JPH01159349A - 低合金高速度工具鋼およびその製造方法 - Google Patents

低合金高速度工具鋼およびその製造方法

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JPH01159349A JP7731088A JP7731088A JPH01159349A JP H01159349 A JPH01159349 A JP H01159349A JP 7731088 A JP7731088 A JP 7731088A JP 7731088 A JP7731088 A JP 7731088A JP H01159349 A JPH01159349 A JP H01159349A
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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、圧造工具などに使用される塑性加工用の低合
金高速度工具鋼に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に圧造工具など塑性加工用高速度工具鋼には次のよ
うな特性が要求される。
(1)耐摩耗性の面からHRC60以上の高い焼もどし
硬さが得られること。
(2)耐衝撃性の面から、優れた機械的破壊強さを有す
ること。
これらの要求特性に対して特公昭42−20619号、
特公昭50−10808号、特公昭55−49148号
、特公昭57−24063号、特公昭62−8503号
など低合金高速度工具鋼の改良が行なわれてきた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら最近、被加工材の難加工化に伴い。
より高い耐摩耗性が工具に要求され、焼もどし後の硬さ
がHRC60程度では不足で、1(RC62〜64が必
要となってきている。しかも塑性加工用工具では十分な
靭性も必要であるので、1IRc62〜64で高い靭性
を有する材質を開発する必要性が高くなった。従来の低
合金高速度工具鋼に関する公知例では、熱処理後HRC
62以上の硬さが得られるものは限られており、また仮
に高硬度を有していても靭性不足により耐衝撃性が不十
分であった。
本発明はかかる点に鑑み、圧造工具用の特性を十分に満
足させるため、さらに優れた耐摩耗性。
耐衝撃性を兼ね備えた低合金高速度工具鋼を提供するも
のである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明鋼は、熱処理後安定してHRC62〜64の硬さ
が得られ、優れた耐摩耗性を有することを1つの特徴と
する。一般に低合金高速度工具鋼は合金量が低いため、
経済的ではあるが、焼もどし後、あまり高硬度が得られ
ない。本発明では、従来の低合金高速度工具鋼よりC,
Si量を増やし鋼の基地(マトリックス)の硬さを高め
ている。
本発明鋼は同時に高靭性を有し、耐衝撃性が優れている
ことを特徴とする。一般に工具鋼においては硬さと靭性
とは相反した性質を持っており、硬さの高いものは靭性
が低くなる相互関係にある。
加えて靭性をさらに阻害する原因の一つにミクロ組織上
の要因として、 (1)炭化物の縞状偏析、 (2) 10μm以上の巨大炭化物。
(3)粗大なオーステナイト結晶粒。
(4)非金屈介在物の偏析。
等が考えられる。本発明ではかかる問題点を解決すべく
靭性を阻害するミクロ組織要因を化学成分あるいは製造
上できるだけ排除し、)I+?(:62〜64の硬さ領
域で優れた耐衝撃性を有する新規な低合金高速度鋼を提
供するものである。
以下、本発明の成分限定理由について説明する。
〔作用〕
C: 0.7〜0.85% CはCr、W、Mo、V、Nbなどの炭化物形成元素と
結合して、硬い複炭化物を生成し、工具として必要な耐
摩耗性の向上に著しく効果があり、また一部基地中に固
溶して基地を強化する。0.7%未満では焼もどし硬さ
が低下し、0.85%を越えると靭性が低下するために
Cは0.7〜0.85%とした。
Si:0.8〜2.2% C含有量が低く、かつW、Mo−V等の炭化物形成元素
含有量が低い低合金高速度工具鋼では、W、Mo、Vに
よる2次硬化があまり期待できないので、高い焼もどし
硬さと軟化抵抗を得るためには必須の元素である。SL
は基地中に固溶し、固溶強化により基地の硬さを高める
効果がある。
0.8%未満では焼もどし硬さを上げる効果が不十分で
、 2.2%以上添加すると靭性が阻害されるので上限
は2.2フとし、望ましくは安定した硬さを確保するた
めに1.2〜2.2%、さらに望ましくは、より安定し
た硬さおよび靭性を確保するために1.6〜2.0%と
した。
Mn:0.6%以下 Mnは主に脱酸剤として添加される元素で上限を0.6
%とした。
Cr : 3.0−5.0% Crは焼入性と耐摩耗性の向上に有効な元素であるが、
5.0%を越えると炭化物の縞状偏析や巨大炭化物の生
成を助長し、靭性を低下させるので5.0%以下とする
。また3、0%未満では焼入性が不足するので下限は3
.0%とした。
W+2Mo : 5.0−10.0% Wと2倍量のMoは共にCと結合して複炭化物を形成し
、耐摩耗性を向上させる有効な元素であるが、同時に炭
化物の縞状偏析や巨大炭化物の生成を助長し、靭性を阻
害する元素でもある。硬さと靭性とのバランスやW、M
oが高価な元素であることから、W+2Moは5.0−
10.0%とした。
V : O,S〜1.5% VはCと結合して高硬度の炭化物を形成して耐摩耗性を
増し、また基地に固溶して2次硬化性を増大する元素で
あるため、0.5%以上は必要であるが、1.5%を越
えると巨大炭化物が発生し、かつそれが縞状に偏析して
靭性を阻害するので上限を1.5%以下とした。さらに
望ましくは、安定した耐摩耗性を確保するために1.2
−1.5%がよい。
Nb : 0.1〜1.0% Nbは本発明では高靭性を得るために必須の元素である
NbはVと同じようにCと結合しやすく硬い炭化物をつ
くり、耐摩耗性を向上させる。また結晶粒を微細化し、
靭性を向上させるのに有効な元素である。0.1%未満
では、Nb添加の効果が小さいので0.1%以上添加す
る。1.0%を越えると炭化物が縞状に偏析し靭性を阻
害するので上限を1.0%とした。
Co:8.0%以下 本発明鋼において、望ましくはCoを添加する。
Coは基地に固溶し、耐熱強度を高める元素であり、高
速摩耗領域での耐摩耗性改善に効果がある。しかし、高
価な元素であることから上限を8.0%以下とした。
’ AL  La、 Ce、 Y : 0.02−0.
2’IA1、La、Ce、Yの一種または二種以上を組
合せて添加すると粗大なVを主体としたMC型炭化物を
微細化ならしめ、靭性を向上させるのに効果がある。0
.02%より少ないとこれらの効果が少なく、0.2z
を越えると炭化物微細化の効果に影響を及ぼすので、 
0.02〜0.2テとした。
TiS2.02% Tiは、i同時に高温でN、Cと結合し、TiN、Ti
Cを形成する。これらは、VC炭化物の晶出核となりや
すい性質を有するため、VC炭化物を高温で晶出せしめ
、上記のA]、La、Ce、Yの添加による効果を損な
う。そのため、上限を0.02%とした。
N量0.006% Nは本発明鋼の不純物である。N量が、0.006%を
越えるとA1、La、Ce、Yの添加による効果を損な
うために、上限を0.006%とした。
N量0.004%、0≦40ppm S、Oも本発明鋼の不純物であり、こわらはA1.La
、Ce、Yと結合力が強く、これらの添加による効果を
損なうだけでなく、La、Ce、 Yと結合して鋼中に
介在物としてとどまり、製品の靭性を下げるため、N量
0.004%、O≦40ppmに規制した。
本発明鋼の製造に当っては5、儂祈を改善し靭性、を−
高める目的で、分塊前−後いずれかの段階におい一℃鋼
塊または鋼材の拡散熱処理を行なう。高速度工具鋼の炭
化物はCrlMo、W、■の炭窒化物を主体としており
、拡散熱処理を行なうことにより、非平衡炭化物を分解
し平衡炭化物にする。また、それに伴い炭化物の球状化
、縞状偏析の軽減などが進み靭性を向上させる。拡散熱
処理温度は。
1150℃未満だと十分な元素の拡散、均質化が行なわ
れないため1150℃とした。1190℃を越えると一
部炭化物が溶融し始めるため上限を1190℃とした。
〔実施例〕
(実施例1) 以下、本発明を実施例により説明する。
第1表に示す組成の鋼を小鋼塊にて試作した。
鋳造の後鋼塊を1170℃X2011で拡散熱処理を行
ない、その後に鍛造して断面が18m+×1811I1
1の鋼材に仕上げた。これらの試料につき、第2表に示
す熱処理条件で焼入、焼もどしを行なって、各種の機械
的性質を調べた。焼もどし硬さ、大越式迅速摩耗試験、
シャルピー衝撃試験の結果を第2表に示す。試料No、
1−No、3は従来鋼の値、試料No、7−No、10
は比較鋼の値である。
本発明鋼に比較して従来鋼1は靭性がやや低く、従来鋼
2は目標とする硬さが不十分であり、従来鋼3(SKH
9)は高硬度であるが、靭性が著しく低下する。
本発明鋼は、Si含有量が多いことを特徴の1つとする
が、No、7のようにSi量が低い場合は焼もどし硬さ
が低い。またNO68のようにSLを過度に添加すると
靭性が低下する。
第2表 本発明鋼は同時にNbの微量添加を特徴とする。
No、9またはNo、10のようにNb無添加鋼では、
靭性が低くなる。No、11〜No、28は本発明鋼の
特許請求の範囲の化学成分である。N o 、 11.
 N o 、 12、No、13はそれぞれ特許請求の
範囲の第1項、第2項、第3項に相当する化学成分であ
るが、第2表より明らかなようにSi含有量が多くなる
につれ、焼もどし硬さ、耐摩耗性が向上し、靭性も十分
大きい。No、14、No、15、No、16はV量を
低めに添加した鋼である。これらはNo、13(特許請
求の範囲の第3項の化学成分に相当)に比べ耐摩耗性は
やや低いが、靭性が大きくなっている。
No、17、No、18は本特許請求の範囲内でW当量
を低く抑えた化学成分であり、靭性が高いものである。
 No、19、No、20はCOを添加した例であるが
、第2表のようにCoを添加することにより耐摩耗性が
大きく向上する。
No、21はcoを添加し、さらにLa、Ceを添加し
た例であるが、耐摩耗性、靭性ともにLa、Ceを添加
しないNo、19に比べ向上する。No、22〜No。
2、特許請求の範囲第1項ないし第3項に相当する化学
成分にLa、 Ce、 An、Yを添加した例であるが
、いずれも耐摩耗性、靭性ともに大きく向上する。
本発明鋼はいずれも、靭性が比較鋼と同等以上でありな
がら、耐摩耗性が比較鋼より大きいことが特徴である。
(実施例2) 第3表は、実際に本発明鋼を実用鋼塊で試作した際の化
学組成および比較に用いた鋼種の化学組成を掲げる。
本発明鋼は高周波炉で溶解し、実用鋼塊に鋳込んだ後、
ハンマーで断面が100mm X 100mmとなるよ
うに鍛造した。鍛造前に1170℃Xl0)lの拡散熱
処理処理を行なった。鍛造後圧延を行ない、直径20箇
に仕上げた。
また製造上での拡散熱処理の効果を調べるために、鍛造
前に拡散熱処理を行なわないで製造したものを比較鋼と
して供した。
第1図は、本発明鋼と他鋼種のHRC62以上でシャル
ピー衝撃値を比較したものであるが、図のようにこの硬
さ領域で本発明鋼の耐衝撃性が優れているのがわかる。
また、拡散熱処理を行なうことにより、耐衝撃性が向上
する。
第2図は本発明鋼と他鋼種の耐摩耗性を比較したもので
あるが、同−硬さレベルで比較した場合、他鋼種に比べ
本発明鋼の耐摩耗性は優れている。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明鋼は、熱処理後HRC62〜
64の硬さが安定して得られ、耐摩耗性に優れ、かつ高
靭性を有するため、圧造工具の寿命の大幅な向上が達成
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、HRC62以上における本発明合金と比較合
金との衝撃値を比較したグラフ、第2図は本発明合金と
比較合金との耐摩耗性を比較したグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量%でC0.7〜0.85%、Si0.8〜2.
    2%、Mn0.6%以下、Cr3.0〜5.0%、W3
    .0%以下、Mo1.0〜5.0%(ただしW+2Mo
    5〜10%、V0.5〜1.5%、Nb0.1〜1.0
    %を含有し、残部Feおよび不純物元素からなることを
    特徴とする低合金高速度工具鋼。 2 重量%でSi1.2〜2.2%を含有する特許請求
    の範囲第1項に記載の低合金高速度工具鋼。 3 重量%でSi1.6〜2.0%、V1.2〜1.5
    %を含有する特許請求の範囲第1項に記載の低合金高速
    度工具鋼。 4 重量%でC0.7〜0.85%、Si0.8〜2.
    2%、Mn0.6%以下、Cr3.0〜5.0%、W3
    .0%以下、Mo1.0〜5.0%(ただしW+2Mo
    5〜105)、V0.5〜1.5%、Nb0.1〜1.
    0%、Co8%以下を含有し、残部Feおよび不純物元
    素からなることを特徴とする低合金高速度工具鋼。 5 重量%でSi1.2〜2.2%を含有する特許請求
    の範囲第4項に記載の低合金高速度工具鋼。 6 重量%でSi1.6〜2.0%、V1.2〜1.5
    %を含有する特許請求の範囲第4項に記載の低合金高速
    度工具鋼。 7 重量%でC0.7〜0.85%、Si0.8〜2.
    2%、Mn0.6%以下、Cr3.0〜5.0%、W3
    .0%以下、Mo1.0〜5.0%(ただしW+2Mo
    5〜10%)、V0.5〜1.5%を含み、さらにAl
    、La、Ce、Yの一種または二種以上を0.02〜0
    .2%含み、残部Feおよび不純物元素からなり、Ti
    ≦0.02%、N≦0.006%、S≦0.004%、
    0≦40ppmに規制したことを特徴とする低合金高速
    度工具鋼。 8 重量%でSi1.2〜2.2%を含有する特許請求
    の範囲第7項に記載の低合金高速度工具鋼。 9 重量%でSi1.6〜2.0%、V1.2〜1.5
    %を含有する特許請求の範囲第7項に記載の低合金高速
    度工具鋼。 10 重量%でC0.7〜0.85%、Si0.8〜2
    .2%、Mn0.6%以下、Cr3.0〜5.0%、W
    3.0%以下、Mo1.0〜5.0%(ただしW+2M
    o5〜10%)、V0.5〜1.5%、Co8%以下を
    含み、さらにAl、La、Ce、Yの一種または二種以
    上を0.02〜0.2%含み、残部Feおよび不純物元
    素からなり、Ti≦0.02%、N≦0.006%、S
    ≦0.004%、O≦40ppmに規制したことを特徴
    とする低合金高速度工具鋼。 11 重量%でSi1.2〜2.2%を含有する特許請
    求の範囲第9項に記載の低合金高速度工具鋼。 12 重量%でSi1.6〜2.0%、V1.2〜1.
    5%を含有する特許請求の範囲第9項に記載の低合金高
    速度工具鋼。 13 鋼塊を熱間加工する前後いずれかの段階において
    、1150〜1190℃で5〜40時間加熱保持して拡
    散熱処理することを特徴とする特許請求の範囲第1項な
    いし第11項記載のいずれか1項に記載の低合金高速度
    工具鋼の製造方法。
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