SE459421B

SE459421B - APPLICATION OF A TOOL STEEL FOR CARBON PLATE PRESSURE TOOL

Info

Publication number: SE459421B
Application number: SE8704181A
Authority: SE
Inventors: B Johansson; L-Aa Norstroem
Original assignee: Uddeholm Tooling Ab
Priority date: 1987-10-28
Filing date: 1987-10-28
Publication date: 1989-07-03
Also published as: EP0388415B1; SE8704181L; DE3883990T2; DE3883990D1; JPH03502589A; WO1989003898A1; SE8704181D0; AU2603888A; EP0388415A1

Description

459 421 10 15 20 25 30 35 med god seghet i synnerhet i klippkanter, dvs egenskaper som karak- täriserar de två verktygsstål som för närvarande är de dominerande för karosseriplåtpressningsverktyg_ Verktygen skall kunna gjutas i stora dimensioner och skall kunna användas efter lämplig flamhärdning i gjutet tillstånd. Flamhärdningsegenskaperna skall vara gynnsamma, vilket innebär en jämförelsevis låg flamhärdningstemperatur och ett brett flamhärdningstemperaturintervall som med hög noggrannhet ger önskad hårdhet åt ytskiktet på verktyget. 459 421 10 15 20 25 30 35 with good toughness especially in cutting edges, ie properties that characterize the two tool steels that are currently the dominant ones for body plate pressing tools. The tools must be able to be cast in large dimensions and must be able to be used after suitable flame hardening in a cast condition. . The flame hardening properties must be favorable, which means a comparatively low flame hardening temperature and a wide flame hardening temperature range which with high accuracy gives the desired hardness to the surface layer of the tool.

Dessutom skall stålet ha en god härdbarhet, dvs kunna genomhärdas även i grova dimensioner, och den maximala härdningstemperaturen bör helst understiga lO20°C. Förutom att kunna flamhärdas är det även önskvärt att stålet kan induktionshärdas och helst även kunna CVD-beläggas och/eller nitrerhärdas. Goda flamhärdningsegenskaper är emellertid viktigare än möjligheten att CVD-belägga verktyget eller att kunna nitrerhärda det. Ännu ett syfte är att stålet och det av stålet framställda verktyget har god formbeständighet och att den dimensionsförändring som äger rum vid konventionell härdning innebär att verktyget ej krymper. Ännu ett syfte är att stålet har en god svetsbarhet, så att det av stålet tillverkade verktyget kan svetslagas utan förvärmníng.In addition, the steel should have a good hardenability, ie be able to harden even in coarse dimensions, and the maximum hardening temperature should preferably be below 1020 ° C. In addition to being able to flame-harden, it is also desirable that the steel can be induction-hardened and preferably also be CVD-coated and / or nitride-hardened. However, good flame hardening properties are more important than the ability to CVD-coat the tool or to be able to nitrate harden it. Another object is that the steel and the tool made of the steel have good dimensional stability and that the dimensional change that takes place during conventional hardening means that the tool does not shrink. Another object is that the steel has a good weldability, so that the tool made of the steel can be welded without preheating.

Förutom ovanstående syften skall stålet,av bl a kostnadsskäl även ha en totalt måttlig halt av legeríngsämnen.In addition to the above purposes, the steel must, for reasons of cost, among other things, also have a totally moderate content of alloying substances.

Dessa och andra syften och fördelar med uppfinningen kan uppnås genom att uppfinningen kännetecknas av vad som anges i de efterföljande patentkraven samt i följande beskrivning av en föredragen utförings- form samt redogörelse för uppnådda resultat. 10 15 20 25 30 35 459 421 BESKRIVNING Av FöREnRAGEN uTFöRINGsFoRM oca REnoGönELsE FÖR UPPNÅDDA RESULTAT De studerade stålen hade följande nominella sammansättningar (rest järn samt föroreningar och accessoriska element i normala halter) TABELL 1 Sammansättning, vikts-% Stål nr C Si Mn Cr Ni Mo V 1 0.64 1.0 0.50 5.7 - 1.2 0.34 2 0.60 0.4 1.0 4.5 - 0.5 0.30 3 0.60 0.4 1.0 4.0 1.0 0.5 0.00 4 0.55 0.4 1.0 3.0 ~ 0.5 0.30 5 0.50 0.4 1.0 6.0 - 0.5 0.30 6 1.00 0.2 0.5 5.3 - l.l 0.20 7 0.48 0.4 0.9 1.5 - - - Av stål l-5 med ovanstående nominella sammansättningar framställdes femtiokílos göt och av dessa göt uttogs provstavar. Dessa härdades genom uppvärmning i 30 min vid olika temperaturer mellan 900 och lO50°C och avkyldes i luft, varvid hårdheter erhölls vilka grafiskt illusteras i diagrammet i figuren. Härdningsförfarandet kan sägas ge ett mått på flamhärdningsegenskaperna på grund av provstavarnas små dimensioner, vilka kan sägas motsvara förhållandena vid flamhärdning.These and other objects and advantages of the invention may be achieved in that the invention is characterized by what is stated in the appended claims and in the following description of a preferred embodiment and an account of the results obtained. 10 15 20 25 30 35 459 421 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT OCA RENEWAL FOR ACHIEVED RESULTS The steel studied had the following nominal compositions (residual iron and impurities and accessory elements in normal contents) Mo V 1 0.64 1.0 0.50 5.7 - 1.2 0.34 2 0.60 0.4 1.0 4.5 - 0.5 0.30 3 0.60 0.4 1.0 4.0 1.0 0.5 0.00 4 0.55 0.4 1.0 3.0 ~ 0.5 0.30 5 0.50 0.4 1.0 6.0 - 0.5 0.30 6 1.00 0.2 0.5 5.3 - ll 0.20 Fifty-five kilos of ingots were made of steel l-5 with the above nominal compositions and test rods were taken from these ingots. These were cured by heating for 30 minutes at various temperatures between 900 and 1050 ° C and cooled in air, whereby hardnesses were obtained which are graphically illustrated in the diagram in the figure. The curing process can be said to provide a measure of the flame curing properties due to the small dimensions of the test rods, which can be said to correspond to the conditions of flame curing.

Bäst värden i detta avseende erhölls med stål nr 2, som även till- fredsställer övriga önskvärda egenskaper hos stålet enligt uppfin- ningen. Sammansättningen hos stål nr 2 motsvarar därför riktanalysen hos stålet enligt uppfinningen. I diagrammet har även inlagts mot- svarande kurvor för de kommersiella referensstålen 6 och 7.The best values in this respect were obtained with steel no. 2, which also satisfies other desirable properties of the steel according to the invention. The composition of steel no. 2 therefore corresponds to the directional analysis of the steel according to the invention. Corresponding curves for the commercial reference steels 6 and 7 have also been entered in the diagram.

Ett utmärkande drag hos stålet enligt uppfinningen, representerat i första hand genom stål nr 2, är att man erhåller en hög och väsent- ligen konstant hårdhet inom ett brett temperaturintervall. Närmare bestämt uppnås en hårdhet mellan 61 och 63 HRC från härdníng inom hela temperaturintervallet 950-l050°C. Utan att binda uppfinningen till någon särskild teori beträffande anledningen till de uppnådda resultaten kan man antaga att resultaten åstadkommits genom att: 459 421 10 15 20 25 30 35 - man åstadkommit en jämförelsevis låg karbidstabilitet, vilket medger en snabb karbidupplösning och en hög hårdhet vid låg austenitise- ringstemperatur; . man har låg halt karbidbildande element och en därtill anpassad kolhalt, som bör ligga mellan 0.5 och 0.7 %, företrädesvis mellan 0.55 och 0.65 %, så att en jämförelsevis hög halt kol finns i fast lösning efter härdning; Om kolhalten är för låg, uppnås inte till- räcklig hårdhet, och om kolhalten är för hög, blir stålet alltför hårt och därmed sprött, samtidigt som hårdheten blir starkt beroende av flamhärdningstemperaturen, dvs man får ett alltför smalt tempera- turintervall, där man kan uppnå önskad hårdhet; man har en jämförelsevis låg halt av starkt ferritbildande element (Si och Mo) och en jämförelsevis hög halt av de austenitstabilise- rande elementen (Mn och/eller Ni), som jämte främst kol sänker Al-linjen och därmed ökar austenitområdet jämfört med de konventio- nella stålen 6 och 7 i Tabell l. Ä andra sidan bör Si-halten vara tämligen hög för att ge god flytbarhet vid gjutning, dock inte högre än 1.0 %. Mo-halten bör inte vara högre än 0.8 %, medan Ni +EE 2 %. Dock bör stålet, såsom är konventio- nellt, innehålla lägst 0.5 % Mn. Även kväve är en stark austenit- bör ligga mellan 0.3 och 1.8 bildare men bör inte förekomma i halter över 0.1 % för att inte_göra stålet sprött. Även stål nr 4 har goda flamhärdningsegenskaper, men hårdhetsnivån är inte så hög som för stål nr 2. Stål nr 3 har också god flamhärdnings- förmåga såtillvida att en hårdhet över 60 HRC uppnås redan vid härd- ning från 950 å 1000°C. Däremot sjunker åter hårdheten vid härdning från högre temperaturer, vilket är ogynnsamt. En nackdel hos stål nr 4 är emellertid att genomhärdningsförmågan är sämre på grund främst av den lägre halten krom. Detta gäller i viss mån även stål nr 3. Stål nr 6, som motsvarar SIS 2260, är mycket hårt men har dåliga flamhärd- ningsegenskaper, vilket avslöjas genom diagrammet i figuren, och stål nr 7, som motsvarar det konventionella stålet UHB FERMO, har låg hårdhet men bättre flamhärdningsegenskaper, vilket också framgår av diagrammet.A characteristic feature of the steel according to the invention, represented primarily by steel no. 2, is that a high and substantially constant hardness is obtained within a wide temperature range. More specifically, a hardness between 61 and 63 HRC is achieved from curing within the entire temperature range of 950-1050 ° C. Without limiting the invention to any particular theory as to the reason for the results obtained, it can be assumed that the results were obtained by: 459 421 10 15 20 25 30 35 - having obtained a comparatively low carbide stability, which allows a fast carbide dissolution and a high hardness at low austenitizing temperature; . there is a low content of carbide-forming elements and an adapted carbon content, which should be between 0.5 and 0.7%, preferably between 0.55 and 0.65%, so that a comparatively high content of carbon is in solid solution after curing; If the carbon content is too low, sufficient hardness is not achieved, and if the carbon content is too high, the steel becomes too hard and thus brittle, while the hardness becomes strongly dependent on the flame hardening temperature, ie you get a too narrow temperature range, where you can achieve the desired hardness; it has a comparatively low content of strong ferrite-forming elements (Si and Mo) and a comparatively high content of the austenite stabilizing elements (Mn and / or Ni), which together with mainly carbon lowers the Al line and thus increases the austenite range compared to the conventional nella steels 6 and 7 in Table 1. On the other hand, the Si content should be rather high to give good flowability during casting, but not higher than 1.0%. The Mo content should not be higher than 0.8%, while Ni + EE 2%. However, the steel should, as is conventional, contain at least 0.5% Mn. Nitrogen is also a strong austenite - should be between 0.3 and 1.8 formers but should not be present in concentrations above 0.1% to not make the steel brittle. Steel no. 4 also has good flame hardening properties, but the hardness level is not as high as for steel no. 2. Steel no. 3 also has good flame hardening ability insofar as a hardness above 60 HRC is achieved already at hardening from 950 to 1000 ° C. On the other hand, the hardness of curing decreases again from higher temperatures, which is unfavorable. A disadvantage of steel no. 4, however, is that the hardening ability is poorer due mainly to the lower content of chromium. This also applies to some extent to steel no. 3. Steel no. 6, which corresponds to SIS 2260, is very hard but has poor flame hardening properties, which is revealed by the diagram in the figure, and steel no. 7, which corresponds to the conventional steel UHB FERMO, has low hardness but better flame hardening properties, which is also shown in the diagram.

Claims

10 15 20 25 30 35 459 421 PATENT REQUIREMENTS

Use of a steel with the following chemical composition expressed in% by weight 0.5 - 0.7 c ~ »0.1 - 1.0 Si 3.5 - 5.5 cr '0.8 - 1.3 Mn max 1.0 Ni,' where Ni + gg = 0.3-1.8 0.2 - 0.8 M0 0.1 - 0.4 V left essentially only iron and contaminants and accessory elements in normal levels, for body plate pressing tools.

Use according to claim 1, wherein the steel contains, expressed in% by weight, 0.55-0.65 C and 0.2-0.8 Si.

Use according to claim 1, wherein the steel contains, expressed in% by weight, a maximum of 0.5 Ni.

Use according to claim 1, wherein the steel contains. expressed in% by weight, 4.0 ~ 5.0 Cr.

Use according to claim 1, wherein the steel contains, expressed in% by weight, 0.3-0.7 MO and 0.15-0.3 V.

Use of a steel according to any one of claims 1-5, which steel has a nominal composition of 459 421 0.6 C 0.6 Si 1 Mn 4.5 Cr '5 0.5 Mo 0.25 V essentially only iron and impurities and accessory elements in normal concentrations 10

Use of a steel according to any one of claims 1-6 in the cast state of the steel.

Use of a steel according to any one of claims 1-8 for cast, flame-hardened tools for pressing zinc-coated body sheet. 15 20 25 30 35