JP2684736B2 - 粉末冷間工具鋼 - Google Patents
粉末冷間工具鋼Info
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- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
- C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
- C22C33/0292—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with more than 5% preformed carbides, nitrides or borides
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- C22C33/0285—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%
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Description
本発明は、苛酷な条件下に使用される冷間加工工具を
つくるための粉末工具鋼の改良に関する。 この粉末冷間工具鋼は、耐摩耗性が高く、焼入性にす
ぐれ高硬度で、しかも高靭性を有する。
つくるための粉末工具鋼の改良に関する。 この粉末冷間工具鋼は、耐摩耗性が高く、焼入性にす
ぐれ高硬度で、しかも高靭性を有する。
冷間加工工具の材料として、溶製材では従来、JISのS
KD11を代表とする冷間工具鋼が使用されてきた。この鋼
は、耐摩耗性にすぐれ、靭性も比較的高い使いやすい材
料である。 ところが、近年の冷間加工工具の大型化や精密化の傾
向、たとえば大型の冷間鍛造型に対する需要の増大や、
抜型のクリヤランスを小さくしたいという希望が強くな
るに伴い、熱処理に歪みの少い真空熱処理が多用される
ようになった。真空熱処理は、冷却をガスによって行な
うので冷却速度を高くすることができず、処理対象の大
型化による質量効果の問題もあって、焼入性の高い耐摩
耗性高靭性材料が要求されるようになってきた。この要
求に対して、SKD11では耐摩耗性が不足でこたえきれな
い。 SKD11の耐摩耗性は、主として共晶のM7C3型およびM23
C6型の炭化物により与えられている。耐摩耗性をさらに
高めようとして炭化物量を増すと、靭性が低下して精密
金型の寿命が短くなってしまう。 一方、耐摩耗性と靭性とがバランスよく高い、という
点からいえば、高速度工具鋼、代表的にはSKH51などの
方が常用の合金工具鋼よりすぐれているが、その構成炭
化物はM6C型およびMC型が主体であつて焼入性を高くで
きないから、上記の用途に向けた場合には高速度工具鋼
本来の耐摩耗性が発揮できず、寿命を長くすることはで
きなかった。
KD11を代表とする冷間工具鋼が使用されてきた。この鋼
は、耐摩耗性にすぐれ、靭性も比較的高い使いやすい材
料である。 ところが、近年の冷間加工工具の大型化や精密化の傾
向、たとえば大型の冷間鍛造型に対する需要の増大や、
抜型のクリヤランスを小さくしたいという希望が強くな
るに伴い、熱処理に歪みの少い真空熱処理が多用される
ようになった。真空熱処理は、冷却をガスによって行な
うので冷却速度を高くすることができず、処理対象の大
型化による質量効果の問題もあって、焼入性の高い耐摩
耗性高靭性材料が要求されるようになってきた。この要
求に対して、SKD11では耐摩耗性が不足でこたえきれな
い。 SKD11の耐摩耗性は、主として共晶のM7C3型およびM23
C6型の炭化物により与えられている。耐摩耗性をさらに
高めようとして炭化物量を増すと、靭性が低下して精密
金型の寿命が短くなってしまう。 一方、耐摩耗性と靭性とがバランスよく高い、という
点からいえば、高速度工具鋼、代表的にはSKH51などの
方が常用の合金工具鋼よりすぐれているが、その構成炭
化物はM6C型およびMC型が主体であつて焼入性を高くで
きないから、上記の用途に向けた場合には高速度工具鋼
本来の耐摩耗性が発揮できず、寿命を長くすることはで
きなかった。
本発明の目的は、上記した技術の現状を打破し、使用
条件が苛酷な精密冷間加工用工具とくに各種金型の材料
として好適な、耐摩耗性にすぐれ、高靭性で焼入性にす
ぐれ、常用の熱処理設備および条件で焼入れが可能な冷
間工具鋼を提供することにある。 ここで、常用の熱処理設備および条件とは、前記した
SKD11を代表とする従来材の製品を焼入れするための設
備および加熱温度、冷却手段を意味する。これは、既存
の設備で間に合わせたいという経済的要請と、焼入れは
種々の製品をいっしょに処理することが多く、汎用材と
同じ加熱温度で効果を得たいという操業上の便宜からえ
たものであって、工業的実施のために重要な因子であ
る。
条件が苛酷な精密冷間加工用工具とくに各種金型の材料
として好適な、耐摩耗性にすぐれ、高靭性で焼入性にす
ぐれ、常用の熱処理設備および条件で焼入れが可能な冷
間工具鋼を提供することにある。 ここで、常用の熱処理設備および条件とは、前記した
SKD11を代表とする従来材の製品を焼入れするための設
備および加熱温度、冷却手段を意味する。これは、既存
の設備で間に合わせたいという経済的要請と、焼入れは
種々の製品をいっしょに処理することが多く、汎用材と
同じ加熱温度で効果を得たいという操業上の便宜からえ
たものであって、工業的実施のために重要な因子であ
る。
本発明の粉末冷間工具鋼は、C:1.5〜5.0％、Si:3.0％
以下、Mn:3.0％以下、Cr:10.0〜30.0％、Mo:0.5〜4.0％
およびV:0.1〜10.0％を、 Ｆ（Ｃ）＝Cr＋15.5C≧40 および Ｆ（Ｈ）＝3.80−0.62Cr≧−５ を満たすように含有し、残余が実質的にFeからなる合金
組成の、耐摩耗性と靭性にすぐれた粉末冷間工具鋼であ
る。 この鋼は、上記組成に加えて、W:10.0％以下を、Ｗ＋
2Mo:8.0以下の範囲で含有してもよい。 上記いずれの合金組成の場合も、その中の炭化物の型
について、MC,M7C3およびM23C6に注目したとき、それら
が体積比で （M7C3＋M23C6）/MC＝0.5〜４ の関係が成り立つ範囲で存在することが好ましい。
以下、Mn:3.0％以下、Cr:10.0〜30.0％、Mo:0.5〜4.0％
およびV:0.1〜10.0％を、 Ｆ（Ｃ）＝Cr＋15.5C≧40 および Ｆ（Ｈ）＝3.80−0.62Cr≧−５ を満たすように含有し、残余が実質的にFeからなる合金
組成の、耐摩耗性と靭性にすぐれた粉末冷間工具鋼であ
る。 この鋼は、上記組成に加えて、W:10.0％以下を、Ｗ＋
2Mo:8.0以下の範囲で含有してもよい。 上記いずれの合金組成の場合も、その中の炭化物の型
について、MC,M7C3およびM23C6に注目したとき、それら
が体積比で （M7C3＋M23C6）/MC＝0.5〜４ の関係が成り立つ範囲で存在することが好ましい。
冷間工具鋼においてSKD11を超える耐摩耗性を発揮さ
せるためには、炭化物量を増大させる必要がある。しか
し、炭化物量の増大に伴い、一般に靭性が低下するか
ら、本発明ではそれを避けるため、粉末治金法を選択し
た。粉末の形成に際して炭化物が微細に析出し、加工時
の熱処理を通じて、靭性に悪影響を与える巨大炭化物の
生成が防げるからである。 一方、焼入性増大に関しては、炭化物の種類が、マト
リクスに固溶しやすく、従って焼入性の向上に役立つM7
C3型およびM23C6型のものが容積比で20％以上を占める
ようにして、要求にこたえた。この型の炭化物は主とし
てＣの炭化物であって、前記した Ｆ（Ｃ）＝Cr＋15.5C≧40 および Ｆ（Ｈ）＝3.8C−0.62C≧−５ の条件をみたすことにより、上記の炭化物構成が実現す
る。 本発明の粉末冷間工具鋼の合金組成は、前記のとおり
高Ｃ−高Crをひとつの特徴としており、それによって耐
摩耗性と焼入性とを得ていることは上に述べたとおりで
あるが、それを含めて、各成分元素の作用と組成の限定
理由を以下に記す。 C:1.5〜5.0％ 多量の炭化物をつくるため、SKD11のＣ含有量1.5％以
上の多量にした。これにより、M7C3（Ｍは主にCr）型炭
化物を確保して、高速度工具鋼に比肩し得る耐摩耗性を
得るとともに、焼入性を高める。5.0％の上限に至る
と、硬さ向上の効果が飽和し靭性が低下する。 Si:3.0％以下、Mn:3.0％以下 ともに脱酸剤として加えるほか、Siは高温焼戻しのと
きの二次硬化を期待する。どちらも、多量に過ぎると靭
性をそこなう。 Cr:10.0〜30.0％ 多量のＣとともに炭化物を形成し、耐摩耗性と焼入性
の向上をもたらす。10％の下限はこのために必要であ
り、30％の上限を超える添加は、過大な炭化物が生じ
る。 Mo:0.5〜4.0％ 微細な炭化物MoCが析出して、耐摩耗性に寄与する。
多量になると、炭化物としてMo2Cの割合が増えて焼入性
向上に役立たなくなると、靭性にとってマイナスにな
る。 W:10.0％以下（ただしＷ＋2Mo:8.0以下） 前記したように、Moの一部はＷで置き換えることがで
きる。Ｗ添加の影響はMoの約２倍で、炭化物WCおよびW2
Cは熱処理に不利益な存在となるから、上記の制限を設
けた。 V:0.1〜10.0％ Moと同様に微細な炭化物VCを生成して、耐摩耗性を高
める。過大になると靭性が低くなる。 本発明の粉末冷間工具鋼を、ＣおよびCrの含有量に関
して位置づけると、添付図面のとおりである。図の斜線
を施した領域が本発明の合金組成の範囲である。
せるためには、炭化物量を増大させる必要がある。しか
し、炭化物量の増大に伴い、一般に靭性が低下するか
ら、本発明ではそれを避けるため、粉末治金法を選択し
た。粉末の形成に際して炭化物が微細に析出し、加工時
の熱処理を通じて、靭性に悪影響を与える巨大炭化物の
生成が防げるからである。 一方、焼入性増大に関しては、炭化物の種類が、マト
リクスに固溶しやすく、従って焼入性の向上に役立つM7
C3型およびM23C6型のものが容積比で20％以上を占める
ようにして、要求にこたえた。この型の炭化物は主とし
てＣの炭化物であって、前記した Ｆ（Ｃ）＝Cr＋15.5C≧40 および Ｆ（Ｈ）＝3.8C−0.62C≧−５ の条件をみたすことにより、上記の炭化物構成が実現す
る。 本発明の粉末冷間工具鋼の合金組成は、前記のとおり
高Ｃ−高Crをひとつの特徴としており、それによって耐
摩耗性と焼入性とを得ていることは上に述べたとおりで
あるが、それを含めて、各成分元素の作用と組成の限定
理由を以下に記す。 C:1.5〜5.0％ 多量の炭化物をつくるため、SKD11のＣ含有量1.5％以
上の多量にした。これにより、M7C3（Ｍは主にCr）型炭
化物を確保して、高速度工具鋼に比肩し得る耐摩耗性を
得るとともに、焼入性を高める。5.0％の上限に至る
と、硬さ向上の効果が飽和し靭性が低下する。 Si:3.0％以下、Mn:3.0％以下 ともに脱酸剤として加えるほか、Siは高温焼戻しのと
きの二次硬化を期待する。どちらも、多量に過ぎると靭
性をそこなう。 Cr:10.0〜30.0％ 多量のＣとともに炭化物を形成し、耐摩耗性と焼入性
の向上をもたらす。10％の下限はこのために必要であ
り、30％の上限を超える添加は、過大な炭化物が生じ
る。 Mo:0.5〜4.0％ 微細な炭化物MoCが析出して、耐摩耗性に寄与する。
多量になると、炭化物としてMo2Cの割合が増えて焼入性
向上に役立たなくなると、靭性にとってマイナスにな
る。 W:10.0％以下（ただしＷ＋2Mo:8.0以下） 前記したように、Moの一部はＷで置き換えることがで
きる。Ｗ添加の影響はMoの約２倍で、炭化物WCおよびW2
Cは熱処理に不利益な存在となるから、上記の制限を設
けた。 V:0.1〜10.0％ Moと同様に微細な炭化物VCを生成して、耐摩耗性を高
める。過大になると靭性が低くなる。 本発明の粉末冷間工具鋼を、ＣおよびCrの含有量に関
して位置づけると、添付図面のとおりである。図の斜線
を施した領域が本発明の合金組成の範囲である。
第１表に示す合金組成の鋼を溶製し、溶湯をガス噴霧
により粉末化した。これをHIPにより焼結し、焼なまし
た状態で鍛造し、熱処理した。 焼入れは、真空加熱／ガス冷却により行なった。温度
はSKD11に常用の領域であって、高速度工具鋼の焼入れ
温度よりは低いところであり、冷却速度はおおよそ0.5
℃/secである。一方、焼戻しは工具使用時に達すること
のある温度を与えて、高温焼戻しを採用した。 各供試材から試験片をつくり、靭性のめやすとして抗
折力を測定し、耐摩耗性をしらべた。耐摩耗性は大越式
迅速摩耗試験により、下記の条件で実施した。 相手材:SCM415（焼なまし） 巡り距離:200m 巡り速度:2.93m/sec 荷重:6.3kgf 以上の結果を、熱処理条件とともに第２表に示す。
により粉末化した。これをHIPにより焼結し、焼なまし
た状態で鍛造し、熱処理した。 焼入れは、真空加熱／ガス冷却により行なった。温度
はSKD11に常用の領域であって、高速度工具鋼の焼入れ
温度よりは低いところであり、冷却速度はおおよそ0.5
℃/secである。一方、焼戻しは工具使用時に達すること
のある温度を与えて、高温焼戻しを採用した。 各供試材から試験片をつくり、靭性のめやすとして抗
折力を測定し、耐摩耗性をしらべた。耐摩耗性は大越式
迅速摩耗試験により、下記の条件で実施した。 相手材:SCM415（焼なまし） 巡り距離:200m 巡り速度:2.93m/sec 荷重:6.3kgf 以上の結果を、熱処理条件とともに第２表に示す。
本発明の粉末高速度工具鋼は、大型の工具に加工して
も、焼入性が高いから真空熱処理によって十分な硬さが
得られる。多量の炭化物の微細析出により、耐摩耗性が
高く、靭性も十分なレベルにある。 従ってこの工具鋼は、大型で精密さを要求され、しか
も苛酷な条件下に使用される冷間加工工具、たとえば鍛
造金型、圧延ロールの材料として好適であるほか、種々
の機械部品の中で耐摩耗性を要求されるものに有用であ
る。
も、焼入性が高いから真空熱処理によって十分な硬さが
得られる。多量の炭化物の微細析出により、耐摩耗性が
高く、靭性も十分なレベルにある。 従ってこの工具鋼は、大型で精密さを要求され、しか
も苛酷な条件下に使用される冷間加工工具、たとえば鍛
造金型、圧延ロールの材料として好適であるほか、種々
の機械部品の中で耐摩耗性を要求されるものに有用であ
る。
添付図面は、本発明の粉末冷間工具鋼の高Ｃ−高Cr工具
鋼としての位置づけを示すグラフである。
鋼としての位置づけを示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項１】C:1.5〜5.0％、Si:3.0％以下、Mn:3.0％以
下、Cr:10.0〜30.0％、Mo:0.5〜4.0％およびV:0.1〜10.
0％を、 Ｆ（Ｃ）＝Cr＋15.5C≧40 および Ｆ（Ｈ）＝3.8C−0.62Cr≧−５ を満たすように含有し、残余が実質的にFeからなる合金
組成の、耐摩耗性と靭性にすぐれた粉末冷間工具鋼。 - 【請求項２】請求項１の合金組成に加えて、W:10.0％以
下を、Ｗ＋2Mo:8.0以下の範囲で含有する粉末冷間工具
鋼。 - 【請求項３】鋼中の炭化物について、体積比で、 （M7C3＋M23C6）/MC＝0.5〜４ の関係が成り立つ範囲でそれらが存在している請求項１
または２の粉末冷間工具鋼。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63330078A JP2684736B2 (ja) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | 粉末冷間工具鋼 |
| EP89313419A EP0378925A1 (en) | 1988-12-27 | 1989-12-21 | Powdered steel for cold processing tool |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63330078A JP2684736B2 (ja) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | 粉末冷間工具鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02175847A JPH02175847A (ja) | 1990-07-09 |
| JP2684736B2 true JP2684736B2 (ja) | 1997-12-03 |
Family
ID=18228536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63330078A Expired - Fee Related JP2684736B2 (ja) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | 粉末冷間工具鋼 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0378925A1 (ja) |
| JP (1) | JP2684736B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3217427B2 (ja) * | 1992-01-31 | 2001-10-09 | 株式会社フジコー | 耐塊鉱物摩耗材料 |
| DE4445154A1 (de) * | 1994-12-17 | 1996-06-20 | Fischer Artur Werke Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines aus korrosionsbeständigem Stahl bestehenden Spreizankers |
| BRPI0817619B1 (pt) * | 2007-09-28 | 2018-04-24 | Höganäs Ab Publ | Composição de pó metalúrgico e método de produção |
| US9162285B2 (en) | 2008-04-08 | 2015-10-20 | Federal-Mogul Corporation | Powder metal compositions for wear and temperature resistance applications and method of producing same |
| JP5704111B2 (ja) * | 2012-04-19 | 2015-04-22 | 日本精工株式会社 | 直動案内装置 |
| MX2015012984A (es) * | 2013-03-15 | 2016-05-10 | Federal Mogul Corp | Composiciones de metal en polvo para aplicaciones de resistencia al desgaste y temperatura y metodo para producirlas. |
| JP6057141B2 (ja) * | 2014-09-26 | 2017-01-11 | 日立金属株式会社 | 冷間工具材料および冷間工具の製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4615734A (en) * | 1984-03-12 | 1986-10-07 | General Electric Company | Solid particle erosion resistant coating utilizing titanium carbide, process for applying and article coated therewith |
| US4844738A (en) * | 1986-10-31 | 1989-07-04 | Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Carbide-dispersed type Fe-base sintered alloy excellent in wear resistance |
| US4765836A (en) * | 1986-12-11 | 1988-08-23 | Crucible Materials Corporation | Wear and corrosion resistant articles made from pm alloyed irons |
| AT393642B (de) * | 1988-06-21 | 1991-11-25 | Boehler Gmbh | Verwendung einer eisenbasislegierung zur pulvermetallurgischen herstellung von teilen mit hoher korrosionsbestaendigkeit, hoher verschleissfestigkeit sowie hoher zaehigkeit und druckfestigkeit, insbesondere fuer die kunststoffverarbeitung |
-
1988
- 1988-12-27 JP JP63330078A patent/JP2684736B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-12-21 EP EP89313419A patent/EP0378925A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02175847A (ja) | 1990-07-09 |
| EP0378925A1 (en) | 1990-07-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |