MX2008012947A - Acero de tabajo en frio. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un acero de trabajo en frío que tiene la siguiente composición química en % en peso; 1.3 - 2.4 (C+N), de al menos 0.5 C, 0.1 -1.5 Si, 0.1 -1.5 Mn, 4.0 - 5.5 Cr, 1.5 - 3.6 (Mo+W/2), pero máximo 0.5 W, 4.8 - 6.3 (V+Nb/2), pero máximo 2 Nb, y máximo 0.3 S, en el cual el contenido de (C + N) por una parte y de (V + Nb/2) por otra parte son equilibrados con relación entre si de modo que los contenidos de estos elementos están dentro de un área que se define por las coordenadas A, B, C, D, A en el sistema de coordenadas en la figura 11, donde las coordenadas [(C + N), (V + Nb/2)] para estos puntos son: [1.38, 4.8], B: [1.78, 4.8], C: [2.32, 6.3], D: [1.92, 6.3], el resto esencialmente solamente es hierro e impurezas a contenidos normales.

Description

ACERO DE TRABAJO EN FRIO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un acero de trabajo en frío, es decir un acero propuesto para ser usado en el trabajo en condición fría de un material de trabajo. Los ejemplos típicos del uso del acero son herramientas para corte y punzonado, corte con rosca, tales como terrajas y machos de roscar, extrusión en frío, el prensado de polvo, embutición profunda, forjado en frío. La invención también se refiere a un método para trabajar un material de trabajo de metal o el prensado de polvo por una herramienta que comprende el acero, así como un método para producir el acero .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Existen muchos requerimientos en aceros de trabajo en frío de alta calidad, tales como dureza adecuada para la aplicación y buena resistencia al desgaste y alta firmeza/ductilidad. Es importante para el funcionamiento óptimo de la herramienta que estas propiedades sean satisfechas. VA ADIS® 4 es un acero de trabajo en frío de polvo metalúrgicamente manufacturado que es manufacturado y vendido por el presente solicitante y que tiene una combinación de resistencia al desgaste y firmeza/ductilidad Ref. 196108 para herramientas de alto funcionamiento que se considera que es excelente. La composición nominal del acero es, en % en peso: 1.5 C, 1.0 Si, 0.4 Mn, 8.0 Cr, 15. Mo, 4.0 V, el resto es hierro e impurezas inevitables. El acero es particularmente adecuado para aplicaciones en las cuales el desgaste adhesivo/abrasivo o despostillado son los problemas dominantes, es decir para materiales de trabajo suaves/pegajosos tales como aceros inoxidables de austenita, aceros al carbón simples, aluminio, cobre etc., así como para materiales de trabajo gruesos. Los ejemplos típicos de herramientas de trabajo en frío para los cuales el acero se puede usar son mencionados en la introducción anterior. Generalmente, se puede establecer que VANADIS® 4, el cual es el objeto de la patente Sueca no. 457,356, se caracteriza por buena resistencia al desgaste, alta resistencia compresiva, buena templabilidad, excelente firmeza, excelente estabilidad dimensional en conexión con termo-tratamiento y buena resistencia al templado; todas las propiedades son importantes para un acero de trabajo en frío de alto funcionamiento . El solicitante manufactura y vende otro acero de trabajo en frío de polvo metalúrgicamente manufacturado VANADIS® 6, que se caracteriza por excelente resistencia al desgaste y relativamente buena firmeza, por lo cual el acero es adecuado para aplicaciones en las cuales el desgaste abrasivo es una característica dominante y en el cual la manufactura toma lugar en larga serie de manufactura. La composición nominal del acero es, en % en peso: 2.1 C, 1.0 Si, 0.4 Mn, 6.8 Cr, 1.5 Mo, 5.4 V, el resto es hierro e impurezas inevitables. La resistencia al despostillado, la maquinabilidad y la molturabilidad no son tan buenas como para VANADIS® 4. Un nuevo artículo al VANADIS® 4 mencionado anteriormente es vendido bajo el nombre VANADIS® 4 Extra y se caracteriza por una firmeza que es aún mejor que aquella del VANADIS® 4, sus otras características de funcionamiento se mantienen o mejoran cuando se compara con este material y tiene en principio el mismo campo de aplicación. El acero ha tenido un éxito comercial enorme y tiene la siguiente composición química, en % en peso: 1.38% C, 0.4% Si, 0.4% Mn, 4.7% Cr, 3.5% Mo, 3.7% V. Se conocen diversos aceros comerciales que caen dentro del amplio intervalo de composición especificado en la patente US no. 4,249,945. El acero que tiene la composición química 2.45 C, 0.50 Mn, 0.90 Si, 5.25 Cr, 9.75 V, 1.30 Mo y 0.07 S está disponible en el mercado, y un acero que también está comprendido contiene 1.80 C, 0.50 Mn, 0.90 Si, 5.25 Cr, 1.30 Mo y 9.00 V. Los aceros son polvos metalúrgicamente manufacturados y vendidos para uso en aplicaciones que requieren buena resistencia al desgaste y firmeza adecuada.

Debido a las excelentes propiedades, los aceros VA ADIS® mencionados anteriormente han ganado una posición sobresaliente en el mercado entre aceros de trabajo en frío de alto funcionamiento. Además los aceros competitivos mencionados anteriormente han tenido éxito en el mismo mercado. VANADIS® 4 Extra en particular ha probado tener excelentes propiedades . Por lo tanto,, el presente solicitante tiene la ambición de proporcionar todavía otro acero de trabajo en frío de alto funcionamiento que tiene un perfil de propiedad que es considerablemente mucho mejor que aquel de los aceros mencionados anteriormente. De acuerdo con un aspecto de la invención, el acero deberá tener propiedades para la aplicación que en general son mejoradas, particularmente con relación a VANADIS® 6. De acuerdo con otro aspecto ha sido un deseo proporcionar un acero que tiene buena resistencia al desgaste, benéficamente al mismo nivel como VANADIS® 6 y VANADIS® 10, pero que tiene firmeza/ductilidad considerablemente mejorada con relación a estos aceros. De acuerdo con todavía otro aspecto, el acero se caracteriza por buena maquinabilidad y resistencia al desgaste mejorada. De acuerdo con todavía otro aspecto de la invención, también un objeto es ser capaz de proporcionar un acero que tiene alta dureza, preferiblemente en combinación con buena templabilidad . Los campos de aplicación del acero son en principio los mismos como para VA ADIS® 4.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un objeto de la invención es proporcionar un acero que cumpla al menos algunas de las altas demandas mencionadas anteriormente en un acero de trabajo en frío de alto funcionamiento. Esto se logra por un acero de trabajo en frío con la siguiente composición química en % en peso: 1.3-2.4 (C + N) , de esto al menos 0.5 C, 0.1-1.5 Si, 0.1-1.5 Mn, 4.0-5.5 Cr, 1.5-3.6 (Mo + W/2), pero máximo 0.5 W, 4.8-6.3 (V + Nb/2) , pero máximo 2 Nb, y máximo 0.3 S, el contenido de (C + N) por una parte y de (V + Nb/2) por otra parte son equilibrados con relación entre si de modo que los contenidos de estos elementos están dentro de un área que se define por las coordenadas A, B, C, D, A en el sistema de coordenadas en la figura 11, donde las coordenadas [ (C + N) , (V + Nb/2)] para estos puntos son: A: [1.38, 4.8], B: [1.78, 4.8.], C: [2.32, 6.3], D: [1.92, 6.3], el resto esencialmente solamente es hierro e impurezas a contenidos normales. También es un objeto proporcionar un método para trabajo de corte, cizallamiento, punzonado y/o formación en condición fría de un material de trabajo de metal, por una herramienta que comprende un acero de acuerdo con la invención, un método para prensar un polvo de metal por una herramienta que comprende un acero de acuerdo con la invención, y un método para manufacturar un acero de acuerdo con la invención. El acero de acuerdo con la invención es polvo metalúrgicamente manufacturado, lo cual es un pre-requisito para que el acero esté a un alto grado libre de inclusiones de óxido. Preferiblemente, el polvo metalúrgicamente manufacturado comprende atomización de gas de una fusión de acero por nitrógeno como un gas de atomización, por lo cual la aleación de acero logrará un contenido mínimo de nitrógeno. Si se desea, el polvo de acero se puede nitrar en fase sólida para incrementar adicionalmente el contenido de nitrógeno en el acero. Después toma lugar la consolidación por prensado isostático en caliente. El acero se puede usar en esta condición o después del forjado/laminado a una dimensión final. Cuando nada más se establece la presente descripción siempre se refiere al porcentaje en peso con respecto de la composición química del acero y el porcentaje en volumen con respecto de los componentes estructurales del acero. Por la denotación MX-carburos, M7X3-carburos o solo carburos siempre se proponen carburos así como nitruros y/o carbonitruros , si nada más se establece. Por M6C-carburos siempre se entiende nasa sino carburos. Lo siguiente es verdad para materiales de aleación individuales y sus relaciones mutuas y para la estructura y termo-tratamiento del acero.

El carbón, y donde sea apropiado también una cierta cantidad de nitrógeno, deberá estar presente en una cantidad en el acero que, en la condición endurecida y templada del acero, típicamente de una temperatura austenizante TA de 1050°C, es adecuado conjuntamente con vanadio y donde sea apropiado niobio para formar 8-13% en peso de MX- carburos , donde M es esencialmente vanadio y X es carbón y nitrógeno, preferiblemente predominantemente carbón, de los carburos al menos 90% en volumen tienen un diámetro equivalente de máximo 2.5 µp?, preferiblemente máximo 2.0 ym. Tales MX-carburos contribuyen en una manera que es conocida per se para la persona experta en la técnica, para dar al acero una resistencia al desgaste deseable y también tienen un cierto efecto de producir granos finos, y también una cierta cantidad de endurecimiento secundario. Por un termo-tratamiento adaptado, es decir elección de temperatura de austeni zación y temperatura de templado, el contenido del acero de MX-carburos se puede variar dentro del intervalo anterior de modo que se obtiene una microestructura que es adecuada para el propósito, el cual se describe con mayor detalle en la descripción de los experimentos realizados y en la descripción de las figuras anexas. Además de estos MX-carburos, el acero esencialmente deberá estar libre de otros carburos primarios precipitados tales como M7X3- y M6C-carburos.

Preferiblemente, el acero no contiene más nitrógeno que lo que es inevitablemente y naturalmente comprendido debido a la absorción de los medios circundantes y/o de la materia prima agregada, es decir máximo aproximadamente 0.12%, preferiblemente máximo aproximadamente 0.10%. En una modalidad concebible, el acero puede contener, sin embargo, una cantidad deliberadamente agregada, mayor de nitrógeno, que se puede suministrar por nitruración de fase sólida del polvo de acero que se usa en la manufactura del acero. En este caso, la parte principal de (C + N) puede ser nitrógeno, lo cual significa que en este caso M es principalmente carbonitruros de vanadio en los cuales el nitrógeno es el ingrediente principal conjuntamente con vanadio, o aún son nitruros de vanadio puros, mientras que el carbón existe esencialmente solamente como se disuelve en la matriz del acero en su condición endurecida y templada. El vanadio deberá estar presente en el acero a un contenido de al menos 4.8% pero máximo 6.3%, conjuntamente con carbón y algo de nitrógeno presente, para formar los MX-carburos mencionados anteriormente a un contenido total de 8-13% en volumen, en la condición endurecida y templada de uso del acero. El vanadio puede, en principio, ser reemplazado por niobio pero esto requiere la cantidad doble de niobio cuando se compara con vanadio, lo cual es una desventaja. El niobio también resulta en una forma más angular de los MX- carburos y llegan a ser más grandes que los carburos de vanadio puros, por lo cual las fracturas o despostillados se pueden iniciar, por lo tanto disminuyen la firmeza del material, lo cual es una desventaja. Por consiguiente, el niobio no debe estar presente a un contenido arriba de 2%, preferiblemente máximo 1% y adecuadamente máximo 0.1%. Es muy preferido que el acero no contenga cualquier niobio deliberadamente agregado y no se deberá tolerar a contenidos arriba de los contenidos de impureza en la forma de elementos residuales originados de las materias primas incluidas en la manufactura del acero. De acuerdo con un aspecto de la invención, los contenidos en el acero de (C + N) por una parte y de (V + Nb/2) por otra parte, se deberán equilibrar con relación entre si de modo que los contenidos de estos elementos están dentro de un área que se define por las coordenadas A, B, C, D, A en el sistema de coordenadas en la figura 11, donde las coordenadas de A: [1.38, 4.8], B: [1.78, 4.8], C: [2.32, 6.3.], D: [1.92, 6.3]. Dentro de estos intervalos, un acero con un perfil de propiedad muy benéfico se puede proporcionar. Una combinación adaptada de dureza, resistencia al desgaste, ductilidad y rnaqu Lnabi 1 idad se puede obtener por un termo- tratamiento adaptado. Dentro de este intervalo más amplio de composición generalmente es verdad que la dureza y la resistencia al desgaste incrementarán tanto mayor la cantidad total de (C + N) y (V + Nb/2) en el acero, mientras la ductilidad es favorecida cuanto menor la cantidad total de estos elementos. De acuerdo con una modalidad más preferida, el contenido de estos elementos deberá estar dentro de un área definida por las coordenadas E, F, G, H, E en el sistema de coordenadas en la figura 11, donde las coordenadas de [ (C + N) , (V + Nb/2)] para estos puntos son: E: [1.48, 4.8], F: [1.68, 4.8], G: [2.22, 6.3], H: [2.02, 6.3] . De acuerdo con una modalidad aún más preferida, los contenidos de (C + N) por una parte y de (V + Nb/2) por otra parte, se deberán equilibrar con relación entre si de modo que los contenidos de estos elementos están dentro de un área que se define por las coordenadas K, L , M, N, K en el sistema de coordenadas en la figura 11, donde las coordenadas de [ (C + N) , (V + Nb/2) ] para estos puntos son: K: [1.62, 5.2], L: [1.82, 5.2] , M: [2.05, 5.8] , N: [1.85, 5.8] . De acuerdo con todavía otro aspecto de la invención, los contenidos de (C+ N) por una parte y de (V + Nb/2) por otra parte, se deberán equilibrar con relación entre si de modo que los contenidos de estos elementos cumplen el requerimiento 0.32 < (C + N) / (V + Nb/2) < 0.35. De acuerdo con todavía otro aspecto de la invención, los contenidos de (C + N) por una parte y de (V + Nb/2) por otra parte, se deberán equilibrar con relación entre si de modo que los contenidos de estos elementos están dentro de un área que se define por las coordenadas ?', B', C, D' , A' en el sistema de coordenadas en la figura 11, donde las coordenadas de [ (C + N) , (V + Nb/2)] para estos puntos son: A1: [1.52, 5.2], B: [1.93, 5.2], C: [2.18, 5.9], D: [1.77, 5.9] . El carbón también contribuye a la dureza estando presente en solución sólida en la matriz del acero en su condición endurecida y templada, a un contenido de 0.4-0.6% en peso a una temperatura de austenización T¾ de 980 1050°C. El silicio está presente como un elemento residual de la manufactura del acero, a un contenido de al menos 0.1%, normalmente al menos 0.2%. El silicio incrementa la actividad del carbón en el acero y por lo tanto contribuye a dar al acero una dureza adecuada. Los contenidos que son demasiado altos pueden conducir a problemas de fragilidad debido al endurecimiento de solución y por lo tanto el contenido máximo de silicio en el acero es 1.5%, preferiblemente máximo 1.2%, adecuadamente máximo 0.9%. Un contenido de Si que es benéfico para el acero es 0.2-0.5 Si. El acero tiene un contenido nominal de 0.4% Si. El manganeso se agrega al acero a un contenido de al menos 0.1% para unir la cantidad de azufre que puede estar presente en el acero, formando sulfuros de manganeso. El manganeso, así como los elementos cromo y molibdeno, también contribuye a dar al acero una templabilidad adecuada, lo cual significa que un contenido de manganeso de 0.1% se puede tolerar sin algunos efectos negativos en las propiedades del acero. A altos contenidos, el manganeso puede causar una estabilización indeseable de austenita residual, lo cual conduce a dureza deteriorada. La austenita residual también hará al acero menos estable dimensionalmente lo cual es una desventaja mayor. Por lo tanto, el contenido de manganeso no deberá exceder 1.2% Mn y un contenido de manganeso benéfico para el acero está en el intervalo de 0.1-0.9% Mn. El acero tiene un contenido nominal de 0.4% Mn. Como se mencionó anteriormente, el cromo contribuye a la templabilidad del acero y por esta razón deberá estar presente a un contenido de al menos 4.0%, preferiblemente al menos 4.5%. El cromo también es un elemento formador de carburo y en muchos aceros se usa para contribuir a la resistencia al desgaste del acero por la formación de M7X3-carburos . Tales carburos se pueden disolver a varios grados por elección de una temperatura de austenización adecuada en el endurecimiento, y el cromo y carbón que se han disuelto en la austenita de esta manera luego se pueden precipitar a varios grados para formar carburos secundarios precipitados muy pequeños que contribuirán eficientemente a dar al acero una dureza deseada en conexión con el templado.

El acero de acuerdo con la invención deberá, entre otras cosas, exhibir muy buena resistencia al desgaste y deberá ser capaz de endurecerse a una dureza comparativamente alta. Ahora se ha mostrado que se puede lograr al mismo tiempo cuando se da al acero una sorprendentemente buena ductilidad, superior a algunos de los aceros propios del solicitante que se venden para aplicaciones similares. Limitando el contenido de cromo, ha sido posible evitar o al menos minimizar la formación de M7X3-carburos en favor de la formación de MX-carburos primarios precipitados. Para lograr tal composición de carburo benéfica, el contenido de cromo por lo tanto se deberá limitar a máximo 5.5% y aún más preferido máximo 5.1%. Un contenido de cromo que es benéfico para el acero es 4.8%. La parte principal del cromo que se agrega al acero será disuelta en el acero para que contribuya a la templabilidad del acero. De acuerdo con el concepto de la invención, el acero deberá tener una templabilidad requisita para variar las dimensiones que se endurecen en todo y si el acero será usado en dimensiones gruesas la templabilidad es un aspecto particularmente importante. Por lo tanto, el molibdeno deberá estar presente en el acero a un contenido de al menos 1.5%. Sin arriesgar la precipitación de los M6C-carburos no deseables, el contenido de molibdeno se puede tolerar hasta 3.6% Mo . Preferiblemente, el acero contiene entre 1.5 y 2.6% Mo y aún más preferido entre 1.6 y 2.0% Mo . A un cierto grado el molibdeno se puede reemplazar por tungsteno pero esto requiere la cantidad doble de tungsteno cuando se compara con molibdeno, lo cual es una desventaja. También vuelve el manejo escarpado más difícil. Por lo tanto, el tungsteno no deberá existir a un contenido de más de máximo 0.5%, preferiblemente máximo 0.3% y adecuadamente máximo 0.1%. Es muy preferido que el acero no contenga algo de tungsteno deliberadamente agregado y en la modalidad más preferida no se deberá tolerar a contenidos arriba del nivel de impureza en la forma de elementos residuales originados de las materias primas incluidas en la manufactura del acero. El azufre está presente en el acero principalmente como una impureza a un contenido de máximo 0.03%. Sin embargo, es concebible de acuerdo con una modalidad, para mejorar la maquinabilidad del acero, que el acero contenga azufre deliberadamente agregado a un contenido de hasta máximo 0.3%, preferiblemente máximo 0.15%. Una composición nominal del acero de acuerdo con la invención es 1.77% C, 0.4% Si, 0.4% Mn, 4.8% Cr, 2.5% Mo y 5.5% V, el resto es esencialmente hierro. La siguiente composición es un ejemplo de una variante concebible del acero, dentro del alcance de la invención: 1.9% C, 0.4% Si, 0.4% Mn, 4.8% Cr, 3.5% Mo, 5.8% V, el resto es esencialmente hierro. La siguiente composición todavía es otro ejemplo de una variante concebible del acero: 1.67% C, 0.4% Si, 0.4% n, 4.8% Cr, 2.3% Mo, 5.2% V, el resto es esencialmente hierro. La siguiente composición es todavía otro ejemplo de una variante concebible del acero: 1.80% C, 0.4% Si, 0.4% Mn, 4.8% Cr, 1.8% Mo, 5.8% V, el resto es esencialmente hierro. Las variantes anteriores se han optimizado para lograr algunos perfiles de propiedad de diferenciación, de modo que el acero con un contenido incrementado de los formadores de carburo molibdeno y vanadio conseguirán una mejor resistencia al desgaste a expensas de una ductilidad algo reducida. El acero que tiene un contenido disminuido de estos dos elementos conseguirá una mayor ductilidad a expensas de una resistencia algo inferior al desgaste. En la manufactura del acero, una fusión de acero se prepara primero conteniendo las cantidades pretendidas de carbón, silicio, manganeso, cromo, molibdeno, posiblemente tungsteno, vanadio, posiblemente niobio, posiblemente azufre más allá del contenido de impurezas, nitrógeno en contenido inevitable, el resto de hierro e impurezas. Un polvo es producido a partir de esta fusión, por atomización de gas nitrógeno. Las gotas formadas en atomización de gas son enfriadas, de modo que los carburos de vanadio formados y/o carburos mezclados de vanadio y niobio no tienen tiempo para crecer pero llegan extremadamente delgados - que tienen un espesor de no más de una fracción de un micrómetro - y consiguen una forma irregular pronunciada que llega as er desde los carburos que están precipitados en áreas de fusión residual en la red de dendrita en las gotas pequeñas que solidifican rápidamente, antes de que las gotas se solidifiquen para formar granos de polvo. En el caso de que el acero contenga nitrógeno más allá de un contenido de impureza inevitable, esto se logra por nitruración del polvo, por ejemplo, tal como se describe en SE 462,837. Después del tamizado, el cual si el polvo va a ser nitrurado se realiza adecuadamente antes de la nitruración, el polvo se carga en cápsulas que son evacuadas entonces y selladas y se exponen a presión isostática caliente, HIP:ing como se conoce per se, a alta temperatura y alta presión; 917.7 y 1529.5 kg/cm2 (950-1200°C y 90-150Mpa) ; típicamente a aproximadamen e 1150°C y 100 MPa, de modo que el polvo se consolida para formar un cuerpo completamente denso. Por el HlP:ing, los carburos conseguirán una forma mucho más regular que la que tienen en el polvo. La parte de volumen predominante tiene un tamaño de máximo aproximadamente 1.5 ]im y una forma redondeada. Las partículas ocasionales aún se alargan y algo más largas, máx aproximadamente 2.5 um. La transformación es más probable debido a una combinación de un rompimiento de las partículas muy delgadas en el polvo y coalescencia . El acero se puede usar en la condición HlP:ed. Normalmente, el acero sin embargo es trabajado en caliente, después de HIP:ing, forjando y/o laminado en caliente. Esto se realiza a una temperatura inicial de entre 1050 y 1150°C, de manera preferible aproximadamente 1100°C, Por esto, toma lugar una coalescencia adicional y en particular una esferoidi zación de los carburos. Después del forjado y/o laminado, al menos 90% en volumen de los carburos tiene un tamaño de máximo 2.5 µp?, preferiblemente máximo 2.0 um. Para ser capaz de trabajar el acero por herramientas de corte, primero debe ser recocido suave: Esto toma lugar a una temperatura por abajo de 950°C, de manera preferible aproximadamente 900°C. Cuando a la herramienta, por corte, se ha proporcionado su forma final, se endurece y templa. En la austenización, los carburos MX son algo extensos disueltos para ser precipitados secundarios en el recocido. A pesar de estos carburos MX, el acero no contendrá cualesquiera otros carburos . El endurecimiento se puede realizar a partir de un temperatura de austenización considerablemente mucho más inferior que la que es convencional para aceros con una resistencia al desgaste correspondiente, normalmente entre 980 y 1150°C, preferiblemente por abajo de 1100°C, para evitar la disolución indeseablemente extensa de carburos MX. Una temperatura de austenizacion adecuada es 1000-1050°C. Esto es una ventaja decisiva para el fabricante de herramientas, puesto que luego el acero se puede tratar en caliente conjuntamente con la mayor parte de otros aceros de herramienta en el mercado. En la condición endurecida del acero, TA 980 - 1050°C, la matriz consiste esencialmente de martensita solamente que contiene 0.4-0.6% de carbono en solución sólida. El templado subsecuente se puede realizar a una temperatura de entre 200 y 600°C, preferiblemente a una temperatura de entre 500 y 560°C. El resultado final es la microestructura que es típica para la invención y que consiste de martensita templada y en la martensita templada 8-13% por volumen de carburos MX, en donde M es esencialmente vanadio y X es carbón y nitrógeno, preferiblemente en el carbón principal, del cual los carburos al menos 90% por volumen tienen un diámetro equivalente de máximo 2.5 um, preferiblemente máximo 2.0 µ??. Los carburos tienen una forma predominantemente redonda o redondeada pero pueden existir carburos ocasionalmente más largos. En esta descripción, el diámetro equivalente Dekv se define como Dekv=2 A/n, donde A es el área de la partícula de carburo en la sección estudiada. Típicamente, al menos 96% en volumen de los carburos, nitruros y/o carbonitruros de MX tienen un Dekv < 3.0 µ?? . Normalmente, los carburos también son esferoidizados a tal magnitud que los carburos no tienen una longitud actual arriba de 3.0 µp? en las secciones observadas. Después del endurecimiento y templado, el acero tiene una dureza de 58-66 HRC . Otras características y aspectos de la invención son claros a partir de las reivindicaciones adjuntas, y a partir del segundo conteo de experimentos que han sido elaborados .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 muestra la microestructura de un acero de conformidad con la invención, después del endurecimiento y templado . La Figura 2 muestra la microestructura . de un material comparativo comercial, después del endurecimiento y templado . La Figura 3 muestra la microestructura de un material aún comparativo comercial, después del endurecimiento y templado. La Figura 4 es una gráfica que muestra la dureza de un acero de conformidad con la invención, como una función de la temperatura de austenización . La Figura 5 es una gráfica que muestra la dureza de un acero de conformidad con la invención a diferentes temperaturas de austenización y como una función de temperatura de templado. La Figura 6 es una gráfica que muestra la ductilidad de un acero templado a alta temperatura, de conformidad con la invención, así como también un número de materiales comparativos. La Figura 7 es una gráfica que muestra la capacidad de mecanización del acero de conformidad con la invención, así como también un número de materiales comparativos. La Figura 8 es aún una gráfica que muestra la capacidad de mecanización de un acero de conformidad con la invención, así como también un material comparativo. La Figura 9 muestra la combinación de energía de impacto entallada y resistencia al desgaste para un acero de conformidad con la invención, así como también para un número de materiales comparativos. La Figura 10 muestra la relación, al desgaste en pruebas de resistencia mecánica del acero de conformidad con la invención, así como también un número de materiales comparativos . La Figura 11 es una gráfica sobre la relación entre el contenido de carbono y cualquier nitrógeno existente con relación al contenido de vanadio y cualquier niobio existente . La Figura 12 muestra una gráfica sobre el desgaste de canto en el cuchillo superior e inferior después de las pruebas de corte. Las Figuras 13a, 13b, muestran la cara lateral del cuchillo superior después de las pruebas de corte. Las Figuras 14a, 14b, muestran la cara frontal del cuchillo superior después de las pruebas de corte, y Las Figuras 15a, 15b, muestran la cara frontal del cuchillo inferior después de las pruebas de corte.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La composición química de los aceros examinados se da en la Tabla 1. En la tabla, el azufre mostrado para algunos de los aceros es una impureza. Otras impurezas no han sido contadas por no exceder los niveles normales de impurezas. El balance es hierro. En la tabla 1, el acero 7 tiene una composición química de conformidad con la invención. Los aceros 1-5 son materiales de referencia.

Tabla 1. Composición química para aceros examinados, en% en peso Los aceros 1-5 son aceros comerciales de los cuales todos, excepto el acero no. 1, son los aceros del solicitante. Las muestras de materiales de estos aceros se ordenaron y analizaron con respecto de la composición química. Todos estos aceros son polvos metalúrgicamente manufacturados y son ordenados en la condición recocida blanda. Una fusión de 6 ton se produjo a partir del acero no. 7, de conformidad con una técnica metalúrgica de fusión convencional. El polvo de metal es manufacturado de la fusión por atomización de gas de nitrógeno de un chorro de fusión. Las pequeñas gotitas formadas fueron apagadas enfriadas . Los blancos de 2 toneladas cada uno, se produjeron a partir del polvo del acero no. 7, que tiene la composición química de conformidad con la Tabla 1. El polvo de acero se llenó en cápsulas de lámina de metal, las cuales fueron entonces selladas, evacuadas, calentadas a aproximadamente 1150 SC y posteriormente, sometidas a presión isostática caliente (HIP) a aproximadamente 1150SC y a una presión de 100 MPa . La estructura de carburo originalmente obtenida del polvo se rompió en HIOP:ing al mismo tiempo conforme los carburos son coalescentes . En la condición HIP:ed del acero, los carburos han obtenido una forma regular, alcanzando una forma esferoidizada . Todavía son muy pequeños. La parte predominante, más de 90% en volumen, tiene un diámetro equivalente de 2.5 µp? máximo, preferiblemente aproximadamente 2.0 um máximo. Posteriormente, los blancos fueron forjados a una temperatura de 1100SC a la dimensión de una barra redonda de 100 mm . El acero no. 7 fue recocido blando a 900aC y su microestructura se examinó y se realizó prueba de dureza. Los carburos están presentes en el material en la forma de carburos MX esencialmente es feroidi zados , muy pequeños, todavía de aproximadamente 2.0 µ?? de largo, en términos de diámetro equivalente. Después del recocido blando, las muestras de prueba fueron tomadas del acero no. 7 para examinaciones continuadas. El mismo tipo de muestras de prueba se tomaron a partir de los materiales de referencia 1-5, que han sido ordenados en la condición de recocido blando . El tratamiento por calor en conjunto con endurecimiento y templado de los varios aceros, se presenta en la Tabla 2. La microestructura en la condición recocida y endurecida se examinó por tres de los aceros, más específicamente, el acero no. 7, de conformidad con la invención, mostrado en la Figura 1, y los aceros de referencia no. 4 y 1, se muestran en las Figuras 2 y 3, respectivamente. El acero de conformidad con la invención, Fig. 1, contiene 11.7% en volumen de carburos MX en la matriz, que consiste de martensita templada. No pueden ser detectados carburos además de carburos MX . Los carburos ocasionales que tienen un diámetro equivalente de más de 3.0 µp?, pueden ser encontrados en el acero de conformidad con la invención en la condición endurecida y templada. El acero de referencia No. 4, Figura 2, contiene, en la condición endurecida y templada, un total de aproximadamente 14.4% en volumen de carburos, sobre aproximadamente 9.2% en volumen, fueron carburos MC y aproximadamente 5.2% en volumen fueron carburos M7C3. Como es claro de la figura, los carburos M7C3 son relativamente grandes, en general, más grandes que los carburos MC , y esto tiene un efecto negativo principalmente en la ductilidad. El acero de referencia no. 1, Figura 3, contiene, en la condición endurecida y templada, aproximadamente 15.7% en volumen de carburos MC . No se detectaron otros carburos. El alto contenido de carburos resulta en una resistencia relativamente buena al desgaste, pero a una ductilidad inferior para el acero. La dureza después del tratamiento como se define en la Tabla 2 , también se da en la Tabla 2. Después del templado a alta temperatura, el acero 7 de conformidad con la invención, obtiene una dureza comparable con el material de referencia de alta aleación no .5 , y la dureza es aproximadamente 1 unidad HRC superior que los materiales de referencia examinados no. 2-4. La resistencia al impacto de los materiales anteriores también se examinó, y los resultados se muestran en la Figura 6. La energía de impacto (J) absorbida en tanto las direcciones LC2 como CR2 , se midió y para el acero no. 7 de conformidad con la invención, se midió un mejoramiento dramático comparado principalmente con el material de referencia no. 4, que es el material propuesto para desarrollo adicional. El mejor valor para el acero no. 7 de conformidad con la invención fue 37J en la dirección transversal (CR2), la cual fue medida después de templado a alta temperatura. Esto corresponde a un mejoramiento de aproximadamente 60%, comparado con el material de referencia no. 4. Aún cuando la dureza se toma en cuenta, es claro que el acero no. 7 de conformidad con la invención, tiene una combinación única de dureza alta y muy buena ductilidad, más cercana en relación con el material de referencia no. 5 que tiene dureza comparable, la cual se muestra en la Figura 9. Las varillas de muestra se cortaron y molieron, varillas de muestra entalladas con la dimensión de 7 x 10 mm y longitud de 55 rrun, endurecidas a dureza de conformidad con la Tabla 2. La dureza del acero no. 7 de conformidad con la invención, también se examinó después de varias temperaturas de austenización y temperaturas de templado. Los resultados se muestran en las gráficas en las Figuras 4 y 5. Ya a una temperatura de austenización relativamente baja de 1030SC, el acero no. 7 exhibe una dureza máxima, la cual debe ser vista como muy ventajoso a partir de un punto de vista de tratamiento de calor, como la parte principal de los aceros de herramientas en el mercado que son tratados por calor a aproximadamente tal temperatura. La parte principal de los aceros de referencia debe ser calentada a aproximadamente 1060-1070aC para obtener una dureza máxima. Para referencia al acero no. 1, no se logra una dureza máxima hasta una temperatura de 1100-11509C. Como es claro de la Figura 5, un endurecimiento secundario pronunciado se logra templando a una temperatura de entre 500 y 550SC. El acero también proporciona la posibilidad de templado a temperatura lenta a aproximadamente 200-250eC. También es claro de la figura que la austenita residual puede ser eliminada por templado a alta temperatura. La resistencia al desgaste del acero de conformidad con la invención, también se comparó con un número de materiales de referencia y los resultados se dan en la Figura 10. En la prueba de desgaste, varillas de muestra se usaron, teniendo una dimensión de 0 15 mm y la longitud de 200 mm . La examinación se condujo como una prueba de perno en disco con Si02 como el agente de desgaste de abrasivo. Antes de las pruebas de desgaste, los aceros de referencia no. 2-5 y no. 7 de conformidad con la invención, han sido templados a alta temperatura a una dureza de 62.5 HRC . El acero de referencia no. 1, tiene algo de dureza superior, 62.7 HRC, obtenida por endurecimiento de 1120eC/30 minutos y templado a 540aC/3X2 h. La velocidad de desgaste en mg/min también se muestra en la Tabla 2. El acero no. 7 se mostró por tener aproximadamente la misma buena resistencia al desgaste como el acero de referencia no. 4, y fue superior a los aceros de referencia no. 2 y 3. El acero de referencia no. 5 tiene alguna buena resistencia al desgaste comparado con el acero no. 7. El acero de referencia no. 1 tiene la mejor resistencia al desgaste de todos los aceros. En dos diferentes experimentos, la capacidad de mecanización del acero no. 7 de conformidad con la invención, se comparó con los aceros de referencia 2-5 y los resultados se muestran en la Tabla 2 y también en la Figura 7 y Figura 8. La Figura 7 muestra el resultado cuando la capacidad de mecanización por ajuste de muestras de prueba recocido suave con un borde de corte de metal duro y en la Figura 8 se muestran las pruebas de perforación para los materiales con taladros no revestidos. Los resultados de estas pruebas muestran que el acero no. 7 de conformidad con la invención, tienen una muy buena capacidad de mecanización, es decir, valores altos de V30 y V1000, prácticamente el doble, comparado con el material de referencia 4. La prueba de aplicación, la resistencia al desgaste de bordo se examinó por pruebas de corte. Las navajas de corte se manufacturaron de acero no. 4 y acero no. 7. Las navajas se endurecieron y templaron a una dureza de 60.5 HRC y 60.0 HRC respectivamente. Las pruebas de corte se realizaron en una prensa excéntrica ESSA con una capacidad de carga de corte máxima de 15 toneladas y una velocidad de corte de 200 cortes por minuto. El corte se realizó en tiras de acero de alta resistencia en el acero grado Docol 1400 M, 50 mm de amplitud, 1 mm de espesor. La separación de corte fue de 0.05 mm . Se midió el desgaste del borde en navajas tanto superior como inferior, y el resultado se muestra en la Figura 12. En la Figura 12, una gráfica muestra el desgaste del borde después de 100 000 cortes y después que la prueba ha terminado. Para el cuchillo manufacturado del acero no. 5, la prueba no se ha detenido después de 150 000 cortes debido al despostillamiento del borde. El cuchillo manufacturado del acero no. 7 no mostró tendencia al despostillamiento después de 315 000 cortes cuando la prueba se terminó. Es evidente que el acero no. 7 mostró una resistencia mucho mejor al desgaste de borde que el acero no . 5.

En las Figuras 13a, 13b, la cara lateral del cuchillo superior del acero No. 5 después de 150 000 cortes y acero No. 7 después de 315 000 cortes, se muestra después de la prueba terminada, es decir, la cara de la herramienta de corte que es paralela a la dirección del corte. Se puede ver de las figuras, que el acero No. 5 muestra desgaste significantemente más abrasivo después de 150 000 cortes, comparado con el acero no. 7 después de más de dos veces que muchos cortes . Las Figuras 14a, 14b, muestran la cara frontal del cuchillo superior del acero No. 5 y acero No. 7 y la Figura 15a, b, muestra la cara frontal del cuchillo inferior del acero No . .5 y acero No. 7, es decir, la cara de la herramienta de corte que es perpendicular a la dirección de corte de la placa de acero, después de 150 000 cortes y 315 cortes, respectivamente. Se puede ver que tanto el cuchillo superior como inferior manufacturados de acero No. 5, muestran despostillado del borde mientras el borde del acero No. 7 no muestra tendencia al despostillado. Las pruebas de aplicación indican que el acero inventivo tiene mejor rigidez y mejor resistencia al desgaste que el acero de referencia No. 5. Particularmente, la resistencia al despostillado es ventajosa.

De conformidad con el concepto de la invención, el acero debe tener una buena capacidad de endurecimiento. Con un acero de conformidad con la invención, se ha probado posible dejar la capacidad de endurecimiento variar dentro de los intervalos amplios de la composición de acero. Esto se puede hacer variando el contenido de molibdeno dentro de los límites dados, de manera tal que un acero de conformidad con la invención, que tiene un contenido de molibdeno de, o cercano al límite inferior del intervalo, obtendrá una capacidad de endurecimiento que es relativamente baja en comparación con un acero de conformidad con la invención, que tiene un contenido de molibdeno de, o cercano al límite superior del intervalo, pero en el intervalo completo de contenido de molibdeno, se obtiene una capacidad de endurecimiento que excede la capacidad de endurecimiento de los materiales de referencia no. 1 y 4. En una escala relativa de entre 1-10, en donde 1 = la capacidad de endurecimiento más pobre y 10 = la mejor capacidad de endurecimiento, el acero no. 7 de conformidad con la invención, consigue la clasificación 10. Una variante del acero de conformidad con la invención que tiene un contenido de 2.3% de molibdeno, obtendrá una clasificación de 4. Estas clasificaciones y valoraciones para algunos materiales de referencia, se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2 10 15 Mediante cálculos, por cálculos teóricos conocidos, es decir, en Cálculos Térmicos, el contenido de carburo y la cantidad de molibdeno en solución sólida en la matriz a equilibrio, se calcularon por una variante del acero inventivo denotado acero no. 6, comparado con los aceros No. 4 y 6. El acero No. 6 tiene una composición que contiene 1.8% de C, 0.4% de Si, 0.4% de Mn, 4.8% de Cr, 1.8% de Mo y, 5.8% de V, y se designa en orden para ser capaz de reducir el costo de elementos de aleación aún adicionales. El resultado se muestra en la Tabla 3 abajo.

Tabla 3 Comparado con el acero n. 7, el acero no. 6 tiene una cantidad inferior de molibdeno en solución sólida en la matriz, lo cual resulta en una capacidad de endurecimiento inferior. Sin embargo, la capacidad de endurecimiento está en el orden de acero no. 4, y es suficiente para endurecimiento y templado de barras redondas con 0 250 mm o barras cuadradas con una dimensión hasta 400 x 200 mm, las cuales cubren las dimensiones de herramientas para el área de aplicación propuesta. Debido a la cantidad inferior de carburos de MC en la matriz, el acero No. 6 tendrá ductilidad superior que el acero No. 7 en beneficio de menor resistencia al desgaste abrasivo. Comparado con el acero No. 4, tanto el acero No. 6 como el 7 de la invención, tendrán ductilidad superior y mejor resistencia al desgaste abrasivo.

Como una conclusión, se puede decir que con un acero de conformidad con la invención, se obtiene un material que tiene alta dureza y muy buena resistencia al desgaste, lo cual hace al acero adecuado para uso en herramientas de trabajo en frío para corte y punción, corte con rosca, tal como terraja y macho de roscar, extrusión en frío, la compresión de polvo, embutición profunda, así tomo también en navajas de máquina. Por el acero, también se exhibe ductilidad sorprendentemente buena, capacidad de maquinación relativamente buena y por el acero en su modalidad más preferida, también se exhibe capacidad de endurecimiento muy buena, permitiendo al acero llegar a ser endurecido en la forma completamente con buenos resultados para aún dimensiones muy gruesas, se puede proporcionar un acero el cual tiene un perfil propietario que es muy adecuado e inusualmente bueno para la aplicación. También se puede proporcionar un acero dentro del campo de la invención, en el cual, el acero casi no tiene tan buena capacidad de endurecimiento pero para el resto, tiene las mismas buenas propiedades, las cuales son aún una ventaja como se ve a partir de un punto de vista en herramientas de caja de dimensiones más delgadas a ser manufacturadas . Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro a partir de la presente descripción de la invención.

Claims (22)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Acero de trabajo en frío, caracterizado porque tiene la siguiente composición química en % en peso: 1.3 - 2.4 (C+N) , de al menos 0.5 C, 0.1 - 1.5 Si, 0.1 - 1.5 Mn , 4.0 - 5.5 Cr , 1.5 - 3.6 (Mo+W/2), pero máximo 0.5 W, 4.8 - 6.3 (V+Nb/2), pero máximo 2 Nb, y máximo 0.3 S , en el cual el contenido de (C + N) por una parte y de (V + Nb/2) por otra parte son equilibrados con relación entre si de modo que los contenidos de estos elementos están dentro de un área que se define por las coordenadas A, B, C, D, A en el sistema de coordenadas en la figura 11, donde las coordenadas [(C + N), (V + Nb/2)] para estos puntos son: A: [1.38, 4.8], B: [1.78, 4.8], C : [2.32, 6.3], D: [1.92, 6.3], el resto esencialmente solamente es hierro e impurezas a contenidos normales.
2. 2. Acero de trabajo en frío de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de (C + N) por una parte y de (V + Nb/2) por otra parte, son equilibrados con relación entre si de modo que estos elementos están dentro de un área que se define por las coordenadas E, F , G, H, E en el sistema de coordenadas en la figura 11, donde las coordenadas de [ (C + N) , (V + Nb/2)] para estos puntos son: E: [1.48, 4.8], F: [1.68, 4.8], G: [2.22, 6.3], H: [2.02 , 6.3] .
3. 3. Acero de trabajo en frío de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el contenido de (C + N) por una parte y de (V + Nb/2) por otra parte, son equilibrados con relación entre si de modo que los contenidos de estos elementos están dentro de un área que se define por las coordenadas K, L, M, N, K en el sistema de coordenadas en la figura 11, donde las coordenadas de [ (C + N) , (V + Nb/2)] para estos puntos son: K: [1.62 , 5.2] , L: [1.82 , 5.2], M: [2.05, 5.8] , N : [1.85, 5.8] .
4. 4. Acero de trabajo en frío de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el contenido de (C+ N) por una parte y de (V + Nb/2) por otra parte, son equilibrados con relación entre si de modo que los contenidos de estos elementos cumplen la condición 0.32 <_ (C + N) / (V + Nb/2) < 0.3
5. 5. 5. Acero de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque contiene 0.1-1.2% Si, preferiblemente 0.2-0.9% Si.
6. 6. Acero de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque contiene 0.4% Si.
7. 7. Acero de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque contiene 0.1-1.3% Mn, preferiblemente 0.1-0.9% Mn.
8. 8. Acero de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque contiene 0.4% M .
9. 9. Acero de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque contiene 4.5-5.1% Cr .
10. 10. Acero de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque contiene 4.8% Cr .
11. 11. Acero de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque contiene 1.5-2.6% (Mo+ /2).
12. 12. Acero de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque contiene 1.6-2.0% (Mo+W/2) .
13. 13. Acero de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque contiene 1.8% (Mo+W/2).
14. 14. Acero de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque contiene máximo 0.3% W, preferiblemente máximo 0.1% W.
15. 15. Acero de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque contiene máximo 0.3% Nb, preferiblemente máximo 0.1% Nb .
16. 16. Acero de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque contiene máximo 0.15% S.
17. 17. Acero de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque tiene una dureza en el intervalo de 58-63 HRC lograda después del endurecimiento de una temperatura de entre 980 y 1050°C, preferiblemente 59-62 HRC lograda después del endurecimiento de una temperatura entre 980 y 1020°C, y templado a una temperatura de entre 500-560°C/2x2 h.
18. 18. Acero de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque tiene una microestructura después del endurecimiento de 1050°C y templado que contiene 8-13% en volumen de MX-carburos, nitruros y/o -carbonitruros que son igualmente distribuidos en la matriz del acero, donde M es esencialmente vanadio y X es carbón y/o nitrógeno, de los carburos, nitruros y/o carbonitruros al menos 90% en volumen tienen un diámetro equivalente, Dekv, de menos de 3.0 µ??, y esencialmente está libre de M7C3-carburos , nitruros y/o carbonitruros.
19. 19. Acero de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque al menos 90% en volumen de los MX-carburos tienen una extensión máxima de 2.0 m.
20. 20. Método para trabajo de corte, cizallamiento, punzonado y/o formación de un material de trabajo de metal en la condición fría, por una herramienta caracterizado porque comprende un acero de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-19.
21. 21. Método para el prensado de un polvo de metal por una herramienta, caracterizado porque comprende un acero de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-19.
22. 22. Método de manufactura de un acero, caracterizado porque comprende las siguientes etapas de producción : a) producción de un polvo de metal de una fusión de metal; b) prensado isostático en caliente del polvo a una temperatura de entre 950 y 1200°C y una presión de entre 917.7 y 1529.5 kg/cm2 (90 y 150 Mpa) para formar un cuerpo consolidado; trabajo en caliente del cuerpo consolidado a una temperatura inicialmente de entre 1050 y 1150°C, recocido suave a aproximadamente 900°C, endurecimiento de una temperatura de entre 980 y 1050 °C y templado a una temperatura de entre 500 y 560°C a una dureza en el intervalo de 58-66 HRC , preferiblemente 61-63 HRC, en donde el polvo de metal tiene una composición de acuerdo con la reivindicación