JPH0323617B2

JPH0323617B2 -

Info

Publication number: JPH0323617B2
Application number: JP56027611A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Fukui; Naoyuki Yamauchi
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1981-02-28
Filing date: 1981-02-28
Publication date: 1991-03-29
Also published as: JPS57143471A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は切削工具、金型、その他の工具に用い
られる高靱性高速度工具鋼に関するものである。従来、切削工具用素材としてはSKH9、
SKH55、並にSKH2等の高速度工具鋼が使用さ
れて来たが、作業条件が非常に苛酷であるため刃
かけ、へたり、磨耗等が生じるので、その都度再
研磨を必要とするために労力が取られている。こ
のことが作業能率の低下を来たす原因となつてい
た。そこで、これら刃かけ、へたり、磨耗等の問題
が生じない高靱性長寿命切削工具材の開発が望ま
れていた。この切削工具に生ずる刃かけ、へたり、磨耗の
主原因は切削工具材に内在する炭化物分布に起因
している。この炭化物の分布状態の善し悪しによりその切
削工具寿命は決定されると言つても過言ではな
い。また、金型およびその他の工具に用いられる
高速度鋼についても靱性、耐磨耗性等の性能向上
のため、炭化物の分布状態を良好なものにするこ
とは不可欠である。本発明は、これらの工具用素材としての高速度
工具鋼中の炭化物を微細化し、その分布状態を均
一化したものである。従来のSKH9、SKH55、SKH2等の高速度工具
鋼の炭化物はCr、Mo、Ｗ、Ｖの炭窒化物を主体
としたものである。これらの炭化物は固体内の元
素拡散により形成される。そのために拡散のエネ
ルギーは温度上昇時に得ているので、製造工程で
の温度変化により、その折出量、構成元素比に相
違が起き、これらは機敏に変化する性質をもつて
いる。よつて素材製造工程での熱的変化により、
この折出した炭化物はオストワールド反応により
徐々に凝集、粗大化が起る。そうすると靱性が低下するために、炭化物が使
用中に脱落したり、ノツチ効果によりクラツチを
生じたりして工具寿命を劣化させている。この問題を解決するために、本発明ではNbと
希土類元素を多量に複合添加することにより、
1500〜1400℃の高温で炭化物を形成させる。1500
〜1400℃の高温では溶湯状態であるために物質の
運動は固体より活発であるから、混合が良く、過
冷された場合ニオブー希土類炭化物が瞬間一時的
に集中して生成されるから非常に微細になり、し
かもその分布状態は均一である。このニオブー希
土類炭化物は形成体が親和性が強いので、凝固し
てもその状況に変化は生せず、微細炭化物が分布
した組織が容易に得られる。この炭化物の安定度
は高いので、固体内で形成されるCr、Mo、Ｗ、
Ｖ系炭化物の折出反応にも影響して来て、このニ
オブー希土類炭化物が、形成核の役目をはたすこ
とになる。すなわち、ニオブー希土類炭化物の微細な核が
あると、固体内で形成される炭化物の核形成エネ
ルギーが不要となるため、ニオブー希土類炭化物
の周域に優先析出するので、このCr、Ｍ、Ｗ、
Ｖ系炭化物も均一粒が一様に分布することにな
る。また、一旦析出した炭化物は安定であるた
め、素材製造工程上に生ずる熱的変化にともなう
オストワールド反応を最小限に抑制する結果とな
る。本発明は上記のとおり炭化物の巨大化、偏析を
防止するとともに、Niの添加により靱性を高め
た工具用素材を提供するものであり、その要旨と
するところは下記のとおりである。 C0.35〜1.5％、Si0.1〜2.0％、Mn0.1〜1.5％、
Ni0.25〜2.0％、Cr2.0〜10.0％、Mo0.5〜12.0％、
W5.5〜23.0％、V0.5〜5.0％、Nb0.1〜5.0％、
REMの１種または２種以上の合計で0.005〜0.60
％を基本組成として、2Mo＋Ｗ量が6.5〜30.0％
の関係を満足し、必要によりB0.001〜0.050％、
Ti2.0％以下、Zr2.0％以下、Hf2.0％以下、Y2.0
％以下の内１種または２種以上、または／および
Co1.0〜20.0％を含有しかつN0.30％以下、残余が
実質的にFeからなる高速度鋼。次に本発明鋼の化学成分組成範囲の限定理由を
以下に述べる。Ｃ：0.35〜1.50％ＣはCr、Ｍ、Ｗ、Ｖ、Nb、Ti、Zr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磨耗性の向上に著しく効果が
あり、また基地中に固溶して切削工具用として所
要の硬さを付与せしめるために必要な成分元素で
ある。即ち、Ｃ量が0.35％より低いときは、焼入
時に基地中に固溶するＣ量が低くなり、HRC60
以上の焼もどし硬さを得ることが困難となる。しかしながら、多量に添加すると耐磨耗性は増
大するが、鍛造性および靱性が低下するため1.50
％以下に限定した。 Si：0.1〜2.0％ Siは主に脱酸剤として添加し、通常高速度工具
鋼には0.1〜0.4％含有させるが、さらに増加して
添加すれば炭化物の析出反応を促進させて炭化物
の微細化を図る。また、焼入性を向上させると共
に固体基地を強化して降伏点を高め、疲労限を向
上させるのに有効な成分元素である。ただし、多量に添加すると熱伝導性の低下によ
る工具寿命の劣化をきたすので2.0％以下に限定
した。 Mo：0.1〜1.5％ Siと同様に脱酸剤として添加するが、焼入性の
向上にも寄与する元素である。最低量でも0.1％
が必要である。ただし、多量に添加すると靱性や
焼もどし軟化抵抗性が低下し、また加工硬化能が
高く被削性を劣化させるので1.5％以下に限定し
た。 Ni：0.25〜2.0％焼入性の向上や結晶粒微細化による靱性向上に
大きく寄与する元素であり、少くとも0.25％以上
含有する必要がある。ただし、多量に含有すると
残留オーステナイト量が急激に増加し、焼もどし
軟化抵抗性および靱性の低下をきたすと同時に金
型加工時の被削性が悪くなるという難点があるた
め2.0％以下に限定した。 Cr：2.0〜10.0％ CrはＣと結合して複合炭化物を形成し、耐摩
耗性の向上に大きく寄与する元素である。また、基地中にも多量に固溶して、焼入性を向
上させるとともに耐酸化性の向上にも大きく寄与
する。このためには少なくとも2.0％以上添加す
る必要がある。ただし多量に添加すると焼もどし
軟化抵抗性が低下し、脆化するため10.0％以下に
限定した。 Mo：0.5〜12.0％、W5.5〜23.0％ MoおよびＷは、Ｃと結合して微細なM₂ Ｃ型、
あるいはM₆ Ｃ型の複合炭化物を生成させかつ基
地中に固溶して基地を強化するので耐摩耗性や高
温硬さを高めると共に、焼もどし軟化抵抗性の向
上や耐ヒートチエツク性を改善させるのに大きく
寄与する元素である。種々の工具用として必要な硬さおよび切削耐久
力を確保するためには、Si、Nb、希土類元素の
効果を考慮すると2M＋Ｗ量として6.5〜30.0％が
適当であることが確かめられた。すなわち2Mo
＋Ｗ量が6.5％未満では焼入性および高温硬さ等
が不充分となり、また30％を超えて多量に添加す
ると炭化物の量および大きさが過大となり、鍛造
性および靱性が大きく劣化するため、Ｍ量は0.5
〜12.0％、Ｗ量は5.5〜23.0％の範囲に限定し、前
述のごとく2M＋Ｗ量は6.5〜3.0％の関係が満さ
れる必要がある。Ｖ：0.5〜5.0％Ｃと結合して非常に硬く、しかも固溶しにくい
MC型炭化物を生成し、耐摩耗性の向上や焼もど
し硬さの増加に大きく寄与し、かつ結晶粒を微細
化させる結果、靱性を向上させるのに効果があ
る。上記効果を有効に発揮させるためには少なく
とも0.5％以上添加する必要がある。しかしなが
らＶは有効なＣを固着するためにそれに適合した
Ｃ量の増加が必要である。Ｖを多量に添加する
と、硬さの高いMC型炭化物が多くなり耐摩耗性
は著しく向上するが、逆に被研削性や靱性が劣化
する。しかしながら、Si、Nbや希土類元素を添
加することによつてMC型炭化物を微細にしかも
均一に分散させることができるので、従来の高速
度工具鋼に含まれる２％前後のＶより多量に添加
しても上記劣化は非常に少ない。それゆえにＶ量の上限は5.0％とした。 Nb：0.1〜5.0％ Nbは非常に高融点の微細な特殊炭化物を形成
するために鍛造あるいは圧延、焼入れの際、加熱
温度の上昇にともなう結晶粒の粒大化を阻止させ
る。しかも希土類と複合添加することによつて高
融点な非常に微細な、均一に分散したNb−希土
類炭化物が形成される。この炭化物は非常に安定
なため、MC、M₆ ＣやM₂₃C₆型炭化物の析出反
応にも影響し、この炭化物が形成核の役目をはた
す結果、炭化物は微細にしかも均一に分布する。
この作用を最も有効ならしめるには最少量0.1％
以上を必要とする。一方5.0％を超えて多量に含
有すると、焼もどし軟化抵抗性の劣化や靱性の低
下をもたらすのでNbの上限は5.0％とした。 REMの１種または２種以上：0.05〜0.60％ REM（La、Ce、Pr、Nd、Smなど）は、Nbと
共に添加すると1500〜1400℃の高温でNb−希土
類炭化物を形成させ、しかも非常に微細に均一に
分散させる効果が多大であり本発明鋼において最
も重要な添加元素である。この炭化物は非常に安
定であり、固体内で形成されるMC、M₆ Ｃおよ
びM₂₃C₆型炭化物の析出反応にも影響を及ぼし、
この炭化物が型成核の役目をはたす結果、炭化物
は微細にしかも均一に分布し、靱性の低下や硬度
低下を防止できる。上記効果を有効に発揮させるためには、La、
Ce、Pr、Nd、Smおよびその他のREMのうちか
ら選んだ元素を１種または２種以上合計量で少な
くとも0.005％以上含有する必要がある。ただし、
多量に添加すると熱間加工性が著しく劣化するた
め上記元素の合計量は0.60％以下に限定した。 Co：1.0〜20.0％基地中に固溶して基地を強化し、炭化物の析出
および凝集をおくらせ、高温における硬さと耐力
を著しく向上させる元素である。したがつて、切削耐久性の向上にはきわめて効
果的な元素である。上記効果を有効に発揮させる
ためには、少なくとも1.0％以上添加する必要が
ある。ただし、多量に添加すると固溶による内部
歪が大となり、靱性が低下するため20.0％以下に
限定した。Ｂ、Ti、Zr、Hf、Ｙ、Ｎはいづれも靱性の向
上を目的に含有させる元素であり、各々の成分範
囲を下記のとおり限定した。Ｂ：0.001〜0.050％極微量の添加で焼入冷却過程においてオーステ
ナイト結晶粒界への初析炭化物の析出を抑制する
ことにより焼入性を著しく向上させる。また、靱
性の劣化を防止する効果もある。上記効果を有効に発揮させるためには、少なく
とも0.001％以上添加する必要がある。ただし、多量に添加するとほう化物が多量に形
成され、鍛造性が著しく劣化するため0.050％以
下に限定した。 Zr、Ti、Hf、Ｙ：各々2.0％以下これらの元素は窒素を固定してMC型炭化物を
間接的に微細に析出させると共に結晶粒の調製に
有効に作用し、結晶粒の微細化をはかることがで
きるので、靱性向上に著しく寄与する。ただし、
これらの元素の添加量が多過ぎるとMC型の巨大
炭化物が晶出すると共に、これらの元素の結晶粒
界への優先析出がおこるため脆化現象が生ずる。
従つてTi、Zr、Hf、Ｙは各々2.0％以下に限定し
た。Ｎ：0.30％以下窒素は、0.30％を超えて多量に添加されると
Nb、希土類やZr、Ti、Hfと窒化物を形成し、巨
大な炭窒化物が鋼中に存在することとなつて工具
の性能を劣化させる。そこで前記元素の効果を有
効ならしめるために0.30％以下とした。次に本発明鋼の特徴を実施例により詳細に説明
する。実施例第１表は本発明鋼と比較鋼の供試材の化学組成
を示す。第２票は同じく熱処理条件及びシヤルピ
ー衝撃試験結果を示す。これらの内、No.Ａ〜Ｑは
本発明鋼でありNo.Ｒ〜Ｖのものは比較鋼である。

【表】

【表】第１図は、本発明鋼と比較鋼の直径10mmのスト
レートシヤンクドリルによる穿孔試験結果を示す
図である。なお、穿孔試験に用いたドリル硬さは
HRC65±1.0に調整し、穿孔材には板厚13.0mmの
SC材を用いた。また、穿孔試験条件は、回転数180rpm／min、
送り0.15mm／revで切削油は使用していない。これらの図から明らかな如く、REM、Nb及び
Niが添加された本発明鋼Ｂ〜Ｑは比較鋼Ｒ〜Ｕ
に比べて、穿孔性が優れていることがわかる。なお、本発明鋼のうち特に低ＣのＡおよびNi
無添加の比較鋼Ｖについて、HRC62前後に調整
後、前記と同様のドリル穿孔試験（Ｎ＝10）をお
こなつた。この結果、本発明鋼Ａの穿孔数は170
に対して、比較鋼Ｖの穿孔数は163であつた。以上の実施例にみられるごとく、本発明高速度
工具鋼はNbとともにLa、Ce、Nd等の希土類元
素を添加して炭化物が微細にしかも均一に分希
し、さらにNiの添加によつて靱性の向上を図つ
た高速度工具鋼であつて、従来のこの種の工具鋼
に比べて靱性や穿孔性が優れており、したがつて
高靱性が要求されるドリル材等においてHRC65
以上の高硬度でも使用が可能となる。また、金型
用鋼をはじめとするその他の工具鋼としても優れ
た性能が得られ本発明の工業的価値は多大であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼および比較鋼の穿孔性を示す
図（図中のＮは試験回数を示す。）である。

Claims

【特許請求の範囲】１ C0.35〜1.5％、Si0.1〜2.0％、Mn0.1〜1.5％、
Ni0.25〜2.0％、Cr2.0〜10.0％、Mo0.5〜12.0％、
W5.5〜23.0％、V0.5〜5.0％、Nb0.1〜5.0％、
REMの１種または２種以上を合計で0.005〜0.60
％を基本組成として、2Mo＋Ｗ量が6.5〜30.0％
の関係を満足し、かつN0.30％以下残余が実質的
にFeおよび不可避的不純物からなる高速度鋼。２ C0.35〜1.5％、Si0.1〜2.0％、Mn0.1〜1.5％、
Ni0.25〜2.0％、Cr2.0〜10.0％、Mo0.5〜12.0％、
W5.5〜23.0％、V0.5〜5.0％、Nb0.1〜5.0％、
REMの１種または２種以上を合計で0.005〜0.60
％を基本組成として、2Mo＋Ｗ量が6.5〜30.0％
の関係を満足し、さらにB0.001〜0.050％、Ti2.0
％以下、Zr2.0％以下、Hf2.0％以下、Y2.0％以下
の内１種または２種以上を含有し、かつN0.30％
以下残余が実質的にFeおよび不可避的不純物か
らなる高速度鋼。３ C0.35〜1.5％、Si0.1〜2.0％、Mn0.1〜1.5％、
Ni0.25〜2.0％、Cr2.0〜10.0％、Mo0.5〜12.0％、
W5.5〜23.0％、V0.5〜5.0％、Nb0.1〜5.0％、
Co1.0〜20.0％、REMの１種または２種以上を合
計で0.005〜0.60％を基本組成として、2Mo＋Ｗ
量が6.5〜30.0％の関係を満足し、かつN0.30％以
下残余が実質的に鉄および不可避的不純物からな
る高速度鋼。４ C0.35〜1.5％、Si0.1〜2.0％、Mn0.1〜1.5％、
Ni0.25〜2.0％、Cr2.0〜10.0％、Mo0.5〜12.0％、
W5.5〜23.0％、V0.5〜5.0％、Nb0.1〜5.0％、
Co1.0〜20.0％、REMの１種または２種以上を合
計で0.005〜0.60％を基本組成として、2Mo＋Ｗ
量が6.5〜30.0％の関係を満足し、さらにB0.001
〜0.050％、Ti2.0％以下、Zr2.0％以下、Hf2.0％
以下、Y2.0％以下の内１種または２種以上を含
有し、かつN0.30％以下残余が実質的に鉄および
不可避的不純物からなる高速度鋼。