JPH03111541A

JPH03111541A - 高硬度高靭性低合金高速度工具鋼

Info

Publication number: JPH03111541A
Application number: JP27092089A
Authority: JP
Inventors: Norimasa Uchida; 内田　憲正; Junichi Nishida; 純一西田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1989-05-10
Filing date: 1989-10-18
Publication date: 1991-05-13
Anticipated expiration: 2011-03-13
Also published as: JPH0826434B2

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、主として一般切削工具、ならびに冷間加工用
工具に使用される高硬度高靭性低合金高速度工具鋼に関
するものである。

〔従来の技術〕

低合金高速度工具鋼の一般的なものとしては、特公昭５
０〜１０８０８号公報に開示されている０、６５％Ｃ１
０，３％Ｓｉ、４％Ｃｒ、４．２％Ｗ、４％ＭＯ１１，
５％■からなる高速度工具鋼、特公昭５５〜４９１４８
号公報に開示された０、６５％Ｇ、　１．４％Ｓｉ、４
％Ｃｒ、２．８％Ｍｏ、１．８％■からなる高速度工具
鋼などが知られているが、これらの公知例では、Ｃｅｑ
＝０．２４＋０．０３３Ｗ＋０．０６３Ｍｏ＋０．２Ｖ
とΔＣ＝Ｃ−Ｃｅｑで計算されるΔＣの値が八Ｃ＃〜０
．１〜０．３で靭性は優れているものの熱処理後の硬さ
がＨＲＣ６０〜６２程度しか得られない。

さらに高硬度が得られる低合金高速度工具網として、０
．９５％Ｃ１４％Ｃｒ、１．７％Ｗ、５％Ｍｏ、　１．
２％■の高速度工具鋼や、特公昭６２−８５０３号公報
に開示されているような上記成分を基本としてＣ／Ｖ比
を０．７０〜０．９４まで高め、さらにＣｏを１．、Ｏ
−６，０％添加することにより、極めて硬いマルテンサ
イト地鉄と高温での硬さの維持能力を高めた高速度工具
鋼も知られている。

また、ＨＲＣ６６前後の高硬度が得られる低合金高速度
工具鋼として、下記の主要合金元素を含有するものが知
られている。この鋼は０．７５％Ｃ１０，３％Ｓｉ、４
％Ｃｒ、１％Ｗ、５％Ｍｏ、０．９％■、８％Ｃｏとし
ており、この鋼の特徴は、前記計算式によるΔＣを約±
０とし、かつＣｏ含有量を８％まで高めることにより、
マトリックスを高硬度化したことにある。

〔発明が解決しようとする課題〕

切削工具および冷間加工工具の分野においても、近来、
被加工物の高硬度化に伴い、ＨＲＣ６６以上の熱処理硬
さが得られ、かつ欠は等が生じない、より優れた靭性を
有する工具が要求されている。

本発明者はこの問題点を解決するために、前記工具につ
いて使用部位の詳細な調査を行なった。

その結果、工具の欠けは主として炭化物に起因する場合
が多く、炭化物の少ない低合金高速度鋼が有利であるこ
とがわかった。そして、主に炭化物の少ない分の耐摩耗
性を補う意味で硬さがＨＲＣ６６以上が望ましいことが
推定できた。

しかし、特公昭５０〜１０８０８号公報や特公昭５５〜
４９１４８号公報等に開示された一般的な低合金高速度
工具鋼では、ΔＣが〜０．１〜０．３と低く、硬さは最
高）ＩＲＣ６３前後しか得られず、ＨＲＣ６６以上の高
硬度を得るという目的を滴定できない。

特公昭６２−８５０３号公報等に知られるような４％Ｃ
ｒ−１，７％Ｗ−５％ＭＯを基本成分にＣ／Ｖ比を０．
７〜０．９４まで高めた鋼は、△Ｃが＋０．１〜＋０．
２と極めて高く、高硬度が得られるものの、靭性が著し
く低下し、欠けや割れ等が発生しやすい。

主要合金元素が、０．７５％Ｃ１４％Ｃｒ、１％Ｗ、５
％Ｍｏ、０．９％■、８％Ｃｏからなる鋼は、ΔＣが±
ＯでＨＲＣ６６前後の硬度が得られるが、■含有量が低
く、結晶粒が粗大であり、靭性が著しく低下する。

本発明の目的は上記の問題点に鑑み、熱処理後ＨＲＣ６
６以上の高硬度が得られ、かつ優れた靭性を有する高硬
度高靭性低合金高速度工具鋼を提供することである。本
発明による高速度工具鋼はメタルバンドソーをはじめと
する切削工具、ならびに冷間加工用工具に適用されるも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、重量％テＣ０．７５〜０，９％、Ｓｉ０．１
−１，５％、Ｍｎ０．６％以下、Ｃｒ　３．０〜５．０
％、Ｗ　０．５〜７．０％、Ｍｏ　１．５〜６．０％（
ただし、Ｗ　＋２Ｍｏ：９〜１３％）、■］、、Ｏ−１
，４％、Ｃｏ　６．０〜１０．０％、残部Ｆｅおよび不
可避的不純物からなり、がっＣ−Ｃｅｑで計算されるΔ
Ｃ（ただしＣｅｑ　＝　０．２４　＋０．０３３Ｗ　＋
０．０６３Ｍｏ　＋０．２■）が〜０．０５〜０．０５
の範囲であることを特徴とし、より望ましくは、Ｎｂを
０．０１〜０．３％含有する高硬度高靭性低合金高速度
工具鋼である。ここで、ΔＣは基地中に固溶してマルテ
ンサイトを生ずる炭素量であり、ΔＣ＝Ｃ−Ｃｅｑ（た
だしＣｅｑ＝０．２４十０．０３３Ｗ　＋０．０６３Ｍ
ｏ　＋０．２（Ｖ　＋１／２　Ｎ　ｂ））で定義される
値である。

本発明において、低合金量で高硬度を得るために従来の
高速度工具鋼の主要強化機構である炭化物の析出強化は
必要最小限にとどめ、Ｃ，ＣｏあるいはＳｔ含有量を高
めることにょる固溶強化によって高硬度化を行なった。

しかしながら、単にＣ，ＣｏあるいはＳｔを増しただけ
では結晶粒が粗大化し易く、靭性が著しく低下するので
、本発明はｃ量を適度なバランスに保ち、かつ■および
Ｎｂの添加による結晶粒微細化を同時に行なった。すな
わち、本発明はΔＣｆｆｉの調整、および６〜１０％の
高Ｃｏ含有による高硬度化ト１．ｏ−１，４％（７）Ｖ
添加、さらニハｏ、ｏ１−０．３％ノＮ　ｂｍ加による
高靭性化の間作用によって従来にない優れた特性を見出
したものである。

〔作用〕

以下、本発明の数値限定理由について詳細に述べる。

Ｃは０．７５〜０．９％でｆＪ’　ッΔＧ　＝〜０．０
５〜０，０５テある。

Ｃは本発明で最も重要な元素の１つである。ＣはＣｅｑ
で計算されるＣｆｔは、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ量の炭化物
形成元素と優先的に結合し、残りのへＣ量が基地中に固
溶して硬いマルテンサイトを生ずる。ΔＣが〜０．０５
末滴では十分な硬度が得られず、０．０５を越えると、
マルテンサイ）・組織が粗くなり靭性が著しく低下する
。Ｃ量は、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、■、Ｎｂの合金量に合せて
ΔＣが一０．０５〜０．０５の範囲内に入るようにして
０．７５〜０．９％の範囲で調整する。

Ｓｉは脱酸剤として鋼中に含まれるが、さらにマトリッ
クス中に固溶し、マトリックスの硬度を高める効果があ
る。ただし、１．５％を越えて過度に添加すると鋼の中
心偏析等を増長し、靭性が低下するので上限を１．５％
とした。

ＭｎもＳｉ同様に脱酸剤として添加されるが、０．６％
を越えて添加すると、Ｍｎ化合物を析出し、靭性が劣化
するので０．６％以下とした。

Ｃｒは、Ｃと結合して炭化物を形成し、耐摩耗性を向上
させると共に、焼入性を高める効果がある。３．０％未
滴ではその効果が不十分で、５．０％を越えると、偏析
が著しくなり靭性が低下するので、Ｃｒは３．０〜５．
０％とした。

Ｗは０．５〜７．０％、Ｍｏ１１１．５〜６．０％とし
、Ｗ＋２Ｍｏを９〜１３％とする。

ＷとＭｏはＣと結合し、硬質の炭化物を形成して耐摩耗
性な付与する。Ｗ　＋２Ｍｏｆａは９％未満では十分な
熱処理硬さ耐摩耗性が得られず、１３％を趣えると原料
のコスト面、靭性面で問題点が生ずるので９〜１３％と
した。

■は本発明で最も重要な元素の１つである。合金量の少
ない鋼では、高硬度を得る目的で焼入温度を上げると、
結晶粒が粗大化する傾向が著しく、却って靭性を阻害す
る。■を添加すると、Ｃと結合し極めて硬い炭化物を形
成し、耐摩耗性を向上させるとともに結晶粒微細化に効
果がある。

上述の効果を十分ならしめるためには、１．０％以上必
要である。１．４％を越えて添加すると粗大な■系炭化
物を晶出し、靭性が低下するので上限を１．４％とした
。

Ｎｂは少量で■と同様に結晶粒微細化に効果があり、靭
性が改善される。特にＮｂ炭化物は■炭化物よりも高温
で安定な性質を有しており、結晶粒成長を抑える効果が
より強い。しかし、本合金系で０．３％を越えてＮｂを
含有させると一部にＮｂＣの巨炭が晶出し、被研削性の
低下を引き起こすことのあることが判明した。そこで、
Ｎｂ含有量は０．０１〜０．３％とした。０．０１％未
満ではＮｂＣによる結晶粒成長抑止効果は認められなか
った。

Ｃｏは、本発明で最も重要な元素の１つである。

Ｃｏは焼もどし過程における析出炭化物の凝集を抑制す
るので高硬度が得られ、かつ軟化抵抗性をも高める作用
のあることが知られている。しかし、従来の低合金高速
度工具鋼では、高価な元素であることもあって、添加さ
れないことが多い。

しかし、本発明の目的である炭化物に起因する工具のチ
ッピングの発生を抑え、かつ耐摩耗性の優れた特性を付
与するために、ＣＯの効果を積極的に引き出し活用する
ことに着眼した。

すなわち、Ｃの他、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｌ、等の合金含有量を
上記に限定すると同時に、６％以上のＣｏを含有させる
と、本発明の目的である、ＨＲＣ６６以」二の高硬度を
低合金高速度鋼であっても得ることができる。１０．０
％を越えて添加すると原料コストが高くなるので１０．
０％以下とした。

〔実施例」次に一実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する
。

第１表に示す組成の高速度工具鋼を、高周波溶解炉にて
１０ｋｇ溶製し１８胴の角材に熱間加工を行なった後、
焼なましをし、さらに鍛伸方向に平行に５柵φｘ７５ｍ
ｍＱの抗折試験片を製作した。

］］５０’Ｃで塩浴焼入を行ない、５６０℃で１時間３
回繰り返し焼もどしを行なった後、スパン５０ｍｍの中
央−点荷重方式で抗折試験を行なった。その結果を第１
表に併示する。本発明鋼ＣないしＨは、＋１Ｒｃ６６以
上の高硬度が得られ、かつ従来鋼や比較鋼と比べて抗折
力が顕著に向上するのが認められる。また、これらの結
果をΔＣ量との関係でプロットして第１図に示す。

第１図によれば、ＨＲＣ６６以」二の硬さを得るために
はへＣ量が〜０．０５以上必要であり、またＨ　ＲＣ６
６以上の高硬度領域で従来鋼Ａ、Ｂ以上の優れた靭性を
得るためには、へＣ量０．０５以下にする必要があるこ
とがわかる。またＮｂの添加により、靭性向上に効果が
大きいことが確認された。

比較鋼りはΔＣ量、■量は本発明鋼の範囲内であるが、
Ｃｏが少ないため熱処理後＋１Ｒｃ６６以上の硬さが得
られない。

第２図に従来鋼Ａ、Ｂおよび本発明＃４Ｄのミクロ組織
写真を示す。従来鋼Ａ、ＢはＶ量、へＣ量の影響でマル
テンサイト組織が粗くなっているが、本発明鋼りは従来
鋼Ａ、Ｂに比べ結晶粒が微細であり、靭性が高いことが
わかる。

〔発明の効果〕

本発明によれば合金量を低く抑えたままで高硬度が得ら
れるので耐摩耗性が向上し、且つ結晶粒の微細化により
靭性が向上し工具の耐久は性を改善できる。このため、
切削工具や冷間加工用工具の寿命を延ばすことができ、
工業上の効果が大である。

本発明の高速度工具鋼をメタルバンドソーの刃材として
使用したところ、刃材の寿命を従来の５ＫＨ５８クラス
の寿命の１．７倍に延ばすことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図はΔＣ量と硬さおよび抗折力の関係を示すグラフ
、第２図は従来鋼ならびに本発明鋼のミクロ組織を示す
顕微鏡金属組織写真である。第図〜０．２〜０．１＋０１ ÷０．２ ΔＣ（’／、）

Claims

【特許請求の範囲】１　重量％でＣ０．７５〜０．９％、Ｓｉ０．１〜１．
５％、Ｍｎ０．６％以下、Ｃｒ３．０〜５．０％、Ｗ０
．５〜７．０％、Ｍｏ１．５〜６．０％（ただし、Ｗ＋
２Ｍｏ：９〜１３％）、Ｖ１．０〜１．４％、Ｃｏ６．
０〜１０．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からな
り、かつＣ−Ｃｅｑで計算されるΔＣ（ただしＣｅｑ＝
０．２４＋０．０３３Ｗ＋０．０６３Ｍｏ＋０．２Ｖ）
が−０．０５〜０．０５の範囲であることを特徴とする
高硬度高靭性低合金高速度工具鋼。２　重量％でＣ０．７５〜０．９％、Ｓｉ０．１〜１．
５％、Ｍｎ０．６％以下、Ｃｒ３．０〜５．０％、Ｗ０
．５〜７．０％、Ｍｏ１．５〜６．０％（ただし、Ｗ＋
２Ｍｏ：９〜１３％）、Ｖ１．０〜１．４％、Ｃｏ６．
０〜１０．０％、Ｎｂ０．０１〜０．３％、残部Ｆｅお
よび不可避的不純物からなり、かつＣ−Ｃｅｑで計算さ
れるΔＣ（ただしＣｅｑ＝０．２４＋０．０３３Ｗ＋０
．０６３Ｍｏ＋０．２（Ｖ＋１／２Ｎｂ））が−０．０
５〜０．０５の範囲であることを特徴とする高硬度高靭
性低合金高速度工具鋼。