JPS5841341B2

JPS5841341B2 - 熱間加工用工具鋼

Info

Publication number: JPS5841341B2
Application number: JP1881378A
Authority: JP
Inventors: 利夫奥野
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1978-02-21
Filing date: 1978-02-21
Publication date: 1983-09-12
Also published as: JPS54110916A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はＡｌ押出ダイス、Ａ１ダイカスト型、インプレ
ッションの浅い熱間鍛造用金型など、使用時の昇温温度
が相対的に低い用途の中量生産用型材として低合金で、
かつ必要性質を満たす経済的熱間加工用工具鋼に関する
ものである。

Ａｌ押出ダイスなどビレット温度が一般に５００℃以下
で低く、かつ表面窒化処理を施して使用される型材の場
合、６００〜６５０°Ｃ以下の比較的低温域での軟化抵
抗と高温強度が重要となり、またコーナ一部からの割れ
の進展を抑制するための十分なしん性が必要となる。

また使用時の肌あれを防止し、美麗な製品肌を保持する
ため、高い窒化表面層かたさが要求されると同時に窒化
層からの初期クラックの発生、進展を抑制するため、繰
返窒化処理において窒化層が過度に深くならない特性が
要求される。

また、ＡＩダイカスト型、インプレッションの浅い鍛造
用金型など使用時の金型昇温温度が相対的に低い用途の
中量生産用金型においても６００〜６５０℃以下での軟
化抵抗、高温強度付与が最低限の不可欠要件として要求
される。

たとえばＡｌ押出ダイス用途には従来０．３７Ｃ−５Ｃ
ｒ −１，３Ｍｏ −ＩＶの５ＫＤ６１．０．３８Ｃ
５Ｃｒ −１，３Ｍｏ−０，４Ｖの５ＫＤ６．０．３７
Ｃ５Ｃｒ−１，３Ｗ−１，３Ｍｏ−０，４Ｖの５ＫＤ６
２などが使用されているが、上記使用条件、要求特性か
らして中量生産用型材としては高温強度の点で、さらに
低合金化が可能であり、耐クラツク性の点からも低合金
化の方がのぞましい場合も有る。

一方、低合金の５ＫＴ４では、窒化処理温度（一般に５
００〜５８０°Ｃ）において本用途型材としての十分な
かたさくＨＲＣ４５〜５０）を保持し得ないばかりでな
く、十分な窒化表面かたさが得られず本用途型材として
必要な６５０〜６００℃以下での軟化抵抗、高温強度の
点でも不十分である。

本発明は、やや高めのＣ−５Ｃｒ−低ＭｏＷ低〜中■を
基本成分とし、Ｃをやや高めとすることにより低Ｍｏｆ
、Ｖの条件下においても６５０℃以下での軟化抵抗を十
分大とし、かつ低合金化により耐クラツク進展性を却っ
て増大させるとともに高い窒化かたさ、適度の窒化深さ
特性を備え、熱処理中の酸化、脱炭、肌あれの傾向が小
さく、＊＊かつ空冷焼入可能で熱処理しやすく、また被
切削性においてもすぐれた経済的熱間加工用工具鋼を開
発したものである。

第１表に本発明鋼および従来鋼（ＳＫＤ６２）の化学組
成を示す。

第２表に本発明鋼の焼もどし軟化抵抗を示す。

本発明鋼は６００〜６５０℃以下の温度において従来鋼
と同等ないしこれに準する軟化抵抗を有していることが
わかる。

これはＣを高めとすることによる析出炭化物の量の増加
によるものである。

なお、比較鋼は格段に軟化抵抗が小さく、Ａｌ押出ダイ
ス、ＡＩダイカス型などの用途には適用できないもので
ある第３表に本発明鋼の高温強度（６００℃）を示す。

本発明鋼は６００℃において従来鋼（ＳＫＤ６２）に準
する高温強度を有していることがわかる。

これは本発明鋼がＣを高めとし、６００〜６５０℃にお
ける軟化抵抗を５ＫＤ６２なみあるいはこれに準するレ
ベルに調整している結果によるものである。

なお、比較鋼Ｑ（ＳＫＴ４）は高温強度が格段に低く、
Ａｌ押出ダイス用途など本発明鋼用途には使用に耐え得
ないものである。

第４表に本発明鋼の窒化におけるかたさ挙動を示す。

本発明鋼は従来鋼５ＫＤ６２とほぼ同等の窒化特性を有
していることがわかる。

これは本発明鋼のＣｒ量の設定によるもので、本発明鋼
ＥのようにＣｒを高めにすれば窒化表面かたさは上昇す
るが深さは減少すること、また本発明鋼のようにＣｒを
低めとすれば窒化層の深さは大となることがわかる。

なお比較例鋼Ｑの窒化層のかたさが低く、本発明用途に
は使用に耐え得ないものである。

第５表に本発明鋼の窒化試験片の曲げ破断荷重比を示す
。

試料は平板状試料で５７０℃Ｘ５Ｈｒタフイライド処理
後、中央一点荷重方式にて負荷、破断し、破断荷重を求
め、従来鋼５ＫＤ６２のそれを１００として比で示した
ものである。

本発明鋼はいずれも５ＫＤ６２よりもすぐれた破断荷重
を示している。

これは低合金化による偏析低減にもとずく母材のじん性
の向上およびＣｒ、Ｎｉ等母材成分元素の調整によるも
ので、Ｎｉ添加は母材のじん性を向上させ破断荷重を増
大させ、またＣｒ量の増加（窒化深さの低減）も曲げ破
断荷重を増加、Ｃｒの低下は窒化層厚みを増し、曲げ破
断荷重を減少させる効果を有するものである。

第６表に本発明鋼の被切削性を示す。

旋削加工における工具寿命を従来鋼のそれを１００とし
て比で示したものである。

本発明鋼はＭｎ、Ｎｉ添加なき場合、従来鋼５ＫＤ６２
より明らかに被切削性が大きいことがわかる。

Ｎｉ、Ｍｎの増加は被切削性を低下させることがわかり
、添加量はこの面より制約を受けるものである。

第７表に本発明鋼の高温耐焼付摩耗試験における焼付臨
界荷重を示す。

試料は円柱状試料で、あらかじめ焼入焼もどしくＨＲＣ
４５）→窒化→空気酸化処理を行なったのち７００°Ｃ
に加熱した鋼材（相手材）に高速で回転しながら端面を
押付けた場合の焼付が起らない最大荷重（臨界荷重）を
求め、従来鋼のそれを１００として指数で示したもので
ある。

本発明鋼は従来鋼５ＫＤ６２に準するか、あるいはこれ
よりすぐれた焼付臨界荷重を示すことがわかる。

これは母材の強度、窒化層の性質において５ＫＤ６２に
準する特性を有すること、Ｃを高めとし炭化物量の増加
をはかったこと、また本発明鋼Ｍ、ＮにおいてはＣｏ添
加による緻密な酸化被膜による保護作用等によるもので
ある。

つぎに本発明鋼の成分限定理由をのべる。

Ｃは本発明鋼の６００〜６５０℃以下の温度域における
軟化抵抗を従来鋼５ＫＤ６２なみに保持するため、その
設定は重要である。

Ｃの作用は本発明鋼の焼入性、焼もどしかたさ、および
高温かたさを維持し、またＷ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒなと炭
化物形成元素と結合して炭化物を形成し、結晶粒の微細
化、６００〜６５０℃以下の温度域において５ＫＤ６２
に準する高温耐摩耗性、焼もどし軟化抵抗、高温強度を
付与するために添加するものである。

多すぎるとじん性を低下させ、また高温強度も低下させ
るので０．６０％以下とし、低すぎると上記添加の効果
が得られないので０．４５％以上とする。

Ｓｉは本発明鋼の耐酸化性を向上させる効果を有するも
ので、一般には０．７０％以下を標準とし、目的、用途
により添加量を調整する。

多すぎると熱伝導率を低下させ、また延性低下をまねく
ので１．５０％以下とする。

Ｍｎは本発明鋼の焼入性を補なうため、目的、用途、金
型寸法等を考慮して添加される。

一般には０．６０％以下を標準とし、上記要因を考慮し
て添加量の調整を行なう。

多すぎると被切削性を低下させ、またＡ１変態点の低下
をともなうので１．５０％以下とする。

Ｎｉは本発明鋼のしん性の一層の向上を目的とし、用途
、要求条件により添加する。

多すぎると焼なましかたさを過度に高くし、機械加工性
を低下させるで１．５０％以下とする。

Ｃｒは適切な含有量の設定により焼もどし軟化抵抗、高
温強度の向上、適度の酸化特性の付与、Ｃと結合して炭
化物を形成することによる耐摩耗性向上効果、Ａ１変態
点向」二効果、焼入性向上効果を有し、きわめて重要な
元素である。

本発明鋼の場合、空冷焼入を可能とするとともに従来鋼
５ＫＤ６２に準する軟化抵抗、高温強度、窒化特注を付
与するため、その設定はとくに重要である。

低すぎると窒化表面かたさの低下、窒化深さの増大によ
る耐クラツク発生、進展性の低下、６００〜６５０°Ｃ
以下の温度域における軟化抵抗、高温強度を保持できず
、また空冷焼入ができなくなるので４．５０％以上とし
、高すぎると窒化深さの過度の低下、また却って高温強
度、軟化抵抗の低下をまねくので６，５０％以下とする
。

Ｍｏ、ＷはＣと結合して炭化物を形成し、耐摩耗性を高
め、また焼入時基地に固溶し、焼もどし時微細な炭化物
を形成、分散し、軟化抵抗、高温強度を付与するための
重要な不可欠添加元素である。

本発明鋼の場合、Ｃを高めとすることによりＷ、Ｍｏの
必要量を減じ、耐クラック進展性の向上、経済性を付与
しようとするものである。

６００〜６５０℃以下の温度域における軟化抵抗、高温
強度を従来鋼５ＫＤ６２に準するレベルに保持するため
にＣ量を０．４５〜０．６５％に管理することとの関連
において（１／２Ｗ量Ｍｏ）にて０．４０□以
上が必要であり、下限を０．４０％とし、上限はとくに
高度の耐クラツク進展比を保持するため偏析、粗大炭化
物生成傾向を極度に抑制し、かつ経済性、中量生産用鋼
としての本発明目的よりして１．２０％以下に限定する
。

■はＷ、Ｍｏと同様、焼もどし時微細な凝集しにくい炭
化物を形成し、焼もどし軟化抵抗、高温強度を保持する
ため、また結晶粒を微細化し、じん性向上をもたらすた
めに不可欠の重要な元素であり、またＶなしではＭｏ、
Ｗの軟化抵抗、高温強度向上効果も十分には発揮されな
いものである。

６００〜６５０’Ｃ以下の温度域における軟化抵抗、高
温強度を従来鋼５ＫＤ６２に準するレベルに保持するた
めにＣ量、Ｍｏ、Ｗ量との関係において下限を０．０５
％とし、上限はとくに高度の耐クラツク進展比、経済性
、中量生産用鋼としての本発明目的より偏析、粗大炭化
物生成傾向を抑制するためＯ，ＳＯ％とした。

Ｃｏは本発明鋼の高温におけるきわめて大きい耐摩耗性
を付与するための添加元素である。

Ｃ０添加は基質を強化すると同時に使用中の金型表面昇
温時きわめて緻密で密着性のすぐれた保護性酸化被膜を
形成し、すぐれた高温耐摩耗性をもたらすものである。

中量生産用途としての本発明鋼の場合、多量の添加は必
要なく、多すぎるとじん注の添加をまねくので３．００
％以下とする。

本発明鋼の場合、標準添加量は１．００〜１．５０％で
ある。

以上に記述したように本発明鋼は使用時の昇温温度が比
較的低い用途の中量生産用熱間金型用途に適応し、窒化
によるすぐれた特性向上効果を有し、経済的メリットを
もたらす新しい低合金の熱間工具鋼を提供するものであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】ＩＣ０，４５〜０．６０％、Ｓｉ１．５０％以下、
Ｍｎ１．５０％以下、Ｃｒ４．５０〜６．５０％、（
１／２Ｗ＋Ｍｏ）０．４０−１．２０％、Ｖｏ、０
５〜０．８０％残部Ｆｅからなる熱間加工用工具鋼。２Ｃ０，４５〜０．６０％、Ｓｉ１．５０％以下、
Ｍｎ１．５０％以下、Ｃｒ４．５０〜６．５０％、（
１／２Ｗ＋Ｍｏ）０．４０〜１．２０％、Ｖｏ、
０５〜０．８０％、Ｆｉｌ、５％以以下部Ｆｅからなる
熱間加工用工具鋼。３Ｃ０，４５〜０．６０％、Ｓｉ１．５０％以下、
Ｍｎ１．５０％以下、Ｃｒ４．５０〜６．５０％、（
１／２Ｗ＋Ｍｏ）０．４０〜１．２０％、ＶＯ
，０５〜０．８０％、Ｃｏ３．００％以下残部Ｆｅから
なる熱間加工用工具鋼。４Ｃ０，４５〜０．６０％、Ｓｉ１．５０％以下、
Ｍｎ１．５０％以下、Ｃｒ４．５０〜６．５０％、（
１／２Ｗ＋Ｍｏ）０．４０〜１．２０％、Ｖｏ、
０５〜０．８０％、Ｃｏ３．００％以下、Ｎｉ１．５
０％以下残部Ｆｅからなる熱間加工用工具鋼。