Сталь

Предлагаемое Изобретение относится к области металлургии, в частности, к штамповым сталям дисперсионного твердения, для изготовления штампогорячего прессования. Наиболее близкой к заявляемой - прототипом является сталь [1], содержащая, мас.%: Недостатком этой стали является низкая теплостойкость и прокаливаемость, из-за недостаточной устойчивости аустенина в температурной области 500-650°С, вызывающей рост зерна, что приводит к снижению срока службы штампов при эксплуатации в промышленных условиях. В основу изобретения положена задача создать сталь с повышенной прокаливаемостью и теплостойкостью при эксплуатации штампов о температурной области 600-680°С. Поставленная техническая задача решается тем, что в сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель, вольфрам, железо, согласно изобретению, дополнительно вводят молибден, ванадий, азот, алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Такой состав и соотношение компонентов позволяет повысить прокаливаемость и теплостойкость за счет дополнительного легирования ванадием, азотом, алюминием и молибденом, которые способствуют повышению устойчивости аустенита, путем образования и равномерного распределения карбонитридов и нитридов ванадия, являющихся преградой роста зерна аустенита и повышения структурной неоднородности штампа при температурах эксплуатации. Пределы содержания азота и ванадия выбраны такими, что практически обеспечивается полное связывание азота и ванадия в нитриды. При содержании азота менее 0,008% и ванадия менее 0,08% снижается теплостойкость, прокаливаемость и прочностные свойства, а при содержании этих элементов более 0,3% (ванадий) и 0,035(азот) требуется более высокая температура аустинитизационного нагрева для растворения нитридов ванадия и перевода их в мелкодисперсную форму, без реализации этого условия легирование этими элементами малоэффективно, Молибден, повышая устойчивость аустенита, увеличивает прокаливаемость и теплостойкость стали. При содержании молибдена менее 0,15% не оказывает влияние на устойчивость аустенита, а следовательно, на прокаливаемость и теплостойкость, при содержании более 0,30% малоэффективно и требует более высоких температур для растворения карбидов и карбонитридов молибдена, определяющих пределами 1000-1100°С. В промышленных условиях реализация таких температур при термообработке практически не осуществимо. 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 1300°С. В заводских условиях при термообработке такая температура трудно реализуема. 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. Кремний является упрочняющим элементом. При содержании кремния менее 0,15% недостаточно повышаются прочностные свойства, а при содержании более 0,35% повышается охрупчивание стали. Марганец действует как упрочняющий элемент. 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 0,5% снижается упрочнение стали, а при содержании более 0,8% снижаются пластические свойства. Содержание хрома в пределах 0,5-1,2% при данном химическом составе снижает чувствительность стали к перегреву, измельчает зерно и обеспечивает необходимую теплостойкость. При содержании хрома менее 0,5% снижаются чувствительность к перегреву и теплостойкость, а при содержании выше 1.2% снижаются пластические свойства. Вольфрам повышает устойчивость аустенита, увеличивает прокаливаемость стали. Содержание вольфрама менее 0,1% недостаточно влияет на прокаливаемость, а при содержании боле 0,7% резко снижается вязкость стали. Никель в стали повышает прокаливаемость и окалиностойкость. Содержание никеля менее 1,4% снижает прокаливаемость и окалиностойкость, а содержание более 1,8% малоэффективно влияет на прокаливаемость стали. Химический состав исследованных сталей известной № 1 и предлагаемой № 2-6 приведены в таблице 1. Стали 2, 3 с содержанием элементов за пределами заявляемыми формулой изобретения, стали 4,5 с содержанием элементов ограничивающих пределами формулой изобретения, сталь 6 со средним содержанием элементов определяющих формулой изобретения. Прокаливаемость сталей приведены в таблице 2, механические свойства в таблице 3. Из таблиц 2 и 3 следует, что сталь предлагаемого состава имеет более высокие показатели за счет дополнительного легирования молибденом, ванадием, азотом, алюминием и непосредственного упрочнения дисперсионными частицами нитридами ванадия. Рассматриваемые стали выплавлялись в лабораторных индукционных печах. Полученные слитки ковались на прутки, из которых изготовляли образцы для исследования металла. Оптимальный химический состав стали опробовался в промышленных условиях на штампах завода "Киевтракторо-деталь" им.Лепсе. Таким образом, за счет дополнительного легирования стали молибденом, ванадием азотом, алюминием; повышения прокаливаемое и теплостойкости, реализации нитридванадиевого упрочнения срок службы штампов повышается на 30-50% в сравнении с штампами из стали "прототип".