RU2675308C2 - Corrosion and wear resistant cold work tool steel - Google Patents
Corrosion and wear resistant cold work tool steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2675308C2 RU2675308C2 RU2016109549A RU2016109549A RU2675308C2 RU 2675308 C2 RU2675308 C2 RU 2675308C2 RU 2016109549 A RU2016109549 A RU 2016109549A RU 2016109549 A RU2016109549 A RU 2016109549A RU 2675308 C2 RU2675308 C2 RU 2675308C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- content
- steel according
- ecc
- nitrogen
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
- B22F3/15—Hot isostatic pressing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
- B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
- C21D1/613—Gases; Liquefied or solidified normally gaseous material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/002—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
- C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
- C22C33/0285—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/30—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with cobalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/52—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/24—Nitriding
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/80—After-treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
- B22F2003/248—Thermal after-treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2201/00—Treatment under specific atmosphere
- B22F2201/02—Nitrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
- B22F2301/35—Iron
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Уровень техникиState of the art
Изобретение относится к коррозионно-стойкой и износостойкой инструментальной стали для холодной обработки и способу изготовления стали для холодной обработки и применению инструментальной стали для холодной обработки.The invention relates to corrosion-resistant and wear-resistant tool steel for cold working and a method for manufacturing steel for cold working and the use of tool steel for cold working.
Уровень техникиState of the art
Легированные азотом мартенситные инструментальные стали в последнее время появились на рынке и привлекли значительный интерес, потому что они объединяют высокую износостойкость и превосходную стойкость к коррозии. Эти стали обладают широким диапазоном применений, включая применение для формования агрессивных пластмасс, для ножей и других компонентов обработки пищи и для уменьшения коррозии, вызванной загрязнением в металлургической промышленности.Nitrogen-alloyed martensitic tool steels have recently appeared on the market and have attracted considerable interest because they combine high wear resistance and excellent corrosion resistance. These steels have a wide range of applications, including applications for forming aggressive plastics, for knives and other food processing components, and for reducing corrosion caused by fouling in the metallurgical industry.
Данные стали обычно производят с помощью порошковой металлургии. Основной состав стали вначале тонко измельчают и затем подвергают азотированию, чтобы ввести требуемое количество азота в порошок. После этого порошок загружают в капсулу и подвергают горячему изостатическому прессованию (ГИП), чтобы получить изотропную сталь.These steels are usually produced using powder metallurgy. The basic composition of the steel is first finely ground and then nitrided to introduce the required amount of nitrogen into the powder. After that, the powder is loaded into the capsule and subjected to hot isostatic pressing (ISU) to obtain isotropic steel.
Количество углерода обычно понижают до очень низкого уровня по сравнению с обычными инструментальными сталями. Путем замещения большей части углерода азотом возможно заместить богатые хромом карбиды типа М7С3 и М23С6 очень стабильными твердыми частицами типа MN нитридов.The amount of carbon is usually lowered to a very low level compared to conventional tool steels. By replacing most of the carbon with nitrogen, it is possible to replace chromium-rich carbides of the M 7 C 3 and M 23 C 6 type with very stable MN nitride solid particles.
Достигают двух важных эффектов. Во-первых, относительно мягкую и анизотропную фазу М7С3 карбида (≈1700 ТВ (ед. твердости по Викерсу)) заменяют очень твердой и стабильной фазой небольших и равномерно распределенных частиц твердой фазы типа MN (≈ 2800 ТВ). Посредством этого износостойкость улучшается при той же объемной доле твердой фазы. Во-вторых, количество Сr, Мо и N в твердом растворе при температуре закалки значительно возрастает, потому что меньше хрома связывается в твердой фазе и потому что карбиды типа М23С6 и М7С3 не обладают какой-либо растворимостью для азота. В результате этого больше хрома остается в твердом растворе и упрочняется тонкая богатая хромом пассивирующая поверхностная пленка, что приводит к повышенной стойкости к общей коррозии и точечной коррозии.Achieve two important effects. First, the relatively soft and anisotropic phase of M 7 C 3 carbide (≈1700 TB (Vickers hardness unit)) is replaced by a very hard and stable phase of small and uniformly distributed particles of the solid phase of the MN type (≈ 2800 TB). By this, wear resistance is improved with the same volume fraction of solid phase. Secondly, the amount of Cr, Mo, and N in the solid solution at the quenching temperature increases significantly because less chromium binds in the solid phase and because carbides of the type M 23 C 6 and M 7 C 3 do not have any solubility for nitrogen. As a result, more chromium remains in the solid solution and hardens a thin chromium-rich passivating surface film, which leads to increased resistance to general corrosion and pitting.
Следовательно, для того, чтобы получить хорошую стойкость к коррозии, содержание углерода ограничивали до менее 0,3% С, предпочтительно менее 0,1% С в DE 4231695 А1 и до величины менее или равной 0,12% С в WO 2005/054531 А1.Therefore, in order to obtain good corrosion resistance, the carbon content was limited to less than 0.3% C, preferably less than 0.1% C in DE 4231695 A1 and to a value less than or equal to 0.12% C in WO 2005/054531 A1.
Описание изобретенияDescription of the invention
Общей целью изобретения является обеспечение полученной путем порошковой металлургии (ПМ) легированной азотом инструментальной стали для холодной обработки, имеющей улучшенные свойства, в частности хорошую стойкость к коррозии в сочетании с высокой твердостью.The general objective of the invention is the provision obtained by powder metallurgy (PM) of nitrogen-alloyed tool steel for cold working, having improved properties, in particular good corrosion resistance combined with high hardness.
Частной целью является обеспечение легированной азотом мартенситной инструментальной стали для холодной обработки, имеющей улучшенную коррозионную стойкость при фиксированном содержании хрома.A particular goal is to provide nitrogen-alloyed martensitic tool steels for cold working, with improved corrosion resistance at a fixed chromium content.
Дополнительной целью является обеспечение способа получения указанного материала.An additional objective is to provide a method of obtaining the specified material.
Вышеупомянутых целей, а также дополнительных преимуществ достигают в значительной мере путем обеспечения инструментальной стали для холодной обработки, имеющей состав, представленный в пунктах формулы изобретения, описывающих сплав.The aforementioned goals, as well as additional advantages, are achieved to a large extent by providing tool steel for cold working having the composition presented in the claims describing the alloy.
Изобретение определяется формулой изобретения.The invention is defined by the claims.
Подробное описание изобретения Далее кратко объясняется важность отдельных элементов и их взаимодействия друг с другом, а также ограничения по химическим составляющим заявленного сплава. Все процентные доли химического состава стали приведены в масс. % во всем описании.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The importance of the individual elements and their interaction with each other, as well as the limitations on the chemical components of the claimed alloy, are briefly explained below. All percentages of the chemical composition of steel are given in mass. % throughout the description.
Углерод (0,3-0,8%)Carbon (0.3-0.8%)
должен присутствовать в минимальном содержании, составляющем 0,3%, предпочтительно по меньшей мере 0,35%. При высоких содержаниях углерода в стали образуются карбиды типа М23С6 и М7С3. Содержание углерода поэтому не должно превышать 0,8%. Верхний предел для углерода можно установить на уровне 0,7% или 0,6%. Предпочтительно содержание углерода ограничено 0,5%. Предпочтительные интервалы составляют 0,32-0,48%, 0,35-0,45%, 0,37-0,44% и 0,38-0,42%. В любом случае, количество углерода необходимо регулировать так, чтобы количество карбидов типа М23С6 и М7Сз в стали ограничивалось 10 об. %, предпочтительно сталь не содержит указанные карбиды.must be present in a minimum content of 0.3%, preferably at least 0.35%. At high carbon contents, carbides of the type M 23 C 6 and M 7 C 3 are formed in the steel. The carbon content should therefore not exceed 0.8%. The upper limit for carbon can be set at 0.7% or 0.6%. Preferably, the carbon content is limited to 0.5%. Preferred ranges are 0.32-0.48%, 0.35-0.45%, 0.37-0.44% and 0.38-0.42%. In any case, the amount of carbon must be adjusted so that the amount of carbides of type M 23 C 6 and M 7 Cz in steel is limited to 10 vol. %, preferably the steel does not contain these carbides.
Азот (1,0-2,2%)Nitrogen (1.0-2.2%)
В отличие от углерода, азот нельзя включить в М7Сз. Содержание азота поэтому должно быть намного выше содержания углерода, чтобы избежать осаждения М7Сз карбидов. Чтобы получить требуемый тип и требуемое количество твердых фаз, содержание азота уравновешивают с содержаниями сильных карбидообразующих элементов, в частности ванадия. Содержание азота ограничено 1,0-2,2%, предпочтительно 1,1-1,8% или 1,3-1,7%.Unlike carbon, nitrogen cannot be included in M 7 Cz. The nitrogen content should therefore be much higher than the carbon content in order to avoid the precipitation of M 7 C3 carbides. In order to obtain the required type and the required amount of solid phases, the nitrogen content is balanced with the contents of strong carbide-forming elements, in particular vanadium. The nitrogen content is limited to 1.0-2.2%, preferably 1.1-1.8% or 1.3-1.7%.
(С+N) (1,3-2,2%)(C + N) (1.3-2.2%)
Общее количество углерода и азота является существенным признаком настоящего изобретения. Объединенное количество (С+N) должно находиться в интервале 1,3-2,2%, предпочтительно 1,7-2,1% или 1,8 - 2,0%.The total amount of carbon and nitrogen is an essential feature of the present invention. The combined amount (C + N) should be in the range of 1.3-2.2%, preferably 1.7-2.1%, or 1.8-2.0%.
C/N (0,17-0,50)C / N (0.17-0.50)
Надлежащий баланс углерода и азота является существенным признаком настоящего изобретения. Путем регулирования содержаний углерода и азота можно регулировать тип и количество твердых фаз. В частности, количество гексагональной фазы М2Х уменьшается после закалки. Отношение C/N поэтому должно составлять 0,17 - 0,50. Нижний предел отношения может составлять 0,18, 0,19, 0,20, 0,21, 0,22, 0,23, 0,24 или 0,25. Верхний предел может составлять 0,5, 0,48, 0,46, 0,45, 0,44, 0,42, 0,40, 0,38, 0,36 или 0,34. Верхний предел можно свободно объединить с нижним пределом. Предпочтительные интервалы составляют 0,20-0,46 и 0,22-0,45.The proper balance of carbon and nitrogen is an essential feature of the present invention. By controlling the carbon and nitrogen contents, the type and amount of solid phases can be controlled. In particular, the amount of hexagonal phase M 2 X decreases after quenching. The C / N ratio should therefore be between 0.17 and 0.50. The lower limit of the ratio can be 0.18, 0.19, 0.20, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24 or 0.25. The upper limit may be 0.5, 0.48, 0.46, 0.45, 0.44, 0.42, 0.40, 0.38, 0.36 or 0.34. The upper limit can be freely combined with the lower limit. Preferred ranges are 0.20-0.46 and 0.22-0.45.
Хром (13-30%)Chrome (13-30%)
Когда он присутствует в растворенном количестве, составляющем по меньшей мере 11%, хром приводит к образованию пассивирующей пленки на поверхности стали. Хром должен присутствовать в стали в количестве от 13 до 30%, чтобы придать стали хорошую способность принимать закалку и стойкость к окислению и коррозии. Предпочтительно хром присутствует в количестве, составляющем более 16%, чтобы гарантировать хорошую стойкость к точечной коррозии. Нижний предел устанавливают в соответствии с предполагаемым применением, и он может составлять 17%, 18%, 19%, 20%, 21% и 22%. Однако, хром является сильным образующим феррит элементом и для того, чтобы избежать феррита после закалки, его количество необходимо регулировать. По практическим соображениям верхний предел можно понизить до 26%, 24% или даже 22%. Предпочтительные интервалы включают 16-26%, 18-24%, 19-21%, 20-22% и 21-23%.When it is present in a dissolved amount of at least 11%, chromium leads to the formation of a passivating film on the surface of the steel. Chromium must be present in steel in an amount of 13 to 30% in order to give the steel a good ability to accept hardening and resistance to oxidation and corrosion. Preferably, chromium is present in an amount of more than 16% to ensure good pitting resistance. The lower limit is set in accordance with the intended use, and it can be 17%, 18%, 19%, 20%, 21% and 22%. However, chromium is a strong element forming ferrite and in order to avoid ferrite after quenching, its amount must be regulated. For practical reasons, the upper limit can be lowered to 26%, 24%, or even 22%. Preferred ranges include 16-26%, 18-24%, 19-21%, 20-22% and 21-23%.
Молибден (0,5-3,0%)Molybdenum (0.5-3.0%)
Известно, что Мо обладает очень благоприятным влиянием на способность принимать закалку. Также известно, что он улучшает стойкость к точечной коррозии. Минимальное содержание составляет 0,5% и его можно установить на уровне 0,6%, 0,7%, 0,8% или 1,0%. Молибден является сильным карбидообразующим элементом, а также сильным образующим феррит элементом. Максимальное содержание молибдена поэтому составляет 3,0%. Предпочтительно Мо ограничен 2,0%, 1,7% или даже 1,5%.It is known that Mo has a very favorable effect on the ability to take quenching. It is also known to improve pitting resistance. The minimum content is 0.5% and can be set at 0.6%, 0.7%, 0.8% or 1.0%. Molybdenum is a strong carbide forming element as well as a strong ferrite forming element. The maximum molybdenum content is therefore 3.0%. Preferably, Mo is limited to 2.0%, 1.7% or even 1.5%.
Вольфрам (≤1%)Tungsten (≤1%)
В принципе, молибден можно заменить вдвое большим количеством вольфрама. Однако, вольфрам дорог, а также он сложен при обработке металлолома. Максимальное количество вольфрама поэтому ограничено 1%, предпочтительно 0,2% и наиболее предпочтительно не производят никаких добавлений.In principle, molybdenum can be replaced with twice as much tungsten. However, tungsten is expensive and also difficult to process scrap metal. The maximum amount of tungsten is therefore limited to 1%, preferably 0.2%, and most preferably no additions are made.
Ванадий (2,0-5,0%)Vanadium (2.0-5.0%)
Ванадий образует равномерно распределенные первичные осажденные нитрокарбиды типа M(N,C) в матрице стали. В настоящих сталях М в основном является ванадием, однако могут присутствовать значительные количества Сr и Мо. Ванадий поэтому должен присутствовать в количестве 2-5%. Верхний предел можно установить на уровне 4,8%, 4,6%, 4,4%, 4,2% или 4,0%. Нижний предел может составлять 2,2%, 2,4%, 2,5%, 2,6%, 2,7%, 2,8% и 2,9%. Верхний и нижний пределы можно свободно объединить в пределах, представленных в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительный интервал включает 2-4%.Vanadium forms uniformly distributed primary deposited nitrocarbides of type M (N, C) in the steel matrix. In real steels, M is mainly vanadium, however, significant amounts of Cr and Mo may be present. Vanadium must therefore be present in an amount of 2-5%. The upper limit can be set at 4.8%, 4.6%, 4.4%, 4.2% or 4.0%. The lower limit may be 2.2%, 2.4%, 2.5%, 2.6%, 2.7%, 2.8% and 2.9%. The upper and lower limits can be freely combined within the limits presented in
Ниобий (≤2,0%)Niobium (≤2.0%)
Ниобий похож на ванадий в том, что он образует нитрокарбиды типа M(N,C), и его в принципе можно использовать для замены ванадия, однако это требует двойного количества ниобия по сравнению с ванадием. Следовательно, максимальное добавление Nb составляет 2,0%. Объединенное количество (V+Nb/2) должно составлять 2,0-5,0%. Однако, Nb приводит к более угловатой форме M(N,C). Предпочтительное максимальное количество поэтому составляет 0,5%. Предпочтительно не добавляют никакого ниобия.Niobium is similar to vanadium in that it forms nitrocarbides of type M (N, C), and in principle it can be used to replace vanadium, but this requires a double amount of niobium compared to vanadium. Therefore, the maximum addition of Nb is 2.0%. The combined amount (V + Nb / 2) should be 2.0-5.0%. However, Nb leads to a more angular shape of M (N, C). The preferred maximum amount is therefore 0.5%. Preferably no niobium is added.
Кремний (≤1,0%)Silicon (≤1.0%)
Кремний используют для раскисления. Si присутствует в стали в растворенной форме. Si является сильным образующим феррит элементом и поэтому должен быть ограничен величиной ≤1,0%.Silicon is used for deoxidation. Si is present in steel in dissolved form. Si is a strong ferrite-forming element and therefore should be limited to ≤1.0%.
Марганец (0,2-2,0%)Manganese (0.2-2.0%)
Марганец вносит вклад в улучшение способность стали принимать закалку и вместе с серой марганец вносит вклад в улучшение способности к механической обработке путем образования сульфидов марганца. Марганец поэтому должен присутствовать в минимальном содержании, составляющем 0,2%, предпочтительно по меньшей мере 0,3%. При повышенных содержаниях серы марганец предотвращает хрупкость стали при температуре красного каления. Сталь должна содержать максимум 2,0%, предпочтительно максимум 1,0% Мn. Предпочтительные интервалы составляют 0,2-0,5%, 0,2-0,4%, 0,3-0,5% и 0,3-0,4%.Manganese contributes to improving the ability of steel to take quenching and, together with sulfur, manganese contributes to improving the machining ability by forming manganese sulfides. Manganese must therefore be present in a minimum content of 0.2%, preferably at least 0.3%. At high sulfur contents, manganese prevents the brittleness of steel at a red heat. The steel should contain a maximum of 2.0%, preferably a maximum of 1.0% Mn. Preferred ranges are 0.2-0.5%, 0.2-0.4%, 0.3-0.5% and 0.3-0.4%.
Никель (≤5,0%)Nickel (≤5.0%)
Никель является возможным элементом и может присутствовать в количестве, составляющем до 5%. Он придает стали хорошую способность принимать закалку и пластичность. Из-за его высокой стоимости содержание никеля в стали нужно ограничить настолько, насколько это возможно. Соответственно, содержание Ni ограничивают 1%, предпочтительно 0,25%.Nickel is a possible element and may be present in an amount of up to 5%. It gives steel a good ability to take hardening and ductility. Due to its high cost, the nickel content in steel should be limited as much as possible. Accordingly, the Ni content is limited to 1%, preferably 0.25%.
Медь (≤3,0%)Copper (≤3.0%)
Си является возможным элементом. Она может вносить вклад в увеличение твердости и стойкости стали к коррозии. Если ее используют, предпочтительный интервал составляет 0,02-2% и наиболее предпочтительный интервал составляет 0,04-1,6%. Однако, невозможно экстрагировать медь из стали после того, как она была добавлена. Это делает существенно более трудной разделку лома. По этой причине медь обычно сознательно не добавляют.C is a possible element. It can contribute to an increase in the hardness and corrosion resistance of steel. If used, the preferred range is 0.02-2% and the most preferred range is 0.04-1.6%. However, it is not possible to extract copper from steel after it has been added. This makes scrap scrap much more difficult. For this reason, copper is usually not deliberately added.
Кобальт (≤10,0%)Cobalt (≤10.0%)
Со является возможным элементом. Он вносит вклад в увеличение твердости мартенсита. Максимальное количество составляет 10% и, если он добавлен, эффективное количество составляет от примерно 4 до 6%. Однако, из практических соображений, таких как переработка металлолома, не осуществляют преднамеренного добавления Со. Предпочтительное максимальное содержание составляет 0,2%.Co is a possible element. It contributes to an increase in the hardness of martensite. The maximum amount is 10% and, if added, the effective amount is from about 4 to 6%. However, for practical reasons, such as the processing of scrap metal, do not intentionally add Co. The preferred maximum content is 0.2%.
Сера (≤0,5%)Sulfur (≤0.5%)
S вносит вклад в улучшение способности к механической обработке стали. При более высоких содержаниях серы существует опасность хрупкости стали при температуре красного каления. Помимо этого, высокое содержание серы может оказывать негативное влияние на усталостные свойства стали. Сталь поэтому должна содержать ≤0,5%, предпочтительно ≤0,035% серы.S contributes to improving the machining ability of steel. At higher sulfur contents, there is a risk of steel brittleness at a red heat. In addition, a high sulfur content can adversely affect the fatigue properties of steel. Steel should therefore contain ≤0.5%, preferably ≤0.035% sulfur.
Be, Bi, Se, Mg и РЗМ (редкоземельные металлы)Be, Bi, Se, Mg and REM (rare earth metals)
Эти элементы можно добавлять в сталь в заявленных количествах, чтобы дополнительно улучшить способность к механической обработке, обрабатываемость в горячем состоянии и/или свариваемость.These elements can be added to the steel in the declared amounts in order to further improve the machinability, hot workability and / or weldability.
Бор (≤0,01%)Boron (≤0.01%)
Бор можно использовать для того, чтобы дополнительно увеличить твердость стали. Его количество ограничено 0,01%, предпочтительно ≤0,004%.Boron can be used to further increase the hardness of steel. Its amount is limited to 0.01%, preferably ≤0.004%.
Ti, Zr, Al и ТаTi, Zr, Al and Ta
Эти элементы являются карбидообразующими и могут присутствовать в сплаве в заявленных интервалах для изменения состава твердых фаз. Однако, обычно никакой их этих элементов не добавляют.These elements are carbide-forming and may be present in the alloy at the stated intervals to change the composition of the solid phases. However, usually none of these elements are added.
Твердые фазыSolid phases
Общее содержание твердых фаз MX, М2Х, М23С6 и М7С3 не должно превышать 50 об. %, где М является одним или более из указанных выше металлов, в частности V, Мо и/или Сr, и X представляет собой С, N и/или В, и где содержания указанных твердых фаз удовлетворяет следующим требованиям (в об. %):The total solids content of MX, M 2 X, M 23 C 6 and M 7 C 3 must not exceed 50 vol. %, where M is one or more of the above metals, in particular V, Mo and / or Cr, and X represents C, N and / or B, and where the content of these solid phases satisfies the following requirements (in vol.%) :
Более предпочтительно содержание MX составляет 5-15 об.%, содержание М2Х составляет <3 об. % и содержание М23С6+М7С3 составляет ≤3 об. %. Наиболее предпочтительно сталь не содержит компонент М7С3.More preferably, the MX content is 5-15 vol.%, The content of M 2 X is <3 vol. % and the content of M 23 C 6 + M 7 C 3 is ≤3 vol. % Most preferably, the steel does not contain component M 7 C 3 .
ЭСТКEstc
Эквивалент стойкости к точечной коррозии (ЭСТК) часто используют для количественного определения стойкости к точечной коррозии нержавеющих сталей. Более высокое значение указывает на более высокую стойкость к точечной коррозии. Для мартенситных нержавеющих сталей с высоким содержанием азота можно использовать следующее выражение The pitting resistance equivalent (PSTC) is often used to quantify pitting resistance of stainless steels. A higher value indicates a higher resistance to pitting corrosion. For martensitic stainless steels with a high nitrogen content, the following expression can be used
где и являются вычисленными равновеснымисодержаниями растворенными в матрице при температуре аустенизации (ТА), и где содержание растворенного в аустените хрома составляет по меньшей мере 13%. Растворенные содержания можно вычислить с помощью программного обеспечения Thermo-Calc для действительной температуры аустенизации (ТА) и/или измерить в стали после быстрого охлаждения.Where and are the calculated equilibrium contents dissolved in the matrix at the austenitization temperature (T A ), and where the content of chromium dissolved in austenite is at least 13%. Dissolved contents can be calculated using Thermo-Calc software for the actual austenitization temperature (T A ) and / or measured in steel after rapid cooling.
Температура аустенизации (ТА) находится в диапазоне 950-1200°С, обычно 1080-1150°С.The austenitization temperature (T A ) is in the range of 950-1200 ° C, usually 1080-1150 ° C.
Из приведенных выше рассуждений следует, что состав аустенита при температуре аустенизации может оказывать значительное влияние на стойкость стали к точечной коррозии. Низший предел для вычисленного значения ЭСТК может составлять 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 или 33.From the above reasoning it follows that the composition of austenite at austenitizing temperature can have a significant effect on the resistance of pitting to steel. The lowest limit for the calculated ESTC value may be 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, or 33.
Нержавеющие стали с высоким содержанием азота основаны на замещении углерода азотом. Путем замещения большей части углерода азотом можно заместить богатые хромом карбиды типа М7С3 и М23С6 очень стабильными твердыми частицами типа MN нитридов. Количество Сr, Мо и N в твердом растворе при температуре закалки следовательно очень сильно возрастает, потому что меньше хрома связывается в твердой фазе и потому что карбиды типа М7С3 и М23С6 не обладают какой-либо растворимостью для азота. В результате больше хрома остается в твердом растворе и упрочняется тонкая богатая хромом пассивирующая поверхностная пленка, что приводит к повышенной стойкости к общей коррозии и точечной коррозии. Соответственно, следует ожидать, что стойкость к точечной коррозии должна уменьшаться, если углерод замещает часть азота. Известные в уровне техники нержавеющие стали с высоким содержанием азота поэтому имеют низкое содержание углерода.High nitrogen stainless steels are based on the replacement of carbon with nitrogen. By replacing most of the carbon with nitrogen, one can replace chromium-rich carbides of the M 7 C 3 and M 23 C 6 type with very stable MN type nitride solid particles. The amount of Cr, Mo, and N in the solid solution at the quenching temperature therefore increases very much because less chromium binds in the solid phase and because carbides of the type M 7 C 3 and M 23 C 6 do not have any solubility for nitrogen. As a result, more chromium remains in the solid solution and hardens a thin chromium-rich passivating surface film, which leads to increased resistance to general corrosion and pitting. Accordingly, pitting resistance should be expected to decrease if carbon replaces part of the nitrogen. High-nitrogen stainless steels known in the art therefore have a low carbon content.
Однако, авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что можно увеличить стойкость к коррозии путем повышения содержания углерода до примерно 0,3%, как будет обсуждено в связи с примерами.However, the inventors of the present invention unexpectedly discovered that corrosion resistance can be increased by increasing the carbon content to about 0.3%, as will be discussed in connection with the examples.
Производство сталиSteel production
Инструментальную сталь, имеющую заявленный химический состав, можно получить путем обычного газового распыления, за которым следует азотирование порошка перед ГИП. Содержание азота в стали после газового распыления обычно составляет менее 0,2%. Остальной азот затем добавляют в течение азотирования порошка. После затвердевания сталь можно использовать в той форме, что реализована путем ГИП, или придать стали требуемую форму. Обычно сталь подвергают закалке и отпуску перед использованием. Аустенизацию можно выполнять путем отжига при температуре (ТА) аустенизации в интервале 950-1200°С, обычно 1080-1150°С. Обычной обработкой является отжиг при 1080°С в течение 30 минут. Сталь можно закалить путем быстрого охлаждения в вакуумной печи путем глубокого охлаждения в жидком азоте и затем подвергнуть отпуску при 200°С 2 раза по 2 часа (2×2 ч).Tool steel having the declared chemical composition can be obtained by conventional gas spraying, followed by nitriding of the powder before the ISU. The nitrogen content in steel after gas spraying is usually less than 0.2%. The remaining nitrogen is then added during nitriding of the powder. After hardening, steel can be used in the form that is implemented by the ISU, or to give the desired shape to the steel. Steel is usually hardened and tempered before use. Austenization can be performed by annealing at a temperature (T A ) of austenization in the range of 950-1200 ° C, usually 1080-1150 ° C. A common treatment is annealing at 1080 ° C for 30 minutes. Steel can be hardened by rapid cooling in a vacuum oven by deep cooling in liquid nitrogen and then subjected to tempering at 200 °
Пример 1Example 1
В этом примере сталь по изобретению сравнивают со сталью, имеющей более низкое содержание углерода и другое соотношение углерода и азота. Обе стали были получены с помощью порошковой металлургии.In this example, the steel of the invention is compared with steel having a lower carbon content and a different ratio of carbon to nitrogen. Both steels were obtained using powder metallurgy.
Основные составы для сталей расплавляли и подвергали газовому распылению. Затем полученные порошки подвергали азотированию, чтобы ввести требуемое количество азота в порошки. Содержание азота увеличивали от примерно 0,1% до соответствующего содержания.The basic compositions for steels were melted and gas sprayed. Then, the obtained powders were nitrided to introduce the required amount of nitrogen into the powders. The nitrogen content was increased from about 0.1% to the corresponding content.
После азотирования порошки трансформировали в изотропные твердые стальные тела путем обычного горячего изостатического прессования (ГИП) при 1100°С в течение 2 часов. Приложенное давление составляло 100 МПа.After nitriding, the powders were transformed into isotropic solid steel bodies by conventional hot isostatic pressing (HIP) at 1100 ° C for 2 hours. The applied pressure was 100 MPa.
Полученные таким образом стали имели следующие составы (в масс. %)Thus obtained steel had the following compositions (in wt.%)
остальное составляли железо и примеси.the rest was iron and impurities.
Стали аустенизировали при 1080°С в течение 30 минут и закаляли путем быстрого охлаждения с помощью глубокого охлаждения в жидком азоте в вакуумной печи, после чего подвергали отпуску при 200°С 2 раза по 2 часа (2×2 ч). Сталь по изобретению имела твердость 60 HRC (твердость по Роквеллу по шкале С) и сравнительная сталь имела твердость 58 HRC.The steel was austenized at 1080 ° C for 30 minutes and quenched by rapid cooling using deep cooling in liquid nitrogen in a vacuum oven, after which it was tempered at 200 °
Микроструктура сплава состояла из отпущенного мартенсита и твердых фаз. В микроструктуре обеих сталей были идентифицированы две отчетливые твердые фазы: MX и М2Х.The microstructure of the alloy consisted of tempered martensite and solid phases. Two distinct solid phases were identified in the microstructure of both steels: MX and M 2 X.
В сравнительной стали гексагональная М2Х была основной фазой и гранецентрированная кубическая MX фаза была в меньшинстве. Однако, в стали по изобретению MX была основной фазой и М2Х была фазой, представленной в меньшинстве.In comparative steel, the hexagonal M 2 X was the main phase and the face-centered cubic MX phase was in the minority. However, in the steel of the invention, MX was the main phase and M 2 X was a minority phase.
Подверженность материалов точечной коррозии экспериментально исследовали с помощью кривой анодной поляризации. Электрохимическую ячейку с насыщенным Ag/AgCl электродом сравнения и углеродным ячеистым противоэлектродом использовали для циклических поляризационных измерений. Для измельченного до 500 меш образца сперва регистрировали потенциал разомкнутой цепи (ПРЦ) с помощью раствора 0,1М NaCl, чтобы убедиться в том, что достигнут стабильный потенциал. Затем выполняли циклические поляризационные измерения со скоростью сканирования 10 мВ/мин. Начальный потенциал составлял -0,2 В относительно ПРЦ и конечный потенциал устанавливали на уровне ПРЦ. Путем выбора настройки программного обеспечения сканирование потенциала в сторону увеличения автоматически изменялось на противоположное, когда плотность анодного тока достигала 0,1 мА/см2.The susceptibility of pitting materials was experimentally investigated using an anodic polarization curve. An electrochemical cell with a saturated Ag / AgCl reference electrode and a carbon cellular counter electrode was used for cyclic polarization measurements. For a sample crushed to 500 mesh, the open-circuit potential (RPC) was first recorded with a 0.1 M NaCl solution to ensure that a stable potential was achieved. Then, cyclic polarization measurements were performed with a scanning speed of 10 mV / min. The initial potential was -0.2 V relative to the PRC and the final potential was set at the level of the PRC. By choosing the software setting, the potential scan upward was automatically reversed when the anode current density reached 0.1 mA / cm 2 .
На Фиг. 1 описана схематическая кривая анодной поляризации и информация, которую можно получить из данной кривой. Прямое сканирование дает информацию о начале точечной коррозии и обратное сканирование обеспечивает информацию о поведении репассивирования сплавов. Еb представляет собой значение потенциала для точечного коррозионного разрушения, выше которого возникают новые коррозионные язвы и существующие коррозионные язвы распространяются. По мере уменьшения потенциала при обратном сканировании, имеется уменьшение плотности тока. Сплав репассивируется, когда обратное сканирование пересекает прямое сканирование. Ер является потенциалом репассивирования или защитным потенциалом, то есть потенциалом, ниже которого не происходит никакой точечной коррозии. Разница между Еb и Ер характеризует подверженность точечной и контактной коррозии. Чем больше разница, тем больше подверженность.In FIG. 1, a schematic curve of the anodic polarization and information that can be obtained from this curve are described. Direct scanning provides information on the onset of pitting and reverse scanning provides information on the behavior of alloy passivation. Еb represents the value of the potential for pitting corrosion, above which new corrosion ulcers arise and existing corrosion ulcers spread. As the potential decreases during reverse scanning, there is a decrease in current density. The alloy is repassivated when the reverse scan crosses the forward scan. Ep is the potential for repassivation or protective potential, that is, the potential below which no pitting occurs. The difference between Еb and ЕР characterizes susceptibility to pitting and contact corrosion. The greater the difference, the greater the exposure.
В таблице 1 показано, что сталь по изобретению с повышенным содержанием углерода имеет меньшую склонность подвергаться локальной коррозии, а также что сталь по изобретению также репассивируется более легко, чем сравнительная сталь. Соответственно, сталь по изобретению намного менее чувствительна к точечной и контактной коррозии.Table 1 shows that the steel according to the invention with a higher carbon content is less prone to local corrosion, and also that the steel according to the invention is also more easily passivated than comparative steel. Accordingly, the steel of the invention is much less sensitive to pitting and contact corrosion.
Эти результаты были полностью неожиданными, потому что сталь по изобретению имела более низкие содержания Сr, Мо и N чем сравнительная сталь. Причины этого в настоящее время не вполне понятны. Однако, авторы настоящего изобретения предполагают, что данные различия могут быть связаны с типом и количеством твердых фаз, остающихся в стали после аустенизации и быстрого охлаждения.These results were completely unexpected, because the steel according to the invention had lower Cr, Mo and N contents than comparative steel. The reasons for this are currently not well understood. However, the authors of the present invention suggest that these differences may be related to the type and amount of solid phases remaining in the steel after austenization and rapid cooling.
Пример 2Example 2
Влияние относительных количеств углерода и азота на образование различных твердых фаз в стали вычисляли в Thermo-Calc для сталей, имеющих различные содержания С и N и следующий основной состав в масс. %: Сr 19,8, Мо 2,5, V 2,75, Si 0,3, Мn 0,3, остальное Fe.The effect of the relative amounts of carbon and nitrogen on the formation of various solid phases in the steel was calculated in Thermo-Calc for steels having different contents of C and N and the following basic composition in mass. %: Cr 19.8, Mo 2.5, V 2.75, Si 0.3, Mn 0.3, the rest Fe.
Таблица 2. Результаты примера 2 при 1080°С.Table 2. The results of example 2 at 1080 ° C.
Концентрации элементов в масс.%. Твердые фазы в об. %. и обозначают вычисленные растворенные содержания данных элементов в матрице при 1080°С. ЭСТК вычисляют из растворенных содержаний компонентов.The concentration of elements in wt.%. Solid phases in vol. % and denote the calculated dissolved contents of these elements in the matrix at 1080 ° C. ESTC is calculated from the dissolved contents of the components.
На Фиг. 2 показано количество твердых фаз в зависимости от отношения C/N, и можно видеть, что количество М2Х быстро уменьшается с увеличением отношения C/N. Однако, М23С6 начинает образовываться уже при отношении C/N, составляющим примерно 0,25.In FIG. 2 shows the amount of solid phases as a function of the C / N ratio, and it can be seen that the amount of M 2 X decreases rapidly with increasing C / N ratio. However, M 23 C 6 begins to form already at a C / N ratio of approximately 0.25.
На Фиг. 3 показаны вычисленные значения ЭСТК в зависимости от отношения C/N, и можно видеть, что наибольшие величины получают для сталей по изобретению.In FIG. 3 shows the calculated values of ESTC depending on the C / N ratio, and it can be seen that the highest values are obtained for the steels according to the invention.
Пример 3Example 3
Влияние относительных количеств углерода и азота на образование различных твердых фаз в стали вычисляли в Thermo-Calc для сталей, имеющих различные содержания С и N и следующий основной состав, в масс. %: Сr 18,2, Мо 1,04, V 3,47, Si 0,3, Мn 0,3, остальное Fe.The effect of the relative amounts of carbon and nitrogen on the formation of various solid phases in the steel was calculated in Thermo-Calc for steels having different contents of C and N and the following basic composition, in mass. %: Cr 18.2, Mo 1.04, V 3.47, Si 0.3, Mn 0.3, the rest Fe.
Таблица 3. Результаты примера 3 при 1080°С. Концентрации элементов в масс. %. Твердые фазы в об. %. и обозначают вычисленные растворенные содержания данных элементов в матрице при 108°С. ЭСТК вычисляют из растворенных содержаний компонентов.Table 3. The results of example 3 at 1080 ° C. The concentration of elements in the mass. % Solid phases in vol. % and denote the calculated dissolved contents of these elements in the matrix at 108 ° C. ESTC is calculated from the dissolved contents of the components.
На Фиг. 4 показано количество твердых фаз в зависимости от отношения C/N, и можно видеть, что количество М2Х очень быстро уменьшается с увеличением отношения C/N. Также можно видеть, что М23С6 начинает образовываться уже при отношении C/N, составляющим примерно 0,3.In FIG. 4 shows the amount of solid phases depending on the C / N ratio, and it can be seen that the amount of M 2 X decreases very rapidly with increasing C / N ratio. You can also see that M 23 C 6 begins to form already at a C / N ratio of approximately 0.3.
На Фиг. 5 показаны вычисленные значения ЭСТК в зависимости от отношения C/N, и снова можно видеть, что наибольшие величины получают для сталей по изобретению.In FIG. 5 shows the calculated ESTC values as a function of the C / N ratio, and again it can be seen that the highest values are obtained for the steels of the invention.
Эти результаты подтверждают, что надлежащий баланс углерода и азота является существенным признаком настоящего изобретения. Тщательно регулируемое увеличение содержания углерода можно осуществить без получения проблем с карбидами типа М23С6 и М7Сз в стали. Эти результаты также показывают, что если содержания углерода и азота регулируют как определено в формуле изобретения, тогда количество гексагональной фазы М2Х уменьшается после закалки. Эту фазу в основном называют Cr2N, однако она может также включать существенное количество Мо. Уменьшение количества М2Х является результатом растворения в течение аустенизации. Хотя часть этих элементов при определенных условиях можно обнаружить в повышенной доле MX (Фиг. 2), должно быть ясно, что растворение М2Х приводит к повышенному количеству растворенных в матрице Сr, Мо и N с соответствующим увеличением ЭСТК до определенного предела. После этого значение ЭСТК уменьшается в результате образования М23С6, потому что указанная фаза богата Сr и Мо.These results confirm that an appropriate balance of carbon and nitrogen is an essential feature of the present invention. A carefully controlled increase in carbon can be achieved without problems with carbides of the type M 23 C 6 and M 7 Cz in steel. These results also show that if the carbon and nitrogen contents are controlled as defined in the claims, then the amount of hexagonal phase M 2 X decreases after quenching. This phase is mainly called Cr 2 N, however, it may also include a significant amount of Mo. The decrease in the amount of M 2 X is the result of dissolution during austenization. Although part of these elements under certain conditions can be found in the increased proportion of MX (Fig. 2), it should be clear that the dissolution of M 2 X leads to an increased amount of Cr, Mo and N dissolved in the matrix with a corresponding increase in ECC to a certain limit. After that, the value of ECC decreases as a result of the formation of M 23 C 6 , because this phase is rich in Cr and Mo.
Другой механизм, который может вносить вклад в улучшенную стойкость к коррозии, описанный в таблице 1 и на Фиг. 1, может состоять в том, что граничные области, окружающие твердую фазу М2Х, могут быть обеднены Сr и Мо из-за образования богатой Сr и Мо М2Х.Another mechanism that can contribute to the improved corrosion resistance described in Table 1 and in FIG. 1 may consist in the fact that the boundary regions surrounding the solid phase M 2 X may be depleted in Cr and Mo due to the formation of rich Cr and Mo M 2 X.
Другой возможный механизм, который может влиять на стойкость к коррозии, заключается в том, что повышенное содержание углерода в твердой фазе MX может приводить к более низкой растворимости Сr в этой фазе. Это должно приводить к пониженной объемной доли MX и большему удерживанию хрома в твердом растворе, что помогает улучшить стойкость к коррозии.Another possible mechanism that can influence corrosion resistance is that an increased carbon content in the MX solid phase can lead to lower solubility of Cr in this phase. This should result in a lower MX volume fraction and greater retention of chromium in the solid solution, which helps to improve corrosion resistance.
Соответственно, в настоящем изобретении обеспечивают предоставление получаемой путем порошковой металлургии (ПМ) легированной азотом инструментальной стали для холодной обработки, имеющей улучшенную стойкость к коррозии в сочетании с высокой твердостью.Accordingly, the present invention provides for the provision of powder metallurgy (PM) nitrogen-alloyed cold work tool steels having improved corrosion resistance combined with high hardness.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Инструментальная сталь для холодной обработки по настоящему изобретению особенно подходит в применениях, требующих хорошей износостойкости в сочетании с высокой стойкостью к точечной коррозии.The cold working tool steel of the present invention is particularly suitable in applications requiring good wear resistance combined with high pitting resistance.
Claims (22)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE1351164 | 2013-10-02 | ||
SE1351164-7 | 2013-10-02 | ||
PCT/SE2014/051143 WO2015050496A1 (en) | 2013-10-02 | 2014-10-02 | Corrosion and wear resistant cold work tool steel |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016109549A RU2016109549A (en) | 2017-11-10 |
RU2016109549A3 RU2016109549A3 (en) | 2018-06-29 |
RU2675308C2 true RU2675308C2 (en) | 2018-12-18 |
Family
ID=51690837
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016109549A RU2675308C2 (en) | 2013-10-02 | 2014-10-02 | Corrosion and wear resistant cold work tool steel |
Country Status (17)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20160214177A1 (en) |
EP (1) | EP2857126B1 (en) |
JP (1) | JP6488287B2 (en) |
KR (1) | KR102256012B1 (en) |
CN (1) | CN105705667B (en) |
AU (1) | AU2014330080B2 (en) |
BR (1) | BR112016007332B1 (en) |
CA (1) | CA2924877C (en) |
DK (1) | DK2857126T3 (en) |
ES (1) | ES2588539T3 (en) |
HU (1) | HUE030403T2 (en) |
MX (1) | MX380861B (en) |
PL (1) | PL2857126T3 (en) |
PT (1) | PT2857126T (en) |
RU (1) | RU2675308C2 (en) |
TW (1) | TWI638054B (en) |
WO (1) | WO2015050496A1 (en) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11179778B2 (en) * | 2013-12-20 | 2021-11-23 | Höganäs Ab (Publ) | Method for producing a sintered component and a sintered component |
CN105177437A (en) * | 2015-09-24 | 2015-12-23 | 安庆市灵宝机械有限责任公司 | Wear resistant and corrosion resistant alloy steel |
JP7167428B2 (en) * | 2017-11-10 | 2022-11-09 | 昭和電工マテリアルズ株式会社 | Iron-based sintered alloy material and its manufacturing method |
RU2651071C1 (en) * | 2017-11-27 | 2018-04-18 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Iron-based alloy |
CN108893673A (en) * | 2018-06-04 | 2018-11-27 | 江苏新华合金电器有限公司 | Evaporator pull rod and pull-rod nut 12Cr13 bar and preparation method thereof |
KR102146354B1 (en) * | 2019-11-19 | 2020-08-20 | 주식회사 첼링 | Kitchen Knife having a good Abrasion and corrosion Resistance and Manufacturing Method the same |
CN113215482B (en) * | 2021-03-22 | 2022-05-20 | 武汉钜能科技有限责任公司 | Wear-resistant cold-work tool steel |
CN114318164B (en) * | 2021-03-22 | 2023-01-20 | 武汉钜能科技有限责任公司 | Wear-resistant corrosion-resistant tool steel |
CN114318131B (en) * | 2021-03-22 | 2023-01-20 | 武汉钜能科技有限责任公司 | Wear-resistant alloy |
CN113416831A (en) * | 2021-05-27 | 2021-09-21 | 中钢集团邢台机械轧辊有限公司 | Heat treatment process method for wide aluminum cold-rolled working roll |
CN114150130B (en) * | 2021-12-01 | 2023-09-08 | 宁波江丰热等静压技术有限公司 | Heat treatment method and application of plate for hot isostatic pressing lifting appliance |
WO2023141206A1 (en) * | 2022-01-19 | 2023-07-27 | Maclean-Fogg Company | 3d printed metallic tool die |
CN114774643A (en) * | 2022-05-10 | 2022-07-22 | 无锡亿宝机械设备有限公司 | Improved heat treatment method for M42 material full-hardened working roll |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4121929A (en) * | 1976-02-12 | 1978-10-24 | Kobe Steel, Ltd. | Nitrogen containing high speed steel obtained by powder metallurgical process |
WO2003069004A1 (en) * | 2002-02-15 | 2003-08-21 | Uddeholm Tooling Aktiebolag | High chromium and carbide rich tool steel made by powder metallurgi and tool made of the steel |
WO2007024192A1 (en) * | 2005-08-24 | 2007-03-01 | Uddeholm Tooling Aktiebolag | Steel alloy and tools or components manufactured out of the steel alloy |
RU2415961C2 (en) * | 2005-08-18 | 2011-04-10 | Эрастеел Клостер Актиеболаг | Steel produced by powder metallurgy procedure, tool including steel and procedure for fabrication of tool |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5247506A (en) * | 1975-10-13 | 1977-04-15 | Kobe Steel Ltd | Nitrogen-containing powder-sintered high speed steel |
SE456650C (en) * | 1987-03-19 | 1989-10-16 | Uddeholm Tooling Ab | POWDER METAL SURGICAL PREPARED STEEL STEEL |
DE4231695C2 (en) * | 1992-09-22 | 1994-11-24 | Ver Schmiedewerke Gmbh | Use of steel for tools |
JP4441947B2 (en) * | 1999-05-20 | 2010-03-31 | 日本精工株式会社 | Rolling bearing |
SE526249C2 (en) | 2003-12-05 | 2005-08-02 | Erasteel Kloster Ab | Steel material and use of this material |
JP2007009321A (en) * | 2005-06-02 | 2007-01-18 | Daido Steel Co Ltd | Steel for plastic molding die |
SE533988C2 (en) * | 2008-10-16 | 2011-03-22 | Uddeholms Ab | Steel material and process for making them |
US8182617B2 (en) * | 2010-10-04 | 2012-05-22 | Moyer Kenneth A | Nitrogen alloyed stainless steel and process |
SE536596C2 (en) * | 2011-03-04 | 2014-03-18 | Uddeholms Ab | Hot work steel and a process for producing a hot work steel |
-
2014
- 2014-10-02 AU AU2014330080A patent/AU2014330080B2/en not_active Ceased
- 2014-10-02 PL PL14187555.9T patent/PL2857126T3/en unknown
- 2014-10-02 WO PCT/SE2014/051143 patent/WO2015050496A1/en active Application Filing
- 2014-10-02 RU RU2016109549A patent/RU2675308C2/en active
- 2014-10-02 KR KR1020167011377A patent/KR102256012B1/en active Active
- 2014-10-02 PT PT141875559T patent/PT2857126T/en unknown
- 2014-10-02 CN CN201480054689.4A patent/CN105705667B/en active Active
- 2014-10-02 BR BR112016007332-0A patent/BR112016007332B1/en active IP Right Grant
- 2014-10-02 JP JP2016520067A patent/JP6488287B2/en active Active
- 2014-10-02 EP EP14187555.9A patent/EP2857126B1/en active Active
- 2014-10-02 US US14/917,521 patent/US20160214177A1/en not_active Abandoned
- 2014-10-02 MX MX2016004080A patent/MX380861B/en unknown
- 2014-10-02 HU HUE14187555A patent/HUE030403T2/en unknown
- 2014-10-02 ES ES14187555.9T patent/ES2588539T3/en active Active
- 2014-10-02 DK DK14187555.9T patent/DK2857126T3/en active
- 2014-10-02 TW TW103134680A patent/TWI638054B/en active
- 2014-10-02 CA CA2924877A patent/CA2924877C/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4121929A (en) * | 1976-02-12 | 1978-10-24 | Kobe Steel, Ltd. | Nitrogen containing high speed steel obtained by powder metallurgical process |
WO2003069004A1 (en) * | 2002-02-15 | 2003-08-21 | Uddeholm Tooling Aktiebolag | High chromium and carbide rich tool steel made by powder metallurgi and tool made of the steel |
RU2415961C2 (en) * | 2005-08-18 | 2011-04-10 | Эрастеел Клостер Актиеболаг | Steel produced by powder metallurgy procedure, tool including steel and procedure for fabrication of tool |
WO2007024192A1 (en) * | 2005-08-24 | 2007-03-01 | Uddeholm Tooling Aktiebolag | Steel alloy and tools or components manufactured out of the steel alloy |
RU2420602C2 (en) * | 2005-08-24 | 2011-06-10 | Уддехольмс АБ | Alloyed steel and tools or parts made out of alloyed steel |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6488287B2 (en) | 2019-03-20 |
EP2857126B1 (en) | 2016-05-25 |
BR112016007332B1 (en) | 2020-03-10 |
TWI638054B (en) | 2018-10-11 |
EP2857126A3 (en) | 2015-08-05 |
AU2014330080B2 (en) | 2017-11-23 |
DK2857126T3 (en) | 2016-07-04 |
CA2924877A1 (en) | 2015-04-09 |
MX380861B (en) | 2025-03-12 |
MX2016004080A (en) | 2016-10-13 |
CA2924877C (en) | 2022-04-26 |
AU2014330080A1 (en) | 2016-03-24 |
WO2015050496A1 (en) | 2015-04-09 |
PT2857126T (en) | 2016-08-18 |
RU2016109549A (en) | 2017-11-10 |
RU2016109549A3 (en) | 2018-06-29 |
EP2857126A2 (en) | 2015-04-08 |
TW201522664A (en) | 2015-06-16 |
US20160214177A1 (en) | 2016-07-28 |
ES2588539T3 (en) | 2016-11-03 |
PL2857126T3 (en) | 2016-11-30 |
KR102256012B1 (en) | 2021-05-24 |
KR20160065165A (en) | 2016-06-08 |
CN105705667A (en) | 2016-06-22 |
HUE030403T2 (en) | 2017-05-29 |
BR112016007332A2 (en) | 2017-08-01 |
JP2016537503A (en) | 2016-12-01 |
CN105705667B (en) | 2017-11-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2675308C2 (en) | Corrosion and wear resistant cold work tool steel | |
RU72697U1 (en) | STAINLESS STEEL HIGH STRENGTH STEEL BAR | |
EP2455508B1 (en) | High strength / corrosion-resistant,.austenitic stainless steel with carbon - nitrogen complex additive, and method for manufacturing same | |
EP1721999A1 (en) | Corrosion and wear resistant alloy | |
KR102464899B1 (en) | Precipitation hardening steel and its manufacture | |
EP3034211A1 (en) | A wear resistant tool steel produced by HIP | |
EP3169821B1 (en) | Cold work tool steel | |
JP3768091B2 (en) | High strength and high corrosion resistance martensitic stainless steel and manufacturing method thereof | |
CN108368592A (en) | Economizing type two phase stainless steel with improved corrosion resistance and processability and its manufacturing method | |
CN112458366B (en) | Stainless steel with high tissue stability in marine environment and manufacturing method thereof | |
RU2823412C1 (en) | Article in form of rod for manufacture of parts of electric submersible plants for extraction of oil from alloy based on iron and chromium | |
CN106164312B (en) | cold work tool steel | |
JP7253479B2 (en) | high strength steel plate | |
KR100329380B1 (en) | Super martensitic stainless steel | |
CN114214572A (en) | High-strength and high-toughness corrosion-resistant steel suitable for marine environment and preparation method thereof | |
JP2013117054A (en) | Precipitation hardening stainless steel | |
JP2013221158A (en) | Precipitation hardening stainless steel |