JP4060225B2

JP4060225B2 - 快削熱間工具鋼

Info

Publication number: JP4060225B2
Application number: JP2003097597A
Authority: JP
Inventors: 大円横井
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2023-04-01
Also published as: JP2004300557A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被削性に優れた熱間工具鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱間金型において、耐ヒートチェック性、耐割れ性は重要な特性であり、これらの特性を高めるためには、靱性の向上が必須である。一方で、最近、金型コスト低減および製作期間短縮の観点から被削性の向上が求められているが、靱性と被削性は、一般的に相反する特性であり、両者を兼備する熱間工具鋼の開発が望まれている。それらの開発の一つとして、例えば特開昭５３−１６３１５号公報（特許文献１）は、ＳとＺｒを複合添加することにより、Ｓ単独添加による効果を上回る被削性の向上、硫化物の延伸の抑制を図っている。また、特開平２−２８５０４９号公報（特許文献２）は、３５〜５５Ｈｓ級のプラスチック金型用快削鋼において、Ｂおよび硼化物、ＣａおよびＣａ化合物、ＰおよびＰ化合物が快削性の付与に有効であることが開示されている。
【０００３】
また、特開平２−２８５０５０号公報（特許文献３）は、５０〜７０Ｈｓ級のプラスチック金型用快削鋼に関するもので、快削性の付与については、上記特許文献２と同じで、Ａｌを脱酸および金属間化合物形成元素として、０．６〜１．５％添加してＡｌを０．１％以下に制限したことが開示されている。
さらに、特開平３−６４４２９号公報（特許文献４）は、Ｏ含有量を規制することによって、Ｂ酸化物の生成を抑制し、また、Ｔｉ，Ｚｒ，ＲＥＭなどの窒化物形成傾向の強い元素の含有量を規制することによって窒化物の生成を抑制し、窒化物ＢＮの析出が十分に得られるように成分を限定している。
【０００４】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開昭５３−１６３１５号公報）
（２）特許文献２（特開平２−２８５０４９号公報）
（３）特許文献３（特開平２−２８５０５０号公報）
（４）特許文献４（特開平３−６４４２９号公報）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１の場合は、ＳとＺｒを複合添加することにより、Ｓ単独添加による効果を上回る被削性の向上、硫化物の延伸の抑制を図っているが、衝撃値の異方性が大きい。また、特許文献２の場合は、硬さが熱間工具鋼として不十分である。また、特許文献３の場合は、Ａｌを積極的に金属間化合物形成元素として添加するものであり、さらに、特許文献４の場合は、窒化物ＢＮの析出が十分に得られるように成分を限定しているものであるが、いずれも靱性および耐ヒートチェック性として十分でないという問題がある。
【０００６】
上述したような問題を解消するために発明者らは鋭意開発を進めた結果、従来、工具鋼の快削化に適用されてきた硫化物ではなく、ＢＮを切削時の潤滑材として用いることにより、靱性を低下させることなく、被削性の向上を図る優れた熱間工具鋼を提供するものである。その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．１５〜０．６％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜０．７％、Ｃｒ：３．５〜６．０％、Ｂ：０．０００３〜０．０２％、Ｎ：０．００３〜０．０８％、Ａｌ：０．１０％以下、Ｏ：２０ｐｐｍ以下、を含有し、かつ、Ｗ，Ｍｏの１種または２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．９〜２．３、Ｖ，Ｎｂの１種または２種が、Ｖ＋１／２Ｎｂ：０．１１〜１．８４、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とる快削熱間工具鋼。
（２）前記（１）に加えて、Ｎｉ：０．０５〜１．２％を含有させたことを特徴とする快削熱間工具鋼である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成分組成の限定理由について述べる。
Ｃ：０．１５〜０．６％
Ｃは、焼入焼戻時の硬さを向上させる重要な元素であるが、しかし、０．１５％未満ではその効果が十分でなく、また、０．６％を超えると靱性を低下させることから、その範囲を０．１５〜０．６％とする。
Ｓｉ：０．１〜１．５％
Ｓｉは、製鋼時脱酸剤として有用であり、耐酸化性および焼入性を向上させる元素である。しかし、０．１％未満ではその効果が十分でなく、１．５％を超えると熱伝導性の低下および靱性が低下することから、その範囲を０．１〜１．５％とした。
【０００８】
Ｍｎ：０．１〜０．７％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として有用であり、また、焼入性を向上させる元素である。しかし、０．１％未満ではその効果が十分でなく、０．７％を超えると硫化物形成（ＭｎＳ）による靱性を低下させることから、その範囲を０．１〜０．７％とした。
Ｃｒ：３．５〜６．０％
Ｃｒは、耐食性および硬質炭化物を形成し耐摩耗性並びに焼入性を向上させる元素である。しかし、３．５％未満ではその効果が十分でなく、６．０％を超えると高温軟化抵抗性が低下し靱性も低下させることから、その範囲を３．５〜６．０％とした。
【０００９】
Ｂ：０．０００３〜０．０２％
Ｂは、本発明の最大の特徴とするＢＮを形成し被削性を向上させる。しかし、０．０００３％未満ではその効果が十分でなく、０．０２％を超えると粒界脆化による靱性を低下させることから、その範囲を０．０００３〜０．０２％とした。望ましくは０．００１〜０．０１％とする。
Ｎ：０．００３〜０．０８％
Ｎは、Ｂと同様に、本発明の最大の特徴とするＢＮを形成し被削性を向上させる。しかし、０．００３％未満ではその効果が十分でなく、０．０８％を超えると粗大ＡｌＮを形成し、靱性を低下させることから、その範囲を０．００３〜０．０８％とした。望ましくは０．０１〜０．０５％とする。
【００１０】
Ａｌ：０．１０％以下
Ａｌは、粗大ＡｌＮを形成し、靱性を低下させることから、その上限を０．１０％とする。望ましくは０．０５％以下とする。
Ｏ：２０ｐｐｍ以下
Ｏは、低融点酸化物（Ｂ₂Ｏ₃）を形成し耐ヒートチェック性を低下させる。従って、不可避的不純物であるが、特に、その上限を２０ｐｐｍとした。望ましくは１５ｐｐｍとする。
【００１１】
Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．９〜２．３
Ｍｏ、Ｗは、硬質炭化物を形成し耐摩耗性を向上させ、かつ焼入性、高温軟化抵抗性および高温強度を向上させる。しかし、Ｍｏ＋１／２Ｗが０．９未満ではその効果が十分でなく、２．３を超えると靱性を低下させることから、その範囲を０．９〜２．３とした。
Ｖ＋１／２Ｎｂ：０．１１〜１．８４
Ｖ、Ｎｂは、硬質炭化物を形成し耐摩耗性を向上させ、かつ結晶粒微細化させる。しかし、Ｖ＋１／２Ｎｂが０．１１未満ではその効果が十分でなく、１．８４を超えると靱性を低下および熱処理歪みが大きくなることから、その範囲を０．１１〜１．８４とした。
【００１２】
Ｎｉ：０．０５〜１．２％
Ｎｉは、靱性を向上させる有用な元素である。しかし、０．０５％未満ではその効果が十分でなく、１．２％を超えると被削性が低下することから、その範囲を０．０５〜１．２％とした。
このように、Ｂ、Ｎを添加することによりＢＮを形成させる最適範囲を定め、一方、ＢＮ形成を阻害する合金元素であるＡｌおよびＯを制限して、Ｂ、Ｎが他元素との化合物を生成することを抑制したものである。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明について実施例をもって具体的に説明する。
１００ｋｇ真空誘導溶解炉で溶製し、表１に示す化学成分を有する各種鋼をインゴットに鋳造し、角５０Ｈ×１００Ｗに鍛伸（加熱温度１２００℃）し、焼鈍後、試験片を粗加工後焼入焼戻して仕上げ加工し、各種試験材に供した。その結果を表１に示す。表１に示す各種性能試験は以下の通りである。
（１）被削性試験
試験片：５０Ｈ×１００Ｗ×２００Ｌ、焼鈍硬さ８０〜９０ＨＲＢ
試験条件：ＳＫＨ５１製φ８ドリル、深さ１２ｍｍ穿孔するのに要する時間で評価した。
【００１４】
（２）シャルピー衝撃試験
試験片：５０Ｈ×１００ＷのＬ方向（鍛伸方向）、Ｔ方向（Ｌ方向の垂直方向）１０×１０×５５Ｌ、焼入焼戻硬さ４５ＨＲＣ、１０Ｒ２ｍｍＵノッチ
（３）ヒートチェック試験
試験片：φ４０×１００Ｌ、焼入焼戻硬さ４５ＨＲＣ
試験条件：６５０℃←→室温の加熱冷却を１０００回繰返し、試験片表面に生じたクラックの平均長さで評価した。
【００１５】
【表１】

【００１６】
表１に示すように、Ｎｏ．１〜６は本発明例であり、Ｎｏ．７〜１０は比較例である。比較例Ｎｏ．７はＳｉ量が低く、Ｏ量が高いために、被削性が悪い。比較例Ｎｏ．８はＣ、Ｃｒ，Ｂ、Ｎ、Ａｌ量が高く、Ｍｏ＋１／２Ｗが低いために、衝撃値比（Ｔ／Ｌ）および耐ヒートチェック性が悪い。比較例Ｎｏ．９はＣ量が低く、Ｓｉ量が高く、また、Ｍｏ＋１／２Ｗが高く、かつ、Ｖ＋１／２Ｎｂが低いために、被削性が悪い。比較例Ｎｏ．１０はＭｎ、Ａｌ、Ｏ、Ｎｉ量が高く、Ｃｒ量が低く、かつＶ＋１／２Ｎｂが高いために、衝撃値Ｌ方向、衝撃値比（Ｔ／Ｌ）および耐ヒートチェック性が悪い。これに対し、本発明例であるＮｏ．１〜６はいずれの特性にも優れていることが判る。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により被削性および靱性を兼備し、異方性の小さい熱間工具鋼を提供できる極めて優れた効果を奏するものである。

Claims

質量％で、
Ｃ：０．１５〜０．６％、
Ｓｉ：０．１〜１．５％、
Ｍｎ：０．１〜０．７％、
Ｃｒ：３．５〜６．０％、
Ｂ：０．０００３〜０．０２％、
Ｎ：０．００３〜０．０８％、
Ａｌ：０．１０％以下、
Ｏ：２０ｐｐｍ以下、
を含有し、かつ、Ｗ，Ｍｏの１種または２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．９〜２．３、Ｖ，Ｎｂの１種または２種が、Ｖ＋１／２Ｎｂ：０．１１〜１．８４、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快削熱間工具鋼。
請求項１に加えて、Ｎｉ：０．０５〜１．２％を含有させたことを特徴とする快削熱間工具鋼。