JP6899633B2 - 靭性、耐摩耗性および軟化抵抗性に優れた刃物用鋼 - Google Patents
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Description
すなわち、第1の手段では、化学成分は、質量%で、C:0.45〜0.60%、Si:0.50〜1.20%、Mn:≦0.60%、Ni:1.50〜2.10%、Cr:4.50〜6.00%、Mo+W/2:1.00〜2.00%、V+Nb/2:0.50〜1.50%、Al:0.01〜0.03%、N:0.0100〜0.0300%を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる鋼である。この鋼における、長さ1μm以上の炭化物および窒化物からなるミクロ組織の面積率は0.1〜1.0%であり、30μm2以上の面積を有する炭化物および窒化物の個数は20個/mm2以下であり、式T:315−392×{(C%)+6/7(N%)}−52×(Si%)−24×(Mn%)−14×(Cr%)+49×{(Mo%)+(W%)/2}≧20、式S:(Ni+Mo+W/2+V+Nb/2)/Cr≧0.57である、靭性、耐摩耗性および軟化抵抗性に優れた刃物用鋼である。
Cは、硬質炭化物を形成し、硬さ、耐摩耗性を向上させるとともに、焼入性を高める元素である。それらの効果を得るためには、Cは0.45%以上必要である。しかし、Cは0.60%より多く含有されると粗大な炭化物を形成して靱性を悪化する。そこで、Cは0.45〜0.60%、望ましくは、0.46〜0.58%とする。
Siは、脱酸材および基地の硬さを得るために必要であり、また、焼入性を高める元素である。それらの効果を得るためには、Siは0.50%以上必要である。しかし、Siは1.20%より多く含有されるとマトリックスを脆化させて靱性を悪化する。そこで、Siは0.50〜1.20%、望ましくは0.60〜1.20%とする。
Mnは、脱酸材および焼入性を得るために必要な元素である。しかし、Mnは0.60%より多く含有されるとマトリックスを脆化させて靱性を悪化する。そこで、Mnは0.60%以下とする。
Niは、焼入性および靱性を得るために必要な元素である。それらの効果を得るためには、Niは1.50%以上必要である。しかし、Niは2.10%より多く含有されると加工性の低下を招く。そこで、Niは1.50〜2.10%、望ましくは1.54〜1.90%とする。
Crは、炭化物を形成し、硬さおよび耐摩耗性を向上させるとともに、焼入性を高める元素である。それらの効果を得るためには、Crは4.50%以上必要である。しかし、Crは6.00%より多く含有されると、粗大な炭化物を形成して靱性および軟化抵抗性を悪化する。そこで、Crは4.50〜6.00%、望ましくは4.58〜5.82%とする。
MoおよびWは、炭化物を形成し、硬さおよび耐摩耗性を向上させるとともに、焼入性を高める元素である。それらの効果を得るためには、Mo+W/2は1.00%以上が必要である。しかし、Mo+W/2は2.00%より多く含有されると、粗大な炭化物および粗大な窒化物を形成し、靱性および被削性を悪化する。そこで、Mo+W/2は1.00〜2.00%、望ましくは1.20〜1.96%とする。
VおよびNbは、炭化物および窒化物を形成し、硬さおよび耐摩耗性を向上させるとともに、焼入性を高める元素である。それらの効果を得るためには、V+Nb/2は0.50%以上が必要である。しかし、V+Nb/2は1.50%より多く含有されると、粗大な炭化物および粗大な窒化物を形成し靱性を低下する。そこで、V+Nb/2は0.50〜1.50%、望ましくは0.60〜1.40%とする。
Alは、脱酸材として必要であるとともに、窒素と結合して微細な窒化物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与する元素である。それらの効果を得るためには、Alは0.01%以上必要である。しかし、Alは0.03%より多く含有されると、粗大な酸化物および窒化物を形成して靱性を悪化する。そこで、Alは0.01〜0.03%とする。
Nは、硬質炭化物および硬質窒化物を形成して硬さおよび耐摩耗性を向上させるとともに、焼入性を高める元素である。それらの効果を得るためには、Nは0.0100%以上必要である。しかし、Nは0.0300%より多く含有されると粗大な炭化物および粗大な窒化物を形成して靱性を悪化する。そこで、Nは0.0100〜0.0300%とする。
長さ1μm以上の炭化物および窒化物からなるミクロ組織の面積率は0.1%より少ないと、耐摩耗性が低くなる。一方、炭化物および窒化物の面積率が1.0%より大きくなりすぎると、炭化物間の距離が縮まり、割れの伝播が起こり易くなることで、靱性が低下するために欠けが起こりやすくなる。そこで、長さ1μm以上の炭化物および窒化物からなるミクロ組織の面積率は、0.1〜1.0%とし、望ましくは0.2〜0.9%とする。
30μm2以上の面積を有する粗大な炭化物および窒化物の個数は、20個/mm2より多くなり過ぎると、靱性が低下する。そこで、30μm2以上の面積を有する炭化物および窒化物の個数は20個/mm2以下とする。
式T=315−392×{(C%)+6/7(N%)}−52×(Si%)−24×(Mn%)−14×(Cr%)+49×{(Mo%)+(W%)/2}の値は、本願の刃物用鋼の欠けを抑制するために必要な靱性を表す式の値である。そして、合金基地組織を硬化させるSi量およびMn量や微細な炭化物を形成させるMo量およびW量を式Tに代入することで、刃物用鋼に高い靱性を得るためには、式Tの値が20以上である必要を表している。
式S=(Ni+Mo+W/2+V+Nb/2)/Crの値は、本願の刃物用鋼の発熱による軟化への抵抗性を表し、式Sの値が大きくなることで軟化を抑制し摩耗が起きにくくなる。軟化が起こる原因は、摩擦発熱によって析出している炭化物および窒化物がオストワルド成長することで、炭化物および窒化物が形成していた歪みが少なくなることで起こる。炭化物および窒化物のオストワルド成長を抑制するには、鋼に含有されているNi、Mo、W、V、NbとCrとのバランスで決まる式Sの値は0.57以上となることで高い軟化抵抗性が得られることを表している。
Claims (1)
- 質量%で、C:0.45〜0.60%、Si:0.50〜1.20%、Mn:≦0.60%、Ni:1.50〜2.10%、Cr:4.50〜6.00%、Mo+W/2:1.00〜2.00%、V+Nb/2:0.50〜1.50%、Al:0.01〜0.03%、N:0.0100〜0.0300%、を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる鋼で、この鋼における、長さ1μm以上の炭化物および窒化物からなるミクロ組織の面積率は0.1〜1.0%で、30μm2以上の面積を有する炭化物および窒化物の個数は20個/mm2以下で、式T=315−392×{(C%)+6/7(N%)}−52×(Si%)−24×(Mn%)−14×(Cr%)+49×{(Mo%)+(W%)/2}とするとき、式T≧20、式S=(Ni+Mo+W/2+V+Nb/2)/Crとするとき、式S≧0.57であることを特徴とする靭性、耐摩耗性および軟化抵抗性に優れた刃物用鋼。
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