JP2752357B2

JP2752357B2 - 時効硬化型オーステナイト系工具鋼

Info

Publication number: JP2752357B2
Application number: JP62036625A
Authority: JP
Inventors: 利夫奥野; 裕司伊藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1987-02-19
Filing date: 1987-02-19
Publication date: 1998-05-18
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: JPS63203753A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、プラマグ成形用型などの冷間型や熱間成形
用金型材として、優れた被切削性を備えた非磁性高強度
の新しい時効硬化型オーステナイト系工具鋼に関するも
のである。〔従来の技術〕従来プラマグ成形用型など被磁性で高強度を要求され
る冷間型や昇温温度の特に高い熱間成形型用途には、中
Ｃ−Mn−Ni−Cr−Ｗ（Mo）−Ｖ系時効硬化型オーステナ
イト系工具鋼が使用されてきているが、問題点として
は、非加工性が悪く、複雑形状の型の場合、型加工が困
難なことや、多大の加工工数を要することにあり、従
来、成分、熱処理面から解決への検討が行なわれたが、
問題点の解決は困難であった。〔発明が解決しようとする問題点〕本発明鋼は、固溶化処理後の予備時効処理状態におい
て優れた被切削性を有し、この状態で型加工後時効硬化
処理を施すことにより、H_RC40以上の高い硬さを得る非
磁性高硬度の時効硬化型オーステナイト鋼に関するもの
である。〔問題点を解決するための手段〕本発明鋼は、中Ｃ−Mn−Ni−Cr−Ｗ（Mo）−Ｖ−Cu−
Al系を成分とする合金であり、固溶化処理後の予備時効
処理において、オーステナイト基地中にNi−Al、Fe−Cu
金属間化合物を析出し、延性を適度に減じ良好な被切削
性をもたらすとともに、600℃以上での時効硬化処理に
おいて、H_RC40以上の高硬度に硬化する時効硬化型オー
ステナイト鋼であり、また適宜快削性を与えるＳの添加
を行ない、予備時効処理における被切削性の優れた基地
との相互効果により大きな被切削性の改善効果を得るも
のである。また、Coの添加により析出硬化にともなう最
高硬度を特に高めるものである。〔実施例〕第１表に本発明鋼の実施例と比較鋼の化学組成および
被切削性を示す。試料は断面寸法50mm×50mmの角材で、
1150℃油冷後530℃前後で10hの予備時効処理（H_RC33〜3
5）を行なった後、8mmφのドリルによる孔あけ加工（深
さ20mm）を行ない、孔あけ可能限界個数を比較鋼のそれ
を100として指数で表わしたものである。本発明鋼は、従来鋼に対し明らかに優れた被切削性を
備えていることがわかる。これは基地中へのFe−Cu、Ni
−Al金属間化合物の微細析出による適度の延性の低減効
果を基本とするもので、Ｓ添加により、さらに被切削性
の明確な向上効果が認められる。比較鋼Ｓは、Cu、Alを
含まず、Ｓ添加のみにより被切削性の向上をはかったも
のであるが、十分な効果は得られない。ＳはCu、Alとの
複合添加により、十分な効果をもたらすものである。な
お、時効硬化元素としてＶは不可欠であるが、一部Moあ
るいはＷで置換することにより、被切削性をより大きく
改善される。第２表に本発明鋼の時効硬化処理（700〜750℃×5h）
における最高硬さを示す。本発明鋼は従来鋼よりも時効
硬化処理における最高硬さが高く、これは、特にCo添加
による固溶化処理時のオーステナイト基地中へのＶ、
Ｗ、Mo、Cr等炭化物形成元素の固溶量が多く、時効硬化
処理時の基地中への特殊炭化物の析出量の増加およびCo
の固溶自体による強化の両者によるものである。第３表に本発明鋼のフェライト粉末中における回転型
粉体摩耗試験における耐摩耗性を示す。試験片寸法は、4mm t×10mm w×80mm lで、中央に軸
孔を有し、回転軸に取付けた後、フェライト粉末中で15
40rpmで10h回転させた場合の摩耗減量（体積）を求め、
従来鋼のそれを100として指数で示したものである。本
発明鋼は、従来鋼と同等以上の耐摩耗性を示し、特にCo
添加の本発明鋼Ｌ、Ｍの場合、時効硬さの上昇とあいま
って耐摩耗性が大幅に優れている。ＶをMo、Ｗで置換の場合、Ｗ、Mo量によっては、耐摩
耗性はやや減少するが、同じ重量のＶの場合よりも炭化
物の量は増大するので、その減少傾向は大きくはなく、
置換量を適量にバランスすることにより耐摩耗性の低下
を防ぐことができる。第４表に本発明鋼の透磁率を示す。いずれも透磁率1.
01未満で非磁性である。次に本発明鋼の成分限定の理由を示す。Ｃは、Ni、Mn、Coとともにオーステナイト形成元素と
して本発明鋼の組織を安定なオーステナイト組織に保つ
とともに、Ｖ、Ｗ、Mo、Crとの間に固溶化処理後の時効
硬化処理において、特殊炭化物を析出させ、高い時効硬
さをもたらすために、また、Ｖ、Ｗ、Mo、Crなどととも
に残留炭化物を形成し、耐摩耗性を高めるために添加さ
れる。低すぎるとフェライト生成をまねいたり、十分な
時効硬さが得られなくなるので0.40％以上とし、高すぎ
ると偏析を増大させたり、巨大炭化物を生成して、被切
削性や靭性を損うので0.70％以下とする。 Siは、本発明鋼の耐酸化性を高めるために添加され
る。多量の添加は必要なく、多すぎると熱伝導性を低下
させるため1.40％以下とする。 Mnは、Ｃ、Ni、Coとともに本発明鋼の組織をオーステ
ナイト組織に保つために添加され、また特殊炭化物の析
出による析出最高硬さを高めとするために添加される。
多すぎると被切削性を低下させ、また、靭性や耐酸化性
も低下させるので15.00以下とし、低すぎるとフェライ
トの生成や時効処理における最高硬さを低下させるた
め、5.00％以上とする。 NiはＣ、Mn、Coとともに本発明鋼の組織をオーステナ
イト組織に保ち、また優れた靭性を保持するために、ま
た予備時効処理においてAlとの間にNi−Al金属間化合物
を析出し、基地の靭性を適当に減じ、良好な被切削性を
与えるために、さらに、時効硬化における最高硬さを高
めるために添加される。多量の添加は必要なく、Ｃ、M
n、Al量との関係において、上記効果を最高度に得るた
めの十分な量として上限を10.00％とし、低すぎると上
記添加の効果が得られないので5.00％以上とする。 Crは本発明鋼の耐酸化性および耐食性を高め、また炭
化物を形成して固溶化加熱時の結晶粒の粗大化の抑制の
ために添加される。多すぎると粗大な炭化物を生成し、
靭性を減少させ、また高温強度の低下やフェライトの生
成をまねくので14.00％以下とし、低すぎると上記添加
の効果が得られないので7.00％以上とする。 MoおよびＷは炭化物を形成し、固溶化加熱時の結晶粒
の粗大化を抑制し、時効硬化処理時に微細な特殊炭化物
を析出し、高い時効硬さと高温強度を得るために、また
残留炭化物を形成し、耐摩耗性を高め、また耐食性を高
めるために添加される。耐摩耗性、高温強度については
Ｗの方が有利で、一方靭性、被切削性については、Moの
方が有利であり、目的、用途により使い分けられる。M
o、Ｗは上記目的のため添加されるが、多すぎると粗大
な炭化物を形成し、靭性を低下させるので1/2W＋Moで5.
00％以下とし、低すぎると上記添加の効果が得られない
ので0.80％以上とする。Ｖは炭化物を形成し、固溶化加熱時の結晶粒の粗大化
を抑制し、時効硬化処理時に微細な特殊炭化物を析出
し、特に高い時効硬さを得るために、また極めて硬い残
留炭化物を形成し、高い摩耗性を形成するための極めて
重要な添加元素である。多すぎると粗大な炭化物を形成
して靭性を低下させ、またフェライトの生成をまねくの
で2.50％以下とし、低すぎると上記添加の効果が得られ
ないので1.20％以上とする。 Cuは固溶化処理後の予備時効処理において、Feとの間
に微細な金属間化合物を形成、析出し、基地の延性を適
度に減じ、良好な被切削性を得るための、また耐食性を
高めるための極めて重要な元素である。また、時効硬化
処理時の最高硬さを上げるために添加される。多すぎる
と熱間加工性を減ずるので4.00％以下とし、低すぎると
上記添加の効果が得られないので0.60％以上とする。 Alは、固溶化処理後の予備時効処理において、Niとの
間にNi−Ａ金属間化合物を形成、析出し、基地の延性を
適度に減じ、良好な被切削性を得るための極めて重要な
元素である。また、時効硬化処理時の最高硬さを高める
ために添加される。多すぎると熱間加工性を減じ、フェ
ライトの生成をまねくので4.00％以下とし、低すぎると
上記添加の効果が得られないので0.60％以上とする。 Coは、固溶化処理時にオーステナイト基地中へのCr、
Ｗ、Mo、Ｖ系各炭化物の固溶度を高め、時効硬化処理時
の微細な特殊炭化物の析出量を増加させて時効最高硬さ
を高め、また基地に固溶すること自体によっても時効最
高硬さを高めるために添加される。多すぎると被切削性
および靭性を低下させるので7.00％以下とし、低すぎる
と上記添加の効果が得られないので2.00％以上とする。ＳはMnとの間に硫化物を形成し、本発明鋼の被切削性
を大幅に向上させるために添加される。Ｓの効果はFe−Cu、Ni−Al金属間化合物の析出による
被切削性の向上した基地との相乗効果により大きな被切
削性の改善をもたらすものである。多すぎると熱間加工
性を減じ、また靭性を過度に減じるので0.15％以下と
し、低すぎると上記添加の効果が得られないので0.04％
以上とする。〔発明の効果〕以上に示すように、本発明はプラマグ成形型、その他
非磁性で高い硬さと耐摩耗性を要求される工具用途に適
用し、従来鋼の問題点であった非切削性が大幅に改善さ
れているため、加工工数の大幅な削減や複雑形状の精密
加工が可能となり、型加工の合理化が得られ、また、特
に高い硬さと耐摩耗性が得られる時効硬化型オーステナ
イト系工具鋼に関するものである。また昇温温度の特に
高い熱間型用途に適用し、へたり、摩耗が生じにくく、
長寿命を得ることができる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】１．重量比で、C 0.40〜0.70％、Si 1.40％以下、Mn 5.
00〜15.00％、Ni 5.00〜10.00％、Cr 7.00〜14.00％、V
1.20〜2.50％、これにCu 0.60〜4.00％、Al 0.60〜4.0
0％の１種または２種、残部Feおよび通常の不純物より
なる時効硬化型オーステナイト系工具鋼。２．重量比で、C 0.40〜0.70％、Si 1.40％以下、Mn 5.
00〜15.00％、Ni 5.00〜10.00％、Cr 7.00〜14.00％、
Ｗ、Mo単独または複合で1/2W＋Mo 0.80〜5.00％、V 1.2
0〜2.50％、これにCu 0.60〜4.00％、Al 0.60〜4.00％
の１種または２種、残部Feおよび通常の不純物よりなる
時効硬化型オーステナイト系工具鋼。３．重量比で、C 0.40〜0.70％、Si 1.40％以下、Mn 5.
00〜15.00％、Ni 5.00〜10.00％、Cr 7.00〜14.00％、V
1.20〜2.50％、Co 2.00〜7.00％、これにCu 0.60〜4.0
0％、Al 0.60〜4.00％の１種または２種、残部Feおよび
通常の不純物よりなる時効硬化型オーステナイト系工具
鋼。４．重量比で、C 0.40〜0.70％、Si 1.40％以下、Mn 5.
00〜15.00％、Ni 5.00〜10.00％、Cr 7.00〜14.00％、
Ｗ、Mo単独または複合で1/2W＋Mo 0.80〜5.00％、V 1.2
0〜2.50％、Co 2.00〜7.00％、これにCu 0.60〜4.00
％、Al 0.60〜4.00％の１種または２種、残部Feおよび
通常の不純物よりなる時効硬化型オーステナイト系工具
鋼。５．重量比で、C 0.40〜0.70％、Si 1.40％以下、Mn 5.
00〜15.00％、Ni 5.00〜10.00％、Cr 7.00〜14.00％、V
1.20〜2.50％、S 0.04〜0.15％、これにCu 0.60〜4.00
％、Al 0.60〜4.00％の１種または２種、残部Feおよび
通常の不純物よりなる時効硬化型オーステナイト系工具
鋼。６．重量比で、C 0.40〜0.70％、Si 1.40％以下、Mn 5.
00〜15.00％、Ni 5.00〜10.00％、Cr 7.00〜14.00％、
Ｗ、Mo単独または複合で1/2W＋Mo 0.80〜5.00％、V 1.2
0〜2.50％、S 0.04〜0.15％、これにCu 0.60〜4.00％、
Al 0.60〜4.00％の１種または２種、残部Feおよび通常
の不純物よりなる時効硬化型オーステナイト系工具鋼。７．重量比で、C 0.40〜0.70％、Si 1.40％以下、Mn 5.
00〜15.00％、Ni 5.00〜10.00％、Cr 7.00〜14.00％、V
1.20〜2.50％、Co 2.00〜7.00％、S 0.04〜0.15％、こ
れにCu 0.60〜4.00％、Al 0.60〜4.00％の１種または２
種、残部Feおよび通常の不純物よりなる時効硬化型オー
ステナイト系工具鋼。８．重量比で、C 0.40〜0.70％、Si 1.40％以下、Mn 5.
00〜15.00％、Ni 5.00〜10.00％、Cr 7.00〜14.00％、
Ｗ、Mo単独または複合で1/2W＋Mo 0.80〜5.00％、V 1.2
0〜2.50％、Co 2.00〜7.00％、S 0.04〜0.15％、これに
Cu 0.60〜4.00％、Al 0.60〜4.00％の１種または２種、
残部Feおよび通常の不純物よりなる時効硬化型オーステ
ナイト系工具鋼。