JPH02153047A

JPH02153047A - 粉末高速度工具鋼

Info

Publication number: JPH02153047A
Application number: JP30844688A
Authority: JP
Inventors: Norimasa Uchida; 内田　憲正; Hideki Nakamura; 秀樹中村; Yasushi Yamane; 山根　康史
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1988-12-06
Filing date: 1988-12-06
Publication date: 1990-06-12
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: JP2755974B2

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Ｊ本発明は、切削工具や圧造工具に用いられ、顕著に優れ
た耐摩耗性と同時に高い靭性を兼ね備えた性質を必要と
する粉末高速度工具鋼に関するものである。

〔従来の技術〕

粉末高速度工具鋼は、溶製高速度工具鋼と比較して、炭
化物を微細でにっ均一に分布させることができるので、
炭化物量を富化しても靭性の低下が比較的少ない。その
ために、耐摩耗性の向上を目的とした多くの粉末高速度
工具鋼が開発されている。

例えば特公昭５７〜２１４２号公報には、主にＷ、Ｍ。

を主体とするＭ、Ｃ型炭化物を富化させて耐摩耗性の向
上を狙ったもの、また特公昭５４−２８８２１号公報で
はＶＣ炭化物を富化した粉末高速度工具鋼が提案されて
いる。夷らにその他にも多数の炭化物を富化させた粉末
高速度工具鋼が提案されている。

〔発明が解決しようとするａ題〕

上記の粉末高速度工具鋼は、従来の溶製高速度工具鋼よ
りも炭化物を著しく富化させたものであるため、いかに
粉末冶金法によって製造したとは言え、靭性の低下は避
けられず、実用上チッピングや折損が発生するという問
題点があった。

かかる問題の原因を組織上から解析した結果、粗大化し
たＶＣ系炭化物の晶出と、炭化物同志の連結と非金属介
在物の存在の３つが単独あるいは複合的に作用して破壊
の起点となり、靭性の低下をもたらしていると推定され
た。

本発明は、上記の靭性低下の要因を化学組成の十分な制
御・管理によって除去し、顕著な耐摩耗性とともに高い
靭性をも有する粉末高速度工具鋼を提供しようとするも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は１重量比でＣ１，８〜２，３％、Ｓｉ０．１〜
１．０％、Ｍｎ　　０．Ｌ−０，６％、Ｃｒ　３〜６％
、　Ｗ　８〜１５％１Ｍｏ　５−１Ｏ％（ただし、　Ｗ
＋２Ｍｏ　２４−３０％）、Ｖ　４．５−８％、Ｃ。

７〜１３％の範囲でかつＮ　０．０２〜０．１％、　Ｔ
ｉ　０．０２％以下、　Ａｌ　０．０１％以下、　００
．００６％以下、残部がＦｅおよび不可避的不純物から
なることを特徴とする粉末高速度工具鋼である。さらに
望ましくは、Ｗ８．５−１１％、　Ｍｏ　７．５−９％
（ただし、Ｗ＋２Ｍｏ　２４−２９％、Ｗ／２Ｍｏ　０
．５−０．７３を満たす）、またＴｉ　０．０１％以下
、Ａｔ　０．００５％以下であることを特徴とする粉末
高速度工具鋼である。

〔作用〕

次に本発明の成分の限定理由を説明する。

Ｃは同時に添加されるＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、■と結合して硬
い炭化物を形成し耐摩耗性向上に寄与する。

さらに、焼入時にマトリックス中に固溶して焼もどし二
次硬化の作用もある。したがって、　Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、
Ｖの含有量との兼ね合いでＣ含有量も決める必要がある
。

本発明の範囲ではＣ１，８〜２．３％の範囲が望ましい
、１．８％より低いと高い焼もどし硬さが得られず、逆
に２．３％を越えるとマトリックス中に固溶するＣ量が
著しく増えて靭性を低下させる。

Ｃｒは焼入性を高め、また焼もどし二次硬化性を高める
目的で３〜６％添加する。３％より少ないと上記の効果
が少なく、逆に６％より多いとＣｒを主体とするＭａ２
０．型の炭化物が極端に増えてマトリックスの靭性を害
し、さらに焼もどし時に炭化物の凝集を速め、軟化抵抗
を減するので、Ｃｒは３〜６％とする。

次にＷとＭＯの作用効果について説明する。

本発明の目的である顕著な耐摩耗性を付与するためには
、硬い炭化物を多量に分散させ、しかもマトリックス硬
さも高くなくてはならない。

本発明では、従来鋼よりもＷｌＭｏの総合含有量を高め
、Ｗ　＋　２　Ｍ　ｏを２４％以上とすることにより、
前述の目的が達成できた。すなわち、Ｗ、Ｍｏ含有量を
増加させることにより１Ｍ、Ｃ型炭化物の分散量が増し
、また、焼もどし二次効果量が顕著に高まるためである
。しかし、Ｗ＋２Ｍｏが３０％を越えると、連結した炭
化物が急増し、マトリックス中に固溶する合金元素も極
端に多くなって靭性の低下が著しくなるので、Ｗ　＋　
２Ｍｏ　２４−３０％とした。

この範囲で、高Ｍｏ含有鋼では十分な焼もどし硬さが得
られ難く、逆に高Ｗ含有鋼では靭性の低下が起こったの
で、Ｗ８〜１５％、Ｍｏ５〜１０％とした。

特にＷ　８．５−１１％、Ｍｏ　７．５−９％の範囲で
Ｗ　＋　２　Ｍ　ｏが２４−２９％、かつＷ／２Ｍｏが
０．５−０．７３の範囲が硬さと靭性のバランスが良く
最適である。

■もまた耐摩耗性を高めるのに有効な元素で、耐摩耗性
向上の目的からはできるだけ多くを含有させた方が良い
、しかし、８％を越えると粗大なＭＣ型炭化物が晶出し
易くなり、靭性を低下させる。

４．５％未満では耐摩耗性が十分に得られないので。

■４．５〜８％とする６本発明鋼はＷ、Ｍｏの含有量が従来鋼と比較して高いた
め、Ｇｏとの相互作用により、極めて高い焼もどし雌さ
と軟化抵抗が得られる。特に７％以上のＣｏ含有量でこ
の効果が大きい。しかし、１３％を越えるとマトリック
スの靭性が著しく低下するのでＧｏ　７〜１３％とする
。

Ｎ量の管理が本発明では重要である。

Ｎの含有量を高めると焼入−焼もどし硬さが高くなる。

また連結した炭化物が少なくなるので、靭性も向上する
。Ｎの含有量が０．０２％より少ないとこの効果がわず
かであり、一方、０．１％を越えて含有させるのは製鋼
上難しく、またＶＣ炭化物の粒径を粗大化させて靭性を
害する。したがって、本発明の粉末高速度工具鋼ではＮ
を０．０２〜０．１％の範囲で含有させると靭性の向上
に効果がある。

Ｔｉもまた、本発明では重要な管理すべき元素である。

すなわち１本発明の粉末高速度工具鋼において、Ｔｉの
含有量が０．０２％を越えると１、ＶＣ炭化物の粗大化
が生じて靭性および被研削性を著しく低下させる。さら
に１次に述べるＡｌと同様にＴｉ系の非金属介在物が増
え、上記のＶＣ炭化物粗大化との相乗効果で靭性を下げ
る作用がある。

したがって、Ｔｉの含有量は０．０２％以下に、より望
ましくは０．０１％以下に管理しないと本発明の目的が
達成されない。

Ａ１もＴｉと同様に重要な管理すべき元素である。

Ａ１はＴｉのようにＶＣ炭化物を粗大化させる作用はな
いが、非金属介在物量を増加させ、靭性も低下させる。

因みに本発明の粉末高速度工具鋼を粉末冶金プロセスで
製造する場合、ＡｌおよびＴｉによる非金属介在物の増
量は、次のメカニズムによって起こると想定される。

（ｉ）精錬による浮上・除去が完全に行なわれず、一部
が溶鋼中に懸濁した状態で、アトマイズされ、粉末中に
トラップされる。

（ｉｉ）アトマイズ時に粉末表面にＡＩやＴｉの酸化物
あるいは窒化物のフィルムが形成され、これがその後の
ＨＩＰ→熱間加工の工程で材料中に分散する。

Ａ１は、脱酸元素として有効な作用をする元素であるが
、上記の理由により、本発明鋼を溶解、精錬する場合に
は、Ａｌによる脱酸を原則的に行なわない、溶解原料、
特にフェロバナジウムがらの混入は避けられないが、　
ｏ、ｏｉ％以下ではＡｌの弊害は少ない、最も望ましい
のは、Ａ１をｏ、ｏｏｓ％以下に管理することである。

このような条件下で、酸素の含有量を可能な限り低くす
るには、ＳｉおよびＭｎによる脱酸を十分に行なわなけ
ればならない。そのためにＳｉは０．１〜１．０％、Ｍ
ｎは０．１〜０．６％とすることが必要である。

さらに酸素含有量は、上記Ｔｉ、Ａｌの範囲で０．００
６％以下とする必要がある。

なお、当然のことながら、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｂ。

Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｂｉなどの鋼質、特に本発明の目的
とする靭性の向上に悪影響を及ぼす微量不純物も可能な
限り低くするように、溶解原料の選定および精練に工夫
することが望ましい。Ｚｒ＋ＪＴｉと同様望ましくない
元素であるｍ　Ｃａ、Ｍｇは脱酸剤として微量添加する
ことは差し支えない。

〔実施例〕

以下、実施例にしたがって、本発明の詳細な説明する。

第１表に窒素ガスアトマイズ−熱間静水圧プレス（ＨＩ
Ｐ）法により作製した１１種類の粉末高速度工具鋼の化
学組成を示す、粉末高速度工具鋼はＩ−Ｉ　Ｉ　Ｐ後鍛
伸により約１５ｍｍ角とした棒鋼である。

第２表にこれら粉末高速度工具鋼の焼入−焼もどし硬さ
および抗折力を示す。試験片の熱処理条件は、焼入は試
料Ｎ　ｏ　、　７は１１９０℃、Ｎｏ、８は１２１０℃
、他は１２００℃である。焼もどしは全試料とも５５０
℃Ｘ　ｌｈｒ　Ｘ　３回行なった。

同時にミグ０組織ｗｔ察によって得た炭化物の形態を併
示する。ミクロ組織はＡ、Ｂ、Ｃの３ランクに区分し、
代表例を第１図に示す。

Ａは巨大な炭化物と連結した炭化物が認められる組織、
Ｂは巨大な炭化物は認められないが、連結した炭化物が
認められる組織、Ｃは炭化物の球状化、分散の度合も最
良で連結した炭化物はほとんど認められない。

この結果によれば９本発明の範囲にある粉末高速度工具
鋼Ｎｏ、１〜６はＨＲＣ７０以上の極めて高い硬さが得
られ、かつ抗折力も３００ｋｇ／ｆｆ１ｌ”以上と実用
に十分耐える高い値を得た。炭化物の形態も均一で良好
である。

第２表比較鋼Ｎ　ｏ　、　７はＭｏ含有量が高いため、焼入−
焼もどし硬さがＨＲＣ７０を越えない＊　Ｎｏ、８は、
Ｗ＋２Ｍｏ量が過大のため抗折力が低く、炭化物の形態
も連鎖状となり、靭性の点から好ましくない。

Ｎ　ｏ　、　９とＮｏ、１０はＴｉ、Ａｌ、０の含有量
が高いので抗折力が低く、炭化物の形態はＡタイプで、
巨大なＶＣ系炭化物が晶出しており、その他の炭化物も
やや連鎖状となっている。

Ｎｏ、１１はＮ含有量が低く、Ｃ含有量も低めであるた
め、焼入−焼もどし硬さが１（ＲＣ７０を越えない。

また炭化物形態が連鎖状のため、低硬度の割には抗折力
も低い。

〔発明の効果〕

本発明による粉末高速度工具鋼は、ＨＲＣ７０以上の超
高硬度が得られ、かつ、高い靭性も兼ね備えるため、工
具、部品の大幅な寿命向上が達成できる。

特に本発明鋼は、エンドミル、ドリル等の切削工具、パ
ンチ、金型などの圧造工具、その他の各種部品類に適用
すると、大幅な寿命向上が達成できるものである。

【図面の簡単な説明】

Claims

【特許請求の範囲】１　重量比でＣ１．８〜２．３％、Ｓｉ０．１〜１．０
％、Ｍｎ０．１〜０．６％、Ｃｒ３〜６％、Ｗ８〜１５
％、Ｍｏ５〜１０％（ただし、Ｗ＋２Ｍｏ２４〜３０％
）、Ｖ４．５〜８％、Ｃｏ７〜１３％の範囲でかつＮ０
．０２〜０．１％、Ｔｉ０．０２％以下、Ａｌ０．０１
％以下、Ｏ０．００６％以下、残部がＦｅおよび不可避
的不純物からなることを特徴とする粉末高速度工具鋼。２　重量比でＷ８．５〜１１％、Ｍｏ７．５〜９％（た
だし、Ｗ＋２Ｍｏ２４〜２９％、Ｗ／２Ｍｏ０．５〜０
．７３を満たす）であることを特徴とする請求項１に記
載の粉末高速度工具鋼。３、重量比でＴｉ０．０１％以下、Ａｌ０．００５％以
下であることを特徴とする請求項１または２に記載の粉
末高速度工具鋼。