JPH11222648A - 靱性,耐摩耗性に優れた冷間工具鋼及びその製造方法 - Google Patents
靱性,耐摩耗性に優れた冷間工具鋼及びその製造方法Info
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- JPH11222648A JPH11222648A JP3417398A JP3417398A JPH11222648A JP H11222648 A JPH11222648 A JP H11222648A JP 3417398 A JP3417398 A JP 3417398A JP 3417398 A JP3417398 A JP 3417398A JP H11222648 A JPH11222648 A JP H11222648A
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Abstract
の製造方法を提供する。 【解決手段】冷間工具鋼の組成を、重量%で、C:0.
5〜0.8%,Si:≦1.0%,Mn:0.25〜
1.50%,Cr:4.0〜8.0%,Mo:1.0〜
5.0%,V:0.1〜1.0%を含有し、残部実質的
にFeから成る組成とする。また冷間工具鋼の製造に際
して、上記組成の鋼塊を1100〜1300℃の温度で
加熱保持する固溶化熱処理を施す。
Description
刃,掘削刃,ロール等の用途に用い得る靭性,耐摩耗性
に優れた冷間工具鋼及びその製造方法に関する。
加工対象材(被加工材)の種類,材質等に応じて各種の
冷間工具鋼が用いられてきたが、近年加工の精密化,加
工速度の高速化等に伴い、従来の冷間工具鋼では求めら
れる特性を十分に満たし得なくなって来ている。
合、早期に欠け,剥離,焼付き等が発生してしまい、加
工を精密に行う上で、また耐久寿命の上で不十分となっ
て来ている。
事情を背景としてなされたものである。而して請求項1
は冷間工具鋼に係り、重量%で、C:0.5〜0.8
%,Si:≦1.0%,Mn:0.25〜1.50%,
Cr:4.0〜8.0%,Mo:1.0〜5.0%,
V:0.1〜1.0%を含有し、残部実質的にFeから
成ることを特徴とする。
0.5〜0.8%,Si:≦1.0%,Mn:0.25
〜1.50%,Cr:4.0〜8.0%,Mo:1.0
〜5.0%,V:0.1〜1.0%、並びにW,Ni,
Nbの何れか一種又は二種以上を、W:≦2.5%,N
i:<1.0%,Nb:0.2〜2.0%の範囲で含有
し、残部実質的にFeから成ることを特徴とする。
請求項1又は2の組成の鋼塊を1100〜1300℃の
温度で加熱保持する固溶化処理を施すことを特徴とす
る。
鋼塊の造塊時に晶出した粗大な一次炭化物が残存してい
る。従来の冷間工具鋼の場合、その粗大な一次炭化物が
耐摩耗性に利用されてきた。
な一次炭化物があると靭性が阻害されてしまう。例えば
掘削刃や圧延加工に用いられるロール等の場合、使用条
件によって上記一次炭化物による耐摩耗性よりも靭性不
足からくる折損が特に問題となることがある。
相手材(被加工材)の硬さ等に応じて異なったものとな
る。例えば被加工材が比較的軟らかい材料である場合、
工具と被加工材との凝着に起因する摩耗(凝着摩耗)が
支配的となる。
物に起因する耐摩耗性はそれほど寄与せず、むしろ一次
炭化物の存在による靭性低下に基づく折損が問題となる
のであり、また一次炭化物がそのような形態の摩耗に対
してそれほど働かないことから、全体としての耐摩耗性
が不足してしまう。
から無くすことが考えられるが、単に一次炭化物を無く
しただけでは冷間工具鋼に求められる耐摩耗性の要求を
満たすことができない。
じた一次炭化物が焼入れ,焼戻し後に残存しないように
若しくは極微量となるようにC量を低量とし、また、炭
化物を形成するCr,Mo,V等の各成分量を適正化し
たもので、本発明の冷間工具鋼の場合、最終的に残存す
る粗大な一次炭化物をゼロ若しくは1%以下の微量とな
し得、以って冷間工具鋼の靭性を高め得てその強度,耐
久性を効果的に高めることができる。
後の処理によって微細な二次炭化物として再析出させ
得、その二次炭化物による二次硬化によって耐摩耗性、
特に上記凝着摩耗に対する耐摩耗性を確保することがで
きる。このような凝着摩耗に対しては一次炭化物よりも
むしろその後に晶出する微細な二次炭化物析出による二
次硬化が効果的に働く。
i,Nbの一種若しくは二種以上を上記範囲で含有させ
ることができる(請求項2)。尚W,Ni,Nbを含有
させる場合において、W≧0.5%,Ni:≧0.5%
とすることが望ましい。
するに際し、熱間加工の前の段階で若しくは熱間加工の
途中の段階又は熱間加工の後の段階で、即ち最終的に冷
間工具鋼を得る過程の何れかの段階で1100〜130
0℃の温度で加熱保持する固溶化処理を施すもので、こ
のような処理を施すことで、鋼塊の造塊時に晶出した粗
大な一次炭化物を、高温域でオーステナイト単相域とし
てマトリックス中にほぼ完全に固溶させることができ、
最終的に冷間工具鋼中における一次炭化物をゼロないし
1%以下とすることができる。また併せて冷却過程で微
細な二次炭化物を晶出させ得、耐摩耗性向上に寄与せし
めることができる。
次析出による二次硬化に寄与するのは主としてMC炭化
物である。MC炭化物は他の炭化物(M7C3,M6C)
に比べて非常に硬度が高く、耐摩耗性に有効である。こ
のMC炭化物はC,Cr,Mo等の適正化により、また
一次炭化物の完全固溶により析出し易くなる。
件の限定理由を以下に詳述する。 C:0.5〜0.8% Cは基地の硬さを高めるとともに二次炭化物を形成して
二次硬化させるための重要な元素である。Cが0.5%
より少ないと基地の硬さが低下し、冷間工具鋼として要
求される耐摩耗性が不足してしまう。逆に0.8%を越
えると鋼塊を熱間加工する前後の何れかの段階で110
0〜1300℃の温度で加熱保持する固溶化処理をした
時に一次炭化物が残存してしまい、靭性の低下を招いて
しまう。
で、更に耐摩耗性や耐へたり性を高める上で有用であ
る。但し1.0%を越えて添加すると基地の靭性が低下
する。またオーステナイト単相域が少なくなるので、固
溶化処理の温度管理条件が厳しくなる。
強化する上で有用である。但し0.25%より少ないと
効果がなく、逆に1.50%を越えると熱間加工性を阻
害してしまう。
性を向上させ、析出物として鋼の硬さを向上させる効果
がある。その効果は4.0%以上の添加で現れる。しか
し8.0%を越えて添加すると、凝固時の一次炭化物が
増加し、固溶化処理での固溶が困難となる。
5.0%を越えると凝固時に形成される一次炭化物が増
大し、固溶化処理時のM6CやM2C型の一次炭化物の固
溶化が困難となる。一方1.0%より少ないとMo添加
の効果が得られない。
させて二次硬化に寄与し、耐摩耗性を高める。また耐焼
付き性を向上させるとともに結晶粒微細化の効果があ
る。但し1.0%を越えると凝固時に形成される一次炭
化物が増大し、固溶化処理時のMC型の一次炭化物の固
溶化が困難となる。逆に0.1%より少ないとV添加の
効果が得られない。
生させ二次硬化に寄与する。また結晶粒微細化の効果が
ある。但し2.0%を越えると凝固時に晶出する一次炭
化物が増大し、固溶化処理時の一次炭化物の固溶化が困
難となる。一方0.2%より少ないとNb添加による効
果が期待できない。
ると凝固時に形成される一次炭化物が増大し、凝固時に
晶出するM6CやM2C型の一次炭化物の、固溶化処理で
の固溶が困難になる。このWの含有量は0.5%以上と
することが望ましい。これよりも少ないとW添加による
十分な効果が得られ難い。
1.0%以上含有させてもその割に効果が小さく、経済
的に不利であり、また切削性が劣化する。Niは、これ
を積極的に添加する場合において0.5%以上とするこ
とが望ましい。
固溶化処理 この固溶化処理は鋳造時(造塊時)に晶出した一次炭化
物をオーステナイト単相域で固溶させて拡散晶出させる
もので、この場合1100℃より低い温度では固溶化処
理の効果が小さく、長時間の処理を必要として不経済で
ある。逆に1300℃を超える温度では炭化物の液相線
を越え、液体化する可能性が高い。また炉の損傷等を招
いて不経済である。
ト単相域を外れないよう鋼材の炭化物の液相線等により
個別に決定される。また処理時間は一次炭化物の大き
さ,デンドライト間隔等により適宜決定されるが、概ね
5〜30時間の処理時間が実用的には適当である。
炭化物を1%以下とすることが望ましい。この固溶化処
理では、造塊時に生じた一次炭化物を完全固溶すること
が望ましいが、実用的には1%以下でも十分な靭性を確
保することができる。
め、固溶化処理時において一次炭化物が1%を越えて多
く残存すると、その後の冷却過程での二次硬化に有効に
寄与するCの不足を招く。また一次炭化物中に合金元素
が濃化するため、二次硬化に寄与する合金元素の不足を
招く。これらの理由によって、固溶化処理に際し一次炭
化物を1%以下とすることが望ましい。
に示す組成材を高周波誘導加熱にて200kg溶解し、
100〜120mmφの鋼塊とした。次に表面の黒皮を
切削除去した後、真空炉で表2に示す温度,時間で固溶
化処理を行い、その後85mm(巾)×22mm(厚
み)の板に鍛造した。そしてこれを870℃で3時間保
持後、15℃/時の冷却速度で600℃まで冷却し、そ
の後空冷の条件で焼鈍し処理を行って軟化させた。
越式摩耗試験片を、それぞれ長手方向に対して直角方向
より採取して粗加工を行った後、表2の条件で焼入れ,
焼戻し処理を行い、続いて精加工して試験に供した。結
果が表2に示してある。尚焼入れ,焼戻し処理,シャル
ピー衝撃試験,大越式摩耗試験は以下の条件に従って行
った。
2回繰り返した
mm,10Rノッチのシャルピー衝撃試験片にてシャル
ピー衝撃値を求めた。
手材)10及び試験片12を図1に示す形状に作成し
た。尚ローター(相手材)10はSCM415の焼鈍し
材(硬さHV150)を使用し、また試験片12は焼入
れ,焼戻し後に図1a)に示す形状に加工した。ここで
試験片12は#400のエメリー紙で研磨仕上げしたも
のを使用した。そして図1に示す試験条件、即ちすべり
速度2.37m/sec,摩擦距離200m,荷重6
4.7Nの下で大越式摩耗試験を実施し、摩耗量を摩耗
痕の幅から算出し摩耗量を求めた。
鋼を固溶化処理しなかったものであり、また比較例13
は発明例1に対してC量を高くしたもので、残存一次炭
化物が増大している。また比較例14,15は従来用い
られている冷間工具鋼であり、この内比較例14は代表
鋼種SKD11である。表2中の比摩耗量は、この比較
例14の摩耗量を基準として(1として)求めたもので
ある。
4,比較例15の場合一次炭化物量が多く、靱性が劣っ
ている。また比較例13のものは、C量が多いことに伴
って比較例14,比較例15程ではないが一次炭化物の
量が多く、これに伴って低い靱性値を示している。
件を満たしているが、このものは固溶化処理を施してお
らず、そのために一次炭化物の量が固溶化処理を行った
ものに比べて高い値を示している。そしてこれに伴って
靱性値が他の本発明例のものに比べて低い値を示してい
る。
は、それぞれ固溶化処理によって一次炭化物量が何れも
1.0%以下と少なく、靱性値も高い値を示している。
更に低C量にも拘らず、摩耗試験での摩耗量は比較例の
ものに比べて殆ど多くなっていない。
くまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において、種々変更を加えた態様で実施可能である。
た摩耗試験の条件を説明するための説明図である。
Claims (3)
- 【請求項1】重量%で C :0.5〜0.8% Si:≦1.0% Mn:0.25〜1.50% Cr:4.0〜8.0% Mo:1.0〜5.0% V :0.1〜1.0% を含有し、残部実質的にFeから成ることを特徴とする
靭性,耐摩耗性に優れた冷間工具鋼。 - 【請求項2】重量%で C :0.5〜0.8% Si:≦1.0% Mn:0.25〜1.50% Cr:4.0〜8.0% Mo:1.0〜5.0% V :0.1〜1.0% 並びにW,Ni,Nbの何れか一種又は二種以上を W :≦2.5% Ni:<1.0% Nb:0.2〜2.0% の範囲で含有し、残部実質的にFeから成ることを特徴
とする靭性,耐摩耗性に優れた冷間工具鋼。 - 【請求項3】 請求項1又は2の組成の鋼塊を1100
〜1300℃の温度で加熱保持する固溶化処理を施すこ
とを特徴とする靭性,耐摩耗性に優れた冷間工具鋼の製
造方法。
Priority Applications (1)
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JP03417398A JP3846008B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 靭性,耐摩耗性に優れた冷間工具鋼及びその製造方法 |
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1998
- 1998-01-30 JP JP03417398A patent/JP3846008B2/ja not_active Expired - Fee Related
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