JP6710484B2 - 粉末高速度工具鋼 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1に開示されているように、質量%で、C:1.2〜3%、Si:3.0%以下、Mn:3.0%以下、Cr:3〜6%、W:10〜15%、Mo:1.0%以下、V:3〜5%、Co:10%以下を含有する高速度工具鋼用粉末が提案されている。
本発明成分範囲内の粉末高速度工具鋼において、組織内に析出している炭化物は、VCから成るMC炭化物と(Fe、W、Mo)6Cを主体とするM6C炭化物の2種類に分類される。これら炭化物のうち、MC炭化物は高硬度であるため、材料の耐摩耗性を向上させる働きをする。そのため、MC炭化物を粗大化させることで、耐摩耗性を改善させることが可能であるが、一方で粗大な炭化物は靭性を阻害してしまうため、一部の炭化物は微細な炭化物のままで保持しておくことが必要とされる。また、M6C炭化物はMC炭化物ほど耐摩耗性に寄与しないため、M6C炭化物は微細なままに保ちつつ、MC炭化物を粗大化させた組織に制御することで耐摩耗性と靭性を両立させた粉末高速度工具鋼が得られると考えた。
Cは、硬さ、焼入性に必要な元素である。しかし、Cは1.30%未満ではその効果が十分でない。また、Cが2.30%を超えると粗大すぎる炭化物を形成し靱性を悪化させることから、Cは1.30〜2.30%とする。
Siは、脱酸剤であり、基地の硬さを得るために必要な元素である。しかし、Siは0.1%未満ではその効果が十分に得られず、1.0%を超えると靱性と加工性が悪化する。そこでSiは0.1〜1.0%とする。
Mnは、脱酸剤であり、焼入性を得るために必要な元素である。しかし、Mnは0.1%未満では、その効果が十分に得られず、1.0%を超えるとマトリックスを脆化させ靱性、熱間加工性が悪化する。そこでMnは0.1〜1.0%とする。
Crは、焼入性を得るために必要な元素である。しかし、Crは3.0%未満ではその効果が十分でない。また、5.0%を超えると靱性、熱間加工性が悪化する。そこでCrは3.0〜5.0%とする。
Moは、焼入性、硬さ、耐摩耗性、焼戻し軟化抵抗性を得るために必要な元素である。しかし、Moは0.5%未満ではその効果が十分でなく、また、5.0%を超えると靱性、熱間加工性が悪化する。そこでMoは0.5〜5.0%とする。好ましくはMoは0.5〜4.0%とする。
Wは、焼入性、硬さ、耐摩耗性、焼戻し軟化抵抗性を得るために必要な元素である。しかし、Wは5.0%未満ではその効果が十分でなく、20.0%を超えると靱性、熱間加工性が悪化する。そこでWは5.0〜20.0%とする。好ましくはWは8.0〜12.0%とする。
Vは、硬さ、耐焼付き性、靱性を得るために必要な元素である。しかし、Vは3.0%未満ではその効果が十分でなく、7.5%を超えると靱性、被削性が悪化する。そこでVは3.0〜7.5%とする。好ましくはVは4.6〜7.0%とする。
Coは、耐熱性、耐摩耗性、耐焼戻し軟化抵抗性に必要な元素である。本元素を含まなくても本発明の耐摩耗性および靱性の効果は得られるが、上記の耐熱性、耐摩耗性、耐焼戻し軟化抵抗性の点から含有することが好ましい。しかし、Coが10.0%を超える添加は炭化物の偏析や脱炭を促進することから、その上限を10.0%とした。
炭化物の形状は真円ではないのでその断面には径の長いところと短いところがある。その径も最も長い径(以下、最長径という。)を取上げて、ある観察面積中に存在する炭化物を観察し、これらの各炭化物の最長径を計測し、その中で最も大きな値を示す炭化物の最長径のことを本願では炭化物の最大径というものとする。
MC炭化物はM6C炭化物よりも硬く、その径が大きいほど耐摩耗性を向上させる。ただし、MC炭化物の最大径が3.5μm未満だと耐摩耗性向上の効果が十分に得られず、10μmより大きいと破壊の起点となり靭性を阻害するため、MC炭化物の最大径の範囲を3.5〜10μmとした。
M6C炭化物はMC炭化物よりも耐摩耗性に寄与しないため、2.5μm以下に制御することによって耐摩耗性を確保した上で靭性を向上させた。マトリックス中の微細な炭化物は結晶粒を微細に保持し靭性を向上させる効果があるためである。ここで、M6C炭化物を2.5μm以下としたのは、2.5μmよりも大きいと靭性確保の効果が十分に得られないためである。
混合する粉末のCの質量%の差、つまりCの濃度差は0.5%以上とする。このように、0.5%以上とするのは、母相内のC濃度分布をばらつかせ、熱処理時に一部の炭化物のみの成長を促すには、0.5%以上のC濃度差が必要であるためである。なお、3種類以上の粉末を混合する場合は、最もC濃度が近い粉末同士の差が0.5%以上かどうかを判断する。
混合量は高C濃度金属粉末の質量%を1.0とすると、低C濃度金属粉末の質量%は0.25〜4.0が好ましい。すなわち、高C濃度金属粉末と低C濃度金属粉末の混合比は、「1.0:0.25〜4.0」の範囲が好ましい。そして、高C濃度金属粉末と低C濃度金属粉末の混合比が、この範囲を超えて離れると、固化成形後のマトリックスのC濃度差が確保できず、一部の炭化物のみの成長を促すことができない。
合金添加元素は同じで、C(炭素)濃度を振って作製した2種類あるいは3種類の金属粉末{例えば、2種類では、0.3Si−0.3Mn−4.2Cr−1.0Mo−12.0W−4.6V−5.0Co(数値は質量%)に1.3Cと2.5C(数値は質量%)のふたつに振って添加したものおよびそれらの残部にFeを加えて100質量%としてなる2種類の金属粉末}をガスアトマイズ法で作製し、粉末高速度工具鋼の2種類あるいは3種類の母材金属粉末とした。その後、それらを上記の1.0:0.25〜4.0あるいは1.0:1.0:1.0〜2.0の混合比で混合した後、1170℃でHIP処理して固化成形し、表1に示す鋼のA、B、C、D、E、F、Gの成分組成からなる固化成形体を作製した。なお、母材金属粉末のC濃度差および粉末混合比は表2に示すとおりである。これらの固化成形体に対して、表2に示す各No.ごとに定めた調整温度および調整時間で熱処理粒度調整を行った。その後、30mm径に鍛造加工し、1190℃で油冷焼入れ、560℃で3回焼戻し処理を行った。比較例としては、上記の粉末高速度工具鋼の母材金属粉末を表2の粉末混合比において、無しとあるものは混合を行わずに単一粉末のままとし、その他のものは、表2に示す各No.ごとに定めた粉末混合比で高C濃度の粉末と低C濃度の粉末の混合比を1:0.2〜5とし、1170℃でHIP処理して固化成形して固化成形体を作成した。なお、母材金属粉末のC濃度差および粉末混合比は表2に示すとおりである。これらの固化成形体に対し、成形後は熱処理粒度調整において無しとあるものは粒度調整を行わずそのまま、それ以外のものは表2に示す各No.ごとに定めた調整温度および調整時間で熱処理粒度調整を行い、その後、これらを30mm径に鍛造加工し、1190℃で油冷焼入れ、560℃で3回焼戻し処理を行った。
Claims (2)
- 質量%で、C:1.30〜2.30%、Si:0.1〜1.0%、Mn:0.1〜1.0%、Cr:3.0〜5.0%、Mo:0.5〜5.0%、W:5.0〜20.0%、V:3.0〜7.5%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物よりなる鋼であり、該鋼中にある炭化物のうち、MC炭化物の最大径は3.5〜10μmを、M6C炭化物の最大径は2.5μm以下を満たすことを特徴とする粉末高速度工具鋼。
- 請求項1に記載の成分組成に加えて、さらにCo:10.0%以下(ただし0%は含まない。)を含有し、残部Feおよび不可避的不純物よりなる鋼であり、該鋼中にある炭化物のうち、MC炭化物の最大径は3.5〜10μmを、M6C炭化物の最大径は2.5μm以下を満たすことを特徴とする粉末高速度工具鋼。
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