Штамповая сталь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 044 5 ц С 22 С 38/ ДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ пти т а д СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКО 3452666/22-0215.06,8230.09.83. Бюл, й 36Ю.З.Бабаскин, С,Я.йипицын,еменяка, В,К.Катая, Н.Л,Годин,ветаев и Б.Г.ВосходовИнститут проблем литья АН УкраиССР669.14.018.258.2-194(088.8)1, Стали 5 ХНМ, 5 ХГМ, 4 ХМФС,5950-73.Патент Англии У 1098952,7 А, 1968.57) 1. ШТАМПОВАЯ СТАЛЬ, содержаглерод, марганец, кремний, хромден, никель, ванадий, титан, алюжелезо, о т л и ч а ю щ а ятем, что, с целью повышения преопрочности при 400-600 С ударнойсти и разгаростойкости, она дот, ниобий,ношении комполнител церий пр понентов,Углерод Маргане ьно с и сле держит аующем соФ(5 НиобийАзотЖелезо2. Сталь ищаяся тежания ванадия16-20. щая моли мини п.1, что к титан дела . вязк ОЛИСАНИ БРЕТЕНИ О, 5 ,500,70-1,00,20-0,451,4- 1,80,08-0,200,005-0,010002-0,02а,оо 5-о,о 10,005-0,050)013-0,019Остальное т л и ч а юношение содер- составляет1044663 10Изобретение относится к металлургии, в частности к сталям для изготовления штампового инструмента.Известны штамповые стали 5 ХНМ, 5 ХГМ, 4 ХМФС и др3Недостатком этих сталей являются относительно низкие прочностные свойства при повышенных температурах.Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эФФекту является штамповая сталь2 1 состава, вес,Й:Углерод 0,1-1,2 Марганец 0,2-2,0 Кремний 0,005-2,0 Хром 0,03-3,0 Молибден О, 03-1,0 Никель 0,03-3,0Ванадий 0,005-0,3 Алюминий 0,03-0,2 Железо Остальное В качестве необязательных элементов сталь может содержать, вес,Ф;Бор 0,0005 0,03Медь 0,03-1,0Титан 0,01-0,035Недостатками известной стали являются также относительно низкие технические свойства и теплостойкость.30Цель изобретения - повышение предела прочности при 400-600 С ударной вязкости и раэгаростойкости.Указанная цель достигается тем, что штамповая сталь, содержащая углеРод, маРганец, кремний, хром, моли- З 5 бден, никель, ванадий, титан, алюминий, железо, дооолнительнс содержит азот, ниобий, церий при следующем соотношении компонентов, вес.Г:Углерод 040 О уО 40Марганец 0,4-0,90Кремний 0,15-0,50Хром О, 70-1,0Молибден 0,20-0,45Никель 1,4-1,8 45Ванадий 0,08-0,20Титан 0,005-0,01Алюминий 0,002-0,02Азот 0,013-0,019Ниобий 0,005-0,05 50Церий 0,005-0,01Железо ОстальноеПри этом отношение содержания ванадия к титану составляет 16-20.Алюминий образует с азотом терми чески стойкие нитриды алюминия, трудно перераспределяемые при термообработке. 2Нитриды алюминия, располагаясь пограницам зерен, тормозят рост аустенитного зерна при нагреве под закалку.При содержании алюминия менее0,009 вес.Ф возможны случаи недораскисленности металла, а при содержанииалюминия более 0,021 образуются крупные нитриды, которые охрупчивают границы зерен и понижают ударную вязкость,Упрочнение и устойчивость к разупрочнению достигается за счет дисперсных термически устойчивых при повышенных температурах нитридов ванадия, выделяющихся в процессе отпуска.Ванадий и азот в количестве менее 0,08 и 0,013 вес,3 соответственноне оказывают существенного влиянияна свойства стали, так как количество образующихся нитридов ванадия недостаточно для создания упрочняющегоэФФекта, При содержании ваналия иазота выше 0,2 и 0,018 вес,ь соответственно образуются крупные.нитридыванадия, которые не перераспределяются при термической обработке, чтовызывает снижение ударной вязкости,Сталь содержит титан, образующийстойкие в жидком металле нитриды титана, которые служат центрами кристаллизации. Наличие таких центров способствует измельчению дендритной структуры, что ограничивает развитие карбидной неоднородности и приводит вконечном счете к повышению ударнойвязкости и разгаростойкости металла.При концентрациях титана менее0,005 вес,ь количество образующихсянитридов титана недостаточно для модифицирования дендритной структуры,а при содержании более 0,01 вес.происходит укрупнение нитридов титана, которые, являясь очагами зарождения трещин, способствуют падениювязкости и ухудшают разгаростойкость.Для получения максимального эфФекта упрочнения за счет нитридов ванадия, достигаемого при равномерномраспределении последних в процессетермической обработки и модиФицирования дендритной структуры, отношениеванадия к титану дояжно составлять16-20.При соотношении ванадия к титануменее 16 азот в основном расходуетсяна образование нитридов титана иуменьшается количество нитридов ванадия, что снижает эФФект нитрид-ванадиевого упрочнения,10 М 20 При соотношении ванадия к титану более 20 азот расходуется на образование нитридов ванадия, При этом снижается количество нитридов титана и уменьшается эффект модифицирования1дендритной структуры за счет образования нитридов титана. Для повышения теплостойкости сталь дополнительно содержит ниобий. Ниобий повышает энергию связи в кристаллической решетке 1 О тем самым увеличивает устойчивость упрочняющих фаз к коагуляции.Добавки ниобия менее 0,005 вес.Ф неэффективны, в при содержании свыше 0,05 вес.Ф образуются термически 15 стойкие карбиды, которые не перераспределяются в процессе термообработки и не оказывают положительного влияния на выше перечисленные свойства. 663 4Для повышения ударной вязкости и раэгаростойкости сталь дополнительно содержит церий,Церий, оказывая модифицирующеевлияние на процесс кристаллизации, измельчает дендритную структуру,. уменьшает химическую неоднородность, чтоспособствует равномерному, распределе-нию упрочняющих фаз в матрице, и .приводит к повышению ударной вязкости иразгаростойкости. Содержание церияменее 0,005 вес,Й неэффективно, а присодержании более 0,01 вес.4 происходит выделение грубых цериевых фаз, которые резко снижают ударную вязкостьи разгаростойкость стали.Химический состав и свойства пред-лагаемой и известной сталей приведены в табл, и 2,.сЩ1 1 1 оО 1Э1 1 ц 1 л оо оО о оФВео о о м ц о о о Фо о о О м о о о с У О а о ч оЧО ОФО о оСЧ то оло о цъ о м о оа о а Ч а, о о о Фь Ф о о 00 С С Д 1 а м ц 10 - Оо о о рвЬлО о о с 3 1- О църФоСт ч1- 1О ОЭ офл61 оЧмС 3 1К Ф Е Э1С Э 100 о О фл О О ОЮУ пп т400 500 600 Предлагаемая сталь 2600 ф" 140 9,6 103 2540 8,7 110 8,2 160 2220 135 5,0 50 1400 102 1 190 3,0 120 90 Известная 97 1420 6,4 40. 122 П р и м е ч а н и е: Испытания на раэгаростойкость проводят поорежиму: нагрев до 650 С и охлаждение в водедо 30"40 С.Среднее по трем испытаниям.3+ Составитель В.БромстремРедактор С,Квятковская Техред Ж,Кастелевич Корректор Л,Бокшан Тираж 627 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Заказ 7465/22 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная,Как видно из данных табл. 2, предлагаемая стзль имеет более высокий уровень прочности при по-, вышенных температурах ударной вязкости и разгаростойкости, чем известная. зоПо предварительным расчетам ожидаемый экономический эФФект при внедрении,предлагаемой стали вместо стали 5 ХНМсоставит 200 тыс. руб. в год эа счет повышения эксплуатационной стойкостиштампового инструмента в 1,5-2 раза