JPH0211661B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、高靭性・高耐摩耗性の粉末高速度鋼
について、更にこれを高硬度化したものである。 高速度鋼はＣ、Cr、Ｗ、Ｖを必須要件的に含
有するものであり、更にMo及びCoの一方又は両
方を選択的若しくは必須的に含ませることによつ
て硬さや靭性の改善を図つている。これに対し更
にＮを加えて一層の改質を図るという試みが展開
されており、既に本出願人も特開昭54−11810〜
同54−11818によつて一連の含窒素粉末高速度鋼
を提案している。 これらのうち例えば0.6C−4Cr−2.8Mo−3.3W
−2.6V−0.6Nは高靭性及び高耐摩耗性という優
れた特性を有している為、斯界において歓迎され
ているが、熱処理硬さの向上については改善の余
地が残されていた。従つて例えば切削工具等の分
野における傾向（一層の高精度化・低コスト化の
要請）を考えると、被加工材の高硬度化・加工速
度の高速化等で代表される工具使用条件の苛酷化
という現況に十分対応適合できる様な改質を図る
ことが必要になつてきた。 本発明はこの様な状況に鑑みてなされたもので
あり、苛酷な条件に対応できる高硬度・高靭性・
高耐摩耗性の含窒素粉末高速度鋼の提供を目的と
するものであり、その要旨は、 Ｃ：次式を満足する量（重量％、以下単に％） Ceq≦Ｃ＋12／14Ｎ≦Ceq＋0.35 但し Ceq＝0.19＋0.017（Ｗ＋2Mo）＋0.22V＋0.4Ti
……(1) 上式においてＮ、Ｗ、Mo、Ｖ及びTiは夫々鋼
中の含有量（％） Cr：３〜５％ Mo：１〜５％ 〔但し（Ｗ＋2Mo）：８〜11％〕 Ｗ：１〜５％ Ｖ：２〜４％ Ti：0.5〜2.5％ Ｎ：0.2〜1.2％ を必須元素として含む点にあり、残部は実質的に
Fe及び不可避不純物によつて構成される。又こ
れらの中でTi：0.5〜2.5％をSi：１〜２％に置き
換えたもの〔但し(1)式中の0.4Ti項は零になる〕
も同様に所期の目的を達成するので本発明鋼と定
めた。 本発明は前記の如く0.6C−4Cr−2.8Mo−3.3W
−2.6V−0.6N粉末系高速度鋼の改質を目指した
ものであるから、本発明鋼における基本合金組成
については、Cr：３〜５％、Mo：１〜５％、
Ｗ：１〜５％［但し（Ｗ＋2Mo）：８〜11％］、
Ｖ：２〜４％と定めた。即ちCr、Mo、Ｗ、Ｖの
４元素は上記改質対象となつた粉末高速度鋼の含
有量を中心値として検討の結果定めたものであ
り、夫々の下限値及び上限値の設定理由は下記の
通りである。 Cr：３〜５％ ３％未満では耐酸化性及び耐摩耗性の改善効果
が不十分であり、その改善効果は５％で飽和に達
する。 Mo：１〜５％ Ｗ：１〜５％ ［但しＷ＋2Mo：８〜11％］ Ｗ＋2Moとして８％未満では耐摩耗性の改善
効果が不十分であり、その改善効果は11％で飽和
に達する。 Ｖ：２〜４％ ２％未満では耐摩耗性の改善が不十分であり、
一方４％を超えると靭性の低下が認められる。 Ｃ及びＮについては両者の相互関係を考慮しつ
つ、又Ｃについては更にCr、Mo、Ｗ、Ｖ等の炭
化物形成元素との密接な関係を考慮し、例えば
「鉄と鋼」（第45巻第５号第511〜516頁）に記載さ
れている関係式に基づきつつMoとＷの当量関係
を加味して得られる下記の式 Ceq＝0.19＋0.017（Ｗ＋2Mo）＋0.22V ……(2) に従つて Ceq≦Ｃ＋12／14Ｎ≦Ceq＋0.35 を満足することを条件とした。尚Ｎ、Ti及びSi
については後述するものとする。 ところで本発明では、Tiを含有することを構
成要件の１つとしているが、Tiも炭化物形成元
素であるから、前記(2)式については前記(1)式の様
に表現すべきであるという発表がなされている
（「日本金属学会試」第30巻第２号第118〜123頁）
ので、本発明においてはTiを含む場合は(1)式、
TiをSiに換える場合は(2)式［(1)式における0.4Ti
項が零になつたもの〕に夫々従うことにした。 さて本発明鋼におけるもつとも重要な合金元素
は上記基本合金組成に添加されることによつて高
速度鋼を一層高硬度化させようというものであ
り、種々実験を重ねた中から、Ti及びSiを最有
力候補として選択した。そして更に研究を進めた
結果、上記基本合金組成を満足する鋼にTi及び
Siを適量加えたものは高硬度化の目的を達成でき
たが、上記基本合金組成を満足しない鋼（特にＷ
系或はMo系の高速度鋼）ではTiやSiの添加効果
がきわめて些細であつた。 即ち第１表は代表的な試験鋼種を示す合金組成
表であつて、ガスアトマイズ法によつて製造した
粉末鋼を窒化処理によつて窒素含有量を同表に示
す量まで高めた後、いわゆるHIP処理によつて緻
密化ビレツトを得た。これを供試材として同表併
記の条件で熱処理した後、熱処理硬さ及び比摩耗
量を求めたところ第１〜４図に示す結果が得られ
た。

【表】

【表】 第１，２図は基本鋼種（Ｖ−１及びＷ−１）に
対してTi及びSiを添加していつたときのロツク
ウエル硬さ増加量を示すものであるが、Ｖ系鋼種
〔Ｗ当量（Ｗ＋2Mo）を9.5％前後にしたもの〕で
はTiやSiの添加量が増大していくにつれてロツ
クウエル硬さが顕著に増大していつたが、Ｗ系鋼
種（Ｗ系当量を18％前後にしたもの）ではTiや
Siの添加によるロツクウエル硬さの向上効果はさ
ほど大きいものとは言えなかつた。 次に第３，４図は基本鋼種に対するTiやSiの
添加効果を比摩耗量の減少という観点から示した
もので、Ｖ系鋼種においてはTiやSiの添加によ
つて比摩耗量が顕著に減少している。尚ここに示
した耐摩耗性の試験条件は下記の通りであつた。 使用試験機：大越式摩耗試験機 摩擦速度 ：0.3ｍ／秒 摩擦距離 ：400ｍ 最終荷重 ：6.6Kg 相手材 ：SCM415 潤滑剤 ：無し 以上の実験結果から、Ti及びSiはＶ系鋼種に
おいて特に著効を示し硬さを向上させることを知
つたが、その理由については次の様に考えること
ができる。即ちTiはＶよりも窒化物形成性が強
く、Tiの添加量が多くなるにつれてTiNが増加
し他方でVCの増加を生じるが、VCはVNよりも
マトリツクス中への固溶度が高く、これが２次硬
化に大きく寄与するものと思われる。一方Siはそ
れ自身がマトリツクス強化元素として作用すると
共にMoC型炭化物中でＷやMoと置換しMoC型
炭化物を増大させるという働きを示す。又窒化珪
素を形成するのでVC比率を高めるという結果を
招きTiの場合と同じ様に２次硬化に寄与する。
この様な理由から、TiやSiによる高硬度化が達
成されるが、この様な効果を生じる為には、Ti
の場合0.5％以上、Siの場合１％以上を配合しな
ければならない。但しTiが2.5％を越えたりSiが
２％を越えると高速度鋼において必須の特性とさ
れる靭性等に悪影響を与えるののでTi：0.5〜2.5
％、Si：１〜２％を夫々有効範囲と定めた。 次にＣ量であるが、第１表に示すΔCの概念を
導入した。ΔCは ΔC＝〔Ｃ＋12／14Ｎ〕−Ceq の計算から求めたものであるが、これはＣとＮが
当分野において略同効元素と考えられること、並
びに原子量の違いを換算すれば対等と見倣し得る
こと等に基づいたものであり、現実に含有されて
いるＣ量とＮ量の和からＣ当量（Ceq）を差引い
た値を示す。Ｖ−２〜Ｖ−５は本発明鋼であり、
ΔCが0.05〜0.14のものは本発明鋼に悪影響を及ぼ
さないことが分かる。又ΔCに関する別途研究の
結果によればΔCが0.35を越えるあたりから焼入
時に残留オーステナイトが増加し、その為焼戻し
回数を増大させる必要があり、又焼戻しをしても
高硬度を獲得することが困難な場合もあるので、
結局 ０≦ΔC≦0.35 を本発明の妥当範囲と定めた。 最後にＮ含有量については、粉末高速度鋼に関
するこれまでの一連の研究成果として0.2％未満
では焼付摩耗が顕著になるという傾向を把握して
いるので、本発明鋼においても0.2％以上である
ことを必須要件と定めた。尚上限については特段
の制限を受けないが、1.2％あたりでその効果が
飽和に達するので1.2％を上限の目安と定めた。
尚第１表のＶ−２〜Ｖ−５の４鋼種はいずれもこ
れらの条件を満足している。 本発明は以上の如く構成されているので、高速
度鋼としての特性（靭性等）を保持しつつ更に高
硬度化を達成することができた。

【図面の簡単な説明】

第１，２図はTi又はSiの添加によるロツクウ
エル硬さの増加状態を示すグラフ、第３，４図は
Ti又はSiの添加による比摩耗量の低減効果を示
すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：次式を満足する量（重量％、以下単に
   ％） Ceq≦Ｃ＋12／14Ｎ≦Ceq＋0.35 但し Ceq＝0.19＋0.017（Ｗ＋2Mo）＋0.22V＋0.4Ti 上式においてＮ、Ｗ、Mo、Ｖ及びTiは夫々鋼
   中の含有量（％） Cr：３〜５％ Mo：１〜５％ Ｗ：１〜５％ ［但し（Ｗ＋2Mo）：８〜11％］ Ｖ：２〜４％ Ti：0.5〜2.5％ Ｎ：0.2〜1.2％ を含有し、残部が実質的にFe及び不可避不純物
   で構成されるものであることを特徴とする高硬度
   粉末高速度鋼。 ２ Ｃ：次式を満足する量（重量％、以下単に
   ％） Ceq≦Ｃ＋12／14Ｎ≦Ceq＋0.35 但し Ceq＝0.19＋0.017（Ｗ＋2Mo）＋0.22V 上式においてＮ、Ｗ、Mo、及びＶはは夫々鋼
   中の含有量（％） Cr：３〜５％ Mo：１〜５％ Ｗ：１〜５％ ［但し（Ｗ＋2Mo）：８〜11％］ Ｖ：２〜４％ Si：１〜２％ Ｎ：0.2〜1.2％ を含有し、残部が実質的にFe及び不可避不純物
   で構成されるものであることを特徴とする高硬度
   粉末高速度鋼。