Штамповая сталь

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSU ÄÄ1044663

g )) С 22 С 38/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3452666/22-02 (22) 15.06.82 (46) 30.09.83. Бюл. М 36 (72) Ю.3.Бабаскин, С.Я.йипицын, Г.Д.Семеняка, В.К.Катая, Н.fl.Ãîäèí, . Н.С.Цветаев и Б.Г.Восходов (71) Институт проблем литья АН Украин ской CCP (53) 669. 14,0 18.258.2-194(088.8) (56) 1, Стали 5ХНИ, 5ХГИ, 4ХИФС, ГОСТ 5950-73;

2. Патент Англии У 1098952, кл. С 7 А, 1968. (54)(57) 1. ШТАИПОВАЯ СТАЛ6, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, молибден," никель, ванадий, титан, алюминий, железо, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения прео дела прочности при 400-600 С ударной . вязкости и разгаростойкости, она до. полнительно содержит азот, ниобий, церий при следующем соотношении компонентов, вес.3:

Углерод 0,40-0,70

Иарганец 0,40-0,90

Кремний 0,15-0,50

Хром 0,70-1,0

Иолибден 0,20-0,45

Никель 1,4-1,8

Ванадий 0,08-0,20

Титан 0,005-0,01

Алюминий 0,002-0,02

Церий 0,005-0,01

Ниобий 0,005-0,05

Азот 0 013-0,019

Железо Остальное

2. Сталь по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что отношение содержания ванадия к титану составляет

16-20.

1044663

Р5

Изобретение относится к металлургии, в частности к сталям для изготовления штампового инструмента.

Известны штамповые стали 5ХНМ, 5ХГМ, 4ХМФС и др, (1 ) .

Недостатком этих сталей являются относительно низкие прочностные свойства при повышенных температурах.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является штамповая сталь (2 1 состава, вес. 6:

Углерод 0,1-1,2

Марганец 0,2-2,0

Кремний 0,005-2,0

Хром 0,03-3,0

Молибден О, 03-1, О

Никель 0,03-3,0

Ванадий 0,005-0,3

Алюминий 0,03-0,2

Железо Остальное

В качестве необязательных элементов сталь может содержать, вес.l;

Бор 0,0005-0,03

Медь 0,03-1,0

Титан 0,01-0,035

Недостатками известной стали являются также относительно низкие технические свойства и теплостойкость.

Цель изобретения - повышение предела прочности при 400-600 С ударной вязкости и раэгаростойкости.

Указанная цель достигается тем, что штамповая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, молибден, никель, ванадий, титан, алюминий, железо, дополнительнс содержит азот, ниобий, церий при следующем соотношении компонентов, вес.3:

Углерод

Марганец 0,4-0,90

Кремний 0,15 0,50

Хром 0,70-1,0

Молибден 0,20-0,45

Никель 1,4-1,8 45

Ванадий 0,08-0,20

Титан 0,005-0,01

Алюминий 0,002-0,02

Азот 0,013-0,019

Ниобий 0,005-0,05 50

Церий 0,005-0,01

Железо Остальное

При этом отношение содержания ванадия к титану составляет 16-20.

Алюминий образует с азотом терми- 55 чески стойкие нитриды алюминия, трудно перераспределяемые при термообработ ке.

Нитриды алюминия, располагаясь по границам зерен, тормозят рост аустенитного зерна при нагреве под закалку.

При содержании алюминия менее

0,009 вес.i возможны случаи недорас кисленности металла, а при содержании алюминия более 0,02 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. 1 соответственно не оказывают существенного влияния на свойства стали, так как количество образующихся нитридов ванадия недостаточно для создания упрочняющего эффекта. При содержании ваналия и азота выше 0,2 и 0,018 вес.5 соответственно образуются крупные.нитриды ванадия, которые не перераспределяются при термической обработке, что вызывает снижение ударной вязкости, 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 вязкости и разгаростойкости металла.

При концентрациях титана менее

0,005 sec.i количество образующихся нитридов титана недостаточно для модифицирования дендритной структуры, а при содержании более 0,01 вес. / происходит укрупнение нитридов титана, которые, являясь очагами зарождения трещин, способствуют падению вязкости и ухудшают разгаростойкость.

Для получения максимального эффекта упрочнения за счет нитридов ванадия, достигаемого при равномерном распределении последних в процессе термической обработки и модифицирования дендритной структуры, отношение ванадия к титану дояжно составлять l6-2О.

Ф

При соотношении ванадия к титану менее 16 азот в основном расходуется на образование нитридов титана и уменьшается количество нитридов ванадия, что снижает эффект нитрид-ванадиевого упрочнения.

1044

При соотношении ванадия к титану более 20 азот расходуется на образование нитридов ванадия. При этом снижается количество нитридов титана. и уменьшается эффект модифицирования

1 дендритной структуры за счет образования нитридов титана. Для повышения теплостойкости сталь дополнительно содержит ниобий. Ниобий повышает энергию связи в кристаллической решетке,. 10 тем самым увеличивает устойчивость упрочняющих фаз к коагуляции.

Добавки ниобия менее 0,005 вес.Ф неэффективны, в при содержании свыше

0,05 вес. i образуются термически 15 стойкие карбиды, которые не перераспределяются в процессе термообработки и не оказывают положительного влияния на выше перечисленные свойства.

66;- 4

Для повышения ударной вязкости и раэгаростойкости сталь дополнительно содержит церий.

Церий, оказывая модифицирующее влияние на процесс кристаллизации, измельчает дендритную структуру, уменьшает химическую неоднородность, что способствует равномерному, распределе-. нию упрочняющих фаз в матрице, и .приводит к повышению ударной вязкости и разгаростойкости. Содержание церия менее 0,005 вес.Й неэффективно, а при содержании более 0,01 вес.4 происходит выделение грубых цериевых фаз, которые резко снижают ударную вязкость и разгаростойкость стали.

Химический состав и свойства пред- .. лагаемой и известной сталей приведены в табл.1 и 2.

1М4663

Ф

О

r .0 с

Щ

3v о

1 1

I I

М LA о о о р о

3Ч O

CV.

О О л О О

О

СЧ

О О л а о

CV а, о

О О л л о а а о м

o o о а

00 о о а о л

О

К

333

33

1 о о

3!! О

В

m o

3Ч м

1 3! а а м о о л О л сч а а а О м а о

«ф м

О!

1 1

I !

«у 1 1 1

Э

I 1 с

1 I

3О I 1 I

1 1 I

Э 1 о

I I I ! !

1 1 I

l

I I

1

1 1

3 !

C3: 1

I 1

1 3 1

1 1 1

1 1

I 1 1

1 Е) I

Зл I

3 I 1 ! 3 — -4

1 .!

1 1

l 1 — 1

I I 3- 1

1 1

1 3

1 3 3

I .0

1 С

1 1 Ф ! 1 Э 1 1о 1 и ! 1 — — 3 ! 0 0 l I r.

1 1 Ф

° l X

u I l e

Э 1 e ! Ф I 3О 3 ! 3g

1 1 (D I Г в х 1 ("Ф О

1 М I

1 Cl 3 —

I Э 1

cf

О

1 О

3 е 1

1- —

1 3

I l 1

1 1 1

О

3 X: ! i I

1 3

3 1 1 !

3 1 ! о

1 1 ! 1

3 ! .

1 1 ! 1

I 1 X: I ! I

3 1

i l l

°вЂ” и

I 1

1 — — — "4

1 1 ! ! !

i 1

1 1 ОО з.

3 I

1 I

1 с с а I o а о о а о л о о о

cG ъО м о о о л л а а о

О 333 О

О N О

o o . o л о а а а I о а

О О 3- а а о о о а л л о о о о о

1 1 1 . 1 1

00 о -.3. О о сч л о о о

О м а ор а 1 а а о м 34 о а а

О .О а ь сО лл а о а м О а 3Ч д О а м л л а О О о а ь =3- Сп г- м\ а а л

О О а

О оо î а о

- а л м оэ а à о а а

33 м -а а

1!

1

I

1 1

1

1

LA 1

О I л о

I

1 1

I м

CV 1 о

) I

1

1

1

1

1,!

I л

-0 I сЧ

1 о

О 1 л л

О I

1! ъО 1 л о

3

1

C3O !

LA 1 л

О 3

1

iО I! -1 С 4466 3

Таблица 2

Разгаростойкость, (количество циклов до образования трещин ) Предел прочности, кгс/мм при

2 температуре испытания, С

Ударная вязкость, кгс/см г

NV пп

400 . 500 600

Предлагаемая сталь гбао""

9,6

140

103

145

2540

8,7

110

8,2

160

2220

135

5,0

50 1 400

102

58

1190

3,0

120

Известная

1420

6,4

40.

122

П р и м е ч а н и е: Испытания на раэгаростойкость проводят по о режиму: нагрев до 650 С и охлаждение в воде до 30-40 С.

Среднее по трем испытаниям.

3(+

Составитель В.Бромстрем

Редактор С.Квятковская Техред Ж.Кастелевич Корректор Л.Бокшан

Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Заказ 7465/22

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Как видно из данных табл. 2, предлагаемая стдль имеет более высокий уровень прочности при- по-, вышенных температурах ударной вязкости и разгаростойкости, чем известная. зо

По предварительным расчетам ожидаемый экономический эффект при внедрении ,предлагаемой стали вместо стали 5ХНМ составит 200 тыс. руб. в год эа счет по- вышения эксплуатационной стойкости штампового инструмента в 1,5-2 раза °