JP3612459B2 - 小ロット生産用金型鋼 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小ロット生産用金型鋼に関し、詳しくは、適度な強度、靱性、耐ヒートチェック性および加工性を有し、使用目的に見合った型寿命が得られる鍛造金型、Ａｌ押出しダイスおよびダイカスト金型等の熱間金型およびホルダー材に適した金型用鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鍛造金型、押出しダイスおよびダイカスト金型用途には、ＳＫＤ６１やその改良鋼が使用されているが、現在の多品種小ロット生産傾向に対し、型寿命が長い、すなわち過剰品質でありコストが高い。また、ホルダー材用途には、ＪＩＳ ＳＣＭ４３５やＳＮＣＭ４４７およびＪＩＳ ＳＫＤ６１などが用いられるが、ＳＣＭやＳＮＣＭでは焼きばめによる軟化が生じ、繰返して使用することができない。ＳＫＤ６１については、焼入れ焼戻しにより十分な強度、靱性および軟化抵抗性が得られ、型寿命が長く大量生産に適したホルダー材を得ることができるが、成分設計上、製造コストが高くなり金型費用が高価となる。大量生産では部品１個当たりの金型費用は低下するため採算が見合うが、小ロッド生産には向かない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これに対して、特開平８−１６４４６５号公報として少量生産用ダイカスト型用鋼が開発されているが、Ｃの含有量が０．１〜０．３％と低く、このために金型として十分な硬さが得られず、摩耗により目的に応じた金型寿命が得られないという問題がある。
本発明は、上述したＳＫＤ６１よりも低コストで、かつ同等の熱処理を行うことが可能であり、適度な強度、靱性等を有した多品種小ロット生産に対し、使用目的に見合った型寿命が得られる、鍛造金型、Ａｌ押出しダイスおよびダイカスト金型等に用い、ホルダー材用途にも利用可能な金型用工具鋼を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
その発明の要旨とするところは、
（１）重量％で、Ｃ：０．４０〜０．６０％、Ｓｉ：０．８２〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｃｒ：２．０〜５．０％、Ｗ，Ｍｏの１種または２種：Ｍｏ当量（１／２Ｗ＋Ｍｏ）で０．１〜１．０％、Ｖ：０．１〜１．０％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小ロット生産用金型鋼。
【０００５】
（２）重量％で、Ｃ：０．４０〜０．６０％、Ｓｉ：０．８２〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｃｒ：２．０〜５．０％、Ｗ，Ｍｏの１種または２種：Ｍｏ当量（１／２Ｗ＋Ｍｏ）で０．１〜１．０％、Ｖ：０．１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜１．０％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小ロット生産用金型鋼。
【０００６】
（３）前記（１）または（２）に、さらに加えてＳ：０．０１０〜０．１０％、Ｐ：０．００５〜０．０３０％、Ｐｂ：０．０３０〜０．２０％、Ｔｅ：０．０１０〜０．０５０％、Ｃａ：０．０００３〜０．０２０％、Ｂｉ：０．００５〜０．１０％、Ｓｅ：０．０１０〜０．１０％より選択される１種または２種以上を含んでなることを特徴とする小ロット生産用金型鋼にある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成分限定理由について説明する。
Ｃ：０．４０〜０．６０％
Ｃは、焼入れ焼戻しにより十分なマトリックス硬さを与えるとともに、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖなどと結合して炭化物を形成し、耐摩耗性を与える。０．４０％未満では熱間鍛造金型に必要な硬さや耐摩耗性が得られず、０．６０％を超えると靱性の低下を来す。従って、その範囲を０．４０〜０．６０％とした。
【０００８】
Ｓｉ：０．８２〜２．０％
Ｓｉは、脱酸剤として添加されるとともに、耐酸化性、焼入性に有効である。焼戻し過程において炭化物の凝集を抑え二次硬化を促進する。０．８２％未満では、その効果が発揮されず、２．０％を超えると加工性を阻害し、靱性を低下させる。従って、その範囲を０．８２〜２．０％とした。
Ｍｎ：０．３〜１．０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、脱酸剤として鋼の清浄度を高め、焼入性を高める元素である。また、Ｓと結合し、被削性を向上させる。０．３％未満では効果が十分でなく、１．０％を超えると靱性を劣化させる。従って、その範囲を０．３〜１．０％とした。
【０００９】
Ｃｒ：２．０〜５．０％
Ｃｒは、Ｃと結合し硬質炭化物を形成し耐摩耗性を向上させる。一部はマトリックスに固溶して焼入性を高め、焼戻軟化抵抗を高める。２．０％未満では硬さ、および靱性が不足し、５．０％を超えるとＣｒ炭化物の凝集を招き、高温軟化抵抗性を低下させる。従って、その範囲を２．０〜５．０％とした。
Ｗ，Ｍｏの１種または２種：Ｍｏ当量（１／２Ｗ＋Ｍｏ）で０．１〜１．０％Ｗ，Ｍｏは、微細な炭化物を形成し、二次硬化に寄与し、耐軟化抵抗性を改善する元素であるが、その効果はＭｏがＷの２倍ある。Ｍｏ当量（１／２Ｗ＋Ｍｏ）で０．１％未満ではその効果が不十分であり、１．０％以上含有されると靱性の低下を招く。また、しかしこれらの元素は高価である。従って、その範囲をＭｏ当量（１／２Ｗ＋Ｍｏ）で０．１〜１．０％とする。
【００１０】
Ｖ：０．１〜１．０％
Ｖは、Ｍｏと同様に、焼戻軟化抵抗性を高め、結晶粒の粗大化を抑制する元素である。しかし、０．１％未満では結晶粒粗大化の抑制高価が小さく、１．０％を超えて添加すると靱性が低下する。従って、その範囲を０．１〜１．０％とした。
Ｎｂ：０．０１〜１．０％
Ｎｂは、安定な炭化物を形成し耐摩耗性を寄与するとともに、結晶粒微細化効果が大きく靱性を向上させる。０．０１％以上添加しないと効果が得られず、０．１％を超えて添加すると炭化物の凝集により靱性が低下する。従って、その範囲を０．０１〜０．１％とした。
【００１１】
Ｓ：０．０１０〜０．１０％
Ｓは、Ｍｎと結合して被削性を付与する元素である。必要に応じて添加するが、０．０１０％より少ないと効果が得られず、０．１０％を超えて添加すると靱性および耐ヒートチェック性が低下する。従って、その範囲を０．０１０〜０．１０％とした。
Ｐ，Ｐｂ，Ｔｅ，Ｃａ，Ｂｉ，Ｓｅ：いずれも被削性を向上させる元素である。必要に応じて添加するが、含有量が少ないと上記の効果が得られず、逆に多量に添加すると靱性および耐ヒートチェック性が低下するとともに地疵の発生を招く。従って、Ｐ：０．００５〜０．０３０％、Ｐｂ：０．０３０〜０．２０％、Ｔｅ：０．０１０〜０．０５０％、Ｃａ：０．０００３〜０．０２０％、Ｂｉ：０．００５〜０．１０％、Ｓｅ：０．０１０〜０．１０％とした。
【００１２】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により具体的に説明する。
表１に示した本発明鋼を１００ｋｇ真空誘導溶解炉にて出鋼して平均径１９０ｍｍの鋼塊に鋳込み、これを径３０ｍｍに鍛伸して供試材とした。その特性値について表２に示す。この表２に示す硬さは、焼入れ、焼戻し最高硬さを示し、靱性の評価は２ｍｍ−Ｕノッチ試験片、４５ＨＲＣ（ＳＣＭ４３５は３７ＨＲＣ）、高温硬さは６００℃での硬さ（初期硬さ＝４５ＨＲＣ）、軟化抵抗性は６００℃−３０ｈ保持、空冷後の硬さ（初期硬さ＝４５ＨＲＣ）さらに、被削性評価については、焼きなまし材をＳＫＨ５１製φ８ドリルを用いて、深さ１０ｍｍ穿孔するのに要する時間で被削性評価を行った。すなわち、被削性が良くなるほど穿孔時間が短くなる。
【００１３】
【表１】
Figure 0003612459
【００１４】
【表２】
Figure 0003612459
【００１５】
表２に示すように、本発明鋼Ａ〜Ｈは比較鋼ＮｏＩ〜Ｊに比べて硬さ、靱性、高温硬さ、軟化抵抗性、さらに被削性評価において優れているに対して、比較鋼ＮｏＩ（ＳＫＤ６１）は被削性が悪く、また、比較鋼ＮｏＪ（ＳＣＭ４３５）は硬さ、高温硬さ、軟化抵抗性が悪いことが判る。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、安価にて金型製造コストに見合った小ロット生産用の金型用鋼が提供可能となった。

Claims (3)

  1. 重量％で、
    Ｃ：０．４０〜０．６０％、
    Ｓｉ：０．８２〜２．０％、
    Ｍｎ：０．３〜１．０％、
    Ｃｒ：２．０〜５．０％、
    Ｗ，Ｍｏの１種または２種：Ｍｏ当量（１／２Ｗ＋Ｍｏ）で０．１〜１．０％、
    Ｖ：０．１〜１．０％
    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小ロット生産用金型鋼。
  2. 重量％で、
    Ｃ：０．４０〜０．６０％、
    Ｓｉ：０．８２〜２．０％、
    Ｍｎ：０．３〜１．０％、
    Ｃｒ：２．０〜５．０％、
    Ｗ，Ｍｏの１種または２種：Ｍｏ当量（１／２Ｗ＋Ｍｏ）で０．１〜１．０％、
    Ｖ：０．１〜１．０％、
    Ｎｂ：０．０１〜１．０％
    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小ロット生産用金型鋼。
  3. 請求項１または２に、さらに加えて
    Ｓ：０．０１０〜０．１０％、
    Ｐ：０．００５〜０．０３０％、
    Ｐｂ：０．０３０〜０．２０％、
    Ｔｅ：０．０１０〜０．０５０％、
    Ｃａ：０．０００３〜０．０２０％、
    Ｂｉ：０．００５〜０．１０％、
    Ｓｅ：０．０１０〜０．１０％
    より選択される１種または２種以上を含んでなることを特徴とする小ロット生産用金型鋼。
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