JP3520633B2 - 靱性および高温強度に優れた熱間工具用マルエージング鋼 - Google Patents
靱性および高温強度に優れた熱間工具用マルエージング鋼Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はダイカスト金型、熱
間鍛造用金型、熱間押出用金型等の各種熱間工具に使用
されるマルエージング鋼に関する。なお、本明細書にお
いて％は重量％を意味する。
間鍛造用金型、熱間押出用金型等の各種熱間工具に使用
されるマルエージング鋼に関する。なお、本明細書にお
いて％は重量％を意味する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム、亜鉛、マグネシウム等の
合金をダイカストする金型や、鋼、アルミニウム合金の
熱間鍛造または熱間押出に使用される金型の材質として
は、ＪＩＳ Ｇ４４０４にＳＫＤ６１として規定される
工具鋼が一般に用いられている。しかし熱間工具は、そ
の表面で急速加熱と急速冷却が繰り返される過酷な条件
下で使用され、なかでもダイカスト金型は特にその使用
条件が過酷なため、ＳＫＤ６１ではヒートチエックと呼
ばれる熱塑性歪みによる亀裂が発生しやすい。そのため
材質等の面で様々な改良が試みられてはいるものの、未
だ満足すべき耐ヒートチェック性が得られていないのが
実情である。
合金をダイカストする金型や、鋼、アルミニウム合金の
熱間鍛造または熱間押出に使用される金型の材質として
は、ＪＩＳ Ｇ４４０４にＳＫＤ６１として規定される
工具鋼が一般に用いられている。しかし熱間工具は、そ
の表面で急速加熱と急速冷却が繰り返される過酷な条件
下で使用され、なかでもダイカスト金型は特にその使用
条件が過酷なため、ＳＫＤ６１ではヒートチエックと呼
ばれる熱塑性歪みによる亀裂が発生しやすい。そのため
材質等の面で様々な改良が試みられてはいるものの、未
だ満足すべき耐ヒートチェック性が得られていないのが
実情である。
【０００３】一方、熱間工具の製作コストを低減する観
点から、熱間工具へのマルエージング鋼の適用が検討さ
れている。マルエージング鋼は、溶体化処理のままでは
低強度で加工しやすく、その後の時効処理で硬化させて
使用することができるため、高硬度の状態で切削する必
要があるＳＫＤ６１より、製作コストを低減することが
できる。また、溶接性が良好なため、金型使用後の肉盛
補修も容易とされている。しかし、特開昭６２−２２８
４５５号公報、特開平５−１５４６３５号公報に示され
ているような一般的な１８％Ｎｉマルエージング鋼は、
室温強度および疲労特性は優れているものの、高温強度
が低いために、加熱と冷却が繰り返される熱間工具で
は、耐ヒートチェック性がＳＫＤ６１よりも更に劣る。
点から、熱間工具へのマルエージング鋼の適用が検討さ
れている。マルエージング鋼は、溶体化処理のままでは
低強度で加工しやすく、その後の時効処理で硬化させて
使用することができるため、高硬度の状態で切削する必
要があるＳＫＤ６１より、製作コストを低減することが
できる。また、溶接性が良好なため、金型使用後の肉盛
補修も容易とされている。しかし、特開昭６２−２２８
４５５号公報、特開平５−１５４６３５号公報に示され
ているような一般的な１８％Ｎｉマルエージング鋼は、
室温強度および疲労特性は優れているものの、高温強度
が低いために、加熱と冷却が繰り返される熱間工具で
は、耐ヒートチェック性がＳＫＤ６１よりも更に劣る。
【０００４】このような状況を背景として、本出願人は
Ｎｉを１２〜１４％に制限し、合わせてＴｉを0.５％以
上添加することにより、高温強度を高めたダイカスト金
型用マルエージング鋼を、特開平６−２４８３８９号公
報により提示した。ここにおける考え方は次の通りであ
る。
Ｎｉを１２〜１４％に制限し、合わせてＴｉを0.５％以
上添加することにより、高温強度を高めたダイカスト金
型用マルエージング鋼を、特開平６−２４８３８９号公
報により提示した。ここにおける考え方は次の通りであ
る。
【０００５】Ｎｉは靱性の高い母相組織を形成するため
に不可欠の元素であるが、一方で変態点を低下させ、ダ
イカスト金型のような使用条件下では軟化低下が小さく
なって高温強度の低下を招くので、高温強度の点からは
Ｎｉの制限が有効となる。一方、Ｔｉは時効処理によっ
てＮｉ3 Ｔｉ，ＮｉＴｉを析出し、母相中のＮｉ量を低
下させることにより、軟化抵抗を改善するので、その積
極添加が高温強度の改善に有効となる。従って、Ｎｉ量
の制限とＴｉの積極添加により、耐ヒートチェック性は
著しく向上する。同様の考え方から、本出願人はＮｉを
８％以上１２％未満に制限したマルエージング鋼も、特
願平６−３２０９７号により特許出願した。
に不可欠の元素であるが、一方で変態点を低下させ、ダ
イカスト金型のような使用条件下では軟化低下が小さく
なって高温強度の低下を招くので、高温強度の点からは
Ｎｉの制限が有効となる。一方、Ｔｉは時効処理によっ
てＮｉ3 Ｔｉ，ＮｉＴｉを析出し、母相中のＮｉ量を低
下させることにより、軟化抵抗を改善するので、その積
極添加が高温強度の改善に有効となる。従って、Ｎｉ量
の制限とＴｉの積極添加により、耐ヒートチェック性は
著しく向上する。同様の考え方から、本出願人はＮｉを
８％以上１２％未満に制限したマルエージング鋼も、特
願平６−３２０９７号により特許出願した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】Ｎｉを１２〜１４％あ
るいは８％以上１２％未満に制限し且つＴｉを積極添加
した低Ｎｉ・Ｔｉ添加型マルエージング鋼は、高温強度
に優れ、ダイカスト金型に使用しても優れた耐ヒートチ
ェック性を示す。しかし、Ｎｉを制限しているために、
本質的に靱性が低く、用途によっては大割れが生じる。
そのため、熱間工具としての総合性能（寿命）は未だ十
分とは言えない。特開昭６０−２２１５５２号公報にも
Ｎｉを比較的制限しＴｉを積極添加したマルエージング
鋼が開示されている。これは溶接材料用であるが、仮に
熱間工具に使用しても同様の理由により大割れを生じ、
工具寿命はＳＫＤ６１と比べ必ずしも向上しない。
るいは８％以上１２％未満に制限し且つＴｉを積極添加
した低Ｎｉ・Ｔｉ添加型マルエージング鋼は、高温強度
に優れ、ダイカスト金型に使用しても優れた耐ヒートチ
ェック性を示す。しかし、Ｎｉを制限しているために、
本質的に靱性が低く、用途によっては大割れが生じる。
そのため、熱間工具としての総合性能（寿命）は未だ十
分とは言えない。特開昭６０−２２１５５２号公報にも
Ｎｉを比較的制限しＴｉを積極添加したマルエージング
鋼が開示されている。これは溶接材料用であるが、仮に
熱間工具に使用しても同様の理由により大割れを生じ、
工具寿命はＳＫＤ６１と比べ必ずしも向上しない。
【０００７】本発明の目的は、高温強度および靱性を高
次元で両立させた熱間工具用マルエージング鋼を提供す
ることにある。
次元で両立させた熱間工具用マルエージング鋼を提供す
ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らの調査による
と、熱間工具においてヒートチェックを抑制するために
必要な高温強度は、６００℃での0.２％耐力で表わして
７０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上である。また、大割れの防止に
必要な破壊靱性値は３００ｋｇｆ／ｍｍ3/2 である。こ
れらに照らすと、Ｎｉを１４％以下に制限し、且つＴｉ
を積極添加した低Ｎｉ・Ｔｉ添加型マルエージング鋼
は、高温強度は目標レベルにあるものの、破壊靱性値は
目標レベルに達しない。そこで本発明者らは高温強度を
低下させることなく、靱性を改善する方法について実験
研究を更に続けた。その結果、次の事実が判明した。
と、熱間工具においてヒートチェックを抑制するために
必要な高温強度は、６００℃での0.２％耐力で表わして
７０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上である。また、大割れの防止に
必要な破壊靱性値は３００ｋｇｆ／ｍｍ3/2 である。こ
れらに照らすと、Ｎｉを１４％以下に制限し、且つＴｉ
を積極添加した低Ｎｉ・Ｔｉ添加型マルエージング鋼
は、高温強度は目標レベルにあるものの、破壊靱性値は
目標レベルに達しない。そこで本発明者らは高温強度を
低下させることなく、靱性を改善する方法について実験
研究を更に続けた。その結果、次の事実が判明した。
【０００９】高温強度を確保するためには、Ｎｉ量を制
限すること、具体的には１５％以下に低減することが不
可欠である。一方、Ｔｉは時効によりＴｉＮｉを析出し
て強度を大幅に上昇させる元素であり、一般的に室温強
度が高いと高温改善も高くなるため、マルエージング鋼
の室温強度および高温強度の両方に有効な元素と考えら
れている。そしてＮｉを制限した低Ｎｉ系マルエージン
グ鋼においても、この考え方は変わっていない。ところ
が、本発明者らの調査によると、Ｎｉを制限した低Ｎｉ
系マルエージング鋼においては、Ｔｉが高温強度、特に
６００℃以上での高温強度に対し特異な挙動を示すこと
が判明した。
限すること、具体的には１５％以下に低減することが不
可欠である。一方、Ｔｉは時効によりＴｉＮｉを析出し
て強度を大幅に上昇させる元素であり、一般的に室温強
度が高いと高温改善も高くなるため、マルエージング鋼
の室温強度および高温強度の両方に有効な元素と考えら
れている。そしてＮｉを制限した低Ｎｉ系マルエージン
グ鋼においても、この考え方は変わっていない。ところ
が、本発明者らの調査によると、Ｎｉを制限した低Ｎｉ
系マルエージング鋼においては、Ｔｉが高温強度、特に
６００℃以上での高温強度に対し特異な挙動を示すこと
が判明した。
【００１０】図１は６００℃での高温強度に対するＮｉ
量およびＴｉ量の影響を示した図表である。図１から分
かるように、１８％Ｎｉの場合は、Ｔｉは高温強度の向
上に有効である。Ｎｉ量が減少すると高温強度が向上す
るが、Ｎｉ量が１５％以下の領域では、Ｔｉは室温強度
の向上には有効なものの、高温強度の向上には殆ど寄与
せず、場合によっては高温強度に悪影響を及ぼすことも
ある。
量およびＴｉ量の影響を示した図表である。図１から分
かるように、１８％Ｎｉの場合は、Ｔｉは高温強度の向
上に有効である。Ｎｉ量が減少すると高温強度が向上す
るが、Ｎｉ量が１５％以下の領域では、Ｔｉは室温強度
の向上には有効なものの、高温強度の向上には殆ど寄与
せず、場合によっては高温強度に悪影響を及ぼすことも
ある。
【００１１】この理由については現在調査中であるが、
一応次のようなことを考えている。マルエージング鋼に
Ｔｉを添加すると、Ｎｉ3 ＴｉおよびＮｉＴｉが析出
し、低Ｎｉ系ではＮｉＴｉが多く析出する。ＮｉＴｉは
Ｎｉ3 Ｔｉより強化に対する影響が大きいが、６００℃
以上では固溶により消失するため、高温では強化に寄与
しない。一方、高Ｎｉの場合はＮｉ3 Ｔｉが多く析出
し、これは高温でも消失しないので、高温での強化に寄
与する。つまり、強化に寄与する析出物がＮｉ量によっ
て変わり、その影響がＴｉによる強化効果に及ぶのであ
る。
一応次のようなことを考えている。マルエージング鋼に
Ｔｉを添加すると、Ｎｉ3 ＴｉおよびＮｉＴｉが析出
し、低Ｎｉ系ではＮｉＴｉが多く析出する。ＮｉＴｉは
Ｎｉ3 Ｔｉより強化に対する影響が大きいが、６００℃
以上では固溶により消失するため、高温では強化に寄与
しない。一方、高Ｎｉの場合はＮｉ3 Ｔｉが多く析出
し、これは高温でも消失しないので、高温での強化に寄
与する。つまり、強化に寄与する析出物がＮｉ量によっ
て変わり、その影響がＴｉによる強化効果に及ぶのであ
る。
【００１２】いずれにしてもＮｉ制限下では、高温強度
の観点からはＴｉは不要であり、Ｎｉ量が１５％以下の
領域では、Ｔｉ量に関係なく６００℃で７０ｋｇｆ／ｍ
ｍ2の高温強度が確保される。ただし、室温強度はＴｉ
の制限に伴って低下する。
の観点からはＴｉは不要であり、Ｎｉ量が１５％以下の
領域では、Ｔｉ量に関係なく６００℃で７０ｋｇｆ／ｍ
ｍ2の高温強度が確保される。ただし、室温強度はＴｉ
の制限に伴って低下する。
【００１３】一方、靱性に対してはＮｉが有効であるこ
とから、Ｎｉの制限により靱性が低下するのを避け得な
い。従来のＮｉ制限・Ｔｉ添加型マルエージング鋼の靱
性が低いのもこのためである。ここでＴｉは従来は高温
強度に有効な元素とされ、Ｎｉ制限下でもＴｉの積極添
加が行われていたが、実際は前述した通りＮｉ制限下で
はＴｉは高温強度の向上には寄与せず、高温強度の点か
ら不必要な元素である。そこで本発明者らはＴｉを制限
した場合の靱性の変化についても調査した。その結果、
Ｎｉ制限下でＴｉを制限すると、靱性が著しく向上し、
Ｎｉの制限による靱性の低下が効果的に補われ、その結
果、高温強度を低下させることなく靱性の改善が図られ
ることが判明した。
とから、Ｎｉの制限により靱性が低下するのを避け得な
い。従来のＮｉ制限・Ｔｉ添加型マルエージング鋼の靱
性が低いのもこのためである。ここでＴｉは従来は高温
強度に有効な元素とされ、Ｎｉ制限下でもＴｉの積極添
加が行われていたが、実際は前述した通りＮｉ制限下で
はＴｉは高温強度の向上には寄与せず、高温強度の点か
ら不必要な元素である。そこで本発明者らはＴｉを制限
した場合の靱性の変化についても調査した。その結果、
Ｎｉ制限下でＴｉを制限すると、靱性が著しく向上し、
Ｎｉの制限による靱性の低下が効果的に補われ、その結
果、高温強度を低下させることなく靱性の改善が図られ
ることが判明した。
【００１４】図２は靱性に及ぼすＮｉ量およびＴｉ量の
影響を示す図表である。１８％Ｎｉの場合はＴｉ量に関
係なく高い靱性が得られる。Ｔｉ量が１％の場合にＮｉ
量を減少させると明らかに靱性が低下する。しかし、Ｔ
ｉ量を減少させておくと、Ｎｉ量を減少させてもそれほ
ど靱性は低下しない。つまり、Ｎｉ制限下でＴｉを制限
すると、高温強度が低下しない上に、靱性が著しく改善
されるのである。Ｎｉ制限下でのＴｉの制限が靱性の向
上に特に有効な理由についても調査中であるが、現時点
ではＴｉの制限により靱性を低下させるＮｉＴｉが減少
し、低Ｎｉの場合はマトリックスの靱性が低下している
ので、ＮｉＴｉの減少による靱性向上の効果が顕著に表
われるためと考えている。
影響を示す図表である。１８％Ｎｉの場合はＴｉ量に関
係なく高い靱性が得られる。Ｔｉ量が１％の場合にＮｉ
量を減少させると明らかに靱性が低下する。しかし、Ｔ
ｉ量を減少させておくと、Ｎｉ量を減少させてもそれほ
ど靱性は低下しない。つまり、Ｎｉ制限下でＴｉを制限
すると、高温強度が低下しない上に、靱性が著しく改善
されるのである。Ｎｉ制限下でのＴｉの制限が靱性の向
上に特に有効な理由についても調査中であるが、現時点
ではＴｉの制限により靱性を低下させるＮｉＴｉが減少
し、低Ｎｉの場合はマトリックスの靱性が低下している
ので、ＮｉＴｉの減少による靱性向上の効果が顕著に表
われるためと考えている。
【００１５】そしてＮｉ量が１２〜１５％の場合は、0.
７％以下のＴｉ制限により３００ｋｇｆ／ｍｍ3/2 以上
の靱性値が確保され、Ｎｉ量が８％以上１２％未満の場
合でも、0.０１％未満のＴｉ制限により同じ靱性値が確
保される。Ｎｉ量が１２〜１５％の場合は、0.５％未満
のＴｉ制限により特に高い靱性値が得られる。ただし、
Ｎｉ量が８％未満になると、Ｔｉを制限しても３００ｋ
ｇｆ／ｍｍ3/2 以上の靱性値は確保されない。
７％以下のＴｉ制限により３００ｋｇｆ／ｍｍ3/2 以上
の靱性値が確保され、Ｎｉ量が８％以上１２％未満の場
合でも、0.０１％未満のＴｉ制限により同じ靱性値が確
保される。Ｎｉ量が１２〜１５％の場合は、0.５％未満
のＴｉ制限により特に高い靱性値が得られる。ただし、
Ｎｉ量が８％未満になると、Ｔｉを制限しても３００ｋ
ｇｆ／ｍｍ3/2 以上の靱性値は確保されない。
【００１６】他方、Ｔｉの制限は室温強度の低下を伴
う。そのため、Ｔｉ量を減少させた場合は、これによる
室温強度の低下を補う必要があり、これにはＣｏが有効
である。Ｃｏは靱性をあまり低下させずに室温強度を上
昇させることができる。また、高温強度の向上にも有効
であり、その効果は図３に示すように５〜１５％で比較
的大きく、9.５％超で顕著である。Ｎｉ量が比較的多く
高温強度が不足しがちな１２〜１５％の場合は、9.５％
超のＣｏ添加が効果的である。低Ｎｉ系マルエージング
鋼においてＣｏ添加量を多くすると、６００℃程度でも
固溶しないＦｅ2Ｍｏの析出が促されることが、常温強
度と高温強度の両方の向上に有効な理由と考えられる。
う。そのため、Ｔｉ量を減少させた場合は、これによる
室温強度の低下を補う必要があり、これにはＣｏが有効
である。Ｃｏは靱性をあまり低下させずに室温強度を上
昇させることができる。また、高温強度の向上にも有効
であり、その効果は図３に示すように５〜１５％で比較
的大きく、9.５％超で顕著である。Ｎｉ量が比較的多く
高温強度が不足しがちな１２〜１５％の場合は、9.５％
超のＣｏ添加が効果的である。低Ｎｉ系マルエージング
鋼においてＣｏ添加量を多くすると、６００℃程度でも
固溶しないＦｅ2Ｍｏの析出が促されることが、常温強
度と高温強度の両方の向上に有効な理由と考えられる。
【００１７】室温強度および高温強度の改善について
は、図４に示すように、Ｍｏも有効であるので、Ｔｉを
制限した場合はＭｏの添加も効果的である。
は、図４に示すように、Ｍｏも有効であるので、Ｔｉを
制限した場合はＭｏの添加も効果的である。
【００１８】本発明の熱間工具用マルエージング鋼は、
これらの知見に基づいて開発されたもので、次の２種の
成分構成を採用することにより、高温強度および靱性を
高次元で両立させ、室温強度についても実用上十分なレ
ベルを確保したものである。
これらの知見に基づいて開発されたもので、次の２種の
成分構成を採用することにより、高温強度および靱性を
高次元で両立させ、室温強度についても実用上十分なレ
ベルを確保したものである。
【００１９】第１のマルエージング鋼は、主要元素とし
てＮｉ：８％以上１２％未満、Ｍｏ：2.０〜9.０％、Ｃ
ｏ：５〜１５％を含み、Ｔｉを0.１％未満に制限したも
のである。
てＮｉ：８％以上１２％未満、Ｍｏ：2.０〜9.０％、Ｃ
ｏ：５〜１５％を含み、Ｔｉを0.１％未満に制限したも
のである。
【００２０】第２のマルエージング鋼は、主要元素とし
てＮｉ：１２〜１５％、Ｍｏ：2.０〜9.０％、Ｃｏ：9.
５％超１５％以下を含み、Ｔｉを0.７％以下に制限した
ものである。
てＮｉ：１２〜１５％、Ｍｏ：2.０〜9.０％、Ｃｏ：9.
５％超１５％以下を含み、Ｔｉを0.７％以下に制限した
ものである。
【００２１】Ｎｉが８％以上１２％未満の第１マルエー
ジング鋼は、どちらかと言えば強度重視型である（図
１，２）。ここにおいてＣｏ量を9.５％超にすれば、そ
の高温強度を更に高めることができ、Ｔｉの大幅制限に
よる室温強度の低下も効果的に補うことができる。従っ
て、ここにおいても9.５％超のＣｏ添加が望ましい。
ジング鋼は、どちらかと言えば強度重視型である（図
１，２）。ここにおいてＣｏ量を9.５％超にすれば、そ
の高温強度を更に高めることができ、Ｔｉの大幅制限に
よる室温強度の低下も効果的に補うことができる。従っ
て、ここにおいても9.５％超のＣｏ添加が望ましい。
【００２２】これに対し、Ｎｉが１２〜１５％の第２マ
ルエージング鋼は靱性重視型である（図１，２）。ここ
においてＴｉ量を0.５％未満にすれば、その靱性を更に
高めることができる。従って、ここにおいても0.５％未
満のＴｉ制限が望ましい。
ルエージング鋼は靱性重視型である（図１，２）。ここ
においてＴｉ量を0.５％未満にすれば、その靱性を更に
高めることができる。従って、ここにおいても0.５％未
満のＴｉ制限が望ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。
する。
【００２４】第１のマルエージング鋼は、Ｎｉ：８％以
上１２％未満、Ｍｏ：2.０〜9.０％、Ｃｏ：５〜１５
％、Ｔｉ：0. ０１％以上0.１％未満、Ｃ：0.０３％以
下、Ｓｉ：0.１％以下、Ｍｎ：0.１％以下、Ｐ：0.０１
％以下、Ｓ：0.０１％以下、Ｃｒ：0.０５％以下、Ｎ：
0.０１％以下、Sol.Al：0.００５〜0.２０％を含み、残
部Ｆｅおよび不可避不純物からなる靱性および高温強度
に優れた熱間工具用マルエージング鋼である。
上１２％未満、Ｍｏ：2.０〜9.０％、Ｃｏ：５〜１５
％、Ｔｉ：0. ０１％以上0.１％未満、Ｃ：0.０３％以
下、Ｓｉ：0.１％以下、Ｍｎ：0.１％以下、Ｐ：0.０１
％以下、Ｓ：0.０１％以下、Ｃｒ：0.０５％以下、Ｎ：
0.０１％以下、Sol.Al：0.００５〜0.２０％を含み、残
部Ｆｅおよび不可避不純物からなる靱性および高温強度
に優れた熱間工具用マルエージング鋼である。
【００２５】第２のマルエージング鋼は、Ｎｉ：１２〜
１５％、Ｍｏ：2.０〜9.０％、Ｃｏ：9.５％超１５％以
下、Ｔｉ：0. ０１％以上0.７％以下、Ｃ：0.０３％以
下、Ｓｉ：0.１％以下、Ｍｎ：0.１％以下、Ｐ：0.０１
％以下、Ｓ：0.０１％以下、Ｃｒ：0.０５％以下、Ｎ：
0.０１％以下、Sol.Al：0.００５〜0.２０％を含み、残
部Ｆｅおよび不可避不純物からなる靱性および高温強度
に優れた熱間工具用マルエージング鋼である。
１５％、Ｍｏ：2.０〜9.０％、Ｃｏ：9.５％超１５％以
下、Ｔｉ：0. ０１％以上0.７％以下、Ｃ：0.０３％以
下、Ｓｉ：0.１％以下、Ｍｎ：0.１％以下、Ｐ：0.０１
％以下、Ｓ：0.０１％以下、Ｃｒ：0.０５％以下、Ｎ：
0.０１％以下、Sol.Al：0.００５〜0.２０％を含み、残
部Ｆｅおよび不可避不純物からなる靱性および高温強度
に優れた熱間工具用マルエージング鋼である。
【００２６】両者はＮｉ量、Ｃｏ量およびＴｉ量が異な
る。元素量の限定理由は以下の通りである。
る。元素量の限定理由は以下の通りである。
【００２７】Ｎｉ：８％以上１２％未満（第１鋼），１
２〜１５％（第２鋼） Ｎｉは靱性の高い母材組織を形成するために不可欠の元
素であり、そのために８％以上の含有量が必要である
（図２）。しかし、含有量の増加に伴い変態点が低下
し、使用温度で熱膨張率の大きいオーステナイトが析出
することにより、１４％超では高温強度が不足する（図
１）。そのためＮｉ量は８〜１５％とする。そして後述
するＣｏ量およびＴｉ量を区別する必要から、第１鋼で
は８％以上１２％未満とし、第２鋼では１２〜１５％と
する。
２〜１５％（第２鋼） Ｎｉは靱性の高い母材組織を形成するために不可欠の元
素であり、そのために８％以上の含有量が必要である
（図２）。しかし、含有量の増加に伴い変態点が低下
し、使用温度で熱膨張率の大きいオーステナイトが析出
することにより、１４％超では高温強度が不足する（図
１）。そのためＮｉ量は８〜１５％とする。そして後述
するＣｏ量およびＴｉ量を区別する必要から、第１鋼で
は８％以上１２％未満とし、第２鋼では１２〜１５％と
する。
【００２８】Ｍｏ：2.０〜9.０％
Ｍｏは時効処理によりＦｅ2 Ｍｏ、Ｎｉ3 Ｍｏを析出
し、室温強度および高温強度を上昇させる。しかし、2.
０％未満ではその強化が不十分であり、一方9.０％を超
えると鋼中のミクロ偏析の増加により靱性を低下させる
ので、2.０〜9.０％とする。特に望ましいＭｏ量は4.０
〜6.０％である。
し、室温強度および高温強度を上昇させる。しかし、2.
０％未満ではその強化が不十分であり、一方9.０％を超
えると鋼中のミクロ偏析の増加により靱性を低下させる
ので、2.０〜9.０％とする。特に望ましいＭｏ量は4.０
〜6.０％である。
【００２９】Ｃｏ：5.０〜１５％（第１鋼）、9.５％超
１５％未満（第２鋼） ＣｏはＦｅ2 Ｍｏ、Ｎｉ3 ＭｏのようなＭｏを含む金属
間化合物の析出を促進させて室温強度および高温強度を
上昇させる。また変態点の上昇によっても高温強度を上
昇させる。本発明鋼ではＴｉの制限に伴い特に室温強度
の低下が著しいので、室温強度を上昇させるＣｏは有効
である。このＣｏは5.０％以上で十分な強化作用を発揮
し、9.５％超では高温強度を特に上昇させる。しかし、
１５％を超えると靱性低下を引き起こす。Ｎｉ量が少な
い強度重視型の第１鋼ではＣｏ量を5.０〜1.５％とする
が、Ｎｉ量の多い第２鋼ではＣｏ量を9.５％超１５％以
下としてＮｉによる高温強度の低下を補う。第１鋼でも
9.５％超のＣｏを加えることにより、その優れた高温強
度が特に向上する。
１５％未満（第２鋼） ＣｏはＦｅ2 Ｍｏ、Ｎｉ3 ＭｏのようなＭｏを含む金属
間化合物の析出を促進させて室温強度および高温強度を
上昇させる。また変態点の上昇によっても高温強度を上
昇させる。本発明鋼ではＴｉの制限に伴い特に室温強度
の低下が著しいので、室温強度を上昇させるＣｏは有効
である。このＣｏは5.０％以上で十分な強化作用を発揮
し、9.５％超では高温強度を特に上昇させる。しかし、
１５％を超えると靱性低下を引き起こす。Ｎｉ量が少な
い強度重視型の第１鋼ではＣｏ量を5.０〜1.５％とする
が、Ｎｉ量の多い第２鋼ではＣｏ量を9.５％超１５％以
下としてＮｉによる高温強度の低下を補う。第１鋼でも
9.５％超のＣｏを加えることにより、その優れた高温強
度が特に向上する。
【００３０】Ｔｉ：０．０１％以上0.１％未満（第１
鋼）、０．０１％以上0.７％以下（第２鋼） Ｔｉは時効処理によりＮｉ3 Ｔｉ、ＮｉＴｉを析出して
鋼の常温強度を向上させる。Ｎｉ量が１４％以下の低Ｎ
ｉ系マルエージング鋼では、ＮｉＴｉが多く析出する
が、高温ではＮｉＴｉが固溶するため、強化の影響が消
失する。逆に、そのＮｉＴｉが靱性に極めて重大な悪影
響を及ぼす。Ｎｉ量が少ない強度重視型の第１鋼では、
Ｔｉ量を0.１％未満まで減少させないと、十分な靱性が
確保されない（図２）。一方、Ｎｉ量が多い靱性重視型
の第２鋼では、0.７％以下の制限でも靱性が十分に改善
され、0.５％未満で特に大きい改善効果が得られ、0.１
％未満になれば更に一段と改善効果が大きくなる。Ｎｉ
制限下ではＴｉ量を減少させるほど靱性が向上するが、
総合性能（寿命）の点からは0.０１％以上添加して、室
温強度の確保を容易にすることが必要である。
鋼）、０．０１％以上0.７％以下（第２鋼） Ｔｉは時効処理によりＮｉ3 Ｔｉ、ＮｉＴｉを析出して
鋼の常温強度を向上させる。Ｎｉ量が１４％以下の低Ｎ
ｉ系マルエージング鋼では、ＮｉＴｉが多く析出する
が、高温ではＮｉＴｉが固溶するため、強化の影響が消
失する。逆に、そのＮｉＴｉが靱性に極めて重大な悪影
響を及ぼす。Ｎｉ量が少ない強度重視型の第１鋼では、
Ｔｉ量を0.１％未満まで減少させないと、十分な靱性が
確保されない（図２）。一方、Ｎｉ量が多い靱性重視型
の第２鋼では、0.７％以下の制限でも靱性が十分に改善
され、0.５％未満で特に大きい改善効果が得られ、0.１
％未満になれば更に一段と改善効果が大きくなる。Ｎｉ
制限下ではＴｉ量を減少させるほど靱性が向上するが、
総合性能（寿命）の点からは0.０１％以上添加して、室
温強度の確保を容易にすることが必要である。
【００３１】Sol.Al：0.００５〜0.２０％
Ａｌは溶鋼の脱酸に必要な成分であり、その効果を得る
ためにはSol.Alとして0.００５％以上が必要である。し
かし、Sol.Alとしての含有量が0.２０％を超えると、Ｔ
ｉ3 Ａｌ等の金属間化合物を析出し、靱性低下を招く。
そのためＡｌ量はSol.Alとして0.００５〜0.２％とす
る。
ためにはSol.Alとして0.００５％以上が必要である。し
かし、Sol.Alとしての含有量が0.２０％を超えると、Ｔ
ｉ3 Ａｌ等の金属間化合物を析出し、靱性低下を招く。
そのためＡｌ量はSol.Alとして0.００５〜0.２％とす
る。
【００３２】以上が本発明鋼の必須成分であり、残りは
Ｆｅと不純物である。ただし、不純物のうちＣ，Ｓｉ，
Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｃｒ，Ｎは靱性等への悪影響が大きいの
で、下記のように上限を規定する。
Ｆｅと不純物である。ただし、不純物のうちＣ，Ｓｉ，
Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｃｒ，Ｎは靱性等への悪影響が大きいの
で、下記のように上限を規定する。
【００３３】Ｃ：0.０３％以下
ＣはＴｉと結合してＴｉＣを析出する。このＴｉＣは、
それ自体が鋼の靱性を低下させるが、一方ではＴｉＣの
析出により前記のＮｉ3 Ｔｉ、ＮｉＴｉとし析出すべき
Ｔｉを減少させ、強度、靱性を低下させる。かかる弊害
を避けるため、Ｃ量は0.０３％以下とし、0.０１％以下
に抑えるのがさらに望ましい。
それ自体が鋼の靱性を低下させるが、一方ではＴｉＣの
析出により前記のＮｉ3 Ｔｉ、ＮｉＴｉとし析出すべき
Ｔｉを減少させ、強度、靱性を低下させる。かかる弊害
を避けるため、Ｃ量は0.０３％以下とし、0.０１％以下
に抑えるのがさらに望ましい。
【００３４】Ｓｉ：0.１％以下
Ｓｉは鋼中の介在物を増加させ、鋼の靱性を低下させる
ので、本発明ではその含有量を0.１％以下とし、0.０５
％以下が望ましい。
ので、本発明ではその含有量を0.１％以下とし、0.０５
％以下が望ましい。
【００３５】Ｍｎ：0.１％以下
ＭｎはＳｉと同様に介在物を増加させ、靱性を低下させ
るので、本発明ではその含有量を0.１％以下とし、0.０
５％以下が望ましい。
るので、本発明ではその含有量を0.１％以下とし、0.０
５％以下が望ましい。
【００３６】Ｐ：0.０１％以下
Ｐは溶鋼が凝固する差異のミクロ偏析により、鋼の靱性
を低下させるので、本発明ではその含有量を0.０１％以
下とし、0.００５％以下が望ましい。
を低下させるので、本発明ではその含有量を0.０１％以
下とし、0.００５％以下が望ましい。
【００３７】Ｓ：0.０１％以下
Ｓは硫化物を生成し、鋼の靱性を低下させるので、本発
明ではその含有量を0.０１％以下とし、0.００５％以下
が望ましい。
明ではその含有量を0.０１％以下とし、0.００５％以下
が望ましい。
【００３８】Ｎ：0.０１％以下
ＮはＴｉＮを析出し、前記のＣと同様に析出に有効なＴ
ｉを減少させる。また、ＴｉＮは、鍛造方向に点列状に
分布する傾向があり、金型等に加工したときにその表面
性状を劣化させる。また、靱性も低下させるので、本発
明ではその含有量を0.０１％以下し、0.００５％以下が
望ましい。
ｉを減少させる。また、ＴｉＮは、鍛造方向に点列状に
分布する傾向があり、金型等に加工したときにその表面
性状を劣化させる。また、靱性も低下させるので、本発
明ではその含有量を0.０１％以下し、0.００５％以下が
望ましい。
【００３９】Ｃｒ：0.１％以下
Ｃｒは変態点を低下させ残留オーステナイトを増加させ
るので、鋼の強度を低下させる。従って、本発明ではそ
の含有量を0.１％以下とし、0.０５％以下が望ましい。
るので、鋼の強度を低下させる。従って、本発明ではそ
の含有量を0.１％以下とし、0.０５％以下が望ましい。
【００４０】
【実施例】以下に本発明の実施例を示し、比較例と対比
することにより、本発明の効果を明らかにする。
することにより、本発明の効果を明らかにする。
【００４１】表１，２，３に示す化学組成の鋼を真空溶
解し、熱間鍛造後、８５０℃で溶体化処理を行い、更に
５００〜５５０℃で４時間の時効処理を行って硬さを５
０±１ＨＲＣに調整した。硬さ調整後の鋼から試験片を
採取して以下の試験を実施した。試験結果を表４，５お
よび図５に示す。
解し、熱間鍛造後、８５０℃で溶体化処理を行い、更に
５００〜５５０℃で４時間の時効処理を行って硬さを５
０±１ＨＲＣに調整した。硬さ調整後の鋼から試験片を
採取して以下の試験を実施した。試験結果を表４，５お
よび図５に示す。
【００４２】破壊靱性：厚みが２5.４ｍｍの破壊靱性試
験片を作成し、ＡＳＴＭ Ｅ３９９−７８に準じて破壊
靱性特性を測定した。 高温強度：ＪＩＳ Ｚ ２２０１の１４Ａ号試験片に
て、６００℃で0.２％耐力を測定した。 金型寿命評価：Ａｌ合金用ダイカスト金型を作成し、使
用不能になるまでの使用回数と寿命原因を調査した。
験片を作成し、ＡＳＴＭ Ｅ３９９−７８に準じて破壊
靱性特性を測定した。 高温強度：ＪＩＳ Ｚ ２２０１の１４Ａ号試験片に
て、６００℃で0.２％耐力を測定した。 金型寿命評価：Ａｌ合金用ダイカスト金型を作成し、使
用不能になるまでの使用回数と寿命原因を調査した。
【００４３】
【表１】
【００４４】
【表２】
【００４５】
【表３】
【００４６】
【表４】
【００４７】
【表５】
【００４８】表４，５および図５から分かるように、比
較鋼は高温強度の高いものは靱性が低く、熱間工具に必
要な特性（７０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上かつ３００ｋｇｆ／
ｍｍ3/2 ）を有しない。その結果、ダイカスト金型とし
ての寿命は８１００回以下であった。これに対し、本発
明鋼は７０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上の高温強度と、３００ｋ
ｇｆ／ｍｍ3/2 以上の靱性を有し、更に室温温度も高い
ことから、ダイカスト金型としての寿命は１６３００回
以上に延びた。
較鋼は高温強度の高いものは靱性が低く、熱間工具に必
要な特性（７０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上かつ３００ｋｇｆ／
ｍｍ3/2 ）を有しない。その結果、ダイカスト金型とし
ての寿命は８１００回以下であった。これに対し、本発
明鋼は７０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上の高温強度と、３００ｋ
ｇｆ／ｍｍ3/2 以上の靱性を有し、更に室温温度も高い
ことから、ダイカスト金型としての寿命は１６３００回
以上に延びた。
【００４９】
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の熱間工具
用マルエージング鋼は、Ｎｉを制限した低Ｎｉ系マルエ
ージング鋼において、適量のＣｏおよびＭｏを添加した
上でＴｉ量を減少させることにより、高温強度および靱
性を高次元で両立させると共に、常温強度の低下を抑え
たので、熱間工具として優れた総合性能（寿命）を示
す。
用マルエージング鋼は、Ｎｉを制限した低Ｎｉ系マルエ
ージング鋼において、適量のＣｏおよびＭｏを添加した
上でＴｉ量を減少させることにより、高温強度および靱
性を高次元で両立させると共に、常温強度の低下を抑え
たので、熱間工具として優れた総合性能（寿命）を示
す。
【図１】高温強度に及ぼすＮｉ量およびＴｉ量の影響を
示す図表である。
示す図表である。
【図２】靱性に及ぼすＮｉ量およびＴｉ量の影響を示す
図表である。
図表である。
【図３】高温強度に及ぼすＣｏ量の影響を示す図表であ
る。
る。
【図４】高温強度に及ぼすＭｏ量の影響を示す図表であ
る。
る。
【図５】本発明鋼および比較鋼の各特性を示す図表であ
る。
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 岡田 康孝
大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号
住友金属工業株式会社内
(72)発明者 近藤 邦夫
大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号
住友金属工業株式会社内
(72)発明者 宮原 光雄
大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号
住友金属工業株式会社内
(56)参考文献 特開 平７−243002（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−75554（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 38/00 - 38/60
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、Ｎｉ：８％以上１２％未満、
Ｍｏ：2.０〜9.０％、Ｃｏ：５〜１５％、Ｔｉ：0. ０１
％以上0.１％未満、Ｃ：0.０３％以下、Ｓｉ：0.１％以
下、Ｍｎ：0.１％以下、Ｐ：0.０１％以下、Ｓ：0.０１
％以下、Ｃｒ：0.０５％以下、Ｎ：0.０１％以下、Sol.
Al：0.００５〜0.２０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避
不純物からなる靱性および高温強度に優れた熱間工具用
マルエージング鋼。 - 【請求項２】 重量％で、Ｎｉ：１２〜１５％、Ｍｏ：
2.０〜9.０％、Ｃｏ：9.５％超１５％以下、Ｔｉ：0. ０
１％以上0.７％以下、Ｃ：0.０３％以下、Ｓｉ：0.１％
以下、Ｍｎ：0.１％以下、Ｐ：0.０１％以下、Ｓ：0.０
１％以下、Ｃｒ：0.０５％以下、Ｎ：0.０１％以下、So
l.Al：0.００５〜0.２０％を含み、残部Ｆｅおよび不可
避不純物からなる靱性および高温強度に優れた熱間工具
用マルエージング鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29349095A JP3520633B2 (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | 靱性および高温強度に優れた熱間工具用マルエージング鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29349095A JP3520633B2 (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | 靱性および高温強度に優れた熱間工具用マルエージング鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09111415A JPH09111415A (ja) | 1997-04-28 |
| JP3520633B2 true JP3520633B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=17795417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29349095A Expired - Lifetime JP3520633B2 (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | 靱性および高温強度に優れた熱間工具用マルエージング鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3520633B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6860413B2 (ja) * | 2017-03-02 | 2021-04-14 | 株式会社神戸製鋼所 | マルエージング鋼およびその製造方法 |
| WO2018159219A1 (ja) | 2017-03-02 | 2018-09-07 | 株式会社神戸製鋼所 | マルエージング鋼およびその製造方法 |
-
1995
- 1995-10-16 JP JP29349095A patent/JP3520633B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09111415A (ja) | 1997-04-28 |
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