高速工具鋼、刀刃用材料及切割工具、以及刀刃用材料的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供維持SKH59的優(yōu)異特性且能夠使鑄造組織中的共晶碳化物微細(xì)的高速工具鋼。而且，提供由前述高速工具鋼形成的刀刃用材料、將前述刀刃用材料焊接于主體材料而成的切割工具、和刀刃用材料的制造方法。本發(fā)明涉及一種高速工具鋼，其以質(zhì)量%計(jì)含有C：0.5～1.5%、Si：1.0%以下、Mn：1.0%以下、Cr：3.0～5.0%、基于計(jì)算式(W+2Mo)的W及Mo中的1種或2種：15.0～25.0%、V：1.0～低于1.5%、Co：5.0～10.0%、余量Fe及雜質(zhì)，其中，前述高速工具鋼還含有Ca：0.0005～0.004%及N：0.005～0.015%。而且，涉及由所述高速工具鋼形成的刀刃用材料、和將前述刀刃用材料焊接于主體材料而成的切割工具。此外，涉及刀刃用材料的制造方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高速工具鋼、刀刃用材料及切割工具、以及刀刃用材料的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及:高速工具鋼,其適合于用于切割金屬的鋸刃(saw blade)等切割工具的刀刃用材料的原材料；刀刃用材料；切割工具；以及刀刃用材料的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，在鋼材等金屬材料的切割中使用以帶鋸、圓盤(pán)鋸等的鋸刃為代表的切割工具。鋸刃通常按如下工序來(lái)制造。首先，將調(diào)整為規(guī)定的成分組成的鋼水鑄造成鋼錠、鋼坯等原材料，或者對(duì)由該鋼水利用霧化法等得到的粉末進(jìn)行熱高壓成型而作為原材料，對(duì)原材料進(jìn)行熱加工，之后經(jīng)過(guò)各種加工及熱處理，從而制造具有扁線等形狀的刀刃用材料。然后，使用電子束焊接或激光焊接等將刀刃用材料與主體材料(body material)焊接,進(jìn)行磨尖加工、實(shí)施淬火回火，從而精加工為最終制品的鋸刃。上述的刀刃用材料的原材料廣泛應(yīng)用JIS G4403中規(guī)定的高速工具鋼SKH59(與IS04957中規(guī)定的HS2-9-1-8相當(dāng))。SKH59是熱硬性(red-hardness)優(yōu)異且切割耐久性優(yōu)異的原材料，作為鋸刃的刀刃用材料的原材料具有優(yōu)異的特性。例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)I公開(kāi)了下述發(fā)明:采用SKH59作為刀刃用材料的原材料的帶鋸鋸刃及其制造方法。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0005]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2010-280022號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0007]刀刃由SKH59制造而成的鋸刃的切割耐久性優(yōu)異，因此被用于各種鋼材的切割。然而，根據(jù)使用條件，作為限于刀刃的損耗方式，已知會(huì)出現(xiàn)刀刃提前磨損、缺口等。而作為這些損耗的對(duì)策，雖然進(jìn)行了刀刃的形狀、硬度、表面處理之類(lèi)涉及刀刃設(shè)計(jì)的改良，但特別是對(duì)于缺口而言依然存在提前發(fā)生的情況。除涉及刀刃設(shè)計(jì)的事項(xiàng)以外，上述缺口出現(xiàn)的原因還有刀刃用材料的組織中含有粗大的碳化物。也就是說(shuō)，刀刃用材料的組織中大量含有明顯粗大的碳化物時(shí)、例如截面組織中大量含有絕對(duì)最大長(zhǎng)度為25 μ m以上的碳化物時(shí)，該明顯粗大的碳化物仍然會(huì)殘留在淬火回火之后的刀刃組織中而使刀刃的韌性降低。而且，使用中刀刃破壞所需要的應(yīng)力(破壞應(yīng)力)降低，發(fā)生以粗大的碳化物為起點(diǎn)的破壞。因此，減小刀刃用材料的組織中的碳化物尺寸對(duì)于抑制缺口是有效的。
[0008]能實(shí)現(xiàn)高硬度的SKH59的成分組成是在組織中形成大量碳化物的合金設(shè)計(jì)。而且，這種成分組成的高速工具鋼的情況下，在鋼錠、鋼坯等原材料的時(shí)候，其鑄造組織中容易形成明顯粗大化的塊狀的共晶碳化物。通常，鑄造組織中的共晶碳化物(M2C)為板狀，可以通過(guò)熱加工使其變化為粒狀的碳化物(M6C)。然而，共晶碳化物為明顯粗大的塊狀時(shí)，在刀刃用材料的制造工序中，即便后續(xù)進(jìn)行熱加工(線材加工)也不能使碳化物變化為足夠的粒狀，刀刃用材料的退火組織中上述絕對(duì)最大長(zhǎng)度為25 μ m以上的明顯粗大的碳化物大量存在。而且，退火組織中未能變微細(xì)的碳化物即便經(jīng)過(guò)焊接及磨尖工序、并進(jìn)行最終工序的淬火回火也不能變微細(xì)。其結(jié)果，對(duì)于刀刃組織中大量含有粗大的碳化物的鋸刃而言，即使可以賦予優(yōu)異的耐磨耗性，但也會(huì)成為耐缺口性劣化的主要原因。
[0009]然而，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的刀刃用材料來(lái)說(shuō)，減小組織中的碳化物尺寸未必容易。其理由是:在實(shí)際作業(yè)中，為了追求效率必須增大鋼錠、鋼坯等原材料的重量，鋼水凝固時(shí)的冷卻速度變慢，因此凝固后的原材料的鑄造組織中形成不優(yōu)選的粗大的共晶碳化物并殘存至后續(xù)工序。
[0010]本發(fā)明的目的在于提供維持SKH59的優(yōu)異特性且即便在實(shí)際操作水平下仍可使凝固組織中的碳化物尺寸變微細(xì)的高速工具鋼、以及使用其形成的刀刃用材料、切割工具。而且提供刀刃用材料的制造方法。
[0011]用于解決問(wèn)題的方案
[0012]本發(fā)明人為了解決上述問(wèn)題，詳細(xì)地重新評(píng)估了 SKH59的成分組成。其結(jié)果得到下述見(jiàn)解:通過(guò)使SKH59的成分組成不發(fā)生實(shí)質(zhì)上的改變且以最適合的范圍含有特定的元素種類(lèi)，從而可以維持SKH59的優(yōu)異特性并且能夠使鑄造組織中的共晶碳化物變微細(xì)。而且，明確了該特定的元素種類(lèi)Ca及N的成分范圍，從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。
[0013]即，本發(fā)明的高速工具鋼的特征在于，以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.5~1.5%、S1:1.0%以下、Mn:1.0%以下、Cr:3.0~5.0%、基于計(jì)算式(ff+2Mo)的W及Mo中的I種或2種:15.0~25.0%、V:1.0~低于1.5%、Co:5.0~10.0%、余量Fe及雜質(zhì)，其中，前述高速工具鋼還含有Ca:0.0005~0.004%及N:0.005~0.015%。以及由前述高速工具鋼形成的刀刃用材料。優(yōu)選的是，該刀刃用材料的截面組織中含有的碳化物的絕對(duì)最大長(zhǎng)度小于25 μ m。另外，涉及將前述刀刃用材料焊接于主體材料而成的切割工具。
[0014]此外，本發(fā)明的刀刃用材料的制造方法的特征在于，該方法將高速工具鋼鑄造成鋼錠并對(duì)所述鋼錠進(jìn)行熱加工，其中，`所述高速工具鋼以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.5~1.5%、Si:`1.0%以下、Mn:1.0%以下、Cr:3.0~5.0%、基于計(jì)算式(W+2Mo)的W及Mo中的I種或2種:
15.0~25.0%、V:1.0~低于1.5%、Co:5.0~10.0%、余量Fe及雜質(zhì)，所述高速工具鋼的鋼錠還含有 Ca:0.0005 ~0.004% 及 N:0.005 ~0.015%。
[0015]發(fā)明的效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明，能夠以高效的方法使由高速工具鋼形成的各種制品的組織中的碳化物變微細(xì)。另外，用于切割工具的刀刃時(shí)的耐缺口性優(yōu)異，因此能夠提供適合作為各種切割工具的刀刃用材料、特別是適合作為鋸刃的刀刃用材料的高速工具鋼。而且能夠提供前述刀刃用材料的制造方法。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是顯示本發(fā)明例的高速工具鋼的鑄造組織中分布的共晶碳化物的一個(gè)例子的顯微鏡照片。
[0018]圖2是顯示本發(fā)明例的高速工具鋼的鑄造組織中分布的共晶碳化物的一個(gè)例子的顯微鏡照片。
[0019]圖3是顯示本發(fā)明例的高速工具鋼的鑄造組織中分布的共晶碳化物的一個(gè)例子的顯微鏡照片。
[0020]圖4是顯示比較例的高速工具鋼的鑄造組織中分布的共晶碳化物的一個(gè)例子的顯微鏡照片。
[0021]圖5是用來(lái)說(shuō)明高速工具鋼的鋼錠中含有的Ca量及N量與塊狀的共晶碳化物量的關(guān)系的圖。
[0022]圖6是將用掃描電子顯微鏡觀察的本發(fā)明例及比較例的高速工具鋼的退火組織的截面進(jìn)行二值化處理得到的圖像，且是表示該退火組織的截面中分布的粗大的碳化物的圖片代用照片。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明的特征在于，通過(guò)成分組成的改良可以抑制SKH59的成分組成中成為問(wèn)題的由于鑄造組織中的共晶碳化物塊狀化而使碳化物尺寸粗大化的現(xiàn)象。本發(fā)明所謂“塊狀的共晶碳化物”是指:在鑄造組織的觀察面中所觀察到的主要呈板狀(層狀)的共晶碳化物中，其各層的最大厚度為3μπι以上的共晶碳化物。以下，對(duì)于本發(fā)明的高速工具鋼的成分組成的限定理由進(jìn)行敘述。(關(guān)于“質(zhì)量％”，僅記載為“％” )
[0024].C:0.5 ~1.5%
[0025]C是與Cr、W、Mo、 V結(jié)合形成碳化物從而提高淬火回火硬度、提升耐磨耗性的元素。然而，過(guò)多時(shí)韌性降低。因此，從使其與后述的Cr、W、Mo、V量取得平衡的方面考慮，設(shè)為
0.5~1.5%。優(yōu)選為0.9%以上、并且優(yōu)選為1.2%以下。
[0026].S1:1.0% 以下
[0027]Si通常被用作熔解工序中的脫氧劑。然而，過(guò)多時(shí)韌性降低，因此設(shè)為1.0%以下。優(yōu)選為0.1%以上、并且優(yōu)選為0.6%以下。
[0028].Mn:1.0% 以下
[0029]Mn與Si同樣地被用作脫氧劑。然而，過(guò)多時(shí)韌性降低，因此設(shè)為1.0%以下。優(yōu)選為0.1%以上、并且優(yōu)選為0.5%以下。
[0030].Cr: 3.0 ~5.0%
[0031 ] Cr是對(duì)賦予淬火性、耐磨耗性、耐氧化性等有效的元素。然而，過(guò)多時(shí)使韌性、高溫強(qiáng)度、耐回火軟化特性降低。因此，設(shè)為3.0~5.0%。優(yōu)選為3.5%以上、并且優(yōu)選為4.5%以下。
[0032].基于計(jì)算式(W+2Mo)的W及Mo中的I種或2種:15.0~25.0%
[0033]W及Mo與C結(jié)合形成特殊的碳化物，從而賦予耐磨耗性、耐咬傷性。此外，回火時(shí)的2次硬化作用大，高溫強(qiáng)度也提升。然而，過(guò)多時(shí)，妨礙熱加工性。因此，在關(guān)系式(W+2Mo)中，將它們中的I種或2種設(shè)為15.0~25.0%。優(yōu)選為18.0%以上、并且優(yōu)選為23.0%以下。
[0034].V:1.0 ~低于 1.5%
[0035]V與C結(jié)合形成硬質(zhì)的碳化物，從而有助于耐磨耗性的提升。然而，過(guò)多時(shí)韌性降低。因此，設(shè)為1.0~低于1.5%。優(yōu)選為1.1%以上、并且優(yōu)選為1.3%以下。
[0036].Co:5.0 ~10.0%
[0037]Co固溶在基體中，使回火馬氏體的硬度提升且有助于耐磨耗性的提升。此外，使制品的強(qiáng)度、耐熱性提升。然而，過(guò)多時(shí)韌性降低。因此，設(shè)為5.0~10.0%。優(yōu)選為6.0%以上、并且優(yōu)選為9.3%以下。
[0038]另外，相對(duì)于以上說(shuō)明的與SKH59相當(dāng)?shù)某煞纸M成的高速工具鋼，對(duì)于本發(fā)明的高速工具鋼來(lái)說(shuō)重要的是含有調(diào)整為適量的Ca及N。
[0039].Ca:0.0005 ~0.004%
[0040]Ca對(duì)鑄造組織中的共晶碳化物的形態(tài)起到很大作用，因此對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)是要重點(diǎn)管理上下限的元素。首先，凝固時(shí)形成的共晶碳化物中作為主要元素含有V，但在凝固速度緩慢的實(shí)際操作中，推測(cè)共晶起始溫度下的液相中的V量有減少的趨勢(shì)。于是，本發(fā)明人推斷其結(jié)果使得共晶碳化物的生成核減少(變得稀疏)，共晶碳化物生長(zhǎng)成塊狀以便填滿其間隔。因此，向其中添加Ca時(shí)，確認(rèn)了液相中的V量增加、共晶碳化物的生成核增加(間隔變窄)，實(shí)際上抑制了共晶碳化物生長(zhǎng)為塊狀。另外得到如下結(jié)果:上述效果從Ca的添加量為0.001%左右開(kāi)始飛躍性地提升。
[0041]另一方面，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)下述現(xiàn)象:從Ca的添加量超過(guò)0.003%左右開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)閴K狀碳化物增加的趨勢(shì)。認(rèn)為這是由于上述液相中的V量此時(shí)開(kāi)始減少。另外，Ca的添加量進(jìn)一步達(dá)到0.01%時(shí)，與上述添加0.001%的Ca時(shí)相比，所得結(jié)果是抑制共晶碳化物的塊狀化的效果大幅減弱。共晶碳化物變得極大時(shí)，成為即使在接下來(lái)的熱加工中也無(wú)法變?yōu)榱畹奶蓟锊埩?，制品的韌性降低。根據(jù)以上的結(jié)果，本發(fā)明的Ca設(shè)為0.0005~0.004%是重要的。優(yōu)選為0.001%以上、并且優(yōu)選為0.003%以下。[0042].N:0.005 ~0.015%
[0043]N也是作為對(duì)鑄造組織中的共晶碳化物的形態(tài)起到很大作用的元素而要重點(diǎn)管理上下限的元素。高速工具鋼中通常不可避免地含有0.03%左右的N。另外，含有過(guò)多的N量例如會(huì)在原材料中形成釩氮化物從而妨礙原材料的熱加工性，因此提出了將N從上述
0.03%左右的含量減少。然而，本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到:盡管減少了 N，若過(guò)度地減少N則會(huì)大幅地妨礙基于上述Ca添加的效果，明顯助長(zhǎng)共晶碳化物的塊狀化。并且，認(rèn)識(shí)到該阻礙效果反過(guò)來(lái)在N量多時(shí)也會(huì)變得顯著。因此，本發(fā)明的N量存在最適合的范圍。并且，確認(rèn)了該最適合的范圍在0.01%左右。因此，本發(fā)明的N設(shè)為0.005~0.015%是重要的。關(guān)于下限，優(yōu)選為0.007%以上、進(jìn)一步優(yōu)選為0.009%以上。此外，關(guān)于上限，優(yōu)選為0.013%以下、進(jìn)一步優(yōu)選為0.012%以下。
[0044]此外，本發(fā)明的高速工具鋼中作為不可避免的雜質(zhì)元素可含有S及P。S過(guò)多時(shí)，其本身妨礙熱加工性、并且與上述的Ca結(jié)合而妨礙由本發(fā)明的Ca添加產(chǎn)生的效果，因此優(yōu)選限制為0.01%以下。更優(yōu)選為0.005%以下。P過(guò)多時(shí)使韌性劣化，因此優(yōu)選限制為0.05%以下。更優(yōu)選為0.025%以下。
[0045]通過(guò)將本發(fā)明的高速工具鋼鑄造成鋼錠，對(duì)其進(jìn)行熱加工，從而能夠得到前述熱加工后的退火組織中的碳化物尺寸小的刀刃用材料。優(yōu)選的是，截面組織中含有的碳化物的絕對(duì)最大長(zhǎng)度小于25 μ m的刀刃用材料。并且，將該刀刃用材料焊接于主體材料之后進(jìn)行磨尖加工、實(shí)施淬火回火而制得的切割工具，其刀刃組織中粗大的碳化物減少，從而具有優(yōu)異的耐缺口性。
[0046]實(shí)施例1
[0047]準(zhǔn)備調(diào)整為規(guī)定的成分組成的鋼水。鋼水的N量通過(guò)真空精煉和CrN合金的投入來(lái)調(diào)整。鋼水的Ca量通過(guò)Ca-Si合金的投入來(lái)調(diào)整。并且，采用相當(dāng)于實(shí)際操作水平的IO0C /分鐘左右的冷卻速度鑄造前述鋼水，制作了具有表1的成分組成的高速工具鋼的鋼錠。
[0048][表1]
[0049]
【權(quán)利要求】
1.一種高速工具鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.5~1.5%、S1:1.0%以下、Mn:.1.0%以下、Cr:3.0~5.0%、基于計(jì)算式(ff+2Mo)的W及Mo中的I種或2種:15.0~25.0%、.V:1.0~低于1.5%、Co:5.0~10.0%、余量Fe及雜質(zhì)，其中， 所述高速工具鋼還含有Ca:0.0005~0.004%及N:0.005~0.015%。
2.一種刀刃用材料，其特征在于，由權(quán)利要求1所述的高速工具鋼形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的刀刃用材料，其特征在于，截面組織中含有的碳化物的絕對(duì)最大長(zhǎng)度小于25 μ m。
4.一種切割工具，其特征在于，將權(quán)利要求2或3所述的刀刃用材料焊接于主體材料而成。
5.一種刀刃用材料的制造方法，其特征在于，該方法將高速工具鋼鑄造成鋼錠并對(duì)所述鋼錠進(jìn)行熱加工，其中，所述高速工具鋼以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.5~1.5%、S1:1.0%以下、.Mn:1.0%以下、Cr:3.0~5.0%、基于計(jì)算式(W+2Mo)的W及Mo中的I種或2種:15.0~.25.0%、V:1.0 ~低于 1.5%、Co:5.0 ~10.0%、余量 Fe 及雜質(zhì)， 所述高速工具鋼的鋼錠 還含有Ca:0.0005~0.004%及N:0.005~0.015%。
【文檔編號(hào)】C22C38/30GK103667932SQ201310432092
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月20日
【發(fā)明者】福元志保 申請(qǐng)人:日立金屬株式會(huì)社