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JPH07116550B2 - 低合金高速度工具鋼およびその製造方法 - Google Patents

低合金高速度工具鋼およびその製造方法

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Publication number
JPH07116550B2
JPH07116550B2 JP63077310A JP7731088A JPH07116550B2 JP H07116550 B2 JPH07116550 B2 JP H07116550B2 JP 63077310 A JP63077310 A JP 63077310A JP 7731088 A JP7731088 A JP 7731088A JP H07116550 B2 JPH07116550 B2 JP H07116550B2
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JP
Japan
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less
speed tool
tool steel
high speed
alloy high
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JP63077310A
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純一 西田
憲正 内田
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Proterial Ltd
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Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/002Heat treatment of ferrous alloys containing Cr

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧造工具などに使用される塑性加工用の低合
金高速度工具鋼に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に圧造工具など塑性加工用高速度工具鋼には次のよ
うな特性が要求される。
(1) 耐摩耗性の面からHRC60以上の高い焼もどし硬
さが得られること。
(2) 耐衝撃性の面から、優れた機械的破壊強さを有
すること。
これらの要求特性に対して特公昭42−20619号、特公昭5
0−10808号、特公昭55−49148号、特公昭57−24063号、
特公昭62−8503号など低合金高速度工具鋼の改良が行な
われてきた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら最近、被加工材の難加工化に伴い、より高
い耐摩耗性が工具に要求され、焼もどし後の硬さがHRC6
0程度では不足で、HRC62〜64が必要となってきている。
しかも塑性加工用工具では十分な靱性も必要であるの
で、HRC62〜64で高い靱性を有する材質を開発する必要
性が高くなった。従来の低合金高速度工具鋼に関する公
知例では、熱処理後HRC62以上の硬さが得られるものは
限られており、また仮に高硬度を有していても靱性不足
により耐衝撃性が不十分であった。
本発明はかかる点に鑑み、圧造工具用の特性を十分に満
足させるため、さらに優れた耐摩耗性、耐衝撃性を兼ね
備えた低合金高速度工具鋼を提供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明鋼は、熱処理後安定してHRC62〜64の硬さが得ら
れ、優れた耐摩耗性を有することを1つの特徴とする。
一般に低合金高速度工具鋼は合金量が低いため、経済的
ではあるが、焼もどし後、あまり高硬度が得られない。
本発明では、従来の低合金高速度工具鋼よりC、Si量を
増やし鋼の基地(マトリックス)の硬さを高めている。
本発明鋼は同時に高靱性を有し、耐衝撃性が優れている
ことを特徴とする。一般に工具鋼においては硬さと靱性
とは相反した性質を持っており、硬さの高いものは靱性
が低くなる相互関係にある。加えて靱性をさらに阻害す
る原因の一つにミクロ組織上の要因として、 (1)炭化物の縞状偏析、 (2)10μm以上の巨大炭化物、 (3)粗大なオーステナイト結晶粒、 (4)非金属介在物の偏析、 等が考えられる。本発明ではかかる問題点を解決すべく
靱性を阻害するミクロ組織要因を化学成分あるいは製造
上できるだけ排除し、HRC62〜64の硬さ領域で優れた耐
衝撃性を有する新規な低合金高速度鋼を提供するもので
ある。
以下、本発明の成分限定理由について説明する。
〔作用〕
C:0.7%を越え0.85%以下 CはCr、W、Mo、V、Nbなどの炭化物形成元素と結合し
て、硬い複炭化物を生成し、工具として必要な耐摩耗性
の向上に著しく効果があり、また一部基地中に固溶して
基地を強化する。0.7%以上では焼もどし硬さが低下
し、0.85%を越えると靱性が低下するためにCは0.7%
を越え0.85%以下とした。
Si:0.8〜2.2% C含有量が低く、かつW、Mo、V等の炭化物形成元素含
有量が低い低合金高速度工具鋼では、W、Mo、Vによる
2次硬化があまり期待できないので、高い焼もどし硬さ
と軟化抵抗を得るためには必須の元素である。Siは基地
中に固溶し、固溶強化により基地の硬さを高める効果が
ある。0.8%未満では焼もどし硬さを上げる効果が不十
分で、2.2%以上添加すると靱性が阻害されるので上限
は2.2%とし、望ましくは安定した硬さを確保するため
に1.2〜2.2%、さらに望ましくは、より安定した硬さお
よび靱性を確保するために1.6〜2.0%とした。
Mn:0.6%以下 Mnは主に脱酸剤として添加される元素で上限を0.6%と
した。
Cr:3.0〜5.0% Crは焼入性と耐摩耗性の向上に有効な元素であるが、5.
0%を越えると炭化物の縞状偏析や巨大炭化物の生成を
助長し、靱性を低下させるので5.0%以下とする。また
3.0%未満では焼入性が不足するので下限は3.0%とし
た。
W+2Mo:5.0〜10.0% Wと2倍量のMoは共にCと結合して複炭化物を形成し、
耐摩耗性を向上させる有効な元素であるが、同時に炭化
物の縞状偏析や巨大炭化物の生成を助長し、靱性を阻害
する元素でもある。硬さと靱性とのバランスやW、Moが
高価な元素であることから、W+2Moは5.0〜10.0%とし
た。
V:0.5〜1.5% VはCと結合して高硬度の炭化物を形成して耐摩耗性を
増し、また基地に固溶して2次硬化性を増大する元素で
あるため、0.5%以上は必要であるが、1.5%を越えると
巨大炭化物が発生し、かつそれが縞状に偏析して靱性を
阻害するので上限を1.5%以下とした。さらに望ましく
は、安定した耐摩耗性を確保するために1.2〜1.5%がよ
い。
Nb:0.1%を越え1.0%以下 Nbは本発明では高靱性を得るために必須の元素である。
NbはVと同じようにCと結合しやすく硬い炭化物をつく
り、耐摩耗性を向上させる。また結晶粒を微細化し、靱
性を向上させるのに有効な元素である。0.1%未満で
は、Nb添加の効果が小さいので0.1%を越えて添加す
る。1.0%を越えると炭化物が縞状に偏析し靱性を阻害
するので上限を1.0%とした。
Co:8.0%以下 本発明鋼において、望ましくはCoを添加する。
Coは基地に固溶し、耐熱強度を高める元素であり、高速
摩耗領域での耐摩耗性改善に効果がある。しかし、高価
な元素であることから上限を8.0%以下とした。
Al、La、Ce、Y:0.02〜0.2% Al、La、Ce、Yの一種または二種以上を組合せて添加す
ると粗大なVを主体としたMC型炭化物を微細化ならし
め、靱性を向上させるのに効果がある。0.02%より少な
いとこれらの効果が少なく、0.2%を越えると炭化物微
細化の効果に影響を及ぼすので、0.02〜0.2%とした。
Ti≦0.02% Tiは、凝固時に高温でN、Cと結合し、TiN、TiCを形成
する。これらは、VC炭化物の晶出核となるやすい性質を
有するため、VC炭化物を高温で量出せしめ、上記のAl、
La、Ce、Yの添加による効果を損なう。そのため、上限
を0.02%とした。
N≦0.006% Nは本発明鋼の不純物である。N量が、0.006%を越え
るとAl、La、Ce、Yの添加による効果を損なうために、
上限を0.006%とした。
S≦0.004%、O≦40ppm S、Oも本発明鋼の不純物であり、これらはAl、La、C
e、Yと結合力が強く、これらの添加による効果を損な
うだけでなく、La、Ce、Yと結合して鋼中に介在物とし
てとどまり、製品の靱性を下げるため、S≦0.004%、
O≦40ppmに規制した。
本発明鋼の製造に当っては、偏析を改善し靱性を高める
目的で、分塊前後いずれかの段階において鋼塊または鋼
材の拡散熱処理を行なう。高速度工具鋼の炭化物はCr、
Mo、W、Vの炭窒化物を主体としており、拡散熱処理を
行なうことにより、非平衡炭化物を分解し平衡炭化物に
する。また、それに伴い炭化物の球状化、縞状偏析の軽
減などが進み靱性を向上させる。拡散熱処理温度は、11
50℃未満だと十分な元素の拡散、均質化が行なわれない
ため1150℃とした。1190℃を越えると一部炭化物が溶融
し始めるため上限を1190℃とした。
〔実施例〕
(実施例1) 以下、本発明を実施例により説明する。
第1表に示す組成の鋼を小鋼塊にて試作した。鋳造の後
鋼塊を1170℃×20Hで拡散熱処理を行ない、その後に鍛
造して断面が18mm×18mmの鋼材に仕上げた。これらの試
料につき、第2表に示す熱処理条件で焼入、焼もどしを
行なって、各種の機械的性質を調べた。焼もどし硬さ、
大越式迅速摩耗試験、シャルピー衝撃試験の結果を第2
表に示す。試料No.1〜No.3は従来鋼の値、試料No.7〜N
o.10は比較鋼の値である。
本発明鋼に比較して従来鋼1は靱性がやや低く、従来鋼
2は目標とする硬さが不十分であり、従来鋼3(SKH9)
は高硬度であるが、靱性が著しく低下する。
本発明鋼は、Si含有量が多いことを特徴の1つとする
が、No.7のようにSi量が低い場合は焼もどし硬さが低
い。またNo.8のようにSiを過度に添加すると靱性が低下
する。
本発明鋼は同時にNbの微量添加を特徴とする。No.9また
はNo.10のようにNb無添加鋼では、靱性が低くなる。No.
11〜No.28は本発明鋼の特許請求の範囲の化学成分であ
る。No.11、No.12、No.13はそれぞれ特許請求の範囲第
1項、第2項、第3項に相当する化学成分であるが、第
2表より明らかなようにSi含有量が多くなるにつれ、焼
もどし硬さ、耐摩耗性が向上し、靱性も十分大きい。N
o.14、No.15、No.16はV量を低めに添加した鋼である。
これらはNo.13(特許請求の範囲の第3項の化学成分に
相当)に比べ耐摩耗性はやや低いが、靱性が大きくなっ
ている。
No.17、No.18は本特許請求の範囲内でW当量を低く抑え
た化学成分であり、靱性が高いものである。No.19、No.
20はCoを添加した例であるが、第2表のようにCoを添加
することにより耐摩耗性が大きく向上する。
No.21はCoを添加し、さらにLa、Ceを添加した例である
が、耐摩耗性、靱性ともにLa、Ceを添加しないNo.19に
比べ向上する。No.22〜No.28は特許請求の範囲第1項な
いし第3項に相当する化学成分にLa、Ce、Al、Yを添加
した例であるが、いずれも耐摩耗性、靱性ともに大きく
向上する。
本発明鋼はいずれも、靱性が比較鋼と同等以上でありな
がら、耐摩耗性が比較鋼より大きいことが特徴である。
(実施例2) 第3表は、実際に本発明鋼を実用鋼塊で試作した際の化
学組成および比較に用いた鋼種の化学組成を掲げる。
本発明鋼は高周波炉で溶解し、実用鋼塊に鋳込んだ後、
ハンマーで断面が100mm×100mmとなるように鍛造した。
鍛造前に1170℃×10Hの拡散熱処理処理を行なった。鍛
造後圧延を行ない、直径20mmに仕上げた。
また製造上での拡散熱処理の効果を調べるために、鍛造
前に拡散熱処理を行なわないで製造したものを比較鋼と
して供した。
第1図は、本発明鋼と他鋼種のHRC62以上でシャルピー
衝撃値を比較したものであるが、図のようにこの硬さ領
域で本発明鋼の耐衝撃性が優れているのがわかる。ま
た、拡散熱処理を行なうことにより、耐衝撃性が向上す
る。
第2図は本発明鋼と他鋼種の耐摩耗性を比較したもので
あるが、同一硬さレベルで比較した場合、他鋼種に比べ
本発明鋼の耐摩耗性は優れている。
〔発明の効果〕 以上説明したように本発明鋼は、熱処理後HRC62〜64の
硬さが安定して得られ、耐摩耗性に優れ、かつ高靱性を
有するため、圧造工具の寿命の大幅な向上が達成でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、HRC62以上における本発明合金と比較合金と
の衝撃値を比較したグラフ、第2図は本発明合金と比較
合金との耐摩耗性を比較したグラフである。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%でC0.7%を越え0.85%以下、Si0.8
    〜2.2%、Mn0.6%以下、Cr3.0〜5.0%、W3.0以下、Mo1.
    0〜5.0%(ただしW+2Mo5〜10%)、V0.5〜1.5%、Nb
    0.1%を越え1.0%以下を含有し、残部Feおよび不純物元
    素からなることを特徴とする低合金高速度工具鋼。
  2. 【請求項2】重量%でSi1.2〜2.2%を含有する特許請求
    の範囲第1項に記載の低合金高速度工具鋼。
  3. 【請求項3】重量%でSi1.6〜2.0%、V1.2〜1.5%を含
    有する特許請求の範囲第1項に記載の低合金高速度工具
    鋼。
  4. 【請求項4】重量%でC0.7%を越え0.85%以下、Si0.8
    〜2.2%、Mn0.6%以下、Cr3.0〜5.0%、W3.0%以下、Mo
    1.0〜5.0%(ただしW+2Mo5〜10%)、V0.5〜1.5%、N
    b0.1%を越え1.0%以下,Co8%以下を含有し、残部Feお
    よび不純物元素からなることを特徴とする低合金高速度
    工具鋼。
  5. 【請求項5】重量%でSi1.2〜2.2%を含有する特許請求
    の範囲第4項に記載の低合金高速度工具鋼。
  6. 【請求項6】重量%でSi1.6〜2.0%、V1.2〜1.5%を含
    有する特許請求の範囲第4項に記載の低合金高速度工具
    鋼。
  7. 【請求項7】重量%でC0.7%を越え0.85%以下、Si0.8
    〜2.2%、Mn0.6%以下、Cr3.0〜5.0%、W3.0%以下、Mo
    1.0〜5.0%(ただしW+2Mo5〜10%)、V0.5〜1.5%、N
    b0.1%を越え1.0%以下を含み、さらにAl、La、Ce、Y
    の一種または二種以上を0.02〜0.2%含み、残部Feおよ
    び不純物元素からなり、Ti≦0.02%、N≦0.006%、S
    ≦0.004%、O≦40ppmに規制したことを特徴とする低合
    金高速度工具鋼。
  8. 【請求項8】重量%でSi1.2〜2.2%を含有する特許請求
    の範囲第7項に記載の低合金高速度工具鋼。
  9. 【請求項9】重量%でSi1.6〜2.0%、V1.2〜1.5%を含
    有する特許請求の範囲第7項に記載の低合金高速度工具
    鋼。
  10. 【請求項10】重量%でC0.7%を越え0.85%以下、Si0.
    8〜2.2%、Mn0.6%以下、Cr3.0〜5.0%、W3.0%以下、M
    o1.0〜5.0%(ただしW+2Mo5〜10%)、V0.5〜1.5%、
    Nb0.1%を越え1.0%以下、Co8%以下を含み、さらにA
    l、La、Ce、Yの一種または二種以上を0.02〜0.2%含
    み、残部Feおよび不純物元素からなり、Ti≦0.02%、N
    ≦0.006%、S≦0.004%、O≦40ppmに規制したことを
    特徴とする低合金高速度工具鋼。
  11. 【請求項11】重量%でSi1.2〜2.2%を含有する特許請
    求の範囲第9項に記載の低合金高速度工具鋼。
  12. 【請求項12】重量%でSi1.6〜2.0%、V1.2〜1.5%を
    含有する特許請求の範囲第9項に記載の低合金高速度工
    具鋼。
  13. 【請求項13】鋼塊を熱間加工する前後いずれかの段階
    において、1150〜1190℃で5〜40時間加熱保持して拡散
    熱処理することを特徴とする特許請求の範囲第1項ない
    し第11項記載のいずれか1項に記載の低合金高速度工具
    鋼の製造方法。
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