JP2009132990A - Alloy tool steel and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an alloy tool steel which exhibits an isotropic size change in quenching and tempering. <P>SOLUTION: The alloy tool steel comprises, by mass, 0.55-0.85% C, 0.20-2.50% Si, 0.30-1.20% Mn, ≤0.50% Cu, 0.01-0.50% Ni, 6.00-9.00% Cr, 0.1-2.00% of Mo+0.5W, 0.01-4.00% V and the balance being Fe and inevitable impurities. Here, the value L (%), which is defined as an area ratio of a coarse carbide having a circle equivalent diameter of ≥2 μm in a cross section parallel to a forging direction, and a value T (%), which is defined as an area ratio of the coarse carbide in a cross section perpendicular to the forging direction, are both ≥0.001%, and the ratio of L/T is within a range of from 0.90 to 3.00. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は合金工具鋼、詳しくは焼入焼戻しの際に等方的に膨張する性質を有する合金工具鋼及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an alloy tool steel, and more particularly to an alloy tool steel having a property of isotropic expansion during quenching and tempering and a method for producing the same.

従来、冷間鍛造用,精密鍛造用,順送プレス用,プラスチック成型用,温間鍛造用,粉末成型用,磁石成型用の金型(トリム,ダイ,ドロー等)や金型に付帯する金型部品等として合金工具鋼が広く用いられている。   Conventional molds for cold forging, precision forging, progressive press, plastic molding, warm forging, powder molding, magnet molding (trim, die, draw etc.) and molds Alloy tool steel is widely used as mold parts.

この合金工具鋼は硬さの要求される材料で、焼入焼戻し処理を行うことによって組織をマルテンサイト化し、所望の硬さとして上記の金型等として使用する。   This alloy tool steel is a material that is required to be hard, and is subjected to quenching and tempering to make the structure martensite and used as the above-mentioned mold or the like with a desired hardness.

この合金工具鋼は、その焼入焼戻し処理によって体積膨張を起す。その膨張が等方的な膨張であれば問題はないが、従来の合金工具鋼はその膨張が非等方的な不均一な膨張であり、そのことが金型等を製造する上で大きな障害となっていた。   This alloy tool steel undergoes volume expansion by its quenching and tempering treatment. If the expansion is isotropic expansion, there is no problem, but the conventional alloy tool steel is an anisotropic non-uniform expansion, which is a major obstacle in manufacturing molds and the like It was.

合金工具鋼におけるこのような非等方的な不均一な膨張は、合金工具鋼に炭化物が多く含まれている場合に特に顕著に生じる傾向にあるが、その理由については従来解明されてはいない。
この非等方的な不均一な膨張は、例えば金型を製造するに際して次のような問題を生ずる。
Such anisotropic non-uniform expansion in alloy tool steels tends to be particularly noticeable when the alloy tool steel contains a large amount of carbides, but the reason has not been elucidated so far. .
This anisotropic non-uniform expansion causes the following problems in manufacturing a mold, for example.

金型を製造するに際しては、所望の金型寸法に対して予め熱処理による寸法変化を見込んだ形状,寸法で粗加工しておいて、その後に焼入焼戻しを施し、しかる後に仕上げ加工を施して最終的に求める寸法の金型とする。   When manufacturing a mold, the desired mold dimensions are roughly processed in advance with shapes and dimensions that allow for dimensional changes due to heat treatment, followed by quenching and tempering, and then finishing. The mold is finally sized.

金型材料(合金工具鋼)が焼入焼戻しによって等方的に膨張を起す場合には、何れの方向にも等しい膨張量を見込んだ寸法,形状で金型を粗加工しておけば良い。   When the mold material (alloy tool steel) isotropically expands by quenching and tempering, the mold may be roughly machined with dimensions and shapes that allow for the same amount of expansion in any direction.

ところが焼入焼戻しによって金型材料が一方向に大きく伸び(膨張し)、他方向に伸びが小さいか又は収縮するような場合、その他方向の寸法変化を基準として、焼入焼戻し前の寸法を定めておかなければならない。   However, when the mold material is greatly expanded (expanded) in one direction by quenching and tempering, and the elongation is small or contracted in the other direction, the dimension before quenching and tempering is determined based on the dimensional change in the other direction. I have to keep it.

ところが焼入焼戻しによって伸びる方向は、素材のどちら向きから金型となる材料を採取したかによっても変ってきてしまうため、焼入焼戻し後における寸法の再現性が無く、金型の寸法を所望の精度でコントロールし得ず、そしてそのことが金型を製造する上で大きな障害となっていた。   However, the direction of elongation due to quenching and tempering changes depending on the direction of the material from which the mold is taken, so there is no reproducibility of dimensions after quenching and tempering, and the dimensions of the mold are desired. It could not be controlled with accuracy, and this was a major obstacle to manufacturing the mold.

そこで例えば一般的なユーザーに求められる金型寸法精度±0.03%(長さ100mmの場合、寸法精度は±30μm)に対し、従来では熱処理前の寸法を一様に大きく(およそ+0.06%)しておき、焼入焼戻しによって寸法が狂っても(+0.06±0.03%=0.03%〜0.09%)十分な加工代(+0.03%以上。0.03%未満であると切削加工で1〜30μmを除去することとなるが、これは機械剛性等の観点から困難である)を確保するようにしていた。   Therefore, for example, the mold dimensional accuracy required by general users is ± 0.03% (when the length is 100 mm, the dimensional accuracy is ± 30 μm), but conventionally, the size before heat treatment is uniformly large (approximately +0.06). %), Even if the dimensions are out of order due to quenching and tempering (+ 0.06 ± 0.03% = 0.03% to 0.09%), sufficient machining allowance (+ 0.03% or more. 0.03% If it is less than 1 to 30 μm, 1 to 30 μm is removed by cutting, which is difficult from the viewpoint of mechanical rigidity and the like.

しかしながらこの場合仕上げ加工の加工代は最大0.09%となり、もともと工具鋼は硬度の高い硬い材料であるために、熱処理後の加工に多大な時間がかかってしまう(0.03%ずつ切削加工したとすると、3回の切削加工が必要)。
或いは切削工具の負荷が大きくなり過ぎて(0.09%を1回で加工した場合)、工具が破損するといった重大な問題に繋がる。
However, in this case, the machining allowance for the finishing process is 0.09% at the maximum, and since tool steel is originally a hard material with high hardness, it takes a lot of time to process after heat treatment (cutting process by 0.03% each) If so, 3 cutting operations are required).
Alternatively, the load on the cutting tool becomes too large (when 0.09% is processed at a time), which leads to a serious problem that the tool is damaged.

そのため従来から加工代の低減に対する強い要請があったが、熱処理による膨張の不均一性を支配する因子が不明であるため、その対策を見出すことができていなかったのが実情である。   For this reason, there has been a strong demand for reducing the machining allowance. However, since the factors governing the non-uniform expansion due to the heat treatment are unknown, the actual situation is that no countermeasure has been found.

尚、熱間工具鋼における熱膨張率の異方性の問題の解決を狙いとしたものが下記特許文献1に開示されている。この場合の熱膨張率とは、焼入焼戻しの熱処理を実施した後の材料において、温度に応じて(相変態を伴わない場合の)材料が膨張する率のことである。
本発明は、焼入焼戻しの熱処理に関するもの、すなわち相変態を伴う場合の寸法変化の等方性に関するものであり、相変態の有無の点で引用文献1に開示のものとは本質的に異なっている。よって、特許文献1から、本発明に示す相変態を伴う場合の寸法変化の等方性は推論されるものではない。
In addition, what aimed at the solution of the problem of the anisotropy of the thermal expansion coefficient in hot tool steel is disclosed by the following patent document 1. The coefficient of thermal expansion in this case is a rate at which the material expands (when no phase transformation is involved) in the material after performing the heat treatment for quenching and tempering.
The present invention relates to heat treatment of quenching and tempering, that is, isotropic of dimensional change when accompanied by phase transformation, and is essentially different from that disclosed in the cited document 1 in terms of the presence or absence of phase transformation. ing. Therefore, from Patent Document 1, the isotropy of dimensional change when accompanied by the phase transformation shown in the present invention is not inferred.

また下記特許文献2には、熱間工具鋼において炭化物及び非金属介在物の粒径と量とを制御することで、被削性を改善できる点が開示されている。
しかしながらこの特許文献2には本発明の課題は開示されておらず、また課題解決のための手法においてこの文献に開示のものは本発明と相異なったものである。
Patent Document 2 below discloses that machinability can be improved by controlling the particle size and amount of carbides and non-metallic inclusions in hot tool steel.
However, this Patent Document 2 does not disclose the problem of the present invention, and the technique disclosed in this document for solving the problem is different from the present invention.

特開2005−113161号公報JP-A-2005-113161 特開2003−226939号公報JP 2003-226939 A

本発明は以上のような事情を背景とし、工具鋼としての使用硬さ55HRCを満足しつつ、焼入焼戻しによる相変態を伴う寸法変化が等方的である合金工具鋼及びその製造方法を提供することを目的としてなされたものである。   In view of the above circumstances, the present invention provides an alloy tool steel that is isotropic in dimensional change accompanied by phase transformation by quenching and tempering while satisfying a working hardness of 55 HRC as a tool steel, and a method for producing the same. It was made for the purpose of doing.

而して請求項1は合金工具鋼に関するもので、質量%でC :0.55〜0.85%,Si;0.20〜2.50%,Mn:0.30〜1.20%,Cu:≦0.50%,Ni:0.01〜0.50%,Cr:6.00〜9.00%,Mo+0.5W:0.1〜2.00%,V :0.01〜0.40%,残部Fe及び不可避的成分の組成を有し、且つ鍛造方向と平行な断面における、円相当直径で2μm以上の粗大な炭化物の面積率をL(%)、該鍛造方向と直角方向の断面における前記粗大な炭化物の面積率をT(%)としたとき、L,Tともに0.001%以上でL/Tが0.90〜3.00の範囲内であることを特徴とする。   Thus, claim 1 relates to an alloy tool steel, and in mass%, C: 0.55 to 0.85%, Si; 0.20 to 2.50%, Mn: 0.30 to 1.20%, Cu: ≦ 0.50%, Ni: 0.01 to 0.50% , Cr: 6.00 to 9.00%, Mo + 0.5W: 0.1 to 2.00%, V: 0.01 to 0.40%, composition of balance Fe and inevitable components, and 2 μm in equivalent circle diameter in the cross section parallel to the forging direction When the area ratio of the coarse carbide is L (%) and the area ratio of the coarse carbide in the cross section perpendicular to the forging direction is T (%), both L and T are 0.001% or more. / T is in the range of 0.90 to 3.00.

請求項2のものは、請求項1において、前記LとTとがそれぞれ0.5%以下であることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the L and T are each 0.5% or less.

請求項3のものは、請求項1,2の何れかにおいて、質量%でS :0.040〜0.100%,Se:0.040〜0.100%,Te:0.040〜0.100%,の少なくとも1種以上を更に含有していることを特徴とする。   Claim 3 further contains at least one of S: 0.040 to 0.100%, Se: 0.040 to 0.100%, Te: 0.040 to 0.100% by mass% in any one of claims 1 and 2. It is characterized by.

請求項4のものは、請求項3において、質量%でCa:0.0001〜0.0150%を更に含有していることを特徴とする。   A fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the third aspect, Ca: 0.0001 to 0.0150% is further contained by mass%.

請求項5のものは、請求項1〜4の何れかにおいて、質量%でAl:≦0.50%,O :≦0.0050%,N :≦0.0200に規制してあることを特徴とする。   A fifth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to fourth aspects, Al: ≦ 0.50%, O: ≦ 0.0050%, and N: ≦ 0.0200 in mass%.

請求項6のものは、請求項1〜5の何れかにおいて、質量%でNb:0.01〜0.15%,Ta:0.01〜0.15%,Ti:0.01〜0.15%,Zr:0.01〜0.15%の少なくとも1種以上を更に含有していることを特徴とする。   A sixth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to fifth aspects, wherein at least 1% by mass of Nb: 0.01 to 0.15%, Ta: 0.01 to 0.15%, Ti: 0.01 to 0.15%, Zr: 0.01 to 0.15%. It further contains more than seeds.

請求項7は合金工具鋼の製造方法に関するもので、鍛錬比を0.85〜30の範囲内として熱間鍛造を行い、鍛造方向と平行な断面における、円相当直径で2μm以上の粗大な炭化物の面積率をL(%)、該鍛造方向と直角方向の断面における前記粗大な炭化物の面積率をT(%)としたとき、L,Tともに0.001%以上で且つL/Tが0.90〜3.00の範囲内とすることを特徴とする。   Claim 7 relates to a method for producing alloy tool steel, wherein hot forging is performed with a forging ratio in the range of 0.85 to 30, and a coarse carbide having a circle equivalent diameter of 2 μm or more in a cross section parallel to the forging direction. Is L (%), and the area ratio of the coarse carbide in the cross section perpendicular to the forging direction is T (%), both L and T are 0.001% or more and L / T is 0. It is characterized by being in the range of .90 to 3.00.

発明の作用・効果Effects and effects of the invention

以上のように本発明は、合金工具鋼を上記の組成を有するものとなし、且つ鍛造方向と平行な断面における、円相当直径で2μm以上の粗大な炭化物の面積率をL(%)、これと直角方向の断面における粗大な炭化物の面積率をT(%)としたとき、L,Tともに0.001%以上でL/Tが0.90〜3.00の範囲内とするもので、このようにすることで合金工具鋼を焼入焼戻し処理したときの膨張を等方的な膨張となすことができる。
尚、本発明において鍛造とはロール鍛造(一般的には圧延)を含む概念である。
As described above, according to the present invention, the alloy tool steel has the above composition, and the area ratio of coarse carbides having a circle equivalent diameter of 2 μm or more in a cross section parallel to the forging direction is expressed as L (%). When the area ratio of coarse carbides in the cross section perpendicular to L is T (%), both L and T are 0.001% or more and L / T is in the range of 0.90 to 3.00. By doing in this way, the expansion when the alloy tool steel is quenched and tempered can be made isotropic.
In the present invention, forging is a concept including roll forging (generally rolling).

本発明者は、合金工具鋼が焼入焼戻しによって非等方的に不均一に膨張する現象を解明すべく研究を行う中で、炭化物の分布状況に着目し、そして炭化物の分布状況と膨張との関係を調べたところ、それらの間に密接な関係のある事実を見出した。   The present inventor, while conducting research to elucidate the phenomenon that alloy tool steel expands anisotropically and unevenly by quenching and tempering, pays attention to the distribution of carbides, and the distribution and expansion of carbides. As a result, I found the fact that there is a close relationship between them.

詳しくは、合金工具鋼における焼入焼戻し後の膨張が鍛造方向に大きく、鍛造方向と直角方向に小さくなる事実の下で、鍛造方向と平行な断面における炭化物の分布状況と、これと直角方向の断面における炭化物の分布状況とを調べたところ、鍛造方向と平行な断面においては、円相当直径で2μm以上の粗大な炭化物が集合体を形成して、その集合体が鍛造方向に長く伸びる形態で分布しており、且つ炭化物の面積率も大となっているのに対して、鍛造方向と直角方向の断面においてはそのような形態と異なって炭化物が非集合体で比較的均一に分布しており、且つ炭化物の面積率も小であることが判明した。
またこの炭化物の分布状況と、焼入焼戻しによる膨張の関係とを調べたところ、膨張の大きさが炭化物の面積率と相関があり、その面積率が大となるほど、膨張の程度が大きいことが併せて判明した。
Specifically, under the fact that the expansion after quenching and tempering in alloy tool steel is large in the forging direction and small in the direction perpendicular to the forging direction, the distribution of carbides in the cross section parallel to the forging direction and the direction perpendicular thereto When the distribution of carbides in the cross section was examined, in a cross section parallel to the forging direction, coarse carbides having a diameter equivalent to a circle of 2 μm or more formed aggregates, and the aggregates were elongated in the forging direction. Unlike the shape of the carbide in the cross section perpendicular to the forging direction, the carbide is non-aggregate and relatively uniformly distributed, while the area ratio of the carbide is large. And the area ratio of the carbide was found to be small.
Moreover, when the distribution of this carbide and the relationship between expansion by quenching and tempering were investigated, the magnitude of expansion was correlated with the area ratio of carbide, and the greater the area ratio, the greater the degree of expansion. It was also found.

粗大な炭化物の面積率が大となることによって、焼入焼戻しによる膨張が大となり、また炭化物の面積率が小さいことによって、膨張が小となる原因については、現時点で解明されてはいないが、次のような理由によるものと推察される。   The reason why the expansion due to quenching and tempering is increased by increasing the area ratio of coarse carbides, and the expansion is decreased by decreasing the area ratio of carbides is not yet elucidated, This is probably due to the following reasons.

炭化物と、その周りにある母材即ち金属マトリックスとの強度を比較した場合、室温から焼入れ温度に至るまでのすべての範囲で、炭化物の方が強度は極めて高い。このため、熱処理による熱応力や特に加熱時のオーステナイト変態や冷却時のマルテンサイト変態による変態応力によって、母材即ち金属マトリックスが歪み、応力緩和することとなる。
合金工具鋼における鍛造方向とこれに直角方向とで、炭化物の面積率が異なれば、母材即ち金属マトリックスの歪み方も方向によって異なることが考えられ、これが膨張の非等方性の要因となっていると考えられる。
When the strength of the carbide and the surrounding base metal, that is, the metal matrix is compared, the strength of the carbide is much higher in all ranges from room temperature to the quenching temperature. For this reason, the base metal, that is, the metal matrix, is distorted and relaxed by the thermal stress due to heat treatment, particularly the austenite transformation during heating and the transformation stress due to martensite transformation during cooling.
If the carbide area ratio is different between the forging direction and the direction perpendicular to the alloy tool steel, the distortion of the base metal, that is, the metal matrix, may differ depending on the direction, which causes anisotropy of expansion. It is thought that.

従って鍛造方向と、これと直角方向との焼入焼戻しによる膨張を均等化するためには、即ち膨張を等方性とするためには、鍛造方向及びこれと直角方向とで粗大な炭化物の分布を均等化すれば良いことになる。   Therefore, in order to equalize the expansion due to quenching and tempering in the forging direction and the direction perpendicular thereto, that is, in order to make the expansion isotropic, the distribution of coarse carbides in the forging direction and the direction perpendicular thereto. It is sufficient to equalize.

実際に本発明者がその確認試験を行ったところ、鍛造方向と平行方向の断面における粗大な炭化物の面積率Lと、これに対し直角方向の断面における粗大な炭化物の面積率Tとの比率が小さくなるに従って、焼入焼戻しによる膨張が等方的となることが分った。
その面積比率L/Tは理想的には1とすることであるが、金型等を製造する上では0.9〜3.00の範囲内であれば十分均一な寸法変化(焼入焼戻しによる)を得ることができる。
本発明はこうした知見に基づいてなされたものである。
When the inventor actually conducted the confirmation test, the ratio of the area ratio L of the coarse carbide in the cross section parallel to the forging direction and the area ratio T of the coarse carbide in the cross section perpendicular to the forging direction is as follows. It has been found that the expansion due to quenching and tempering becomes isotropic as it becomes smaller.
The area ratio L / T is ideally set to 1, but a sufficiently uniform dimensional change (by quenching and tempering) is within the range of 0.9 to 3.00 in manufacturing a mold or the like. ) Can be obtained.
The present invention has been made based on these findings.

ここで十分均一な寸法変化とは、鍛造方向の寸法変化率(%)と、これに対して直角方向の寸法変化率(%)との差が−0.03〜0.03の範囲内であることを言う。
この範囲内でなければ一般的に必要とされる金型寸法精度±0.03%を満たすことができない(鍛造方向では寸法精度を満たしたとしても、鍛造方向と直角方向の寸法精度を満たせなくなるため)。
Here, the sufficiently uniform dimensional change means that the difference between the dimensional change rate (%) in the forging direction and the dimensional change rate (%) in the direction perpendicular thereto is within a range of -0.03 to 0.03. Say there is.
If it is not within this range, generally required mold dimensional accuracy of ± 0.03% cannot be satisfied (even if the dimensional accuracy is satisfied in the forging direction, the dimensional accuracy in the direction perpendicular to the forging direction cannot be satisfied. For).

上記の如き炭化物分布を実現する方法として、以下の製造方法を好適に適用する事ができる。
(1)鋳造開始から、凝固完了(1200℃)までの冷却速度が0.1〜5.0℃/minとなる条件での鋳造。あるいは、この鋳造材を再溶融させ(2次溶解)、再凝固させる方法(一般的には、VAR(真空アーク再溶解法)やESR(エレクトロスラグ再溶解法)による2次溶解・鋳造技術)。さらには、粉末素材を使用し、HIP(高温静水圧プレス)によって製造する方法。
(2)1100〜1250℃で10時間以上のソーキング処理を少なくとも一度は実施し、900〜1250℃の温度範囲で、熱間鍛造(圧延含む)を開始することにより鍛錬比0.85〜30となるように行う製造方法。
As a method for realizing the carbide distribution as described above, the following manufacturing method can be suitably applied.
(1) Casting under conditions where the cooling rate from the start of casting to the completion of solidification (1200 ° C) is 0.1 to 5.0 ° C / min. Alternatively, the casting material is remelted (secondary melting) and re-solidified (generally, secondary melting / casting technology using VAR (vacuum arc remelting method) or ESR (electroslag remelting method)). . Furthermore, the method of manufacturing by HIP (high temperature isostatic pressing) using a powder raw material.
(2) A soaking process of at least 1 hour at 1100 to 1250 ° C. is performed at least once, and hot forging (including rolling) is started at a temperature range of 900 to 1250 ° C. The manufacturing method performed as follows.

(1)の方法は、鋳造で発生する粗大な炭化物を微細化する方法である。鋳造開始から凝固完了までの冷却速度が速いほど、形成される粗大な炭化物の大きさは小さくなる。(2)のソーキング処理により、この粗大な炭化物の大きさ,量,分布状態を適正な範囲にコントロールするためには、鋳造時の冷却速度が0.1℃/min以上でなければならない。しかし現実には、鋳造量などから5.0℃/minを越えて急速に冷却することは困難であるため、上記範囲で鋳造すれば良い。   The method (1) is a method for refining coarse carbides generated by casting. The faster the cooling rate from the start of casting to the completion of solidification, the smaller the size of the coarse carbide formed. In order to control the size, amount, and distribution state of this coarse carbide to an appropriate range by the soaking process of (2), the cooling rate during casting must be 0.1 ° C./min or more. However, in reality, it is difficult to rapidly cool at a rate exceeding 5.0 ° C./min from the casting amount and the like.

また、2次溶解の適用は、溶解・凝固が短時間で行われるため、冷却速度の高速度化に相当する。粉末素材を使用した場合は、炭化物粒径が通常の鋳造材よりも細かいことが特徴である。ただし、製造コストが高いため、この点で実用的上は問題がある。
(2)の方法は、粗大な炭化物を適正範囲にコントロールするのに最適の方法である。ソーキング処理は、焼入れ温度よりも高温でかつ、融点よりも低い温度で実施する必要がある。ソーキング処理を適正に行えば、(1)で製造された鋳造材であれば、形成された粗大な炭化物を小さく、量を少なく、均一に分散させることが可能となる。ソーキング温度と時間は、成分によって適正値が異なる。
The application of secondary dissolution corresponds to an increase in cooling rate because dissolution and solidification are performed in a short time. When a powder material is used, the carbide particle size is finer than that of a normal cast material. However, since the manufacturing cost is high, there is a practical problem in this respect.
The method (2) is an optimum method for controlling coarse carbides within an appropriate range. The soaking process needs to be performed at a temperature higher than the quenching temperature and lower than the melting point. If the soaking process is properly performed, the coarse carbide formed can be reduced in a small amount and uniformly dispersed in the cast material produced in (1). The soaking temperature and time have different values depending on the components.

温度の適正値は、(1)で製造した鋳造材を、融点(成分偏析部の局部的な溶融の意味を含む)よりも−50〜−10℃の範囲に加熱することである。鋳造材をソーキングにより一部溶融させてしまった場合は、材料が割れてしまう。逆に温度が適正値よりも低い場合には粗大な炭化物の固溶が不十分となり、炭化物分布を適正な範囲にコントロールすることができない。
ソーキングのための適正時間は、ソーキング温度によっても異なるが、工場で製造することを考慮すると10時間以上であれば良い。
The appropriate value of temperature is to heat the cast material produced in (1) to a range of −50 to −10 ° C. from the melting point (including the meaning of local melting of the component segregation part). If the cast material is partially melted by soaking, the material will break. On the contrary, when the temperature is lower than the appropriate value, the solid carbide is not sufficiently dissolved, and the carbide distribution cannot be controlled within an appropriate range.
The appropriate time for soaking varies depending on the soaking temperature, but it may be 10 hours or more in consideration of manufacturing in a factory.

鍛造温度は、ソーキング温度以下であり、現実的に熱間鍛造が可能な900℃以上であれば、どの温度を選定して鍛造しても良い。
しかし、ソーキングによって固溶させた炭化物が、低い鍛造温度によって再析出すると、本発明の範囲の炭化物分布が得られなくなる。よって、可能な限り、ソーキング温度に近い(ソーキング温度に対し50℃以内)温度で鍛造開始することが望ましい。
The forging temperature is equal to or lower than the soaking temperature, and any temperature may be selected as long as it is 900 ° C. or higher at which hot forging can be practically performed.
However, if the carbide solid-dissolved by soaking is reprecipitated at a low forging temperature, the carbide distribution within the scope of the present invention cannot be obtained. Therefore, it is desirable to start forging at a temperature as close as possible to the soaking temperature (within 50 ° C. with respect to the soaking temperature).

鍛錬比は、(鍛造前の断面積)/(鍛造後の断面積)で規定される値で、一般的にはこの鍛錬比が大きくなるほど炭化物は鍛造方向に長く延ばされる。
(1)と(2)の製造方法を適用すれば、そもそも粗大な炭化物を固溶させコントロールできるため、必ずしも鍛錬比の大きさと炭化物の分布状態(L/T)の面積率比とは相関を持たない。
ただし極端に鍛錬比が大きくなった場合は、母材即ち金属マトリックスの組織が強い配向状態(結晶方位がランダムではなく、特異な方向に揃うこと)となり、この配向状態が原因で、熱処理による寸法変化の非等方性が発生する。
The forging ratio is a value defined by (cross-sectional area before forging) / (cross-sectional area after forging). In general, the larger the forging ratio, the longer the carbide extends in the forging direction.
If the production methods (1) and (2) are applied, coarse carbides can be dissolved and controlled in the first place, so the magnitude of the forging ratio and the area ratio of the carbide distribution state (L / T) are not necessarily correlated. do not have.
However, when the forging ratio becomes extremely large, the base metal, that is, the structure of the metal matrix is in a strong orientation state (the crystal orientation is not random, but is aligned in a specific direction). Anisotropy of change occurs.

本発明は等方性が必須であるため、鍛錬比は、30未満に抑える必要がある。一方、鍛錬比1未満は、鋳造材の断面積より、鍛造後の断面積が大きくなることを意味しており、一般的には据え込みと呼ばれる鍛造にて実現される。一般的には据え込み状態ままでは、鋳造時の粗大な炭化物が多く残存するため、この状態では使用できないが、(1)と(2)の製造方法を適用した場合には、据え込み状態であっても熱処理による寸法変化の等方性は確保される。
(1)と(2)の製造方法を適用することが、本発明の効果を得る上で特に有用である。
Since isotropic property is essential in the present invention, the forging ratio needs to be suppressed to less than 30. On the other hand, a forging ratio of less than 1 means that the cross-sectional area after forging becomes larger than the cross-sectional area of the cast material, and is generally realized by forging called upsetting. In general, a large amount of coarse carbides during casting remains in the upset state, so it cannot be used in this state.However, when the production methods (1) and (2) are applied, Even if it exists, the isotropy of the dimensional change by heat processing is ensured.
Applying the production methods (1) and (2) is particularly useful in obtaining the effects of the present invention.

また請求項2に従って、LとT方向の面積率をそれぞれ0.5%以下となした場合、変寸率差(寸法変化率の差)は、非常に高い金型寸法精度±0.01%を満足できるようになる。   According to claim 2, when the area ratios in the L and T directions are each 0.5% or less, the change rate difference (difference in dimensional change rate) is very high mold dimensional accuracy ± 0.01%. Can be satisfied.

前述したように鍛造方向の断面における炭化物の面積率Lと、鍛造方向と直角方向の断面における炭化物の面積率Tとは1:1の比率とすることが理想的である。   As described above, it is ideal that the carbide area ratio L in the cross section in the forging direction and the carbide area ratio T in the cross section perpendicular to the forging direction have a ratio of 1: 1.

請求項2に従ってそれらの面積率であるL,Tそれぞれを0.5%以下としたとき、鍛造方向と平行な断面,鍛造方向と直角方向の断面のそれぞれにおける炭化物の面積比率は小さいものとなって、即ち炭化物の分布そのものが極めて少ないものとなって、そもそも炭化物の集合体ができ難く、従って炭化物の集合体が鍛造方向に伸ばされることによって生ずる炭化物分布の不均等そのものが生じ難く、鍛造方向における炭化物の分布と、鍛造方向と直角方向における炭化物の分布とがほぼ均等化する。
即ちLとTとの比率を1:1に近くする手段として請求項2は有用な手段である。
When the area ratios L and T are 0.5% or less according to claim 2, the area ratio of carbide in each of the cross section parallel to the forging direction and the cross section perpendicular to the forging direction is small. In other words, the carbide distribution itself is extremely small, and it is difficult to form a carbide aggregate in the first place. Therefore, the carbide distribution non-uniformity caused by the carbide aggregate being stretched in the forging direction is difficult to occur. The distribution of carbides in and the distribution of carbides in the direction perpendicular to the forging direction are almost equalized.
That is, claim 2 is a useful means for making the ratio of L and T close to 1: 1.

更に請求項3に従ってS,Se,Teの少なくとも1種以上を選択元素として添加しておくことができる。この場合において請求項4に従いS,Se,Teと併せてCaを添加しておくことができる。また請求項5に従い、Al,O,Nを規制することができる。更に請求項6に従い、Nb,Ta,Ti,Zrの少なくとも1種以上を更に添加しておくことができる。   Furthermore, according to claim 3, at least one of S, Se, and Te can be added as a selective element. In this case, Ca can be added together with S, Se, and Te according to claim 4. Further, according to claim 5, Al, O, and N can be regulated. Further, according to claim 6, at least one of Nb, Ta, Ti and Zr can be further added.

次に請求項7は、鍛錬比を0.85〜30の範囲内として熱間鍛造を行い、鍛造方向と平行な断面における粗大な炭化物の面積率Lと、鍛造方向と直角方向の断面における粗大な炭化物の面積率Tとの比率L/Tを0.90〜3.00の範囲内とするように合金工具鋼を製造するもので、このようにすることで、焼入焼戻しによる膨張が鍛造方向とこれと直角方向とで均等化する合金工具鋼を良好に製造することができる。   Next, claim 7 performs hot forging with a forging ratio in a range of 0.85 to 30, and an area ratio L of coarse carbides in a cross section parallel to the forging direction and a coarseness in a cross section perpendicular to the forging direction. Alloy tool steel is manufactured so that the ratio L / T to the area ratio T of the carbide is in the range of 0.90 to 3.00. By doing so, expansion by quenching and tempering is forged. It is possible to satisfactorily produce an alloy tool steel that equalizes in the direction and the direction perpendicular thereto.

次に本発明における化学成分等の限定理由を以下に詳述する。
「鍛造方向と平行な断面における、2μm以上の粗大な炭化物の面積率L,これと直角方向の断面における粗大な炭化物の面積率Tともに0.001%以上で且つL/Tが0.90〜3.00の範囲内のこと」
鍛造方向及びこれと直角方向の膨張をほぼ等方膨張となし、両方向において必要な寸法公差を満たすためには、変寸率差(寸法変化率の差)が−0.03〜0.03%であることが望ましい。
これを満たすためには(L/T)が0.90〜3.00の範囲内であることが必要である。
Next, the reasons for limiting the chemical components and the like in the present invention will be described in detail below.
“The area ratio L of coarse carbides of 2 μm or more in the cross section parallel to the forging direction, and the area ratio T of coarse carbides in the cross section perpendicular to the forging direction are both 0.001% or more and L / T is 0.90. Within 3.00 "
In order to satisfy the required dimensional tolerance in both directions, expansion in the forging direction and in a direction perpendicular to the forging direction is approximately isotropic, and the difference in dimensional change (difference in dimensional change) is -0.03 to 0.03%. It is desirable that
In order to satisfy this, (L / T) needs to be in the range of 0.90 to 3.00.

微細な炭化物は、焼入焼戻しによって固溶や析出を起し、変寸率への影響が実質認められない。
よって熱処理で固溶や析出をし難い、円相当直径で2μm以上の粗大なものを対象(炭化物)として扱う必要がある。
ここで円相当直径とは、観測される炭化物の面積を求めて、これを円形に換算したときの相当直径のことを言う。
Fine carbides cause solid solution and precipitation due to quenching and tempering, and the influence on the change rate is substantially not recognized.
Therefore, it is necessary to treat a coarse thing having a diameter equivalent to a circle of 2 μm or more which is difficult to be dissolved or precipitated by heat treatment as a target (carbide).
Here, the equivalent circle diameter means an equivalent diameter when the area of the observed carbide is obtained and converted into a circle.

C :0.55〜0.85%
Cは工具鋼として使用硬さ55HRC以上を得るために必要な元素である。必要硬さに応じてC量は適宜調整される。0.55%以上含まれなければ、55HRC以上が得られず、逆に0.85%を超えて添加しても炭化物の増加や硬さの増加への寄与が飽和する。
Cの好適な範囲は、0.60〜0.70%である。
C: 0.55-0.85%
C is an element necessary for obtaining a working hardness of 55 HRC or more as tool steel. The amount of C is appropriately adjusted according to the required hardness. If 0.55% or more is not contained, 55 HRC or more cannot be obtained, and conversely, even if added over 0.85%, the contribution to the increase in carbides and hardness is saturated.
A preferable range of C is 0.60 to 0.70%.

Si;0.20〜2.50%
Siは脱酸元素として添加される元素である。実際の製造上、0.20%未満にするのはコストがかかり、2.50%を超えて添加すると炭化物の形態が粒状から、棒状に変化し、粗大な炭化物が残存しやすくなるため、上限以下に抑える必要である。
Siの好適な範囲は、0.90〜2.20%である。
Si; 0.20-2.50%
Si is an element added as a deoxidizing element. In actual production, it is costly to make it less than 0.20%, and if added over 2.50%, the form of carbide changes from granular to rod-like, and coarse carbide tends to remain, so it is necessary to keep it below the upper limit It is.
The preferred range of Si is 0.90-2.20%.

Mn:0.30〜1.20%
工具鋼として大きな金型や部品などに適用するためには焼入性が高いことが必要である。焼入性の観点では、0.30%以上の添加が無ければ空冷で焼入れができず、1.20%を超えて添加すると、焼入性は十分であるが、残留オーステナイト量が増加し、硬さが大きく低下してしまうため、上限以下に抑える必要がある。
Mnの好適な範囲は、0.70〜1.20%である。
Mn: 0.30 to 1.20%
In order to be applied to large molds and parts as tool steel, it is necessary to have high hardenability. From the viewpoint of hardenability, quenching cannot be performed by air cooling unless 0.30% or more is added, and if it exceeds 1.20%, hardenability is sufficient, but the amount of retained austenite increases and hardness increases. Since it falls, it is necessary to keep below an upper limit.
A preferable range of Mn is 0.70 to 1.20%.

Cu:≦0.50%
鋼中に含まれる不可避的元素である。Cuが0.50%を超えると鍛造時に赤熱脆性が発生し製造できなくなるため、0.50%以下に抑える必要がある。
但し実際の製造上0.01%未満とするには多大なコストがかかるため、0.01%以上は許容できるものとする。
Cu: ≤0.50%
Inevitable element contained in steel. If Cu exceeds 0.50%, red heat embrittlement occurs during forging, making it impossible to manufacture. Therefore, it is necessary to keep it below 0.50%.
However, since it takes a great deal of cost to make it less than 0.01% in actual production, 0.01% or more is acceptable.

Ni:0.01〜0.50%
工具鋼として、大きな金型や部品などに適用するためには、焼入性が高いことが必要である。焼入性の観点では、0.01%以上の添加が無ければ空冷で焼入れができず、0.50%を超えて添加すると、焼入性は十分であるが、残留オーステナイト量が増加し、硬さが大きく低下してしまうため、上限以下に抑える必要がある。
Ni: 0.01-0.50%
As tool steel, in order to apply it to large molds and parts, it is necessary to have high hardenability. From the viewpoint of hardenability, it is impossible to quench by air cooling unless 0.01% or more is added. If added over 0.50%, the hardenability is sufficient, but the amount of retained austenite increases and the hardness increases. Since it falls, it is necessary to keep below an upper limit.

Cr:6.00〜9.00%
炭素と結合して炭化物を形成するため、高硬度の焼入焼戻し硬さを得るために必須の元素である。硬さに寄与する十分な炭化物を形成するためには6.00%以上の添加が必要である。但し9.00%を超えて添加しても、硬さに寄与しない炭化物が多量に形成されるため、上限以下に抑える必要がある。Crの好適な範囲は6.50〜8.00%である。
Cr: 6.00 to 9.00%
Since it forms a carbide by combining with carbon, it is an essential element for obtaining a hardened and tempered hardness. Addition of 6.00% or more is necessary to form a sufficient carbide that contributes to hardness. However, even if added over 9.00%, a large amount of carbides that do not contribute to hardness are formed, so it is necessary to keep it below the upper limit. A preferable range of Cr is 6.50 to 8.00%.

Mo+0.5W:0.1〜2.00%
炭素と結合し、炭化物を形成するため、高硬度の焼入焼戻し硬さを得るために必須の元素である。硬さに寄与する十分な炭化物を形成するためには0.1%以上の添加が必要である。但し2.00%を超えて添加しても炭化物が多量になりすぎ、靭性が非常に劣化するため、上限以下に抑える必要がある。
Mo + 0.5W: 0.1-2.00%
Since it combines with carbon to form a carbide, it is an essential element for obtaining a hardened and tempered hardness. In order to form sufficient carbides that contribute to hardness, addition of 0.1% or more is necessary. However, even if added over 2.00%, the amount of carbide becomes too large and the toughness is greatly deteriorated, so it is necessary to keep it below the upper limit.

V :0.01〜0.40%
炭素と結合して炭化物を形成するため、高硬度の焼入焼戻し硬さを得るために必須の元素である。硬さに寄与する十分な炭化物を形成するためには0.01%以上の添加が必要である。但し0.40%を超えて添加すると、非常に粗大な炭化物が形成され、靭性が非常に劣化するため、上限以下に抑える必要がある。
Vの好適な範囲は、0.03〜0.20%である。
V: 0.01 to 0.40%
Since it forms a carbide by combining with carbon, it is an essential element for obtaining a hardened and tempered hardness. In order to form sufficient carbides that contribute to hardness, addition of 0.01% or more is necessary. However, if added over 0.40%, very coarse carbides are formed and the toughness is very deteriorated, so it is necessary to keep it below the upper limit.
A preferable range of V is 0.03 to 0.20%.

S,Se,Te:0.040〜0.100%
S,Se,Teはどの元素も同じ効果が得られるため、どの元素を選択してもよい(少なくとも1種以上)。いずれも材料中のMnと結合してMnS,MnSe,MnTe等を形成する。
MnS,MnSe,MnTeの存在によりドリル被削性など、切削加工による工具摩耗量が低減したり、切削速度を従来よりも向上させることができる効果がある。S等の添加は材料中のMnを使用するため、0.100%を超えて多量に添加すれば、マトリックス中のMn量が低下してしまう。一方、快削化の効果を得るためには0.040%以上の添加が必要である。なお、S等は炭化物量や大きさ、分布には全く寄与しないため、自由に添加することができる。
S, Se, Te: 0.040 to 0.100%
S, Se, and Te all have the same effect, so any element may be selected (at least one or more). All of them combine with Mn in the material to form MnS, MnSe, MnTe and the like.
The presence of MnS, MnSe, and MnTe has the effect of reducing the amount of tool wear due to cutting, such as drill machinability, and improving the cutting speed as compared with the prior art. Addition of S or the like uses Mn in the material, so if it is added in a large amount exceeding 0.100%, the amount of Mn in the matrix is lowered. On the other hand, in order to obtain the effect of free cutting, addition of 0.040% or more is necessary. S and the like do not contribute at all to the amount, size, and distribution of carbides, and can be added freely.

Ca:0.0001〜0.0150%
CaはSと同時に添加することで、MnS中にCa酸化物や固溶Caとして存在する。この場合、MnS単独よりも快削効果が大きくなることが知られている。その効果を得るためには0.0001%以上の積極的な添加が必須である。但し0.0150%を超えて添加しても快削化の効果が飽和するため、上限以下に限定する。Sと同様に炭化物量や大きさ、分布には全く寄与しないため、自由に添加することができる。
Ca: 0.0001 to 0.0150%
When Ca is added simultaneously with S, it exists in MnS as Ca oxide or solute Ca. In this case, it is known that the free cutting effect is larger than that of MnS alone. In order to obtain the effect, positive addition of 0.0001% or more is essential. However, even if added over 0.0150%, the effect of free cutting is saturated, so it is limited to the upper limit or less. Like S, it does not contribute at all to the amount, size and distribution of carbides, so it can be added freely.

Al:≦0.50%
O :≦0.0050%
N :≦0.0200
これらの元素は不可避的不純物として鋼中に含まれる。しかし、これらの元素がそれぞれ上限を越えていると、Al酸化物やAl窒化物が多量に形成される。酸化物や窒化物が多量に形成されると、粗大な炭化物が多量に残存していることに相当するため、寸法変化の等方性の観点から、できる限り低減することが望ましい。ただし、これらの元素を低減する事は、精錬時間の長時間化などコスト増加を招くため、上限以下であれば問題ない。
Al: ≤0.50%
O: ≦ 0.0050%
N: ≤ 0.0200
These elements are contained in steel as inevitable impurities. However, if each of these elements exceeds the upper limit, a large amount of Al oxide or Al nitride is formed. If a large amount of oxide or nitride is formed, this corresponds to a large amount of coarse carbide remaining, and therefore it is desirable to reduce it as much as possible from the viewpoint of isotropic dimensional change. However, reducing these elements causes a cost increase such as a long refining time.

Nb,Ta,Ti,Zr:0.01〜0.15%
これらの元素は酸化物や窒化物、炭化物を形成する。積極的に添加することで、これら非金属介在物を形成させ、焼入れ時に結晶粒粗大化を抑制し、靭性が向上する。本発明鋼は、粗大な炭化物を均一に分散させているが、炭化物量が少なくなり、焼入れ時の結晶粒が粗大化する場合に添加する。
Nb, Ta, Ti, Zr: 0.01-0.15%
These elements form oxides, nitrides, and carbides. By positively adding, these non-metallic inclusions are formed, crystal grain coarsening is suppressed during quenching, and toughness is improved. In the steel of the present invention, coarse carbides are uniformly dispersed, but added when the amount of carbides decreases and the crystal grains at the time of quenching become coarse.

本発明に係る合金工具鋼は、主に金型として使用される。特に合金工具鋼の中でも、冷間ダイス鋼と高速度工具鋼は、粗大な非晶出炭化物を多く含むため、好適に使用される。更に、この中でも、冷間ダイス鋼は、非等方的な変寸挙動が顕著に認められやすいため、好適に使用される。   The alloy tool steel according to the present invention is mainly used as a mold. In particular, among alloy tool steels, cold die steel and high-speed tool steel are preferably used because they contain a large amount of coarse amorphous carbide. Further, among these, cold die steel is preferably used because anisotropic deformation behavior is easily recognized.

次に本発明の実施形態を以下に詳しく説明する。
表1に示す成分組成の30kgの鋼材を高周波真空溶解炉で溶解した後、造塊した。この鋳造時の冷却速度は、1.2℃/minであった。また、比較鋼2については、ヒーターによる加熱コントロールを実施し、鋳造時の冷却速度を0.01℃/minとして製造した。そして鋼塊を表2に示す塑性加工温度(鍛造加熱温度)で10時間以上保持した後、500tハンマー型の鍛造機を用いて熱間鍛造を行い、冷間ダイス鋼を作製した。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail below.
A 30 kg steel material having the composition shown in Table 1 was melted in a high-frequency vacuum melting furnace and then ingot-formed. The cooling rate during casting was 1.2 ° C./min. Moreover, about the comparative steel 2, the heating control by a heater was implemented and the cooling rate at the time of casting was manufactured at 0.01 degrees C / min. The steel ingot was held at the plastic working temperature (forging heating temperature) shown in Table 2 for 10 hours or more, and then hot forging was performed using a 500-ton hammer type forging machine to produce cold die steel.

ここで鍛造は、表1に示す鍛錬比となるように行った。鍛錬比は鍛造前断面積/鍛造後断面積である。
鍛造後徐冷を行い、その後球状化焼鈍し処理を行った。
得られた発明鋼及び比較鋼について以下の試験及び評価を行った。
Here, forging was performed so that the forging ratio shown in Table 1 was obtained. The forging ratio is the cross-sectional area before forging / the cross-sectional area after forging.
Slow cooling was performed after forging, followed by spheroidizing annealing.
The obtained test steel and comparative steel were subjected to the following tests and evaluations.

<炭化物の面積率>
鍛造方向と平行な面(L方向)が15mm角として得られるように切断し、この面を最終ダイヤモンド研摩まで実施した後、ナイタールまたはビレラで腐食した。鍛造方向と直角の面(T方向)も同様に切断、研摩、腐食した。腐食後、光学顕微鏡の100倍の倍率で10視野撮影し、この10視野の炭化物の面積率を測定した。面積率は、炭化物の円相当直径が2μm以上であるものを対象とし、1視野ずつの炭化物の面積率を測定し、10視野の平均値とした。そしてこの平均値を炭化物の面積率とした。
<Area ratio of carbide>
After cutting so that a plane parallel to the forging direction (L direction) was obtained as a 15 mm square, this surface was subjected to final diamond polishing and then corroded with nital or billera. The surface perpendicular to the forging direction (T direction) was similarly cut, polished and corroded. After corrosion, 10 fields of view were taken at a magnification of 100 times that of an optical microscope, and the area ratio of carbides in these 10 fields was measured. The area ratio was an average value of 10 fields of view by measuring the area ratio of carbides for each field of view, in which the circle equivalent diameter of carbides was 2 μm or more. This average value was defined as the carbide area ratio.

<熱処理条件>
表2中の温度で焼入焼戻しを実施した。
<残留オーステナイト量の定量化>
製造した発明鋼,比較鋼から試験片を切り出した。
焼入れは表2中の温度で30分保持した後,50℃/分の平均冷却速度で冷却することで行った。その後表面の研削・研磨を行い,最終仕上げとして電解研磨で0.05μm分の厚さを除去した。これをX線回折装置でマルテンサイト組織とオーステナイト組織のピーク強度比から平均割合を求めた。
尚、表2中の残留γ量は、鋼中の焼入れ焼戻後における残留オーステナイト量の体積割合(%)を示している。
<Heat treatment conditions>
Quenching and tempering were performed at the temperatures shown in Table 2.
<Quantification of the amount of retained austenite>
Test pieces were cut out from the manufactured inventive steel and comparative steel.
Quenching was carried out by holding at the temperature shown in Table 2 for 30 minutes and then cooling at an average cooling rate of 50 ° C./min. Thereafter, the surface was ground and polished, and the final finish was removed by 0.05 μm by electrolytic polishing. The average ratio was obtained from the peak intensity ratio of the martensite structure and the austenite structure with an X-ray diffractometer.
The amount of residual γ in Table 2 indicates the volume ratio (%) of the amount of retained austenite after quenching and tempering in steel.

<変寸率差>
製造した発明鋼,比較鋼からφ10×50mmの試験片を切り出し,加工した。このとき、試験片長さ方向が鍛造方向に平行になるように採取したもの、直角方向から採取したものについて、それぞれその試験片の長さをマイクロメーターを用いて1μm単位で測定し,この長さを基準値とした。それらの試験片を表2中の温度で焼入焼戻しを実施した。これらの熱処理は、試験片が酸化しないように真空熱処理炉で実施した。
焼入れ後と、焼戻し後でそれぞれ長さを測定し,基準値に対する長さの変化割合を求めた。そして鍛造方向(L方向)及びこれと直角方向(T方向)のそれぞれの試験片の長さの変化割合の差(L方向の寸法変化割合−T方向の寸法変化割合)を変寸率差として評価した。
<Change rate difference>
A test piece of φ10 × 50 mm was cut out from the manufactured inventive steel and comparative steel and processed. At this time, the length of the test piece was measured in units of 1 μm using a micrometer for the sample taken so that the length direction of the test piece was parallel to the forging direction and the sample taken from the right angle direction. Was used as a reference value. The test pieces were quenched and tempered at the temperatures shown in Table 2. These heat treatments were performed in a vacuum heat treatment furnace so that the test pieces were not oxidized.
The length was measured after quenching and after tempering, and the rate of change in length relative to the reference value was determined. Then, the difference in the length change ratios of the test pieces in the forging direction (L direction) and the direction perpendicular to the forging direction (T direction) (the dimensional change ratio in the L direction−the dimensional change ratio in the T direction) is defined as the difference in the change ratio. evaluated.

それらの結果が表2及び図1に示してある。
尚、図1には表2の結果に加えて同様の試験による結果を追加して示してある(図中の●印と▲印は表2の結果の一部である)。
The results are shown in Table 2 and FIG.
FIG. 1 shows the result of the same test in addition to the result of Table 2 (the ● and ▲ marks in the figure are a part of the results of Table 2).

Figure 2009132990
Figure 2009132990

Figure 2009132990
Figure 2009132990

ここで図1(A)は、横軸に面積率比(L/T)を、また縦軸に変寸率差をとって、それらの関係を表したものである。
また図1(B)は、横軸に鍛造方向と平行方向における断面の炭化物の面積率Lをとって、また縦軸に変寸率差をとってそれらの関係を表したものである。
請求項2はL,Tそれぞれを0.5%以下とするものであるが、ここではLと変寸率差の関係のみを示している。Tと変寸率差の関係も全く同様である。
Here, FIG. 1A shows the relationship between the area ratio (L / T) on the horizontal axis and the change in size ratio on the vertical axis.
In FIG. 1B, the horizontal axis represents the area ratio L of the carbide in the cross section in the direction parallel to the forging direction, and the vertical axis represents the difference in size change ratio to express the relationship.
Claim 2 is such that each of L and T is 0.5% or less, but here, only the relationship between L and the change in size ratio is shown. The relationship between T and the difference in size change rate is exactly the same.

先ず図1(A)に示す結果から、面積率比(L/T)が0.9〜3.00の範囲内である場合に、求める変寸率差−0.03〜0.03を満たし得ることが見て取れる。
また(B)に示す結果から、鍛造方向における炭化物の面積率Lを0.5%以下とすることで、より望ましい変寸率差−0.01〜0.01を満たし得ることが見て取れる。
First, from the result shown in FIG. 1 (A), when the area ratio (L / T) is in the range of 0.9 to 3.00, the required change in size ratio -0.03 to 0.03 is satisfied. You can see what you get.
Further, from the results shown in (B), it can be seen that the more desirable change rate difference -0.01 to 0.01 can be satisfied by setting the area ratio L of the carbide in the forging direction to 0.5% or less.

表2の結果において、比較鋼1は、発明鋼15と同じ成分であるが、溶融温度から適正と考えられる温度よりも低温で加熱(ソーキング)し、かつ、大きな鍛錬比を加えたため、粗大な炭化物も多量に残存している上、(L/T)が適正範囲から外れる。このため、変寸率差が大きくなってしまう。
比較鋼2は、発明鋼15と同じ成分であるが、鋳造時の冷却速度を遅くして製造したため、適正な加熱温度・鍛錬比を加えても、炭化物分布がコントロールできず、(L/T)が適正範囲から外れ、変寸率差が大きくなる。
比較鋼3は、CやCrが適正範囲から外れており、かつ、大きな鍛錬比を加えたため、(L/T)が適正範囲から外れ、変寸率差が大きくなる。
比較鋼4、5、6は適正成分からはずれているため、硬さ40HRC未満となり、工具鋼としての使用硬さを満足できていない。ただし面積率比は適正範囲であるため、変寸率差は発明鋼と同等である。
これに対して発明鋼は何れも良好な結果となっている。
In the results of Table 2, Comparative Steel 1 is the same component as Invention Steel 15, but is heated (soaked) at a temperature lower than the temperature considered appropriate from the melting temperature and added with a large forging ratio, so that it is coarse. A large amount of carbide remains, and (L / T) deviates from the appropriate range. For this reason, the difference in change rate is increased.
The comparative steel 2 is the same component as the inventive steel 15 but is manufactured by slowing the cooling rate at the time of casting. Therefore, even if an appropriate heating temperature and forging ratio are added, the carbide distribution cannot be controlled, and (L / T ) Is out of the proper range, and the difference in size change becomes large.
In Comparative Steel 3, C and Cr are out of the proper range, and a large forging ratio is added, so that (L / T) is out of the proper range and the difference in change rate becomes large.
Since the comparative steels 4, 5, and 6 deviate from the appropriate components, the hardness is less than 40 HRC, and the use hardness as the tool steel cannot be satisfied. However, since the area ratio is in an appropriate range, the difference in size change is equivalent to that of the invention steel.
On the other hand, all the inventive steels have good results.

以上本発明の実施形態を詳述したが、これはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において、種々変更を加えた態様で実施可能である。   Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, this is merely an example, and the present invention can be implemented in variously modified forms without departing from the spirit of the present invention.

(A)面積率比(L/T)と変寸率差との関係を表した図である。(B)鍛造方向と平行方向における断面の炭化物の面積率Lと、変寸率差の関係を表した図である。(A) It is the figure showing the relationship between area ratio ratio (L / T) and a size change rate difference. (B) It is the figure showing the relationship between the area ratio L of the carbide | carbonized_material of the cross section in a parallel direction with a forge direction, and a size change rate difference.

Claims (7)

質量%で
C :0.55〜0.85%
Si;0.20〜2.50%
Mn:0.30〜1.20%
Cu:≦0.50%
Ni:0.01〜0.50%
Cr:6.00〜9.00%
Mo+0.5W:0.1〜2.00%
V :0.01〜0.40%
残部Fe及び不可避的成分の組成を有し、且つ鍛造方向と平行な断面における、円相当直径で2μm以上の粗大な炭化物の面積率をL(%)、該鍛造方向と直角方向の断面における前記粗大な炭化物の面積率をT(%)としたとき、L,Tともに0.001%以上でL/Tが0.90〜3.00の範囲内であることを特徴とする合金工具鋼。
In mass%
C: 0.55-0.85%
Si; 0.20-2.50%
Mn: 0.30 to 1.20%
Cu: ≤0.50%
Ni: 0.01-0.50%
Cr: 6.00 to 9.00%
Mo + 0.5W: 0.1-2.00%
V: 0.01 to 0.40%
L (%) represents the area ratio of coarse carbides having a composition of the balance Fe and inevitable components, and having a circle equivalent diameter of 2 μm or more in a cross section parallel to the forging direction, and the cross section in a direction perpendicular to the forging direction. An alloy tool steel characterized in that when the area ratio of coarse carbide is T (%), both L and T are 0.001% or more and L / T is in the range of 0.90 to 3.00.
前記LとTとがそれぞれ0.5%以下であることを特徴とする請求項1に記載の合金工具鋼。   The alloy tool steel according to claim 1, wherein L and T are each 0.5% or less. 質量%で
S :0.040〜0.100%
Se:0.040〜0.100%
Te:0.040〜0.100%
の少なくとも1種以上を更に含有していることを特徴とする請求項1,2の何れかに記載の合金工具鋼。
In mass%
S: 0.040 to 0.100%
Se: 0.040 to 0.100%
Te: 0.040 to 0.100%
The alloy tool steel according to any one of claims 1 and 2, further comprising at least one of the following.
質量%で
Ca:0.0001〜0.0150%
を更に含有していることを特徴とする請求項3に記載の合金工具鋼。
In mass%
Ca: 0.0001 to 0.0150%
The alloy tool steel according to claim 3, further comprising:
質量%で
Al:≦0.50%
O :≦0.0050%
N :≦0.0200
に規制してあることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の合金工具鋼。
In mass%
Al: ≤0.50%
O: ≦ 0.0050%
N: ≤ 0.0200
The alloy tool steel according to any one of claims 1 to 4, wherein the alloy tool steel is restricted.
質量%で
Nb:0.01〜0.15%
Ta:0.01〜0.15%
Ti:0.01〜0.15%
Zr:0.01〜0.15%
の少なくとも1種以上を更に含有していることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の合金工具鋼。
In mass%
Nb: 0.01-0.15%
Ta: 0.01-0.15%
Ti: 0.01-0.15%
Zr: 0.01-0.15%
The alloy tool steel according to any one of claims 1 to 5, further comprising at least one of the following.
鍛錬比を0.85〜30の範囲内として熱間鍛造を行い、鍛造方向と平行な断面における、円相当直径で2μm以上の粗大な炭化物の面積率をL(%)、該鍛造方向と直角方向の断面における前記粗大な炭化物の面積率をT(%)としたとき、L,Tともに0.001%以上で且つL/Tが0.90〜3.00の範囲内とすることを特徴とする合金工具鋼の製造方法。   Hot forging is performed with a forging ratio in the range of 0.85 to 30, and the area ratio of coarse carbides having a circle equivalent diameter of 2 μm or more in a cross section parallel to the forging direction is L (%), perpendicular to the forging direction. When the area ratio of the coarse carbide in the cross section in the direction is T (%), both L and T are 0.001% or more and L / T is in the range of 0.90 to 3.00. A method for producing alloy tool steel.
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