JPH0791620B2 - 被研削性に優れた高速度工具鋼 - Google Patents

被研削性に優れた高速度工具鋼

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JPH0791620B2
JPH0791620B2 JP60053097A JP5309785A JPH0791620B2 JP H0791620 B2 JPH0791620 B2 JP H0791620B2 JP 60053097 A JP60053097 A JP 60053097A JP 5309785 A JP5309785 A JP 5309785A JP H0791620 B2 JPH0791620 B2 JP H0791620B2
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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、被加工部材に対する切削加工性に優れている
だけでなく、それ自体の成形のための被研削性にも優れ
ていることが要求される用途、例えば、タップやエンド
ミルなどの切削工具の素材として利用される被研削性に
優れた高速度工具鋼に関するものである。
(従来の技術) 近年、被加工部材の高硬度化の傾向が高まってきてお
り、それゆえ工具用材料においては、高硬度被加工部材
に切削性能の向上が要求されるようになってきた。この
ような高硬度被加工部材に対する切削性能の向上は、コ
ストの上昇をもたらすCo添加よりも、これに比べてより
安価なV添加によって実現しようとする傾向が強い。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、工具用材料の切削性能を向上させるため
にV添加量を2〜3%以上に高めた場合には、工具用材
料の被研削性が悪くなり、タップやエンドミル等の製造
において重要な位置を占める研削加工工程での能率を極
端に低下させるという問題点があった。それゆえ、高硬
度被加工部材に対する切削性能に優れているだけでな
く、工具自体に成形加工するための被研削性にも優れて
いる工具用材料が要望されているという課題があった。
(発明の目的) 本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもの
で、被加工部材に対する切削性能に優れているだけでな
く、自身の被研削性能にも優れていて、タップやエンド
ミルなどの切削工具に成形するのが容易である被研削性
に優れた高速度工具鋼を提供することを目的としてい
る。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明による被研削性に優れた高速度工具鋼は、重量%
で、C:0.9〜1.5%、Si:0.1〜0.8%、Mn:0.1〜1.5%、P:
0.020%以下、S:0.0050%以下、Cr:3〜7%、2Mo+W:16
〜30%、V:2〜5%、N:100ppm未満、O:0.0050%以下、A
l:0.020%以下、REM:0.001〜0.60%、でかつ N(ppm)≦−100×V(%)+320 を満たし、 残部Feおよび不純物よりなることを特徴としており、必
要に応じてNb:0.01〜5.0%を含み、同じく必要に応じて
Co:1.0〜20.0%,B:0.001〜0.050%のうちの1種または
2種を含むことを特徴としている。
次に、本発明による被研削性の優れた高速度工具鋼の成
分範囲(重量%)の限定理由について説明する。
C:0.9〜1.5% Cは炭化物形成元素と結合して硬い復炭化物を生成し、
また、基地中に固溶して、工具として必要な強度,硬さ
および耐摩耗性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0.9%以上含有させる。しか
し、多すぎると耐摩耗性は増大するが靭性および加工性
が低下するので1.5%以下とするのがよい。
Si:0.1〜0.8% Siは主に脱酸剤として作用し、また、炭化物の析出反応
を促進させて炭化物の微細化をはかるのに有効な元素で
ある。また、焼入性を向上させると共に基地を強化して
降伏点を高め、高温度での表面酸化を阻止するとともに
疲労限を向上させるのに有効な元素である。そして、こ
のような効果を得るために0.1%以上含有させた。しか
し、多量に添加すると熱伝導性の低下と靭性の劣化を生
じることによる工具寿命の短縮をもたらすので0.8%以
下に限定した。
Mn:0.1〜1.5% Mnは脱酸および脱硫剤として鋼の清浄度を高めると共に
焼入性の向上にも寄与し、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に有効な
元素である。そして、このような効果を得るために0.1
%以上含有させた。しかし、多量に添加すると加工性を
害することとなるので1.5%以下に限定した。
Cr:3〜7% CrはCと結合して複合炭化物を形成し、工具の強度、と
くに高温強度を高めると共に耐摩耗性、耐熱衝撃性を高
めるのに有効であり、また、焼入性を向上させると共に
焼もどし軟化抵抗性や耐酸化性の向上にも有効な元素で
あって、このような効果を得るためには3%以上添加す
るのがよい。しかし、多すぎると靭性や加工性を劣化さ
せるので7%以下とするのがよい。
2Mo+W:16〜30% Mo,Wは炭化物を形成し、熱処理硬さを増大して工具の耐
摩耗性を向上させるのに有効な元素である。そして、W
当量(2Mo+W)を増加することによって被研削性の向
上に有害な晶出MC炭化物量を減少させることができ、こ
れによって高V系高速度工具鋼の被研削性をより一層向
上させることができるようになる。また、Mo比率を増加
することによって板状M2C量の低減をはかることがで
き、これによっても被研削性の向上をはかることができ
る。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16%以上添加するのがよ
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で30%以下とするのがよい。
V:2〜5% VはMo,Wと同様に炭化物を形成し、熱処理硬さを増大し
て工具の耐摩耗性を向上させるのに有効な元素である。
また、Vはとくに高硬度被加工部材に対する工具の切削
性能をより一層向上させるのに有効な元素である。
第1図は、1.0%C−4.0%Cr−8.7%Mo−1.8%W−Feを
基本成分とする高速度鋼においてV含有量を変化させた
場合の切削耐久力への影響を調べた結果を示す図であ
る。この場合、タップはM10×1.5、被加工部材はS45C、
切削速度13.7m/分、下穴8.5φ×20mm、切削油有で行っ
たものである。
第1図に示すように、V含有量が多くなるほど工具の切
削性能は向上していることが明らかである。したがっ
て、本発明においては、高硬度被加工部材に対しても良
好な切削性能が得られるようにV含有量を2%以上とし
て。しかしながら、V含有量が多すぎると、被加工部材
に対する切削性能は向上するものの、工具材料自体の被
研削性が著しく低下し、タップやエンドミル等の研削加
工量が多くかつ複雑な工具の素材としては適さないもの
となるため5%以下に限定した。
N:100ppm未満、REM(希土類元素の1種または2種以上
の合計):0.001〜0.60% 高速度工具鋼の切削性能を向上させるためにVを2〜3
%以上添加した場合には、工具鋼自体の被研削性が著し
く低下することは前述したとおりである。
そこで、本発明者らは種々の実験を行い、それらの中
で、晶出MC炭化物の形態とV量,N量との関係について調
べた。このとき用いた鋼の基本成分は、0.9〜1.45%C
−0.5%Si−0.3%Mn−4%Cr−8%Mo−4%W−Feであ
り、REMを含まないものである。この結果を第2図に示
す。
第2図に示すように、N量を低くおさえることによっ
て、V量を増大させたときでもMC炭化物を微細化するこ
とができ、V含有量を2%以上とした高V系工具用材料
の被研削性を向上させるためにはN量を100ppm未満でか
つ N(ppm)≦−100×V(%)+320 を満たす値に抑制してMC炭化物が微細化されるようにす
る必要のあることを確かめた。
さらに、V含有量を増大して切削性能を向上させ、また
N量を許容限を緩和できるようにするため、種々の添加
元素について検討したところ、REMを添加した場合につ
いては第3図に示す結果を得た。すなわち、この実験に
おいては、1.25%C−05%Si−0.3%Mn−4%Cr−8%M
o−4%W−3%Vを基本成分とする3V高速度鋼を使用
して、晶出MC炭化物の形態とN量,REM量との関係につい
て調べた。
第3図に示すように、REMを添加することによってMC炭
化物を微細にするためのN許容量を増大できることが明
らかであり、REMを0.001〜0.60%の範囲で添加した場合
にN含有量は200ppm以下、とくに100ppm未満としかつ を満たす値とすればMC炭化物を微細化して工具用材料の
被研削性を向上しうることを確かめた。なお、REMの添
加量が多すぎると工具の靭性および加工性をかえって劣
化させるので、0.60%以下とする必要がある。
Nb:0.01−5.0% Nbは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、上記の範囲で添
加するのもよい。
Co:1.0〜20.0%,B:0.001〜0.050%のうちの1種または
2種 Co,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
適宜選んて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。
S:0.0050%以下、O:0.0050%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
形加工時の被研削性を高めることができるようになるの
で、SおよびOの含有量を上記の範囲で規制する。
Al:0.020%以下、P:0.02%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と共に成
形加工時の被研削性を高めることができるようになるの
で、AlおよびPの含有量を上記の範囲で規制する。
このような高V系高速度工具鋼は、前述したように不純
物成分を抑制することがより望ましいため、真空誘導・
脱ガス溶解炉などの高級鋼の溶製法を使用することが望
まれる。
(実施例) 真空誘導・脱ガス溶解炉によって第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、前記各インゴットに対し低温焼鈍を施したのち鍛
伸し、次いで再度低温焼鈍したのち線材圧延を行い、続
いて球状化焼鈍したのち線引きして高速度工具鋼線材を
得た。
つぎに、各工具鋼線材の晶出MC炭化物の平均粒径および
量を調べたところ、第2表に示す結果が得られた。
続いて、研削紙(CC−280Cw)を使用し、研削速度:1.8m
/sec,負荷応力:3.2kgf/cm2,研削時間:5分,研削液:水
溶性,試験片硬さ:HRC66.5の条件で研削試験を行い、各
供試材の研削摩耗量を測定した。この結果を同じく第2
表に示す。
第1表および第2表に示すように、各種高V系高速度工
具鋼において、N含有量を100ppm未満に規制するととも
に、REM添加量を0.11〜0.15%とした本発明の場合で
は、N含有量が多くかつREM添加量が少ない比較材(No.
1)に比べて、晶出MC炭化物の平均粒径が小さく微細化
されており、研削摩耗量が多く被研削性に優れているこ
とが明らかである。
[発明の効果] 以上説明してきたように、本発明による高速度工具鋼
は、重量%で、C:0.9〜1.5%、Si:0.1〜0.8%、Mn:0.1
〜1.5%、P:0.020%以下、S:0.0050%以下、Cr:3〜7
%、2Mo+W:16〜30%、V:2〜5%、N:100ppm未満、O:0.
0050%以下、Al:0.020%以下、REM:0.001〜0.60%、で
かつ N(ppm)≦−100×V(%)+320 を満たし、必要に応じてNb:0.01〜5.0%を含み、同じく
必要に応じてCo:1.0〜20.0%,B:0.001〜0.050%のうち
の1種または2種を含み、残部Feおよび不純物よりなる
ものであるから、被加工部材に対する切削性能に優れて
おり、とくに被加工部材の高硬度化の傾向に対して十分
に対処することができるものであり、また、工具に成形
する際の被研削性にも著しく優れたものであり、タップ
やエンドミル等の切削工具に成形する際の研削加工工程
の能率をより一層向上させ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。
【図面の簡単な説明】
第1図は高速度工具鋼中のV含有量と被加工部材に対す
る切削個数限界との関係を調べた結果の一例を示すグラ
フ、第2図はMC炭化物形態とV量およびN量との関係を
調べた結果の一例を示すグラフ、第3図は3%V高速度
工具鋼のMC炭化物形態とN量およびREM量との関係を調
べた結果の一例を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 38/32 (56)参考文献 特開 昭57−198250(JP,A) 特開 昭57−143471(JP,A) 特開 昭57−85952(JP,A) 特開 昭57−73172(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、C:0.9〜1.5%、Si:0.1〜0.8
    %、Mn:0.1〜1.5%、P:0.020%以下、S:0.0050%以下、
    Cr:3〜7%、2Mo+W:16〜30%、V:2〜5%、N:100ppm未
    満、O:0.0050%以下、Al:0.020%以下、REM:0.001〜0.6
    0%、でかつ N(ppm)≦−100×V(%)+320 を満たし、 残部Feおよび不純物よりなることを特徴とする被研削性
    に優れた高速度工具鋼。
  2. 【請求項2】重量%で、C:0.9〜1.5%、Si:0.1〜0.8
    %、Mn:0.1〜1.5%、P:0.020%以下、S:0.0050%以下、
    Cr:3〜7%、2Mo+W:16〜30%、V:2〜5%、N:100ppm未
    満、O:0.0050%以下、Al:0.020%以下、REM:0.001〜0.6
    0%、でかつ N(ppm)≦−100×V(%)+320 を満たし、さらにNb:0.01〜5.0%を含み、残部Feおよび
    不純物よりなることを特徴とする被研削性に優れた高速
    度工具鋼。
  3. 【請求項3】重量%で、C:0.9〜1.5%、Si:0.1〜0.8
    %、Mn:0.1〜1.5%、P:0.020%以下、S:0.0050%以下、
    Cr:3〜7%、2Mo+W:16〜30%、V:2〜5%、N:100ppm未
    満、O:0.0050%以下、Al:0.020%以下、REM:0.001〜0.6
    0%、でかつ N(ppm)≦−100×V(%)+320 を満たし、さらにCo:1.0〜20.0%,B:0.001〜0.050%の
    うちの1種または2種を含み、残部Feおよび不純物より
    なることを特徴とする被研削性に優れた高速度工具鋼。
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