JP2001294987A - 工具鋼 - Google Patents

工具鋼

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JP2001294987A
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steel
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Tokuo Egawa
川 篤 雄 江
Kunio Namiki
木 邦 夫 並
Katsunori Takada
田 勝 典 高
Masanori Yamazaki
崎 正 典 山
Masaru Ara
勝 荒
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Daido Steel Co Ltd
Japan Automatic Machine Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
Japan Automatic Machine Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 JISで規格されているマルテンサイト系ス
テンレス鋼の中で最も高い硬度をもつ、SUS440C
の焼入れ焼もどし処理硬さ58HRC以上を満たす硬さ
と、SUS420J2の耐食性を超える耐食性を有し、
通常の水質などでの使用環境では錆を生ずることのない
程度の耐食性を持った高硬度工具鋼を提供する。 【解決手段】重量%で、C:0.35〜0.65%、S
i:1.0%以下、Mn:1.0%以下、Cr:12.
0〜18.0%、Mo:0.2〜1.0%、さらに、
V:0.05〜0.50%およびNb:0.05〜0.
50%の1種または2種、場合によってはさらにN:
0.05〜0.20%を含有し、残部が実質的にFeか
らなる合金組成を有する高硬度工具鋼。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐食性が良好で高
硬度であって焼入れし易く、さらに、耐摩耗性に優れ、
しかもゆるやかな酸化環境では錆の発生がないばかりで
なく、ある程度の腐食環境でも耐食性をもった高硬度の
工具用材料に好適な鋼に関するものである。
【0002】
【従来の技術】各種の精密機械における固定用工具は、
56HRC以上で60HRC程度の硬度を要求されるた
め、従来はSKS3(C:0.90〜1.00%、S
i:0.35%以下、Mn:0.50%以下、P:0.
030%以下、S:0.030%以下、Cr:0.50
%およびW:0.50%を含有し、残部が実質的にF
e)などの特殊工具鋼が使用されているが、放電加工機
やワイヤカット放電切断機のような軽腐食環境において
は錆の発生により円滑な動作ができない不良が発生して
いた。
【0003】そこで、このような耐食性の必要な使用環
境においては、マルテンサイト系ステンレス鋼のSUS
440C(C:0.95〜1.20%、Si:1.00
%以下、Mn:1.00%以下、P:0.040%以
下、S:0.030%以下、Cr:16.00〜18.
00%を含有し、残部が実質的にFe)や、SUS42
0J2(C:0.26〜0.40%、Si:1.00%
以下、Mn:1.00%以下、P:0.040%以下、
S:0.030%以下、Cr:12.00〜14.00
%を含有し、残部が実質的にFe)が使用されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前者のSU
S440Cは、焼入れ焼もどし処理硬さの点では満足で
きるが、耐食性が低く、放電加工液中で錆が発生するこ
とがあるという問題があった。また、後者のSUS42
0J2は、耐食性はほぼ満足するが、焼入れ焼もどし処
理硬さ58HRC以上を得ることが困難であり、耐摩耗
性に劣るため固定用工具の精度が維持できないという問
題があった。
【0005】
【発明の目的】本発明は、JISで規格されているマル
テンサイト系ステンレス鋼の中で最も高い硬度をもつ、
SUS440Cの焼入れ焼もどし処理硬さ58HRC以
上を満たす硬さと、SUS420J2の耐食性を超える
耐食性を有し、通常の水質などでの使用環境では錆を生
ずることのない程度の耐食性を持った高硬度工具鋼を提
供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の耐食性に優れた
高硬度工具鋼は、基本的な合金組成としては、重量%
で、C:0.35〜0.65%、Si:1.0%以下、
Mn:1.0%以下、Cr:12.0〜18.0%、M
o:0.2〜1.0%、さらに、V:0.05〜0.5
0%およびNb:0.05〜0.50%の1種または2
種を含有し、残部が実質的にFeからなる合金組成を有
する。
【0007】そして、本発明の耐食性に優れた高硬度工
具鋼では、上記の基本的な合金組成に加えて、N:0.
05〜0.20%を含有するものとなすことができる。
【0008】そしてまた、本発明の耐食性に優れた高硬
度工具鋼では、1040〜1080℃で焼入れし、サブ
ゼロ処理(−50℃以下)を施し、低温焼もどしにより
58HRC以上に調質したものとして使用するようにな
すことができる。
【0009】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係わる耐食性に優
れた高硬度工具鋼の成分範囲(重量%)の限定理由につ
いて説明する。
【0010】C:0.35〜0.65% Cは鋼の硬さを得るために最も重要な元素の一つであ
る。しかし、0.35%未満では焼入れ焼もどし処理後
の硬さが58HRCを得ることが困難である。また、
0.65%を超える添加は、粗大な炭化物を生成させ
て、耐食性および加工性を低下させる。よって、Cの含
有量は0.35〜0.65%とした。
【0011】Si:1.0%以下 Siは鋼溶製時の脱酸剤であり、必要な限度で添加する
がフェライト相を脆化する元素であり、靭性を低下する
ので、その上限を1.0%とした。
【0012】Mn:1.0%以下 Mnはオーステナイト生成元素であり、同時に鋼中のS
を固定する働きをする。しかし、多量の添加は、焼入れ
時の残留オーステナイトを増加させ、焼入れ焼もどし処
理硬さの低下を招く。そこで、その上限を1.0%とし
た。
【0013】Cr:12.0〜18.0% Crは、耐食性の確保に必須の元素であり、十分な耐食
性をもたせるためには12.0%以上の添加が必要であ
る。しかし、18.0%を超えるとM型の粗大な
炭化物が晶出し加工性を低下する。そこで、Crの含有
量は12.0〜18.0%とした。
【0014】Mo.0.2〜1.0% Moは、マトリックスに固溶し、耐食性をさらに向上さ
せ、固溶強化により硬さを高める。しかし、その効果は
0.2%未満では小さく、1.0%を超えると、炭化物
中にMoが含まれることにより炭化物が粗大化する。そ
こで、Moの含有量は0.2〜1.0%とした。
【0015】V:0.05〜0.50%およびNb:
0.05〜0.50%の1種または2種 V,Nbは、安定化した微細な炭化物を生成し、それに
よって結晶粒を微細化して、強度・靭性などの機械的性
質を向上する。しかし、0.05%未満ではほとんど効
果が無く、0.50%を超えると、加工性および靭性が
低下する。そこで、VおよびNbの含有量はそれぞれ
0.05〜0.50%とした。
【0016】N:0.05〜0.20% Nは、強度の向上に大きく寄与し、Cを低減して炭化物
の生成を抑えつつ硬度を高めることを可能にする結果、
耐食性および加工性が向上する。しかし、0.05%未
満ではその効果が小さく、0.20%を超えて添加する
と、凝固時に窒素ブローが発生して、製造が困難とな
る。そこで、Nの含有量は0.05〜0.20%とし
た。
【0017】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、
本発明はこのような実施例のみに限定されないことはい
うまでもない。
【0018】表1に示す化学組成の鋼を高周波誘導炉で
溶製した後、50kg鋼塊に鋳造し、熱間鍛造により直
径22mmの丸棒を製造して、諸特性を調べるサンプル
とした。
【0019】
【表1】
【0020】上記の各鋼について1030℃および10
50℃で焼入れし、さらに−75℃でサブゼロ処理を施
した後、180℃で焼もどしを行った。それら、各処理
後のサンプルの硬さおよび耐食性をつぎのようにして評
価した。
【0021】<硬さ>硬さは、径20mm×長さ100
mmの試験片を使用して、サンプルの脱炭を防止するた
め、ソルト中で1030℃および1050℃の温度で焼
入れし、さらに一部については−75℃でサブゼロ処理
を施した後、180℃で焼もどしを行った。そして、各
材料の長さ方向中央の横断面でHRC硬さを測定した。
この結果は、表2に示した。
【0022】<耐食性I>1030℃および1050℃
で焼入れし、さらに一部については−75℃でサブゼロ
処理を施した後、180℃で焼もどしを行い、径20m
m×長さ20mmの試験片を使用して、1%HCl水溶
液に入れ、室温で24時間浸漬した後、腐蝕減量を測定
することで耐食性を評価した。
【0023】その結果は、表2に、比較例2(SUS4
20J2)の値を基準値100としたときの、相対値で
表した。数字の大きいほうが耐食性が高い。
【0024】<耐食性II>塩水噴霧試験は、1030
℃および1050℃で焼入れし、さらに一部については
−75℃でサブゼロ処理を施した後、180℃で焼もど
しを行い、径15mm×長さ100mmの試験片を使用
して、5%NaCl、35℃で24時間実施してその腐
蝕の有無を確認することにより耐食性を評価した。
【0025】試験後の評価は、次の3段階とした。
【0026】 ◎:全く腐蝕せず ○:軽度の腐蝕 ×:全面に発銹 <実機試験>実際の使用条件における耐食性を評価する
ため、ワイヤー放電加工機の加工液中に1年間浸漬し、
浸漬後の錆の発生状況を観察した。
【0027】試験後の評価は、次の3段階とした。
【0028】 A:全く腐蝕せず B:軽度の腐蝕 C:全面に発銹
【0029】
【表2】
【0030】表2に示すように、本発明の鋼は、105
0℃で焼入れ後、サブゼロ処理を施すことで硬さ58H
RC以上を有し、かつ耐食性は、SUS420J2以上
であることが認められた。
【0031】他方、比較例1(SUS440C)は、高
耐食で硬さを必要とする場合に使用される鋼であるが、
得られる硬さは60HRCで十分であるものの、耐食性
に問題がある。また、比較例2(SUS420J2)
は、得られる硬さが56HRCであり、耐摩耗性に若干
の問題がある。さらに、比較例3(SKS3)は、硬さ
は十分であるが、耐食性に問題がある。
【0032】
【発明の効果】本発明により、耐食性に優れた高硬度工
具鋼が提供される。そして、この材料を使用することに
より、各種機械類の部品(たとえば、水中で使用される
ようなバイス類)において、耐食性と高硬度の要求を同
時に満たすことができるという著しく優れた効果がもた
らされる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 38/26 C22C 38/26 (72)発明者 山 崎 正 典 東京都大田区下丸子3丁目28番4号 日本 オートマチックマシン株式会社内 (72)発明者 荒 勝 東京都大田区下丸子3丁目28番4号 日本 オートマチックマシン株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C:0.35〜0.65%、
    Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、Cr:1
    2.0〜18.0%、Mo:0.2〜1.0%、さら
    に、V:0.05〜0.50%およびNb:0.05〜
    0.50%の1種または2種を含有し、残部が実質的に
    Feからなる合金組成を有することを特徴とする工具
    鋼。
  2. 【請求項2】 重量%で、C:0.35〜0.65%、
    Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、Cr:1
    2.0〜18.0%、Mo:0.2〜1.0%、さら
    に、V:0.05〜0.50%およびNb:0.05〜
    0.50%の1種または2種に加えてN:0.05〜
    0.20%を含有し、残部が実質的にFeからなる合金
    組成を有することを特徴とする工具鋼。
  3. 【請求項3】 1040〜1080℃で焼入れし、サブ
    ゼロ処理(−50℃以下)を施し、低温焼もどしにより
    58HRC以上に調質した請求項1または2に記載の高
    硬度工具鋼。
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