JPH0717986B2 - 合金工具鋼 - Google Patents

合金工具鋼

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JPH0717986B2
JPH0717986B2 JP60053095A JP5309585A JPH0717986B2 JP H0717986 B2 JPH0717986 B2 JP H0717986B2 JP 60053095 A JP60053095 A JP 60053095A JP 5309585 A JP5309585 A JP 5309585A JP H0717986 B2 JPH0717986 B2 JP H0717986B2
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直行 山内
民樹 柳澤
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、熱間,温間,冷間塑性加工用工具や切削工具
として利用される合金工具鋼に関するものである。
(従来の技術) 従来、この種の合金工具鋼としては、高速度工具鋼、冷
間ダイス鋼、熱間ダイス鋼などがあり、これらの合金工
具鋼から、例えば、塑性加工用の各種パンチ,ダイスな
らびにタップ,カッター,リーマ,エンドミル,ホブ等
の切削工具やロール,ベアリングなどが作成される。
(発明が解決しようとする問題点) このような合金工具鋼においては、所望形状への成形が
容易であると共に、長寿命が得られるように高温強度や
疲労特性等に優れていることが要求されるが、巨大な一
次炭化物が生成されている場合にはこのような要求を十
分に満たすことができなくなるという問題点があった。
本発明は、上述した従来の問題点を解消するためになさ
れたもので、巨大な一次炭化物が鋼中に残存せず、強
度,靭性,耐ヒートチェック性,切削寿命等において優
れた特性を有する合金工具鋼を提供することを目的とし
ている。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明による合金工具鋼は、重量%で、C:0.20〜2.50
%、Si:0.05%未満、Mn:0.10〜1.50%、Ni:0.01〜2.0
%、Cr:2.0〜20.0%、および2Mo+W:0.30〜30.0%、V:
0.01〜5.0%のうちの1種または2種以上、残部Feおよ
び不純物からなることを特徴としており、より好ましく
は、合金工具鋼が高速度工具鋼である場合には、重量%
で、C:0.35〜1.50%、Si:0.05%未満、Mn:0.10〜1.50
%、Ni:0.01〜2.0%、Cr:2.0〜10.0%、および2Mo+W:
1.50〜30.0%、V:0.50〜5.0%のうちの1種または2種
以上、残部Feおよび不純物からなり、冷間ダイス鋼であ
る場合には、重量%で、C:0.35〜2.50%、Si:0.05%未
満、Mn:0.10〜1.50%、Ni:0.01〜2.0%、Cr:3.0〜20.0
%、およびMo:0.10〜5.0%,W:0.10〜5.0%,V:0.01〜5.0
%のうちの1種または2種以上、残部Feおよび不純物か
らなり、熱間ダイス鋼である場合には、重量%で、C:0.
20〜0.50%、Si:0.05%未満、Mn:0.10〜1.50%、Ni:0.0
1〜2.0%、Cr:2.0〜8.0%、およびMo:0.10〜5.0%,W:0.
10〜5.0%,V:0.01〜5.0%のうちの1種または2種以
上、残部Feおよび不純物からなることを特徴としてい
る。また必要に応じて、REM:0.001〜0.60%を含み、Nb:
0.01〜5.0%,Ta:0.01〜5.0%,Zr:2.0%以下,Hf:2.0%以
下,Ti:2.0%以下,Sc:0.001〜2.0%,Y:2.0%以下のうち
の1種または2種以上を含み、Co:1.0〜20.0%,Cu:0.25
〜1.0%,B:0.001〜0.050%のうちの1種または2種以上
を含み、さらに必要に応じて、不純物中において、N:20
0ppm以下、S:0.0050%以下、O:0.0030%以下、Al:0.020
%以下、P:0.020%以下であるようにしたことを特徴と
している。
次に本発明による合金工具鋼の成分範囲(重量%)の限
定理由について説明する。
C:0.20〜2.50% Cは工具鋼として必要な強度,硬さおよび耐摩耗性等を
確保するのに有効な元素であって、このような効果を得
るために0.20%以上含有させるのがよい。また、工具鋼
が高速度工具鋼および冷間ダイス鋼である場合には0.35
%以上とするのがより好ましい。しかし、多すぎると靭
性および加工性が低下するので2.50%以下とするのがよ
い。また、工具鋼が高速度工具鋼である場合には1.50%
以下とし、熱間ダイス鋼である場合には0.50%以下とす
るのがより好ましい。
Si:0.05%未満 合金工具鋼において生成される巨大一次炭化物は、肋骨
状に晶出した共晶炭化物が未破壊粒として残存している
ことが主因であり、Si量を低くすることによって肋骨状
共晶炭化物の生成を低減もしくは阻止することが可能と
なり、Si量を低くすることによってソーキングによる一
次炭化物の完全固溶温度範囲をより低温側に拡大させて
炭化物を細粒にすることができるようになる。そして、
本発明者らはこのような知見に基いて種々検討した結
果、この種の合金工具鋼においては、Si含有量を0.05%
未満とするのがとくによいことを確かめたことから、こ
のような上限値とした。
Mn:0.10〜1.50% Mnは脱酸および脱硫剤として作用し、鋼の清浄度を高め
ると共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0.10%以上添加するのがよい。し
かし、多すぎると熱間加工性を害するので1.50%以下と
するのが良い。
Ni:0.01〜2.0% Niは工具鋼の基地を強化し、強度,耐衝撃性,耐ヒート
チェック性を向上させる元素であり、このような効果を
得るために0.01%以上添加するのがよい。しかし、多す
ぎると機械加工性を低下させるので2.0%以下とするの
が良い。
Cr:2.0〜20.0% Crは工具鋼の強度、とくに高温強度を高めると共に、耐
熱衝撃性を高めるのに有効な元素であって、このような
効果を得るためには2.0%以上添加するのがよい。ま
た、工具鋼が冷間ダイス鋼である場合には3.0%以上と
するのがより好ましい。しかし、多すぎると靭性や加工
性を劣化させるので20.0%以下とするのがよい。また、
工具鋼が高速度鋼である場合には10.0%以下とし、熱間
ダイス鋼である場合には8.0%以下とするのがより好ま
しい。
2Mo+W:0.30〜30.0%,V:0.01〜5.0%のうちの1種また
は2種以上 Mo,W,Vは炭化物を形成し、熱処理硬さを増大して耐摩耗
性を向上させるのに有効な元素であるので、これらの1
種または2種以上を添加するのもよい。この場合、Moは
Wよりも効果が大きい元素であって、このような効果を
得るためには2Mo+W(いずれか一方が0である場合も
含む)で0.30%以上、Vを0.01%以上添加するのがよ
い。また、工具鋼が高速度鋼である場合には2Mo+Wで
1.50%以上とし、冷間ダイス鋼および熱間ダイス鋼であ
る場合にはMoを0.10%以上、Wを0.10%以上とするのが
より好ましい。また、工具鋼が高速度鋼である場合には
Vを0.50%以上とするのがより好ましい。しかし、多す
ぎると靭性が低下すると共に、粗大炭化物も多くなり、
疲労特性に悪影響を及ぼすので2Mo+Wは30.0%以下、
Vは5.0%以下とするのがよい。また、工具鋼が冷間ダ
イス鋼および熱間ダイス鋼である場合にはMoを5.0%以
下、Wを5.0%以下とするのがより好ましい。
REM(希土類元素の1種または2種以上):0.001〜0.60
% REMは、工具鋼の靭性を向上させ、特に耐衝撃性を高め
るのに有効な元素であるので、このような効果を得るた
めにこれらの1種または2種以上を0.001%以上添加さ
せることも必要に応じて望ましい。しかし、多量に添加
すると靭性および加工性劣化させるので、添加する場合
は0.60%以下とするのがよい。この場合、製造時におけ
るREMの添加は、1530〜1550℃とくに1540〜1545℃で行
うことが望ましく、これによって地疵欠陥の発生をかな
り抑えることができる。
Nb:0.01〜5.0%,Ta:0.01〜5.0%,Zr:2.0%以下,Hf:2.0
%以下,Ti:2.0%以下,Sc:0.001〜2.0%,T:2.0%以下の
うちの1種または2種以上 Nb,Ta,Zr,Hf,Ti,Sc,Yはいずれも炭化物を形成して熱処
理硬さを増大し、耐摩耗性を向上させるのに有効な元素
であるので、これらの元素を適宜選んで上記の範囲で添
加するのもよい。
Co:1.0〜20.0%,Cu:0.25〜1.0%,B: 0.001〜0.050%のうちの1種または2種以上 Co,Cu,Bはいずれも基地を強化して工具鋼の強度,耐衝
撃性,耐ヒートチェック性を高めるので、これらの元素
を適宜選んで上記の範囲で添加するのもよい。また、B
は鋼の焼入性を高めると共に、鋼中のNをBNの形で固定
してNの悪影響をなくすのに有効な元素であるので上記
の範囲で適宜添加するのもよい。
N:200ppm以下 鋼中にNが多量に含まれると他の添加元素と窒化物を形
成し、大きな炭窒化物が鋼中に存在することとなって工
具の性能を劣化させるので、この上限を200ppmとするこ
とがより望ましい。
S:0.0050%以下、O:0.0030%以下 鋼中におけるS,O量を低減することによって地疵の発生
を抑制し、地疵等級を向上させることができると共に成
形加工時の被削性を高めることができるようになるの
で、必要に応じてSおよび/またはOの含有量を上記の
範囲で規制することも望ましい。
Al:0.020%以下、P:0.020%以下 鋼中におけるAl,P量を低減することによって地疵の発生
を抑制し、地疵等級を向上させることができるようにな
るので、必要に応じてAlおよび/またはPの含有量を上
記の範囲で規制することも望ましい。
(実施例) 真空誘導溶解炉によって第1表に示す化学成分の材料を
溶製したのち、造塊してインゴットを得た。
次に、前記インゴットを700〜750℃に3時間加熱したの
ち鍛造し、次いで800℃で3時間加熱したのち20℃/hrで
冷却する溶体化処理を行って供試材とし、各供試材の炭
化物量および平均粒径を測定した。この結果を第2表に
示す。
次いで、各供試材の高温強度および靭性を測定したとこ
ろ、同じく第2表に示す結果となった。
第1表および第2表に示すように、各種合金工具鋼にお
いて、本発明の範囲を満足する実施例(No.2,4,6,8,1
0)のものは、この範囲を満足しない比較例(No.1,3,5,
7,9)のものに比べて1次炭化物量が少なくかつ1次炭
化物平均粒径も小さいものとなっている。そして、高温
強度および靭性において優れた値を示すものであること
が確かめられた。
[発明の効果] 以上説明してきたように、本発明による合金工具鋼は、
重量%で、C:0.20〜2.50%、Si:0.05%未満、Mn:0.10〜
1.50%、Ni:0.01〜2.0%、Cr:2.0〜20.0%、および2Mo
+W:0.30〜30.0%、V:0.01〜5.0%のうちの1種または
2種以上、残部Feおよび不純物からなるものであるか
ら、肋骨状に晶出した共晶炭化物が主因となる巨大一次
炭化物の生成を著しく低減することが可能であり、強
度,靭性,耐ヒートチェック性,切削寿命等において優
れた特性を有するリーマ,エンドミル,タップおよびミ
リングカッタ,ホブ等の工具やロール,ベアリングなど
を得ることができるという非常に優れた効果がもたらさ
れる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−111411(JP,A) 特開 昭53−146914(JP,A) 特開 昭55−24973(JP,A) 特開 昭57−73167(JP,A) 特開 昭57−85952(JP,A) 特開 昭57−143468(JP,A)

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、C:0.20〜2.50%、Si:0.05%未
    満、Mn:0.10〜1.50%、Ni:0.01〜2.0%、Cr:2.0〜20.0
    %、および2Mo+W:0.30〜30.0%、V:0.01〜5.0%のうち
    の1種または2種以上、残部Feおよび不純物からなるこ
    とを特徴とする合金工具鋼。
  2. 【請求項2】重量%で、C:0.35〜1.50%、Si:0.05%未
    満、Mn:0.10〜1.50%、Ni:0.01〜2.0%、Cr:2.0〜20.0
    %、および2Mo+W:1.50〜30.0%、V:0.50〜5.0%のうち
    の1種または2種以上、残部Feおよび不純物からなる特
    許請求の範囲第(1)項記載の高速度合金工具鋼。
  3. 【請求項3】重量%で、C:0.35〜2.50%、Si:0.05%未
    満、Mn:0.10〜1.50%、Ni:0.01〜2.0%、Cr:3.0〜20.0
    %、およびMo:0.10〜5.0%,W:0.10〜5.0%,V:0.01〜5.0
    %のうちの1種または2種以上、残部Feおよび不純物か
    らなる特許請求の範囲第(1)項記載の冷間ダイス合金
    工具鋼。
  4. 【請求項4】重量%で、C:0.20〜0.50%、Si:0.05%未
    満、Mn:0.10〜1.50%、Ni:0.01〜2.0%、Cr:2.0〜8.0
    %、およびMo:0.10〜5.0%,W:0.10〜5.0%,V:0.01〜5.0
    %のうちの1種または2種以上、残部Feおよび不純物か
    らなる特許請求の範囲第(1)項記載の熱間ダイス合金
    工具鋼。
  5. 【請求項5】重量%で、C:0.20〜2.50%、Si:0.05%未
    満、Mn:0.10〜1.50%、Ni:0.01〜2.0%、Cr:2.0〜20.0
    %、および2Mo+W:0.30〜30.0%,V:0.01〜5.0%のうち
    の1種または2種以上、REM:0.001〜0.60%、残部Feお
    よび不純物からなることを特徴とする合金工具鋼。
  6. 【請求項6】重量%で、C:0.20〜2.50%、Si:0.05%未
    満、Mn:0.10〜1.50%、Ni:0.01〜2.0%、Cr:2.0〜20.0
    %、および2Mo+W:0.30〜30.0%,V:0.01〜5.0%のうち
    の1種または2種以上、さらにNb:0.01〜5.0%,Ta:0.01
    〜5.0%,Zr:2.0%以下,Hf:2.0%以下,Ti:2.0%以下,Sc:
    0.001〜2.0%,Y:2.0%以下のうちの1種または2種以
    上、残部Feおよび不純物からなることを特徴とする合金
    工具鋼。
  7. 【請求項7】重量%で、C:0.20〜2.50%、Si:0.05%未
    満、Mn:0.10〜1.50%、Ni:0.01〜2.0%、Cr:2.0〜20.0
    %、および2Mo+W:0.30〜30.0%,V:0.01〜5.0%のうち
    の1種または2種以上、さらにCo:1.0〜20.0%,Cu:0.25
    〜1.0%,B:0.001〜0.050%のうちの1種または2種以
    上、残部Feおよび不純物からなることを特徴とする合金
    工具鋼。
  8. 【請求項8】重量%で、C:0.20〜2.50%、Si:0.05%未
    満、Mn:0.10〜1.50%、Ni:0.01〜2.0%、Cr:2.0〜20.0
    %、および2Mo+W:0.30〜30.0%,V:0.01〜5.0%のうち
    の1種または2種以上、REM:0.001〜0.60%、さらにNb:
    0.01〜5.0%,Ta:0.01〜5.0%,Zr:2.0%以下,Hf:2.0%以
    下,Ti:2.0%以下,Sc:0.001〜2.0%,Y:2.0%以下のうち
    の1種または2種以上、残部Feおよび不純物からなるこ
    とを特徴とする合金工具鋼。
  9. 【請求項9】重量%で、C:0.20〜2.50%、Si:0.05%未
    満、Mn:0.10〜1.50%、Ni:0.01〜2.0%、Cr:2.0〜20.0
    %、および2Mo+W:0.30〜30.0%,V:0.01〜5.0%のうち
    の1種または2種以上、REM:0.001〜0.60%、さらにCo:
    1.0〜20.0%,Cu:0.25〜1.0%,B:0.001〜0.050%のうち
    の1種または2種以上、残部Feおよび不純物からなるこ
    とを特徴とする合金工具鋼。
  10. 【請求項10】重量%で、C:0.20〜2.50%、Si:0.05%
    未満、Mn:0.10〜1.50%、Ni:0.01〜2.0%、Cr:2.0〜20.
    0%、および2Mo+W:0.30〜30.0%,V:0.01〜5.0%のうち
    の1種または2種以上、さらにNb:0.01〜5.0%,Ta:0.01
    〜5.0%,Zr:2.0%以下,Hf:2.0%以下,Ti:2.0%以下,Sc:
    0.001〜2.0%,Y:2.0%以下のうちの1種または2種以
    上、さらにCo:1.0〜20.0%,Cu:0.25〜1.0%,B:0.001〜
    0.050%のうちの1種または2種以上、残部Feおよび不
    純物からなることを特徴とする合金工具鋼。
  11. 【請求項11】重量%で、C:0.20〜2.50%、Si:0.05%
    未満、Mn:0.10〜1.50%、Ni:0.01〜2.0%、Cr:2.0〜20.
    0%、および2Mo+W:0.30〜30.0%,V:0.01〜5.0%のうち
    の1種または2種以上、REM:0.001〜0.60%、さらにNb:
    0.01〜5.0%,Ta:0.01〜5.0%,Zr:2.0%以下,Hf:2.0%以
    下,Ti:2.0%以下,Sc:0.001〜2.0%,Y:2.0%以下のうち
    の1種または2種以上、さらにCo:1.0〜20.0%,Cu:0.25
    〜1.0%,B:0.001〜0.050%のうちの1種または2種以
    上、残部Feおよび不純物からなることを特徴とする合金
    工具鋼。
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