JPH11229031A - 高速度工具鋼工具の製造方法 - Google Patents

高速度工具鋼工具の製造方法

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JPH11229031A
JPH11229031A JP3077198A JP3077198A JPH11229031A JP H11229031 A JPH11229031 A JP H11229031A JP 3077198 A JP3077198 A JP 3077198A JP 3077198 A JP3077198 A JP 3077198A JP H11229031 A JPH11229031 A JP H11229031A
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JP
Japan
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tool steel
speed tool
quenching
high speed
tempering
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JP3077198A
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Hideya Yamada
英矢 山田
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Proterial Ltd
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Hitachi Metals Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マトリックスハイス及びセミハイスと称され
る高速度工具鋼を連続的に焼入れ、焼戻しを行う、生産
性に優れた高速度工具鋼工具の製造方法を提供する。 【解決手段】 Mo+1/2Wが重量%で2.0〜7.
0%を含む高速度工具鋼を選択し、帯状態で焼入れ焼戻
しを行い、次いで工具に加工する高速度工具鋼工具の製
造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、ハックソーやセー
バーソーのような鋸刃、カッタのような刃物、ドクター
ブレードのような製紙用ブレード、さらに金型部品や機
械部品となる高速度工具鋼工具の製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】高速度工具鋼の薄板(板厚約2mm以
下)を用いて製造される部品や製品は、焼なまし状態の
鋼帯素材または板素材をプレス等により製品予備形状に
加工した後、熱処理され、次に仕上加工される。しかし
ながら、薄板状の製品である鋸刃やカッタでは、製品の
平坦度(長手方向、幅方向の反りのないこと)が要求さ
れる。
【0003】この要求を満たす方法としては、従来は高
速度工具鋼の熱処理に要求される高温焼入れ(1100
℃以上)、高温焼戻し(520℃以上)の熱処理によっ
て大きく変形した高速度工具鋼鋼帯を、プレステンパー
による修正や、仕上加工によって形状を整えることが必
須となっていた。このため、加工代の増加や、製造工数
の低減や省力化を阻害する大きな問題となっおり、高速
度工具鋼鋼帯の製造方法によって、形状の調整を必要と
しない、あるいは形状の調整が少なくて済む高速度工具
鋼鋼帯の製造方法が求められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】高速度工具鋼を用いた
製品は、鋼材や鋼板、棒鋼のような焼鈍状態の素材を機
械加工し、その後焼入れ焼戻しの熱処理を行ない(硬さ
58〜65HRC)、次いで仕上げ加工されて製造され
る。薄板状の製品である鋸刃やカッタでは、製品の平坦
度(長手方向、幅方向の反りのないこと)が要求され
る。しかし、高速度工具鋼の熱処理に要求される高温焼
入れ(1100℃以上)、高温焼戻し(520℃以上)
では、熱処理変形が大きく、必要とされる平坦度を確保
することは困難であった。
【0005】このため、本発明者は種々の高速度工具鋼
について、高温焼入れ、高温焼戻しが連続的に、かつ平
坦度の精度が向上出来る方法を鋭意検討を行った結果、
Mo+1/2Wが重量%で2.0〜7.0%を含む、高
速度工具鋼において、60HRCを超える高速度鋼の鋼
帯が、連続的にかつ優れた平坦度にできる製造方法を見
出した。本発明は、素材である鋼帯の状態で、連続的に
焼入れ焼戻しを行なうことにより、平坦度の優れた熱処
理済の高速度工具鋼鋼帯を提供することを目的とした量
産性に優れた新規な高速度工具鋼工具の製造方法の提供
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明らは、上述した問
題について鋭意検討した結果、高速度工具鋼の鋼帯状態
で焼入れ焼戻しを施すことで形状の調整を必要としな
い、あるいは形状の調整が少なくて済む高速度工具鋼工
具が得られることを見出した。ここで、本発明者は薄板
状の高速度工具鋼鋼帯を連続的に熱処理する方法をSK
H51に代表される、一次炭化物量が多く晶出する従来
の高速度工具鋼についても同様に検討を行ったが、焼入
れ性が悪く、十分な焼入れ焼戻し硬さを得ることができ
なかった。したがって、本発明は一次炭化物を多く晶出
する高速度工具鋼は除き、Mo+1/2Wが重量%で
2.0〜7.0を含むことを必須としたマトリックス自
身を強化する、マトリックスハイスまたはセミハイスと
称される高速度工具鋼に限定する。すなわち本発明は、
Mo+1/2Wが重量%で2.0〜7.0%を含む高速
度工具鋼を、帯状態で焼入れ焼戻しを行い、次いで工具
に加工する高速度工具鋼工具の製造方法である。
【0007】好ましくは、重量%でC 0.8%以下、
Cr 3.0〜7.0%、W 0.1〜3.0%、Mo
1.0〜7.0%、V 0.5〜2.0、残部が実質的
にFeからなる高速度工具鋼工具の製造方法である。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に詳しく本発明を説明する。
先ず、本発明においてはMo+1/2Wが重量%で2.
0〜7.0%を含む高速度工具鋼を選ぶ必要がある。こ
れは上述した如く、マトリックスハイス、或いはセミハ
イスと称される高速度工具鋼は、焼入れ冷却途中の高温
域で結晶粒界への炭化物析出が少ない作用効果を有する
ため、優れた焼入れ性が実現でき、連続的に高温焼入
れ、高温焼戻しを行うための重要な要素である。
【0009】具体的には、このような連続的に高温焼入
れを行う時においては、昇温、均熱(加熱保持)、急冷
が行われる。この場合、材料の焼入れ温度、すなわちオ
ーステナイト化温度が1200℃以上の高温となると、
加熱むらが生じ易く、通板速度を大きく減速させる必要
がある。この通板速度の減速は生産性を直接低下させる
大きな問題である。さらに、1200℃以上という高温
での焼入れ炉の使用は、高速度工具鋼鋼帯の、炉中での
クリープ現象、エッジ部の局部昇温による変形、急冷の
困難性という問題を引き起こすため、平坦度を向上させ
ることができる連続焼入れの利点を生かすことができな
いという問題がある。そこで、本発明は高速度工具鋼と
しての、十分な硬さを鋼帯状態で、連続して得るための
焼入れ性を考慮し、Mo+1/2Wが重量%で2.0〜
7.0%に規定するものである。また、MoおよびWは
焼戻し二次硬さを増し、耐摩耗性を向上させる。しか
し、その量が多すぎると共晶炭化物が多くなり、靭性が
低下する。また、たとえば520℃の高温焼戻しで、5
8HRC以上を与えかつ優れた靭性の実現にはMo+1
/2Wが重量%で2.0〜7.0%が好適な範囲であ
る。
【0010】マトリックスハイスやセミハイスは、SK
H51のような通常のハイスの基地組成をその合金組成
としたものである。つまり炭化物として残留する割合が
少ないことを意味している。高速度工具鋼の焼入れにお
いて、1000℃前後の温度域を徐冷された場合、粒界
に炭化物が析出し、靭性の低下および2次硬化の低下を
招く。従って、炭素量および炭化物形成元素であるMo
やW量の少ないマトリックスハイスやセミハイスにおい
ては、粒界に析出する炭化物自体がなくなるため焼入れ
性が大きく向上する。
【0011】この成分限定の理由は、Mo+1/2Wが
7.0%を超えると炭化物量が増加し、本発明の製造法
においては、十分な焼入れ性を確保できないからであ
る。また、Mo+1/2Wが2.0%未満であれば焼入
れ後の残留炭化物量が減少するため、耐摩耗性が低下
し、またオーステナイトの結晶粒粗大化温度が低下する
ため、この粗大化温度以上から焼入れすると、焼戻し硬
さは得られるが靭性が低下することになる。さらに、粗
大化温度以下から焼入れすると靭性は得られるが焼戻し
硬さが出難くなる。したがって、Mo+1/2Wが重量
%で2.0〜7.0%とする必要がある。好ましくは、
3.0〜6.5%に調整すると良い。
【0012】次に、本発明の好ましい組成の成分限定理
由を詳しく説明する。CはCr、W、Mo、Vと炭化物
を形成して耐摩耗性を付与するとともに、一部はマトリ
ックスを強化する作用を有し、耐摩耗性、耐疲労性を向
上させる。Cが0.4%未満であるとこの作用が不十分
となり、0.8%を超えると靭性を低下して欠けを生じ
易くなるため、0.4〜0.8%とする。好ましくは
0.5〜0.75%である。Crは焼入れ性を向上させ
るとともにCと結びついて炭化物を形成し、耐摩耗性を
向上させる。Crが3.0%未満では、耐摩耗性および
焼入れ性を減じ、7.0%を超えると十分な2次硬化が
得難くなるため3.0〜7.0%とする。好ましくは
3.5〜5.0%である。
【0013】Wは硬質炭化物を形成し耐摩耗性に大きく
寄与する。これと同時の焼き戻し過程において微細な析
出炭化物となって2次硬化に重要な元素であり、好まし
くは0.1〜3.0%の範囲で添加する。Moは、W同
様、残留炭化物、および析出炭化物として耐摩耗性およ
び2次硬化に必須の元素である。また基地に固溶して靭
性の向上に寄与するため、好ましくは1.0〜7.0%
の範囲で添加する。Vは耐摩耗性を著しく増大し、同時
にオーステナイト結晶粒の粗大化防止ならびに焼戻し硬
さの向上に効果がある。Vが0.5%未満では、前述の
効果が得にくく、2.0%を超えると、靭性が得られな
いため、0.5〜2.0%とする。好ましくは0.8〜
1.9%である。
【0014】次に、本発明では帯状態で焼入れ焼戻しを
連続的に行う。先ず、冷間圧延されコイル状となった高
速度工具鋼の鋼帯が一定速度で巻出され、1100〜1
200℃に加熱された焼入れ炉に通板される。焼入炉で
高温加熱された高速度工具鋼の鋼帯は、炉を出た直後
に、水冷又は油冷された上下の加圧された定盤の間を通
過する。この上下から拘束された状態でマルテンサイト
変態、すなわち焼入れが完了させられる。この焼入れに
より、急冷による鋼帯の収縮、変態による膨張を上下定
盤の限られた平面内で生ぜしめ、平坦度を確保するもの
である。
【0015】次に、焼入れされた高速工具鋼の鋼帯は、
続く500〜600℃に加熱された焼戻し炉を通板され
る。高速度工具鋼の焼戻し2次硬化域での寸法変化(膨
張)は、焼入れ時よりさらに大きい。このため、焼戻し
炉の炉内に上下1組以上の上下定盤を設置し、この間を
通過させる。この時、上下定盤で加圧することにより、
2次硬化は限られた平面内で生ぜしめられるため、反り
の発生が抑制される。この場合、定盤の代わりに上下交
互に配置されたローラーを有するレベラー方式でも、同
様の効果が得られる。つまり、鋼帯の連続熱処理の過程
において、プレス焼入れ、プレス焼戻しを連続的に行な
うことにより、各熱処理で生じる帯材の反り、変形を効
率よく抑制し、優れた平坦度を有する熱処理法である。
【0016】さらに、上述した方法により製造された高
速度工具鋼の鋼帯は、工具へと加工されるが、本発明の
方法を採れば、平坦度として幅反りの観点から、幅の
0.4%以内に制御することができるため、たとえば薄
板状製品である鋸やカッタ、あるいは製紙用ブレードへ
の形状の調整が殆ど必要ない精度とすることができる。
したがって、直接素材をワイヤーカットやレーザーカッ
ト等のエネルギー集中型の加工法により、製品形状に加
工した後仕上加工のみで製造することが可能であり、大
幅な省力を実現するものである。
【0017】
【実施例】以下、実施例に基づき説明する。供試鋼とし
て表1に示す成分組成の合金(No.1〜4)および比
較鋼としてSKH51相当合金(No.5)を溶製し、
鍛伸し、熱間圧延により板厚3mmのフープとした後1
mmまで冷間圧延と軟化焼鈍繰り返しコイルを得た。
【0018】
【表1】
【0019】次に、得られたコイルを巻出機にセット
し、1120℃に加熱された焼入れ炉へ通板した後、焼
入れ炉で加熱された鋼帯は、炉を出た直後に油冷を行っ
た。ここで、さらに上下の加圧された定盤の間を貫通
し、鋼帯を上下から拘束させ、鋼帯の変形を抑制させ、
焼入れが終了した。続いて、焼入れが終了した鋼帯は5
40℃に加熱された焼戻し炉へ上述した速度と同様の速
度で通板させた。この時、焼戻し炉内に設置された上下
の加圧された定盤中を貫通させ、空冷にて冷却を行い、
焼戻しを終了した。このことで、焼入れ時よりさらに大
きな高速度工具鋼の焼戻し2次硬化域での寸法変化(膨
張)を抑制させることができ、特に幅方向への変形を抑
制できる。
【0020】上述の工程で得られた鋼帯について、平坦
度と硬さの測定を行った。平坦度は鋼帯の両端部および
中央部の3個所を直径100mmの円盤にワイヤーカッ
トで切り出し、形状測定装置を用いて変形の最大高さを
測定した。測定結果を表2に示す。なお、表2で示す試
験片番号は、供試鋼No.1の1.5m/minの低速
度で連続的に焼入れ焼戻しを行ったものをNo.11
と、2.5m/minの中速度で行ったものをNo.2
1と、4m/minの高速度で行ったものをNo.31
と示した。また、供試鋼No.2〜No.5までのもの
についても同様に、供試鋼の番号の前に、低速度で連続
的に焼入れ焼戻しを行ったものに1を付し、中速度で行
ったものに2を付し、高速度で行ったものに3をそれぞ
れ付して示した。
【0021】
【表2】
【0022】本発明の組成を有するNo.1〜4までの
高速度鋼の鋼帯はいずれの通板速度の条件においても、
60HRC以上の硬さを得ることができる。通板速度が
大きくなるに従い硬さがやや低下するのは、焼入れ炉の
滞在時間が短くなるため、オーステナイト化の時間が相
対的に短くなるため、炭化物の固溶が少なくなるためで
ある。比較鋼においては、低速度においても、炭化物が
多いため固溶し難く、また焼入れ性も不十分のため58
HRCレベルの硬さしか得ることができない。平坦度に
おいては、本発明の組成を有する高速度鋼は、定盤中の
拘束された平面内でマルテンサイト変態を生じるため、
優れた平坦度を示している。これに対し比較鋼は焼入れ
性に劣るため定盤前ですでに変態が始まっているため、
焼入れ定盤での拘束や、焼戻し中の定盤での矯正でも、
十分な平坦度を確保できないことがわかる。
【0023】本発明の製造方法によって得られた供試鋼
No.1〜4は、優れた平坦度を有しているため、プレ
ステンパーによる修正や仕上加工によって形状を整える
必要がなく、薄板状の製品である鋸刃やカッタとしてそ
のまま加工できる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、十分な硬さと優れた平
坦度を有する高速度鋼鋼帯を得ることができるため、高
速度鋼の薄板を用いて製造される部品や製品の大幅な省
力化が可能であり、また高速度鋼の使用範囲を大きく拡
大するものである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Mo+1/2Wが重量%で2.0〜7.
    0%を含む高速度工具鋼を、帯状態で焼入れ焼戻しを行
    い、次いで工具に加工することを特徴とする高速度工具
    鋼工具の製造方法。
  2. 【請求項2】 高速度工具鋼は重量%でC0.4〜0.
    8%、Cr 3.0〜7.0%、W 0.1〜3.0%、
    Mo 1.0〜7.0%、V 0.5〜2.0、残部が実
    質的にFeからなる組成を有することを特徴とする請求
    項1に記載の高速度工具鋼工具の製造方法。
JP3077198A 1998-02-13 1998-02-13 高速度工具鋼工具の製造方法 Pending JPH11229031A (ja)

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