SE529809C2 - Varmarbetsstål - Google Patents

Description

30 35 529 809 0.30 - 0.50 % C 0 - 1.5 % Si 1% < Mn S l,8% 1.5 - 3.5 % Cr 0.3 - 0.9 % (Mo + W/2) 0.4 - 0.8 % (V + Nb/2) Rest järn och oundvikliga föroreningar.

Tack vare uppfinningen kan nu erbjudas ett varmarbetsstål med, för de flesta applikationer, egenskaper jämförbara med ett traditionellt H13-stål, men (med dagens metallpriser) till näst intill halverad legeringskostnad. Det inses att det mot bakgrund av det faktum att stål av H1 3-typen finuiits sedan länge på marknaden, måste anses överraskande att en legering har kunnat finnas fram som så effektivt kan lösa ovan närnnda problem, speciellt i beaktande av att de viktiga egenskaperna varmnötrnings- beständighet mot aluminium och värmeledningsförmåga visar förbättrade värden järnfört med en traditionell H13-legering. Visserligen erhålles en något försämrad härd- barhet, men då merdelen av extruderingsverktygen på marknaden nyttjas för relativt små dimensioner uppskattas att ca 70 - 80 % av existerande tillverkning kan nyttja denna nya legering, innebärande en markant reducerad kostnad men i övrigt bibehållen funktionalitet.

Då ej armat anges, avses i demra text alltid viktsprocent i fråga om stålets kemiska sammansättning och volymprocent i fråga om stålets strukturbeståndsdelar.

För de enskilda legeringselementen med dess inbördes relationer, stålets struktur och värmebehandling gäller för övrigt följande.

Kol ska finnas i tillräcklig mängd i stålet för att ge avsedd hårdhet efter värme- behandling och bidra till härdbarhet. Således måste åtminstone 0.3 % kol finnas och för bästa resultat ungefär 0.4 %. För mycket kol påverkar segheten negativt och den övre gränsen ska därför hållas vid ungefär 0.45 %.

Kisel ingår som ett restelement från stålets tillverkning i en halt av normalt minst 0.2 %, oftast ca 1 %. Kisel ökar kolaktiviteten i stålet och bidrar därmed till att stålet får en adekvat hårdhet. Dessutom bidrar det till adekvat oxidations- resp. anlöpnings- beständighet. Vid alltför höga halter kan sprödhetsproblem uppstå pga. lösnings- härdning varför den maximala kiselhalten i stålet är 1.5 % företrädesvis max 1.2 %. 15 20 25 30 35 529 809 Mangan, krom och molybden ska finnas i stålet i tillräcklig mängd för att ge stålet en adekvat härdbarhet.

Molybden har som egenskap att förutom att bidra till härdbarhet även bidra till god anlöpningsbeständighet. Molybden har därför visats sig behöva finnas i en minsta halt av 0.3 %, men maximalt i en halt av 0.8 %. Företrädesvis används 0.6 % molybden.

Förutom härdbarhet bidrar kromet också till oxidationsmotstånd av legeringen och bör finnas i en minsta halt av 1.5 %, men en maximal halt av 3.0 %. Företrädesvis är nominella kromhalten 2.6 %.

Mangan ska finnas i en minsta halt överstigande 1% för att bidra till att ge stålet önskad härdbarhet vid den begränsade halt av molybden och krom som kännetecknar stålet.

Maximalt får stålet innehålla 1.8 % mangan. Företrädesvis är nominella rnanganhalten 1.4 %.

Vanadin ska ingå i stålet i en halt av minst 0.4 % och max 0.8 %. Vanadin bidrar också till att ge stålet gott anlöpningsmotstånd, god nötningsbeständighet och bidrar till god hållfasthet genom att bilda vanadinkarbider som medverkar till att skapa en relativt fm kristallstrulctur.

Vid stålets tillverkning kan konventionell, känd tillverkningsteknik nyttjas.

KORT F IGURBESKRIVNING I den följande redogörelsen för utförda försök kommer att hänvisas till bifogade figurer av vilka: Fig. 1 visar ett diagram som åskådliggör varmnötningsbeständighet för gasnitrerade prover i ett 4-timmars test, och, Fig. 2 visar motsvarande provresultat i ett 8-timmarstest.

REDOGÖRELSE FÖR UTFÖRDA UNDERSÖKNINGAR Tre legeringar har tillverkats som 50 kg göt i laboratorieskala med följ ande process- gång: Smide vid 1270 °C till dimension 60 x 60 mm. Mjukglödgning 850 °C/2h, svalning 10 °C/h till 600 °C och därefter fritt i luft.

Den kemiska sammansättningen för de undersökta chargema visas i Tabell 1 nedan. 10 15 20 25 30 529 809 Tabell 1. Kemisk sammansättning (vikt-%) av undersökta charger, rest järn och förorenin ar.

GötNr. C Si Mn P S Cr Mo V Al N Oppm 2 0.37 1.06 0.41 0.019 0.001 5.16 1.47 0.82 0.001 0.04 40 6 0.42 0.93 1.25 0.004 0.007 2.53 0.60 0.57 0.001 0.047 50 7 0.38 0.59 1.34 0.005 0.006 2.29 0.55 0.52 0.53 0.023 32 Värmebehandling av legeringarna sker enligt Tabell 2 nedan.

Tabell 2. Austenitiserings- och anlöpningstemperatur och förväntad hårdhet för de olika Jígeringarna.

Lcgefing TA(°c)30 min T....i(°C)2x2h HRC z 1020 sso 4s 6,7 1020 560 4s Provplattor med dimensionen 5 x 10 x 30 mm tillverkas från varje variant enligt Tabell 2. Ena provytan, en 5 x 30 mm sida, poleras till en fm yta med ett RA-värde på ca 0.10 - 0.15 um.

De olika provema undersöktes för att jäinföra varmslitaget mot aluminium. I Fig. 1 visas den avnötta volym som åstadkommits efter 4 timmar avseende gasnitrerade prover. Av diagrammet framgår att de båda proverna tillverkade enligt uppfinningen, dvs. proverna 6 och 7 uppvisar bättre nötningsbeständighet än referensstålen (prov 2).

Av Fig. 2 visas resultatet från ett motsvarande 8 timmars test, som visar att förbättrad nötningsbeständighet även kunde bekräftas för uppfinningen vid dessa prover. I ett fall (prov 6) uppvisas mer än 50 % i förbättring avseende nötningsbeständighet jämfört med ett traditionellt H1 3-stål (prov 2).

Vid jämförelsen av ett stål enligt uppfinningen med ett klassiskt H13-stål (prov 2) med sammansättningen i vikt-%: 0.30 ~ 0.40 C, 0.20 - 0.40 Mn, 0.80 - 1.20 Si, 4.75 - 5.50 Cr, 1.25 - 1.75 Mo, 0.80 - 1.20 V, rest järn och oundvikliga föroreningar, framgår således att stålet enligt uppfinningen; med sammansättningen i vikt-%: 0.4 C, 0.5 - 1.0 Si, 1.2 - 1.4 Mn, 2.2 - 2.5 Cr, 0.5 -0.6 Mo, 0.5 - 0.6 V, uppvisar väsentligt förbättrade värden avseende den viktiga egenskapen nötningsbeständighet, trots det lägre legerings- innehållet/kostnaden. I beaktande av konventionell uppfattning inom området är dessa 20 529 809 resultat uppseendeväckande, eftersom den gängse läran är att en sänkning av kromhalt och/eller molybdenhalt och/eller vanadinhalt borde leda till en sämre nitreringspotential.

Således torde enligt gängse uppfattning de förändringar som gjorts i ett stål enligt upp- finningen jämfört med traditionellt H13-stål leda till relativt försämrad nitrerings- potential och därmed sämre nötningsbeständighet. Uppenbarligen inträder således någon form av mekanismer i ett stål enligt uppfinningen som trots sänkning av halten krom, molybden och vanadin ger ypperlig nitreringspotential och därmed möjlighet att erhålla god nötningsbeständighet.

Det inses att uppfinningen inte är begränsad till de föredragna snäva intervall som nämns ovan utan att en mängd variationer av sarnmansättningar inryms inom ramarna för uppfinningen, med bibehållet goda nödvändiga egenskaper, i enlighet med vad som definieras i patentkrav 1. Speciellt föredragna aspekter enligt uppfinningen framgår av underkraven.

Att ett stål enligt uppfinningen ligger inom ramarna för önskvärda egenskaper enligt ett Hlš-stål framgår av nedanstående tabell (se Tabell 3), som är en viktad jämförelse av viktiga egenskaper, där 10 anger högsta värdet för bästa testvärdet (i jämförelse mellan ett gängse H13-stå1 och uppfinningen) och det jämförande provets värde viktats mot bästavärdet.

Tabell 3.

U % Terrnisk Duktilitet 0 °C 44 HRC -V 0 °C 48 HR Härdbarhet N ' ' mot aluminium 550 Hållfasthet 550 ° V . 529 809 Av ovanstående tabell framgår att uppfinningen uppvisar goda värden for egenskaper som är viktiga ett för ett H13-stål och att till och med förbättrade värden kan erhålles avseende de mycket viktiga egenskaperna nötningsbeständighet mot aluminium samt värmeledningsfiirrnåga, trots en sänkning av legeringskostnaden med näst intill 50 %.

Claims (1)

1. 20 25 30 35 529 809 PATENTKRAV 1. Varrnarbetsstål, k ä n n e t e c k n a t av att det har följande kemiska samman- sättning i vikt-%: 0.30 - 0.50 % C 0 - 1.5 % Si 1% < Mn S1,8% 1.5 - 3.5 % Cr 0.3 - 0.9 % (Mo + W/2) 0.4 - 0.8 % (V + Nb/Z) Rest jäm och oundvikliga föroreningar. Stål enligt krav 1, k ånn e t e c k n at av att halten i vikt-% av (Mo + Cr) under- stiger 3.5 %. Stål enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n at av att halten i vikt-% av C är 0.38 - 0.46, företrädesvis 0.40 - 0.44 % C. Stål enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att halten i vikt-% av Si är 0.3 - 1.35 %, företrädesvis 0.5 ~ 1.2 %. Stål enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att halten i vikt-% av Mn är 0.3 - 1.5 %, företrädesvis 0.5 -1.35 %. Stål enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att halten i vikt-% av Cr är 0.7 - 3.0, företrädesvis 2.2 - 2.8 %. Stål enligt något av ovanstående patentkrav, k å n n e t e c k n at av att halten i vikt-% av Mo är 0.45 - 0.8, företrädesvis 0.5 - 0.7 %. Stål enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n at av att halten i vikt-% av V är 0.45 - 0.7. Stål enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n at av att halten Cr i förhållande till Mo i vikt-% är sådan att %Cr/%Mo > 3. 10 15 20 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 529 809 Stål enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n at av att både halten Mo och V understiger 0.7 vikt-%. Stål enligt krav 11, k ä n n e t e c kn at av att halten V är mellan 0.5 - 0.6 vikt-%. Stål enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at av att det innehåller max 0.05 vikt-% Al. Stål enligtkrav Lkännetecknat av atthaltenivikt-% A1är0.3- 1.0 %, företrädesvis ca. 0.7 %. Varmarbetsstål, k ä n n e t e c k n at av att det har en kemisk sammansättning enligt något av föregående krav. Varmarbetsstål enligt patentkrav 10 eller ll, k ä n n e t e c k n a t av att det har en värmeledningsfórrnåga överstigande 26 W/m °C vid 200 °C. Användning av stålet enligt något av kraven 1 - ll för framställning av verktyg for strängpressning, företrädesvis strängpressriing av aluminium.