EA026543B1

EA026543B1 - Tool steel

Info

Publication number: EA026543B1
Application number: EA201500288A
Authority: EA
Inventors: Владимир Николаевич Федулов
Original assignee: Белорусский Национальный Технический Университет
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2017-04-28
Also published as: EA201500288A1

Abstract

The invention is related to the field of metallurgy, in particular, to tool steels used for manufacture of dies for cold-forming of brass products. The problem solved by the present invention is an increase in steel hardness while retaining the required impact toughness for improvement of tool durability under rough operation conditions. The problem is solved by provision of tool steel comprising carbon, silicon, manganese, chromium, tungsten, vanadium and iron that contains said components in the following proportion, wt.%: carbon - 0.65-0.75; silicon - 0.6-0.9; manganese - 0.15-0.5; chromium - 1.0-3.0; tungsten - 1.5-2.6; vanadium - 0.2-0.5; iron - the balance.

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к инструментальным сталям, используемым для изготовления рабочих частей штампов холодного формообразования.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to tool steels used for the manufacture of working parts of cold forming dies.

Известна инструментальная сталь 5ХВ2С [1] состава, мас.%: углерод - 0,45-0,55; кремний - 0,550,80; марганец - 0,15-0,40; хром - 1,0-1,3; вольфрам - 2,0-2,5; железо - остальное.Known tool steel 5XB2C [1] composition, wt.%: Carbon - 0.45-0.55; silicon - 0.550.80; Manganese - 0.15-0.40; chrome 1.0-1.3; tungsten - 2.0-2.5; iron is the rest.

Данная сталь имеет после нагрева при 880°С охлаждения в масло и отпуска при 160°С недостаточную твердость, что часто приводит к схватыванию и задиру рабочих поверхностей и преждевременному разрушению инструмента при холодном формообразовании изделий, например, из латуни.This steel has, after heating at 880 ° C, cooling to oil and tempering at 160 ° C, insufficient hardness, which often leads to setting and seizure of working surfaces and premature destruction of the tool during cold forming of products, for example, from brass.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по химическому составу и достигаемому эффекту является сталь 6ХВ2С [2] состава, мас.%: углерод - 0,5-0,6; кремний - 0,5-0,8; марганец - 0,15-0,40; хром 1,0-1,3; вольфрам - 2,2-2,7; ванадий - до 0,02 и железо - остальное.Closest to the proposed invention in chemical composition and the achieved effect is steel 6XB2C [2] composition, wt.%: Carbon - 0.5-0.6; silicon - 0.5-0.8; Manganese - 0.15-0.40; chrome 1.0-1.3; tungsten - 2.2-2.7; vanadium - up to 0.02 and iron - the rest.

Указанная сталь после закалки в масло с 900°С и отпуска при 160°С имеет все же недостаточную твердость, что приводит к преждевременному износу рабочих частей инструмента при холодном формообразовании изделий из латуни.The specified steel after quenching in oil with 900 ° C and tempering at 160 ° C still has insufficient hardness, which leads to premature wear of the working parts of the tool during cold forming of brass products.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение твердости стали при сохранении требуемой ударной вязкости с целью повышения стойкости инструмента в сложных условиях эксплуатации.The problem solved by the invention is to increase the hardness of the steel while maintaining the required toughness in order to increase the tool life in difficult operating conditions.

Решение задачи достигается тем, что инструментальная сталь, содержащая в своем составе углерод, кремний, марганец, хром, вольфрам, ванадий и железо, содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод - 0,65-0,75; кремний - 0,6-0,9; марганец - 0,15-0,5; хром - 1,0-3,0; вольфрам - 1,52,6; ванадий - 0,2-0,5; железо - остальное.The solution is achieved by the fact that tool steel, which contains carbon, silicon, manganese, chromium, tungsten, vanadium and iron, contains these components in the following ratio, wt.%: Carbon - 0.65-0.75; silicon - 0.6-0.9; Manganese - 0.15-0.5; chrome 1.0-3.0; tungsten - 1.52.6; vanadium - 0.2-0.5; iron is the rest.

В табл. 1 приведены результаты выплавки апробированных сталей при проведении исследований, а в табл. 2 - механических свойства дополнительно кованых заготовок 090x100 мм сталей после термического упрочнения: закалка с нагревом при 1000°С, выдержка 1 ч, охлаждение в масле + отпуск, для всех этих сталей в той же последовательности.In the table. 1 shows the results of smelting of tested steels during research, and in table. 2 - mechanical properties of additionally forged billets of 090x100 mm steels after thermal hardening: quenching with heating at 1000 ° C, holding for 1 h, cooling in oil + tempering, for all these steels in the same sequence.

Видно из данных табл. 1 и 2, что легирование стали, взятой в качестве прототипа, дополнительным количеством углерода, хрома, кремния, марганца и ванадия при допустимом снижении содержания дорогостоящего вольфрама позволило повысить твердость за счет повышения содержания хрома, марганца и кремния в твердом растворе и одновременно совместно с ванадием и вольфрамом в карбидах при сохранении необходимой ударной вязкости за счет измельчения зерненной структуры и исключения образования карбидов по границам зерен. А всё вместе, следовательно, увеличило износостойкость стали заявляемого состава, что позволило использовать её при изготовлении инструмента для холодного деформирования изделий из латуни.It can be seen from the data table. 1 and 2, that the alloying of the steel taken as a prototype with an additional amount of carbon, chromium, silicon, manganese and vanadium with a permissible reduction in the content of expensive tungsten made it possible to increase hardness by increasing the content of chromium, manganese and silicon in the solid solution and simultaneously with vanadium and tungsten in carbides while maintaining the necessary toughness due to grinding of the grain structure and eliminating the formation of carbides at the grain boundaries. And all together, therefore, increased the wear resistance of steel of the claimed composition, which allowed it to be used in the manufacture of tools for cold deformation of brass products.

_Таблица 1_Table 1

№№ п. п. №№ p.p. Содержание легирующих элементов, мас.% The content of alloying elements, wt.% С FROM 8Ϊ 8Ϊ Мп Mp Сг SG λν λν V V Ре Re 1 (прототип) 1 (prototype) 0,55 0.55 0,65 0.65 0,14 0.14 1,06 1.06 2,20 2.20 0,02 0.02 95,38 95.38 2 2 0,65 0.65 0,60 0.60 0,15 0.15 1,50 1,50 2,60 2.60 0,50 0.50 94,00 94.00 3 3 0,70 0.70 0,73 0.73 0,34 0.34 3,00 3.00 1,50 1,50 0,20 0.20 93,53 93.53 4 4 0,75 0.75 0,90 0.90 0,50 0.50 1,00 1.00 2,40 2.40 0,38 0.38 94,07 94.07 5 5 0,79 0.79 0,95 0.95 0,66 0.66 0,80 0.80 1,00 1.00 0,60 0.60 95,20 95,20 6 6 0,55 0.55 0,55 0.55 0,10 0.10 3,50 3,50 2,75 2.75 0,10 0.10 92,45 92.45

Таблица 2table 2

№№ п. п №№ n. Значение механических свойств после отпуска The value of mechanical properties after tempering 160°С,3 ч 160 ° C, 3 h ! 250°С,2 ч ! 250 ° C, 2 h Твердость, НКС (замер на поверхности) Hardness, NKS (measurement on the surface) Ударная вязкость кси, мдж/м² Impact strength xi, mJ / m ² Твердость, НКС (замер на поверхности) Hardness, NKS (measurement on the surface) 1 one 58-59 58-59 0,32-0,40 0.32-0.40 56-57 56-57 2 2 61-62 61-62 0,30-0,40 0.30-0.40 58,5-59,5 58.5-59.5 3 3 62-63 62-63 0,30-0,40 0.30-0.40 59-59,5 59-59.5 4 4 62-63 62-63 0,32-0,36 0.32-0.36 59-59,5 59-59.5 5 5 60-61 60-61 0,30-0,34 0.30-0.34 57-58 57-58 6 6 58-59 58-59 0,36-0,44 0.36-0.44 56-57 56-57

Проведенная корректировка химического состава инструментальной стали способствует получению после закалки и отпуска инструмента с требуемой структурой, обеспечивающей выигрыш в износостойкости. Закалка с температуры нагрева 1000°С (выдержка в течение 1,5 ч) и охлаждением в масле позволяют получить в поверхностном слое и сердцевине стали мелкозернистую структуру (заслуга присутст- 1 026543 вия ванадия), состоящую на достаточной глубине из тонкодисперсного теплостойкого мартенсита (заслуга легирования в нужных пропорциях стали хромом, кремнием, марганцем, вольфрамом и ванадием). Износостойкие первичные карбиды типа МС в виде глобулей, образовавшиеся при нагреве под закалку и легированные в достаточном количестве хромом, вольфрамом и ванадием, равномерно распределены в матричном растворе, образовавшемся при охлаждении в виде мартенсита. В структуре присутствует также до 5% остаточного аустенита за счет повышения содержания марганца.The carried out adjustment of the chemical composition of tool steel contributes to obtaining, after quenching and tempering, a tool with the required structure, which provides a gain in wear resistance. Quenching from a heating temperature of 1000 ° C (holding for 1.5 h) and cooling in oil allows a fine-grained structure to be obtained in the surface layer and core of the steel (merit of the presence of vanadium), consisting at a sufficient depth of finely dispersed heat-resistant martensite (merit alloys in the required proportions became chromium, silicon, manganese, tungsten and vanadium). Wear-resistant primary carbides of the MS type in the form of globules formed upon quenching and alloyed with sufficient amount of chromium, tungsten, and vanadium are uniformly distributed in the matrix solution formed upon cooling as martensite. The structure also contains up to 5% residual austenite due to an increase in the manganese content.

Это все явилось результатом дополнительного рационального легирования стали 6ХВ2С, выбранной в качестве прототипа. Сохранение достаточного количества вольфрама в заявленном составе новой стали при закалке обеспечивает исключение образования охрупчивающих структуру карбидов по границам зерен наряду с присутствием оптимального количества кремния и насыщает дополнительным количеством хрома твердый раствор мартенсита. Отпуск в течение 3 ч при температуре 160°С стабилизирует структуру и сохраняет высокую твердость, теплостойкость и ударную вязкость стали за счет присутствия в том числе и остаточного аустенита в количестве до 5%, повышающего пластичность. Отпуск при температуре 250°С в течение 2 ч еще больше стабилизирует теплостойкий высоколегированный мартенсит отпуска за счет присутствия в нем достаточного количества кремния, не допуская при этом выделения охрупчивающих структуру вторичных карбидов.All this was the result of additional rational alloying of steel 6HV2S, selected as a prototype. Preservation of a sufficient amount of tungsten in the claimed composition of the new steel during quenching eliminates the formation of embrittling carbides at the grain boundaries along with the presence of the optimum amount of silicon and saturates the martensite solid solution with additional amount of chromium. Tempering for 3 hours at a temperature of 160 ° C stabilizes the structure and maintains high hardness, heat resistance and toughness of steel due to the presence of up to 5% residual austenite, which increases ductility. Tempering at a temperature of 250 ° С for 2 h stabilizes the heat-resistant high-alloy martensite due to the presence of a sufficient amount of silicon in it, while avoiding the release of secondary carbides embrittling the structure.

Общим итогом создания заявляемого состава инструментальной стали явилось повышение стойкости инструмента для холодного деформирования изделий из латуни. Это было достигнуто за счет повышения твердости стали и создания необходимой износостойкой мелкозернистой структуры, одновременном сохраняющей и ударную вязкость на необходимом уровне.The overall result of the creation of the inventive tool steel composition was to increase the tool life for cold deformation of brass products. This was achieved by increasing the hardness of steel and creating the necessary wear-resistant fine-grained structure, while maintaining the toughness at the required level.

Проведение сравнительных испытаний показал, что стойкость инструмента из стали заявленного состава в 1,5 раза выше, чем у стали - прототипа.Comparative tests showed that the tool life of steel of the claimed composition is 1.5 times higher than that of steel - the prototype.

Источники информации, использованные при оформлении заявки:Sources of information used during registration of the application:

Геллер Ю.А. Инструментальные стали. 5 изд.: М, Металлургия, 1983, с.16.Geller Yu.A. Tool steels. 5th ed .: M, Metallurgy, 1983, p.16.

Claims

CLAIM

Tool steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, tungsten, vanadium and iron, characterized in that it contains these components in the following ratio, wt.%: Carbon - 0.65-0.75; silicon - 0.6-0.9; manganese - 0.15-0.5; chromium - 1.0-3.0; tungsten - 1.5-2.6; vanadium - 0.2-0.5; iron - the rest.