JPS5858254A

JPS5858254A - 合金鋼

Info

Publication number: JPS5858254A
Application number: JP56153923A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Fukui; 福井　彰一; Kazuo Ito; 一夫伊藤; Naoyuki Yamauchi; 直行山内
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1981-09-30
Filing date: 1981-09-30
Publication date: 1983-04-06
Also published as: JPS6121299B2

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】本発明は高靭性耐摩不変形用合金鋼に関するものであ）
、詳しくは炭化物を微細化し、かつその分布状態を均一
化することによって熱処理変形が極めて少なく、シかも
靭性耐摩耗性等を著しく向上させ九合金鋼に関するもの
である。

従来、代表的耐摩不変形用合金鋼として８ＫＤ１２．８
ＫＤ１．５ＫＤ１１等が各種冷間用工具あるいはロール
その他の耐摩不変形用素材に使用されてきたが、靭性や
耐摩耗性が必ずしも十分で危い丸め早期割れを生じやす
く、ま九、熱処理によゐ変形も大きい欠点があった。

これら靭性や耐摩耗性の低化および著しく多い熱処理変
形の主原因は、素材に内在する炭化物分布に起因してい
る。

この炭化物の分布状態の真し悪しによシその工具寿命は
決定されると言っても過言ではない。

本発明は、これら工具等の素材として耐摩不変形用合金
鋼中の炭化物を微細化し、その分布状態を均一化したも
のである。

従来のクロムを主体とした冷間ダイス鋼の凝固過程にお
ける炭化物は、共晶並びに包共晶反応によるＭ７ＣＪと
ＭＪＣ型（但し、Ｍは炭化物生成元素を表わし、ＭｘＣ
ｙは炭化物を意味する）である。特に晶出したＭ７ＣＪ
型炭化物は耐摩耗性を維持するのに必要であるが、巨大
かつ不整形で存在するため著しい靭性の低下や大きな熱
処理変形を生じたＤ、Ｍ７Ｃｊ型炭化物が使用中に脱落
し、ノツチ効果によってクラックを生じたルして工具寿
命を劣化させている。

この問題を解決するために種々研究の結果、本発明者等
は従来の合金鋼に希土類元素（Ｒｒｎ）を添加すること
によシ、溶鋼状態にある１４００〜１ｓｏｏ℃の温度域
で、溶鋼中よシ直接に希土類炭化物が形成される。そし
てこの希土類炭化物は非常に微細で、溶鋼中の一部に偏
析することがなく、かつこの微細炭化物が凝固時の炭化
物反応中心核となし、共晶反応を短時間に終了させる。

その九めに共晶炭化物が非常に均一形状となシ、巨大炭
化物を形成させないことを見い出した。また、仁のよう
にして出来た希土類炭化物を核とした共晶炭化物は非常
に分解されやすく、次工程での熱処理や加工で再度微細
化することができるので、合金鋼の製品ミクｐ組織を見
ると微細炭化物が均一に分布し九組織が得られることも
知見し九。

このように本発明は炭化物の巨大化、偏析を防止し先高
靭性の耐摩不変形用合金鋼を提供するものであル、その
要旨とするところは下記のとお拳である。

即ち、ＣＱ、３！Ｓ−４５０％、８１０．１〜１０％、
Ｍｍｏ、１〜ＩＪＸ、　Ｃｒ　３．０〜意０．０％、　
ＲＩＭの１種ま九は２種をＱ、Ｇ　Ｏｆ　〜Ｏ，６０％
、　Ｎ（Ｌ３０％以下と必要によ１Ｍ。

Ｑ、１０〜ＮＯｘ、ＷＱ、１０〜＆Ｏ％、　Ｖｏ、０１
〜５．０％、Ｃｏ０．０１〜１０．０Ｘ、　Ｎｂ　０．
０１〜！ＬＯＸ、　ＴＪＬ　Ｏ，０１〜ＬＯＸ、　Ｚ　
ｒｏ、００１〜２．ＯＮ、　Ｔ　ｌ　Ｏ，００ｆ〜１０
％、ＨｆＯ，００１〜λＯ髪。

８　ｃ　０．００１〜ｉ０Ｘ、　ＴＯ，Ｇ　Ｏ１〜２．
ＯＸの内１種または２種以上を含有し、さらに必要によ
Ｊ）Ｎｉ０．２５〜ＬＯＸ、　Ｃｕ　０．２５〜２．０
％、　Ｂ　Ｏ，００１〜０．０５０％の内１種または２
種以上を含有し残余が実質的ＫＦ・および不可避的不純
物からなる高靭性耐摩不変形用合金鋼である。

次に本発明鋼の化学成分組成範囲の限定理由を以下に述
べる。

Ｃ：０．３５〜ＺＳＯ％ＣはＣｒ、　Ｍｅ、　Ｗ、　Ｖ、　ＴＩ、　Ｚｒ、　Ｒ
ＥＭなどの炭化物形成元素と結合して、硬い複炭化物を
生成し、工具として必要な耐摩耗性の向上に著しく効果
があ）、また基地中に固溶して切削工具用として所要の
硬さを付与せしめるために必要な成分元素である。即ち
、Ｃ量がｏ、ｓｓＸよ）低いときは、焼入時に基地中に
固溶するＣ量が低くなＪ）、ＨＲＣ５１１以上の焼もど
し硬さを得ることが困難となる。Ｍ７Ｃ，型炭化物の存
在する領域はＣとＣｒとの相互の量によ〕異なるが、Ｃ
ｒ量が増すほど高炭素側に移行する。

しかしながら、多量に添加すると耐摩耗性は増大するが
、鍛造性および靭性が低下するため２．．５０Ｘ以下に
限定した。

８　ｌ　：　Ｑ、ト４ＯＮ８１は主に脱酸剤として添加し、通常冷間ダイス鋼には
（Ｌｌ〜０．５Ｘ含有させるが、さらに増加して添加す
れば炭化物の析出反応を促進させて炭化物の微細化を図
ることが出来る。

また、焼入性を向上させると共に固体基地を強化して降
伏点を高め、高温度での表面酸化を阻止するとともに疲
労限を向上させるのに有効な成分元素である。

ただし、多量に添加すると熱伝導性の低下と靭性の劣化
が生じることによる工具寿命の劣化をきたすので１０％
以下に限定した。

ＭＩ＆＝０．１〜Ｌ５ＮＳｉと同様に脱酸剤として添加するが、焼入性の向上に
も寄与する元素である。脱酸効果を得るためには、最低
量でも０．１％が必要である。ただし、多量に添加する
とＭ１１重合化の析出により靭性や焼もどし軟化抵抗性
が低下し、また加工硬化能が高く被剛性を劣化させるの
て１．５Ｘ以下に限定した。

Ｃｒ　：　３．Ｏ〜２　Ｑ、０％ＣｒはＣと結合して複合炭化物を形成し、耐摩耗性の向
上に大きく寄与する元素であ）、かつ安価であるため冷
間工具鋼における最も主要な添加元素である。また、基
地中にも多量に固溶して焼入性を向上させるとともに耐
酸化性の向上にも大きく寄与する。このためには、少な
くと４３．０％以上添加する必要がある。ただし、多量
に添加すると靭性ヤ焼もどし軟化抵抗性の増加効果はさ
ほど著しく表く、返って脆化する。また、従来の冷間ダ
イス鋼（例えば５ＫＤＩＩ　）では、Ｃ量が１．５Ｘ近
傍をこえると熱間加工性が極端に劣化し、鍛造。

圧延等によって製品化することが非常に困難であった。

しかし、希土類元素を添加することによって熱間加工性
が著しく向上することが認められた。これは希土類元素
の添加によル巨大な針状のＭ７ＣＪ型共晶炭化物を極端
に微細化マきしかも均一分散させ得るためと思われる。

そこで本発明の企画するＭ７ＣＪ型共晶炭化物の微細化
効果を有効に発揮させるＣｒ量の上限は２０．０％とし
た。

Ｎ：０．３０％以下Ｎは、０．３０Ｘを超えて多量に添加されると希土類や
Ｚｒ、　ＴＩ、　Ｈｆと窒化物を形成し、巨大な炭窒化
物が鋼中に存在するととＫなって工具の性能を劣化させ
る。そとて前記元素の効果を有効ならしめるためＫＯ，
３０Ｘ以下とした。

ＲＩＭのＩｌｌま九は２種以上：０−００５〜ｏｓｏｘ
ＲＥＭ（Ｌａ、Ｃ＠、Ｐｒ、Ｎｄ、８ｍおよびその他の
希土類元素）は、希土類炭化物を形成させ、非常に微細
に均一に分散させる効果があシ、本発明鋼において４最
も重要な添加元素である。

この炭化物は非常に安定であ）、固体内で形成されるＭ
Ｃ，ＭｊＣおよびＭｗＣｉ型炭化物の析出反応にも影譬
を及ぼし、この炭化物が形成核の役目をはたす結果、炭
化物は微細にしかも均一に分布し、靭性の低下や硬度低
下を防止できる。

上記効果を有効に発揮させるためには、Ｌａ。

Ｃ＠、Ｐｒ、Ｎｄ、ａｍおよびその他のＲＩＭのうちか
ら選んだ元素を１種または２種以上合計量で少なくとも
０．００５Ｘ以上含有する必要がある。ただし、多量に
添加すると熱間加工性が著しく劣化するため上記元素の
合計量は０．６０％以下に限定した。

Ｖ、　Ｍｏ、　Ｗ、　Ｃｏ、　Ｙ、　Ｚｒ、　Ｈｆ、　
Ｎｂ、　Ｔｉ、　Ｔａ、　Ｓｅはいづれも鋼の基地を強
化し、耐熱性、耐摩耗性、靭性等を向上させる元素であ
）各々の成分範囲は以下のとお）とした。

Ｖ：０．０１〜五〇ＸＣと結合して非常に硬く、シかも固溶しにくいＭＣ型炭
化物を生成し、耐摩耗性の向上や焼もどし硬さの増加に
大きく寄与し、かつ結晶粒を微細化させる結果、靭性を
向上させるのに効果がある。上記効果を有効に発揮させ
るためには少なくともＱ、０１Ｘ以上添加する必要があ
る。しかしながら、■紘有効＆Ｃを固着するために、そ
れに適合し九〇量の増加が必要である。Ｖを多量に添加
すると、硬さの高いＭＣ聾炭化物が多くなシ耐摩耗性社
著しく向止すゐが、逆に被研削性や靭性が劣化する。し
かしながら、８１や希土類元素を添加することによって
ＭＣＩＩ炭化物を微細にしかも均一に分散させるととが
できるので、従来の冷間用工具鋼に含まれる２Ｘ前後Ｏ
Ｖよ）多量に添加しても上記劣化は非常に少ない。

それゆえにＶ量の上＠ｄ！ＬＯＸとした。

Ｍ・：０．１・〜ｔｏｘ、ｗ：ｏ、ｘｏ〜＆ＯＸＭ・お
よびＷは、Ｃと結合して微細ｔｋ　Ｍ２Ｃ型、あるいは
Ｍ４ｃ　聾の複合炭化物を生成させかつ基地中にも固溶
して基地を強化するので耐摩耗性や高温硬さを高めると
共に、焼もどし軟化抵抗性の向上や耐ヒートチェ、り性
を改善させるのに大きく寄与する元素である。

Ｍ・、Ｗの炭化物生成元素の添加紘高炭素高タロム鋼と
同等以上の優れた耐摩耗性や焼入性を賦与させるので、
本発明の目的に対し有益な性能を与える。しかし、＆Ｏ
Ｘ以上の添加は比較的効果が少ないので上限を！ＬＯＸ
に限定した。

Ｃｏ　：　０．０１〜１　Ｇ、ＯＸ基地中に固溶して基地を強化し、膨化物の析出および凝
集をおくらせ、高温における硬さと耐力を著しく向上さ
せる元素である。

したがって、耐熱性、耐摩耗性の向上にはきわめて効果
的な元素である。上記効果を有効に発揮させるためには
、少なくとも０．０１％以上添加する必要がある。ただ
し、多量に添加すると固溶によるＣｏ単独相の晶出が生
じることによ〕内部歪が大となシ、靭性が低下する丸め
１０．０％以下に限定した。

Ｎｂ　：　ｏ、ｏ　１〜＆ｏＸ、　Ｔａ　：　ｏ、ｏ　
ｘ−ｓ、ｏｘＮｂ、Ｔａは非常に高融点の微細な特殊炭
化物を形成するために鍛造、あるいは圧延、焼入れの際
、加熱温度の上昇にともなう結晶粒の粗大化を阻止させ
る。しかも希土類と複合添加するととによって高融点の
非常に微細な均一に分散したＮｂ−希土類炭化物あるい
社Ｔａ−希土類炭化物が形成される。この炭化物はＭ７
ＣＪ、　ＭＣ，Ｍ４Ｃ＋狗ＪＣｊ型炭化物の析出反応に
も影響し、この炭化物が形成核の役目をはたす結果、炭
化物は微細にしか４均一に分布する。

との作用を最も有効ならしめるＫは最少量０．０１Ｘ以
上を必要とする。−ガミＯＸを超えて多量に含有すると
、焼もどし軟化抵抗性の劣化や靭性の低下をもたらすの
でＮｂ、　Ｔａの上限杜氏Ｏ％とした。

Ｚｒ、ＴＩ、Ｈｆ、Ｂｅ、Ｙ：各々０．００１〜２−Ｏ
Ｘこれらの元素は窒素を固定してＭｅ型型化化物間接的
に微細に析出させると共に結晶粒の調整に有効に作用し
、結晶粒の微細化をはかることができるので、靭性向上
に著しく寄与する。ただし、これらの元素の添加量が多
過ぎるとＭＣＩ！の巨大炭化物が晶出すると共に、これ
らの元素の結晶粒界への優先析出がおこるため脆化現象
が生ずる。従りてＴｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆ。

Ｓｓ、Ｙは各々０．００１〜λＯ％に限定した。

Ｎｉ、Ｃｕ、Ｂはいづれも焼入性を向上させて靭性を高
める元素であ〕、各々の成分範囲を以下のように限定し
た。

Ｎｓ：ｏ、ａ〜２．、ＯＸ焼入性の向上や結晶粒微細化による靭性向上に大きく寄
与する元素であル、少なくとも０ＪＯＸ以上含有する必
要がある。ただし、多量に含有すると残留オーステナイ
ト量が急激に増加し、焼もどし軟化抵抗性および靭性の
低下をきたすと同時に金型加工時の被剛性が悪くなると
いう難点があるため２．０Ｘ以下に限定した。

Ｃｕ　：　０．２　ｓ〜ｚｏ％Ｃｕは焼入性を向上させる元素であ）、初析炭化物の析
出を抑制して靭性な向上させる。

上記効果を得るために少なくとも０Ｊ５Ｘ以上含有させ
る必要がある。しかし、！０％をこえると材料の表層部
に濃偏析して結晶粒界を脆化させる丸め悪影響があるの
で、Ｑ、２５〜ＬＯ％の範囲とした。

Ｂ：＠、００１〜Ｑ、０ＩＳＯＮ極微量の添加て焼入冷却過程においてオーステナイト結
晶粒界への初析炭化物の析出を抑制することによシ焼入
性を著しく向上させる。ｔた、靭性の劣化を防止する効
果もある。

上記効果を有効に発揮させるためには、少なくとも８．
００１Ｘ以上添加する必要がある。

ただし、多量に添加するとほう化物が多量に形成され、
鍛造性が著しく劣化する丸め０．０５０Ｘ以下に限定し
た。

次に本発明鋼の特徴を実施例によ）詳細に説明する。

実施例第１表は本発明鋼と比較鋼の供試材の化学組成を示す。

これらの内Ａ１−鵞２は本発明鋼でｈｈ、Ａｓｓ〜３０
は比較鋼である。

第１図及び第２図は本発明鋼と比較鋼の顕微本発明鋼は
、比較鋼に比べて炭化物が極めて微細化されていること
がわかる。

第２表は本発明鋼と比較鋼のシャルピー衝撃値（１０■
Ｒノツチ）、比摩耗量および熱処理寸法変化率の測定結
果を示すものである。なお、比摩耗量の測定は大越式迅
速摩耗試験機を用い、相手円板：　８に５（ＨＲＢａ８
）、摩擦速度：Ｚ、９ｗｈ／Ｓ＠ｅ、摩擦距離：　ｚｏ
ｏｓ、摩擦荷重東５〜の条件でおこなった。また、熱処
理寸法変化率の測定にはφ２５Ｘ５０’ｗの試験片を用
いた。

これらの表から明らかな如＜、ＲＩＭが添加された本発
明鋼ム１−２２は比較鋼Ａ２３〜３゜に比べて靭性が高
く、耐摩耗性、熱処理寸法変化率４優れているととがわ
かる。なお、本発明鋼に快削性を持たせるため５ｔ−０
，２％以下含有させたものも口高靭性でかつ耐摩耗性。

熱処理寸法変化率がすぐれておシ、本発明鋼の間中に属
する。

以上の実施例にみられるごとく、本発明高靭性不変形耐
摩合金鋼は、Ｌｍ、　Ｃ・、Ｎｄ等の希土類元素を添加
して炭化物が微細にしかも均一に分布するので、従来の
この種の工具鋼（８ＫＤ１．５ＫＤ２．５ＫＤＩＩ、　
５ＫＤ１２．　Ａｌ５ＩＤ５゜Ａｌ５ＩＤ７等）Ｋ比べ
て靭性、耐摩耗性や熱処理寸法変化率が優れている。し
たがりて型寸法精度が要求される各種金型やゲージに、
あるいは高靭性、耐摩耗性が要求されるロール等に用い
た場合、優れた性能が得られ、本発明の工業的価値は多
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は比較鋼の、第２図は本発明鋼の顕微鏡組織写真
（腐食液：カイタル１倍率＝４００倍）であル、第１図
（ａ）は試料４２Ｂ、（ｂ）は試料Ａ２６．（Ｃ）は試
料屋２７．第２図（ａ）は試料Ａ　Ｉ　、　（ｂ）は試
料Ａ　８　、　（Ｃ）は試料Ａ９の組織状態を示す。出願人１　　大同特殊鋼株式会社代理人　　河口善雄第１図第２図手　続　補　１１−１　　書（・方式）％式％１　事件の表示特願昭　５６−１５３９２３２　発明の名称合金鋼３　補正をする者　　　　　。５　補正命令の日付昭和５７年２　月２３１１　（発送日）°゛　補正に１
り増力ｌ゛する発１０数なし　／”’”−７補正の対象
　　　　　　　　　　、？　：Ｌ７　ＩＩ明細書の「図
面の簡単な説明」お欄　　・８　補正の内容明細書第１９頁第１２行〜１３行の「顕微鏡組織写真」
を「金属組織写真」と訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】（１）　　ＣＧ、、１１５〜１５０％、　８１　Ｇ、１
−１０Ｘ、　Ｍｕ　＆１〜Ｌ５％。Ｃｒ　ＬＯ〜鵞０．０％、Ｒ：ＩＭの１種または２種以
上を０．００１ＮＧ、＠　０％、　ＮＯ，３０％以下を
基本組成として残余が実質的ＫＦ＠シよび不可避的不純
物からなる高靭性耐摩不変形用合金鋼。（坤Ｃ０，３ト４１０Ｘｅ８１Ｇ、ｉ〜！ＯＸｅＭｍ（
Ｌｆ〜１．５肌Ｃｒ　＆０〜ｆｌ　（ＬＯ％、　ＲＩＭ
の１種または２種以上を０．００１〜（ＬＯＯＸ、ＮＯ
，３０Ｘ以下を基本組成としてＭ＋ｅ０．１０〜！ＬＯ
％、ｗｏ、ｉｏ〜ｔｏ％、ｖｏ−ｏｓ〜ｔｏ％。Ｃ＠０．０１〜１０．ＯＮ、　Ｎｂ　Ｏ，０１−４０Ｘ
、　Ｔ　ａ　ＯＪ　１〜１０Ｘ、　Ｚ　ｒ　Ｏ，００１
〜２．０％、　ＴＩＧ、００１〜ＬＯＮ、　ＨｆＯ，＠
Ｏｆ〜Ｚ、ＯＮ、　８　＠　０．００１〜ＬＯＮ、　Ｙ
（ＬＯ（１１〜１０％の内１種または２種以上を含有し
残余が実質的ＫＦ・および不可避的不純物からなる高靭
性耐摩不変形用合金鋼。（３）　　ＣＧ、３５〜１５０％、　Ｓ　ｉ　Ｏ，１〜
２．、Ｏ％９Ｍ亀仮ｌ〜１．５％。Ｃｒ　３．０〜２０．０％、ＲＩＭの１種または２種以
上を０．００１〜０ＪＯＸ、　ＮＯ，３０％以下を基本
組成としてＮｉ０４５〜！ＯＮ、　Ｃａ０．２５−４０
％、　ＢＱ、００１〜０．０５０％の内１１１ｔたけ２
種以上を含有し残余が実質的にＦ・および不可避的不純
物からなる高靭性耐摩不変形用合金鋼。（４）　　ＣＧ−３５〜２−５　ＯＸｅ　８１０．１〜
２．０％ｅ　Ｍｕ　（Ｌ　１〜１−５　ＸｅＣｒ　３．
０＝２０ＪＸ、　ＲＥＭ　Ｏ１種または２種以上を（Ｌ
ＯＧｆ〜ＯＪ　０％、　ＮＯ，３０Ｘ以下を基本組成と
してＭ２Ｏ，１０〜親０％、　ｗｏ、ｉ　０〜翫０％、
ＶＱ、０１〜＆０％。Ｃｏ　Ｑ、０１〜１０．ＯＮ、　Ｎｂ　Ｏ，０１〜＆Ｏ
ｔＸ、　’Ｉ’ａ　Ｏ，・１−４０％ｅ　Ｚ　ｒ　Ｏ−
００１〜２−０％−Ｔ　ｉ　Ｏｏｏ　０１〜２ＬＯ％＊
　Ｈｆ　（ＬＯＯＸ〜ｔａｘ、　８　ａ　０．００１〜
ＬＯ’Ｘ、　Ｙｏ、００１〜！ＯＸの内１種または２種
以上さらにＮ　ｉ　Ｏ，２！Ｓ〜’！０％。とＣｗ　Ｏ，２５Ｎｚｏ％、　Ｂ　Ｏ，００１〜０．０６
　ＯＮの内１種または２種以上を含有し残余が実質的Ｋ
Ｆ・および不可避的不純物からなる高靭性耐摩不変形用
合金鋼。