JPH01142055A - 高速度工具鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、タップ、エンドミルに代表される切削工具や
、金型他の工具の材料として使用される高速度工具鋼で
あり、硬質の炭化物の絶対量が増し、同時に個々の炭化
物のサイズが細かく、分布が均一で、タップ側素材の要
求特性が厳しい用途に大きな効果をもつ高速度工具鋼に
関する。

〔従来の技術〕

加工技術の高度化、加工工数の合理化に伴って、高硬度
等の難削材の切削、高仕上精度化のため、これらに用い
られる工具の寿命向上の要求が工具材料に対して高まっ
ている。これに対応してＶ量を増やし硬質の炭化物を富
化して、強度、耐摩耗性、耐熱性、耐焼付性を向上させ
た５ＫＨ５２や５ＫＨ５３で代表される２、５％Ｖ系や
３％Ｖ系高速度工具鋼が開発され、苛酷な使用条件に用
いられる工具用の材料として用いられてきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、これらの■の含有量の高い高速度工具鋼は、鋳
造凝固時に必然的に生ずる■を主体とした粗大なＭＣ型
の炭化物がその後の製造過程においても解消せず、例え
ば切削工具では、工具自身の仕上研削時に研削仕上精度
が悪い、研削能率が悪い等の悪影響を及ぼすだけでなく
、この粗大炭化物が偏析した部分から切削工具の刃先の
チッピングや割れが発生し、工具寿命を縮めたり、寿命
のバラツキの原因となっていた。また、高Ｖ材の代りに
、Ｗ、Ｍｏの含有量を高めてＭ、、Ｃ型の炭化物量を増
やすことにより、工具寿命を向上させようとの試みもな
されているが、上記と同様に炭化物の偏析部より割れ、
チッピング等が発生する問題があった。

本発明の目的は、微細で均一に分布した炭化物組織を持
つ高速度工具鋼を提供することであり、これによって工
具として高い性能を示しつつ、チッピングや欠けの起り
にくい被切削性にも優れた安定した寿命を持つ工具用材
料を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる問題点を解決するために、本発明者は先に■の含
イ１量の高い高速度工具鋼を対象に実験を行なった結果
、ある特定の元素Ａ１、Ｔ−ａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｎｂを添加
することにより、炭化物を微細に品出させ、高硬度の炭
化物の晶出量を増やし、切削性能や耐摩耗性を向上させ
ること、鋳造組織を微細化し、切削工具の切刃のチッピ
ンク欠けを起りにくくする等の特性改善が可能であるこ
と、ならびにその効果は、添加元素の組合せにより、相
乗的に作用することを見出した（特願昭６２〜４４４７
３）。

本発明は、第１表に示す高速度工具鋼についてさらに実
験を行なった結果、特にＬａ、Ｃｅ、Ｙ添加による炭化
物微細化の効果は共存元素であるＴ１、Ｎの含有量によ
り左右されていることを新に見出したことに基づくもの
である。

具体的には、重量比でＣ０１５〜１．５ｙ、Ｓｉ　０．
５〜１．１〜１＝３〜 ｙ、　Ｍｎ　０．５〜１．５％、Ｓｉ０．１〜１ｙ、　
Ｃｒ　３〜７ｙ、　Ｗ＋２Ｍｏ　５〜２５％（ただＬＷ
１２％以下または無添加、Ｍｏ　２〜１２％）、Ｖ　０
．５〜１．６〜５ｙ、さらにＬａ、Ｃｅ、Ｙの一種また
は二種以上を０．０２〜０．２％含有せしめて、残部Ｆ
ｅならびに通常の不純物からなり、Ｔｉ≦０．０２ｙ、
Ｎ≦０．００６ｙ、Ｓ≦０．００４ｙ、Ｏ≦４０ｐｐｍ
に規制した被削性を改善したことを特徴とする高速度工
具鋼である。また本発明は、さらにＣｏ１〜２０％を含
有するものを含む。

また本発明において、Ｔｉの制限量は実用工業上は０．
０１％を越え０．０２％以下とするものである。

〔作用〕

以下に本発明の各合金元素を上記に限定した理由を述べ
る。

Ｃは、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、■などの炭化物生成元素と結合
して炭化物を形成し、焼入−焼もどし硬さを与え、耐摩
耗性、耐熱性、耐焼付性に寄与する。

多すぎると靭性が低下し、また巨大な炭化物を生じさせ
るので、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、■量とバランスさせて含有さ
せ、０．５〜１．５％に限定する。

Ｓｉ、Ｍｎは主に脱酸を目的として０．１〜１で添加す
−４〜 る。

Ｃｒは、焼入性、耐摩耗性、耐酸化性また適切な含有量
の設定により高温強度、焼もどし軟化抵抗を向上させる
。上記の目的により３％以上とするが、多すぎると却っ
て高温強度、焼もどし軟化抵抗を低下させ、また靭性も
下げるので７％以下とする。

ＷおよびＭｏは、Ｃと結合して特殊炭化物を形成し、耐
摩耗性、耐焼付性向上に寄与する。また焼もどしによる
二次硬化作用が大きく、高温強度に寄与する。以上の効
果を得るために、Ｗ　１２％以下、Ｍｏ　２〜１．２％
（７）範囲テＷ　＋　２　Ｍ　ｏ量が５〜２５％を満た
すように添加する。Ｍｏ２％未満、Ｗ＋２Ｍｏ量が５％
未満では上記の効果が得られず、多すぎると靭性、熱間
加工性を損うので、Ｗ　１２％以下、Ｍｏ１２％以下、
Ｗ＋２Ｍｏ　２５％以下とする。

ＶはＣと結合して硬質の炭化物を形成し、耐摩耗性に寄
与する。ただし、この炭化物は、砥粒よりも硬いため、
研削砥石を早期に摩滅させる。特に、粗大な炭化物が多
数生じ、分布が一様でないと、被研削性は著しく低下す
る。このため、従来被研削性を重視する場合、１．２％
以下にとどめていた。

しかし、本発明者はＬａ、Ｃｅ、Ｙを添加すると。

多量に■を含有しても粗大なＶを主体としたＭＣ型炭化
物の発生を防ぐことができることを発見した。本発明で
は、用途に応じて、０．６〜５石の範囲で適当な量を含
有させる。５％を越えると本発明の効果が小さくなるた
め５％以下とし、少なすぎると耐摩耗性に寄与しないた
め０．６％以上とする。

Ｌａ、Ｃｅ、ＹはＭＣ型炭化物の絶対量を増やす効果、
さらにＭＣ型淡化物を微細に晶出させる効果がある。０
．０２％より少ないと、これらの効果が少なく、０．２
％を越えるとＳやＯと結合して介在物を作り、また鋳造
欠陥の原因となるため０．０２〜０．２％に限定した。

ここで、実際の製造時にＴ、ａ、Ｃｅを添加する場合、
ミツシュメタルとして添加する方法が一般的であり、ミ
ツシュメタル中にはＬａ、Ｃｅの他、Ｎｄ、Ｐｒが含ま
れているが、これらを各元素を単独で添加して確認した
結果、Ｎｄ、Ｐｒは添加の効果が小さかった。このため
これらの元素は、本発明の請求範囲からは除外したが、
ミツシュメタルとして添加した場合のＬａ、Ｃｅの効果
を損うものではない。

ＹはＬａ、Ｃｅと同様の効果があり、０．０２％より少
ないとこれらの効果が小さく、０．２％を越えると、Ｓ
やＯと結合して介在物を作り、製品の品位を下げるため
０．２０％以下とする。

ＣＯは基地に固溶して、本発明鋼の強度、耐熱性を向」
ニさせるもので本発明による炭化物形態制御、鋳造組織
改善には直接関与しないが、必要に応じて１〜２０％添
加する。

Ｔｊは、本発明において不純物であり、凝固時に高温で
Ｎ、Ｃと結合し、ＴｊＮ、ＴｉＣを形成する。これらは
ＶＣ炭化物の晶出核になり易い性質を有するため、ＶＣ
炭化物を高温で品出させる作用を持ち、これは上記Ｌａ
、Ｃｅ、Ｙの添加による効果を損なう。一方、Ｔｉは原
料からおよび造塊時に耐火物等から溶鋼にもたらされ、
含有量を０゜０１％以下に制限するのは工業的に難しい
。しかし、上記Ｌａ、Ｃｅ、Ｙの添加効果を損なわない
限界量を限定したところ０．０２％以下であった。よっ
て、Ｔｊは０．０２％以下とする。

Ｎは本発明鋼の不純物である。Ｎ量が０．００６％を越
えると、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ等の添加による効果を損なうた
めに０．００６％以下とした。

Ｓ、０も本発明鋼の不純物であり、これらは特に本発明
鋼の特徴である添加元素のＬａ、Ｃｅと結合力が強く、
これらの添加による効果を損うだけでなく、Ｌａ、Ｃｅ
と結合して鋼中に介在物としてとどまり製品の品位を下
げるために、Ｓ≦０．００４ｙ、○≦４０ｐｐｍと制限
した。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例について説明する。

真空誘導炉により、第１表に示す化学組成の合金を溶解
し、注湯温度、鋳型の冷却能等、鋳造条件を同一にして
鋼塊を作製した。

本発明は、先に出願した発明（特願昭６２〜４４４７３
）で述べたＬａ、Ｃｅ、Ｙ、その他の元素を添加したと
き、ＭＣ炭化物に及ぼす効果が有効に作用するときのＴ
ｉ、Ｎの含有量の限定範囲について述べたものであるの
で、ＭＣの形態、絶対量の変化の顕著な■の含有量３〜
３．５％の組成のものにより、その実施例を述べること
とする。

各鋼塊をｔｔｃ鈍して、各鋼塊の」―部側の同一位置よ
り試料を採取し、鋳造時に晶出した炭化物の形状を観察
すると、Ｔｉ、Ｎの含有量により、第１図に示す３通り
の形態に分類された。第２図は、各溶解毎の炭化物の形
態をＴｊおよびＮ含有量について整理したものである。

Ｌａ、Ｃｅ、ＹはＭＣ炭化物を微細に晶出させるために
添加しており、そのＬＩ的を十分に満足したＭＣ炭化物
の形態は、第１図のＡタイプのごときであり、第２図か
ら’ｒｊ０．５〜１．０２％以下、Ｎ　０．５〜１．０
０６％（６０ＰＰｍ）以下で生ずることを見出した。

第３図は、上記鋼塊を熱間圧延により７圃φの棒材とし
、棒材の断面部の表面からｌｌ１１１１の位置のＭＣ炭
化物の粒度分布を調べたものである。本発明鋼２．３は
、比較鋼６に比べ粗大なＭＣ炭化物（〉８μｍ）がほと
んどなく、微細なＭＣ（≦４μｍ）が多く、全体の面積
率も大きい。

次に各材料の被研削性を定量的に把握するために、タッ
プ溝ネジ研削盤を使用して、第２表に示した一定の研削
条件で、試料を研削した後に砥石用の摩耗量を測定した
。この結果を第３表に示した。なお、各試料は、前述の
７φに仕上げたものを、焼鈍後、焼入−焼もどし処理を
行って作製した。本発明鋼の被研削性は明らかに向上し
ている。

第　　２　　表 第　　３　　表 また、前記棒材よりタップを作製し、第４表に示した一
定の切削条件で切削試験を行なった。タップの寿命まで
にねし立てを行なった穴数で切削性能を評価すると、第
５表に示すように、ＭＣ炭化物のｍ　ｆ　ｐ　（平均自
由行程）とほぼ相関があり、ｒｎ　ｆ　Ｔ）の小さい、
すなわちＭＣ炭化物の量が多くしかも微細で均一に分散
した本発明鋼の切削性能が良好であった。

第　　４　　表 第　　５　　表 〔発明の効果〕 以上述べたとおり、本発明鋼は、硬質の炭化物を富化さ
せることにより、耐摩耗性が向上し、同時にこれらを微
細で均一に分散させることにより、被研削性、また耐熱
性、耐焼付性が向上し、工具寿命の伸長と安定化、工具
自身の仕上研削の高精度花、能率向上の両面をもたらす
ものであり、その効果は非常に大きい。

なお、第１表は本発明の添加元素のすべての組合せを網
羅していないが、以上の説明からこれらも本発明の添加
効果を具備することは容易に理解できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋳造ままの炭化物の形状を光学顕微鏡４００
倍で観察した金属組織写真で、図中臼ヌキの晶出物がＭ
Ｃ型の炭化物である。第２図はＴｉ、Ｎの含有量に対す
るＭＣ炭化物の形態を第１図の分類に従って示したもの
であり、（）内の数字は、第１表に記載された試料Ｎｏ
、を示し、第３図は本文中で述べた試料位置０　、０１
　ｎｖｎ　２測定面積における＝１４− ＭＣ炭化物の粒度別個数と面積率を示したものである。 第１　図（Ｘ４００） 第２図 第３　ｒＪＡＮ（ｐ陶） ７α℃ ６０００　　　ｆｙ％＄　　峠午＃Ｄ畳’Ｐ９．１％　
　　　８．６°／。 ＠３０００　１“°″゛““。 、５ＣＸＸ） と。。ＯＯＡ 口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　重量比でＣ０．５〜１．５％、Ｓｉ０．１〜１％、
   Ｍｎ０．１〜１％、Ｃｒ３〜７％、Ｗ＋２Ｍｏ５〜２５
   ％（ただしＷ１２％以下または無添加、Ｍｏ２〜１２％
   ）、Ｖ０．６〜５％、さらにＬａ、Ｃｅ、Ｙの一種また
   は二種以上を０．０２〜０．２％含み、残部Ｆｅならび
   に通常の不純物からなり、Ｔｉ≦０．０２ｙ、Ｎ≦０．
   ００６％、Ｓ≦０．００４％、Ｏ≦４０ｐｐｍに規制し
   た被削性を改善したことを特徴とする高速度工具鋼。 ２　Ｔｉ＞０．０１ｗｔ％であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の高速度工具鋼。 ３　重量比でＣ０．５〜１．５％、Ｓｉ０．１〜１％、
   Ｍｎ０．１〜１％、Ｃｒ３〜７％、Ｗ＋２Ｍｏ５〜２５
   ％（ただしＷ１２％以下または無添加、Ｍｏ２〜１２％
   ）、Ｖ０．６〜５％、Ｃｏ１〜２０％、さらにＬａ、Ｃ
   ｅ、Ｙの一種または二種以上を０．０２〜０．２％含み
   、残部Ｆｅならびに通常の不純物からなり、Ｔｉ≦０．
   ０２％、Ｎ≦０．００６％、Ｓ≦０．００４％、Ｏ≦４
   ０ｐｐｍに規制した被削性を改善したことを特徴とする
   高速度工具鋼。 ４　Ｔｉ＞０．０１ｗｔ％であることを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載の高速度工具鋼。