JP2012214833A - 冷間工具鋼 - Google Patents
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Cは、基地に固溶して硬度を高めると共に、他の添加元素と結合して炭化物を生成し、これにより、耐摩耗性を高めることができる。Cの含有量が0.65質量%未満であると、硬度及び耐摩耗性を向上させる効果を十分に得られない。一方、Cの含有量が1.20質量%を超えると、冷間工具鋼の靭性が低下する。よって、本発明においては、Cの含有量を0.65乃至1.20質量%と規定する。
Mnは、本発明における重要な添加元素の1つであり、冷間工具鋼の変寸が顕著になり始める温度を高温域に遷移させる効果を有する。Mnの含有量が0.48質量%未満であると、変寸温度を高温域に遷移させる効果を十分に得られず、結果として、冷間工具鋼を工具に加工する際に、割れが発生しやすくなる等の問題がある。一方、Mnの含有量が0.92質量%を超えると、鋼組織内の残留オーステナイトが増加し、硬度が低下し、また、残留オーステナイトが、時間の経過と共にマルテンサイト変態して、工具鋼が膨張する経年変寸の変寸量が増えてしまう不具合がある。よって、本発明においては、Mnの含有量を0.48乃至0.92質量%と規定する。
CrはCと結合して炭化物を生成し、工具鋼の耐摩耗性を向上させる。また、Crは、基地に固溶することにより、焼入れ性を向上させるために有効な元素である。Crの含有量が7.0質量%未満であると、生成される炭化物量が少なくなり、耐摩耗性が低下する。一方、Crの含有量が12.0質量%を超えると、炭化物が必要以上に増加して、靭性が低下し、被削性が劣化しやすくなる。また、Crを多量に添加すると、製造コストの増加にも繋がる。よって、本発明においては、Crの含有量を7.0乃至12.0質量%と規定する。
Vは、Cと結合して炭化物を形成し、焼入れ時の結晶粒の粗大化を防止したり、耐摩耗性を高めるために有効な元素である。Vの含有量が0.05質量%未満であると、これらの効果を十分に得ることができず、Vの含有量が0.80質量%を超えると、粗大な炭化物が形成されて靭性が低下し、被削性が劣化しやすくなる。また、Vを多量に添加すると、製造コストの増大にも繋がる。よって、本発明においては、Vの含有量を0.05乃至0.80質量%と規定する。
Nは、通常、不純物として微量含まれるが、458ppm以上添加することにより、高い焼戻し温度における工具鋼の硬さを高めることができる。また、Nを添加することにより、粗大なM7C3型の炭化物の生成を抑制することができると共に、MC型炭化物の生成量が増大することにより、工具鋼の靱性及び耐摩耗性を高めることができる。Nを458ppm以上と多く添加するためには、溶鋼への脱ガス処理を完了した後、例えば窒化Fe−Crを溶鋼に添加したり、N2ガスを溶鋼に吹き込むことにより可能である。一方、Nの含有量が817ppmを超えると、残留オーステナイトの増加により、工具鋼の硬さが低下すると共に、残留オーステナイトが、時間の経過と共にマルテンサイト変態して、工具鋼が膨張する経年変寸の変寸量が増えてしまう不具合がある。よって、本発明においては、Nの含有量を458乃至817ppmと規定する。
Mo及びWは、Crと同様に、焼入れ性を向上させるために有効な元素である。但し、Wは、Moと同等の効果を得るためには、2倍の添加が必要となるため、本発明においては、Wの含有量の1/2とMoとの総量を規定する。(Mo+1/2W)が0.6質量%未満であると、焼入れ性を向上させる効果を十分に得ることができず、(Mo+1/2W)が1.5質量%を超えると、鋼組織内の残留オーステナイトが増加して硬度が低下し、また、残留オーステナイトが、時間の経過と共にマルテンサイト変態して、工具鋼が膨張する経年変寸の変寸量が増えてしまう不具合がある。よって、本発明においては、(Mo+1/2W)を0.6乃至1.5質量%と規定する。
Siは脱酸剤として有効な元素であり、必要に応じて添加される。また、Siは、焼戻し温度が300乃至520℃の中〜高温域の場合に、工具鋼の硬さを高める効果を有する。Siの添加量が0.1質量%未満であると、この効果が得られず、1.8質量%を超えると、マトリクス中の成分偏析が顕著となり、また、工具鋼の靭性も低下しやすくなる。よって、冷間工具鋼がSiを含有する場合には、その含有量は0.1乃至1.8質量%であることが好ましい。
Sは工具鋼の被削性を向上させるために、必要に応じて添加される。Sの添加による被削性の向上を十分に得るためには、その添加量は、0.01質量%以上である。一方、Sの添加量が0.10質量%を超えると、工具鋼の靭性が低下しやすくなるため、Sを添加する場合には、その含有量は、0.01乃至0.10質量%であることが好ましい。
Cuは、冷間工具鋼の焼入れ性及び耐食性の向上を目的として、必要に応じて添加される。これらの効果を十分に得るためには、その添加量は、0.01質量%以上である。一方、Cuの添加量が0.40質量%を超えると、工具鋼の靭性が低下しやすくなるため、Cuを添加する場合には、その含有量は、0.01乃至0.40質量%であることが好ましい。
Niは、Crと同様に、焼入れ性を向上させるために、必要に応じて添加される。しかし、Niの含有量が0.5質量%を超えると、被削性が劣化し、また、製造コスト面でも不利となるため、その含有量は0.5質量%以下であることが好ましい。
Alは、冷間工具鋼の金属組織内にAlN等の介在物を形成する元素であり、0.040質量%を超えて多量に含有させると、介在物の生成量が多くなり、工具鋼の靭性を低下させる。特に、本発明においては、従来に比してNを多量に添加しているため、AlがNと結合して介在物を形成しやすい。よって、本発明においては、Alの含有量は、0.040質量%以下に規制することが好ましい。更に好ましくは、Alの含有量は0.020質量%以下である。
Oは、工具鋼の金属組織内に酸化物系の介在物を形成する元素であり、0.0050質量%を超えて多量に含有させると、介在物の生成量が多くなり、工具鋼の靭性を低下させる。よって、Oの含有量は、0.0050質量%以下に規制することが好ましい。
熱処理硬さ試験は、JIS Z2245に準拠して行った。各試験片を硬さ試験機(AKASHI社製、型式:ARD−A)に設置し、夫々HRC硬さを測定した。各実施例及び比較例について、HRC硬さが最大となった試験片の焼戻し温度とHRC硬さの最大値を調査した。そして、HRC硬さの最大値が63HRC以上であった場合に、硬度が良好と判定した。
残留オーステナイト量は、X線回折により測定した。即ち、各実施例及び比較例の試験片の表層部を電解研磨により0.05mm研磨した後、研磨後の表層部に対して、X線回折装置(理学電機株式会社製、型式:MSF−2M)によりX線回折試験を実施し、得られたX線回折パターンより残留オーステナイト量(面積率)を測定した。
変寸率測定試験は、各実施例及び比較例の13本の試験片に対して、焼戻し温度ごとにその変寸率を測定した。なお、この変寸測定試験においては、各試験片の長さ方向における変寸率(焼入れ前の長さに対する長さの変化率)を測定した。そして、変寸率が0となった試験片の焼戻し処理時の温度を調査した。そして、変寸率が0となった試験片の焼戻し処理時の温度が510℃以上であった場合に、高い焼戻し温度における変寸耐性が良好であると判定した。
Claims (3)
- 更に、Si:0.1乃至1.8質量%、S:0.01乃至0.10質量%、Cu:0.01乃至0.40質量%及びNi:0.5質量%以下からなる群から選択された1種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の冷間工具鋼。
- 更に、Al及びOの含有量を、夫々Al:0.040質量%以下及びO:0.0050質量%以下に規制した組成を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の冷間工具鋼。
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