JPH04354852A

JPH04354852A - 高速度鋼工具用高硬度シャンク材または胴材

Info

Publication number: JPH04354852A
Application number: JP12723591A
Authority: JP
Inventors: Norimasa Uchida; 内田　憲正
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1991-05-30
Filing date: 1991-05-30
Publication date: 1992-12-09

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】本発明は高速度鋼を工具または耐
摩耗部材とし、これにシャンクまたは胴部を各種溶接法
で溶接して使用する高硬度シャンク材または胴材に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より高速度鋼を使用する切削工具等
では高価な高速度鋼を節約するために、シャンクまたは
胴部を低級鋼をもって溶接することが行なわれている。例えばエンドミルカッターではシャンクと刃材を摩擦溶
接あるいはバット溶接しており、メタルバンドソーでは
胴部と刃材を電子ビーム溶接し高速度鋼の節約のみなら
ず使用中の胴部切断を防止する積極的意味においても胴
材が使用されている。シャンク材または胴材として具備
すべき条件は安価であることは勿論であるが、この他に
、（１）溶接部の脱炭あるいは浸炭が少ないこと。（２）高速度鋼と同時に熱処理しても十分な強度と靭性
を有すること。（３）焼もどしによって刃材の高速度鋼にできるだけ近
い高い硬度を有すること。（４）溶接性が良いこと。等が要求される。この種の用途に使用されるシャンク材
または胴材としては特開昭５２−２０３１７号、特開昭
５４−７６４１４号、特開昭５６−１０２５５５号、特
開昭５７−７６１５０号などが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、工具または耐摩
耗部材として用いる高速度鋼の進歩はめざましく、ＨＲ
Ｃ６８〜６９の硬さで使用される溶製高速度鋼や、ＨＲ
Ｃ７０以上の高硬度で使用される粉末高速度鋼がエンド
ミルなどの切削工具で実用化されている。ところが、従
来のシャンク材または胴材は実用的には最高でＨＲＣ５
５程度の硬さしか得られず、高速度鋼の硬さと比較して
その差が大きく、工具の性能を十分に発揮できない問題
があった。本発明の目的は、シャンク材または胴材と高
速度鋼部材を溶接した後、一体化した状態で高温焼入し
た後に焼もどし熱処理を行なっても、シャンク材または
胴材の硬さがＨＲＣ６０以上の高硬度が得られ、しかも
シャンク材または胴材としての必要条件である安価で、
溶接性が良く、溶接部の脱炭または浸炭が少なく、その
うえオーステナイト結晶粒が粗大化し難い性質を有する
、新規なシャンク材または胴材を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、重量％で、Ｃ
　０．４５〜０．６５％、Ｓｉ　１．５％以下、Ｍｎ　
１．０％以下、Ｃｒ　３．２〜６．０％、Ｍｏ　１．０
％を越え２．１５％以下、Ｖ　０．３〜１．２％を含み
、残部Ｆｅおよび不純物からなることを特徴とする高速
度鋼工具用高硬度シャンク材または胴材であり、必要に
応じてＷ　１．５％以下、およびまたはＮｉ　０．２〜
２．２％を添加することができる。

【０００５】

【作用】以下、本発明の成分限定理由につき述べる。Ｃ
は基質に固溶してマルテンサイトの硬さを高める。また
、同時または必要に応じて添加するＭｏやＷ，Ｖと炭化
物を形成して、析出硬化に寄与するので、本発明では重
要な添加元素である。Ｃが０．４５％未満では本発明で
目的とするＨＲＣ６０以上の硬さが得られず、逆に０．
６５％を越えると、高速度鋼に合わせた高温焼入時に結
晶粒が著しく粗大化して、シャンク材（または胴材）と
して必要な靭性が著しく低下するので０．４５〜０６５
％に限定する。特に、Ｃ　０．５〜０．６０％の範囲で
は、硬さと靭性のバランスで最適な特性が得られる。

【０００６】Ｓｉは脱酸剤として添加するほか、基質に
固溶して、焼入れ、焼もどし硬さを高くする作用がある
。特に多く添加しなくても本発明の目的は達成できるが
、０．８〜１．５％の範囲で添加させると、特に高い硬
さが得られ有効である。しかし、１．５％を越えると被
削性が悪くなること、また靭性が低くなることの理由で
、Ｓｉは１．５％以下に限定する。

【０００７】Ｍｎは脱酸剤として、１．０％以下の範囲
で添加する。Ｍｎの望ましい範囲は０．２〜０．８％で
ある。

【０００８】Ｃｒは一部が基質に固溶して焼入性を向上
させ、焼もどし軟化特性を高める作用がある。さらに、
基質に固溶している炭素の活量を下げる働きも重要であ
る。本発明のように炭素含有量が０．４５〜０．６５％
と高い場合には、高速度鋼と同じ条件でオーステナイト
化（１２００℃付近）した場合に、シャンク材（または
胴材）から高速度鋼側への炭素の拡散がおこり易くなる
。このため、接合部付近の高速度鋼が高炭素濃度となっ
て靭性が低下する。このような現象を回避するために、
本発明鋼では、従来のシャンク材（または胴材）にない
、高いＣｒ含有量とした。すなわち、基質のＣｒ固溶量
を高めることによってＣの活量を下げ、シャンク材（ま
たは胴材）から高速度鋼側へのＣの拡散を抑制したもの
である。また、Ｃｒは炭化物を形成して結晶粒の粗大化
を抑制する効果も併せ持つ。Ｃｒ量が３．２％未満では
上記の効果が小さく、６％を越えても上記効果が飽和す
ることや安定なＣｒ系炭化物が増加して逆に焼入れ、焼
もどし硬さが低くなること、さらに、Ｃの活量が低くな
り過ぎて逆に高速度鋼からシャンク材（または胴材）へ
Ｃの拡散がおこるようになることの理由で、Ｃｒは３．
２〜６．０％とする。特にＣｒ　４．０〜５．５％の範
囲で効果が最大となる。

【０００９】Ｍｏは炭化物を形成して析出硬化に寄与し
、本発明の目的の一つである硬さがＨＲＣ６０以上の高
硬度を得るために重要な元素である。すなわち、Ｍｏ　
１．０％を越え２．１５％以下の時、高速度鋼に合わせ
た高い温度で同じ焼入れ、焼もどしを行なっても、なお
硬さがＨＲＣ６０以上の高硬度を確保することができる
。Ｍｏが１．０％以下では上記目的の硬さが得られず、
逆にＭｏが多いと安価なシャンク材（または胴材）を提
供する本来の目的を逸脱するので、Ｍｏの上限を２．１
５％以下に限定する。また、必要に応じて以下に示す条
件でＷを添加することができる。すなわち、Ｗ　１．５
％以下、Ｍｏ　２．１％以下で、かつＷ＋２Ｍｏ量が２
．２〜４．３％である。ＷとＭｏは本質的には同じ作用
を示すが、Ｍｏ単独よりもＭｏにＷを少量複合添加する
と、結晶粒を微細にし、焼もどし軟化抵抗を高める効果
がある。しかし、Ｗは原子量がＭｏの約２倍も大きいの
で、経済的な観点から多く添加させるのは不適当であり
、Ｗは１．５％以下とし、さらにＭｏの上限を２．１％
以下にするとともに、Ｗ＋２Ｍｏ量を２．２〜４．３％
とする。なお、ＷおよびＭｏの望ましい範囲は、Ｗ　０
．０５〜０．５％、Ｍｏ　１．１〜１．８％をＷ＋２Ｍ
ｏ量で２．５〜３．７％である。

【００１０】Ｖは、安定な炭化物を形成するので、結晶
粒を微細化し、シャンク材（または胴材）として必要な
靭性を保持する効果があるので、０．３％以上が必要で
ある。しかし、１．２％を越えると、粗大なＶＣ系炭化物が形
成されて靭性、加工性を下げるので０．３〜１．２％と
する。Ｖの望ましい範囲は０．３〜１．０％である。

【００１１】Ｎｉは、靭性を高める効果があり、有効な
元素である。また、比較的冷却速度が遅い条件で焼入れ
するような工具のシャンクとして使用される場合には、
基質を低温ベイナイト組織とし、靭性をさらに高める効
果もある。Ｎｉを添加しなくても本発明の目的は十分に
達成できるが、必要に応じて上記の理由で０．２〜２．
２％添加するとより効果的である。Ｎｉは０．２％未満
では上記効果が少なく、２．２％を越えると焼なまし硬
さが下がり難くなり、特にシャンク材としては不適当で
ある。

【００１２】その他、本発明の目的を達成する上で、特
に添加する必要はないが、本発明のシャンク材または胴
材の機能をより高める目的で、以下に示す元素について
添加または制御することができるものとする。Ｃｏは焼
入れ焼もどし硬さを高くする。Ｎｂ，Ｔｉなどの安定炭
化物を形成する元素は、結晶粒の微細化に有効である。Ａｌや希土類元素のような強力な酸化物形成元素は酸素
を固定して刃材と胴材を真空中で電子ビーム溶接すると
き、ブローホールの形成を抑制する。窒素も通常　０．
０１ｗｔ％以上含有しているが、０．０１％以下となる
ような溶解、精錬条件で製造すると同様にブローホール
の形成を抑制できる。ＰやＳなど有害微量元素を極力低
く抑えると、シャンク材の靭性や疲労強度の向上に有効
である。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本発明鋼
および従来鋼の化学成分を表１に示す。このうち試料Ａ
ないしＧは本発明鋼で、試料Ｈは特開昭５７−７６１５
０号、試料Ｉは特開昭５４−７６４１４号、試料Ｊは特
開昭５６−１０２５５５号にそれぞれ開示された従来鋼
である。これらの鋼塊は分塊後、鍛伸して棒材とし、各
種試験を行なった。まず、１２００℃で焼入れした後、
オーステナイト結晶粒度を測定し、次いで５５０℃×１
時間（３回繰り返し）で焼もどし処理を行なった試料に
ついて、硬さと抗折力を測定し、その結果を表２に示す
。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】本発明鋼は高速度鋼と同じ条件で焼入れ、
焼もどしを行なって、硬さがＨＲＣ６０以上の高硬度と
することができる。これに対して従来鋼は硬さがＨＲＣ
６０未満であり、本発明鋼の方がより高い硬さが得られ
ることがわかる。しかも、このように、高い硬さでも、
オーステナイト結晶粒や抗折力は従来鋼と同等か、これ
らを上回る。このように高い硬さと優れた靭性を併せ持
つ本発明鋼は、特に近年開発された、高硬度な高速度工
具のシャンク材や胴材として最適であり、工具の性能を
最大限に引き出させるものである。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、シャンク材または胴材
と高速度鋼部材を溶接した後、一体化した状態で高温焼
入れした後に、焼もどし熱処理を行なっても、シャンク
材または胴材の硬さがＨＲＣ６０以上の高硬度が得られ
、しかも安価で、溶接性が良く、溶接部の脱炭、浸炭が
少なく、そのうえオーステナイト結晶粒が粗大化し難い
性質を有するもので、シャンク材または胴材として優れ
た性能を発揮する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　重量％で、Ｃ　０．４５〜０．６５％
、Ｓｉ　１．５％以下、Ｍｎ　１．０％以下、Ｃｒ　３
．２〜６．０％、Ｍｏ　１．０％を越え２．１５％以下
、Ｖ　０．３〜１．２％を含み、残部Ｆｅおよび不純物
からなることを特徴とする高速度鋼工具用高硬度シャン
ク材または胴材。
【請求項２】　　重量％で、Ｃ　０．４５〜０．６５％
、Ｓｉ　１．５％以下、Ｍｎ　１．０％以下、Ｃｒ　３
．２〜６．０％と、Ｗ　１．５％以下、Ｍｏ　２．１％
以下で、かつＷ＋２Ｍｏ量が２．２〜４．３％、さらに
Ｖ　０．３〜１．２％を含み、残部Ｆｅおよび不純物か
らなることを特徴とする高速度鋼工具用高硬度シャンク
材または胴材。
【請求項３】　　重量％で、Ｃ　０．５０〜０．６０％
、Ｓｉ　０．８〜１．５％、Ｍｎ　０．２〜０．８％、
Ｃｒ　４．０〜５．５％と、Ｗ　０．０５〜０．５％、
Ｍｏ　１．１〜１．８％で、かつＷ＋２Ｍｏ量が２．５
〜３．７％、さらにＶ　０．３〜１．０％を含み、残部
Ｆｅおよび不純物からなることを特徴とする高速度鋼工
具用高硬度シャンク材または胴材。
【請求項４】　　重量％で、Ｃ　０．４５〜０．６５％
、Ｓｉ　１．５％以下、Ｍｎ　１．０％以下、Ｎｉ　０
．２〜２．２％、Ｃｒ　３．２〜６．０％、Ｍｏ　１．
０％を越え２．１５％以下、Ｖ　０．３〜１．２％を含
み、残部Ｆｅおよび不純物からなることを特徴とする高
速度鋼工具用高硬度シャンク材または胴材。
【請求項５】　　重量％で、Ｃ　０．４５〜０．６５％
、Ｓｉ　１．５％以下、Ｍｎ　１．０％以下、Ｎｉ　０
．２〜２．２％、Ｃｒ　３．２〜６．０％と、Ｗ　１．
５％以下、Ｍｏ　２．１％以下で、かつＷ＋２Ｍｏ量が
２．２〜４．３％、さらにＶ　０．３〜１．２％を含み
、残部Ｆｅおよび不純物からなることを特徴とする高速
度鋼工具用高硬度シャンク材または胴材。
【請求項６】　　重量％で、Ｃ　０．５０〜０．６０％
、Ｓｉ　０．８〜１．５％、Ｍｎ　０．２〜０．８％、
Ｎｉ　０．２〜２．２％、Ｃｒ　４．０〜５．５％と、
Ｗ　０．０５〜０．５％、Ｍｏ　１．１〜１．８％で、
かつＷ＋２Ｍｏ量が２．５〜３．７％、さらにＶ　０．
３〜１．０％を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなるこ
とを特徴とする高速度鋼工具用高硬度シャンク材または
胴材。