On the Development of Reference Materials for Spectral Analysis of Powdered High-Alloy Steels Volodymyr Ustymenko, Lyudmyla Kurnavina Ukrainian Special Steels Institute JSC Metal and Quality, Zaporozhye, Ukraine Now increasingly being used instrumental and high-speed steels that produced by powder metallurgy. Tool life of these steels is several times the service life of tools made of steels produced by conventional methods. В настоящее время все большее применение находят инструментальные и быстрорежущие стали, полученные методом порошковой металлургии. Срок службы инструмента из этих сталей в несколько раз превышает срок службы инструмента из сталей, полученных обычными способами. V súčasnej dobe stále viac využívané sú inštrumentálne a rýchlorezných ocelí vyrobených pomocou práškovej metalurgie. Životnosť týchto ocelí je niekoľkonásobne životnosť nástrojov vyrobených z ocelí vyrábaných konvenčnými metódami. DSS, Ukraine BOHLER, Austria ERASTEEL, Sweden CRUCIBLE, USA The main producers:

Comparison of carbide distribution (M = 100:1) Сравнение карбидной неоднородности (М = 100:1) Porovnanie heterogenity karbidu (М = 100:1) High speed steel produced traditional way Быстрорежущая сталь, произведенная обычным способом Vysoká rýchlosť oceľ vyprodukovaný obvyklým spôsobom Powder-metallurgy high speed steel Материал порошковой металлургии Materiál vyprodukovaný práškovou metalurgiou This is achieved through a substantial reduction of the carbide inhomogeneity, whose dimensions do not exceed a few microns. Это достигается за счет существенного снижения карбидной неоднородности, размеры которой не превышают нескольких микрон. Toho je dosiahnuté vďaka výraznému zníženiu nehomogenity karbidu, ktorého rozmery nepresahujú niekoľko mikrónov.

1 mm Segregation of the eutectic carbides (CrFeMo) 7 C 3 in tool steel X12MF (X155CrMoV12-1 DIN ) produced traditional way Сегрегация эвтектических карбидов (CrFeMo) 7 C 3 в инструментальной стали Х12МФ обыкновенной выплавки (X155CrMoV12-1 DIN ) Izolácia eutektických karbidov (CrFeMo) 7 C 3 v nástrojovej ocele X12MF (X155CrMoV12-1 DIN 17350) vyprodukovaný obvyklým spôsobom The volume fraction of carbides in different parts of samples can vary twice Объемная доля карбидов в различных частях образца может отличаться вдвое Objemový podiel karbidov v rôznych častiach vzorky sa môže líšiť o polovicu Это может приводить к значительной вариации аналитического сигнала This can lead to significant variations in the analytical signal To môže viesť k významným zmenám v analytického signálu

В связи с отсутствием на рынке стандартных образцов высоколегированных порошковых сталей, нами проведена оценка возможности разработки таких образцов. Химический состав распространенных марок приведен в таблице Due to the lack of reference materials on the market of high alloyed powdered steel, we evaluated the feasibility of developing such materials. Chemical compositions of common brands are shown in Table Vzhľadom na nedostatok referenčných materiálov na trhu práškovej ocele, sme hodnotili možnosť vypracovania také materiál. Chemické zloženie vyrobenej ocele značiek v tabuľke In the powdered steel carbide heterogeneity is virtually absent, which allows to hope for greater stability of the analytical signal Powdered Tool SteelCCrMoWVSi 17X5B3MF5C2-MP (DI90-MP)1,750,5352 x500 В порошковой стали карбидная неоднородность практически отсутствует, что позволяет надеяться на более высокую стабильность аналитического сигнала Prášok ocele nemá prakticky žiadnu nesúrodosť karbidu, ktorý umožňuje dúfať, že pre väčšiu stabilitu analytického signálu

Powdered High-speed SteelCCrMoWVCoSiSum, % 1ASTM A11-PM2, ,5 2ASTM M7-PM, DIN PM1, ,0 3ASTM M42-PM, DIN PM1, ,1 4ASTM M3-PM, DIN PM1,34,5563 0,5 19,8 5DIN PM1, ,0 6P9M4K8-MP GOST , ,2 7ASTM M48-PM1, ,6 8ASTM M61-PM1, ,0 9DIN PM1, ,0 10ASTM T1-PM, DIN PM0, ,8 11ASTM T4-PM, DIN PM0, ,8 Powdered Tool SteelCCrMoWVNiSiSum, % 12DIN PM0,333 0,5 6,8 13DIN PM, ASTM M61-PM0, ,6 1417X5B3MF5C2-MP, DI-90-MP (USSI)1,750, , X8BM2F3S-MP (DSS)1, ,0 16DIN PM1, ,5 17DIN PM2, ,4 18ASTM 440-PM2,0180,5 6 26,5 19X20MBAF4-MP (DSS)2, ,0

Технология получения высоколегированной порошковой стали: индукционная плавка металла, распыление расплава азотом в порошок с размером частиц 500 мкм, загрузка полученного порошка в контейнер, вакуумирование, герметизация и горячее изостатическое прессование контейнера при температуре °С и давлении 1000 атмосфер, ковка и (или) прокатка полученной заготовки в требуемый профиль. Поскольку при этой технологии заранее сложно предусмотреть наиболее однородную часть полученного проката для использования его в качестве материала стандартного образца, необходимо тщательное исследование однородности нескольких кандидатов. Кроме того, не исследован вопрос однородности поверхности образцов. С учетом высокой стоимости этих сталей ( за кг), задача кажется достаточно сложной. Technology for producing high-alloyed powdered steel: induction melting of metal, melt atomization with nitrogen to a powder with a particle size of 500 microns, the loading of the powder in container, vacuumization of container and hot isostatic pressing at the temperature of °C and a pressure of 1000 atmospheres. The resulting billet is subjected to forging and rolling to the desired profile. Because at this technology is difficult to foresee in advance the most homogeneous part of the received billet for its use as a reference material, you need a thorough investigation of the homogeneity of several candidates. Also, do not investigate the question of homogeneity the sample surface. Given the high cost of these steels ( per kg), the problem seems to be rather complicated. Technológie pre výrobu prášok ocele: indukčné tavenie kovovej, taveniny atomizáciu s dusíkom na prach s veľkosťou častíc 500 mm, vložte výsledný prášok do kontajnera, evakuovaných, uzavretý a izostatické stlačení kontajnera pri teplote ° C a tlak 1000 atmosfér, kovanie a (alebo) výsledné valcovacie medzery na požadovaný profil. Pretože keď táto technológia je ťažké predvídať vopred najviac homogénna časť ktoré pre jeho použitie ako štandardná vzorka materiálu, je nutné dôkladné vyšetrenie homogenity niekoľkých kandidátov. Tiež homogenity potreba preskúmať povrch vzorky. Vzhľadom k vysokej náklady týchto ocelí ( za kg), problémom sa zdá byť trochu zložitejšie.

Затем производится ковка на прессе и прокатка традиционными способами Ďalej stlačte-kovanie a valcovanie na tradičné spôsoby Next, the press-forging and rolling by traditional ways

Для оценки однородности поверхности порошковой стали и сравнения ее с однородностью стали традиционного способа производства, проводили спектральный анализ (Spectrolab) в центре, середине и на краю проб диаметром 65 мм (в обоих случаях анализировали инструментальную сталь с 12% Cr) To assess the homogeneity of the surface of the powdered steel on comparison with the traditional method of steel production, conducted a spectral analysis ("Spectrolab") in the center, the middle and at the edge of samples 65 mm in diameter (in both cases analyzed the tool steel with 12% Cr) Pre posúdenie homogenity povrchu práškovej ocele a jeho porovnaní s homogenity tradičnou ocele, vykonáva spektrálnu analýzu ("Spectrolab") v centre, uprostred a na okraji vzoriek 65 mm v priemere (v oboch prípadoch analyzoval nástrojových ocelí s 12% Cr) Ele- ments Mass cont. % SD rel. % SD traditional / SD powdered traditionalpowdered C1,51,01,150,9 Cr11-120,710,097,9 Si0,20,630,292,2 Mn0,30,470,123,9 Mo0,5-0,91,200,245,0 V0,2-0,90,790,312,5 P0,02016,17,02,3 S0,02015,512,41,3 N0,02-0,0728,36,74,2 Fe857,03,12,3 traditional powder

- Powdered steel - Traditional steel Как видно из рисунка, для основных легирующих элементов неоднородность по поверхности порошкового образца имеет меньшее значение As can be seen from the figure, homogeneity surface of the powdered steel for most alloying elements is higher than of the conventional steel. Obrázok ukazuje, že pre hlavné legujúcich prvkov homogenita vzoru prášok ocele vyššia ako u konvenčnej ocele

To evaluate the uniformity along the length of rods of tool steel was carried out spectral analysis of samples of top, middle and bottom of a rod powder steel DI-90 diameter of 50 mm, length of 2.0 m Для оценки однородности по длине прутков инструментальной стали проводили спектральный анализ образцов начала, середины и конца одной штанги порошковой стали DI-90 Ø 50 мм, длина 2,0 м Pre hodnotenie jednotnosť pozdĺž dĺžky tyče nástrojových ocelí bolo vykonané spektrálnej analýzy vzoriek začiatku, v strede a na konci prášku tyče oceľové DI-90 s priemerom 50 mm, dĺžka 2,0 m Powdered Tool SteelCSiCrVWMo 1417X5B3MF5C2-MP, DI-901,725530,5 CSiPSCrVWFe Average, top rod1,6131,7370,02490,02184,6924,6993,31079,311 Average, middle rod1,5771,7570,02490,02234,7064,6763,34479,300 Average, bottom rod1,6021,7510,02500,02254,7234,6703,35179,255 SD between rods0,0170,00800,00030,0160,0100,0180 SD within rods0,0180,0220,00050,00070,0140,0380,0410,10 Δ GOST no more0,0600,0800,00600,00800,120 0,160 Результаты представлены таблице, откуда видно, что неоднородность по длине не превышает типичных значений для высоколегированных сталей Evaluation results are presented in table, which shows that the heterogeneity does not exceed the typical values for high-alloy steel Výsledky sú prezentované tabuľky, ktorá ukazuje, že rôznorodosť v dĺžke neprekročí typické hodnoty pre vysoko legovaných ocelí

C1,37 1,34 Si0,2660,2650,266 Mn0,2240,222 P0,03040,02940,0283 S0,0148 0,0140 Cr3,913,903,92 Mo5,035,055,03 Co8,50 8,44 V3,023,032,97 W6,43 6,36 Powdered high-speed steelCCoCrVWMo AISI M36 (P6M5Ф3K8-MП)1,48,5436,55 To evaluate the uniformity along the length of rods of high-speed steel was carried out spectral analysis of samples of top, middle and bottom of a rod powder steel AISI M36 diameter of 40 mm, length of 3.3 m Для оценки однородности по длине прутков быстрорежущей стали проводили спектральный анализ образцов начала, середины и конца одной штанги порошковой стали Р6М5Ф3К8-МП (AISI M36) Ø 40 мм, длиной 3,3 м Pre hodnotenie jednotnosť pozdĺž dĺžky tyče rýchloreznej ocelí bolo vykonané spektrálnej analýzy vzoriek začiatku, v strede a na konci prášku tyče oceľové AISI M36 s priemerom 40 mm, dĺžka 3,3 m Обнаружено некоторое отличие среднего содержания Co, V, W в конце штанги, который будет удален Nájdených rozdiel medzi priemerným obsahom Co, V, W na konci baru, a to bude odstránený Found some difference between the average contents of Co, V, W for the end of the bar and it will be removed x500

ElementsCSiMnPSCrMoCoVW 11,380,2660,2210,0280,0143,885,078,533,066,51 21,370,2650,2210,0280,0143,895,058,543,036,43 31,350,2640,2200,0310,0163,905,108,443,046,43 41,360,2640,2220,0290,0143,915,088,453,056,42 51,360,2650,2230,0270,0133,935,008,513,006,39 61,360,2650,2220,0310,0163,895,068,493,046,47 71,380,2680,2220,0290,0153,895,008,603,016,50 81,360,2660,2230,0300,0153,915,068,523,036,45 91,370,2670,2220,0290,0153,905,028,563,016,53 101,390,2620,2230,0290,0153,885,058,473,056,44 111,380,2660,2230,0310,0153,905,028,483,026,40 121,350,2640,2230,0310,0153,915,038,483,016,37 Average1,3680,2650,2220,0290,0153,8995,058,513,036,45 SD0,0130,0020,001 0,0140,030,050,020,05 SD, % rel. 0,90,70,445 0,6 0,7 Неоднородность по поверхности образца для легирующих элементов (включая центр) не превышает 1 отн.% (с учетом вариации прибора). Это позволяет использовать такие образцы также и в качестве SUS Rôznorodosť povrchu vzorky pre legujúcich prvkov (vrátane stredu) nie je vyšší ako 1% (vrátane prístrojovej chyby). To umožňuje používať tieto vzorky, rovnako ako SUS The heterogeneity of the sample surface (including the center) for the alloying elements no more 1 %, taking into account SD of the device. This allows you to use these samples as SUS

Thus, preliminary studies indicate the possibility in principle the development of reference materials of high alloyed powdered steel. Presumably a set of RMs may consist of two sets: Таким образом, предварительные исследования показывают принципиальную возможность разработки стандартных образцов высоколегированных порошковых сталей. Предположительно набор стандартных образцов порошковых сталей может состоять из 2-х комплектов: Tak, predbežné štúdie naznačujú možnosť v zásade rozvoja štandardných vzoriek sušeného ocele. Pravdepodobne sada štandardných vzoriek môže sa skladajú z 2 sád: High-speed SteelsCCrMoWVCoSiSum, % 1ASTM A11-PM2, ,5 2DIN PM1, ,0 3ASTM M3-PM, DIN PM1,34,5563 0,5 19,8 4ASTM M42-PM, DIN PM1, ,1 5ASTM T4-PM, DIN PM0, ,8 Tool Steels CCrMoWVCoSiSum, % 6DIN PM0,333 0,5 6,8 717X5B3MF5C2-MP, DI-90 (USSI)1,750, ,2 8100X8BM2F3S-MP (DSS)1, ,0 9DIN PM2, ,4 10X20MBAF4-MP (DSS)2, ,0

Currently we are selecting the appropriate metal and we inviting of analysts to participate in the analysis for certification. В настоящее время производится отбор металла для исследований. Приглашаем аналитиков к участию в аттестационных анализах химическими и спектральными методами. V súčasnej dobe výber z kovu pre výskum. Analytici sú pozývaní k účasti v certifikačnom analýzy chemických a spektrálne metódy.