained and outside
dem gute Festigkeit bei hoher Temperatur, zufriedenstellende Zähigkeit sowie gute Verschleißfestigkeit. Ferner wurde eine Warmhärte von wenigstens 240 Vickers-Einheiten bei 7000C erreicht. Vorstehendewhich has good strength at high temperature, satisfactory toughness and good wear resistance. Furthermore, a hot hardness of at least 240 Vickers units at 700 ° C. was achieved. Foregoing
gute Kombination konnte früher nicht bei den bisher verwendeten martcnsitischen Warmarbeitsstählen oder nicht kaltbearbeitenden ausienitischen Warmarbeitsstählen erzielt werden.In the past, a good combination could not be achieved with the martcnsitischen hot-work steels or non-cold-working ausienitic hot-work steels can be achieved.
Zusammensetzung bei untersuchten StahllegierungenComposition of investigated steel alloys
Härte nach V i c k e r s (HV 30) bei Raumtemperatur für die in Tabelle 1 angegebenen Stähle nach ver-Hardness according to V i c k e r s (HV 30) at room temperature for the steels specified in Table 1 according to
Fcstigkeitseigenschafien bei 6000C für einige der in Tabelle 1 angegebenen StähleFcstigkeitseigenschafien at 600 0 C for some of the steels shown in Table 1
Nr.steel
No.
schnürungA
lacing
Nr.steel
No.
1 h, Wasser sowieSolution heat treatment 1150 0 C.
1 h, water as well
s *
n,t 4.0
s *
n, t
420
418447
420
418
ου, υ 85.4
ου, υ
430454
430
1211th
12th
27,913.5
27.9
8
ο7th
8th
ο
432455
432
glühenSolution
glow
214230
214
Claims (1)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE1622467 | 1967-11-27 | ||
SE6716224A SE324904C (en) | 1967-11-27 | 1967-11-27 | SEPARATION HARDENING AUSTENITIC STEEL |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1806224A1 DE1806224A1 (en) | 1969-08-14 |
DE1806224B2 DE1806224B2 (en) | 1975-12-18 |
DE1806224C3 true DE1806224C3 (en) | 1976-07-29 |
Family
ID=
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