JP4403875B2 - 冷間工具鋼 - Google Patents
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Description
0.4≦K値≦2.6(但し、K値=Cr(wt%)−6.8C(wt%))、
15.5≦L値≦21.0(但し、L値=Cr(wt%)+15.5C(wt%))、
0.60wt%<Si≦2.0wt%、
0.10wt%≦Mn≦1.0wt%、
0.03wt%<S≦0.2wt%、
1.25wt%<Mo+0.5W<3.0wt%、及び、
0.05wt%≦V≦1.0wt%、
を含み、残部がFe及び不可避的な不純物からなり、
焼入れ後、450℃以上での焼戻しにより得られる最高硬さがHRC61以上であることを要旨とする。
K値は、適正な焼入れ温度におけるマトリックス中の残留Cr量を表す。K値が0.4未満である場合又は2.6を超える場合、いずれも、焼戻しの際の二次硬化に寄与する炭化物の形成量が減少し、450℃以上の高温焼戻しで硬さHRC61以上を得ることが困難となる。K値は、さらに好ましくは、0.45以上2.5以下、さらに好ましくは、0.6以上2.4以下である。
L値は、材料中に含まれる晶出炭化物の量を表し、L値が大きくなるほど、晶出炭化物の量が多くなることを意味する。L値が15.5未満である場合、晶出炭化物がほぼ形成されなくなるだけでなく、適正な焼入れ温度でのマトリックス成分が変化してしまうため、必要な硬さを得ることができない。一方、L値が21.0を超える場合、晶出炭化物の量が過剰となり、切削加工性、放電加工性、及び、靱性が低下する。但し、完全に晶出炭化物を無くすと、焼入れ時に結晶粒が粗大化し、あるいは、混粒となるので、晶出炭化物は、ある程度残っていた方がよい。L値は、さらに好ましくは、15.8以上20.8以下、さらに好ましくは、16.0以上20.5以下である。
Siは、脱酸元素として添加されるため、通常、鋼中に含まれる。本発明においては、切削加工を容易にするために、Siを積極的に添加する。Si添加による切削性の向上は、焼きなまし後の低硬度(HRB95前後)の状態だけでなく、焼入れ焼戻し後の高硬度(HRC61以上)の状態でも得られる。また、Si添加は、高温焼戻し硬さの向上にも寄与する。
このような効果を得るためには、Siは、0.6wt%を超える添加が必要である。一方、Siを過剰に添加しても、その効果は飽和する。従って、Si量は、2.0wt%以下が好ましい。Si量は、さらに好ましくは、0.65wt%以上1.8wt%以下、さらに好ましくは、0.70wt%以上1.5wt%以下である。
Mnは、焼入れ性を高め、硬さ及び強度を向上させる作用がある。また、快削化元素であるSと反応して介在物を形成し、切削性を向上させる効果がある。このような効果を得るためには、Mnは、0.10wt%以上の添加が必要である。一方、Mnを過剰に添加すると、熱間加工性が低下する。従って、Mn量は、1.0wt%以下が好ましい。
Sは、快削化元素であり、Mnと結合して介在物を形成し、切削性を向上させる。S添加による切削性の向上は、焼きなまし後の低硬度(HRB95前後)の状態だけでなく、焼入れ焼戻し後の高硬度(HRC61以上)の状態でも得られる。
このような効果を得るためには、Sは、0.03wt%以上の添加が必要である。但し、S量が多すぎると、材料断面方向でのシャルピー衝撃試験が大きく低下し、熱間加工性も低下する。従って、S量は、0.20wt%以下が好ましい。
Mo及びWは、炭化物を形成し、450℃以上の焼戻しでの二次硬化量を大きくする。また、MoとWは同様の効果をもたらすが、Moと同等の効果を得るには、2倍のW量が必要である。そのため、Mo+0.5Wで記述されるMo当量で規定する。
焼入れ焼戻し後の硬さHRC61以上を得るためには、Mo当量は、1.25wt%より多くする必要がある。但し、Mo当量が多くなりすぎると、熱間加工性の低下、靱性の低下、被削性の低下がおこる。従って、Mo当量は、3.0wt%より少なくするのが好ましい。
Vは、安定な炭化物を形成し、結晶粒粗大化防止に効果がある。また、炭化物の形成により耐摩耗性や硬さ向上に寄与する。これらの効果を得るためには、Vは、0.05wt%以上の添加が必要である。但し、V量が多くなりすぎると、炭化物量の増加による被削性の低下、熱間加工性の低下がおこる。従って、V量は、1.0wt%以下が好ましい。
(9) 0.005wt%≦Te≦0.10wt%。
(10) 0.0002wt%≦Ca≦0.010wt%。
(11) 0.005wt%≦Pb≦0.10wt%。
(12) 0.005wt%≦Bi≦0.10wt%。
Se及びTeは、Mn硫化物のSの代替元素として利用することができる。また、Caは、酸化物を形成するか、あるいは、Mn硫化物中に固溶し、切削加工時に切削工具表面に保護膜を形成することによって、切削性を向上させる。さらに、Pb及びBiは、低融点の物質であるため、切削加工により発生する熱によって溶融し、切削工具と切屑の間に潤滑効果をもたらし、切削性を向上させる。
これらの効果を得るためには、上述した下限以上の添加が必要である。但し、添加量が多くなりすぎると、機械的特性の劣化を招くので、添加量は、上述した上限以下とするのが好ましい。
(14) 0.01wt%≦Ni≦2.0wt%。
(15) 0.20wt%≦Co≦1.0wt%。
(16) 0.0003wt%≦B≦0.010wt%。
これらの効果を得るためには、これらの元素の添加量は、上述した下限値以上とするのが好ましい。但し、添加量が多くなりすぎると、機械的特性の劣化を招くので、添加量は、上述した上限以下とするのが好ましい。
(18) 0.0050wt%≦N≦0.050wt%。
(19) 0.001wt%≦Al≦0.10wt%。
(20) 0.0002wt%≦O≦0.010wt%。
但し、Alの酸化物や窒化物は、結晶粒の粗大化防止に寄与するので、これらの元素を低減させすぎると、逆に結晶粒を粗大化させ、靱性を低下させる。また、これらの元素を必要以上に低減させることは、製造コストの増加につながる。さらに、これらの元素がある一定値以下になると、靱性向上の効果も飽和する。従って、これらの元素は、上述した下限値以上とするのが好ましい。
(22) 0.005wt%≦Ta≦0.10wt%。
(23) 0.005wt%≦Ti≦0.10wt%。
(24) 0.005wt%≦Zr≦0.10wt%。
(25) 0.005wt%≦Mg≦0.10wt%。
(26) 0.005wt%≦REM≦0.10wt%。
このような効果を得るためには、これらの元素の添加量は、上述した下限値以上とするのが好ましい。但し、添加量が多くなりすぎると、靱性の低下や溶接性の低下がおこる。従って、これらの元素の添加量は、上述した上限値以下とするのが好ましい。
快削性及び耐衝撃性に優れた冷間工具鋼を得るためには、d(B+C)60×400は、具体的には、0.05%以下が好ましい。ここで、「d(B+C)60×400」とは、JIS G0555に記載の方法に基づいて測定されたB系介在物及びC系介在物の清浄度であって、光学顕微鏡400倍視野にて、60視野観察した時の清浄度である。
しかも、高温焼戻しが可能であるので、焼入れ時に発生した材料内部の残留応力を十分開放することができる。そのため、切削加工性に優れるだけでなく、放電加工やワイヤー放電加工した際にも、亀裂や割れの発生を防ぐことができる。
工具 :超硬M20(φ32mm)。
速度 :200m/min。
送り :0.15mm/rev。
切り込み幅 :4.5mm。
切り込み高さ:1.2mm。
切削油 :なし。
工具寿命 :横逃げ面最大摩耗量0.3mm到達時の切削距離。
評価方法 :比較鋼No.1の工具寿命を100とした時の相対評価。
また、図2に、Si添加量と被削性との関係を示す。図2より、Si量が0.6wt%以上になると、被削性が大幅に向上しているのがわかる。これは、所定量のSi量を添加することによって、溶着に起因する工具摩耗が抑制されたためである。
Claims (5)
- 0.4≦K値≦2.6(但し、K値=Cr(wt%)−6.8C(wt%))、
15.5≦L値≦21.0(但し、L値=Cr(wt%)+15.5C(wt%))、
0.60wt%<Si≦2.0wt%、
0.10wt%≦Mn≦1.0wt%、
0.03wt%<S≦0.2wt%、
1.25wt%<Mo+0.5W<3.0wt%、及び、
0.05wt%≦V≦1.0wt%、
を含み、残部がFe及び不可避的な不純物からなり、
焼入れ後、450℃以上での焼戻しにより得られる最高硬さがHRC61以上であり、
0.10%≦dA60×400≦1.50%であり、
950℃以上1080℃以下の温度で焼入れ処理することにより得られ、
3.0≦Gq≦8.0である
冷間工具鋼。
但し、「dA60×400」は、JISG0555に記載の方法に基づいて測定された清浄度である。
「Gq」は、JIS G0551に記載の方法に基づいて測定された、焼入れ後の旧オーステナイトの結晶粒度である。 - 0.005wt%≦Se≦0.10wt%
0.005wt%≦Te≦0.10wt%
0.0002wt%≦Ca≦0.010wt%、
0.005wt%≦Pb≦0.10wt%、及び、
0.005wt%≦Bi≦0.10wt%、
から選ばれる1種又は2種以上の元素をさらに含む請求項1に記載の冷間工具鋼。 - 0.01wt%≦Cu≦2.0wt%、
0.01wt%≦Ni≦2.0wt%、
0.20wt%≦Co≦1.0wt%、及び、
0.0003wt%≦B≦0.010wt%、
から選ばれる1種又は2種以上の元素をさらに含む請求項1又は2に記載の冷間工具鋼。 - 0.0010wt%≦P≦0.030wt%、
0.0050wt%≦N≦0.050wt%、
0.0010wt%≦Al≦0.10wt%、及び、
0.0002wt%≦O≦0.010wt%、
から選ばれる1種又は2種以上の元素をさらに含む請求項1から3までのいずれかに記載の冷間工具鋼。 - 0.010wt%≦Nb≦0.10wt%、
0.005wt%≦Ta≦0.10wt%、
0.005wt%≦Ti≦0.10wt%、
0.005wt%≦Zr≦0.10wt%、
0.005wt%≦Mg≦0.10wt%、及び、
0.005wt%≦REM≦0.10wt%、
から選ばれる1種又は2種以上の元素をさらに含む請求項1から4までのいずれかに記載の冷間工具鋼。
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