JPS5952227B2

JPS5952227B2 - 高速度工具鋼

Info

Publication number: JPS5952227B2
Application number: JP8006281A
Authority: JP
Inventors: 彰一福井; 一夫伊藤; 直行山内
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1981-05-28
Filing date: 1981-05-28
Publication date: 1984-12-18
Also published as: JPS57198250A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、高靭性高速度工具鋼に関するもので；あり、
詳しくは炭化物を微細化し、かつその分布状態を均一化
することによって耐久力、靭性、耐摩耗性等を向上させ
た高速度工具鋼に関するものである。

従来、切削工具用素材としては５ＫＨ９、’ ５ＫＨ５
５、並に５ＫＨ２等の高速度工具鋼が使用されて来たが
、作業条件が非常に苛酷であるため刃かけ、へたり、摩
耗等が生じるので、その都度再研磨を必要とするために
労力が取られている。

このことが作業能率の低下を来たす原因となっていｉた
。

そこで、刃かけ、へたり、摩耗等の問題が生じない高靭
性長寿命切削工具材の開発が望まれていた。

この切削工具に生ずる刃かけ、へたり、摩耗の１主原因
は切削工具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善し悪しによりその切削工具寿
命は決定されると言っても過言ではない。

また、金型およびその他の工具に用いられる高速度工具
鋼についても靭性、耐摩耗性等の性能向上のため、炭化
物の分布状態を良好なものにすることは不可欠である。

本発明は、これらの工具用素材としての高速度工具鋼中
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５ＫＨ９，５ＫＨ５５，５ＫＨ２等の高速度工具
鋼の炭化物はＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖの炭窒化物を主
体。

としたものである。

これらの炭化物は固体内の元素拡散により形成される。

そのために拡散のエネルギーは温度上昇時に得ているの
で、製造工程での温度変化により、その析出量、構成元
素比に相違が起き、これらは機敏に変化する性質をもっ
て。

いる。

よって素材製造工程での熱的変化により、この析出した
炭化物はオストワールド反応により徐々に凝集粗大化が
起る。

そうすると靭性が低下するために、炭化物が使用中に脱
落したり、ノツチ効果によりクラックを。

生じたり工具寿命を劣化させている。

この問題を解決するために、本発明者等は希土類元素を
添加することにより、溶鋼状態にある１４００〜１５０
０℃の温度域で、溶鋼中より直接に希土類炭化物が形成
される。

この希土類炭化物は非常。に微細で、溶鋼中の一部に偏
析することはない。

この微細炭化物が、凝固時の炭化物反応中心核となり、
レーデブライト共晶反応を短時間に終了させる。

そのために共晶炭化物が非常に均一形状となり、巨大炭
化物を形成させない。

こ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、次工程での再度微細化する
ことができるので、高速度工具鋼の製品ミクロ組織を見
ると微細炭化物が均一に分布した組織が得られることを
知見した。

このように本発明は炭化物の巨大化、偏析を防止した高
靭性の工具用素材を提供するものであり、その要旨とす
るところは下記のとおりである。

なお本願では、希土類元素ＲＥＭはランタニド元素（原
子番号５７〜７１）及びアクチニド元素（原子番号８９
〜１０３）をさし、Ｓｃ、Ｙは含まない。

Ｃ００３５〜１．５％、５ｉＯ０１〜２．０％、Ｍｎ０
０１〜１．５％、Ｎｉ０．３〜２．０％、Ｃｒ２．０〜
１０．０％とＭ００５〜１２．０、ＷＯ０５〜２３．０
％の１種または２種、■０．５〜５．０％、ＲＥＭの１
種または２種以上を合計で０、００５〜０．６０％を基
本組成として、２ＭＯ＋Ｗ量が１．５〜３０．０％の関
係を満足し、必要によりＣｕｂ、２５〜１．０％、Ｂｏ
、００１〜０．０５０％、Ｔｉ２，０％以下、Ｚｒ２
，０％以下、Ｈｆ２．０％以下、Ｓｃ２．０％以下、Ｙ
２．０％以下、Ｎｏ、３０％以下の内１種または２種以
上、または／およびＣＯｌ、０〜２０．０％を含有し、
残余が実質的にＦｅからなる高速度工具鋼。

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：０．３５〜１．５０％Ｃは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、■、Ｔｉ、Ｚｒ、ＲＥ
Ｍ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
あり、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０．３５％より低いときは、焼入時に基地
中に固溶するＣ量が低くなり、ＨＲＣ６０以上の焼もど
し硬さを得ることが困難となる。

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１．５０％以下に限
定した。

Ｓｉ：０．１〜２．０％Ｓｉは主に蜆酸剤として添加し、通常高速度工具鋼には
０．１〜０．５％含有させるが、さらに増加して添加す
ればＭ２Ｃ炭化物の析出反応を促進させてＭ６Ｃ十ＭＣ
の微細な炭化物にすることが出来る。

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
が生しることによる工具寿命の劣化をきたすので２．０
％以下に限定した。

Ｍｎ：０．１〜１．５％Ｓｉ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Ｍｎ化合物の析出により靭性
や焼もどし軟化抵抗性が低下し、また加工硬化能が高く
被削性を劣化させるので１．５％以下に限定した。

Ｎｉ：Ｑ、３〜２．０％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
与する元素であり、少くとも０．３０％以上含有する必
要がある。

ただし、多量に含有する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削性が悪くなるという難点があ
るため２．０％以下に限定した。

Ｃｒ：２．０〜１０．０％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。

このためには少くとも２．０％以上添加する必要がある
。

ただし多量に添加するとＣｒ炭化物であるＭ７Ｃ３型の
巨大共晶炭化物が形成されるために本発明の企画する炭
化物の微細化がはなせなくなるとともに焼もどし軟化抵
抗性が低下し、脆化するため１０．０％以下に限定した
。

Ｍｏ：０，５〜１２．０％、Ｗｏ、５〜２３．０％、２
Ｍｏ＋Ｗ：１．５〜３０％ＭＯおよびＷは、Ｃと結合して微細なＭ２Ｃ型、あるい
はＭ６Ｃ型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
ともに、焼もどし軟化抵抗性の向上や耐ヒートチェック
性を改善させるのに大きく寄与する元素である。

種々の工具用として必要な硬さおよび切削耐久力を確保
するためには、Ｓｉ、希土類元素の効果を考慮すると２
ＭＯ＋Ｗ量（Ｗ当量）として１．５〜３０．０％が適当
で゛あることが確かめられた。

すなわちＷ当量が１．５％未満では焼入性および高温硬
さ等が不充分となり、また３０％を超えて多量に添加す
ると炭化物の量および大きさが過大となり、鍛造性およ
び靭性が大きく劣化するため、Ｍｏ量は０．５〜１２．
０％、Ｗ量は０．５〜２３．０％の範囲に限定し、前述
のごとくＷ当量は１．５〜３０．０％の関係が満される
必要がある。

なお従来の高速度工具鋼では、Ｗ当量が２０％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り巨大な針状のＭ２Ｃ型
共晶炭化物を極端に微細化でき、しかも均一分散させ得
るためと思われる。

Ｖ：０，５〜５．０％Ｃと結合して非常に硬く、しかも固溶しにくい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効果、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くとも０．５％
以上添加する必要がある。

しかしながらＶは有効なＣを固着するためにそれに適合
したＣ量の増加が必要である。

■を多量に添加すると、硬さの高いＭＣ炭化物が多くな
り耐摩耗性は著しく向上するが、逆に被研削性や靭性が
劣化する。

しかしながら、Ｓｉや希土類元素を添加することによっ
てＭＣ炭化物を微細にしかも均一に分散させ″ることか
できるので、従来の高速度工具鋼に含まれる２％前後の
■より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量の上限は５．０％とした。

ＲＥＭの１種または２種以上：０．００５〜０．６０
％）ＲＥＭ（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、
Ｓｍなど）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り本発明鋼においても最も重
要な添加元素である。

この炭化物は非常に安定であり、固体内で形成されるＭ
Ｃ，Ｍ６ＣおよびＭ２３Ｃ６型１炭化物の析出反応にも
影響オ及ぼし、この炭化物が形成核の役目をはなす結果
、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。

上記硬化を有効に発揮させるためには、Ｌａ、７Ｃｅ
、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍおよびその他（７）ＲＥＭ
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０．００５％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％以下に限定しテた
。

Ｃｏ：１．０〜２０．０％基地中に固溶して基地を強化し、炭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。

ノしたがって、切削耐久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１．
０％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
が生じることにより、靭性が低下するため２０．０％以
下に限定した。

Ｃｕ、Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ、Ｎはい
ずれも靭性の向上を目的に含有させる元素であり、各々
の成分範囲を下記のとおり限定した。

Ｃｕ：０．２５〜１．０％Ｃｕは高速度鋼の焼入性を向上させる元素であり、初析
炭化物の析出を抑制して靭性を向上させる。

上記効果を得るために少なくとも０．２５％以上含有さ
せる必要がある。

しかし１．０％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ため悪影響があるので、０．２５〜
１．０％の範囲とした。

Ｂ：０，００１〜０．０５０％極微量の添加で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著しく向上させる。

また、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０．
００１％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ため０．０５０％以下に限定し
た。

Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、５ｃＸＹ：各々２．０％以
下、Ｎ：０．３０％以下これらの元素は窒素を固定してＭＣ型炭化物を間接的に
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ＭＣ型の巨
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。

従ってＴｉ、Ｚｒ、ＨｆＸＳｃ、Ｙは各々２．０
％以下に限定した。

Ｎ：０．３０％以下窒素は、０．３０％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こととなって工具の性能を劣化さ
せる。

そこで前記元素の効果を有効ならしめるために０．３０
％以下とした。

次に本発明の特徴を実施例により詳細に説明する。

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。

第１図は本発明鋼Ｅと比較鋼Ｈの顕微鏡組織写真であり
、ＲＥＶを添加した本発明鋼は、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。

これらの内、Ｎｏ、Ａ −Ｆは本発明鋼であり、Ｎｏ
、Ｇ−には比較鋼である。

第２表は、本発明鋼と比較鋼を各々の条件で熱処理した
後、シャルピー衝撃試験をおこなった結果を示す。

また同じく第２表に、直径１０ｍｍのストレートシャン
クドリルによる穿孔試験結果を併記する。

なお、穿孔試験に用いたドリル硬さはＨＲＣ６４斬±１
．０に調整し、穿孔材には板厚１３．ＯｍｍのＳＣ材
を用いた。

また、穿孔試験条件は、回転数１８Ｏｒｐｍ／ｍｉｎ
、送り０．１５ｍｍ／ｒｅＶテ切削油は使用シテイナい
。

これらの結果から明らかな如く、本発明鋼は著しく高硬
度であるにもがかわらず靭性が従来鋼に比較して優れて
おり、また穿孔数も非常に多く優れている。

第３表はＷ当量が２０以上の本発明鋼Ｅ、Ｆと比較鋼Ｊ
、Ｋを熱間引張試験をおこなって熱間加工性を比較した
結果である。

本発明鋼はＷ当量が高いにもかかわらず変形抵抗値が低
く、絞り値が高いことがわかり圧延、鍛造等における熱
間加工性の良好なことがわかる。

本実施例にはＬａ、Ｃｅ、Ｎｄ等の希土類元素を用
いたが、その他の希土類元素についても効果のあること
を確認している。

以上の実施例にみられるごとく、本発明高速度工具鋼は
Ｌａ、Ｃｅ、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した高速度工具鋼であって、
従来のこの種の工具鋼に比べて靭性や穿孔性が優れてお
り、したがって高靭性が要求されるドリル等に好適であ
り、また、金型用鋼をはじめとするその他の工具鋼とし
ても優れた性能を発揮することができる。

さらに、本発明鋼はＷ当量が２０％前後をこえても熱間
加工性の劣化が少ないので、Ｗ、Ｍｏを多量に含有する
高性能な高速度工具鋼を製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明鋼と比較鋼の顕微鏡組織写真（腐食液
：ナイタル、倍率：４００倍）である。

Claims

【特許請求の範囲】１００．３５〜１．５％、Ｓｉ０．１〜２．０％、Ｍｎ
００１〜１．５％、Ｎｉ００３〜２．０％、Ｃｒ２．０
〜１０．０％とＭＯ０５〜１２．０、ＷＯ１５〜２３．
０％の１種または２種、Ｖｏ、５〜５．０％、ＲＥＭの
１種または２種以上を合計で０、００５〜０．６０％を
基本組成として、２Ｍｏ＋Ｗ量が１．５〜３０．０％の
関係を満足し、残余が実質的にＦｅおよび不可避的不純
物からなる高速度工具鋼。２Ｃ０，３５〜１．５％、５ｉＯ０１〜２．０％、Ｍｎ
０．１〜１．５％、Ｎｉ００３〜２．０％、Ｃｒ２．０
〜１０．０％とＭＯ０５〜１２．０、Ｗｏ、５〜２３．
０％ノ１種マタハ２種、ｖｏ、５〜５．０％、ＲＥＭの
１種または２種以上を合計で０．００５〜０．６０％を
基本組成として、２Ｍｏ＋Ｗ量が１．５〜３０．０％の
関係を満足し、さらにＣｕＯ０２５〜１．０％、ＢＯ０
００１〜０．０５０％、Ｔｉ２．０％以下、Ｚｒ２．０
％以下、Ｈｆ２，０％以下、Ｓｃ２．０％以下、Ｙ２．
０％以下、ＮＯ，３０％以下の内１種または２種以上を
含有し、残余が実質的にＦｅおよび不可避的不純物から
なる高速度工具鋼。３ＣＯ０３５〜１．５％、５ｉＯ０１〜２．０％、Ｍｎ
０．１〜１．５％、Ｎｉ００３〜２．０％、Ｃｒ２．０
〜１０．０％とＭＯ０５〜１２．０、Ｗｏ、５〜２３．
０％の１種または２種、■０．５〜５．０％、Ｃｏ１．
０〜２０．０％、ＲＥＭの１種または２種以上を合計で
０．００５〜０．６０％を基本組成として、２Ｍｏ＋Ｗ
量が１．５〜３０．０％の関係を満足し、残余が実質的
に鉄および不可避的不純物からなる高速度工具鋼。４Ｃ０，３５〜１．５％、Ｓｉ０．１〜２．０％、
ＭｎＱ、１−１．５％、Ｎｉ００３〜２．０％、Ｃｒ
２．０〜１０．０％とＭＯ０５〜１２．０、Ｗｏ、５〜
２３．０％（７）１種または２種、Ｖｏ、５−）５．０
％、Ｃｏ１．２〜２０．０％、ＲＥＭの１種または２種
以上を合計で０．００５〜０．６０％を基本組成として
、２Ｍｏ＋Ｗ量が１．５〜３０．０％の関係を満足し、
さらにＣｕｂ、２５〜１．０％、ＢＯ０００１〜０．
０５０％、Ｔｉ２．０％以下、Ｚｒ２．０％以下、Ｈｆ
２．０％以下、Ｓｃ２．０％以以下下Ｙ２．０％以下、
ＮＯ，３０％以下の内１種または２種以上を含有し、残
余が実質的に鉄および不可避的不純物からなる高速度工
具鋼。