RU2744584C1

RU2744584C1 - Diesteel

Info

Publication number: RU2744584C1
Application number: RU2019142017A
Authority: RU
Inventors: Сергей Анатольевич Никулин; Александр Аркадьевич Кругляков; Станислав Олегович Рогачев; Галина Александровна Панова; Надежда Валерьевна Лебедева
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-03-11

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to the field of ferrous metallurgy, namely to steel with controlled austenitic transformation during operation, used for hot pressing dies of copper-based alloys at temperatures of 450-750°C. Steel contains components in the following ratio, wt%: carbon 0.42-0.49, silicon 1.07-1.28, manganese 3.83-4.16, chromium 1.55-1.89, nickel 2, 39-2.73, molybdenum 2.04-2.22, niobium 0.12-0.18, titanium 0.33-0.42, vanadium 0.55-0.71, the rest iron.

EFFECT: degree of strain hardening of the die steel increases during the operation of the tool while maintaining high strength properties in the austenitic state at a temperature of 750°C, increased stability of supercooled austenite and increased durability of the dies.

1 cl, 2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали с регулируемым аустенитным превращением при эксплуатации (стали с РАПЭ), применяемой для штампов горячего прессования сплавов на основе меди. При прессовании многих сплавов на медной основе рабочая поверхность инструмента разогревается до 750°С, испытывая при этом значительные удельные давления. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to steel with controlled austenitic transformation during operation (steel with RAPE), used for hot pressing dies of copper-based alloys. When pressing many copper-based alloys, the working surface of the tool heats up to 750 ° C, while experiencing significant specific pressures.

В процессе прессования при смене прессуемых деталей штамп может охлаждаться до 450°С. В этих условиях сталь должна сохранять структуру наклепанного аустенита с целью обеспечения высокой стойкости инструмента.During the pressing process, when changing the pressed parts, the die can be cooled to 450 ° C. Under these conditions, the steel must maintain the structure of the work-hardened austenite in order to ensure high tool life.

Известна штамповал сталь для горячего прессования (Авторское свидетельство №604369. Штамповая сталь. Озерский А.Д. и др., 1977), содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, кобальт, цирконий, церий и железо.Known stamped steel for hot pressing (Inventor's certificate No. 604369. Stamped steel. Ozersky AD and others, 1977), containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, vanadium, cobalt, zirconium, cerium and iron.

Недостатком известной стали является повышенное содержание дорогостоящего никеля, низкая прочность при температуре 750°С и низкая склонность к деформационному упрочнению.The disadvantage of the known steel is the increased content of expensive nickel, low strength at 750 ° C and low tendency to strain hardening.

Известна штамповая сталь для горячего прессования (Авторское свидетельство №1440069. Штамповая сталь. Грабовский В.Я. и др., 1988), содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, железо.Known stamping steel for hot pressing (Inventor's certificate No. 1440069. Stamping steel. Grabowski V.Ya. et al., 1988), containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, vanadium, iron.

Недостатком известной стали является повышенное содержание дорогостоящих никеля и молибдена, недостаточно высокая прочность при температуре 750°С и низкая склонность к деформационному упрочнению.The disadvantage of the known steel is the increased content of expensive nickel and molybdenum, insufficiently high strength at a temperature of 750 ° C and a low tendency to strain hardening.

Известна штамповая сталь, принятая за прототип (Авторское свидетельство №1434798. Штамповая сталь. Озерский А.Д. и др., 1988), содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, железо, обладающая повышенной прочностью в аустенитном состоянии при температуре 750°С.Known stamp steel, taken as a prototype (Inventor's certificate No. 1434798. Stamp steel. Ozersky AD and others, 1988), containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, vanadium, iron, with increased strength in austenitic condition at a temperature of 750 ° C.

Недостатком известной стали является повышенное содержание дорогостоящих никеля и ванадия, а также низкая склонность к деформационному упрочнению, что не обеспечивает достаточной стойкости инструмента при температурах эксплуатации. 1 и 2 табл.The disadvantage of the known steel is the increased content of expensive nickel and vanadium, as well as a low tendency to strain hardening, which does not provide sufficient tool life at operating temperatures. 1 and 2 tab.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение экономичности стали и увеличение стойкости инструмента, применяемого для штампов горячего прессования сплавов на основе меди при температурах 450-750°С.The problem to be solved by the present invention is to increase the economy of steel and increase the tool life used for hot pressing dies of copper-based alloys at temperatures of 450-750 ° C.

Техническим результатом является увеличение степени деформационного упрочнения штамповой стали в процессе эксплуатации инструмента с одновременным сохранением высоких прочностных свойств в аустенитном состоянии при температуре 750°С и повышение стабильности переохлажденного аустенита.The technical result is an increase in the degree of strain hardening of die steel during the operation of the tool while maintaining high strength properties in the austenitic state at a temperature of 750 ° C and an increase in the stability of supercooled austenite.

Технический результат достигается за счет следующего.The technical result is achieved due to the following.

Сталь, содержащая компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,42-0,49; кремний 1,07-1,28; марганец 3,83-4,16; хром 1,55-1,89; никель 2,39-2,73; молибден 2,04-2,22; ниобий 0,12-0,18; титан 0,33-0,42; ванадий 0,55-0,71; железо остальное,Steel containing components in the following ratio, wt%: carbon 0.42-0.49; silicon 1.07-1.28; manganese 3.83-4.16; chromium 1.55-1.89; nickel 2.39-2.73; molybdenum 2.04-2.22; niobium 0.12-0.18; titanium 0.33-0.42; vanadium 0.55-0.71; iron rest,

применяется в качестве стали для штампов горячего прессования сплавов на основе меди при температурах 450-750 °С.It is used as steel for hot pressing dies for copper-based alloys at temperatures of 450-750 ° C.

Никель обеспечивает пониженную температуру α→γ превращения, необходимую для обеспечения аустенитной структуры стали при температуре прессования (750°С) и повышает устойчивость переохлажденного аустенита. В предлагаемой стали с целью повышения ее экономичности, а также повышания устойчивости переохлажденного аустенита никель частично заменен марганцем. Углерод, молибден и хром в указанных концентрациях обеспечивают наибольший эффект деформационного упрочнения аустенита при температуре 750°С.Nickel provides a lower α → γ transformation temperature, which is necessary to ensure the austenitic structure of steel at the pressing temperature (750 ° C) and increases the stability of supercooled austenite. In the proposed steel, nickel is partially replaced by manganese in order to increase its efficiency, as well as to increase the stability of supercooled austenite. Carbon, molybdenum and chromium in the indicated concentrations provide the greatest effect of work hardening of austenite at a temperature of 750 ° C.

Кремний обеспечивает увеличение скорости карбидообразования. Кремний влияет на повышение дисперсности выделяющихся в процессе эксплуатации карбидов, что способствует повышению прочности за счет карбидного упрочнения, наряду с деформационным и комплексным упрочнением. В процессе же длительного изотермического отжига кремний увеличивает скорость разупрочнения, что способствует снижению твердости и улучшению обрабатываемости сталей с РАПЭ.Silicon provides an increase in the rate of carbide formation. Silicon affects the increase in the dispersion of carbides released during operation, which contributes to an increase in strength due to carbide hardening, along with deformation and complex hardening. In the process of prolonged isothermal annealing, silicon increases the rate of softening, which contributes to a decrease in hardness and an improvement in the machinability of steels with RAPE.

Титан, ниобий и ванадий в указанных концентрациях обеспечивают формирование тугоплавких специальных карбидов и фаз Лавеса, которые способствуют повышению жаропрочности стали при длительном сроке работы инструмента.Titanium, niobium and vanadium in the indicated concentrations provide the formation of refractory special carbides and Laves phases, which contribute to an increase in the heat resistance of steel with a long tool life.

Пример реализации предложенного подхода.An example of the implementation of the proposed approach.

Сталь выплавляли в индукционной печи емкостью 160 кг и разливали в слитки массой 30 кг. Химический состав предлагаемой стали приведен в табл. 1.Steel was melted in an induction furnace with a capacity of 160 kg and poured into ingots weighing 30 kg. The chemical composition of the proposed steel is given in table. one.

Слитки расковывали на заготовки ∅14×500 мм, из которых изготавливали стандартные разрывные образцы типа 4 по ГОСТ 1497-73.The ingots were forged into billets with a diameter of 14 × 500 mm, from which standard tensile samples of type 4 were made according to GOST 1497-73.

Механические свойства стали определяли при температуре 750°С по следующей методике. Стандартные разрывные образцы нагревали прямым пропусканием электрического тока в камере испытательной машины Gleeble 3800 в вакууме 10^-4 мм.рт.ст. до температуры 1150°С в течение 15 мин, выдерживали 15 мин, охлаждали до температуры 750°С и после выдержки в течение 15 мин производили деформацию растяжением до разрушения образцов.The mechanical properties of the steel were determined at a temperature of 750 ° C according to the following procedure. Standard ruptured specimens were heated by direct passage of electric current in the chamber of a Gleeble 3800 testing machine in a vacuum of 10 ^-4 mm Hg. to a temperature of 1150 ° C for 15 min, held for 15 min, cooled to a temperature of 750 ° C, and after holding for 15 min, tensile deformation was carried out until the samples were destroyed.

Средние значения механических свойств сталей, полученные по результатам испытания не менее трех образцов на точку, приведены в табл. 2.The average values of the mechanical properties of steels, obtained from the results of testing at least three samples per point, are given in table. 2.

В результате испытаний было установлено, что предлагаемая сталь в сравнении с известной сталью в аустенитном состоянии, принятой за прототип, обладает близким значением предела прочности, но существенно меньшим пределом текучести, что свидетельствует о большей степени упрочнения предлагаемой стали при температуре 750°С.As a result of the tests, it was found that the proposed steel, in comparison with the known steel in the austenitic state, taken as a prototype, has a similar ultimate strength value, but a significantly lower yield point, which indicates a greater degree of hardening of the proposed steel at a temperature of 750 ° C.

Стабильность переохлажденного аустенита определяли при построении термокинетической диаграммы с использованием высокоскоростного деформационного дилатометра DIL-805 A/D. Исследования проводились в диапазоне скоростей охлаждения от 0,2 до 10°С/мин с температуры 900°С на цилиндрических образцах диаметром 5 мм, длиной 10 мм.The stability of subcooled austenite was determined by constructing a thermokinetic diagram using a DIL-805 A / D high-speed deformation dilatometer. The studies were carried out in the range of cooling rates from 0.2 to 10 ° C / min from a temperature of 900 ° C on cylindrical samples with a diameter of 5 mm and a length of 10 mm.

В результате было установлено, что в предлагаемой стали распад аустенита по бейнитному механизму при 450°С происходит за 25 часов в сравнении с 5 часами для известной стали, что свидетельствует о его большей стабильности.As a result, it was found that in the proposed steel, the decomposition of austenite by the bainitic mechanism at 450 ° C occurs in 25 hours in comparison with 5 hours for the known steel, which indicates its greater stability.

Ковка и механическая обработка предлагаемой стали не связаны с какими-либо дополнительными трудностями по сравнению с известной сталью.The forging and machining of the proposed steel is not associated with any additional difficulties in comparison with the known steel.

В результате реализации изобретения повысится экономичность стали и увеличится стойкость штампового инструмента для горячего прессования сплавов на основе меди при температурах 450-750°С.As a result of the implementation of the invention, the efficiency of steel will increase and the durability of the die tool for hot pressing of copper-based alloys at temperatures of 450-750 ° C will increase.

Claims

The use of steel containing components in the following ratio, wt%:

carbon 0.42-0.49 silicon 1.07-1.28 manganese 3.83-4.16 chromium 1.55-1.89 nickel 2.39-2.73 molybdenum 2.04-2.22 niobium 0.12-0.18 titanium 0.33-0.42 vanadium 0.55-0.71 iron rest

as steel for hot pressing dies for copper-based alloys at temperatures of 450-750 ° C.