SE533283C2 - Stål, process för tillverkning av ett stålämne samt process för tillverkning av en detalj av stålet - Google Patents

Description

25 533 E33 såsom vissa borrkroppar med fastlödda hårdmetallskär, PVD-belägges eller nítreras efter härdningen för att borrspånorna inte skall slita ut spånspiralen i borrkroppen.

Materialet skall därför kunna PVD-beläggas eller nitreras utan kraftig hårdhetssänlming.

Utöver ovan nämnda egenskaper bör stålet företrädesvis även uppvisa någon av följande egenskaper: god anlöpningsbeständighet, god duktilitet, god skärbarhet även i härdat och anlöpt tillstånd, god härdbarhet med möjlighet att lufthârdas, god nötningsbeständighet, främst mot spånnötning, så kallat abrasivt slitage, gott motstånd mot urflisning, god formstabilitet vid värmebehandling och vid användning i förhöjd arbetstemperatur, god svetsbarhet, vara möjligt att nitreringsbehandla för att öka hårdheten, samt erbjuda en god produktíonsekonomi, både för tillverkaren av stålet, hållarverktyget och för slutanvändaren.

Som material för skärverktygskropp används idag fräntst låg- eller mediumlegerade verktygsstål. Ett mer höglegerat stål för fräskropp är känt genom WO 97/49838.

Sarnrnarisättriingarria för ett antal kända skärverktygshållarstål redovisas i nedanstående tabell. Förutom de i tabellen nämnda elementen, som anges i vikts-%, innehåller stâlen endast järn samt föroreningar och accessoriska element.

Tabell 1 stål c, si, Mn, P, s, cr, Ni, M0, v, cu, A1, N, % °/» % % % % % % % % % °/o A 0.38 0.21 0.62 0.010 0.02 0.69 1.75 0.19 0.001 0.19 0.020 0.009 B 0.36 0.18 0.62 <0.01 0.03 1.56 1.51 0.16 0.006 0.18 0.008 0.013 C 0.38 0.26 1.30 0.013 0.004 1.81 0.13 0.15 0.01 0.12 0.022 0.006 D 0.45 0.17 0.67 0.017 0.01 0.91 0.41 0.87 0.10 0.11 0.031 E 0.37 0.27 0.72 0.022 0.01 0.76 1.80 0.15 0.006 0.12 0.025 0.006 F 0.37 0.49 0.32 0.010 0.03 5.03 0.13 1.22 0.94 0.048 0.022 0.025 G 0.41 0.16 0.73 0.008 0.004 1.05 0.05 0.17 0.005 0.2 H 0.41 0.19 0,69 0.075 0.027 0.71 2.22 0.2 0.004 0.13 0.009 I 0.57 0.22 0.8 0.01 0.013 1.0 1.5 0.5 0.09 0.1 J 0.41 0.28 0.7 0.02 0.009 0.8 1.6 0.2 0.09 0.1 K 0.40 0.20 0.65 0.011 0.008 0.64 1.73 0.15 0.005 0.14 0.013 0.006 L 0.38 0.28 1.39 0.012 00046 1.93 0.10 0.15 0.007 0.046 0.006 0.008 M 0.41 1.02 0.38 0.011 0.03 5.2 0.11 1.28 0.98 0.07 g 10 15 20 25 30 35 533 233 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Genom uppfinningen erbjuds ett stål vilket är synnerligen läinpat att användas som material till skärverktygskroppar. Stålet har visat sig uppfylla de alltmer ökande krav på materialegenskaper som skärverktygstillverkare och skärverktygsanvändare har.

Exempelvis har stålet visat sig ha en förbättrad skärbarhet, nötningsbeständighet och härdbarhet. Tack vare stålets mycket goda egenskapsprofil är det även tänkbart att använda stålet till varmarbetsverktyg, plastfonnningsverktyg samt till högpåkända konstruktionsdetaljer. Preliminära tester indikerar också att stålet kan vara lärnpligt att använda i applikationer där ett gott motstånd mot urflisning är kritiskt vid låga temperaturer, det vill säga från rumstemperatur och ner mot -40 till -50 °C, i första hand tack vare att stålet bibehåller en god seghet även vid låga temperaturer. Uppfinningen avser även en process för tillverkning av ett ämne av stålet samt en process för tillverkning av en skärverktygskropp eller en hållare till skärverktyg.

Stålets sanimansättning anges i de efterföljande patentkraven. I det följande skall de enskilda elementens betydelse och deras interaktion med varandra förklaras. Samtliga procenttal rörande stålets kemiska sammansättning avser vikts-%.

Kol skall finnas i en minsta halt av 020%, företrädesvis minst 0.25%, helst minst 028% för att stålet skall få önskad hårdhet och hållfasthet. Kolet bidrar också till en god nötningsbeständighet genom att bilda MC-karbider, där M i första hand är vanadin. I den mån stålet även innehåller andra starka karbidbildare, såsom niob, titan och/eller zirkoniuin, kan MX-karbidema även innehålla dessa element. Även rnolybden och krom tenderar att bilda karbider men i det uppfmningserilíga stålet har sammansättningen optirnerats för att undvika eller åtminstone minimera förekomsten av andra karbider än MC-karbider. Vid höga kolhalter kan stålet bli allt för hårt och sprött. Kolhalten skall därför inte överstiga 05%. Företrädesvis begränsas kolhalten till 0.40% och än mer föredraget begränsas kolhalten till 0.3 2%. Nominellt innehåller stålet 030% C.

Kisel förekommer i stålet i löst form och bidrar till att öka kolaktiviteten och ger på så sätt stålet en önskad hårdhet. Kisel skall därför förekomma i halter från 010% till max l.5%. Företrädesvis bör stålet innehålla minst 030%, och än mer föredraget minst 0.40% Si. I högre halter har uppmärksammats en förskjutning av sekundärhårdnandet till lägre temperaturer. Om goda varmarbetsegenskaper prioriteras bör därför stålet inte innehålla mer än 10%, mer föredraget inte mer än 080% och mest föredraget inte mer än 0.60% Si. Norninellt innehåller stålet 0.50% Si. 10 15 20 25 30 5133 283 Kisel kan även förekomma i stålet i bunden form i form av kiselkalciumoxider, i de fall stålet är legerat med kalcium och syre och ännu hellre som kiselkalciumaluminium- oxider, i de fall stålet även är legerat med aluminium, vilka på ett mycket positivt sätt bidrar till att förbättra skärbarheten i materialet, i synnerhet vid höga skärhastigheter.

Skärbarheten kan dessutom förbättras ytterligare om dessa oxider modifieras med hjälp av svavel, som tillsammans med mangan bildar mangansulfider som kan täcka oxiden och fungera som en smörj ande film vid skärande bearbetning av stålet vid lägre skärhastigheter.

Mangan bidrar till att förbättra stålets härdbarhet och tillsammans med svavel bidrar mangan till att förbättra skärbarheten genom bildande av mangansulfider. Mangan skall därför förekomma i en lägsta halt av 0.20%, företrädesvis minst 0.60 % och än mer föredraget minst 1.0%. Vid högre svavelhalter förhindrar mangan rödskörhet i stålet.

Stålet skall inte innehålla mer än 2.0%, företrädesvis max 1.5%, och än mer föredraget max 13% Mn. En optimal manganhalt är l.2%.

Svavel bidrar till att förbättra stålets skärbarhet och skall därför förekommai en lägsta halt av 0.0l%, mer föredraget minst 0.0l5% för att tilldela stålet en adekvat skärbarhet.

Vid högre svavelhalter uppstår risk för rödskörhet, som inte helt kan kompenseras med en motsvarande hög manganhalt. Dessutom inverkar svavel negativt på stålets utmattningsegenskaper i högre halter. Stålet skall därför innehålla högst 02%, företrädesvis högst O. 1 5% och än mer föredraget högst O. 1 % S. Ett lämpligt svavelinnehåll ligger inom intervallet 0.025-0.035% S. En nominell svavelhalt är 0.030%.

I applikationer som inte kräver god skärbarhet, t.ex. högpåkända varmarbetsstål, är det önskvärt att svavelhalten hålls så låg som möjligt. I det fallet görs ingen avsiktlig tillsats av svavel vilket innebär att svavel inte skall förekomma i halter över spårhalt. Om dessutom stålet tillverkas i mycket grova dimensioner kan en ESR-omsmältning göras, eng. Electo Slag Remelting, i syfte att ytterligare avlägsna föroreningar, bl.a. svavel.

Krom skall förekomma i stålet i en halt mellan 1.5 och 40% för att ge stålet god härdbarhet. Dessutom kan krom bilda karbider tillsammans med kol vilket förbättrar nötningsbeständigheten. Karbiderna, i första hand av MyCg-typ, utskiljs i huvudsak som sekundärt utskilj da submikroskopiska partiklar vid hö gtemperaturanlöpning av stålet och bidrar till att stålet erhåller en god anlöpningsbeständighet. Företrädesvis innehåller stålet minst l.90%, än mer föredraget minst 2.20% Cr. Vid högre halter av krom 10 15 20 25 30 35 533 233 försämras stålets varrnhårdhet och skärbarhet vilket är en nackdel, i synnerhet då stålet används till skärverktygskropp och andra varmarbetsapplikationer. Av den anledningen är det en fördel om kromhalten begränsas till 3.0%, och mer föredraget till 2.6%. En nominell kromhalt år 230% Cr.

Nickel förekommer löst i stålet och förbättrar stålets skärbarhet samt ger stålet god härdbarhet, seghet och varmhårdhet. För att uppnå erforderlig härdbarhet för skärverktygskroppar skall stålet innehålla minst l.5% Ni. Då högre krav på härdbarhet föreligger kan nickelhalten ökas. En viss förbättring uppnås vid 2.0% Ni och om nickelhalten ökas till 30% erhålles en mycket god härdbarhet som medger att förhållandevis grova dimensioner kan lufthärdas, vilket är fördelaktigt. Vid 4.0% nickelhalt har försök visat att stålet erhåller en extremt god härdbarhet vilket i praktiken innebär att stålet erhåller en helt martensitisk grundmassa, utan risk för vare sig perlit eller bainit, trots mycket långsam svalning av detaljer med en dimension upp till ÛIOOO mm. Nickel är även ett austenitstabiliserande element och för att undvika eller åtminstone minimera andelen restaustenit i härdat och anlöpt tillstånd begränsas halten nickel till högst 5.0%, företrädesvis högst 45%. Av kostnadsskäl bör stålets innehåll av nickel begränsas så långt det år möjligt, dock utan att de eftersträvade egenskaperna försämras. Ett föredraget intervall är 3.80-4. 10% Ni. En nominell nickelhalt är 4.00%.

Molybden har på senare tid blivit en mycket dyrbar legeringsmetall och många på marknaden förekommande stål har blivit avsevärt mycket dyrare att tillverka på grund av det. Av kostnadsskäl har många på senare tid försökt begränsa användningen av molybden, men dess mycket gynnsamma inverkan på stålets härdbarhet och dess inverkan på stålets anlöpningsbeständighet och därmed varmhårdhet har hittills förhindrat det. Det har nu mycket överraskande visat sig att det uppfinningsenli ga stålet erhåller en för ändamålen mycket gynnsam egenskapsprofil trots ett förhållandevis lågt innehåll av molybden. Den lägsta halten av molybden kan vara så låg som 05%, men företrädesvis innehåller stålet minst 0.7% Mo.

Molybden år ett karbidbildande element. Beroende på hur stålets sammansättning varieras inom de angivna intervallen kan upp till 2 vol-% molybdenrika primärkarbider av MóC-typ utskiljas i stålets grundmassa. Dessa karbider är något mer svårupplösta i samband med härdningen än t.ex. MC-karbider och har inte samma gynnsamma inverkan på stålets egenskapsprofil varför det i ett föredraget utförande är önskvärt att minimera förekomsten av dessa MóC-karbider. Utan att göra avkall på skärbarheten kan stålet tillåtas ett innehåll av 2.0% Mo. Vid denna halt fås också en mycket god nötnings- 10 15 20 25 30 35 beständighet och varmhårdhet. Av kostnadsskäl bör dock molybdenhalten inte överstiga 1.0% och ett föredraget intervall är 0.75-0.85% Mo. Nominellt innehåller stålet O.80% Mo. I princip kan molybden åtminstone till viss del ersättas av dubbla mängden wolfrarn. Wolfi-am är dock en dyrbar legeringsmetall och komplicerar dessutom hanteringen av returskrot, varför wolfram bör undvikas i högre halter än föroreningshalt.

Kobolt bör av samma skäl som wolfiarn inte förekomma i stålet men kan tolereras i halter upp till max 1.0%, företrädesvis max 0.20%. Kobolt bidrar till att höja martensitens hårdhet och ger en ökad varrnhårdhet och av den anledningen kan skärbarheten i härdat och anlöpt tillstånd försärrrras. Möjligtvis kan kobolts hårdhetshöj ande inverkan utnyttjas till att sänka austenitiseringstemperatixren vid härdningen, vilket kan vara en fördel.

Vanadin är gynnsamt för stålets anlöpningsbeständighet och nötningsbeständighet genom att tillsammans med kol bilda upp till omkring 3.5 vol-%, företrädesvis max 2 vol-% förhållandevis runda, jämnt fördelade primärt utskilj da MC-karbider i stålets grundmassa. Vanadin skall därför förekomma i stålet i en lägsta halt av 020%, företrädesvis minst 0.60% och än mer föredraget minst 0.70%. I samband med härdning sker en upplösning av dessa karbider och beroende på vilken austenítiseringstemperatrrr som väljs kan väsentligen alla primärt utskiljda MC-karbider lösas upp, vilket eftersträvas i ett föredraget utförande av stålet. Vid den efterföljande anlöpningen utskiljs istället mycket små vanadinrika så kallade sekundärkarbider av MC-typ. I ett föredraget utförande kännetecknas således stålet av att det har en grundmassa som består av anlöpt martensit vilken är väsentligen fri från primära karbider av MC-typ men med en viss förkomst av mycket små, jämnt fördelade sekundärt utskiljda MC-karbider.

Inom ramen för uppfinningen kan dock stålet tillåtas ett visst innehåll av primärt utskiljda MC-karbider i härdat och anlöpt tillstånd. För att inte försämra stålets skärbarhet bör vanadinhalten inte överstiga 1.50%, mer föredraget inte överstiga 1.()O%, och mest föredraget inte överstiga 0.90%. Nominellt innehåller stålet O.80% V.

Niob bildar svårupplösta primärkarbider och skall inte förekomma i halter över 0.5%.

Företrädesvis bör niob inte förekomma i halter över föroreningshalt, det vill säga max 0.030%. Även titan, zirkoniurn, aluminium och andra starka karbidbildare utgör icke önskvärda föroreningar och skall därför inte förekomma i halter över föroreningshalt.

I de applikationer där en god skärbarhet eftersträvas, och i synnerhet där en god skärbarhet vid höga skärhastigheter är önskvärd, är det en fördel om stålet även 10 15 20 25 30 35 innehåller syre och kalcium i verksamma halter för att tillsammans med kisel bilda kiselkalciumoxider. Stålet bör därför innehålla 10-100 ppm O, företrädesvis 30-50 ppm O, och 5-75 ppm Ca, företrädesvis 5-50 ppm Ca. Företrädesvis legeras även med 0.003- 0.020% aluminium, så att kiselkalciumaluminiumoxider bildas vilka förbättrar skärbarheten i ännu högre grad än rena kiselkalciumoxider. Des sa kiselkalcium- aluminiumoxider kan med fördel modifieras med hjälp av svavel som i form av mangansulfider bidrar till att även förbättra skärbarheten vid lägre skärhastigheter.

Sällsynta jordartsmetaller, såsom cerium, lantan med flera, kan eventuellt tillsättas till stålet för att ge materialet isotropa egenskaper, optimal skärbarhet, goda mekaniska egenskaper samt god varmbearbetbarhet och svetsbarhet. Den totala halten sällsynta jordartsmetaller kan uppgå till max 0.4%, företrädesvis max 0.2%.

Koppar är ett element som kan bidra till att öka stålets hårdhet. Dock inverkar koppar negativt på stålets varmduktilitet redan i låga halter. Dessutom är det inte möjligt att extrahera koppar från stålet när det en gång väl har tillsatts. Detta försvårar drastiskt möjligheten att återvinna stålet. Det kräver att skrothanteringen anpassas för att sortera ut skrot som innehåller koppar för att på så sätt undvika att kopparhalten stiger i stålsorter som inte är toleranta mot koppar. Av den anledningen skall koppar företrädesvis inte finnas i stålet annat än som oundviklig förorening från skrotråvaran.

Inom ramen för uppfinningstanken kan en tänkbar sannnansättning för ett stål enligt uppfinningen, vars sammansättning anpassats för att även ge stålet en god skärbarhet, vara enligt följande: 0.30 C, 0.50 Si, 1.20 Mn, max 0.025 P, 0.030 S, 2.3 Cr, 4.0 Ni, 0.8 Mo, max 0.20 W, max 0.20 Co, 0.8 V, max 0.005 Ti, max 0.030 Nb, max 0.25 Cu, 0.010 Al, 5-50 ppm Ca, 30-50 ppm O, rest järn.

KORT FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas mer i detalj med hänvisning till de bifogade ritningsfigurema, i vilka: Fig. 1 visar mikrostrukturen hos stålet, F ig. 2 är ett diagram som visar hårdheten i förhållande till anlöpningstemperattiren, Fi g. 3 är ännu ett diagram som visar hårdheten i förhållande till anlöpningstemperattrren, Fig. 4 är ett diagram som visar resultat från slagseghetsprov vid olika temperaturer, Fig. 5 är ett diagram som visar utmattníngslivslängden vid olika temperaturer, Fig. 6a, b är ett diagram som visar varmhårdheten, 10 15 20 25 30 35 5353' EEE Fig. 7 är ett diagram som visar stålets förmåga att behålla pålagda tryckspänningar, Fig. 8a-c visar resultat från borrprov, F ig. 9a-c visar resultat från borrprov, Fig. lOa-c visar resultat från borrprov, Fig. lla-c visar resultat från fräsprov, Fig. 12a-c visar resultat från fräsprov, Fig. l3a-c visar resultat från fräsprov, Fig. l4a-c visar resultat från gängprov, Fig. 15 visar resultat från pinnfräsning, Fig. 16 visar en järnförelse över temperaturens inverkan på utmattningshållfastheten, och Fig. 17 visar en järnförelse över temperaturens inverkan på de pålagda tryckspänningarna.

UTFÖRDA FÖRSÖK Inledningsvis rekvirerades ett antal fräskroppar från olika tillverkare och stâlens sammansättningar analyserades. Vidare undersöktes om fräskropparna hade ytbehandlats, t.ex. om de var ytbelagda eller kulpenade samt om de var härdade och anlöpta. Undersökningen visade att samtliga fräskroppar hade sammansättningar som är kända sedan tidigare. Fräskropparna hade tillverkats på normalt förekommande sätt för fräskroppar och av den anledningen drogs slutsatsen att fiäskroppaina inte besitter några oväntade egenskaper och således inte uppfyller de ökade krav på egenskaper som uppkommit under senare år.

I syfte att utveckla ett stål som bättre motsvarar de nya och högre ställda e genskapskraven, bla. bättre skärbarhet och hållfasthetsegenskaper vid förhöjd arbetstemperamr, beslutades att tillverka ett antal försökslegeringar. Material till undersökningen framställdes både i laboratorieskala och produktionsskala, vars samrnansättningar framgår av Tabell 2. De angivna sammansättningshalterna avser medelvärden av mätningar på olika ställen i framställda göt. I Tabell 2 finns även sammansättningarna hos ett antal referensmaterial benämnda Nr 1, 3 och 5 vilka är kommersiellt tillgängliga. De angivna halterna för referensmaterialet utgör nominella halter. Innehållet av almninium, kväve, kalcium och syre har inte noterats. För saintliga material utgör järn rest, förutom föroreningar som kan förekomma i normala halter jämte de föroreningar eller accessoriska element som är angivnai tabellen. 10 15 25 533 283 Inledningsvis tillverkades sex smältor i laboratorieskala vilka göts till 50-kgs laboratoriegöt, (Q9277 - Q9287), där smältorna Q9280 - Q9287 utgör exempel på uppfinningen. De framställda Q-göten smiddes till provstavar med storleken 60 x 40 mm, vilka sedan mjukglödgades vid en temperatur av 850 °C, 10 h, därefter svalning i ugn, l0°C/h, ner till 650°C, därefter svalning fritt i luft till rumstemperatur. Därefter härdades de till önskad hårdhet.

Med utgångspunkt från Q9287 tillverkades en 6-tonssmälta i produktionsskala (stål 6) vars sammansättning framgår av Tabell 2. Tillverkningsprocessen beskrivs i detalj längre fram men kortfattat kan tillverkningen beskrivas på följ ande sätt: Av 6- tonssmältan tillverkades göt genom konventionell stiggjutning. Göten varmvalsades till stänger med en dimension av (2528 mm, G45 mm samt 120x120 mm. De flesta stänger mj ukglödgades och därefter tillverkades provstavar och fräskroppar vilka härdades och anlöptes. I de fall inget annat anges avses högtemperatiiranlöpning.

Vissa av stängerna från ó-tonssmältan mjukglödgades inte. Dessa stänger genomgick heller ingen konventionell härdningsoperation eftersom svalningen efter varmvalsningen givit materialet en härdad struktur. Detta material benämns stål 6a i den fortsatta redogörelsen över utförda försök. Från dessa ”direkthärdade” stänger tillverkades provstavar vilka anlöptes till önskad hårdhet.

Från referensmaterialen tillverkades provstavar vilka härdades och anlöptes enligt tillverkarens föreskrifter till önskad hårdhet. Vidare tillverkades ett antal skärverktygskroppar för applikationstester.

Tabell 2 Stål nr. C Si Mn P/S Cr Ni Mo V Q9277 0.38 0.94 0.86 0012/0027 4.74 0.06 1.24 0.9 Q9278 0.35 0.92 0.91 0013/0028 4.78 0.07 0.2 0.81 Q9279 0.28 0.30 0.96 0.013/0.031 2.07 0.07 1.92 0.87 Q9280 0.28 0.12 0.68 0010/0032 1.90 2.81 1.99 0.75 Q9286 0.28 0.53 1.15 0020/0030 2.53 3.02 1.00 0.71 Q9287 0.28 0.47 1.18 0019/0028 2.32 3.99 0.78 0.76 1 0.39 0.5 0.4 0025/- 5.3 - 1.3 0.9 3 0.34 0.3 0.7 0.025/- 1.3 1.4 0.2 - 5 0.37 0.3 ' 1.4 0.01/- 2.0 1.0 0.2 - 6 0.31 0.5 1.2 0013/0028 2.2 4.07 0.76 0.75 10 15 20 25 30 35 10 Uppfinningen skall i det följande närmare förklaras med hänvisning till utförda försök.

Mikrostruktur Mikrostrukturen i härdat och anlöpt tillstånd för stål 6 framgår av Fig. l. Stålet har härdats vid en austenitiseringstemperatur av l020°C under 30 minuter och anlöpts två gånger under två timmar med mellanliggande svalning vid en temperatur av 600°C, (600°C /2x2h) och erhöll en hårdhet av 45 HRC. Stålet har en grundmassa som utgörs av anlöpt martensit utan förekomst av vare sig restaustenit, perlit eller bainit. Då stålet sägs vara utan förekomst av restaustenit skall förstås att stålet kan innehålla upp till två vol-% restaustenit eftersom halter under 2 vol-% är svåra att fastställa. Grundmassan har ettjärrmt fördelat innehåll av upp till omkring 2 vol-% karbider . varav omkring l vol% av karbiderna är primärt utskiljda MC- och MóC-karbider. Omkring 1 vol% karbiderna är runda eller i huvudsak runda och har en storlek i sin längsta utsträckning av minst 8 um. Dessa i huvudsak runda karbider är mestadels MC-karbider, där M är vanadin och något molybden. En viss förekomst av MfiC-karbider kan också noteras där M i huvudsak är molybden. Utöver primärkarbider innehåller stålet också sekundärt utskiljda karbider, omkring l vol-%. Merparten av dessa sekundärkarbider är runda eller i huvudsak runda och har en storlek i sin längsta utsträckning av max. 20 nm. Även något mer långsträckta karbider kan noteras vilka har en storlek i sin längsta utsträckning av max. 100 nm. Dessa karbider innehåller både krom, vanadin, molybden och järn. Stålet karaktäriseras också av att det inte förekommer någon korngränskarbid.

Avsaknaden av korngränskarbid bidrar till en förbättrad skärbarhet och seghet.

Det är önskvärt att eliminera eller åtminstone minimera andelen restaustenit i materialet.

Som framgår av Fi g l är det möjligt att eliminera förekomsten av restaustenit efter högtemperaturanlöpning då stålet ges en sammansättning enligt ett föredraget utförande av uppfinningen. Om detta stål däremot lågtemperaturarilöps kan en viss förekomst av restaustenit förekomma, typiskt omkring 3%. Direkt efter härdning är restaustenit- innehållet ytterligare något högre, omkring 4-6%. Som fackmannen inser kan restaustenitinnehållet också variera beroende av balansen mellan de austenit- stabiliserande elementen, för detta stål främst kol, mangan och nickel, och de ferritstabiliserande elementen, för detta stål främst kisel, krom och molybden. Dessa element skall balanseras så att austenithalten i härdat och anlöpt tillstånd uppgår till max. 10% och företrädesvis max 5%, bl.a. för att stålet skall uppfylla kravet på en adekvat formbeständighet. 10 15 20 25 30 35 233 I syfte att undersöka mikrostrukturen för olika grova dimensioner utfördes dilatometer- provning, dvs. svalning av austenitiserade provbitar vid olika svalningshastigheter från 800°C ner till 500°C. Dilatometerprovningen indikerade att det uppfinningsenliga stålet kunde erhålla en míkrostruktur i enlighet med vad som beskrivits i anslutning till Fig. 1 upp till dimensioner på øl m.

Anlöpningsbeständighet Anlöpníngsbeständígheten hos några av de framställda fórsökslegeringarna undersöktes och resultaten framgår av Fig. 2-4. Fig. 2 är ett diagram som visar hårdheten hos de framställda laboratoriegöten, Q9277 - Q9287, efter hårdning från en austenitiserings- temperatur av 960°C, 30 min och anlöpning 2 x 2h vid olika anlöpningstemperatiirer.

Av figuren framgår att de uppfimiingsenliga materialen Q9280 - Q9287 uppvisar ett sekundärhårdnande vid en temperatur omkring 550°C, medan referensmaterialet Q9277 uppnår en något högre hårdhet men ett sekundärhårdnande vid något lägre temperatur, omkring 500°C. Tillväxt av karbider vid användning i varmt tillstånd sker långsammare hos de material som uppvisar ett sekundärhårdnande vid högre temperatur än hos de material som uppvisar ett sekundärhårdnande vid lägre temperatur. Det avspeglas i att de uppñnningsenliga materialen Q928O - Q9287 tillsammans med Q9279 uppvisar också en förhållandevis flack anlöpningskurva vid temperaturer över 550°C och således har en bättre anlöpningsbeständighet än övriga material.

Anlöpningsbeståndigheten för stål 6 och stål 6a vid olika austenitiseringstemperaturer undersöktes och stålets hårdhet efter anlöpning framgår av Fig. 3. Ett tydligt sekundärhårdnande uppmättes vid anlöpningstemperaturer omkring SCO-550°C. Av figuren framgår att stål 6a uppnådde högst hårdhet, medan stål 6 som härdats på konventionellt vis uppnådde något lägre hårdhet. Noterbart är att stål 6 uppnådde ett sekundärhårdnande vid en temperatur av ca 550°C, medan stål 6a uppnådde ett sekundårhårdnande vid en temperatur omkring 500°C. Noterbart är också att stål 6a uppnådde i princip samma anlöpningsbeständighet som stål 6 vid temperaturer från omkring 550°C upp till 650°C.

Slagseghet Slagsegheten hos stål 6 vid olika temperaturer och vid olika hårdheter undersöktes och jämfördes med stål 1 genom Charpy V-test (provningsfórfarande: ASTM E399/DIN EN 10045). Provstavar har tagits ut från stänger med olika dimensioner vilket givit olika grad av genomarbetning hos materialen. Generellt brukar gälla att högre grad av genomarbetning ger högre slagseghet. Resultaten framgår av Tabell 3 och där redovisas lO 15 12 även stålens hårdhet efter härdning och anlöpning, dimension hos stängerna som provstavarna tagits ur, det läge som provstavarna tagits ur stängerna, vid vilken temperatur som provstavama testats samt värmebehandling. Slagsegheten hos stål 6 undersöktes även i vannvalsat tillstånd samt etter anlöpning i varmvalsat tillstånd, enligt vad som beskrivits ovanför icke mjukglödgat material.

Testerna visade att stål 6 uppvisar en bättre slagseghet än referensmaterial 1. Vidare framkom att segheten är bäst för stålet efter lågtemperatiiranlöpning, dvs. anlöpning vid temperaturer upp till max. 450 - 475°C samtidigt som stålets hårdhet är något högre än efter högtemperamranlöpníng. Dock uppnås inte samma goda nötningsbeständighet vid lågtemperaturzmlöpriing. Dessutom framkom att det uppfinningsenliga stålet inte uppvisar en omslagstemperatiir till sprött brott vid temperaturer under rumstemperatur, åtminstone inte för temperaturer ner till -40°C. Detta indikerar att stålet kan vara användbart även där krav finns på god seghet vid låga temperaturer.

Tabell 3 Stål nr. Hârdhet Dimension Läge Slagseghet Värmebehandling (HRC) (mm) (J) ltempfQ 1 45 045 S-T 7.5/20 l020°C/30 min + 600°C/2x2h. 1 45 (2145 S-T 6/-20 l020°C/30 min + 600°Ci2x2h. 1 45 945 S-T 5.5/-40 l020°C./30 min + 600°C/2x2h. 6 45 120x12O L-T 10/20 lO20°C/30 min + 600°C/2x2h. 6 45 12014120 L-T 9.5/0 1020°C/30 min + 600°C/2x2h. 6 45 120x120 L-T 8.5/-10 1020°C/30 min + 600°C/2x2h. 6 45 120x120 L-T 80/-20 1020°C/30 min + 600°C/2x2h. 6 45 120xl20 L-T 7.5/-40 1020°C/30 min + 600°C/2x2h. 6 45 045 L-T 17 .5/20 1020°C/30 min + 600°C/2x2h. 6a 53 028 L-T 275/20. Varmvalsat, ej anlöpt 6a 51 045 L-T 385/20 varmvalsat + arilöpt 200°C/2x2h. 6a 46 945 L-T 14/20 varmvalsat + anlöpt 580°C/2x2h. 6 47.5 028 L-T 215/20 1020°C/30 min + 475°C/2x2h. 6 47 (2528 L-T 22.5/20 1020°C/30 min.+ 450°C/2x2h 10 15 20 25 30 35 Utmattningshållfasthet Utmattningshållfastheten hos stål 6 vid olika temperaturer vid en hålltid av 2 h jämfördes med referensmaterial l och 3, vilket visas i Fig. 5. Materialen undersöktes i härdat och anlöpt tillstånd. Samtliga material härdades och anlöptes till en hårdhet av 45 HRC. Därefter kulpenades vissa provstavar. Kulpening är en metod för att introducera tryckspäririingar i materialets yta. Kulpeningsdata: Stålkulor: ø 0.35 mm, Hårdhet: 700 HV, Tryck: 4 bar, Vinkel: 90°, Tid: 36 s, Avstånd: 75 i 5 mm, Rotation: 37 rpm.

Resultaten visar att stål 6 har en bättre utmattningshållfasthet i varmt tillstånd än de båda referensmaterialen. Stål 6 uppvisade en överlägsen utmattningshållfasthet i kulpenat tillstånd vid 450°C, vilket är en arbetstemperatur som vissa skärverktygskroppar kan uppnå i extrema fall.

Varmhårdhet Varmhårdheten hos stål 6 jämfördes med referensmaterialen. Stål hade härdats och anlöpts till en hårdhet av 430 HV. Undantaget stål Q9287 som hade en hårdhet av 460 HV. Inledningsvis jäinfórdes de törsökslegeringar som framställt i laboratorieskala med referensstålen nr. l och 3. Resultaten framgår av Fig. 6a. Försökslegeiingaina Q9280 - Q9287 uppvisade bäst varmhårdhet vilket framgår av att hårdheten avmattas förhållandevis långsamt och av att en kraftigare avmattning inträder vid högre temperaturer än för referensmaterialen. Även stål 6, som tillverkats i produktionsskala, järntördes med referensmaterialen vilket visas i Fig. 6b. Här framgår än mer tydligt att det uppfinningsenliga stålet har en mycket god varmhårdhet.

Avspänningsbeständighet För att förbättra utmattningshållfastheten kan tryckspänningar introduceras i materialets yta. Vid användning vid höga temperaturer är det viktigt att materialet har en god förmåga att behålla dessa pålagda tryckspänningar. Det uppfinningsenliga stålets 10 15 20 25 533 E83 14 förmåga att behålla pålagda tryckspänningar efter uppvärmning (motstånd mot relaxering) undersöktes och järnfördes med referensmaterialen, vilket visas i Fig. 7.

Tryckspänningarna i materialet introducerades med hjälp av kulpening enligt vad som beskrivits tidigare. Av Fig. 7 framgår att det uppfinningsenliga stålet (Q9287, Stål 6) uppvisar en mycket god förmåga att behålla de pålagda tryckspänningarna. Särskilt bra är stålet i temperaturintervallet 300-450°C. Det är fördelaktigt att restspänningarna avtar förhållandevis jämnt.

Vidare undersöktes hur djupt de pålagda tryckspärmingarna kunde tränga ner i ytan på stål 6 och referensmaterialen samt vilken inverkan temperaturen har på stålets förmåga att behålla dessa tryckspänningar. Resultatet redovisas i Fig. 17. Av järnförelsen framgår att den högsta tryckspänningen i ytan kan uppnås med stål 6 samt att tryckspärmingarna tränger ner djupast i ytan i detta stål. Stål 6 uppvisar även bäst motstånd mot relaxering.

Hållfasthet Genom dragprovning undersöktes stålets sträckgräns och brottgräns i härdat och anlöpt tillstånd och jämfördes med referensmaterialen, Resultaten visas i Tabell 4 och där fiamgår att det uppfinningseriliga stålet har bäst duktilitet, vilket bl.a. förstås av att skillnaden mellan sträckgräns och brottgräns är störst.

Det uppfinningsenliga stålet uppvisar en något lägre sträckgräns vid jäxnförbar hårdhet vilket innebär att det uppfinningsenliga stålet plasticeras lättare än referensmaterialen vid dragbelastning. Därför undersöktes stålens kompressionsmotstånd vilket är ett bättre mått på stålets hållfasthet än sträckgränsen vid dragprovníng för just denna applikation.

Kompressionstestet visade att det uppfinningsenliga stålet hade ett bättre kompressions- motstånd (Rp O,2) än referensmaterialen vilket framgår av Tabell 4.

Tabell 4 Dragprovning Kompressionstest Stå] Hårdhet Rp 0,2 Rm Förlängning Kontraktion Rp 0,2 (MPa) (HRC) (MP3) (MP3) A5 (°/«) Z (%) Stål 1 45 1280 1420 12 55 1332 Stå13 43.5 1311 1450 9 46 Stål 3 45 - - - - 1335 Stål 6 43.7 1180 1416 12 52 Stål 6 45 - - - - 1 1378 10 15 20 25 533 E33 15 Nötningsbeständighet Stålets nötningsbeständighet i härdat och anlöpt tillstånd undersöktes med pinne mot skiva-test, eng. pin on disk, med SiOz som abrasivt medium, 120 s, torrt tillstånd, och resultatet framgår av Tabell S. Bland fórsökslegeringarna, Q9277 - Q9280, uppvisar det uppfinningsenliga stålet Q9280 näst bäst nötningsbeständighet. För stål 6, tillverkat i fullskala, uppmättes en något sämre avnötning än för stål nr. 1 vilket delvis kan förklaras av att stål 6 har en lägre hårdhet. Vidare noteras att stål 6 med en hårdhet av 44 HRC uppvisar bättre nötningsbeständighet än Q9280 med en hårdhet av 45 HRC.

Tabell 5 Stål Hårdhet Avnötning (HRC) mg/min Q9277 45 235 Q927s 45 260 Q9279 45 185 Q9280 45 200 Stål 1 45 180 Stål 5 45 295 Stål 6 44 220 Skärbarhet Omfattande tester av skärbarheten har utförts bl.a. genom att med olika bearbetningsmetoder mäta vilken fórslitriing de testade stålen orsakar på de bearbetande verktygens eggar, vilket beskrivs nedan. Samtliga tester förutom svarvníngstestet utfördes i härdat och anlöpt tillstånd och vid olika hårdheter. Inledningsvis undersöktes skärbarheten hos fórsökslegeringarna Q9277 - Q9287 och därefter undersöktes skärbarheten hos stål 6 och jämfördes med referensmaterial 1 och 6.

Skärbarheten hos stål (Q9277 - Q9287) undersöktes genom att mäta antalet borrade hål till haveri vid två olika skärhastigheter. Av Tabell 6 framgår att stål Q9280 och Q9287 samt stål 3 och stål 6 uppvisar en mycket god skärbarhet vid spiralborrning- Stål Q9286, med betydligt högre hårdhet, uppvisar en skärbarhet i nivå med referensmaterialet Q9277. 533 283 16 Tabell 6 Spiralborrning, Snabbstålsborr 120 Wedevåg, ø 2 mm, Utslitningskriterium: Haveri, >350 borrade hål vid 17 m/min, >500 borrade hål vid 20 m/min.

Hårdhet Antal Skärhastighet Matning QIIRC) borrade hål (m/min) (mm/varv) Q9277 44 108 l7 0.05 Q9278 45 >35O l7 0.05 Q9279 44 288 17 0.05 Q9280 45 >350 17 0.05 Q9286 47 8 I 17 0.05 Q9287 45 >350 17 0.05 Q9278 45 695 20 0.05 Q9280 45 320 20 0.05 Q9287 45 280 20 0.05 Stål 3 45 >500 20 0.05 Stål 6 45 4 l 0 20 0.05 I Fig. 15 visas resultaten från pinnfräsningstester. Förslitningen på skäreggen uppmättes i förhållande till den bortfrästa längden. Vid pinnfräsning, vilket i detta fall utförs med mycket små fräsar, är dessutom påkletning av material i spånspiralen ett uttalat problem vilket efter en tid leder till att fräsen går av. Bland de stål som tillverkats i laboratorie- skala uppvisar Q9280 bäst resultat. Stålet uppnådde kravet på 0.15 mm fiirslitning utan haveri. Den avverkade längden uppgick till 50 000 mm. Stål 6, som tillverkats i produktionsskala, klarade också kravet på max. 0.15 mm fórslitriing utan haveri och var överlägset bäst med 114 000 mm avverkad längd. Övriga stål havererade innan de uppnått 0.15 mm fórslitnjng. Provningsdata: Skärande verktyg: hårdmetallpinrifi-äs, 05 mm Skärhastighet: 100 m/min Tandmatning: 0,05 mm/tand Skärdj up: Ap=4 mm, Ae= 2 mm Kriterier: Vbmax=0,15 mm 20 25 30 35 E83 Skärbarheten undersöktes med svarvningstest på material i mjukglödgat tillstånd vid en hårdhet av 300 HB. För stål 6 uppmättes ett V30-värde på 188 rn/min medan stål 5 erhöll ett värde på 164 m/min. Vgo-värdet är den skärhastighet som vid svarvning ger en verktygslivslängd av 30 min.

Stålets skärbarhet har även testats genom bontest, fråstest och gängtest hos en tillverkare av skärverktygskroppar. Försöken redovisas med hänvisning till Fig. 8a-c - 14a-c. Sammantaget visade testerna att det uppfinningsenliga stålet uppfyller tillverkarens krav på förbättrad skärbarhet.

I Fig. 8a-c, 9a-c samt 10a-c visas den fórslitning som borrning av ett visst antal hål orsakade på borrstålets skäregg när skärbarheten hos stål l, 3 och 6 undersöktes. Av testerna framkom att stål 3 orsakar minst fórsliming och stål 1 var mest svårbearbetat och relativt tidigt orsakade haven' på grund av urtlisning vid 40 och 47 HRC. Stål 6 uppfyllde kravet på minst 1000 borrade hål och en max törslitriíng av skäreggen på 0.15 mm vid 30 och 40 HRC, och vid ett av borrproven vid 47 HRC. Provningsdata: Skärande verktyg: Borr i solid hårdmetall, 0 43mm, fór 33HRC Borr i solid hårdmetall, ø 4.6mm för 40 och 47HRC Skärhastighet: IOOm/min för 33HRC samt SOm/min för 40HRC och 47HRC Varvmatning: 0.18 för SSHRC sarnt 0.1mm for 40HRC och 47HRC Skärdj up: Ap=l3mm Kriterier: Vbmax=0.l Smm, ch20.1mm, borrbrott eller 1000 gjorda hål Kylning: Emulsion Castrol 7% utvändigt I Pig. lla-c, l2a-c samt 13a-c visas den törsliming som fräsning under en ingreppstid av 50 min orsakade på fräsverktygets egg. Även här uppvisade stål 3 bäst skärbarhet medan stål 6 uppvisade ungefär samma skärbarhet som stål 1, men med den skillnaden att vid 47 HRC orsakade stål 1 urflisning vid 37 min. medan stål 6 orsakade skärbrott vid 25 min. Provningsdata: Skärande verktyg: Pinnfräs i solid hårdmetall, Qi 10mm Skärhastighet: ISOm/min for 33HRC samt IOOm/min for 40HRC och 47HRC Tandmatning: 0.072mm/tand Skärdjup: Ap=6mm, Ae=3mm .

Kriterier: Vbmax=0,lmm, ch20.lrnm, fräsbrott eller 50min ingreppstid 10 20 25 30 35 533 283 Fyrkantiga ämnen med maxlängd 150mm fräses med medfräsning och tryckluft riktad mot skärzonen I Fig. l4a-c visas resultaten från gängprov. Gängningsegenskapen är en av de absolut viktigaste egenskaperna bland skärbarhetsegenskaperna. Även här avbröts försöken vid 1000 gängade hål, vilket samtliga testade stål klarade vid en hårdhet av 33 HRC. Av testerna konstaterades att stål 6 hade överlägset goda gängningsegenskaper vid en hårdhet av 40 HRC. Vid 47 HRC uppmättes ungefär likvärdiga egenskaper hos stål 3 och 6, medan stål 1 i princip var omöjligt att gänga vid 47 HRC. Provningsdata: Skärande verktyg: Gängtapp M5xO.8 ånganlöpt PWZ Paradur lnox 20 513 för 33HRC, Gängtapp M5xO.5 obelagd PWZ Paradur Ni 10 26-19310 for 40HRC och 47HRC Skårhastighet: 15m/min för 33HRC, 4m/min for 40HRC och 47HRC Varvmatning: 99% av stigningen Gångdjup: Ap=7 mm fullgänga Kriterier: Gängtappbrott eller då tappen slitits så att fullgän ga 6,5mm uppnås eller om tappen gjort 1000 godkända gängor.

Kylning: Emulsion Castrol 7% Applikationstest har utförts där skärverktygskroppar har tillverkats av det uppfinningsenliga stålet. Skärverktygskropparnas utmattningsegenskaper har undersökts genom att simulera de belastningscykler som uppkommer i drift. En cyklisk belastning om 1780 MPa applicerades vinkelrätt mot plattläget på skärverktygskroppen, dvs. där skärct anbringas. Restspänningama i hörnet mellan plattlägets framkant och dess inre stödjande sidovägg, ett omrâde där utmattningsbrott initieras, uppmättes med röntgendifiralction. I Fig. 16 visas resultatet från uunattriingsprovningen.

Undersökningen har gjorts på skärverktygskroppar som kulpenats i härdat och anlöpt tillstånd samt på kulpenade skärverktygskroppar som värmebehandlats vid 550°C under 2 timmar, vilket syftar till att simulera användning. Stål 1 och 3 har även undersökts i enbart härdat och anlöpt tillstånd. Av undersökningen framgår att stål 6 har bättre utmattningsegenskaper än både stål 1 och 3.

Tillverkning av stålet I en process för tillverkning av ett stål med en kemisk sammansättning enligt uppfinningen framställs en stålsmälta genom konventionell smältmetallurgisk 10 15 20 25 30 35 Ézifiïš 233 19 tillverkning vilken gjuts till göt med götgjutning, lärnpligen stiggiutning.

Pulverrnetallurgisk tillverkning, sprayformning eller ESR-omsmältning synes inte vara nödvändigt utan utgör endast onödigt kostsamma alternativ. De tillverkade göten varmbearbetas vid en temperatur mellan 800 - l300°C, företrädesvis 1150 - l250°C till önskad dimension genom smide och/eller varmvalsning och får därefter svalna fritt i luft till en temperatur av 20 - 200°C, företrädesvis 20 - l00°C varvid en härdning av stålet erhålles. Därefter följer dubbel anlöpning under 2 timmar (2 x 2 h) med mellanliggande svalning. Anlöpningen utförs endera som lågtemperatixranlöpning från en temperatur mellan l80-400°C, företrädesvis l80-250°C, eller som högtemperaturanlöpning från en temperatur mellan 500-700°C. I härdat och anlöpt tillstånd har stålet en grundmassa som utgörs av anlöpt rnartensit med ett innehåll av upp till omkring 2 vol% väsentligen runda., jämnt fördelade karbider vilken är väsentligen fri från korngränskarbid. Vid lågtemperaturanlöpning fås ett stål med hög hårdhet, typiskt omkring 50 HRC, och god seghet. Lågtemperatiiranlöpning kan därför vara fördelaktigt då stålet skall användas i applikationer där användningen sker i rumstemperatur och där extrema krav på urflisning råder. Högtemperattlrarilöpning ger möjlighet att reglera hårdheten på stålet inom intervallet 34 - 50 HRC. Högtemperatliranlöpning resulterar också i ett stål med lägre seghet, men med bland annat förbättrad vannhårdhet och nötningsbeständighet.

Högtemperaturanlöpning är därför att föredra om stålet skall användas i applikationer där användningen sker vid förhöjd arbetstemperatur.

I en alternativ tillverkningsprocess mj ukglödgas stålet då det svalnat efier varmbearbetningen. Mjukglödgningen sker vid en temperatur av 650°C under 10 h.

Därefter tår stålet svalna i ugn med en temperatursänkriing av 10°C/h ner till 500°C, därefter svalning fritt i luft till rumstemperatur och erhåller då en hårdhet omkring 300 HB. I mjukglödgat tillstånd har stålet en grundmassa som utgörs av överåldrad martensit med ett innehåll av upp till omkring 5 vol-% väsentligen runda, järrmt fördelade karbider samt är väsentligen fri från korngränskarbid. l mjukglödgat tillstånd kan stålet bearbetas till en skärverktygskropp eller en hållare för skärverktyg. Alternativt görs en inledande bearbetning medan slutbearbetning görs efter härdning och anlöpning. Om högre hårdhet än 300 HB önskas kan den färdiga detaljen härdas och arilöpas vilket möjliggörs tack vare stålets mycket goda härdbarhet som erbjuder långsam svalning i luft efter austenitiseringen vilket minimerar risken tör forniförändringar. Stålet härdas från en austenitiseringstemperattlr mellan 850 - 1050°C, företrädesvis mellan 900 och 1020°C. Det är fördelaktigt om austenitiseringstemperaturen hålles låg eftersom det motverkar korntillväxt och uppkomst av restaustenit i materialet. Dessutom fås finare karbider vid lägre austenitiseringstemperatur. Efter härdning erhålles en hårdhet av 45 - lO 15 20 25 30 35 533 283 20 50 HRC. Anlöpning utförs till önskad hårdhet enligt vad som beskrivits ovan varvid en grundmassa erhålls som utgörs av anlöpt martensit vilken är väsentligen fri från korngränskarbid samt har ett innehåll av upp till omkring 2 vol-% väsentligen rtmda, jämnt fördelade karbider.

Tack vare uppfinningen erbjuds ett stål som kan tillverkas med god produktions- ekonomi, bl.a. då en separat härdningsoperation inte alltid krävs eftersom stålet tar härdning i samband med svalning efter varmbearbetningen. För kunder som ska tillverka en detalj av stålet möjliggör stålets goda skärbarhet och formbeständighet en bearbetning av stålet i härdat och anlöpt tillstånd. Detta medför att kunden som tillverkar en detalj av stålet inte behöver investera i utrustning för härdning och anlöpning, alternativt inte behöver köpa den tjänsten. Dessutom förkortas tiden för tillverkning av en detalj tack vare detta.

De kunder som sj älva önskar härda och anlöpa sitt material kan rekvirera material i mjukglödgat tillstånd. Efter bearbetning till önskad form kan produkten austenitiseras utan allt för specifika krav på austenitiseringstemperatur vilket innebär att kunden kan härda produkten tillsammans med produkter tillverkade i andra material och anpassa austenitiseringstemperattiren till kraven hos de andra materialen. Därefter anlöps materialet till önskad hårdhet. Om så önskas kan tryckspänníngar introduceras i ytan på den färdiga detalj en genom kulpening. Vissa ytor kan induktionshärdas, nitreras eller PVD-beläggas.

Stålet har i första hand utvecklats för användning till skärverktygskroppar. En viktig produktionsekonomisk fördel kan erbjudas slutanvändare av dessa skärverktygskroppar.

Tack vare stålets mycket goda anlöpningsbeständighet kommer en skätverktygskropp att kunna användas vid högre skärhastigheter men med minskat krav på kylning av skärverktygskroppen. Detta leder i förlängningen till en minskad termisk utmattning på själva skärverktygets egg. Härmed uppnås en minskad produktionskostnad tack vare både längre livslängd på skärverktygen och högre produktionshastíghet.

Eftersom stålet har en extremt god härdbarhet, kan en fullt genomhärdad produkt erhållas vid luftsvalning av mycket grova dimensioner vilket dilatometerprovning indikerat. Härdbarheten i kombination med mycket god skärbarhet, god nötnings- beständighet, god varmhårdhet samt gott kompressionsmotstånd gör stålet lämpligt att använda även till varmarbetsverktyg och plastformningsverktyg. Om stålet skall användas till varmarbetsverktyg eller plastformningsverktyg med krav på god E33 21 polerbarhet kan det vara lämpligt att komplettera tillverkningsprocessen med ESR- omsmälming fór att minimera eventuella segringar i materialet samt uppnå ett stål väsentligen fritt från slagginneslutningar.

Claims (23)

10 20 30 35 533 283 22 PATENTKRAV

1. Stål kärmetecknat av att det har en kemisk sammansättning som innehåller i viktsfl/ß: 0.2-0.5% C 0.10-l .5% Si 0.2-2.0% Mn max 0.2% S 1.5-4% Cr 3.0-5% Ni 0.5- 2% Mo, 0.6-1.5% V från spår till totalt max 0.4% sällsyntajordartsmetaller rest väsentligen järn, föroreningar och accessoriska element i nørmala halter.

2. Stål enligt krav 1, kännetecknat av att det innehåller minst 025%, företrädesvis minst 028% C.

3. Stål enligt krav 1, kännetecknat av att det innehåller högst 0.40%, företrädesvis högst 032% C.

4. Stål enligt krav 1, kärmetecknat av att det innehåller minst 03%, företrädesvis minst 0.4% Si.

5. Stål enligt krav 1, kårmeteclmat av att det innehåller högst 1.0%, företrädesvis högst 0.8% och än mer föredraget högst O.6% Si.

6. Stål enligt krav 1, kännetecknat av att det innehåller minst O.6%, företrädesvis minst 1.0% Mn.

7. Stål enligt krav 1, kännetecknat av att det innehåller högst 15%, företrädesvis högst 13% Mn.

8. Stål enligt krav l, kännetecknat av att det innehåller minst l.9%, företrädesvis minst 22% Cr.

9. Stål enligt krav 1, kånnetecknat av att det innehåller högst 30%, företrädesvis högst 26% Cr. 10 20 25 30 35 E33

10. Stål enligt krav 1, kännetecknat av att det innehåller minst 3.8% Ni.

11. 1 1. Stål enligt krav 1, kännetecknat av att det innehåller högst 4.5%, företrädesvis högst 4. 1% Ni.

12. Stål enligt krav 1, kännetecknat av att det innehåller minst 0.7%, företrädesvis minst 075% Mo.

13. Stål enligt krav 1, kärmetecknat av att det innehåller högst l.0%, företrädesvis högst 0.85% Mo.

14. Stål enligt krav 1, kännetecknat av att det innehåller minst 0.7% V.

15. Stål enligt krav 1, kännetecknat av att det innehåller högst l.0%, företrädesvis högst 0.9% V.

16. Stål enligt krav 1, kännetecknat av att det innehåller minst 0.0lO%, företrädesvis minst 0.015% och än mer föredraget minst 0.025% S.

17. Stål enligt krav l, kännetecknat av att det innehåller högst 0.15 %, företrädesvis högst 0.10% och än mer föredraget högst 0.035% S.

18. Stål enligt krav 1, kännetecknat av att det inte innehåller svavel i halter över spårhalt.

19. Stål enligt patentkrav 1, kännetecknat av att det innehåller 5-75 ppm Ca och 10-100 ppm O, än mer föredraget 5-50 ppm Ca och 30-50 ppm O, samt 0.003-0.020% A1.

20. Process för tillverkning av ett stålärrme, kännetecknad av att den innefattar följande processteg: tillverkning av en stålsmälta som har en kemisk sammansättning som innehåller i vikts- %: O.2-0.5% C 0.10-1.5% Si 0.2-2.0% Mn max 02% S 1.5-4% Cr 10 15 20 25 30 35 533 283 24 3.0-5% Ni 0.5-2% Mo 0.6-1.5% V från spår till totalt max 0.4% sällsynta jordartsmetaller, rest väsentligen järn, föroreningar och accessoriska element i normala halter, gjutning av smältan till ett göt, varmbearbetning av götet vid en temperatur av 800-l300°C, företrädesvis ll50-l250°C, för erhållande av ett ämne med en dimension upp till omkring (31000 mm, svalning av ämnet till en temperatur av 20-200°C, företrädesvis 20-lO0°C, varvid en härdning av stålet erhålles, anlöpning av ämnet två gånger under 2 timmar (2x2h) med mellanliggande svalning, antingen såsom lågtemperatiiranlöpning vid en temperatur av l80-400°C, eller såsom högtemperaturanlöpning vid en temperatur av 500-700°C, varvid ett stålämne erhålles vars grundmassa utgörs av anlöpt martensit vilken har ett innehåll av upp till omkring 2 vol-% väsentligen runda, jämnt fördelade karbider samt är väsentligen fri från komgränskarbid.

21. Process för tillverkning av ett stålärnne, kännetecknad av att den innefattar följ ande processteg: tillverkning av en stålsmälta som har en kemisk sammansättning som innehåller i vikts- %: 0.2-0.5% C 0.l0-1.5% Si 0.2-2.0% Mn max 02% S '1.5-4% Cr 3 .0-5% Ni 0.S-2% Mo 0.6-1.5% V från spår till totalt max 04% sällsynta jordartsmetaller rest väsentligen järn, föroreningar och accessoriska element i normala halter, gjutning av smältan till ett göt, varmbearbetning av götet genom smidning eller valsning vid en temperatur av 800- 1300°C, företrädesvis 1 l50-1250°C, för erhållande av ett ämne med en dimension upp till omkring 91000 mm, svalning av ämnet till en temperatur av 20-200°C, företrädesvis 20-l00°C, rnjukglödgning av råämnet vid en temperatur omkring 65 0°C under 10 h, 10 l5 20 25 30 35 533 283 25 svalning av ämnet i ugn med en temperatursänkning av 10°C/h ner till 500°C, därefter svalning fritt i luft till rumstemperatur, varvid ett stålämne erhålles vars grundmassa utgörs av överåldrad martensit med ett innehåll av upp till omkring 5 vol-% väsentligen runda, jämnt fördelade karbider vilken är väsentligen fri från korngränskarbid.

22. Process för tillverkning av en skärverktygskropp eller en hållare för skärverktyg innefattande skärande bearbetning av ett stålämne, kärmetecknad av att stålämnet har en kemisk sammansättning som innehåller i vikts-%: 0.2-O.5% C 0.10-l .5% Si 0.2-2.0% Mn max 0.2% S 1.5-4% Cr 3 .0-5% Ni 0.5-2% Mo 0.6-1.5% V från spår till totalt max 04% sällsynta jordartsmetaller, rest väsentligen järn, föroreningar och accessoriska element i normala halter, samt har en grundmassa som utgörs av anlöpt martensit med ett innehåll av upp till omkring 2 vol-% väsentligen runda, jämnt fördelade karbider samt är väsentligen fri från korngräriskarbid vilken erhållits genom en tillverkningsprooess enligt patentkrav 20.

23. Process för tillverkning av en skärverktygskropp eller en hållare för skärverktyg innefattande skärande bearbetning av ett stålänine, kännetecknad av att stålärnnet har en kemisk sammansättning som innehåller i vikts-%: 0.2-0.5% C 0.lO-l.5% Si O.2-2.0% Mn max 0.2% S 1.5-4% Cr 3.0-5% Ni 0.5-2% Mo 0.6-1.5% V från spår till totalt max 0.4% sällsynta jordartsmetaller rest väsentligen järn, föroreningar och accessoriska element i normala halter, samt har en grundmassa som utgörs av överåldrad martensit med ett innehåll av upp till omkring 283 26 5 vol-% väsentligen runda, jämnt fördelade karbider samt är väsentligen fri från korngränskarbid vilken erhållits genom en tillverkníngsprocess enligt patentkrav 21, härdning av det bearbetade stålämnet från en austenitiseringstemperatur mellan 850 - l050°C, företrädesvis mellan 900 och l020°C, anlöpning av ämnet två gånger under 2 timmar (2x2h) med mellanliggande svalning, antingen såsom lågtemperatiuarilöpning vid en temperatur av l80-400°C, eller såsom högtemperattuarilöpning vid en temperatur av 500-700°C.