ハイス（High SpeedSteel）は、私が工具業界に入って最もよく触れる工具材料の一種です。後で知ったのですが、当時使用していた高速度鋼は「普通の高速度鋼」と呼ぶべきもので、それより優れた性質を持ったアルミ高速度鋼やコバルト高速度鋼などがあるのは明らかです。合金組成の点で優れているもの、あるいは製錬方法の点で明らかに優れている粉末冶金高速度鋼。もちろん、性能が劣るいわゆる「低合金ハイス」もあります。
ハイス工具材料は主に 2 つの基本成分で構成されています。1 つは金属炭化物 (炭化タングステン、炭化モリブデン、または炭化バナジウム) で、工具の耐摩耗性が向上します。2 つ目は、工具の周囲に配置された鋼マトリックスで、工具の靭性が向上し、衝撃を吸収して断片化を防ぐことができます。
ハイス鋼の結晶粒径がハイス鋼の特性に大きな影響を与えることがわかった。鋼中の金属炭化物粒子の量を増やすと材料の耐摩耗性が向上しますが、合金含有量が増加すると、炭化物のサイズと凝集体の数も増加し、靭性に非常に悪影響を及ぼします。大きな炭化物クラスターはすぐに亀裂の起点となる可能性があるためです。そのため、海外ではハイス鋼の細粒化を追求する研究が早くから行われてきました。
1960 年代後半にスウェーデンで粉末冶金高速度鋼の製造プロセスの開発に成功し、1970 年代初頭に市場に参入しました。このプロセスにより、材料の強度、靱性、研削性を損なうことなく、高速度鋼に合金元素をさらに添加することができるため、高硬度、高耐摩耗性、切削衝撃吸収性を備えた工具が得られ、高切削速度加工に適しています。断続的な切削加工が可能です。ただし、高速度鋼の優れた靭性と超硬合金の高い耐摩耗性を兼ね備えています。粉末冶金高速度鋼は、炭化物粒子が細かく均一に分布しているため、同じ炭化物含有量の通常の高速度鋼に比べて強度と靭性が大幅に向上します。この利点により、粉末冶金高速度鋼工具は、切削衝撃が大きく切りくず除去率の高い加工（たわみ切削、断続切削など）に非常に適しています。さらに、粉末冶金高速度鋼の強度と靱性は金属炭化物の含有量の増加によって弱まらないため、鉄鋼メーカーは鋼に大量の合金元素を添加して工具材料の性能を向上させることができます。同時に、タングステン（W）資源は戦略的資源であり、現代の超硬合金はタングステン資源を大量に使用するため、低タングステン高速度鋼が高速度鋼の研究開発の方向性となっています。コバルトを含む高速度鋼（HSS-Co）は海外で数多く開発されています。その後、コバルト含有量が2％以上のコバルトを含む高速度鋼を高性能高速度鋼（HSSE）と国際的に認められるようになりました。コバルトは、ハイス鋼の性能向上にも明らかな役割を果たしています。焼入れおよび加熱中に炭化物がマトリックスにさらに溶解するのを促進し、高いマトリックス硬度を使用して耐摩耗性を向上させることができます。ハイスは硬度、熱硬度、耐摩耗性、研削性に優れています。世界の従来のコバルトハイス鋼のコバルト含有量は通常5％と8％です。たとえば、W2Mo9Cr4VCo8 (米国ブランド M42) は、バナジウム含有量が低く (1%)、コバルト含有量が高く (8%)、熱処理硬度が 67 ～ 70HRC であることを特徴としています。ただし、特殊な熱処理方法を採用することで67～68HRCの硬度を実現し、切削性能（特に断続切削）の向上と衝撃靱性の向上を実現しています。コバルトハイスは様々な工具に加工でき、難削材の切削に威力を発揮します。優れた研削性能により複雑な工具を作製することができ、国際的に広く使用されています。しかし、中国はコバルト資源が不足しており、コバルト高速度鋼の価格は通常の高速度鋼の５～８倍程度と高価だ。
そこで中国はアルミニウム高速度鋼を開発した。アルミニウム高速度鋼の鋼種には、W6Mo5Cr4V2Al（別名501鋼）、W6Mo5Cr4V5SiNbAl、W10Mo4Cr4VAL（別名5F6鋼）などがあり、主にアルミニウム（Al）、シリコン（Si）、ニオブ（Nb）元素が使われています。熱硬度と耐摩耗性を向上させるために添加されています。中国の資源に適しており、価格も安い。熱処理硬度は68HRCに達し、熱硬度も良好です。しかし、この種の鋼は酸化、脱炭しやすく、塑性、研削性がやや劣っており、改善の余地がある。
投稿日時: 2023 年 2 月 24 日