JP2017512913A - 超高伝導低コスト鋼 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋼(steels)に関し、特に、高レベルの機械的特性を維持しつつ、超高伝導性を発揮する熱間加工工具鋼に関する。本発明の工具鋼は、低温硬化処理を経ることができ、低コストで取得することができる。
工業製品からの熱除去を含む多くの金属成形工業用途にとっては、熱伝達率が極めて重要である。熱除去が不連続であるとき、熱除去が非常に重要になる。熱伝達率は、かさ密度、比熱、熱拡散率などの基本的材料特性に関連する。従来、工具鋼にとって、この性質は、合金含有量を減らすことが唯一の改善方法であるため、硬度と耐摩耗性に対立するものと考えられてきた。中でもプラスチック注入、箔押し、鍛造、金属注入、複合材料硬化などの多くの熱間加工用途において、超高熱伝達率が、耐摩耗性、高温での強度、靱性と同時に要求されることが多い。こうした用途の多くでは、断面の大きな工具が要求され、そのために材料の高焼入性も必要である。
高熱伝達率の工具鋼(欧州特許公開EP1887096A1号(特許文献3))が開発されるまで、工具鋼の熱伝達率を向上させる唯一の既知の方法は、合金含有量を低く保つことであったが、その場合、特に高温での機械的特性に劣る。600℃以上の焼戻しサイクル後、42HRcを超える工具鋼は、30W/mKの熱伝達率に制限されると考えられてきた。本発明に記載される原子レベル(原子配列)の構造は、42HRc超と52HRc超の硬度で、それぞれ8mm2/sと6.5mm2/s超の熱拡散率値によって実施を監視することができる。本発明の工具鋼は、本発明に規定される原子レベル(原子配列)の構造で、低コストで超高靱性を発揮し、その実施は12mm2/s超、50HRc超の硬度では14mm2/s超、42HRc超の硬度では17mm2/s超の熱拡散率値によって監視することができる。
著者らは、高レベルの靱性と共に非常に高い熱伝達率、耐摩耗性、焼入性を低コストで実現するという課題が、請求項1の特徴を有する鋼と請求項15の特徴を有する鋼の製造方法とによって解決できることを発見した。発明の使用法と好適な実施形態は、他の請求項に従う。
%Ceq=0.15〜2.0、 %C=0.15〜2、 %N=0〜0.6、 %B=0〜4、
%Cr=0〜11、 %Ni=0〜12、 %Si=0〜2.4、 %Mn=0〜3、
%Al=0〜2.5、 %Mo=0〜10、 %W=0〜10、 %Ti=0〜2、
%Ta=0〜3、 %Zr=0〜3、 %Hf=0〜3、 %V=0〜12、
%Nb=0〜3、 %Cu=0〜2、 %Co=0〜12、 %Lu=0〜2、
%La=0〜2、 %Ce=0〜2、 %Nd=0〜2、 %Gd=0〜2、
%Sm=0〜2、 %Y=0〜2、 %Pr=0〜2、 %Sc=0〜2、
%Pm=0〜2、 %Eu=0〜2、 %Tb=0〜2、 %Dy=0〜2、
%Ho=0〜2、 %Er=0〜2、 %Tm=0〜2、 %Yb=0〜2、
残りは、鉄と微量元素から構成されており、
%Ceq=%C+0.86×%N+1.2×%B、
であって、
%Mo+1/2・%W
を特徴とする。
ただし、Moeq(real)=%Mo+(AMo/AW)×%W。
ここで、
AMo−モリブデン原子質量(95.94u)、
AW−タングステン原子質量(183.84u)、
式がパラメータK=(%Ceq/0.4+(%Moeq(real)−4)・0.04173)で正規化される場合、%Mo<4bであるとき、K<0であることが望ましい。
%Cr=0〜11.0、 %Ni=0〜12、 %Si=0〜2.4、 %Mn=0〜3、
%Al=0〜2.5、 %Mo=0〜10、 %W=0〜6、 %Ti=0〜2、
%Ta=0〜3、 %Zr=0〜3、 %Hf=0〜3、 %V=0〜12、
%Nb=0〜3、 %Cu=0〜2、 %Co=0〜12、 %Lu=0〜2、
%La=0〜2、 %Ce=0〜2、 %Nd=0〜2、 %Gd=0〜2、
%Sm=0〜2、 %Y=0〜2、 %Pr=0〜2、 %Sc=0〜2、
%Pm=0〜2、 %Eu=0〜2、 %Tb=0〜2、 %Dy=0〜2、
%Ho=0〜2、 %Er=0〜2、 %Tm=0〜2、 %Yb=0〜2、であり、
残りは、鉄と微量元素からなり、
%Ceq=%C+0.86×%N+1.2×%B、
%Mo+1/2・%Wを特徴とする。
%Cr=0〜11.0、 %Ni=0〜12、 %Si=0〜2.5、 %Mn=0〜3、
%Al=0〜2.5、 %Mo=0〜10、 %W=0〜10、 %Ti=0〜2、
%Ta=0〜3、 %Zr=0〜3、 %Hf=0〜3、 %V=0〜12、
%Nb=0〜3、 %Cu=0〜2、 %Co=0〜12、 %Lu=0〜2、
%La=0〜2、 %Ce=0〜2、 %Nd=0〜2、 %Gd=0〜2、
%Sm=0〜2、 %Y=0〜2、 %Pr=0〜2、 %Sc=0〜2、
%Pm=0〜2、 %Eu=0〜2、 %Tb=0〜2、 %Dy=0〜2、
%Ho=0〜2、 %Er=0〜2、 %Tm=0〜2、 %Yb=0〜2、
残りは、鉄と微量元素からなり、
%Ceq=%C+0.86×%N+1.2×%B、
%Mo+1/2・%Wを特徴とする。
Claims (86)
- 以下の組成を有する鋼、特に熱間加工工具鋼であって、すべてのパーセントは%wtであり、
%Ceq=0.15〜2.0、 %C=0.15〜2.0、 %N=0〜0.6、 %B=0〜4、
%Cr=0〜11、 %Ni=0〜12、 %Si=0〜2.5、 %Mn=0〜3、
%Al=0〜2.5、 %Mo=0〜10、 %W=0〜10、 %Ti=0〜2、
%Ta=0〜3、 %Zr=0〜4、 %Hf=0〜3、 %V=0〜12、
%Nb=0〜3、 %Cu=0〜2、 %Co=0〜12、 %Moeq=1.5〜10、
%La=0〜2、 %Ce=0〜2、 %Nd=0〜2、 %Gd=0〜2、
%Sm=0〜2、 %Y=0〜2、 %Pr=0〜2、 %Sc=0〜2、
%Pm=0〜2、 %Eu=0〜2、 %Tb=0〜2、 %Dy=0〜2、
%Ho=0〜2、 %Er=0〜2、 %Tm=0〜2、 %Yb=0〜2、
%Lu=0〜2、
残りは鉄と微量元素からなり、
%Ceq=%C+0.86×%N+1.2×%B、および、
%Moeq=%Mo+1/2・%Wであって、
室温での熱拡散率が12mm2/s以上であることを特徴とする微細構造を表わす鋼。 - %Bが1ppmより高い、請求項1に記載の鋼。
- %Bが3.5%より低い、請求項1〜2のいずれか一項に記載の鋼。
- %Zr=0.05〜1.5%である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の鋼。
- %W<1である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の鋼。
- %Moeq<4.4および%Ni<0.75である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の鋼。
- Ceq<0.1である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の鋼。
- %Mo>1.2である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の鋼。
- %Cr<4.8である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の鋼。
- %C>0.32である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の鋼。
- %Cr>8.6および%Zr>0.8である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の鋼。
- %Cr>8.6、%Zr>0.8および%C>0.2である、請求項1〜11のいずれか一項に記載の鋼。
- Nb、Hfを除く鉄よりも強靱な炭化物構成元素を避けるべきであり、%Ta+%Ti<0.8の合計である、請求項1〜12のいずれか一項に記載の鋼。
- %Cr<1.8である、請求項1〜13のいずれか一項に記載の鋼。
- %B>3ppmおよび%Co<9%wtである、請求項1〜14のいずれか一項に記載の鋼。
- %Cr<2.8である、請求項1〜15のいずれか一項に記載の鋼。
- Mn<0.8%である、請求項1〜16のいずれか一項に記載の鋼。
- Mn<0.8%およびCr>2.8である、請求項1〜17のいずれか一項に記載の鋼。
- Mn<0.8%、Cr>2.8およびB>52ppmである、請求項1〜18のいずれか一項に記載の鋼。
- Mn<0.8%、Cr>2.8、B>52ppmおよびすべての希土類元素(REE)の合計が>60ppmである、請求項1〜19のいずれか一項に記載の鋼。
- 全REEの合計が7ppm以上である、請求項1〜20のいずれか一項に記載の鋼。
- 全REEの合計が12ppm以上である、請求項1〜21のいずれか一項に記載の鋼。
- 全REEの合計が220ppm以上である、請求項1〜22のいずれか一項に記載の鋼。
- 全REEの合計が603ppm以上である、請求項1〜23のいずれか一項に記載の鋼。
- %Laが4ppm以上である、請求項1〜24のいずれか一項に記載の鋼。
- %Laが23ppm以上である、請求項1〜25のいずれか一項に記載の鋼。
- %Laが100ppm以上である、請求項1〜26のいずれか一項に記載の鋼。
- %Ceが5ppm以上である、請求項1〜27のいずれか一項に記載の鋼。
- %Ceが53ppm以上である、請求項1〜28のいずれか一項に記載の鋼。
- %Ceが150ppm以上である、請求項1〜29のいずれか一項に記載の鋼。
- %Smが2ppm以上である、請求項1〜30のいずれか一項に記載の鋼。
- %Smが43ppm以上である、請求項1〜31のいずれか一項に記載の鋼。
- %Smが90ppm以上である、請求項1〜32のいずれか一項に記載の鋼。
- %Yが9ppm以上である、請求項1〜33のいずれか一項に記載の鋼。
- %Yが67ppm以上である、請求項1〜34のいずれか一項に記載の鋼。
- %Yが200ppm以上である、請求項1〜35のいずれか一項に記載の鋼。
- %Gdが2ppm以上である、請求項1〜36のいずれか一項に記載の鋼。
- %Gdが53ppm以上である、請求項1〜37のいずれか一項に記載の鋼。
- %Gdが98ppm以上である、請求項1〜38のいずれか一項に記載の鋼。
- %Ndが16ppm以上である、請求項1〜39のいずれか一項に記載の鋼。
- %Ndが98ppm以上である、請求項1〜40のいずれか一項に記載の鋼。
- %Ndが167ppm以上である、請求項1〜41のいずれか一項に記載の鋼。
- %B>7ppmであり、%Niが0.2〜1.8%wtである、請求項1〜42のいずれか一項に記載の鋼。
- %B>7ppmであり、%Niが0.3〜0.8%wtである、請求項1〜43のいずれか一項に記載の鋼。
- %Nbおよび/または%Zrが1ppm〜30ppmである、請求項1〜44のいずれか一項に記載の鋼。
- %Nbおよび/または%Zrが2ppm〜16ppmである、請求項1〜45のいずれか一項に記載の鋼。
- %Cr<4.8であるとき、%Mo>1.2である、請求項1〜46のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%Cr<0.8%である、請求項1〜47のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%Cr>2.8%である、請求項1〜48のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%V<12%である、請求項1〜49のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%V>0.2%である、請求項1〜50のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%Mo<1.5%である、請求項1〜51のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%Mo>2.5%である、請求項1〜51のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%Ceq<0.56%である、請求項1〜53のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%Ceq>0.28%である、請求項1〜54のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%W<1.6%である、請求項1〜55のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%W>2.3%である、請求項1〜56のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%Ni<4%である、請求項1〜57のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%Ni>0.1%である、請求項1〜58のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%Moeq<2.3%である、請求項1〜59のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%Moeq>3.7%である、請求項1〜60のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%B<1.64%である、請求項1〜61のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%B>3ppmである、請求項1〜62のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%Zr<3%である、請求項1〜63のいずれか一項に記載の鋼。
- 任意のREEが存在し、%Zr>0.03%である、請求項1〜64のいずれか一項に記載の鋼。
- %Bが10ppm超である、請求項1〜65のいずれか一項に記載の鋼。
- %Bが25ppm超である、請求項1〜66のいずれか一項に記載の鋼。
- %Bが50ppm超である、請求項1〜67のいずれか一項に記載の鋼。
- %Bが72ppm超である、請求項1〜68のいずれか一項に記載の鋼。
- %Bが94ppm超である、請求項1〜69のいずれか一項に記載の鋼。
- %Bが560ppm超である、請求項1〜70のいずれか一項に記載の鋼。
- %Bが1400ppm未満である、請求項1〜71のいずれか一項に記載の鋼。
- %Bが1400ppm未満である、請求項1〜72のいずれか一項に記載の鋼。
- %Bが598ppm未満である、請求項1〜73のいずれか一項に記載の鋼。
- %Bが285ppm未満である、請求項1〜74のいずれか一項に記載の鋼。
- %Bが68ppm未満である、請求項1〜75のいずれか一項に記載の鋼。
- %Bが48ppm未満である、請求項1〜76のいずれか一項に記載の鋼。
- %Bが27ppm未満である、請求項1〜77のいずれか一項に記載の鋼。
- 0.4<Ceq<0.65という条件で、Moeq<9.5、またはV>0.15である、請求項1〜78のいずれか一項に記載の鋼。
- %Cu+%Niが0.1%より高い、請求項1〜79のいずれか一項に記載の鋼。
- %Zr+%Hf+%Taが0.3%より高い、請求項1〜80のいずれか一項に記載の鋼。
- %Nb+%Ti+%Vが0.2より高い、請求項1〜81のいずれか一項に記載の鋼。
- %Moeq<4.2であるとき、%Vが0.05%より高い、請求項1〜82のいずれか一項に記載の鋼。
- 前記鋼の微細構造がベイナイトを50vol%以上含む、請求項1〜83のいずれか一項に記載の鋼。
- 前記鋼の前記微細構造が高温ベイナイトを20%以上含み、高温ベイナイトは、TTT図においてベイナイト鼻に対応する温度よりも高い温度で、フェライト/パーライト変態が終了する温度よりも低い温度で形成される微細構造を指し、前記ベイナイト鼻のうちの1つを超える温度での等温処理で小量形成されることがある低温ベイナイトを除く、請求項1〜84のいずれか一項に記載の鋼。
- 請求項1〜85のいずれか一項に記載の鋼の製造工程であって、前記ベイナイトの形成に際して、鋼が500℃を超える温度で少なくとも1回の焼戻しサイクルにより焼き戻しされて、セメンタイトの相当量部分が、鉄よりも強靱な炭化物構成元素を含む炭化物様構造によって置き換えられるように確保する工程。
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