blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2023-5-554-563blackmet-2626Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMATERIAL SCIENCEУсловия сохранения горячего наклепа в штамповой стали с регулируемым аустенитным превращением при эксплуатацииPreservation conditions of hot work hardening in die steel with regulated austenitic transformation during exploitationКругляковА. А.KruglyakovA. A.

Александр Аркадьевич Кругляков, к.т.н., генеральный директор

Германия, D-10117, Берлин, Фридрихштрассе, 106 Б

Aleksandr A. Kruglyakov, Cand. Sci. (Eng.), General Director

106 b Friedrichstrasse, Berlin D-10117, Germany

dr.a.krugljakow@t-online.dehttps://orcid.org/0000-0001-7769-7748РогачевС. О.RogachevS. O.

Станислав Олегович Рогачев, к.т.н., доцент кафедры металловедения и физики прочности, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»; научный сотрудник, Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Россия, 119334, Москва, Ленинский пр., 49

Stanislav O. Rogachev, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Metal­lography and Physics of Strength”, National University of Science and Technology “MISIS”; Research Associate, Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

49 Leninskii Ave., Moscow 119334, Russian Federation

csaap@mail.ruСоколовП. Ю.SokolovP. Yu.

Павел Юрьевич Соколов, старший преподаватель

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Pavel Yu. Sokolov, Senior Lecturer

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

sokolov@misis.ruПриуполинД. В.PriupolinD. V.

Денис Викторович Приуполин, студент

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Denis V. Priupolin, Student

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

dpriupolin@gmail.comНаучно-коммерческая фирма WBHРоссияScientific Production Association WBHRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСИС»; Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАНРоссияNational University of Science and Technology “MISIS”; Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of SciencesRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСИС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS”Russian Federation202329102023665554563Copyright © Кругляков А.А., Рогачев С.О., Соколов П.Ю., Приуполин Д.В., 20232023Кругляков А.А., Рогачев С.О., Соколов П.Ю., Приуполин Д.В.Kruglyakov A.A., Rogachev S.O., Sokolov P.Y., Priupolin D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2626

Штамповые стали с регулируемым аустенитным превращением при эксплуатации (РАПЭ) – новый класс безвольфрамовых сталей для горячей обработки давлением при рабочих температурах до 750 – 800 °С. Высокая стойкость прессового инструмента и его длительный ресурс обеспечиваются за счет способности этих сталей сохранять горячее деформационное упрочнение (горячий наклеп). Это обстоятельство отличает стали с РАПЭ от традиционных легированных сталей, склонных к разупрочнению при высоких температурах. Однако температурные диапазоны проявления горячего упрочнения в сталях с РАПЭ систематически не изучены, что затрудняет более эффективное использование штампового инструмента. В данной работе изучено механическое поведение штамповой стали с РАПЭ при термомеханической обработке в широком диапазоне температур, включающей этап предварительной деформации при более низких температурах и этап основной деформации при более высоких температурах, соответствующих температурам эксплуатации прессового инструмента. Термомеханическую обработку проводили на закалочно-деформационном дилатометре DIL 805 A/D по схеме сжатия. Получены истинные диаграммы деформации, определены механические характеристики и показатель деформационного упрочнения. Измерен размер бывшего зерна аустенита в структуре стали после термомеханической обработки. Авторы установили температурно-силовые условия, в которых сталь демонстрирует усиление и стабилизацию горячего упрочнения, либо разупрочнение. Показано, что достигнутое на этапе предварительной деформации при температуре 450 °С упрочнение усиливается на этапе основной деформации при температурах в интервале от 550 до 800 °С, при этом в указанном температурном интервале склонность к усилению горячего упрочнения ослабевает.

Die steels with regulated austenitic transformation during exploitation (RATE steels) are a new class of tungsten-free steels for hot forming at operating temperatures up to 750 – 800 °C. High durability of the pressing tool and its long service life are ensured by the ability of these steels to preservation of hot work hardening. This circumstance distinguishes RATE steels from traditional alloy steels, which are prone to softening at high temperatures. However, the temperature ranges for the preservation of hot hardening in RATE steels was not systematically studied, which makes it difficult to use a pressing tool more efficiently. In this paper, we study the mechanical behavior of RATE die steel during thermo-mechanical treatment in a wide temperature range, including the stage of preliminary deformation at lower temperatures and the stage of main deformation at higher temperatures corresponding to operating temperatures of the pressing tool. The thermo-mechanical treatment was carried out using a hardening-deformation dilatometer DIL 805 A/D according to the compression mode. We obtained the true stress-strain curves and determined the mechanical characteristics and strain hardening index. Size of the former austenite grain in the steel structure after thermo-mechanical treatment was measured. The temperature-force conditions for enhancing hot hardening or stabilizing hot hardening, or softening, were established. It is shown that the hardening achieved at the stage of preliminary deformation at a temperature of 450 °C is enhanced at the stage of main deformation at temperatures in the range from 550 to 800 °C, while in this temperature range the tendency to increase hot hardening is weakened.

стали с РАПЭштамповые сталигорячая деформациягорячий наклепаустенитRATE steelsdie steelshot deformationhot work hardeningausteniteИсследование структуры выполнено с использованием оборудования ЦКП «Материаловедение и металлургия» при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (соглашение № 075-15-2021-696). Авторы выражают благодарность к.т.н. Хаткевичу В.М. за советы в организации исследования.The study of the structure was carried out using the equipment of the Center for Collective Use “Materials Science and Metallurgy” with the financial support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (agreement No. 075-15-2021-696). The authors express their gratitude to Khatkevich V.M. for advice on the study organization.ReferencesГорбатюк С.М., Морозова И.Г., Наумова М.Г. Разработка рабочей модели процесса реиндустриализации производства термической обработки штамповых сталей. Известия вузов. Черная металлургия. 2017; 60(5):410–415. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-5-410-415Gorbatyuk S.M., Morozova I.G., Naumova M.G. Development of the working model of production reindustrialization of die steel heat treatment. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2017; 60(5):410–415. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-5-410-415Озерский А.Д., Кругляков А.А. Штамповые стали с регулируемым аустенитным превращением при эксплуатации. Ленинград: ЛДНТП; 1988:28.Ozerski A.D., Kruglyakov A.A. Die Steel with Regulated Austenitic Transformation during Exploitation. Leningrad: LDNTP; 1988:28. (In Russ.).Позняк Л.А. Инструментальные стали. Киев: Наукова думка; 1996:488.Poznyak L.A. Tool Steels. Kyiv: Naukova Dumka; 1996:488. (In Russ.).Орлов Ю.Г., Дудецкая Л.Р. Материалы и технологии изготовления литого штампового инструмента. Минск: Беларуская навука; 2010:171.Orlov Yu.G., Dudetskaya L.R. Materials and Technologies for the Production of Cast Die Tools. Minsk, Belarus: Navuka; 2010:171. (In Russ.).Кругляков А.А. Влияние легирующих элементов на упрочнение штамповых сталей в аустенитном состоянии при высокотемпературной пластической деформации. Деформация и разрушение материалов. 2019;(3):28–32. https://doi.org/10.31044/1814-4632-2019-3-28-32Kruglyakov A.A. Effect of alloying elements on the harde­ning of die steels in the austenitic state during high-tempe­rature plastic deformation. Russian Metallurgy (Metally). 2019;2019(10):1096-1101. https://doi.org/10.1134/S0036029519100343Кругляков А.А., Никулин С.А. Структура и особенности деформационного упрочнения штамповых сталей с регулируемым аустенитным превращением. Деформация и разрушение материалов. 2014;(11):23–25.Kruglyakov A.A., Nikulin S.A. Structure and features of strain hardening of die steels with controlled austenite transformation. Deformatsiya i razrushenie materialov. 2014;(11):23-25. (In Russ.).Логинов Ю.Н., Инатович Ю.В. Инструмент для прессования металлов. Екатеринбург: Издательство Уральского университета; 2014:224.Loginov Yu.N., Inatovich Yu.V. Tools for Metal Pressing. Yekaterinburg: Ural. Gos. Univ.; 2014:224. (In Russ.).Федулов В.Н. Влияние количественного легирования инструментальных сталей для горячего деформирования на уровень их упрочнения. Литье и металлургия. 2015;(3):123–131.Fedulov V.N. Influence of quantitative alloying of tool steels for hot deformation on their hardening level. Lit’e i metallurgiya. 2015;(3):123–131. (In Russ.).Крылова С.Е., Клецова О.А., Грызунов В.И., Фот А.П., Тавтилов И.Ш. Влияние термической обработки на структуру и свойства штамповой стали 70Х3Г2ФТР. Металловедение и термическая обработка металлов. 2017;(10):4–10.Krylova S.E., Kletsova O.A., Gryzunov V.I., Fot A.P., Tavtilov I.Sh. Effect of heat treatment on the structure and properties of die steel 70Kh3G2FTR. Metal Science and Heat Treatment. 2017;59(10):4–10. https://doi.org/10.1007/s11041-018-0198-1Wang L., Li H., Li G., Tang Z., Ma M. Microstructural evolution and flow behavior of 2205 and 2507 duplex stainless steel during double pass hot compressive deformation. Chinese Journal of Materials Research. 2016;30(12):888–896. https://doi.org/10.11901/1005.3093.2016.410Wang L., Li H., Li G., Tang Z., Ma M. Microstructural evolution and flow behavior of 2205 and 2507 duplex stainless steel during double pass hot compressive deformation. Chinese Journal of Materials Research. 2016;30(12):888–896. https://doi.org/10.11901/1005.3093.2016.410Фомина О.В. Формирование структуры высокопрочной азотсодержащей стали в процессе горячей деформации. Известия вузов. Черная металлургия. 2017;60(3):216–222. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-3-216-222Fomina O.V. Structure formation of high strength nitrogen-bearing steel under hot deformation. Izvestiya. Ferrous Metal­lurgy. 2017;60(3):216–222. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-3-216-222Alimi A., Fajoui J., Kchaou M., Branchu S., Elleuch R., Jacquemin F. Multi-scale hot working tool damage (X40CrMoV5-1) analysis in relation to the forging process. Engineering Failure Analysis. 2016;62:142–155. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2015.11.031Alimi A., Fajoui J., Kchaou M., Branchu S., Elleuch R., Jacquemin F. Multi-scale hot working tool damage (X40CrMoV5-1) analysis in relation to the forging process. Engineering Failure Analysis. 2016;62:142–155. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2015.11.031Llanos L., Pereda B., Lopez B., Rodriguez-Ibabe J.M. Hot deformation and static softening behavior of vanadium microalloyed high manganese austenitic steels. Materials Science and Engineering: A. 2016;651:358–369. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.10.123Llanos L., Pereda B., Lopez B., Rodriguez-Ibabe J.M. Hot deformation and static softening behavior of vanadium microalloyed high manganese austenitic steels. Materials Science and Engineering: A. 2016;651:358–369. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.10.123Petković R.A., Luton M.J., Jonas J.J. Recovery and recrystallization of carbon steel between intervals of hot working. Canadian Metallurgical Quarterly. 1975;14(2):137–145. https://doi.org/10.1179/000844375795050201Petković R.A., Luton M.J., Jonas J.J. Recovery and recrystallization of carbon steel between intervals of hot working. Canadian Metallurgical Quarterly. 1975;14(2):137–145. https://doi.org/10.1179/000844375795050201Graetz K., Miessen C., Gottstein G. Analysis of steady-state dynamic recrystallization. Acta Materialia. 2014;67:58–66. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2013.12.005Graetz K., Miessen C., Gottstein G. Analysis of steady-state dynamic recrystallization. Acta Materialia. 2014;67:58–66. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2013.12.005Sakai T., Belyakov A., Kaibyshev R., Miura H., Jonas J.J. Dynamic and post-dynamic recrystallization under hot, cold and severe plastic deformation conditions. Progress in Materials Science. 2014;60:130–207. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2013.09.002Sakai T., Belyakov A., Kaibyshev R., Miura H., Jonas J.J. Dynamic and post-dynamic recrystallization under hot, cold and severe plastic deformation conditions. Progress in Materials Science. 2014;60:130–207. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2013.09.002Giordani E.J., Jorge Jr. A.M., Balancin O. Proportion of recovery and recrystallization during interpass times at high temperatures on a Nb- and N-bearing austenitic stainless steel biomaterial. Scripta Materialia. 2006;55(8):743–746. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2006.05.015Giordani E.J., Jorge Jr. A.M., Balancin O. Proportion of recovery and recrystallization during interpass times at high temperatures on a Nb- and N-bearing austenitic stainless steel biomaterial. Scripta Materialia. 2006;55(8):743–746. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2006.05.015Souza R.C., Silva E.S., Jorge Jr. A.M., Cabrera J.M., Balan­cin O. Dynamic recovery and dynamic recrystallization competition on a Nb- and N-bearing austenitic stainless steel biomaterial: Influence of strain rate and temperature. Mate­rials Science and Engineering: A. 2013;582:96–107. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.06.037Souza R.C., Silva E.S., Jorge Jr. A.M., Cabrera J.M., Balan­cin O. Dynamic recovery and dynamic recrystallization competition on a Nb- and N-bearing austenitic stainless steel biomaterial: Influence of strain rate and temperature. Mate­rials Science and Engineering: A. 2013;582:96–107. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.06.037Krugljakow A.A., Nikulin S.A., Rogachev S.O., Ngu­yen H.X., Lebedeva N.V., Panova G.A. Hot-hardening phenomenon in die steel during thermomechanical processing. Materials Letters. 2020;266:127475. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.127475Krugljakow A.A., Nikulin S.A., Rogachev S.O., Ngu­yen H.X., Lebedeva N.V., Panova G.A. Hot-hardening phenomenon in die steel during thermomechanical processing. Materials Letters. 2020;266:127475. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.127475Krugljakow A.A., Rogachev S.O., Lebedeva N.V., Sokolov P.Yu., Arsenkin A.M., Khatkevich V.M. On the nature of hot work hardening phenomenon in die steel with regulated austenitic transformation during exploitation. Materials Science and Engineering: A. 2022;833:142548. https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.142548Krugljakow A.A., Rogachev S.O., Lebedeva N.V., Sokolov P.Yu., Arsenkin A.M., Khatkevich V.M. On the nature of hot work hardening phenomenon in die steel with regulated austenitic transformation during exploitation. Materials Science and Engineering: A. 2022;833:142548. https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.142548Пат. 2776893 RU. Способ упрочняющей обработки инст­­­румента из штамповых сталей / Н.В. Лебедева, Г.А. Пано­­ва, А.А. Кругляков, С.О. Рогачев; опубл. 28.07.2022.Lebedeva N.V., Panova G.A., Kruglyakov A.A., Roga­chev S.O. Method for hardening treatment of tool from die steels. Patent no. 2776893 RU. Publ. 28.07.2022. (In Russ.).Пат. 2744584 RU. Штамповая сталь / С.А. Никулин, А.А. Кругляков, С.О. Рогачев, Г.А. Панова, Н.В. Лебедева; опубл. 11.03.2021.Nikulin S.A., Kruglyakov A.A., Rogachev S.O., Pano­­va G.A., Lebedeva N.V. Die steel. Patent no. 2744584 RU. Publ. 11.03.2021. (In Russ.).Abbasi S.M., Shokuhfar A. Prediction of hot deformation behaviour of 10Cr–10Ni–5Mo–2Cu steel. Materials Letters. 2007;61(11–12):2523–2526. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2006.09.050Abbasi S.M., Shokuhfar A. Prediction of hot deformation behaviour of 10Cr–10Ni–5Mo–2Cu steel. Materials Letters. 2007;61(11–12):2523–2526. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2006.09.050

The authors declare that there are no conflicts of interest present.