JPH01268841A

JPH01268841A - 高靭性焼結高合金鋼

Info

Publication number: JPH01268841A
Application number: JP9428688A
Authority: JP
Inventors: Minoru Hirano; 稔平野; Yoji Kawatani; 川谷　洋司; Chiaki Takami; 千秋高見
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1988-04-15
Publication date: 1989-10-26

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、例えば切削工具、冷間、熱間用金型、圧延ロ
ール、耐衝撃用部品あるいは耐摩耗部品用高性能工具材
料として採用される焼結高合金鋼に関し、特に高硬度、
耐摩耗性を確保しながら靭性及び成形体の強度を向上で
きるようにした高合金鋼粉に関する。

〔従来の技術〕

近年、金属材料の素形材加工に対して高精度。

低コストが要求されるとともに、被加工材の高硬度化も
要求されることから、加工条件は一層苛酷なものとなり
、より高性能な切削工具、金型及び圧延ロール用工具材
料が要請されている。このような要請に応えるために、
例えば切削工具では高速度鋼（以下、ハイスという）工
具から超硬合金への転換が進みつつある。一方、機械加
工の容易さ及び靭性に対する要求の高い精密工具には、
上記超硬合金に比べて靭性、加工性の優れたハイス工具
が今後も採用されるものと考えられる。

このようなハイスとして、従来、高硬度（ＨＲＣ６５〜
７０）のＡ　Ｉ　Ｓ　Ｉ　Ｍ４０シリーズがある。この
Ｍ４０シリーズは、硬度向上のためＣｏを５％以上添加
し、Ｃ量を増加させるとともに、靭性の低下を防止する
ためにｖ量を下げて製造される場合がある。しかしなが
ら、上記Ｍ４０シリーズは溶解法により製造されること
から、上記Ｃｏ、Ｃ量を増加させると炭化物の粗大化、
偏析が生じ易く、しかも靭性を著しく低下させるととも
に、熱処理が激しくなり熱間加工が困難となる。また上
記ｖ４を下げ過ぎると耐摩耗性が低下するという問題が
あり、上記要請に応えられる健全な工具材料を製造する
ことは困難である。

このことから、上記溶解法に比べて信転性が高く、高硬
度化が可能な粉末冶金法を用いて製造された工具材料を
採用することが行われている。この粉末冶金法によるハ
イスとして、例えばガスアトマイズＨＩＰ法により製造
したものがある。このハイスは、耐摩耗性を向上させる
ためにＭｏ。

Ｗ、　　Ｃｏ、　　Ｃ，Ｎ等の添加量を増加させて高合
金化した溶湯からガスアトマイズ法によりハイス粉末を
生成し、この粉末を熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）法によ
り焼結成形したものである。しかしながら、上記ガスア
トマイズ法により製造されたハイスは、各成分添加量の
調整に限界があり、この添加量が限界を超えると良好な
アトマイズが行えなくなるという問題点がある０例えば
、上記ハイスにＴ１を添加する場合、該添加量が２％を
超えると、仮に真空溶解を行ったとしてもＧｏ反応によ
りバブリングが生じて溶湯の粘性が低下し、アトマイズ
が不可能となる。一方、■量については、耐摩耗性を向
上させるために１５％以上添加して大気溶解した場合、
■が酸化してアトマイズが不可能になる。また、上記ｖ
ｌを７．５％に下げた場合は、アトマイズは可能となっ
ても粉末中の炭化物が巨大化し靭性が低下する。そこで
これらを防止するため、上記不具合が生じない程度にＶ
量を減少させた場合は、充分な硬度、耐摩耗性得られな
い。

そこで、上記各成分添加量の調整限界を向上できる方法
が提案されている。これは、アトマイズ鋼粉に、炭化物
粉及び窒化物粉を添加混合して焼結する方法である。こ
の混合焼結ハイスの製造方法は、第９図に示すように、
アトマイズにより生成された合金粉１と、炭化物粉、窒
化物粉及び炭窒化物粉の１種又は２種以上からなる添加
ＦＡ２とを、例えばアトライタ、振動ボールミル等の攪
拌機で混合、粉砕して混合粉３を形成する０次に、この
混合粉３に蝋を充填して混錬４．成形５を施した後、脱
蝋６を行い、これを還元、焼結フし、しかる後、ＨＩＰ
処理８を施して製造する。この製造方法によれば、予め
生成されたアトマイズ鋼粉に、各成分からなる添加粉を
混合して焼結する方法であることから、各成分の含有量
の調整が比較的容易にでき、その結果添加量を増加させ
ることができ、しかも硬度、耐摩耗性、靭性を確保でき
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述した靭性、加工性向上の要請に応え
るために、上記アトマイズ鋼粉に混合される炭化物粉及
び窒化物粉等の添加量をさらに増加させると、両者の混
合時に該炭化物、窒化物が凝集するという問題点がある
。その結果、靭性が低下するとともに、成形時の成形体
の強度が低下し、割れ等が発生し易いという問題がある
。

ここで、例えばアトライタや振動ボールミル等を採用し
て上記両者を混合、攪拌する際の攪拌時間を長くとって
分散させることが考えられるが、実際にはそれほど分散
性は向上できず、しかも攪拌時間を長くする分、生産性
を著しく阻害し、コストが上昇するという弊害が生じる
ことから、攪拌時間延長は回能である。

本発明の目的は、上記機械的手段によることなく凝集の
問題を解決して、靭性及び成形時の強度を向上できる高
靭性焼結高合金鋼を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本件発明者らは、上記炭、窒化物等の添加量の増大によ
る凝集を解消するために鋭意研究を重ねたところ、アト
マイズ鋼粉と炭、窒化物等との混合時に、ＣＯ絹粉末添
加すれば分散できることを見出し、このＣＯ絹粉末所定
量添加することにより上記凝集に起因する問題点を解決
できることに想到し、本発明を成したものである。

そこで本発明は・、アトマイズ鋼粉と、炭化物粉。

窒化物粉及び炭窒化物粉の１種又は２種以上との混合粉
に、３〜２０％の範囲内のＣｏ粉を添加することを特徴
としている。

ここで、上記ＣＯ絹粉末添加量を３〜２０％の範囲に限
定した理由について説明する。

本発明者らの実験によれば、Ｃｏ粉の添加量が３％以下
では、マトリックスの摩耗時に炭化物。

窒化物が脱落し易いことから、耐摩耗性、抗折力の向上
効果が得られず、しかも成形体の強度向上にも寄与して
いない、これはＣｏ粉の添加量が少なすぎて炭化物、窒
化物が凝集し、分散されていないことから生じているも
のと考えられる。また、Ｃｏ粉の添加量が２０％を超え
た場合にも耐摩耗性が低下することから、添加量は上記
３〜２０％の範囲内が最適である。

また、上記アトマイズ鋼粉としては、ガス又は水アトマ
イズにより生成されたものが採用でき、このアトマイズ
鋼粉としての成分範囲は、目標とする特性、炭、窒化物
粉及びＣｏ粉の添加量に応じて変化するので直ちに決定
することはできないが、以下の範囲とすることが望まし
い。

Ｃ：０．５〜３．　　Ｃｒ　：　２〜３０．　　Ｗ　：
　Ｏ又は０．１〜３０．　　ＭＯ：　Ｏ又は０．１〜２
０．　　Ｖ　：０．５〜？、５．ＣＯ：０又は０．１〜
２０　（重量％）、残部Ｆｅ及び不可避不純物さらに、上記炭化物粉及び窒化物粉が、周期律表のｌＶ
ｂ族、ｖｂ族（Ｔｉ、　Ｖ、　Ｚｒ、　Ｎｂ、　Ｔａ等
）から選ばれた金属炭化物、窒化物及び炭窒化物の粉末
であることが望ましいとともに、上記添加量はアトマイ
ズ鋼粉の全量に対して１．０〜５０％の範囲がよい、こ
れは１％以下では耐摩耗性が著しく低下し、また５０％
を超えると抗折力が著しく低下するからである。

〔作用〕

本発明に係る高靭性焼結高合金鋼によれば、アトマイズ
鋼粉と炭化物粉、窒化物粉及び炭窒化物粉との混合粉に
Ｃｏ粉を添加したので、該Ｃｏ粉が炭、窒化物等を均一
に分散させる作用を果たし、凝集するのを防止できる。

その結果高合金鋼のマトリックス自体が耐摩耗性を有す
るとともに、炭化物、窒化物の均一化により靭性を向上
でき、機械加工を可ｎ＜超硬合金は不可）にでき、研削
性を向上できる。

また、本発明はＣｏ粉を添加したことにより、組成分布
のアンバランスがなくなるので、成形体の強度を向上で
きるから、それだけ成形時の割れの発生を防止でき、ひ
いては異形状の成形が可能となるとともに、成形圧力を
下げることができ、大型成形体の製造を可能にできる。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

まず、本実施例の高靭性焼結高合金鋼の製造方法を簡単
に説明する。

アトマイズ生成されたアトマイズ鋼粉に、炭化物、窒化
物、炭窒化物粉を添加し、この混合粉に、所定量のＣｏ
粉を添加する０次に、これをボールミル、アトライタ等
の攪拌機内に入れて混合、粉砕を行う（１〜１２ｈｒ）
、次に、この混合粉末に潤滑剤を添加して、成形を行っ
た後、脱蝋処理を行う、しかる後、真空焼結（１２００
〜１３００℃）を行い、必要に応じて）（ＩＰ処理を施
して焼結鋼を得る。最後に、この焼結鋼を焼なまし、機
械加工して工具素材とする。

次に本発明の効果を確認するための実験について説明す
る。

実験１この実験は、第１表の第１欄に示す化学成分（％）から
なる水アトマイズ鋼粉（ＳＫＨ５７）に、炭化物粉とし
て６．５％ＶＣ粉、窒化物粉として１０％ＴｉＮ粉を混
合し、この混合粉にＣｏ粉を０〜３０％添加して焼結合
金鋼を製造し、この焼結合金鋼の抗折力、スプリングバ
ック量、硬さ、耐摩耗性のそれぞれを測定した。なお、
上記各攪拌混合にはアトライタを採用し、アルコール中
、湿式法により５時間攪拌混合した０次に上記混合粉末
を金型及びＣＩＰ処理により成形体を成形し、さらにこ
の成形体を真空焼結（１２９０℃−２ｈｒ）して焼結鋼
を得た。そして、この焼結鋼にＨＩＰ処理（１１５０℃
　８００ａｔｍ　−２ｈ　ｒ　）を施し、しかる後上記
焼結鋼を焼なまし、ｌｌ械加工して工具素材を製造した
。

以下、上記実験結果を説明する。第１図及び第２図はそ
れぞれ上記成形体のＧｏ添加量と抗折力。

スプリングバック量との関係を示す特性図であり、同図
からも明らかなように、Ｃｏ粉を添加することにより、
抗折力は向上しており、またスブリングバンク量も少な
くなっており健全な成形体が得られていることがわかる
。

また、第３図ないし第５図はそれぞれ焼結鋼のＣＯ添添
加色抗折力、硬度、比摩耗量との関係を示す特性図であ
り、同図からも明らかなように、抗折力はＣｏの添加量
が３％を超えると著しく向上している。また、硬度は２
０％まではほとんど硬さの低下はないが、これを超える
と大きく低下している。さらに、比摩耗量は３％を超え
ると減少しているが、２０％を超えると逆に大きく増大
している。これらから、Ｃｏ粉の添加量は３〜２０％の
範囲内が望ましい。

さらに、第６図（ａ）ないし第６図（Ｃ１はそれぞれＣ
ＯＯ加量を０．３．１０％とした場合の焼結鋼の組織を
示す拡大図であり、同図からも明らがなように、Ｃｏ量
が０％（第６図（ａ））では凝集が認められているのに
対して、３．１０％（第６図山１．　（Ｃ１）では均一
に分散しているのがわかる。

実験２この実験では、第１表の第２欄に示す化学成分（％）か
らなるガスアトマイズ鋼粉（ＫＨＡ７ＮＨ）に、上記実
験１と同様の方法により、ＴｉＮ粉を０〜５５％添加し
て混合し、この各混合粉にＣｏ粉を添加しないものと、
１０％添加したものとから焼結高合金鋼を製造した。そ
してこの際に、ＴｉＮ粉を変化させた場合の抗折力及び
耐摩耗性の違いを調べた。なお、この実験では、焼結温
度は１２００℃とした。

その結果を第７図及び第８図に示し、図中、○はＣｏ粉
無添加、・はＣｏ粉１０％添加の特性を示す、第７図は
ＴｆＮ粉量と抗折力との関係を示し、同図からも明らか
なように、ＴｉＮ粉が０％では抗折力は大きく、上記Ｔ
ｉＮ粉を添加するとやや低下し、該添加量が１０％を超
えると略安定し、５０％近くになると大きく低下してお
り、抗折力向上の点からいえば上記ＴｉＮ粉は少ないほ
どよいといえる。しかし、第８図のＴｉＮ粉量と比摩耗
量との特性図からいえることは、上記ＴｉＮ粉を添加す
ることにより、例えば０％から１％では略その倍に近い
向上が認められ、１０％を超えると安定していることが
わかる。このことから、上記抗折力、耐摩耗性の両者を
確保するためには、ＴｉＮ粉を１〜５０％の範囲で添加
するのが望ましいことがわかる。また、上記耐摩耗性で
は、無添加○も、添加・も略同様の特性を示しているが
、抗折力の点では添加・した方が全体的に向上しており
、これからもＣｏ粉を添加することにより靭性を向上で
きることがわかる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明に係る高靭性焼結高合金鋼によれば
、アトマイズ鋼粉に、炭化物粉、窒化物粉及び炭窒化物
粉の１種又は２種以上を添加するとともに、Ｃｏ粉を添
加したので、炭化物、窒化物が均一に分散し、靭性、耐
摩耗性に優れた性質が得られるとともに、成形体の強度
を向上できることから、異形状の成形が可能となるとと
もに、成形圧力を下げることができ、大型成形体の製造
が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図、第７図及び第８図は、それぞれ本
発明の効果を確認するために行った実験結果を説明する
ための特性図、第６図ｆａｔないし第６図ｆｃ）はそれ
ぞれ本実施例により製造された焼結高合金鋼の金ｒｆｒ
％＆１１織を示す図、第９図は一般的な焼結ハイスの製
造過程を説明するための工程図である。特許出願人　　株式会社　神戸製鋼所高見千秋

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アトマイズ鋼粉に、炭化物粉、窒化物粉及び炭窒
化物粉の１種又は２種以上を合計で１．０〜５０重量％
（以下、単に％と記す）添加した混合粉に、Ｃｏ粉を３
〜２０％添加することを特徴とする高靭性焼結高合金鋼
。