JPH01201444A

JPH01201444A - 鋳塊の塑性加工による高硬度高靭性高速度鋼

Info

Publication number: JPH01201444A
Application number: JP2716188A
Authority: JP
Inventors: Norimasa Uchida; 内田　憲正
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1988-02-08
Publication date: 1989-08-14
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: JP2702728B2

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、エンドミルなどの切削工具やダイス、パンチ
などの圧造工具、その他耐摩部品において、特に高い硬
度を必要とし、かつ高靭性も要求される用途に使われる
高速度鋼に関するものである。

〔従来の技術〕

工具の高寿命化を達成するには工具の硬さを高くする必
要がある。しかし、従来の高速度鋼では靭性とのバラン
ス、すなわち、同時に耐ピツチング性、耐欠損性をも考
慮した場合、その使用に耐え得る硬度はＨＲＣ６Ｂが上
限である。近年、技術確立された粉末高速度鋼では、そ
のプロセス的利点によって、ＨＲＣ６８以上の高校塵で
かつ抗折力が３００ｋｇｆ／ｍｍ２（２，９４２ＧＰａ
）を越える材料が工業的に製造可能となり、上記の用途
に使われている。しかし、この手法では製造コストが著
しく高価となるために、用途が限定され、幅広く普及、
利用されるに至っていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、通常の溶製法によって、上記用途に十
分使用できる高硬度で高靭性の特性を有する高速度鋼を
提供することである。さらに具体的には通常の焼入−焼
もどし熱処理によって、１（ＲＣＧ８以上の高硬度が得
られ、かつ、抗折力３００ｋｇ　ｆ　／　ｍｍ　２以上
の高靭性をも有する高速度鋼を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

以上の特性は重量比で、Ｃ１，０〜１．２５％、８１０
．１〜１．０％、Ｍｎ　０．１〜０．６％、Ｃｒ　３．
０〜５．０％、　Ｗ　５．０〜７．０％、Ｍｏ　６．０
４．０％（ただし１８≦Ｗ　＋　２　Ｍ　ｏ≦２２゜か
ツ０．７≦Ｗ／Ｍｏ≦１．１）、Ｖ　１．２〜２．２％
、Ｃｏ４．０〜１２．０％、残部Ｆｅおよび不純物元素
よりなり、Ｎ０００３％未満、Ｏ０．００４％未満に規
制された高速度鋼で、工具として使用される部位におけ
るｉｏｎ”中に存在する１０μｍ以上の炭化物個数が２
００個以下とすることにより達成される。さらには、縞
状偏析指数ＳＤ／Ｓｍを０．３以下となすことにより、
より望ましい特性が得られる。

以下、本発明の数値限定理由を述べる。

本発明において、Ｃは前記特性を達成するために重要な
元素である。すなわち、同時に添加されるＣｒ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｖとのバランスのよい添加が必要であり、Ｃ１，０
〜１，２５％の範囲で高硬度でかつ高靭性の特性が得ら
れる。望ましくは１．０５〜１．２０％である。

Ｓｉは脱酸剤としての効果の他、Ｍ２Ｃ型の棒状−次炭
化物を球状微細化する効果があるので０．１〜１．０％
含有させる０Ｍｎも脱酸剤として０．１〜０．６％含有
させる。望ましくはそれぞれ０．３〜０．６％、０．２
〜０．５％とする。

Ｃｒは焼入性を向上させ、またＭ２３ＣＦ、型の炭化物
を形成して焼入−焼もどし硬さを高める効果があるので
Ｃｒ３〜５％の範囲で含有させる。望ましくは３．５〜
４．５％で、ある。

ＷおよびＭｏは、本発明の目的を達成するのに重要な元
素である。Ｗ、Ｍｏともに同時に添加されるＣと結合し
て凝固時に共晶炭化物（以後−次炭化物と称す）を形成
し、耐摩耗性の向上に寄与する。さらに初晶δ相および
γ相（包晶反応によって晶出する）に固溶したＷ、Ｍｏ
は凝固後の冷却過程あるいは焼なまし処理によって、Ｍ
＠Ｃ型（−部Ｍ２３Ｃ，，型）の炭化物として析出する
（以後二次炭化物と称す）。

二次炭化物は焼入れによって再固溶し、焼もどしにより
微細な炭化物（Ｗ　Ｃ、Ｍ　０．Ｃなど）としてマルテ
ンサイト基地に析出し、高い硬度を付与する効果がある
。本発明の目的であるＨＲＣ６８以上の高硬度と抗折力
３００ｋｇｆ／ａａ＋”以上の高靭性を得るためには、
Ｗ５．０〜７．０％、　Ｍｏ　６．０〜８．０％で１８
≦Ｗ＋２Ｍｏ≦２２．かつ０．７≦Ｗ　／　Ｍ　ｏ≦１
．１となるように、極めて狭い範囲に限定する必要があ
る。Ｗ＋２Ｍｏが１８％未満では二次炭化物炭化物量が
少なく、）ｌＲｃ６８以上の硬さが得黒い。逆にＷ　＋
　２　Ｍ　ｏが２２％を越えると、−水戻化物量が多く
なり過ぎて抗折力３００ｋｇ　ｆ　／　ｍ　”以上の高
靭性が得られない。また、１８≦Ｗ　＋　２　Ｍ　ｏ≦
２２の範囲であっても、Ｗ／Ｍｏが０．７未満では高硬
度が得られ鑑く、さらにＭ、Ｃ型の巨大な棒状−次炭化
物が多くできるので靭性も低下する。逆にＷ　／　Ｍ　
ｏが１．１を越えるとＭ、Ｃ型の巨大な塊状−次炭化物
が晶出することおよびＷＣの析出が格子歪を増大させる
ことにより靭性が低下する。これらの範囲は、望ましく
はＷ５．５〜６．５％、Ｍｏ　６．５−７．５％、Ｗ　
＋　２Ｍｏ　１９−２１％である。

■は上記Ｗ、Ｍｏと同様に一次、二次炭化物を形成し耐
摩耗性および焼もどし硬さ向上に寄与するので１．２〜
２．２％の範囲で含有させる。１．２％未満では効果が
少なく、逆に２．２％を越えると一次の粗大ＶＣ炭化物
が晶出して、被研削性や靭性を悪くする。望ましくは１
．４〜２．０％である。

Ｃｏは基地に固溶して耐熱強さを高め、また焼もどし硬
さを高める効果もあるので４．０〜１２．０％含有させ
る。４％未満では、前記Ｃ，Ｗ、Ｍｏ、■の範囲でもＩ
Ｉ　ＲＣ６８以上の高硬度が得られず、一方１２％を越
えるとマトリックスの靭性が著しく低下する。

望ましくは７〜１１％とする。

Ｎ、Ｏは不純物であって、それぞれ０．０３％、０．０
０４％未満に規制する。本発明の特徴は高硬度域で高靭
性を保持するために、組織制御の思想を織り込んだこと
にあるが、Ｎおよび○の含有はこれに重要な影響を及ぼ
す。Ｎの含有量が高いと一次の巨大炭化物を品出し易く
するとともに、縞状偏析指数を大きくするのでＮの含有
量は０．０３％未満とした。Ｏの含有もまた縞状偏析指
数を大きくするので０．００４％未満とした。望ましく
はそれぞれ０．０２５％未満、０．００３％未満とする
。

以上の如く、Ｗ、ＭｏおよびＶを主成分とする一次炭化
物は耐摩耗性向上に効果があるが、一方形状が大きくな
りやすく、また鍛伸方向に平行な縞状の偏析帯を形成す
るので、靭性を低下させる原因ともなる。特に、ＨＲＣ
６８以上の高硬度に熱処理された場合、靭性低下の弊害
が著しく大きくなるので、本発明の目的を達成するため
には、化学組成の限定と同時に一次炭化物の組織制御が
必須である。すなわち、実施例１に詳述するごとく、旧
＜０６８以上の高硬度でかつ抗折力３００　ｋｇ　ｆ　
／　ｎｎ　”以上の高靭性を保有するには、１０μｍ以
上の巨大炭化物の数を１ｍ２中２００個以下にして、炭
化物に加わる応力集中を緩和してやる必要がある。さら
に、炭化物の縞状偏析部にも応力集中が起こるので、偏
析指数ＳＤ／Ｓｍが０．３以下にするとより高い靭性が
得られる。

〔実施例〕

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳しく説明する
。

実施例１第１表に示す化学組成からなる１３種類の材料を作製し
た。大気中、高周波誘導溶解炉にて１０ｋｇの鋼塊をつ
くり、１１５０　Ｔ：　Ｘ　５）１ｒの加熱を行なって
から、熱間鍛造により１５ｎｎ角の鋼材とした。　５＋
ｎｍφスパン５０ｍｍの抗折試験片を作製し、焼入れ１
２００℃、焼もどし５６０℃Ｘ（１＋１＋１）Ｈの熱処
理を施した後、抗折試験を行なった。熱処理硬さおよび
抗折力を第１表に併記する。また、Ｎ０９１〜Ｎ００９
の材料特性をＷ　＋　、２　Ｍ　ｏおよびＷ／Ｍｏの関
係で整理して第１図に示す。

本発明の目的は、ＨＲＣ６８以上の高硬度が得られ、か
つ、抗折力３００　ｋｇ　ｆ　／　ｍ　”以上の高靭性
高速度鋼を提供することにある。第１図によれば、この
目的を達成するのは百≦Ｗ＋２Ｍｏ≦２２の範囲でかつ
、Ｗ　／　Ｍ　ｏ比が約０．８５の化学組成からなる材
料のみである。

なお、本発明材のミクロ組織をａ察したところ、−水戻
化物は球状化が進み、よく微細化された組織となってい
た。Ｗ　／　Ｍ　ｏが約３の比較鋼は、Ｍ、Ｃ。

型の角形の巨大炭化物が散見され、またＷ　／　Ｍ　ｏ
が約０．２の比較鋼は、Ｍ２Ｃ型の棒状巨大炭化物が認
められた。

また、Ｎおよび０の含有量が少ないＮｏ、１１は硬さお
よび靭性とのバランスで最も良い特性が得られた。

実施例２化学組成がＣ１，１３％、Ｓｉ　０．４５％、Ｍｎ０．
３２％、Ｃｒ　４．２％、Ｗ６．１％、Ｍｏ７．２％、
Ｖ　１．６５％、Ｇ。

８．１％、Ｎ　０．０１９％、Ｏ０．００１９％、残部
Ｆｅおよび不純物元素よりなる高速度鋼を大気、電気式
孤光炉にて溶製し、重量２００〜５００ｋｇの範囲で大
きさの異なる３種類の鋼塊を製造した。これらを１０５
０℃×Ｌｏｌｌ、１１００℃ＸｌＯＨ，１１５０℃Ｘ　
１０）１の条件で加熱分塊した後、熱間圧延にて１４＋
ｍφの棒鋼とした。Ｄ／４（Ｄは直径）の位置より５＋
ｍφ×スパン５０ｍｍＱの抗折試験片を作成した。熱処
理は１２００℃−５６０℃Ｘ（１＋１＋１））ｌの条件
で行ない、いずれもＨＲＣ６８，５−６９，５の硬さを
得た。

同時に抗折試験片縦断面のミクロ組織を画像解析装置を
用いて定量評価した。計測項目は炭化物のサイズ別個数
、面積率および縞状偏析指数である。縞状偏析指数は鍛
伸方向に平行な１２μｍ　Ｘ　２３２μｍのスリット中
の炭化物の面積率を鍛伸方向と直角な方向に連続的に５
０視野測定し、その面積率の標準偏差値ＳＤと平均値Ｓ
ｍからＳＤ／Ｓｍとした。ＳＤが小さいということは、
炭化物のミクロ的な分散がより均一であることを示して
いる。

第２図は、実験により得られた抗折力をミクロ組織要因
（１０μｍ以上の巨大炭化物数および縞状偏析指数Ｓ　
Ｄ／Ｓ　ｍ）との関係で整理したものである。

この結果によれば、抗折力を３００　ｋｇ　ｆ　／　ｎ
ｕ　”以上に維持するためには、１ｍｍ”当りの１０μ
−以上の炭化物個数が２００個以下となるようにミクロ
組織の制御をすれば十分である。さらには、縞状偏析指
数ＳＤ／Ｓｍが０．３以下の均一に分散した炭化物組織
とすれば、より高い抗折力が得られ、本発明の目的がよ
り高いレベルで達成できる。

以上の如く、本発明の目的である通常の溶製法では、こ
れまで実現できなかった高硬度高靭性高速度鋼は極く限
られた化学組成範囲でかつミクロ組織の制御を厳密に行
なうことにより、初めて達成される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、通常の溶製法では従来不可能であった
ＨＲＣ６８以上の高硬度でかっ抗折力３００ｋｇｆ／−
２以上の高靭性が得られるために、エンドミル等の切削
工具やパンチ等の圧造工具や耐摩工具において、大幅な
寿命向上が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＷ＋２Ｍｏ量、Ｗ／Ｍｏ比と抗折力、硬さの関
係を示す図、第２図はミクロ組織要因（１０μｍ以上の
炭化物個数および縞状偏析指数Ｓ　Ｄ／Ｓ　ｍ）と抗折
力の関係を示す図である。第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】１　重量比で、Ｃ１．０〜１．２５％、Ｓｉ０．１〜１
．０％、Ｍｎ０．１〜０．６％、Ｃｒ３．０〜５．０％
、Ｗ５．０〜７．０％、Ｍｏ６．０〜８．０％（ただし
１８≦Ｗ＋２Ｍｏ≦２２、かつ０．７≦Ｗ／Ｍｏ≦１．
１）、Ｖ１．２〜２．２％、Ｃｏ４．０〜１２．０％、
残部Ｆｅおよび不純物元素よりなり、Ｎ０．０３％未満
、Ｏ０．００４％未満に規制された高速度鋼で、工具と
して使用される部位における１ｍｍ＾２中に存在する１
０μｍ以上の炭化物個数が２００個以下であることを特
徴とする高硬度高靭性高速度鋼。２　重量比で、Ｃ１．０５〜１．２０％、Ｓｉ０．３〜
０．６％、Ｍｎ０．２〜０．５％、Ｃｒ３．５〜４．５
％、Ｗ５．５〜６．５％、Ｍｏ６．５〜７．５％（ただ
し１９≦Ｗ＋２Ｍ０≦２１）、Ｖ１．４〜２．０％、Ｃ
ｏ７．０〜１１．０％、残部Ｆｅおよび不純物元素より
なり、Ｎ０．０２５％未満、Ｏ０．００３％未満に規制
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高硬
度高靭性高速度鋼。３　鍛伸方向に平行な１２μｍ幅間隔で炭化物面積率を
５０視野以上測定したときの面積率の標準偏差値をＳＤ
、炭化物の平均面積率をＳｍとするとき、縞状偏析指数
ＳＤ／Ｓｍが０．３以下であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項または第２項記載の高硬度高靭性高速度
鋼。