JPS5923811A - 工具鋼の製造方法 - Google Patents

工具鋼の製造方法

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JPS5923811A
JPS5923811A JP13046482A JP13046482A JPS5923811A JP S5923811 A JPS5923811 A JP S5923811A JP 13046482 A JP13046482 A JP 13046482A JP 13046482 A JP13046482 A JP 13046482A JP S5923811 A JPS5923811 A JP S5923811A
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JP
Japan
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slag
steel
rem
tool steel
added
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Pending
Application number
JP13046482A
Other languages
English (en)
Inventor
Shoichi Fukui
福井 彰一
Tsutomu Murata
勉 村田
Naoyuki Yamauchi
直行 山内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5923811A publication Critical patent/JPS5923811A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16—Remelting metals
    • C22B9/18—Electroslag remelting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

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】 本発明は、優れた靭性、耐久性、耐摩耗性等を有する高
性能工具鋼の製造方法に関するものである。
高速度工具鋼、冷間ダイス鋼その他の工具鋼は、鋼中の
炭化物が微細で、かつ均一に分布し℃いることが要求さ
れており、これによって鋼の靭性、耐久性、耐摩耗性等
の性能向上が計りれると考えられる。
本出願人けかへる性能改善のために、工具鋼に希土類元
素を(以(’REMといプ)t′金含有せて、成果を得
ている。(特願昭56−80062号) 一方ドリル、タッグ等の雑物の高速度工具鋼、あるいは
極めてノア&酷な条件のもとで使用される冷間ダイス鋼
−や熱間の金型鋼等においてはへさらに高い靭性、耐久
性等が要求されてふ・す、従来の様な11M添加鋼を太
気浴解したり弄する製造方法では、これらの茨求性能乞
十分満足するものはできなかった。
本発明者等は、これらの高品位の工具鋼の製造方法につ
いて抽々研究の結果、REM添加工具鋼乞エレクトロス
ラグ11)溶解(以下ESR)法・によって溶製するこ
とによって、極めて優れた高性能工具鋼の得られること
がわかり、本発明に到った。
即ち本発明は、スラグ中又は/及び消耗電極(以下電極
とい5)中に1s又は2種以上のREMi添加してエレ
クトロスラグ丹#M’a=行うことt%徴とする工具鋼
の製造方法に係るものである。
本発明製造方法はESR法によってHEM含有鋼を溶製
するのであるが、この結果共晶炭化物が組織中に極めて
薄い板状となり、しかも細かく分断されて晶出すること
を見い出した。この様な鋳造組織の鋼乞熱間加工した場
合、きわめて微細かつ均一な炭化物組社となり、後れた
M%性の工具鋼が得られる。又これらのESFI鋼塊は
著しく熱間力1)I性が良好であることもわかった。
なお、特KRKM含有′A馨浴製するにあたっては、ス
ラグ中にRKMY含有させてお(ことが好ましい。なぜ
ならREM含有鋼を従来のスラグン用いてESRした場
合RIMの添加歩留は、極めて低く、かつ歩留が大きく
変動すること又鋼中に非金属介在物が多くなり、実用性
能上好ましくないことがわかったからである。これは活
性金属であるRIMが優先的に酸化されること、および
その酸化物がスラグ中に捕獲されかつ希土類元素の酸化
物の比重が溶鋼に近いため溶鋼から分離され離く、その
為88M酸化物が鋼塊内に集積し易いためである。
また溶融スラグ中にRICMを添加すると溶融スラグ中
の酸素ポテンシャル7圓くおさえ、かつスラグ−メタル
間のRKMの分配比(スラグ中0) RE V”(RE
M”) p度/wsR鋳塊中(1) RK M濃度)を
高くする効果がある。従ってに3R過程でのRIMの歩
留はきわめて高くなり、なおかつRnMy添加した溶融
スラグは、酸素ポテンシャルケ低く維持することが可能
なため、xsR電極(ESR再溶)W前の母材)中の酸
化物がスラグ中に混入して生ずる酸メξポテンシャルの
上昇も軽減されることになり、REMQ添加・歩留もき
わめて安定したものとなる。ススラグ中にRRMy!l
−添加したさらにもうひとつの効果としては、1eSR
鋼塊肌の向上があげられる。
コレハ、 RIc M化合物添加によって、スラグの融
点が低下して低温でも流動性の高いスラグを使用できる
ことによるものと考えられるが定かではない。KSR鋼
塊は一般鋼塊に比べて鋳肌が良好であり、鋼塊の皮削乞
せずに熱間加工tおこなうこともできるが、一般には局
部的なスラグの付層等があるため、部分的にグラインデ
ィング等の手直しを必擬とする。しかし本発明法で溶製
したKSR鋼塊は、鋳肌が著しく良好で、スラグの付着
もない。従って本発明法にて製造した鋳塊は前記の如く
熱間加工性に優れ。
かつ表面が良好であるため、きわめて高い製造歩留を示
し、特に熱間加工歩留の低い高速度工具鋼、冷間ダイス
鋼においては有利である。
本発明で云5RKMとは8o、 Y 、 La、 Oe
、Pr。
Nd、 8m  及びその他の希土類元素をいう。
スラグ中に添加するREMは、REMM化物又は/及び
RICMIC化物が好ましいが、11M酸化物の好まし
い例としてはREM205.RICM・02゜REM 
 フッ化物の好ましい例としてはREM@F5゜RRM
−F4がある。
スラグ中のRIMの含有量は5〜20%(重量、以下同
じ)の範囲が好ましい。スラグ中のREM含有量がこの
範囲内であるときは鋼塊の表面性状が非常に良好である
。又鋼材中のREM  含有量はo、o o o s〜
0.6%8度が好適であるが、この程度含有量の鋼を得
るには、上記範囲内でスラグ中KREMを添加してやる
ことが好ましい。スラグ中のRIM含有量が5%未満で
あると、RにM歩留が低下し、また20%馨こえるとス
ラグスキンが厚くなり、表面性状が悪化する。
本発明で使用する好ましいREM含有スラグ組成は次の
とおりである。
A/20.スは(及び)A/F、       5〜6
0%G a F 2                
4 (] へ70%OaOO〜50% 上記組成において、AI!203.AjF6  の5%
以上の添加はESR後の鋼塊表面性状ン良好にするが、
30%χ超えるとREM  の残留量はきわめて減少す
る。そこでA/20.、A/F5  含有量については
5〜30%とするのがよい。
(aF2は非酸化性で挿合わ4介在物の浮上分離効果や
易融性と流動性に富むので40〜70%乞過当とした。
又CaOはA/20.5よりも安定な酸化物でありこれ
の添加は相当m(3aF2と置換1゛ることかでき、鋳
塊表面性状を悪化させないf[回内で60%までの添加
については満足する結果が得られ、又OaOはスラグの
塩基度を高めて脱硫乞促進させる効果がある。
尚上記組成においてMgO,MgF2.Bad、 Ba
F2゜TiO2,ZrO等の1種又は2s以上を5〜3
0vrt%添力口してもよい。
この様に本発明はRIM  ’ji1’特にREM”又
は4+ RIM  として存在させるものであるが、EE3R後
の鋳塊中にREM’f、残留させる為にはESR過程で
スラグ中のRIM  又はREM’+の活* Y +%
めることが心太である。ところで、スラグ−メタル間の
RIMの分配比はスラグ中のAI!  濃度、メタル中
の酸素濃度の影4乞大きく受ける。
即ち、スラグ中のA15+濃度及びメタル中の酸素濃度
の増加に伴ない分配比が太き(なり、メタル酸累曖度が
50 ppm以上になるとESR後にREVが残留し離
(なる。スラグ中のA t S+濃度およびメタル中の
酸素濃度が低下した場合に)よ仮に電極中にRKM’g
添加しない条件下でもスラグ中のREM”、 REM”
礎度の増加に伴ないスラグからメタルへREMが移動し
、JC5R鋳鋼中にREMが残留することが明らかKな
った。又その移動量は電極中のRjCJj1度の増加に
伴ないスラグからメタルへRgMが移動しIC13R鋳
塊中にRlCMが残留することが明らかになった。又そ
の移MJjJJIiは電極中のREMM度の増加に伴な
い増加する。
従って本発明の方法においては単にスラグ中KREMを
添加しておけばよく、電極中にRIMを添加しなくても
よい。
もつとも電極中にRICM’i添加しておけばより一層
良好なことは上記に照らし明らかである。
この様にRIM5+、 REM’+の活量の大きいスラ
グ7用いることKより、電極中KREMY添加した場合
にはKSR過程でその酸化消失が抑制され、又電極KR
EM’lt添加しない場合にあってもスラグからメタル
へRzMy移動させることも可能であるが、ここにRI
Mの酸化損失が減少される理由について考察する。RI
Mの酸化損失が減少する理由の一つはスラグ中のREM
 。
REM”(7)活量り増加により(RK M ] + 
(:O:] −+ [REM”)+(o )又は(RI
M  )十(0)の反応の進行が抑制される為と考えら
れる。又KSR@塊におけるREV?#度が一極中のそ
の碗度より増加することはREM205. REM・0
2又はREM−F、。
RIM−F4として添加したスラグ中のRE−M s+
。
RIM’+がメタル中のム/、 SLなどの脱酸元素に
よって還元されることによるものと考えられる。
なお本発明においてはアルゴン等の不活性ガスを使用し
てスラグ面をガスシールすること並びに電極の付着スケ
ールをグラインダー等で除去してお(ことはより一層R
EMの酸化歩留低下ビ阻止し得、有効である。
次に本発明の製造方法により得られる合金の好ましい例
ン示す。
(11G O,35〜1.5%、 Si O,1〜2.
0%、 Mn0.1〜1.5%、  Or 2.0〜1
 0.0%、  2MO十W1.5〜50.0%、 V
 D、5〜5.0%、 REMO,005〜0.6%(
合計〕、必要によりWbO61〜5.0%z G o 
1 * 0〜20.0%の1種又は2種およびta O
,01〜5.0%、80.001〜0.050%、 N
 O,30%以下、Zn 2.0%以下、Hf  2.
0%以下、Ti 2.0%以下、N10.01〜2.0
%、 Cu O,’25〜1.0%、MgO,001〜
0.50%、 Y 2.0%以下、8c O,001〜
2.0%の1種又は2種以上を含有する高速度工具鋼。
(2100,35〜2.50%、  Si 0.1〜2
.0%。
Mn 0.1〜1.5% 、Or  5.0〜2 0.
0% 、RRMo、o o i〜0.60%(合計)、
必要によりN0030%以下、及びMO0,10〜5.
0%、WO010〜5.0 % 、  V  D、0 
1 〜5.0 % 、  O。
0.0 1〜1 0.0 % 、  Y  O,001
〜2.0 % 。
Sc  O,001〜2.0 % 、Hr O,001
〜2.0 %。
Nb  O,Oi 〜5.0 % 、Ta  O,OL
〜5.0 % 、TiO,001〜2.0 % 、  
Mg  0.0 0 1〜0.5 0 0 %。
Zr O,001〜2.0%の1種又は2種以上と、さ
らにNi O,01〜2.0%、 fju Q、01〜
2.0%、BQ。001〜0.050%の1種又は2種
以上を含有する冷間ダイス鋼。
(3301,0〜4.0%、(3r25−55%、 w
 io、。
〜25.υ%、 Co 35.0〜65.0%、RIM
o、001〜0.<S%(合計)必要によりMn 0.
05〜10%、 N10.01〜15.0%、 Ou 
(1,01〜2.0%の1種又は2種以上、及びMo 
0.05〜15.0%、 v o、1〜i s、o%、
 Nl) 0.1〜15.0%、 Ta 0.1〜10
.0%、 T10.01〜0.5 % 、  Mg  
0.0 0 1 〜0.5 0 0  % 、  Zr
  O,01〜 0.5 % 、  A/  0.0 
0 1 〜0.5 % 、  N  O,02〜0.1
5%、 B O,005〜0.8%、01種又は2種以
上を含有する鋳造工具用合金。
(4)  C0,20へ0.50%、 Si O,1〜
2.0%。
Mn 0.1〜1.5%、 (ir 2.0〜8.0%
、RIM0.001〜0.60%(合計〕、必要により
N0060%以下、及びMo 0.10〜5.0%、W
O010〜5.0%、 V O,01〜5.0%、 G
oo、01〜10.0%、 Y O,001〜2.0%
、 8c O,UO1〜2.0%、 Hf O,001
〜2.0%、 Nb O,01〜5.0%、 Ta 0
.01〜5.0%、 Aj O,001〜1.0%、 
Ti 0.001〜2.0%、 Mg O,001、〜
0.50 [)%、  Zr O,001〜2.0%の
1種又は2種以上と、さらにNi O,01〜2.0%
。
Ou 0.01〜2.0%、 B O,001〜0.0
50%の1種又は2種以上を含有する熱間ダイス鋼。
以下本発明を実施例に従って説明する。
第1表に化学成分を示すSKH9等の鋼材についての溶
解実験7行い、EF3R前後の鋳塊についての成分変化
馨調べた。結果を第1表に示す。
−例 第 1 表()ブき) 第1表より、CaF2.CaF −30%Al2O3な
どの希土類−フッ化物や希土類酸化物欠含有しないスラ
グで溶解した場合でも、電極中のREMdJ度が高けれ
ばESI(後に若干のRICMは残留するが、希土類−
フッ化物又は希土類酸化物を含有する本発明のスラグを
用いた場合には、その歩留は著しく向上していることが
わかる。
又本発明法のうち特にスラグ中にREM乞添加して溶精
したESR鋼塊である試料屋5〜8゜11〜15.18
〜21.23.24は他の、鋼塊に比べて、いづれも鋼
塊表面肌が良好で、スラグ性情も少ない。
第1表の試料A4と7(鋼棟名5KH9)の鋳造ま〜の
顕@鏡組絨写真(硝酸アルコール腐食、X400)を第
1図及び第2図示す。これによれば本発明法に一’(製
造した試料ム7は、同じ(nzMy添加した比較試料4
4に比べて共晶炭化物がきわめてこまかく、かつ比較的
粒状に晶出していることが特徴とされる。
第1表の5ち、第2表に示す試料について熱間圧延を行
い20隨の丸棒鋼を作製し、以下の性能試験の供試材と
した。第2表は本発明法と従来法にて製造した各試料の
シャルピー衝撃試験、k4摩耗試験、ドリル穿孔試験の
結果であり、いづれも本発明法により製造した試料は、
格段に優れた性能のものであることが確認された。
第3表は、熱間加工歩留テストするためにおこなった熱
間引張試験の結果であり、鋼塊の一部馨り川i9i し
た鋳造ま〜の試料ン用いた。本発明法により製造した試
料は、変形抵抗値が低く、1又り1直が1′、hいこと
から圧延、鍛a等における熱間力n工fb c7)9好
なことがわかる。
*印は本発明法による製造試料 なり不発明法によりESB溶製した資料の熱間加工歩留
はきわめて1ぢいこと、非金属介在物の品位も良好なこ
と馨確認している。
以上のとおり本発明は、炭化物を含有する工具鋼の諸物
件を向上させるうえで優れた効果を持ち、なおかつ安定
した品位と1.島い歩留を得ることができ、多大な効果
かノリJ待できる。
又本発明の製造方法によれば、ドリルタッグ等の細物の
高速度工具鋼、あるいは極めて過酷な条件のもとで使用
される冷間ダイヤ鋼や熱1■jの金型鋼はもちろんのこ
とその低高性能であることを要求される工具鋼の製造に
広(進用できる。
【図面の簡単な説明】
図面は鋳造鋼の顕微鏡写真を示し、第1図は本発明例を
又第2図は比較例奢示す。 特許出願人  大同特殊鋼株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 スラグ中又は/及び消耗電極中に1種又は2種以
    上のRKM  Y添加してエレクトロスラング丹溶解を
    行うこと乞4f徴とする工具鋼の製造方法。 2 スラグ中へ添加するREMがREM。03又はRK
    M・02である、特許請求の範囲第1項記載の工具鋼の
    製造方法。 五 スラグ中へ添加するRBMb″−REM−F3又は
    RIM−F4である、特許請求の範囲第1項記載の工具
    鋼の製造方法。 4、 スラグ中のRIM 含有焉が5〜2021i:f
    it%である、特許請求の範囲第1項記載の工具鋼の製
    造方法。
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