CH362707A

CH362707A - Steel alloy with high heat resistance

Info

Publication number: CH362707A
Application number: CH4985257A
Authority: CH
Inventors: Bengtsson Karl-Inge
Original assignee: Bofors Ab
Priority date: 1956-09-29
Filing date: 1957-08-27
Publication date: 1962-06-30
Also published as: US3272622A

Description

  

  Stahllegierung mit hoher Wärmefestigkeit    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine       Stahllegierung    mit hoher Wärmefestigkeit, vorzugs  weise zur Verwendung für     die        Herstellung    von: Werk  zeugen, an die grosse Forderungen in bezug auf  Wärmefestigkeit     gestellt    werden.

   Die Werkzeuge, an  die dabei gedacht ist, sind     Schmiedewerkzeuge,          Warmpresswerkzeuge,        Spritzgusswerkzeuge    und     Strang-          presswerkzeuge.    Gewisse der genannten Werkzeuge  können bei     ihrer    Verwendung     Temperaturen        errei-          chen,    die zwischen 900 und 1000  liegen.     Da'diese     Werkzeuge die genannten Temperaturen nicht bei  behalten     können,,    müssen .sie diskontinuierlich mit  Wasser oder auf andere Weise auf Temperaturen in  der     Grössenordnung    von 500  abgekühlt werden.

    Diese     Abkühlung        geschieht    sehr schnell und     stellt          deshalb    sehr grosse     Anforderungen    an die verwen  dete Legierung.  



  Bisher sind     Legierungen        beispielsweise    gemäss       untenstehenden        Zusammensetzungen    verwendet wor  den:  
EMI0001.0026     
  
    <I>Analyse</I>
<tb>  Stahl <SEP> C <SEP> Si <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> W <SEP> V
<tb>  Nr.
<tb>  I <SEP> 0,30 <SEP> 0,30 <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 9 <SEP> 0,30
<tb>  1I <SEP> 0,30 <SEP> 0,30 <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 5,5 <SEP> 0,2
<tb>  III <SEP> 0,45 <SEP> 0,30 <SEP> 1,5 <SEP> 0,7 <SEP> - <SEP> 0,3
<tb>  IV <SEP> 0,40 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 1,5 <SEP> - <SEP> 1
<tb>  V <SEP> 0,30 <SEP> 0,3 <SEP> 12 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> 0,

  5       Die     Wärmefestigkeiten    der     obengenannten        Stähle          sind        betreffend    die     Temperaturen    600, 650, 700 und  750  mit Hilfe eines     Vickers-Diamanten        bestimmt     worden. Sämtliche     Probestücke    der Legierungen sind  vor der     Härteprüfung    bei 600  angelassen worden.

      Die Härtewerte sind in der nachstehenden     Tabelle     zusammengefasst:  
EMI0001.0038     
  
    Stahl <SEP> Wärmefestigkeit <SEP> (Vickers) <SEP> bei
<tb>  Nr. <SEP> <B>600,1</B> <SEP> C <SEP> 650o <SEP> C <SEP> 7000 <SEP> C <SEP> 750o <SEP> C
<tb>  I <SEP> 290 <SEP> 187 <SEP> 113 <SEP> 70
<tb>  1I <SEP> 272 <SEP> 197 <SEP> 127 <SEP> 75
<tb>  III <SEP> 235 <SEP> 163 <SEP> 105 <SEP> 62
<tb>  IV <SEP> 312 <SEP> 205 <SEP> 10e8 <SEP> 67
<tb>  V <SEP> 276 <SEP> 232 <SEP> 180 <SEP> 137       Die     Wärmefestigkeit    der     obengenannten    Legie  rungen wird von     der    Menge .der enthaltenen Legie  rungsstoffe     bestimmet,

      wobei verschiedene     Legierungs-          stoffe        verschiedene,    die     Wärmefestigkeit        erhöhendfe     Eigenschaften haben. Als Regel     gilt,    dass um so grö  ssere     Wärmefestigkeit        erhalten        wird.,    je grösser die  Menge der     Legierungsstoffe    ist.

   Mit der Vergrösse  rung     der        Menge    der     Legierungsstoffe    werden aber  dis     wärmeleitenden    Eigenschaften der     Legierung        in     dem Verhältnis     schlechter,    je grösser die     Menge    des       Legierungsstoffes    ist, die zur     Anwendung        kommt.    Je       schlechter    die     wärmeleitenden    Eigenschaften     sind,

       desto     grössere    Gefahr     besteht    für     Rissbildung    bei  schneller     Abkühlung    eines     Werkzeuges,    das aus der       Legierung    hergestellt ist.  



  Aus     ,den    fünf     oben;genannten    Legierungen hat     sich     ergeben,     .dass    sie     alle,    aber in     verschiedenem    Masse  bei     Abkühlung        rissbildungsempfindlich        sind.        Demnach     ist der Stahl' V am     rissbildungsempfindlichsteny    danach  dis Stähle in     der        Reihenfolge:        Stahlt,    IV, Hund     11I.     



  Die     obengenannten        Stähle        können    auch     Mengen     eines     oder        mehrere        Legierungsstoffe    Titan,     Niob    und       Tantal        im        Gehalt        von        bis        zu        0,50%        enthalten.         Es wird angestrebt,

   das Verhältnis zwischen den  in den     obengenannten        Legierungen    enthaltenen     Legie-          rungsstoffen    so zu verändern, dass die Legierungen  vor allem bezüglich der Wärmefestigkeit     verbessert     werden, das heisst, dass man bei möglichst     .geringen     Mengen     Legierungsstoffen    solche vorherrschen lässt,  die     grosse    Wärmefestigkeit und     gleichzeitig    gutes       Wärmeleitungsvermögen    ergeben.  



  Die vorliegende     Erfindung        bezweckt    die Schaf  fung einer neuen     Legierung    der     zuletztgenannten    Art,  das     heisst    mit geringem Legierungsgehalt und hoher  Wärmefestigkeit.  



  Die Legierung nach der Erfindung ist dadurch  gekennzeichnet, dass sie     0,20-0,500/e        (vorzugs-          weise        0,30-0,40%)        Kohlenstoff,        bis        zu        1,5        0/a        (vor-          zugsweise        0,2-0,5        %        Silicium,        1-5        %        (vorzugs-          weise    2-3     0/a)    Chrom, bis zu 1,

  5 0/0 (vorzugsweise       0,3-0,6"/o)        Vanadin    und     1-40/9    (vorzugsweise       2-3        %a)        Kobalt        und        ferner        1-4' /o        (vorzugsweise     2-3 0/a)     Molybdän    oder 2-8     "/a        Wolfram    oder eine  entsprechende Menge     Molybdän    und     Wolfram    ent  hält.  



  Die Legierung nach der Erfindung kann ausser  dem auch Titan,     Niob    und/oder     Tantal    je bis zu       0,5        %        enthalten.     



  Ein Beispiel der Legierung nach der vorliegenden       Erfindung    hat folgende Zusammensetzung:  
EMI0002.0056     
  
    <I>Analyse</I>
<tb>  Stahl
<tb>  Nr. <SEP> C <SEP> Si <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> V <SEP> Co
<tb>  VI <SEP> 0,29 <SEP> 0,37 <SEP> 2,89 <SEP> 2,66 <SEP> 0,41 <SEP> 2,75       Der     Stahl    hat folgende     Wärmefestigkeit:

       
EMI0002.0059     
  
    Stahl <SEP> Wärmefestigkeit <SEP> (Vickers) <SEP> bei
<tb>  Nr. <SEP> 600o <SEP> C <SEP> 650,) <SEP> C <SEP> 700o <SEP> C <SEP> 750, <SEP> C
<tb>  VI <SEP> 350 <SEP> 225 <SEP> 137 <SEP> 75       Der Stahl entsprechend der Erfindung hat sich  allen anderen .geprüften Stählen überlegen gezeigt,  an die Ansprüche auf hohe Wärmefestigkeit     gestellt     werden und die gleichzeitig schockartige Abkühlung  vertragen sollen.



  Steel alloy with high heat resistance The present invention relates to a steel alloy with high heat resistance, preferably for use in the manufacture of: tools that are subject to great demands in terms of heat resistance.

   The tools that are thought of are forging tools, hot pressing tools, injection molding tools and extrusion tools. Certain of the tools mentioned can reach temperatures between 900 and 1000 when they are used. Since these tools cannot maintain the temperatures mentioned, they have to be cooled discontinuously with water or in some other way to temperatures of the order of 500.

    This cooling happens very quickly and therefore places great demands on the alloy used.



  So far, alloys have been used, for example, according to the following compositions:
EMI0001.0026
  
    <I> Analysis </I>
<tb> Steel <SEP> C <SEP> Si <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> W <SEP> V
<tb> No.
<tb> I <SEP> 0.30 <SEP> 0.30 <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 9 <SEP> 0.30
<tb> 1I <SEP> 0.30 <SEP> 0.30 <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 5.5 <SEP> 0.2
<tb> III <SEP> 0.45 <SEP> 0.30 <SEP> 1.5 <SEP> 0.7 <SEP> - <SEP> 0.3
<tb> IV <SEP> 0.40 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 1.5 <SEP> - <SEP> 1
<tb> V <SEP> 0.30 <SEP> 0.3 <SEP> 12 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> 0,

  5 The heat strengths of the above-mentioned steels have been determined for the temperatures 600, 650, 700 and 750 with the aid of a Vickers diamond. All alloy specimens were tempered at 600 before the hardness test.

      The hardness values are summarized in the table below:
EMI0001.0038
  
    Steel <SEP> heat resistance <SEP> (Vickers) <SEP> at
<tb> No. <SEP> <B> 600,1 </B> <SEP> C <SEP> 650o <SEP> C <SEP> 7000 <SEP> C <SEP> 750o <SEP> C
<tb> I <SEP> 290 <SEP> 187 <SEP> 113 <SEP> 70
<tb> 1I <SEP> 272 <SEP> 197 <SEP> 127 <SEP> 75
<tb> III <SEP> 235 <SEP> 163 <SEP> 105 <SEP> 62
<tb> IV <SEP> 312 <SEP> 205 <SEP> 10e8 <SEP> 67
<tb> V <SEP> 276 <SEP> 232 <SEP> 180 <SEP> 137 The heat resistance of the above alloys is determined by the amount of alloying materials they contain,

      different alloys have different properties that increase heat resistance. The rule is that the greater the amount of alloying material, the greater the heat resistance.

   With the enlargement of the amount of alloy materials, however, the heat-conducting properties of the alloy deteriorate in proportion, the greater the amount of alloy material that is used. The worse the heat conducting properties are,

       the greater the risk of cracks forming when a tool made of the alloy cools down quickly.



  From the five alloys mentioned above, it has been shown that all of them, but to varying degrees, are susceptible to cracking when cooled. Accordingly, the steel 'V is the most susceptible to cracking, then the steels in the following order: Stahlt, IV, Hund 11I.



  The steels mentioned above can also contain amounts of one or more alloys titanium, niobium and tantalum in a content of up to 0.50%. The aim is to

   to change the ratio between the alloys contained in the above alloys so that the alloys are improved, especially in terms of heat resistance, that is, with the smallest possible amounts of alloys, those that produce high heat resistance and at the same time good heat conductivity are allowed to predominate .



  The present invention aims to create a new alloy of the last-mentioned type, that is to say with a low alloy content and high heat resistance.



  The alloy according to the invention is characterized in that it contains 0.20-0.500 / e (preferably 0.30-0.40%) carbon, up to 1.5 0 / a (preferably 0.2-0 , 5% silicon, 1-5% (preferably 2-3 0 / a) chromium, up to 1,

  5 0/0 (preferably 0.3-0.6 "/ o) vanadium and 1-40 / 9 (preferably 2-3% a) cobalt and further 1-4 '/ o (preferably 2-3 0 / a) Contains molybdenum or 2-8 "/ a tungsten or an equivalent amount of molybdenum and tungsten.



  The alloy according to the invention can also contain titanium, niobium and / or tantalum each up to 0.5%.



  An example of the alloy according to the present invention has the following composition:
EMI0002.0056
  
    <I> Analysis </I>
<tb> steel
<tb> No. <SEP> C <SEP> Si <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> V <SEP> Co
<tb> VI <SEP> 0.29 <SEP> 0.37 <SEP> 2.89 <SEP> 2.66 <SEP> 0.41 <SEP> 2.75 The steel has the following heat resistance:

       
EMI0002.0059
  
    Steel <SEP> heat resistance <SEP> (Vickers) <SEP> at
<tb> No. <SEP> 600o <SEP> C <SEP> 650,) <SEP> C <SEP> 700o <SEP> C <SEP> 750, <SEP> C
<tb> VI <SEP> 350 <SEP> 225 <SEP> 137 <SEP> 75 The steel according to the invention has shown itself to be superior to all other tested steels which have high heat resistance requirements and which at the same time have to withstand sudden cooling .

Claims

PATENT CLAIM I Steel alloy with high heat resistance, as characterized in that it contains 0.20-0.500 / a carbon, up to 1.5% silicon, 1-5 0 / a chromium, up to 1.5% vanadium,

1-4% cobalt and also 1-4% molybdenum or 2-8% tungsten or a corresponding amount of molybdenum and tungsten.

SUBClaims 1. Steel alloy according to claim I, characterized in that it contains 0.30-0.40% carbon, 0.2-0.5% silicon, 2-3% chromium, 2-3% molybdenum, 0, 3-0,

Contains 6% vanadium and 2-3 0 / a cobalt. 2.

Alloy according to patent claim I, characterized in that it also contains titanium, niobium and / or tantalum each up to 0.5%. PATENT CLAIM II Use of the steel alloy according to patent claim <B> 1 </B> for the production of tools.