Інструментальна сталь

Інструментальна сталь, що містить вуглець, кремній, марганець, хром, вольфрам, ванадій, молібден і залізо, яка відрізняється тим, що вона додатково містить алюміній, титан і кальцій при наведеному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 2,00-2,20 кремній 0,10-0,60 марганець 0,15-0,60 хром 11,0-12,50 вольфрам 0,50-0,80 ванадій 0,15-0,30 молібден 0,60-0,90 алюміній 0,002-0,10 титан 0,007-0,25 кальцій 0,006-0,02 залізо решта. Винахід відноситься до області чорної металургії, а саме до сталі, призначеної для виготовлення зварювальних, калібруючих та інши х валків, штампового оснащення холодного деформування металів, переважно для великих, складної форми штампів, що служать для вирубки твердих високоміцних матеріалів і для прецензійної вирубки. Найбільш близькою до винаходу є сталь, прийнята нами за прототип, що має наведений нижче склад, мас. %: вуглець 2,00-2,20 кремній 0,10-0,40 марганець 0,15-0,60 хром 11,0-12,50 вольфрам 0,50-0,80 ванадій 0,15-0,30 молібден 0,60-0,90 залізо Решта. (ГОСТ 5950-73). Зазначена сталь, внаслідок підвищеного вмісту вуглецю і хрому, є сталлю з природною карбідною неоднорідністю, оцінюваною ГОСТ 5950-73 за шкалою 2 десятьма балами, що найчастіше дося гає суцільної карбідної сітки по границях первинних аустенітних зерен (Фіг.1) при кристалізації розплаву у виливницях. Дослідження мікроструктури показало, що в сталі утворюються великі карбіди розміром до (20-50)мкм, згруповані у смуги. Наявність великих карбідів, їхній нерівномірний розподіл аж до сітки по границях аустенітних зерен приводить до підвищеної схильності сталі до крихкого руйнування зливків при їх гарячій механічній обробці (бурти готових виробів швидко руйнуються при експлуатації). В основу винаходу поставлена технічна задача - знизити інтенсивність в першій, після кристалізації розплаву, у виливницях мікроструктурі суцільну або переривчасту карбідну сітку по границях аустенітних зерен, що підвищить пластичні властивості металу при гарячій механічній обробці, стійкість проти спрацювання зварювальних та інших валків, штампової оснастки. Для досягнення зазначеної технічної задачі у відому сталь, що містить вуглець, кремній, марганець, хром, вольфрам, ванадій, молібден та залізо (19) UA (11) 78170 (13) (21) a200601157 (22) 06.02.2006 (24) 15.02.2007 (46) 15.02.2007, Бюл. № 2, 2007 р. (72) Тюрін Микола Федорович, Кирильченко Петро Миколайович, Фомицький Євген Іванович (73) ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "МАРІУПОЛЬСЬКИЙ МЕТАЛУРГІЙНИЙ КОМБІНАТ ІМЕНІ ІЛЛІЧА" (56) UA 50949 A, 15.11.2002 UA 63718 A, 15.01.2004 UA 72606 C2, 15.03.2005 SU 430185 A1, 30.05.1974 SU 956598 A1, 07.09.1982 SU 956599 A1, 07.09.1982 SU 1413154 A1, 30.07.1988 JP 61213348 A, 22.09.1986 JP 2003183766 A, 03.07.2003 C2 1 3 78170 4 додатково введені алюміній, титан і кальцій при металічних включень для поліпшення технологічнаведеному співвідношенні компонентів, мас. %: ної пластичності. вуглець 2,00-2,20 На Фіг.1 - мікрофотографія стану границь зекремній 0,10-0,60 рен і карбідної неоднорідності в литій відпаленій марганець 0,15-0,60 відомій сталі (збільшення 100х1). хром 11,0-12,50 На Фіг.2 - те ж саме у запропонованій сталі. вольфрам 0,50-0,80 На Фіг.3 - забруднення запропонованої сталі ванадій 0,15-0,30 неметалевими включеннями. молібден 0,60-0,90 Як видно з Фіг.1, де наведено мікроструктур у алюміній 0,002-0,10 відомої сталі після кристалізації в зливку діаметтитан 0,007-0,25 ром 380мм після відпалу бал карбідної неоднорідкальцій 0,006-0,02 ності >10 по ГОСТ 5950-73, шкала 2: по границях залізо Решта. первинних аустенітних зерен суцільна карбідна Вміст сірки і фосфор у не повинний перевищусітка. Це призвело до того, що циліндричний зливати 0,03мас. % кожного. вок масою 1,87т при пресуванні на ковальському Введені елементи впливають наступним чипресі зруйнувався на дрібні частини при перших ном: алюміній і титан - для глибокого розкислення обтисненнях. сталі і роздрібнення аустенітного зерна. Титан у З Фіг.2 і 3 видно, що в запропонованій сталі сполученні з наявним у сталі ванадієм, як сильні (варіант 2 таблиця 1) бал карбідної неоднорідності карбідоутворюючі елементи, викликають змен1 по тому ж ГОСТу. Мікроструктура - приховано шення швидкості дифузії вуглецю в аустеніті. Тому кристалічний мартенсит + дрібнодисперсні, сфесповільнюється збідніння вуглецю по границях ричні рівномірно розташовані карбіди + Аост зерен, підвищується стійкість аустеніту, область (8...10)%. Оксиди крапкові 2-3 балу по ГОСТ 1778вторинного твердіння зсувається до більш високих 82. температур, підсилюється ефект карбідного зміцДля одержання такої сталі проведені плавки в нення сталі при 500-550°С. Дрібні карбіди титану промисловій дуговій електропечі типу ДС-3А масприяють збереженню хімічної однорідності у міксою 3,0т з основною футеровкою (таблиця 1). рообсягах навколо карбідів і підвищенню міцності і Плавки розлиті в циліндричні зливки розміром зносостійкості сталі. Карбідна фаза за рахунок (380х2450)мм із прибильною надставкою масою по наявності карбідів титану, ванадію і вторинних 1,87т. Зливки після гомогенізації при температурі карбідів хрому більш дисперсна, ніж у відомій ста(1160±20)°С протягом 20г з подальшим сумісним лі. При вмісті в сталі хрому й інших карбідоутводвоступінчастим відпалом при (860±10) та рюючих елементів у першу чергу формуються ка(710±10)°С, охолодженні з піччю до (550±20)°С, рбіди титана. Це викликає деякий дефіцит далі - у повітрі. В подальшому поковки були нагріті вуглецю, який витрачається на утворення карбідів під кування по 4-х-ступінчастому режиму з темпеінших елементів і створює умови для перерозподіратурою останнього ступеню (1160±20)°С та пролу основного легуючого елемента - хрому між твеміжними 8-10-тью-кратними підігрівами поковок до рдим розчином і карбідною фазою. Тому знижузазначеної температури, пропресовані на ковальється карбідна неоднорідність у запропонованій ському пресі на кування різних діаметрів без утвосталі (приблизно на 2 бали). Додання титану сприрення тріщин з видаленням донної і головної часяє розширенню інтервалу концентрації хрому у тин і кування розміром (80х480)мм для твердому розчині і більш високій легованості хровиготовлення та випробування зразків. Поковки мом металевої матриці запропонованої сталі. відпалені за 2-ох-ступінчастим режимом при Кальцій, як модифікатор, додається для зниження, (860±10) та (710±10)°С, охолоджені - з піччю до очищення границь аустенітних зерен від карбідів, (550±20)°С, далі - у повітрі. Твердість поковок пісщо виділяються при кристалізації розплаву, і неля відпалу (176-210)НВ. Таблиця 1 Сталь С Запропонована 1 2,00 2 2,10 3 2,20 Відома сталь 2,00Х12ВМФ 2,20 Si 0,10 0,60 0,60 0,100,40 Mn 0,15 0,60 0,60 0,150,60 Вміст елементів, мас. % W V Mo 0,50 0,15 0,60 0,70 0,30 0,63 0,80 0,30 0,90 0,500,150,600,80 0,30 0,90 Cr 11,00 11,60 12,50 11,0012,50 Виготовлені зразки для механічних іспитів піддавались термічній і спеціальній обробці за режимами, зазначеними у таблиці 2. Після шліфування зразків проводилися механічні іспити, результати яких наведені у таблиці 2. Як видно з таблиці 2, запропонована сталь має після термообробки підвищену ударну в'язкість. До її достоїнств варто віднести зниження Al Ті 0,002 0,007 0,063 0,094 0,100 0,250 Ca Fe 0,006 85,485 0,014 83,299 0,020 81,73 85,582,3 інтенсивності в первинній після кристалізації мікроструктурі суцільної і переривчастої карбідної сітки з 10 до 1-2 балів, ліквідації руйнування злитків при їх гарячій механічній обробці, при забрудненні сталі крапковими оксидами 2-3 бали за ГОСТ 1778-82, підвищення зносостійкості зварювальних та ін. валків при зварюванні труб різних діаметрів. 5 78170 6 Таблиця 2 Сталь запропонована Температура від- Ударна в'язкість, Твердість, пуску, °С КС, Дж/см 2 НRСэ Загартування 1000+10°С, олія. Витримка при відпуску 2г 200 30 64,0-60,5 300 40 59,0 400 47 59,5 500 40 59,5 550 27 59,0 Сталь відома 1 (Х12ВМФ) Температура від- Ударна в'язкість, Твердість, пуску, °С КС, Дж/см 2 НRСэ Загартування 1020°С, олія. Витримка при відпуску 1,5г 200 23 62,0 300 35 59,0 400 44 59,0 500 27 59,0 550 59,0 Марочник сталей и сплавов // В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др.; Под общ. ред. В.Г. Сорокина. - М.: Машиностроение, 1989 - с.392. Результати стійкості зварювальних валків при первинній установці при зварюванні труб різних діаметрів наведені в таблиця 3. Таблиця 3 Плавка сталі Відомої Запропонованої 1 2 3 Діаметр зва- Стійкість зварюрюваних тр уб, вальних валків, т мм н.від. 120 26,8 33,5 33,5 616 620 420 Твердість, НКСэ Середня стійкість, т Відносна стійкість Карбідна неоднорідність, бал 60 100 1,0 8-10 62,5 58 60 308 620 420 3,08 6,2 4,2 1,0-2,0 1,0 2,0 Зварювальні та інші валки продовжують експлуатувати після перешліфування без руйнування та крихкості Таким чином, запропонована сталь має бал карбідної неоднорідності в 4-10 разів нижчий, ніж у відомої сталі, що підвищує її середню стійкість по першій установці в 3-6 разів. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 78170 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601