Инструментальная сталь

)5 С 22 С 38/2 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 2 ледователь гии им, И,П ев, А,И. Груб- в, И.Н. МельС 98 емости стали придости, прочности,вязкости,Поставленнаяинструментальнаярод, хром, молибалюминий, марганталлы, железо, д цель достигается сталь, содержащ ден, ванадий, к ец, редкоземель ополнительно со ем, что ая углеемний,ые ме- держит ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Центральный научно-иский институт черной металлБардина(57) Изобретение относится к металлургии,в частности к экономнолегированной инструментальной стали, и может быть испольИзобретение относится к металлургии, в частности к экономнолегированным не содержащим вольфрама инструментальным сталям, и может быть использовано для изготовления штампового и режущего инструмента нормальной производительности,Известна быстрорежущая сталь Р 18, содержащая до 18% вольфрама,Недостатком этой стали является высокое содержание вольфрама,Известна инструментальная сталь состава, вес.%: углерод 0,5 - 0,9; хром 3,8 - 5,5, молибден 2,5 - 3,0; ванадий 1,8 - 3,3; кремний 0,8-4,2; церий 0,08-0,15; железо остальное, причем отношение содержания углерода к содержанию ванадия составляет 0,25 - 0,3.Недостатком указанной стали является пониженные значения твердости и тепло- стойкости, что не позволяет применять ее в зовано в качестве материала штамповочного и режущего инструмента нормальной производительности. Цель изобретения - повышение шлифуемости при сохранении уровня твердости, прочности, теплостойкости и ударной вязкости. Сталь дополнительно содержит цирконий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,8 - 1,3; хром 3,5 - 9,0; молибден 1,5 - 4,0; ванадий 1,1 - 3,1; кремний 0,3- 1,5; марганец 0,4-1,5; алюминий 0,02-1,0; цирконий 0,1 - 0,6; кальций 0.,005 - 0,1; редкоземельные металлы 0,005 - 0,25; железо остальное, причем выполняется следующее соотношение. молибден/(ванадий - цирконий) - ванадий - цирконий)/1,8 углерод = = - 1,0 - 1,8. 2 табл. качестве полноценного заменителя быстро- режущей стали.Наиболее близкойк предлагаемой является инструментальная сталь, содержащая, мас.%: углерод 0,9 - 1,3; хром 3,8 - 4,5; молибден 2,0-3,5; ванадий 2,0 - 3,5; кремний 0,3- 0,9; марганец 0,3 - 0,5; алюминий 0,8 - 1,4; церий 0,02-0,05; железо остальное.Недостаток известной стали обусловлен ее пониженной шлифуемостью.Цель изобретения - повышение шлифусохранении уровня твертеплостойкости и ударнойцирконий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.)ь:Углерод 0,80 - 1,3 Хром 3,5-9,0 Молибден 1,5 - 4,0 Ванадий 1,1-3,1 Кремний 0,3-1,5 Марганец 0,4-1,5 Алюминий 0,02 - 1,0 Цирконий 0,1-0,6 Кальций 0,005 - 0,1 Редкоземельныематаллы 0,005 - 0,25 Железо Остальное причем выполняется соотношения Мо/(Ч - Ег) - (Ч - Ег)/1,8 С = - 1,0 - 1,8,Легирование стали цирконием и кальцием приводит к изменению морфологии избыточных карбидов, образующихся при затвердевании стали, - вместо сетки крупных карбидов появляется тонкая веерообразная эвтектика,Последующая .пластическая деформация обеспечивает получение карбидной фазы с высокой дисперсностью, что улучшает обрабатываемость стали резанием и шлифуемость.Кальций также вводится в сталь для глобуляризации неметаллических включений, способствуя таким образом повышению ударной вязкости стали.Указанный эффект не наблюдается при содержании циркония и кальция ниже 0,1 и 0,005соответственно. Увеличение содержания в стали циркония более 0,6, и кальция более 0,1 приводит к появлению в стали скоплений нитридов циркония и увеличению доли неметаллических включений, что отрицательно сказывается на механических свойствах стали,Соотношение Мо/(Ч - Ег)-ЯЧ - Ег)/1,8 С" = = - 1,0 - 1,8 обеспечивает оптимальное содержание в стали двух типов карбидов МС и МвС. Карбид МвС; почти полностью растворяется в аустените при нагреве под закалку, в то время как карбиды МС растворяются значительно хуже и сдерживают рост аустенитного зерна.Таким образом, обеспечивается в стали сохранение мелкого аустенитного зерна (балл 10 - 11) и достигается необходимая легирован ность твердого раствора.При значениях соотношения Мо/Ч - 2 г) - (Ч - Ег)/1,8 С меньшее -1,0 увеличивается доля карбидов МС, что приводит к снижению твердости и теплостойкости стали, превышение соотношения более 1,8 вызывает уменьшение прочности и ударной вязкости стали,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Содержание углерода менее 0,80 приводит к падению теплостойкости стали, а при повышении содержания углерода более 1,3;4 снижается пластичность стали при горячем деформировании и прочностные характеристики после окончательной термообработки.Содержание молибдена менее 1,5 вызывает обеднение мартенсита молибденом и падение теплостойкости стали. Повышение содержания мрлибдена более 4 при указанных пределах содержания углерода и ванадия практически не повышает тепло- стойкости и с учетом дефицитности молибдена нецелесообразно,Содержание ванадия менее 1,1 приводит к падению прочностных свойств стали и снижению интенсивности вторичного твердения при отпуске, Увеличение содержания ванадия более 3,1вызывает снижение твердости, теплостой кости и шлифуемости стали.Содержание хрома в указанных пределах обеспечивает необходимую прокаливаем ость стали, Кроме того, хром способствует растворению в аустените карбидов МС и таким образом увеличивает эффект вторичного твердения, При содержании хрома менее 3,5 снижаются твердость и теплостойкость стали. При содержании хрома более 9 происходит увеличение карбидной неоднородности и размеров карбидов, что отрицательно сказывается на механических свойствах и шлифуемости стали.Атомы кремния замещают в карбидах атомы металлов, способствуя таким образом увеличению количества карбидной фазы и повышению теплостойкости стали. Этот эффект начинает проявляться при содержании кремния более 0,3, Содержание кремния более 1,5 приводит к снижению прочности и теплостойкости стали,Марганец вводят в сталь для твердорастворного упрочнения и связывания серы в сульфиды МпЯ. При содержании марганца менее 0,4 его действие не проявляется, увеличение содержания марганца более 1,5вызывает снижение значений твердости и теплостойкости.Алюминий необходимо вводить в сталь перед введением редкоземельных металлов, циркония и кальция, чтобы обеспечить раскисление стали и усвоение этих элементов. Раскисляющее действие алюминия проявляется при содержании его в стали более 0,02. Алюминий также способствует повышению твердости и теплостойкости, что наблюдается при содержании его до 1 ,.(с 2 т)71 Ссзс Состав Мээ ) г ) эг ( сг ) ээ ( г ( с сэ ) г Са РЗМ Преллагаеная 15 13 01 1 э 7 1 э 1 Оэ 1 3,8 3,0 0,1 4 эО Зэ 1 0,1 2 э 5 2 э 1 0,3 З,О 2,6 О,( С,3сталь0,0050,0050,10,030,06С С"Оэ 03С,С 2 С,6 1,2 -С,2 -0,4 0,6 0,3 1 г 8 -1,0 Остальное 0,005 С,ООр 0,25 0,23 Оэ 08 О,С 7 0,05 02 5,6 О" 4,5 О 3,5 8 ЭэО 6 6,0 й 4 эог С,З 0,4 0,3 0,5 1,5 1,4 1,3 1,5 0,8 0,9 О,Э 1,1 0,82 0,6 1 э 30 1,25 1,15 1,00 0,85 1,00 Оэ Оэ э ь гэ О, О, О, О,Тп не э: ээ ээ 1 ээ ээ Продлагаеная сталь прн запрапегьннх знсаиен; як солеркання конлоне с"ь 0,7 0,1 ээ ээ ээ 0 С, 0,3 0,02 0,06 С,ОЗ С,ССЗ 0,5 С,ОЗ 0,10.01 З,С 1,0о 3 7 0,011,3О,З1,0 Э 0,710 1,35 11 1,25 12 0,8 0,2 О,З 1,7 1,(э0,51,О 07 1 Ьвестная стель 0,15 0,04 4,2 2 эй 2 э 7 13 0,76 14 (про" 1, 10 тотип) 1,00,8 0,5 1,2 Редкоземельные металлы повышают окалиностойкость стали и увеличивают дисперсность карбидной фазы, При содержан ии менее 0,005% действие редкоземельных металлов не проявляется, а содержание редкоземельных металлов более 0,25% обуславливает увеличение доли неметаллических включений.Известные и предлагаемую сталь выплавляли в открытой индукционной печи емкостью 60 кг. Церий, мишметалл, цирконий и кальций вводили в предварительно раскисленную сталь. Металл разливали на слитки весом 17 кг. Слитки ковали на заготовки 30 х 30 мм и затем прокатывали на пруток сечением 14 х 14 мм. Из прутка изготовляли образцы 10 х 10 х 55 мм и 6 х 6 х х 60 мм для определения ударной вязкости и испытаний на статический изгиб. Термообработку проводили в соляных ваннах с окончательным нагревом под закалку в интервале 1190- 1210 С. После закалки образцы отпускали при 550 - 560 С, в течение 1 ч два раза. Испытания на ударный и статический изгиб проводили в соответствии с ГОСТ 9454 - 78 и ГОСТ 14019 - 68. Твердость определяли по Роквеллу в соответствии с ГОСТ 9013 - 59. Шлифуемость оценивали на образцах сечением 10 г 10 мм по величине удельной производительности шлифования в соответствии с методикой ГСССД 41-82, В качестве эталона принята сталь Р 18 с коэффициентом шлифуемости Кш=1. Химический состав исследованных плавок приведен в табл.1, результаты испытаний - в табл.2.Как следует из .табл.2, предлагаемая 5 сталь имеет лучшую шлифуемость при сохранении высоких значений твердости, теплостойкости, прочности при изгибе и ударной вязкости по сравнению с известными.10 Формула изобретенияИнструментальная сталь, содержащаяуглерод, хром, молибден, ванадий, кремний, марганец, алюминий, редкоземельные металлы, железо, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, 15 с целью повышения. шлифуемости при сохранении уровня твердости, прочности, теплостойкости и ударной вязкости, она дополнительно содержит цирконий и кальций при следующем соотношении кгомпо нентов, мас.%:Углерод 0,8-1,3 Хром: 3,5 - 9,0 Молибден 1,5 - 4,0, Ванадий 1,1-3,1 25 Кремний 0,3-1,5Марганец 0,4-1,5.Алюминий 0,02 - 1,0 Цирконий 0,1-0,6 Кальций 0,005 - 0,1 30 Редкоземельныеметаллы 0,005 - 0,25 Железо Остальноепричем выполняется соотношение молибден/ванадий-цирконий) - Кванадий - цирк 35 оний)/1,8 углерод 2 - -1,0 - 1,8.Ударнаявязкость,МДж/м Теплостойкость (твердость послеотпуска 620 С,4 ч)НВСэ Коэффициентт шлифуемости Кш Состав 10 15 20 25 Составитель А.ГрубманТехред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова Редактор А.Огар Заказ 1641 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0,67 0,69 0,52 0,54 0,57 0,55 0,65 0,54 0,58 0,44 0,52 0,47 0,43 0,41 6363,56665,5656564,565,5626565636165 3800 .3700 2900 3000 3300 3400 3700 3000 3400 2800 2400 3500 3800 3000 0,60.0,56 0,45 0,47 0,50 0,52 0,58 0,51 0,60 0,40 0,28 0,53 0,60 0,50 56 56 60 59 59,5 59 57,5 59 50 58 59 54 55 59