JP2942467B2 - マルテンサイト熱間加工工具鋼ダイブロック物体及び製造方法 - Google Patents
マルテンサイト熱間加工工具鋼ダイブロック物体及び製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属ダイカスティング
ダイ部品及び他の熱間加工工具部品に使用される高機械
加工性の予め硬化されたマルテンサイト鋼物体及びその
製造法に関するものである。
ダイ部品及び他の熱間加工工具部品に使用される高機械
加工性の予め硬化されたマルテンサイト鋼物体及びその
製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウムの様な軽金属を含めたダイ
カスティング及び熱間加工工具部品のため使用されるダ
イ部品の代表的な製造方法は、熱間加工工具鋼ダイブロ
ックから仕上寸法に近似する寸法の部品を機械加工する
こと、焼入れと焼もどしにより荒仕上げ寸法に機械加工
された上記部品を硬化させること、及び最終仕上げ寸法
に硬化された部品を機械加工することよりなっている。
そのように製造されたダイ部品の耐久度と寿命は、この
製造処理の２つの特徴、即ち、部品を硬化するため使用
された冷却即ち焼入れ速度及び部品の仕上のための機械
加工に使用される技術により影響される。
カスティング及び熱間加工工具部品のため使用されるダ
イ部品の代表的な製造方法は、熱間加工工具鋼ダイブロ
ックから仕上寸法に近似する寸法の部品を機械加工する
こと、焼入れと焼もどしにより荒仕上げ寸法に機械加工
された上記部品を硬化させること、及び最終仕上げ寸法
に硬化された部品を機械加工することよりなっている。
そのように製造されたダイ部品の耐久度と寿命は、この
製造処理の２つの特徴、即ち、部品を硬化するため使用
された冷却即ち焼入れ速度及び部品の仕上のための機械
加工に使用される技術により影響される。
【０００３】ＡＩＳＩ熱間加工工具鋼に対し、長い寿命
を得るに必要なマルテンサイトミクロ構造即ち微細組織
を生じるよう急速な冷却速度が要求されている。遅い冷
却速度は、寸法変化及び荒仕上げ寸法に機械加工された
部品のゆがみを最小にし、仕上げ寸法への機械加工の
量、過酷さ及びコストを減じる。然しながら、遅い冷却
速度は、又寿命を減じる。それが鋼の微細組織に非マル
テンサイト構造（組織）を誘導するからである。冷却さ
れ、荒仕上げ寸法に機械加工されたダイ部品の寸法変化
とゆがみは、最適急速冷却されたマルテンサイト微細組
織を保持して、予め硬化された熱間加工工具鋼ダイブロ
ック（素材）からダイ部品を製造することにより消去さ
れえる。
を得るに必要なマルテンサイトミクロ構造即ち微細組織
を生じるよう急速な冷却速度が要求されている。遅い冷
却速度は、寸法変化及び荒仕上げ寸法に機械加工された
部品のゆがみを最小にし、仕上げ寸法への機械加工の
量、過酷さ及びコストを減じる。然しながら、遅い冷却
速度は、又寿命を減じる。それが鋼の微細組織に非マル
テンサイト構造（組織）を誘導するからである。冷却さ
れ、荒仕上げ寸法に機械加工されたダイ部品の寸法変化
とゆがみは、最適急速冷却されたマルテンサイト微細組
織を保持して、予め硬化された熱間加工工具鋼ダイブロ
ック（素材）からダイ部品を製造することにより消去さ
れえる。
【０００４】一般的な、再硫化されたＡＩＳＩ Ｈ１３
熱間加工工具鋼から作られた予め硬化されたダイブロッ
ク（ダイ用の素材）は、現在入手できる。鋼への硫黄の
添加は、ダイカスティングの応用に必要な高い硬度でそ
れを機械加工できるようにしている（３５〜５０ＨＲ
Ｃ)。然しながら、現在入手可能な予め硬化されたダイ
ブロックから作られたダイ部品は、耐用年数が短かい。
鋼に存在する硫黄が、耐熱疲労性及び衝撃靭性を減じ、
ダイ耐久度及びダイ耐用年数を減じているからである。
図１及び図２は、文献〔Ｈ−１３鋼の耐久度における硫
黄の効果〕から抜粋され、ＡＩＳＩ Ｈ１３熱間加工工
具鋼の耐熱疲労における高硫黄含量の好ましからぬ効果
を示している。
熱間加工工具鋼から作られた予め硬化されたダイブロッ
ク（ダイ用の素材）は、現在入手できる。鋼への硫黄の
添加は、ダイカスティングの応用に必要な高い硬度でそ
れを機械加工できるようにしている（３５〜５０ＨＲ
Ｃ)。然しながら、現在入手可能な予め硬化されたダイ
ブロックから作られたダイ部品は、耐用年数が短かい。
鋼に存在する硫黄が、耐熱疲労性及び衝撃靭性を減じ、
ダイ耐久度及びダイ耐用年数を減じているからである。
図１及び図２は、文献〔Ｈ−１３鋼の耐久度における硫
黄の効果〕から抜粋され、ＡＩＳＩ Ｈ１３熱間加工工
具鋼の耐熱疲労における高硫黄含量の好ましからぬ効果
を示している。
【０００５】同様に、図３もこの文献からのものであ
り、ＡＩＳＩ Ｈ１３の動的破壊靭性における硫黄含量
増加の好しからぬ結果を示している。この文献は、
「０．０２８％を越すＨ−１３鋼の高硫黄レベルが耐熱
疲労性を減じ、ダイカスティングにダイ使用するために
硬化されたＨ−１３鋼の破壊靭性が、鋼の硫黄含量を、
０．００３から０．００８に、０．０１４に、０．０２
８〜０．０７５％Ｓ範囲に上昇することにより確実に減
ぜられる。この挙動は、高硫黄レベルにより生じた介在
物の効果に帰されている。」と結論している。文献にお
ける研究の結果への応答において、及びダイカスティン
グダイでの減じた耐熱疲労から生じる経済的衝撃のた
め、北米ダイカスティング協会（North American Die C
asting Association)は、ＡＩＳＩ Ｈ１３の硫黄含量
を限定し、ダイカスティングダイ使用のための硫黄含量
は最大０．００５重量％であるとした。
り、ＡＩＳＩ Ｈ１３の動的破壊靭性における硫黄含量
増加の好しからぬ結果を示している。この文献は、
「０．０２８％を越すＨ−１３鋼の高硫黄レベルが耐熱
疲労性を減じ、ダイカスティングにダイ使用するために
硬化されたＨ−１３鋼の破壊靭性が、鋼の硫黄含量を、
０．００３から０．００８に、０．０１４に、０．０２
８〜０．０７５％Ｓ範囲に上昇することにより確実に減
ぜられる。この挙動は、高硫黄レベルにより生じた介在
物の効果に帰されている。」と結論している。文献にお
ける研究の結果への応答において、及びダイカスティン
グダイでの減じた耐熱疲労から生じる経済的衝撃のた
め、北米ダイカスティング協会（North American Die C
asting Association)は、ＡＩＳＩ Ｈ１３の硫黄含量
を限定し、ダイカスティングダイ使用のための硫黄含量
は最大０．００５重量％であるとした。
【０００６】高度に機械加工でき、予め硬化されたダイ
ブロックの使用から生じえる可能なコスト節減は、現在
入手できる予め硬化されたダイブロックに固有であるダ
イ部品の寿命における減小により相殺されている。それ
故、ダイ耐久性及び寿命を損うことなく使用されえる高
度に機械加工でき、予め硬化されたマルテンサイト熱間
加工工具鋼を必要としている。
ブロックの使用から生じえる可能なコスト節減は、現在
入手できる予め硬化されたダイブロックに固有であるダ
イ部品の寿命における減小により相殺されている。それ
故、ダイ耐久性及び寿命を損うことなく使用されえる高
度に機械加工でき、予め硬化されたマルテンサイト熱間
加工工具鋼を必要としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、衝撃靭性、機械加工性及び耐熱疲労の改良された組
合せをもつダイカスティングダイ部品及び他の熱間加工
工具部品に使用される高度に機械加工でき、予め硬化さ
れたマルテンサイト熱間加工工具鋼ダイブロックを提供
することである。発明の他の関連した目的は、硫黄の意
図した添加を含んでいる予め合金化された粉末の成型、
熱間加工及び加熱処理により、高度に機械加工でき、か
つ予め硬化されたマルテンサイト鋼ダイブロックの製造
法を提供することである。
は、衝撃靭性、機械加工性及び耐熱疲労の改良された組
合せをもつダイカスティングダイ部品及び他の熱間加工
工具部品に使用される高度に機械加工でき、予め硬化さ
れたマルテンサイト熱間加工工具鋼ダイブロックを提供
することである。発明の他の関連した目的は、硫黄の意
図した添加を含んでいる予め合金化された粉末の成型、
熱間加工及び加熱処理により、高度に機械加工でき、か
つ予め硬化されたマルテンサイト鋼ダイブロックの製造
法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段及作用】本発明により、ダ
イカスティング部品及び他の熱間加工工具部品の製造に
適しているマルテンサイト熱間加工工具鋼ダイブロック
物体が提供されている。４４〜４６ＨＲＣの硬度に熱処
理されるとき、及び２２℃（７２゜F)及び３１６℃（６
００゜F)の両者でテストされるとき０．９６kg−ｍ（５
foot−pounds)の最小横シャルピーＶ−切り欠き衝撃靭
性（charpyV-notch impact toughness)及び３５〜５０
ＨＲＣの範囲の硬度を、物体は持っている。物体は、
０．０５〜０．３０重量％の硫黄を有する予め合金化さ
れた粒子の熱間加工され、加熱処理され、完全密に圧密
されたマルテンサイト熱間加工工具鋼塊である。好まし
くは、物体は最長の方向で５０ミクロンの最大サイズの
硫化物粒子を有している。
イカスティング部品及び他の熱間加工工具部品の製造に
適しているマルテンサイト熱間加工工具鋼ダイブロック
物体が提供されている。４４〜４６ＨＲＣの硬度に熱処
理されるとき、及び２２℃（７２゜F)及び３１６℃（６
００゜F)の両者でテストされるとき０．９６kg−ｍ（５
foot−pounds)の最小横シャルピーＶ−切り欠き衝撃靭
性（charpyV-notch impact toughness)及び３５〜５０
ＨＲＣの範囲の硬度を、物体は持っている。物体は、
０．０５〜０．３０重量％の硫黄を有する予め合金化さ
れた粒子の熱間加工され、加熱処理され、完全密に圧密
されたマルテンサイト熱間加工工具鋼塊である。好まし
くは、物体は最長の方向で５０ミクロンの最大サイズの
硫化物粒子を有している。
【０００９】物体は、好ましくは、本質的に、重量％
で、０．３２〜０．４５％の炭素、０．２０〜２．００
％のマンガン、０．０５〜０．３０％、好ましくは０．
１５〜０．３０％の硫黄、０．０３％までのリン、０．
８０〜１．２０％のケイ素、４．７５〜５．７０％のク
ロム、１．１０〜１．７５％のモリブデン、０．８０〜
１．２０％のバナジウム、残り鉄及び付随的不純物より
なり、表１に示されている。
で、０．３２〜０．４５％の炭素、０．２０〜２．００
％のマンガン、０．０５〜０．３０％、好ましくは０．
１５〜０．３０％の硫黄、０．０３％までのリン、０．
８０〜１．２０％のケイ素、４．７５〜５．７０％のク
ロム、１．１０〜１．７５％のモリブデン、０．８０〜
１．２０％のバナジウム、残り鉄及び付随的不純物より
なり、表１に示されている。
【００１０】
【表１】
【００１１】交替に、予め合金化された粒子は、硫黄が
０．０５〜０．３０重量％の範囲内に添加されている加
工されたＡＩＳＩ熱間加工工具鋼の化学組成を包含する
であろう。加えて、予め合金化された粒子は、ダイカス
ティング部品及び他の熱間加工工具部品としての使用に
適し、硫黄が０．０５〜０．３０重量％の範囲内に添加
されている加工されたマルエージング鋼又は析出硬化鋼
を包含するであろう。
０．０５〜０．３０重量％の範囲内に添加されている加
工されたＡＩＳＩ熱間加工工具鋼の化学組成を包含する
であろう。加えて、予め合金化された粒子は、ダイカス
ティング部品及び他の熱間加工工具部品としての使用に
適し、硫黄が０．０５〜０．３０重量％の範囲内に添加
されている加工されたマルエージング鋼又は析出硬化鋼
を包含するであろう。
【００１２】予め合金化された粒子の使用で、硫黄は均
一にその内に分散される。かくして予め合金化された粒
子の完全密に圧密（理論密度に近似）された塊に生じた
硫化物は小さく、均一に分散され、殆んどが一般に球状
である。好ましくは、発明により生じた圧密された物体
における硫化物の最大サイズは、その最大寸法で約５０
ミクロン以下である。かくして、ＡＩＳＩ Ｈ１３及び
他の在来の加工鋼の鋳造インゴット内に固有に存在する
硫黄の偏析が消去され、これらインゴットから鍛造され
たダイブロックにおいて在来の比較的厚く、伸ばされた
硫化物ストレンジャの存在が避けられている。
一にその内に分散される。かくして予め合金化された粒
子の完全密に圧密（理論密度に近似）された塊に生じた
硫化物は小さく、均一に分散され、殆んどが一般に球状
である。好ましくは、発明により生じた圧密された物体
における硫化物の最大サイズは、その最大寸法で約５０
ミクロン以下である。かくして、ＡＩＳＩ Ｈ１３及び
他の在来の加工鋼の鋳造インゴット内に固有に存在する
硫黄の偏析が消去され、これらインゴットから鍛造され
たダイブロックにおいて在来の比較的厚く、伸ばされた
硫化物ストレンジャの存在が避けられている。
【００１３】予め合金化された粒子は、ここに定義され
たように、発明の範囲内の硫黄の存在する組成物のガス
微粒化により生成されるであろう。ガス微粒化の使用に
より、発明の方法における使用に好ましい特性の球状粒
子が得られる。窒素が好ましい微粒化ガスである。
たように、発明の範囲内の硫黄の存在する組成物のガス
微粒化により生成されるであろう。ガス微粒化の使用に
より、発明の方法における使用に好ましい特性の球状粒
子が得られる。窒素が好ましい微粒化ガスである。
【００１４】発明により、ダイカスティングダイ部品及
び他の熱間加工工具部品に使用されるであろう高度に機
械加工でき、予め硬化されたマルテンサイト熱間加工工
具鋼ダイ物体例えばダイブロックの如き物体が、予め合
金化された粒子の成型体から完全な密度への圧密、望ま
れた形への成型体の熱間加工、そして熱処理により製造
される。熱処理は焼鈍、マルテンサイト構造を作る加熱
と冷却による硬化、及び引続いての環境温度に中間冷却
することでの少くとも２重即ち２回の焼もどし処理を含
む焼もどしを包含するであろう。
び他の熱間加工工具部品に使用されるであろう高度に機
械加工でき、予め硬化されたマルテンサイト熱間加工工
具鋼ダイ物体例えばダイブロックの如き物体が、予め合
金化された粒子の成型体から完全な密度への圧密、望ま
れた形への成型体の熱間加工、そして熱処理により製造
される。熱処理は焼鈍、マルテンサイト構造を作る加熱
と冷却による硬化、及び引続いての環境温度に中間冷却
することでの少くとも２重即ち２回の焼もどし処理を含
む焼もどしを包含するであろう。
【００１５】発明の好ましい実施態様により、０．０５
〜０．３０重量％、好ましくは０．１５〜０．３０、の
量における硫黄が、発明の方法の使用に適する組成物の
溶融鋼に添加され、それから溶融鋼が窒素ガスで微粒化
され、予め合金化された粉末に作られる。粉末は低炭素
鋼容器に充填され、熱間脱ガスされ、溶接で密封され
る。充填された容器は、９８２℃（１８００゜F)〜１３
１６℃（２４００゜F)の温度範囲内、７００kg／cm2(１
０，０００ｐｓｉ)以上の圧力で１２時間まで高温静水
圧成形により完全密度に成形される。高温静水圧成形
後、成型体は鍛造及び／又はローリングにより熱間加工
され、９８２℃（１８００゜F)〜１２３２℃（２２５０
゜F)の加工温度範囲を使ってスラブ（slab)及びビレッ
ト（billet)を作る。
〜０．３０重量％、好ましくは０．１５〜０．３０、の
量における硫黄が、発明の方法の使用に適する組成物の
溶融鋼に添加され、それから溶融鋼が窒素ガスで微粒化
され、予め合金化された粉末に作られる。粉末は低炭素
鋼容器に充填され、熱間脱ガスされ、溶接で密封され
る。充填された容器は、９８２℃（１８００゜F)〜１３
１６℃（２４００゜F)の温度範囲内、７００kg／cm2(１
０，０００ｐｓｉ)以上の圧力で１２時間まで高温静水
圧成形により完全密度に成形される。高温静水圧成形
後、成型体は鍛造及び／又はローリングにより熱間加工
され、９８２℃（１８００゜F)〜１２３２℃（２２５０
゜F)の加工温度範囲を使ってスラブ（slab)及びビレッ
ト（billet)を作る。
【００１６】鍛造された生成物（物体）は、厚さ２．５
４cm（inch) あたり約１時間、最低でも２時間の間、８
４３℃（１５５０゜F)及び９２７℃（１７００゜F)の間
の温度に加熱し、時間当り１０℃（５０゜F)以下の速度
で室温に冷却することにより焼なましされる。焼なまし
されたブロック（block)は厚さ２．５４cm（inch)あた
り約１/２時間、９８２℃及び１０６６℃（１８００及
び１９５０゜F)の間の温度に加熱させ、かつ、１分当り
−７℃（２０゜F)の最小速度で、約６６℃（１５０゜F)
に焼入れすることで硬化され、マルテンサイト構造を作
る。約６６℃（１５０゜F)の温度に達すると、ブロック
は厚さ２．５４cm（inch)当り約１時間、５３８℃（１
０００゜F)〜６４９℃（１２００゜F)の温度範囲内で最
小２時間プラス２時間の間で、焼もどしの間環境温度に
冷却させることで、直に２重焼もどしされる。低炭素鋼
容器のなごりが、加熱処理後の機械加工によりブロック
から除かれる。
４cm（inch) あたり約１時間、最低でも２時間の間、８
４３℃（１５５０゜F)及び９２７℃（１７００゜F)の間
の温度に加熱し、時間当り１０℃（５０゜F)以下の速度
で室温に冷却することにより焼なましされる。焼なまし
されたブロック（block)は厚さ２．５４cm（inch)あた
り約１/２時間、９８２℃及び１０６６℃（１８００及
び１９５０゜F)の間の温度に加熱させ、かつ、１分当り
−７℃（２０゜F)の最小速度で、約６６℃（１５０゜F)
に焼入れすることで硬化され、マルテンサイト構造を作
る。約６６℃（１５０゜F)の温度に達すると、ブロック
は厚さ２．５４cm（inch)当り約１時間、５３８℃（１
０００゜F)〜６４９℃（１２００゜F)の温度範囲内で最
小２時間プラス２時間の間で、焼もどしの間環境温度に
冷却させることで、直に２重焼もどしされる。低炭素鋼
容器のなごりが、加熱処理後の機械加工によりブロック
から除かれる。
【００１７】「ＡＩＳＩ熱間加工工具鋼」は、クロム−
モリブデン熱間加工鋼、クロム−タングステン熱間加工
鋼、タングステン熱間加工鋼、及びモリブデン熱間加工
鋼として定義され、Ｈ１０、Ｈ１１及びＨ１２のような
クロム−モリブデン熱間加工鋼は、重量％で、０．３０
〜０．６０％の炭素、０．１０〜２．００％のマンガ
ン、０．０３％までのリン、０．３０〜２．００％のケ
イ素、２．００〜６．００％のクロム、０．２０〜１．
５０％のバナジウム、０．７５〜３．５０％のモリブデ
ン、２．００％までのニオブ、残り鉄及び付随的不純物
を含み；Ｈ１４、Ｈ１６、Ｈ１９及びＨ２３のようなク
ロム−タングステン熱間加工鋼は、重量％で、０．３０
〜０．６０％の炭素、０．１０〜２．００％のマンガ
ン、０．０３％までのリン、０．３０〜２．００％のケ
イ素、２．００〜１３．００％のクロム、０．２０〜
２．５０％のバナジウム、３．００〜１３．００％のタ
ングステン、０．１０〜２．００％のモリブデン、０．
５０〜５．００％のコバルト、４．００％までのニオ
ブ、残り鉄及び付随的不純物を含み；Ｈ２０、Ｈ２１、
Ｈ２２、Ｈ２４、Ｈ２５及びＨ２６のようなタングステ
ン熱間加工鋼は、重量％で、０．２０〜０．６０％の炭
素、０．１０〜２．００％のマンガン、０．０３％まで
のリン、０．１０〜１．００％のケイ素、２．００〜
６．００％のクロム、３．００％までのニッケル、０．
１０〜２．００％のバナジウム、５．００〜２０．００
％のタングステン、３．００％までのモリブデン、４．
００％までのコバルト、３．００％までのニオブ、残り
鉄及び付随的不純物を含み；Ｈ１５、Ｈ４１、Ｈ４２及
びＨ４３のようなモリブデン熱間加工鋼は、重量％で、
０．１０〜０．７０％の炭素、０．１０〜２．００％の
マンガン、０．１０〜１．００％のケイ素、２．００〜
６．００％のクロム、３．００％までのニッケル、０．
５０〜３．００％のバナジウム、８．００％までのタン
グステン、４．００〜１０．００％のモリブデン、２
６．００％までのコバルト、３．００％までのニオブ、
残り鉄及び付随的不純物を含んでいる。
モリブデン熱間加工鋼、クロム−タングステン熱間加工
鋼、タングステン熱間加工鋼、及びモリブデン熱間加工
鋼として定義され、Ｈ１０、Ｈ１１及びＨ１２のような
クロム−モリブデン熱間加工鋼は、重量％で、０．３０
〜０．６０％の炭素、０．１０〜２．００％のマンガ
ン、０．０３％までのリン、０．３０〜２．００％のケ
イ素、２．００〜６．００％のクロム、０．２０〜１．
５０％のバナジウム、０．７５〜３．５０％のモリブデ
ン、２．００％までのニオブ、残り鉄及び付随的不純物
を含み；Ｈ１４、Ｈ１６、Ｈ１９及びＨ２３のようなク
ロム−タングステン熱間加工鋼は、重量％で、０．３０
〜０．６０％の炭素、０．１０〜２．００％のマンガ
ン、０．０３％までのリン、０．３０〜２．００％のケ
イ素、２．００〜１３．００％のクロム、０．２０〜
２．５０％のバナジウム、３．００〜１３．００％のタ
ングステン、０．１０〜２．００％のモリブデン、０．
５０〜５．００％のコバルト、４．００％までのニオ
ブ、残り鉄及び付随的不純物を含み；Ｈ２０、Ｈ２１、
Ｈ２２、Ｈ２４、Ｈ２５及びＨ２６のようなタングステ
ン熱間加工鋼は、重量％で、０．２０〜０．６０％の炭
素、０．１０〜２．００％のマンガン、０．０３％まで
のリン、０．１０〜１．００％のケイ素、２．００〜
６．００％のクロム、３．００％までのニッケル、０．
１０〜２．００％のバナジウム、５．００〜２０．００
％のタングステン、３．００％までのモリブデン、４．
００％までのコバルト、３．００％までのニオブ、残り
鉄及び付随的不純物を含み；Ｈ１５、Ｈ４１、Ｈ４２及
びＨ４３のようなモリブデン熱間加工鋼は、重量％で、
０．１０〜０．７０％の炭素、０．１０〜２．００％の
マンガン、０．１０〜１．００％のケイ素、２．００〜
６．００％のクロム、３．００％までのニッケル、０．
５０〜３．００％のバナジウム、８．００％までのタン
グステン、４．００〜１０．００％のモリブデン、２
６．００％までのコバルト、３．００％までのニオブ、
残り鉄及び付随的不純物を含んでいる。
【００１８】「マルエージング鋼及び析出硬化鋼」は、
８１６℃（１５００゜F）以上の温度で固溶焼鈍処理か
らの冷却後柔かなマルテンサイト微細組織を示し、４８
２℃（９００゜F）以上の温度への加熱及び最小１時間
その温度に保持することにより、３５ＨＲＣ以上の硬度
に硬化されている鋼と定義されている。マルエージング
鋼及び析出硬化鋼は、ダイカスティングダイ部品及び他
の熱間加工工具部品としての使用に適し、重量％で、
０．２０％までの炭素、１．００％までのマンガン、
０．０４％までのリン、０．５０％までのケイ素、１
９．００％までのニッケル、１８．００％までのクロ
ム、８．００％までのモリブデン、６．００％までのタ
ングステン、１１．００％までのコバルト、４．００％
までの銅、２．００％までのニオブ、２．００％までの
チタン、２．００％までのアルミニウム、残り鉄及び付
随的不純物よりなっている。
８１６℃（１５００゜F）以上の温度で固溶焼鈍処理か
らの冷却後柔かなマルテンサイト微細組織を示し、４８
２℃（９００゜F）以上の温度への加熱及び最小１時間
その温度に保持することにより、３５ＨＲＣ以上の硬度
に硬化されている鋼と定義されている。マルエージング
鋼及び析出硬化鋼は、ダイカスティングダイ部品及び他
の熱間加工工具部品としての使用に適し、重量％で、
０．２０％までの炭素、１．００％までのマンガン、
０．０４％までのリン、０．５０％までのケイ素、１
９．００％までのニッケル、１８．００％までのクロ
ム、８．００％までのモリブデン、６．００％までのタ
ングステン、１１．００％までのコバルト、４．００％
までの銅、２．００％までのニオブ、２．００％までの
チタン、２．００％までのアルミニウム、残り鉄及び付
随的不純物よりなっている。
【００１９】
【実施例】現在入手できる予め硬化された熱間加工工具
鋼ダイブロックは、在来のインゴット治金を使って作ら
れている。それ自体、鋼は溶融され、インゴット型に鋳
造され、４５４kg（１０００pounds)以上の重さのイン
ゴットが作られる。若し鋼が、約０．０１０重量％以上
の硫黄を含むなら、硫黄はインゴットの中心に向って偏
析し、鋼にある他の元素と結合し、溶融鋼が固化すると
き不連続の硫黄リッチ粒子（硫化物）を作り、えられた
インゴットは硫黄の不均一分散を含んでいる。硫化物粒
子は展性があり、固化されたインゴットが引続き熱間鍛
造され又は熱間ロールされるとき、それらは鍛造及び／
又はローリングの方向に並行に伸ばされる。そのように
生成した線状の硫化物ストリンガーは、鋼における硫黄
含量の増加で多くなり厚くなる。
鋼ダイブロックは、在来のインゴット治金を使って作ら
れている。それ自体、鋼は溶融され、インゴット型に鋳
造され、４５４kg（１０００pounds)以上の重さのイン
ゴットが作られる。若し鋼が、約０．０１０重量％以上
の硫黄を含むなら、硫黄はインゴットの中心に向って偏
析し、鋼にある他の元素と結合し、溶融鋼が固化すると
き不連続の硫黄リッチ粒子（硫化物）を作り、えられた
インゴットは硫黄の不均一分散を含んでいる。硫化物粒
子は展性があり、固化されたインゴットが引続き熱間鍛
造され又は熱間ロールされるとき、それらは鍛造及び／
又はローリングの方向に並行に伸ばされる。そのように
生成した線状の硫化物ストリンガーは、鋼における硫黄
含量の増加で多くなり厚くなる。
【００２０】予め硬化された熱間加工工具鋼ダイブロッ
クのため、約０．１０重量％以上の硫黄含量が、熱間加
工工具の使用に要求された比較的高い硬度で、存来のチ
ップを作る方法により鋼を機械加工できるようにするた
め、必要である（３５〜５０ＨＲＣ)。この硫黄レベル
で、ダイブロックを作っている硫化物ストリンガーは、
図４に示されたように、大変多く、厚い。図４のａ及び
ｂは、存来の予め硬化された熱間加工工具鋼のダイブロ
ックのミクロ構造即ち微細組織の顕微鏡写真である。硬
化されたダイブロックの高機械加工性に帰着する多くの
硫化物が存在するが、その長さ、巾及び形は、そのよう
なダイブロックから製造した部品の衝撃靭性及び耐熱疲
労の減少を生じさせている。
クのため、約０．１０重量％以上の硫黄含量が、熱間加
工工具の使用に要求された比較的高い硬度で、存来のチ
ップを作る方法により鋼を機械加工できるようにするた
め、必要である（３５〜５０ＨＲＣ)。この硫黄レベル
で、ダイブロックを作っている硫化物ストリンガーは、
図４に示されたように、大変多く、厚い。図４のａ及び
ｂは、存来の予め硬化された熱間加工工具鋼のダイブロ
ックのミクロ構造即ち微細組織の顕微鏡写真である。硬
化されたダイブロックの高機械加工性に帰着する多くの
硫化物が存在するが、その長さ、巾及び形は、そのよう
なダイブロックから製造した部品の衝撃靭性及び耐熱疲
労の減少を生じさせている。
【００２１】不均一の分布を消去し、硫化物粒子のサイ
ズを最小にするため、及びそれによる衝撃靭性及び耐熱
疲労における負の効果を最小にするため、ダイブロック
は、硬化された状態で良好な機械加工性に必要な高硫黄
レベルを含んでいる予め合金化された粉末の、圧密熱間
加工、及び熱処理により作られえる。加えて、発明によ
る製造の方法を使って、現在入手できる予め硬化された
熱間加工工具鋼ダイブロックに使用されるであろうもの
よりも高い硫黄レベルでさえ、衝撃靭性又は耐熱疲労を
減じることなく硬化されたダイブロックの機械加工性を
更に改良するため使用されるであろう。
ズを最小にするため、及びそれによる衝撃靭性及び耐熱
疲労における負の効果を最小にするため、ダイブロック
は、硬化された状態で良好な機械加工性に必要な高硫黄
レベルを含んでいる予め合金化された粉末の、圧密熱間
加工、及び熱処理により作られえる。加えて、発明によ
る製造の方法を使って、現在入手できる予め硬化された
熱間加工工具鋼ダイブロックに使用されるであろうもの
よりも高い硫黄レベルでさえ、衝撃靭性又は耐熱疲労を
減じることなく硬化されたダイブロックの機械加工性を
更に改良するため使用されるであろう。
【００２２】発明の原理を論証するため、一連の実験の
ダイブロックが作られ、機械加工性及び熱疲労テストが
行われた。市販の存来の予め硬化された熱間加工工具鋼
ダイブロックも比較のため同じテストが行われた。実験
ダイブロック及び市販の存来の予め硬化されたダイブロ
ックの化学組成が表２に与えられている。
ダイブロックが作られ、機械加工性及び熱疲労テストが
行われた。市販の存来の予め硬化された熱間加工工具鋼
ダイブロックも比較のため同じテストが行われた。実験
ダイブロック及び市販の存来の予め硬化されたダイブロ
ックの化学組成が表２に与えられている。
【００２３】
【表２】
【００２４】実験ダイブロックは、予め合金化された粉
末を作るために窒素ガスで微粒化された４５．４kg（１
００−ポンド）誘導溶融加熱物から作られた。各加熱物
からの粉末は、−１６メッシュサイズ（米国標準）にス
クリーンされ、２０．３２cm（８−inch)長の低炭素鋼
容器により１１．４３cm（４-１/２−インチ）直径に詰
められた。各容器は熱間脱ガスされ、溶接により密封さ
れた。成型体は１１８５℃（２１６５゜F)、１０１５kg
／cm2(１４５００ｐｓｉ)で４時間高温静水圧成形さ
れ、環境温度に冷却された。それから、成型体は、２．
５４cm（１-inch)厚さダイブロックにより７．６２cm
（３-inch)巾に鍛造された。
末を作るために窒素ガスで微粒化された４５．４kg（１
００−ポンド）誘導溶融加熱物から作られた。各加熱物
からの粉末は、−１６メッシュサイズ（米国標準）にス
クリーンされ、２０．３２cm（８−inch)長の低炭素鋼
容器により１１．４３cm（４-１/２−インチ）直径に詰
められた。各容器は熱間脱ガスされ、溶接により密封さ
れた。成型体は１１８５℃（２１６５゜F)、１０１５kg
／cm2(１４５００ｐｓｉ)で４時間高温静水圧成形さ
れ、環境温度に冷却された。それから、成型体は、２．
５４cm（１-inch)厚さダイブロックにより７．６２cm
（３-inch)巾に鍛造された。
【００２５】現在入手可能な市販の予め硬化されたダイ
ブロックと発明のダイブロックとの利点を比較し、組成
及び製造法の重要性を論証するため数種のテストが行わ
れた。テストは、組成及び微細組織における製造方法の
効果、衝撃靭性、機械加工性及び耐熱疲労を論証するた
め行われた。種々の実験室テストのための標本が、発明
のダイブロックから切断され、硬化された。Ｈ１３及び
Ｈ１１標本は、１０２４℃（１８７５゜F)で３０分間オ
ーステナイズ化し、約６６℃（１５０゜F)に強制空気冷
却することにより焼入れされた。それから、それらは６
０４℃（１１２０゜F)で２時間プラス２時間２重即ち２
回焼なましされた。Ｈ１０標本は、１０２４℃（１８７
５゜F)で３０分間オーステナイズ化され、約６６℃（１
５０゜F)に油冷却することにより硬化され、それから約
６２９℃（１１６５゜F)で２時間プラス２時間２重に焼
なましされた。加熱処理後、すべてのテスト標本が仕上
機械加工された。市販の予め硬化されたダイブロックか
らの標本は、ブロックから切断され、直接仕上機械加工
された。
ブロックと発明のダイブロックとの利点を比較し、組成
及び製造法の重要性を論証するため数種のテストが行わ
れた。テストは、組成及び微細組織における製造方法の
効果、衝撃靭性、機械加工性及び耐熱疲労を論証するた
め行われた。種々の実験室テストのための標本が、発明
のダイブロックから切断され、硬化された。Ｈ１３及び
Ｈ１１標本は、１０２４℃（１８７５゜F)で３０分間オ
ーステナイズ化し、約６６℃（１５０゜F)に強制空気冷
却することにより焼入れされた。それから、それらは６
０４℃（１１２０゜F)で２時間プラス２時間２重即ち２
回焼なましされた。Ｈ１０標本は、１０２４℃（１８７
５゜F)で３０分間オーステナイズ化され、約６６℃（１
５０゜F)に油冷却することにより硬化され、それから約
６２９℃（１１６５゜F)で２時間プラス２時間２重に焼
なましされた。加熱処理後、すべてのテスト標本が仕上
機械加工された。市販の予め硬化されたダイブロックか
らの標本は、ブロックから切断され、直接仕上機械加工
された。
【００２６】発明のダイブロックの微細組織が、図５及
び図６に示されている。図４に示された市販の予め硬化
されたダイブロックの微細組織との比較は、発明のダイ
ブロックにおける硫化物が、より小さく、より均一に分
布され、一般に、より球状であることを示している。図
６は、発明のダイブロックにおける硫化物が、その最長
寸法ですべて５０ミクロン以下であることを示してい
る。発明のダイブロック、及び市販の予め硬化されたダ
イブロックにおいて行われた衝撃テストの結果が、表３
及び図７に与えられている。
び図６に示されている。図４に示された市販の予め硬化
されたダイブロックの微細組織との比較は、発明のダイ
ブロックにおける硫化物が、より小さく、より均一に分
布され、一般に、より球状であることを示している。図
６は、発明のダイブロックにおける硫化物が、その最長
寸法ですべて５０ミクロン以下であることを示してい
る。発明のダイブロック、及び市販の予め硬化されたダ
イブロックにおいて行われた衝撃テストの結果が、表３
及び図７に与えられている。
【００２７】
【表３】
【００２８】これらのテスト結果は、シャルピーＶ−切
り欠き衝撃テストに示されたように、発明のダイブロッ
クの切り欠き靭性が明らかに市販の予め硬化されたダイ
ブロック（ブロック９０−６４）より優れていることを
示している。初めのダイブロックに関し横方向をもつ衝
撃標本がテストされた。横方向が伝統的に熱間加工工具
部品において最低の切り欠き靭性及び破滅的失敗に対し
最大の傾向を示すからである。３１６℃（６００゜F)で
行われたテストは、アルミニウム合金のダイカスティン
グにおけるダイ部品により経験された温度に似ている。
図７は、市販の予め硬化されたダイブロックの切り欠き
靭性との比較において、発明のダイブロックの室温切り
欠き靭性における硫黄含量増加の効果を示している。示
されたように、硫黄含量の増加は、発明のダイブロック
における切り欠き靭性を減じるが、発明は、市販の予め
硬化されたダイブロックの２倍の硫黄レベルで、切り欠
き靭性において３倍の改良を許容している。
り欠き衝撃テストに示されたように、発明のダイブロッ
クの切り欠き靭性が明らかに市販の予め硬化されたダイ
ブロック（ブロック９０−６４）より優れていることを
示している。初めのダイブロックに関し横方向をもつ衝
撃標本がテストされた。横方向が伝統的に熱間加工工具
部品において最低の切り欠き靭性及び破滅的失敗に対し
最大の傾向を示すからである。３１６℃（６００゜F)で
行われたテストは、アルミニウム合金のダイカスティン
グにおけるダイ部品により経験された温度に似ている。
図７は、市販の予め硬化されたダイブロックの切り欠き
靭性との比較において、発明のダイブロックの室温切り
欠き靭性における硫黄含量増加の効果を示している。示
されたように、硫黄含量の増加は、発明のダイブロック
における切り欠き靭性を減じるが、発明は、市販の予め
硬化されたダイブロックの２倍の硫黄レベルで、切り欠
き靭性において３倍の改良を許容している。
【００２９】ＡＩＳＩ Ｈ１１及ＡＩＳＩ Ｈ１０から
作られた予め硬化され、再硫化されたダイブロックは、
市場で入手できない。それ故、これらダイブロックのサ
ンプルは、発明のダイブロックとの直接比較はできな
い。ＡＩＳＩ Ｈ１１及びＡＩＳＩ Ｈ１０組成物に基
かれている発明のダイブロックのための表３における衝
撃テストデータは、発明によりこれらの鋼が生成される
とき、えられた切り欠き靭性が、ＡＩＳＩ Ｈ１３熱間
加工鋼から作られた市販の予め硬化されたダイブロック
より優れていることを示している。
作られた予め硬化され、再硫化されたダイブロックは、
市場で入手できない。それ故、これらダイブロックのサ
ンプルは、発明のダイブロックとの直接比較はできな
い。ＡＩＳＩ Ｈ１１及びＡＩＳＩ Ｈ１０組成物に基
かれている発明のダイブロックのための表３における衝
撃テストデータは、発明によりこれらの鋼が生成される
とき、えられた切り欠き靭性が、ＡＩＳＩ Ｈ１３熱間
加工鋼から作られた市販の予め硬化されたダイブロック
より優れていることを示している。
【００３０】存来に作られたＡＩＳＩ Ｈ１１、ＡＩＳ
Ｉ Ｈ１０、他のＡＩＳＩ熱間加工工具鋼及びマルエー
ジング或いは析出硬化鋼に硫黄の添加は、在来に作られ
たＡＩＳＩ Ｈ１３において硫黄添加により生じた様
に、切り欠き靭性及び耐熱疲労に同じ有害な効果を生じ
ると期待されるであろう。硫化物粒子のインゴット偏析
及び形成及び形態学が、これら材料の全てから作られた
ダイブロックで類似であろうからである。ＡＩＳＩ Ｈ
１１及びＡＩＳＩ Ｈ１０熱間加工鋼の組成に基かれて
いる発明のダイブロックのテストデータは、発明の原理
が、熱間加工工具部品としての使用に適しているＡＩＳ
Ｉ熱間加工工具鋼及びマルエージング或いは析出硬化鋼
の全てに適応できることを論証している。
Ｉ Ｈ１０、他のＡＩＳＩ熱間加工工具鋼及びマルエー
ジング或いは析出硬化鋼に硫黄の添加は、在来に作られ
たＡＩＳＩ Ｈ１３において硫黄添加により生じた様
に、切り欠き靭性及び耐熱疲労に同じ有害な効果を生じ
ると期待されるであろう。硫化物粒子のインゴット偏析
及び形成及び形態学が、これら材料の全てから作られた
ダイブロックで類似であろうからである。ＡＩＳＩ Ｈ
１１及びＡＩＳＩ Ｈ１０熱間加工鋼の組成に基かれて
いる発明のダイブロックのテストデータは、発明の原理
が、熱間加工工具部品としての使用に適しているＡＩＳ
Ｉ熱間加工工具鋼及びマルエージング或いは析出硬化鋼
の全てに適応できることを論証している。
【００３１】発明のダイブロック及び市販の予め硬化さ
れたダイブロックで行われたドリル機械加工性テストの
結果が、表４及び図８に与えられている。
れたダイブロックで行われたドリル機械加工性テストの
結果が、表４及び図８に与えられている。
【００３２】
【表４】
【００３３】表４及び図８に与えられた機械加工性指数
は、発明のダイブロック及び市販の予め硬化されたダイ
ブロックにおいて、同じサイズ及び深さの穴をドリルす
るに要する時間を比較すること及びこれら時間の比較を
１００倍することにより得られた。１００より大きい指
数は、発明のダイブロックのドリル機械加工性が、市販
の予め硬化されたダイブロックより大であることを示し
ている。約９５及び１０５の間の指数は、テスト標本の
ドリル機械加工性が、テスト標本に匹敵することを示し
ている。
は、発明のダイブロック及び市販の予め硬化されたダイ
ブロックにおいて、同じサイズ及び深さの穴をドリルす
るに要する時間を比較すること及びこれら時間の比較を
１００倍することにより得られた。１００より大きい指
数は、発明のダイブロックのドリル機械加工性が、市販
の予め硬化されたダイブロックより大であることを示し
ている。約９５及び１０５の間の指数は、テスト標本の
ドリル機械加工性が、テスト標本に匹敵することを示し
ている。
【００３４】図８は、市販の予め硬化されたダイブロッ
クとの比較において、発明のダイブロックにおける硫黄
含量増加の効果を示している。又、この図は、硫黄含量
の増加が、機械加工性テストデータにおいてばらつきを
減じ、ダイブロックを通じさらに一貫した機械加工性を
示すことを示している。かくして、０．１５重量％以上
の硫黄を含んでいる発明の予め硬化されたダイブロック
は、現在入手可能な市販の予め硬化されたダイブロック
より、さらに一貫した再現可能な機械加工性を示すと期
待されるであろう。それ故、発明のダイブロックにおけ
る硫黄含量の好ましい範囲は、０．１５〜０．３０重量
％を含んでいる。この範囲内の硫黄レベルは、機械加工
性及び切り欠き靭性の最高の組合せを与えている。
クとの比較において、発明のダイブロックにおける硫黄
含量増加の効果を示している。又、この図は、硫黄含量
の増加が、機械加工性テストデータにおいてばらつきを
減じ、ダイブロックを通じさらに一貫した機械加工性を
示すことを示している。かくして、０．１５重量％以上
の硫黄を含んでいる発明の予め硬化されたダイブロック
は、現在入手可能な市販の予め硬化されたダイブロック
より、さらに一貫した再現可能な機械加工性を示すと期
待されるであろう。それ故、発明のダイブロックにおけ
る硫黄含量の好ましい範囲は、０．１５〜０．３０重量
％を含んでいる。この範囲内の硫黄レベルは、機械加工
性及び切り欠き靭性の最高の組合せを与えている。
【００３５】発明のダイブロック及び市販の予め硬化さ
れたダイブロックで行われた熱疲労テストの結果が、図
９に示されている。このテストは、標本セットを交互に
６７７℃（１２５０゜F)に保持された溶融アルミニウム
浴及び約９３℃（２００゜F)での水浴に浸すことにより
行われている。規定の間隔で、標本が移され、標本の長
方形の断面のかどで生じている熱疲労クラックの存在を
顕微鏡的に試験され、０．０４cm（０．０１５inch)以
上のクラックが計算されている。かどあたりのクラック
の高い平均数は、熱疲労クラッキングに抵抗性が弱いこ
とを示している。テストの巡回性は、ダイカスティング
ダイ部品及び他の熱間加工冷却部品が経験する熱サイク
リングをまねている。それらが交互に熱間加工片と接す
ることで加熱され、水又は空気冷却により冷されている
からである。図９に示された結果は、市販の予め合金化
されたダイブロックと対比し、発明のダイブロックのす
ぐれた耐熱疲労を示している。
れたダイブロックで行われた熱疲労テストの結果が、図
９に示されている。このテストは、標本セットを交互に
６７７℃（１２５０゜F)に保持された溶融アルミニウム
浴及び約９３℃（２００゜F)での水浴に浸すことにより
行われている。規定の間隔で、標本が移され、標本の長
方形の断面のかどで生じている熱疲労クラックの存在を
顕微鏡的に試験され、０．０４cm（０．０１５inch)以
上のクラックが計算されている。かどあたりのクラック
の高い平均数は、熱疲労クラッキングに抵抗性が弱いこ
とを示している。テストの巡回性は、ダイカスティング
ダイ部品及び他の熱間加工冷却部品が経験する熱サイク
リングをまねている。それらが交互に熱間加工片と接す
ることで加熱され、水又は空気冷却により冷されている
からである。図９に示された結果は、市販の予め合金化
されたダイブロックと対比し、発明のダイブロックのす
ぐれた耐熱疲労を示している。
【００３６】発明のダイブロックのすぐれた衝撃靭性及
び耐熱疲労は、発明のダイブロックに存在する硫化物
が、市販の予め硬化されたダイブロックにおけるそれと
較べ、材料中により小さく、均一に分散されているとい
う事実から生じていると信じられている。発明のダイブ
ロックにおける硫化物の最大のサイズは、その最長の寸
法で約５０ミクロン以下である。代表的には、硫化物
は、マンガンから生じている硫化マンガンであり、硫黄
は慣例的にこのタイプの鋼に存在する；然しながら、カ
ルシウムのような他の硫化物形成元素も存在し、硫黄と
結合して発明の目的及びその改良された性質に悪影響を
及ぼすことなく硫化物を作る。それ故、添加的硫化物生
成元素の存在は、発明の範囲内にある様意図されてい
る。窒素は、発明の範囲内で炭素の一部に置換され、タ
ングステンは２：１の比でモリブデンに置換されるであ
ろう。別に示されていないなら、全％は重量％である。
び耐熱疲労は、発明のダイブロックに存在する硫化物
が、市販の予め硬化されたダイブロックにおけるそれと
較べ、材料中により小さく、均一に分散されているとい
う事実から生じていると信じられている。発明のダイブ
ロックにおける硫化物の最大のサイズは、その最長の寸
法で約５０ミクロン以下である。代表的には、硫化物
は、マンガンから生じている硫化マンガンであり、硫黄
は慣例的にこのタイプの鋼に存在する；然しながら、カ
ルシウムのような他の硫化物形成元素も存在し、硫黄と
結合して発明の目的及びその改良された性質に悪影響を
及ぼすことなく硫化物を作る。それ故、添加的硫化物生
成元素の存在は、発明の範囲内にある様意図されてい
る。窒素は、発明の範囲内で炭素の一部に置換され、タ
ングステンは２：１の比でモリブデンに置換されるであ
ろう。別に示されていないなら、全％は重量％である。
【００３７】
【発明の効果】本発明により、高い硫黄含量をもち、衝
撃靭性、機械加工性及び耐熱疲労性にすぐれたマルテン
サイト熱間加工工具鋼ダイブロックが得られている。
撃靭性、機械加工性及び耐熱疲労性にすぐれたマルテン
サイト熱間加工工具鋼ダイブロックが得られている。
【図１】在来に製造されたＡＩＳＩ Ｈ１３の耐熱疲労
における硫黄含量増加の有害効果を平均最大クラック長
さにより測定した結果を示すグラフ図である。
における硫黄含量増加の有害効果を平均最大クラック長
さにより測定した結果を示すグラフ図である。
【図２】在来に製造されたＡＩＳＩ Ｈ１３の耐熱疲労
における硫黄含量増加の有害効果を全クラック面積によ
り測定した結果を示すグラフ図である。
における硫黄含量増加の有害効果を全クラック面積によ
り測定した結果を示すグラフ図である。
【図３】在来に製造されたＡＩＳＩ Ｈ１３の動的破壊
靭性における硫黄含量増加の有害効果を示すグラフ図で
ある。
靭性における硫黄含量増加の有害効果を示すグラフ図で
ある。
【図４】ａ及びｂは存来に製造され、再硫化された熱間
加工工具鋼ダイブロック９０−６４の微細組織を示して
いる夫々２００倍（図４ａ）及び５００倍（図４ｂ）で
の結晶構造の顕微鏡写真である。
加工工具鋼ダイブロック９０−６４の微細組織を示して
いる夫々２００倍（図４ａ）及び５００倍（図４ｂ）で
の結晶構造の顕微鏡写真である。
【図５】ａ、ｂ及びｃは夫々０．０７５％、０．１５％
及び０．３０％の硫黄含量での発明による熱間加工工具
鋼ダイブロックの微細組織を示す結晶構造の顕微鏡写真
である。（５００倍）
及び０．３０％の硫黄含量での発明による熱間加工工具
鋼ダイブロックの微細組織を示す結晶構造の顕微鏡写真
である。（５００倍）
【図６】ａ、ｂ及びｃは発明による熱間加工工具鋼ダイ
ブロックにおける硫化物粒子の最大サイズが５０ミクロ
ン以下であることを示している結晶構造の顕微鏡写真で
ある。（２００倍）
ブロックにおける硫化物粒子の最大サイズが５０ミクロ
ン以下であることを示している結晶構造の顕微鏡写真で
ある。（２００倍）
【図７】在来の熱間加工工具鋼ダイブロックのサンプル
及び発明によるサンプルにおけるシャルピーＶ−切り欠
き衝撃テストの結果を示しているグラフ図である。
及び発明によるサンプルにおけるシャルピーＶ−切り欠
き衝撃テストの結果を示しているグラフ図である。
【図８】在来の熱間加工工具鋼ダイブロックのサンプル
及び発明によるサンプルにおけるドリル機械加工性の結
果を示しているグラフ図である。
及び発明によるサンプルにおけるドリル機械加工性の結
果を示しているグラフ図である。
【図９】在来の熱間加工工具鋼ダイブロックのサンプル
及び発明によるサンプルにおける熱疲労テストの結果を
示しているグラフ図である。
及び発明によるサンプルにおける熱疲労テストの結果を
示しているグラフ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 38/60 Ｂ２２Ｆ 5/00 Ｆ (72)発明者 ケネス イー． ピンナウ アメリカ合衆国 ペンシルヴアニア 15237 ピツツバーグ ドロード レー ン 131 (72)発明者 ウイリアム スタスコ アメリカ合衆国 ペンシルヴアニア 15120 ウエスト ホームステッド ド ッグウッド プレイス 3400 (56)参考文献 特開 昭63−57746（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−134648（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−8145（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B22D 17/22 B22F 5/00 C22C 33/02 C22C 38/00 C22C 38/60
Claims (14)
- 【請求項１】 ダイカスティングダイ部品及び他の熱間
加工工具部品の製造に適したマルテンサイト熱間加工工
具鋼ダイブロック物体であって、該物体が３５〜５０Ｈ
ＲＣの範囲内の硬度をもちかつ４４〜４６ＨＲＣの硬度
に熱処理されるとき、及び２２℃（７２゜F)及び３１６
℃（６００゜F)両者でテストされるとき、０．６９kg−
ｍ（５foot−pounds)の最小横シャルピーＶ−切り欠き
衝撃靭性を持ち、該物体が０．０５〜０．３０重量％の
硫黄を含む合金粒子に熱間加工と熱処理とを加え該合金
粒子を理論密度に近い密度に圧縮したマルテンサイト熱
間加工工具鋼塊よりなることを特徴とするマルテンサイ
ト熱間加工工具鋼ダイブロック物体。 - 【請求項２】 最長の方向で測って５０ミクロンの寸法
の硫化物粒子を有する請求項１のマルテンサイト鋼ダイ
ブロック物体。 - 【請求項３】 ダイカスティングダイ部品及び他の熱間
加工工具部品の製造に適したマルテンサイト熱間加工工
具鋼ダイブロック物体であって、該物体が３５〜５０Ｈ
ＲＣの範囲内の硬度をもちかつ４４〜４６ＨＲＣの硬度
に熱処理されるとき、及び２２℃（７２゜F)及び３１６
℃（６００゜F)両者でテストされるとき、０．６９kg−
ｍ（５foot−pounds)の最小横シャルピーＶ−切り欠き
衝撃靭性を持ち、該物体が、本質的に重量％で、０．３
２〜０．４５％の炭素、０．２０〜２．００％のマンガ
ン、０．０５〜０．３０％の硫黄、０．０３％までのリ
ン、０．８０〜１．２０％のケイ素、４．７〜５．７０
％のクロム、１．１０〜１．７５％のモリブデン、０．
８０〜１．２０％のバナジウム、残り鉄及び付随的不純
物よりなる合金粒子に熱間加工と熱処理とを加え該合金
粒子を理論密度に近い密度に圧縮した塊よりなることを
特徴とするマルテンサイト熱間加工工具鋼ダイブロック
物体。 - 【請求項４】 ダイカスティングダイ部品及び他の熱間
加工工具部品の製造に適したマルテンサイト熱間加工工
具鋼ダイブロック物体であって、該物体が３５〜５０Ｈ
ＲＣの範囲内の硬度をもちかつ４４〜４６ＨＲＣの硬度
に熱処理されるとき、及び２２℃（７２゜F)及び３１６
℃（６００゜F)両者でテストされるとき、０．６９kg−
ｍ（５foot−pounds)の最小横シャルピーＶ−切り欠き
衝撃靭性を持ち、該物体が、硫黄が０．０５〜０．３０
重量％の範囲内に添加されているＡＩＳＩ熱間加工工具
鋼の化学組成よりなる合金粒子に熱間加工と熱処理とを
加え該合金粒子を理論密度に近い密度に圧縮した塊より
なることを特徴とするマルテンサイト熱間加工工具鋼ダ
イブロック物体。 - 【請求項５】 ダイカスティングダイ部品及び他の熱間
加工工具部品の製造に適したマルテンサイト鋼ダイブロ
ック物体であって、該物体が３５〜５０ＨＲＣの範囲内
の硬度をもちかつ４４〜４６ＨＲＣの硬度に熱処理され
るとき、及び２２℃（７２゜F)及び３１６℃（６００゜
F)両者でテストされるとき、０．６９kg−ｍ（５foot−
pounds)の最小横シャルピーＶ−切り欠き衝撃靭性を持
ち、該物体が、加工されたマルエージング或いは析出硬
化鋼の化学組成よりなる合金粒子に熱間加工と熱処理と
を加え該合金粒子を理論密度に近い密度に圧縮した塊よ
りなり、該加工されたマルエージング或いは析出硬化鋼
が、硫黄が０．０５〜０．３０重量％の範囲内添加され
ているものであることを特徴とするマルテンサイト鋼ダ
イブロック物体。 - 【請求項６】 硫化物粒子の最大寸法が、最長の方向で
測った寸法の５０ミクロンである請求項３、４又は５の
マルテンサイト鋼ダイブロック物体。 - 【請求項７】 硫黄含量が、０．１５〜０．３０重量％
の範囲内にある請求項３、４又は５のマルテンサイト鋼
ダイブロック物体。 - 【請求項８】 ダイカスティングダイ部品及び他の熱間
加工工具部品の製造に適したマルテンサイト熱間加工工
具鋼ダイブロック物体を製造する方法であって、該方法
が、ガス微粒化により合金粒子を作ること、合金粒子を
理論密度に近い密度に成形し成型体を作ること、成型体
を該物体の望まれた形に熱間加工すること、該物体を焼
鈍すること、加熱及び冷却により該物体を硬化させてマ
ルテンサイト組織を生成すること、及び該物体を焼もど
すことよりなり、焼もどしが環境温度への中間冷却を備
える少くとも２度の焼もどし処理を含んでおり、該方法
により作られた物体が３５〜５０ＨＲＣの範囲内の硬度
をもちかつ４４〜４６ＨＲＣの硬度に熱処理されると
き、及び２２℃（７２゜F)及び３１６℃（６００゜ F)両
者でテストされるとき、０．６９kg−ｍ（５foot−poun
ds)の最小横シャルピーＶ−切り欠き衝撃靭性をもち、
該物体が、本質的に重量％で、０．３２〜０．４５％の
炭素、０．２０〜２．００％のマンガン、０．０５〜
０．３０％の硫黄、０．０３％までのリン、０．８０〜
１．２０％のケイ素、４．７５〜５．７０％のクロム、
１．１０〜１．７５％のモリブデン、０．８０〜１．２
０％のバナジウム、残り鉄及び付随的不純物よりなる合
金粒子に熱間加工と熱処理とを加え該合金粒子を理論密
度に近い密度に圧縮した塊よりなることを特徴とする方
法。 - 【請求項９】 ダイカスティングダイ部品及び他の熱間
加工工具部品の製造に適したマルテンサイト熱間加工鋼
ダイブロック物体を製造する方法であって、該方法が、
窒素ガス微粒化により合金粒子を製造すること、合金粒
子を理論密度に近い密度に成形し、成型体を作ること、
成型体を該物体の望まれた形に熱間加工すること、該物
体を焼鈍すること、該物体を加熱及び冷却することによ
り硬化させマルテンサイト組織を作ること及び該物体を
焼もどすことよりなり、焼もどしが環境温度への中間冷
却を備える少くとも２度の焼もどし処理を含んでおり該
方法により作られた物体が３５〜５０ＨＲＣの範囲内の
硬度をもちかつ４４〜４６ＨＲＣの硬度に熱処理される
とき及び２２℃（７２゜F)及び３１６℃（６００゜F)両
者でテストされるとき、０．６９kg−ｍ（５foot−poun
ds)の最小横シャルピーＶ−切り欠き衝撃靭性を持ち、
該物体が、硫黄が０．０５〜０．３０重量％の範囲内添
加されているＡＩＳＩ熱間加工工具鋼の化学組成物より
なる合金粒子に熱間加工と熱処理とを加え該合金粒子を
理論密度に近い密度に圧縮した塊よりなることを特徴と
する方法。 - 【請求項１０】 ダイカスティングダイ部品及び他の熱
間加工工具部品の製造に適したマルテンサイト鋼ダイブ
ロック物体を製造する方法であって、該方法が、ガス微
粒化により合金粒子を製造すること、合金粒子を理論密
度に近い密度に成形し成型体を作ること、成型体を該物
体の望まれた形に熱間加工すること、マルテンサイト組
織を作るため、該物体を固溶化焼鈍し、及び加熱、冷却
することにより該物体を加工硬さにする時効硬化を行う
ことよりなり該方法により作られた物体が３５〜５５Ｈ
ＲＣの範囲内の硬度をもちかつ４４〜４６ＨＲＣの硬度
に熱処理されるとき、及び２２℃（７２゜F)及び３１６
℃（６００゜F)両者でテストされるとき、０．９６kg−
ｍ（５foot pounds)の最小横シャルピーＶ−切り欠き衝
撃靭性を有し、該物体は、マルエージング或いは析出硬
化鋼の化学組成よりなる合金粒子に熱間加工と熱処理と
を加え該合金粒子を理論密度に近い密度に圧縮した塊よ
りなり、それに硫黄が０．０５〜０．３０重量％の範囲
に添加されていることを特徴とする方法。 - 【請求項１１】 硫化物粒子の最大寸法が最長の方向で
測って５０ミクロンである請求項８、９又は１０の方
法。 - 【請求項１２】 硫黄含量が０．１５〜０．３０重量％
の範囲内にある請求項８、９、１０又は１１の方法。 - 【請求項１３】 高温静水圧成形が９８２℃（１８００
゜F)〜１３１６℃（２４００゜F)の温度範囲及び７００
kg／cm2(１０，０００ｐｓｉ)以上の圧力で１２時間ま
で行われ、熱間加工が９８２℃（１８００゜F)〜１２３
２℃（２２５０゜F)の温度範囲で行われ、焼鈍が、時間
当り１０℃（５０゜F)以下の速度である焼鈍温度からの
冷却で８４３℃（１５５０゜F)〜９２７℃（１７００゜
F)の範囲内温度で行われ、硬化が厚さ２．５４cm（inc
h)あたり１／２時間９８２℃（１８００゜F)〜１０６６
℃（１９５０゜F)の範囲内の温度への加熱により、分あ
たり−７℃（２０゜F)の降温速度での冷却で該マルテン
サイト組織が与えられ、該焼もどしが、厚さ２．５４cm
（inch)あたり１時間で各焼もどしに対し最大２時間、
５３８℃（１０００゜F)〜６４９℃（１２００゜F)の範
囲で行われている請求項８、９又は１１の方法。 - 【請求項１４】 該成型が、９８２℃（１８００゜F)〜
１３１６℃（２４００゜F)の温度範囲内、７００kg／cm
2(１０，０００ｐｓｉ)までの圧力で１２時間まで高温
静水圧成形であり、熱間加工が、９８２℃（１８００゜
F)〜１２６０℃（２３００゜F)の温度範囲であり、該固
溶化焼鈍が、８１６℃（１５００゜F)〜１０３８℃（１
９００゜F)の温度範囲内でありかつ、空気で達せられる
速度と少くとも等しい速度で該温度から周囲温度に冷却
することでなし、該時効硬化が４８２℃（９００゜F)の
最小温度への加熱により、最小１時間該温度に保持され
ていることで行う請求項１０の方法。
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| US08/126,556 | 1993-09-27 | ||
| US08/126,556 US5447800A (en) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | Martensitic hot work tool steel die block article and method of manufacture |
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