JP4352491B2 - 快削性冷間工具鋼 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス型などに用いる快削性に優れた冷間工具鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、プレス型などの冷間工具は、冷間工具鋼を機械切削などにより製品の形状に成形した後焼入れ焼戻しをし、その後歪み取りなどの精密加工を行って製品としていた。
しかし、近年新製品開発期間やモデルチェンジ期間の短縮により金型の製作期間の短縮が要望されるようになってきており、また、切削技術も大幅に進歩してプレハードン状態で加工することができるようになってきたため、本出願人は、プレハードン状態でも加工することができる冷間工具鋼を開発して特願平7─290525号(特開平9─111400号公報)として特許出願した。
【0003】
この冷間工具鋼は、HRC50前後になるように焼入れ焼戻をした後、機械切削により製品の形状に成形し、その後フレームハードにより表面硬さをHRC60以上にするものであるため、従来のものより製造時間を短縮することができるが、機械加工後にフレームハードをする必要があるという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、靱性を大幅に低下することなく、HRC45以上の硬さのプレハードン状態で切削加工をすることができる快削性冷間工具鋼を提供することを課題とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者達は、靱性を低下することなくプレハードン状態で切削工加工をすることができる快削性冷間工具鋼について研究していたところ、S、CaおよびOを複合添加すると、凝固時にCaOなどのCa酸化物が分散され、MnSの凝固時の核となることによりMnSなどの非金属介在物が粗大に晶出するのが防止され、MnSが均一微細に分散され、靱性を低下することなく、被削性を改善することができるとの知見を得て本発明をなしたものである。
【0006】
すなわち、本発明の快削性冷間工具鋼においては、C:0.5〜1.6%、Si:≦3.0%、Mn:0.2〜2.0%、Ni:4.0%以下、Cr:3.0超〜15.0%、2Mo+W:0.1〜8.0%、S:0.20〜0.40%、Ca:0.0002〜0.02%、O:0.0002〜0.02%を含有し、更に必要に応じてTe:0.005〜0.05%、Pb:0.05〜0.50%、Se:0.02〜0.20%およびBi:0.015〜0.15%の1種または2種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなるものとすることである。
【0007】
また、本発明の快削性冷間工具鋼においては、C:0.5〜1.6%、Si:≦3.0%、Mn:0.2〜2.0%、Ni:4.0%以下、Cr:3.0超〜15.0%、2Mo+W:0.1〜8.0%、S:0.20〜0.40%、Ca:0.0002〜0.02%、O:0.0002〜0.02%を含有し、更にV:0.05〜3.0%、Nb:0.02〜2.0%およびTa:0.02〜2.0%の1種または2種以上を含有し、必要に応じて更にTe:0.005〜0.05%、Pb:0.05〜0.50%、Se:0.02〜0.20%およびBi:0.015〜0.15%の1種または2種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなるものとすることである。
【0008】
また、本発明の快削性冷間工具鋼においては、その用途をHRC45以上の硬さのプレハードン状態で加工することができるプレハードン用とすることである。
【0009】
【作用】
次に、本発明のプレハード用冷間工具鋼の成分組成および硬さを上記のように限定した理由を説明する。
C:0.5〜1.6%
Cは、基地の硬さを高めるとともに焼戻しにより二次炭化物を生成して耐摩耗性を確保するために含有させる元素で、0.5%より少ないと必要な硬さを確保することができず、また1.6%より多く含有させると粗大な一次炭化物の生成が原因となって靱性を低下するとともに被削性を低下するので、その含有量を0.5〜1.6%とする。
【0010】
Si:3.0%以下
Siは、パーライトおよびベーナイト焼入れ性を向上し、焼戻し硬さを増大させるために含有させる元素であるが、3.0%を超えて含有させると靱性が低下するので、その含有量を3.0%以下とする。
Mn:0.2〜2.0%
Mnは、パーライトおよびベーナイト焼入れ性を向上し、MnSを生成させるために含有させる元素で、0.2%より少ないとMnSの生成量が少なくなって被削性を向上させることができず、また2.0%を超えて含有させると残留オーステナイト生成の原因となり、靱性も低下するので、その含有範囲を0.2〜2.0%する。
【0011】
Ni:0.4%以下
Niは、焼入性を向上させるために含有させる元素で、4.0%を超えると残留オーステナイトが増加して必要な硬さを確保するのが困難となり、また靱性も低下するので、その含有量を4.0%以下とする。
Cr:3.0超〜15.0%
Crは、焼入れ性を向上させるために含有させる元素で、3.0%以下であるとその効果が小さく、15.0%を超えると高硬度の炭化物が多くなって被削性を低下するので、その含有量をCr:3.0超〜15.0%とする。
【0012】
2Mo+W:0.1〜8.0%
MoおよびWは、ベイナイト焼入性を向上し、焼戻し硬さを高くするために含有させる元素で、0.1%より少ないとその効果が少なく、また8.0%を超えると難固溶の一次炭化物が増大して焼入温度を上昇し、靱性を低下するので、その含有量を0.1〜8.0%とする。
S:0.20〜0.40%
Sは、被削性を向上させるために含有させる元素で、0.20%より少ないと被削性が改善されず、0.40%を超えると靱性、硬さおよび熱間加工性を低下するので、その含有量を0.20〜0.40%とする。
【0013】
Ca:0.0002〜0.02%
Caは、MnSに固溶し、また酸化物としてMnSの核となることによりMnSを均一微細に分散させ、靱性の劣化を抑制するとともに被削性を向上させるために含有させる元素で、0.0002%より少ないとその効果がなく、0.02%を超えると靱性が低下するので、その含有量を0.0002〜0.02%とする。
O:0.0002〜0.02%
Oは、Ca酸化物を形成してMnSが凝固する時の核となり、MnSがコロニー状に晶出するのを防止し、MnSを均一微細に分散させるために含有させる元素で、0.0002より少ないとその効果がなく、0.02%を超えると靱性が低下するので、その含有量を0.0002〜0.02%とする。
【0014】
V:0.05〜3.0%
Vは、高温焼戻し硬さを増大し、結晶粒の粗大化を防止するために含有させる元素で、0.05%より少ないとその効果が少なく、3.0%を超えると難固溶の一次炭化物量が増大して焼入温度を上昇し、靱性および被削性を低下するので、その含有量を0.05〜3.0%とする。
Nb、Ta:0.02〜2.0%
NbおよびTaは、結晶粒の成長を抑制するために含有せさる元素で、0.02%より少ないと結晶粒の成長抑制効果がなく、2.0%を超えると難固溶の一次炭化物が増大して焼入温度を上昇し、靱性および被削性を低下するので、その含有量を0.05〜2.0%とする。
【0015】
Te:0.005〜0.05%
Teは、MnTeを形成させて被削性を向上させるために含有させる元素で、0.005%より少ないとこれらの効果がなく、0.05%を超えると靭性および熱間加工性が低下するので、その含有範囲を0.05〜0.05%とする。
Pb:0.05〜0.50%
Pbは、被削性を向上させるために含有させる元素で、0.05%より少ないとその効果がなく、0.50%を超えると熱間衝撃性を低下するので、その含有量を0.05〜0.50%とする。
【0016】
Se:0.02〜0.20%
Seは、被削性を向上させるために含有させる元素で、0.01%より少ないとその効果がなく、0.20%を超えると靱性を低下するので、その含有量を0.02〜0.20%とする。
Bi:0.015〜0.15%
Biは、被削性を向上させるために含有させる元素で、0.015%より少ないとその効果がなく、0.15%を超えると靱性を低下するので、その含有量を0.01〜0.10%とする。
【0017】
本願発明において、焼入れ焼戻しの熱処理後の硬さをHRC45以上にしているのは、HRC45より低いと金型などの製品に必要な硬さにならないからである。また硬さが高くなり過ぎると金型などの製品にするための機械切削による加工が困難になるので、HRC63に以下するのが好ましい。
この硬さにするには、1000〜1050℃に加熱した後空冷し、その後150℃〜600℃で空冷することによって達成することができる。
【0018】
本発明の快削性冷間工具鋼は、成分組成および硬さを上記構成にしたことにより、凝固時にCaOなどのCa酸化物が分散され、MnSの凝固時の核となることによりMnSなどの非金属介在物が粗大に晶出するのを防止し、MnSが均一微細に分散され、靱性を大幅に低下することなく、被削性を改善することができる。
また、本発明の快削性冷間工具鋼の用途は、プレス型、曲げ型、抜き型、絞り型、ダイ、パンチ、転造ダイスなどの従来からある冷間工具鋼の用途と同様に使用することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例によって説明する。
【実施例】
下記表1に示した成分組成の本発明の実施例鋼および比較例鋼を高周波誘導炉を用いて通常の溶製法によって製造した。これらの実施例鋼および比較例鋼を球状化焼きなましをした後粗加工し被削性試験片およびシャルピー試験片を作成し、1030℃から空冷して焼入れした後、目標硬さのHRC60になるように180〜570℃から空冷して焼戻をした。これらの試験片の硬さを下記表1に示す。これらの試験片の歪み取りなどの精加工をして幅50mm、厚さ40mm、長さ200mmの被削性試験片と幅10mm、厚さ10mm、長さ55mmで10Rノッチのシャルピー試験片を作成した。
【0020】
上記試験片を用いて被削性の試験を行い、その結果を下記表1に示す。試験方法は、上記試験片を超硬エンドミルで切削し、逃げ面摩耗0.3mmとなるまでの切削長さを測定し、S、Caを含有しない材料の切削長さを100とする指数で評価した。
【0021】
【表1】
【0022】
試験条件は、
工具:超硬エンドミル(UTi20T) ,1刃 切削幅:4.0mm
切削深さ:1.0mm 切削速度:10mm/min
送り:0.035mm/刃 切削油:乾式SK
【0023】
また上記試験片を用いてシャルピー衝撃試験を行い、その結果を上記表1に示した。試験方法は、JIS B 7722 に規定する試験機を用いて JIS Z 2242 の金属材料衝撃試験方法に準拠して行った。
【0024】
これらの結果より、本発明の実施例の快削性冷間工具鋼は、切削工具寿命が200〜580で、シャルピー衝撃値は、10.2〜18.5であった。これに対し、比較例のものは切削工具寿命が80〜130で、シャルピー衝撃値は、10.3〜27.8であった。本発明の快削性冷間工具鋼は、シャルピー衝撃値は、やや低下しているが、いずれも切削工具寿命が大幅に改善されており、プレハードン状態で切削加工をすることができるものであった。
【0025】
次に、個別に比較すると、実施例のNo. 1のものは、切削工具寿命が200で、シャルピー衝撃値は、12.3であるのに対し、SおよびCaを実質的に含有しない比較例のNo. 11のものは、切削工具寿命が100で、シャルピー衝撃値は、19.6であった。
【0026】
さらに、C含有量が本発明より多い比較例No. 15のものは、シャルピー衝撃値ばかりでなく、切削工具寿命も大幅に低下しており、プレハードン状態での切削加工には適さないものであった。
また、本発明の実施例のNo. 1のものとSを実質的に含有していない比較例No. 13ならびにCaを含有していない比較例No. 14および比較例No. 17のものとを比較すると、本発明のものは切削工具寿命に大きな影響を及ぼすC含有量が各比較例のものより多いにもかかわらず、切削工具寿命が大幅に低下していた。
【0027】
【発明の効果】
本発明の快削性冷間工具鋼、上記構成にしたことにより、靱性を大幅に低下することなくプレハードン状態で切削加工をすることができるという優れた効果を奏する。
Claims (5)
- 重量%で(以下同じ)、C:0.5〜1.6%、Si:≦3.0%、Mn:0.2〜2.0%、Ni:4.0%以下、Cr:3.0超〜15.0%、2Mo+W:0.1〜8.0%、S:0.20〜0.40%、Ca:0.0002〜0.02%、O:0.0002〜0.02%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする快削性冷間工具鋼。
- C:0.5〜1.6%、Si:≦3.0%、Mn:0.2〜2.0%、Ni:4.0%以下、Cr:3.0超〜15.0%、2Mo+W:0.1〜8.0%、S:0.20〜0.40%、Ca:0.0002〜0.02%、O:0.0002〜0.02%を含有し、さらにV:0.05〜3.0%、Nb:0.02〜2.0%およびTa:0.02〜2.0%の1種または2種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする快削性冷間工具鋼。
- C:0.5〜1.6%、Si:≦3.0%、Mn:0.2〜2.0%、Ni:4.0%以下、Cr:3.0超〜15.0%、2Mo+W:0.1〜8.0%、S:0.20〜0.40%、Ca:0.0002〜0.02%、O:0.0002〜0.02%を含有し、さらにTe:0.005〜0.05%、Pb:0.05〜0.50%、Se:0.02〜0.20%およびBi:0.015〜0.15%の1種または2種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする快削性冷間工具鋼。
- C:0.5〜1.6%、Si:≦3.0%、Mn:0.2〜2.0%、Ni:4.0%以下、Cr:3.0超〜15.0%、2Mo+W:0.1〜8.0%、S:0.20〜0.40%、Ca:0.0002〜0.02%、O:0.0002〜0.02%を含有し、さらにV:0.05〜3.0%、Nb:0.02〜2.0%およびTa:0.02〜2.0%の1種または2種以上を含有し、またTe:0.005〜0.05%、Pb:0.05〜0.50%、Se:0.02〜0.20%およびBi:0.015〜0.15%の1種または2種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする快削性冷間工具鋼。
- 上記快削性冷間工具鋼の用途がHRC45以上の硬さのプレハードン状態で加工することができるプレハードン用であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の快削性冷間工具鋼。
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