4 4: О4 4: About
а 00 Изобретение относитс к металлургии , в частности к стал м дл изготовлени штампового инструмента. Известны штамповые стали 5ХНМ, 5ХГМ, 4ХМФС и др. 1 . Недостатком этих сталей вл ютс относительно низкие прочностные свой ства при повышенных температурах. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту вл етс штампова сталь J состава, вес.%: Углерод0,1-1,2 Марганец0,2-2,0 Кремний0,005-2,0 Хром0,03-3,0 Молибден0,03-1,0 , Никель0,03-3,0 Ванадий0,005-0,3 Алюминий0,03-0,2 ЖелезоОстальное В качестве необ зательных элементов сталь может содержать, вес.|; Бор0,00.05-0,03 Медь0,03-1,0 Титан0,01-0,035 . Недостатками известной стали вл ютс такжеотносительно низкие тех нические свойства и теплостойкость. Цель изобретени - повышение предела прочности при ОО-бОО С ударной в зкости и разгаростойкости. Указанна цель достигаетс тем, что штампова сталь, содержаща угле род, марганец, кремний, хром, молибден , никель, ванадий, титан, алюминий , железо, дополнительно содержит азот,ниобий, церий при следующем соотношении компонентов, вес.,: Углерод0,0-0,70 Марганец0,4-0,90 Кремний0,15-0,50 Хром0,70-1,0 Молибден0,20-0,5 Никель1,-1,8 Ванадий0,08-0,20 Титан0,005-0,01 Алюминий0,002-0,02 Азот0,013-0,019 Ниобий0,005-0,05 Церий 0,005-0,01 ЖелезоОстальное При этом отношение содержани ванади к титану составл ет 16-20. Алюминий образует с азотом термически стойкие нитриды алюмини , труд но перераспредел емые при термообработ не. Нитриды алюмини , располага сь по границам зерен, тормоз т рост ауст.енитного зерна при нагреве под закалку. При содержании алюмини .менее 0,009 вес. возможны случаи недорас кисленности металла, а при содержании алюмини более 0,02 образуютс крупные нитриды, которые охрупчивают границы зерен и -понижают ударную в зкость , . Упрочнение и устойчивость к разупрочнению достигаетс за счет дисперсных термически устойчивых при повышенных температурах нитридов ванади , выдел ющихс в процессе отпуска. Ванадий и азот в количестве менее 0,08:И 0,013 вес.соответственно не оказывают существенного вли ни на свойства стали, так как количество образующихс нитридов ванади недостаточно дл создани упрочн ющего эффекта.. При содержании ванали и азота выше 0,2 и 0,018 вес. соответственно образуютс крупные.нитриды ванади , которые не перераспредел ютс при термической обработке, что вызывает снижение ударной в зкости. Сталь содержит титан, образующий стойкие в жидком металле нитриды титана , которые служат центрами кристаллизации . Наличие таких центров способствует измельчению дендритной -структуры , что ограничивает развитие карбидной неоднородности и приводит в. конечном счете к повышению ударной в зкости и разгаростойкости металла. При концентраци х титана менее 0,005 весД количество образующихс нитридов титана недостаточно дл модифицировани дендритной структуры, а при содержании более 0,01 вес. происходит Укрупнение нитридов титана , которые-,- вл сь очагами зарождени трещин, способствуют падению в зкости и ухудшают разгаростойкость. Дл получени максимального эффекта упрочнени засчет нитридов ванади , достигаемого при равномерном распределении последних в процессе термической обработки и модифицировани дендритной структуры, отношение ванади к титану должно составл ть 16-20. При соотношении ванади к титану менее 1б азот в основном расходуетс на образование нитридов титана и уменьшаетс количество нитридов ванади , что снижает эффект нитрид-влнадиевого упрочнени . при сооткошении ванади к титану более 20 азот расходуетс на образевание нитридов ванади . При этом снижаетс количество нитридов титана и уменьшаетс эффект модифицировани дендритной структуры за счет образовани нитридов титана. Дл повышени теплостойкости сталь дополнительно содержит ниобий. Ниобий повышает энер гию св зи в кристаллической решетке, тем самым увеличивает устойчивость упрочн ющих фаз к коагул ции. Добавки ниоби менее 0,005 вес. . неэффективны, а при содержании свыше 0,05 вес. образуютс термически стойкие карбиды, которые не перераспредел ютс в процессе термообработки и не оказывают положительного вли ни на выше перечисленные свойства. Дл повышени ударной в зкости и раагаростойкости сталь дополнительно содержит церий. Церий, оказыва модифицирующее вли ние на процесс кристаллизации, измельчает дендритную структуру,, уменьшает химическую- неоднородность, что способствует равномерному распределению упрочн ющих фаз в матрице, и -приводит к повышению ударной в зкости и разгаростойкости. Содержание цери менее 0,005 вес.% неэффективно, а при содержании более 0,01 вес.% происходит выделение грубых цериевых фаз, которые резко снижают ударную в зкость и разгаростойкость стали. Химический состав и свойства предлагаемой и известной сталей приведены в т.абл. 1 и 2.a 00 The invention relates to metallurgy, in particular to steels for the manufacture of a stamping tool. Known die steels 5HNM, 5HGM, 4HMFS and others. 1. The disadvantage of these steels is relatively low strength properties at elevated temperatures. Closest to the proposed technical essence and the achieved effect is die steel J composition, wt.%: Carbon 0.1-1.2 Manganese 0.2-2.0 Silicon 0.005-2.0 Chromium 0.03-3.0 Molybdenum , 03-1.0, Nickel0.03-3.0 Vanadium, 0.005-0.3 Aluminum, 0.03-0.2 IronErestal As optional steel, steel can contain, by weight | Bor0.00.05-0.03 Copper0.03-1.0 Titanium 0.01-0.035. The disadvantages of the known steel are also relatively low technical properties and heat resistance. The purpose of the invention is to increase the ultimate strength in OO-BOO C with impact strength and dehumidification. This goal is achieved by the fact that die steel containing carbon, manganese, silicon, chromium, molybdenum, nickel, vanadium, titanium, aluminum, iron, additionally contains nitrogen, niobium, cerium in the following ratio of components, weight: Carbon0.0 -0.70 Manganese0.4-0.90 Silicon0.15-0.50 Chromium0.70-1.0 Molybdenum0.20-0.5 Nickel1, -1.8 Vanadium0.08-0.20 Titanium0.005-0 , 01 Aluminum 0,002-0,02 Nitrogen 0,013-0,019 Niobium 0,005-0,05 Cerium 0,005-0,01 Iron Remaining The ratio of the content of vanadium to titanium is 16-20. Aluminum forms thermally resistant aluminum nitrides with nitrogen, which are hardly redistributed during heat treatment. Aluminum nitrides, located on the grain boundaries, inhibit the growth of austenite grain when heated for quenching. When the aluminum content is less than 0.009 weight. cases of under-acidity of the metal are possible, and when the aluminum content is more than 0.02, large nitrides are formed which embrittle the grain boundaries and lower the impact strength,. Hardening and resistance to softening is achieved due to dispersed thermally stable at elevated temperatures vanadium nitrides released during the tempering process. Vanadium and nitrogen in quantities less than 0.08: And 0.013% by weight, respectively, do not significantly affect the properties of the steel, since the amount of vanadium nitrides formed is not enough to create a reinforcing effect. When the content of vanilla and nitrogen is above 0.2 and 0.018 weight . accordingly, coarse vanadium nitrides are formed, which are not redistributed during heat treatment, which causes a reduction in toughness. Steel contains titanium, which forms titanium nitrides that are resistant in liquid metal, which serve as crystallization centers. The presence of such centers contributes to the grinding of the dendritic structure, which limits the development of carbide heterogeneity and leads to. ultimately to increased toughness and high resistance to metal. At titanium concentrations of less than 0.005 weight, the amount of titanium nitrides formed is not enough to modify the dendritic structure, and at a content of more than 0.01 weight. The enlargement of titanium nitrides takes place, which, being the foci of cracking, contribute to a drop in viscosity and worsen the heat resistance. In order to maximize the effect of hardening vanadium nitrides, achieved with a uniform distribution of the latter during heat treatment and modifying the dendritic structure, the ratio of vanadium to titanium should be 16-20. When the vanadium to titanium ratio is less than 1b, nitrogen is mainly consumed for the formation of titanium nitrides and the amount of vanadium nitrides is reduced, which reduces the effect of nitride – radium hardening. with a vanadium-titanium ratio of more than 20, nitrogen is consumed to form vanadium nitrides. This reduces the amount of titanium nitrides and decreases the effect of modifying the dendritic structure due to the formation of titanium nitrides. To increase its heat resistance, the steel additionally contains niobium. Niobium increases the binding energy in the crystal lattice, thereby increasing the stability of the hardening phases to coagulation. Niobium supplements less than 0.005 weight. . ineffective, and when the content of more than 0.05 weight. thermally stable carbides are formed, which are not redistributed during the heat treatment process and do not have a positive effect on the above properties. To increase toughness and corrosion resistance, the steel additionally contains cerium. Cerium, having a modifying effect on the crystallization process, crushes the dendritic structure, reduces chemical heterogeneity, which contributes to a uniform distribution of the strengthening phases in the matrix, and leads to an increase in toughness and dehair resistance. A cerium content of less than 0.005 wt.% Is inefficient, and a content of more than 0.01 wt.% Results in the precipitation of coarse cerium phases, which drastically reduce the toughness and degrading resistance of the steel. The chemical composition and properties of the proposed and known steels are given in t. 1 and 2.
Таблица 2table 2
Примечание: Как видно из данных табл. 2, предлагаема имеет, более высокий уровень прочности при по7 вышенных температурах ударной в зкости и разгаростойкости, чем известна . Испытани на разгаростойкость провод т по режиму: нагрев до 650 С и охлаждение в воде до 30-itO°C. V Среднее по трем испытани м. 30 По предварительным расчетам ожидаемый экономический эффект при внедрении :Предлагаемой стали вместо стали 5ХНН составит 200 тыс.руб. в год за счет повышени эксплуатационной стойкости штампового инструмента в 1,5-2 раза.Note: As can be seen from the data table. 2, the invention has a higher level of strength at elevated temperatures of toughness and high resistance than is known. The tests for heat resistance are carried out according to the mode: heating up to 650 ° C and cooling in water up to 30 ° C. V Average for three tests. 30 According to preliminary calculations, the expected economic effect during the implementation: The proposed steel instead of steel 5ХНН will be 200 thousand rubles. per year by increasing the operational durability of the die tool 1.5-2 times.