RU2437951C2

RU2437951C2 - Steel for cold treatment of metals

Info

Publication number: RU2437951C2
Application number: RU2008136562/02A
Authority: RU
Inventors: Магнус ТИДЕСТЕН (SE); Магнус ТИДЕСТЕН; Леннарт ЙЁНСОН (SE); Леннарт ЙЁНСОН; Одд САНДБЕРГ (SE); Одд САНДБЕРГ
Original assignee: Уддехольмс АБ
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2011-12-27
Also published as: WO2007120110A1; MX2008012947A; JP2009533554A; SE0600841L; CN101421430A; EP2004870B1; CA2644363A1; EP2004870A4; AU2007239111B2; JP5323679B2; TW200745352A; EP2004870A1; BRPI0709944A2; RU2008136562A; CN101421430B; TWI365916B; AU2007239111A1; US20090010795A1; KR20080110674A

Abstract

FIELD: metallurgy. ^ SUBSTANCE: steel contains, wt %: 1.3 - 2.4 (C+N); where there are at least 0.5 C; 0.1-1.5 Si; 0.1-1.5 Mn; 4.0-5.5 Cr; 1.5-3.6 (Mo+W/2), but maximum 0.5 W; 4.8 - 6.3 (V+Nb/2), but maximum 2 Nb; and maximum 0.3 S, the rest - in essence is iron and impurities. Contents of (C+N) and (V+Nb/2) are balanced relative to each other so, that contents of these elements is in a region limited with coordinates A: [1.38; 4.8], B [1.78; 4.8], C: [2.32; 6.3], D: [1.92, 6.3], in the system of coordinates [(C+N), (V+Nb/2)], as shown at dwg. Upon quenching from temperature 980-1050C and tempering microstructure of steel contains tempered martensite and 8-13 vol % of uniformly distributed in it MX-carbides, -nitrides and/or carbonitrides, where M in essence corresponds to vanadium, while X is carbon and/or nitrogen. At least 90 vol. % of carbides, nitrides and/or carbonitrides have equivalent diametre Deq less, than 3.0 mcm. ^ EFFECT: steel possesses high wear resistance, viscosity, plasticity, hardness and hardenability. ^ 22 cl, 15 dwg, 3 tbl

Description

Данное изобретение относится к стали для холодной обработки металлов, то есть стали, предназначенной для применения при обработке в холодных условиях рабочего материала. Типичными примерами такого применения стали являются инструменты для резки и вырубки; нарезки резьбы (винторезные головки и метчики); холодной экструзии, прессования порошка, глубокой вытяжки, холодной объемной штамповки. Данное изобретение также относится к способу обработки металлического рабочего материала или прессования порошков посредством инструмента, содержащего данную сталь, а также к способу получения этой стали.This invention relates to steel for cold working of metals, that is, steel intended for use in processing in cold conditions of the working material. Typical examples of such steel applications are cutting and punching tools; threading (screw heads and taps); cold extrusion, powder pressing, deep drawing, cold forming. This invention also relates to a method for processing metal working material or pressing powders by means of a tool containing this steel, as well as to a method for producing this steel.

Имеются разнообразные требования к высококачественным сталям для холодной обработки, такие как соответствующая применению твердость, хорошая стойкость к износу и высокая вязкость/пластичность. Для оптимальных характеристик инструмента важно, чтобы эти свойства были обеспечены. VANADIS^® 4 представляет собой изготовленную методом порошковой металлургии сталь для холодной обработки, которую изготавливает и продает настоящий заявитель и которая обладает таким сочетанием износостойкости и вязкости/пластичности, которое считается превосходным для высококачественного инструмента. Номинальный состав этой стали, мас.%, является следующим: 1,5 С; 1,0 Si; 0,4 Mn; 8,0 Cr; 1,5 Мо; 4,0 V, остальное - железо и неизбежные примеси. Эта сталь особенно пригодна для применений, где преобладающими проблемами являются адгезионный/абразивный износ или выкрашивание, то есть для мягких/липких рабочих материалов, таких как аустенитные нержавеющие стали, простые углеродистые стали, алюминий, медь и т.д., а также для толстых рабочих материалов. Типичные примеры инструментов для работы в холодных условиях, для которых можно применять эту сталь, приведены выше во введении. В целом, можно утверждать, что VANADIS^® 4, которая является объектом изобретения по шведскому патенту №457356, характеризуется хорошей износостойкостью, высокой прочностью при сжатии, высокой прокаливаемостью, прекрасной вязкостью, прекрасной стабильностью размеров при термообработке и хорошей устойчивостью по отношению к отпуску, то есть всеми свойствами, которые важны для высококачественной стали для холодной обработки.There are various requirements for high quality steels for cold working, such as appropriate hardness, good wear resistance and high toughness / ductility. For optimal tool performance, it is important that these properties are ensured. VANADIS ^® 4 is a powder metallurgical steel for cold working manufactured and sold by the present applicant and which has such a combination of wear resistance and toughness / ductility that is considered excellent for a high quality tool. The nominal composition of this steel, wt.%, Is as follows: 1.5 C; 1.0 Si; 0.4 Mn; 8.0 Cr; 1.5 mo; 4.0 V, the rest is iron and inevitable impurities. This steel is particularly suitable for applications where the predominant problems are adhesive / abrasive wear or chipping, i.e. for mild / sticky working materials such as austenitic stainless steels, simple carbon steels, aluminum, copper, etc., as well as for thick working materials. Typical examples of tools for working in cold conditions, for which this steel can be used, are given above in the introduction. In General, it can be argued that VANADIS ^® 4, which is the object of the invention according to the Swedish patent No. 457356, is characterized by good wear resistance, high compressive strength, high hardenability, excellent viscosity, excellent dimensional stability during heat treatment and good resistance to tempering, then There are all the properties that are important for stainless steel for cold working.

Заявитель производит и продает и другую изготовленную методом порошковой металлургии сталь для холодной обработки VANADIS^® 6, которая характеризуется прекрасной износостойкостью и относительно хорошей вязкостью, в результате чего эта сталь пригодна для применений, где доминирующей особенностью является абразивный износ и где изготовление происходит в длительном технологическом процессе. Номинальный состав этой стали, мас.%, представляет собой: 2,1 С; 1,0 Si; 0,4 Mn; 6,8 Cr; 1,5 Mo; 5,4 V; остальное - железо и неизбежные примеси. Стойкость к выкрашиванию, обрабатываемость материала и шлифуемость не столь хороши, как для VANADIS^®4.The Applicant also manufactures and sells another powder metallurgy steel VANADIS ^® 6, which is characterized by excellent wear resistance and relatively good toughness, as a result of which this steel is suitable for applications where abrasion is the dominant feature and where production takes place in a lengthy process . The nominal composition of this steel, wt.%, Is: 2.1 C; 1.0 Si; 0.4 Mn; 6.8 Cr; 1.5 Mo; 5.4 V; the rest is iron and inevitable impurities. Resistance to chipping, machinability and grindability are not as good as for VANADIS ^® 4.

Доработкой вышеупомянутой VANADIS^® 4 является сталь, поступающая в продажу под названием VANADIS^® 4 Extra, которая характеризуется вязкостью, которая даже лучше, чем вязкость VANADIS^® 4, а остальные ее характеристики сохранены или улучшены по сравнению с этим материалом; она имеет в принципе такую же область применения. Эта сталь имела огромный коммерческий успех, и она имеет следующий химический состав (мас.%): 1,38% С; 0,4% Si; 0,4% Mn; 4,7% Cr; 3,5% Mo; 3,7% V.A refinement of the aforementioned VANADIS ^® 4 is the steel marketed under the name VANADIS ^® 4 Extra, which is characterized by a viscosity that is even better than the viscosity of VANADIS ^® 4, and its other characteristics are retained or improved compared to this material; it has, in principle, the same scope. This steel was a huge commercial success, and it has the following chemical composition (wt.%): 1.38% C; 0.4% Si; 0.4% Mn; 4.7% Cr; 3.5% Mo; 3.7% V.

Известны несколько имеющихся в продаже сталей, которые находятся в пределах широкого диапазона составов, указанных в патенте США №4249945. На рынке имеется сталь, имеющая химический состав: 2,45 С; 0,50 Mn; 0,90 Si; 5,25 Cr; 9,75 V; 1,30 Mo и 0,07 S, и здесь также включена сталь, которая содержит 1,80 С; 0,50 Mn; 0,90 Si; 5,25 Cr; 1,30 Mo и 9,00 V. Эти стали производят методом порошковой металлургии, и они поступают в продажу для использования в применениях, которые требуют хорошей износостойкости и адекватной вязкости.Several commercially available steels are known that are within the broad range of compositions disclosed in US Pat. No. 4,249,445. There is steel on the market having a chemical composition: 2.45 C; 0.50 Mn; 0.90 Si; 5.25 Cr; 9.75 V; 1.30 Mo and 0.07 S, and steel which also contains 1.80 C is also included here; 0.50 Mn; 0.90 Si; 5.25 Cr; 1.30 Mo and 9.00 V. These steels are produced by powder metallurgy, and they are commercially available for use in applications that require good wear resistance and adequate toughness.

Из-за превосходных свойств вышеупомянутые стали VANADIS^®заняли лидирующее положение на рынке среди высококачественных сталей для холодной обработки. Вышеупомянутые конкурирующие стали также успешно продвигались на том же самом рынке. Было доказано, что VANADIS^®4 Extra обладает особенно превосходными характеристиками.Due to its superior properties, the aforementioned VANADIS ^® steels have taken a leading position in the market among high-quality steels for cold working. The aforementioned competing steels have also successfully advanced in the same market. VANADIS ^® 4 Extra has been proven to have particularly excellent performance.

Следовательно, настоящий заявитель ставит задачу обеспечения и другой высококачественной стали для холодной обработки, имеющей сочетание свойств, который значительно лучше, чем сочетание свойств у вышеупомянутых сталей. В соответствии с одним из аспектов данного изобретения эта сталь должна иметь в целом улучшенные свойства для применения, особенно по отношению к VANADIS^® 6. В соответствии с другим аспектом требовалось обеспечить сталь, имеющую хорошую износостойкость, преимущественно на таком же уровне, как у VANADIS^® 6 и VANADIS^® 10, но имеющую значительно улучшенную вязкость/ пластичность, чем у этих сталей. В соответствии с еще одним аспектом эта сталь характеризуется хорошей обрабатываемостью и повышенной износостойкостью. В соответствии с еще одним аспектом данного изобретения имеется также задача обеспечить сталь, имеющую высокую твердость, предпочтительно в сочетании с хорошей прокаливаемостью. Область применения этой стали в основном такая же, как и для VANADIS^® 4.Therefore, the present applicant sets the task of providing another high-quality steel for cold working having a combination of properties that is significantly better than the combination of properties of the above-mentioned steels. In accordance with one aspect of the present invention, this steel should have generally improved properties for use, especially with respect to VANADIS ^® 6. In accordance with another aspect, it was required to provide a steel having good wear resistance, preferably at the same level as that of VANADIS ^® 6 and VANADIS ^® 10, but having significantly improved toughness / ductility than these steels. In accordance with another aspect, this steel is characterized by good machinability and increased wear resistance. In accordance with another aspect of the present invention, there is also the task of providing steel having high hardness, preferably in combination with good hardenability. The scope of this steel is basically the same as for VANADIS ^® 4.

Целью данного изобретения является обеспечение стали, которая удовлетворяет по меньшей мере некоторым из вышеупомянутых высоких требований в отношении высококачественной стали для холодной обработки. Этого достигают посредством предназначенной для холодной обработки стали со следующим химическим составом (мас.%): 1,3-2,4 (C+N), из них по меньшей мере 0,5 С; 0,1-1,5 Si; 0,1-1,5 Mn; 4,0-5,5 Cr; 1,5-3,6 (Mo+W/2), но максимально 0,5 W; 4,8-6,3 (V+Nb/2), но максимально 2Nb и максимально 0,3S; при этом содержание (С+N), с одной стороны, и (V+Nb/2), с другой стороны, сбалансированы по отношению к друг другу таким образом, что содержания этих элементов находятся в пределах области, определенной координатами А, В, С, D, А в системе координат на Фиг.11, где координаты [(С+N), (V+Nb/2)] для этих точек составляют: А: [1,38; 4,8], В: [1,78; 4,8], С: [2,32; 6,3], D: [1,92; 6,3], остальное - по существу только железо и примеси при их нормальном содержании. Целью также является обеспечение способа обработки резанием, нарезкой, вырубкой и/или формованием в холодном состоянии металлического рабочего материала с помощью инструмента, содержащего сталь по данному изобретению, способа прессования металлического порошка инструментом, содержащим сталь по данному изобретению, и способа изготовления стали по данному изобретению.An object of the present invention is to provide a steel that satisfies at least some of the above high requirements for stainless steel for cold working. This is achieved by means of steel intended for cold working with the following chemical composition (wt.%): 1.3-2.4 (C + N), of which at least 0.5 C; 0.1-1.5 Si; 0.1-1.5 Mn; 4.0-5.5 Cr; 1.5-3.6 (Mo + W / 2), but maximum 0.5 W; 4.8-6.3 (V + Nb / 2), but maximum 2Nb and maximum 0.3S; while the content of (C + N), on the one hand, and (V + Nb / 2), on the other hand, are balanced in relation to each other so that the contents of these elements are within the region defined by the coordinates A, B, C, D, A in the coordinate system of FIG. 11, where the coordinates [(C + N), (V + Nb / 2)] for these points are: A: [1.38; 4.8], B: [1.78; 4.8], C: [2.32; 6.3], D: [1.92; 6.3], the rest is essentially only iron and impurities at their normal content. The aim is also to provide a method of cutting, cutting, cutting and / or cold forming of a metal working material using a tool containing steel according to this invention, a method of pressing a metal powder with a tool containing steel according to this invention, and a method for manufacturing steel according to this invention .

Сталь по данному изобретению изготавливают методом порошковой металлургии, что является предпосылкой для того, чтобы эта сталь в высокой степени была свободна от включений оксидов. Предпочтительно изготовление методом порошковой металлургии включает распыление газом расплава стали, с использованием азота в качестве распыляющего газа, в результате чего сплав стали получает минимальное содержание азота. Если это желательно, порошок стали можно азотировать в твердой фазе, чтобы дополнительно повысить содержание азота в стали. После этого производят уплотнение посредством горячего изостатического прессования. Сталь можно применять в этом состоянии или же после горячей штамповки/прокатки до конечных размеров.The steel according to this invention is made by powder metallurgy, which is a prerequisite for this steel to be highly free from oxide inclusions. Preferably, powder metallurgy production involves spraying a steel melt with gas using nitrogen as a spray gas, whereby the steel alloy obtains a minimum nitrogen content. If desired, the steel powder can be nitrided in the solid phase to further increase the nitrogen content in the steel. After that, compaction is carried out by means of hot isostatic pressing. Steel can be used in this state or after hot stamping / rolling to final dimensions.

Если не оговорено иное, в данном описании речь всегда идет о массовом процентом содержании в отношении химического состава стали и объемном процентном содержании в отношении структурных компонентов стали. Под обозначением МХ-карбиды, М₇Х₃-карбиды или просто карбиды всегда подразумевают карбиды, так же как и нитриды и/или карбонитриды, если не указано ничего другого. Под М₆С-карбидами всегда подразумевают только карбиды.Unless otherwise specified, this description always refers to the mass percentage of the content in relation to the chemical composition of the steel and the volume percentage of the content in relation to the structural components of the steel. Under the designation MX-carbides, M ₇ X ₃ carbides or simply carbides always mean carbides, as well as nitrides and / or carbonitrides, unless otherwise indicated. By M ₆ C-carbides is always meant only carbides.

Последующее справедливо для индивидуальных легируюищх материалов и их взаимных соотношений, а также для структуры и термообработки стали.The following is true for individual alloying materials and their mutual relations, as well as for the structure and heat treatment of steel.

Углерод, а где это приемлемо - и некоторое количество азота, должен присутствовать в стали в количестве, которое, в условиях закалки и отпуска этой стали (обычно от температуры аустенизации Т_A=1050°С), должно быть достаточным для того, чтобы, совместно с ванадием и, где это допустимо, с ниобием, образовать 8-13 мас.% МХ-карбидов, где М в основном представляет собой ванадий, а Х - углерод или азот, предпочтительно в основном углерод; и по меньшей мере 90 об.% этих карбидов имеют эквивалентный диаметр максимум 2,5 мкм, предпочтительно максимум 2,0 мкм. Такие МХ-карбиды благоприятствуют способу придавать стали желаемую износостойкость, который сам по себе известен специалистам, а также они оказывают некоторое влияние на получение более мелких зерен, а также на существование, в некоторой степени, вторичной закалки. Подбирая условия термообработки, то есть выбирая температуру аустенизации и температуру отпуска, можно изменять содержание МХ-карбидов в стали в пределах вышеуказанного интервала таким образом, что получают микроструктуру, пригодную для данных целей, которая описана более подробно в описании проведенных экспериментов и в описании прилагаемых чертежей. В дополнение к этим МХ-карбидам, сталь не должна в существенной степени содержать другие первично осажденные карбиды, такие как М₇Х₃- и М₆С-карбиды.Carbon, and where appropriate - and a certain amount of nitrogen, must be present in the steel in an amount that, under the conditions of quenching and tempering of this steel (usually from the austenization temperature T _A = 1050 ° C), should be sufficient to, together with vanadium and, where appropriate, with niobium, form 8-13 wt.% MX-carbides, where M is mainly vanadium and X is carbon or nitrogen, preferably mainly carbon; and at least 90 vol.% of these carbides have an equivalent diameter of a maximum of 2.5 microns, preferably a maximum of 2.0 microns. Such MX carbides favor the method of imparting the desired wear resistance to steel, which is known per se in the art, and they also have some effect on the production of finer grains, as well as the existence, to some extent, of secondary hardening. By choosing the heat treatment conditions, i.e., by choosing the austenitizing temperature and tempering temperature, it is possible to change the content of MX carbides in the steel within the above range so that a microstructure suitable for these purposes is obtained, which is described in more detail in the description of the experiments and in the description of the attached drawings . In addition to these MX carbides, the steel should not substantially contain other primary precipitated carbides, such as M ₇ X ₃ and M ₆ C carbides.

Предпочтительно, сталь не должна содержать больше азота, чем она неизбежно и естественно захватывает из окружающей среды и/или из добавленных исходных материалов, то есть максимум 0,12%, предпочтительно максимум приблизительно 0,10%. Однако в каком-либо возможном примере реализации сталь может содержать большее, произвольно добавленное количество азота, что можно получить твердофазным азотированием стального порошка, который применяют при изготовлении стали. В этом случае основной частью (С+N) может быть азот, что означает, что в этом случае указанный М в основном представляет собой карбонитриды ванадия, в которых азот является основным ингредиентом, совместно с ванадием, или даже представляет собой чистые нитриды ванадия, в то время как углерод существует в основном только растворенным в основе стали в условиях ее закалки или отпуска.Preferably, the steel should not contain more nitrogen than it inevitably and naturally captures from the environment and / or from the added starting materials, i.e. a maximum of 0.12%, preferably a maximum of approximately 0.10%. However, in any possible example of implementation, the steel may contain a larger, arbitrarily added amount of nitrogen, which can be obtained by solid-phase nitriding of steel powder, which is used in the manufacture of steel. In this case, the main part (C + N) can be nitrogen, which means that in this case the indicated M is mainly vanadium carbonitrides, in which nitrogen is the main ingredient, together with vanadium, or even represents pure vanadium nitrides, while carbon exists mainly only dissolved in the base of steel under conditions of its quenching or tempering.

Ванадий должен присутствовать в стали в содержании по меньшей мере 4,8%, но максимально 6,3%, для того, чтобы, совместно с углеродом и любым присутствующим азотом, образовать вышеупомянутые МХ-карбиды при общем их содержании 8-13 об.%, в условиях закалки и отпуска при использовании стали. В принципе, ванадий можно заменить ниобием, но это требует двойного количества ниобия по сравнению с ванадием, что является недостатком. Ниобий также приводит к более угловатой форме МХ-карбидов, и они становятся более крупными, чем чистые карбиды ванадия, что может вызвать трещины и выкрашивание соответственно, понижая прочность материала, что является недостатком. Соответственно, ниобий не должен присутствовать в содержании более 2%, предпочтительно максимум 1%, а допустимо - максимум 0,1%. Наиболее предпочтительно, чтобы сталь не содержала произвольно добавленного ниобия, и не следует допускать содержание его выше содержания примесей в форме остаточных элементов, поступающих из исходных материалов, включенных при изготовлении стали.Vanadium must be present in the steel in a content of at least 4.8%, but a maximum of 6.3%, in order to, together with carbon and any nitrogen present, form the aforementioned MX-carbides with a total content of 8-13 vol.% , in the conditions of hardening and tempering when using steel. In principle, vanadium can be replaced with niobium, but this requires a double amount of niobium compared to vanadium, which is a disadvantage. Niobium also leads to a more angular shape of MX carbides, and they become larger than pure vanadium carbides, which can cause cracks and spalling, respectively, reducing the strength of the material, which is a drawback. Accordingly, niobium should not be present in a content of more than 2%, preferably a maximum of 1%, and acceptable - a maximum of 0.1%. Most preferably, the steel does not contain arbitrarily added niobium, and its content should not be allowed to exceed the content of impurities in the form of residual elements coming from the starting materials included in the manufacture of steel.

Согласно одному аспекту данного изобретения содержание в стали (С+N), с одной стороны, и (V+Nb/2), с другой стороны, должно быть сбалансировано по отношению друг к другу так, чтобы содержание этих элементов находилось в пределах области, определенной координатами А, В, С, D, А в системе координат на Фиг.11, где координаты [(С+N), (V+Nb/2)] для этих точек представляют собой: А: [1,38; 4,8], В: [1,78; 4,8], С: [2,32; 6,3], D: [1,92; 6,3]. В этих пределах можно получить сталь с очень благоприятным сочетанием свойств. Подбирая условия термообработки, можно получить определенное сочетание твердости, износостойкости, пластичности и обрабатываемости. В пределах этого широкого диапазона составов обычно твердость и износостойкость увеличиваются с увеличением общего количества (С+N) и (V+Nb/2) в стали, в то время как для пластичности более благоприятным является снижение общего количества этих элементов.According to one aspect of the present invention, the content in the steel (C + N), on the one hand, and (V + Nb / 2), on the other hand, must be balanced with respect to each other so that the content of these elements is within the region defined by the coordinates A, B, C, D, A in the coordinate system of FIG. 11, where the coordinates [(C + N), (V + Nb / 2)] for these points are: A: [1.38; 4.8], B: [1.78; 4.8], C: [2.32; 6.3], D: [1.92; 6.3]. Within these limits, it is possible to obtain steel with a very favorable combination of properties. Selecting the conditions of heat treatment, you can get a certain combination of hardness, wear resistance, ductility and machinability. Within this wide range of compositions, typically hardness and wear resistance increase with an increase in the total amount of (C + N) and (V + Nb / 2) in steel, while for plasticity a decrease in the total amount of these elements is more favorable.

В соответствии в более предпочтительным примером реализации содержание этих элементов должно находиться в пределах области, ограниченной координатами Е, F, G, Н, Е в системе координат на Фиг.11, где координаты [(С+N), (V+Nb/2)] для этих точек представляют собой: Е: [1,48; 4,8], F:[1,68; 4,8], G: [2,22; 6,3], Н: [2,02; 6,3].In accordance with a more preferred embodiment, the content of these elements should be within the region bounded by the coordinates E, F, G, H, E in the coordinate system of FIG. 11, where the coordinates [(C + N), (V + Nb / 2 )] for these points are: E: [1.48; 4.8], F: [1.68; 4.8], G: [2.22; 6.3] H: [2.02; 6.3].

Согласно еще более предпочтительному примеру реализации содержание (С+N), с одной стороны, и (V+Nb/2), с другой стороны, должно быть сбалансировано по отношению к друг другу так, чтобы содержание этих элементов находилось в пределах области, ограниченной координатами K, L, М, N, K в системе координат на Фиг.11, где координаты [(С+N), (V+Nb/2)] для эти точек представляют собой: К: [1,62; 5,2], L [1,82; 5,2], М:[2,05; 5,8], N: [1.85; 5,8].According to an even more preferred embodiment, the content of (C + N), on the one hand, and (V + Nb / 2), on the other hand, must be balanced with respect to each other so that the content of these elements is within the region bounded the coordinates of K, L, M, N, K in the coordinate system of FIG. 11, where the coordinates [(C + N), (V + Nb / 2)] for these points are: K: [1.62; 5.2], L [1.82; 5.2], M: [2.05; 5.8], N: [1.85; 5.8].

Согласно еще одному аспекту данного изобретения содержания (С+N), с одной стороны, и (V+Nb/2), с другой стороны, должны быть сбалансированы по отношению к друг другу так, чтобы содержания этих элементов удовлетворяли требованию 0,32≤(С+N)/(V+Nb/2)≤0,35.According to another aspect of the present invention, the contents of (C + N), on the one hand, and (V + Nb / 2), on the other hand, must be balanced with respect to each other so that the contents of these elements satisfy the requirement of 0.32≤ (C + N) / (V + Nb / 2) ≤0.35.

Согласно еще одному аспекту данного изобретения, содержание (С+N), с одной стороны, и (V+Nb/2), с другой стороны, должно быть сбалансировано по отношению к друг другу так, чтобы содержание этих элементов находилось в пределах области, ограниченной координатами А', В', С', D', А' в системе координат Фиг.11, где координаты [(С+N), (V+Nb/2)] для этих точек представляют собой: А': [1,52; 5,2], В: [1,93; 5,2], С: [2,18; 5,9], D: [177; 5,9].According to another aspect of the present invention, the content of (C + N), on the one hand, and (V + Nb / 2), on the other hand, must be balanced with respect to each other so that the content of these elements is within the region bounded by the coordinates A ', B', C ', D', A 'in the coordinate system of Fig. 11, where the coordinates [(C + N), (V + Nb / 2)] for these points are: A': [ 1.52; 5.2], B: [1.93; 5.2], C: [2.18; 5.9], D: [177; 5.9].

Углерод также вносит вклад в твердость, присутствуя в твердом растворе в основе стали в условиях ее закалки и отпуска, при содержании 0,4-0,6% масс. при температуре аустенизации Т_A от 980 до 1050°С.Carbon also contributes to hardness by being present in the solid solution in the base of the steel under conditions of its quenching and tempering, with a content of 0.4-0.6% by weight. at an austenitizing temperature T _A from 980 to 1050 ° C.

Кремний присутствует в качестве остаточного элемента после изготовления стали, в содержании по меньшей мере 0,1%, обычно по меньшей мере 0,2%. Кремний увеличивает активность углерода в стали, и, следовательно, он вносит вклад в получение соответствующей твердости стали. Слишком высокое содержание может привести к проблемам с хрупкостью из-за затвердевания раствора и, следовательно, максимальное содержание кремния в стали составляет 1,5%, предпочтительно максимум 1,3%, приемлемо максимум 0,9%. Содержание Si, которое благоприятно для стали, составляет 0,2-0,5 Si. Данная сталь имеет номинальное содержание 0,4% Si.Silicon is present as a residual element after the manufacture of steel, in a content of at least 0.1%, usually at least 0.2%. Silicon increases the activity of carbon in steel, and therefore, it contributes to obtaining the corresponding hardness of the steel. Too high a content can lead to problems with brittleness due to solidification of the solution and, therefore, the maximum silicon content in steel is 1.5%, preferably a maximum of 1.3%, a maximum of 0.9% is acceptable. The Si content, which is favorable for steel, is 0.2-0.5 Si. This steel has a nominal content of 0.4% Si.

Марганец добавляют в сталь при содержании по меньшей мере 0,1%, чтобы связать то количество серы, которое может присутствовать в стали, путем образования сульфидов марганца. Марганец, а также такие элементы, как хром и молибден, также вносят вклад в получение соответствующей твердости стали, что означает, что содержание марганца 0,1% может быть допустимым без каких-либо отрицательных влияний на свойства стали. При высоких содержаниях марганец может вызывать нежелательную стабилизацию остаточного аустенита, что приводит к ухудшению твердости. Остаточный аустенит также приводит к тому, что сталь становится менее стабильной в отношении размеров, что является существенным недостатком. Следовательно, содержание марганца не должно превышать 1,2% Мn, и благоприятное содержание марганца в стали находится в диапазоне 0,1-0,9% Мn. Данная сталь имеет номинальное содержание 0,4% Мn.Manganese is added to the steel at a content of at least 0.1% to bind the amount of sulfur that may be present in the steel by the formation of manganese sulfides. Manganese, as well as elements such as chromium and molybdenum, also contribute to obtaining the appropriate hardness of steel, which means that a manganese content of 0.1% can be acceptable without any negative effects on the properties of the steel. At high contents, manganese can cause undesirable stabilization of residual austenite, which leads to a deterioration in hardness. Residual austenite also leads to steel becoming less dimensionally stable, which is a significant disadvantage. Therefore, the manganese content should not exceed 1.2% Mn, and the favorable manganese content in the steel is in the range of 0.1-0.9% Mn. This steel has a nominal content of 0.4% Mn.

Как упомянуто выше, хром вносит вклад в прокаливаемость стали, и из этих соображений он должен присутствовать в содержании по меньшей мере 4,0%, предпочтительно по меньшей мере 4,5%. Хром также является карбидообразующим элементом, и во многих сталях его применяют для придания стали износостойкости путем образования М₇Х₃-карбидов. Такие карбиды могут растворяться в различной степени при подборе соответствующей температуры аустенизации при закалке, и хром и углерод, которые были растворены в аустените таким образом, затем могут высаживаться в различной степени с образованием очень малых по размеру вторично осажденных карбидов, которые могут эффективно влиять на придание стали желаемой твердости в связи с ее отпуском.As mentioned above, chromium contributes to the hardenability of steel, and for these reasons it should be present in a content of at least 4.0%, preferably at least 4.5%. Chromium is also a carbide-forming element, and in many steels it is used to impart wear resistance to steel by the formation of M ₇ X ₃ carbides. Such carbides can dissolve to varying degrees when selecting the appropriate austenitizing temperature during quenching, and the chromium and carbon that were dissolved in austenite in this way can then be precipitated to varying degrees with the formation of very small secondary precipitated carbides, which can effectively influence the became the desired hardness in connection with its vacation.

Сталь по данному изобретению должна, среди прочего, проявлять очень хорошую износостойкость, и она должна быть способна к закалке до сравнительно высокой твердости. Теперь было показано, что этого можно достичь одновременно с приданием стали неожиданно хорошей пластичности, лучшей, чем у некоторых сталей, разработанных самим заявителем, которые поступают на рынок для аналогичных применений. Ограничивая содержание хрома, было возможно избежать или по меньшей мере свести к минимуму образование М₇Х₃-карбидов, преимущественно в отношении образования первично осажденных МХ-карбидов. Таким образом, для того чтобы достигнуть такого благоприятного состава по карбидам, содержание хрома должно быть ограничено максимальным значением 5,5% и даже более предпочтительно - максимальным значением 5,1%. Содержание хрома, которое благоприятно для данной стали, составляет 4,8%.The steel of this invention should, among other things, exhibit very good wear resistance, and it should be able to harden to a relatively high hardness. It has now been shown that this can be achieved simultaneously with giving the steel unexpectedly good ductility, better than some steels developed by the applicant himself, which enter the market for similar applications. By limiting the chromium content, it was possible to avoid or at least minimize the formation of M ₇ X ₃ carbides, mainly with respect to the formation of primarily precipitated MX carbides. Thus, in order to achieve such a favorable carbide composition, the chromium content should be limited to a maximum value of 5.5% and even more preferably to a maximum value of 5.1%. The chromium content, which is favorable for this steel, is 4.8%.

Основная часть хрома, который добавляют к стали, растворяется в стали, чтобы таким образом придать стали прокаливаемость. Согласно концепции данного изобретения сталь должна обладать необходимой прокаливаемостью, чтобы можно было осуществлять полную закалку деталей различных размеров, и если сталь предназначена для использования в деталях с достаточно крупными размерами, прокаливаемость является особенно важным аспектом. Следовательно, молибден должен присутствовать в стали при содержании по меньшей мере 1,5%. Без риска осаждения нежелательных М₆С-карбидов можно допустить содержание молибдена до 3,6% Мо. Предпочтительно сталь содержит от 1,5 до 2,6% Мо и еще более предпочтительно от 1,6 до 2,0% Мо.The bulk of the chromium that is added to the steel dissolves in the steel so as to impart hardenability to the steel. According to the concept of this invention, the steel must have the necessary hardenability so that it is possible to completely harden parts of various sizes, and if the steel is intended for use in parts with sufficiently large dimensions, hardenability is a particularly important aspect. Therefore, molybdenum must be present in the steel at a content of at least 1.5%. Without the risk of precipitation of undesired M ₆ C-carbides, a molybdenum content of up to 3.6% Mo can be assumed. Preferably, the steel contains from 1.5 to 2.6% Mo and even more preferably from 1.6 to 2.0% Mo.

До некоторой степени молибден можно заменить вольфрамом, но это требует двойного количества вольфрама по сравнению с молибденом, что является недостатком. Также это делает более сложным переработку отходов. Следовательно, вольфрам не должен присутствовать в содержании более 0,5%, предпочтительно максимум 0,3% и допустимо максимум 0,1%.To some extent, molybdenum can be replaced with tungsten, but this requires a double amount of tungsten compared with molybdenum, which is a disadvantage. It also makes recycling more difficult. Therefore, tungsten should not be present in a content of more than 0.5%, preferably a maximum of 0.3% and a maximum of 0.1% is acceptable.

Наиболее предпочтительно, чтобы сталь не содержала какого-либо количества произвольно добавленного вольфрама, а в наиболее предпочтительном примере реализации недопустимо содержание выше уровня примесей в виде остаточных элементов, происходящих из исходных материалов, включаемых в изготовление стали.Most preferably, the steel does not contain any amount of arbitrarily added tungsten, and in the most preferred embodiment it is unacceptable that the content is above the level of impurities in the form of residual elements originating from the starting materials included in the manufacture of steel.

Сера присутствует в стали в основном в виде примеси при содержании максимум 0,03%. Однако в соответствии с данным изобретением возможно, для улучшения способности стали к механической обработке, чтобы сталь содержала произвольно добавленную серу при содержании максимум до 0,3%, предпочтительно максимум 0,15%.Sulfur is present in steel mainly in the form of an impurity with a maximum content of 0.03%. However, in accordance with this invention it is possible, to improve the machining ability of steel, so that the steel contains optionally added sulfur at a content of up to a maximum of 0.3%, preferably a maximum of 0.15%.

Номинальный состав стали по данному изобретению составляет: 1,77% С; 0,4% Si; 0,4% Mn; 4,8% Cr; 2,5% Mo и 5,5% V; остальное - в основном, железо.The nominal composition of the steel according to this invention is: 1.77% C; 0.4% Si; 0.4% Mn; 4.8% Cr; 2.5% Mo and 5.5% V; the rest is mainly iron.

Следующий состав является примером возможного варианта стали, в пределах области данного изобретения: 1,9% С; 0,4% Si; 0,4% Mn; 4,8% Cr; 3,5% Mo; 5,8% V; остальное - в основном, железо.The following composition is an example of a possible variant of steel, within the scope of this invention: 1.9% C; 0.4% Si; 0.4% Mn; 4.8% Cr; 3.5% Mo; 5.8% V; the rest is mainly iron.

Следующий состав является еще одним примером возможного варианта стали: 1,67% С; 0,4% Si; 0,4% Mn; 4,8% Cr; 2,3% Mo; 5,2% V;The following composition is another example of a possible steel option: 1.67% C; 0.4% Si; 0.4% Mn; 4.8% Cr; 2.3% Mo; 5.2% V;

остальное - в основном, железо.the rest is mainly iron.

Следующий состав является еще одним примером возможного варианта стали: 1,80% С; 0,4% Si; 0,4% Mn; 4,8% Cr; 1,8% Mo; 5,8% V;The following composition is another example of a possible steel option: 1.80% C; 0.4% Si; 0.4% Mn; 4.8% Cr; 1.8% Mo; 5.8% V;

остальное - в основном, железо.the rest is mainly iron.

Вышеприведенные варианты были оптимизированы для получения несколько отличающихся сочетаний свойств так, чтобы сталь с повышенным содержанием карбидообразующих молибдена и ванадия имела лучшую износостойкость за счет несколько более низкой пластичности. Сталь, имеющая пониженное содержание этих двух элементов, будет иметь более высокую пластичность за счет несколько более низкой износостойкости.The above options have been optimized to produce slightly different combinations of properties so that the steel with a high content of carbide-forming molybdenum and vanadium has better wear resistance due to slightly lower ductility. Steel having a reduced content of these two elements will have higher ductility due to slightly lower wear resistance.

При изготовлении стали сначала получают расплав стали, содержащий намеченные количества углерода, кремния, марганца, хрома, молибдена, возможно вольфрама, ванадия, возможно ниобия, возможно серы на уровне выше содержания примесей, азота при содержании, которого невозможно избежать; остальное - железо и примеси. Из этого расплава получают порошок посредством распыления газообразным азотом. Капельки, полученные при распылении газом, резко охлаждают так, чтобы образованные зерна карбидов ванадия и/или смешанных карбидов ванадия и ниобия не успевали вырасти, но становились чрезвычайно мелкими, имеющими толщину не более долей микрона, и имели выраженную неправильную форму, которая происходит от карбидов, осаждающихся в области оставшегося расплава в дендритной сетке в виде быстро затвердевающих маленьких капель, перед тем как капли затвердеют с образованием зерен порошка. В случае, когда сталь должна содержать азот на уровне выше содержания неизбежных примесей, этого достигают азотированием порошка, например, так, как это описано в SE 462837.In the manufacture of steel, a steel melt is first obtained containing the intended amounts of carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum, possibly tungsten, vanadium, possibly niobium, possibly sulfur at a level higher than the content of impurities, nitrogen at a content that cannot be avoided; the rest is iron and impurities. Powder is obtained from this melt by spraying with nitrogen gas. The droplets obtained by atomization with gas are cooled sharply so that the formed grains of vanadium carbides and / or mixed vanadium and niobium carbides do not have time to grow, but become extremely small, having a thickness of no more than a fraction of a micron, and have a pronounced irregular shape, which comes from carbides deposited in the region of the remaining melt in the dendritic network in the form of quickly solidifying small drops, before the drops solidify with the formation of powder grains. In the case when the steel must contain nitrogen at a level higher than the content of unavoidable impurities, this is achieved by nitriding the powder, for example, as described in SE 462837.

После просеивания, которое обычно проводят до азотирования в том случае, если порошок должен быть азотирован, порошок загружают в капсулы, которые затем вакуумируют, герметизируют и подвергают горячему изостатическому прессованию (ГИП), которое известно само по себе, при высокой температуре и высоком давлении; 950-1200°С и 90-150 МПа; обычно примерно при 1150°С и 100 МПа, так что порошок соединяется с образованием полностью плотного тела.After sifting, which is usually carried out before nitriding in case the powder is to be nitrided, the powder is loaded into capsules, which are then vacuumized, sealed and subjected to hot isostatic pressing (GUI), which is known per se, at high temperature and high pressure; 950-1200 ° C and 90-150 MPa; usually at about 1150 ° C and 100 MPa, so that the powder combines to form a fully dense body.

При горячем изостатическом прессовании (ГИП) карбиды приобретают значительно более правильную форму, чем они имеют в порошке. Преобладающая часть объема имеет размер максимум примерно 1,5 мкм и округлую форму. Случайные частицы все еще остаются продолговатыми и несколько более длинными, максимум примерно 2,5 мкм. Эта трансформация наиболее вероятно происходит из-за сочетания разрушения очень мелких частиц в порошке и слияния.During hot isostatic pressing (HIP), carbides acquire a much more regular shape than they are in powder. The predominant part of the volume has a maximum size of approximately 1.5 μm and a rounded shape. Random particles still remain oblong and somewhat longer, with a maximum of about 2.5 microns. This transformation is most likely due to a combination of the destruction of very fine particles in the powder and fusion.

Сталь можно применять сразу после ГИП. Однако обычно эту сталь термообрабатывают после ГИП посредством ковки и/или горячей прокатки. Это осуществляют при начальной температуре от 1050 до 1150°С, предпочтительно приблизительно 1100°С. Таким образом, происходит дополнительное слияние и особенно - сфероидизация карбидов. После ковки и/или прокатки по меньшей мере 90% объема карбидов имеет размер максимум 2,5 мкм, предпочтительно максимум 2,0 мкм.Steel can be used immediately after the ISU. However, usually this steel is heat treated after the ISU by forging and / or hot rolling. This is carried out at an initial temperature of from 1050 to 1150 ° C, preferably approximately 1100 ° C. Thus, an additional fusion occurs, and especially - spheroidization of carbides. After forging and / or rolling, at least 90% of the volume of carbides has a size of maximum 2.5 microns, preferably a maximum of 2.0 microns.

Для того чтобы сталь можно было обрабатывать режущими инструментами, ее следует сначала подвергнуть мягкому отжигу. Это происходит при температуре ниже 950°С, предпочтительно примерно 900°С. Если инструменту при механической обработке придана его окончательная форма, его закаливают и отпускают. При аустенизации МХ-карбиды до некоторой степени являются растворенными, чтобы они вторично осаждались при отжиге. Кроме этих МХ-карбидов сталь не должна содержать каких-либо других карбидов. Закалку можно проводить, начиная от значительно более низкой температурь) аустенизации, чем это принято для сталей с соответствующей износостойкостью, обычно от 980 до 1150°С, предпочтительно ниже 1100°С, чтобы таким образом избежать нежелательно обширного растворения МХ-карбидов. Подходящей температурой аустенизации является 1000-1050°С. Это является решающим преимуществом для изготовителей инструментов, поскольку тогда эту сталь можно термообрабатывать совместно с большей частью других инструментальных сталей, имеющихся на рынке. В закаленном состоянии стали Т_A 980-1050°С, основа состоит по существу только из мартенсита, который содержит 0,4-0,6% углерода в твердом растворе.In order for steel to be machined with cutting tools, it must first be softly annealed. This occurs at a temperature below 950 ° C., preferably about 900 ° C. If a tool is given its final shape during machining, it is quenched and released. During austenization, MX carbides are to some extent dissolved so that they are precipitated a second time during annealing. In addition to these MX carbides, steel should not contain any other carbides. Hardening can be carried out starting from a significantly lower temperature) austenization than is usual for steels with appropriate wear resistance, usually from 980 to 1150 ° C, preferably below 1100 ° C, in order to avoid undesirable extensive dissolution of MX carbides. A suitable austenitization temperature is 1000-1050 ° C. This is a decisive advantage for tool manufacturers, since then this steel can be heat treated in conjunction with most other tool steels available on the market. In the hardened state of steel T _A 980-1050 ° C, the base consists essentially only of martensite, which contains 0.4-0.6% carbon in solid solution.

Последующий отпуск можно проводить при температуре от 200 до 600°С, предпочтительно при температуре от 500 до 560°С. Конечным результатом является микроструктура, которая типична для данного изобретения и состоит из отпущенного мартенсита, и в этом отпущенном мартенсите 8-13 об.% МХ-карбидов, где М представляет собой в основном ванадий, а Х представляет собой углерод и азот, предпочтительно главным образом углерод, и по меньшей мере 90 об.% этого карбида имеет эквивалентный диаметр максимум 2,5 мкм, предпочтительно максимум 2,0 мкм. Эти карбиды имеют преимущественно круглую или закругленную форму, но могут существовать и случайно полученные более удлиненные карбиды. В данном описании эквивалентный диаметр D_экв выражают как D_экв=2√А/π, где А представляет собой площадь поверхности частицы карбида в исследуемом шлифе. Типично, по меньшей мере 96 об.% МХ-карбидов, нитридов и/или карбонитридов имеют D_экв<3,0 мкм. Обычно карбиды также являются сфероидизированными до такой степени, что ни один из карбидов в рассматриваемом шлифе не имеет фактической длины более 3,0 мкм. После закалки и отпуска сталь имеет твердость по Роквеллу (HRC) 58-66.Subsequent tempering can be carried out at a temperature of from 200 to 600 ° C, preferably at a temperature of from 500 to 560 ° C. The end result is a microstructure that is typical of the present invention and consists of tempered martensite, and in this tempered martensite, 8-13 vol.% MX carbides, where M is mainly vanadium and X is carbon and nitrogen, preferably mainly carbon, and at least 90 vol.% of this carbide has an equivalent diameter of a maximum of 2.5 microns, preferably a maximum of 2.0 microns. These carbides have a predominantly round or rounded shape, but accidentally obtained more elongated carbides may exist. In this description, the equivalent diameter D _{equiv is} expressed as D _equiv = 2√A / π, where A is the surface area of the carbide particle in the test section. Typically, at least 96% by volume of MX carbides, nitrides, and / or carbonitrides have D _equiv <3.0 μm. Typically, carbides are also spheroidized to such an extent that none of the carbides in the section under consideration has an actual length of more than 3.0 μm. After quenching and tempering, the steel has a Rockwell hardness (HRC) of 58-66.

Другие характеристики и аспекты данного изобретения ясны из прилагаемой формулы изобретения и описания проведенных экспериментов.Other characteristics and aspects of the present invention are clear from the attached claims and the description of the experiments.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

В последующем описании проведенных экспериментов будут ссылаться на прилагаемые чертежи, в которых:In the following description of the experiments performed, reference will be made to the accompanying drawings, in which:

Фиг.1 изображает микроструктуру стали по данному изобретению после закалки и отпуска.Figure 1 depicts the microstructure of the steel according to this invention after quenching and tempering.

Фиг.2 изображает микроструктуру имеющегося в продаже сравнительного материала, после закалки и отпуска.Figure 2 depicts the microstructure of a commercially available comparative material, after quenching and tempering.

Фиг.3 изображает микроструктуру еще одного имеющегося в продаже сравнительного материала, после закалки и отпуска.Figure 3 depicts the microstructure of another commercially available comparative material, after quenching and tempering.

Фиг.4 представляет собой график, который изображает зависимость твердости стали по данному изобретению от температуры аустенизации.Figure 4 is a graph that depicts the dependence of the hardness of the steel according to this invention on the temperature of austenization.

Фиг.5 представляет собой график, который изображает зависимость твердости стали по данному изобретению при различных температурах аустенизации, в зависимости от температуры отпуска.Figure 5 is a graph that depicts the dependence of the hardness of the steel according to this invention at various austenitization temperatures, depending on the temperature of tempering.

Фиг.6 представляет собой гистограмму, изображающую пластичность стали высокотемпературного отпуска по данному изобретению, а также ряда сравнительных материалов.6 is a histogram depicting the ductility of the high temperature tempering steel of the present invention, as well as a number of comparative materials.

Фиг.7 представляет собой гистограмму, изображающую обрабатываемость стали по данному изобретению, а также ряда сравнительных материалов.Fig.7 is a histogram depicting the machinability of steel according to this invention, as well as a number of comparative materials.

Фиг.8 представляет собой еще одну гистограмму, изображающую обрабатываемость стали по данному изобретению, а также сравнительного материала.Fig. 8 is another histogram depicting the machinability of the steel of the present invention, as well as the comparative material.

Фиг.9 изображает сочетание энергии удара при использовании образца без надреза и износостойкости для стали по данному изобретению и для ряда сравнительных материалов.Fig.9 depicts a combination of impact energy when using a sample without notch and wear resistance for steel according to this invention and for a number of comparative materials.

Фиг.10 изображает скорость износа при испытании на износ стали по данному изобретению, а также ряда сравнительных материалов.Figure 10 depicts the wear rate when tested for wear of steel according to this invention, as well as a number of comparative materials.

Фиг.11 изображает график зависимости содержания углерода и какого-либо количества присутствующего азота от содержания ванадия и любого количества присутствующего ниобия.11 is a graph showing the carbon content and any amount of nitrogen present versus the vanadium content and any amount of niobium present.

Фиг.12 изображает график зависимости износа кромки верхнего и нижнего лезвия после испытаний на резание.12 is a graph showing the wear of the edges of the upper and lower blades after cutting tests.

Фиг.13а, b изображает боковую поверхность верхнего лезвия после испытаний на резание.Figa, b shows the side surface of the upper blade after cutting tests.

Фиг.14а, b изображает переднюю поверхность верхнего лезвия после испытаний на резание иFiga, b depicts the front surface of the upper blade after cutting tests and

Фиг.15а, b изображает переднюю поверхность нижнего лезвия после испытаний на резание.Figa, b depicts the front surface of the lower blade after cutting tests.

Химический состав исследованных сталей приведен в Таблице 1. В этой таблице сера, показанная для некоторых из сталей, представляет собой примесь. Другие примеси не были учтены, но они не превышают нормального уровня для примесей. Остальное - железо. В таблице 1 сталь 7 имеет химический состав по данному изобретению. Стали 1-5 являются сравнительными материалами.The chemical composition of the steels tested is shown in Table 1. In this table, the sulfur shown for some of the steels is an impurity. Other impurities were not taken into account, but they do not exceed the normal level for impurities. The rest is iron. In table 1, steel 7 has a chemical composition according to this invention. Steels 1-5 are comparative materials.

Таблица 1Table 1 Химический состав исследованных сталей, мас.%The chemical composition of the studied steels, wt.% СтальSteel СFROM SiSi MnMn CrCr MoMo WW VV SS 1one 2,452.45 0,500.50 0,900.90 5,255.25 1,301.30 9,759.75 0,070,07 22 1,51,5 1-01-0 0,40.4 8,08.0 1,51,5 4,04.0 33 1,381.38 0,40.4 0,40.4 4,74.7 3,53,5 3,73,7 4four 2,12.1 1,01,0 0,40.4 6,86.8 1,51,5 5,45,4 55 2,92.9 1,01,0 0,50.5 8,08.0 1,51,5 9,89.8 77 1,91.9 0,40.4 0,40.4 4,84.8 3,53,5 5,85.8 0,020.02

Стали 1-5 представляют собой имеющиеся в продаже стали, из которых все, кроме стали №1, являются сталями заявителя. Образцы материалов этих сталей были заказаны и проанализированы в отношении их химического состава. Все эти стали изготовлены методом порошковой металлургии и были заказаны в условии мягкого отжига. Из стали №7 был получен расплав в количестве 6 тонн, с использованием обычных методов металлургии расплавов. Из этого сплава был изготовлен порошок посредством распыления струи расплава газообразным азотом. Полученные небольшие капли были резко охлаждены.Steels 1-5 are commercially available steels, of which all but steel No. 1 are the applicant's steels. Samples of the materials of these steels were ordered and analyzed in relation to their chemical composition. All these steels were made by powder metallurgy and were ordered under soft annealing. From steel No. 7, a melt in the amount of 6 tons was obtained using conventional methods of metallurgy of melts. Powder was made from this alloy by spraying a jet of melt with nitrogen gas. The resulting small drops were sharply cooled.

Из порошка стали №7 были получены заготовки по 2 тонны каждая, имеющие химический состав в соответствии с Таблицей 1. Порошком стали были заполнены капсулы из листового металла, которые затем запаяли, вакуумировали, нагрели примерно до 1150°С и после этого подвергли горячему изостатическому прессованию (ГИП) примерно при 1150°С и давлении 100 МПа. Первоначально полученная структура карбида в порошке разрушалась при горячем изостатическом прессовании, в то время как карбиды укрупнялись. В стали при условиях ГИП частицы карбидов приобретали более правильную форму, приближаясь к сфероидизированной форме. Они все еще являются очень маленькими. Преобладающая часть, более чем 90 об.%, имеет эквивалентный диаметр максимум 2,5 мкм, предпочтительно, максимум примерно 2,0 мкм.Billets of 2 tons each were prepared from steel powder No. 7, having a chemical composition in accordance with Table 1. Sheet metal capsules were filled with steel powder, which were then sealed, vacuum, heated to about 1150 ° C and then subjected to hot isostatic pressing (ISU) at about 1150 ° C and a pressure of 100 MPa. The initially obtained carbide structure in the powder was destroyed by hot isostatic pressing, while carbides were enlarged. In steel under the conditions of ISU, carbide particles acquired a more regular shape, approaching a spheroidized shape. They are still very small. The predominant part, more than 90 vol.%, Has an equivalent diameter of a maximum of 2.5 microns, preferably a maximum of about 2.0 microns.

После этого заготовки ковали при температуре 1100°С до получения круглого стержня диаметром 100 мм. Сталь №7 подвергли мягкому отжигу при 900°С, исследовали ее микроструктуру и проводили испытания на твердость. Карбиды присутствовали в этом материале в форме очень маленьких, все еще величиной максимально примерно 2,0 мкм (эквивалентный диаметр), по существу сфероидизированных МХ-карбидов. После мягкого отжига из стали №7 были отобраны образцы для последующего исследования. Образцы для испытания такого же типа были отобраны из сравнительных материалов 1-5, которые были заказаны в условиях мягкого отжига.After that, the blanks were forged at a temperature of 1100 ° C until a round rod with a diameter of 100 mm was obtained. Steel No. 7 was subjected to soft annealing at 900 ° С, its microstructure was examined, and hardness tests were performed. Carbides were present in this material in the form of very small, still about a maximum of about 2.0 microns (equivalent diameter), essentially spheroidized MX carbides. After mild annealing, samples were taken from steel No. 7 for subsequent investigation. Samples for testing of the same type were selected from comparative materials 1-5, which were ordered under conditions of soft annealing.

Термообработка в связи с закалкой и отпуском различных сталей представлена в Таблице 2. Микроструктуру в условиях закалки и отпуска исследовали для трех сталей, более конкретно для стали №7 по данному изобретению, показанной на Фиг.1, и сравнительных сталей №4 и 1, показанных на Фиг.2 и 3 соответственно. Сталь по данному изобретению, Фиг.1, содержала 11,7 об.% МХ-карбидов в основе, которая состояла из отпущенного мартенсита. Не было обнаружено других карбидов, кроме МХ-карбидов. Случайные карбиды, имеющие эквивалентный диаметр более 3,0 мкм, могли быть обнаружены в стали по данному изобретению в условиях закалки и отпуска.Heat treatment in connection with hardening and tempering of various steels is presented in Table 2. The microstructure under conditions of hardening and tempering was investigated for three steels, more specifically for steel No. 7 according to this invention, shown in FIG. 1, and comparative steels No. 4 and 1, shown figure 2 and 3, respectively. The steel of the present invention, FIG. 1, contained 11.7 vol.% MX-carbides in a base which consisted of tempered martensite. No carbides other than MX carbides were found. Random carbides having an equivalent diameter greater than 3.0 μm could be detected in the steel of this invention under quenching and tempering conditions.

Сталь сравнения №4, Фиг.2, содержала, в условиях закалки и отпуска, общее количество карбидов примерно 14,4 об.%, из них примерно 9,2 об.% составляли МС-карбиды и примерно 5,2 об.% составляли М₇С₃-карбиды. Как понятно из чертежа, М₇С₃-карбиды относительно большие, в целом больше, чем МС-карбиды, и это оказывает негативное воздействие в первую очередь на пластичность. Сравнительная сталь №1, Фиг.3, содержала, в состоянии закалки и отпуска, примерно 15,7 об.% МС-карбидов. Другие карбиды не были зафиксированы. Высокое содержание карбидов приводит для этой стали к относительно хорошей износостойкости, но более низкой пластичности.Comparison steel No. 4, FIG. 2, contained, under quenching and tempering conditions, the total amount of carbides was about 14.4 vol.%, Of which about 9.2 vol.% Were MS carbides and about 5.2 vol.% Were M ₇ C ₃ carbides. As is clear from the drawing, M ₇ C ₃ carbides are relatively large, generally larger than MS carbides, and this has a negative effect primarily on ductility. Comparative steel No. 1, Figure 3, contained, in a state of quenching and tempering, about 15.7% by volume of MS carbides. Other carbides were not fixed. The high carbide content for this steel leads to relatively good wear resistance, but lower ductility.

Твердость после термообработки, как указано в Таблице 2, также приведена в Таблице 2. После высокотемпературного отпуска сталь №7 по данному изобретению приобретала твердость, сравнимую с материалом взятой для сравнения высоколегированной стали №5, и эта твердость составляла примерно на 1 единицу по Роквеллу выше, чем у исследованных сравнительных материалов №2-4.The hardness after heat treatment, as shown in Table 2, is also shown in Table 2. After high-temperature tempering, steel No. 7 according to this invention acquired a hardness comparable to the material taken for comparison of high alloy steel No. 5, and this hardness was about 1 Rockwell unit higher than the studied comparative materials No. 2-4.

Ударная прочность вышеуказанных материалов также была исследована, и результаты приведены на Фиг.6. Была измерена энергия удара (Дж), поглощенная как в LC2, так и в CR2 направлениях, и для стали №7 по данному изобретению было зафиксировано резкое улучшение по сравнению, в первую очередь, со сравнительным материалом №4, который представляет собой материал, предполагаемый для дальнейшей разработки. Наилучшее значение для стали №7 по данному изобретению составляло 37 Дж в поперечном направлении (CR2); оно было измерено после высокотемпературного отпуска. Это соответствует улучшению примерно на 60 % по сравнению со сравнительным материалом №4.The impact strength of the above materials was also investigated, and the results are shown in Fig.6. The impact energy (J) absorbed in both LC2 and CR2 directions was measured, and for steel No. 7 according to this invention, a sharp improvement was recorded compared, first of all, with comparative material No. 4, which is the material proposed for further development. The best value for steel No. 7 according to this invention was 37 J in the transverse direction (CR2); it was measured after high temperature tempering. This corresponds to an improvement of about 60% compared with comparative material No. 4.

Даже если принять во внимание твердость, ясно, что сталь №7 по данному изобретению имеет уникальное сочетание высокой твердости и очень хорошей пластичности, наиболее близкое по отношению к сравнительному материалу №5, который имеет сравнимую твердость, как показано на Фиг.9. Были нарезаны и отшлифованы образцы в виде стержней, стержни без надрезов размерами 7×10 мм и длиной 55 мм, закаленные до твердости, указанной в Таблице 2.Even if hardness is taken into account, it is clear that steel No. 7 of this invention has a unique combination of high hardness and very good ductility, closest to comparative material No. 5, which has comparable hardness, as shown in FIG. 9. Samples in the form of rods were cut and ground, rods without notches with dimensions of 7 × 10 mm and a length of 55 mm, hardened to a hardness indicated in Table 2.

Твердость стали №7 по данному изобретению также была исследована после применения различных температур аустенизации и температур отпуска. Результаты приведены на графиках Фиг.4 и 5. Уже при относительно низкой температуре аустенизации 1030°С сталь №7 проявляет максимум твердости, что следует рассматривать как большое преимущество с точки зрения термообработки, поскольку большую часть инструментальных сталей, представленных на рынке, термообрабатывают примерно при этой температуре. Большую часть сталей, используемых для сравнения, следует нагревать примерно до 1060-1070°С, чтобы получить максимальную твердость. Для используемой для сравнения стали №1 максимальной твердости не достигают до температуры 1100-1150°С.The hardness of steel No. 7 according to this invention was also investigated after applying various austenitization temperatures and tempering temperatures. The results are shown in the graphs of Figures 4 and 5. Already at a relatively low austenitization temperature of 1030 ° C, steel No. 7 exhibits maximum hardness, which should be considered a great advantage from the point of view of heat treatment, since most of the tool steels on the market are heat treated this temperature. Most of the steels used for comparison should be heated to about 1060-1070 ° C to get maximum hardness. For steel No. 1 used for comparison, the maximum hardness does not reach a temperature of 1100-1150 ° C.

Как видно из Фиг.5, при отпуске при температуре от 500 до 550°С достигают выраженной вторичной закалки. Эта сталь также обеспечивает возможность низкотемпературного отпуска примерно при 200-250°С. Из этой фигуры также видно, что можно устранить остаточный аустенит с помощью высокотемпературного отпуска.As can be seen from Figure 5, when tempering at a temperature of from 500 to 550 ° C, a pronounced secondary hardening is achieved. This steel also provides the possibility of low-temperature tempering at about 200-250 ° C. It can also be seen from this figure that residual austenite can be eliminated by high temperature tempering.

Износостойкость стали по данному изобретению также была сравнимой с рядом сравнительных материалов, и результаты приведены на Фиг.10. В испытании на износ применяли образцы в виде стержней, имеющие размер ⌀ 15 мм и длину 20 мм. Исследование проводили в системе штифт-на-диске с использованием SiO₂ в качестве абразивного истирающего агента. Перед испытанием на износ сравнительные стали №2-5 и сталь №7 по данному изобретению подвергали высокотемпературному отпуску до твердости по Роквеллу 62,5. Сравнительная сталь Na1 имела несколько более высокую твердость по Роквеллу, 62,7, которая была получена при закалке от 1120°С/30 минут и отпуске при 540°С/3×2 часа. Скорость износа в мг/мин также приведена в Таблице 2. Было показано, что сталь №7 имеет примерно такую же высокую износостойкость, как и сравнительная сталь №4, и превосходит сравнительные стали №2 и 3. Сравнительная сталь №5 имеет несколько лучшую износостойкость по сравнению со сталью №7. Сравнительная сталь №1 обладала наилучшей износостойкостью из всех сталей.The wear resistance of the steel according to this invention was also comparable with a number of comparative materials, and the results are shown in Fig.10. Samples in the form of rods having a size of размер 15 mm and a length of 20 mm were used in the wear test. The study was carried out in a pin-on-disk system using SiO ₂ as an abrasive abrasive agent. Before the wear test, comparative steels No. 2-5 and steel No. 7 according to this invention were subjected to high temperature tempering to a Rockwell hardness of 62.5. Comparative steel Na1 had a slightly higher Rockwell hardness of 62.7, which was obtained by quenching from 1120 ° C / 30 minutes and tempering at 540 ° C / 3 × 2 hours. The wear rate in mg / min is also shown in Table 2. It was shown that steel No. 7 has approximately the same high wear resistance as comparative steel No. 4 and surpasses comparative steels No. 2 and 3. Comparative steel No. 5 has somewhat better wear resistance in comparison with steel No. 7. Comparative steel No. 1 possessed the best wear resistance of all steels.

В двух различных экспериментах сравнивали обрабатываемость стали №7 по данному изобретению со сравнительными сталями №2-5, и результат приведен в Таблице 2, а также на Фиг.7 и 8. Фиг.7 показывает результат, полученный при испытании на обрабатываемость путем обтачивания подвергнутых мягкому отжигу испытательных образцов режущей кромкой из твердого металла, а на Фиг.8 показаны испытания материалов на сверление сверлами без покрытия. Результаты этих испытаний показывают, что сталь №7 по данному изобретению имеет очень хорошую обрабатываемость, то есть высокие значения V30 и V1000, практически в два раза больше, чем у сравнительного материала №4.In two different experiments, the machinability of steel No. 7 according to this invention was compared with comparative steels No. 2-5, and the result is shown in Table 2, as well as in Figs. 7 and 8. Fig. 7 shows the result obtained in the machinability test by grinding undergone soft annealing of test samples with a hard metal cutting edge, and Fig. 8 shows tests of materials for drilling with uncoated drills. The results of these tests show that steel No. 7 according to this invention has very good machinability, that is, high values of V30 and V1000, almost twice as much as that of comparative material No. 4.

В испытаниях на применение исследовали износостойкость кромки с помощью испытания резанием. Режущие ножи были изготовлены из стали №4 и стали №7. Ножи были закалены и отпущены до твердости 60,5 HRC и 60,0 HRC соответственно. Испытания резанием проводили на эксцентричном прессе ESSA с максимальным усилием резания 15 тонн и скоростью резания 200 резов в минуту. Резание проводили на высокопрочных стальных полосах из стали марки Docol 1400M, шириной 50 мм, толщиной 1 мм. Зазор при резании составлял 0,05 мм.In application tests, the wear resistance of the edge was investigated using a cutting test. Cutting knives were made of steel No. 4 and steel No. 7. The knives were hardened and tempered to a hardness of 60.5 HRC and 60.0 HRC, respectively. Cutting tests were carried out on an eccentric press ESSA with a maximum cutting force of 15 tons and a cutting speed of 200 cuts per minute. Cutting was carried out on high-strength steel strips made of Docol 1400M steel, 50 mm wide, 1 mm thick. The cutting clearance was 0.05 mm.

Измеряли износ кромки как на верхнем, так и на нижнем лезвии, и результат приведен на Фиг.12. На Фиг.12 график изображает износ кромки после 100000 резов и после окончания испытания. Для лезвия, изготовленного из стали №5, испытания пришлось остановить после 150000 резов из-за выкрашивания кромки. Нож, изготовленный из стали №7, не проявлял тенденции к выкрашиванию после 315000 резов, когда испытание было прекращено. Очевидно, что сталь №7 проявляет значительно лучшую износостойкость кромки, чем сталь №5.Edge wear was measured on both the upper and lower blades, and the result is shown in Fig. 12. 12, the graph depicts edge wear after 100,000 cuts and after the end of the test. For a blade made of steel No. 5, the tests had to be stopped after 150,000 cuts due to edge chipping. A knife made of steel No. 7 showed no tendency to chipping after 315,000 cuts when the test was discontinued. Obviously, steel No. 7 exhibits significantly better edge wear resistance than steel No. 5.

На Фиг.13а, b показана боковая поверхность верхнего лезвия из стали №5 после 150000 резов и из стали №7 после 315000 резов, после того как испытания были завершены, то есть поверхность режущего инструмента, которая параллельна направлению резания. Из этих фигур можно видеть, что сталь №5 дает значительно больший абразивный износ после 150000 резов в сравнении со сталью №7 после количества резов, которое более чем в два раза превышает количество резов на стали №5.On figa, b shows the side surface of the upper blade of steel No. 5 after 150,000 cuts and steel No. 7 after 315,000 cuts, after the tests were completed, that is, the surface of the cutting tool, which is parallel to the cutting direction. From these figures it can be seen that steel No. 5 gives significantly greater abrasive wear after 150,000 cuts compared to steel No. 7 after the number of cuts, which is more than twice the number of cuts on steel No. 5.

Фиг.14a, b изображает переднюю поверхность верхнего лезвия из стали №5 и стали №7, а Фиг.15а, b изображает переднюю поверхность нижнего лезвия из стали №5 и стали №7, то есть поверхность режущего инструмента, которая перпендикулярна направлению резания стальной пластины, после 150000 резов и 315000 резов соответственно. Можно видеть, что как верхнее, так и нижнее лезвие, изготовленное из стали №5, проявляют выкрашивание на кромке, в то время как кромка из стали №7 не проявляет тенденции к выкрашиванию.Figa, b depicts the front surface of the upper blade of steel No. 5 and steel No. 7, and Figa, b depicts the front surface of the lower blade of steel No. 5 and steel No. 7, that is, the surface of the cutting tool, which is perpendicular to the cutting direction of steel plates, after 150,000 cuts and 315,000 cuts, respectively. It can be seen that both the upper and lower blades made of steel No. 5 exhibit chipping at the edge, while the edge of steel No. 7 does not show a tendency to chipping.

Тест на применение указывает, что сталь по данному изобретению имеет лучшую вязкость и лучшую износостойкость, чем сравнительная сталь №5. Особенно преимущественной является стойкость к выкрашиванию.The application test indicates that the steel of this invention has better toughness and better wear resistance than comparative steel No. 5. Particularly advantageous is the resistance to chipping.

В соответствии с концепцией данного изобретения сталь должна обладать хорошей прокаливаемостью. В случае стали по данному изобретению было показано, что можно изменять прокаливаемость в широком диапазоне составов сталей. Это можно сделать, изменяя содержание молибдена в заданных пределах, таким образом, что сталь по данному изобретению, имеющая содержание молибдена, равное нижнему пределу диапазона или близкое к нему, приобретет прокаливаемость, которая является относительно низкой в сравнении со сталью по данному изобретению, которая имеет содержание молибдена, равное верхнему пределу диапазона или близкое к нему, но во всем диапазоне содержания молибдена получают прокаливаемость, которая превышает прокаливаемость сравнительных материалов №1 и 4. По относительной шкале от 1 до 10, где 1 = наиболее плохой прокаливаемости, а 10 = наилучшей прокаливаемости, сталь №7 по данному изобретению имеет оценку 10. Вариант стали по данному изобретению, имеющий содержание молибдена 2,3%, получает оценку 4. Эти оценки и оценки для некоторых сравнительных материалов приведены в Таблице 2.In accordance with the concept of this invention, the steel must have good hardenability. In the case of the steel of the present invention, it has been shown that hardenability can be varied over a wide range of steel compositions. This can be done by changing the molybdenum content within the specified limits, so that the steel according to this invention having a molybdenum content equal to or close to the lower limit of the range acquires hardenability, which is relatively low compared to the steel according to this invention, which has a molybdenum content equal to or close to the upper limit of the range, but in the entire range of molybdenum content, hardenability is obtained that exceeds the hardenability of comparative materials No. 1 and 4. According to a relative scale from 1 to 10, where 1 = the worst hardenability, and 10 = the best hardenability, steel No. 7 according to this invention has a rating of 10. A steel variant according to this invention having a molybdenum content of 2.3%, gets a rating of 4. These ratings and estimates for some comparative materials are shown in Table 2.

С помощью расчетов известными теоретическими способами, то есть в Thermo Calc, были рассчитаны содержание карбида и количество молибдена в твердом растворе в основе при равновесии для варианта стали по данному изобретению, обозначенной как сталь №6, и проведено сравнение со сталями №4 и №7. Сталь №6 имела состав, содержащий 1,8% С; 0,4% Si; 0,4% Mn; 4,8% Cr; 1,8% Mo и 5,8% V, и она была разработана для того, чтобы иметь возможность еще больше снизить стоимость легирующих элементов. Результаты приведены в Таблице 3 ниже.Using calculations by known theoretical methods, that is, in Thermo Calc, the carbide content and the amount of molybdenum in the solid solution in the base were calculated at equilibrium for the steel variant of this invention, designated as steel No. 6, and a comparison was made with steels No. 4 and No. 7 . Steel No. 6 had a composition containing 1.8% C; 0.4% Si; 0.4% Mn; 4.8% Cr; 1.8% Mo and 5.8% V, and it was developed in order to be able to further reduce the cost of alloying elements. The results are shown in Table 3 below.

Таблица 3Table 3 МС-карбиды (об.%)MS carbides (vol.%) М₇С₃-карбиды (об.%)M ₇ C ₃ -carbide (vol.%) Мо в твердом растворе в основе (мас.%)Mo in the solid solution in the base (wt.%) Сталь №4Steel No. 4 11,111.1 6.46.4 0,750.75 Сталь №6Steel No. 6 12,812.8 00 1,01,0 Сталь №7Steel No. 7 13,913.9 00 1-91-9

По сравнению со сталью №7 сталь №6 имеет более низкое содержание молибдена в твердом растворе в основе, что приводит к более низкой прокаливаемости. Однако ее прокаливаемость такого же порядка, как у стали №4, и это достаточно для закалки и отпуска круглых прутков с диаметром 250 мм или брусков с прямоугольным сечением с размерами до 400×200 мм, что охватывает размеры инструментов для предполагаемой области применения. Из-за более низкого количества МС-карбидов в основе сталь №6 имеет более высокую пластичность, чем сталь №7, но при этом меньшую стойкость к абразивному износу. В сравнении со сталью №4 как сталь №6, так и сталь №7 по данному изобретению будут иметь более высокую пластичность и более высокую стойкость к абразивному износу.Compared to steel No. 7, steel No. 6 has a lower molybdenum content in the solid solution in the base, which leads to lower hardenability. However, its hardenability is of the same order as that of steel No. 4, and this is sufficient for hardening and tempering of round rods with a diameter of 250 mm or bars with a rectangular cross-section with dimensions up to 400 × 200 mm, which covers the dimensions of the tools for the intended field of application. Due to the lower amount of MS-carbides in the base, steel No. 6 has a higher ductility than steel No. 7, but less resistance to abrasion. In comparison with steel No. 4, both steel No. 6 and steel No. 7 according to this invention will have higher ductility and higher abrasion resistance.

В качестве заключения следует сказать, что из стали по данному изобретению получен материал, который имеет высокую твердость и очень хорошую износостойкость, что делает эту сталь пригодной к использованию для инструментов, работающих в холодных условиях, для резки и штамповки, нарезки резьбы (таких как винторезные головки и метчики), холодной экструзии, прессования порошков, глубокой вытяжки, а также для режущих пластин механических ножниц. Посредством этой стали, которая проявляет также неожиданно хорошую пластичность, относительно хорошую обрабатываемость, а в наиболее предпочтительном исполнении - также и очень хорошую прокаливаемость, что позволяет этой стали постоянно сохранять закалку с хорошими результатами, даже для очень крупных размеров, можно обеспечить сталь, которая обладает сочетанием свойств, очень подходящим и необычайно благоприятным для применения. Также в пределах области данного изобретения можно обеспечить сталь, которая обладает не такой хорошей прокаливаемостью, но в остальном имеет такие же хорошие свойства, которая также обладает преимуществами с точки зрения цены в случае, если следует производить инструменты с меньшей толщиной.As a conclusion, it should be said that a material is obtained from the steel according to this invention, which has high hardness and very good wear resistance, which makes this steel suitable for use in cold working tools, for cutting and stamping, threading (such as screw cutting heads and taps), cold extrusion, powder pressing, deep drawing, as well as for cutting shears of mechanical shears. By means of this steel, which also exhibits unexpectedly good ductility, relatively good machinability, and in the most preferred embodiment, also very good hardenability, which allows this steel to constantly harden with good results, even for very large sizes, it is possible to provide steel that has combination of properties, very suitable and extremely favorable for use. Also within the scope of the present invention, it is possible to provide steel that does not have such good hardenability, but otherwise has the same good properties, which also has price advantages in the case of tools with a lower thickness.

Claims

1. Powder steel for cold working of metals, characterized in that it has the following chemical composition, wt.%:
1.3-2.4 (C + N), where at least 0.5;
0.1-1.5 Si;
0.1-1.5 Mn;
4.0-5.5 Cr;
1.5-3.6 (Mo + W / 2), but a maximum of 0.5 W;
4.8-6.3 (V + Nb / 2), but a maximum of 2Nb, and
maximum 0.3 S,
the contents of (C + N) and (V + Nb / 2) are balanced with respect to each other so that the content of these elements is in the region bounded by the coordinates of A: [1.38; 4.8], B: [1.78; 4.8], C: [2.32; 6.3], D: [1.92, 6.3], in the coordinate system [(C + N), (V + Nb / 2)], as shown in FIG. 11,
the rest is essentially iron and impurities at a normal content, and after quenching from a temperature of 980-1050 ° C and tempering, the steel has a microstructure that contains tempered martensite and 8-13 vol.% of MX carbides, nitrides evenly distributed in it and / or -carbonitrides, where M is essentially vanadium and X is carbon and / or nitrogen, with at least 90 vol.% of these carbides, nitrides and / or carbonitrides having an equivalent diameter D _{equiv of} less than 3 , 0 μm.

2. Steel according to claim 1, characterized in that the content of (C + N) and (V + Nb / 2) are balanced with respect to each other so that the content of these elements is in the region bounded by the coordinates of E: [1.48 ; 4.8], F: [1.68; 4.8], G: [2.22; 6.3], H: [2.02; 6.3] in the coordinate system [(C + N), (V + Nb / 2)], as shown in FIG. 11.

3. Steel according to claim 2, characterized in that the content of (C + N) and (V + Nb / 2) are balanced with respect to each other so that the content of these elements is in the region bounded by the coordinates K: [1.62 : 5.2], L [1.82; 5.2], M: [2.05; 5.8], N: [1.85; 5.8] in the coordinate system [(C + N), (V + Nb / 2)], as shown in FIG. 11.

4. Steel according to claim 1, characterized in that the content of (C + N) and (V + Nb / 2) are balanced in relation to each other so that the content of these elements satisfies the condition 0.32≤ (C + N) / (V + Nb / 2) ≤0.35.

5. Steel according to claim 1, characterized in that it contains 0.1-1.2 wt.% Si, preferably 0.2-0.9 wt.% Si.

6. Steel according to claim 5, characterized in that it contains 0.4 wt.% Si.

7. The steel according to claim 1, characterized in that it contains 0.1-1.3 wt.% Mn, preferably 0.1-0.9 wt.% Mn.

8. Steel according to claim 7, characterized in that it contains 0.4 wt.% Mn.

9. The steel according to claim 1, characterized in that it contains 4.5-5.1 wt.% Cr.

10. Steel according to claim 9, characterized in that it contains 4.8 wt.% Cr.

11. Steel according to claim 1, characterized in that it contains 1.5-2.6 wt.% (Mo + W / 2).

12. The steel according to claim 1, characterized in that it contains 1.6-2.0 wt.% (Mo + W / 2).

13. Steel according to claim 12, characterized in that it contains 1.8 wt.% (Mo + W / 2).

14. Steel according to claim 1, characterized in that it contains a maximum of 0.3 wt.% W, preferably a maximum of 0.1 wt.% W.

15. The steel according to claim 1, characterized in that it contains a maximum of 0.3 wt.% Nb, preferably a maximum of 0.1 wt.% Nb.

16. Steel according to claim 1, characterized in that it contains a maximum of 0.15 wt.% S.

17. Steel according to any one of paragraphs 1-16, characterized in that this steel has a hardness of 58-63 HRC, which is reached after quenching from a temperature of from 980 to 1050 ° C; preferably 59-62 HRC, which is achieved after quenching from a temperature of from 980 to 1020 ° C, and tempering at a temperature of from 500 to 560 ° C / 2 · 2 hours.

18. Steel according to claim 1, characterized in that its microstructure practically does not contain M ₇ X ₃ -carbides, nitrides and / or -carbonitrides.

19. Steel according to claim 18, characterized in that at least 90% by volume of said MX carbides has a maximum size of 2.0 μm.

20. The method of cold processing of metal material by cutting, cutting, stamping and / or flexible in cold conditions tool containing powder steel according to any one of claims 1 to 19.

21. The method of cold pressing a metal powder using a tool containing powder steel according to any one of claims 1 to 19.

22. A method of producing powder steel, including the production of steel powder by spraying a molten steel, hot isostatic pressing of the powder at a temperature of 950-1200 ° C and a pressure of 90-150 MPa with the formation of a compacted body, hot processing of the compacted body at a temperature ranging from 1050-1150 ° C, soft annealing at 900 ° C, quenching from a temperature of 980-1050 ° C and tempering at a temperature of 500-560 ° C to produce steel according to any one of claims 1-19, having a hardness of 58-66 HRC, preferably 61-63 HRC .