JPH04180541A

JPH04180541A - 被削性に優れた冷間工具鋼

Info

Publication number: JPH04180541A
Application number: JP30788490A
Authority: JP
Inventors: Katsuaki Fukushima; 福島　捷昭; Toshio Okuno; 奥野　利夫; Yasunobu Kawabe; 河部　康伸
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1990-11-14
Filing date: 1990-11-14
Publication date: 1992-06-26

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］本発明は冷間工具鋼に関し、より詳しくは、正規の熱処
理を行なった鋼が高硬度、高靭性を同時に満足するとと
もに、焼なまし状態の素材の被削性が特に優れた冷間工
具鋼である。

〔従来の技術〕

各種治具、型等に用いられる冷間工具鋼は、−般には焼
なまし状態の素材に機械加工を施して粗型彫したのち、
正規の熱処理を行ない、次いで仕上加工が施される。上
記機械加工においては、仕上形状により旋盤による切削
、フライス盤による面切削、ボール盤による孔あけ等が
実施されている。このように冷間工具鋼を用いる金型の
製作には多大な加工工数を要するため、被削性に優れた
材料の提供が望まれていた。

工具鋼の被削性を高める研究は、以前から行なわれてお
り、Ｓを添加することによる被削性の改善、ｐｂ等の低
融点金属を添加した被削性の改善、あるいはＣａ、Ｓ、
Ｓｅ等の複合添加による被削性の改善は一般によく知ら
れている。また、Ｃｕ添加の快削鋼として、特開昭５７
−１１４６４３号に開示されている含Ｍｎオーステナイ
ト系非磁性鋼、特公昭６２−３４８２８号に開示されて
いる快削性プラスチック成形ブリハードン金型用鋼があ
るが、これ等はいずれもＳを共に添加しており、それ等
の快削性元素の複合添加で正規の熱処理、つまり調質状
態での被削性の改善を狙ったものである。

〔発明が解決しようとする課Ｉｌｌ工具鋼のうち冷間工具鋼は、高硬度で使用されるため、
靭性の低下は工具の寿命を大きく左右するので、靭性に
対して悪影響を及ぼす元素の添加は、極力避けられてい
るのが現状である。したがって、被削性を向上させる、
Ｓ、Ｐｂ、Ｃｅ、Ｔｅ等の元素は、靭性の劣化をもたら
すため一般に冷間工具鋼には添加されない。

通常の冷間工具鋼の機械加工は、焼なまし状態の素材を
目的形状に切削するが、冷間工具鋼の特性上、硬い炭化
物等多量に含まれるため、切削工具の摩耗が著しく、頻
繁に切削工具の再研磨や取り替えが必要となるだけでな
く、高速加工の点で問題があった。

本発明は、正規の熱処理後の強度、靭性が良好で、しか
も焼なまし状態での被削性を高めることができる冷間工
具鋼を提供することを目的としたものである。

【課題を解決するための手段］本発明のうち、第１の発明は重量％で、Ｃ０．３０％を
越え２．８０％以下、Ｓｉ２，０％以下、Ｍｎ　２．０
％以下、Ｃｒ　２．０−２０．０％、Ｍ０．Ｗの１種ま
たは２種をＭｏ＋１７２Ｗで６．０％以下、Ｖ、Ｎｂの
１種または２種をＶ＋ｌ／２Ｎｂで５．０％以下、Ｃｕ
　０．５−３，０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなることを特徴とする被削性に優れた冷間工
具鋼であり、第２の発明は重量％でＣ１，３％を越え２
．８０％以下、Ｓｉ２．０％以下、Ｍｎ２．０％以下、
Ｃｒ　２．０−２０．０％、Ｍｏ、Ｗの１種または２種
をＭｏ＋１７２Ｗで６．０％以下、■、Ｎｂの１種また
は２種をＶ＋ｌ／２Ｎｂで５．０％以下、Ｃｕ　０．５
−３，０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物か
らなることを特徴とする被削性に優れた冷間工具鋼であ
り、第３の発明Ｎｉ０．３〜３．０％を含有する第１ま
たは第２の発明に記載の被削性に優れた冷間工具鋼であ
り、第４の発明はＣ０６，０％以下を含有する第１ない
し第３の発明のいずれかに記載の被削性に優れた冷間工
具鋼である。

〔作用〕

次に本発明鋼あ成分限定理由について述べる。

ＣはＣｒ、　Ｗ、　Ｍｏ、　Ｖ　、　Ｎｂなど炭化物形
成元素との間に炭化物を形成して耐摩耗性を高める効果
があり、また、組織をマルテンサイトに整え、冷間工具
鋼としての硬さを得るうえで重要な元素である。高すぎ
ると炭化物の量が過多となり、靭性が低下するとともに
熱間加工性が劣化し、逆に低すぎると十分な硬さが得ら
れず、また炭化物量が不足して、良好な耐摩耗性が得ら
れないため０．３％を越え２．８ｚ以下に限定する。Ｃ
のより望ましい範囲は１．３％を越え２．８０％以下で
ある。

Ｓｉは通常脱酸剤として、また基地に固溶して焼もどし
硬さを高める効果を得るために添加されるが、２．０％
を越えると加工性、靭性を低下させるので上限を２．０
％とした。

ＭｎはＳｉと同様、脱酸剤として、また焼入性の向上の
ために添加されるが、高すぎると焼なまし硬さを過度に
高め、機械加工性を低下させるため２．０％を上限とし
た。

Ｃｒは炭化物生成元素であり、Ｃとの間に硬質のＭ、Ｃ
，タイプの炭化物を生成し、耐摩耗性を高めるとともに
、基地に固溶して焼入性を向上させる重要な元素である
。Ｃｒ量はＣ量とのバランスにより炭化物量や焼入性が
決定されるが、低すぎると十分な耐摩耗性、焼入性が得
られないので３．０％以上とし、また多すぎると巨大炭
化物を過剰に晶出して靭性を害し、またフェライトを生
成し、十分な硬さが得られなくなるので２０．０％以下
とした。

Ｍ０．Ｗは、炭化物を形成してｉｌｉ１ｇＩ′耗性を高
めると共に、焼入性を向上させ、また焼もどしによって
微細な特殊炭化物を析出して強い二次硬化をもたらす。

Ｗの原子量はＭｏの約２倍であるところから、Ｍｏ、Ｗ
の１種または２種をＭＯ当量（Ｍｏ＋１７２Ｗ）で規定
した。本願発明鋼の場合、多量の添加は必要でなく、多
すぎると巨大炭化物を生成して靭性を低下させるためＭ
ｏ＋１７２Ｗで６．０％以下とした。

Ｖ、Ｎｂはともに硬質で微細なＭＣ型炭化物を形成し、
耐摩耗性を向上させるのと同時に二次硬化を付与する上
で極めて有効な元素である。■。

Ｎｂは上記効果を得るため添加するが、多すぎると巨大
炭化物を生成して、靭性を劣化させる。

Ｎｂの原子量はＶの約２倍であるところから、Ｖ、Ｎｂ
の１種または２種をＶ当量（Ｖ＋１／２Ｎｂ）で規定し
、その上限を５．０％とした。

Ｃｕは本発明鋼の焼なまし状態において、優れた被削性
を付与する上で重要な元素であり、基地中に微細なＦｅ
−Ｃｕ固溶体を析出させて基地の延性を適度に低減して
、被削性の向上に対して有効な効果をもたらす。上記の
効果を得るには、最低０．５鬼が必要であるが、逆に添
加量が多くなりすぎると熱間加工性が低下するほか、熱
処理後の硬さが得にくくなり、また靭性も低下するので
Ｃｕの範囲を０．５−３．０％に限定する。

なお、Ｃｕの適度な添加は焼なまし状態の被削性を向上
させるだけでなく、調質状態における靭性の低下がＳ、
Ｐｂ、Ｃｅ、Ｔｅなどの被削性に有効な元素の添加に比
べて寡少である点に大きな特徴がある。

Ｎｉは基地に固溶して靭性を高めるのに有効であり、ま
た焼入性の向上に効果があるため、必要に応じて添加さ
れる。

上記の効果を得るためには最低０．３％が必要であるが
、３．０％を越えて添加した場合、焼なまし硬さを過大
とし、被削性の低下をまねき、また残留オーステナイト
が増加し、焼入硬さを低下させることがらＮ１の範囲を
０．３〜３．０％とした。

Ｃｏは耐熱性を付与する効果を有するほか、被加工材と
の焼付きを防止する効果があり、必要に応じて添加され
る。ＣＯを６．０％を越えて添加すると靭性の低下をま
ねくのでその上限を６．０％に限定する。

［実施例］以下に本発明を実施例について説明する。

供試材として第１表に示すＮｏ、ｌ−Ｎｏ、２７の組成
の鋼を溶製し、得られた鋼塊を熱間鍛造した後、焼なま
し処理を施して以下に示す実験に供した。

各試料のうち、Ｎｏ、ｌ、７．Ｉ＋、＋３．１６．１８
，２１．２３および２５は各特性を比較するための従来
鋼であり、Ｎｏ、２．３，４，５，８，９．　＋０．１
２．　＋４．１５．１７．１９，２０，２２，２４゜２
６および２７は本発明鋼である。また、Ｎｏ、６はＣｕ
を過剰に含有した比較鋼である。

被削性の評価方法としては、エンドミル切削で一定距離
を切削した後の刃先摩耗を測定し、従来鋼と本発明鋼と
を比較することにより評価した。

エンドミル切削条件としてはＣｏ含有高速度工具鋼の直
径１０ｍｍの二枚刃エンドミルを使用し、切削速度：　
１６．５ｍ／ｍｉｎ、回転数：ＲＰＭ、送に月５２．５
ｍｍ１ｍ１ｎ、切込み幅：１．５ｍｍ、切込み深さ：ｌ
０ｍｍ、切削油：ループカットＢ３＋で行なった。

試験は、１ｍ切削および２ｍ切削した時点で中断し、そ
れぞれ刃先摩耗量（ｍｍ）を測定した。その結果を第２
表に示す。

この方法で、刃先摩耗量が少ないものは、被削性が良好
であり、従来鋼と比較することによって、本発明鋼の被
削性を評価したものである。

なお、刃先摩耗量が少ない場合、切削スピードの高速化
が可能であり、効率向上にも有効である。

また、第１表の供試材を用いて第２表に示す焼入れ、焼
もどしを施した試料について、硬さ、抗折力および衝撃
値を求め、これらの結果を第２表に併記した。第１表お
よび第２表かられかるようにＮｏ、ｌは従来鋼の５ＫＤ
ＩＩで、Ｎｏ、２．３．４および５は、５ＫＤＩＩにＣ
ｕを添加した本発明鋼であり、さらにＮｏ、６はＣｕを
過剰に添加した比較鋼である。

Ｃｕの添加量が０．５％以上で増加するに伴って１ｍお
よび２ｍ切削での刃先摩耗量が少なくなるのがわかる。

また、この場合の強度、靭性はＣｕ添加量が２．６６％
までは大きな低下はないが、３．１７％の添加では、靭
性が急激に低下する。

Ｎｏ、７は、冷間工具鋼のなかでも靭性を重視した従来
鋼であり、Ｎｏ、８．９．１０はＮｏ、７にＣｕを添加
した鋼である。この従来鋼のＮｏ、７は通常、焼入れ後
、高温で焼もどし処理されるものであるが、焼なまし状
態の被削性はＣｕを添加した本発明鋼の方が明らかに良
好であるのに対して、Ｎｏ、７と同一条件で、熱処理を
施した強度や靭性はＮｏ、６に比較してほぼ同じ特性を
示している。またＮｏ。

１１、１３．１６．　＋８．２１．２３および２５は、
現用の従来鋼であり、Ｎｏ、　１２．１４．　＋５．１
７．１９．２０．２２．２４．２６および２７は、従来
鋼にそれぞれＣｕを約１〜２．４％添加した本発明鋼で
ある。いずれの本発明鋼も同じグループの従来鋼に比べ
、被削性は良好であり、しかも熱処理後の強度や靭性は
ほぼ同等であることがわかる。上記の結果のうち、焼な
まし状態の刃先摩耗量が比較的大きいＣ含有量が１．３
％を越える鋼に対して特に有効である。

［発明の効果］本発明は正規の熱処理を行なった後の冷間工具鋼の強度
、靭性が良好で、しかも焼なまし状態での被削性を従来
鋼より格段に高めることが可能となり、生産効率を著し
く向上させることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％でＣ０．３０％を越え２．８０％以下、Ｓ
ｉ２．０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ２．０〜２０
．０％、Ｍｏ、Ｗの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗで
６．０％以下、Ｖ、Ｎｂの１種または２種をＶ＋１／２
Ｎｂで５．０％以下、Ｃｕ０．５〜３．０％を含有し、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とす
る被削性に優れた冷間工具鋼。
（２）重量％でＣ１．３％を越え２．８０％以下、Ｓｉ
２．０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ２．０〜２０．
０％、Ｍｏ、Ｗの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗで６
．０％以下、Ｖ、Ｎｂの１種または２種をＶ＋１／２Ｎ
ｂで５．０％以下、Ｃｕ０．５〜３．０％を含有し、残
部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする
被削性に優れた冷間工具鋼。
（３）Ｎｉ０．３〜３．０％を含有する請求項１または
２に記載の被削性に優れた冷間工具鋼。
（４）Ｃｏ６．０％以下を含有する請求項１ないし３の
いずれかに記載の被削性に優れた冷間工具鋼。