RU1788073C - Штампова сталь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии, а именно к получению штамповых сталей дл  холодного деформировани , и может быть использовано при производстве инструментов холодного прессовани , эксплуатируемых в услови х массового производства с удельными усили ми до 2700 МПа, Сталь содержит, мас.%: углерод 0,7-1,0; марганец0,15-0,6; кремний 2,5-3,3; хром 4.55-6.0: вольфрам 1,5-3,0; молибден 0,5-3,0; ванадий 0,5-2,5; никель 0,3-1,5; ниобий 0,05-0,5; азот 0,01-0,15; алюминий 0,01-0,10; кальций 0,001-0,01; РЗМ 0,01- 0,10 и железо остальное. Предлагаема  сталь имеет высокую ударную в зкость в отожженном состо нии, повышенную технологическую пластичность и механические свойства.4 табл. ел

Description

Предлагаемое изобретение относитс  к металлургии, в частности к штамповым стал м дл  холодного, деформировани , и может быть использовано дл  изготовлени  инструментов холодного прессовани , эксплуатируемых в услови х массового производства с удельными усили ми до 2700 МПа.

;- Вместе с тем имеетс  целый р д процессов холодного деформировани  металлов с более т желыми услови ми работы, применение в которых вышеуказанных сталей дл  изготовлени  инструментальной оснастки уже не обеспечивавшее достаточной стойкости.

Наиболее близкой к предлагаемой стали по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  сталь-прототип Х5С4В2Ф2НМ следующего состава, мас.%:

Углерод

Марганец

Кремний

Хром

Ванадий

Молибден

Вольфрам

Никель

Железо

0,8-1,2 0,2-0,6 3,0-4,0 3,5-5,0 1,7-2,5 0,5-2,5 0,5-3,0 0,2-1,0 Остальное

VJ

00

со

о

VJ

со

Облада  сравнительно высоким комплексом основных механических свойств (табл.2), данна  сталь, однако, имеет р д недостатков, затрудн ющих производство и применение. Одним из них  вл етс  повышенна  хрупкость после отжига, обусловленна  развитием процессов упор дочени  -участием атомов внедрени  (С) и замещени  (Si) при содержани х SI на верхнем пределе. Так ударна  в зкость (КС)

в состо нии h QcfarioBKVi с та ли-прототипа не превышает 0,3 МДж/м2, в то врем  какДЗже у высоколегированных быстрорежущих сталей она в, 2-2,5 раза выше, например, дл  стали Р6М5ФЗ-МП (4)ci 0,7-0,8 . Низка  ударна  в зкость стали-прототипа приводит к разрушению прутков при холодной правке и падении с высоты 1 м.

Кремний, не образу   в сплавах на основе железа соединений с углеродом, при содержани х 3,5% способствует непосредственной кристаллизации из жидкой фазы крупных карбидов типа МеС и несколько ухудшает распределение избыточных фаз, что отрицательно сказываетс  на техноло- гической пластичности стали-прототипа (ис- . пользование предпочтительно в случае производства метЬдом порошковой метал-

fly prHH).:-Vn::V : :-.v-:J :-..-/ .- : .-. .- . Целью изобретени   вл етс  повыше- ние ударной в зкости в отражённом состо нии , технолргйческбйi пластичности и основ йхШёханическйх свойств стали. ; ;Постай енн:аЙ:цМЁ.достигаетс тем, что в сталь, с6д ржЗш;у1ю ; ;углербД, марганеЦ, кремнии. хрЬм , ванадий, модибден, никель, железо, дополнительно ввод т РЗМ, азот, алюминий, кальций и ниобий со следующим соотношением компонентов, Mad.%:

Углерод Марганец Кремний ;

ХрбМ ;

Вольфрам

Молибден

Ванадий

Никель

Ниобий.

Азот

Алюминий

Кальций

РЗМ .. .:v:

Железо

0,7-1,0 0,15-0,6 2,5-3,3 4,55-6,0 1,5-3,0 ;/ 0,5-3,0 0,5-2,5 0,3-1,5 :0, / 0,01-0,15 0,01-0,10 0,001-0,01 0,01-0,10 Остальное

Существенным отличием предлагаемой , стали  вл етс  наличие в ее составе опти- 45

мальньгх количеств ниоби  (0,05-0,5%), азота (0,01-0,15%), алюмини  (0,01-0,10%), кальци  (0,001-0,.01%) и РЗМ (0,01-0,10%), легзвол ющйх пблучать высокий уровень механических свойств, улучшить качество по- 50 teepXHtfCTH слитка, повысить ударную 6йзкость В:6т6жжей Йом досто нии, технолотйческую пластичность, особенно крупных поковок, . :

Снижение предельных концентраций Si 55

в за вл емой стали положительно сказалось на ударной в зкОстив Отожженном состо нии (сплав № 3, КС 0.9-1,2 МДж/м2), а введение дополнительных центров кристал

0 5

- 0 5

0

5

0

5

0

5

лизации за счет N, Nb, AI, РЗМ улучшило распределение кароидной фазы и её размеры . Максимальный диаметр кароидов (dmax) за вл емой стали (сплав № 3) не превышает 15-20 мкм, в то врем  как в стали-прототипе достигает 25-30 мкм.

При. совместном раскислении стали алюминием, кальцием, РЗМ заметно повышаетс  пластичность и деформйруемость в гор чем состо нии, причем легирование стали каждым элементом в отдельности не приводит к значительному эффекту. Характерно , что превышение верхних пределов может привести к отрицательным последстви , т.е. понижению пластичности.

Кальций и элементы РЗМ оказывают де- сульфурйрующее действие, очищают сталь от примесей, что способствует повышению пластичности, в зкости. Алюминий оказывает значительное вли ние на величину зерна и соответственно на пластичность, в зкость, обрабатываемость.

. .Введение азота и ниоби  в сталь повышают твердость, устойчивость против роста зе рна и соответственно увеличивают прочность И ВЯЗКОСТЬ. . ; , .:

П ри мер. Опытные плавки за вл емой стали выплавл ли в индукционной печи. Полученные слитки весом 40 кг проковывали на квадратные прутки размером 35 х 35 мм на паровоздушных молотах по общеприн той технологии, после чего.заготовки подвергались отжигу по режиму, прин тому дл  легированных инструментальных сталей.

Термообработка образцов дл  исследовани  основных свойств проводилась по режимам , включающим закалку от 1060-1140 и отпуск при 480-560°С в течение 1 ч 3 раза.

Технологическа  пластичность определ лась в диапазоне температур 900-1200°С на стандартных образцах с определением числа скручиваний (п), крут щего момента (Мкр) и ударной в зкости (КС),

Химический состав исследованных сталей приведен в табл. 1.

Результаты определени  механических свойств в отожжённом состо нии и после оптимальной термообработки, технологической пластичности При высоких температур pax приведены в табл.2,3.4,

Как следует из эТих данных1, при содержани х углерода и легирующих элементов на нижнем, верхнем;и среднем пределах за вл ема  сталь не уступает прототипу по механическим свойствам (твердость, ударна  в зкость и предел упругости при сжатии несколько выше-, чем у стали-прототипа), более высока  технологическа  пластичность при гор чей механической обработке и ударна  в зкость в отожженном состо нии

при снижении твердости в состо нии поставки .

Наиболее благопри тным сочетанием основных и технологических характеристик обладает сплав № 3 (средний уровень), который может быть использован дл  изготовлени  широкой номенклатуры инструментов холодного выдавливани , испытывающих

удельные усили  до 2750 МПа.

Увеличение в этом сплавёуглерода, легирующих и микролегирующих элементов (сплав №4 в табл.1) приводит к улучшению качества стали, ее микроструктуры и соответственно повышению пластичности; в зкости , особенно в гор чем состо нии (в интервале температур ковки). Превышение же граничных ингредиентов (сплав Ms 5) не, способствует дальнейшему повышению свойств, наблюдаетс  даже незначительное

их ухудшение. ; , Нежелательным  вл етс  также снижение содержаний легирующих и микролегирующих элементов, а также углерода ниже нижних пределов в за вл емой стали (сплав № 1 в табл.1), так как оно сопровождаетс  заметным уменьшением степени насыщени  твердого раствора при закалке и, как следствие, снижением значений твердости и сопротивлени  см тию(при некотором повышении ударной в зкости и пластичности при повышенных температурах).

. Таким образом, предлагаема  сталь, благодар  рациональному легированию и .дополнительному содержанию РЗМ, азота, алюмини , кальци  и ниоби  превосходит сталь-прототип по твердости и сопротивлению см тию, не уступа  ей по .комплексу

остальных механических свойств. При этом наблюдаетс  значительное повышение пластичности после отжига и при повышенных температурах, что снимает

определенные ограничени  при металлургическом переделе (возможность получени  бортамента 45 ммi методом прокатки взамен ковки на молотах, устранени  затруднений при правкётметаллэ) и повышает

0 выход годного металла:, ,

Ф о р м у л а и з 6 б р е т е н vi  

Штамповал сталь. содержаща  углерод, 5 марганец, кремний, хром, ванадий, молибден , вольфрам, никель, железо, от ли ч а ю- щ а   с   тем, что, с целью повышени ;, ударной в зкости в отожженном состо нии, технологической пластичности и механичё- 0 ских свойств; она дополнительно содержитv. ниобий, РЗМ..азот, алюминий, кальций при следующем соотношении ,;1 омг1онентов, мас,%:

5

0

5

Углерод

Марганец

Кремний

Хром

Вольфрам

Молибден

Ванадий

Никель

Ниобий

Азот

Алюминий

Кальций

РЗМ

Железо

0,7-1,0 .

0,15-0,6

2,5-3,3

4,55-6,0

1,5-3,0

0,5-3,0

0,5-2,5

0,3-1,5

0,05-0,5

0,01-0,15

0,01-0,10

0,01-0,10

0,01-0,10

Остальное

Сплав

Массова  пол  элемейтлв, %

I Si I №i I Cr j W j Mo . I VHi Mb I H JA1 I Ca I ГЗМ | Fe

Та б лi и ц а 2

Т 6 л и ц а 3

Т « в л и ц 1