Сталь

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности, к штамповым сталям дисперсионного твердения, для изготовления штампов горячего прессования. Наиболее близкой является сталь марки 5ХНМ, содержащая мас.%: Недостатком этой стали является ее недостаточная теплостойкость при температурах эксплуатации штампов из-за неустойчивости аустенита, что снижает срок службы штампов. В основу изобретения положена задача - создать сталь с достаточно высокой теплостойкостью и прокаливаемостью, позволяющую удовлетворить потребность заводов в доступном штамповом инструменте. Поставленная техническая задача решается тем, что в сталь, содержащую углерод, кремний·, хром, марганец, никель согласно изобретению дополнительно вводят ванадий, азот, алюминий, при следующем соотношении компонентов, мае. доля %: Такой состав и соотношение компонентов позволяет повысить прокаливаемость и теплостойкость за счет дополнительного легирования ванадием, азотом, алюминием, повышения содержания кремния, марганца, хрома, все это повышает устойчивость аустенита, путем образования и равномерного распределения карбонитридов и нитридов ванадия, являющихся преградой роста зерна аустенита и повышения структурной неоднородности штампа. Все это в комплексе дает возможность снизить содержание никеля и вывести из состава стали молибден без снижения эксплуатационных свойств штампов. Пределы содержания азота и ванадия выбраны такими, что практически обеспечивается полное связывание азота и ванадия в нитриды. При содержании азота менее 0,018% и ванадия менее 0,08% из-за малого содержания образующихся карбонитридных частиц недостаточно проявляются прокаливаемость и теплостойкость, а при содержании этих элементов более 0,025% и 0,15% соответственно требуется более высокая температура аустенитизационного нагрева для растворения большого количества нитридов ванадия и перевода их в мелкодисперсную форму, без реализации этого условия легирование этими элементами мало эффективно. Алюминий является активным раскислителем и нитридообразующим элементом. При содержании алюминия менее 0,01 % металл недостаточно раскисляется, а при содержании более 0,03% образуются труднорастворимые нитриды алюминия с температурой растворения более 1300°С. В заводских условиях при термообработке такая температура трудно реализуема. Кремний является упрочняющим элементом. При содержании кремния менее 0,36% недостаточно повышаются прочностные свойства, а при содержании более 0,60% повышается охрупчивание стали. Марганец является упрочняющим элементом. При растворении марганца в стали стабилизируется аустенит и увеличивается прокаливаемость, кроме того, марганец соединяется с серой, образуя измельченные сульфиды овальной формы, что, в свою очередь, повышает ударную вязкость. При содержании марганца менее 1,3% снижается упрочнение и прокаливаемость стали, а при содержании более 3,0% снижаются пластические свойства, и ухудшается обрабатываемость стали механическим способом. Содержание хрома в пределах 1,3-3,0% при данном химическом составе снижает чувствительность стали к перегреву, измельчает зерно и обеспечивает необходимую теплостойкость.. При содержании хрома менее 1,3 наблюдается недостаточное действие его на устойчивость стали к перегреву и на теплостойкость, и при содержании более 3,0 снижаются пластические свойства. Никель в стали повышает прокаливаемость и окалиностойкость. При содержании никеля менее 0,3% слабо проявляется действие на прокаливаемость и окалиностойкость, а при содержании более 1,3%, в предлагаемой стали повышение никеля малоэффективно и влечет к перерасходу, прокаливаемость стали повышается за счет содержания азота, а окалиностойкость, за счет нитридванадиевого упрочнения. Углерод является упрочняющим элементом. При содержании углерода менее 0,5% снижаются прочностные свойства, необходимые для штампового инструмента при эксплуатации, а при содержании более 0,6% повышается охрупчивание стали. Химический состав исследуемых сталей известной 1 и предлагаемой 2-6 приведены в таблице 1. Прокаливаемость сталей приведена в таблице 2, механические свойства в таблице 3. Из таблицы 2 и 3 следует, что сталь предлагаемого состава имеет более высокие показатели за счет дополнительного микролегирования азотом, ванадием и алюминием, повышением содержания кремния, марганца, хрома и непосредственного упрочнения дисперсными карбонитридами и нитридами ванадия. Таким образом, за счет легирования стали азотом, ванадием и алюминием, повышения содержания кремния, марганца, хрома повышается прокаливаемость, теплостойкость и механические свойства, что позволяет увеличить срок службы штампов.