JP2020090697A - 高い耐摩耗性を有する高靭性の冷間工具鋼 - Google Patents
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Abstract
【課題】 硬さ、抗折強度の高い、高耐摩耗性かつ高靭性の冷間工具鋼を提供する。【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．８〜０．９％、Ｓｉ：０．４〜０．９％、Ｍｎ：０．３〜０．５％、Ｃｒ：３．０〜７．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：２．２〜３．２％、Ｖ＋Ｎｂ／２：０．４〜０．７％を有し、Ｎ：２９９ｐｐｍ以下であって、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼とし、式Ａの値および式Ｂの値を定め、炭化物の析出のしやすさをはかり、焼入焼戻し後の炭化物の種類と炭化物量の比率および鋼中の全炭化物の面積率を規定することで、最大硬さは≧６３ＨＲＣで、靭性である抗折力が３５００Ｎ／ｍｍ2以上で比摩耗量が２．０×１０-8ｍｍ3／Ｎ・ｍｍ以下である耐摩耗性に優れた冷間工具鋼。【選択図】 なし
Description
本発明は、冷間金型、フォーミングロール、あるいは転造ダイスなどの、使用条件が特に過酷な冷間加工用として好適な、高硬度および高耐摩耗性を有する高靱性の冷間工具鋼に関する。
近年、冷間加工技術の発展に伴って、高硬度の被加工材を加工したり、被加工材のニア・ネット・シェイプ化が進み最終製品に近い形状を得ようとするので、冷間加工条件が過酷化してきている。冷間加工に用いられる金型には、例えばＪＩＳ ＳＫＤ１１が使われているが、硬さが６０ＨＲＣまでしか得られないので、過酷化に伴って、金型表面の摩耗が生じやすく、金型寿命も短くなってくる。そのため、金型に使用される冷間工具鋼には、より高い耐摩耗性が求められている。
ところで、高い耐摩耗性を得るためには、金型自体の硬度が高く、また金型の中に晶出や析出している炭化物が多く存在することが必要である。特に、高硬度である６２ＨＲＣを超える硬さの金型材料としては、例えば、ＪＩＳで規定される高速度工具鋼であるＳＫＨ５１のような、Ｃ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｃｏ等の合金元素を多量に添加して、多量の硬質炭化物を析出させることで高硬度を得ている鋼が存在する。しかしながら、この鋼は粗大な一次炭化物が多く、靭性および疲労強度が低いだけでなく、金型の材料費が高くなる問題がある。
また、６３ＨＲＣ以上の硬さを持つ高靭性の冷間工具鋼として、例えば、成分範囲と、この鋼の焼入れ時の残留オーステナイトの安定性を表すＲの値の範囲と、一次炭化物の量およびその分布の仕方を規定することで、６３ＨＲＣ以上の硬さを得ようとする高硬度高靭性冷間工具鋼が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この提案の鋼では、炭化物の種類については特定しておらず、合金成分の配合によっては６３ＨＲＣを得る一方で不要な炭化物を多く析出させてしまって靭性の低下を招くことがあったので、高靱性を得るためには必ずしも十分とはいえなかった。
その他に、成分範囲の限定と、Ｌ＝１５．５Ｃ（％）＋Ｃｒ（％）とするときに１４≦Ｌ≦２０であるＬの値、介在物の清浄度、および、炭化物量を限定することで、５５〜６５ＨＲＣの硬さが得られ、かつ、靭性にも優れる精密加工用の工具鋼が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、この提案の鋼は、耐摩耗性に必要な炭化物量については規定がなく、高硬度が得られる場合であっても炭化物量が少なく、耐摩耗性が十分ではない問題がある。
上述した問題を解消するために、発明者は鋭意検討を進めた結果、合金の成分範囲、炭化物毎の析出のしやすさの評価式、焼入焼戻し後の炭化物面積率、炭化物中の特定種の炭化物の比率を適切に規定することで、高耐摩耗性を有する高靭性の鋼が得られることを見出した。
そこで、本願発明が解決しようとする課題は、合金の組成範囲と炭化物の析出物のしやすさに関する式の値を充たす範囲を適切に規定し、さらに焼入焼戻し後の炭化物面積率や炭化物毎の質量分率の比率を規定することで、硬さおよび抗折強度の高い、高耐摩耗性かつ高靭性の冷間工具鋼を提供することである。
上記の課題を解決するための手段における、第１の手段では、
質量％で、Ｃ：０．８〜０．９％、Ｓｉ：０．４〜０．９％、Ｍｎ：０．３〜０．５％、Ｃｒ：３．０〜７．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：２．２〜３．２％、Ｖ＋Ｎｂ／２：０．４〜０．７％を有し、
式Ａ＝５．６Ｃ＋１．３Ｓｉ＋１．１Ｃｒとするとき、式Ａの値は８．８〜１３．７で、
式Ｂ＝１１Ｖ−Ｃｒ−（Ｍｏ＋Ｎｂ）とするとき、式Ｂの値は−５．６以上であり、
（ただし式Ａ、Ｂにおける各化学成分は％における数値を代入した値である。）、
Ｎ：２９９ｐｐｍ以下であって、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼であって、
この鋼の焼入焼戻し後の炭化物の面積率は１０．０〜１６．０％となり、
焼入焼戻し後の直径１０μｍ以下の炭化物中に占める各炭化物の質量分率が、ＭＣ：６％以上、Ｍ6Ｃ：２０％以上、Ｍ7Ｃ3＋Ｍ23Ｃ6：６５％以下であり、Ｍ7Ｃ3／Ｍ23Ｃ6の質量分率比：０．１２以上となり、
１０３０℃で焼入れし５００〜６００℃で焼戻した後の最大硬さが６３ＨＲＣ以上となること、を特徴とする高い耐摩耗性を有する高靭性の冷間工具鋼である。
質量％で、Ｃ：０．８〜０．９％、Ｓｉ：０．４〜０．９％、Ｍｎ：０．３〜０．５％、Ｃｒ：３．０〜７．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：２．２〜３．２％、Ｖ＋Ｎｂ／２：０．４〜０．７％を有し、
式Ａ＝５．６Ｃ＋１．３Ｓｉ＋１．１Ｃｒとするとき、式Ａの値は８．８〜１３．７で、
式Ｂ＝１１Ｖ−Ｃｒ−（Ｍｏ＋Ｎｂ）とするとき、式Ｂの値は−５．６以上であり、
（ただし式Ａ、Ｂにおける各化学成分は％における数値を代入した値である。）、
Ｎ：２９９ｐｐｍ以下であって、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼であって、
この鋼の焼入焼戻し後の炭化物の面積率は１０．０〜１６．０％となり、
焼入焼戻し後の直径１０μｍ以下の炭化物中に占める各炭化物の質量分率が、ＭＣ：６％以上、Ｍ6Ｃ：２０％以上、Ｍ7Ｃ3＋Ｍ23Ｃ6：６５％以下であり、Ｍ7Ｃ3／Ｍ23Ｃ6の質量分率比：０．１２以上となり、
１０３０℃で焼入れし５００〜６００℃で焼戻した後の最大硬さが６３ＨＲＣ以上となること、を特徴とする高い耐摩耗性を有する高靭性の冷間工具鋼である。
上記手段に記載の化学成分および焼入焼戻し後の各特性を有するものとすることで、本願の発明によると、この鋼を焼入焼戻し後の炭化物面積率は１０．０〜１６．０％で、１０３０℃で焼入れして５００〜６００℃で焼戻した後の最大硬さが６３ＨＲＣ以上であり、靭性である抗折力は３５００Ｎ／ｍｍ2以上となり、耐摩耗性である比摩耗量は２．０×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）より低いものであるなど、耐摩耗性に優れた高靭性の冷間工具鋼が得られる。
本発明の実施の形態について記載するに先立って、本発明の手段の冷間工具鋼の化学成分限定理由並びに焼入焼戻し後の１０μｍ以下の炭化物に占める特定炭化物の質量分率、特定炭化物の析出し易さを表す式、焼入焼戻し後の炭化物面積率、焼入れ焼戻し後の最大硬さについての限定理由について、以下に説明する。なお、化学成分における％は質量％である。
Ｃ：０．８〜０．９％
Ｃは、硬質炭化物を形成し、鋼の硬さ、耐摩耗性を向上させるとともに、焼入性を高める元素である。しかし、Ｃが０．８％未満であると、これらの効果は得られない。一方、Ｃが０．９％より多いと、粗大な炭化物を形成して鋼の靭性および加工性を悪化する。そこで、Ｃは０．８〜０．９％とする。
Ｃは、硬質炭化物を形成し、鋼の硬さ、耐摩耗性を向上させるとともに、焼入性を高める元素である。しかし、Ｃが０．８％未満であると、これらの効果は得られない。一方、Ｃが０．９％より多いと、粗大な炭化物を形成して鋼の靭性および加工性を悪化する。そこで、Ｃは０．８〜０．９％とする。
Ｓｉ：０．４〜０．９％
Ｓｉは、精錬時の脱酸剤として作用し、かつ基地の硬さを向上させるために必要な元素である。しかし、Ｓｉが０．４％未満であると、これらの効果は得られない。一方、Ｓｉが０．９％より多いと、得られた鋼の靭性および加工性が悪化する。そこで、Ｓｉは０．４〜０．９％とする。
Ｓｉは、精錬時の脱酸剤として作用し、かつ基地の硬さを向上させるために必要な元素である。しかし、Ｓｉが０．４％未満であると、これらの効果は得られない。一方、Ｓｉが０．９％より多いと、得られた鋼の靭性および加工性が悪化する。そこで、Ｓｉは０．４〜０．９％とする。
Ｍｎ：０．３〜０．５％
Ｍｎは、製錬時の脱酸剤として作用し、かつ鋼の焼入性を増進する元素である。しかし、Ｍｎが０．３％未満であると、これらの効果は得られない。一方、Ｍｎが０．５％より多いと、得られた鋼のマトリックスを脆化させるので、靭性が悪化する。そこで、Ｍｎは０．３〜０．５％とする。
Ｍｎは、製錬時の脱酸剤として作用し、かつ鋼の焼入性を増進する元素である。しかし、Ｍｎが０．３％未満であると、これらの効果は得られない。一方、Ｍｎが０．５％より多いと、得られた鋼のマトリックスを脆化させるので、靭性が悪化する。そこで、Ｍｎは０．３〜０．５％とする。
Ｃｒ：３．０〜７．０％、望ましくは３．５〜６．５％
Ｃｒは、硬質炭化物を形成し、硬さ、耐摩耗性を向上させるとともに、焼入性を高める元素である。しかし、Ｃｒが３．０％未満であると、これらの効果は得られない。一方、Ｃｒが７．０％より多いと、得られた鋼に粗大な炭化物を形成して、靭性および加工性を悪化する。そこで、Ｃｒは３．０〜７．０％とし、望ましくは３．５〜６．５％とする。
Ｃｒは、硬質炭化物を形成し、硬さ、耐摩耗性を向上させるとともに、焼入性を高める元素である。しかし、Ｃｒが３．０％未満であると、これらの効果は得られない。一方、Ｃｒが７．０％より多いと、得られた鋼に粗大な炭化物を形成して、靭性および加工性を悪化する。そこで、Ｃｒは３．０〜７．０％とし、望ましくは３．５〜６．５％とする。
Ｍｏ＋Ｗ／２：２．２〜３．２％
Ｍｏ＋Ｗ／２は、硬質炭化物を形成し、硬さ、耐摩耗性を向上させるとともに、焼入性および焼戻し軟化抵抗性を高める元素である。しかし、Ｍｏ＋Ｗ／２が２．２％未満であると、これらの効果は得られない。一方、Ｍｏ＋Ｗ／２が３．２％より多いと、得られた鋼に粗大な炭化物を形成して、靭性および加工性を悪化する。そこで、Ｍｏ＋Ｗ／２は２．２〜３．２％とする。
Ｍｏ＋Ｗ／２は、硬質炭化物を形成し、硬さ、耐摩耗性を向上させるとともに、焼入性および焼戻し軟化抵抗性を高める元素である。しかし、Ｍｏ＋Ｗ／２が２．２％未満であると、これらの効果は得られない。一方、Ｍｏ＋Ｗ／２が３．２％より多いと、得られた鋼に粗大な炭化物を形成して、靭性および加工性を悪化する。そこで、Ｍｏ＋Ｗ／２は２．２〜３．２％とする。
Ｖ＋Ｎｂ／２：０．４〜０．７％
Ｖ＋Ｎｂ／２は、硬質炭化物を形成し、硬さ、耐摩耗性および焼入性を向上させるとともに、焼入れ時の結晶粒の粗大化を抑制する効果があり、靭性の向上に寄与する元素である。しかし、Ｖ＋Ｎｂ／２が０．４％未満であると、これらの効果は得られない。一方、Ｖ＋Ｎｂ／２が０．７％より多いと、得られた鋼に粗大な炭窒化物を形成して、靭性および加工性を悪化する。そこで、Ｖ＋Ｎｂ／２は０．４〜０．７％とする。
Ｖ＋Ｎｂ／２は、硬質炭化物を形成し、硬さ、耐摩耗性および焼入性を向上させるとともに、焼入れ時の結晶粒の粗大化を抑制する効果があり、靭性の向上に寄与する元素である。しかし、Ｖ＋Ｎｂ／２が０．４％未満であると、これらの効果は得られない。一方、Ｖ＋Ｎｂ／２が０．７％より多いと、得られた鋼に粗大な炭窒化物を形成して、靭性および加工性を悪化する。そこで、Ｖ＋Ｎｂ／２は０．４〜０．７％とする。
Ｎ：≦２９９ｐｐｍ、望ましくは≦２００ｐｐｍ
Ｎは、窒化物を形成するために必要な元素であり、形成された窒化物が耐摩耗性を向上させるとともに、結晶粒の粗大化を防止して靭性の低下を抑制する効果を有する。その効果を得るためには、Ｎが２９９ｐｐｍ以下とする必要がある。一方、Ｎが２９９ｐｐｍより多いとこれらの効果は得られず、粗大な窒化物を形成し靭性および加工性を悪化する。そこで、Ｎは２９９ｐｐｍ以下、望ましくは２００ｐｐｍ以下とする。
Ｎは、窒化物を形成するために必要な元素であり、形成された窒化物が耐摩耗性を向上させるとともに、結晶粒の粗大化を防止して靭性の低下を抑制する効果を有する。その効果を得るためには、Ｎが２９９ｐｐｍ以下とする必要がある。一方、Ｎが２９９ｐｐｍより多いとこれらの効果は得られず、粗大な窒化物を形成し靭性および加工性を悪化する。そこで、Ｎは２９９ｐｐｍ以下、望ましくは２００ｐｐｍ以下とする。
５．６Ｃ＋１．３Ｓｉ＋１．１Ｃｒ：８．８〜１３．７（ただし、各元素成分部分には各成分元素の組成比を％で表記した数値を代入する。）
５．６Ｃ＋１．３Ｓｉ＋１．１Ｃｒを式Ａとする。この式Ａは、Ｍ23Ｃ6の析出しやすさを表しており、この式Ａの値が高くなる程、Ｍ23Ｃ6は析出しやすくなる。Ｍ23Ｃ6は、耐摩耗性の向上に寄与する。しかし、Ｍ23Ｃ6が析出することで、他の種類の炭化物を形成するために必要なＣ量が少なくなる結果、二次硬化に寄与する炭化物が析出しにくくなる。そのために、Ｍ23Ｃ6の析出を限定する必要がある。そこで、式Ａの値を８．８〜１３．７とする。
５．６Ｃ＋１．３Ｓｉ＋１．１Ｃｒを式Ａとする。この式Ａは、Ｍ23Ｃ6の析出しやすさを表しており、この式Ａの値が高くなる程、Ｍ23Ｃ6は析出しやすくなる。Ｍ23Ｃ6は、耐摩耗性の向上に寄与する。しかし、Ｍ23Ｃ6が析出することで、他の種類の炭化物を形成するために必要なＣ量が少なくなる結果、二次硬化に寄与する炭化物が析出しにくくなる。そのために、Ｍ23Ｃ6の析出を限定する必要がある。そこで、式Ａの値を８．８〜１３．７とする。
１１Ｖ−Ｃｒ−（Ｍｏ＋Ｎｂ）：−５．６以上（ただし、各元素成分部分には各成分元素の組成比を％で表記した数値を代入する。）
１１Ｖ−Ｃｒ−（Ｍｏ＋Ｎｂ）を式Ｂとする。この式Ｂは、ＭＣの析出しやすさを表す。ところで、このＭＣは微細な炭化物を形成しやすく、かつ二次硬化への寄与が特に大きい。これらの効果を得るために必要なＭＣを十分に形成させるためには、式Ｂの値を−５．６以上とする必要がある。そこで、式Ｂの値は−５．６以上とする。
１１Ｖ−Ｃｒ−（Ｍｏ＋Ｎｂ）を式Ｂとする。この式Ｂは、ＭＣの析出しやすさを表す。ところで、このＭＣは微細な炭化物を形成しやすく、かつ二次硬化への寄与が特に大きい。これらの効果を得るために必要なＭＣを十分に形成させるためには、式Ｂの値を−５．６以上とする必要がある。そこで、式Ｂの値は−５．６以上とする。
焼入焼戻し後の炭化物面積率：１０．０〜１６．０％
十分な耐摩耗性を得るためには、焼入焼戻し後の炭化物面積率は１０．０％以上が必要である。ただし、多すぎると靭性の低下を招くため、上限は１６．０％とした。そこで、焼入焼戻し後の炭化物面積率は１０．０〜１６．０％とする。
十分な耐摩耗性を得るためには、焼入焼戻し後の炭化物面積率は１０．０％以上が必要である。ただし、多すぎると靭性の低下を招くため、上限は１６．０％とした。そこで、焼入焼戻し後の炭化物面積率は１０．０〜１６．０％とする。
焼入焼戻し後の直径１０μｍ以下の炭化物中に占めるＭＣ、Ｍ6Ｃ、Ｍ7Ｃ3、および、Ｍ23Ｃ6の炭化物の質量分率：ＭＣ≧６％、Ｍ6Ｃ≧２０％、Ｍ7Ｃ3＋Ｍ23Ｃ6≦６５％、また炭化物同士の質量分率比がＭ7Ｃ3／Ｍ23Ｃ6≧０．１２
ＭＣおよびＭ6Ｃは、二次硬化を得るために必要な炭化物であり、必要な焼戻し硬さを得るためには、ＭＣは６％以上、Ｍ6Ｃは２０％以上の質量分率が必要である。Ｍ7Ｃ3＋Ｍ23Ｃ6は、耐摩耗性を向上させる炭化物であるが、それらの量が多すぎると粗大化炭化物を形成しやすくなり、靭性や疲労強度の低下を招くだけでなく、他の炭化物を形成するために必要なＣ量が少なくなる結果、二次硬化に寄与する炭化物を析出しにくくなる。そのために、Ｍ23Ｃ6＋Ｍ7Ｃ3の質量分率の上限を６５％とした。また、Ｍ7Ｃ3は、二次硬化に寄与するとともに、Ｍ23Ｃ6が増えることで、粗大化炭化物になりやすいＭ23Ｃ6の析出を抑制するため、Ｍ7Ｃ3とＭ23Ｃ6の比であるＭ7Ｃ3／Ｍ23Ｃ6≧０．１２とする。
ＭＣおよびＭ6Ｃは、二次硬化を得るために必要な炭化物であり、必要な焼戻し硬さを得るためには、ＭＣは６％以上、Ｍ6Ｃは２０％以上の質量分率が必要である。Ｍ7Ｃ3＋Ｍ23Ｃ6は、耐摩耗性を向上させる炭化物であるが、それらの量が多すぎると粗大化炭化物を形成しやすくなり、靭性や疲労強度の低下を招くだけでなく、他の炭化物を形成するために必要なＣ量が少なくなる結果、二次硬化に寄与する炭化物を析出しにくくなる。そのために、Ｍ23Ｃ6＋Ｍ7Ｃ3の質量分率の上限を６５％とした。また、Ｍ7Ｃ3は、二次硬化に寄与するとともに、Ｍ23Ｃ6が増えることで、粗大化炭化物になりやすいＭ23Ｃ6の析出を抑制するため、Ｍ7Ｃ3とＭ23Ｃ6の比であるＭ7Ｃ3／Ｍ23Ｃ6≧０．１２とする。
１０３０℃で焼入れし、５００〜６００℃で焼戻した後の最大硬さ：≧６３ＨＲＣ
本発明は、高い耐摩耗性を得るために、１０３０℃で焼入れし、５００〜６００℃で焼戻した後の最大硬さの下限値を６３ＨＲＣとする。
本発明は、高い耐摩耗性を得るために、１０３０℃で焼入れし、５００〜６００℃で焼戻した後の最大硬さの下限値を６３ＨＲＣとする。
次いで、本発明の実施の形態を、以下の実施例を通じて説明する。
＜工程＞
本願の高い耐摩耗性かつ高靭性を有する冷間工具鋼工程について説明する。
先ず、表１の発明鋼Ｎｏ．１〜１４と比較鋼Ｎｏ．１５〜３０に示した各化学成分と残部Ｆｅおよび不可避不純物とからなるＮｏ．１〜３０の各材料を、それぞれ１００ｋｇを真空誘導溶解炉にて溶製し、各発明鋼Ｎｏ及び比較鋼Ｎｏ．の得られた鋼をそれぞれ角５０ｍｍの棒鋼に鍛伸した。次いで、これらの棒鋼を１０３０℃に加熱し、この温度から空冷して焼入れした後、５００〜６００℃に加熱した後に空冷する焼戻し処理を少なくとも２回行なった。なお、表１には、発明鋼および比較鋼の合金成分である化学成分と、式Ａ＝５．６Ｃ＋１．３Ｓｉ＋１．１Ｃｒの値と式Ｂ−１１Ｖ−Ｃｒ−Ｍｏの値をそれぞれ示している。
本願の高い耐摩耗性かつ高靭性を有する冷間工具鋼工程について説明する。
先ず、表１の発明鋼Ｎｏ．１〜１４と比較鋼Ｎｏ．１５〜３０に示した各化学成分と残部Ｆｅおよび不可避不純物とからなるＮｏ．１〜３０の各材料を、それぞれ１００ｋｇを真空誘導溶解炉にて溶製し、各発明鋼Ｎｏ及び比較鋼Ｎｏ．の得られた鋼をそれぞれ角５０ｍｍの棒鋼に鍛伸した。次いで、これらの棒鋼を１０３０℃に加熱し、この温度から空冷して焼入れした後、５００〜６００℃に加熱した後に空冷する焼戻し処理を少なくとも２回行なった。なお、表１には、発明鋼および比較鋼の合金成分である化学成分と、式Ａ＝５．６Ｃ＋１．３Ｓｉ＋１．１Ｃｒの値と式Ｂ−１１Ｖ−Ｃｒ−Ｍｏの値をそれぞれ示している。
上記の工程で得られた焼戻し処理した各鋼の供試材について、硬さを評価して表２に示した。この硬さの評価は、５００〜６００℃の焼戻し処理温度の範囲で、最も高い硬さによって行ない、表２において、硬さが６３ＨＲＣ以上のときは○と示し、６３ＨＲＣ以下のときは×として示した。
靭性である抗折力の評価は、上記の焼入焼戻し後の供試材からなる試料を用いて、中心部から４ｍｍ×８ｍｍ角で４０ｍｍ長さの板状試験片を割出し、ＧＬ＝２０ｍｍとして抗折力すなわち抗折強度の測定を行った。
６３ＨＲＣ以上の硬さが得られる鋼種であるＪＩＳ鋼種のＳＫＨ５１は、焼戻し硬さが６３ＨＲＣのとき３０００Ｎ／ｍｍ2の抗折力の靭性を有する。こうしたＳＫＨ５１鋼を基準に、より抗折力の高い３５００Ｎ／ｍｍ2以上の抗折力が得られていれば靱性に優れているといえるので、表２においては３５００Ｎ／ｍｍ2以上の抗折力が得られていれば○と評して示した。
一方、３５００Ｎ／ｍｍ2未満と抗折力が低ければ悪いものとし、表２においては×として示した。
６３ＨＲＣ以上の硬さが得られる鋼種であるＪＩＳ鋼種のＳＫＨ５１は、焼戻し硬さが６３ＨＲＣのとき３０００Ｎ／ｍｍ2の抗折力の靭性を有する。こうしたＳＫＨ５１鋼を基準に、より抗折力の高い３５００Ｎ／ｍｍ2以上の抗折力が得られていれば靱性に優れているといえるので、表２においては３５００Ｎ／ｍｍ2以上の抗折力が得られていれば○と評して示した。
一方、３５００Ｎ／ｍｍ2未満と抗折力が低ければ悪いものとし、表２においては×として示した。
炭化物面積率は、前記の各鋼材の焼入焼戻し試料を用いて、中心部から１５ｍｍ×１５ｍｍ×１５ｍｍＬの試験片を割出し、ナイタールにより腐食し、光学顕微鏡の１００倍の視野で３箇所ランダムに撮影し、画像解析装置を使用してその画像からそれぞれ０．５ｍｍ2視野内の炭化物面積率を測定し、その平均を求め、得られた値を表２に示した。
各炭化物の質量分率：前記の各鋼材の焼入焼戻し後の試料を用いて、中心部から１５ｍｍ×１５ｍｍ×１５ｍｍＬの試験片を割出し、その割出した試験片から電解抽出により炭化物のみを取り出してフィルターを通して10μｍ以下の炭化物を分離した。その分離した炭化物をＸ線回折による回折パターンを測定して、各炭化物のピーク強度比を求めた。その強度比をＭＣ、Ｍ6Ｃ、Ｍ7Ｃ3＋Ｍ23Ｃ6といった各炭化物の質量分率とし、表２に質量分率および質量分率比を示した。
耐摩耗性は、上記の焼入焼戻し後の試料を用い、中心部から７ｍｍ×２５ｍｍ角で５０ｍｍ長さの試験片を割出し、大越式摩耗試験により比摩耗量を測定した。大越式摩耗試験機のリングにはＳＣＭ４２０（硬さ８６ＨＲＢ）を用いた。摩耗速度は２．４ｍ／ｓｅｃ、摩耗距離は２００ｍ、最終荷重は６１．８Ｎとした。ＪＩＳ鋼種であるＳＫＤ１１は、焼戻し硬さが６０ＨＲＣのとき、比摩耗量が２．５×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）である。そこで、ＳＫＤ１１より比摩耗量の少ない２．０×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）を基準とし、表２で、比摩耗量が、２．０×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）以下であれば、比摩耗量が○であって、耐摩耗性が良いとし、比摩耗量が、２．０×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）を超えておれば、比摩耗量が×で、耐摩耗性が悪いと評価して表２に示した。
以上、表１および表２に見られるように、本願の発明鋼であるＮｏ．１〜１４は、式Ａの値、式Ｂの値、ＭＣ、Ｍ6Ｃ、Ｍ7Ｃ3＋Ｍ23Ｃ6の炭化物の質量分率の特性、Ｍ7Ｃ3／Ｍ23Ｃ6の炭化物の比の特性、焼入焼戻し後の鋼中の全炭化物の面積率の特性において、いずれも優れている。さらに、５００〜６００℃の焼戻し処理温度における最大硬さが６３ＨＲＣ以上であり、靭性である抗折力が３５００Ｎ／ｍｍ2を超えており、かつ耐摩耗性を示す比摩耗量が２．０×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）以下であるので、本願の発明鋼であるＮｏ．１〜１４は、これらの点において、いずれも優れており○である。
以上の本願のＮｏ．１〜１４の発明鋼に対し、比較鋼のＮｏ．１５〜３０については、以下に順次説明する。すなわち、表１および表２に見られるように、Ｎｏ．１５は、Ｃが０．６％と発明鋼の最小値の０．８％より少ないため、硬さは６３ＨＲＣより低く×であり、耐摩耗性を示す比摩耗量は２．０×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）よりも大きいので、耐摩耗性は悪く×である。
Ｎｏ．１６は、Ｃが１．０％と発明鋼の最大値の０．９％より多く、Ｍ6Ｃの炭化物質量分率が１１％と発明鋼の２０％以上より少なく、さらにＭ23Ｃ6＋Ｍ7Ｃ3の炭化物質量分率が７２％と発明鋼の６５％より多いため、硬さは６３ＨＲＣより低く、靭性である抗折力は３５００Ｎ／ｍｍ2以下であるので×であり、耐摩耗性を示す比摩耗量は２．０×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）よりも大きいので、耐摩耗性は悪く×である。
Ｎｏ．１７は、Ｓｉが０．２％と発明鋼の最小値の０．８％より少なく、鋼中の全炭化物の面積率が９％と発明鋼の最小値の１０％少ないため、硬さは６３ＨＲＣより低く、耐摩耗性を示す比摩耗量は２．０×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）よりも大きいので、耐摩耗性は悪く×である。
Ｎｏ．１８は、Ｓｉが１．５％と発明鋼の最大値の０．９％より多く、靭性である抗折力は３５００Ｎ／ｍｍ2以下と低いので×である。
Ｎｏ．１９は、Ｍｎが１．０％と発明鋼の最大値の０．５％より多く、靭性である抗折力は３５００Ｎ／ｍｍ2以下と低いので×である。
Ｎｏ．２０は、Ｃｒが１．８％と発明鋼の最小値の３．０％より少なく、炭化物質量分率比であるＭ7Ｃ3／Ｍ23Ｃ6の値も、Ｍ7Ｃ3が析出していないので、０．００と低く、発明鋼の炭化物質量分率比の０．１２より低いので、硬さは６３ＨＲＣより低く×であり、耐摩耗性を示す比摩耗量は２．０×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）よりも大きいので、耐摩耗性は悪く×である。
Ｎｏ．２１は、Ｃｒが１０．０％と発明鋼の最大値の７．０％より多く、式Ａの値は１７．１と発明鋼の最大値の１２．７より高く、式Ｂの値は−７．７と発明鋼の最大値の−５．６より低いため、炭化物面積率のＭＣは０％と発明鋼の６％より少なく、炭化物質量分率のＭ7Ｃ3＋Ｍ23Ｃ6は８０％と発明鋼の６５％より多いため、硬さは６３ＨＲＣより低く×であり、靭性である抗折力は３５００Ｎ／ｍｍ2以下であるので×であり、耐摩耗性を示す比摩耗量は２．０×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）よりも大きいので、耐摩耗性は悪く×である。
Ｎｏ．２２は、Ｍｏ＋Ｗ／２が１．５％と発明鋼の最小値の２．２％より少なく、炭化物面積率のＭ6Ｃが１８％と発明鋼の２０％より少ないため、硬さは６３ＨＲＣより低く×であり、耐摩耗性を示す比摩耗量は２．０×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）よりも大きいので、耐摩耗性は悪く×である。
Ｎｏ．２３は、Ｍｏ＋Ｗ／２が４．０％と発明鋼の最大値の３．３％より多いため、靭性である抗折力は３５００Ｎ／ｍｍ2以下であるので×である。
Ｎｏ．２４は、Ｖ＋Ｎｂ／２が０．２％と発明鋼の最小値の０．４％より少ないため、硬さは６３ＨＲＣより低いので×であり、耐摩耗性を示す比摩耗量は２．０×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）よりも大きいので、耐摩耗性は悪く×である。
Ｎｏ．２５は、Ｖ＋Ｎｂ／２が１．０％と発明鋼の最大値の０．７％より多いため、炭化物面積率のＭ6Ｃが１７％と発明鋼の２０％より少ないため、硬さは６３ＨＲＣより低く×であり、靭性である抗折力が３５００Ｎ／ｍｍ2以下であるので×であり、耐摩耗性を示す比摩耗量は２．０×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）よりも大きいので、耐摩耗性は悪く×である。
Ｎｏ．２６は、Ｎが５００ｐｐｍと発明鋼の最大値の２９９ｐｐｍより多く、また鋼中の全炭化物の面積率が１８％と発明鋼の最大値の１６％よりも高いため、靭性である抗折力は３５００Ｎ／ｍｍ2／（Ｎ・ｍｍ）以下であるので×である。
Ｎｏ．２７は、式Ａの値が８．７と発明鋼の−５．６より低いため、炭化物質量分率比であるＭ7Ｃ3／Ｍ23Ｃ6の値も、Ｍ7Ｃ3が析出していないので、０．００と低く、発明鋼の炭化物質量分率比の０．１２より低いので、硬さは６３ＨＲＣより低く×であり、耐摩耗性を示す比摩耗量は２．０×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）よりも大きいので、耐摩耗性は悪く×である。
Ｎｏ．２８は、式Ａの値が１３．４と発明鋼の最大値の１２．７より高く、かつ、式Ｂの値が−５．９と発明鋼の−５．６より低く、炭化物質量分率のＭＣは５％と発明鋼の６％より少ないため、硬さは６３ＨＲＣより低く×であり、耐摩耗性を示す比摩耗量は２．０×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）よりも大きいので、耐摩耗性は悪く×である。
Ｎｏ．２９は、式Ａの値が１３．８と発明鋼の最大値の１２．７より高く、炭化物質量分率のＭ23Ｃ6＋Ｍ7Ｃ3が６６％と発明鋼の６５％より多いため、硬さは６３ＨＲＣより低く×であり、耐摩耗性を示す比摩耗量は２．０×１０-8ｍｍ3／（Ｎ・ｍｍ）よりも大きいので、耐摩耗性は悪く×である。
Ｎｏ．３０は、式Ａの値が１３．９と発明鋼の最大値の１２．７より高いため鋼中の全炭化物の面積率は１７％と発明鋼の最大値の１６％よりも高く、硬さは６３ＨＲＣより低く×であり、靭性である抗折力は３５００Ｎ／ｍｍ2以下であるので×であり、耐摩耗性を示す比摩耗量は２．０×１０-8ｍｍ3よりも大きいので、耐摩耗性は悪く×である。
Claims (1)
- 質量％で、Ｃ：０．８〜０．９％、Ｓｉ：０．４〜０．９％、Ｍｎ：０．３〜０．５％、Ｃｒ：３．０〜７．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：２．２〜３．２％、Ｖ＋Ｎｂ／２：０．４〜０．７％を有し、
式Ａ＝５．６Ｃ＋１．３Ｓｉ＋１．１Ｃｒとするとき、式Ａの値は８．８〜１３．７で、
式Ｂ＝１１Ｖ−Ｃｒ−（Ｍｏ＋Ｎｂ）とするとき、式Ｂの値は−５．６以上であり、
（ただし式Ａ、Ｂにおける各化学成分は％における数値を代入した値である。）、
Ｎ：２９９ｐｐｍ以下であって、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼であって、
この鋼の焼入焼戻し後の炭化物の面積率は１０．０〜１６．０％となり、
焼入焼戻し後の直径１０μｍ以下の炭化物中に占める各炭化物の質量分率が、ＭＣ：６％以上、Ｍ6Ｃ：２０％以上、Ｍ7Ｃ3＋Ｍ23Ｃ6：６５％以下であり、Ｍ7Ｃ3／Ｍ23Ｃ6の質量分率比：０．１２以上となり、
１０３０℃で焼入れし５００〜６００℃で焼戻しした後の最大硬さが６３ＨＲＣ以上となること、
を特徴とする高い耐摩耗性を有する高靭性の冷間工具鋼。
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| JP2000328195A (ja) * | 1999-05-20 | 2000-11-28 | Daido Steel Co Ltd | 短時間焼入れ性に優れた工具鋼 |
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| JP2014009396A (ja) * | 2012-07-02 | 2014-01-20 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 高硬度高靭性の冷間工具鋼 |
| CN104195450A (zh) * | 2014-08-21 | 2014-12-10 | 宜兴市永昌轧辊有限公司 | 一种具备高耐磨及抗辊印性能冷轧工作辊的热处理方法 |
| JP2016216753A (ja) * | 2015-05-14 | 2016-12-22 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 高硬度で高靱性な冷間工具鋼 |
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