JPH04346616A - 高靱性工具鋼の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高靱性工具鋼の製造方法
に関し、更に詳しくは、縞状偏析が著しく軽減していて
、プラスチック成形用金型や熱間ダイスなどの材料とし
て有用な工具鋼を比較的短時間で製造する方法に関する
。

【０００２】

【従来の技術】ＪＩＳＧ４４０１で規定する炭素工具鋼
，ＪＩＳＧ４４０４で規定する合金工具鋼，ＪＩＳＧ４
４０３で規定する高速度工具鋼などは、いずれも、切削
工具，ベアリング，プラスチック成形用金型，熱間・冷
間ダイスなどの素材として使用されている。そのため、
これらの鋼種には、高靱性，良好な鏡面性，優れた耐熱
衝撃性，疲労強度が大きいなどの特性が、それぞれの用
途分野に応じて要求されている。

【０００３】これらの鋼材は、一般に、次のようにして
製造されている。すなわち、まず各鋼種に応じて各ＪＩ
Ｓで規定する所定成分の所定量を用いて鋼を溶製したの
ちこの溶鋼を鋳造して鋼塊とする。ついで、この鋼塊に
所定温度の均熱処理を所望時間施して、凝固組織を均質
化したのち、熱間鍛造のような熱間加工を施し、更に必
要に応じて冷間加工を施して所望形状に加工している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の製造方法においては、均熱処理の過程で、組織内に
例えば炭化物が析出して縞状偏析が必ず発現する。この
ような縞状偏析が発現したままになっている鋼材は、例
えば析出炭化物とマトリックス組織の硬度や熱膨張率な
どの特性が互いに異なるため、耐熱衝撃性や鏡面性が低
下するとともに靱性が大幅に低下してしまう。

【０００５】そのため、上記均熱処理の過程では、上記
縞状偏析を発現させないような努力がなされている。例
えば、均熱処理時に、析出炭化物が一旦溶解するような
高温で鋼塊を加熱し、その析出炭化物の溶融相をマトリ
ックス組織に液相拡散させるという方法が知られている
。

【０００６】しかしながら、上記した方法の場合、液相
拡散であるために拡散終了までに要する時間は長大とな
って製造時における生産性が低いという問題と、拡散終
了時には溶融相に占有されていた部分がボイドとしてマ
トリックス組織に残留して靱性が低下するという問題が
発生する。本発明は、工具鋼の製造時における上記した
問題を解決し、比較的短時間で均熱処理時における縞状
偏析の発現を解消し、もって高靱性の工具鋼を製造する
方法の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、炭素含有量が０．３重量％
以上である工具鋼の鋼塊に熱間加工を施して前記鋼塊に
加工歪を予め蓄積させたのち、炭化物の溶融相が現出し
ない温度で前記鋼塊に均熱処理を施して縞状偏析の発現
を抑制することを特徴とする高靱性工具鋼の製造方法が
提供される。

【０００８】本発明の製造方法は、ＪＩＳＧ４４０１，
ＪＩＳＧ４４０４，ＪＩＳＧ４４０３などのＪＩＳで規
定する炭素工具鋼，合金工具鋼，高速度工具鋼を製造す
る場合の全てに適用することができる。本発明方法にお
いては、まず、ＪＩＳが規定する組成の各鋼種が常法に
よって溶製され、その溶鋼を鋳造して鋼塊が製造される
。

【０００９】ついで、得られた鋼塊に、熱間鍛造や熱間
圧延のような熱間加工が施される。この熱間加工は、鋼
塊の凝固組織を微細組織へと破壊して鋼塊に所定量の加
工歪を予め蓄積することにより、後述する均熱処理時に
おいて縞状偏析する析出炭化物などのマトリックス組織
内への熱拡散を容易に進行させるために行われる。鋼塊
に蓄積させる加工歪は、熱間加工時における鍛練比が２
以上のときに付加されるような歪量であることが好まし
い。この加工歪が鍛練比２未満の熱間加工が付与するよ
うな量の場合は、後述の均熱処理によっても、析出炭化
物などをマトリックス組織に充分拡散させることができ
ないので縞状偏析の発現を有効に防止できない。しかし
、あまり過大な加工歪を鋼塊に蓄積させると、均熱処理
後、製品までの鍛練が不足し、結晶粒が粗大化するよう
な問題が生じてくるので、蓄積されるこの加工歪は、鍛
練比が２〜３Ｓである場合の加工で付与されるような量
であることがとくに好ましい。

【００１０】このようにして、予め所定量の加工歪が蓄
積されている鋼塊には、つぎに、均熱処理が施される。 この均熱処理は、組織の均質化と同時に、この熱処理に
よって析出する炭化物などをマトリックス組織に固相拡
散させるために行われる。このときの処理温度は、析出
炭化物などの溶融相が現出しない温度に設定される。こ
の固相拡散によって、析出炭化物などのマトリックス組
織への拡散が終了する時間は、前記した液相拡散の場合
に比べて短くなり、また、拡散終了した場合、マトリッ
クス組織へのボイドなどは残存しなくなる。

【００１１】この処理温度は、対象としている鋼種の固
相線温度をＴｓ℃とした場合、Ｔｓ−６０℃以下の温度
に設定することが好ましい。Ｔｓ−６０℃より高い温度
になると、析出炭化物などの溶融相が部分的に現出しは
じめ、その熱拡散に要する時間が長くなると同時にマト
リックス組織へのボイドも残存しはじめるからである。 しかし、処理温度が低すぎると、上記した析出炭化物の
固相拡散が起こらなくなったり、固相拡散に要する時間
が長大となって、縞状偏析を抑制し得なくなったり、生
産性の低下を招くので、通常は、Ｔｓ−１００〜Ｔｓ−
６０℃の温度域で処理することがとくに好ましい。

【００１２】また均熱処理の時間は、鋼塊の種類，鋼塊
のサイズなどによって異なってくるので一義的に決める
わけにはいかないが、要は鋼塊の中心部まで上記した処
理温度で均熱化する時間であればよい。このようにして
均熱処理が完了した鋼塊には、つぎに、常法に従って、
熱間加工，冷間加工を順次施すことにより、目的とする
鋼材に加工される。

【００１３】

【実施例】表１に示した組成の各種鋼塊試料を製造した
。

【００１４】

【表１】

【００１５】以上の各試料につき、表２で示した鍛練比
で熱間鍛造を行なって加工歪を蓄積させたのち、その鍛
造品（直径１００ｍｍ）を表２で示した温度で均熱処理
した。この均熱処理時に、発現した縞状偏析におけるＭ
ｏ（試料１〜試料７の場合）とＣｒ（試料８〜試料１０
の場合）の濃度を経時的に測定し、単位時間当りの上記
各元素の濃度変化（重量％／ｈｒ）を算出した。この値
は縞状偏析の熱拡散速度を表すことになり、この値が大
きいほど拡散が高速度で進行している、すなわち、拡散
に要する時間が短いことを表す。

【００１６】得られた各試料につき、１／４直径の位置
から長手方向に寸法が直径１０ｍｍ，長さ５５ｍｍの試
験片を切出し、各試験片のシャルピー衝撃値により靱性
を測定し、またロックウェル硬さを測定した。また、各
試験片への高周波印加により、室温←→７００℃のヒー
トサイクルを１０００回試験片に負荷し、そのときに試
験片の表面に発生したクラック総数を計測した。この数
が少ないほど耐熱衝撃性に優れていることを表す。

【００１７】以上の結果を一括して表２に示す。比較の
ために試料１〜試料１０につき、熱間鍛造を行うことな
く、直接、表２に示した温度で均熱処理を行った。その
ときの縞状偏析におけるＭｏやＣｒの濃度変化も実施例
と同様にして算出した。また得られた各比較材について
、実施例と同様にして、靱性，ロックウェル硬さを測定
した。

【００１８】以上の結果も表２に併記した。

【００１９】

【表２】

【００２０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明方
法によれば、均熱処理時における析出物の拡散速度が大
きく縞状偏析が著しく軽減している、これは、表２から
明らかなように、均熱処理に先立って鋼塊に予め加工歪
を付与することがもたらす効果である。

【００２１】したがって、本発明方法で製造された工具
鋼は、靱性が高く、耐熱衝撃性も優れていて、熱間ダイ
スやプラスチック成形用金型などに用いる鋼種としての
有用性が大である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　炭素含有量が０．３重量％以上である
   工具鋼の鋼塊に熱間加工を施して前記鋼塊に加工歪を予
   め蓄積させたのち、炭化物の溶融相が現出しない温度で
   前記鋼塊に均熱処理を施して縞状偏析の発現を抑制する
   ことを特徴とする高靱性工具鋼の製造方法。
2. 【請求項２】　　前記熱間加工が鍛練比２以上で行なわ
   れ、また均熱処理が前記鋼塊の固相線温度より６０℃以
   上低い温度で行われる請求項１の高靱性工具鋼の製造方
   法。