(57)【要約】【課題】鋼合金塊の微細な凝固組織及び良好な熱変形可能性を得ると共に大きい硬度増大及び良好な焼戻し特性を持つ工具材料を経済的に提供する。【解決手段】切削工具用鋼合金は、  Ｃ    ＝  ０．７６    〜  ０．８９  Ｓｉ  ＝  ０．４１    〜  ０．５９  Ｍｎ  ＝  ０．１５    〜  ０．３９  Ｃｒ  ＝  ３．６０    〜  ４．６０  Ｍｏ  ＝  ２．００    〜  ３．１５  Ｗ    ＝  １．５０    〜  ２．７０  Ｖ    ＝  ０．８０    〜  １．４９  Ａｌ  ＝  ０．６０    〜  １．４０  Ｐ    ＝            最大  ０．０３  Ｓ    ＝  ０．００１  〜  ０．３０  Ｎ    ＝  ０．０１    〜  ０．１０から成っている。【選択図】図１
2008111194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で次の元素
Ｃ    ＝  ０．７６    〜  ０．８９
Ｓｉ  ＝  ０．４１    〜  ０．５９
Ｍｎ  ＝  ０．１５    〜  ０．３９
Ｃｒ  ＝  ３．６０    〜  ４．６０
Ｍｏ  ＝  ２．００    〜  ３．１５
Ｗ    ＝  １．５０    〜  ２．７０
Ｖ    ＝  ０．８０    〜  １．４９
Ａｌ  ＝  ０．６０    〜  １．４０
Ｐ    ＝            最大  ０．０３
Ｓ    ＝  ０．００１  〜  ０．３０
Ｎ    ＝  ０．０１    〜  ０．１０
残部は鉄及び不純物元素
から成る切削工具用鋼合金。
【請求項２】
重量％で次の濃度範囲にある元素
Ｃ    ＝  ０．８０    〜  ０．８５
Ｓｉ  ＝  ０．４５    〜  ０．５５
Ｍｎ  ＝  ０．２０    〜  ０．３０
Ｃｒ  ＝  ４．００    〜  ４．３９
Ｍｏ  ＝  ２．４０    〜  ２．８０
Ｗ    ＝  １．９０    〜  ２．３０
Ｖ    ＝  １．００    〜  １．２０
Ａｌ  ＝  ０．８０    〜  １．２０
を含む、請求項１に記載の鋼合金。
【請求項３】
モリブデンの濃度とタングステンの濃度の半分との和が３．３〜４．０の値を持っている、請求項１又は２に記載の鋼合金。
【請求項４】
モリブデンの濃度とタングステンの濃度の半分との和が３．４〜３．９の値を持っている、請求項３に記載の鋼合金。
【請求項５】
変形されかつ熱処理される請求項１〜４の１つに記載の鋼合金から成り、少なくとも加工範囲に存在する６３ＨＲＣより大きい材料硬度、及び焼戻されたマルテンサイトから形成されるミクロ組織を持つ切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は切削工具用鋼合金に関する。
【背景技術】
【０００２】  工作物から切り屑除去の際、工具の刃範囲が繰返し大きく負荷される。総負荷に抵抗するため、工具材料は同時に大きい硬度、靭性等の摩耗強度を持っていなければならず、これらの特性は例えば５５０℃及びそれ以上の高い温度まで維持されねばならない。こうしてのみ工具の高い寿命及びその経済的な使用が達成可能である。【０００３】  切削の際における工具の刃先範囲の負荷、もっとよく表現すれば負荷のパターンは、工具材料の種類及び特性に著しく関係している。例えば異なる化学的組成を持つ高速度鋼は，特に異なる特性を持つ工作物からの切り屑除去の際の比応力に合わされて開発され、従来技術に属している。【０００４】  しかし高速度鋼は、モリブデン、タングステン、バナジウム、ニオブ及びコバルトのような１つ又は複数の高価な合金元素の特に高い含有量を持っている。タングステン及び／又はモリブデンは、２０質量％以上の含有量まで設けることができ、普通のＰＭ高速度鋼におけるバナジウムは、１．２〜１５質量％の含有量で添加可能である。【０００５】  以前にＰＭ製造法により示されているように、凝固組織における問題は、合金の化学的組成に関係して見るべきである。欧州特許出願公開第１４６９０９４号明細書では、高速度鋼再溶融塊を長時間溶体化熱処理し、その際１２００℃〜１３００℃から９００℃以下の温度へ３℃／ｍｉｎの速度で冷却を行うことが、提案される。こうして工作物中に均一な炭化物分布を持つ小さい粒径、従ってその高い靭性が得られる。【０００６】  オーストリア国特許第４１２２８５号明細書は、合金元素用の低価格の切削工具用鋼を開示している。特に丸鋸に有利に使用可能な鋼は、工具における切り屑消耗を少なくするため、特定のアルミニウム対窒素比を使用する。しかし切り屑除去の際鋸歯は大抵低い温度で動作するので、大抵の場合工具の際立った焼戻し温度耐久性は必要とされない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  さて本発明は、微細な凝固組織及び良好な熱変形性を持ち、高い硬度及び良好な焼戻し特性を持ち、高い経済性又は有利な価格−能力比を示す切削工具用鋼を提供することをねらっている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  総合的に凝固技術的、変形技術的、硬度技術的及び経済的問題を解決するこの目的は、本発明によれば、質量％で次の元素
Ｃ    ＝  ０．７６    〜  ０．８９
Ｓｉ  ＝  ０．４１    〜  ０．５９
Ｍｎ  ＝  ０．１５    〜  ０．３９
Ｃｒ  ＝  ３．６０    〜  ４．６０
Ｍｏ  ＝  ２．００    〜  ３．１５
Ｗ    ＝  １．５０    〜  ２．７０
Ｖ    ＝  ０．８０    〜  １．４９
Ａｌ  ＝  ０．６０    〜  １．４０
Ｐ    ＝            最大  ０．０３
Ｓ    ＝  ０．００１  〜  ０．３０
Ｎ    ＝  ０．０１    〜  ０．１０
残部は鉄及び不純物元素
から成る切削工具用鋼合金
によって達せられる。【０００９】  本発明による鋼合金の組成は、共同して合金元素の狭い濃度範囲に限定されている冶金技術的利点を持っている。【００１０】  炭素含有量又は炭素活量は、モノ炭化物形成元素であるバナジウム、強い炭化物形成元素であるモリブデン及びタングステン、クロムと相互作用し、合金の面心立方原子組織の領域を強く限定する合金元素であるアルミニウムは、凝固組織従って工具の変形可能性に有利な影響を及ぼし、工具の硬度特性及び良好な焼戻し特性に対して高い効果を示す。【００１１】  本発明による合金におけるアルミニウムの０．６０〜１．４０質量％の範囲において、溶湯のレデブライト残余凝固の際、粗い炭化物析出が少なくされ、凝固組織における微粒の炭化物形成が行われる。【００１２】  合金ＨＳ６−５−２又はＤＩＮ材料Ｎｏ．１．３３４３の高速度鋼鋳塊と比較して、本発明による合金から成る同じ寸法の塊は、大きい厚さ減少で良好な変形可能性を示した。【００１３】  軟化焼鈍後微視的に、本発明による圧延材料において小さい粒径を持つ炭化物の充分均一な分布が確認された。【００１４】  １１９０℃〜１２３０℃の温度の焼入れ、油中における後続の冷却及び５００℃〜５８０℃の温度範囲における焼戻しによる熱処理後の材料検査は、次の結果を示した。
０．７６質量％以上の含有量の炭素は、０．８質量％以上のバナジウム、１．５質量％以上のタングステン及び少なくとも２．０質量％のモリブデンと共に、少なくとも３．６０質量％のクロムの存在下で、工作物の所望の硬度増大を生じ、その際少なくとも０．６０質量％のアルミニウムが硬化を促進し、高い材料靭性を生じ、特に良好な焼戻し特性を一層高い温度及び一層長い時間の方へ移動する。０．８９質量％の炭素、１．４９質量％のバナジウム、２．７０質量％のタングステン及び４．６０質量％のクロムの一層高い含有量は、１．４０質量％のアルミニウム含有量でも、溶湯からの粗い炭化物析出及び材料中の不利に粗い炭化物粒子を生じ、１．４０質量％より大きいアルミニウム濃度は、全般的な粗粒形成をひき起こすこともある。アルミニウム含有量において、０．０１〜０．１質量％の濃度限界にある窒素が、工具に対して粒子を微細化しかつ特性を改善するように作用することもわかった。しかし高い窒素含有量は大抵の場合材料中に不利に粗く不均質に分布する窒化物を形成する。【００１５】  鋼中で０．４１〜０．５９質量％の狭い限界内にある珪素は、材料の介在物含有量及び硬化可能性に有利な影響を及ぼし、マンガンが助長するように作用する。硫化マンガンに対する硫黄結合は、合金において０．１５〜０．３９質量％の値を持つマンガン含有量の部分により保証される。【００１６】  鋼合金の特性を更に改善できる本発明の好ましい実施形態は、それが次の重量％の狭い濃度範囲にある１つ又は複数の元素を持っている時に得られる。
Ｃ    ＝  ０．８０    〜  ０．８５
Ｓｉ  ＝  ０．４５    〜  ０．５５
Ｍｎ  ＝  ０．２０    〜  ０．３０
Ｃｒ  ＝  ４．００    〜  ４．３９
Ｍｏ  ＝  ２．４０    〜  ２．８０
Ｗ    ＝  １．９０    〜  ２．３０
Ｖ    ＝  １．００    〜  １．２０
Ａｌ  ＝  ０．８０    〜  １．２０【００１７】  鋼合金中に２．００質量％〜１．５０質量％の最小含有量を持つモリブデン及びタングステンが釣合いのとれた割合で含まれていると、材料の靭性にとって好都合であり、材料の硬度増大にとって有利である。本発明による合金の好ましい実施形態では、モリブデンの濃度とタングステンの濃度の半分との和が３．３〜４．０の値を持っており、特に３．４〜３．９の値により、熱処理される工具の平均以上の有利な特性パターンが得られる。【００１８】  本発明による化学的組成を持ちかつなるべく少なくとも４．１倍に変形されて熱処理される鋼合金から成る切削工具は、少なくとも加工範囲において６３ＨＲＣより大きい材料硬度を持ち、焼戻されたマルテンサイトから形成されるミクロ組織は、切削作動において良好な使用特性及び大きい靭性を持っている。鋼合金の経済的利点は、モリブデン、タングステン及びバナジウムの合金費用をほぼ半減することから生じる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】  鋼の種々の組成を持つ工具を材料ＨＳ６−５−２又はＤＩＮ材料Ｎｏ．１．３３４３から成る工具と比較して示す実施例が、以下に詳細に説明される。【００２０】  焼入れ及び３回の焼戻しにより熱処理された切削工具が、材料Ｓｔ３３又はＤＩＮ材料Ｎｏ．１．００３５から成る工作物の切削試験作動において、中断された断面で試験された。【００２１】  切削工具の化学的組成及び硬度は次の表１及び表２に示されている。
【表１】
2008111194.tif 000003
【００２２】
【表２】
2008111194.tif 000004
【００２３】  試験作動において摩耗のため切削工具が分離されるまで、刃範囲の鑑定が行われ、その結果が表３に比較して示されており、１ＨＳ６−５−２の合金の値がそれぞれ１００％で示された。【００２４】
【表３】
2008111194.tif 000005
【００２５】  Ｓ４１９の記号を持つ実験合金（Ｖｅｒｓ．Ｌｅｇ．）Ｓの試料で、２．ＨＳ６−５−２と比較して、焼戻し温度に関して靭性及び硬度の試験が行なわれた。【００２６】  図１は、１２００℃又は１１２０℃の焼入れ温度ＴＨによる焼入れ及び５００℃〜５８０℃又は５４０℃〜５８０℃の温度範囲における焼戻し後、鋼試験仕様（ＳＥＰ）による衝撃曲げ試料により測定された靭性（曲げ強度）を示している。本発明による材料の著しく大きい靭性は、４体積％（ＨＳ６−５−２約１０体積％）の少ない炭化物量によっても根拠づけられている。【００２７】  図２には、１２００℃又は１１２０℃の焼入れにおける材料硬度が、焼戻し温度に関係して示されている。５００℃以上の上昇する焼戻し温度では、実験合金の硬度値は、下から２．ＨＳ６−５−２の硬度値に近づき、５８０℃で６５ＨＲＣの同じレベルに達する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】  鋼合金の靭性を焼戻し温度に関係して示す。
【図２】  鋼合金の硬度を焼入れ温度に関係して示す。
【図１】
2008111194.tif 000006
【図２】
2008111194.tif 000007