инструментальная сталь для горячего деформирования

Формула изобретения

Инструментальная сталь для горячего деформирования, содержащая углерод, хром, молибден, ванадий, кремний, марганец и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,27 0,34

Хром 2,8 3,5

Молибден 1,7 2,2

Ванадий 0,4 0,6

Ниобий 0,1 0,2

Кремний 0,1 0,4

Марганец 0,2 0,5

Железо Остальное

при этом суммарное содержание карбидообразующих элементов составляет 5,0 6,5 мас.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к инструментальным сталям, используемым для горячего деформирования цветных металлов и сплавов.

Известна инструментальная сталь, содержащая углерод 0,32 0,40% кремний 0,90 1,20% марганец 0,20 0,50% хром 4,50 5,50% ванадий 0,30 0,50% молибден 1,20 1,50% при этом сумма карбидообразующих элементов составляет 6,50 8,10 мас. ГОСТ 5950-73.

Недостатком этой стали является повышенная структурная полосчатость из-за неравномерного распределения карбидов в структуре, приводящая к получению пониженной ударной вязкости.

Наиболее близким техническим решением является инструментальная сталь, содержащая углерод 0,27 0,34, кремний 0,10 0,40, марганец 0,20 0,50, хром 2,80 3,50, ванадий 0,40 0,60, молибден 2,50 3,00, при этом сумма карбидообразующих элементов составляет 5,70 7,10 мас. ГОСТ 5950-73.

Эта сталь также склонна к образованию структурной полосчатости и имеет пониженный уровень ударной вязкости.

Задачей изобретения является повышение ударной вязкости инструментальной стали.

Поставленная задача решается путем введения в сталь ниобия в количестве 0,10 0,20 мас. при суммарном содержании карбидообразующих элементов 5,00 - 6,50 мас. и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.

Углерод 0,27 0,34

Хром 2,80 3,50

Ванадий 0,10 0,20

Кремний 0,10 0,40

Марганец 0,20 0,50

Железо Остальное

Снижение содержания карбидообразующих элементов в пределах 5,0 6,5 мас. и с дополнительным легированием ниобием обеспечивает получение низкой структурной полосчатости и однородной структуры стали и повышенную ударную вязкость.

Дополнительное легирование стали ниобием в количестве 0,10 0,20% способствует образованию устойчивого тугоплавкого карбида ниобия (C)пл. 3480^oC. Этот карбид сохраняется в структуре стали при высокотемпературных нагревах (ковка, отжиг, закалка), препятствуя росту аустенитного зерна, что способствует получению дисперсной структуры сорбита при комнатной температуре. Сталь с дисперсной структурой сорбита и низкой структурной полосчатостью имеет повышенный уровень ударной вязкости. Содержание ниобия в пределах 0,10 0,20 мас. является оптимальным. Содержание ниобия менее 0,10% не оказывает существенного сдерживающего влияния на рост аустенитного зерна. Легирование ниобием в количестве более 0,20% нецелесообразно, так как приводит к образованию значительного количества высокотвердого, хрупкого карбида ниобия и снижению ударной вязкости.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав инструментальной стали для горячего деформирования отличается от известного и пониженным содержанием карбидообразующих элементов и дополнительным легированием ниобием. То есть заявляемый состав стали соответствует критерию "новизна", так как обладает отличительными признаками.

Дополнительное легирование ниобием и пониженное содержание карбидообразующих элементов обеспечивает получение инструментальной стали с низкой структурной полосчатостью и повышенным уровнем ударной вязкости. Предложенное решение соответствует критерию "существенные отличия", так как отличительные признаки не выявлены в других технических решениях.

Примеры осуществления предлагаемого состава стали.

Из известной и предложенной сталей были изготовлены образцы для исследования микроструктуры и определения ударной вязкости. Структурная полосчатость оценивалась по шкале N 5 ГОСТ 801-78, ударная вязкость при комнатной температуре в соответствии с ГОСТ 9454-78. Перед проведением исследований образцы подвергались термической обработке улучшению (закалка с высоким отпуском). Режимы термической обработки:

Закалка в масле с температурой 104050^oC с предварительным подогревом образцов при температуре 80010^oC;

Время выдержки при температурах подогрева и нагрева под закалку в течение 15 минут;

Отпуск сталей состоял из двух ступеней: температура на первой ступени 5805^oC, выдержка 2 ч, на второй ступени 5505^oC, выдержка 1,5 ч;

Охлаждение на воздухе.

Такая термическая обработка обеспечивает получение высокодисперсной структуры сорбита отпуска.

В таблице приведены содержания легирующих элементов в стали, полученные значения балла структурной полосчатости и ударной вязкости. Суммарное содержание карбидообразующих элементов определяли суммированием концентраций хрома, молибдена, ванадия и ниобия в известной и предлагаемой сталях.

Приведенные в таблице данные позволяют сделать вывод, что предлагаемая сталь имеет более высокий комплекс механических свойств при пониженной структурной полосчатости, что ведет к повышению износостойкости инструмента для горячего деформирования.