JPS6360109B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はコーテイング工具用の母材となる高速
度鋼に関し、詳細にはハイス工具として用いたと
きのクレータ摩耗が少なくなる様な高速度鋼に関
するものである。 ハイス（高速度工具鋼）については、近年粉末
ハイス及びコーテイングハイスが出現し、切削加
工分野における高精度化や低コスト化の要望に対
応している。本発明は特に後者のコーテイングハ
イスに関するものであるが、このハイスは靭性や
加工性に悪影響を与えることなしに耐摩耗性や耐
熱性を改善したものであり画期的なものであると
考えられている。即ちコーテイングハイスとは、
ハイス表面にTiNやTiC等のコーテイング膜（蒸
着膜）を形成したものであり、蒸着手段や膜組
成・膜厚等については特別の制限を受けないが、
従来のハイス工具に比べて大幅な延命効果が認め
られている。その為使用可能期間が長くなつてき
ているが、歯切工具など大半の精密工具ではすく
い面の再研削を行なつてから使用しているので該
研削面には工具母材が露出しており、刃先部の耐
摩耗性が高いのに対して該露出部の母材が従来ハ
イスと同程度の耐摩耗性しか示さず、前記露出部
の摩耗（通称クレータ摩耗）が他の部分特に刃先
部の摩耗より早く進行する。従つてクレータ摩耗
という新たな問題が発生し、特にクレータ摩耗が
大きくなると刃先部の欠落を招く場合もあり、ハ
イス工具の異常摩耗だけでなく被削材の寸法精度
を著しく悪化させるという危険がある。 この様なところから、ハイス工具母材となる高
速度鋼自体の改質が必要であると考えられる様に
なつている。本発明者等はこの様な状況に着目
し、コーテイング工具用のハイスであつてクレー
タ摩耗を可及的少なく抑制することができる様な
高速度鋼を提供すべく研究を行ない、ここに本発
明の完成を見るに至つた。 即ち本発明に係る高速度鋼とは、 Ｃ：次式を満足する量（重量％、以下単に％） Ceq−0.2≦Ｃ＋12／14Ｎ≦Ceq＋0.5 但しCeq＝0.19＋0.017（Ｗ＋2Mo）＋0.22V 上式においてＮ，Ｗ，Mo及びＶは夫々鋼中の
含有量（％） Cr：３〜５％ Mo：０〜10％ 〔但し（Ｗ＋2Mo）：10〜30％〕 Ｗ：０〜20％ Ｖ：１〜10％ Ｎ：0.2％以上 但し Ｃ―Ｎ≦Ceq―0.1 上式においてＣ及びＮは夫々鋼中の含有量
（％） という基本的合金組成を有し、必要により更に20
％以下のCoを含有する点に要旨のあるクレータ
摩耗の少ないコーテイング工具用高速度鋼であ
る。尚残部は実質的に鉄及び不可避不純物であ
る。 高速度鋼の主要合金元素はＣ，Cr，Ｗ，Ｖで
あり、更にMo及びCoの一方又は両方を選択的又
は必須的に含有させることによつて硬さや靭性の
改善が図られている。又本出願人においては、更
にＮを加えることにより高速度鋼としての諸性能
を向上させることに成功している（特開昭54―
11810〜同54―11818）。又これらの効果が粉末ハ
イスにおいて特に顕著に発揮されるということも
見出している。本発明はこれらの成果の上に立つ
て更に発展させたものであるが、結論的に述べる
ならば、耐クレータ摩耗性の改善に関する限り
は、MoやＶよりもＮの役割が極めて重要であ
り、又従来はＣの添加によつて耐摩耗性が向上す
ると考えられていたのに対し、Ｎを含有する本発
明鋼ではＣの添加によつて耐クレータ摩耗性が却
つて低下する傾向があるということが分かつた。 以下合金元素の添加理由等について説明してい
くが、本発明者等が特に研究した重要元素Ｃ，Ｎ
を先に述べ、しかる後高速度鋼における一般添加
元素を述べる。 高速度鋼の主要合金元素は前述の通りである
が、このうちＣは、Cr，Mo，Ｗ，Ｖ等の炭化物
形成元素と密接な関係を有し高速度鋼の諸性質に
大きな影響を与える。その為Ｃ含有量については
炭化物形成元素、特にMo，Ｗ，Ｖの配合量との
関連を考慮して規定すべきであるとされており、
例えば「鉄と鋼」（第45巻第５号第511〜516頁）
には、 Ceq＝0.19＋0.017（Ｗ＋2Mo）＋0.22V の関係式（但し上式ではMoとＷの当量関係を加
味している）が提示されており、Ｗ，Mo及びＶ
との関連を考慮せずにＣ含有量を決定することは
当分野において実質的に採用され得ないところで
ある。尚Crについては約４％前後でほぼ一定で
あるから上記の式では定数として扱われている。 一方Ｎは合金元素的に見ればＣと類似している
点があり、特に両者の原子量は夫々12，14と小さ
く、鋼に対してはいずれも浸入型の原子であるか
ら、安定な合金化合物を生成し易い。その為Ｎを
多く含有させようとしても、Ｎ含有量を単独で調
整設定することは却つて問題を生じる危険があ
り、むしろＣ量とＮ量を相関させて両者の含有量
を設定すべきであるとの結論に到達した。 そこでＣ量とＮ量の関係を具体的にどの様に把
握するかを知る目的で次に述べる様な実験を行な
つた。JIS―SKH10，同51及び同58の各鋼種につ
いて、特にＣ量及びＮ量を変化させることによつ
て第１表に示す様な試験片を得た。 尚第１表において備考欄に「溶解材」と記載し
たもの以外は、ガスアトマイズ鋼粉をいわゆる
HIP処理によつて緻密化して得られたビレツトを
試験片としている。又第１表におけるΔCは、 ΔC＝〔Ｃ＋12／14Ｎ〕―Ceq の計算式から求めたものであり、これはＣとＮが
当分野において略同効元素と考えられ原子量の違
いを換算すれば対等と見倣し得ることに基づいた
ものであり、現実に含有されているＣ量及びＮ量
の和をＣ当量（Ceq）と比較した値を示す。又同
表に隣接して表示した（Ｃ―Ｎ）及び（Ceq―
0.1）の各計算式は、前者がＮに対するＣの過剰
程度、後者がCeqよりやゝ下回わつた安全限界値
を示すものであり、（Ｃ―Ｎ）の値が（Ceq―0.1）
より大きいものはＣ量が相対的に多いことを意味
し、この逆はＣ量が相対的に少ないことを意味す
る。尚焼入れ条件の項は、OQ（３分）が全実験
において共通するので記載を省略し、又焼戻し条
件の項は加熱の１サイクルが全実験において1.5
時間（共通）であるから同じく記載を省略した。

【表】 次にこうして得られた高速度鋼を母材とする切
削バイトを製作し、反応性イオンプレーテイング
法―HCD法を適用してTiNのコーテイングを行
なつた。該バイトのすくい面側を再研削し次に示
す条件の下で切削試験を行なつた。 ＜切削条件＞ 被削材 ：SNCM439 切削速度：20m／分 送り ：0.2mm／rev 切込み ：1.5mm 切削油 ：なし 各試験バイト毎のクレータ摩耗量を実測したと
ころ、第１図に示す様な結果が得られた。まず
SKH10の鋼種について比較検討すると、実験No.
１，２，４ではクレータ摩耗が多く改善の跡は認
められない。これに対し実験No.３及び５〜11では
クレータ摩耗量の減少効果を認めることができる
が、これらの中で実験No.３は第１表に見られる如
くMoの添加によつてクレータ摩耗の低減を目指
したものであり、実験No.５〜11はＮ量を高めるこ
とによつてクレータ摩耗の低減を目指したもので
あるから、これらはあくまでも別のグループと考
えるのが妥当である。これは、実験No.３では（Ｃ
―Ｎ）＞（Ceq―0.1）であるのに対し実験No.５〜11
では（Ｃ―Ｎ）＜（Ceq―0.1）になつている事実か
らも確認できることである。そこで特に実験No.３
の考え方に沿つてMo含有量を増大させることに
ついて検討したところ、Ｎの助けを借りないで
Moのみによつてクレータ摩耗の低減を図ろうと
した場合は、Mo含有量が増大していくにつれて
継続切削時の靭性が低下していくという傾向が確
認された。これに対しMoの有無にかかわらずＮ
含有量を積極的に高めてクレータ摩耗の低減を図
つたもの（実験No.５〜11、並びにSKH51や
SKH58の実験No.15，16及び19等）では靭性低下
という悪影響を生じることがなかつた。 次にSKH51及びSKH58の鋼種グループについ
て検討してみると、やはりＮ含有量を高めて（Ｃ
―Ｎ）＜（Ceq―0.1）としたもの（実験No.15，16，
19）ではクレータ摩耗量が顕著に少なくなつてい
た。 上記実験からクレータ摩耗量を少なくしていく
為にはＮ含有量を多くしていくと共に、 （Ｃ―Ｎ）≦（Ceq―0.1） の条件を満足することが必要であるという結論を
得たが、第１表を仔細に検討してみると、（Ｃ―
Ｎ）の値を（Ceq―0.1）の値の間に大差がないも
のであつてもＮ含有量が少ないものではクレータ
摩耗の低減効果が現われていないという事実が確
認された。そこで実際問題としてＮ含有量の下限
が奈辺に存在するかを知らなければならないと考
え、次の様な実験を行なつた。第２表は該実験の
為に準備した高速度鋼の化学成分である。

【表】 上記４試験鋼種についてバイトを試作し、
SNCM4439を被削材として切削試験を行なつた
ところ、バイトのクレータ摩耗深さは第２図に示
す様な結果を示した。尚切削条件は下記の通りと
した。 切削速度：20m／分 切削長：200m 切込み ：1.5mm 送り ：0.2mm／rev 潤滑剤 ：無し 第２図に見られる通り、クレータ摩耗深さが小
さいのはＮ有量が0.2％以上のものに限られ、Ｎ
含有量が0.04％のものではクレータ摩耗が約２倍
になつた。この様なところからＮ含有量の下限は
0.2％であると定めた。 次にΔCについては第１表に示されたもののう
ち前記２つの条件（Ｃ―Ｎ）≦Ceq―１及びＮ≧
0.2％を満足するもの（実験No.５〜11，15，16，
19）を整理してみると、−0.18〜0.45の範囲内に
納まつており、本発明では−0.2〜0.5を必須条件
範囲と定めた。尚−0.2を下回わると高速度鋼と
しての要求硬さが満足されず、他方0.5を越える
と粉末ハイスでは熱処理を施しても残留オーステ
ナイトが増大して焼戻し回数を増加させなければ
ならず、又溶解材では鍜造性が悪くなるという欠
点が現われてくる。尚第１表の実験No.１〜４，12
〜14，17及び18のΔCはいずれも上記範囲内に入
り硬さという点では高速度鋼として満足できて
も、前述の如きクレータ摩耗の低減という面で本
発明を満足していない。 上記したことによつて、クレータ摩耗の低減さ
れた高速度鋼における要点、即ちＣ及びＮの各含
有量について一定の結論を得たが、残余の合金元
素については、高速度工具鋼々材としてJIS化さ
れ且つ一般に認識されている範囲を満足すれば良
いという観点から、Cr：３〜５％、Mo：０〜10
％、Ｗ：０〜20％〔但し（Ｗ＋2Mo）：10〜30
％〕、Ｖ：１〜10％と定めた。尚残部は実質的に
鉄及び不可避不純物から構成されるが、前記Mo
及びＷもスクラツプ原料が利用される場合は殆ん
ど必らず含有されるので、実質的にはMo：10％
以下、Ｗ：20％以下と言い換えることもできる。
しかしCoについては全く含まれない場合にもし
ばしば遭遇するし、又SKH3，4A，4B，５，10，
55，56，57等の如く積極的に配合して耐熱性の向
上を図る場合もあるので、Co含有量が０％のも
のと20％以下のものに大別できる。尚前記第１，
２表に示した23鋼種は全てこれらの条件を満足す
るものであり、これらのうち実験No.５〜11，15，
16，19，21〜23の13鋼種がＣ及びＮ含有量に関す
る前記条件も満足するので、該13鋼種は本発明の
実施例鋼とみなすことができる。 本発明は以上述べた様に構成されているので、
コーテイング工具として用いたときの高速度鋼と
しての全要求を満足するだけでなく、クレータ摩
耗量を大幅に軽減することができる様になつた。

【図面の簡単な説明】

第１，２図はクレータ摩耗の程度を示すグラフ
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：次式を満足する量（重量％、以下単に
   ％） Ceq−0.2≦Ｃ＋12／14Ｎ≦Ceq＋0.5 但しCeq＝0.19＋0.017（Ｗ＋2Mo）＋0.22V 上式においてＮ，Ｗ，Mo及びＶは夫夫鋼中の
   含有量（％） Cr：３〜５％ Mo：０〜10％ 〔但し（Ｗ＋2Mo）：10〜30％〕 Ｗ：０〜20％ Ｖ：１〜10％ Ｎ：0.2％以上 但し Ｃ―Ｎ≦Ceq―0.1 上式においてＣ及びＮは夫々鋼中の含有量
   （％） を含有し、残部が実質的に鉄及び不可避不純物で
   構成されるものであることを特徴とするクレータ
   摩耗の少ないコーテイング工具用高速度鋼。 ２ Ｃ：次式を満足する量（重量％、以下単に
   ％） Ceq−0.2≦Ｃ＋12／14Ｎ≦Ceq＋0.5 但しCeq＝0.19＋0.017（Ｗ＋2Mo）＋0.22V 上式においてＮ，Ｗ，Mo及びＶは夫々鋼中の
   含有量（％） Cr：３〜５％ Mo：０〜10％ 〔但し（Ｗ＋2Mo）：10〜30％〕 Ｗ：０〜20％ Ｖ：１〜10％ Co：20％以下 Ｎ：0.2％以上 但し Ｃ―Ｎ≦Ceq―0.1 上式においてＣ及びＮは夫々鋼中の含有量
   （％） を含有し、残部が実質的に鉄及び不可避不純物で
   構成されるものであることを特徴とするクレータ
   摩耗の少ないコーテイング工具用高速度鋼。