NO123624B - - Google Patents

Description

Utskilningsherdende austenittisk stål.

Oppfinnelsen angår et utskilningsherdende austenittisk stål med en Vickershardhet ved værelsetemperatur av over !+20, en god varmhold-fasthet, god slitestyrke og god seighet ved såvel værelsetemperatur som forhoyet temperatur.

Ståltypen ifolge oppfinnelsen er spesielt egnet for anvendelse som varmefast verktoystål, heretter kalt varmarbeidsstål. Det er ved forsok blitt fastslått at et varmarbeidsstål bor ha en Vickershardhet ved værelsestemperatur av over ca. ^00 for å hindre en generell de-formering av verktoyet ved anvendelse av dette. De hittil anvendte varmarbeidsstål har vært av martensittisk type, og det har ved herå-ning og anlopning kunnet oppnåes en tilstrekkelig hoy hardhet ved værelsestemperatur. Hardheten for denne ståltype har imidlertid vist vist seg å synke relativt hurtig ved temperaturer over ca. 600°C,

og for flere formål, f.eks. strengpressing av kobber, er dette temperaturområde meget viktig, og de angjeldende martensittiske ståls hardhet ved forhoyet temperatur er derfor utilstrekkelig med folgelig dårlig slitestyrke. Det er derfor blitt foreslått å anvende' austenittiske stål i denne forbindelse da man ved anvendelse av slike austenittiske stål ved temperaturer over 650°C som regel får en hardhet som er hoyere enn hardheten for de nevnte martensittiske (fer-rittiske) stål. Slike, austenittiske stål har imidlertid ved lavere temperaturer enn 600°C en hardhet som er utilfredsstillende for anvendelse i varmarbeidsverktoy. Denne utilfredsstillende hardhet til de austenittiske stål ved lavere temperaturer kan imidlertid okes be-traktelig ved kaldbearbeiding. En slik kaldbearbeiding medforer imidlertid betydelige ulemper ved at varmarbeidsverktbyet må fremstilles fra et hardt materiale, og dette innbærer selvfølgelig en vanskelighet. De austenittiske stål har som regel en meget god seighet ved værelsetemperatur, men denne seighet minsker med stigende temperatur, og det oppstår som regel et seighetsminimum ved en temperatur av ca. 600 - 700°C. Da dette temperaturområde er av stor betydning for flere varmarbeidsstål, har det angjeldende seighetsminimum vært en besværlig faktor.

Stålet ifolge oppfinnelsen er ikke beheftet med de nevnte ulemper. Det er utskilningsherdende, og dette medforer at verktoyet kan fremstilles av et materiale som bare er blitt opplosningsbehandlet og derfor har en forholdsvis lav hardhet, og dette letter selvfølgelig fremstillingen av verktoyet. Stålet ifolge oppfinnelsen har dessuten en Vickershardhet ved værelsetemperatur av over H&O, en god hardhet ved forhoyet temperatur, god slitestyrke og slitasjebestandighet og god seighet ved både værelsetemperatur og forhoyet temperatur. Det utskilningsherdende austenittiske stål ifolge oppfinnelsen er sær-» preget ved at det inneholder folgende bestanddeler:

og resten jern og i ståltypen vanlige forurensninger, idet innholdet av mangan og nikkel er således valgt at oppnåelsen av en stabil austenittstruktur sikres.

Det følgende representerer et foretrukket analyseområde:

Som nevnt sikres den stabile austenittstruktur ved tilsetning

av mangan og nikkel. Forsok er blitt utfort med eldning i 2,5 timer ved en temperatur av 700°C med en legering bestående av ca. 0, h $ silisium, ^,5 % krom, 1,0 % vanadium, 1,5 % molybden, 1,5 % wolfram og med et karboninnhold av 0,3 og 0,8 % og varierende mengder mangan og nikkel. Det har vist seg for stål inneholdende 0,8 % karbon at dette både uten tilsetning av mangan og nikkel og med tilsetning av 2 henholdsvis h % mangan hadde sterkt magnetiske egenskaper. En tilsvarende legering, men med h % mangan og 1 % nikkel eller >+ % mangan og 2 % nikkel, hadde fremdeles svake magnetiske egenskaper mens tilsetningen av 6 % mangan og 2 % nikkel, 6 % mangan og h % nikkel, 8 % mangan og h % nikkel og 10 % mangan og 6 % nikkel alle ga umagnetiske stål. En legering inneholdende 0,8 % karbon og 3,8 % mangan og 2,3 % nikkel ga ved røntgenundersøkelse et ferrittinnhold (martensittinnhold) av ca. 10 %.

Det har vist seg at samtlige stållegeringer inneholdende 0,3 % karbon var sterkt magnetiske ved tilsetning av henholdsvis h %

mangan og 0, 5 % nikkel, h % mangan og 2 % nikkel og 6 % mangan og 2 % nikkel. En tilsvarende legering med 8 % mangan og 2 % nikkel var magnetisk, og en legering med 8 % mangan og h % nikkel var

svakt magnetisk. En tilsetning av 10 % mangan og 6 % nikkel ga. imidlertid et umagnetisk stål. En stållegering inneholdende 0,3 % karbon, 7,3 i° mangan og 4,7 % nikkel ga ved rbntgenanalyse et ferrittinnhold (martensittinnhold) av ca. 10 $.

Det fremgår av de nevnte forsok et det for stål ifolge oppfinnelsen med 0,8 $ karbon fåes en stabil austenittstruktur ved et innhold av under 4 i° mangan og 2 ^ nikkel, og for stål ifolge oppfinnelsen med 0,3 °/ ° karbon ved et innhold av under 7 i° mangan og under 5 % nikkel.

Den for hardheten avgjbrende utskilningsherding skyldes i vesentlig grad tilsetningen av vanadium, og utskilningen av vana-diumkarbid er derved antagelig av stor betydning. Disse vanadium-karbider, spesielt de som ikke opploses ved opplosningsbehandlingen, innvirker også meget fordelaktig på legeringens slitestyrke. Under-søkelser har vist at vanadiuminnholdet bor være minst 0,6 $, men ikke over 1,6% da dette medforer en reduksjon av formbarheten ved en hoy temperatur.

Tilsetningen av krom har også vist seg positivt å bidra til utskilningsherdingen og har dessuten en gunstig innflytelse på oxydasjonsbestandigheten. Også molybden og wolfram har en meget gunstig innflytelse på utskilningsherdingen og forbedrer dess-

uten legeringens slitestyrke i påtagelig grad, og det har derfor vist seg nodvéndig å anvende molybden og wolfram i de angitte mengder i legeringen. Tilsetningen av niob har vist seg å gi en meget gunstig innvirkning på kornstbrrelsen og antagelig også på seighetsminimumet ved 500 - 700°C. Altfor hoye niobinnhold har imidlertid vist seg å nedsette utskilningsherdingen, og innhold over 0,6 % bor ikke anvendes. Et niobinnhold av 0,2 % synes å

være det gunstigste for stålet ifolge oppfinnelsen. Endelig kan det nevnes at hva gjelder tilsetningen av bor, motvirker dette legeringselement dannelsen av et seighetsminimum ved 500-700°C,

og det er da spesielt gunstig hva gjelder kontraksjon. Borinn-holdet bor imidlertid ikke være over ca. 0,02 # da dette vil gi en dårligere formbarhet ved hoy temperatur. Et borinnhold av ca. 0,01 % har vist seg å være det gunstigste for stålet ifolge oppfinnelsen.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet under henvisning til

de i de etterfblgende tabeller angitte stållegeringer. Av tabellene

viser tabell 1 sammensetningen til femten forskjellige stållegeringer som er blitt undersokt i forbindelse med oppfinnelsen, og tabell 2 viser disse stållegeringers hardhet ved værelsestemperatur etter forskjellige varmebehandlinger. I tabell 3 er hardheten ved forhoyet temperatur gjengitt og i tabell 4 forskjellige holdfasthetsegenskaper for enkelte av de undersokte stållegeringer. Tabell 5 viser kornstorrelsen til enkelte av de undersokte stål.

Det fremgår av tabell 1 at stålene 1, 2 og 3 faller utenfor de foreskrevne analysegrenser, og ifolge tabell 2 har de også en vesentlig lavere hardhet ved værelsestemperatur enn de ovrige stål, og de oppfyller således ikke de oppstilte krav.

En sammenligning mellom stålene 3,4 og 5 i tabell 2 til-kjennegir virkningen av en variasjon av vanadiuminnholdet og dette legeringselements meget kraftige virkning ved utskilningsherdingen. Innvirkningen av molybden og wolfram fremgår av en sammenligning mellom stålene 1, 4 og 2, 6 i tabell 2, og denne sammenligning viser at også disse elementer har en meget gunstig innvirkning på utskilningsherdingen.

Niobtilsetningens innvirkning på utskilningsherdingen fremgår av stålene 6-9. I stålet 9 er niobinnholdet hbyere enn den ovre grense ifolge oppfinnelsen, og det vil fremgå at dette niobinnhold har gitt en nedsatt hardhet.

Det har ved praktisk anvendelse av stål ifolge oppfinnelsen vist seg at en matrise for ekstrudering av en legering bestående av 0,12 io karbon, 0,35 % silisium, 0,03 % kobber, 0,21 % jern, 0,26 % mangan, 15,1 % krom, 1,18 % titan, 4,71 % aluminium, 20,1 % kobolt, 4,93 i" molybden, 0,009 % bor og resten nikkel kunne anvendes for 130 ekstruderinger som middelverdi av seks forskjellige ekstruderingsserier. Ved undersøkelser som er blitt utfort i årene 1966 - 67 med to i denne forbindelse ofte anvendte, martensittiske legeringer inneholdende 0,36 % karbon, 0,3 "/ > silisium, 2,8 % krom, 2,8 # molybden, 2,8 # kobolt, 0,5 % vanadium og 0,4 % karbon, 0,3 % silisum, 2,8 % krom, 1,5 °/ ° molybden, 5,0 % wolfram, 2,2 % kobolt og 1 % vanadium ble de tilsvarende middel-verdier bare 80 ekstruderinger pr. matrise.

Ved ekstruderinger med matriser ev det nevnte martensittiske stål er riper blitt iakttatt i de ekstruderte emner allerede

etter ca. 10 ekstruderinger, mens det ved ekstruderinger med matriser av stål ifolge oppfinnelsen oppstod tilsvarende riper forst etter ca. 100 ekstruderinger. Dette viser klart det sistnevnte ståls overlegne slitestyrke. Sprekker i selve matrisen som forer til vraking av disse, er i en rekke tilfeller blitt iakttatt i forbindelse med de martensittiske stål, men ikke i noen tilfeller i forbindelse med stålet ifolge oppfinnelsen.

Stålet ifolge oppfinnelsen har derfor ved praktiske drifts-forsok vist seg å ha en vesentlig hoyere slitestyrke og slitasjebestandighet enn- tidligere for dette formål vanlig anvendte stål-kvaliteter .

Det fremgår klart av tabellene 2, 3 og h at et stål ifolge oppfinnelsen etter opplbsningsbehandling ved ca. 1150°C og utskilningsherding ved 700°C får en Vickershardhet ved værelsetemperatur av over ^20 og dessuten en god holdfasthet ved hoy temperatur, en tilfredsstillende seighet og en god slitestyrke. Videre er det blitt oppnådd en Vickershardhet ved forhoyet temperatur av minst 2^-0 ved 700°C. Det har hittil ikke vært mulig å oppnå denne gode kombinasjon av egenskaper ved anvendelse av kjente martensittiske varmarbeidsstål eller ikke-kaldbearbeidede austenittiske varmarbeidsstål.

Det er dessuten blitt utfort en forsoksserie for å sammenligne virkningene av forskjellige borinnhold på den samme grunnlegering ifolge oppfinnelsen med en sammensetning som vist i tabell 6. Det fremgår av tabell.7 at bor i en mengde av 0,01 - 0,02 % har en meget gunstig innvirkning på stålets varmduktilitet som uttrykt ved kontraksjonen under bibeholdelse av meget gode varmholdfasthets-egenskaper og, som vist i tabell 8, en hardhet over ^20 ved værelsetemperatur.

Claims (2)

1. Utskilningsherdende, austenittisk stål med en Vickershardhet ved værelsetemperatur av over *+20 enheter, god hardhet ved forhoyet temperatur,'god slitestyrke og god seighet ved både værelsetemperatur og forhoyet temperatur,karakterisert ved at legeringen inneholder: og resten jern og i ståltypen vanlige forurensninger, idet innholdet av mangan og' nikkel er således valgt at oppnåelsen av en stabil austenittstruktur sikres.

2. Stål ifolge krav 1,karakterisert ved at det inneholder fblgende legeringselementer: