JPS6115145B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は粉末治金法により製造される含窒素高
速度鋼に関し、鋼中のＣおよびＮの含有量を特定
することにより、高速度鋼としての特性、就中熱
処理に伴う熱歪み、靭性等機械的性質の悪化を伴
うことなく、切削性能を著しく改善したものであ
る。 一般に、Cr、Ｗ、Ｖなどの合金元素を含む高
速度鋼に窒素を含有させることにより、高速度鋼
としての諸性能を向上させることは知られてい
る。このことは、窒化処理によつて、MX或いは
M₆X型窒化物（Ｍは合金元素、Ｘは炭素或いは窒
素を表わす。）が形成され、これがMC、M₆C型
炭化物より安定であり、適正焼入温度幅が広く、
熱処理管理が容易なこと、二次硬化能が大きいこ
と、また、微細なオーステナイト結晶組織が得ら
れ、機械的性質が向上すること、さらに切削性能
が改善されること等の効果によるものである。 このような含窒素高速度鋼は従来は主として溶
解法によつて製造されている。しかし、この溶解
法による場合、窒化処理のために溶鋼を高圧窒素
雰囲気下で溶製するか、或いは溶鋼に窒化物を投
入するなどの煩雑な工程を必要とし、また、鋼中
に富化する窒素量は少なく、しかも炭窒化物を鋼
中に微細、均一に形成分布させることが困難のた
め、所望の性能をそれ程大きく改善することがで
きない。このような溶解法に伴なう制約を回避す
る手段として、最近に至り粉末治金或いは粉末鍛
造法を用いた含窒素高速度鋼の開発が試みられて
きている。これは粉末の比表面積が大きいこと、
粉末焼結体が多孔質であることを利用し、例えば
原料粉末に予め窒素を添加しておくか、或いは焼
結時に加熱温度、加熱時間、雰囲気中窒素分圧の
調節など比較的操作の容易な手段で任意の窒素量
を鋼中に富化させようとするもので、この方法に
よれば微細、均一に分散する窒化物の形成が期待
できるものである。 しかしながら、従来、粉末治金法により製造さ
れる含窒素高速度鋼については、その切削性能は
必らずしも期待される程改善されず、むしろ劣つ
ている、或いはかかる高速度鋼の価値について疑
問があるという考え方も少なくなく、また、二、
三実用化された粉末治金法により製造される含窒
素高速度鋼についても被削性と耐摩耗性とを兼ね
備えることの理由が不明であること、就中、優れ
た切削性能を付与するための合金元素と窒素富化
量との関係が明らかにされていないこと等が一因
となつて、これまで開発されている粉末治金法に
より製造される含窒素高速度鋼は特定の成分組成
を有する鋼種に限られている。例えば、神戸製鋼
所技報Vol.24、No.3、P10には粉末治金法により
製造されるMo系高速度鋼（JIS SKH9、および
JIS SKH55改良型）に0.4〜0.5％の窒素を添加す
ることにより切削性能が著しく向上したと報告さ
れている。しかしながら、このように既に合金成
分が規格化された高速度鋼に多量の窒素を添加す
ることは耐摩耗性、耐熱性の改善には効果的であ
るが、その反面、高速度鋼の化学量論的な合金成
分のバランスをくずすことになり、焼入時の残留
オーステナイト量を増加させ、焼戻し回数を増加
させる必要があること、熱処理歪みが大きくなる
こと、さらに靭性が低下し切削工具としての適用
範囲が限定されることなどの問題を生じる。 本発明の目的は、上述の如き熱処理上の問題、
靭性等の機械的性質への悪影響を伴うことなく、
切削性能のすぐれた高速度鋼を提供せんとするも
のである。 ところで、高速度鋼の主要合金元素のうち、Ｃ
はＷ、Ｖ、Mo、Cr等の炭化物形成元素と密接な
関係を有し、高速度鋼の諸性質に大きな影響を与
えることから、その添加量については、これら元
素の配合量との関連下に規定され、たとえば、
「鉄と鋼」（第45巻、第５号、P511〜516）にはＣ
％＝0.19＋0.017（Ｗ％＋2Mo％）＋0.22V％の関
係式が示されるなど、他の合金元素と比べて厳し
く規制されている。 一方、Ｎに関しては、一般的にＣと類似した性
質を有しており、両者の原子量はそれぞれ12およ
び14と小さく、鋼に対しては侵入型の原子であつ
て、安定な合金化合物を生成し易い性質を有して
いる。そのため、多量のＮを含有する高速度鋼に
ついて切削性能や機械的性質等の改善を企図する
場合、単にＮ含有量を単独で調達するよりも、Ｃ
量との関連下になされるべきであると考えられ
る。 本発明者等は、粉末治金法が前述の如く、任意
の窒素量を富化し、微細均一な炭窒化物を形成す
るに有利な手段であることを利用し、従来の
AISI M15の溶製材の成分組成に相当する高速度
鋼の諸性能、特に切削性能の改善を図るべく、Ｃ
およびＮについての上記見解に基づき研究を重ね
た結果、これら高速度鋼組成につき、Ｃ量および
Ｃ＋Ｎ量を一定の範囲に特定することにより、上
記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成
するに到つた。 すなわち、本発明の要旨は、Cr3.8〜4.5％、
Mo3.0〜4.0％、W5.5〜6.7％、V4.2〜5.2％、
Co4.2〜5.2％を含有し、かつC1.3％以下、Ｃ＋
N1.4〜2.0％としたことにより、熱処理歪みを少
なくし、靭性等の機械的性質を高度に維持しつ
つ、高速度鋼の切削性能を大幅に改善したもので
ある。 以下、本発明の含窒素粉末治金高速度鋼につい
て説明する。 本発明の含窒素粉末治金高速度鋼の基本成分は
ＣおよびＮを除き、AISI M15で規格化された組
成に相当するもの、すなわち、Cr3.8〜4.5％、
Mo3.0〜4.0％、W5.5〜6.7％、V4.2〜5.2％、
Co4.2〜5.2％、Si0.4％以下、Mn0.4％以下、
P0.03％以下、S0.03％以下に規定される鋼種に適
用される。 上記各鋼種相当の成分組成に対し、更にＣを
1.3％以下とし、かつＣ＋Ｎの量を1.4〜2.0％とす
ることにより後記実施例にも示すように切削性能
の大幅な改善効果がもたらされる。 本発明に係る含窒素粉末治金高速度鋼を製造す
るには、Cr、Mo、Ｗ、Ｖ、Co等の合金元素を、
所望の相等鋼種に応じて含有し、Ｃ量の異なる鋼
粉末（たとえば、ガスアトマイズ鋼粉末）を、Ｃ
量が1.3％以下となるように配合して軟鋼製のカ
プセルに充填し、脱気した後、Ｃ＋Ｎの量が1.4
〜2.0％となるように窒化処理し、ついで熱間ア
イソスタテイツクプレスにより圧縮形成すること
により鋼塊となし、これを成分組成に応じた適当
な熱処理に付すればよい。 次に実施例を挙げて本発明に係る含窒素粉末治
金高速度鋼の切削性能について具体的に説明す
る。 実施例 AISI M15相当の高速度鋼について、Ｃ量の異
なる鋼粉末（80メツシユ以下）をガスアトマイズ
法で製造し、各粉末を適宜の割合で配合して軟鋼
製のカプセルに充填し、脱気した後、窒化処理
し、ついで熱間アイソスタイツクプレスで圧縮成
形して鋼塊とし、これを熱処理に付して製品を得
た。 その製造条件および製品の切削性能を以下に示
す。なお、比較材として、規格どおりの溶製材を
製し、これを熱処理して得られた製品の切削性能
を測定して比較した。 (1) 製造条件 (a) 原料粉末の化学成分：AISI M15種相当の
原料鋼粉末の化学成分を第１表に示す。

【表】 (b) 窒化処理 窒素雰囲気中、1000〜1150℃で２時間加熱
して窒化した。但し、製品の窒素含有量の調
節は、雰囲気圧力および温度を適宜制御する
ことにより行つた。 (c) 熱処理 焼入れ：1200〜1300℃×３分間・油冷。 焼もどし：560℃×1.5Hr（２〜４回くり
返し）。 (2) 切削性能 上記の条件下に得られたＣおよびＮ量の異な
る粉末治金高速度鋼並びに溶製材について次の
条件で断続切削試験を行つた。 切削速度：25ｍ／分、切込み：1.5mm、送
り：0.2mm/rev、切削油：使用せず、工具形
状：０゜、15゜、６゜、６゜、15゜、15゜、
0.4^R、被削材：SNCM8（Ｈ_B300〜320）、４ロ
ツト。 上記断続切削試験による切削寿命時間（逃げ面
摩耗幅Ｖ_B＝0.6mmに達するまでの切削時間）を第
１図に示す。図中、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれ
第１表に示す鋼粉末により得られたもの、Ｍは溶
製材を示す。 同図から明らかなように、C1.3％以下、Ｃ＋
Ｎ約1.4〜2.0％の範囲で、従来の溶製材に比し、
約４倍に達する切削寿命が保証されることが認め
られる。 また、別途行つた測定結果により、熱処理歪み
および抗折力についても問題のないことが確認さ
れた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｃ量をパラメータとし、切削性能と
Ｃ＋Ｎ量との関係を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Cr3.8〜4.5％、Mo3.0〜4.0％、W5.5〜6.7
   ％、V4.2〜5.2％、Co4.2〜5.2％を含有し、かつ
   C1.3％以下、Ｃ＋N1.4〜2.0％であることを特徴
   とする粉末治金法により製造される含窒素高速度
   鋼。