JPH02125845A - 高速度工具鋼 - Google Patents

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、コールドホビングによって冷間成形されるダ
イス、パンチなどの圧造工具、その他優れたコールドホ
ビング性が要求される用途に使われる高速度工具鋼に関
するものである。

〔従来の技術〕

一般に圧造工具などの塑性加工用高速度工具鋼には次の
ような特性が要求される。

１、優れたコールドホビング性を有すること。

２、耐摩耗性の面からＨＲＣ６０以上の高い焼戻し硬さ
が得られないこと。

３、　耐衝撃性の面から、優れた機械的破壊強さを有す
ること。

従来塑性加工用工具の分野に使用される工具鋼としては
特公昭５０−１０８０８号、特公昭５５−４９１４８号
、特公昭５５−９１９５９号、特公昭５６−１５７０６
号、特公昭５７９６２０号、特公昭５７−２４０６３号
、特公昭５８−１７２５０号などが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら前記従来鋼においては、コールドホビング
性についての本質的対策がなされておらず、しばしばコ
ールドホビング時に割れなどが生じ、コールドホビング
性が不十分であった。

例えば特公昭５０−１０８０８号ではＳｉを１．５％未
満に抑え、焼鈍硬さを下げることにより、最低限のコー
ルドホビング性を確保しようとしており、また特公昭５
８−１７２５０号においても、焼鈍硬さをＨＢ２１７以
下にすることによりコールドホビング性の改善を狙って
いる。

一般的には、以上の如く焼鈍硬さを下げることにより、
ある程度まではコールドホビング性を改善することがで
きるが、近年、より複雑な形状の塑性加工工具が要求さ
れており、さらに厳しい条件でコールドホビングされる
ようになったため、より一層のコールドホビング性の改
善が望まれている。

一方、塑性加工用工具においては工具性能上、高い焼戻
し硬さと高靭性が要求されている。特公昭５７−９６２
０号には、Ｃｒ量を６．０〜８．０％とし焼入性を高め
ることにより、低温焼入れで、充分な焼戻し硬さを確保
し、かつ結晶粒粗大化を抑え高靭性を具備した工具鋼が
開示されている。

しかしながら前記鋼のコールドホビング性は近時の複雑
形状の工具に十分対応しうるちのではなかった。

本発明は以上の背景に鑑み、優れたコールドホビング性
を有するとともに、高い焼戻し硬さと高靭性を兼備する
高速度工具鋼の提供を課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記本発明の課題は基本的に、重量比でＣ：０、６〜１
．１％、Ｓｔ：１．０％以下、Ｍｎ：０．６％以下。

Ｃｒ：３．５〜７．０％、Ｗ：７．０％以下、Ｍｏ：４
．０〜１０．０（ただし１０≦Ｗ＋２Ｍｏ≦２１）Ｖ：
０．９〜２．０％、残部Ｆｅおよび不純物元素よりなり
、焼鈍状態において、最も大きくコールドホビングされ
る部位における１ｍ＋ｎｚ中に存在する７、５μｍ以上
の炭化物個数が２００個以下でかっ鍛伸方向に平行な２
０Ｘ５００μｍの矩形領域中の炭化物面積率が最大３５
％を越えないことを特徴とする高速度工具鋼によって達
成される。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明の最大の特徴は炭化物の存在形態を規定した点に
ある。

すなわち、Ｗ、Ｍｏおよび■を主成分とする一次炭化物
は耐摩耗性向上に効果があるが、一方形状が大きくなり
やすく、また鍛伸方向に平行な縞状の偏析帯を形成し易
い。このような組織を有するとコールドホビング性を著
しく低下させる。特に、−火災化物量が多い場合、コー
ルドホビング性は低下しやすいので本発明の目的を達成
するためには一次炭化物の組織制御が必須である。

本発明者の検討によると、コールドホビングした際のホ
ビング割れは、巨大炭化物、具体的には７．５μｍ以上
の炭化物の割れに起因するとともに、縞状偏析部分に沿
って発生する。

本発明者は鋭意見当した結果、焼鈍状態において、巨大
炭化物、具体的には７．５μｍ以上の炭化物の個数を１
胴２中で２００個以下に規制し、更に鍛伸方向に平行な
２０Ｘ５００μｍの矩形領域中の炭化物面積率が最も炭
化物が密に分布している部分で最大３５％を越えないこ
とによりホビング割れを防止することを知見した。

なお、上記炭化物の限定を焼鈍状態で規定したのは、コ
ールドホビングが焼鈍状態で実施されるからである。コ
ールドホビング後に行われる焼入れ焼戻し熱処理によっ
て微小炭化物は基地に固溶してしまうので、この状態で
は焼鈍状態に比べ炭化物面積率は一般に減少する。

また、上記のような炭化物組織は最も大きくコールドホ
ビングされる部位で達成されておればよく、コールドホ
ビングによる加工影響を受けない部位においては必らず
しも上記炭化物組織となっている必要はない。

上記炭化物の限定は、後述の実施例を参配することによ
り更に明確となる。

次に成分限定理由を述べる。

本発明においてＣはＣｒ、　Ｗ、　Ｍｏ、　　Ｖ、　Ｎ
ｂなどの炭化物形成元素と結合して硬い複炭化物を生成
し、工具として必要な耐摩耗性の向上に著しく効果があ
り、また一部基地中に固溶して基地を強化する。

０．６％未満では、工具としての適度な熱処理硬さかえ
られず、１．１％を越えると炭化物の偏析が著しく悪く
なり、コールドホビング性が低下するためＣは０．６〜
１．１％とした。

Ｓｉは脱酸剤としての効果の他、Ｍ、Ｃ型の棒状−火災
化物を球状微細化する効果があるので０．１％以上含有
させる。１．０％を越えると焼鈍硬さが高くなりコール
ドホビング性を害するので１．０％以下とした。

Ｍｎは脱酸及び脱硫剤として０．１〜０．６％含有させ
る。

Ｃｒは本発明において、もっとも重要な元素である。Ｃ
ｒはＣと結合して炭化物を形成し耐摩耗性を向上させる
と伴に焼入性の向上にも寄与する元素であり、このよう
な効果を得るためには、３．５％以上必要である。多す
ぎると縞状偏析を助長し、コールドホビング性を害する
ので７．０％以下とした。なおＣｒ含有量は、コールド
ホビング性を重視する場合は６．０％未満がよく、一方
１１６０°Ｃ〜１１８０°Ｃの低温焼入れでも十分な焼
戻し硬さを得るためには６．０％以上がよい。

ＷおよびＭｏは、本発明において重要な元素である。Ｗ
およびＭｏはＣと結合して炭化物を形成しまた基地中に
も固溶し熱処理硬さを増大し、耐摩耗性を向上させるの
に有効な元素であるが多すぎると縞状偏析を助長しコー
ルドホビング性が低下するので、１０≦Ｗ＋２Ｍｏ≦２
１とした。なお、２Ｍｏ／　（Ｗ＋２Ｍｏ）０．６未満
では、凝固時に■を主体としたＶＣ炭化物が晶出しやす
く、ＶＣの大きさ、面積率とも大きくなり、コールドホ
ビング時にＶＣの割れなどを起点としたホビング割れが
発生しやすいので望ましくは２Ｍｏ／　（Ｗ＋２Ｍｏ）
０．６以上がよい。

■も本発明において重要な元素である。■はＷ。

ＭＯと同様Ｃと結合し、高硬度の炭化物を形成し耐摩耗
性を増し、また基地に固溶して２次硬化性を増大する元
素であるため０．９％以上は必要である。

２．０％以」二を越えると一次の粗大ＶＣ炭化物を晶出
し、コールドホビング性を害するため２０％以下とした
。

Ｃｏは基地に固溶し耐熱強さを高め、また焼戻し硬さを
高め、耐摩耗性を増す効果があるので本発明では１０．
０％以下含有させてもよい。

ＮｂはＣと結合し、高硬度の炭化物を形成し、耐摩耗性
を増すと同時に粗大に晶出するＶＣ炭化物微細化に効果
があるが、多ずぎると、肛型炭化物の縞状偏析を助長し
、コールドホビング性が低下するため含有さセる場合は
１．０％以下とする。

Ｓ、０は不純物であって、望ましくはそれぞれ０．００
５．　０．００４以下に規制するとよい。これらの元素
は非金属介在物を形成し、Ｓの含有量が高いと鍛伸方向
に沿って細長く伸びた硫化物系介在物を形成し、０の含
有量が高くても、酸化物系介在物が鍛伸方向に偏析し、
コールドホビング性、耐衝撃性を害するのでＳ、０をそ
れぞれ０．００５゜０、００４以下とすることが望まし
い。

〔実施例〕

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳しく説明する
。

実施例１ 第１表に示す化学組成からなる１７種類の材料を作製し
た。大気中、高周波誘導溶解炉にて１０ｋｇの鋼塊をつ
くり、１１７０°ＣＸ　４１１ｒの加熱を行なってから
熱間鍛造により１５１１ＩＩ１１角の鋼材とした。

焼鈍状態で６ａｕｎφ長さ６ｍｍの圧縮試験片を作製し
ホビング性を評価する試験を行なった。評価方法を第２
図に示す。また５　ｍａｎφスパン５０ｍｍの抗折試験
片を作製し、焼入れ１１６０°Ｃ１焼もどし５６０°Ｃ
Ｘ　（１＋１＋１）Ｈの熱処理を施した後、抗折試験を
行なった。熱処理硬さおよび抗折力を第１表に併記する
。同時に焼鈍状態で１５ｍｍ角棒鋼の縦断面のミクロ組
織を６Ｍφに相当する位置で画像解析装置を用いて定量
評価した。計測項目は炭化物のサイズ別個数、面積率お
よび鍛伸方向に平行な２０Ｘ５００７ｚｍの矩形領域中
の炭化物最大面積率である。第２表にそのミクロ組織定
量結果を示す。

本発明の目的は、優れたコールドホビング性を有し、耐
摩耗性、耐衝撃性も従来鋼と同等以上の性能を有する高
速度工具鋼を提供することにある。

さらに具体的には、限界圧縮率において６０％以上のコ
ールドホビング性が得られ、通常の焼入焼もどし熱処理
によってＨＲＣ６２以上の硬度が得られ、かつ抗折力３
５０　ｋｇ／ｍｍ”以上の靭性を有する高速度鋼を提供
することである。

ＷおよびＭｏの含有量またはその比率を変えたＮｏ。

１．２はＷ＋２Ｍｏの量が多いＮｏ、　１の試料ではホ
ビング性が劣っており、逆に少ないＮｏ、　２はホビン
グ性は優れているものの熱処理後の硬さが得られがたい
。

■含有量の多いＮｏ、　３は、−次でやや粗大なＶＣが
晶出しており、ホビング試験後の試験片のミクロ組織を
観察しても７．５μｍ以上のＶＣはほとんど割れていた
。

Ｃｒ含有量の少ないＮｏ、　４は、１１６０°Ｃの焼入
でＨＲＣ６２以上の硬さが得られず、逆に多いＮｏ、　
５は、高い焼戻し硬さが得られるものの、縞状偏析がや
や強くコールドホビング性、抗折力ともに劣っていた。

Ｓおよび０の含有量が多いＮｏ、７．８は、ミクロ組織
を観察したところ非金属介在物が鍛伸方向に連なってい
た。

特許請求範囲内でＣｒを高めたＮｏ、　１３は低温焼入
で非常に高い焼戻し硬さが得られる。またｃｏ添加した
Ｎｏ、１５．１６も非常に高い焼戻し硬ざが得られ、さ
らにＮｂを添加したＮｏ、１４．１７はＶＣ炭化物が微
細になり、優れたコールドホビング性と、高い焼戻し硬
さが得られる。

第 表 実施例２ 化学組成がＣ：Ｑ、９％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：０．
３％、Ｃｒ：５．０％、Ｗ：３％、Ｍｏニア％、Ｖ：１
．５％、Ｃｏ：０．２％、ｓ：ｏ、ｏｏａ％、ｏ：ｏ、
ｏｏ３％、残部Ｆｅおよび不純物元素よりなる高速度鋼
を大気、電気代孤光炉、エレクトロスラブ再溶解にて、
重量２００〜５００　ｋｇの範囲で大きさの異なる鋼塊
を製造した。これらを１０８０°Ｃ１１２０°Ｃ，１１
５０°Ｃ，１１７０°Ｃの種々の加熱温度で２〜１０時
間保持した後に分塊を行ない、熱間圧延にて１５ｍｍφ
の棒鋼とした。中心の位置より６ｍｍφ×長さ６ｍｍの
圧縮試験片を作製した。

同時に焼鈍状態での１５ｍｍφ棒鋼の縦断面のミクロ組
織を６ｍｍφに相当する位置で画像解析装置を用いて定
量評価した。計測項目は、炭化物のサイズ別個数、面積
率および鍛伸方向に平行な２０×５００μｍの矩形領域
中の炭化物最大面積率である。

第１図は、実験により得られたホビング性をミクロ組織
要因（７，５μｒｎ以上巨大炭化物数および２０Ｘ５０
０μｒｎ矩形領域中の最大面積率）との関係で整理した
ものである。また第３図に、この実験によって得られた
代表的なミクロ組織をその定量結果と件に示す。

この結果によれば、ホビング性を６０％以上に安定に維
持するためには、１ｍｍ”当りの７．５μｍ以上の炭化
物個数が２００個以下でかつ、２０×５００μｍ矩形領
域中の最大面積率が３５％以下となるようミクロ組織を
制御する必要がある。

以上の如く、本発明の目的であるコールドホビング性に
優れた高速度鋼は、限られた化学組成範囲でかつミクロ
組織の制御を厳密に行なうことにより、初めて達成され
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来不充分であったコールドホビング
性が大幅に向上し、種々の形状の複雑なダイス、パンチ
等の圧造工具のコールドホビング性が著しく容易になる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はミクロ組織要因（７，５μ以上の炭化物個数お
よび２０Ｘ５００μｍＷ４域中の最大面積率）とホビン
グ性の関係を示すグラフ、第２図はコールドホビング性
を評価する圧縮試験法の概要を示す図、第３図はミクロ
組織要因の異なる代表的な金属ミクロ組織写真（１００
倍）である。 第 図 手続 補正書（自発） 事件の表示 昭和６３年 発明の名 補正をする 事件との関係 住　　所 名　　称 特許願　第２７７１．　Ｆ３７シフ 称　高速度工具鋼 者

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量比でＣ：０．６〜１．１％、Ｓｉ：１．０％以
   下、Ｍｎ：０．６％以下、Ｃｒ：３．５〜７．０％、Ｗ
   ：７．０％以下、Ｍｏ：４．０〜１０．０（ただし１０
   ≦Ｗ＋２Ｍｏ≦２１）Ｖ：０．９〜２．０％、残部Ｆｅ
   および不純物元素よりなり、焼鈍状態において、最も大
   きくコールドホビングされる部位における１ｍｍ＾２中
   に存在する７．５μｍ以上の炭化物個数が２００個以下
   でかつ鍛伸方向に平行な２０×５００μｍの矩形領域中
   の炭化物面積率が最大３５％を越えないことを特徴とす
   る高速度工具鋼。 ２、重量比でＳ：０．００５％以下、Ｏ：０．００４％
   以下である請求項１記載の高速度工具鋼。 ３．２Ｍｏ（％）／〔Ｗ（％）＋２Ｍｏ（％）〕≧０．
   ６である請求項１または２記載の高速度工具鋼。 ４、Ｃｒ含有量が３．５％以上６．０％未満である請求
   項１ないし３いずれかに記載の高速度工具鋼。 ５、Ｃｒ含有量が６．０％以上７．０％以下である請求
   項１ないし３いずれかに記載の高速度工具鋼。 ６、重量％でＣｏ：１０％以下を含有する請求項１ない
   し５のいずれかに記載の高速度工具鋼。 ７、重量％でＮｂ：１．０％以下を含有する請求項１な
   いし６のいずれかに記載の高速度工具鋼。