JP2020537038A - 熱間加工工具に適した鋼 - Google Patents
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Abstract
Description
C 0.01〜0.08
Si 0.05〜0.6
Mn 0.1〜0.8
Cr 3.9〜6.1
Ni 1.0〜3.0
Mo 7.0〜9.0
Co 9.0〜12.5
Cu 0.2〜6.5
任意に
N 0.01〜0.15
B <0.008
S <0.25
V <2
Nb <1
Ti <2
Zr <2
Ta <2
Hf <2
Y <2
Ca <0.009
Mg <0.01
REM <0.2
残部 Fe及び不純物
から構成される鋼を提供することによって解決される。
炭素は、鋼の強度及び硬度を改善するために有効である。しかしながら、その含有量が高すぎると、鋼は、熱間加工から冷却した後に加工するのが困難になる可能性がある。Cは、0.01%、好ましくは少なくとも0.02%の最小含有量で存在すべきである。炭素の上限値は0.08%である。上限値は、0.07%、0.06%、0.055%又は0.05%としてもよい。公称含有量は約0.030%である。低炭素含有量は、成形性を向上させ、強度と靭性の良好な組み合わせを与える。
ケイ素は脱酸のために用いられる。Siはまた、強力なフェライト形成剤である。したがって、Siは0.6%に制限される。上限値は、0.55%、0.50%、0.40%、0.35%、0.34%、0.33%、0.32%、0.31%、0.30%、0.29%又は0.28%としてもよい。下限値は、0.10%、0.12%、0.14%、0.16%、0.18%又は0.20%としてもよい。好ましい範囲は、0.15〜0.40%及び0.20〜0.35%である。
マンガンは、鋼の焼入れ性の向上に寄与する。含有量が低すぎる場合、焼入れ性も低すぎる可能性がある。より高い硫黄含有量では、マンガンは鋼中の赤熱脆性を防止する。したがって、マンガンは、0.10%、好ましくは少なくとも0.15%、0.20%、0.25%又は0.30%の最小含有量で存在するものとする。鋼は、最大0.8%、好ましくは最大0.75%、0.70%、0.65%、0.60%、0.50%、0.45%、0.40%又は0.35%のMnを含むものとする。好ましい範囲は、0.20〜0.40%である。
クロムは、良好な焼入れ性及び耐食性を与えるために、少なくとも3.9%の含有量で存在すべきである。下限値は、4.0%、4.1%、4.2%、4.3%、4.4%又は4.5%としてもよい。クロム含有量が高すぎる場合、望ましくない相の形成を招く可能性がある。したがって、上限値は6.1%であり、6.0%、5.9%、5.8%、5.7%、5.6%又は5.5%に設定してもよい。
ニッケルは、オーステナイト安定剤であり、デルタフェライトの形成を抑制する。ニッケルは、鋼に良好な焼入れ性及び靭性を与える。また、ニッケルは、鋼の被削性及び研磨性にとって有益である。ただし、Niの過剰な添加は、残留オーステナイトの量をあまりに高くしてしまう。下限値は、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%又は1.5%に設定してもよい。上限値は、2.9%、2.8%、2.7%、2.6%又は2.5%に設定してもよい。
固溶体中のMoは、焼入れ性に非常に有利な効果を及ぼすことが知られている。モリブデンは、強力な炭化物形成元素であり、強力なフェライト形成剤でもある。Moは、本発明では、時効処理中の析出硬化の形成に必要である。そのため、Moの量は7〜9%とすべきである。下限値は、7.1%、7.2%、7.3%又は7.4%としてもよい。上限値は、8.9%、8.8%、8.7%、8.6%又は8.5%としてもよい。
コバルトは、マルエージング鋼中のマトリックスに溶解され、析出に関与しない。しかしながら、コバルトは、一般にMs点を上昇させることによって、それほど多くの残留オーステナイトを残すことなく、他の時効硬化元素の許容量を増加させる。コバルトは、モリブデンのマルテンサイトへの固溶度を低下させ、硬度の上昇をもたらすモリブデン接触粒子のより強い析出を促進させる。ただし、Co含有量が非常に高いと、Mo含有量が高いマルエージング鋼におけるMs点を低下させる可能性がある。したがって、Coは12.5%に制限され、上限値は、12.4%、12.3%、12.2%、12.1%、12.0%、11.9%、11.8%又は11.7%としてもよい。下限値は、9.5%、9.7%、9.9%、10.1%、10.2%、10.3%、10.4%又は10.5%としてもよい。
窒素は、強いオーステナイト形成剤であり、強い窒化物形成剤でもある。窒素は、0.01〜0.15%、好ましくは0.02〜0.07%の範囲内で存在する。下限値は、0.01%、0.02%又は0.03%としてもよい。したがって、上限値は、0.10%、0.09%、0.08%、0.07%、又は0.06%としてもよい。
Cuは、鋼の硬度及び耐食性を高めることに寄与する元素である。時効処理中に形成されるε−Cu相は、析出硬化によって鋼を強化するのみならず、金属間化合物相の析出速度にも影響を及ぼす。これに加えて、Cuを添加することにより、より高い加工温度における金属間化合物相の成長がより遅くなることが分かるであろう。Cuの上限値は、6.0%、5.5%、4.5%、4.0%、3.5%、3.0%、2.5%又は2.0%とすしてもよい。Cuの下限値は、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%又は0.9%としてもよい。
ホウ素は、焼入れ性を増大させると共にステンレス鋼の熱間加工性を向上させるために少量で用いることができる任意の元素である。したがって、上限値は、0.007%、0.006%、0.005%又は0.004%に設定してもよい。
Sは、鋼の被削性を改善するために任意に添加することができる。Sがこの目的で使用される場合、Sは鋼に意図的に0.01〜0.25%の量で添加される。より高い硫黄含有量では、赤熱脆化のリスクがある。さらに、硫黄含有量が高いと、鋼の疲労特性及び研磨性に悪影響が及ぶ可能性がある。したがって、上限値は、0.25%、好ましくは0.1%、最も好ましくは0.03%であるものとする。好ましい範囲は0.015〜0.030%である。しかしながら、意図的には添加しない場合、Sの量は後述の不純物含有量に制限される。
Nbは、強力な炭化物及び窒化物形成剤である。したがって、この元素の含有量は、望ましくない炭化物及び窒化物の形成を回避するために制限すべきである。したがって、Nbの最大量は1%である。Nbは通常、意図的には添加されない。許容不純物含有量は、0.05%、0.03%、0.01%又は0.005%に設定することができる。
これらの元素は、C、B、N及び/又はOとともに化合物を形成することができる。これらは、酸化物分散強化(ODS)合金又は窒化物分散強化(NDS)合金の製造に用いることができる。そして、その上限値は各元素につき2%である。上限値は1.5%、1.0%、0.5%又は0.3%としてもよい。しかしながら、これらの元素がODS合金を製造するために意図的には添加されない場合、上限値は0.1%、0.05%、0.01%又は0.005%としてもよい。
これらの元素は、様々な理由で、特許請求の範囲に記載の量で鋼に任意に添加してもよい。これらの元素は、非金属介在物を改質する目的で、並びに/又は鋼の被削性、熱間加工性及び/若しくは溶接性をさらに向上させる目的で一般的に用いられる。その場合、酸素含有量は、好ましくは0.03%に制限される。しかしながら、酸化物分散強化(ODS)合金を形成するために酸素を用いる場合は、上限値を0.80%と高くしてもよい。酸化物は、例えば、ガスアトマイズ、特に、ガスアトマイズによる反応合成(Gas Atomizing Reaction Synthesis:GARS)を用いるか、又は積層造形(AM)法の間に、特に、溶融金属積層(Liquid Metal Deposition:LMD)における大気反応を通して、生成する粉末にインサイチュで混合することができる。
P、S及びOは主な不純物であり、これらは鋼の機械特性に悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、Pは、0.05%、0.04%、0.03%、0.02%又は0.01%に制限することができる。
硫黄が意図的には添加されない場合、Sの不純物含有量は、0.05%、0.04%、0.003%、0.001%、0.0008%、0.0005%又は0.0001%に制限することができる。
C 0.01〜0.06
Si 0.1〜0.5
Mn 0.1〜0.6
Cr 4.0〜6.0
Ni 1.2〜2.9
Mo 7.1〜8.9
Co 9.5〜12.0
Cu 0.3〜5.0
N 0.02〜0.08
C 0.02〜0.04
Si 0.2〜0.4
Mn 0.2〜0.6
Cr 4.5〜5.5
Ni 1.5〜2.5
Cr+Ni 6.0〜8.0
Mo 7.5〜8.5
Co 10.5〜11.7
Cu 0.4〜4.0
N 0.02〜0.06
及び/又は、マトリックスがマルテンサイトを≧80体積%含有する、及び/又は、オーステナイトを≦20体積%含有する、及び/又は、マトリックス硬度が45〜58HRCである、
及び/又は、鋼が少なくとも100mmの厚さを有し、ASTM E10−01に従って測定された厚さ方向の平均ブリネル硬度値HBW10/3000からの最大偏差が5%未満である(ここで、試料片のエッジ又は別の圧痕のエッジからの圧痕の中心の最小距離が、圧痕の直径の少なくとも2.5倍であるものとし、最大距離が、圧痕の直径の4倍以下であるものとする、及び/又は、鋼が、ASTM E45−97、方法Aに準拠した微細スラグに関する以下の最大要件
を満たす清浄度を有する。)。
C 0.025〜0.055
Si 0.15〜0.40
Mn 0.15〜0.50
Cr 4.5〜5.5
Ni 1.5〜2.5
Mo 7.5〜8.5
Co 10.5〜11.7
Cu 0.4〜4.0
N 0.02〜0.06
a)従来の溶融冶金とそれに続く鋳造及び熱間加工
b)粉末冶金(PM)
c)103℃/s超での急速固化
が挙げられる。
5≦D10≦35
20≦D50≦55
D90≦80
10≦D10≦30
25≦D50≦45
D90≦70
マトリックスがマルテンサイトを≧80体積%含有する、
マトリックスがオーステナイトを≦20体積%含有する、
マトリックス硬度が34〜56HRCである、
造形方向に垂直な方向のシャルピーVノッチ値が≧5Jである、
造形方向に垂直な方向の引張強度Rmが≧1600MPaである、
造形方向に垂直な方向の降伏強度Rc0.2が≧1500MPaである、
造形方向に垂直な方向の圧縮降伏強度Rc0.2が、引張降伏強度Rp0.2よりも少なくとも10%高い。
この実施例では、本発明の2つの合金を、プレミアム熱間加工鋼Uddeholm Dievar(登録商標)と比較する。
鋼1 鋼2 Uddeholm Dievar(登録商標)
C 0.03 0.03 0.36
Si 0.3 0.3 0.20
Mn 0.3 0.3 0.5
Cr 5 5 5
Ni 2 2 −
Mo 8 8 2.3
V − − 0.55
Co 11 11 −
Cu 0.5 2.0 −
N 0.03 0.03 0.007
残部:鉄及び不純物
Claims (9)
- 重量%(wt.%)で、
C 0.01〜0.08
Si 0.05〜0.6
Mn 0.1〜0.8
Cr 3.9〜6.1
Ni 1.0〜3.0
Mo 7.0〜9.0
Co 9.0〜12.5
Cu 0.2〜6.5
N 0.01〜0.15
任意に
B <0.008
S <0.25
V <2
Nb <1
Ti <2
Zr <2
Ta <2
Hf <2
Y <2
Ca <0.009
Mg <0.01
REM <0.2
残部 Fe及び不純物
から構成される熱間加工工具を製造するための鋼。 - 以下の要件の少なくとも1つを満たす、請求項1に記載の鋼。
C 0.01〜0.06
Si 0.1〜0.5
Mn 0.1〜0.6
Cr 4.0〜6.0
Ni 1.2〜2.9
Mo 7.1〜8.9
Co 9.5〜12.0
Cu 0.3〜5.0
N 0.02〜0.08 - 以下の要件の少なくとも1つを満たす、請求項1又は2に記載の鋼。
C 0.02〜0.04
Si 0.2〜0.4
Mn 0.2〜0.6
Cr 4.5〜5.5
Ni 1.5〜2.5
Cr+Ni 6.0〜8.0
Mo 7.5〜8.5
Co 10.5〜11.7
Cu 0.4〜4.0
N 0.02〜0.06
マトリックスがマルテンサイトを≧80体積%含有する、
マトリックスがオーステナイトを≦20体積%含有する、
マトリックス硬度が45〜58HRCである、
及び/又は、前記鋼が少なくとも100mmの厚さを有し、ASTM E10−01に従って測定された厚さ方向の平均ブリネル硬度値HBW10/3000からの最大偏差が5%未満である(ここで、試料片のエッジ又は別の圧痕のエッジからの圧痕の中心の最小距離が、圧痕の直径の少なくとも2.5倍であるものとし、最大距離が、圧痕の直径の4倍以下であるものとする。)、
及び/又は、前記鋼が、ASTM E45−97、方法Aに準拠した微細スラグに関する以下の最大要件
を満たす清浄度を有する。 - 以下の要件を満たす、請求項1に記載の鋼。
C 0.025〜0.055
Si 0.15〜0.40
Mn 0.15〜0.50
Cr 4.5〜5.5
Ni 1.5〜2.5
Mo 7.5〜8.5
Co 10.5〜11.7
Cu 0.4〜4.0
N 0.02〜0.06 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成を有するプレアロイ粉。
- 前記粉はガスアトマイズにより製造され、粉末粒子の少なくとも80%が5〜150μmの範囲内の粒径を有し、前記粉が以下の要件の少なくとも1つを満たす、請求項5に記載のプレアロイ粉。
粉末粒径分布(μm): 5≦D10≦35
20≦D50≦55
D90≦80
平均真球度、SPHT ≧0.85
平均アスペクト比、b/l ≧0.85
(ここで、SPHT=4πA/P2(式中、Aは粒子投影により覆われた面積の測定値であり、Pは粒子投影の外周/周囲の測定値である。)であり、真球度(SPHT)は、ISO 9276−6に準拠するカムサイザーで測定され、bは前記粒子投影の最短幅であり、lは最長径である。)。 - 前記粉粒子の少なくとも90%が10〜100μmの範囲内の粒径を有し、前記粉が以下の要件の少なくとも1つを満たす、請求項6に記載のプレアロイ粉。
粉末粒径分布(μm): 10≦D10≦30
25≦D50≦45
D90≦70
平均真球度、SPHT ≧0.90
平均アスペクト比、b/l ≧0.88 - 請求項5〜7のいずれか1項に記載のプレアロイ粉を用いる積層造形法により形成された物品であって、前記物品が、以下の要件の少なくとも1つを満たす物品。
マトリックスがマルテンサイトを≧80体積%含有する、
マトリックスがオーステナイトを≦20体積%含有する、
マトリックス硬度が34〜56HRCである、
造形方向に垂直な方向のシャルピーVノッチ値が≧5Jである、
造形方向に垂直な方向の引張強度Rmが≧1600MPaである、
造形方向に垂直な方向の降伏強度Rc0.2が≧1500MPaである、
造形方向に垂直な方向の前記圧縮降伏強度Rc0.2が、引張降伏強度Rp0.2よりも少なくとも10%高い。 - 620℃で2時間の時効処理を2回行った後の前記物品が、室温で少なくとも52HRCの硬度を有し、前記硬度が、前記物品を600℃の温度に50時間さらした後に少なくとも50HRCである、請求項8に記載の物品。
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