JPH01152242A - 粉末冶金法による高靭性高速度鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、粉末冶金法による高速度工具鋼にかかり、
特にその靭性の改良に関するものである。

〈従来の技術〉 従来、例えば第１表に示すような成分（重量％）を鉄に
加えた高速度鋼が知られていた。

第　１　表　（従来の高速度鋼） 上述の高速度鋼は、一般には溶製材として多く利用され
ているが、近年、工具の使用条件の苛酷化に伴い、靭性
を高めるために、粉末冶金材が使用されている。粉末冶
金材の多くは、粉末を熱間ブレスにより固結させた後に
鍛造、圧延して製造をされているが、２〜４ミクロン程
度の微細な−軟度化物がマトリクス中に均一に分散し、
結晶粒も微細であるために多くの面で特性が優れ、特に
靭性な比較すると、上記鋼材Ａの場合、硬さＨＲＣ６６
レベルでの抗折力が、溶製材では約３００Ｋｇｆ／ｍｍ
２であるのに対し、粉末冶金材では約４８０Ｋｇｆ／ａ
ｍ２と、１．５倍以上の値を示す。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、工具の使用条件が更に苛酷になると、上
述の粉末冶金材でさえも靭性が十分てはなく、更に一層
の特性の向上が望まれていた。

この発明は、従来の高速度鋼の粉末冶金材と同等或いは
それ以上の硬さと耐摩耗性を具え、かつ靭性か一層高い
工具鋼を実現しようとするものである。

〈問題点を解決するための手段〉 発明者は、上述の目的を達成するために、特に炭化物の
粒径や分布状態に着目し、これについて研究した結果、
高速度鋼の粉末冶金材の靭性な高めるためには、従来２
〜４ミクロンであった炭化物粒径な、１．０ミクロン以
下に抑えるのが極めて有効であることを見出した。

即ち、この出願の第１の発明の鋼材は、原料として重量
％で、Ｃが０．７〜２．５　、　Ｓｉが２．０以下、Ｍ
ｎか１．５以下、Ｃｒが３．０〜５．０　、　Ｖか０．
８〜２５．０の必須成分と、Ｍｏか３．０〜１０．０及
びＷか１．０〜２０．０のいずれか一方または双方の選
択成分と、残りのＦｅ及び不可避不純物とからなる鋼の
粉末を用い、粉末冶金法により鋼材としだものて、これ
に含まれている炭化物は粒径か円相当径で１．０ミクロ
ン以下であることを特徴とする。

また、この出願の第２の発明の鋼材は、第１の発明にお
ける必須成分及び選択成分に加えて、Ｇ。

が４．０〜１２．０、及びＮｂか０．１〜５．０　ノイ
ずれか一方または双方の第２選択成分を含有することを
特徴とする。

次に、この発明において成分を限定する理由を述べる。

Ｃは、Ｃｒ、　Ｖ、　Ｍｏ、　Ｗ及びＮｂの炭化物形成
に不可欠であると共に、焼入れ時にマトリクスに固溶し
高い焼戻し硬さを与えるために必要な成分である。焼入
れ及び焼戻しによってＨＲＣ６２以上の硬さを得るため
には、少くとも０．７重量％の添加か必要であるが、２
．５重量％を越えると、この発明で要求される１、０ミ
クロン以下の炭化物粒径な得ることができなくなる。

Ｓｉは、主に脱酸剤として添加され、焼入れ性を向上さ
せるが、２．０重量％を越えると靭性の劣化を起こす。

Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として添加され、焼入れ性
を向上させるが、１．５重量％を越えると靭性や焼戻し
の際の軟化抵抗が低下する。

Ｃｒは、焼入れ性の確保のために最低限３．０重量％が
必要であるが、Ｃｒ炭化物は、凝集粗大化し易いために
、６重量％を越えるのは好ましくない。

■は、固溶しにくい安定なＭｄ型の炭化物を形成し、結
晶粒を微細化させ、靭性の向上に役立つと共に、対摩耗
性を著るしく向上させる。０．８重量％未満では耐摩耗
性の向上効果が小さく、２５重量％を越えると巨大共晶
炭化物を生成する。

ＭｏとＷは、共にＭ６Ｃ型炭化物を形成し、＃摩耗性を
向上させるが、この効果はＭＯの方か大きく、Ｗの約２
倍の影響力を持つ。Ｍｏは耐摩耗性と共に焼入れ性も高
め、これらの効果を得るためには少くとも３．０重量％
は必要であるが、１０．０重量％を越えると炭化物が粗
大化する。また、Ｗは対摩耗性を向上させるために少な
くとも１．０重量％が必要であるが、ＭＯより炭化物か
粗大化しにくいため、上限値をＭｏの２倍に設定した。

ＣｏとＮｂは、それぞれ耐熱性と靭性な向上させるため
、目的に応じて添加される。Ｇｏはマトリクス中に固溶
し、炭化物の凝集粗大化を抑えて焼戻しのときの軟化抵
抗を大きくする。この効果を得るためには少なくとも４
．０重量％が必要であるが。

１２．０を越えて添加してもその効果は高まらない。

Ｎｂは安定な炭化物を形成し、結晶粒の粗大化を阻止す
る。０．１重量％未満てはその効果が現われず、５．０
重量％を越えると焼戻しのときの軟化抵抗の低下や靭性
の低下をもたらす。・ 〈作用〉 第１表に示した代表的な高速度鋼Ａ、Ｂ、Ｃを、粉末冶
金法により鋼材となし、炭化物の粒径と靭性との関係を
求めた。

各試料は、各供試鋼Ａ、Ｂ、Ｃの３５メツシユ以下のガ
スアトマイズ粉末を、それぞれ径１６０ａ＋ｍの軟鋼製
カプセルに充填し、脱気、封止して、熱間押出法により
径５０ＩＩ１１の棒鋼を得て、これから切出した。

各試料の炭化物の粒径の調節は、熱間押出しのための誘
導加熱を行う際に、加熱温度及び同温度における保持時
間の調節によって行い。

（イ）　　１ｏｏｏ℃×　５分　　　（ロ）　　１０５
０℃ＸＩＯ分（ハ）　　１１００°Ｃ×　１０分　　　
　（ニ）　　１１００℃×２０分の４通りを実施した。

切出した試料には、次の熱処理を行った。

焼入れ　　１１９０°Ｃ×３分　→油冷焼戻し　　５７
０６ＣＸ１時間→空冷（３回）炭化物粒径は、熱処理後
の試料について測定し、円相当径を採用したが、上記誘
導加熱条件（イ）及び（ロ）の試料が、炭化物粒径１．
０ミクロン以下となった。

上述の各試料について、抗折力の測定及びシャルピー衝
撃値の測定を行った結果は、それぞれ第１図及び第２図
に示す通りであり、炭化物粒径が約１．０ミクロンを境
として、高速度工具鋼の靭性を改善することができた。

なお、抗折力試験は、直径が８１で長さが８０ｍｍの試
験片について５０＋ｓｍのスパンで実施し、シャルピー
衝撃試験は、１０ｍｍ角で長さが５５ｍｍの角材の一側
面の中央に、曲率半径１０ｍｍのノツチを２１１Ｉ１１
の深さに設けた試験片を用いて実施した。

〈実施例〉 第２表に示す１２種類の高速度鋼試料＼１〜１２を粉末
冶金法と熱間押出し法の併用によって製造した。各鋼は
、３５メツシユ以下のガスアトマイズ粉末を径１６ｈｍ
の軟鋼製カプセルに充填し、脱気及び封止の後に誘導加
熱を行い、熱間押出し法により径５０ａ＋ｍの棒鋼を製
造し、これから試料な切出し、次の条件て熱処理を行っ
た。

焼入れ　　１１９０℃×３分　→油冷 焼戻し　　５７０℃×１時間→空冷（３回）ここで、試
料番号にａが付せられているのはこの発明の実施例であ
り、上記誘導加熱を１０３０°ＣＸＴ分の条件て実施し
たものである。また、試験番号にｂか付せられているの
は比較例で、上記誘導加熱を１１００℃×１４分の条件
で実施したものである。

これらの試料について、靭性を知るために抗折力試験及
びシャルピー衝撃試験を行ったが、これらの試験の条件
は、第１図及び第２図の場合とそれぞれ同一である。

第２表によって明らかなように、炭化物の粒径は、この
発明の実施例ではすべて１ミクロン以下であるのに対し
て、比較例では格段と大きい。第３図及び第４図は、そ
れぞれ上記実施例１０ａ及び比較例１０ｂの顕微鏡写真
（１０００倍）を示す。そして、各実施例では、対応す
る比較例に較べて、明らかにシャルピー衝撃値及び抗折
力が改善された。

〈発明の効果〉 上記実施例によって明らかなように、この発明によれば
、析出する炭化物の粒径か１ミクロン以下になるように
制御することによって、粉末冶金法による高速度鋼の靭
性を更に改善することがてきた。

【図面の簡単な説明】

第１図は炭化物粒径と抗折力との関係を示す線図、第２
図は炭化物粒径とシャルピー衝撃値との関係を示す線図
、第３図はこの発明の１実施例のｌ１ｌｉ微鏡写真、第
４図は上記実施例に対応する比較例の顕微鏡写真である
。 ′：Ｘｌ　図 六４１勿崖立イ苓・Ｃミクロン） 疫化物’ｒｉ多ト（ミクロン） 才４図 手続一？ｆ口正書（自発） 平成１年２月７日 １　２１Ｇ件の表示 特願昭６２−３１３４９４号 ２　発明の名称 粉末冶金法による高靭性高速度鋼 ３　補正をする者 郵便番号６５１ 住所　神戸市中央区雲井通７丁目１番１号５　補正の対
象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄。 ６　補正の内容 （１）明細書第３頁第６行の次に下記を挿入する。 記 なお、これらの高速度鋼材に必要な硬さと靭性を与える
ために、通常は１２００°Ｃに近い高温からの焼入れと
、６００°Ｃ近い温度からの焼戻しとが行われている。 （２）同書回頁第１４行の次に下記を挿入する。 記 また、従来の高速度鋼の粉末冶金材か高温からの焼入れ
を要し、焼入れに必要な経費が嵩んでいたことに鑑みて
、焼入れや焼戻しの温度を引下げることにより、熱処理
に要する経費を低減しようとするものである。 （３）同書第６頁第１８行の次に下記を挿入する。 記 熱処理条件としては、従来の高速度鋼の粉末冶金材と同
様な、１２００°Ｃ附近からの焼入れと、６００℃附近
からの焼戻しとを実施することもできるか、これよりも
低い１０００〜１０５０℃附近からの焼入れと５００〜
５５０℃附近からの焼戻しを行った場合ても、ＩＩＲｃ
約６５以上という高度の硬さを得ることかできる。 （４）同書第８頁第１Ｏ行の次に下記を挿入する。 記 上述の熱処理条件のもとでは、全試料がＨＲＣ６５以上
の硬さを示したが、熱処理条件をダイス鋼並みの 焼入れ　１０５０℃×３０分　　→油冷焼戻し　５３０
°ＣＸ１時間　→空冷（３回）としたときは、試料（ハ
）及び（ニ）はＨＲＣ６２〜６４レベルの硬さにしかな
らなかった。しかし、試料（イ）及び（ロ）は、この熱
処理条件でも１ｌＲｃ６５以上の硬さを示すことかでき
た。これは、試料（イ）及び（ロ）の場合には、炭化物
か極めて微細なだめに、比較的低い焼入＼温度でも容易
に固溶状態になるためである。 （５）同書第１１頁第８行の次に下記を挿入する。 記 また、上述の実施例１８〜１２ａ及び比較例１ｂ〜１２
ｂについて、異なる条件で熱処理を実施した後の硬さは
、第３表の通りであった。 第３表（熱処理効果の比較） （６）同書第１１頁第１３〜１４行の「ことかできた。 」を「ことがてき、或いは比較的低い焼入温度でも十分
実用的な硬さを発現させることができた。」と訂正する
。 以　　上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、Ｃが０．７〜２．５、Ｓｉが２．０以
   下、Ｍｎが１．５以下、Ｃｒが３．０〜６．０、Ｖが０
   ．８〜２５．０の必須成分と、Ｍｏが３．０〜１０．０
   、及びＷが１．０〜２０．０のいずれか一方または双方
   の選択成分と、残りのＦｅ及び不可避不純物とからなり
   、炭化物粒径が円相当径で１．０ミクロン以下であるこ
   とを特徴とする粉末冶金法による高靭性高速度鋼。
2. （２）重量％で、Ｃが０．７〜２．５、Ｓｉが２．０以
   下、Ｍｎが１．５以下、Ｃｒが３．０〜６．０、Ｖが０
   ．８〜２５．０の必須成分と、Ｍｏが３．０〜１０．０
   、及びＷが１．０〜２０．０のいずれか一方または双方
   の第１選択成分と、Ｃｏが４．０〜１２．０、及びＮｂ
   が０．１〜５．０のいずれか一方または双方の第２選択
   成分と、残りのＦｅ及び不可避不純物とからなり、炭化
   物粒径が円相当径で１．０ミクロン以下であることを特
   徴とする粉末冶金法による高靭性高速度鋼。