JP2002212679A - 刃物及びそれに用いるFe系刃物用合金 - Google Patents
刃物及びそれに用いるFe系刃物用合金Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 常時使用しても刃こぼれ等が生じないととも
に、耐食性、硬さも従来の刃物と遜色ない刃物を提供す
る。また、該刃物を構成する合金であって、耐磨耗性、
焼入れ性及び加工性に優れたFe系刃物用合金を提供す
る。 【解決手段】 少なくとも刃物1の刃部2を形成する部
位を、以下のFe系刃物用合金にて構成する。すなわ
ち、該Fe系刃物用合金は、主成分としてのFeと、4
〜13質量%のCrと、0.4〜0.65質量%のCと
を含有し、Fe系主相の90体積%以上がマルテンサイ
ト相であり、かつ、断面組織を観察したときに、該Fe
系相中に形成されている(Fe,Cr)系炭化物の寸法
が5μm以下となっている。
に、耐食性、硬さも従来の刃物と遜色ない刃物を提供す
る。また、該刃物を構成する合金であって、耐磨耗性、
焼入れ性及び加工性に優れたFe系刃物用合金を提供す
る。 【解決手段】 少なくとも刃物1の刃部2を形成する部
位を、以下のFe系刃物用合金にて構成する。すなわ
ち、該Fe系刃物用合金は、主成分としてのFeと、4
〜13質量%のCrと、0.4〜0.65質量%のCと
を含有し、Fe系主相の90体積%以上がマルテンサイ
ト相であり、かつ、断面組織を観察したときに、該Fe
系相中に形成されている(Fe,Cr)系炭化物の寸法
が5μm以下となっている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、刃物及びその刃物
に用いるFe系刃物用合金に関する。
に用いるFe系刃物用合金に関する。
【0002】
【従来の技術】刃物用合金としては従来、SUS420
J2やSUS440A等のマルテンサイト系ステンレス
鋼が使用されている。このようなマルテンサイト系ステ
ンレス鋼刃物の場合、加工性、切れ味、耐食性及び耐磨
耗性がそれぞれ要求されるため、これらの特性を向上さ
せる元素を添加することがある。例えば、耐食性及び硬
さを向上させるために、上記マルテンサイト系ステンレ
ス鋼に、C及びCrをより多く含有させたFe系刃物用
合金がある。
J2やSUS440A等のマルテンサイト系ステンレス
鋼が使用されている。このようなマルテンサイト系ステ
ンレス鋼刃物の場合、加工性、切れ味、耐食性及び耐磨
耗性がそれぞれ要求されるため、これらの特性を向上さ
せる元素を添加することがある。例えば、耐食性及び硬
さを向上させるために、上記マルテンサイト系ステンレ
ス鋼に、C及びCrをより多く含有させたFe系刃物用
合金がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このようなFe系刃物
用合金においては、硬さ及び耐食性は良好なものとなる
が、C及びCrの添加量が過剰なため、粗大な(Fe,
Cr)系炭化物が形成されやすい。そして、このような
(Fe,Cr)系炭化物が刃物のエッジ部に形成されて
いると、炭化物粒子が刃物使用時に脱粒し、刃こぼれの
原因となるという問題があった。
用合金においては、硬さ及び耐食性は良好なものとなる
が、C及びCrの添加量が過剰なため、粗大な(Fe,
Cr)系炭化物が形成されやすい。そして、このような
(Fe,Cr)系炭化物が刃物のエッジ部に形成されて
いると、炭化物粒子が刃物使用時に脱粒し、刃こぼれの
原因となるという問題があった。
【0004】本発明の課題は、耐食性が良好であり長時
間使用しても刃こぼれ等が生じにくい刃物及びそれに用
いるFe系刃物用合金を提供することにある。
間使用しても刃こぼれ等が生じにくい刃物及びそれに用
いるFe系刃物用合金を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために本発明の刃物は、少なくとも刃部を形
成する部位が、主成分としてのFeと、4〜13質量%
のCrと、0.4〜0.65質量%のCとを含有し、F
e系主相の90体積%以上がマルテンサイト相であり、
かつ、断面組織を観察したときに、前記Fe系主相中に
形成されている(Fe,Cr)系炭化物の寸法が5μm
以下であるFe系刃物用合金にて構成されることを特徴
とする。なお、本明細書において「主成分」とは、対象
となる物質中において最も含有量の多い成分のことをい
う。また、「Fe系主相」とは、Feを主成分とした相
のことである。
を解決するために本発明の刃物は、少なくとも刃部を形
成する部位が、主成分としてのFeと、4〜13質量%
のCrと、0.4〜0.65質量%のCとを含有し、F
e系主相の90体積%以上がマルテンサイト相であり、
かつ、断面組織を観察したときに、前記Fe系主相中に
形成されている(Fe,Cr)系炭化物の寸法が5μm
以下であるFe系刃物用合金にて構成されることを特徴
とする。なお、本明細書において「主成分」とは、対象
となる物質中において最も含有量の多い成分のことをい
う。また、「Fe系主相」とは、Feを主成分とした相
のことである。
【0006】上記刃物用合金を使用することによって、
長期間使用しても刃こぼれ等が生じにくくなり、ひいて
は、切れ味も劣化しないとともに、耐食性及び耐磨耗性
も良好な刃物を実現することが可能となる。本発明の刃
物に使用するFe系刃物用合金においては、刃こぼれの
原因となる(Fe,Cr)系炭化物の脱粒を抑制するた
め、なるべく、粗大な(Fe,Cr)系炭化物が形成さ
れない組成を選択している。
長期間使用しても刃こぼれ等が生じにくくなり、ひいて
は、切れ味も劣化しないとともに、耐食性及び耐磨耗性
も良好な刃物を実現することが可能となる。本発明の刃
物に使用するFe系刃物用合金においては、刃こぼれの
原因となる(Fe,Cr)系炭化物の脱粒を抑制するた
め、なるべく、粗大な(Fe,Cr)系炭化物が形成さ
れない組成を選択している。
【0007】本発明の刃物において、刃部においてFe
系主相の90体積%以上がマルテンサイト相となるよう
にする。これは、刃物としても十分な硬さが保たれるこ
ととなり、刃物の切れ味性及び耐磨耗性も良好な刃物が
得られるようにするためである。また、刃物の切れ味を
向上させるために、小刃角度を鋭くすることが多いが、
この小刃角度が鋭くなるに従って、(Fe,Cr)系炭
化物の脱粒も生じやすくなる。従って、良好な切れ味を
長期間持続させるためには、エッジ部の小刃角度を鋭く
しつつ、該エッジ部の硬さを維持させ、エッジ部に形成
される(Fe,Cr)系炭化物の粗大化を抑制する必要
がある。そこで本発明者等は鋭意検討の結果、刃物刃部
を構成するFe系刃物用合金において、刃物の切れ味を
長時間維持するのに好適な(Fe,Cr)系炭化物の寸
法の範囲があることを見出し、本発明を完成するに至っ
たのである。
系主相の90体積%以上がマルテンサイト相となるよう
にする。これは、刃物としても十分な硬さが保たれるこ
ととなり、刃物の切れ味性及び耐磨耗性も良好な刃物が
得られるようにするためである。また、刃物の切れ味を
向上させるために、小刃角度を鋭くすることが多いが、
この小刃角度が鋭くなるに従って、(Fe,Cr)系炭
化物の脱粒も生じやすくなる。従って、良好な切れ味を
長期間持続させるためには、エッジ部の小刃角度を鋭く
しつつ、該エッジ部の硬さを維持させ、エッジ部に形成
される(Fe,Cr)系炭化物の粗大化を抑制する必要
がある。そこで本発明者等は鋭意検討の結果、刃物刃部
を構成するFe系刃物用合金において、刃物の切れ味を
長時間維持するのに好適な(Fe,Cr)系炭化物の寸
法の範囲があることを見出し、本発明を完成するに至っ
たのである。
【0008】また、本発明においては、上記刃物の製造
に用いられるFe系刃物用合金をも提供する。なお、該
Fe系刃物用合金においては、焼入れ保持温度:102
0〜1080℃;焼入れ時平均冷却速度:10℃/mi
n以上;焼戻し保持温度:100〜500℃;として規
定される焼入れ−焼戻し条件の範囲内に、当該焼入れ−
焼戻しによりFe系主相の90体積%以上をマルテンサ
イト相とすることができる条件が存在し、かつ、該焼入
れ−焼戻し後の断面組織にて観察される前記(Fe,C
r)系炭化物の寸法が5μm以下となることを特徴とす
る。
に用いられるFe系刃物用合金をも提供する。なお、該
Fe系刃物用合金においては、焼入れ保持温度:102
0〜1080℃;焼入れ時平均冷却速度:10℃/mi
n以上;焼戻し保持温度:100〜500℃;として規
定される焼入れ−焼戻し条件の範囲内に、当該焼入れ−
焼戻しによりFe系主相の90体積%以上をマルテンサ
イト相とすることができる条件が存在し、かつ、該焼入
れ−焼戻し後の断面組織にて観察される前記(Fe,C
r)系炭化物の寸法が5μm以下となることを特徴とす
る。
【0009】刃物の刃部を構成するFe系刃物用合金の
断面組織にて観察される(Fe,Cr)系炭化物の寸法
が5μm以下であるとき、(Fe,Cr)系炭化物の脱
粒の発生を効果的に抑制することができ、ひいては、良
好な切れ味を長期間維持させることができる。また、万
一これらの(Fe,Cr)系炭化物が脱粒しても、該炭
化物の脱粒による切れ味への影響も比較的小さく留める
ことができる。(Fe,Cr)系炭化物の寸法は望まし
くは2μm以下とするのがよい。なお、本明細書におい
て(Fe,Cr)系炭化物の寸法は次のように定義す
る。すなわち、観察面上に現れている(Fe,Cr)系
炭化物の粒子外形線に対し、その内部を横切らないよう
に各種位置関係にて外接平行線を引き、その間隔が最大
となる線間距離dを(Fe,Cr)系炭化物の寸法とす
る。また、(Fe,Cr)系炭化物を直接構成するC及
びCrの含有量を、硬さ及び耐食性が劣化しない程度に
若干低目(例えばCが0.55質量%以下、Crが11
質量%以下)に設定するのがよい。他方、C及びCrを
多く含有させることにより形成される(Fe,Cr)系
炭化物は、合金の硬さを向上させる効果もあるため、あ
る程度(例えば、0.2〜1μmのものが1mm2当り
300〜500個程度)は該炭化物が形成されるように
するのがよい。
断面組織にて観察される(Fe,Cr)系炭化物の寸法
が5μm以下であるとき、(Fe,Cr)系炭化物の脱
粒の発生を効果的に抑制することができ、ひいては、良
好な切れ味を長期間維持させることができる。また、万
一これらの(Fe,Cr)系炭化物が脱粒しても、該炭
化物の脱粒による切れ味への影響も比較的小さく留める
ことができる。(Fe,Cr)系炭化物の寸法は望まし
くは2μm以下とするのがよい。なお、本明細書におい
て(Fe,Cr)系炭化物の寸法は次のように定義す
る。すなわち、観察面上に現れている(Fe,Cr)系
炭化物の粒子外形線に対し、その内部を横切らないよう
に各種位置関係にて外接平行線を引き、その間隔が最大
となる線間距離dを(Fe,Cr)系炭化物の寸法とす
る。また、(Fe,Cr)系炭化物を直接構成するC及
びCrの含有量を、硬さ及び耐食性が劣化しない程度に
若干低目(例えばCが0.55質量%以下、Crが11
質量%以下)に設定するのがよい。他方、C及びCrを
多く含有させることにより形成される(Fe,Cr)系
炭化物は、合金の硬さを向上させる効果もあるため、あ
る程度(例えば、0.2〜1μmのものが1mm2当り
300〜500個程度)は該炭化物が形成されるように
するのがよい。
【0010】また、本発明のFe系刃物用合金は、前述
したような条件により焼入れ−焼戻しを行うことによ
り、そのFe系主相の90体積%以上をマルテンサイト
相とすることができる。そのため、該刃物用合金を刃物
として使用すれば、充足しているべき硬度がおおむね得
られることとなる。このとき、断面組織にて観察される
前記(Fe,Cr)系炭化物の寸法が5μm以下となっ
ていれば、長時間使用を重ねても、刃こぼれ等が生じに
くくなる。つまり、前述した焼入れ−焼戻し条件にて処
理したときに観察される(Fe,Cr)系炭化物の寸法
は、耐刃こぼれ性の1種の目安となりうる。
したような条件により焼入れ−焼戻しを行うことによ
り、そのFe系主相の90体積%以上をマルテンサイト
相とすることができる。そのため、該刃物用合金を刃物
として使用すれば、充足しているべき硬度がおおむね得
られることとなる。このとき、断面組織にて観察される
前記(Fe,Cr)系炭化物の寸法が5μm以下となっ
ていれば、長時間使用を重ねても、刃こぼれ等が生じに
くくなる。つまり、前述した焼入れ−焼戻し条件にて処
理したときに観察される(Fe,Cr)系炭化物の寸法
は、耐刃こぼれ性の1種の目安となりうる。
【0011】なお、前述の焼入れ熱処理条件及び焼戻し
熱処理条件は、(Fe,Cr)系炭化物の寸法規定のた
めに定めたものであって、実際に刃物用合金を刃物に使
用する場合は、その合金の成分に最も適した熱処理条件
が、上記熱処理条件とは若干異なる場合もある。
熱処理条件は、(Fe,Cr)系炭化物の寸法規定のた
めに定めたものであって、実際に刃物用合金を刃物に使
用する場合は、その合金の成分に最も適した熱処理条件
が、上記熱処理条件とは若干異なる場合もある。
【0012】また、上記本発明のFe系刃物用合金は、
前述の焼入れ−焼き戻し熱処理において、0℃以下の温
度に冷却するサブゼロ処理を行ったときに、前記Fe系
主相の97体積%以上がマルテンサイト相となるのがよ
い。サブゼロ処理をすることによって、焼入れ熱処理後
の残留オーステナイト相の少なくとも一部をマルテンサ
イト相とすることができ、硬さを向上することが可能と
なる。このようなFe系刃物用合金を刃物の刃部として
使用することにより、さらに刃物の切れ味及び耐磨耗性
を向上させることができる。なお、0℃を超える温度ま
での冷却では十分な効果が得られない。
前述の焼入れ−焼き戻し熱処理において、0℃以下の温
度に冷却するサブゼロ処理を行ったときに、前記Fe系
主相の97体積%以上がマルテンサイト相となるのがよ
い。サブゼロ処理をすることによって、焼入れ熱処理後
の残留オーステナイト相の少なくとも一部をマルテンサ
イト相とすることができ、硬さを向上することが可能と
なる。このようなFe系刃物用合金を刃物の刃部として
使用することにより、さらに刃物の切れ味及び耐磨耗性
を向上させることができる。なお、0℃を超える温度ま
での冷却では十分な効果が得られない。
【0013】また、本発明のFe系刃物用合金において
は、焼入れ−焼戻し前に球状化焼鈍を行ったものを使用
することもできる。刃物の製造においては、所望の刃物
形状に加工するのに、焼きなまし状態で粗加工を行い、
焼入れ後に最終的な刃先仕上加工を行うようにする。そ
こで、焼入れ熱処理前の加工性を向上させるために、球
状化焼鈍を焼入れ熱処理前に行う方法が一般的に採用さ
れている。該球状化焼鈍により、合金中に形成される炭
化物が球状化し加工性が良好なものとなる。なお、球状
化焼鈍後に形成される(Fe,Cr)系炭化物の寸法
が、5μm以下となるようにするのがよい。このような
Fe系刃物用合金を用いれば、焼きなまし状態での加工
性が良好となり、しかも耐磨耗性及び切れ味の持続性が
良好な刃物を得ることができる。具体的には、800〜
850℃の温度範囲に加熱して、850から700℃間
の平均冷却速度が10〜20℃/hrとなるように徐冷
する。
は、焼入れ−焼戻し前に球状化焼鈍を行ったものを使用
することもできる。刃物の製造においては、所望の刃物
形状に加工するのに、焼きなまし状態で粗加工を行い、
焼入れ後に最終的な刃先仕上加工を行うようにする。そ
こで、焼入れ熱処理前の加工性を向上させるために、球
状化焼鈍を焼入れ熱処理前に行う方法が一般的に採用さ
れている。該球状化焼鈍により、合金中に形成される炭
化物が球状化し加工性が良好なものとなる。なお、球状
化焼鈍後に形成される(Fe,Cr)系炭化物の寸法
が、5μm以下となるようにするのがよい。このような
Fe系刃物用合金を用いれば、焼きなまし状態での加工
性が良好となり、しかも耐磨耗性及び切れ味の持続性が
良好な刃物を得ることができる。具体的には、800〜
850℃の温度範囲に加熱して、850から700℃間
の平均冷却速度が10〜20℃/hrとなるように徐冷
する。
【0014】なお、上記球状化焼鈍の条件は、(Fe,
Cr)系炭化物の寸法規定のために定められるものであ
り、実際に該刃物用合金を刃物に使用する場合は、その
合金の成分に最も適した球状化焼鈍の条件が採用され、
上記球状化焼鈍の条件とは若干異なる場合もある。
Cr)系炭化物の寸法規定のために定められるものであ
り、実際に該刃物用合金を刃物に使用する場合は、その
合金の成分に最も適した球状化焼鈍の条件が採用され、
上記球状化焼鈍の条件とは若干異なる場合もある。
【0015】また、前記Fe系刃物用合金は、0.1〜
0.3質量%のNを含有し、Ni:0.5質量%以下、
Si:0.3質量%以下、Mn:0.5質量%以下、を
含有させてもよい。さらに、P:0.03質量%以下、
S:0.005質量%以下、O:0.005質量%以
下、Al:0.03質量%以下に制御してもよい。
0.3質量%のNを含有し、Ni:0.5質量%以下、
Si:0.3質量%以下、Mn:0.5質量%以下、を
含有させてもよい。さらに、P:0.03質量%以下、
S:0.005質量%以下、O:0.005質量%以
下、Al:0.03質量%以下に制御してもよい。
【0016】以下、本発明に係るFe系刃物用合金を構
成する各成分の含有量の限定理由について述べる。な
お、本発明のFe系刃物用合金は以下のような様々な元
素を含有させることができるが、その含有量はFe系合
金のマルテンサイト相の安定性を維持しうる範囲で選択
されることは言うまでもない。
成する各成分の含有量の限定理由について述べる。な
お、本発明のFe系刃物用合金は以下のような様々な元
素を含有させることができるが、その含有量はFe系合
金のマルテンサイト相の安定性を維持しうる範囲で選択
されることは言うまでもない。
【0017】(1)C:0.45〜0.65質量% 焼入れ熱処理により、Fe系主相をマルテンサイト変態
させ、マルテンサイト相中に固溶して硬さを高めるのに
必要な元素である。十分な硬さを得るためには、0.4
5質量%以上は含有させる必要がある。一方含有量が
0.65質量%を超えると未固溶の粗大炭化物が形成さ
れ、冷間加工性や精密切削性が劣化することにつなが
る。また、粗大炭化物が形成されれば脱粒の原因となり
やすい。従って、その形成が抑制されるようにCの含有
量を適宜調整するのがよい。Cの含有量は望ましくは
0.45〜0.55質量%の範囲で設定するのがよい。
させ、マルテンサイト相中に固溶して硬さを高めるのに
必要な元素である。十分な硬さを得るためには、0.4
5質量%以上は含有させる必要がある。一方含有量が
0.65質量%を超えると未固溶の粗大炭化物が形成さ
れ、冷間加工性や精密切削性が劣化することにつなが
る。また、粗大炭化物が形成されれば脱粒の原因となり
やすい。従って、その形成が抑制されるようにCの含有
量を適宜調整するのがよい。Cの含有量は望ましくは
0.45〜0.55質量%の範囲で設定するのがよい。
【0018】(2)N:0.1〜0.3質量% Nは焼入れ熱処理により硬さを高める効果があるので、
Cの一部をNにより代用することができる。Cに匹敵す
る効果を得るためには0.1質量%以上は含有させる。
一方、過剰に含有させると熱間加工性が劣化するので、
その含有量を0.3質量%以下とする。
Cの一部をNにより代用することができる。Cに匹敵す
る効果を得るためには0.1質量%以上は含有させる。
一方、過剰に含有させると熱間加工性が劣化するので、
その含有量を0.3質量%以下とする。
【0019】(3)Cr:4〜13質量% Crは合金材料の表面を不動態化させて合金の耐食性を
向上させる。また、焼戻しや焼鈍時に炭化物を生成し、
材料を適度に軟化させる働きをなす。比較的穏和な環境
で錆びない程度の耐食性を得るためには、4質量%以上
含有させる必要がある。Crの含有量の増大に伴い耐食
性は高まるが、前述のCの含有量の範囲では粗大炭化物
が形成されやすく、それにより冷間加工性が劣化した
り、あるいは、合金表面からの脱粒が発生しやすくな
る。従って、Crの含有量は、13質量%以下に制限す
る。なお、Crの含有量は、より望ましくは9〜11質
量%の範囲に設定するのがよい。
向上させる。また、焼戻しや焼鈍時に炭化物を生成し、
材料を適度に軟化させる働きをなす。比較的穏和な環境
で錆びない程度の耐食性を得るためには、4質量%以上
含有させる必要がある。Crの含有量の増大に伴い耐食
性は高まるが、前述のCの含有量の範囲では粗大炭化物
が形成されやすく、それにより冷間加工性が劣化した
り、あるいは、合金表面からの脱粒が発生しやすくな
る。従って、Crの含有量は、13質量%以下に制限す
る。なお、Crの含有量は、より望ましくは9〜11質
量%の範囲に設定するのがよい。
【0020】(4)Ca:0.02質量%以下 Caの添加は脱酸効果があり、熱間及び冷間の加工性を
改善するとともに、被削性を若干向上させる。ただし、
0.02質量%以上含有させても、効果が飽和するので
上限値を0.02質量%とする。
改善するとともに、被削性を若干向上させる。ただし、
0.02質量%以上含有させても、効果が飽和するので
上限値を0.02質量%とする。
【0021】(5)Si:0.3質量%以下、Mn:
0.5質量%以下 どちらの元素も脱酸剤として使用されるが、球状化焼鈍
後の組織においては、含有量が増大しすぎると、Fe系
主相中のフェライト相に固溶し延性を低下させる。その
ため、球状化焼鈍のメリットである冷間加工性の向上を
期待することができなくなる。従って、Si:0.3質
量%、Mn:0.5質量%を上限とする。
0.5質量%以下 どちらの元素も脱酸剤として使用されるが、球状化焼鈍
後の組織においては、含有量が増大しすぎると、Fe系
主相中のフェライト相に固溶し延性を低下させる。その
ため、球状化焼鈍のメリットである冷間加工性の向上を
期待することができなくなる。従って、Si:0.3質
量%、Mn:0.5質量%を上限とする。
【0022】(6)Al:0.03質量%以下 Si及びMnを過度に使用せずに十分な脱酸を行うに
は、脱酸剤としてAlを使用せざるを得ないが、多量に
なると非金属介在物Al2O3の形成により冷間加工性
と耐食性を劣化させるため、0.03質量%以下にその
含有量を制限する。
は、脱酸剤としてAlを使用せざるを得ないが、多量に
なると非金属介在物Al2O3の形成により冷間加工性
と耐食性を劣化させるため、0.03質量%以下にその
含有量を制限する。
【0023】(7)P:0.03質量%以下 Pは合金の耐食性や靭延性を劣化させるため、できる限
りその含有量を制限するのがよいが、性能と製造コスト
との兼ね合いから0.03質量%程までの含有は許容さ
れる。
りその含有量を制限するのがよいが、性能と製造コスト
との兼ね合いから0.03質量%程までの含有は許容さ
れる。
【0024】(8)S:0.03質量%以下 SはMnとMnSを形成するため、被削性を向上させる
には有効な元素であるが、該MnSの形成は熱間加工
性、耐食性及び冷間加工性の劣化につながる。被削性を
重視する場合は0.03質量%以下の範囲で含有させて
も良い。他方、熱間加工性、冷間加工性および耐食性を
重視する場合は0.01%質量%以下に制限するのがよ
い。
には有効な元素であるが、該MnSの形成は熱間加工
性、耐食性及び冷間加工性の劣化につながる。被削性を
重視する場合は0.03質量%以下の範囲で含有させて
も良い。他方、熱間加工性、冷間加工性および耐食性を
重視する場合は0.01%質量%以下に制限するのがよ
い。
【0025】(9)O:0.005質量%以下 Oは、酸化物を形成して非金属介在物の原因となる。非
金属介在物は冷間加工性を低下させ、疲労強度と靭延性
を劣化させるため、O含有量は0.005質量%以下に
限定するのがよい。
金属介在物は冷間加工性を低下させ、疲労強度と靭延性
を劣化させるため、O含有量は0.005質量%以下に
限定するのがよい。
【0026】また、本発明のFe系刃物用合金は、さら
にR(ただしRはSc、Y、La、Ce、Pr、Nd、
Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Y
b及びLuから選ばれる1種又は2種以上)を合計にて
0.01〜0.05質量%含有させることができる。こ
れらの元素は、鋼の熱間加工性を向上させるのに有効な
元素である。これらを添加することによって得られる熱
間加工性向上の効果は、合計含有量が0.01質量%以
上であるとき、より顕著に発揮される。一方、過剰に添
加させると、効果が飽和し、逆に熱間加工性が低下する
ことから合計含有量の上限を0.05質量%と設定す
る。上記効果のより顕著な発現と価格上の観点から、R
としては軽希土類、特にLaあるいはCeを使用するこ
とが望ましい。また、原料コスト低減等の観点から、ミ
ッシュメタルやジジムなど、非分離希土類を使用するこ
ともできる。
にR(ただしRはSc、Y、La、Ce、Pr、Nd、
Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Y
b及びLuから選ばれる1種又は2種以上)を合計にて
0.01〜0.05質量%含有させることができる。こ
れらの元素は、鋼の熱間加工性を向上させるのに有効な
元素である。これらを添加することによって得られる熱
間加工性向上の効果は、合計含有量が0.01質量%以
上であるとき、より顕著に発揮される。一方、過剰に添
加させると、効果が飽和し、逆に熱間加工性が低下する
ことから合計含有量の上限を0.05質量%と設定す
る。上記効果のより顕著な発現と価格上の観点から、R
としては軽希土類、特にLaあるいはCeを使用するこ
とが望ましい。また、原料コスト低減等の観点から、ミ
ッシュメタルやジジムなど、非分離希土類を使用するこ
ともできる。
【0027】また、本発明のFe系刃物用合金は、N
b:0.05〜0.5質量%、V:0.05〜0.5質
量%、Mo:0.2〜1質量%から選ばれる1種又は2
種以上を含有することができる。Nb、V及びMoは炭
化物等を形成して鋼の結晶粒を微細化し、強靭性を高め
る効果があるため、Nb及びVは0.5質量%、Moは
1質量%までの範囲で添加することができる。なお強靭
性を高める効果を明瞭にするためには、Nb及びVは
0.01質量%以上、Moは0.2質量%以上含有させ
るのが望ましい。
b:0.05〜0.5質量%、V:0.05〜0.5質
量%、Mo:0.2〜1質量%から選ばれる1種又は2
種以上を含有することができる。Nb、V及びMoは炭
化物等を形成して鋼の結晶粒を微細化し、強靭性を高め
る効果があるため、Nb及びVは0.5質量%、Moは
1質量%までの範囲で添加することができる。なお強靭
性を高める効果を明瞭にするためには、Nb及びVは
0.01質量%以上、Moは0.2質量%以上含有させ
るのが望ましい。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て述べる。図1は本発明の刃物の一例たる包丁1であ
る。該包丁1は本発明のFe系刃物用合金にて形成され
ている刃部としての本体2及び柄3とを有する。本体2
を形成するFe系刃物用合金中のFe系主相におけるマ
ルテンサイト相の形成量は、90体積%以上となってお
り、形成されている(Fe,Cr)系炭化物の寸法は5
μm以下となっている。
て述べる。図1は本発明の刃物の一例たる包丁1であ
る。該包丁1は本発明のFe系刃物用合金にて形成され
ている刃部としての本体2及び柄3とを有する。本体2
を形成するFe系刃物用合金中のFe系主相におけるマ
ルテンサイト相の形成量は、90体積%以上となってお
り、形成されている(Fe,Cr)系炭化物の寸法は5
μm以下となっている。
【0029】本体2を構成するFe系刃物用合金の熱処
理は以下のようにして行われる。まず、溶製後の合金に
球状化焼鈍を行う。球状化焼鈍は合金溶製時に形成され
た層状の炭化物を球状に形成しなおすものであるから、
(Fe,Cr)系炭化物が析出する温度直上に合金を加
熱するのがよい。この温度は、Fe系合金の組成成分に
依存して変化するが、本発明のFe系刃物用合金の組成
成分の範囲においては800〜850℃の範囲内の加熱
温度を採用するのがよい。次にその温度で所定時間保持
する。この保持時間は、合金全体の温度が均一になると
ともに、合金中に形成されている層状及び粗大な炭化物
が、処理後に所望の寸法となり得る程度にマトリクス中
に溶出するように設定する。そして、空冷あるいは炉冷
することにより室温まで冷却する。また、このときの空
冷あるいは炉冷による冷却速度は10〜20℃/hrと
なっているのがよい。このような処理により合金の加工
性が向上するため、後の冷間鍛造が容易に行われること
となる。
理は以下のようにして行われる。まず、溶製後の合金に
球状化焼鈍を行う。球状化焼鈍は合金溶製時に形成され
た層状の炭化物を球状に形成しなおすものであるから、
(Fe,Cr)系炭化物が析出する温度直上に合金を加
熱するのがよい。この温度は、Fe系合金の組成成分に
依存して変化するが、本発明のFe系刃物用合金の組成
成分の範囲においては800〜850℃の範囲内の加熱
温度を採用するのがよい。次にその温度で所定時間保持
する。この保持時間は、合金全体の温度が均一になると
ともに、合金中に形成されている層状及び粗大な炭化物
が、処理後に所望の寸法となり得る程度にマトリクス中
に溶出するように設定する。そして、空冷あるいは炉冷
することにより室温まで冷却する。また、このときの空
冷あるいは炉冷による冷却速度は10〜20℃/hrと
なっているのがよい。このような処理により合金の加工
性が向上するため、後の冷間鍛造が容易に行われること
となる。
【0030】次に、上記球状化焼鈍後のFe系刃物用合
金において、冷間鍛造によりある程度本体2の形状に近
い形状まで租加工後、焼入れ熱処理を施す。まず、Fe
系刃物用合金を、Fe系主相においてオーステナイト相
が安定化する温度に加熱保持する。この温度はFe系合
金を構成する成分の含有範囲等により若干変動するが、
本発明のFe系刃物用合金においては、1020〜10
80℃の範囲内に設定するのがよい。次に、上記のよう
に加熱保持したFe系刃物用合金を、油又はガス等の冷
却媒体に浸漬することにより冷却する。採用する冷却
浴、及び該冷却浴の温度は、所望の冷却速度(略10℃
/min以上)が得られるように設定するのがよい。ま
た、過度に急激な冷却は、Fe系刃物用合金の表面にお
ける焼き割れ等を引き起こすため、これらのことを考慮
して、冷却条件を設定するようにする。
金において、冷間鍛造によりある程度本体2の形状に近
い形状まで租加工後、焼入れ熱処理を施す。まず、Fe
系刃物用合金を、Fe系主相においてオーステナイト相
が安定化する温度に加熱保持する。この温度はFe系合
金を構成する成分の含有範囲等により若干変動するが、
本発明のFe系刃物用合金においては、1020〜10
80℃の範囲内に設定するのがよい。次に、上記のよう
に加熱保持したFe系刃物用合金を、油又はガス等の冷
却媒体に浸漬することにより冷却する。採用する冷却
浴、及び該冷却浴の温度は、所望の冷却速度(略10℃
/min以上)が得られるように設定するのがよい。ま
た、過度に急激な冷却は、Fe系刃物用合金の表面にお
ける焼き割れ等を引き起こすため、これらのことを考慮
して、冷却条件を設定するようにする。
【0031】以上のように焼入れ熱処理したFe系刃物
用合金に対して、焼戻し熱処理を行う。この焼戻し熱処
理により、マルテンサイト相に過飽和にて固溶していた
Cが(Fe,Cr)系炭化物の構成成分として析出して
くる。従って、本発明の条件を逸脱するような寸法に
(Fe,Cr)系炭化物が成長しないように、焼戻し温
度を設定する。好適な焼戻し温度はFe系刃物用合金の
成分等に依存して若干変動するが、本発明のFe系刃物
用合金の成分含有量を考慮すれば、焼戻し温度は100
〜500℃の範囲にて設定するのがよい。上記のように
加熱保持したFe系刃物用合金は、例えば空冷により室
温まで冷却する。そして、刃物として使用できるように
形成する。
用合金に対して、焼戻し熱処理を行う。この焼戻し熱処
理により、マルテンサイト相に過飽和にて固溶していた
Cが(Fe,Cr)系炭化物の構成成分として析出して
くる。従って、本発明の条件を逸脱するような寸法に
(Fe,Cr)系炭化物が成長しないように、焼戻し温
度を設定する。好適な焼戻し温度はFe系刃物用合金の
成分等に依存して若干変動するが、本発明のFe系刃物
用合金の成分含有量を考慮すれば、焼戻し温度は100
〜500℃の範囲にて設定するのがよい。上記のように
加熱保持したFe系刃物用合金は、例えば空冷により室
温まで冷却する。そして、刃物として使用できるように
形成する。
【0032】以上、本発明のFe系刃物用合金を実際に
刃物に適用する場合の熱処理条件の一例について説明し
たが、上記各熱処理条件は、本発明の趣旨を逸脱しない
限り、若干の変更があってもよい。
刃物に適用する場合の熱処理条件の一例について説明し
たが、上記各熱処理条件は、本発明の趣旨を逸脱しない
限り、若干の変更があってもよい。
【0033】
【実験例】本発明の効果を調べるため、以下の実験を行
った。表1に示す成分組成(質量%)に配合した各々実
施例及び比較例の50kg鋼塊を高周波誘導炉にて溶製
した。そして、溶製後の各Fe系合金において、表2に
示すような熱処理条件によりそれぞれの熱処理を行っ
た。なお、焼入れを行う前に所望の形状に租加工を行っ
ている。球状化焼鈍における冷却過程においては、85
0〜700℃の温度範囲における平均冷却速度が20℃
/minとなるようにし、焼入れ熱処理における冷却過
程においては、1070〜50℃の温度範囲における平
均冷却速度が10℃/min以上になるようにした。
った。表1に示す成分組成(質量%)に配合した各々実
施例及び比較例の50kg鋼塊を高周波誘導炉にて溶製
した。そして、溶製後の各Fe系合金において、表2に
示すような熱処理条件によりそれぞれの熱処理を行っ
た。なお、焼入れを行う前に所望の形状に租加工を行っ
ている。球状化焼鈍における冷却過程においては、85
0〜700℃の温度範囲における平均冷却速度が20℃
/minとなるようにし、焼入れ熱処理における冷却過
程においては、1070〜50℃の温度範囲における平
均冷却速度が10℃/min以上になるようにした。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】球状化焼鈍後のFe系合金の断面組織を光
学顕微鏡により観察した。その結果を図3に示す。
(a)は実施例No.1の、(b)は比較例No.12
の各観察写真である。(b)によると、粗大な(Fe,
Cr)系炭化物が多数形成されているが、(a)ではそ
れほど大きな粗大炭化物が見られない。さらに(a)に
おいて観察される炭化物は、寸法が2μm以下に抑えら
れている。
学顕微鏡により観察した。その結果を図3に示す。
(a)は実施例No.1の、(b)は比較例No.12
の各観察写真である。(b)によると、粗大な(Fe,
Cr)系炭化物が多数形成されているが、(a)ではそ
れほど大きな粗大炭化物が見られない。さらに(a)に
おいて観察される炭化物は、寸法が2μm以下に抑えら
れている。
【0037】次に、焼入れ及び焼戻し熱処理後のFe系
刃物用合金における断面組織を光学顕微鏡にて観察し
た。図4(a)は実施例No.1、(b)は比較例N
o.12の各観察写真である。(b)によると、(F
e,Cr)系炭化物は粗大なものが多く形成されている
が、(a)においては、それほど大きな粗大炭化物は形
成されていない。さらに、(a)において観察される炭
化物は、寸法が2μm以下に抑えられている。
刃物用合金における断面組織を光学顕微鏡にて観察し
た。図4(a)は実施例No.1、(b)は比較例N
o.12の各観察写真である。(b)によると、(F
e,Cr)系炭化物は粗大なものが多く形成されている
が、(a)においては、それほど大きな粗大炭化物は形
成されていない。さらに、(a)において観察される炭
化物は、寸法が2μm以下に抑えられている。
【0038】表1の実施例No.1〜7のFe系刃物用
合金のFe系主相は、その90体積%以上がマルテンサ
イト相であることを該合金の断面組織により確認した。
そして、サブゼロ処理を行った実施例No.10のFe
系刃物用合金においては、Fe系主相の97体積%以上
が、マルテンサイト相となっていることを確認した。な
お、サブゼロ処理は、−78℃まで冷却して行った。ま
た、サブゼロ処理後の断面組織を光学顕微鏡にて観察し
た。図5(a)は実施例No.10、(b)は比較例N
o.12においてサブゼロ処理を行った場合の各観察写
真をそれぞれ示している。(b)には粗大な(Fe,C
r)系炭化物が多数形成されているが、(a)には、そ
れほど大きな粗大炭化物が見られない。さらに(a)に
おいて観察される炭化物は、寸法が2μm以下に抑えら
れている。
合金のFe系主相は、その90体積%以上がマルテンサ
イト相であることを該合金の断面組織により確認した。
そして、サブゼロ処理を行った実施例No.10のFe
系刃物用合金においては、Fe系主相の97体積%以上
が、マルテンサイト相となっていることを確認した。な
お、サブゼロ処理は、−78℃まで冷却して行った。ま
た、サブゼロ処理後の断面組織を光学顕微鏡にて観察し
た。図5(a)は実施例No.10、(b)は比較例N
o.12においてサブゼロ処理を行った場合の各観察写
真をそれぞれ示している。(b)には粗大な(Fe,C
r)系炭化物が多数形成されているが、(a)には、そ
れほど大きな粗大炭化物が見られない。さらに(a)に
おいて観察される炭化物は、寸法が2μm以下に抑えら
れている。
【0039】このようにして形成したそれぞれの刃物用
合金において、ピンオンディスク磨耗性試験により耐磨
耗性を評価した。被検試料は、各Fe系合金を直径8m
m、長さ20mmのピン状に形成したものを用いた。該
ピンの先端を直径55mm、長さ5mmのディスク(S
US440C:1080℃焼入れ)と接触させて、ピン
に20kgの荷重を付加し、ディスクを周速1m/se
cにて回転させた。そして、磨耗距離が10000mと
なったときの減少したピンの質量及び長さと、減少した
ディスクの質量とを測定した。その結果を図2に示す。
それぞれの試料において、記載した各温度にて30mi
n保持し油冷する焼入れ熱処理と、−60℃にて30m
in保持するサブゼロ処理とを行ったあと、180℃に
て60min保持し空冷する焼戻し熱処理を行ったとき
の結果である。本発明例のFe系刃物用合金において
は、比較例よりもピンの磨耗が進行しておらず、耐磨耗
性に優れていることがわかる。
合金において、ピンオンディスク磨耗性試験により耐磨
耗性を評価した。被検試料は、各Fe系合金を直径8m
m、長さ20mmのピン状に形成したものを用いた。該
ピンの先端を直径55mm、長さ5mmのディスク(S
US440C:1080℃焼入れ)と接触させて、ピン
に20kgの荷重を付加し、ディスクを周速1m/se
cにて回転させた。そして、磨耗距離が10000mと
なったときの減少したピンの質量及び長さと、減少した
ディスクの質量とを測定した。その結果を図2に示す。
それぞれの試料において、記載した各温度にて30mi
n保持し油冷する焼入れ熱処理と、−60℃にて30m
in保持するサブゼロ処理とを行ったあと、180℃に
て60min保持し空冷する焼戻し熱処理を行ったとき
の結果である。本発明例のFe系刃物用合金において
は、比較例よりもピンの磨耗が進行しておらず、耐磨耗
性に優れていることがわかる。
【0040】次に上記のFe系刃物用合金を塑性及び切
削加工することにより、エッジ部の小刃角度が28〜3
4°の各値となるような刃物を形成した。そして、これ
ら刃物の切れ味試験を本多式切れ味試験機を用いて行っ
た。被切断紙としての新聞紙を所定枚数だけ重ね、これ
に刃物を400kgの荷重にて押し付けることにより被
切断紙を切断する操作を繰り返し、最後まで切断できる
回数を測定した。表3に結果を示す。なお、表3には、
各Fe系合金の断面組織にて観察された(Fe,Cr)
系炭化物の平均寸法と、(Fe,Cr)系炭化物のうち
最も大きいものの寸法を任意の異なる観察断面にて3回
測定したときの平均値を示している。また、焼入れ及び
焼戻し熱処理後の刃物の刃部表面において、JIS−Z
2245に規定されているロックウェル硬さ試験により
測定したCスケールロックウェル硬さも同様に示してい
る。なお、C1、C40及びC80は、それぞれ1枚、
40枚及び80枚の新聞紙を重ねたことを示している。
削加工することにより、エッジ部の小刃角度が28〜3
4°の各値となるような刃物を形成した。そして、これ
ら刃物の切れ味試験を本多式切れ味試験機を用いて行っ
た。被切断紙としての新聞紙を所定枚数だけ重ね、これ
に刃物を400kgの荷重にて押し付けることにより被
切断紙を切断する操作を繰り返し、最後まで切断できる
回数を測定した。表3に結果を示す。なお、表3には、
各Fe系合金の断面組織にて観察された(Fe,Cr)
系炭化物の平均寸法と、(Fe,Cr)系炭化物のうち
最も大きいものの寸法を任意の異なる観察断面にて3回
測定したときの平均値を示している。また、焼入れ及び
焼戻し熱処理後の刃物の刃部表面において、JIS−Z
2245に規定されているロックウェル硬さ試験により
測定したCスケールロックウェル硬さも同様に示してい
る。なお、C1、C40及びC80は、それぞれ1枚、
40枚及び80枚の新聞紙を重ねたことを示している。
【0041】
【表3】
【0042】これによると、比較例の刃物においては新
聞紙の枚数を増やすほど、切断できる回数が減少してい
るが、本発明に係る刃物においては、刃部表面における
硬さも良好であるとともに、C80の試験においてもあ
る程度以上の切断回数を維持していることがわかる。
聞紙の枚数を増やすほど、切断できる回数が減少してい
るが、本発明に係る刃物においては、刃部表面における
硬さも良好であるとともに、C80の試験においてもあ
る程度以上の切断回数を維持していることがわかる。
【図1】本発明の刃物の一例を示す模式図。
【図2】実験例におけるピンオンディスク磨耗試験の結
果を示す図。
果を示す図。
【図3】球状化焼鈍後におけるFe系合金の断面組織を
観察した図。
観察した図。
【図4】焼入れ及び焼き戻し熱処理後におけるFe系合
金の断面組織を観察した図。
金の断面組織を観察した図。
【図5】サブゼロ処理後におけるFe系合金の断面組織
を観察した図。
を観察した図。
1 刃物(包丁) 2 刃部(本体)
Claims (7)
- 【請求項1】 少なくとも刃部を形成する部位が、主成
分としてのFeと、4〜13質量%のCrと、0.4〜
0.65質量%のCとを含有し、Fe系主相の90体積
%以上がマルテンサイト相であり、かつ、断面組織を観
察したときに、前記Fe系主相中に形成されている(F
e,Cr)系炭化物の寸法が5μm以下であるFe系刃
物用合金にて構成されることを特徴とする刃物。 - 【請求項2】 前記Fe系刃物用合金は、0.1〜0.
3質量%のNを含有し、Ni:0.5質量%以下、S
i:0.3質量%以下、Mn:0.5質量%以下とされ
る請求項1に記載の刃物。 - 【請求項3】 前記Fe系刃物用合金は、P:0.03
質量%以下、S:0.005質量%以下、O:0.00
5質量%以下、Al:0.03質量%以下とされる請求
項1又は2に記載の刃物。 - 【請求項4】 前記Fe系刃物用合金は、0.2〜1質
量%のMoと、0.05〜0.5質量%のNbと、0.
05〜0.5質量%のVとの1種又は2種を含有する請
求項1ないし3のいずれかに記載の刃物。 - 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかに記載の刃
物の製造に用いられることを特徴とするFe系刃物用合
金。 - 【請求項6】 焼入れ保持温度:1020〜1080
℃;焼入れ時平均冷却速度:10℃/min以上;焼戻
し保持温度:100〜500℃;として規定される焼入
れ−焼戻し条件の範囲内に、当該焼入れ−焼戻しにより
Fe系主相の90体積%以上をマルテンサイト相とする
ことができる条件が存在し、かつ、該焼入れ−焼戻し後
の断面組織にて観察される前記(Fe,Cr)系炭化物
の寸法が5μm以下となる請求項5に記載のFe系刃物
用合金。 - 【請求項7】 前記焼入れ−焼戻しにおける焼入れ熱処
理において、0℃以下の温度に冷却するサブゼロ処理を
行ったときに、前記Fe系主相の97体積%以上がマル
テンサイト相となる請求項6に記載のFe系刃物用合
金。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001002528A JP2002212679A (ja) | 2001-01-10 | 2001-01-10 | 刃物及びそれに用いるFe系刃物用合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001002528A JP2002212679A (ja) | 2001-01-10 | 2001-01-10 | 刃物及びそれに用いるFe系刃物用合金 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002212679A true JP2002212679A (ja) | 2002-07-31 |
Family
ID=18871018
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001002528A Pending JP2002212679A (ja) | 2001-01-10 | 2001-01-10 | 刃物及びそれに用いるFe系刃物用合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002212679A (ja) |
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2001
- 2001-01-10 JP JP2001002528A patent/JP2002212679A/ja active Pending
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