JP2004315840A - 被削性に優れた冷間工具鋼及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐摩耗性を高く維持しつつ被削性,靭性に優れた冷間工具鋼を提供することを目的とする。
【解決手段】冷間工具鋼を重量%でC:1.0〜2.0%,Si:≦2.0%,Mn:≦2.0%,Cr:2.0〜10.0%,1/2W+Mo:0.1〜4.0%,S:0.01〜0.4%,残部不可避的不純物及びFeの組成を有するものとなし且つ1次炭化物の面積率を1〜8%,平均粒径を10μm以下とする。また1次炭化物の面積率,平均粒径を制御するため、鋼を溶解及び鋳造後において、1100℃〜1250℃,5〜50時間の条件でソーキング処理を実施する。
【選択図】 なし
【解決手段】冷間工具鋼を重量%でC:1.0〜2.0%,Si:≦2.0%,Mn:≦2.0%,Cr:2.0〜10.0%,1/2W+Mo:0.1〜4.0%,S:0.01〜0.4%,残部不可避的不純物及びFeの組成を有するものとなし且つ1次炭化物の面積率を1〜8%,平均粒径を10μm以下とする。また1次炭化物の面積率,平均粒径を制御するため、鋼を溶解及び鋳造後において、1100℃〜1250℃,5〜50時間の条件でソーキング処理を実施する。
【選択図】 なし
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はプレス型,曲げ型,抜き型,絞り型,ダイ,パンチやプレート等の冷間金型やその一部の金型部品その他に用いて好適な冷間工具鋼、特に耐摩耗性を良好に維持しつつ被削性及び靭性を高めた冷間工具鋼とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来この種用途には、通常、炭化物を多く含み耐摩耗性に優れたJIS−SKD11等の高C−高Cr系の冷間工具鋼が使用されてきた。
しかしながらSKD11では粗大な1次炭化物が多く含まれており、そのために被削性が悪く、金型加工に時間がかかるとともに、金型加工のための工具の消耗も多く、それらにより加工コストが増加してしまう問題点があった。
また靭性が低いため金型の欠けや割れが発生し易く、金型寿命が短いといった問題点があった。
【0003】
本発明はこのような事情を背景とし、耐摩耗性を高く維持したまま被削性及び靭性の改善された冷間工具鋼及びその製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
【0004】
尚、本発明に近い公知技術として下記特許文献1に開示されたものがあるが、このものは断面組織中に占める面積20μm2以上の炭化物の面積率と円相当径0.3μm以上の炭化物の個数を規定することにより被削性を良好とし、また熱処理変寸を小さくした工具鋼についてのもので、被削性や靭性のためにC含有量が0.55〜0.75%と低い点で本発明とは異なっている。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−294974号公報
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために案出された本発明の被削性に優れた冷間工具鋼は、重量%で、C:1.0〜2.0%,Si:≦2.0%,Mn:≦2.0%,Cr:2.0〜10.0%,1/2W+Mo:0.1〜4.0%,S:0.01〜0.4%,残部不可避的不純物及びFeの組成を有し且つ1次炭化物の面積率が1〜8%,平均粒径が10μm以下であることを特徴とする(請求項1)。
【0007】
請求項2のものは、請求項1において、前記合金成分に加え重量%で、Ni:≦3.0%を更に含有していることを特徴とする。
【0008】
請求項3のものは、請求項1,2の何れかにおいて、前記合金成分に加え重量%で、V:≦1.0%,Nb:≦1.0%,Ta:≦1.0%,Ti:≦1.0%の何れか1種又は2種以上を更に含有していることを特徴とする。
【0009】
請求項4のものは、請求項1〜3の何れかにおいて、前記合金成分に加え重量%で、Ca:≦0.0100%,Se:≦0.0100%,Te:≦0.0100%,Zr:≦0.0100%,Mg:≦0.0100%の1種又は2種以上を更に含有していることを特徴とする。
【0010】
請求項5は冷間工具鋼の製造方法に関するもので、請求項1〜4の何れかに記載の組成を有する鋼を溶解及び鋳造後において、1100℃〜1250℃,5〜50時間の条件でソーキング処理することを特徴とする。
【0011】
【作用及び発明の効果】
本発明者等は、冷間工具鋼において1次炭化物の面積率がほぼ同じ場合であっても、円相当の平均粒径を微細化することにより耐摩耗性を損なうことなく被削性,靭性を向上させ得ることを見出した。
本発明はこのような知見に基づいて案出されたものでC,Si,Mn,Cr,1/2W+Mo,Sの添加量を上記の添加量とした上で、1次炭化物の面積率を1〜8%,平均粒径を10μm以下に制御したものである。
【0012】
本発明の冷間工具鋼にあっては、後の実施例で明らかにされるように耐摩耗性を高く維持しつつ被削性及び靭性を効果的に高め得ることが確認された。
かかる本発明の冷間工具鋼は耐摩耗性,靭性等の金型寿命に関する特性及び被削性に優れているため、この冷間工具鋼を用いて冷間金型等を製造した場合以下のような効果が得られる。
【0013】
即ち耐摩耗性が要求されるような金型であっても被削性に優れていることから、金型の製造納期短縮とコスト低減を実現することができる。
また耐摩耗性と靭性がともに優れているため金型寿命を延長することができる。
【0014】
本発明の冷間工具鋼は焼入れ・焼戻し後の55HRC以上の高硬度での被削性にも優れているため、仕上げ加工のための時間や加工コストの低減が可能となる。
更にプレハードン鋼即ち調質処理された上で出荷され、そして出荷先で機械加工を加えて金型等を製造するようになしたプレハードン鋼としても適用でき、金型等の製造納期やコストを大幅に短縮,低減することが可能となる。
【0015】
本発明の冷間工具鋼を用いて金型や金型部品その他の工具を構成するに際し、表層に窒化処理,酸化処理,CVD,PVD等の表面硬化処理を施しておくことができる。
このようにすれば、本発明の冷間工具鋼にて構成した金型等工具の耐摩耗性を高めて、その寿命を効果的に延長することができる。
【0016】
尚、本発明においては合金成分としてNi:≦3.0%を更に含有させることができ(請求項2)、また更に他の合金成分としてV:≦1.0%,Nb:≦1.0%,Ta:≦1.0%,Ti:≦1.0%の何れか1種又は2種以上を必要に応じて含有させることができる(請求項3)。
【0017】
或いは更に以下の合金成分、即ちCa:≦0.0100%,Se:≦0.0100%,Te:≦0.0100%,Zr:≦0.0100%,Mg:≦0.0100%の1種又は2種以上を含有させることができる(請求項4)。
【0018】
次に請求項5は、請求項1〜4の何れかに記載の組成を有する鋼を溶解及び鋳造後において1100℃〜1250℃(好ましくは1130〜1230℃),5〜50時間の条件でソーキング処理するもので、このようなソーキング処理を施すことによって、鋼中の1次炭化物の面積率を1〜8%及び平均粒径10μm以下に容易に制御することができる。
即ちこのような条件でソーキング処理をすることによって、凝固時に生じた5μm以上の粗大な1次炭化物の量(面積率)を一定範囲内に且つその粒径を小さく制御することができる。
【0019】
次に本発明における各化学成分等の限定理由を以下に詳述する。
C:1.0〜2.0%
Cは硬さ,耐摩耗性を確保するために必要な元素である。冷間工具鋼として十分な硬さ,耐摩耗性を確保するためには1.0%以上の添加が必要である。
一方過度に添加した場合は、溶製時に生成する粗大な共晶炭化物や焼入時に固溶しない炭化物の増加により靭性や被削性が低下するため上限を2.0%に限定する。
【0020】
Si:≦2.0%(好ましくは0.2〜1.5%)
Siは脱酸元素として必要な元素である。またパーライト及びベイナイト焼入性の向上及び焼戻し硬さを増大させるために添加すべき元素である。
但し添加量が多い場合は靭性が低下することから2.0%以下とする。
【0021】
Mn:≦2.0%(好ましくは0.2〜1.5%)
Mnは脱酸元素として必要な成分であり、また焼入性及び硬さの確保のために必要な成分であるが、添加量が多い場合は加工性が低下することから2.0%以下とする。
【0022】
Cr:2.0〜10.0%(好ましくは5.0〜10.0%)
Crは炭化物を形成して基地の強化や耐摩耗性を向上させるため、また焼入性確保のために2.0%以上の添加が必要である。
但し過度の添加は焼入性や被削性の低下を招くため10.0%以下とする。
【0023】
1/2W+Mo:0.1〜4.0%
炭化物を形成して基地の強化や耐摩耗性を向上させるため、また焼入性確保のために必要である。このような効果を得るためには0.1%以上の添加が必要である。
一方過度の添加は靭性の低下を招くため、上限を4.0%とする。
尚MoとWは同等の効果をもたらし、WはMoの約2倍の原子量であることから、ここではMo当量で規定している。添加方法は単独でも複合でも良い。
【0024】
S:0.01〜0.4%(好ましくは0.01〜0.15%)
Sは被削性を向上させるために必要な元素であり0.01%以上の添加が必要である。
但し過度に添加すると靭性が低下するため上限を0.4%とする。
【0025】
Ni:≦3.0%
Niは焼入性の向上,基地の強化に有効であり、必要に応じて添加することが可能である。
但し過度に添加すると加工性が低下するため上限を3.0%とする。
【0026】
V:≦1.0%
Vは炭化物を形成し、基地の強化や耐摩耗性を向上させるのに有効であり添加が可能である。
但し過度に添加すると溶製時に生成する粗大な共晶炭化物や、焼入時に固溶せずに残留する炭化物が増加することによって、靭性の低下を招くため添加量を1.0%以下とする。
【0027】
Nb:≦1.0%
Nbは炭化物を形成して焼入時の結晶粒粗大化を防止する効果があり、必要に応じて添加することができる。
過度に添加すると粗大な炭化物が生成し靭性を低下させるため上限を1.0%とする。
【0028】
Ta:≦1.0%
Taは炭化物を形成して焼入時の結晶粒粗大化を防止する効果があり、必要に応じて添加することができる。
過度に添加すると粗大な炭化物が生成し、靭性を低下させるため上限を1.0%とする。
【0029】
Ti:≦1.0%
Tiは炭化物を形成して焼入時の結晶粒粗大化を防止する効果があり、必要に応じて添加することができる。
過度に添加すると粗大な炭化物が生成し靭性を低下させるため上限を1.0%とする。
【0030】
Ca:≦0.0100%
Caは被削性向上に有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。
過度に添加すると靭性が低下するため上限を0.0100%とする。
【0031】
Se:≦0.0100%
Seは被削性向上に有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。
過度に添加すると靭性が低下するため上限を0.0100%とする。
【0032】
Te:≦0.0100%
Teは被削性向上に有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。
過度に添加すると靭性,熱間加工性が低下するため上限を0.0100%とする。
【0033】
Zr:≦0.0100%
Zrは被削性向上に有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。
過度に添加すると靭性が低下するため上限を0.0100%とする。
【0034】
Mg:≦0.0100%
Mgは溶製時に脱酸,脱硫元素として作用する。また高温での強度,延性向上にも効果がある。
必要に応じて添加することができるが、過度に添加すると熱間加工性が低下するため上限を0.0100%とする。
【0035】
1次炭化物の面積率:1〜8%
冷間工具鋼として十分な硬さ,耐摩耗性を確保するためには、面積率で1%以上の1次炭化物が必要である。
しかしながら1次炭化物が過度に存在する場合には靭性や被削性が低下するため上限を8%に限定する。
【0036】
1次炭化物の平均粒径:10μm以下
10μmを超える1次炭化物が存在する場合、切削時の工具刃先の摩耗が著しく大きくなり被削性を大きく低下させるため、平均粒径を10μm以下とする。
【0037】
【実施例】
次に本発明の実施例を以下に詳述する。
表1に示す各種化学組成の鋼を高周波誘導真空溶解炉で溶解し、2t鋼塊に鋳造した。
その後1100℃〜1250℃の範囲で15時間のソーキングを実施した上で100mm×100mmのサイズに鍛造し、続いて870℃×3時間加熱,徐冷の条件で焼鈍しを行い、以下の試験片即ちミクロ組織観察用試験片,被削性試験片(焼鈍し材用,焼入れ・焼戻し材用),シャルピー試験片,大越式摩耗試験片の各試験片をそれぞれ荒加工して得た。
【0038】
その後900〜1100℃×30分,油冷の条件で焼入れを行うとともに300〜600℃×1時間,空冷の条件で焼戻しを行った後、ミクロ組織観察用試験片,被削性試験片,シャルピー試験片,大越式摩耗試験片をそれぞれ精加工した。
尚被削性試験片,シャルピー試験片,大越式摩耗試験片は以下とした。
被削性試験片:50mm×50mm×200mm
シャルピー試験片:10Rノッチ
大越式摩耗試験片:10mm×17mm×30mm
【0039】
そしてこれらの試験片についてミクロ組織観察,被削性試験,シャルピー試験,大越式摩耗試験をそれぞれ以下の条件で実施した。
それらの結果が表2に示してある。
【0040】
[ミクロ組織観察]
ナイタールで腐食した後、光学顕微鏡の400倍で写真撮影した。
円相当径で5μm以上の大きさの炭化物を1次炭化物とみなし、画像解析により1次炭化物の面積率と平均粒径を算出した。
【0041】
[被削性試験]
焼鈍し材と焼入れ・焼戻し材の被削性について、それぞれ超硬エンドミルで下記条件により切削試験を行い、逃げ面摩耗=0.3mmとなるまでの切削長で評価した。
【0042】
[シャルピー試験]
焼入れ・焼戻し材について、鋼材の幅方向から試験片を採取し(T方向)、JIS Z 2242に従ってシャルピー衝撃試験を行って靭性を評価した。
【0043】
[大越式摩耗試験]
焼入れ・焼戻し材について大越式摩耗試験機を用いて下記条件により常温で試験を行い、比摩耗量で耐摩耗性を評価した。
<試験条件>
滑り速度:2.85m/sec
最終荷重:6.95kgf
滑り距離:400m
相手材料:SCM415(25HRC)
【0044】
【表1】
【0045】
【表2】
【0046】
表2の結果において、比較例16ではC含有量が本発明の下限値である1.0%よりも低い0.81%であり、1次炭化物面積率が0.3%と本発明の下限値である1%よりも低く、比摩耗量の値が大きくなっている(比摩耗量の値が大きいほど耐摩耗性は低い)。
【0047】
比較例17では、Cr含有量が1.32%と本発明の下限値の2.0%よりも低く、1次炭化物面積率も0.8%で本発明の下限値である1%よりも低く、比摩耗量の値が大きくなっている。
【0048】
比較例18では、S含有量が0.453%で本発明の上限値である0.4%よりも高く(1次炭化物面積率も高い)、シャルピー衝撃値の値が悪い。即ち靭性が低いものとなっている。
【0049】
比較例19は、C含有量が2.21%で本発明の上限値の2.0%よりも高く、1次炭化物面積率,平均粒径ともに9.4%,13.7μmとなっていて本発明の上限値である8%,10μmを超えており、被削性,靭性ともに低いものとなっている。
【0050】
比較例20では、1次炭化物面積率,平均粒径がそれぞれ11.3%,16.8μmとなっていてともに本発明の上限値である8%,10μmを超えており、被削性,靭性ともに低いものとなっている。
【0051】
比較例21では、1次炭化物面積率については本発明の範囲内にあるものの、1次炭化物平均粒径が15.2μmで本発明の上限値の10μmを超えており、このため被削性,靭性ともに低いものとなっている。
【0052】
比較例22もまた1次炭化物平均粒径が12.1μmと大きく、被削性,靭性ともに低いものとなっている。
【0053】
従来例23はJIS−SKD11、従来例24はJIS−SKS3についてのものであり、この内従来例23は耐摩耗性こそ良好であるものの被削性,靭性ともに低いものとなっている。
他方従来例24では耐摩耗性が低い。
【0054】
これに対し本実施例のものは比摩耗量、即ち耐摩耗性を高く維持しつつ被削性,靭性ともに良好なものとなっている。
【0055】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば上記実施例においては鋼を溶解し鋼塊に鋳造した後においてソーキングを実施しているが、場合によって鋼塊を鋳造した後、荒鍛造を行った上でソーキングを実施することも可能であるし、或いは溶解後の焼鈍しを行った後においてソーキングを実施するといったことも可能であるなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【発明の属する技術分野】
この発明はプレス型,曲げ型,抜き型,絞り型,ダイ,パンチやプレート等の冷間金型やその一部の金型部品その他に用いて好適な冷間工具鋼、特に耐摩耗性を良好に維持しつつ被削性及び靭性を高めた冷間工具鋼とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来この種用途には、通常、炭化物を多く含み耐摩耗性に優れたJIS−SKD11等の高C−高Cr系の冷間工具鋼が使用されてきた。
しかしながらSKD11では粗大な1次炭化物が多く含まれており、そのために被削性が悪く、金型加工に時間がかかるとともに、金型加工のための工具の消耗も多く、それらにより加工コストが増加してしまう問題点があった。
また靭性が低いため金型の欠けや割れが発生し易く、金型寿命が短いといった問題点があった。
【0003】
本発明はこのような事情を背景とし、耐摩耗性を高く維持したまま被削性及び靭性の改善された冷間工具鋼及びその製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
【0004】
尚、本発明に近い公知技術として下記特許文献1に開示されたものがあるが、このものは断面組織中に占める面積20μm2以上の炭化物の面積率と円相当径0.3μm以上の炭化物の個数を規定することにより被削性を良好とし、また熱処理変寸を小さくした工具鋼についてのもので、被削性や靭性のためにC含有量が0.55〜0.75%と低い点で本発明とは異なっている。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−294974号公報
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために案出された本発明の被削性に優れた冷間工具鋼は、重量%で、C:1.0〜2.0%,Si:≦2.0%,Mn:≦2.0%,Cr:2.0〜10.0%,1/2W+Mo:0.1〜4.0%,S:0.01〜0.4%,残部不可避的不純物及びFeの組成を有し且つ1次炭化物の面積率が1〜8%,平均粒径が10μm以下であることを特徴とする(請求項1)。
【0007】
請求項2のものは、請求項1において、前記合金成分に加え重量%で、Ni:≦3.0%を更に含有していることを特徴とする。
【0008】
請求項3のものは、請求項1,2の何れかにおいて、前記合金成分に加え重量%で、V:≦1.0%,Nb:≦1.0%,Ta:≦1.0%,Ti:≦1.0%の何れか1種又は2種以上を更に含有していることを特徴とする。
【0009】
請求項4のものは、請求項1〜3の何れかにおいて、前記合金成分に加え重量%で、Ca:≦0.0100%,Se:≦0.0100%,Te:≦0.0100%,Zr:≦0.0100%,Mg:≦0.0100%の1種又は2種以上を更に含有していることを特徴とする。
【0010】
請求項5は冷間工具鋼の製造方法に関するもので、請求項1〜4の何れかに記載の組成を有する鋼を溶解及び鋳造後において、1100℃〜1250℃,5〜50時間の条件でソーキング処理することを特徴とする。
【0011】
【作用及び発明の効果】
本発明者等は、冷間工具鋼において1次炭化物の面積率がほぼ同じ場合であっても、円相当の平均粒径を微細化することにより耐摩耗性を損なうことなく被削性,靭性を向上させ得ることを見出した。
本発明はこのような知見に基づいて案出されたものでC,Si,Mn,Cr,1/2W+Mo,Sの添加量を上記の添加量とした上で、1次炭化物の面積率を1〜8%,平均粒径を10μm以下に制御したものである。
【0012】
本発明の冷間工具鋼にあっては、後の実施例で明らかにされるように耐摩耗性を高く維持しつつ被削性及び靭性を効果的に高め得ることが確認された。
かかる本発明の冷間工具鋼は耐摩耗性,靭性等の金型寿命に関する特性及び被削性に優れているため、この冷間工具鋼を用いて冷間金型等を製造した場合以下のような効果が得られる。
【0013】
即ち耐摩耗性が要求されるような金型であっても被削性に優れていることから、金型の製造納期短縮とコスト低減を実現することができる。
また耐摩耗性と靭性がともに優れているため金型寿命を延長することができる。
【0014】
本発明の冷間工具鋼は焼入れ・焼戻し後の55HRC以上の高硬度での被削性にも優れているため、仕上げ加工のための時間や加工コストの低減が可能となる。
更にプレハードン鋼即ち調質処理された上で出荷され、そして出荷先で機械加工を加えて金型等を製造するようになしたプレハードン鋼としても適用でき、金型等の製造納期やコストを大幅に短縮,低減することが可能となる。
【0015】
本発明の冷間工具鋼を用いて金型や金型部品その他の工具を構成するに際し、表層に窒化処理,酸化処理,CVD,PVD等の表面硬化処理を施しておくことができる。
このようにすれば、本発明の冷間工具鋼にて構成した金型等工具の耐摩耗性を高めて、その寿命を効果的に延長することができる。
【0016】
尚、本発明においては合金成分としてNi:≦3.0%を更に含有させることができ(請求項2)、また更に他の合金成分としてV:≦1.0%,Nb:≦1.0%,Ta:≦1.0%,Ti:≦1.0%の何れか1種又は2種以上を必要に応じて含有させることができる(請求項3)。
【0017】
或いは更に以下の合金成分、即ちCa:≦0.0100%,Se:≦0.0100%,Te:≦0.0100%,Zr:≦0.0100%,Mg:≦0.0100%の1種又は2種以上を含有させることができる(請求項4)。
【0018】
次に請求項5は、請求項1〜4の何れかに記載の組成を有する鋼を溶解及び鋳造後において1100℃〜1250℃(好ましくは1130〜1230℃),5〜50時間の条件でソーキング処理するもので、このようなソーキング処理を施すことによって、鋼中の1次炭化物の面積率を1〜8%及び平均粒径10μm以下に容易に制御することができる。
即ちこのような条件でソーキング処理をすることによって、凝固時に生じた5μm以上の粗大な1次炭化物の量(面積率)を一定範囲内に且つその粒径を小さく制御することができる。
【0019】
次に本発明における各化学成分等の限定理由を以下に詳述する。
C:1.0〜2.0%
Cは硬さ,耐摩耗性を確保するために必要な元素である。冷間工具鋼として十分な硬さ,耐摩耗性を確保するためには1.0%以上の添加が必要である。
一方過度に添加した場合は、溶製時に生成する粗大な共晶炭化物や焼入時に固溶しない炭化物の増加により靭性や被削性が低下するため上限を2.0%に限定する。
【0020】
Si:≦2.0%(好ましくは0.2〜1.5%)
Siは脱酸元素として必要な元素である。またパーライト及びベイナイト焼入性の向上及び焼戻し硬さを増大させるために添加すべき元素である。
但し添加量が多い場合は靭性が低下することから2.0%以下とする。
【0021】
Mn:≦2.0%(好ましくは0.2〜1.5%)
Mnは脱酸元素として必要な成分であり、また焼入性及び硬さの確保のために必要な成分であるが、添加量が多い場合は加工性が低下することから2.0%以下とする。
【0022】
Cr:2.0〜10.0%(好ましくは5.0〜10.0%)
Crは炭化物を形成して基地の強化や耐摩耗性を向上させるため、また焼入性確保のために2.0%以上の添加が必要である。
但し過度の添加は焼入性や被削性の低下を招くため10.0%以下とする。
【0023】
1/2W+Mo:0.1〜4.0%
炭化物を形成して基地の強化や耐摩耗性を向上させるため、また焼入性確保のために必要である。このような効果を得るためには0.1%以上の添加が必要である。
一方過度の添加は靭性の低下を招くため、上限を4.0%とする。
尚MoとWは同等の効果をもたらし、WはMoの約2倍の原子量であることから、ここではMo当量で規定している。添加方法は単独でも複合でも良い。
【0024】
S:0.01〜0.4%(好ましくは0.01〜0.15%)
Sは被削性を向上させるために必要な元素であり0.01%以上の添加が必要である。
但し過度に添加すると靭性が低下するため上限を0.4%とする。
【0025】
Ni:≦3.0%
Niは焼入性の向上,基地の強化に有効であり、必要に応じて添加することが可能である。
但し過度に添加すると加工性が低下するため上限を3.0%とする。
【0026】
V:≦1.0%
Vは炭化物を形成し、基地の強化や耐摩耗性を向上させるのに有効であり添加が可能である。
但し過度に添加すると溶製時に生成する粗大な共晶炭化物や、焼入時に固溶せずに残留する炭化物が増加することによって、靭性の低下を招くため添加量を1.0%以下とする。
【0027】
Nb:≦1.0%
Nbは炭化物を形成して焼入時の結晶粒粗大化を防止する効果があり、必要に応じて添加することができる。
過度に添加すると粗大な炭化物が生成し靭性を低下させるため上限を1.0%とする。
【0028】
Ta:≦1.0%
Taは炭化物を形成して焼入時の結晶粒粗大化を防止する効果があり、必要に応じて添加することができる。
過度に添加すると粗大な炭化物が生成し、靭性を低下させるため上限を1.0%とする。
【0029】
Ti:≦1.0%
Tiは炭化物を形成して焼入時の結晶粒粗大化を防止する効果があり、必要に応じて添加することができる。
過度に添加すると粗大な炭化物が生成し靭性を低下させるため上限を1.0%とする。
【0030】
Ca:≦0.0100%
Caは被削性向上に有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。
過度に添加すると靭性が低下するため上限を0.0100%とする。
【0031】
Se:≦0.0100%
Seは被削性向上に有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。
過度に添加すると靭性が低下するため上限を0.0100%とする。
【0032】
Te:≦0.0100%
Teは被削性向上に有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。
過度に添加すると靭性,熱間加工性が低下するため上限を0.0100%とする。
【0033】
Zr:≦0.0100%
Zrは被削性向上に有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。
過度に添加すると靭性が低下するため上限を0.0100%とする。
【0034】
Mg:≦0.0100%
Mgは溶製時に脱酸,脱硫元素として作用する。また高温での強度,延性向上にも効果がある。
必要に応じて添加することができるが、過度に添加すると熱間加工性が低下するため上限を0.0100%とする。
【0035】
1次炭化物の面積率:1〜8%
冷間工具鋼として十分な硬さ,耐摩耗性を確保するためには、面積率で1%以上の1次炭化物が必要である。
しかしながら1次炭化物が過度に存在する場合には靭性や被削性が低下するため上限を8%に限定する。
【0036】
1次炭化物の平均粒径:10μm以下
10μmを超える1次炭化物が存在する場合、切削時の工具刃先の摩耗が著しく大きくなり被削性を大きく低下させるため、平均粒径を10μm以下とする。
【0037】
【実施例】
次に本発明の実施例を以下に詳述する。
表1に示す各種化学組成の鋼を高周波誘導真空溶解炉で溶解し、2t鋼塊に鋳造した。
その後1100℃〜1250℃の範囲で15時間のソーキングを実施した上で100mm×100mmのサイズに鍛造し、続いて870℃×3時間加熱,徐冷の条件で焼鈍しを行い、以下の試験片即ちミクロ組織観察用試験片,被削性試験片(焼鈍し材用,焼入れ・焼戻し材用),シャルピー試験片,大越式摩耗試験片の各試験片をそれぞれ荒加工して得た。
【0038】
その後900〜1100℃×30分,油冷の条件で焼入れを行うとともに300〜600℃×1時間,空冷の条件で焼戻しを行った後、ミクロ組織観察用試験片,被削性試験片,シャルピー試験片,大越式摩耗試験片をそれぞれ精加工した。
尚被削性試験片,シャルピー試験片,大越式摩耗試験片は以下とした。
被削性試験片:50mm×50mm×200mm
シャルピー試験片:10Rノッチ
大越式摩耗試験片:10mm×17mm×30mm
【0039】
そしてこれらの試験片についてミクロ組織観察,被削性試験,シャルピー試験,大越式摩耗試験をそれぞれ以下の条件で実施した。
それらの結果が表2に示してある。
【0040】
[ミクロ組織観察]
ナイタールで腐食した後、光学顕微鏡の400倍で写真撮影した。
円相当径で5μm以上の大きさの炭化物を1次炭化物とみなし、画像解析により1次炭化物の面積率と平均粒径を算出した。
【0041】
[被削性試験]
焼鈍し材と焼入れ・焼戻し材の被削性について、それぞれ超硬エンドミルで下記条件により切削試験を行い、逃げ面摩耗=0.3mmとなるまでの切削長で評価した。
【0042】
[シャルピー試験]
焼入れ・焼戻し材について、鋼材の幅方向から試験片を採取し(T方向)、JIS Z 2242に従ってシャルピー衝撃試験を行って靭性を評価した。
【0043】
[大越式摩耗試験]
焼入れ・焼戻し材について大越式摩耗試験機を用いて下記条件により常温で試験を行い、比摩耗量で耐摩耗性を評価した。
<試験条件>
滑り速度:2.85m/sec
最終荷重:6.95kgf
滑り距離:400m
相手材料:SCM415(25HRC)
【0044】
【表1】
【0045】
【表2】
【0046】
表2の結果において、比較例16ではC含有量が本発明の下限値である1.0%よりも低い0.81%であり、1次炭化物面積率が0.3%と本発明の下限値である1%よりも低く、比摩耗量の値が大きくなっている(比摩耗量の値が大きいほど耐摩耗性は低い)。
【0047】
比較例17では、Cr含有量が1.32%と本発明の下限値の2.0%よりも低く、1次炭化物面積率も0.8%で本発明の下限値である1%よりも低く、比摩耗量の値が大きくなっている。
【0048】
比較例18では、S含有量が0.453%で本発明の上限値である0.4%よりも高く(1次炭化物面積率も高い)、シャルピー衝撃値の値が悪い。即ち靭性が低いものとなっている。
【0049】
比較例19は、C含有量が2.21%で本発明の上限値の2.0%よりも高く、1次炭化物面積率,平均粒径ともに9.4%,13.7μmとなっていて本発明の上限値である8%,10μmを超えており、被削性,靭性ともに低いものとなっている。
【0050】
比較例20では、1次炭化物面積率,平均粒径がそれぞれ11.3%,16.8μmとなっていてともに本発明の上限値である8%,10μmを超えており、被削性,靭性ともに低いものとなっている。
【0051】
比較例21では、1次炭化物面積率については本発明の範囲内にあるものの、1次炭化物平均粒径が15.2μmで本発明の上限値の10μmを超えており、このため被削性,靭性ともに低いものとなっている。
【0052】
比較例22もまた1次炭化物平均粒径が12.1μmと大きく、被削性,靭性ともに低いものとなっている。
【0053】
従来例23はJIS−SKD11、従来例24はJIS−SKS3についてのものであり、この内従来例23は耐摩耗性こそ良好であるものの被削性,靭性ともに低いものとなっている。
他方従来例24では耐摩耗性が低い。
【0054】
これに対し本実施例のものは比摩耗量、即ち耐摩耗性を高く維持しつつ被削性,靭性ともに良好なものとなっている。
【0055】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば上記実施例においては鋼を溶解し鋼塊に鋳造した後においてソーキングを実施しているが、場合によって鋼塊を鋳造した後、荒鍛造を行った上でソーキングを実施することも可能であるし、或いは溶解後の焼鈍しを行った後においてソーキングを実施するといったことも可能であるなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
Claims (5)
- 重量%で
C :1.0〜2.0%
Si:≦2.0%
Mn:≦2.0%
Cr:2.0〜10.0%
1/2W+Mo:0.1〜4.0%
S :0.01〜0.4%
残部不可避的不純物及びFeの組成を有し且つ1次炭化物の面積率が1〜8%,平均粒径が10μm以下であることを特徴とする被削性に優れた冷間工具鋼。 - 請求項1において、前記合金成分に加え重量%で
Ni:≦3.0%
を更に含有していることを特徴とする被削性に優れた冷間工具鋼。 - 請求項1,2の何れかにおいて、前記合金成分に加え重量%で
V :≦1.0%
Nb:≦1.0%
Ta:≦1.0%
Ti:≦1.0%
の何れか1種又は2種以上を更に含有していることを特徴とする被削性に優れた冷間工具鋼。 - 請求項1〜3の何れかにおいて、前記合金成分に加え重量%で
Ca:≦0.0100%
Se:≦0.0100%
Te:≦0.0100%
Zr:≦0.0100%
Mg:≦0.0100%
の1種又は2種以上を更に含有していることを特徴とする被削性に優れた冷間工具鋼。 - 請求項1〜4の何れかに記載の組成を有する鋼を溶解及び鋳造後において、1100℃〜1250℃,5〜50時間の条件でソーキング処理することを特徴とする被削性に優れた冷間工具鋼の製造方法。
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- 2003-04-11 JP JP2003107346A patent/JP2004315840A/ja active Pending
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