SE511747C2 - Kallarbetsstål - Google Patents

Description

2 i' Émiß 511 747 - det skall goda gnistningsegenskaper, - det skall ha en adekvat abrasiv nötningsbeständighet, - det skall ha en adekvat seghet, - det skall ha en hög tryckhållfasthet, och 5 - det skall ha goda utmattningsegenskaper, god skärbarhet och god slipbarhet Inledningsvis undersöktes en serie kända kallarbetsstål. Den kemiska sammansättningen hos dessa stål redovisas i Tabell l. 511 747 00 0 000.0 00.0 00.0 00.0 0.0 0... .00.0 .00.0 00.0 00.0 00.. .. 0,.. 000.0 000.0 00.0 0... 00.0 00.0 00.0 0.0. 0000.0 000.0 00.0 00.0 00.. äs -0.0.0 äs -00.0 00... -00.0 äs -0... äs äs -00.0 -0..0 -00.. 0. 00. 000.0 0.0 000.0 00.. 00.0 00.. 00.0 .0... 000.0 00.0 00.0 00.0 0... 0 00 00.0 0... 00.. 00.0 00.0 00.. 0... 0 00. 0.0 0.. 0.0 . . 0 00 _ 0.0 0.. 0.0 0 00. _. _. .0.0. .00.0 . 0..0 .0.0....00..0. 0.0.0.. å 00. 000.0 00.0 000.0 00.0 0.0.0 00.. 0.0.0. . 0 0... 0. 0.0.0 0.0.0 00.0 .0.0 00.0 .00.0 000.0 00.0 00.0 00.0 0 0 00 0 000.0 0.0.0 00.0 0.0.0 00.0 00.0 00.. 0..0 00.0 .00.0 000.0 00.0 00.0 00.0 0 0... 0. 000.0 000.0 00.0 0..0 .0.0 0... 0.0 00.0 .00.0 000.0 00.0 00.0 0.. .

E 0 .E 00,0 o z .< ö .0 02 > B 00,. .z ö 0 .. 00,. .0 u .0.0.0 -Mum -wU-må .Nuv-wm-Oflflâ ka e\c|mwv=> Mimflwummflfl-.n-Eßm Mmm-EU! w :UQRP 10 15 20 25 4 Pl3llB 511 747 Stålen enligt tabellen undersöktes eller jämfördes med avseende på mikrostruktur, inklusive typen och karaktären av inneslutningar, värmebehandlingsrespons, härdbarhet, hårdhet efter austenitisering och efter anlöpning, dimensionsstabilitet, gnistbearbetning, seghet i termer av slaghållfasthet och böjhållfasthet, abrasivt nötningsmotstånd, tryck- sträckgräns samt slipbarhet och skärbarhet.

Inget av de undersökta stålen hade en till alla delar önskad kombination av egenskaper.

Utgående från de erhållna resultaten ställdes därefter, i det fortsatta utvecklingsarbetet, en reviderad kravprofil samman, varvid framförallt inverkan av hårdhet och karbid- volym på seghet och nötningsbeständighet beaktades. I denna andra etapp av utveck- lingsarbetet utvärderades mer ingående hur små förändringar i halten av C, N, Mn, V och Mo påverkar ett antal kritiska egenskaper som seghet, värmebehandlingsrespons, härdbarhet, sekundärhårdnande, anlöpningsbeständighet och nötningsbeständighet. I detta arbete framställdes sju 50 kg laboratoriegöt med kemisk sammansättning i vikts-% enligt Tabell 2.

Tabell 2 Kemisk sammansättning i vikts-% Stål Q-göt C Si Mn P S Cr Mo V N Rest nr 12 9020 0.96 0.81 0.50 0.007 0.005 7.18 2.97 0.41 0.016 Fe 13 9021 0.98 0.95 0.47 0.008 0.005 7.05 2.90 0.41 0.016 Fe 14 9024 0.92 0.93 0.53 0.009 0.005 7.06 2.53 0.40 0.074 Fe 15 9021 0.97 0.91 1.04 0.007 0.005 6.85 2.34 0.41 0.027 Fe 16 9023 1.03 1.06 1.20 0.008 0.005 6.97 1.99 0.66 0.047 Fe 17 9038 0.90 0.84 0.49 0.006 0.005 6.69 2.45 0.44 0.023 Fe 18 9039 0.85 0.86 0.47 0.007 0.004 7.28 2.46 0.43 0.022 Fe Samtliga stål smiddes till stänger 60 x 60 mm. Undersökningarna av materialet visade att ett stål som bäst uppfyller de uppställda kraven med avseende på olika egenskaper nämnda i det föregående bör ha följande sammansättning i vikts-%: 0.82-0.97 C, 0.70- l.10 Si, 038-062 Mn, minst 7.6 men mindre än 8.0 Cr, max 0.40 Ni, 2.30-2.70 Mo, max 0.25 W, 0.3 5-0.55 V, restjärn, föroreningar och accessoriska element i normala halter. Normalt innehåller stålet vidare max 0.15 N, företrädesvis max 0.03 N, max 0.30 Cu och max 6 ppm H. Al-halten uppgår typiskt till 0010-0045 %. Typiskt bör stålet innehålla 0.92 c, 0.95 si, 0.5 Mn, 7.8 cr, 2.5 M0, 0.45 v. 10 20 25 30 5 U i: Élíisllß 511 747 Beträffande stålets mikrostruktur består denna efter austenitisering vid l0OO-1080°C, avkylning till rumstemperatur och anlöpning en eller flera gånger vid 180-650°C av anlöpt martensit, innehållande en total karbidvolym av 3-6 vol-%, företrädesvis 3-5 vol- %, av vilka O.25-0.45 vol-% utgörs av MC-karbider och resten väsentligen av M7C3- karbider. Lämpligen uppgår mängden primärkarbider till ca 4 vol-%.

Stålet enligt uppfinningen kan tillverkas på konventionellt sätt genom framställning av en smälta, som gjuts till göt, som sedlàgkan vamlbearbetas till formen av stänger, plattor, etc, av vilka kan framställas verktyg eller andra artiklar, vilka kan värme- behandlas så att man Far en slutprodukt med önskad egenskapsprofll. Den konventio- nella tillverkningen av göt kan kompletteras med något efterföljande smältmetallurgiskt process-steg, såsom t.ex. elektroslaggaffinering (ESR) eller, som alternativ process, uppbyggnad av göt av stelnande smälta droppar, såsom den process som är känd under namnet Osprey. I Ytterligare kännetecken och aspekter på stålet enligt uppfinningen framgår av de efterföljande patentkraven och belyses av följande redogörelse för utförda försök.

KORT FIGURBESKRIVNING I den följande redogörelsen för fiírsök kommer att hänvisas till ritningsfiguren, som i form av ett diagram illustrerarišmlsförslitningen som funktion av antal slag vid stansning i höghållfast stålplåt. i REDoGöRELsE FÖR UTFÖRDA EöRsöK Stålet enligt uppfinningen är avsett ššgnvändas för framställning av verktyg för kall- bearbetning. Inom exempelvis bilinšin används kallbearbetningsverktyg för att klippa, stansa, pressa och bocka tunfi plåt, bland vilka på senare tid har utvecklats nya, höghållfasta stål. Ett av dessa utvecklats av SSAB Tunnplåt AB och är känt under varunamnet DocolT" 1400 innehåller, förutom järn och oundvikliga föroreningar, i vikts-% typiskt 0.18 Si, 1.80 Mn, 0.015 P, 0.002 S, 0.040 Al och 0.030 Nb. Dem stål tillverkas i tjocieiåkm mellan 0.50 till 2.00 mm och har i leveranstillstånd mekaniska egenslcfagl: enligt Tabell 3.

P1311B 511 747 :oxošoßm x od m oowTooï omÉ omvToofi LO coï Eåoooü .EE .EE ~EE\Z .xQEnEE Imtäf EE oN\U°oß_ .ÉELEE :owšcfiztwš _ Awšcouhw; vvïê .X NEÉZ uwcæcfizwaëhfiš :wo NEÉZ .En Qom så sm :ocmccouwv °\.. N .mm 5:» Så ha 292 .EE wcëwcwtom SEÉEEÉSQ bvc» mcfiwxowbw mcfiwxowbm Üšgxsàm »onazåuwu .äëëzuë Såsïäaëüvngøx. l m :ååh lO 20 7 :Platta 511 747 Typiska applikationer av detta stål i bilar är för sidokollisionsskydd, Stötfångare, under- reden och skenor för säten samt andra konstruktionsdetalj er. Utförda undersökningar har tagit sikte på att utvärdera stålets användbarhet for verktyg för tillverkning av produkter av detta slag och att jämföra stålets egenskaper med andra, kommersiellt tillgängliga stål för kallarbetsverktyg.

De kemiska sammansättningarna för de undersökta stålen framgår av Tabell 4. Stål nr 19 är ett stål enligt uppfinningen. Stålet tillverkades som en 35 tons produktionscharge i elektrisk ljusbågsugn. Av stålet formades göt, som smiddes och valsades till stång.

Halterna av nickel, niob, titan och koppar utgörs av restämnen från använda råvaror och är oavsiktliga. Aluminium har tillsatts för stålets desoxidation och den angivna halten aluminium är en rest från denna process. Stål nr 20 är ett stål enligt i det föregående nämnda US-A-S, l60,553, som framställts av annan tillverkare. Stålet, som är kommer- siellt tillgängligt, har analyserats av sökanden med avseende på dess kemiska samman- sättning. Stålen nr 21, 22 och 23 är kommersiella stål, som tillverkas av sökanden. De i Tabell 4 angivna haltema för stålen 21-23 är nominella halter. Stål nr 21 är ett konven- tionellt tillverkat stål, medan stålen 22 och 23 har tillverkats pulvermetallurgiskt.

Förutom de i tabellen presenterade haltema av olika ämnen innehåller dessa stål även föroreningar i normala halter härrörande fiån ingående råvaror för stålets framställning. lll P1311B 511 747 oowšmcm S: n ä: om www m; wo Éoow Noow vo o; ßoN mm om of m; oo Éoow Noow wo o; w; NN om wo wo o.N_ omoow omoow mo mo mo; om um d: .ad Éwo »oo Nmooo ïo Ko Äoo EN Nmo www _ooo.o Ãoo omo oßo oo; om om d: .md mmoo ooo oooo Nooo ævo cmoo mod Nfo wow ßoooo Ãoo Nmo oo So 2 äom O Z _< :U E. nZ > >> 02 .Z .U m m 52 om U E :mom .Xflåzï I :Étmmšæ-:Eš :fiëøvw I w :aaah 10 15 20 25 :P 511 747 Av stänger av stål nr 19-23 med stångdimensioner enligt Tabell 5 framställdes stansar med stansdiametem 10 mm. Samtliga stansar togs ut från centrum och tvärs stångrikt- ningen med stansens längdriktning i stångens höjdriktning. Arbetsmaterialet utgjordes av nämnda Docoll” 1400 DP med en tjocklek av 1.0 mm. Materialet var kallvalsat och värmebehandlat for att erhålla högsta hållfasthetsnivå och gav således ett utslag i abrasiv nötningsbeständighet och duktilitet/seghet. Stansningarna utfördes i en 15 tons excenterpress. Stanshastigheten var 200 slag/min; stansspalt 6 %; ingen smörjning.

Mätningen av forslitningen gjordes med ett prisma där kurvavvikelsen fore och efier stansserien mättes. Differensen omvandlades till antal umz, vilket representerar forslitningen.

Tabell 5 visar provningsparametrarna och erhållen stansforslitning efier 200 000 stansningar. Tabellen redovisar även värmebehandlingen av verktygen. Samtliga stansar hade härdats från angiven austenitiseringstemperatur (TA såsom visas i tabellen) och efter avkylning anlöpts två gånger, varje gång i två timmar vid i tabellen angiven anlöpningstemperatur.

Tabell 5 Stål Stansforslitning Stångdimension Hårdhet Värmebehandling “f (tlmz) (mm) (HRC) 19 13125 2s4x76Å2 60 TA=1o3o°c/3o min+ 550°/2x2h 20 36105 200xl00 59.5 TA=1050°C/30 min+ 550°/2x2h 21 18743 250X80 60,5 TA=1020°C/30 min+ 550°/2x2h 22 9618 2507:80 60 TA=l020°C/30 min+ 525°/2x2h 23 7790 2507:63 60.5 TA=l020°C/30 min+ 525°/2x2h I figuren visas hela forslitningsförloppißtvid stansningen. Resultaten kan förklaras med att de pulvermetallurgiskt tillverkade nr 22 och 23 har tillräcklig duktilitet for att undvika urgryning i stanseggen och att den högre vanadinhalten i stål nr 23 ger det minsta abrasiva slitaget. Det uppfinningsenliga stålet nr 19 med en väl avvägd kemisk sammansättning av legeringselement gav en balanserad egenskapsprofil, där abrasiv nötning dominerar framför mikrourflisning av stanseggen. Nötningsbeständigheten var tama 10 PIBIIB 511 747 bättre än det väsentligt högre legerade stålet nr 21 och var jämförbar med den hos de exklusvia, högvanadinhaltiga, pulvermetallurgiskt framställda stålen nr 22 och 23.

Framförallt stål nr 20 hade en krafiig tendens till urgryning i stanseggen, vilket förklarar varför detta material är mindre bra i detta test.

Claims (9)

10 20 25 30 U 'Piïsue 511 747 PATENTKRAV

1. Kallarbetsstål, k ä n n e t e c k n a t av att det har följande kemiska sammansättning i vikts-%: 082-097 C från spår till max 1.10 Si från spår till max 0.62 Mn minst 7.6 men mindre än 8.0 Cr 2.30-2.70 Mo 0.35-0.55 V max 0.25 W max 0.40 Ni max 0.15 N max 0.30 Cu max 0.045 Al rest järn och föroreningar i normala halter.

2. Kallarbetsstål enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av det innehåller minst 0.70 Si och minst 0.38 Mn.

3. Kallarbetsstål enligt krav 1, k ä n a e t e c k n at av att det innehåller 0.86-0.95 C.

4. Kallarbetsstål enligt krav 1, k ä n e t e c k n at av att det innehåller 046-054 Mn.

5. Kallarbetsstål enligt krav 1, k ä t e c k n at av att det innehåller 240-260 Mo.

6. Kallarbetsstål enligt krav 1, k ä n age t e c k n a t av att det innehåller 0.4-0.5 V.

7. Kallarbetsstål enligt krav 1, k ä t e c k n at av att det innehåller 0.010-0.045 A1.

8. Kallarbetsstål enligt något av 1-7, k ä n n e t e c k n at av att det innehåller 0.92 c, 0.95 si, 0.5 Mn, 7.8 cr, 2.5 0.45 v.

9. Kallarbetsstål enligt något av 1-8, k ä n n e t e c k n at av att det efter austenitisering vid 1000-1080°C, släkting till rumstemperatur och anlöpning en eller flera gånger vid 180-650°C innehållš 3-6 vol-% karbider, företrädesvis 3-5 vol-% karbider, varav 025-045 vol-% MCšiiarbider och resten väsentligen MyCg-karbider.