Штамповая сталь
DIESTEEL

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали с регулируемым аустенитным превращением при эксплуатации (стали с РАПЭ), применяемой для штампов горячего прессования сплавов на основе меди. При прессовании многих сплавов на медной основе рабочая поверхность инструмента разогревается до 750°С, испытывая при этом значительные удельные давления.
В процессе прессования при смене прессуемых деталей штамп может охлаждаться до 450°С. В этих условиях сталь должна сохранять структуру наклепанного аустенита с целью обеспечения высокой стойкости инструмента.
Известна штамповал сталь для горячего прессования (Авторское свидетельство №604369. Штамповая сталь. Озерский А.Д. и др., 1977), содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, кобальт, цирконий, церий и железо.
Недостатком известной стали является повышенное содержание дорогостоящего никеля, низкая прочность при температуре 750°С и низкая склонность к деформационному упрочнению.
Известна штамповая сталь для горячего прессования (Авторское свидетельство №1440069. Штамповая сталь. Грабовский В.Я. и др., 1988), содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, железо.
Недостатком известной стали является повышенное содержание дорогостоящих никеля и молибдена, недостаточно высокая прочность при температуре 750°С и низкая склонность к деформационному упрочнению.
Известна штамповая сталь, принятая за прототип (Авторское свидетельство №1434798. Штамповая сталь. Озерский А.Д. и др., 1988), содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, железо, обладающая повышенной прочностью в аустенитном состоянии при температуре 750°С.
Недостатком известной стали является повышенное содержание дорогостоящих никеля и ванадия, а также низкая склонность к деформационному упрочнению, что не обеспечивает достаточной стойкости инструмента при температурах эксплуатации. 1 и 2 табл.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение экономичности стали и увеличение стойкости инструмента, применяемого для штампов горячего прессования сплавов на основе меди при температурах 450-750°С.
Техническим результатом является увеличение степени деформационного упрочнения штамповой стали в процессе эксплуатации инструмента с одновременным сохранением высоких прочностных свойств в аустенитном состоянии при температуре 750°С и повышение стабильности переохлажденного аустенита.
Технический результат достигается за счет следующего.
Сталь, содержащая компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,42-0,49; кремний 1,07-1,28; марганец 3,83-4,16; хром 1,55-1,89; никель 2,39-2,73; молибден 2,04-2,22; ниобий 0,12-0,18; титан 0,33-0,42; ванадий 0,55-0,71; железо остальное,
применяется в качестве стали для штампов горячего прессования сплавов на основе меди при температурах 450-750 °С.
Никель обеспечивает пониженную температуру α→γ превращения, необходимую для обеспечения аустенитной структуры стали при температуре прессования (750°С) и повышает устойчивость переохлажденного аустенита. В предлагаемой стали с целью повышения ее экономичности, а также повышания устойчивости переохлажденного аустенита никель частично заменен марганцем. Углерод, молибден и хром в указанных концентрациях обеспечивают наибольший эффект деформационного упрочнения аустенита при температуре 750°С.
Кремний обеспечивает увеличение скорости карбидообразования. Кремний влияет на повышение дисперсности выделяющихся в процессе эксплуатации карбидов, что способствует повышению прочности за счет карбидного упрочнения, наряду с деформационным и комплексным упрочнением. В процессе же длительного изотермического отжига кремний увеличивает скорость разупрочнения, что способствует снижению твердости и улучшению обрабатываемости сталей с РАПЭ.
Титан, ниобий и ванадий в указанных концентрациях обеспечивают формирование тугоплавких специальных карбидов и фаз Лавеса, которые способствуют повышению жаропрочности стали при длительном сроке работы инструмента.
Пример реализации предложенного подхода.
Сталь выплавляли в индукционной печи емкостью 160 кг и разливали в слитки массой 30 кг. Химический состав предлагаемой стали приведен в табл. 1.
Слитки расковывали на заготовки ∅14×500 мм, из которых изготавливали стандартные разрывные образцы типа 4 по ГОСТ 1497-73.
-4
Механические свойства стали определяли при температуре 750°С по следующей методике. Стандартные разрывные образцы нагревали прямым пропусканием электрического тока в камере испытательной машины Gleeble 3800 в вакууме 10 мм.рт.ст. до температуры 1150°С в течение 15 мин, выдерживали 15 мин, охлаждали до температуры 750°С и после выдержки в течение 15 мин производили деформацию растяжением до разрушения образцов.
Средние значения механических свойств сталей, полученные по результатам испытания не менее трех образцов на точку, приведены в табл. 2.
В результате испытаний было установлено, что предлагаемая сталь в сравнении с известной сталью в аустенитном состоянии, принятой за прототип, обладает близким значением предела прочности, но существенно меньшим пределом текучести, что свидетельствует о большей степени упрочнения предлагаемой стали при температуре 750°С.
Стабильность переохлажденного аустенита определяли при построении термокинетической диаграммы с использованием высокоскоростного деформационного дилатометра DIL-805 A/D. Исследования проводились в диапазоне скоростей охлаждения от 0,2 до 10°С/мин с температуры 900°С на цилиндрических образцах диаметром 5 мм, длиной 10 мм.
В результате было установлено, что в предлагаемой стали распад аустенита по бейнитному механизму при 450°С происходит за 25 часов в сравнении с 5 часами для известной стали, что свидетельствует о его большей стабильности.
Ковка и механическая обработка предлагаемой стали не связаны с какими-либо дополнительными трудностями по сравнению с известной сталью.
В результате реализации изобретения повысится экономичность стали и увеличится стойкость штампового инструмента для горячего прессования сплавов на основе меди при температурах 450-750°С.