JPH05302149A

JPH05302149A - 時効硬化型オーステナイト系工具鋼

Info

Publication number: JPH05302149A
Application number: JP7953492A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ito; 裕司伊藤; Toshio Okuno; 利夫奥野
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1992-02-25
Filing date: 1992-04-01
Publication date: 1993-11-16

Abstract

(57)【要約】【目的】時効処理後の組織が非磁性のオーステナイト
であり、しかも被切削性に優れた時効硬化型オーステナ
イト系工具鋼を提供する。【構成】重量比で、Ｃ 0.40〜1.00%、Ｓi 1.40%以
下、Ｍn 5.00〜10.00%、Ｎi2.00〜10.00%、Ｃr 7.00〜1
4.00%、Ｖ 0.50〜2.50%、これにＣu 0.60〜4.00%、Ａl
0.60〜4.00%の１種または２種、残部Ｆeおよび通常の不
純物よりなる組成を基本系とする時効硬化型オーステナ
イト系工具鋼であり、必要に応じてＷ、Ｍo単独または
複合で1/2Ｗ＋Ｍo 0.80〜5.00%、Ｃo 2.00〜7.00%、Ｓ
0.04〜0.15%、およびＣa 0.01%以下、Ｃe 0.10%以下の
１種または２種を適宜添加することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスチック製マグネ
ット成形用型などの冷間型や熱間成形用金型材として、
優れた被切削性を備えた非磁性高硬度の新しい時効硬化
型オーステナイト系工具鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来プラスチック製マグネット(以下プ
ラマグと記す)成形用型など非磁性で高強度を要求され
る冷間型や昇温温度の特に高い熱間成形型用途には、特
公昭57-19749号に記載の鋼が使用されている。また、型
加工する場合、加工性が問題になるときは、被切削性を
改善した特開昭63-203753号および特開平1-159353号に
記載の鋼などが使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特公昭57-19749号の鋼
の場合、Ｍnが高いため基地が粘く、また加工硬化性が
大きいため被切削性が悪く、多大な加工工数を要する問
題があった。また、特開昭63-203753号の鋼は、被切削
性を高める目的で固溶化処理した後、低温で予備時効処
理を行ない、Ｎi-Ａl金属間化合物、Ｆe-Ｃu固溶体をそ
れぞれ単独たは複合で析出させて基地の延性を適度に低
めて素加工し、次いで高温で時効処理を行なって仕上加
工するのであるが、13%前後にＭnが高い場合には被切削
性の点で今一つ改善の効果が得られないことがわかって
きた。

【０００４】さらに、特開平1-159353号の鋼は、被切削
性に悪影響を及ぼすＭnを5.0%以下に限定し、かつ固溶
化処理状態においてＡlを基地に固溶させるとともにＮi
-Ａl金属間化合物を析出させて適度に延性を減じること
により被切削性を大幅に改善したものである。しかし、
時効処理において硬さを高めた時、また金型を製作する
場合など加工を加えた時、オーステナイト組織が不安定
となり、透磁率が1.02以上に高くなり、非磁性でなくな
るという問題が生じた。これは、オーステナイト安定化
元素であるＭnが低くなり過ぎたためと考えられる。本
発明の目的は、時効処理後の組織が非磁性の安定オース
テナイトであり、しかも被切削性に優れた時効硬化型オ
ーステナイト系工具鋼を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】発明者は、種々検討を行
ない、時効処理後の透磁率を十分低くして実質上非磁性
にするには、ＭnとＮiを適量配合して安定なオーステナ
イト基地にするとともに、被切削性を高めるには、Ｍn
量を5.00〜10.00%の範囲内に限定することではじめてＡ
lやＣuなどの快削元素を添加する効果が得られることを
見出した。すなわち本発明は、重量比で、Ｃ 0.40〜1.0
0%、Ｓi 1.40%以下、Ｍn 5.00〜10.00%、Ｎi 2.00〜10.
00%、Ｃr 7.00〜14.00%、Ｖ 0.50〜2.50%、これにＣu
0.60〜4.00%、Ａl 0.60〜4.00%の１種または２種、残部
Ｆeおよび通常の不純物よりなる組成を基本系とする時
効硬化型オーステナイト系工具鋼であり、必要に応じて
Ｗ、Ｍo単独または複合で1/2Ｗ＋Ｍo 0.80〜5.00%、Ｃo
2.00〜7.00%、Ｓ 0.04〜0.15%、およびＣa 0.01%以
下、Ｃe 0.10%以下の１種または２種を適宜添加するこ
とができる。その結果、本発明の効果として、時効処理
後の透磁率が1.015以下に低くなり、本発明の成分のほ
とんどの範囲内で透磁率を1.010以下とすることがで
き、実質上非磁性とし、かつ十分な被切削性を有する鋼
を得ることができるものである。

【０００６】

【作用】次に本発明鋼の成分限定の理由を示す。Ｃは、
Ｎi、Ｍn、Ｃo、Ｃuとともにオーステナイト形成元素と
して本発明鋼の組織を安定なオーステナイト組織に保つ
とともに、Ｖ、Ｗ、Ｍo、Ｃrとの間に固溶化処理後の時
効硬化処理において、特殊炭化物を析出させ、高い時効
硬さをもたらすために、また、Ｖ、Ｗ、Ｍo、Ｃrなどと
ともに残留炭化物を形成し、耐摩耗性を高めるために添
加される。低すぎるとフェライト生成をまねいたり、十
分な時効硬さが得られなくなるので0.40%以上とし、高
すぎると偏析を増大させたり、巨大炭化物を生成して、
被切削性や靭性を損うので1.00%以下とする。

【０００７】Ｓiは、本発明鋼の耐酸化性を高めるため
に添加される。多量の添加は必要なく、多すぎると熱伝
導性を低下させるため1.40%以下とする。Ｍnは、Ｃ、Ｎ
i、Ｃo、Ｃuとともに本発明鋼の組織をオーステナイト
組織に保つために添加される。多すぎると被切削性を低
下させ、また、靭性や耐酸化性も低下させるので10.00%
以下とし、低すぎるとフェライトを生成し易く透磁率を
高めるとともに基地のオーステナイト組織が不安定にな
るため5.00%以上とする。

【０００８】ＮiはＣ、Ｍn、Ｃo、Ｃuとともに本発明鋼
の組織をオーステナイト組織に保ち、また優れた靭性を
保持するために、またＡlとの間にＮi-Ａl金属間化合物
を析出し、基地の靭性を適当に減じ、良好な被切削性を
与えるために、さらに、時効硬化における最高硬さを高
めるために添加される。多量の添加は必要なく、Ｃ、Ｍ
n、Ａl量との関係において、上記効果を最高度に得るた
めの十分な量として上限を10.00%とし、低すぎると上記
添加の効果が得られないので2.00%以上とする。Ｃrは本
発明鋼の耐酸化性および耐食性を高め、また炭化物を形
成して固溶化加熱時の結晶粒の粗大化の抑制のために添
加される。多すぎると粗大な炭化物を生成し、靭性を減
少させ、また高温強度の低下やフェライトの生成をまね
くので14.00%以下とし、低すぎると上記添加の効果が得
られないので7.00%以上とする。

【０００９】ＭoおよびＷは炭化物を形成し、固溶化加
熱時の結晶粒の粗大化を抑制し、時効硬化処理時に微細
な特殊炭化物を析出し、高い時効硬さと高温強度を得る
ために、また残留炭化物を形成し、耐摩耗性を高め、ま
た耐食性を高めるために添加される。耐摩耗性、高温強
度についてはＷの方が有利で、一方靭性、被切削性につ
いては、Ｍoの方が有利であり、目的、用途により使い
分けられる。Ｍo、Ｗは上記目的のため添加されるが、
多すぎると粗大な炭化物を形成し、靭性を低下させるの
で1/2Ｗ＋Ｍoで5.00%以下とし、低すぎると上記添加の
効果が得られないので0.80%以上とする。Ｖは炭化物を
形成し、固溶化加熱時の結晶粒の粗大化を抑制し、時効
硬化処理時に微細な特殊炭化物を析出し、特に高い時効
硬さを得るために、また極めて硬い残留炭化物を形成
し、高い摩耗性を形成するための極めて重要な添加元素
である。多すぎると粗大な炭化物を形成して靭性を低下
させ、またフェライトの生成をまねくので2.50%以下と
し、低すぎると上記添加の効果が得られないので0.50%
以上とする。

【００１０】Ｃuは固溶化処理後の時効処理において、
Ｆeとの間に微細な固溶体を形成、析出し、時効硬化処
理時の最高硬さを上げるために添加される。また耐食性
を高めるための極めて重要な元素である。多すぎると熱
間加工性を減ずるので4.00%以下とし、低すぎると上記
添加の効果が得られないので0.60%以上とする。Ａlは、
固溶化処理時、基地に固溶する一方、Ｎiとの間にＮi-
Ａl金属間化合物を形成、析出し、基地の延性を適度に
減じ、良好な被切削性を得るための極めて重要な元素で
ある。また、時効硬化処理時の最高硬さを高めるために
添加される。多すぎると熱間加工性を減じ、フェライト
の生成をまねくので4.00%以下とし、低すぎると上記添
加の効果が得られないので0.60%以上とする。

【００１１】Ｃoは、固溶化処理時にオーステナイト基
地中へのＣr、Ｗ、Ｍo、Ｖ系各炭化物の固溶度を高め、
時効硬化処理時の微細な特殊炭化物の析出量を増加させ
て時効最高硬さを高め、また基地に固溶すること自体に
よっても時効最高硬さを高めるために添加される。多す
ぎると被切削性および靭性を低下させるので7.00%以下
とし、低すぎると上記添加の効果が得られないので2.00
%以上とする。ＳはＭnとの間に硫化物を形成し、本発明
鋼の被切削性を大幅に向上させるために添加される。多
すぎると熱間加工性を減じ、また靭性を過度に減じるの
で0.15%以下とし、低すぎると上記添加の効果が得られ
ないので0.04%以上とする。Ｃa、Ｃeは、ＭnＳが形成す
る際の核となり、ＭnＳの形態および分布を制御するた
めに添加される。これにより、ＭnＳは均一微細に分布
し、被切削性はさらに向上する。

【００１２】

【実施例】表１に本発明鋼Ａ〜Ｎ、および特公昭57-197
49号、特開昭63-203753号、特開平1-159353号に記載の
鋼をそれぞれ比較鋼Ｏ，Ｐ，Ｑとして、その化学組成(w
t%)を示す。表２に、本発明鋼Ａ〜Ｎおよび比較鋼Ｏ，
Ｐ，Ｑについて、1150〜1180℃で固溶化処理した状態に
おいて、被切削性を調査した結果を示す。8mmφのドリ
ルを用いて深さ 10mm切削した時の限界穴あけ個数を比
較し、比較鋼Ｏのそれを100として被切削性指数で表し
た。Ｍnを低減することにより、被切削性が良好になる
傾向にあり、またＡl量を増しても被切削性指数は高く
なっている。さらにＳ，Ｃa,Ｃeを添加することによ
り、被切削性の大幅な向上が達成できることがわかる。

【００１３】表３に、固溶化処理後、600〜750℃で時効
処理を施し、硬さ HRC40に調整したときの透磁率を示
す。Ｍn量を高めることにより、透磁率は低くなり、オ
ーステナイトが安定していることが伺われる。表４に、
時効硬化処理したときの最高硬さ(HRC)を測定した結果
を示す。本発明鋼は、Ｎi-Ａl金属間化合物およびＦe-
Ｃu固溶体の析出により、比較鋼Ｏよりも高硬度が得ら
れ、さらにＣoを添加することにより、最高硬さは上昇
している。また、高硬度が得られることから、金型とし
ての耐摩耗性が十分備わっているものと判断される。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】

【表３】

【００１７】

【表４】

【００１８】

【発明の効果】以上に示すように、本発明は非磁性で高
い硬さと耐摩耗性を有しながら、従来鋼の問題点であっ
た被切削性が大幅に改善されているため、加工工数の大
幅な削減や複雑形状の精密加工が可能となる。したがっ
て、特に複雑な形状の加工と非磁性であることを要求さ
れるプラスチック製マグネット成形用型の製造の合理化
が図られ、型寿命の延長にも寄与する。また昇温温度の
特に高い熱間型用途に適用し、へたり、摩耗が生じにく
く、長寿命を得ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比で、Ｃ 0.40〜1.00%、Ｓi 1.40%
以下、Ｍn 5.00〜10.00%、Ｎi 2.00〜10.00%、Ｃr 7.00
〜 14.00%、Ｖ 0.50〜2.50%、これにＣu 0.60〜4.00%、
Ａl 0.60〜4.00%の１種または２種、残部Ｆeおよび通常
の不純物よりなる時効硬化型オーステナイト系工具鋼。
【請求項２】重量比で、Ｃ 0.40〜1.00%、Ｓi 1.40%
以下、Ｍn 5.00〜10.00%、Ｎi 2.00〜10.00%、Ｃr 7.00
〜 14.00%、Ｗ、Ｍo単独または複合で1/2Ｗ＋Ｍo 0.80
〜5.00%、Ｖ 0.50〜2.50%、これにＣu 0.60〜4.00%、Ａ
l 0.60〜4.00%の１種または２種、残部Ｆeおよび通常の
不純物よりなる時効硬化型オーステナイト系工具鋼。
【請求項３】重量比で、Ｃ 0.40〜1.00%、Ｓi 1.40%
以下、Ｍn 5.00〜10.00%、Ｎi 2.00〜10.00%、Ｃr 7.00
〜 14.00%、Ｖ 0.50〜2.50%、Ｃo 2.00〜7.00%、これに
Ｃu 0.60〜4.00%、Ａl 0.60〜4.00%の１種または２種、
残部Ｆeおよび通常の不純物よりなる時効硬化型オース
テナイト系工具鋼。
【請求項４】重量比で、Ｃ 0.40〜1.00%、Ｓi 1.40%
以下、Ｍn 5.00〜10.00%、Ｎi 2.00〜10.00%、Ｃr 7.00
〜14.00%、Ｗ、Ｍo単独または複合で1/2Ｗ＋Ｍo 0.80〜
5.00%、Ｖ 0.50〜2.50%、Ｃo 2.00〜7.00%、これにＣu
0.60〜4.00%、Ａl 0.60〜4.00%の１種または２種、残部
Ｆeおよび通常の不純物よりなる時効硬化型オーステナ
イト系工具鋼。
【請求項５】重量比で、Ｃ 0.40〜1.00%、Ｓi 1.40%
以下、Ｍn 5.00〜10.00%、Ｎi 2.00〜10.00%、Ｃr 7.00
〜14.00%、Ｖ 0.50〜2.50%、Ｓ 0.04〜0.15%、これにＣ
u 0.60〜4.00%、Ａl 0.60〜4.00%の１種または２種、残
部Ｆeおよび通常の不純物よりなる時効硬化型オーステ
ナイト系工具鋼。
【請求項６】重量比で、Ｃ 0.40〜1.00%、Ｓi 1.40%
以下、Ｍn 5.00〜10.00%、Ｎi 2.00〜10.00%、Ｃr 7.00
〜14.00%、Ｗ、Ｍo単独または複合で1/2Ｗ＋Ｍo 0.80〜
5.00%、Ｖ 0.50〜2.50%、Ｓ 0.04〜0.15%、これにＣu
0.60〜4.00%、Ａl 0.60〜4.00%の１種または２種、残部
Ｆeおよび通常の不純物よりなる時効硬化型オーステナ
イト系工具鋼。
【請求項７】重量比で、Ｃ 0.40〜1.00%、Ｓi 1.40%
以下、Ｍn 5.00〜10.00%、Ｎi 2.00〜10.00%、Ｃr 7.00
〜14.00%、Ｖ 0.50〜2.50%、Ｃo 2.00〜7.00%、Ｓ 0.04
〜0.15%、これにＣu 0.60〜4.00%、Ａl 0.60〜4.00%の
１種または２種、残部Ｆeおよび通常の不純物よりなる
時効硬化型オーステナイト系工具鋼。
【請求項８】重量比で、Ｃ 0.40〜1.00%、Ｓi 1.40%
以下、Ｍn 5.00〜10.00%、Ｎi 2.00〜10.00%、Ｃr 7.00
〜14.00%、Ｗ、Ｍo単独または複合で1/2Ｗ＋Ｍo 0.80〜
5.00%、Ｖ 0.50〜2.50%、Ｃo 2.00〜7.00%、Ｓ 0.04〜
0.15%、これにＣu 0.60〜4.00%、Ａl 0.60〜4.00%の１
種または２種、残部Ｆeおよび通常の不純物よりなる時
効硬化型オーステナイト系工具鋼。
【請求項９】重量比で、Ｃ 0.40〜1.00%、Ｓi 1.40%
以下、Ｍn 5.00〜10.00%、Ｎi 2.00〜10.00%、Ｃr 7.00
〜14.00%、Ｗ、Ｍo単独または複合で1/2Ｗ＋Ｍo 0.80〜
5.00%、Ｖ 0.50〜2.50%、Ｓ 0.04〜0.15%、およびＣa
0.01%以下、Ｃe 0.10%以下の１種または２種、これにＣ
u 0.60〜4.00%、Ａl 0.60〜4.00%の１種または２種、残
部Ｆeおよび通常の不純物よりなる時効硬化型オーステ
ナイト系工具鋼。
【請求項１０】重量比で、Ｃ 0.40〜1.00%、Ｓi 1.40
%以下、Ｍn 5.00〜10.00%、Ｎi 2.00〜10.00%、Ｃr 7.0
0〜14.00%、Ｖ 0.50〜2.50%、Ｓ 0.04〜0.15%、および
Ｃa 0.01%以下、Ｃe 0.10%以下の１種または２種、これ
にＣu 0.60〜4.00%、Ａl 0.60〜4.00%の１種または２
種、残部Ｆeおよび通常の不純物よりなる時効硬化型オ
ーステナイト系工具鋼。
【請求項１１】重量比で、Ｃ 0.40〜1.00%、Ｓi 1.40
%以下、Ｍn 5.00〜10.00%、Ｎi 2.00〜10.00%、Ｃr 7.0
0〜14.00%、Ｗ、Ｍo単独または複合で1/2Ｗ＋Ｍo 0.80
〜5.00%、Ｖ 0.50〜2.50%、Ｃo 2.00〜7.00%、Ｓ 0.04
〜0.15%、およびＣa 0.01%以下、Ｃe 0.10%以下の１種
または２種、これにＣu 0.60〜4.00%、Ａl 0.60〜4.00%
の１種または２種、残部Ｆeおよび通常の不純物よりな
る時効硬化型オーステナイト系工具鋼。
【請求項１２】重量比で、Ｃ 0.40〜1.00%、Ｓi 1.40
%以下、Ｍn 5.00〜10.00%、Ｎi 2.00〜10.00%、Ｃr 7.0
0〜14.00%、Ｖ 0.50〜2.50%、Ｃo 2.00〜7.00%、Ｓ 0.0
4〜0.15%、およびＣa 0.01%以下、Ｃe 0.10%以下の１種
または２種、これにＣu 0.60〜4.00%、Ａl 0.60〜4.00%
の１種または２種、残部Ｆeおよび通常の不純物よりな
る時効硬化型オーステナイト系工具鋼。