RU2535148C2

RU2535148C2 - Instrument steel for hot deformation

Info

Publication number: RU2535148C2
Application number: RU2013100389/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Каманцев; Сергей Олегович Соколов; Светлана Евгеньевна Крылова; Владимир Иванович Грызунов; Елена Юрьевна Приймак; Надежда Вячеславовна Фирсова; Надежда Юрьевна Трякина; Ольга Александровна Клецова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Машиностроительный концерн ОРМЕТО-ЮУМЗ"
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2014-12-10
Also published as: RU2013100389A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention refers to metallurgy, namely to instrument steel used for manufacturing tools of hot deformation of non-ferrous metals and alloy. Steel contains the following, wt %: carbon 0.6-0.7; silicium 0.4-0.7; manganese 1.9-2.1; chrome 2.8-3.2; vanadium 0.5-0.6; boron 0.001-0.003; titanium 0.15-0.3; iron is the rest. The total content of chrome, manganese, silicium, vanadium, boron and titanium is 5.35-6.2 wt %.

EFFECT: improving the impact strength, resistance to cracks and wear-resisting properties.

1 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к инструментальным сталям, используемым для горячего деформирования цветных металлов и сплавов.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to tool steels used for hot deformation of non-ferrous metals and alloys.

ПО ГОСТ 5950-2000 известна инструментальная сталь, содержащая углерод 0,32-0,40%, кремний 0,9-1,20%, марганец 0,20-0,50%, хром 4,50-5,50%, ванадий 0,30-0,50%, молибден 1,20-1,50%, никель до 0,35% по мас., при этом сумма карбидообразующих элементов составляет 7,25-9,05%.According to GOST 5950-2000, tool steel is known that contains carbon 0.32-0.40%, silicon 0.9-1.20%, manganese 0.20-0.50%, chromium 4.50-5.50%, vanadium 0.30-0.50%, molybdenum 1.20-1.50%, nickel up to 0.35% by weight, while the sum of carbide-forming elements is 7.25-9.05%.

Недостатком этой стали является повышенная структурная полосчатость из-за неравномерного распределения карбидов в структуре, приводящая к получению пониженной ударной вязкости.The disadvantage of this steel is the increased structural bandedness due to the uneven distribution of carbides in the structure, resulting in reduced impact strength.

Наиболее близким техническим решением является инструментальная сталь, содержащая углерод 0,37-0,44%, кремний 0,60-1,0%, марганец 0,20-0,50%, никель до 0,6%, хром 3,20-4,0%, ванадий 0,60-0,90%, молибден 1,20-1,50%, вольфрам 0,8-1,2%, при этом сумма карбидообразующих элементов составляет 7,0-9,20% по мас. ГОСТ 5950-2000.The closest technical solution is tool steel, containing carbon 0.37-0.44%, silicon 0.60-1.0%, manganese 0.20-0.50%, nickel up to 0.6%, chromium 3.20 -4.0%, vanadium 0.60-0.90%, molybdenum 1.20-1.50%, tungsten 0.8-1.2%, while the amount of carbide-forming elements is 7.0-9.20% by weight GOST 5950-2000.

Эта сталь также склонна к образованию структурной полосчатости и имеет пониженный уровень ударной вязкости.This steel is also prone to the formation of structural bandedness and has a lower level of toughness.

Задачей изобретения является повышение ударной вязкости, стойкости к трещинам и износостойкости инструментальной стали для горячего деформирования.The objective of the invention is to increase the toughness, resistance to cracks and wear resistance of tool steel for hot deformation.

Поставленная задача решается путем введения в инструментальную сталь для горячего деформирования титана в количестве 0,15-0,30% и бора в количестве 0,001-0,003% по мас. при суммарном содержании карбидообразующих элементов 5,35-6,20% по мас., и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:The problem is solved by introducing into the tool steel for hot deformation of titanium in an amount of 0.15-0.30% and boron in an amount of 0.001-0.003% by weight. with a total content of carbide-forming elements of 5.35-6.20% by weight, and the components are taken in the following ratio, wt.%:

УглеродCarbon 0,6-0,70.6-0.7 ХромChromium 2,80-3,202.80-3.20 МарганецManganese 1,90-2,101.90-2.10 ВанадийVanadium 0,50-0,600.50-0.60 КремнийSilicon 0,40-0,700.40-0.70 ТитанTitanium 0,15-0,300.15-0.30 БорBoron 0,001-0,0030.001-0.003 ЖелезоIron ОстальноеRest

Снижение содержания карбидообразующих элементов в пределах 5,35-6,2 мас.% с дополнительным легированием титаном и бором обеспечивает получение низкой структурной полосчатости, однородной дисперсной структуры стали с карбидным и карбонитридным упрочнением и повышенную ударную вязкость.The decrease in the content of carbide-forming elements in the range of 5.35-6.2 wt.% With additional alloying with titanium and boron provides a low structural banding, a homogeneous dispersed structure of steel with carbide and carbonitride hardening and increased impact strength.

Дополнительное легирование стали титаном в количестве 0,15-0,30% способствует образованию устойчивого тугоплавкого карбида титана (TiC) пл. 3140°С и карбонитрида титана (TiC_ХN_У) пл. 3127°C. Дисперсные частицы указанного карбида и карбонитрида сохраняются в структуре стали при высокотемпературных нагревах (ковка, отжиг, закалка), препятствуют росту аустенитного зерна, что способствует получению дисперсной структуры троостосорбита при комнатной температуре. Сталь с дисперсной структурой троостосорбита и низкой структурной полосчатостью имеет повышенный уровень ударной вязкости и стойкости. Содержание титана в пределах 0,15-0,30 мас.% является оптимальным. Содержание титана менее 0,15% не оказывает существенного сдерживающего влияния на рост аустенитного зерна. Легирование титаном в количестве более 0,30% нецелесообразно, так как приводит к образованию значительного количества грубых включений высокотвердого, хрупкого карбида титана при кристаллизации, что не устраняется термической обработкой и снижает ударную вязкость.Additional alloying of steel with titanium in an amount of 0.15-0.30% contributes to the formation of stable refractory titanium carbide (TiC) pl. 3140 ° C and titanium carbonitride (TiC _X N _Y ) pl. 3127 ° C. Dispersed particles of the specified carbide and carbonitride are retained in the steel structure during high-temperature heating (forging, annealing, hardening) and inhibit the growth of austenitic grain, which contributes to the preparation of a dispersed troostosorbite structure at room temperature. Steel with a dispersed troostosorbite structure and low structural banding has an increased level of toughness and resistance. The titanium content in the range of 0.15-0.30 wt.% Is optimal. A titanium content of less than 0.15% does not have a significant deterrent effect on the growth of austenitic grain. Alloying with titanium in an amount of more than 0.30% is impractical, since it leads to the formation of a significant amount of coarse inclusions of highly hard, brittle titanium carbide during crystallization, which is not eliminated by heat treatment and reduces impact strength.

Дополнительное введение в сталь бора в количестве 0,001-0,003% в качестве модифицирующей добавки измельчает литую структуру, упрочняет границы зерен, тормозит рост столбчатых кристаллов, что увеличивает устойчивость стали к трещинам. Указанный элемент увеличивает также стабильность аустенита. При его содержании менее 0,015 мас.% указанный эффект снижается. При переходе за верхний уровень легирования 0,003 мас.% по границам зерен появляется борсодержащая фаза эвтектического происхождения, что снижает механические свойства стали, в том числе устойчивость к трещинам.An additional introduction of boron into the amount of 0.001-0.003% as a modifying additive grinds the cast structure, strengthens grain boundaries, and inhibits the growth of columnar crystals, which increases the resistance of steel to cracks. The specified element also increases the stability of austenite. When its content is less than 0.015 wt.%, This effect is reduced. When passing over the upper doping level of 0.003 wt.% Along the grain boundaries, a boron-containing phase of eutectic origin appears, which reduces the mechanical properties of steel, including crack resistance.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав инструментальной стали для горячего деформирования отличается от известного и пониженным содержанием карбидообразующих элементов, и дополнительным легированием титаном и бором. То есть заявляемый состав стали соответствует критерию "новизна", так как обладает отличительными признаками.Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the inventive composition of tool steel for hot deformation differs from the known one by a reduced content of carbide-forming elements, and additional alloying with titanium and boron. That is, the claimed composition of the steel meets the criterion of "novelty", as it has distinctive features.

Дополнительное легирование титаном и бором, пониженное содержание карбидообразующих элементов обеспечивает получение инструментальной стали с низкой структурной полосчатостью и повышенным уровнем ударной вязкости и износостойкости. Предложенное решение соответствует критерию "существенные отличия", так как отличительные признаки не выявлены в других технических решениях.Additional alloying with titanium and boron, a reduced content of carbide-forming elements provides tool steel with a low structural banding and an increased level of toughness and wear resistance. The proposed solution meets the criterion of "significant differences", since the distinguishing features are not identified in other technical solutions.

Примеры осуществления предлагаемого состава стали.Examples of the proposed composition of the steel.

Из известной и предложенной сталей были изготовлены образцы для исследования микроструктуры и определения ударной вязкости. Структурная полосчатость оценивалась по шкале N 5 ГОСТ 801-78, ударная вязкость при комнатной температуре в соответствии с ГОСТ 9454-78. Перед проведением исследований образцы подвергались термической обработке улучшению (закалка с высоким отпуском). Режимы термической обработки: закалка в масле с температурой 1050±50°C с предварительным подогревом образцов при температуре 800±10°C; время выдержки при температурах подогрева и нагрева под закалку в течение 30 минут; отпуск стали производили при температуре 550±5°C, выдержка 2 ч; охлаждение на воздухе. Такая термическая обработка обеспечивает получение высокодисперсной структуры троостосорбита отпуска с дисперсионным твердением.Samples for studying the microstructure and determining the toughness were made from the known and proposed steels. Structural banding was evaluated on a scale of N 5 GOST 801-78, impact strength at room temperature in accordance with GOST 9454-78. Before research, the samples were subjected to heat treatment improvement (quenching with high tempering). Heat treatment modes: quenching in oil with a temperature of 1050 ± 50 ° C with preheating of samples at a temperature of 800 ± 10 ° C; holding time at heating and quenching temperatures for 30 minutes; tempering of steel was carried out at a temperature of 550 ± 5 ° C, holding for 2 hours; air cooling. Such heat treatment provides a highly dispersed structure of troostosorbite tempering with dispersion hardening.

Сравнительный анализ инструментальных сталей для горячего деформирования указан в таблице. В таблице приведены содержания легирующих элементов в указанной стали, полученные значения балла структурной полосчатости, твердости, стойкости к трещинам и ударной вязкости. Суммарное содержание карбидообразующих элементов определяли суммированием концентраций хрома, марганца, кремния, молибдена, ванадия, титана и бора в известной и предлагаемой сталях.A comparative analysis of tool steels for hot deformation is indicated in the table. The table shows the content of alloying elements in the specified steel, the obtained values of the points of structural banding, hardness, resistance to cracks and impact strength. The total content of carbide-forming elements was determined by summing the concentrations of chromium, manganese, silicon, molybdenum, vanadium, titanium and boron in the known and proposed steels.

Приведенные в таблице данные позволяют сделать вывод, что предлагаемая сталь имеет более высокий комплекс механических свойств при пониженной структурной полосчатости, что ведет к повышению износостойкости инструмента для горячего деформирования.The data presented in the table allow us to conclude that the proposed steel has a higher complex of mechanical properties with reduced structural bandedness, which leads to increased wear resistance of the tool for hot deformation.

ТаблицаTable Инструментальная сталь для горячего деформированияTool steel for hot deformation Химический состав, в % по массеChemical composition,% by weight СFROM CrCr MnMn SiSi MoMo VV TiTi BB Σ карбидо-образую-
щихΣ carbide-forming
of people FeFe Структурная полосчатость, баллStructural banding, score Твердость, HRCHardness HRC Ударная вязкость, KCU,
Дж/см² Impact strength, KCU,
J / cm ² Трещино-
стойкость, МПа·м^1/2 Crack
resistance, MPa · m ^1/2 Предлагаемая стальSteel offered 0,600.60 2,802.80 1,901.90 0,400.40 -- 0,50.5 0,150.15 0,0010.001 5,7515,751 остальноеrest 22 5454 6060 57,557.5 0,650.65 3,003.00 2,002.00 0,600.60 -- 0,550.55 0,200.20 0,0020.002 6,3526,352 остальноеrest 22 5656 5858 5656 0,700.70 3,203.20 2,102.10 0,700.70 -- 0,600.60 0,300.30 0,0030.003 6,9036,903 остальноеrest 22 5656 5858 5656 Известная стальFamous steel 0,400.40 5,505.50 0,500.50 1,201.20 1,501,50 0,500.50 -- -- 9,2009,200 остальноеrest 3-43-4 5252 5151 52,552,5

Claims

Tool steel for hot deformation, containing carbon, chromium, manganese, vanadium, silicon and iron, characterized in that it additionally contains titanium and boron in the following ratio, wt.%:
carbon 0.60-0.70 chromium 2.80-3.20 manganese 1.90-2.10 vanadium 0.50-0.60 silicon 0.40-0.70 titanium 0.15-0.30 boron 0.001-0.003 iron rest,

the total content of chromium, manganese, vanadium, silicon, titanium and boron is 5.35-6.20 wt.%.