ITRM930106A1 - Articolo in acciaio di bassa lega, in particolare un blocco stampo per lavorazioni a caldo. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda d? Brevetto d 'Invenzione

dal titolo: "Articolo in acciaio di bassa lega, in particolare un blocco stampo per lavorazioni a caldo.

Per un blocco stampo per lavorazioni a caldo, la caratteristica della temprabilit? ? una caratteristica molto importante dell' articolo finale. Come sar? apprezzato da coloro che sono esperti nel ramo relativo un blocco stampo per lavorazioni a caldo ora ? usato quasi esclusivamente insieme con la produzione di lunghe serie di parti forgiate. Pertanto ? un obiettivo industriala quello di fornire una parte di acciaio che dia la stesse produzione, o quasi la stessa produzione (e, naturalmente, se ? possibile una maggiore produzione) nell'ultima impronta come nella prima impronta. Questo obiettivo si traduce nella temprabilit? (che non deve essere confusa con la durezza), cio?, la capacit? di un pezzo di acciaio a possedere la medesima durezza o quasi la medesima durezza a tutte le profondit? dopo il trattamento termico iniziale. Cos' , quando una cavit? di stampo si usura con l'uso e diventa surdimensionata, il punzone dello stampo raser? tipicamente la superficie della cavit? ad una profonidit?, per esempio, di 1/2 pollice (12,7 mm) e ri-imprime una nuova cavit? allineata con la cavit? precedente Se L'acciaio ha la medesima durezza, e naturalmente altre caratteristiche desiderabili, dopo ripetuta impronte ha dimostrato una eccellente temprabilit?. Questo ? particolarmente difficile come obiettivo da raggiungere in blocchi di stampo grandi, vale a dire di 12 pollici.

(30,48 cm) o di spessore maggiore, nella condizione di forgiatura prima di segare a met? e incidere seguendo l'impronta.

Come discusso nel brevetto statunitense No.

3970448 uno stampo di forgiatura per lavorazione a caldo deve avere una forza sostanziale poich? viene sottoposto a sollecitazioni pesanti nell'operazione di forgiatura e una durezza sostanziale per assicurarlo contro l'usura. Esso deve avere anche una buona robustezza per sopportare i cariehi d'urto pesante e continui ai quali viene sottoposto nell'uso. Per via delle temperature elevate alle quali viene esposto. durante l'uso lo stampo deve essere resistente al rammolimento e al controllo termico La resistenza all'abrasione ? anche un fattore critico, poich?, nell'uso le forze di scorrimento esercitate sulla superficie a temperature elevate sono molto sostanziali.

In modo pi? importante .La temprabilit?, dellostampo deve essere la pi? elevata ed uniforme possibile nei limiti del costo, della tenacit? e del trattamento termico.

In pratica la cavit? inizialmente realizzata nel blocco stampo dal quale lo stampo viene prodotto alla fine si usura fino a dimensioni eccessive per l'uso.Quando ? stata raggiunta la massima tolleranza lo stampo viene rimosso, la faccia viene tagliata fino al metallo e la cavit? viene nuovamente pnaticata nel materiale restante.Questo pu? essere ripetuto parecchie volt prima che la vita utile dello stampo sia esaurita. Il costo degli stampi, con l'inclusione del costo iniziale, il tempo di martellatura e di pressatura per la rimozione, lavorazi alla macchina ed installlzione richiede che venga ottenuta la produzione massima dopo ciascuna ripetuta impronta.

Ora se lo stampo, ha una sufficiente, robustezza e tenacit? da restare in servizio senza frattura il requisito di impiego pi? importante, ? cosituito al fatto, che lo stampo sia di durezza sostanzialmente uniforme, in tutta la sua massa cos? che ci si possa spettare che la produzione dall' ultima impronta sia altrettanto grande quanto quella che ci si pu? aspettare dall'impronta iniziale.

Pertanto, in questa applicazione la temprabilit? ? la caratteristica pi? importante.

Nella pratica della presente invenzione, il contenuto di carbonio dell'acciaio ? preferibilmente notavolment minore dallo standard industriale di 0,55 .In maniera specifica nella presente invenzione il carbonio dovrebbe essere nell'intervallo da 0,42 0,52 e di preferenza dovrebbe essere di circa 0,47. Il carbonio ? essenziale per la robustezza e la durezza e si ritiene che queste caratteristiche essenziali non possano essere ottenute se il contenuto di carbonio ? notevolmente minore di circa 0,42. Al medesimo tempo si ritiene che il limite convenzionale superiore di 0,60 sia elevato in maniera non necessaria e he, osservando le altre condizioni qui appresso descritte, i risultati finali desiderati possano essere ottenuti se il limite superiore del carbonio non ? notevolmente maggiore di 0,52.

La presente invenzione contempla una variazione odesta dalle convenzionali pratiche, con Si e quindi un intervallo da circa ,25 a 0,35 con una mira al valore dicirca 0,30 ? accettabile.

Attualmente il costo del nichel ? fortemente aumentato e quindi, sebbene il nichel sia un elemento importante in particolare per ottenere la tenacit? richiesta in condizioni operative severe, si preferisce che l'intervallo di concentrazione del nichel sia abbassato dal valore convenzionale di 0 75-1,25 come descritto nel brevetto statunitense N. 3929423 a 0,65 fino a 0,95. Il valore pi? basso del nichel, in presenza del valore pi? basso di carbonio e, come quindi seguito descritto, un contenuto minore di molibdeno ancora raggiunger? la tenacit? richiesta. Di preferenza il nichel ? presente alla concentrazione di 0,80 ad una concentrazione prossima a questo valore.

Il cromo ? assai sostanzialmente aumentato ed esso dovrebbe essere presente in quantit? da circa 1,40 fino a 1,60. Questo contenuto ? in contrasto marcato con la pratica ampiamente usata di fornire Ni nell'ntervallo da 0,85 a1,05. Il cromo ? richiesto per la tempra profonda, per la resistenza all'usura meccanica, la resistenza al rinvenimento e la sua capacit? di aumentare la temperatura critica inferiore Di preferenza il cromo ? alla concentrazione di 1,50 o prossima a tal valore poich? il cromo ? molto, meno costoso del ichel, ed il cromo stesso ? un elemento che pu? essere aumentato.

Il molibdeno, un potente agente di formazione di carburi, contribuisce alla resistenza al rammollimento la resistenza all'usura meccanica e la temprabilit?. A causa del suo sostanziale contributo alla temprabilit?, si preferisce un intervallo da circa 0,30 a 0,50 con un valore di mira di 0,40.

Il manganese contribuisce in maniera molto sostanziale alla temprabilit? e quindi almeno circa 0,75 di esso dovrebbe essere,presente. A causa, della sua tendenza all'attacco dei refrattari nel processo di produzione dell'acciaio, si preferisce che la quantit? superiore usata non sia maggiore di circa 0.95 e di preferenza non maggiore di circa 0.90. In nessuna circostanza il manganese dovrebbe essere presente in quantit? notevolmente al di sopra di 0,95, per esempio circa 2 % che la letteratura ha suggerito.

Il vanadio contribuisce alle dimensioni di grana fine che hanno mostrato di essere una importante caratteristica in questo tipo di prodotto.Allo scopo di ottenere desiderato effetto di dimensioni della grana dovrebbe essere presente almeno circa 0,04 V. Se ? presente pi? di circa 0,10 di vanadio, che ? un elemento costoso, l'effetto del vanadio sulla dimensione dei grani pu? essere insignificante.

Quindi si preferisce circa 0,05 V.

Lo zolfo ? essenziale per la lavorabilit? alla macchina e comunemente si ritiene che lo zolfo debba essere presente in quantit? fino a 0,045 in questo tipo di acciaio allo scopo di ottenere una lavorabi -lit? ac cettabile alla macchina. Lo zolfo tuttavia presenta parecchi effetti deleteri ben noti in questo tipo di acciaio con l'inclusione di una aumentata tendenza verso la fragilit? a caldo con un aumento di contenuto dello zolfo. E perci? desiderabile impiegare la minima quantit? di zolfo che fornisce il valore richiesto di lavorabilit? alla macchina. Nella presente invenzione, zolfo in quantit? sostanzialmente maggiore di 0,025 pu? tendere aprodurre solfuri in eccesso che influenzano in maniera deleteriale propriet? trasversali. Se ? presente una quantit? notevolmente minore di cir ca 0,010 di zolfo, anche nelle condizioni qui descritte, la richiesta lavorabili t? alla macchina pu? non essere raggiunta. Un intervallo pi? preferito ? fino a 0,022 al massimo e risultati, eccellenti saranno ottenuti con una mira di circa 0, 015.

Poich? questi valori di concentrazione dello zolfo relativamente bassi sono in relazione alla presenza e alle quantit? di alluminio e calcio, la quan tit? e il trattamento di alluminio e di calcio sono qui di seguito descritti.

L'alluminio ? desiderabile per l'affinazione dei grani e, in basse quantit?, per la fluidificazione dell'acciaio fuso. L'alluminio possiede la caratteristica desiderabile di promuovere la formazione di grani fini e quindi dovrebbe essere presente in quantit? da circa 0,015 a 0,035. Se ? presente una quantit? molto minore di 0,015, l'effetto desiderato sui grani e l'effetto della disossidazione durante la produzione dell'acciaio possono non essere ottenuti. Se ? presente una quantit? notevolmente maggiore di 0,035, l'effetto sul controllo delle dimensioni dei grani scompare e insorgono altri problemi come ad esempio l'attacco delrefrattario durante il procedimento di produzione dell'acciaio. Una concentrazione di circa0,025 di A1 ? preferita. Poich? la quantit? di alluminio presente ? stata considerata tale da avere un effetto significativo sulla qualit? degli alluminati, e gli alluminati sono stati considerati universalmente un agente contaminante, ? una buona pratica convenzionale quella di minimizzare la quantit? di alluminio presente. (Come coloro che sono esperti nel ramo relativo potranno facilmente apprezzare, vi sono essenzialmente 4 tipi di inclusioni non metalliche che, in questo tipo di acciaio, sono considerate impurezze, e cio? silicati, alluminati, ossidi complessi, e solfuri).

Le quantit? di silicati e alluminat formati sono alquanto proporzionali alla quantit? di ossigeno disponibile nell'acciaio. Si pensa che gli ossidi complessi siano formati ampiamen e durante la spillatura e la colata. La quantit? di solfuri formati, naturalmente sar? proporzionale allo zolfo e ai materiali contenenti zolfo nell'acciaio, con l'inclusione dello zolfo da tali fonti come sfrido e olio nella tornitura e altri materiali di sfrido in officina, il grado al quale viene effettuata la affinazione in for-

no o sivier sotto vuoto, le aggiunte internazionali

come le aggiunte in siviera di piriti per soddisfare

la specificazione desiderata di zolfo. Le tecniche di colata per ridurre l'assorbimento di ossigeno posono essere impieate come l'uso di un vuoto o di una atmosfera inerte durante la colata e/ovvero l'eliminazione di spruzzi mediante l'impiego di tamponi per spruzzi, non le tecniche di colata per gocciolamenti o colata di fondo.

I silicati e gli alluminati sono formati quando l'ossigeno fuoriesce dalla soluzione a causa della caduta di temperatura Si ritiene che se al tempo in cui i silicati e gli alluminati si fermano esiste una condizione di mancanza di ossigeno nell'acciaio fuso, la formazione di ossido e solfuro pu? essere diminuita in maniera largamente significativa. Pertanto ? essenziale che vengano prese misure per assicure bassi livelli di ossigeno nell'acciaio. E stato ora confermato che se si mantiene un rapporto di circa 15 % del calcio rispetto all'alluminio le inclusioni non metalliche di venatura come ed

sono convertite in ossidi complessi globulari arrotondati i quali sono, finemente dispersi in tutta la massa dell'acciaio. Lo zolfo anche viene glubularizzato. Come risultato le inclusioni del tipo avenatura che agiscono come potenziatori di sollecitazione sono notevolmente ridotte con il risultato di migliori stime JK e di un acciaio a struttura pi? netta e pi? robusta In termini assoluti, un contenuto di calcio delvalore da circa 15 ppm a circa 50 ppm pu? essare utile al produttore di acciaio.

Il contributo deltitanio potr? essere meglio apprezzato dall'ulteriore riferimento al ruolo delle inclusioni nell'acciaio.

Le cosiddette inclusioni del tipo II, categoria , sono fondamentalmente solfuri. Queste composizioni quando venivano esaminate al microscopio si mostravano come oggetti-simil ad un lungo filamento.

Come ? stato menzionato lo zolfo ? essenziale allo copo di fornire la lavorabilit? alla macchina cosiddette "striature" o i cos? detti filamenti che sono presenti come risultato della presenza dello olfo hanno un effetto molto deleterio sulla riduzi e dell'area trasversale.

E' noto che il titanio pu? avere un effetto vantaggiosi sui filamenti di solfuro, ma si ? ritenuto che quantit? maggiori di una quantit? molto bassa, ad esempio da circa 0.005 a circa 0.007 avrebbero dato come risultato immediatamente la formaziobe di solfuro di titanio e/ovvero ossido di titanio, i quali composti sono deleteri per le propriet? desiderate quanto i solfuri e forse anche di pi?.

Si dovrebbe anche tenere nota delle categorie di inclusioni delle classi B, C e D che sono rispettivamente alluminati, silicati ed ossidi complessi. Queste ultime tre categorie di inclusioni possono essere altrettanto leterie quanto la categoria di inclusioni costituita dai solfuri del tipo A.

E' Stato commentato che gli effetti indesiderabili delle inclusioni di cui sopra possono essere controlla ti e cio? trasformati nella sagoma globu are mediante un controllo accurato del processo di produzione dell'acciaio e l'aggiunta delle quantit? specificate di titanio.

In maniera specifica si ritiene che mediante l'aggiunta di titanio al procedimento di produzione dell'acciaio in un punto nel ciclo di trattamento nel quale l'ossigeno ? ad un basso livello, la tendenza a formare se le sostanze deleterie Ti0 e TiS viene eliminata, e si forma carbonitruro di titanio preferenzialmente rispetto ai nitruri di alluminio.

Inoltre, sebbene non sia stata stabilita alcuna solida base sostanziale scientifica, si ritiene per? che i nitruri di alluminio siano trattenuti nei bordi di grano cosi provocando la debolezza dell'acciaio mentre le formazioni di carbonitruro di titanio sono mantenute entro i grani e potenziano la robustezza dell'acciaio. I nitruri di alluminio nei bordi di grano indeboliscono la superficie del lingotto e danno come risultato la fratturazione del pannello durante la forgiatura. Il titanio si combina attivamente con l'azoto a formare nitruri di titanio che penetrano nei grani, cosi eliminando un punto potenziale di scissione e cio? a dire agenti di provocazio ne di soli citazione nei bordi di grano. Per tutte le precedenti ragioni, il titanio dovrebbe essere presente in quantit? variabile nell'intervallo da circa 0.003 a 0.075 e di preferenza da circa 0.005 a circa 0,20.

Il concetto che ? stato sopra descritto in termini quantitativi ? in effetti un'applicazione del concetto di diametro critico ideale per ottenere una funzionalit? desiderata per il prodotto.

Come ? ben noto, la temprabilit? pu? essere misurata ed espressa matematicamente (cio? mediante la formula log -log -in cui l'espressione

rappresenta il diametro critico ideale, a l'espressione sono fattori che rappresentano il co ntributo alla temprabilit? di ciascunodeglielementi idertificati dal simbolo chimiall'indice e, con riferimento a tutti gli altri elementiche possono essere presenti e che contribuiscono alla temprabilit?, tutti come esemplificati a pagina 78 di Republic Alloy Steels, 1961-, Republic Steel Corporation, Cleveland, Ohio) e in relazione con l'abilit? di un acciaio di stampo a dare una funzionalit? soddisfacerte. Per esempio, il diametro critico ideale, qui di seguito riportato dalla sua abbreviazione convenzionale, ? spesso usato come misura della temprabilit?. Per una discussione pi? dettagliata della temprabilit? e si veda Republic Alloy Steels, 1961, Republic Steel Corporation, Cleveland, Ohio, pag. 75-102, in cui si noter? che il diametro critica ideale, pu? essere definito come il diametro di un tondo che, se sottoposto a tempra in una tempra perfetta, si temprer? al 50% di martinsite al centro. Per gli scopi della presente invenzione, tuttav?a, la determinazione matemat ca del come derivata dai calcoli basati sulla composizione chimica ? di importanza di base, anzich? una misura specifica del diametro.

E' stato scoperto che un di almeno 10 ? pi? ideale per le condizioni di funzionamento severe di un articolo di acciaio per forgiatura per lavorazioni a caldo a cui ? rivolta la presente invenzione, e che un articolo di acciaio che ha costituenti chimici sopra descritti ha un di circa 13.5: infatti, le variazioni permesse di contenuto danno la possibilit? di progettare ed usare con successo tali prodotti con unintervallo di contenuti notevolmente ampio in modo da fornire al produttore di acciaio una flessibit? molto adeguata nella produzione del prodotto desiderato. Quindi l'invenzione fornisce non solamente un prodotto finale molto utile al costo pi? basso, ma una meniera pratica di formare tale prodotto usando tecniche convenzionali e pratiche di produzione dell'acciaio.

A questo riguardo si dovrebbe notare che ? preferibile che il prodotto finale contenga non pi? di circa 2,2 ppm di H per evitare la sfogliatura e non pi? di circa 30 ppm di 0 allo scopo di minimizzare la presenza di inclusioni indesiderabili come i silicati e gli alluminati i quali possono influenzare in maniera contraria la resistenza all'usura Si dovrebbe anche notare che il prodotto ? particolarmente bene adatto alla nitruraziona e il contenutodi azoto fino a 90 ppm ? piuttosto accettabile.

Sebbene parecchie realizzazioni della presente invenzione siano state illustrate e descritte sar? ancara una volta chiaro a coloro che sono esparti nel ramo relativo che l'invenzione non ? limitata alle camposizioni e tecniche precise che qui sopra sono state stabilite. Pertanto, l'ambito della presente invenzione non dovrebbe essere limitato agli esempi specifici sopra stabiliti, ma piuttosto dovrebbe essere limitato soltanto dall'ambito delle rivendicazioni qui appresso allegate quando siano interpretate alla luce della tecnologia precedente di per tinenza.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1. Prodotto di acciaio di bassa lega avente elevata temprabilit? e buona lavorabilit? alla macchina in presenza di un contenuto di zolfo relativamente basso, detto acciaio essendo essenzialmente costituito dalla seguente composizione in% in peso:

   Ca circa 15 % di Al H 2,2 ppm massimo 0,30 ppm massimo Fe bilancio ed impurezze non dannose.
2. 2. Prodotto di acciaio di bassa lega della riveridicazione 1 ulteriormente caratterizzato dal fat to che il detto prodotto di acciaio consiste essenzialmente della seguente composizione in % in peso: circa 0,47; Si circa 0, 30; Ni, circa0,80; Cr, circa 1,50; Mo, circa 0,40; Mn, circa 0,90; V, circa 0.05 ; S, massimo 0,022; Ii, circa 0,005-0,020; Al, circa 0,015-0,020; Ca, circa 1 5% di AL:H, 2,2 ppm al massimo; 0,30 ppm almassimo: Fe, quantit? di bilancio ed impurezze non dannase.
3. 3. Prodotto di acciaio di bassa lega della rivendicazione 3 ulteriormente caratterizzato dal fatto che lo zolfo ? presente in quantit? di circa 0,015.
4. 4. Prodotto di acciaio di bassa lega secondo la rivendicazione 1 ulteriormente carattarizzato dal fatto ch lo zolfo ? presente in quantit?, di circa 0,015.