JPH06509843A - 粉末治金で製造した高速度鋼 - 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】 粉末冶金で製造した高速度鋼 本発明は、新規の合金組成を有する高速度鋼に関する。

この鋼は、第一に高耐摩耗性の工具を製造するためのものである。特に、この鋼 は紙裁断刃等の木材及び紙を切断するための工具；粉末用のダイ及びドリフト等 にするためのものである。他の想到しつる用途には道路に対して摩耗を受ける小 部品等の摩耗部品、例えばタイヤスタッド及び耐摩耗性が根本的に必要であるが 、靭性に関するかぎりは要求がより寛大である他の用途がある。

これらの用途に対し、＊ＡＳＰρ２３の商品名で市販されている、Ｃ：　１．２ ９、Ｓｉ　：　０．４　、Ｍｎ：　０．３　、　Ｃｒ：　４．０、閤ｏ：５．０ ．Ｗ：６．２、Ｖ：３．１、及び鉄及び通常量の不純物から成る残余の公称組成 （ｎｏｍｉｎａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を有する高速度鋼が今日使用され ている。この鋼の特色は、比較的良好な耐摩耗性及び比較的良好な靭性を有する ことである。しかしながら、靭性のある程度の低下を我慢してもなおさらに良好 な耐摩耗性を有する工具が要望されている。

このことは特に序文で述べたような物体にかかるものである。非常に高い耐摩耗 性を有する鋼にはＡＳＰＲ６０の商品名で市販されている、Ｃ：　２．３０、Ｃ ｒ　：　４．２　、　Ｍｏ　：　７．０、Ｗ　：　６．５　、　Ｃｏ　：　１０ ．５、　Ｖ　：　６．５　、及び鉄及び通常量の不鈍物から成る残余の公称組成 を有する高速度鋼がある。この鋼は金属切削工具及び冷間加工工具に使用されて いるが、序文で述べた種類の工具、すなわち紙及び木材を切断するための工具等 には適さない、すなわち、この種の工具は、その鋼が鋼の低い靭性によって機械 加工しにくいので製造しに（い形を必要とすることが多い。

＊ＡＳＰはクロスター・スピードスチール・アクチボラーグの登録商標である。

本発明の目的は、序文に述べた種類の工具用の鋼に生じる兼備するのが困難であ る種々の要件を従来使用された鋼より良好に満足する新規の高速度鋼を提供する ことにある。

特に、本発明の目的は、ＡＳＰ２３より実質的に良好であり、また好ましくはＡ ＳＰ６０より実質的に良好であり、好ましくはＡＳＰ２３と同等である非常に良 好な靭性を兼備してＡＳＰ６０と同等又はより良好である耐摩耗性を有する高速 度鋼を提供することにある。

これら及び他の目的は、鋼を添付請求の範囲に記載されることによって特徴付け ることで達成することができる。

以下に、好ましい種々の合金元素をより詳細に説明する０本明細書において、い くつかの理論を達成される効果の基礎であると考えられる機構に関して述べる。

しかしながら、請求した特許権保護はいかなる特定の理論にも拘束されないこと を理解すべきである。

炭素は本発明の鋼において多官能性である。炭素は、まずバナジウムとＭＣ炭化 物を形成する。これらの炭化物は未溶解−次炭化物及び析出硬化二次炭化物とし て存在する。さらに、炭素は、主としてモリブデン及びタングステンと析出硬化 Ｍ２　Ｃ炭化物を形成する。したがって、第一に炭素含有量を少量のクロム、鉄 及びマンガンも含んでいる前記炭化物を形成するためにバナジウム、モリブデン 及びタングステンの含有量に適合させる。

したがって、炭素含有量は少なくとも２．２％、好ましくは少なくとも２．２５ ％、適切には少なくとも２．３％である。

一方、炭素含有量は脆化を生じるほど高くてはならない。

これらの条件によって、狭い最適な炭素含有量範囲だけが許され、また炭素含有 量が２．７％以下、好ましくは最高で２．６％、適切には最高で２．５５％でな くてはならないことが示唆される。最適な炭素含有量は２．４又は２．５％であ りうる。

ケイ素は融成物の冶金学的脱酸素法において通常の量で、すなわち最高で１．０ ％、通常は最高で０．７％の量で鋼融成物の脱酸素の残留分として鋼中に存在し つる。

マンガンも融成物の冶金学的プロセス技術の残留分として主として存在しつる。

この場合、マンガンは硫化マンガンを形成することによってそれ自体公知の方法 で硫黄不純物を無害にするために重要である。鋼におけるマンガンの最高含有量 は１．０％、好ましくは最高で０．５％である。

クロムは、鋼のマトリックスの十分な硬度に寄与するために少なくとも３％、好 ましくは少なくとも３．５％の量で鋼中に存在する。しかしながら、クロムが多 過ぎると、変態することが困難になりうる残音オーステナイト形成の危険性を生 じる。したがって、クロム含有量は最高で５％、好ましくは最高で４．５％に制 限する。

モリブデン及びタングステンは、鋼の所望の耐摩耗性に寄与するＭ２　Ｃ炭化物 の析出のための固溶化熱処理後の焼戻し中の二次硬化効果をもたらすために鋼中 に存在する。

適切な二次硬化効果をもたらすためにそれらの範囲を他の合金元素に適合させる 。モリブデンは少なくとも２．５％、好ましくは少なくとも２．７％、適切には 少なくとも２．８％の量で存在すべきである。タングステンも少なくとも２．５ ％の量で、しかし好ましくは３．７％以上、適切には少なくとも３．８％の量で 存在すべきである。モリブデン含有量は４．５％を越えるべきではなく、好まし くは３．３％を越えるべきではなく、適切には３．２％を越えるべきではなく、 一方タングステンは４．５％を越えるべきではなく、好ましくは４．３％を越え るべきではなく、適切には４，２％を越えるべきではない、理論上、モリブデン 及びタングステンはお互いに全体的に又は部分的に置き換えることができる。こ のことは、タングステンを半量のモリブデンで置き換えることができ、またはモ リブデンを二倍量のタングステンで置き換えることができることを意味する。し かしながら、そうする二とによっである種の製造における技術的利益、より詳細 には熱処理技術に関する利益が付与されるので、モリブデン及びタングステンは 前記合金元素の全量に基づき前記割合で存在すべきである二とが経験かられかっ ている。

バナジウム及び炭素は非常に固い炭化バナジウム、ＭＣを形成する。鋼がバナジ ウムを多く含有すればするほど、ＭＣ炭化物が多く形成され（但し、対応する量 の炭素を供給するという条件で）、また鋼の耐摩耗性が良好になる。

したがって、バナジウム含有量は高い、しかしながら、素材を通常のインゴット 製造によって製造すると、高バナジム含有量の高速度鋼も従来の高速度鋼と同等 のバナジウム含有量の高速度鋼も脆くなる。なぜならば、この場合、焼入れ操作 中に溶解されずに未溶解のままで、脆化を生じる大きな概して不均一に分散され た一次炭化物が生成されるからである。

本発明のこの問題は、鋼を粉末冶金によって製造して、確実に１次炭化バナジウ ムが小さくなり５かつ鋼中に均一に分散されるようにすることによって解決され る。

しかしながら、焼入れ中に溶解する少容量の炭化バナジウムが焼戻し操作中にＭ Ｃ炭化物として再析出して、二次硬化の拡大に寄与する。

したがって、バナジウムが鋼の高耐摩耗性を確立するための、そしてその上、本 発明の適切な靭性を与えるために重要な役割を担っている。それ故に、ハアジウ ムは少なくとも７５％、好ましくは少なくとも７，８％　適切には少なくとも７ ．９％の量で存在する。しかしながら、バナジウ１゜が多過ぎると脆化を生じる ので、バナジウム含有量は最高で９，５％、好ましくは最高で９％、適切には最 高で８．５％に制限される、公称バナジウム含有量は８％である。

−上述の元素のほかに、ｍは窒素、不可避の不純物及び上述のもの以外の鋼の融 成物の冶金学的処理から得られる通常量の残留分も含有する。ある種の高速度鋼 及び他の工具鋼に存在しつるコバルトは通常この鋼に存在しないが、最高で１． ０％、好ましくは最高で０．５％までの量で寛容する二とができる。しかしなが ら、鋼は室温で有用であるので、鋼はコバルトを含まないのが適切である。なぜ ならば二の元素は鋼の靭性を低下させるからである。それらが鋼の合金元素の意 図する相互作用に好ましくない影響を与えず、また鋼の所望の特徴並びに意図す る用途に対するその適性を損なわないならば、他の元素を少量鋼に故意に添加す ることができる。

鋼の技術的特徴は以下の二とによって説明することかできる −　鋼は粉末冶金によって製造された高速度鋼であり、その合金組成はバナジウ ムの含有量が高いことによってまず特徴付けられる。送出し状態において、鋼は 有効容量の炭化物、ｔとして炭化バナジウムを含有する実質的にフェライト状の マトリックスを有している。炭化物類は微粒子状であり、鋼中に均一に分散され ている。

−１０００〜１２５０℃の温度範囲、好ましくは１０５０〜１２２０℃の温度範 囲での固溶化熱処理及び室温への冷却後に、鋼のマトリックスは主としてマルテ ンサイト構造を有するが、高含有量の残留オーステナイトを含んでいる。炭化物 は部分的に溶解しているが、１５〜２０容量％の微粒子状の均一に分散した炭化 バナジウムが鋼中に残存している。

−５００〜６００℃の温度範囲内の温度で焼戻しすることによって、残留オース テナイトが本質的に排除され、かつマルテンサイトに変態されること、及び一方 においてＭ２　Ｇ炭化物（但し、Ｍは主としてモリブデン及びタングステン並び ｔ二少量成分のクロム、マンガン及び鉄から成る）、そして他方においてＭＣ炭 化物（但し、Ｍは主としてバナジウムから成る）の二次析出のために硬度が５８ 〜６６ＨＲＣ（この範囲内の硬度は固溶化熱処理温度に依存する）に増大される 。

−多量の炭化バナジウムのために、焼入れ及び焼戻しした鋼は室温で非常に高い 耐摩耗性を達成し、また他の観点で合金の化合によって、鋼が硬度及び、例えば 以下の種類の工具：紙裁断刃等の紙及び木材切断工具；粉末用ダイ及びドリフト に適した靭性を兼備することができる。他の想到しつる用途はタイヤスタッド等 の道路に対して摩耗を受ける物体用である。

本発明の鋼及びその特徴を実施した実験に関連して以下により詳細に説明する２ 本明細書において、以下の添付図面を参照する： 図１は焼戻し後の検討鋼の硬度対焼入れ温度を示す曲線を含む図式であり； 図２は検討鋼の硬度対焼戻し温度を示す曲線を含む図式であり：及び 図３は本発明の鋼及び２種類の市販の高速度鋼の靭性及び耐摩耗性を示す図式で ある。

検討鋼は表１に従う組成を有していた０表１におし＼て、番号９及び１０の鋼は 参照材料である（公称組成）。

全ての鋼を１１５０℃、１時間及び１０００バールで熱間等静圧圧縮成形するこ とによって十分な密度に圧縮された２００　ｋｇのカプセル状に粉末冶金によっ て製造した。この素材から直径１０ｍｍの寸法のロッドを熱間圧延によって製造 した。これらのロッドから１０５０〜１２２０℃の様々の焼入れ温度で固溶化熱 処理を行い、室温に冷却しそして５００〜６００℃の様々の温度で焼戻しするこ とによって硬化試験体を製造した。

５６０℃での焼戻し後に異なる焼入れ温度で得られた硬度を図１の曲線によって 示し、一方、硬度の焼戻し温度への依存性を図２の曲線によって示す、後者の場 合、全ての鋼を１１８０℃の固溶化熱処理温度から焼入れを行った。これらのグ ラフから、最高の硬度が本発明の番号１．２及び３の鋼によって得られることが 理解される０本発明の組成を有する鋼から紙裁断刃を製造した。これらの刃は現 地試験を行った時に約３ケ月間の有効寿命を有していたが、参照材料ＡＳＰＲ２ ３から製造した刃は同様の条件で約３週間の寿命であった。このことは、本発明 の鋼が紙を裁断するのに使用する場合に非常に良好な耐摩耗性を有し、また二の 用途に十分な靭性も有していることを示すものである。

連続試験の間、本発明の番号１の鋼を市販の鋼ＡＳＰ２３（番号９の鋼）及びＡ ＳＰ６０（番号１ｏの鋼）と耐摩耗性及び靭性に関して比較した。耐摩耗性の測 定はいわゆる「ビンーオンーレシブロケーティングープレート」測定によって行 った。　０．２　ｍ／秒の速度で移動するアルミナ板に押し当てられた当該鋼か ら製造した工具から２時間の間に摩滅された材料の量（ｍｇ）を測定した。靭性 は４点曲げ試験で測定した０円筒状の試験体を破壊するまで折り曲げた。靭性の 測定値である破壊点撓みを測定した。測定値を表２に示す、この表に、試験した 鋼の耐摩耗性指数も書き入れである。耐摩耗性指数はダラムで示した摩減量の逆 数鋼番号　摩減量　耐摩耗性指数　靭性（破壊点撓み）ｍｇ　ｌ／ｇ　ｍコ １　４０５　２．５　１．．９３ ９　８８０　１．１　２．２０ １０　４６１　２．２　１．００ 表２の値は図３にもグラフとして示す、この図は、本発明の番号１の鋼が市販銘 柄のＡＳＰ２３　（番号９の鋼）及びＡＳＰ６０　（番号１ｏの鋼）の良好な特 徴、即ち良好な靭性及び高い耐摩耗性を兼備していることを明確に示している。

図１ ＲＣ 焼入れ温度　°〔 図２ ＲＣ 図３ 靭性（撓み） １／ｇ 国際調査報告 フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ （ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ 、ＴＧ）、ＡＴ、ＡＵ、ＢＢ、ＢＧ、ＢＲ，ＣＡ、ＣＨ，Ｃ３゜ＤＥ、ＤＫ、Ｅ Ｓ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、Ｎ Ｌ、Ｎｏ、ＰＬ、Ｒ○、ＲＵ、ＳＤ、ＳＥ、ＵＳ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．粉末冶金によって製造され、以下の重量％で示す化学組成を有することを特 徴とする高速度鋼：Ｃ：２．２〜２．７ Ｓｉ：微量〜最高１．０ Ｍｎ：微量〜最高１．０ Ｃｒ：３．５〜４．５ Ｍｏ：２．５〜４．５ Ｗ：２．５〜４．５ Ｖ：７．５〜９．５ 及び実質的に鉄、通常量の不純物及び付帯元素のみから成る残余。
2. ２．粉末冶金によって製造され、以下の重量％で示す化学組成を有することを特 徴とする請求項１記載の高速度鋼： Ｃ：２．２５〜２．６０ Ｓｉ：微量〜最高１．０ Ｍｎ：微量〜最高１．０ Ｃｒ：３．７〜４．３ Ｍｏ：２．７〜３．３ Ｗ：３．７〜４．３ Ｖ：７．８〜９ 及び実質的に鉄、通常量の不純物及び付帯元素のみから成る残余。
3. ３．粉末冶金によって製造され、以下の重量％で示す化学組成を有することを特 徴とする請求項１記載の高速度鋼： Ｃ：２．３〜２．５５ Ｓｉ：最高５０．７ Ｍｎ：最高０．５ Ｃｒ：３．８〜４．２ Ｍｏ：２．８〜３．２ Ｗ：３．８〜４．２ Ｖ：７．９〜８．５ 及び実質的に鉄、通常量の不純物及び付帯元素から成る残余。
4. ４．以下の公称組成を有することを特徴とする請求項１記載の高速度鋼： Ｃ：２．５ Ｓｉ：０．４ Ｍｎ：０．３ Ｃｒ：４ Ｍｏ：３ Ｗ：４ Ｖ：８ 及び実質的に鉄、通常量の不純物及び付帯元素から成る残余。
5. ５．以下の公称組成を有することを特徴とする請求項１記載の高速度鋼： Ｃ：２．４ Ｓｉ：０．４ Ｍｎ：０．３ Ｃｒ：４ Ｍｏ：３ Ｗ：４ Ｖ：８ 及び実質的に鉄、通常量の不純物及び付帯元素のみから成る残余。
6. ６．１０００〜１２５０℃の温度から焼入れを行い、室温に冷却し、そして５０ ０〜６００℃での焼戻し後に５８〜６０ＨＲＣの硬度を有し、また前記熱処理後 に１０〜２０容量％の主としてＶ炭化物の形のＭＣ炭化物を含んでいることを特 徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の高速度鋼。