(57)【要約】【課題】高温強度及び耐ヒートチェック性が優れていると共に、焼きなまし状態での被切削性が優れた鋼材及びその製造方法を提供する。【解決手段】Ｃ：０．１０〜０．４０質量％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０質量％、Ｍｎ：０．１０〜１．００質量％、Ｃｒ：８．００〜１２．００質量％、Ｎｉ：０．２０〜１．００質量％、Ｍｏ：１．００〜３．００質量％、Ｗ：２．００〜８．００質量％、Ｖ：０．０５〜０．３０質量％、及びＣｏ：８．００〜１２．００質量％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する。そして、焼きなまし状態で、硬さが低く、炭化物及び金属間化合物の総量の２０％以上が結晶粒界に析出している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．１０〜０．４０質量％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０質量％、Ｍｎ：０．１０〜１．００質量％、Ｃｒ：８．００〜１２．００質量％、Ｎｉ：０．２０〜１．００質量％、Ｍｏ：１．００〜３．００質量％、Ｗ：２．００〜８．００質量％、Ｖ：０．０５〜０．３０質量％、及びＣｏ：８．００〜１２．００質量％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、焼なまし状態で、炭化物及び金属間化合物の総量の２０％以上が結晶粒界に析出していることを特徴とする被削性が優れた鋼材。
【請求項２】
Ｃ：０．１０〜０．４０質量％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０質量％、Ｍｎ：０．１０〜１．００質量％、Ｃｒ：８．００〜１２．００質量％、Ｎｉ：０．２０〜１．００質量％、Ｍｏ：１．００〜３．００質量％、Ｗ：２．００〜８．００質量％、Ｖ：０．０５〜０．３０質量％、及びＣｏ：８．００〜１２．００質量％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する素材に対し、７４０乃至７６０℃の温度における焼なまし処理を２回以上繰り返すことにより、炭化物及び金属間化合物の総量の２０％以上を結晶粒界に析出させることを特徴とする被削性が優れた鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温強度及び耐ヒートチェック性が優れていると共に、焼なまし状態で被削性が優れた鋼材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅又は銅合金の熱間押出に使用する熱間押出用プレスにおいては、ライナーとして、オーステナイト系耐熱鋼が使用されている。そして、この耐熱鋼が熱間押出時の高い応力のもとで熱サイクルを受けた場合のヒートチェック割れを防止するために、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｃｏを多量に含有した耐熱鋼が提案されている（特許文献１：特開平４−２８８４８号公報）。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２８８４８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来の耐熱鋼は、高温強度及び耐ヒートチェック性を向上させるために、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｃｏを多量に含有する。このため、この従来の耐熱鋼は、焼なまし硬さが高く、被切削性が悪いという欠点を有する。従って、加工に際し、多くの工数が必要であり、熱間押出用プレスのライナー等の製造に長時間かかり、このため納期が遅くなり、また、製造コストが高いという問題点がある。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、高温強度及び耐ヒートチェック性が優れていると共に、焼なまし状態での被切削性が優れた鋼材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る被切削性が優れた鋼材は、Ｃ：０．１０〜０．４０質量％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０質量％、Ｍｎ：０．１０〜１．００質量％、Ｃｒ：８．００〜１２．００質量％、Ｎｉ：０．２０〜１．００質量％、Ｍｏ：１．００〜３．００質量％、Ｗ：２．００〜８．００質量％、Ｖ：０．０５〜０．３０質量％、及びＣｏ：８．００〜１２．００質量％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、焼なまし状態で、炭化物及び金属間化合物の総量の２０％以上が結晶粒界に析出していることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る被削性が優れた鋼材の製造方法は、Ｃ：０．１０〜０．４０質量％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０質量％、Ｍｎ：０．１０〜１．００質量％、Ｃｒ：８．００〜１２．００質量％、Ｎｉ：０．２０〜１．００質量％、Ｍｏ：１．００〜３．００質量％、Ｗ：２．００〜８．００質量％、Ｖ：０．０５〜０．３０質量％、及びＣｏ：８．００〜１２．００質量％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する素材に対し、７４０乃至７６０℃の温度における焼なまし処理を２回以上繰り返すことにより、炭化物及び金属間化合物の総量の２０％以上を結晶粒界に析出させることを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、焼なまし状態で、炭化物及び金属間化合物の総量の２０％以上を結晶粒界に析出させたものであるので、被切削性が著しく向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。先ず、本発明の被切削性が優れた鋼材の組成について説明する。
【００１０】
Ｃ：０．１０〜０．４０質量％
Ｃは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖと炭化物を生成し、高温用金属部材として必要な硬さ、強度、耐熱性、耐摩耗性を与える。Ｃが０．１０質量％未満では、炭化物生成量が少なく、その効果が小さい。Ｃが０．４０質量％を超えると、鋼材が硬くなり過ぎて本発明の特徴である被切削性を悪化させてしまう。このため、Ｃは０．１０〜０．４０％とする。
【００１１】
Ｓｉ：０．１０〜０．５０質量％
Ｓｉは、溶解時の脱酸材として０．１０質量％以上添加することが必要である。一方、Ｓｉが０．５０質量％を超えると、靭性及び耐熱疲労性が劣化する。このため、Ｓｉは０．１０〜０．５０質量％とする。
【００１２】
Ｍｎ：０．１０〜１．００質量％
ＭｎはＳｉと同様に、溶解時の脱酸材として使用されるため、０．１０質量％以上添加する必要がある。Ｍｎが１．００質量％を超えて多過ぎると、延性が高くなり、被切削性を低下させる。このため、Ｍｎは０．１０〜１．００質量％とする。
【００１３】
Ｃｒ：８．００〜１２．００質量％
Ｃｒは、炭化物を形成し、硬さ及び耐摩耗性を向上させると共に、高温使用時の耐酸化性を向上するため、Ｃｒは８．００質量％以上添加することが必要である。一方、Ｃｒが１２．００質量％を超えると、延性が高くなり、被切削性を低下させる。このため、Ｃｒは８．００〜１２．００質量％とする。
【００１４】
Ｎｉ：０．２０〜１．００質量％
Ｎｉは、焼入性を高めるため、０．２質量％以上添加することが必要である。Ｎｉが１．００質量％を超えて多過ぎると、硬さが低く、ねばくなり、被切削性が劣化する。このため、Ｎｉは０．２０〜１．００質量％とする。
【００１５】
Ｍｏ：１．００〜３．００質量％
Ｍｏは、Ｗ、Ｃｏ、Ｆｅと結合し、本発明鋼材の特徴である金属間化合物を形成する。また、Ｍｏは、炭化物を形成し、硬さ及び耐摩耗性を向上させる。このような作用効果を得るためには、Ｍｏは１．００質量％以上添加することが必要である。一方、Ｍｏが多すぎると、粗大炭化物の生成による靭性低下及び熱間加工性の劣化を招くため、３．００質量％以下とすることが必要である。このため、Ｍｏは、１．００〜３．００質量％とする。
【００１６】
Ｗ：２．００〜８．００質量％
Ｗは、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｆｅと結合して、金属間化合物を形成するため、また、炭化物を形成するため、硬さ及び耐摩耗性を向上させる。このような作用効果を得るためには、Ｗを２．００質量％以上添加することが必要である。Ｗが多すぎると、粗大炭化物の生成による靭性低下及び熱間加工性の劣化を招く。このため、Ｗは８．００質量％以下とする。よって、Ｗは、２．００〜８．００質量％とする。
【００１７】
Ｖ：０．０５〜０．３０質量％
Ｖは、炭化物を形成し、硬さ及び耐摩耗性を付与すると共に、高温における軟化抵抗及び強度を維持するため、０．０５質量％以上添加する。Ｖが多すぎると、炭化物の粗大化及び被切削性の劣化を招くため、０．３０質量％とする。このため、Ｖは０．０５〜０．３０質量％とする。
【００１８】
Ｃｏ：８．００〜１２．００質量％
Ｃｏは、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅと結合して金属間化合物を形成すると共に、鋼材の耐熱性を確保するため添加する。この作用効果を得るためには、Ｃｏを８．００質量％以上添加することが必要である。逆に、Ｃｏを多量に添加すると、靭性の劣化をもたらすので、Ｃｏの添加量は１２．００質量％とする。よって、Ｃｏは８．００〜１２．００質量％とする。
【００１９】
炭化物及び金属間化合物
本発明においては、炭化物及び金属間化合物を結晶粒界に密集析出させることにより、鋼材に優れた被切削性を付与する。具体的には、焼なまし状態で、炭化物及び金属間化合物の総量の２０％以上を結晶粒界に析出させる。その方法は、例えば、前述の組成の素材に対し、７４０乃至７６０℃の温度における焼なまし処理を２回以上繰り返すことにより、炭化物及び金属間化合物の総量の２０％以上を結晶粒界に析出させることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。
【００２１】
請求項１で示した化学成分を有する鋼塊を１２３０℃に昇温し、この温度で５時間以上保持した後、通常実施されている熱間鍛造により直径１９０ｍｍ、長さ約１０００ｍｍの円柱材とし、焼なまし工程に供した。
【００２２】
図１は１回目の焼なまし工程の温度パターンを示す。鍛造後、供試材を焼なまし炉に装入し、所定の焼なまし温度（例えば、７５０℃）まで昇温させてこの温度に１０時間保持し、１０℃／時の降温速度で１０時間かけて所定温度（例えば、６５０℃）まで降温させ、炉冷して、３００℃以下の温度で出炉させた。
【００２３】
一部の供試材は焼なまし１回のみとし、他の供試材は図１と同じパターンで２回目の焼なましを実施した。
【００２４】
下記表１は焼なまし条件と、結晶粒界への炭化物及び金属間化合物の析出率と、鋼材の硬さと、ドリル寿命とを示す。なお、ドリル寿命は、実施例及び比較例の鋼材に対し、直径が１０ｍｍのドリルを使用して孔を形成し、孔開けに使用できた回数により、ドリル寿命を示したものである。このドリル寿命が長いほど、即ち、孔開け回数が多いほど、鋼材の被削性が優れている。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
この表１に示すように、実施例１乃至４は、結晶粒界に析出する炭化物及び金属間化合物の量が、総量の２０％以上であるので、硬さが低く、ドリル寿命が４２回以上と長いものであった。これに対し、結晶粒界への析出率が２０％未満と低い比較例５乃至１３の場合は、硬さが高く、ドリル寿命が３３回以下と短いものであった。
【００２７】
図２は横軸に焼なまし温度をとり、縦軸に硬さ（ＨＲＣ）をとって焼なまし回数が２回の場合と、焼なまし回数が１回の場合とについて、焼なまし温度と硬さとの関係を示すグラフ図である。この図２は表１の測定結果を整理したものである。この図２に示すように、７４０乃至７６０℃の温度で２回焼なまし処理することにより、３２ＨＲＣ程度の極めて低い硬さを得ることができる。焼なまし処理が１回の場合は、全体的に焼なまし回数が２回の場合よりも硬さが高い。また、この焼なまし回数が１回の場合は、焼なまし温度が低下すると共に、硬さも低下しているが、焼なまし処理が２回の場合は、焼なまし温度が７４０乃至７６０℃で極小値をとり、それより焼なまし温度が低下した場合は、硬さが上昇していく。従って、焼なまし温度が７４０乃至７６０℃の範囲で、焼なまし処理を２回繰り返すことにより、極めて硬さが低い鋼材を得ることができる。従って、被削性が優れた鋼材を得ることができる。
【００２８】
図３は本発明の実施例２の鋼材の金属組織を示す金属顕微鏡写真（倍率１０００倍）、図４は本発明の比較例９の鋼材の金属組織を示す金属顕微鏡写真（倍率１０００倍）である。いずれも酸性ピクラール腐食試験によるものである。図３の鋼材は硬さが３１．０ＨＲＣ、図４の鋼材は硬さが３４．４ＨＲＣである。この図３と図４との対比から、実施例２の場合は比較例９に比して、結晶粒界に析出する炭化物及び金属間化合物の量が多く、硬さが低くなっている。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、焼入れ焼戻し後の特性において従来の鋼材と同等以上の硬さ、強度、耐熱性及び耐摩耗性を有すると共に、焼なまし状態での被切削性を著しく向上させることができ、工具寿命を著しく延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】焼なまし処理の温度パターンを示す図である。
【図２】焼なまし温度と硬さとの関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例２の鋼材の金属組織を示す金属顕微鏡写真（倍率１０００倍）である。
【図４】本発明の比較例９の鋼材の金属組織を示す金属顕微鏡写真（倍率１０００倍）である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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