JPH0280501A - 工具鋼みがき帯鋼の製造方法 - 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、微細炭化物の均一分布組織をもつ工具鋼みが
き帯鋼の製造方法に関する。

〔発明の背景〕

ＪＩＳ表示記号ＳＫＳ、ＳＫ口、　ＳＫＴ、　ＳＫＨな
どで表される合金工具鋼並びに高速度工具鋼のみがき帯
鋼は。

耐熱薄板ばねや、帯鋸、丸鋸、ジグソーなどの薄刃物類
に加工されることが多い、この薄刃物類ではきわめて鋭
角な切刃形状に加工されることが多いが、そのさい鋼中
に巨大炭化物が存在したり。

或いはマクロ偏析が存在すると、刃先形状の不揃いや早
期刃こぼれの原因となる。したがって、巨大炭化物やマ
クロ偏析の無いみがき帯鋼が望ましい、ところが、高炭
素で各種の合金元素を添加した前記表示記号の工具鋼で
は、固液共存温度域が広いのでその凝固過程で成分偏析
が生じ易く、このために巨大炭化物の生成やマクロ偏析
が起こり易いという共通した問題がある。特に鋼塊サイ
ズが大きく、凝固完了に長時間を要するものほど巨大炭
化物の生成やマクロ偏析が著しくなる。したがって、工
具鋼みがき帯鋼の製造において造塊法を採用している限
り、その巨大炭化物の生成やマクロ偏析は避は難いもの
である。

また工具鋼は、熱間強度が大きい上に融点が低り、シた
がって熱間加工温度域が狭いという難点があり、このた
め熱間加工割れ等も生じ易く１歩留低下や疵取作業の増
加などによるコスト上昇も招いている。

本発明は、工具鋼みがき帯鋼の性能を左右する巨大炭化
物やマクロ偏析の存在を無くシ、そして歩留低下や疵取
作業増でコスト上昇を招く熱間加工工程を省略する。と
いう２つの技術課題を解決することを目的としたもので
ある。

〔発明の構成〕

前記の目的を達成せんとする本発明の要旨とするところ
は、各々の粒子自身が目標とする工具鋼みがき帯鋼の成
分組成に対応する成分組成を有し且つ平均汀径が１００
μ嘗以下の工具鋼微粉末を圧粉成形して帯状圧粉成形体
とし、この帯状圧粉成形体を焼結が生ずるに充分な温度
、に維持された連続加熱炉に連続通板して帯状焼結体と
すると共に該連続加熱炉から取り出される帯状焼結体を
Ｍｓ点以上の温度で巻取り、得られた帯状焼結体コイル
に対し焼鈍と冷延を繰り返す冷間圧延をトータル冷延率
が６０％以上となるように施すことからなる工具鋼みが
き帯鋼の製造方法に存する。

そのさい圧粉成形は、得られる帯状圧粉成形体の真密度
比が６０〜９０％の範囲となるように行なうのがよく、
また、焼結および巻取りは非酸化性雰囲気下、より具体
的には焼結は還元雰囲気下で。

そして巻取りは不活性ガス雰囲気下で行なうのがよい０
巻取りを非酸化性雰囲気下で行なう場合にはその巻取温
度をＭｓ点点上１４００℃以下するのがよい０巻取りは
大気雰囲気下で行なうこともできるが、この場合にはそ
の巻取温度をＭｓ点点上１３００℃以下するのがよい。

〔発明の詳細な 説明は造塊や熱間圧延を行わないで微細炭化物が均一に
分散した組織をもつ工具鋼みがき帯鋼を製造する新しい
方法を提供するものである。

本発明では出発材料として、各々の粒子自身が目標とす
る工具鋼みがき帯鋼の成分組成に対応する成分組成を有
し且つ平均粒径が好ましくは１００μ■以下の工具鋼微
粉末を使用する。従来の工具鋼にみられる巨大炭化物や
マクロ偏析は凝固過程での固液分離にその原因が存在し
たが９合金粉末の一般的製造法である水アトマイズ法や
ガスアトマイズ法では合金の溶湯が微細分散されると同
時に急冷凝固されるので偏析を生じるいとまがなく。

工具鋼合金でもその粉末自身には巨大炭化物の析出が一
般に認められない０本発明においてはこの工具鋼微粉末
がもつ性質を工具鋼みがき帯鋼のかたちで発現させて、
巨大炭化物やマクロ偏析のない工具鋼みがき帯鋼を得る
点に特徴がある。以下にその製造法の詳細を本発明者ら
の行った試験結果を参照しながら具体的に説明する。

使用する工具鋼微粉末の種類は特に限定されるものでは
Ｅ＜、帯状に圧粉成形し易いものであればよい０例えば
粉末圧延法によればＨｖ２８０前後と硬質な５ＫＨ５１
高速度工具鋼粉であっても水アトマイズ粉であれば板厚
０．５〜３．０−の帯状圧粉成形体を容品に製造できる
。帯状圧粉成形体は非酸化性雰囲気好ましくは還元雰囲
気に維持された連続焼結炉に導びき還元脱酸による清浄
化と焼結を行ってコイル状に巻取られる。そのさい、工
具鋼は焼入硬化能が大きいので焼結後の冷却過程でマル
テンサイト変態を起こして硬脆化しやすい、このために
焼結帯の巻取においては後述するような工夫を必要とす
るが、引続いて焼鈍を施して軟化し冷延を行う、この冷
間圧延は高密度化と寸法形状の改善が目的であり、真密
度比が約７５％の焼結体から真密度状態を得るには例え
ば第１図の５Ｋ）１５１゜３ＫＤＩＩの例にみられるよ
うにトータル冷延率が最低６０％の冷間圧延を必要とす
る。

連続加熱炉に帯状圧粉成形体を通板して焼結したあと、
その帯状焼結体を巻取るさいに特別の考慮が払われねば
ならない、それは巻取温度と雰囲気である。すなわち、
先ず帯状焼結体の巻取温度はＭｓ点以上としなければな
らない、マルテンサイト変態前に巻取ると、第２図から
も明らかなように、帯状焼結体の可撓性は著しく改善さ
れる。

第２図はＭＳ点が１９０℃の５ＫＨ５１およびＭｓ点が
１１５℃の５ＫＳ７の合金粉からなる板厚１．Ｏｌの圧
粉成形体試験片をＮ２雰囲気中で１２００℃Ｘ５ｍ１ｎ
加熱して焼結処理し、炉中から抽出後は室温に冷却する
ことなく試験温度に保持し、その温度で温間曲げ試験を
した場合の破断までの曲げたわみ量を測定した結果を示
したものであるが、Ｍｓ点以上において破断までの曲げ
たわみ量は大きく、可撓性が著しく良好であることがわ
かる。Ｍｓ点未満の温度で巻取ると、マルテンサイトが
生成して、その量がわずかであっても巻取時の曲げ変形
において破を員し帯鋼コイルとすることができない。

また９巻取時の雰囲気も重要な要件となる。大気中で巻
取る場合には１巻取部度が高すぎると焼結において一旦
還元清浄化されたものが再酸化されて焼結における還元
効果が失われてしまう。

この再酸イビを防止するためには、連続焼結炉抽出口か
ら巻取リールまでを、大気と遮断するようなチャンバー
を設け、内部の雰囲気をＮｔあるいはＡｒなどの不活性
ガスで満たすか、真空にするのが有効である。第３図の
Ｏ印およびΔ印にＮｔガス雰囲気中で巻取った場合の各
巻取温度での帯状焼結体の０２含有量を示すが、いずれ
もＯ２含有量が５００ｐｐ＋ｗ以下となっており、大気
中巻取り　（図中・印およびム印で示す）に比べて低い
レベルにある。ただし、不活性ガス中であってもあまり
高温であると酸化が進む方向にあり１酸化を防ぐために
不活性雰囲気中に保持してコイルを冷却するのに長時間
を必要とするため、好ましくは４００℃以下の巻取温度
にするのがよい、一方１大気中であっても、第３図の・
印およびム印の結果にみられるように巻取温度をさらに
制限すれば、必ずしも雰囲気を制御しなくても再酸化を
抑制することができる。すなわち大気中で３００℃を越
えた温度で巻取ると０□含有量は著しく増加するが、３
００℃以下では大気中であってもほぼ５００ｐｐｍ以下
と再酸化を抑制することができる。

このようにして帯状焼結体を巻取ってコイルとすること
ができるが、さらに０８含有量を低減し清浄性を高める
ために、このコイル状の焼結帯を還元雰囲気下に維持し
たバッチ炉で再焼鈍することも有利である。この再還元
処理を行なう場合には　先の再酸化を抑制するための巻
取条件をある程度緩和することもできる。

本発明においては、Ｓ取った帯状焼結体コイルは、熱間
圧延を行なうことなく、冷延−焼鈍工程に直接投入され
る。この冷延−焼鈍工程は先にも述べたように真密度比
がほぼ１００％の工具鋼みがき帯鋼とするにはトータル
圧延率６０％以上の冷延を必要とする。実際には２巻取
った帯状焼結体コイルを先ず焼鈍してから冷間圧延し、
焼鈍と冷間圧延を繰り返して所望の厚みまで板厚減少を
行ない、焼鈍も非酸化性雰囲気で実施するのがよい。

この焼鈍と冷間圧延は、トータル圧延率の条件以外は、
従来の造塊、熱間圧延を経た場合の工具鋼みがき帯鋼の
場合と同じような設備と技術を用いて行なうことができ
る。

本発明の実施にあたり、帯状圧粉成形体の密度を高め、
帯状焼結体の可撓性を高め且つ以後の被冷間圧延性を向
上させるには、出発材料の工具鋼微粉末は第４図の試験
に示されるように平均粒径が１００μ−以下、好ましく
は６０μ−以下のものを使用するのがよい、第４図は、
真密度比を７５％とした厚さ１．０ｍｓ＋の圧粉成形体
を、Ｈ！雰囲気中で１２００”ＣＸ５ｓｉｎの焼結を施
し、Ｎ３雰囲気中で巻取温度２４０℃で巻取を行ったの
ち、焼鈍を施し、冷間圧延を行ったときの、エツジクラ
ンクの発生する圧延率を調べたものである。第４図の結
果に見られるように、粉末の粒径が小さい領域で冷間圧
延性が向上しているのがわかる。これは、粉末の粒径が
大きいと、連続焼結炉での比較的短い焼結時間において
は原子の拡散を伴う焼結が十分に進行せず、この結果、
焼結帯の機械的特性が低下する傾向が生ずるからであろ
う。

また本発明の実施にあたり、圧粉成形体の真密度比を６
０％以上９０％以下に調整すると９巻取時の可撓性、冷
間圧延性１製品の清浄性等の点で一層の効果が得られる
。第５図は、　ＪＩＳ規格５ＫＨ５１および５ＫＳ７の
組成の粉末を圧粉成形し、前者は板厚］、Ｏ＋＋ｍ、後
者は板厚１．３ｍ−としたものを１２００“ＣＸＳ分間
の焼結を施し、そのまま室温に冷却することなく２２０
℃に保持し１曲げ半径１５ｍ霧で温間曲げ試験を行った
ときの、圧粉成形体の真密度比と曲げたわみ量の関係を
示したものであるが、圧粉成形体の真密度比が６０〜９
０％の範囲外では、可撓性が劣化することがわかる。

帯状に圧粉成形した成形体の密度が真密度の９０％以下
で良好な結果を示す理由はかならずしも明らかでないが
、　９０％を越える密度比ではオープンボアが著しく減
少し、このために焼結時の還元・清浄化効果が十分でな
く、粉末粒子表面の未還元酸化物が焼結の進行を妨げる
ためではないかと推察される。また６０％未満では還元
ガスの通気性に優れているものの粉末同志の接点が少な
いので焼結後の強靭性が不足し、容易に破断してしまう
ものと思われる。したがって、帯状圧粉成形体の真密度
比は６０％以上９０％以下が望ましい。

〔実施例〕

以下の例は１１種として５Ｋ）１５１を選んで行ったも
のである。また用いた粉末は、水アトマイズ後還元処理
を施したＪＩＳ規格の組成を有する５ＫＨ５１高速度工
具鋼粉である。第１表（Ａ）にその組成を示す、また比
較例として用いた造塊法による供試材は、第１表（Ｂ）
に示す組成のＪＩ５規格の５ＫＨ５１であり、　ｌｏｏ
ｋｇの鋼塊を熱間鍛造および熱間圧延して得た板厚３．
０ｍｍの熱間圧延材である。

（例１） 先に述べた５ＫＨ５１粉末を分級して得た平均粒径４３
μ鴎の粉末を、水平２重式のロールを備えた粉末圧延機
による粉末圧延法によって、板厚１．０ｍｍ。

真密度比７４％の帯状圧粉成形体とした。この帯状圧粉
成形体を連続焼結炉に導き、７５％Ｈ！−２５％ＮｔＯ
ＡＸ＆［１成ガス雰囲気中において１２００″Ｃで３分
間以上加熱し焼結した後、２４０℃の温度までＡＸ組成
ガスで冷却してから抽出し、引き続きＮ。

ガス雰囲気中でコイル状（内径的７２０ｍ−）に巻取っ
た。コイルがＮ２雰囲気中で１５０℃に冷却されたのち
、Ｓ取機部の雰囲気を破って大気中に取り出した。帯状
焼結体の真密度比は７５％で、０！含有量は４００ｐｐ
鵠であった。

次にこの帯状焼結体に焼鈍、冷延を繰り返し施して１．
板厚０．３０ｍ−のみがき帯鋼を得た。焼鈍は４回とし
、いずれもＮＸ組成ガス雰囲気中で８５０℃に２時間加
熱保持後、５５０℃までを１８℃／Ｈで徐冷し、その後
炉冷とした。また冷延は１回当りの冷延率がほぼ均等の
３回冷延とした。

また比較例１として、本例１とは冷間圧延率を変えて実
施した。すなわち、帯状圧粉成形体の板厚のみを０．６
１に変えた以外は本例１と同し製造工程で板厚０．３＋
＊ｍのみがき帯鋼を製造した。

さらに、比較例２として、さきに述べた従来の造塊法に
よる熱間圧延材を焼鈍し、これに冷間圧延と焼鈍を繰り
返して板厚０．３ｍｍのみがき帯鋼を作製した。

そして１本発明の上記例１と比較例１および２で作製し
たみがき帯鋼に関して、熱処理後の抗折力を測定した。

その結果を第２表に示した。なお熱処理はＪＴＳ規格に
表示されている５ＫＨ５１の一般的な処理条件である１
２２５℃焼入−５６０℃２回焼戻しの条件で実施した。

また抗折力は長さ５０＋＋ｍ、幅Ｉｏ■厚さ０．３１の
試料を曲げ破断テストし、その破断荷重を初期断面積で
除した値で表した。

第２表の結果から１本発明例では、従来の造塊法による
比較例２に比べて巨大炭化物の偏在がなく靭性（抗折力
）が著しく向上していること、また、粉末をペースとし
たものでも冷間圧延率の小さい（トータル圧延率が５０
％の）比較例１では靭性の向上が見られないことが判る
。

（例２） 例１と胃じ帯状圧粉成形体を用い２例１と同様に焼結処
理を行ったが、連続焼結炉抽出後の巻取条件を変化させ
、帯状焼結体の０！含有量の測定とコイル化状況の調査
を行った。その結果を第３表に示した。

第３表の結果から、Ｎ２雰囲気中巻取り（巻取温度４０
０℃１２４０℃）および２２０″Ｃ大気中巻取ではＯ□
含有量が５００ρｐ−以下であるが、４００’Ｃ大気中
巻取では１８００ｐｐ−と０２含有量が高く再酸化が生
じ焼結における還元・清浄化効果が失われ、また７０℃
大気中巻取では、マルテンサイトの生成により巻取自体
が不可能となったことがわかる。

（例３） 例１において帯状焼結体を焼鈍してから冷間圧延するさ
いの冷延率を変え、クラック発生までの冷延率を調べた
。

また、当初に使用した粉末を１分級により平均粒径１２
８μ−のものとした以外は１本例を繰り返した。

さらに比較のために１例１と同じ４３μ−の粉末を用い
たが真密度比を５７％とした帯状圧粉成形体を作って本
例を繰り返した。

各個のクラック発生までの冷延率を第４表に示した。

第４表の結果から、粉末の平均粒径を４３μｍにした本
発明例では１２８μ■の例に比べてクランク発生時の冷
延率が大きくなっており１粒径を小さくして焼結効果を
高めることが冷間圧延性の向上に有効であることがわか
る。また、圧粉成形体の真密度比が小さい比較例では、
クラック発生時の冷延率は橿めて小さくなっている。こ
れは成形体の強度が小ざく連続焼結時の搬送においてす
でに目視できないクラック等の欠陥が発生していた可能
性があり、また５％以下の軽度の冷間圧延でもエツジ部
よりクランクが生じていた。

〔効果〕

以上説明したごとく本発明方法によれば、従来の造塊法
では製造が難しい微細炭化物が均一に分布する組織を有
する工具鋼みがき帯鋼が安定して製造できると共に、！
２造工程や熱間加工工程が省略できるので省エネルギー
効果が大きく、良品質の工具鋼みがき帯鋼の新規な製造
方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図はＪＩＳ規格５ＫＨ５１，５ＫＤＩＩ組成の工具
鋼焼結帯の冷間圧延率による真密度比の変化を示した図
。 第２図はＪＩＳ規格５ＫＨ５１組成の工具鋼焼結帯につ
いて各温度での温間曲げ破断テストのたわみ量を示す図
、第３図はＪＩＳ規格５ＫＨ５１，５ＫＳ７組成の工具
鋼焼結帯をＮ８ガス雰囲気中および大気中の各温度で巻
取った場合の０８含有量の変化を示した図。 第４図は５ＫＨ５１，５ＫＤ１１．５ＫＴ３組成の工具
鋼焼結帯に軟化焼鈍を施した後の被冷間圧延性に及ぼす
使用粉末平均粒径の影響を調べた図、第５図は５ＫＨ５
１゜５ＫＤ７＆ｌ成の工具鋼焼結帯の可撓性と真密度比
の関係図である。 第１図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）各々の粒子自身が目標の工具鋼みがき帯鋼の成分
   組成に対応する成分組成を有し且つ平均粒径が１００μ
   ｍ以下の工具鋼微粉末を、圧粉成形して帯状圧粉成形体
   とし、 この帯状圧粉成形体を焼結が生ずるに充分な温度に維持
   された連続加熱炉に連続通板して帯状焼結体とすると共
   に該連続加熱炉から取り出される帯状焼結体をＭｓ点以
   上の温度で巻取り、 得られた帯状焼結体コイルに対し焼鈍と冷延を繰り返す
   冷間圧延をトータル冷延率が６０％以上となるように施
   すことからなる工具鋼みがき帯鋼の製造方法。
2. （２）圧粉成形は、帯状圧粉成形体の真密度比が６０〜
   ９０％の範囲となるように行なう請求項１に記載の工具
   鋼みがき帯鋼の製造方法。
3. （３）焼結および巻取りは非酸化性雰囲気下で行なう請
   求項１または２に記載の工具鋼みがき帯鋼の製造方法。
4. （４）帯状焼結体の巻取りは、大気雰囲気下でＭｓ点以
   上３００℃以下の温度で行なう請求項１または２に記載
   の工具鋼みがき帯鋼の製造方法。
5. （５）帯状焼結体コイルは、冷間圧延に供される前に、
   還元雰囲気下に維持されたバッチ炉で再焼鈍処理される
   請求項１、２、３または４に記載の工具鋼みがき帯鋼の
   製造方法。