JPS63118054A

JPS63118054A - 靭性の優れた高速度工具鋼

Info

Publication number: JPS63118054A
Application number: JP26483486A
Authority: JP
Inventors: Shuji Tanogami; 田ノ上　修二; Yasutaka Okada; 康孝岡田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-11-06
Filing date: 1986-11-06
Publication date: 1988-05-23

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〕本発明は、Ａ１により靭性を高めた高速度工具鋼に関す
る。

〔従来の技術〕

高速度工具鋼は高度の耐摩耗性を持たなければならない
ことから、多くの場合、ＭＯｌＷ、Ｖが含有される。Ｍ
ＯｌＷ、■はＣと結合して橿めて硬い炭化物を形成し、
これらが耐摩耗性の向上に寄与しているわけであるが、
ＭＯｌＷ、■の含有量が増加してくると、通常の溶解法
では、析出炭化物が粗大化し靭性低下等の弊害を生じ、
製造が困難になってくる。

そこで、高速度工具の分野でも粉末冶金による製造化が
進み、粉末化法としてはガスコスト等の点で有利なＮｔ
ガスアトマイズ法が主流を占めている。粉末化された金
属はいわゆるＨＩＰ法等により真密度の状態に固められ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、Ｎ２ガスアトマイズ法では金属マトリンクス
中にＮが多量（通常は０．０５％以上）に固溶すること
は避けられない。このＮについて従来は硬度や耐摩耗性
の向上に寄与するといわれていたが、本発明者らの調査
によるとＮが０．０３％以上の令Ｍ域では硬度や耐摩耗
性に対する効果は少な（、むしろ靭性を低下させる原因
になっていることが判明した。

すなわち、高速度工具鋼にあってＮは固溶強化の働きを
することから、０．０２％以下の微量合作の場合には硬
度や耐摩耗性の向上につながらないこともないが、例え
ばＮ２ガスアトマイズ法の場合に含有される０、０５％
以上の多量含有レベルでは、硬度の上昇は飽和傾向にあ
り、靭性の低下が著しくなるのである。

言うまでもなく、靭性は高速度工具鋼においては強度や
耐摩耗性とともに重要な特性であり、靭性を高めること
はＮｔガスアトマイズ法を行う場合ばかりでなく、通常
の溶解法を行う場合にも非常に重要である。

本発明は、通常の溶解法を行う場合は勿論のこと、Ｎ２
ガスアトマイズ法を行う場合にも、高度の靭性が具備さ
れる高速度工具鋼を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

前述したとおり、Ｎはマトリックス中に固溶し、その含
有量によっては硬度や耐摩耗性に対する効果が薄＜、靭
性低下の原因となる。このことからすれば、マトリック
ス中に固溶したＮを取り除くことが、一つの靭性向上対
策になり得る。固溶Ｎを除去するものとして、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ａ１等の窒化物形成元素の添加が考えられるが、Ｔ
ｉ、Ｚｒは高価である上に、炭化物も形成するので、高
速度工具鋼のような高Ｃ材においては、粗大な炭窒化物
を生じ、靭性を重視するならその使用は許されない。

そこで、本発明者らは残ったＡ１に着目し、靭性に与え
るＡ７！の影響を子細に調査研究した結果、Ａ１は、■
Ｎと結びついてＡ　Ｉ　Ｎを形成し、固溶Ｎを少なくし
て靭性の向上をもたらす以外に、■マトリックス中にも
固溶して靭性改善に寄与することが判明した。すなわち
、Ａｆの添加により靭性が■、■の両面から改善され、
全体として大巾な靭性改善効果の得られることが明らか
になったのである。■の理由については、Ａｌの固溶に
よりＭｓ点が上昇し、残留オーステナイト組織が減少し
て、マルテンサイト組織が靭性に有利な形態に変化する
ためと考えられる。

本発明は斯かる知見を基礎に、■、■の両作用を効果的
に発現させるＡｌ量を調査特定することにより完成され
たもので、その要旨とするところは、重量比でＣ：０．
８〜３．４％かつＣ２０，２■、Ｓｉ：２％以下、Ｍｒ
ｚｌ、０％以下、Ｃｒ：３〜８％、Ｍｏ：０．１〜１０
％、Ｗ：０９１〜１０％かつ８≦Ｗ　＋　２　Ｍ　Ｏ≦
３０、■＝４〜ｌＯ％、Ｎ：０、Ｏ１〜０．２％、Ａｊ
！：Ｑ、５％超で０．５≦Ａ７！＝２Ｎ≦２を含有し、
更に必要に応してＣｏ：６％以下を含有し、残部Ｆｅお
よび不可避的不純物からなる靭性のすくれた高速度工具
鋼にある。

本発明の高速度工具鋼においては、特にＡＮを０．６％
超でかつ０．５≦、１〜２Ｎ≦２含有させたことにより
、靭性が上記した■、■の両面から効果的に改善され、
全体として高度の靭性が確保される。また、硬度や耐摩
耗性についてもＶ等の含有により優れた性能を確保して
いる。

なお、Ａｊ！とＮとを複合添加した高速度工具鋼は、特
開昭５３−１４６９１号公報により公知である。しかる
に、この鋼はＡ１とＮとの複合添加によりＶＣ炭化物の
微細化を狙ったものもので、本発明鋼とは含有の目的が
全く異なる。またＡβ含有量自体も、この公知鋼では最
大で０．６％であり、このような少量のＡ１では本発明
の狙いとする■、■両面からの靭性改善効果は得られな
い。

以下、本発明鋼における成分組成の限定理由を述べる。

Ｃ：炭化物形成元素として、またマトリックスの強化元
素として有用である。ＶＣ炭化物析出のため必要量は、
Ｖ１％につき０．２％であり、炭化物析出の面からは少
なくとも０．２　ｘ　Ｖ相当量が必要である。一方、マ
トリックス中のＣ固溶量としては、マトリックスの硬度
と靭性のバランスを考えると、０４４〜０．５％が最適
範囲である。これらのことより、■を炭化物として有効
に働かせかつマトリックス中に最適量のＣを固溶させる
のに必要なｃｌは、■の下限値である４％に対し０．８
％、上限値である１０％に対し２．０％となるが、ＭＯ
ｌＷも炭化物を生成することからＷ当量が最大の３０で
は必要なＣ量は３．４％となり、これがＣの上限となる
。

したがって、Ｃは０．８〜３．４％とし、同時にＣ≧０
．２　Ｘ　Ｖを規定した。０．８％未満では、マトリッ
クス硬度が低下して耐摩耗性が悪くなり、３．４％超で
は靭性が悪化する。

Ｓｉ：脱酸剤として使用されるが、０．８％付近で焼戻
し硬化抵抗を高める働きがある。しかし、Ｗ当量が高い
場合にはこの効果も少なく、また一方でＳｉは酸化物の
介在物等を生じ、靭性を低下させる原因になるので、２
％を上限とした。下限については少量のＳｉは硬度、靭
性に与える影響が小さいので特に規定しないが、脱酸に
必要な量が含有されることは言うまでもない。

Ｍｎ　：　Ｓ　ｉと同様、脱酸剤として使用されるが、
１．０％を超えるとオースティト組織を安定化、拡大し
て残留オーステナイト量が増大し、硬度、靭性を低下さ
せる原因になるので、１．０％以下に規定した。なお、
下限については少量のＭｎは硬度、靭性に与える影響が
小さいので、特に規定しないが脱酸に必要な量が含有さ
れることは言うまでもない。

Ｃｒ：主に焼入性を向上させる元素であるが、３％未満
ではこのような効果が少な（、逆に８％を超えて添加す
ると、炭化物を粗大化させ、脆化しやすくするので、３
〜８％の範囲とした。

ＭＯｌＷ：Ｃと結合してＭｂＣ型、ＭｔＣ型炭化炭化物
成し、耐摩耗性を向上させる。また、焼戻しによる二次
硬化を大きくする。更に、耐熱性も付与する。これらの
硬化を十分に発揮させるには、Ｍｏ、Ｗとも０．１％以
上の含有を必要とし、かつＷ当量（Ｗ’＋　２　Ｍ　ｏ
　）が８以上でなければならない、ただし、ＭＯｌＷが
１０％を超えると、ＡＩＬにより靭性改善効果を打消す
結果になるので、それぞれ１０％を上限とし、Ｗ当量に
ついては熱間加工性を確保する意味から、３０を上限と
した。

なお、Ｗ当量が２０未満であれば溶製材でも間４を題はないが、２０以上に／ると析出炭化物が粗大化して
靭性の低下が大きいので、Ｗ当！２０以上ならば粉末材
の方が好ましい。

■：銅鋼中Ｃと結びついて、硬いＶＣ炭化物を形成し、
耐摩耗性向上に大きく寄与する。しかし、４％未満では
析出炭化物量が少なく耐摩耗性に与える効果が小さいの
で、４％を下限とする。上限については１０％を超えて
添加しても析出炭化物が粗大化して耐摩耗性への効果が
飽和し、また熱間加工性も低下してくるので、１０％と
する。

Ｎ：基本的にはマトリックスの硬度や耐摩耗性に対して
有効であるので、０．０１％以上含有させる。

しかしながら、固溶Ｎ量が増加してくると、硬度や耐摩
耗性に与える効果は小さくなり、むしろ靭性に対して悪
影響を与え始める。本発明高速度工具鋼の特長的作用の
１つは、固溶Ｎ量の増加を抑制することにあるが、この
作用もＮが０．２％を超える場合には十分と言えなくな
り、また熱間加工性も悪化する。したがって、Ｎ鼠は０
．０１〜０．２％の範囲とする。なお、Ｎ２ガスアトマ
イズ法を採用する場合は望むと望まざるとにかかわらず
０゜０５〜０．２％程度のＮは含有されることになる。

Ｃｏ：必要に応じて添加することにより、耐熱性と焼戻
し硬化抵抗を増大させることができる。ただし、６％を
超えて添加してもこれらの効果は飽和し、逆に焼入れ性
や熱間鍛造性を低下させるので、６％を上限とする。下
限についてはＣｏが少量であっても相応の効果が期待で
きるので特に規定しない。

Ａｌ−本発明の高速度工具鋼を特長づける元素である。

このＡ７！は一部がＮと結びつき、ＡＩＮ窒化物を形成
する。しかし、全部のＮがＡ１と結合するのではなく、
一部は固溶Ｎとなる。その結果、硬度や耐摩耗性の向上
に有効な若干量の固溶Ｎが生じることとなる。Ｎと結合
しなかった残りのＡｌはマトリックス中に固溶し、Ｍｉ
織面から靭性を改善する。すなわち、Ａｌの固溶により
Ｍｓ点が上り、残留オーステナイトを減少させ、靭性発
現に有利な形態のマルテンサイト組織を生じるのである
。本発明者らの調査によれば、これら２つの靭性改善作
用を顕著に発現させるには、Ａｌが０゜６％を超え、か
つ固７８Ａｆｌと考えられる（Ａｌ−２Ｎ）が０．５以
上であることが必要である。ただし、（八１〜２Ｎ）が
２を超えるとフェライト組織を生し、逆に靭性を低下さ
せることも明らかとなっている。したがって、Ａｌｌに
ついては０゜６％超で、０．５≦Ａ７！−２Ｎ≦２とし
た。

〔実施例〕

○　第１表に示すＷ当量が約８の供試ｆｉ１１ｍｌ〜４
、Ｗ当量が約１０の供試鋼１ｌｋ１５〜１Ｏ１Ｗ当量が
約１８の供試鋼＆１１〜１６をそれぞれ溶解法により製
造した。そして、各供試鋼を１２３０℃で焼入れし、５
７５℃で３回焼戻した後、各供試鋼の硬度および靭性と
しての抗折力を測定した。抗折試験は５ｎ厚×１０ｆ１
幅×５５鶴長のテストピースを用い、標点間距離４０薦
鳳で行った。結果を第２表に示す。また、第１図は同結
果を当量別に図示したものである。第１図からも明らか
なように、本発明の高速度工具鋼は・靭性に優れ、また
硬度も高く、比較鋼との差は歴然である。

第２表Ｏ第１表に示した陽１〜１６の供試鋼を１２３０°Ｃで
焼入れした後、硬度の抗折力に及ぼす影響を取り除くた
め、焼戻し硬度をＨＲＣ６５，０±０゜５に揃え、前記
と同一の抗折試験を行った。結果を第３表に示す。また
、第２図は同結果をＡｌ−２Ｎとの関係で示したもので
ある。第２図から明らかなように、靭性は０．５≦／１
〜２Ｎ≦２の範囲内で顕著に改善される。

第３表 ○　第４表に示すＷ当量が約１８の供試鋼隘１７〜２１
、Ｗ当量が約２５の供試調律２２〜２６を粉末冶金法に
より製造した。粉末化にはＮ２ガスアトマイズ法、固形
化にはＨＩＰ法（１１５０℃Ｘ１ｈｒ　　ａｔ２０００
ｋｇ／ｃｍ”）を用いた。製造された各供試鋼に前記と
同様の硬度試験および抗折試験を行った結果を第５表、
第６表に示す。

第６表は硬度をＩ（ＲＣ６５，０±０．５に揃えたとき
の結果である。これらの結果から明らかなように、本発
明の高速度工具鋼は１５）末冶金法によって製造された
場合にあっても高い硬度と靭性を保存するものである。

第５表第６表〔発明の効果〕以上の説明から明らかなように、本発明の高速度工具鋼
はＮが合作された状態にあって靭性の改善を図り、また
硬度や耐摩耗性を犠牲にすることもないので、溶解法で
製造可能な鋼種は勿論のこと、Ｎ２ガスアトマイズ法で
しか製造できないような高硬度な鋼種にあっても、十分
な靭性が確保され、切削性と耐久性の両面に著しく優れ
た高品質な高速度工具鋼となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は供試鋼の硬度と抗折力との関係をＷ当量別に示
した図表、第２図は供試鋼の抗折力をＡｆｆ−２Ｎとの
関係で示した図表□である。７ｓ　２　（７１Ａｌ−２（Ｎ）＃Ｌ竹力（ｋｑ／ｍ♂）ｙＬ竹力（ｋｌ／１ｍ’）１図ａ中ｉカ（ｋｇ／エリ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比でＣ：０．８〜３．４％かつＣ≧０．２Ｖ
、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：３〜８
％、Ｍｏ：０．１〜１０％、Ｗ：０．１〜１０％かつ８
≦Ｗ＋２Ｍｏ≦３０、Ｖ：４〜１０％、Ｎ：０．０１〜
０．２％、Ａｌ：０．６％超で０．５≦Ａｌ−２Ｎ≦２
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる靭性
のすくれた高速度工具鋼。
（２）重量比でＣ：０．８〜３．４％かつＣ≧０．２Ｖ
、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：３〜８
％、Ｍｏ：０．１〜１０％、Ｗ：０．１〜１０％かつ８
≦Ｗ＋２Ｍｏ≦３０、Ｖ：４〜１０％、Ｎ：０．０１〜
０．２％、Ｃｏ：６％以下、Ａｌ：０．６％超で０．５
≦Ａｌ−２Ｎ≦２を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不
純物からなる靭性のすくれた高速度工具鋼。