JPH04280945A

JPH04280945A - 粉末高速度工具鋼

Info

Publication number: JPH04280945A
Application number: JP6409891A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nishida; 純一西田; Norimasa Uchida; 内田　憲正
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1991-03-05
Filing date: 1991-03-05
Publication date: 1992-10-06

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、切削工具や圧造工具に
用いられ、特に高温における硬さと耐摩耗性が要求され
る高速使用条件下において、顕著に優れた耐摩耗性と同
時に高い靭性を有する粉末高速度工具鋼に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】切削工具、圧造工具に用いられる高速度
工具鋼は、高硬度で耐摩耗性が優れること、および靭性
に優れること、の２つの要求を満足することが望まれて
いる。溶製高速度工具鋼の靭性を向上させる方法として
は、Ｎｂ等の元素を微量添加し、結晶粒を微細化させて
靭性を向上する方法（例えば特開昭５８−７３７５３号
、同５８−１１７８６３号等）、Ｎｂと希土類元素を複
合添加することにより、Ｎｂを主体としたＭＣ型炭化物
を均一微細化する方法（特公昭６１−８９６号）等種々
提案されている。

【０００３】一方、耐摩耗性を向上させる方法としては
、炭化物を均一微細に分布させ、かつ結晶粒の微細化が
可能な粉末高速度工具鋼において、炭化物量を増大させ
る方法が最も一般的である。例えば、特公昭５７−２１
４２号、特開昭５５−１４８７４７号は、主にＷ当量を
高めることにより、Ｗ，Ｍｏを主体とするＭ６Ｃ型炭化
物量を増加させ、高硬度化により耐摩耗性の向上を図っ
たものである。また、粉末高速度工具鋼において、結晶
粒の微細化と、さらには、焼入温度を高めても結晶粒を
粗大化させないことを目的として、Ｎｂを含有せしめる
ことが検討されている｛Ｍｅｔａｌｌ．Ｔｒａｎｓ．１
９Ａ（１９８８）　Ｐ１３９５〜１４０１，特開平１−
２１２７３６号｝。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特開昭５
８−７３７５３号、同５８−１１７８６３号の溶製高速
度工具鋼では、Ｎｂを過度に添加すると、Ｎｂを主体と
したＮｂＣの粗大な炭化物を晶出し、Ｗ，Ｍｏを主体と
するＭ６Ｃ型炭化物も、凝固時に粗大な炭化物を晶出さ
せるために、結晶粒微細化による靭性向上効果が減殺さ
れ、かえって靭性が低下するといった問題点があった。また、上記の粉末高速度工具鋼で、耐摩耗性を向上させ
る目的で、炭化物量の富化や工具の高硬度化が行なわれ
てきたが、靭性が低下してしまい、工具の折損や欠けが
問題となっていた。

【０００５】また、前記特開昭５５−１４８７４７号に
、Ｎｂを添加した粉末高速度鋼が提案されているが、こ
の例ではＮｂをＶの代替として添加し、硬質の炭化物を
形成することを主眼においたものである。さらに、Ｍｅ
ｔａｌｌ．Ｔｒａｎｓ．１９Ａ（１９８８）　Ｐ１３９
５〜Ｐ１４０１、特開昭１−２１２７３６号に開示され
る高速度工具鋼は、Ｎｂを添加することにより、結晶粒
を粗大化せずに焼入温度を高めることを可能としている
が、本発明者の考えによると合金元素量、特にＷ当量が
低いために、苛酷な工具使用条件下では高温焼もどし軟
化抵抗が不十分で、また炭化物量も少ないため、耐摩耗
性も不十分である。

【０００６】したがって、以上説明した従来の高速度工
具鋼は、高速化が要求されている近時の工具使用条件に
対応することが困難であった。そこで、本発明は工具使
用条件の高速化に対応できる高温焼もどし軟化抵抗特性
を顕著に高めるとともに、高耐摩耗性かつ高靭性の粉末
高速度工具鋼の提供を課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】近年、工具の使用条件が
高速化されるにつれ、工具の高硬度化が重要な要因とな
っている。本発明者も、実際にエンドミル等の工具を使
用して、工具寿命と材質要因との関係について解析した
結果、寿命向上には硬さ、特に工具使用中に、工具が高
温になるため、焼もどし軟化抵抗特性が最も重要である
ことを知見した。

【０００８】本発明は、この知見を考慮してなされたも
ので、下記の２点を基本的な技術思想とするものである
。■焼もどし軟化抵抗を最大限に高めるために、化学成
分上、特に、Ｗ＋２Ｍｏ、Ｗ／２ＭｏおよびＣ−Ｃｅｑ
を特定範囲内に規制することが有効であることを見出し
た。すなわち、Ｗ＋２Ｍｏ量を増すことにより、硬い炭
化物を分散させ、マトリックス中に固溶する合金元素量
を増すことが有効である。さらに、Ｗの量を多くし、Ｗ
／２Ｍｏ≧１とすると、高い焼もどし硬さが得られ、高
Ｍｏ系の材料よりはより高い焼もどし軟化抵抗が得られ
る。Ｃ量は他の炭化物形成元素量との兼ね合いで決める必要
があり、Ｃ−Ｃｅｑで調整される。高い焼もどし軟化抵
抗を得るためには、Ｃ−Ｃｅｑを規制し、マトリックス
中に固溶するＣ量を確保することが必要である。

【０００９】■多くの合金元素をマトリックス中へ固溶
せしめんとして焼入温度を高くすると、結晶粒が粗大化
するが、これをＮｂを含有せしめ、かつそのＮｂ／Ｖ比
を規制することにより、結晶粒の粗大化を防止し、微細
結晶粒を確保し、靭性の低下を防止する。ＮｂはＶと同
様ＭＣ炭化物を形成するが、結晶粒の粗大化を防止する
のに有効な１μｍ以下の微細ＮｂＣを形成するためには
、原子比でＶよりも多いＮｂを含有しなければならない
。重量比ではＮｂ／Ｖが０．５以上必要である。

【００１０】そして、これらは以下に示すような成分バ
ランスを満たして、はじめて上記の特性を満足できるこ
とを見い出した。本発明は、重量比でＣ　１．５％を越
え２．２％以下、Ｓｉ≦１．０％、Ｍｎ≦０．６％、Ｃ
ｒ　３．０〜６．０％、ＷまたはさらにＭｏをＷ＋２Ｍ
ｏで　２０〜３０％かつ、Ｗ／２Ｍｏ≧１、Ｖ≦５．０
％、Ｎｂ　２．０〜７．０％、但しＮｂ／Ｖ≧０．５、
Ｃｏ　４．０〜１５．０％、残部がＦｅおよび不可避的
不純物よりなり、Ｃ−Ｃｅｑが−０．１５〜０．０５（
Ｃｅｑ＝０．２４＋０．０３３・Ｗ＋０．０６３・Ｍｏ
＋０．２Ｖ＋０．１・Ｎｂ）の関係を満たすことを特徴
とする粉末高速度工具鋼である。

【００１１】

【作用】以下に成分の限定理由を説明する。Ｃは同時に
添加されるＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂと硬い炭化物を形
成して耐摩耗性向上に寄与する。さらに、焼入時にマト
リックス中に固溶して焼もどし２次硬化を向上する作用
もある。しかし、多すぎるとマトリックス中に固溶する
炭素量が著しく増え靭性を低下させる。したがって、Ｃ
量はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ含有量との兼ね合いで決
める必要があり、本発明では１．５〜２．２％の範囲と
Ｃ−Ｃｅｑの値が−０．１５〜０．０５の関係を満足す
るようＣ量を調整する。この関係を満足させることによ
り、高い高温焼もどし軟化抵抗を得るための１条件が達
成される。

【００１２】Ｓｉ，Ｍｎは脱酸剤として添加するが、多
量に添加すると靭性を害する等の問題があるので、Ｓｉ
　１．０％以下、Ｍｎ　０．６％以下に限定する。Ｃｒ
は焼入性を高め、また焼もどし２次硬化性を高める目的
で３〜６％添加する。３％より少ないと上記効果が少な
く、逆に６％より多いとＣｒを主体とするＭ２３Ｃ６型
の炭化物が極端に増えて全体の靭性を害し、さらに焼も
どし時に炭化物の凝集を速め軟化抵抗を減ずる。

【００１３】本発明の目的である顕著な耐摩耗性を付与
するためには、硬い炭化物を多量に分散させ、しかもマ
トリックス硬度を高める必要がある。本発明で、Ｗ，Ｍ
ｏ量は、上記の目的で重要な元素である。Ｗまたはさら
にＭｏをＷ＋２Ｍｏで２０〜　３０％とする。２０％よ
り少ないと上記効果が少ない。しかし、Ｗ＋２Ｍｏが３
０％を越えると、連結した炭化物が急増し、マトリック
ス中に固溶する合金元素も極端に多くなって靭性の低下
が著しくなるので、ＷまたはさらにＭｏをＷ＋２Ｍｏで
２０〜３０％とする。また、Ｗ／２Ｍｏ比を１以上に高
めることにより、本発明の特徴である焼もどし軟化抵抗
を著しく向上するための、他の１条件（１方はＣ−Ｃｅ
ｑの条件）を満たすことができる。

【００１４】Ｖもまた耐摩耗性を高めるのに有効な元素
である。耐摩耗性の目的からは、できるだけ多く含有さ
せたい。しかし、５％を越えると粗大なＭＣ型炭化物が
晶出し易くなり、靭性や工具の被研削性を害するので、
５％以下とした。Ｎｂは、本発明において最も重要な元
素の一つである。Ｎｂを特定の成分範囲に限定すると、
耐摩耗性に有効な１〜５μｍのＮｂを主体とした硬質の
炭化物と、１μｍ以下の微細な炭化物とが晶出する。本
発明者は、この微細なＮｂＣが結晶粒成長を抑制し、焼
入温度を高めても結晶粒の粗大化を効果的に抑制する成
分範囲を見出した。この微細なＮｂＣはＮｂ量、Ｎｂ／
Ｖ比と密着に関係しておりＮｂ量及びＮｂ／Ｖ比が低い
と、微細なＮｂＣがほとんど晶出しないため、Ｎｂ≧２
％およびＮｂ／Ｖ≧０．５となるようＮｂ量を調整した
。しかし、Ｎｂが７％を越えると、極めて粗大なＮｂＣ
を晶出し、靭性や被研削性を害するので、７％以下とし
た。

【００１５】Ｃｏは本発明の目的である軟化抵抗の向上
に極めて有効な元素である。マトリックス中に固溶し、
炭化物の析出および凝集を遅らせ、高温における硬さと
強度を著しく向上させる効果がある。しかし、Ｃｏが１
５．０％を越えると固溶によるＣｏ単独相の晶出が生ず
ることにより靭性が低下するので１５．０％以下とした
。

【００１６】

【実施例】表１に窒素ガスアトマイズ粉末をＨＩＰ（熱
間静水圧プレス処理）する方法により作製した８種類の
実験材の化学組成を示す。それぞれの材料は、ＨＩＰ後
、鍛伸により約１６ｍｍ角とした棒鋼である。

【００１７】

【表１】

【００１８】表２にこれら実験材の焼入、焼もどしの条
件とそれによる焼もどし後の硬さ、インターセプト法に
よる結晶粒度（焼入後）、６５０℃で１時間加熱保持後
、空冷した際の硬さ（焼もどし軟化抵抗）および、靭性
を評価するため上記鍛伸材より５φ×７０　ｌの試験片
を採取し、前記と同様の熱処理を施した後、スパン５０
　ｌで曲げ試験を行った際の抗折力を示す。表２に示す
熱処理における焼入れは、結晶粒が粗にならない温度範
囲で、可能な限り高い温度（試料により１２１０℃また
は１２５０℃）で１５分間のオーステナイト化を行なっ
た後、５５０℃の熱浴焼入を行なったものである。なお
、焼もどしは５６０℃×１時間の３回である。

【００１９】

【表２】

【００２０】以下、各試料について詳細に説明を行なう
。Ｎｏ．５，６は比較鋼で、Ｃｏを含まないため、ある
いはＷ当量が低いために、焼入れ時にマトリックス中へ
固溶する合金元素量が不十分で、焼もどし軟化抵抗が低
い。Ｎｏ．７は、Ｎｂを添加していないために、焼入温度を
高めたときに、結晶粒が粗大化しやすい。そのため、焼
入温度の上限が１２１０℃程度で、この焼入温度では、
マトリックス中への合金元素の固溶が不十分で、焼もど
し軟化抵抗も低い。Ｎｏ．８は、Ｃ−Ｃｅｑで計算され
る△Ｃが多く、マトリックス中に過剰にＣが固溶し、抗
折強度が著しく低下した。Ｎｏ．１〜４は、本発明鋼で
Ｃ量は、合金元素量のバランスが適当で、ＨＲＣ６５以
上の高い焼もどし軟化抵抗と、２５０ｋｇｆ／ｍｍ２以
上の抗折強度が得られた。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、従来不十分であった高
温での軟化抵抗特性を大幅に向上できるので高温での耐
摩耗性を顕著に改善し、かつ結晶粒が微細なままで、靭
性も従来と同等以上に高いため、工具の高速使用条件下
で、大幅な寿命向上が達成できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　重量比でＣ　１．５％を越え２．２％
以下、Ｓｉ≦１．０％、Ｍｎ≦０．６％、Ｃｒ　３．０
〜６．０％、ＷまたはさらにＭｏをＷ＋２Ｍｏで　２０
〜３０％かつ、Ｗ／２Ｍｏ≧１、Ｖ≦５．０％、Ｎｂ　
２．０〜７．０％、但しＮｂ／Ｖ≧０．５、Ｃｏ　４．
０〜１５．０％、残部がＦｅおよび不可避的不純物より
なり、Ｃ−Ｃｅｑが−０．１５〜０．０５（ただしＣｅ
ｑ＝０．２４＋０．０３３・Ｗ＋０．０６３・Ｍｏ＋０
．２Ｖ＋０．１・Ｎｂ）の関係を満たすことを特徴とす
る粉末高速度工具鋼。