JP6096040B2 - 高温焼戻し硬さに優れた粉末高速度工具鋼 - Google Patents
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Description
(1)質量%で、C:1.65〜1.80%、Si:≦0.5%、Mn:≦0.5%、Cr:3.8〜4.5%、Mo:1.1〜1.5%、W:10.8〜12.8%、V:4.2〜4.8%、Co:4.5〜5.5%、2Mo+W:13〜15%を含み残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする高温焼戻し硬さに優れた粉末高速度工具鋼。
(2Mo+W)/V … 式(1)
一般的に合金鋼において、V、W、Moは焼入焼戻し時に2次炭化物として析出することにより、熱処理硬さを上昇すると言われている。しかし、本発明では、V添加は焼入焼戻し時の最大硬さを示す焼戻し温度(ピーク)が低温側(500〜540℃)になり、それ以降の焼戻し温度であると顕著に硬さが低下する。すなわち、焼戻し軟化を顕著にする効果があることを見出した。そのことから、本発明の請求項に記載のように、V元素の添加量を抑え、かつ焼戻し軟化抵抗への改善効果のあるMoまたはWを増加することで、焼戻し軟化抵抗に優れた粉末高速度工具鋼を作製できることにある。
C:1.65〜1.80%
Cは、焼入焼戻しにより、十分なマトリックス硬さを与えるとともに、Cr、Mo,Vなどと結合して炭化物を形成し、硬さおよび強度を与える。しかし、1.65%未満では、その効果が十分得られず、また、1.80%を超えると粗大な炭化物を形成し靱性を悪化させることから、その範囲を1.65〜1.80%とした。
Siは、脱酸剤であり、また基地の硬さを得るために必要な元素である。しかし、0.5%を超える添加は靱性および加工性を悪化させることから、その上限を0.5%とした。Mn:≦0.5%
Mnは、脱酸剤であり、また焼入れ性を得るために必要な元素である。しかし、0.5%を超える添加はマトリックスを脆化させ靱性および熱間加工性を悪化させることから、その上限を0.5%とした。
Crは、焼入性を得るために必要な元素であると共に、焼戻し軟化抵抗性を高める元素である。しかし、3.8%未満ではその効果が十分得られず、また、4.5%を超えると粗大な炭化物を形成し靱性および熱間加工性を悪化させることから、その範囲を3.8〜4.5%とした。
Moは、炭化物を形成し、焼入性、硬さおよび耐摩耗性を与え、かつ焼戻し軟化抵抗性を得るために必要な元素である。しかし、1.1%未満ではその効果が十分得られず、また、1.5%を超える添加は粗大な炭化物を形成し靱性および熱間加工性を悪化させることから、その上限を1.5%とした。
Wは、Moと同様に、炭化物を形成し、焼入性、硬さおよび耐摩耗性を与え、かつ焼戻し軟化抵抗性を得るために必要な元素である。しかし、10.8%未満ではその効果が十分得られず、また、12.8%を超える添加は粗大な炭化物を形成し靱性および熱間加工性を悪化させることから、その上限を12.8%とした。
Vは、微細な炭化物を形成し2次硬化に寄与し、耐軟化抵抗性を改善し、結粒微細化および耐摩耗性を得るに必要な元素である。しかし、4.2%未満ではその効果が十分得られず、また、4.8%を超える添加は粗大な炭化物を形成し靱性および被削性を悪化させ、また焼戻し軟化抵抗を低下させることから、その上限を4.8%とした。
Coは、耐熱性、耐摩耗性および耐焼戻し軟化抵抗性を得るに必要な元素である。しかし、4.5%未満ではその効果が十分得られず、また、5.5%を超える添加は炭化物の偏析や脱炭を促進させることから、その上限を5.5%とした。
Mo,Wは、上述したように、ともに炭化物を形成して耐摩耗性を高めるとともに、焼入性を向上させるし、焼戻し軟化抵抗性を得るために必要な元素である。また、Wの原子量はMoの2倍であるため、2Mo+Wとし、微細な炭化物を形成し、二次硬化に寄与し、耐軟化抵抗性の改善を図ることから、13〜15%とした。しかし、13%未満では、その硬化が得られず、15%を超えると靱性および熱間加工性を悪化させることから、その範囲を13〜15%とした。
(2Mo+W)/Vは、耐焼戻し軟化抵抗性を表す指数であり、2.8未満では耐焼戻し軟化抵抗性が十分な効果が得られない。
タップ、ドリルなどの工具母材として、過酷な条件下で長期に渡り高硬度材を加工する場合に必要な硬度である。なお、焼戻温度560℃と600℃の2条件で硬さを規定した理由は、当用途では焼戻し温度の差による焼戻し硬さが工具寿命に大きく影響を及ぼすためである。
供試材として、表1に示す成分組成の本発明鋼および従来鋼と比較鋼の各鋼種を真空誘導溶解炉にて溶製し、ガスアトマイズ法により粉末高速度合金鋼を作製した。得られた粉末をHIP成形(熱間等方圧プレス)の原料粉末として用いた。この粉末をHIP成形し、径40mmとし、鍛伸して径15mmとした。この成形体を焼なまし後、焼入れ処理(1190℃加熱、油冷)した後、焼戻し処理(560と600℃加熱、空冷)を3回以上行った。その結果を焼戻軟化抵抗性と耐摩耗性で評価した。
焼戻軟化抵抗性は、焼入れ焼戻し試料から25mm×25mm×10mmの硬さ測定用試験片を切出し、測定を実施した。熱処理硬さにおいて、焼戻し温度560℃で67HRC以上、600℃で64HRC以上の硬さを示す組成を本発明例とした。
耐摩耗性は、上記焼入れ焼戻し試料から7mm×25mm×50mmの試験片を割り出した。大越式摩耗試験により比摩耗量を測定して評価した。試験条件は、回転輪の材質はSCM420、摩耗速度は0.1m/sec、摩耗距離は200m、最終荷重は61.8Nとした。市販材(ASTM−T15材)の比摩耗量は、68HRCで1.0×10-8mm3 であり、1.0×10-8mm3 を基準として、これより比摩耗量が少なければ良い鋼には○、多ければ悪い鋼には×で表中に示した。
特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊
Claims (2)
- 質量%で、
C:1.65〜1.80%、
Si:≦0.5%、
Mn:≦0.5%、
Cr:3.8〜4.5%、
Mo:1.1〜1.5%、
W:10.8〜12.8%、
V:4.2〜4.8%、
Co:4.5〜5.5%、
2Mo+W:13〜15%を含み、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高温焼戻し硬さに優れた粉末高速度工具鋼。 - 請求項1に記載された鋼であって、式(1)で示す耐焼戻し軟化抵抗性指数が2.8以上で、かつ温度560℃で焼戻したときの硬さが67HRC以上、かつ温度600℃で焼戻したときの硬さが64HRC以上の硬さであることを特徴とする高温焼戻し硬さに優れた粉末高速度工具鋼。
(2Mo+W)/V … 式(1)
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