Штамповая сталь

)5 ЕНТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР ЕНИЯ Углерод 0,8 - 1,2 0,2-0,6 МарганецК емний(56) Авторское свидетельство СССРМ 1235983, кл. С 22 С 38/48, 1986,Авторское свидетельство СССРМ 521348, кл. С 22 С 38/46, 1976.(54) ШТАМПОВАЯ СТАЛЬ Предлагаемое изобретение относится к металлургии, в частности к штамповым сталям для холодного деформирования, и может быть использовано для изготовления инструментов холодного прессования, эксплуатируемых в условиях массового производства с удельными усилиями до 2700 МПа.: - Вместе с тем имеется целый ряд про- цессов холодного деформирования металлов с более тяжелыми условиями работы, применение в которых вышеуказанных сталей для изготовления инструментальной оснастки уже не обеспечивает,ее достаточной стойкости.Наиболее близкой к предлагаемой стали по технической сущности и достигаемому эффекту является сталь-прототйп Х 5 С 4 В 2 Ф 2 НМ следующего состава, мас.о: 1788073 А 1 2(57) Изобретение относится к металлургии, а именно к получению штамповых сталей для холодного деформирования, и может быть использовано при производстве инструментов холодного прессования, эксплуатируемых в условиях массового производства с удельными усилиями до 2700 МПа, Сталь содержит, мас,: углерод 0,7-1,0; марганец 0,15 - 0,6; кремний 2,5 - 3,3; хром 4,55-6,0: вольфрам 1,5-3,0; молибден 0,5-3,0; ванадий 0,5 - 2,5; никель 0,3-1,5; ниобий 0,05-0,5; азот 0,01 - 0,15; алюминий 0,01 - 0,10; кальций 0,001 - 0,01; РЗМ 0,01 - 0,10 и железо остальное, Предлагаемая сталь имеет высокую ударную вязкость в отожженном состоянии, повышенную технологическую пластичность и механические свойства. 4 табл,р 3,0-4,0 Хром 3,5 - 5,0 Ванадий 1,7-2,5 Молибден 0,5-2,5 Вольфрам 0,5-3.,0 Никель 0,2 - 1,0 ЖелезоОстальное Обладая сравнительно высоким комплексом основных механических свойств (табл.2), данная сталь, однако, имеет ряд недостатков, затрудняющих производство и применение. Одним из них является повышенная хрупкость после отжита, обусловленная развитием процессов упорядочения - участием атомов внедрения (С) и замещения (3) при содержаниях Я на верхнем пределе. Так ударная вязкость (КС)в состояниипостановки стали-прототипа не превышает 0,3 МДжlм, в то время как Даже у высоколегированных быстрорежущих сталей она в,2-2,5 раза выше, например, для стали Р 6 М 5 ФЗ-МП (4)м 0,7 - 0,8 МДк/М . Низкая ударная вязкость стали-прототийэ приводит к разрушению прутков при холодной правке и падении с высоты1 м,Кремний; не образуя всплавах на основе железа соединений с углеродом, при содержаниях35% способствует непосредственной крибталлизации иэ жидкой фазы крупных карбидов типа МвС и несколько ухудшает распределение избыточных фаз, чтоотрицательно сказывается на технологической пластичности стали-прототипа (использование предпочтительно в случае производства методом порошковой металлургии).Целью изобретения "является повышение ударной вязкости в отраженном состоянии,технологической пластичности и основныхмеханЙческих свойств стали.Поставленнай цель достигается тем, что в сталь, содержаЩуюуглерод, марганец, кремний,хром; ванадий, молибден; никель, железо, дополнительно вводят РЗМ, азот; алюминий, кальций и ниобий сб следующим Сботношбнием компонентов, мас,%:Углерод 0,7 - 1,0 Марганец0,15-0,6 Кремний " -. 2,5-3,3 Хром: ". 4,55-6,0 Вольфрам . 1,5-3,0 Молибден 0,5 - 3,0 Ванадий 0,5-2,5 Никель 0,3 - 1,5 Ниобий0,05 - С 5 ", Азот 0,01-0,15 Алюминий 0,01 - 0,10 Кальций 0,001-0,01 РЗМ0,01 - 0,10Железо, ОстальноеСущественным отличием предлагаемойстали является наличие в ее составе опти- мальных количеств ниобия (0,05-0,5%), азота (0,01-0,15%), алюминия (0,01 - 0,10%), кальция (0,001 - 0,.01%) и РЗМ (0,01-0,10%), позволяющих пблучать высокий уровень мехайических свойств, улучшить качество поверхности слитка, повысить ударную вязкостьв.отОЖжейнбм"СбСтоянии, техноло гическую пластичность, особенно крупнь 1 хпоковок.Снижение предельных концентраций 31 "в заявляемой стали положительно сказалось на ударной"вязкости в.Отожженном состоянии(сплав 63, КС = 0.9-1,2 МДж/м ), а введение дополнительных центров кристал 25 зерна и соответственно увеличивают прочность и вязкость. П ри м е р, Опытные плавки заявляемой стали выплавляли в индукционной печи. Полученные слитки весом 40 кг проковь 1 вали на квадратные прутки размером 35 х 35 30 мм на паровоздушных молотах по общепринятой технологии, после чего. заготовки подвергались отжигу по режиму, принятому для легированных инструментальных сталей.Термообработка образцов для исследо 35 вания основных свойств проводилась по режимам, включающим закалку от 1060 - 1140 и отпуск при 480-560 С в течение 1 ч 3 раза,Технологическая пластичность опреде 40 лялась в диапазбне температур 900-1200 С на стандартных образцах с определением числа скручиваний (и), крутящего момента (Мкр) и ударной вязкости (КС),Химический состав исследованных сталей приведен в табл,1 Результаты определения механическихсвойств в отожженном Состоянии и после оптимальной термообработки, технологическойпластичности при высоких температу 50 рах приведены в табл.2,3,4.Как следует из этих дайных, при содержаниях углерода и легирующих элементов на нижнем, верхнем и среднем пределах заявляемая стальне уступает прототипу по механическим свойствам (твердость, ударная вязкость и предел упругостипри сжатии несколько выше, чем у стали-прототипа), более высокая технологическая пластичность при горячей механической обработке и ударная вязкость в отожженном состоянии лизации за счет й, ЦЬ, А 1, РЗМ улучшило распределение кароидной фазы и ее размеры. Максимальный диаметркароидов (бвах) заявляемой стали (сплав ЬЬ 3) не превышает . 5 15-20 мкм, в то время как в стали-прототипедостигает 25-30 мкм.При. совместном раскислении сталиалюминием, кальцием, РЗМ заметно повышается пластичность и деформируемость в 10 горячем состоянии, причем легированиестали Каждым" элементом в-отдельности не приводит к значительному эффекту. Характерно, что превышение верхних пределов может привести к отрицательным последст виям; т,е. понижению пластичности.Кальций и элементы РЗМ оказывают десульфурирующее действие, очищают сталь от примесей, что способствует повышению пластичности, вязкости. Алюминий оказы ваетзначйтельное влияние на величину зерна и соответственно на пластичность, вязкость, обрабатываемость.Введение азота и ниобия в сталь повы- .шают твердость, устойчивость против ростаО,Э 8 3,59 0,39е 4,51 2,0 0,66 Таблица 2 при снижении твердости в состоянии поставки,Наиболее благоприятным сочетаниемосновных и технологических характеристикобладает сплав М 3 (средний уровень), который может быть использован для изготовления широкой номенклатуры инструментовхолодного выдавливания, испытывающихудельные усилия до 2750 МПа.Увеличение в этом сплаве углерода, легирующих и микролегирующих элементовсплав 1 ч. 4 в табл.1) приводит к улучшениюкачества стали, ее микроструктуры и соответственно повышению пластичности; вязкости; особенно в горячем состоянии (винтервале температур ковки), Превышениеже граничных ингредиентов (сплав М 5) неспособствует дальнейшему повышениюсвойств, наблюдается даже незначительноеих ухудшение.Нежелательным является также снижение содержаний легирующих и микролегирующих элементов, а также углерода ниженижних пределов в заявляемой стали (сплавМ 1 в табл.1), так как оно сопровождаетсязаметным уменьшением степени насыщениятвердого раствора при закалке и, какследствие, снижением значений твердостии сопротивления смятию(при некотором повышении ударной вязкости и пластичностипри повышенных температурах),Таким образом, предлагаемая сталь,благодаря рациональному легированию и.дополнительномусодержанию РЗМ, азота,ал 1 оминия, кальция и ниобия превосходитсталь-прототип по твердости и сопротивлению смятию, не уступая ей по.комплексу остальных механическихсвойств, При этом наблюдается значительное повышение пластичности после отжига и при повышенных температурах, что снимает 5 определенные ограничения при металлургической переделе (возможность получе ния сортамента ) 45 мм методом прокаткивзамен ковки на молотах, устранения затруднений при правкеМеталла) и повышает 10 выход годного металла;.Т " " :;ф ор м"у л а и з об р е т е н и я Штамповая сталь, содержащая углерод, 15 марганец, кремний, хром, ванадий, молибден, вольфрам, никель, железо, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, сцелью повышенияударной вязкости в отожженном состоянии,технологичеСкой плаСтичности и механйче ских свойств; она дойолнительно содержитниобий, РЗМ,.азот, алюминий, кальющий приследующей соотношении компонентов,мас, о/:Углерод .0,7 - 1,0 25 Марганец:- 0,15-0,6Кремний 2,5-3,3Хром . 455 - 60Вол ьфрам 1,5-3,0Молибден05 - 30 30 Ванадий ., 0,5-2,5Никель0 3 - 15Ниобий., 0,05 - 0,5Азот0,01 - 0,15Алюминий 0,01 - 0,10 35 Кальций 0,01 - 0,10РЗМ 001 - 010Железо Остальноенотн фа на/ма Н л нщ а, оса нф н л ао нь/лф нФ лб го 60 20 11,5 13,516,5 15 95 Л,1, е Корректор ИШмак Составитель ГДуди Техред М.Моргентал Редакт Заказ 52 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственноо комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035; Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 зводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 000 050 ИОО ибо 1200 12,5 . 15 5 17 22 23,5 19,5 Л,О 1,о