JP2001200341A - 土砂摩耗特性に優れた工具鋼 - Google Patents
土砂摩耗特性に優れた工具鋼Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭化物粒径と残留オーステナイト量を適正化
することにより高硬度（耐摩耗性）と高靱性を兼備えた
冷間工具鋼により、超硬合金を用いないため安価で製造
工程が少なく、割れ・欠けによる破損を抑制し、耐土砂
摩耗性に優れた掘削工具用冷間工具鋼を提供すること。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．６５〜１．４０％、
Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｃ
ｒ：５．０〜１２．０％、ＭｏまたはＷのいずれか１種
または２種をＭｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜
５．０、および／またはＶまたはＮｂのいずれか１種ま
たは２種をＶ当量（Ｖ＋１／２Ｎｂ）：０．１〜２．
５、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなり、Ｍ7 Ｃ3
型炭化物の粒径を５〜１５μｍで、マルテンサイト組織
に一部残留オーステナイト組織を体積％で５〜２０％残
存させることにより、高硬度と高靱性を持つことを特徴
とする土砂摩耗特性に優れた冷間工具鋼。
することにより高硬度（耐摩耗性）と高靱性を兼備えた
冷間工具鋼により、超硬合金を用いないため安価で製造
工程が少なく、割れ・欠けによる破損を抑制し、耐土砂
摩耗性に優れた掘削工具用冷間工具鋼を提供すること。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．６５〜１．４０％、
Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｃ
ｒ：５．０〜１２．０％、ＭｏまたはＷのいずれか１種
または２種をＭｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜
５．０、および／またはＶまたはＮｂのいずれか１種ま
たは２種をＶ当量（Ｖ＋１／２Ｎｂ）：０．１〜２．
５、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなり、Ｍ7 Ｃ3
型炭化物の粒径を５〜１５μｍで、マルテンサイト組織
に一部残留オーステナイト組織を体積％で５〜２０％残
存させることにより、高硬度と高靱性を持つことを特徴
とする土砂摩耗特性に優れた冷間工具鋼。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル掘削用の
ディスカカッター、チゼル、リッパーポイント等の掘削
工具用の合金工具鋼に関し、特に炭化物粒径と残留オー
ステナイト量の両方を適正化することにより高硬度（耐
摩耗性）と高靱性が得られ、耐土砂摩耗性に優れた冷間
工具鋼に関する。
ディスカカッター、チゼル、リッパーポイント等の掘削
工具用の合金工具鋼に関し、特に炭化物粒径と残留オー
ステナイト量の両方を適正化することにより高硬度（耐
摩耗性）と高靱性が得られ、耐土砂摩耗性に優れた冷間
工具鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、冷間加工用工具には、ＪＩＳ−Ｓ
ＫＤ１１が広く使用されている。しかし、塑性加工技術
の進歩や被加工材の高強度化に伴い、使用される工具へ
の応力負荷が大きくなり、５００℃焼き戻しで６０ＨＲ
Ｃの硬さが得られるＳＫＤ１１でさえ、粗大なＭ7 Ｃ3
型炭化物により耐摩耗性は確保しているが、一方で、Ｍ
7 Ｃ3 型炭化物は型寿命の低下をもたらす一因となって
いる。このような問題に対して、例えば特開平１−２０
１４４２号公報、特開平２−２４７３５７号公報、特開
平２−２７７７４５号公報、特開平３−１３４１３６号
公報、および特開平５−１５６４０７号公報の発明が提
案されている。
ＫＤ１１が広く使用されている。しかし、塑性加工技術
の進歩や被加工材の高強度化に伴い、使用される工具へ
の応力負荷が大きくなり、５００℃焼き戻しで６０ＨＲ
Ｃの硬さが得られるＳＫＤ１１でさえ、粗大なＭ7 Ｃ3
型炭化物により耐摩耗性は確保しているが、一方で、Ｍ
7 Ｃ3 型炭化物は型寿命の低下をもたらす一因となって
いる。このような問題に対して、例えば特開平１−２０
１４４２号公報、特開平２−２４７３５７号公報、特開
平２−２７７７４５号公報、特開平３−１３４１３６号
公報、および特開平５−１５６４０７号公報の発明が提
案されている。
【０００３】この特開平１−２０１４４２号公報は、重
量％で、Ｃ：０．９０〜１．３５％、Ｓｉ：０．７０〜
１．４０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｓ：０．００４％以
下、Ｃｒ：８．０〜１０．０、ＭｏとＷの１種または２
種をＭｏ＋Ｗ／２で１．５〜２．５％、ＶとＮｂの１種
または２種をＶ＋Ｎｂ／２で０．１５〜２．５％を含
み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、さらに焼
入れ焼もどし組織において、Ｍ7 Ｃ3 型炭化物の面積率
を２％以上９％以下、ＭＣ炭化物の面積率を２．５％以
下とした転造ダイス用鋼がある。確かに、この発明には
粒径を規制しているが、しかし、主に靱性の向上、炭化
物の連鎖状分布を経路とした亀裂伝播の抑制を目的とし
たものである。これに対し、本発明は優れた土砂摩耗性
を得るには、適度な硬さと炭化物量および靱性が必要で
ある。しかし、これらの特性を得るための重要な因子で
ある炭化物の粒径と残留オーステナイトの両方を規制し
た点は開示されていない。
量％で、Ｃ：０．９０〜１．３５％、Ｓｉ：０．７０〜
１．４０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｓ：０．００４％以
下、Ｃｒ：８．０〜１０．０、ＭｏとＷの１種または２
種をＭｏ＋Ｗ／２で１．５〜２．５％、ＶとＮｂの１種
または２種をＶ＋Ｎｂ／２で０．１５〜２．５％を含
み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、さらに焼
入れ焼もどし組織において、Ｍ7 Ｃ3 型炭化物の面積率
を２％以上９％以下、ＭＣ炭化物の面積率を２．５％以
下とした転造ダイス用鋼がある。確かに、この発明には
粒径を規制しているが、しかし、主に靱性の向上、炭化
物の連鎖状分布を経路とした亀裂伝播の抑制を目的とし
たものである。これに対し、本発明は優れた土砂摩耗性
を得るには、適度な硬さと炭化物量および靱性が必要で
ある。しかし、これらの特性を得るための重要な因子で
ある炭化物の粒径と残留オーステナイトの両方を規制し
た点は開示されていない。
【０００４】また、特開平２−２４７３５７号公報は、
上述の特開平１−２０１４４２号公報に、さらに、不純
物であるＡｓ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｂ，Ｐｂ，Ｂｉの合
計量が０．１３％以下からなる転造ダイス用鋼にある。
さらに、特開平２−２７７７４５号公報は、焼入焼もど
し組織において、粒径２μｍ以上のＭＣ型残留炭化物と
Ｍ6 Ｃ型残留炭化物の１種または２種の合計の面積率が
３％以下、粒径２μｍ以上のＭ7 Ｃ3 型残留炭化物の面
積率が１％以下と規制したものである。
上述の特開平１−２０１４４２号公報に、さらに、不純
物であるＡｓ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｂ，Ｐｂ，Ｂｉの合
計量が０．１３％以下からなる転造ダイス用鋼にある。
さらに、特開平２−２７７７４５号公報は、焼入焼もど
し組織において、粒径２μｍ以上のＭＣ型残留炭化物と
Ｍ6 Ｃ型残留炭化物の１種または２種の合計の面積率が
３％以下、粒径２μｍ以上のＭ7 Ｃ3 型残留炭化物の面
積率が１％以下と規制したものである。
【０００５】いずれも、特開平１−２０１４４２号公報
と同様に、主に靱性の向上、炭化物の連鎖状分布を経路
とした亀裂伝播の抑制を目的としたものである。これに
対し、本発明は、前述のように、炭化物の粒径と残留オ
ーステナイトの両方を規制した点、特に粒径、Ｍ7 Ｃ3
型炭化物の割れによる亀裂発生、および亀裂伝播が大き
な要因であることを見出し、しかも、Ｍ7 Ｃ3 炭化物の
粒径が１５μｍ以下の場合、土砂摩耗が著しく低減でき
ることを見出したものである。
と同様に、主に靱性の向上、炭化物の連鎖状分布を経路
とした亀裂伝播の抑制を目的としたものである。これに
対し、本発明は、前述のように、炭化物の粒径と残留オ
ーステナイトの両方を規制した点、特に粒径、Ｍ7 Ｃ3
型炭化物の割れによる亀裂発生、および亀裂伝播が大き
な要因であることを見出し、しかも、Ｍ7 Ｃ3 炭化物の
粒径が１５μｍ以下の場合、土砂摩耗が著しく低減でき
ることを見出したものである。
【０００６】特開平３−１３４１３６号公報も、上述の
特開平１−２０１４４２号公報に、さらに、不可避的不
純物のうち、Ｐは０．０２％以下、Ｓは０．００５％以
下、Ｏは３０ｐｐｍ以下、Ｎは３００ｐｐｍ以下であ
り、さらに焼入焼もどし組織において、粒径２μｍ以上
のＭ7 Ｃ3 型残留炭化物の面積率が８％以下、粒径２μ
ｍ以上のＭＣ型残留炭化物およびＭ6 Ｃ型残留炭化物の
１種または２種の合計の面積率が３％以下である高硬
度、高靱性冷間工具である。
特開平１−２０１４４２号公報に、さらに、不可避的不
純物のうち、Ｐは０．０２％以下、Ｓは０．００５％以
下、Ｏは３０ｐｐｍ以下、Ｎは３００ｐｐｍ以下であ
り、さらに焼入焼もどし組織において、粒径２μｍ以上
のＭ7 Ｃ3 型残留炭化物の面積率が８％以下、粒径２μ
ｍ以上のＭＣ型残留炭化物およびＭ6 Ｃ型残留炭化物の
１種または２種の合計の面積率が３％以下である高硬
度、高靱性冷間工具である。
【０００７】また、特開平５−１５６４０７号公報は、
焼入焼もどし後において、Ｍ7 Ｃ3型一次炭化物が面積
率で４．０％以下、ＭＣ型一次炭化物が面積率で０．５
％以下、一次炭化物の最大粒径が実質的に２０μｍ以下
で基地中に均一に分散したミクロ組織となり、さらに１
０５０℃〜１１００℃の焼入温度から、５００℃までの
焼入冷却速度を２５℃／ｍｉｎとして焼入れし、これを
高温焼もどしした場合の硬さがＨＲＣ６４以上を得るこ
とのできる高性能転造ダイス用鋼にある。
焼入焼もどし後において、Ｍ7 Ｃ3型一次炭化物が面積
率で４．０％以下、ＭＣ型一次炭化物が面積率で０．５
％以下、一次炭化物の最大粒径が実質的に２０μｍ以下
で基地中に均一に分散したミクロ組織となり、さらに１
０５０℃〜１１００℃の焼入温度から、５００℃までの
焼入冷却速度を２５℃／ｍｉｎとして焼入れし、これを
高温焼もどしした場合の硬さがＨＲＣ６４以上を得るこ
とのできる高性能転造ダイス用鋼にある。
【０００８】さらに、特開平６−２１２２５３号公報
は、Ｃ：０．７５〜１．７５％、Ｓｉ：０．５〜３．０
％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：５．０〜１１．０
％、Ｍｏ：１．３〜５．０％、Ｖ：０．１〜５．０％を
含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなる鋼材を４５０℃
以上の温度で焼もどすことを特徴とする冷間工具鋼の製
造方法にある。すなわち、特開平３−１３４１３６号公
報、および特開平５−１５６４０７号公報のいずれも、
主に靱性の向上、炭化物の連鎖状分布を経路とした亀裂
伝播の抑制を目的としたものである。
は、Ｃ：０．７５〜１．７５％、Ｓｉ：０．５〜３．０
％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：５．０〜１１．０
％、Ｍｏ：１．３〜５．０％、Ｖ：０．１〜５．０％を
含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなる鋼材を４５０℃
以上の温度で焼もどすことを特徴とする冷間工具鋼の製
造方法にある。すなわち、特開平３−１３４１３６号公
報、および特開平５−１５６４０７号公報のいずれも、
主に靱性の向上、炭化物の連鎖状分布を経路とした亀裂
伝播の抑制を目的としたものである。
【０００９】また、特開平６−２１２２５３号公報は、
４５０℃以上の温度で高温焼もどしすることにより、焼
入れ時の残留応力が除去されて安定組織となるとともに
二次硬化硬さが増加し、硬さおよび靱性が共に優れ、工
具としての使用時のかじりを起こし、あるいは放電加工
時により工具に熱が生ずる場合にも割れを生ずることな
く工具寿命が延長され加工性が大幅に向上する。しかし
焼もどし温度が４５０℃未満では充分に発揮されないと
いうものである。これに対し、本発明は前述同様に、Ｍ
7 Ｃ3 型炭化物の粒径を５〜１５μｍとした鋼材を低温
焼戻することで、マルテンサイト組織を体積％で５〜２
０％の残留オーステナイト組織を残存させることにあ
る。
４５０℃以上の温度で高温焼もどしすることにより、焼
入れ時の残留応力が除去されて安定組織となるとともに
二次硬化硬さが増加し、硬さおよび靱性が共に優れ、工
具としての使用時のかじりを起こし、あるいは放電加工
時により工具に熱が生ずる場合にも割れを生ずることな
く工具寿命が延長され加工性が大幅に向上する。しかし
焼もどし温度が４５０℃未満では充分に発揮されないと
いうものである。これに対し、本発明は前述同様に、Ｍ
7 Ｃ3 型炭化物の粒径を５〜１５μｍとした鋼材を低温
焼戻することで、マルテンサイト組織を体積％で５〜２
０％の残留オーステナイト組織を残存させることにあ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術は、
靱性また強度の点から炭化物サイズを規制したものであ
る。この理由は、一次炭化物の欠落による微少欠損を生
じたり、クラックの進展経路となることを防ぐためであ
る。これに対し、本発明は、高硬度と高靱性を兼備えた
冷間工具鋼により、超硬合金を用いないため安価で製造
工程の少なく、割れ・欠けによる破損を抑制し、耐土砂
摩耗性に優れた掘削工具用の冷間工具鋼を提供すること
を目的とする。
靱性また強度の点から炭化物サイズを規制したものであ
る。この理由は、一次炭化物の欠落による微少欠損を生
じたり、クラックの進展経路となることを防ぐためであ
る。これに対し、本発明は、高硬度と高靱性を兼備えた
冷間工具鋼により、超硬合金を用いないため安価で製造
工程の少なく、割れ・欠けによる破損を抑制し、耐土砂
摩耗性に優れた掘削工具用の冷間工具鋼を提供すること
を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、日々の鋭意研究の結果、発明者等は耐土砂摩耗性に
は高い硬さと適度な炭化物量および適度な靱性が必要で
あることを見出した。すなわち、掘削工具の破損メカニ
ズムは摩耗のみではなく、工具に土砂が噛み込むことに
より微小亀裂が生じ、礫、岩盤等との衝突により、微小
亀裂を起点として割れ・欠けを起こすことにある。従っ
て、掘削工具用の工具鋼には、耐摩耗性を寄与する硬い
炭化物を含有させるとともに、マトリックスに十分な靱
性を持たせる必要がある。そこで本発明においては、残
留オーステナイトを規制することで適度な硬度と靱性の
両方を得ることにより、耐土砂摩耗性に優れた掘削工具
用の冷間工具鋼である。
め、日々の鋭意研究の結果、発明者等は耐土砂摩耗性に
は高い硬さと適度な炭化物量および適度な靱性が必要で
あることを見出した。すなわち、掘削工具の破損メカニ
ズムは摩耗のみではなく、工具に土砂が噛み込むことに
より微小亀裂が生じ、礫、岩盤等との衝突により、微小
亀裂を起点として割れ・欠けを起こすことにある。従っ
て、掘削工具用の工具鋼には、耐摩耗性を寄与する硬い
炭化物を含有させるとともに、マトリックスに十分な靱
性を持たせる必要がある。そこで本発明においては、残
留オーステナイトを規制することで適度な硬度と靱性の
両方を得ることにより、耐土砂摩耗性に優れた掘削工具
用の冷間工具鋼である。
【００１２】その要旨とするところは、 （１）重量％で、Ｃ：０．６５〜１．４０％、Ｓｉ：
２．０％以下、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｃｒ：５．
０〜１２．０％、ＭｏまたはＷのいずれか１種または２
種をＭｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜５．０、残
部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなり、Ｍ7 Ｃ3 型炭化
物の粒径を５〜１５μｍで、マルテンサイト組織に一部
残留オーステナイト組織を体積％で５〜２０％残存させ
ることにより、高硬度と高靱性を持つことを特徴とする
土砂摩耗特性に優れた冷間工具鋼。
２．０％以下、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｃｒ：５．
０〜１２．０％、ＭｏまたはＷのいずれか１種または２
種をＭｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜５．０、残
部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなり、Ｍ7 Ｃ3 型炭化
物の粒径を５〜１５μｍで、マルテンサイト組織に一部
残留オーステナイト組織を体積％で５〜２０％残存させ
ることにより、高硬度と高靱性を持つことを特徴とする
土砂摩耗特性に優れた冷間工具鋼。
【００１３】（２）重量％で、Ｃ：０．６５〜１．４０
％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、
Ｃｒ：５．０〜１２．０％、ＶまたはＮｂのいずれか１
種または２種をＶ当量（Ｖ＋１／２Ｎｂ）：０．１〜
２．５、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなり、Ｍ7
Ｃ3 型炭化物の粒径を５〜１５μｍで、マルテンサイト
組織に一部残留オーステナイト組織を体積％で５〜２０
％残存させることにより、高硬度と高靱性を持つことを
特徴とする土砂摩耗特性に優れた冷間工具鋼。
％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、
Ｃｒ：５．０〜１２．０％、ＶまたはＮｂのいずれか１
種または２種をＶ当量（Ｖ＋１／２Ｎｂ）：０．１〜
２．５、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなり、Ｍ7
Ｃ3 型炭化物の粒径を５〜１５μｍで、マルテンサイト
組織に一部残留オーステナイト組織を体積％で５〜２０
％残存させることにより、高硬度と高靱性を持つことを
特徴とする土砂摩耗特性に優れた冷間工具鋼。
【００１４】（３）重量％で、Ｃ：０．６５〜１．４０
％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、
Ｃｒ：５．０〜１２．０％、ＭｏまたはＷのいずれか１
種または２種をＭｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜
５．０、ＶまたはＮｂのいずれか１種または２種をＶ当
量（Ｖ＋１／２Ｎｂ）：０．１〜２．５、残部Ｆｅおよ
び不可避的不純物よりなり、Ｍ7 Ｃ3 型炭化物の粒径を
５〜１５μｍで、マルテンサイト組織に一部残留オース
テナイト組織を体積％で５〜２０％残存させることによ
り、高硬度と高靱性を持つことを特徴とする土砂摩耗特
性に優れた冷間工具鋼。 （４）前記（１）〜（３）記載において、焼入温度１０
００〜１０８０℃、焼戻温度１５０〜４５０℃、硬さＨ
ＲＣ５５以上からなることを特徴とする土砂摩耗特性に
優れた冷間工具鋼である。
％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、
Ｃｒ：５．０〜１２．０％、ＭｏまたはＷのいずれか１
種または２種をＭｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜
５．０、ＶまたはＮｂのいずれか１種または２種をＶ当
量（Ｖ＋１／２Ｎｂ）：０．１〜２．５、残部Ｆｅおよ
び不可避的不純物よりなり、Ｍ7 Ｃ3 型炭化物の粒径を
５〜１５μｍで、マルテンサイト組織に一部残留オース
テナイト組織を体積％で５〜２０％残存させることによ
り、高硬度と高靱性を持つことを特徴とする土砂摩耗特
性に優れた冷間工具鋼。 （４）前記（１）〜（３）記載において、焼入温度１０
００〜１０８０℃、焼戻温度１５０〜４５０℃、硬さＨ
ＲＣ５５以上からなることを特徴とする土砂摩耗特性に
優れた冷間工具鋼である。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明における各種成分の
限定理由について説明する。 Ｃ：０．６５〜１．４０％ Ｃは、焼入焼戻により十分なマトリックス硬さを与える
とともに、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖなどと結合して炭化物を形成
し、高温強度、耐摩耗性を与える元素である。耐摩耗性
に寄与する十分な量の炭化物の形成と掘削用工具鋼とし
ての硬さを確保するために０．６５％は必要であり、
１．４０％を越えると凝固時に粗大炭化物が過剰に析出
し靱性を低下させ、さらに低温焼戻時の残留オーステナ
イト量が多くなりすぎ、逆に硬さが低下するため、Ｃの
範囲は０．６５〜１．４０％とする。
限定理由について説明する。 Ｃ：０．６５〜１．４０％ Ｃは、焼入焼戻により十分なマトリックス硬さを与える
とともに、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖなどと結合して炭化物を形成
し、高温強度、耐摩耗性を与える元素である。耐摩耗性
に寄与する十分な量の炭化物の形成と掘削用工具鋼とし
ての硬さを確保するために０．６５％は必要であり、
１．４０％を越えると凝固時に粗大炭化物が過剰に析出
し靱性を低下させ、さらに低温焼戻時の残留オーステナ
イト量が多くなりすぎ、逆に硬さが低下するため、Ｃの
範囲は０．６５〜１．４０％とする。
【００１６】Ｓｉ：２．０％以下 Ｓｉは、主に脱酸剤として添加されるとともに、耐酸化
性、焼入性に有効な元素であるとともに、素地中に固溶
し素地強度を高めるが、２．０％を超えて添加すると、
靱性を低下させるので、その上限を２．０％とする。 Ｍｎ：０．１０〜２．０％ Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として添加し鋼の清浄度を
高めるとともに焼入性を向上させる元素である。しか
し、０．１０％以下ではその効果は僅少であり、また、
２．０％を超えて添加すると冷間加工性を阻害する上に
靱性を低下させるので、Ｍｎは０．１０〜２．０％とす
る。
性、焼入性に有効な元素であるとともに、素地中に固溶
し素地強度を高めるが、２．０％を超えて添加すると、
靱性を低下させるので、その上限を２．０％とする。 Ｍｎ：０．１０〜２．０％ Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として添加し鋼の清浄度を
高めるとともに焼入性を向上させる元素である。しか
し、０．１０％以下ではその効果は僅少であり、また、
２．０％を超えて添加すると冷間加工性を阻害する上に
靱性を低下させるので、Ｍｎは０．１０〜２．０％とす
る。
【００１７】Ｃｒ：５．０〜１２．０％ Ｃｒは、Ｃと結合し硬い炭化物を形成し、耐摩耗性に寄
与し、また焼入性の向上に有効である。しかし、５．０
％未満であると必要とする耐摩耗性、焼入性に対して不
足であり、１２．０％を越えて添加すると粗大な炭化物
を形成し靱性が低下する。よって、Ｃｒは５．０〜１
２．０％とした。
与し、また焼入性の向上に有効である。しかし、５．０
％未満であると必要とする耐摩耗性、焼入性に対して不
足であり、１２．０％を越えて添加すると粗大な炭化物
を形成し靱性が低下する。よって、Ｃｒは５．０〜１
２．０％とした。
【００１８】ＭｏおよびＷは、共に微細な炭化物を形成
し、二次硬化に寄与する重要な元素であると共に、耐軟
化抵抗性を改善する元素である。ただし、その効果はＭ
ｏの方がＷよりも２倍強く、同じ効果を得るのに、Ｗは
Ｍｏの２倍必要である。この両元素の効果は、Ｍｏ当量
（Ｍｏ＋１／２Ｗ）で表すことができる。本発明成分系
においては、Ｍｏ当量で少なくとも０．５％以上が必要
である。逆に、Ｍｏ当量の過剰添加は、靱性を低下を招
くので、その上限を５．０％とした。
し、二次硬化に寄与する重要な元素であると共に、耐軟
化抵抗性を改善する元素である。ただし、その効果はＭ
ｏの方がＷよりも２倍強く、同じ効果を得るのに、Ｗは
Ｍｏの２倍必要である。この両元素の効果は、Ｍｏ当量
（Ｍｏ＋１／２Ｗ）で表すことができる。本発明成分系
においては、Ｍｏ当量で少なくとも０．５％以上が必要
である。逆に、Ｍｏ当量の過剰添加は、靱性を低下を招
くので、その上限を５．０％とした。
【００１９】Ｖ、Ｎｂは、共に二次硬化に有効であり、
Ｃと硬い炭化物を形成して耐摩耗性の向上に大きく寄与
すると共に結晶粒を微細化する。ただし、その効果はＶ
の方がＮｂよりも２倍強く、同じ効果を得るのに、Ｎｂ
はＶの２倍必要である。この両元素の効果はＶ当量（Ｖ
＋１／２Ｎｂ）で表すことができる。本発明成分系にお
いては、高温焼戻し硬度を得るためには、Ｖ当量で少な
くとも０．１％以上が必要である。過剰な添加は靱性を
劣化させるため、その上限を２．５％とした。
Ｃと硬い炭化物を形成して耐摩耗性の向上に大きく寄与
すると共に結晶粒を微細化する。ただし、その効果はＶ
の方がＮｂよりも２倍強く、同じ効果を得るのに、Ｎｂ
はＶの２倍必要である。この両元素の効果はＶ当量（Ｖ
＋１／２Ｎｂ）で表すことができる。本発明成分系にお
いては、高温焼戻し硬度を得るためには、Ｖ当量で少な
くとも０．１％以上が必要である。過剰な添加は靱性を
劣化させるため、その上限を２．５％とした。
【００２０】次に、冷間工具鋼において、凝固時に晶出
する共晶炭化物であるが、従来は靱性、または強度の点
から炭化物のサイズを規定していたものである。その理
由は、一次炭化物の欠落による微小欠損を生じたり、ク
ラックの進展経路となることを防ぐために規制したもの
である。しかし、この点を詳しく究明した結果、本発明
の最大の特徴は、特に土砂摩耗性に優れた工具鋼として
の土砂摩耗に起因した破損は、Ｍ7 Ｃ3 型炭化物の粒径
が大きな要因を占めていることを見出し、Ｍ7Ｃ3 型炭
化物の粒径が１５μｍ以下の場合に著しく軽減すること
を見出したものである。
する共晶炭化物であるが、従来は靱性、または強度の点
から炭化物のサイズを規定していたものである。その理
由は、一次炭化物の欠落による微小欠損を生じたり、ク
ラックの進展経路となることを防ぐために規制したもの
である。しかし、この点を詳しく究明した結果、本発明
の最大の特徴は、特に土砂摩耗性に優れた工具鋼として
の土砂摩耗に起因した破損は、Ｍ7 Ｃ3 型炭化物の粒径
が大きな要因を占めていることを見出し、Ｍ7Ｃ3 型炭
化物の粒径が１５μｍ以下の場合に著しく軽減すること
を見出したものである。
【００２１】次に、本発明鋼は、焼入温度１０００〜１
０８０℃で焼入れし、且つ１５０〜４５０℃での焼戻し
において、靱性に対して有害な巨大炭化物の生成を抑制
し、また、ＨＲＣ５５以上の硬度を有しながら十分な靱
性を得るために適度な残留オーステナイトを残存させる
ために、Ｃ、Ｃｒのバランスを考慮し、さらに靱性を劣
化させず耐摩耗性を向上させるために、Ｃ、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｖをうまくバランスさせた鋼である。すなわち、十
分な硬さを持ち耐摩耗性に優れ、かつ十分な靱性を兼備
えているため、掘削用工具の用途に最適な冷間工具鋼で
ある。
０８０℃で焼入れし、且つ１５０〜４５０℃での焼戻し
において、靱性に対して有害な巨大炭化物の生成を抑制
し、また、ＨＲＣ５５以上の硬度を有しながら十分な靱
性を得るために適度な残留オーステナイトを残存させる
ために、Ｃ、Ｃｒのバランスを考慮し、さらに靱性を劣
化させず耐摩耗性を向上させるために、Ｃ、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｖをうまくバランスさせた鋼である。すなわち、十
分な硬さを持ち耐摩耗性に優れ、かつ十分な靱性を兼備
えているため、掘削用工具の用途に最適な冷間工具鋼で
ある。
【００２２】
【実施例】以下に、実施例として実験結果に基づき本発
明鋼の特徴を説明する。表１に供試鋼の化学成分を示
す。また、表２には、表１の供試鋼の焼入焼戻硬さ、シ
ャルピー衝撃値、残留オーステナイト量および土砂摩耗
試験の実験結果を示す。なお、土砂摩耗試験では、直径
２０ｍｍ、長さ１００ｍｍに加工した試験片を固定し、
硅砂４号土砂を敷き詰めた容器内に挿入し、容器を回転
数６０ｒｐｍにて４時間連続して回転させた後、試験片
の摩耗量を測定することにより評価した。また、Ｍ7 Ｃ
3 炭化物については、本発明では、２μｍ以上の炭化物
を全てＭ7 Ｃ3 型炭化物とみなした。
明鋼の特徴を説明する。表１に供試鋼の化学成分を示
す。また、表２には、表１の供試鋼の焼入焼戻硬さ、シ
ャルピー衝撃値、残留オーステナイト量および土砂摩耗
試験の実験結果を示す。なお、土砂摩耗試験では、直径
２０ｍｍ、長さ１００ｍｍに加工した試験片を固定し、
硅砂４号土砂を敷き詰めた容器内に挿入し、容器を回転
数６０ｒｐｍにて４時間連続して回転させた後、試験片
の摩耗量を測定することにより評価した。また、Ｍ7 Ｃ
3 炭化物については、本発明では、２μｍ以上の炭化物
を全てＭ7 Ｃ3 型炭化物とみなした。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】表２に示すように、Ｎｏ．１〜４は本発明
例であり、Ｎｏ．５〜１０は比較例である。すなわち、
本発明鋼Ｎｏ１〜４はいずれもＭ7 Ｃ3 炭化物粒径５〜
１５μｍであり、本発明に係る焼戻条件により、ＨＲＣ
５５以上の高硬度が得られ、これらの衝撃値は従来の冷
間工具鋼ＳＫＤ１１に同じ熱処理をした比較鋼（ｆ）の
約７〜９倍程度を得ており、土砂摩耗試験結果である摩
耗量も少なく、耐土砂摩耗性に優れていることが明らか
である。また、比較鋼（ａ），（ｂ）は、硬さとシャル
ピー衝撃値は異なるが、ともに残留オーステナイト量が
０％であるため、本発明鋼Ｎｏ．１〜４よりも耐土砂摩
耗性が劣っていることが分かる。
例であり、Ｎｏ．５〜１０は比較例である。すなわち、
本発明鋼Ｎｏ１〜４はいずれもＭ7 Ｃ3 炭化物粒径５〜
１５μｍであり、本発明に係る焼戻条件により、ＨＲＣ
５５以上の高硬度が得られ、これらの衝撃値は従来の冷
間工具鋼ＳＫＤ１１に同じ熱処理をした比較鋼（ｆ）の
約７〜９倍程度を得ており、土砂摩耗試験結果である摩
耗量も少なく、耐土砂摩耗性に優れていることが明らか
である。また、比較鋼（ａ），（ｂ）は、硬さとシャル
ピー衝撃値は異なるが、ともに残留オーステナイト量が
０％であるため、本発明鋼Ｎｏ．１〜４よりも耐土砂摩
耗性が劣っていることが分かる。
【００２６】次に、比較鋼（ｃ）では、残留オーステナ
イトが多すぎるため、本発明鋼Ｎｏ．１〜４よりも耐土
砂摩耗性が劣っていることが分かる。さらに、比較鋼
（ｄ）、（ｅ）のように、Ｍ7 Ｃ3 炭化物が小さすぎた
り、大きすぎたりすると、本発明鋼Ｎｏ．１〜４よりも
耐土砂摩耗性が劣っていることが分かる。このように、
優れた土砂摩耗性を有するには、適切な残留オーステナ
イトとＭ7 Ｃ3 炭化物粒径の両方が必要不可欠であると
言える。
イトが多すぎるため、本発明鋼Ｎｏ．１〜４よりも耐土
砂摩耗性が劣っていることが分かる。さらに、比較鋼
（ｄ）、（ｅ）のように、Ｍ7 Ｃ3 炭化物が小さすぎた
り、大きすぎたりすると、本発明鋼Ｎｏ．１〜４よりも
耐土砂摩耗性が劣っていることが分かる。このように、
優れた土砂摩耗性を有するには、適切な残留オーステナ
イトとＭ7 Ｃ3 炭化物粒径の両方が必要不可欠であると
言える。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明鋼は、冷間工
具鋼としての一定範囲のＭ7 Ｃ3 炭化物の粒径およびマ
ルテンサイト組織に一部残留オーステナイト組織を残存
させることにより、高硬度と高靱性を持つ土砂摩耗特性
に優れた冷間工具鋼を提供することが可能である。
具鋼としての一定範囲のＭ7 Ｃ3 炭化物の粒径およびマ
ルテンサイト組織に一部残留オーステナイト組織を残存
させることにより、高硬度と高靱性を持つ土砂摩耗特性
に優れた冷間工具鋼を提供することが可能である。
Claims (4)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｃ：０．６５〜１．４０％、 Ｓｉ：２．０％以下、 Ｍｎ：０．１０〜２．０％、 Ｃｒ：５．０〜１２．０％、 ＭｏまたはＷのいずれか１種または２種をＭｏ当量（Ｍ
ｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜５．０、残部Ｆｅおよび不可
避的不純物よりなり、Ｍ7 Ｃ3 型炭化物の粒径を５〜１
５μｍで、マルテンサイト組織に一部残留オーステナイ
ト組織を体積％で５〜２０％残存させることにより、高
硬度と高靱性を持つことを特徴とする土砂摩耗特性に優
れた冷間工具鋼。 - 【請求項２】 重量％で、 Ｃ：０．６５〜１．４０％、 Ｓｉ：２．０％以下、 Ｍｎ：０．１０〜２．０％、 Ｃｒ：５．０〜１２．０％、 ＶまたはＮｂのいずれか１種または２種をＶ当量（Ｖ＋
１／２Ｎｂ）：０．１〜２．５、残部Ｆｅおよび不可避
的不純物よりなり、Ｍ7 Ｃ3 型炭化物の粒径を５〜１５
μｍで、マルテンサイト組織に一部残留オーステナイト
組織を体積％で５〜２０％残存させることにより、高硬
度と高靱性を持つことを特徴とする土砂摩耗特性に優れ
た冷間工具鋼。 - 【請求項３】 重量％で、 Ｃ：０．６５〜１．４０％、 Ｓｉ：２．０％以下、 Ｍｎ：０．１０〜２．０％、 Ｃｒ：５．０〜１２．０％、 ＭｏまたはＷのいずれか１種または２種をＭｏ当量（Ｍ
ｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜５．０、 ＶまたはＮｂのいずれか１種または２種をＶ当量（Ｖ＋
１／２Ｎｂ）：０．１〜２．５、 残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなり、Ｍ7 Ｃ3 型炭
化物の粒径を５〜１５μｍで、マルテンサイト組織に一
部残留オーステナイト組織を体積％で５〜２０％残存さ
せることにより、高硬度と高靱性を持つことを特徴とす
る土砂摩耗特性に優れた冷間工具鋼。 - 【請求項４】 請求項１〜３記載において、焼入温度１
０００〜１０８０℃、焼戻温度１５０〜４５０℃、硬さ
ＨＲＣ５５以上からなることを特徴とする土砂摩耗特性
に優れた冷間工具鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000011163A JP2001200341A (ja) | 2000-01-20 | 2000-01-20 | 土砂摩耗特性に優れた工具鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000011163A JP2001200341A (ja) | 2000-01-20 | 2000-01-20 | 土砂摩耗特性に優れた工具鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001200341A true JP2001200341A (ja) | 2001-07-24 |
Family
ID=18539065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000011163A Pending JP2001200341A (ja) | 2000-01-20 | 2000-01-20 | 土砂摩耗特性に優れた工具鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001200341A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004035920A (ja) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 疲労寿命に優れた冷間工具鋼およびその熱処理方法 |
| AT504331B1 (de) * | 2006-10-27 | 2008-05-15 | Boehler Edelstahl | Stahllegierung für spanabhebende werkzeuge |
| EP2662462A1 (en) * | 2012-05-07 | 2013-11-13 | Valls Besitz GmbH | Low temperature hardenable steels with excellent machinability |
| WO2016125523A1 (ja) * | 2015-02-04 | 2016-08-11 | 日立金属株式会社 | 冷間工具材料、冷間工具およびその製造方法 |
| CN110964885A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-07 | 东南大学 | 一种梯度组织结构工模具钢的制备方法 |
| CN113215482A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-08-06 | 武汉钜能科技有限责任公司 | 耐磨冷作工具钢 |
-
2000
- 2000-01-20 JP JP2000011163A patent/JP2001200341A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004035920A (ja) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 疲労寿命に優れた冷間工具鋼およびその熱処理方法 |
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| US7655101B2 (en) | 2006-10-27 | 2010-02-02 | Boehler Edelstahl Gmbh | Steel alloy for cutting tools |
| US10077490B2 (en) | 2012-05-07 | 2018-09-18 | Valls Besitz Gmbh | Low temperature hardenable steels with excellent machinability |
| EP2662462A1 (en) * | 2012-05-07 | 2013-11-13 | Valls Besitz GmbH | Low temperature hardenable steels with excellent machinability |
| WO2013167580A1 (en) * | 2012-05-07 | 2013-11-14 | Valls Besitz Gmbh | Low temperature hardenable steels with excellent machinability |
| JP2015521235A (ja) * | 2012-05-07 | 2015-07-27 | ヴァルス ベジッツ ゲーエムベーハー | 優れた機械加工性を有する低温硬質鋼 |
| WO2016125523A1 (ja) * | 2015-02-04 | 2016-08-11 | 日立金属株式会社 | 冷間工具材料、冷間工具およびその製造方法 |
| CN107208221A (zh) * | 2015-02-04 | 2017-09-26 | 日立金属株式会社 | 冷作工具材料、冷作工具及其制造方法 |
| US9994925B2 (en) | 2015-02-04 | 2018-06-12 | Hitachi Metals, Ltd. | Cold work tool material, cold work tool and method for manufacturing same |
| JPWO2016125523A1 (ja) * | 2015-02-04 | 2017-05-25 | 日立金属株式会社 | 冷間工具材料、冷間工具およびその製造方法 |
| CN110964885A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-07 | 东南大学 | 一种梯度组织结构工模具钢的制备方法 |
| CN110964885B (zh) * | 2019-11-22 | 2021-06-11 | 东南大学 | 一种梯度组织结构工模具钢的制备方法 |
| CN113215482A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-08-06 | 武汉钜能科技有限责任公司 | 耐磨冷作工具钢 |
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