JPH0417640A - 粉末工具鋼の製造方法 - Google Patents

粉末工具鋼の製造方法

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JPH0417640A
JPH0417640A JP2120404A JP12040490A JPH0417640A JP H0417640 A JPH0417640 A JP H0417640A JP 2120404 A JP2120404 A JP 2120404A JP 12040490 A JP12040490 A JP 12040490A JP H0417640 A JPH0417640 A JP H0417640A
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JP
Japan
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powder
tool steel
inclusions
hip
steel
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JP2120404A
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Kanji Notomi
納富 完至
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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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、粉末工具鋼、より詳しくはアトマイズ−HI
P工程による粉末工具鋼の製造法の改良に関する。
(従来の技術) 現在市販されている粉末工具鋼の大半は、ガスアトマイ
ズ−HIP工程により製造されている。
この工程は大きく分けて、ガスアトマイズ工程とHIP
工程とより成っている。アトマイズ工程では、第1図に
示すように所定の化学成分に調整された溶鋼2をタンデ
イツシュ3に受け、該タンデイツシュ3の底部の細孔か
ら流出する溶銅流にアトマイズノズル4からAr、 N
2等の不活性高圧ガスジエントを噴射して粉末化し、ア
トマイズチャンバー5中で冷却凝固させる。このように
して製造したガスアトマイズ粉末6を第2図示のように
軟鋼製のカプセルに充てん後、真空加熱脱気後、密封す
る。ここでの加熱は、粉末の表面に付着した水分などを
除去することを目的としており、通常300〜500℃
で行われる。
次いで、HIP装置により、加圧焼結して、真密度の粉
末工具銅塊を得る。粉末工具鋼の製造に用いられる加圧
焼結条件は、通常温度は1000℃〜1200℃1圧力
は500−2000kg/ crA、時間は1〜6hr
である。
このような工程で製造された粉末工具鋼は、アトマイズ
という凝固時の冷却速度の速い工程を採用しているため
、合金元素の偏析の少ない、均一微細なミクロ組織を有
した高強度高靭性工具鋼である。そしてこの粉末工具鋼
は、切削工具、刃物、金型、圧延ロール等に広く使用さ
れている。
(発明が解決しようとする課題) 前記、従来の粉末工具鋼の製造工程の内、第1図に示す
ガスアトマイズ工程では、溶解炉およびタンデイツシュ
の炉材に耐火物が使用されており、これらの耐火物の混
入が原因となる介在物や、溶鋼の酸化に起因した介在物
などが、溶鋼と共にアトマイズされ、粉末中に混入して
くる。これらの粉末を固化成形して得られる粉末工具鋼
には、当然これらの介在物が内在しており、粉末工具鋼
の炭化物が数μmの大きさであるのに対し、これら介在
物は10〜100μmもの大きさを有しており、粉末工
具鋼の靭性、疲労特性などを著しく劣化させていた。な
お、第2図において、5はガスアトマイズ工程、6は粉
末光てん工程、7は脱気と密封工程、8はHIP成形工
程を示したものである。
本発明は、上記に鑑み、アトマイズ−HIP工程にて粉
末工具鋼を製造するにさいし、介在物量の少ない粉末工
具鋼の製造法を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 本発明は上記の目的を達成する手段として、アトマイズ
法により鉄基合金粉末を得た後、1000℃〜1200
℃の温度下で加熱処理し、次いで熱間等方圧処理して加
圧成形することにより粉末工具鋼を製造する方法であっ
て、前記加熱処理を減圧下で行なうという構成を採用し
た。
(作 用) 鉄基合金粉末を1000℃−1200℃の温度で減圧下
で加熱すると、粉末表面に付着した酸化物(介在物)が
鉄基合金粉末の有するCにより還元される。
(実施例) 以下、本発明の詳細な説明する。
本発明は、アトマイズ法による鉄基合金粉末を得る工程
と、この粉末を減圧下でかつ、1000℃〜1200℃
で加熱処理する工程と、次いで熱間等方圧処理して加圧
成形する工程からなるものである。
前記、アトマイズ法による鉄基合金粉末の製造は、公知
の方法で行なわれる。この方法の1つは先に第1図で説
明したように、Cr、 Mo、 V、 W、 Co。
Mnの少な(とも何れか1種類以上を5%以上含有した
所定の化学成分に調整された溶鋼2をタンデイツシュ3
に受け、該タンデイツシュ3の底部の細孔から流出する
溶鋼流にアトマイズノズル4からAr、 N2等の不活
性高圧ガスジェットを噴射して粉末化し、アトマイズチ
ャンバー5中で冷却凝固するものである(例えば特公昭
49−1994号公報参照)。他の方法は、冷却媒体(
水)を入れたタンクを高速回転させ、タンデイツシュ内
の溶鋼を、該タンデイツシュの底部の細孔から、高速回
転中のタンク内に自然落下させ、その自然落下した溶鋼
が冷却媒体に当たり、その表面で分散して冷却媒体に吸
収され、遠心力により加速され急冷されて合金粉末を得
るものである(例えば特開昭55−54505号公報参
照)。その他、いろいろと提案されており、従って本発
明で使用する鉄基合金粉末はアトマイズ法により製造さ
れたものならば、どんなものでも適用できる。
次に、上記の粉末を減圧環境下にて1000℃〜120
0℃で加熱するのであるが、この減圧は10−’Tor
r以上の高真空下で行なう。このさい、加熱を1000
℃〜1200℃で行なうと、アトマイズ法において得た
合金粉末中の介在物(既述のように溶解炉およびタンデ
イツシュの炉材に耐火物が使用されており、これらの耐
火物の混入が原因となる介在物や、溶鋼の酸化に起因し
た介在物)の内一部のものは1000℃以上の温度で還
元される。この還元は1000℃〜1200℃が特に望
ましい。なお、1200℃以上に加熱すると、鉄基合金
粉末の炭化物が粗大化し、また溶融するので好ましくな
い。
いま、前記合金粉末中の介在物をEPMA分析した結果
、この介在物はSi、 AI、 Mn、 Cr等の酸化
物であることが判明した。
ところで、本発明のように、合金粉末を1000℃以上
の温度でかつ、減圧下で加熱すると、粉末表面に付着し
た酸化物等の介在物が、合金粉末の有するCにより還元
される。このとき還元される酸化物等の介在物の種類は
温度と真空度により決定される。例えばCrzO,Mn
O,SiO2等を還元するに必要な温度と真空度は下記
表1の様に計算される。
(次 頁) 本発明は上記介在物の内、比較的還元が容易なMn、 
Cr系酸化物を除去し、これにより粉末工具鋼中の介在
物の総量、大きさ等を低減するものである。
次に本発明の熱間等方圧処理して加圧成形する工程は、
従来公知の方法であれば良く、その詳細は省略する。
以下、本発明の具体的実施例を従来法と共に図面並びに
表により説明する。
〈実施例1〉 原料粉末として、表2に示す高速度鋼粉末(KHA30
)を使用した。内径80mmφで高さ1201の軟鋼製
容器を4ケ用意した。この容器内にKH^30粉末を充
てんし、第3図に示すように電気炉とロータリーポンプ
を用いて真空加熱脱気処理を実施した。
真空加熱脱気条件は表3に示す通りとし、同条件で3h
r保持した後、脱気パイプ部で密封し、次いで1100
℃X100O気圧X2hrの条件にてHIP処理を行な
い、真密度の粉末高速度鋼塊を得た。このようにして得
たHIP鋼塊より、20 X 20 X 10mmの試
験片を各々10個ずつ準備し、約4000an2検鏡し
て、長径が20μm以上の介在物の個数を計数した。
介在物の測定結果を表3に示す。同表に示すHI P 
No、 1〜4の内、1〜2は従来法であり、3〜4は
本発明法である。同表より、加熱温度が300”C,8
00℃の場合、介在物の個数は約50個前後であるが、
1000℃加熱により32個に、又、1200℃加熱に
より20個に減少している。
以上の様に真空加熱処理により、20μm以上の大きさ
をもつ介在物の個数が低減される。
なお、第3図は実施例1の工程を説明したものであり、
5はガスアトマイズ工程、6は粉末光てん工程、7aは
高温(1000〜1200℃)脱気と密封工程、8はH
IP成形工程を示したものである。
表2  供試粉の化学組成 表3 粉末工具鋼の介在物 折値を求め、この平均値を算出した。また試験後、同試
験片の硬さ測定とミクロ破面観察を行った。
表4に抗折試験結果を示す。
表4  抗折試験結果(高速度鋼) ※ 検鏡面積400(hmn2当りの、長径カワ0μm
以上の介在物の個数法に試作したHIP鋼塊より、抗折
試験片粗加工材を作製し、1200℃×30分油焼入れ
し、550℃X1.5 hrの焼もどしを3回繰返した
後、仕上加工を行い、抗折試験片(5xlOx30閣)
を各HIP鋼塊より7本ずつ作製した。このようにして
作製した抗折試験片を支点間距離20mmで、3点曲げ
試験を行い抗折値を求めた。7本の試験片につき抗試験
後、試験片の破面観察を走査型電子顕微鏡で行った。観
察に供した大半の試験片では、破壊の起点に介在物の存
在が確認された。本発明鋼は介在物の個数が少ないため
、高靭性となっている。
〈実施例2〉 上記実施例1の外、粉末を充てんした後、第3図の鎖線
で示すようにカプセル全体を真空熱処理炉内にセットし
、1000℃〜1200’Cの温度で10−1〜10−
 ’Torrの真空度で加熱処理し、その後室温まで真
空下で冷却し、真空炉より取り出す。次いで通常の条件
で真空脱気処理後密封し、HIP成形することにより低
介在物粉末工具鋼が製造される。
〈実施例3〉 原料粉末として前掲表2に示す冷間ダイス鋼粉末(KA
D181)を使用した。この粉末をステンレス製トレイ
上に厚さ20mmに充てんし、これらのトレイを第4図
に示すように真空炉内にて加熱しつつ、真空脱気処理を
行った。真空脱気処理は前掲表3に示すように、真空度
1O−3Torrで、表示した各温度で約4hr保持す
ることにより実施した。このように処理した粉末は若干
焼結が進行していたので、粉砕加工して粉末化した。
このような処理を行った粉末を、内径100φ胴、高さ
200!閣の軟鋼製容器内に充てんし、真空脱気後密封
した。次いで、1150°(xlooo気圧X3hrの
条件にてHIP処理を行ない、真密度の粉末ダイス鋼々
塊を4個作製した。これらの各鋼塊より検鏡面積が40
00mm”となるように試験片を準備し、同検鏡面上に
おける、長径が20μm以上の介在物の個数を計数した
介在物の測定結果を前掲表3に示す。HI P No。
5〜8の内、5〜6は従来法であり、7〜8は本発明法
である。
同表より、加熱温度が300℃1800℃の場合、介在
物の個数は18個前後であるが、1150℃11200
℃加熱により、10個以下に減少している。本発明法の
効果は明らかである。
なお、第4図において、5はガスアトマイズ工程、7c
は高温還元工程、6は粉末光てん工程、7は脱気と密封
工程、8はHIP成形工程を示す。
次に試作したHIPm塊より、抗折試験片粗加工材を作
製し、1020℃×15分油焼入れし、500℃X1.
5 hrの焼もどしを2回繰返した後、仕上加工を行い
、抗折試験片(5xlOX30mm)を各HIP鋼塊よ
り7本ずつ作製した。このようにして作製した抗折試験
片を支点間距離20飾で、3点曲げ試験を行い抗折値を
求めた。7本の試験片につき抗折値を求め、この平均値
を算出した。また試験後、同試験片の硬さ測定とミクロ
破面観察を行った。
表5に抗折試験結果を示す。
表5 抗折試験結果(ダイス鋼) 試験後、試験片の破面観察を走査型電子顕微鏡で行った
。観察に供した大半の試験片では、破壊の起点に介在物
の存在が確認された。本発明鋼は介在物の個数が少ない
ため、高靭性となっている。
(発明の効果) 本発明は、アトマイズ法により鉄基合金粉末を得た後、
1000℃〜1200℃の温度下で加熱処理し、次いで
熱間等方圧処理して加圧成形することにより粉末工具鋼
を製造するに際し、特に前記加熱処理を減圧下で行なう
ことにより、原料鉄基合金の製造段階並びにアトマイズ
処理段階において合金粉末に混入する介在物(不純物)
をHTP処理前に還元除去でき、高靭性の粉末工具鋼を
提供できた。
【図面の簡単な説明】
第1図はガスアトマイズ工程の一例説明図、第2図は、
従来の粉末工具鋼の製造工程説明図、第3図及び第4図
は本発明の粉末工具鋼の製造工程説明図である。 5−ガスアトマイズ工程、6−粉末光てん工程、7−脱
気と密封工程、7a、7b −高温脱気と密封工程、7
c−高温還元工程、8−HI P成形工程。 特 許 出 願 人  株式会社神戸製鋼所第3図 (ス乙くアl−マイr)    6(plL>    
70$に憔翻  13(HIPAI)5(カスアトマイ
χつ IP12図 α秒長?A−)  7(C4珀 8(HIP版形) 5ωスアYマλ7:) 7c嬶4工L) 第4図 6[有]μ妹)7□□□九咥引8倣約

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アトマイズ法により鉄基合金粉末を得た後、10
    00℃〜1200℃の温度下で加熱処理し、次いで熱間
    等方圧処理して加圧成形することにより粉末工具鋼を製
    造する方法であって、 前記加熱処理を減圧下で行なうことを特徴とする粉末工
    具鋼の製造方法。
JP2120404A 1990-05-09 1990-05-09 粉末工具鋼の製造方法 Pending JPH0417640A (ja)

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Cited By (1)

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