JP3352889B2 - 窒化特性に優れた熱間工具鋼 - Google Patents
窒化特性に優れた熱間工具鋼Info
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Description
ス、アルミダイカスト金型等の繰返し窒化処理を行う熱
間工具鋼に関するものである。
カスト金型等の熱間工具には、SKD61系の合金工具
鋼が使用されている。これらの熱間加工用金型は、被加
工材との摩擦作用による損耗や、繰返し熱応力を受ける
ことによるヒートチェックが発生しやすい。そのため、
一般にはこれらの金型に窒化処理を施し、耐摩耗性や高
温強度を向上させている。しかし、1回の窒化処理で
は、使用中に窒化層の剥離等で目的の特性が得られなく
なるため、通常金型使用途中に何度か繰返し窒化処理を
施すことが多い。一方、窒化特性を改良した鋼について
は、特開平5−59487号公報が開示されているが、
これは、窒化層の拡散を困難にし、窒化層の深さが大き
くなることを抑制した金型用鋼が知られている。
加工技術の進歩に伴い、金型にかかる負荷が増大してい
るのが実状である。そのため、従来使用されているSK
D61等の合金工具鋼を窒化処理した金型では、十分な
表面硬度と硬化深さが得られず、早期に寿命となってい
るケースが増えてきた。本発明の目的は、繰返し窒化処
理を行った場合に表面硬度が高く、硬化深さの深い窒化
層が得られる熱間工具鋼を提供することである。
鋼に窒化処理を行った場合の窒化表面の硬さと硬化深さ
について鋭意研究した結果、Si、Alの含有量の影響
が大きいことを見出した。なお、この傾向は、繰返し窒
化することでより顕著に現れる。また、金型に窒化処理
を行うと、金型表面から窒素が拡散し、硬い窒化物を形
成するため、金型表面には、硬い窒化層が得られる。本
発明は、熱間工具鋼に窒化処理を行った場合、Siの低
減が金型表面からの窒素の拡散を容易にすることで、窒
化表面の硬さを上昇させるとともに硬化深さを増大する
ことに基づくものである。また、Alの低減についても
硬化深さの増大に有効である。
量%で、C :0.2〜0.6%、Si:0.1〜0.
5%、Mn:0.1〜2.0%、Cr:1.0〜6.0
%、MoとWを1種または2種で1/2W+Mo:0.
2〜5.0%、Al:0.05%以下およびV :0.
05〜1.50%、Nb:0.01〜0.30%、の1
種または2種を含有し、残部Feおよび不可避的不純物
からなることを特徴とする窒化特性に優れた熱間工具
鋼。
量%で、C :0.2〜0.6%、Si:0.1〜0.
5%、Mn:0.1〜2.0%、Cr:1.0〜6.0
%、MoとWを1種または2種で1/2W+Mo:0.
2〜5.0%、Al:0.05%以下およびV :0.
05〜1.50%、Nb:0.01〜0.30%の1種
または2種さらに加えてNi:0.2〜2.5%、C
o:0.2〜3.0%、の1種または2種を含有し、残
部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする
窒化特性に優れた熱間工具鋼にある。
する。鋼中に含まれるSiは、そのほとんどが基地中に
固溶した状態で存在している。従来、アルミ押し出しダ
イスやアルミダイカスト金型に適用されるSKD61系
熱間工具鋼にはSiが1%前後含まれている。このよう
な鋼種からなる金型に窒化処理を施した場合、鋼中には
多量にSiが固溶しているため、窒素の拡散が阻害さ
れ、深い窒化層を得ることは困難であり、表面硬さが低
く、硬化深さの浅い窒化層となる。
制限することにより、鋼中へのSiの固溶量を減少さ
せ、窒素の内部への拡散を促進する。このため、金型表
面とその内部深くまで多量の窒素が存在することにな
る。つまり、硬化に寄与する窒化物の量が金型表面とそ
の内部深くで多量に存在することで、表面硬さが高く、
硬化深さの深い窒化層が得られるわけである。さらに、
Alの低減もSiの低減と同様に深い窒化層を得るため
には硬化がある。Alは窒素との親和力の非常に強い元
素であり、多量にAlが含まれている鋼に窒化処理を施
すと、窒素は表面でAlと結合してしまい、表面で滞留
してしまうため、内部へ拡散、固溶する窒素量が減少
し、その結果、窒化深さが浅くなってしまう。このた
め、本発明鋼では、Al含有量についても制限してい
る。以上のことから、Si、Alの添加量を制限するこ
とで窒化処理を行った場合に表面硬度が高く、硬化深さ
の深い窒化層を得て、熱間加工時における窒化層の剥
離、摩耗、ヒートチェックを抑制することが出来る熱間
工具鋼の提供が可能となった。
えると共に、Cr、Mo、V、W、Nb等の元素と結合
して複炭化物を形成して高温強度、耐摩耗性を与える元
素である。0.2%未満では、十分な硬さが得られず、
0.6%を超えると靱性が劣化してしまうため、Cは、
0.2〜0.6%とした。
有効であるため、少なくとも0.1%は必要である。し
かし、多量に添加すると、基地中に固溶したSi量が多
くなり、窒化処理時において、窒素の拡散が困難とな
り、表面硬度の低下、硬化深さの減少をまねく。このこ
とを明らかにするため、窒化処理した熱間工具鋼の表面
硬さおよび硬化深さにおよぼすSi含有量の影響につい
て調査し、結果を図1および図2に示す。これらの図か
ら、Siを0.5%以下とすることで、表面硬度が高
く、硬化深さの深い窒化層が得られ、繰り返し窒化処理
することでさらに顕著となることが判る。また、Siの
多量な添加は、靱性にも悪影響を及ぼすため、Siは
0.1〜0.5%とした。
高めるとともに焼入れ性を向上させる元素で、少なくと
も0.1%添加する必要がある。しかし、2.0%を超
えて添加すると靱性を低下させるとともに被削性を低下
させるので上限を2.0%とした。 Cr:1.0〜6.0% Crは、Cと結合して硬質の複炭化物を形成して耐摩耗
性を高めるとともに、焼入れ性を高める元素であり、
1.0%以上必要である。しかし、6.0%を超えて添
加するとCr炭化物の凝集粗大化をまねき、耐軟化抵抗
性を阻害するため、Crは、1.0〜6.0%とした。
高温強度高温軟化抵抗性を向上させる元素である。ただ
し、この効果を得るためのW量はMo量の2倍必要であ
る。よってこれらの効果を得るためには、Mo当量(1
/2W+Mo)で0.2以上必要である。また、多量に
添加すると巨大炭化物および偏析を生成し、靱性および
ヒートチェック性を劣化させることから上限をMo当量
(1/2W+Mo)で5.0%とした。
02%程度含まれている。しかし、多量に添加すると、
窒化処理において表面硬度の上昇は期待できるものの本
発明の特徴である硬化深さの深い窒化層が得られなくな
るとともに靱性を劣化させてしまう。このことを明らか
にするため、窒化処理した熱間工具鋼の硬化深さにおよ
ぼすAl含有量の影響について調査し、結果を図3に示
す。この図から、Alを0.05%以下とすることで、
硬化深さの深い窒化層が得られ、繰り返し窒化処理する
ことでさらに顕著となることが判る。以上のことから、
Alは0.05%以下とした。
よび耐軟化抵抗性を高めるとともに結晶粒を微細化して
靱性を向上させる元素であり、少なくとも0.05%以
上の添加が必要である。しかし、1.5%を超えて添加
すると、靱性が劣化し、被削性の低下をまねくのでVは
0.1〜1.5%とした。 Nb:0.01〜0.30% Nbは、V炭化物よりも固溶しにくい安定な炭化物を形
成し、結晶粒微細効果が大きく靱性を向上させるととも
に耐摩耗性および耐軟化抵抗性も向上させる元素であ
り、少なくとも0.01%以上の添加が必要である。し
かし、0.30%を超えて添加すると過剰に炭化物を形
成し、靱性を低下させるため、Nbは0.01〜0.3
0%とした。
り、0.2%以上の添加により、その効果が現れる。し
かし、2.5%を超えると高温強度、被削性を低下させ
ることから、Niは0.2〜2.5%とした。 Co:0.2〜3.0% Coは、高温での炭化物の凝集粗大化を抑制し、耐軟化
抵抗性の向上に寄与する元素であり、これらの効果を得
るためには、0.2%以上の添加が必要であり、3.0
%を超えると靱性やヒートチェック性を劣化させるの
で、Coは0.2〜3.0%とした。
1に示した1〜9の9ヒートを100kg真空誘導溶解
炉にて出鋼し、平均径190mmの鋼塊に鋳込み、これ
を角30mmに鍛伸して供試材とした。各供試材から角
30mm×30mmの試験片を作製し、焼入焼戻しによ
って48HRCに調整した。各試験片に1回、3回、6
回のタフトライド処理(570℃×5h)を行い、各試
験片の窒化後の表面硬度およびビッカース硬さ600H
Vを示す深さを測定し、結果を表2に示す。表2におい
て、No.1〜No.8は本発明鋼であり、SKD61
相当鋼である従来鋼No.9に比べ、表面硬度が高く、
硬化深さも深くなっている。この傾向は、窒化処理回数
の増加とともに顕著になっている。
る押出しダイスを作製し、焼入焼戻しによって48HR
Cに調整した後、タフトライド処理(570℃×5h)
を行い、1800tプレス装置にて450〜460℃の
加工温度でアルミの押出し加工を行った。なお、本押出
し加工テストでは、何度か再窒化処理を行っており、い
ずれのダイスも寿命に至るまで合計10回の繰り返し窒
化処理を行った。テストの結果を表2に示す。本発明鋼
No.1〜No.8からなるダイスの寿命は、表2のご
とく、従来鋼No.9からなるそれに比べ、いずれの本
発明鋼においてもおよそ2倍向上した。
性が良好であり、表面硬度が高く、硬化深さの深い窒化
層が得られる。そのため、熱間加工時の早期における窒
化層の剥離、摩耗、ヒートチェックを抑制することが出
来、従来の金型に比べ長寿命が期待できる。また、本発
明鋼の良好な窒化処理性は繰返し窒化処理にてより顕著
に現れ、繰返し窒化処理を行う金型に特に有効である。
Si含有量の影響を示す図である。
Si含有量の影響を示す図である。
Al含有量の影響を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で、 C :0.2〜0.6%、 Si:0.1〜0.5%、 Mn:0.1〜2.0%、 Cr:1.0〜6.0%、 MoとWを1種または2種で1/2W+Mo:0.2〜
5.0%、 Al:0.05%以下 および V :0.05〜1.50%、 Nb:0.01〜0.30%、 の1種または2種を含有し、残部Feおよび不可避的不
純物からなることを特徴とする窒化特性に優れた熱間工
具鋼。 - 【請求項2】 重量%で、 C :0.2〜0.6%、 Si:0.1〜0.5%、 Mn:0.1〜2.0%、 Cr:1.0〜6.0%、 MoとWを1種または2種で1/2W+Mo:0.2〜
5.0%、 Al:0.05%以下 および V :0.05〜1.50%、 Nb:0.01〜0.30%の1種または2種 さらに加えて Ni:0.2〜2.5%、 Co:0.2〜3.0%、 の1種または2種を含有し、残部Feおよび不可避的不
純物からなることを特徴とする窒化特性に優れた熱間工
具鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27277496A JP3352889B2 (ja) | 1996-10-16 | 1996-10-16 | 窒化特性に優れた熱間工具鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27277496A JP3352889B2 (ja) | 1996-10-16 | 1996-10-16 | 窒化特性に優れた熱間工具鋼 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10121195A JPH10121195A (ja) | 1998-05-12 |
JP3352889B2 true JP3352889B2 (ja) | 2002-12-03 |
Family
ID=17518565
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27277496A Expired - Lifetime JP3352889B2 (ja) | 1996-10-16 | 1996-10-16 | 窒化特性に優れた熱間工具鋼 |
Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP3352889B2 (ja) |
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US7722727B2 (en) | 2002-06-13 | 2010-05-25 | Uddeholm Tooling Aktiebolag | Steel and mould tool for plastic materials made of the steel |
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JPH06172943A (ja) * | 1992-12-09 | 1994-06-21 | Hitachi Metals Ltd | 耐摩耗性にすぐれる熱間加工用金型 |
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1996
- 1996-10-16 JP JP27277496A patent/JP3352889B2/ja not_active Expired - Lifetime
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