Штамповая сталь Советский патент 1983 года по МПК C22C38/50 

4 4: О

а 00 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 свой ства при повышенных температурах. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является штамповая 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 необязательных элементов сталь может содержать, вес.|; Бор0,00.05-0,03 Медь0,03-1,0 Титан0,01-0,035 . Недостатками известной стали являются такжеотносительно низкие тех нические свойства и теплостойкость. Цель изобретения - повышение предела прочности при ОО-бОО С ударной вязкости и разгаростойкости. Указанная цель достигается тем, что штамповая сталь, содержащая 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 содержания ванадия к титану составляет 16-20. Алюминий образует с азотом термически стойкие нитриды алюминия, труд но перераспределяемые при термообработ не. Нитриды алюминия, располагаясь по границам зерен, тормозят рост ауст.енитного зерна при нагреве под закалку. При содержании алюминия .менее 0,009 вес. 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.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. 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 весД 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 засчет нитридов ванадия, достигаемого при равномерном распределении последних в процессе термической обработки и модифицирования дендритной структуры, отношение ванадия к титану должно составлять 16-20. При соотношении ванадия к титану менее 1б азот в основном расходуется на образование нитридов титана и уменьшается количество нитридов ванадия, что снижает эффект нитрид-влнадиевого упрочнения. при сооткошении ванадия к титану более 20 азот расходуется на образевание нитридов ванадия . При этом снижается количество нитридов титана и уменьшается эффект модифицирования дендритной структуры за счет образования нитридов титана. Для повышения теплостойкости сталь дополнительно содержит ниобий. Ниобий повышает энер гию связи в кристаллической решетке, тем самым увеличивает устойчивость упрочняющих фаз к коагуляции. Добавки ниобия менее 0,005 вес. . неэффективны, а при содержании свыше 0,05 вес. образуются термически стойкие карбиды, которые не перераспределяются в процессе термообработки и не оказывают положительного влияния на выше перечисленные свойства. Для повышения ударной вязкости и раагаростойкости сталь дополнительно содержит церий. Церий, оказывая модифицирующее влияние на процесс кристаллизации, измельчает дендритную структуру,, уменьшает химическую- неоднородность, что способствует равномерному распределению упрочняющих фаз в матрице, и -приводит к повышению ударной вязкости и разгаростойкости. Содержание церия менее 0,005 вес.% неэффективно, а при содержании более 0,01 вес.% происходит выделение грубых цериевых фаз, которые резко снижают ударную вязкость и разгаростойкость стали. Химический состав и свойства предлагаемой и известной сталей приведены в т.абл. 1 и 2.

Таблица 2

Примечание: Как видно из данных табл. 2, предлагаемая имеет, более высокий уровень прочности при по7 вышенных температурах ударной вязкости и разгаростойкости, чем известная. Испытания на разгаростойкость проводят по режиму: нагрев до 650 С и охлаждение в воде до 30-itO°C. V Среднее по трем испытаниям. 30 По предварительным расчетам ожидаемый экономический эффект при внедрении :Предлагаемой стали вместо стали 5ХНН составит 200 тыс.руб. в год за счет повышения эксплуатационной стойкости штампового инструмента в 1,5-2 раза.