JP2999655B2 - 高靱性粉末ハイス - Google Patents
高靱性粉末ハイスInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、切削工具、冷鍛用パ
ンチ、熱間プレス型その他各種の金型に使用される粉末
冶金法による高速度工具鋼（以下「ハイス」という。）
に係り、特にその靱性の改良に関するものである。
ンチ、熱間プレス型その他各種の金型に使用される粉末
冶金法による高速度工具鋼（以下「ハイス」という。）
に係り、特にその靱性の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ハイスは、例えばJIS SKH2、SKH4
B 等のＷ系、SKH51 、SKH55 等のMo系、SKH10 、SKH57
等のMo系のものが知られている。
B 等のＷ系、SKH51 、SKH55 等のMo系、SKH10 、SKH57
等のMo系のものが知られている。
【０００３】これらのハイスは、一般には溶製材として
多く利用されているが、近年、工具の使用条件の苛酷化
に伴い、靱性を高めるために、粉末冶金材が使用されて
いる。粉末冶金材の多くは、粉末を熱間静水圧プレスに
より固結させた後に鍛造、圧延して製造をされている
が、２〜４ミクロン程度の微細な一次炭化物がマトリク
ス中に均一に分散し、結晶粒も微細であるために多くの
面で特性が優れ、特に靱性を比較すると、上記鋼材 SKH
51の場合、硬さ HRC64レベルでの抗折力が、溶製材では
約2900MPaであるのに対し、粉末冶金材では約4900MPa
と、1.5 倍以上の値を示す。
多く利用されているが、近年、工具の使用条件の苛酷化
に伴い、靱性を高めるために、粉末冶金材が使用されて
いる。粉末冶金材の多くは、粉末を熱間静水圧プレスに
より固結させた後に鍛造、圧延して製造をされている
が、２〜４ミクロン程度の微細な一次炭化物がマトリク
ス中に均一に分散し、結晶粒も微細であるために多くの
面で特性が優れ、特に靱性を比較すると、上記鋼材 SKH
51の場合、硬さ HRC64レベルでの抗折力が、溶製材では
約2900MPaであるのに対し、粉末冶金材では約4900MPa
と、1.5 倍以上の値を示す。
【０００４】近年、工具の使用条件が従来に比し苛酷に
なってきており、この様な苛酷な使用条件の下では、上
述の粉末冶金材でさえもなお靱性が十分ではなく、更に
一層の特性の向上が望まれており、出願人は、熱間押出
し法による高靱性高速度工具鋼の発明を特願昭62−3134
94号として先に出願した。
なってきており、この様な苛酷な使用条件の下では、上
述の粉末冶金材でさえもなお靱性が十分ではなく、更に
一層の特性の向上が望まれており、出願人は、熱間押出
し法による高靱性高速度工具鋼の発明を特願昭62−3134
94号として先に出願した。
【０００５】ところで、従来、溶製ハイスにおいて、低
Si化は一次炭化物の偏析を低減し、機械的靱性を向上す
るが、Ｐ、Ｓの低減は機械的靱性に影響がないとされて
いた。
Si化は一次炭化物の偏析を低減し、機械的靱性を向上す
るが、Ｐ、Ｓの低減は機械的靱性に影響がないとされて
いた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、上述の粉末冶金材と同等あるいはそれ以上
の硬さと耐摩耗性を具え、かつ機械的特性、特にシャル
ピー衝撃値を著しく向上させた粉末冶金法によるハイス
（以下、「粉末ハイス」という。）を提供するものであ
る。
する課題は、上述の粉末冶金材と同等あるいはそれ以上
の硬さと耐摩耗性を具え、かつ機械的特性、特にシャル
ピー衝撃値を著しく向上させた粉末冶金法によるハイス
（以下、「粉末ハイス」という。）を提供するものであ
る。
【０００７】本発明における粉末冶金法とは、粉末充填
体を熱間静水圧プレスと鍛造、圧延の組合せ、または冷
間静水圧プレスと熱間押出しの組合せ、または、熱間押
出し法単独等により粉末ハイスの成形品を得るものであ
る。
体を熱間静水圧プレスと鍛造、圧延の組合せ、または冷
間静水圧プレスと熱間押出しの組合せ、または、熱間押
出し法単独等により粉末ハイスの成形品を得るものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述のように、はいすに
おいてＰ、Ｓの低減は機械的靱性に影響がないとされて
いたにも拘わらず、発明者などは鋭意研究を重ね機械的
特性に与えるＳｉ、Ｐ、Ｓの影響の調査を行なった結
果、従来、粉末ハイスに通常０．２％含有されているＰ
の量を低減するとシャルピー衝撃強度が著しく向上し、
特に、粉末ハイス中のＰの量を重量％で０．００９％未
満に抑えることがシャルピー衝撃強度の向上に極めて有
効であることを見いだした。
おいてＰ、Ｓの低減は機械的靱性に影響がないとされて
いたにも拘わらず、発明者などは鋭意研究を重ね機械的
特性に与えるＳｉ、Ｐ、Ｓの影響の調査を行なった結
果、従来、粉末ハイスに通常０．２％含有されているＰ
の量を低減するとシャルピー衝撃強度が著しく向上し、
特に、粉末ハイス中のＰの量を重量％で０．００９％未
満に抑えることがシャルピー衝撃強度の向上に極めて有
効であることを見いだした。
【０００９】そこで、課題を解決するために、本発明
は、粉末ハイスの化学成分を（１）重量％で、Ｃ：０．
７〜２．５％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：１．５
％以下、Ｃｒ：３．０〜６．０％、Ｖ：０．８〜２５．
０％、Ｐ：０．００９％未満を含有し、Ｍｏ：３．０〜
１０．０％又はＷ：１．０〜２０．０％のいずれか１種
又は２種をさらに含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物か
らなることを特徴とし、さらに、（２）重量％で、Ｃ：
０．７〜２．５％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：
１．５％以下、Ｃｒ：３．０〜６．０％、Ｃｏ：４．０
〜１２．０％、Ｐ：０．００９％未満を含有し、Ｖ：
０．８〜２５．０％又はＮｂ：０．１〜５．０％のいず
れか１種又は２種、並びに、Ｍｏ：３．０〜１０．０％
又はＷ：１．０〜２０．０％のいずれか１種又は２種を
さらに含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなること
を特徴とする。
は、粉末ハイスの化学成分を（１）重量％で、Ｃ：０．
７〜２．５％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：１．５
％以下、Ｃｒ：３．０〜６．０％、Ｖ：０．８〜２５．
０％、Ｐ：０．００９％未満を含有し、Ｍｏ：３．０〜
１０．０％又はＷ：１．０〜２０．０％のいずれか１種
又は２種をさらに含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物か
らなることを特徴とし、さらに、（２）重量％で、Ｃ：
０．７〜２．５％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：
１．５％以下、Ｃｒ：３．０〜６．０％、Ｃｏ：４．０
〜１２．０％、Ｐ：０．００９％未満を含有し、Ｖ：
０．８〜２５．０％又はＮｂ：０．１〜５．０％のいず
れか１種又は２種、並びに、Ｍｏ：３．０〜１０．０％
又はＷ：１．０〜２０．０％のいずれか１種又は２種を
さらに含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなること
を特徴とする。
【００１０】
【作用】本発明は、粉末冶金法によるハイスであるの
で、溶製法によるハイスに比して靱性が向上している
が、さらに、粉末ハイス中のＰの含有量を従来の粉末ハ
イスが含有する０．０２％よりも一層低減して０．００
９％未満としているので、シャルピー衝撃値は著しく向
上されている。
で、溶製法によるハイスに比して靱性が向上している
が、さらに、粉末ハイス中のＰの含有量を従来の粉末ハ
イスが含有する０．０２％よりも一層低減して０．００
９％未満としているので、シャルピー衝撃値は著しく向
上されている。
【００１１】次に、本発明において成分を限定する理由
を述べる。
を述べる。
【００１２】Ｃは、Cr、Ｖ、Mo、Ｗ及びNbの炭化物形成
に不可欠であると共に、焼入時にマトリクスに固溶し、
高い焼戻し硬さを与えるために必要な成分である。焼入
及び焼戻しによってHRC62 以上の硬さを得るためには、
少なくとも0.7 重量％の添加が必要であるが、2.5 重量
パーセントを超えても、焼入及び焼戻し硬さへの一層の
向上は認められず、炭化物が粗大化し靱性を劣化させ
る。
に不可欠であると共に、焼入時にマトリクスに固溶し、
高い焼戻し硬さを与えるために必要な成分である。焼入
及び焼戻しによってHRC62 以上の硬さを得るためには、
少なくとも0.7 重量％の添加が必要であるが、2.5 重量
パーセントを超えても、焼入及び焼戻し硬さへの一層の
向上は認められず、炭化物が粗大化し靱性を劣化させ
る。
【００１３】Siは、焼入、焼戻し硬さ等、焼入性を向上
させるが2.0 重量％を超えると靱性の劣化を起こす。ま
た、0.1 ％未満にすると、著しく焼入、焼戻し硬さの低
下をひき起こす。Mnは、焼入性を向上させるが、1.5 ％
を超えると靱性や焼戻しの際の軟化抵抗性が低下する。
させるが2.0 重量％を超えると靱性の劣化を起こす。ま
た、0.1 ％未満にすると、著しく焼入、焼戻し硬さの低
下をひき起こす。Mnは、焼入性を向上させるが、1.5 ％
を超えると靱性や焼戻しの際の軟化抵抗性が低下する。
【００１４】Crは、焼入性の確保のために最低限3.0 重
量％が必要であるが、Cr炭化物は凝集粗大化し易いため
に６重量％を超えるのは好ましくない。
量％が必要であるが、Cr炭化物は凝集粗大化し易いため
に６重量％を超えるのは好ましくない。
【００１５】Ｖは、固溶しにくい安定なＭＣ型の炭化物
を形成し、結晶粒を微細化させ、靱性の向上に役立つと
共に、耐摩耗性を著しく向上させる。0.8 重量未満では
耐摩耗性の向上効果が小さく、25重量％を超えると巨大
共晶炭化物を生成し、靱性を大幅に低下させる。NbはＶ
と同様に、固溶しにくい安定なＭＣ炭化物を形成し、結
晶粒を微細化させ靱性の向上に役立つと共に、耐摩耗性
を著しく向上させる。0.1 重量％未満ではその効果が現
れず、5.0 重量％を超えるとその向上効果が小さく、靱
性の低下をもたらす。
を形成し、結晶粒を微細化させ、靱性の向上に役立つと
共に、耐摩耗性を著しく向上させる。0.8 重量未満では
耐摩耗性の向上効果が小さく、25重量％を超えると巨大
共晶炭化物を生成し、靱性を大幅に低下させる。NbはＶ
と同様に、固溶しにくい安定なＭＣ炭化物を形成し、結
晶粒を微細化させ靱性の向上に役立つと共に、耐摩耗性
を著しく向上させる。0.1 重量％未満ではその効果が現
れず、5.0 重量％を超えるとその向上効果が小さく、靱
性の低下をもたらす。
【００１６】MoとＷは、共に M6C型炭化物を形成し、耐
摩耗性を向上させるが、この効果はMoの方が大きく、Ｗ
の２倍の影響力を持つ。Moは耐摩耗性と共に焼入性も高
め、これらの効果を得るためには少なくとも3.0 重量％
は必要であるが、10.0重量％を超えると炭化物が粗大化
する。また、Ｗは耐摩耗性を向上させるために少なくと
も1.0 重量％が必要であるが、Moより炭化物が粗大かし
にくいため、上限値をMoの２倍に設定した。
摩耗性を向上させるが、この効果はMoの方が大きく、Ｗ
の２倍の影響力を持つ。Moは耐摩耗性と共に焼入性も高
め、これらの効果を得るためには少なくとも3.0 重量％
は必要であるが、10.0重量％を超えると炭化物が粗大化
する。また、Ｗは耐摩耗性を向上させるために少なくと
も1.0 重量％が必要であるが、Moより炭化物が粗大かし
にくいため、上限値をMoの２倍に設定した。
【００１７】Coは、耐熱性と靱性を向上させるため目的
に応じて添加される。Coはマトリクス中に固溶し焼戻し
のときの軟化抵抗性を大きくする。この効果を得るため
には少なくとも4.0 重量％必要であるが、12.0重量％を
超えて添加してもその効果は高まらない。
に応じて添加される。Coはマトリクス中に固溶し焼戻し
のときの軟化抵抗性を大きくする。この効果を得るため
には少なくとも4.0 重量％必要であるが、12.0重量％を
超えて添加してもその効果は高まらない。
【００１８】
【００１９】
【表１】
【００２０】１）表１に示した化学成分を有する鋼種の
ガスアトマイズ粉末を径１６０ｍｍの軟鋼製カプセルに
充填し、脱気及び封止した後に、冷間静水圧プレスを行
い、続いて加熱した後、熱間押出し法により径５０ｍｍ
の棒鋼を製造した。これらから、試料を切出し、１１３
０℃焼入→５６０℃焼戻し、１１８０℃焼入→５６０℃
焼戻しの２種類の条件で熱処理した。これらの試料につ
いてシャルピー衝撃強度を試験し、機械的特性に与える
Ｓｉ、Ｓ、Ｐの影響についての調査を行なったときに、
その中の鋼種Ａ〜ＧについてＰ量とシャルピー衝撃値の
関係を図１に示す。なお、鋼種のＤ、Ｅ、Ｆ、Ｌ、Ｎ、
Ｏ、Ｑは本発明を満足する鋼種であり、鋼種のＡ、Ｂ、
Ｈ、Ｊ、Ｋ、ＲにおけるＰ量は端数切り上げにより０．
００９％と表示した本発明の参考例であり、上記以外の
鋼種のＣ、Ｉ、Ｍ、Ｐ、ＳはＰ量が０．０１２％以上の
比較例である。
ガスアトマイズ粉末を径１６０ｍｍの軟鋼製カプセルに
充填し、脱気及び封止した後に、冷間静水圧プレスを行
い、続いて加熱した後、熱間押出し法により径５０ｍｍ
の棒鋼を製造した。これらから、試料を切出し、１１３
０℃焼入→５６０℃焼戻し、１１８０℃焼入→５６０℃
焼戻しの２種類の条件で熱処理した。これらの試料につ
いてシャルピー衝撃強度を試験し、機械的特性に与える
Ｓｉ、Ｓ、Ｐの影響についての調査を行なったときに、
その中の鋼種Ａ〜ＧについてＰ量とシャルピー衝撃値の
関係を図１に示す。なお、鋼種のＤ、Ｅ、Ｆ、Ｌ、Ｎ、
Ｏ、Ｑは本発明を満足する鋼種であり、鋼種のＡ、Ｂ、
Ｈ、Ｊ、Ｋ、ＲにおけるＰ量は端数切り上げにより０．
００９％と表示した本発明の参考例であり、上記以外の
鋼種のＣ、Ｉ、Ｍ、Ｐ、ＳはＰ量が０．０１２％以上の
比較例である。
【００２１】２）表１に示した化学成分を有する鋼種の
ガスアトマイズ粉末を径１６０mmの軟鋼製カプセルに充
填し、脱気及び封止した後に、熱間静水圧プレスを行
い、得られた鋼塊を鍛造、圧延して径５０mmの棒鋼を製
造した。これらから試料を切出し、１１３０℃焼入→５
６０℃焼戻し、１１８０℃焼入→５６０℃焼戻しの２種
類の条件で熱処理した。これらの試料についてシャルピ
ー衝撃強度を試験し、機械的特性に与えるSi、Ｓ、Ｐの
影響についての調査を行ったときに、その中の鋼種Ａ〜
ＧについてＰ量とシャルピー衝撃値の関係を図２に示
す。
ガスアトマイズ粉末を径１６０mmの軟鋼製カプセルに充
填し、脱気及び封止した後に、熱間静水圧プレスを行
い、得られた鋼塊を鍛造、圧延して径５０mmの棒鋼を製
造した。これらから試料を切出し、１１３０℃焼入→５
６０℃焼戻し、１１８０℃焼入→５６０℃焼戻しの２種
類の条件で熱処理した。これらの試料についてシャルピ
ー衝撃強度を試験し、機械的特性に与えるSi、Ｓ、Ｐの
影響についての調査を行ったときに、その中の鋼種Ａ〜
ＧについてＰ量とシャルピー衝撃値の関係を図２に示
す。
【００２２】
【表２】
【００２３】上記の１）および２）の中、１１８０℃焼
入れ→５６０℃焼戻しで熱処理したＡ〜Ｓの全ての鋼種
について、熱間押出ししたものおよびHIP-鍛造圧延した
もののシャルピー衝撃値を表２に示す。表２から、本発
明鋼は請求項１の第１発明鋼および請求項２の第２発明
鋼ともに比較鋼に比して、熱間押出しした場合およびHI
P-鍛造圧延した場合のいずれも衝撃値が大幅に向上して
いることが判る。
入れ→５６０℃焼戻しで熱処理したＡ〜Ｓの全ての鋼種
について、熱間押出ししたものおよびHIP-鍛造圧延した
もののシャルピー衝撃値を表２に示す。表２から、本発
明鋼は請求項１の第１発明鋼および請求項２の第２発明
鋼ともに比較鋼に比して、熱間押出しした場合およびHI
P-鍛造圧延した場合のいずれも衝撃値が大幅に向上して
いることが判る。
【００２４】また、以上のことから、次のことが判っ
た。 （１）Siは、溶製ハイスSKH51 における程、機械的特性
に影響を及ぼさず、粉末ハイスでは殆ど影響が無かっ
た。
た。 （１）Siは、溶製ハイスSKH51 における程、機械的特性
に影響を及ぼさず、粉末ハイスでは殆ど影響が無かっ
た。
【００２５】（２）Ｓは、機械的性質に殆ど影響は無か
った。
った。
【００２６】（３）Ｐは、非常に機械的特性に与える影
響が大きく、Ｐの低下はシャルピー衝撃値を著しく向上
させる。Ｐ量が０．０１３％以下、特に０．００９％未
満になると図１の押出し方向、径方向共に、焼入温度に
拘わらずシャルピー衝撃値を著しく向上させた。
響が大きく、Ｐの低下はシャルピー衝撃値を著しく向上
させる。Ｐ量が０．０１３％以下、特に０．００９％未
満になると図１の押出し方向、径方向共に、焼入温度に
拘わらずシャルピー衝撃値を著しく向上させた。
【００２７】
【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば、粉末ハイス中に不可避不純物として含有されるＰの
量を従来の０．０２％から０．０９％未満に低減したこ
とによって、粉末ハイスの機械的特性、特に靱性を従来
の粉末ハイスに比して著しく改善することができた。
ば、粉末ハイス中に不可避不純物として含有されるＰの
量を従来の０．０２％から０．０９％未満に低減したこ
とによって、粉末ハイスの機械的特性、特に靱性を従来
の粉末ハイスに比して著しく改善することができた。
【図１】冷間静水圧プレスと熱間押出しの組合せにより
製造した粉末ハイスに含有されているＰ量とシャルピー
衝撃強度の関係を示すグラフである。
製造した粉末ハイスに含有されているＰ量とシャルピー
衝撃強度の関係を示すグラフである。
【図２】熱間静水圧プレスにより製造した粉末ハイスに
含有されているＰ量とシャルピー衝撃強度の関係を示す
グラフである。
含有されているＰ量とシャルピー衝撃強度の関係を示す
グラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−152242（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−159557（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−159558（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−159559（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−159560（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．７〜２．５％、Ｓ
ｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：
３．０〜６．０％、Ｖ：０．８〜２５．０％、Ｐ：０．
００９％未満を含有し、Ｍｏ：３．０〜１０．０％又は
Ｗ：１．０〜２０．０％のいずれか１種又は２種をさら
に含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなることを特
徴とする高靱性粉末ハイス。 - 【請求項２】 重量％で、Ｃ：０．７〜２．５％、Ｓ
ｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：
３．０〜６．０％、Ｃｏ：４．０〜１２．０％、Ｐ：
０．００９％未満を含有し、Ｖ：０．８〜２５．０％又
はＮｂ：０．１〜５．０％のいずれか１種又は２種、並
びに、Ｍｏ：３．０〜１０．０％又はＷ：１．０〜２
０．０％のいずれか１種又は２種をさらに含有し、残部
Ｆｅ及び不可避不純物からなることを特徴とする高靱性
粉末ハイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18074993A JP2999655B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 高靱性粉末ハイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18074993A JP2999655B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 高靱性粉末ハイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0711398A JPH0711398A (ja) | 1995-01-13 |
| JP2999655B2 true JP2999655B2 (ja) | 2000-01-17 |
Family
ID=16088649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18074993A Expired - Fee Related JP2999655B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 高靱性粉末ハイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2999655B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE519278C2 (sv) | 2001-06-21 | 2003-02-11 | Uddeholm Tooling Ab | Kallarbetsstål |
| US7909906B2 (en) | 2001-06-21 | 2011-03-22 | Uddeholms Ab | Cold work steel and manufacturing method thereof |
| CN102732796A (zh) * | 2012-06-07 | 2012-10-17 | 江苏天工工具有限公司 | 一种高性能高速钢 |
| KR102323170B1 (ko) * | 2020-07-13 | 2021-11-10 | 주식회사 마산특수강 | 분말야금용 고속도공구강의 제조방법 |
| CN113502437A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-10-15 | 富奥威泰克汽车底盘系统成都有限公司 | 用于高强度钢板的冲压模具 |
-
1993
- 1993-06-25 JP JP18074993A patent/JP2999655B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0711398A (ja) | 1995-01-13 |
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