JP2001234288A - 熱間加工用工具材 - Google Patents

熱間加工用工具材

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JP2001234288A
JP2001234288A JP2000042226A JP2000042226A JP2001234288A JP 2001234288 A JP2001234288 A JP 2001234288A JP 2000042226 A JP2000042226 A JP 2000042226A JP 2000042226 A JP2000042226 A JP 2000042226A JP 2001234288 A JP2001234288 A JP 2001234288A
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JP
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resistance
hot
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JP2000042226A
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Hide Uchida
秀 内田
Shoichi Araya
省一 荒谷
Shigeru Ogawa
茂 小川
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱間加工用工具材として、耐摩耗性および耐
熱亀裂特性を改善することにより、作業率の向上と工具
材原単位の低減を提供する。 【解決手段】 重量%で、C:1.0〜2.5%、S
i:0.3〜2.0%、Mn:0.1〜2.0%、C
r:3.0〜10.0%、Mo≦6.0%、W≦6.0
%、V:4.0〜15.0%、残部Feおよび不可避不
純物よりなる成分に、、Mg、Ca、Ceの少なくとも
1種類以上を添加することにより、さらに必要に応じB
を微量添加することにより、炭化物の微細化が可能とな
り、耐摩耗性・耐熱亀裂性にすぐれた熱間加工用工具材
を製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性、耐熱亀
裂性に優れた熱間加工用工具材、代表的には熱間圧延用
ロール材に関する。
【0002】
【従来の技術】最近の高負荷、高熱負荷操業に従い、熱
間加工用工具材としては、高温度における耐摩耗性、耐
熱亀裂性が強く要求される。これまで熱間加工用工具
材、例えば、熱延ロールとしては、主にアダマイト材が
使用されてきたが、最近では、Crを15〜20%程度
含有した高Cr鋳鉄材が開発され、その良好な耐摩耗性
により急速にその適用が拡大されている。さらに、高C
r鋳鉄よりも耐摩耗性にすぐれるハイス材のロールも出
現しつつある。しかし、これらのロール材は非常に硬い
炭化物を晶出、析出させており、耐摩耗性は優れるもの
の耐熱亀裂性が劣る問題を有している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に、耐摩耗性を改
善するには、組織中に硬い炭化物を多量に晶析出させる
ことが望ましい。しかし、遠心鋳造法等をはじめとする
溶湯から直接製造する場合は凝固速度が遅いこともあ
り、炭化物の粗大化や偏析を伴い易い。これら、高硬度
炭化物及びその粗大化により、耐熱亀裂性が阻害され
る。本発明は、このような点に鑑みなされたもので、耐
摩耗性に優れるとともに耐熱亀裂性を改善した熱間加工
用工具材を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、重量%
で、C:1.0〜2.5%、Si:0.3〜2.0%、
Mn:0.1〜2.0%、Cr:3.0〜10.0%、
Mo≦6.0%、W≦6.0%、V:4.0〜15.0
%、残部Feおよび不可避不純物よりなる成分に、M
g、Ca、Ceの少なくとも1種以上を0.001〜
0.2%含有することを特徴とする熱間加工用工具材、
さらに、これに好ましくは重量%でBを0.002〜
0.02%含有する熱間加工用工具材である。
【0005】
【発明の実施の形態】以下に本発明による熱間加工用工
具材について詳細に説明する。本発明の熱間加工用工具
材を、上記のような成分系に限定した理由をまず説明す
る。
【0006】Cの含有量を1.0から2.5%としたの
は、CはCr、V、Mo、Wと化合し、硬度の高いMC
型、M3 C型、M7 3 型の炭化物を晶析出させ耐摩耗
性を向上させる。下限の1.0%は、それ未満の添加で
は炭化物量が少なく充分な耐摩耗性が得られないからで
あり、上限の2.5%は、これを超える添加では炭化物
が多すぎて靭性が低下するため望ましくないからであ
る。
【0007】Siの含有量を0.3〜2.0%としたの
は、良好な鋳造性を得るためであり、通常0.3〜2.
0%の範囲添加する。
【0008】Mnの含有量を0.1〜2.0%としたの
は、溶湯の脱酸、脱硫のためであり、通常0.1〜2.
0%の範囲添加する。
【0009】Crの含有量を3.0〜10.0%とした
のは、CrはCと炭化物を生成しやすく耐摩耗性を向上
すること、および一部マトリックス中に固溶して焼入れ
性を向上することから耐摩耗性を改善するためである。
Crは3.0%以上添加しないとその効果を充分に発揮
しないことから、下限を3.0%とした。また、10%
を超えて添加すると炭化物が粗大化しやすく耐熱亀裂特
性が悪くなることから、上限を10.0%とした。
【0010】Mo及びWの含有量をそれぞれ6.0%以
下としたのは、両者ともにCと化合してM2 C、M6
型炭化物を生成するとともに、マトリックス中に固溶し
て基地を強化し、耐摩耗性や高温硬度を向上させるため
である。しかし、Mo、Wが多くなるとネット状の複合
炭化物が増加し、靭性及び耐熱亀裂特性が低下するこ
と、また、Cr、V等とのC含有量のバランス上、上限
を各々6%とした。
【0011】Vの含有は、CとMC型の非常に高硬度の
炭化物を生成し、初晶として生成するため耐摩耗性への
影響が大きい元素である。下限を4.0%としたのは、
これ未満では耐摩耗性が充分でなく、上限を15%とし
たのは、これを超えるとVC炭化物が均一に生成しにく
くなるからである。
【0012】さらに、発明者らは検討を重ねた結果、鋳
鉄製造時の脱酸後、微量のMg、CaもしくはCeの1
種類以上を添加することにより、炭化物の偏析をより強
力に防止し、炭化物が微細に晶析出すること、およびネ
ット状析出を抑制することをみいだした。その結果、靭
性及び熱亀裂特性が改善できる。この場合、Mg、Ca
もしくはCeの少なくとも1種類の含有量が0.001
%未満ではその効果が充分でなく、入れすぎると溶湯の
攪拌が激しくなり、ガス等を巻き込みやすくなることか
ら0.2%を超える含有は好ましくない。最終的には、
炭化物の量により、添加量は調節すればよい。Mg、C
aもしくはCeの添加は鋳鉄製造時の脱酸後、接種と同
様に処理すればよい。これらの添加は単独でも良いが、
Mg−Si−Fe合金、Cu―Si合金、Mg−Ni合
金等の合金の形で添加してもよい。
【0013】さらに、好ましくはBを上記組成に添加す
るとより、炭化物の微細化および組織の結晶粒の微細化
をはかることができる。Bの添加は0.002%未満で
は十分な効果を発揮できず、多すぎると材質的に脆くな
るため0.02%で十分である。
【0014】上記記載組成以外に、より一層の焼入れ性
の向上をはかるためNiを、また圧延使用中の焼戻し抵
抗を向上する意味でCoを、それぞれ通常添加される範
囲内で添加してもよい。本発明の熱間加工用工具材は、
上記成分を含有し、その他残部はFe及び不可避不純物
としてP,S,Al等を含むものである。
【0015】なお、本発明工具材をロールに適用する場
合に、ロールの製造にあたっては、熱処理等により硬度
としてはHs80〜90に調節して耐摩耗性の維持をは
かるため、その強度上、内部に高靭性材を有する複合ロ
ールとなる。外層の製造法としては、CPC法(連続溶
湯鋳掛け法)や遠心鋳造法等を利用すればよい。又、本
発明の熱間加工用工具材は、シームレス鋼管圧延のプラ
グ等の工具や熱間押出し用、熱間鍛造用等の工具にも適
用可能である。
【0016】
【実施例】本発明の実施例として表1に示す成分のグレ
ンロール材、一般的なハイス材、本発明によるロール材
について熱間摩耗試験および熱亀裂試験を行なった。熱
間摩耗試験は、図1に示すようなディスク対ディスクタ
イプの転動摩耗試験により行い、圧延材に相当する加熱
片の温度は、850℃で、またディスク間の接触応力は
約30kgf/mm2 で、ディスク間のすべりは11%にて行
なった。一方、熱亀裂試験は、500℃にて15分加熱
後、どぶ漬水冷の繰り返しを行いクラック発生の回数で
比較した。なお、耐摩耗性はハイス比1.2以上を効果
有りとした。
【0017】表2より、本発明材は現状材より耐摩耗性
・耐熱亀裂性に優れ、特に耐熱亀裂特性の改善が大きい
ことがわかる。なお、比較例1〜4は、Mg、Ca、C
eの添加量が不足しており、耐摩耗性と耐熱亀裂性が改
善されなかったものである。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【発明の効果】上記本発明の組成よりなる熱間加工用工
具材を使用することにより、高硬度による耐摩耗性と炭
化物の微細分布化による熱亀裂特性の向上が可能とな
り、長寿命の材料が得られる。そして、製品品質の向
上、作業率の向上、工具材原単位の向上等、その効果は
大きい。特に、本発明は熱間圧延用ロール材に最適な材
料であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】各種ロール材の熱間における摩耗量を評価する
試験機の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 加熱コイル 2 加熱片(圧延材相当) 3 試験片(ロール材相当)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 茂 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Fターム(参考) 4E016 EA02 EA04 FA01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C :1.0〜2.5% Si:0.3〜2.0% Mn:0.1〜2.0% Cr:3.0〜10.0% Mo≦6.0% W ≦6.0% V :4.0〜15.0% を含有し、Mg、Ca、Ceの少なくとも1種類以上を
    0.001〜0.2%含有し、残部Feおよび不可避不
    純物よりなることを特徴とする熱間加工用工具材。
  2. 【請求項2】 重量%でBを0.002〜0.02%含
    有する請求項1記載の熱間加工用工具材。
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