JP2001514703A - 統合粉末冶金法により製造したスチールとその熱処理工具及び該スチールの工具への使用 - Google Patents

統合粉末冶金法により製造したスチールとその熱処理工具及び該スチールの工具への使用

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、重量%で以下の合金組成:(C+N):1.4−1.6、Mn:0.6、Si:max1.2、Cr:3.5−4.3、Mo:1.5−3、(ここでWeg=%W+2X%Mo、6<Weg<9)、V:3.5−4.5、S:max0.3、Cu:max0.3、Co:maxl、(Nb+Ta+Ti+Zr+Al)合計量:1.0、通常量の不純物と微量元素を含む他の元素:合計0.5、バランス:鉄、を有し、かつ、実質的にマルテンサイト系マトリックスからなり、該マトリックス中に0.1−3μmの粒径を有する溶解していない硬い生成物が2−15、好ましくは5−10容積%存在し、該硬い生成物は、合金のC及びN含有量の40〜60%が炭化物及び/又はカルボ窒化物としてバナジウムと結合しているMX−タイプ(式中MはVであり、XはC及び/又はNである)のものであり;かつ、1000〜1225℃の温度で各回30分以上、少なくとも2回焼戻し後の、マルテンサイト系マトリックス中に抽出した硬い生成物を桟能量含む;微細構造を有するスチールに関し、さらにフォーミング及び/又はカッティング作業用の工具への該スチールの使用に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 統合粉末冶金法により製造したスチールとその熱処理 工具及び該スチールの工具への使用 [技術分野] 本発明は、フォーミング(forming:成形)及び/又はカッテイング(cutting:切 削、切断)用に粉末冶金法で製造した工具用スチール、特に所謂冷間加工工具用 スチールに関する。本発明はまた、このスチールから製造し、合金組成に適合し た熱処理によって特定の望ましい特徴を備えた工具及び粉末冶金製造技術に関す る。本発明はさらに、該スチール、工具の製造及び該工具の熱処理のための統合 法にも関する。ここで「統合」(integrated)なる表現は、粉末冶金製造技術はも ちろん、製品工具の特性の望ましい組合せを達成するのに寄与する工具の熱処理 も、意昧するものとする。 [発明の背景] 序文で指摘したタイプのスチールは、通常は冷間加工スチールと称される。金 属の冷間押出し用ダイ、深絞り成形及び粉末圧縮カウンター(counter)ダイ、せ ん断及びカッテイング用のナイフやその他の工具類などは、冷間加工スチールの 代表的な用途である。組成がC:1.28、Si:約0.3、Mn:約0.5、Cr:4.2、M o:5.0、W:6.4、V:3.1、バランス:鉄及び不純物;である粉末冶金法で製 造した高速度鋼は、この種の用途によく知られたスチールである。このスチール の欠点は、最も大きな要望を満足させる靭性を持たないということである。従来 知られている粉末冶金法で製造した別のスチールは、C:1.5、Si:1.0、Mn:0 .4、Cr:8.0、Mo:1.5、V:4.0、バランス:鉄及び不純物;なる組成を有す る。このスチールは焼戻し後、高クロム含量が原因して、比較的高含量の残余オ ーステナイトを有し、硬度を減少させる。それ故、前記スチールの最良の特徴を 組み合わせ持つ材料への切実な要望がある。 具体的には、これは、目的の使用分野用の靭性、耐摩耗性ならびに硬度につい て最適な特性をもたらし、同時に、合金元素、特に最専用の合金元素の合計含有 量について、コストの面からも材料を有利にするため比較的低含量にとどめるよ うなスチールへの要望があるという風に表現できる。 [発明の簡単な開示] 上述の要請事項を満足させるのが本発明の目的である。この目的は、添付請求 範囲に記載される事項を特徴とする本発明で達成することができる。本発明をな んらの特定理論に拘束せずに、望ましい特性の組合せを実現するための各種合金 元素及び各種構造組成の重要性について、さらに詳しく説明する。%に関しては 、特記しない限り、合金含有量に常に重量%、構造組成は容積%で測定される。 <炭素と窒素> 炭素及び窒素は、1.4%以上で1.6%以下、好ましくは1.44%以上で1. 56%以下、典型的には1.5%の量で存在させる。通常は窒素含有量は0.1% 以下であるが、炭素含量が低くて(炭素+窒素)の合計量が1.4―1.6%であ る場合は、粉末冶金製造技術では窒素を約1%まで溶解することが可能となる。 それ故、この変体スチールは、製造した粉末の固相窒化によって達成できる高含 量の窒素、最高(以降max.と記載する)1.0%、例えば0.3―1.0%Nを含 むことを特徴とし、ここでは、製品工具のスチール中に存在する堅い成分中の炭 素を置換することができる。 このようにして炭素及び窒素の40―60%は、MX−タイプ、すなわち第1級 炭化物又はカルボ窒化物(carbo-nitride)の溶解しない硬い成分中に含まれ(MX 式中、Mは実質的にバナジウムであり、Xは炭素及び/又は窒素である)、一方、 残余分は実質的に母体(マトリックス)中に溶解しているか又は析出した硬い成 分として存在する。(炭素+窒素)が1.4%未満の含有量では充分な硬度と耐 摩耗性が得られず、一方、1.6%を超える量では脆化の問題を生ずる可能性が ある。 <マンガン> マンガンは、このタイプのスチールに通常の量、すなわち0.1%以上約0.6 %以下の量で存在する。代表的なマンガン含有量は約0.3%である。 <シリコン> シリコンは、シリコン合金変体中に0.1%以上の量で存在しており約1%ま で又は1.2%以下の量で存在し得るが、通常は0.6%を超えて含まれることは ない。典型的には約0.5%含まれる。 <硫黄> 硫黄は、通常、スチール中の不純物としての量を超える量で存在することはな い。すなわち、0.03%以下の量にある。しかしながら、スチールの切削性を 改善するために硫黄合金変体中に0.3%までの硫黄を添加することができる。 この場合、スチールは0.1―0.3%の硫黄を含有する。 <クロム> スチールに充分な硬さを与えるためには、クロムは3.5%以上の量で存在さ せる必要がある。しかしながら、クロム含量は大抵4.3%を超えることはない 。クロム含有量が多いと、特に溶解温度が比較的低い場合、スチール中に存在し ている炭化クロムが溶解しないという危険がある。 これに関係する炭化クロムはM7C3―及びM23C6―タイプのものであり、これらは 望ましくない。さらに焼戻し温度から冷却の際に生成するマルテンサイト中での M2C―炭化物又は相当物の析出(この析出は本発明によれば望ましい)は、残余 オーステナイトがマルテンサイトに転化するときこのクロム含量によって不利な 影響を蒙る。 クロム含量が多いと、残余オーステナイトの含量が望ましい含量を超える危険性 がある。この残余オーステナイトは、M2C―炭化物又は相当物の析出に影響を与 えるのみならず、それ自身も望ましくないものである。何故なら、残余オーステ ナイトは硬度を減少させ、これにより工具の使用時にそのシャープなかど(角) や刃の変形などの組成変形を起こし得るから。 <モリブデンとタングステン> モリブデンとタングステンは、スチール中に各々1.5%以上3%以下の量で 存在させる。これら元素は、好ましくは1.8―2.8%、より好ましくは2.1 ―2.7%、典型的には2.5%の量で存在させる。しかしながら、Weq=%w+2 ×%Moで表す含量は6―9、好ましくは6.5―8.5、より好ましくは7―8、 典型的には7.5とする。後述の高焼戻し温度に関連してM2C―炭化物又は相当物 (窒化物、カルボー窒化物)の望ましい析出を得るためには最小のWeq含量が必 要であり、一方、本発明にしたがって望ましくない第1級M6C―炭化物、すなわ ちW,Mo―炭化物、の生成を避けるためには最大のWeq含量が選ばれる。このよう にしてモリブデンとタングステンの合計含有量を最大にすることによってM6C― 炭化物と相当物の含有量を最大限2%、好ましくはmax.1%にすることができる 。実際のところ、検出できる程のM6C―炭化物又は相当物は、本発明スチール中 に通常は存在しない。 <バナジウム> バナジウムは、高含量のMC―炭化物又は相当するカルボー窒化物によってスチ ールに望ましい耐摩耗性をもたせるためには3.5%以上の量で存在する必要が ある。最大含有量は4.5%とすることができる。バナジウム含量がこれより高 い場合は靭性が低くなりすぎる。 <他の炭化物及び窒化物形成用物質> 本発明のスチールは、上述の炭化物及び窒化物形成用物質と鉄の他は意図的に 添加する炭化物又は窒化物形成用の物質を含まない。ニオビウム、タンタル、チ タン、ジルコニウム、アルミニウム、及び可能性のあるさらに強力な炭化物及び /又は窒化物形成用物質の合計量はmax.1.0%とする。 <コバルト> コバルトは一般にスチールの硬度を増加させる元素である。コバルトは、本発 明のスチールにことさらに加えられることはないが、使用する原材料中に一成分 として存在し得る。これは特に高速度鋼を主要製品とするプラントでスチールを 製造するときがそのようなケースであり、max.1%量まで許容できる。 <他の元素> 本発明のスチールは、意図的に加えたその他の合金元素を含んではならない。 銅はmax.0.3%まで、錫(すず)はmax.0.1%まで、鉛は0.005%まで の量で存在してもよい。鉄を除くスチール中のこれらとその他の元素の合計含有 量は、max.0.5%になってもよい。 [スチールの製造と処理及びその微細構造] 本発明の合金組成を有するメルト(溶融物)を調製する。溶融した金属の流れ を、アルゴン又は窒素の不活性ガスにより、極めて小さな滴に粉末化する。スチ ールを意図的に窒素と合金にする場合には特に窒素を使用する。この小滴は不活 性ガス中を落下するにつれ冷却固化されて微細な粉末になる。この固化過程では 材料分離の起こる時間がないので、各個々の粉末粒子の組成は極めて均質となる 。 しかしながら、この粉末粒子が高含量の窒素を含むときは、粉末粒子中に析出し た第1級MC―炭化物又はカルボー窒化物が存在する。炭素と窒素の合計含有量の 約半分又は40―60%がMC―炭化物(式中、Mはバナジウムである)、又は相 当するカルボー窒化物中に集まる。これらの炭化物又はカルボー窒化物は3μm を超えない粒子径を有し、これらの硬い生成物の総量の90%以上が0.1―3 μm範囲のサイズを有する。 この粉末を篩分して金属シートカプセルに装入し、ガス排気してから密封し、 そこで内容物の入ったカプセルをまず冷間圧縮し、次いで900℃以上の温度、 通常900―1200℃の範囲で、90MPa以上の圧力、通常90―150MPaの 範囲で、熱アイソスタティックプレス成型(hot isostatic pressing:所謂HIP―i ng)にかける。 次いでこの材料を慣用法で望ましい型と大きさに鍛造、ロールする。熱間加工 終了後、約900℃の温度で材料をソフト(柔らか)に焼きなまし、次いで徐々 に冷却する。 この材料をソフトに焼きなました条件で各方面の工具メーカーに配送する。工 具メーカーは、言い換えると異質なグループの製造業者である。まず第1に著し く異なるのは仕上がり工具の熱処理用設備であり、工具メーカーの専門化の度合 いやプラントの経過年数などの要因に対処しなければならない。 基本的には2つの主要なタイプのプラントがある。すなわち1つは、1100 ―1225℃範囲の温度の高い溶解熱処理温度からスチールを焼き入れすること が可能であって慣用のプラントであり、他の1つは炉が、溶解熱処理のための1 000−1100℃を超える温度を許容しないプラントである。まず第1に高速 度鋼工具メーカーは第1のグループに属し、他方、慣用の冷間加工鋼工具の製造 業者は後者のグループに属する。これら両方のカテゴリーを満足させるのが本発 明の目的である。 本発明の、最も広い見方によれば、製造した工具を1000―1225℃の温 度での溶解熱処理によって焼き入れし、続いてパーライト(pearlite)及び/又は ベイナイト(bainite)の生成を防止するため500℃以下に急冷し、そのあと冷 却は空気中で室温又は少なくとも50℃以下に冷却することにより徐々に進める ことができる。次いでこの材料を190―580℃の温度で2回以上焼戻しする 。焼戻し時間は、各焼戻し操作に関して各回30分以上であるが、通常4時間を 超えない。 この材料の微細構造、したがって、また機械特性による成果は、工具メーカー が作業する温度が溶解熱処理及び焼戻しのための前記温度範囲のどの部分にある かによって変わる。高温法である第1の場合には、焼戻し後に望まれる最終製品 の硬度によって、硬化温度(溶解熱処理温度)を比較的広い温度範囲内、通常1 050−1250℃の範囲内に選ぶことが可能である。 しかしながら、焼戻し作業には、目的の2次の焼き入れ効果を達成するため、 より狭い温度範囲すなわち520―580℃の温度を適用する。溶解熱処理の間 に、MC―炭化物及び/又は相当するカルボー窒化物は一部分しか溶解しないが、 実質的に他のすべての炭化物及び窒化物は完全に溶解する。MC―炭化物の溶解の 程度は溶解熱処理温度に依存する。強力な冷却に際してマトリックスの支配的構 成成分であるマルテンサイトが形成する。後者中には、2―15、好ましくは5 ―10容積%の溶解しないMC−炭化物又は相当するカルボー窒化物が存在する。 しかしながら、冷却操作後も多少の量の残余オーステナイトが残る。520−5 80℃、通常は550―560℃での焼戻しは、残余オーステナイトをマルテン サイトに転化させること、ならびにマルテンサイト中にM2C―炭化物及び/又は 相当するカルボー窒化物を析出させることを目的とする。実質的にすべての残余 オーステナイトがマルテンサイトに転化するのを確実にするため、焼き戻しは2 回上実施する。析出したM2C―炭化物又は相当物は100nm未満のサイズを有す る。以前に行って公表した研究によれば、典型的なサイズは5―10nmの範囲に ある。言い換えると、それらはサブミクロンの大きさであり、したがって慣用の 顕微鏡では観測できない。しかしながら、それらは焼戻し操作によって達せられ る2次焼き入を通じて認められる。この2次焼き入れはこのタイプの析出に特徴 的なものである。それ故、本発明の材料のマルテンサイト系マトリックス中にM2 C―炭化物が大量に実在するということが疑いもなく立証できる。析出したM2C― 炭化物の量を定量するのは本発明の開発業務の枠に入らないが、概していえば、 小さなM2C―炭化物の数は例えば1000炭化物/μm2を遥かに超えるというこ とができる。ここでMは、タングステン、モリブデン、クロム、鉄、パナジウム などの、合金中のいずれの炭化物形成用金属、も表すことができる。例えタング ステンとモリブデン以外の金属がM2C―炭化物の一部であっても、その元素は必 須成分である。それが、スチールのWeqを6%以上、好ましくは6.5%以上、ふ さわしくは7%以上とする理由の1つである。溶解しないMC―炭化物及び/又は 相当するカルボー窒化物と2次的に析出したM2C―炭化物及び/又はカルボー窒 化物の他には、焼戻した材料はその他の炭化物を実質的に殆ど含まない。したが って、この材料には炭化クロムが欠けており、M6C―炭化物も殆ど存在しない。 低温法に関する限りは、溶解熱処理は1000―1100℃の温度で実施し、 一方、焼戻しは代表的には190―250℃、特に好ましくは190―220℃ の温度で行う。溶解熱処理は、前述の広い温度範囲のうちの低温部分内の高温法 での溶解熱処理相当し、これはMC―炭化物の溶解が少なく、その他のすべての炭 化物は実質的完全に溶解することを意味する。冷却は前述の方法によるのと同じ 方式で行う。焼戻しは各回30分以上2回以上行う。この低温焼戻しでは、M2C −炭化物は析出せず、同じ際立った2次的焼き入れ効果も達せられない。代りに 、実質的にセメンタイトからなるM3C―炭化物が析出する。残余オーステナイト の一定量、max.20%、好ましくはmax.15%、はマルテンサイトに転化しない でこの方法による製品工具中のマトリックスの一部として存在する。これは、あ る程度材料の硬度を減少させるが、他方では、残留する溶解しないMC−炭化物の 量は高温焼戻しによる量を超え、耐摩耗性を増進させる。したがって、低い溶解 熱処理温度ならびに低い焼戻し温度を包含するこの方法は、使用分野によっては 一定のタイプの工具用により有利な熱処理法となるか、又は最高可能温度として 約1100℃を有する炉へのアクセスが制限される場合には望ましい方法となる のであろう。 [図面の簡単な説明] 本発明を、実施した実験と得られた結果を参照して詳しく説明する。ここでは 添付図面を参照する。 図1は、本発明によるスチールと参考材料の高温焼戻し後の硬度対焼き入れ温 度を示す。 図2は、2つの異なる焼戻し温度に対する本発明のスチールと参考材料の曲げ 強度―引っ張り強度対焼き入れ温度を示す。 図3は、図2と同じ材料及び同条件での曲げ強度―たわみ対焼き入れ温度を示 す。 図4は、多数の試験スチールの耐摩耗性を示す。 図5は、多数の試験スチールに対する衝撃強度による靭性を示す。 図6は、異なる溶解熱処理温度で焼戻し後の、本発明スチール中のMC―炭化物 の含有量及び他の材料中のMC―炭化物とM6C―炭化物の含有量を示す。 図7は、熱処理後の本発明のスチールの微細構造を示す。 図8は、本発明スチールが使用できる代表的な工具を示す。 [実施した実験の説明] 最初の実験シリーズでは表1のスチールNo.1―7の7つの合金変体をつくっ た。前述の発明の簡単な開示で説明した技術にしたがって、粉末を溶融合金から っくった。この粉末を直径46mm、長さ約0.5mの小さな金属シートカプセル 中に充填した。カプセルを密閉してガス排気後、内容物の入ったカプセルを11 50℃の温度、100MPaの圧力で熱アイソスタティックプレス成形により最大 密度に圧縮した。 熱アイソスタティックプレス成形後、最大能力生産に対する標準的な熱処理と は区別して、このサンプルは何も熱処理にかけなかった。その代り、熱アイソッ タティックプレス成形した各々のカプセルを表2による熱処理用にカットして各 断片(ピース)にした。 焼き入れと焼戻したサンプルの硬度と粒径(グレインサイズ)を測定した。最 低で1150℃から焼き入れしたサンプルについて粒径は7―10μmであった 。硬度は炭素含有量によって変化した。炭素含有量を1.5%選ぶことによって 、焼戻し後約64HRCの最高硬度が得られた。しかしながら、析出硬化に最適 な焼戻し温度である約560℃における高温処理後のM2C―炭化物の析出によっ て2次焼き入れが望ましい程度に達するためには、モリブデンとタングステンの 合計量は少しばかり低すぎたと判断された。それ故、さらに検討のため、C:1. 50、Cr:4.2、Mo:2.5、W:2.5、V:4.0、Mn及びSi:通常量、バランス: 鉄及び不可避不純物;を目的とした分析値(代表的組成)を有するものを加熱し た。分析した組成を表1のスチールNo.8に示す。また、参考材料のスチールNo. 9―13の典型的な組成を表1に含めた。 スチールNo.8から約6トンの粉末をつくった。この粉末を各1500kgづつ 入れるカプセルに充填した。カプセルを密閉し、ガス排気して1150℃の温度 、100MPaの圧力で冷間ならびに熱アイソスタティック圧縮し、鍛造してロッ ド状にロール処理した。そのうちの若干は、わざわざ直径約6.2mmの寸法にし た。テストサンプルを直径6mmのサイズに機械加工した。同じテストサンプルを スチールNo.9からつくった。 これらのテストサンプルを1000―1200℃の間の異なる溶解熱処理温度 から焼き入れ、次いで560℃で3×1時間(1時間づつ3回)焼戻した。その 結果を図1に示す。これによれば、実質的に高合金化した参考材料No.9の硬度 が最も大きかったが本発明のスチールNo.8も目的とする用途に充分な硬度を達 成した。 それから、一方では560℃で3×1時間、他方では200℃で2×2時間焼 戻し後の本発明のスチールNo.8;及び硬度試験時と同じ焼戻し処理、すなわち 560℃で3×1時間焼戻し後の参考材料、スチールNo.9;に対して異なる溶 解熱処理温度による靭性を調べた。靭性ば曲げ強度/引張り強度及び曲げ強度/ たわみによって測定した。結果を図2及び図3に示す。曲げ強度試験から、溶解 熱処理温度のいかんに拘わらず、本発明のスチールが最も大きな靭性を有してい たことがわかる。さらに図2から1050―1200℃の温度又はそれを超える 温度での溶解熱処理後の靭性は、560℃での例による高温焼戻し処理によって 得られたが、1000―1050℃の低温側での溶解後の最良の靭性は、200 ℃での例による低温側範囲内の焼戻し処理によって得られたことがわかる。 同じ傾向が図3にも見られるが、ここでははるか最良の靭性が高温焼きなまし 処理による本発明のスチールで達せられることがまして明らかである。 耐摩耗性試験に対しては、サイズが15mm直径のテストサンプルを使用した。 テストは、“Pin on disc,dry Si 02 flint paper”テストとして従来公知の方 法、粒径150メッシュ、荷重(load)20N、2分間により行った。 本発明のスチールNo.8及び参考スチールNo.9の他に、表1中にスチールNo. 11、12、13と命名したスチールもテストした。スチールNo.11は粉末冶 金法で製造した冷間加エスチール、スチールNo.12は慣用法で製造したM2タイ プの高速度鋼、スチールNo.13はD2タイプの慣用の冷間加エスチールであった 。硬度を図4に示す。本発明のスチールNo.8を560℃での高温焼戻しと20 0℃での低温焼戻しによってテストした。 図4のバーチャートの解釈に関しては、耐摩耗性はバーの高さに比例する。最 良の結果は、1060℃から焼き入れ、200℃で2×2時間焼戻したスチール No.8で得られ、次善のものは。1150℃から焼き入れ、560℃で3×1時 間焼戻したときの本発明のスチールNo.8であった。大粒子の炭化クロムを大量 に含む、慣用法で製造した高クロム鋼である冷間加エスチールNo.13は、同等 の耐摩耗性を有していいたが、耐摩耗性を増進はするが他方では別の重要な特性 、特に靭性を損なう。 次いでスチールNo.8―13について、サンプルサイズ:7×10×55mm、V W(フォルクスワーゲン)法によって衝撃強度を調べた。適用した熱処理と得られ た結果を表3に示す。結果は図5にも例示されており、本発明のスチールNo.8 が、テストした各スチールの中では衝撃強度の項で表して断然最良の靭性を有し ていたことがわかる。 最後に、異なる溶解熱処理温度から冷却後、本発明のスチール中の炭化物含有 量も調査した。参考として公知のバルブ鋼(表1のスチールNo.10)中の炭化 物含量も測定した。この参考スチールは本発明スチールよりも炭索含有量が低く 、バナジウム含有量もいくらか低かった。 Weqで表されるモリブデンとタングステンの合計量は、本発明にしたがう最も 広いWeq範囲の最大値とすることができるWeqに相当していた。この研究(図6) により、本発明スチール中にはMC―炭化物しか検出できなかったこと、詳しくは 、その量はテストした全温度範囲内で5―10%であったことがわかった。スチ ールNo.10は5%未満のMC―炭化物を含んでいたが、少なくとも約1150℃ までの温度から焼き入れ後はM6C―炭化物をも含んでいた。 図7は、1100℃から焼き入れ、560℃で3×1時間焼戻した本発明のス チールNo.8の微細構造を示す。明るい、円まった又は多少卵形の粒子は、溶解 しないMC―炭化物からなっている。マトリックスは焼戻したマルテンサイトから なる。マルテンサイトマトリックス中に大量に存在する2次的に析出したM2C― 炭化物は、サイズが5―10nmのオーダーと小さいため、実際の拡大倍率では見 えない。 図8には、本発明のスチールが有利に使用できるパンチング(打抜き)工具の 一部を形成することを目的とした工具(上部ダイ:a)を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,LS,M W,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY ,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM ,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY, CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,E S,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU,ID ,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ, LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,M G,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT ,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL, TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,V N,YU,ZW (72)発明者 ウエスティン,ライフ スウェーデン国 エス―810 60 セーデ ルフォルス ベルクスレクスヴェーゲン 2 【要約の続き】 業用の工具への該スチールの使用に関する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.重量%で以下の合金組成を有することを特徴とする、フォーミング及び/ 又はカッティング作業用の粉末合金法で製造した工具用スチール: (C+N): 合計1.4−1.6 Mn : max 0.6 Si : max 1.2 Cr : 3.5−4.3 Mo : 1.5− 3 W : 1.5− 3 ここで6<Weq<9でWeq=%W+2X%Mo V : 3.5−4.5 S : max 0.3 Cu : max 0.3 Co : max 1 (Nb+Ta+Ti+Zr+Al): 合計 max1.0 通常量の不純物と微量元素を含むその他元素: 合計0.5 バランス : 鉄 2.(C+N)を合計で1.44〜1.56%を含むことを特徴とする、請求 項1に記載のスチール。 3.C及びNの40〜60%が、第1級炭化物又はカルボー窒化物を意味する NX−タイプ(式中MはVであり、XはC及び/又はNである)の溶解しない硬 い生成物中に存在することを特徴とする、請求項1又は2に記載のスチール。 4.Sをmax0.03%含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1 項に記載のスチール。 5.Sを0.1〜0.3%を含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか 1項に記載のスチール。 6.Crを3.8〜4.2%含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか 1項に記載のスチール。 7.前記Weqが、6、5≦Weq≦8.5、好ましくは7≦Weq≦8であ ることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のスチール。 8.Vを3.8〜4.2%含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項 に記載のスチール。 9.工具材料が、実質的にマルテンサイト系マトリックスからなり、該マトリ ックス中に0.1〜3μmの粒径を有する溶解しない硬い生成物が2〜15、好 ましくは5〜10容積%存在し、該硬い生成物はMX−タイプ(式中MはVで、 xはZ及び/又はNである)のものであり、ここで合金のC及びN含有量の40 〜60%が炭化物及び/又はカルボー窒化物として、バナジウムと結合しており ;かつ、1000〜1225°の温度におけるスチールの溶解熱処理及び190 〜580℃の温度で各回30分以上少なくとも2回焼戻し後のマルテンサイト系 マトリックス中に抽出した桟能量の硬い生成物を含む;微細構造を有することを 特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の組成を有するスチールから製 造した工具。 10.前記マルテンサイト系マトリックスが機能量のM2 X−タイプ(式中M はCr、Mo、W、V、Feからなる群に属する金属、特にMoとWであり、X はC及びNである)の硬い生成物を含み、この硬い生成物が、520〜570℃ の温度でスチールを焼戻すことによって得られる100μm未満のサイズを有す ることを特徴とする、請求項9に記載の工具。 11.前記工具材料が、1000〜1100℃の温度でスチールを溶解熱処理 後、190〜250℃の温度で焼戻すことによって得られるM3X-タイプ(式中 Mは実質的にFe又はCrであり、XはC及び/又はNである)の硬い生成物を 桟能量含むことを特徴とする請求項9に記載の工具。 12.前記工具材料が、1100〜1200℃の温度から焼入れ、520〜5 70℃の温度で焼戻し後、62HRC以上の硬度と5.5KN/mm2以上の曲 げ強度を有することを特徴とする、請求項9〜11のいずれか1項に記載の工具 。 13.以下の(a)〜(f)を特徴とする、スチール及びその工具の統合的製 造方法: (a)請求項1〜8のいずれか1項に記載の合金組成を有するスチールメルトを 調整し、 (b)該メルトから小滴を形成させ、該小滴を冷却して前記スチール合金の粉末 を形成させ、ここで粉末中に存在するMX−タイプ(式中Mは実質的Vであり、 XはC及び/又はNである)の硬い生成物は、この硬い生成物の合計量の90% 以上が0.1〜3μmの粒径を有する粒子からなり、 (c)熱アイソスタティック間圧縮からなる緻密化法によって該粉末を充分な密 度を有する物体に緻密化し、 (d)該物体を鍛造及び/又はロールによって熱間加工し、 (e)該鍛造及び/又は熱間ロールした生成物からソフトな焼きなましによって 望ましい形状の工具を作製し、 (f)該工具を1000〜1225℃の温度で溶解熱処理(オーステナイト化) によって、焼入れし、500℃以下に冷却してさらに50℃以下に続けて冷却し、 次いで190℃〜580℃の温度で焼戻しし、その結果この工具が請求項9〜1 2のいずれか1項の特徴とする部分に記載の微細構造をもつようになる. 14.重量%で下記の合金組成: (C+N): 1.4−1.6 Mn : max 0.6 Si : max 1.2 Cr : 3.5−4.3 Mo : 1.5− 3 W : 1.5− 3 ここで6<Weq<9、Weq=%W+2X%Mo V : 3.5−4.5 S : max 0.3 Cu : max 0. 3 Co : max 1 (Nb+Ta+Ti+Zr+Al): 合計 max1.0 通常量の不純物と微量元素を含むその他元素:合計0.5 バランス: 鉄 を有し、かつ、実質的にマルテンサイト系マトリックスからなり、該マトリック ス中に粒径が0.1〜3μmの溶解しない硬い生成物が2〜15、好ましくは5 〜10容積%存在し、この硬い生成物は、合金のC及びN含有量の40〜60% が炭化物及び/又はカルボー窒化物としてバナジウムと結合しているMX−タイ プ(式中)MはVであり、XはC及び/又はNである)のものであり、かつ、1 000〜1225℃の温度でのスチールの溶解熱処理及び190〜580℃の温 度で各回30分以上少くとも2回焼戻し後のマルテンサイト系マトリックス中に 抽出した桟能量の硬い生成物を含む;微細構造を有するスチールをフォーミング 及び/又はカッティング作業用の工具に使用すること。
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