JPH093604A - 精密鋳造用高速度工具鋼 - Google Patents

精密鋳造用高速度工具鋼

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JPH093604A
JPH093604A JP15748695A JP15748695A JPH093604A JP H093604 A JPH093604 A JP H093604A JP 15748695 A JP15748695 A JP 15748695A JP 15748695 A JP15748695 A JP 15748695A JP H093604 A JPH093604 A JP H093604A
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speed tool
tool steel
mass
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JP15748695A
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Toshimitsu Fujii
利光 藤井
Shingo Ichiyanagi
信吾 一柳
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速度鋼鍛練材鍛練材に匹敵する転動寿命、
工具寿命を有する経済的な鋳造用高速度鋼を提供する。 【構成】 精密鋳造用高速度工具鋼であって、質量%で
C:0.70〜2.00%、Si:3.00%以下、M
n:1.50%以下、Cr:3.00〜6.00%、M
o:15.0%以下、W:30.0%以下、V:8.0
%以下、Al:0.10%以下、N:0.10%以下、
残部Feおよび不可避的不純物からなり、かつ、W+2
Mo:14.0〜30.0%を基本組成とし、P、S、
Oのいずれか1種または2種以上の含有率を、Pについ
ては0.020%以下、Sについては0.010%以
下、Oについては0.0040%以下とする。さらにC
o:13.0%以下、REM:0.60%以下、Nb、
Ti、Ta、Zr、Hf、Sc、Yをそれぞれ1.5%
以下、Ca:0.010%以下を含むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、歯切りカッター、エン
ドミル、ドリル等の切削工具、ベアリング、フェイスカ
ム、リングカム等の転動部品、その他の耐摩耗部品用材
料に関する。
【0002】
【従来の技術】高速度工具鋼は、高い硬度と耐摩耗性を
有すると共に靭性にも優れているので、切削工具用材料
をはじめとする耐摩耗部品用材料として広く用いられて
いる。そして、高速度工具鋼の優れた特性を引出すため
に、通常鍛練材として使用される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、高速度工具
鋼は含有する合金元素も多く金属組織としても多量の炭
化物を含むので、鍛練などの熱間加工が困難な材料であ
る。そのため、高速度工具鋼の製造にはESR(エレク
トロスラグ再溶解)などの特殊溶解や鍛造分解などの手
間のかかる工程を必要としている。
【0004】すなわち、所要の化学組成に調整した高速
度工具鋼の溶鋼を鋳型に鋳造して鋼塊とし、さらにこれ
に二次溶解としてESRを施して炭化物を微細化し、後
続の鍛練過程を容易にする。この鋼塊を熱間鍛造によっ
て鍛造疵を取除きながら分塊するとともに、さらに金属
組織を微細化して靭性を高めた上で、熱間鍛造、熱間圧
延などの熱間加工を施して所要の寸法の棒材とする。
【0005】上記の鋼塊形成過程において、大型の鋼塊
を用いると成分偏析を生じたり晶出炭化物が大きく成長
して鋼の靭性を損ねたりするなどの不都合を生じるおそ
れがある。そこで、ガス噴霧法などによって溶鋼から高
速度鋼粉末を製造し、高温等圧プレス(HIP)を用い
るなどして前記高速度鋼粉末を焼結・固化し、金属組織
の微細な鋼塊を形成することも行われている。
【0006】高速度工具鋼の高い硬度と耐摩耗性は、主
に、含有する多量の合金元素によって形成される炭化物
等と、合金元素の固溶によるマトリックスの強化による
ものであるから、高速度工具鋼は熱間加工が困難な材料
である。そのため、高速度工具鋼棒材を得るのには多く
の工程を要し、また、熱間加工時に発生する疵や割れに
よる歩留り損も大きいので、高速度工具鋼はいっそう高
価な材料となっているのが現状である。
【0007】高速度工具鋼の溶湯を鋳造によって一気に
製品形状とすれば、二次溶解、鍛練などの工程が省か
れ、極めて経済的に高速度工具鋼製品を得ることができ
る。しかしこの場合、鋳造材固有の問題として、疲労特
性、特に転動疲労寿命が鍛練材に較べて劣るという問題
がある。本発明は上記のような現状に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、高速度鋼鍛練材のもつ
高い硬度、耐摩耗性と優れた靭性という長所を活かしつ
つ、鍛練材に匹敵する転動寿命、工具寿命を有する経済
的な鋳造用高速度鋼を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達するため
に、本発明の精密鋳造用高速度工具鋼は、 (1)組成が質量%で、C :0.70〜2.00%、
P :0.020%以下、Si:3.00%以下、M
n:1.50%以下、Cr:3.00〜6.00%、M
o:15.0%以下、W :30.0%以下、V :
8.0%以下、Al:0.10%以下、N :0.10
%以下、残部Feおよび不可避的不純物からなり、か
つ、W+2Mo:14.0〜30.0%であることを特
徴とする。 (2)組成が質量%でC :0.70〜2.00%、S
:0.010%以下、Si:3.00%以下、Mn:
1.50%以下、Cr:3.00〜6.00%、Mo:
15.0%以下、W :30.0%以下、V :8.0
%以下、Al:0.10%以下、N :0.10%以
下、残部Feおよび不可避的不純物からなり、かつ、W
+2Mo:14.0〜30.0%であることを特徴とす
る。 (3)組成が質量%でC :0.70〜2.00%、O
:0.0040%以下、Si:3.00%以下、M
n:1.50%以下、Cr:3.00〜6.00%、M
o:15.0%以下、W :30.0%以下、V :
8.0%以下、Al:0.10%以下、N :0.10
%以下、残部Feおよび不可避的不純物からなり、か
つ、W+2Mo:14.0〜30.0%であることを特
徴とする。 (4)組成が質量%でC :0.70〜2.00%、P
:0.020%以下、S :0.010%以下、S
i:3.00%以下、Mn:1.50%以下、Cr:
3.00〜6.00%、Mo:15.0%以下、W :
30.0%以下、V :8.0%以下、Al:0.10
%以下、N :0.10%以下、残部Feおよび不可避
的不純物からなり、かつ、W+2Mo:14.0〜3
0.0%であることを特徴とする。 (5)組成が質量%でC :0.70〜2.00%、P
:0.020%以下、O :0.0040%以下、S
i:3.00%以下、Mn:1.50%以下、Cr:
3.00〜6.00%、Mo:15.0%以下、W :
30.0%以下、V :8.0%以下、Al:0.10
%以下、N :0.10%以下、残部Feおよび不可避
的不純物からなり、かつ、W+2Mo:14.0〜3
0.0%であることを特徴とする。 (6)組成が質量%でC :0.70〜2.00%、S
:0.010%以下、O :0.0040%以下、S
i:3.00%以下、Mn:1.50%以下、Cr:
3.00〜6.00%、Mo:15.0%以下、W :
30.0%以下、V :8.0%以下、Al:0.10
%以下、N :0.10%以下、残部Feおよび不可避
的不純物からなり、かつ、W+2Mo:14.0〜3
0.0%であることを特徴とする。 (7)組成が質量%でC :0.70〜2.00%、P
:0.020%以下、S :0.010%以下、O
:0.0040%以下、Si:3.00%以下、M
n:1.50%以下、Cr:3.00〜6.00%、M
o:15.0%以下、W :30.0%以下、V :
8.0%以下、Al:0.10%以下、N :0.10
%以下、残部Feおよび不可避的不純物からなり、か
つ、W+2Mo:14.0〜30.0%であることを特
徴とする。 (8)(1)から(7)のいずれか1項記載の組成にさ
らに質量%でCo:13.0%以下を含むことを特徴と
する。 (9)(1)から(8)のいずれか1項記載の組成にさ
らに質量%でREM(希土類金属):0.60%以下を
含むことを特徴とする。 (10)(1)から(9)のいずれか1項記載の組成に
さらに質量%でNb:1.5%以下、Ti:1.5%以
下、Ta:1.5%以下、Zr:1.5%以下、Hf:
1.5%以下、Sc:1.5%以下、Y :1.5%以
下のうちいずれか1種または2種以上を含有することを
特徴とする。 (11)(1)から(10)のいずれか1項記載の組成
にさらに質量%でCa:0.010%以下を含むことを
特徴とする。
【0009】
【作用】以下に、本発明の精密鋳造用高速度工具鋼の組
成を限定する理由について説明する。 C:0.70〜2.00% Cは、同時に含有するCr、W、Mo、Vと炭化物を形
成し、晶出・析出すること、およびマトリックスに固溶
することによって鋼の硬さを高めるために必須の元素で
ある。切削工具、転動部品、耐摩耗部品にとって必要と
される硬度を得るためには、0.70%以上のCを含有
することが必要である。しかし、過度に含有すると靭性
の低下をまねくため、含有率の上限を2.00%とす
る。
【0010】P:0.020%以下 Pは、不純物元素として鋼中に含まれ、鋼の結晶粒界に
偏析して結晶粒界脆化を引起こす元素である。本発明の
高速度工具鋼は、精密鋳造によって製品形状に形成され
るものであり、鍛練材のごとく鍛練によって鋳造組織が
改変されることがないため、本発明鋼におけるP含有率
が鋼の靭性に及ぼす影響は大きい。P含有率の低減によ
り工具寿命および転動寿命が改善されるので、P含有率
は0.020%以下とする。さらに高い靭性が要求され
る用途にたいしては、P含有率は0.010%以下に制
限するのが望ましい。
【0011】S:0.010%以下 Sは不純物元素として鋼中に含まれ、非金属介在物とし
て鋼中に介在して工具寿命および転動寿命の低下をもた
らす。本発明の高速度工具鋼は精密鋳造によって製品形
状に形成されるので、鋼中で生成した硫化物は、鍛練材
のごとく鍛練によって微細化、分散化されることがな
い。本発明の高速度工具鋼では、S含有率を0.010
%以下とすることにより工具寿命および転動寿命が改善
される。さらに優れた工具寿命および転動寿命が要求さ
れる用途にたいしては、S含有率は0.005%以下に
制限するのが望ましい。
【0012】O:0.0040%以下 OはSと同様に不純物元素として鋼中に含まれ、酸化物
系非金属介在物として鋼中に介在して工具寿命および転
動寿命の低下をもたらす。精密鋳造によって製品形状に
形成される本発明の高速度工具鋼では、鍛練材のごとく
鍛練による介在物の微細化、分散化は期待できない。本
発明の高速度工具鋼では、O含有率は0.0040%以
下とすることにより工具寿命および転動寿命が改善され
る。さらに優れた工具寿命および転動寿命が要求される
用途にたいしては、O含有率は0.0020%以下に制
限するのが望ましい。
【0013】P、SおよびOは、それぞれ個々に本発明
の範囲の含有率に制限することによって上記のような工
具寿命および転動寿命の改善効果が得られるが、さら
に、P、SおよびOのいずれか2種以上を同時に制限す
ることによって、一層顕著な効果が得られる。 Si:3.00%以下 Siは鋼を脱酸するために添加する。また、Siは鋼マ
トリックスに固溶してその硬さを高める効果をもつ。し
かし、過度に添加すると鋼の靭性を損うので、Si含有
率の上限は3.00%とする。
【0014】Mn:1.50%以下 Mnは鋼を脱酸するために添加する。また、Mnは鋼の
焼入れ性を増し、耐摩耗性を高める。しかし、過度に添
加すると熱処理時に焼割れを生じたり多量の残留オース
テナイトを生成して鋼を脆化したりするので、Mn含有
率の上限を1.50%とする。
【0015】Cr:3.00〜6.00% Crは、鋼の焼もどし時に炭化物として析出して鋼の硬
さを高めるので添加する。また、Crは鋼の焼入れ性を
向上し鋼の硬さを高めることにも寄与する。そして、高
い硬度を得るためにはCr含有率3.00%以上が必要
である。しかし、過度に添加するとCrを主体とするM
236 炭化物の析出量が増加し、鋼の靭性を低下するの
でCr含有率の上限を6.00%とする。
【0016】Mo:15.0%以下、W:30.0%以
下 ただしW+2Mo:14.0〜30.0% MoおよびWは、いずれも鋼の焼もどし時にM6 C型炭
化物として析出し、鋼の硬さを高めるので添加する。鋼
の鋳造時にM2 C型の炭化物をネット状に晶出し、鋼の
硬さを増加し耐摩耗性を向上し、工具寿命、転動寿命の
向上に寄与する。この目的のためには(W+2Mo)と
して14.0%以上の含有率が必要である。
【0017】しかし、過度に添加すれば粗大なM2 C炭
化物の生成量を増加して鋼の靭性が低下するので、Mo
およびWの含有率は、単独ではそれぞれMo:14.0
%、W:30.0%を上限とする。また(W+2Mo)
として30.0%の含有を上限とする。なお、Moは鋼
中においてWと同等の効果を示すが、Moの原子量がW
のそれの約1/2であることから、MoのW当量を2と
した。
【0018】V:8.0%以下 Vは、鋼中においてMC型炭化物として析出して鋼の硬
さを高める。しかし、過度に添加すると大型のMC型炭
化物の量が増大し、鋼の靭性が低下し、転動寿命が低下
するので、V含有率の上限を8.0%とする。 Al:0.10%以下 Alは脱酸剤として鋼に添加する。Alは、また炭窒化
物として鋼マトリックス中に微細に析出し、鋼の焼入れ
時における結晶粒の粗大化を防止する効果を有する。こ
れによって鋼の靭性の劣化を阻止する。しかし、過度に
添加してもその効果が飽和するばかりでなく、鋼の清浄
度を損う恐れがあるので含有率の上限を0.10%とす
る。
【0019】N:0.10%以下 Nは不純物元素として鋼中に含まれるが、積極的に添加
することにより鋼の鋳造時に晶出するネット状炭化物の
晶出間隔を低減し、鋼の靭性を向上する効果を有する。
鍛練材においては、鋼の鋳造時にネット状に晶出した炭
化物は鍛練によって分散し微細化される。これによって
鋼の靭性が向上される。しかし、本発明におけるように
鋳造材を使用する場合には、ネット状炭化物の晶出状態
は改変されることがないので、鋳造時におけるネット状
炭化物の晶出状況によって鋼の靭性が大きく影響され
る。
【0020】前述のNの効果によって、鋳造材において
鍛造材と同等の靭性を得るためには、N含有率は0.0
25%以上とするのが好ましい。N添加量が過度になる
と鋳造品にブローホールなどの鋳造欠陥を生じるので、
N含有率の上限は0.10%とする。 Co:13.0%以下 Coは、鋼マトリックスに固溶することと、マトリック
スに対するCの溶解度を高めることとにより鋼の硬さを
高める効果を有する。また、Coは鋼の焼もどし軟化抵
抗を増加する。高硬度の歯切用刃物が必要な場合や刃先
の温度が異常に高温となる場合に添加するのが好まし
い。しかし、過度に添加してもその効果が飽和し、徒に
コストを高めるのみなのでCoの含有率は13.0%を
上限とする。
【0021】希土類元素:0.60%以下 希土類元素は、MC型炭化物の晶出温度範囲を狭めるこ
とにより、鋳造時に晶出するネット状炭化物を微細化
し、鋼の靭性を向上する効果を有する。しかし、過度に
添加してもその効果が飽和し、徒にコストを高めるのみ
なので含有率の上限を0.60%とする。
【0022】Nb:1.5%以下、Ti:1.5%以
下、Ta:1.5%以下、Zr:1.5%以下、Hf:
1.5%以下、Sc:1.5%以下、Y:1.5%以下
のいずれか1種または2種以上 いずれも炭化物形成傾向の強い元素であって、鋼中にお
いて硬い炭化物を形成して鋼の耐摩耗性を向上するの
で、必要に応じて添加することができる。これらの元素
は、過度に添加してもその効果が飽和し、徒にコストを
高めるのみなので、上記の範囲で含有することが好まし
い。
【0023】Ca:0.010%以下 Caは、鋼の被削性、被研削性を向上する元素なので添
加してもよい。しかし、過剰に添加すると鋼の清浄度を
損うので、含有率の上限は0.010%とする。
【0024】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。減
圧吸引鋳造法によって、ロストワックス鋳型に溶鋼を鋳
造して、表1に示す化学組成を有する直径13mm×長
さ65mmの丸棒鋳造品およびモジュール0.5の歯切
り用ホブ鋳造品を得た。前記鋳造品を870℃で1hr
加熱後、15℃/hrの冷却速度で徐冷して焼なましし
た。
【0025】
【表1】
【0026】丸棒鋳造品は、焼きなまし後、外径12.
4mmに粗加工して、焼入・焼もどしし、さらに外径1
2.0mmに精加工して転動疲労試験に供した。歯切り
用ホブ鋳造品は、焼入・焼もどしした後、刃先部を切削
加工し、工具寿命評価試験に供した。丸棒鋳造品および
歯切り用ホブ鋳造品のいずれも、焼入・焼もどしにはソ
ルト炉を用いて行い、焼入れは1200℃×3min油
冷、焼もどしは560℃×1hr空冷×3回の条件で行
った。
【0027】転動疲労試験は、ラジアル式転動疲労試験
機を用いて行った。20本の試験を行い、累積破損確率
が10%となる応力繰返し数を転動寿命とした。工具寿
命評価試験は、ホブ盤に前記供試ホブを取付け、S45
C焼ならし材丸棒に歯切り加工することによって行っ
た。切削不能となるまでに切削した丸棒の本数を工具寿
命とした。
【0028】転動寿命および工具寿命の測定結果を表2
に示す。表2には比較材として、鍛練材から削出した試
験片および本発明外の化学組成の鋳造材についての試験
結果を併せて示す。
【0029】
【表2】
【0030】表2の結果によれば、本発明の実施例は、
転動寿命においては一般に実用状問題がないとされる1
7 回を超える成績を示している。また、工具寿命にお
いては鍛練材を超える結果を得ている。
【0031】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の精密鋳造
用高速度工具鋼によれば、鋳造によって、溶鋼から一気
に部品形状に成形することによって、高速度鋼の熱間加
工に伴う諸問題はなくなり、材料の価額を大幅に低減す
ることが可能である。そして、高速度鋼鍛練材の持つ高
い硬度、耐摩耗性と優れた靭性という長所を活かしつ
つ、鍛練材に匹敵する工具寿命、転動寿命を有する鋳造
用高速度鋼を提供することができるという優れた経済効
果を有する。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 組成が質量%で、 C :0.70〜2.00%、 P :0.020%以下、 Si:3.00%以下、 Mn:1.50%以下、 Cr:3.00〜6.00%、 Mo:15.0%以下、 W :30.0%以下、 V :8.0%以下、 Al:0.10%以下、 N :0.10%以下、残部Feおよび不可避的不純物
    からなり、かつ、 W+2Mo:14.0〜30.0%であることを特徴と
    する精密鋳造用高速度工具鋼。
  2. 【請求項2】 組成が質量%でC :0.70〜2.0
    0%、 S :0.010%以下、 Si:3.00%以下、 Mn:1.50%以下、 Cr:3.00〜6.00%、 Mo:15.0%以下、 W :30.0%以下、 V :8.0%以下、 Al:0.10%以下、 N :0.10%以下、残部Feおよび不可避的不純物
    からなり、かつ、 W+2Mo:14.0〜30.0%であることを特徴と
    する精密鋳造用高速度工具鋼。
  3. 【請求項3】 組成が質量%で C :0.70〜2.00%、 O :0.0040%以下、 Si:3.00%以下、 Mn:1.50%以下、 Cr:3.00〜6.00%、 Mo:15.0%以下、 W :30.0%以下、 V :8.0%以下、 Al:0.10%以下、 N :0.10%以下、残部Feおよび不可避的不純物
    からなり、かつ、 W+2Mo:14.0〜30.0%であることを特徴と
    する精密鋳造用高速度工具鋼。
  4. 【請求項4】 組成が質量%でC :0.70〜2.0
    0%、 P :0.020%以下、 S :0.010%以下、 Si:3.00%以下、 Mn:1.50%以下、 Cr:3.00〜6.00%、 Mo:15.0%以下、 W :30.0%以下、 V :8.0%以下、 Al:0.10%以下、 N :0.10%以下、残部Feおよび不可避的不純物
    からなり、かつ、 W+2Mo:14.0〜30.0%であることを特徴と
    する精密鋳造用高速度工具鋼。
  5. 【請求項5】 組成が質量%でC :0.70〜2.0
    0%、 P :0.020%以下、 O :0.0040%以下、 Si:3.00%以下、 Mn:1.50%以下、 Cr:3.00〜6.00%、 Mo:15.0%以下、 W :30.0%以下、 V :8.0%以下、 Al:0.10%以下、 N :0.10%以下、残部Feおよび不可避的不純物
    からなり、かつ、 W+2Mo:14.0〜30.0%であることを特徴と
    する精密鋳造用高速度工具鋼。
  6. 【請求項6】 組成が質量%でC :0.70〜2.0
    0%、 S :0.010%以下、 O :0.0040%以下、 Si:3.00%以下、 Mn:1.50%以下、 Cr:3.00〜6.00%、 Mo:15.0%以下、 W :30.0%以下、 V :8.0%以下、 Al:0.10%以下、 N :0.10%以下、 残部Feおよび不可避的不純物からなり、かつ、 W+2Mo:14.0〜30.0%であることを特徴と
    する精密鋳造用高速度工具鋼。
  7. 【請求項7】 組成が質量%でC :0.70〜2.0
    0%、 P :0.020%以下、 S :0.010%以下、 O :0.0040%以下、 Si:3.00%以下、 Mn:1.50%以下、 Cr:3.00〜6.00%、 Mo:15.0%以下、 W :30.0%以下、 V :8.0%以下、 Al:0.10%以下、 N :0.10%以下、残部Feおよび不可避的不純物
    からなり、かつ、 W+2Mo:14.0〜30.0%であることを特徴と
    する精密鋳造用高速度工具鋼。
  8. 【請求項8】 請求項1から7のいずれか1項記載の組
    成にさらに質量%でCo:13.0%以下を含むことを
    特徴とする請求項1から7のいずれか1項記載の精密鋳
    造用高速度工具鋼。
  9. 【請求項9】 請求項1から8のいずれか1項記載の組
    成にさらに質量%でREM:0.60%以下を含むこと
    を特徴とする請求項1から8のいずれか1項記載の精密
    鋳造用高速度工具鋼。
  10. 【請求項10】 請求項1から9のいずれか1項記載の
    組成にさらに質量%で Nb:1.5%以下、 Ti:1.5%以下、 Ta:1.5%以下、 Zr:1.5%以下、 Hf:1.5%以下、 Sc:1.5%以下、 Y :1.5%以下のうちいずれか1種または2種以上
    を含有することを特徴とする請求項1から9のいずれか
    1項記載の精密鋳造用高速度工具鋼。
  11. 【請求項11】 請求項1から10のいずれか1項記載
    の組成にさらに質量%でCa:0.010%以下を含む
    ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項記載
    の精密鋳造用高速度工具鋼。
JP15748695A 1995-06-23 1995-06-23 精密鋳造用高速度工具鋼 Pending JPH093604A (ja)

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