JP5351528B2 - Cold mold steel and molds - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車用鋼板や家電用鋼板などを、冷間等でプレス成形（打ち抜き、曲げ、絞り、トリミングなど）する際に用いられる冷間プレス用金型の素材として有用な冷間金型用鋼と、その冷間金型用鋼を用いて得られる金型に関するものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a cold mold useful as a material for a cold press mold used when press forming (punching, bending, drawing, trimming, etc.) of steel sheets for automobiles, steel sheets for household appliances, etc. The present invention relates to a steel for use and a mold obtained by using the steel for a cold mold.
自動車用鋼板や家電用鋼板などのプレス成形に用いられる冷間プレス用金型は、鋼板の高強度化に伴い、その寿命の改善が求められている。特に自動車用鋼板では、環境問題が考慮され、自動車の燃費を向上するために、引っ張り強度が５９０ＭＰａ以上のハイテン鋼板が採用されることが多くなってきており、今後その需要が益々高くなることが予想されている。 Cold stamping dies used for press forming of steel plates for automobiles, steel plates for household appliances, etc. are required to have an improved service life as the strength of the steel plates increases. Especially for automobile steel sheets, environmental issues are taken into consideration, and high-tensile steel sheets having a tensile strength of 590 MPa or more are increasingly employed in order to improve the fuel efficiency of automobiles. Expected.
そのハイテン鋼板をプレス成形するにあたり、表面処理を施された冷間プレス用金型の表面皮膜が、早期に損傷することで、型カジリやカジリと呼ばれるプレス成形時に焼きつく現象が発生し、冷間プレス用金型の金型寿命が極端に短くなるといった問題の発生が増加している。 When the high-tensile steel plate is press-formed, the surface film of the cold-press die that has been surface-treated is damaged early, causing a phenomenon of seizure during press-forming called mold galling or galling. The occurrence of problems such as extremely shortening the die life of the hot press die is increasing.
冷間プレス用金型は、母材となる冷間金型用鋼の表面に硬質皮膜処理を施すことで製造される。母材となる冷間金型用鋼は、一般に、焼鈍→切削加工→焼入焼戻処理という工程を経て製造される。 A cold press mold is manufactured by applying a hard coating to the surface of a cold mold steel as a base material. Cold mold steel as a base material is generally manufactured through a process of annealing → cutting → quenching and tempering.
冷間金型用鋼として、従来から、ＪＩＳ ＳＫＤ１１などの高Ｃ高Ｃｒの合金工具鋼や、更に耐摩耗性が改善されたＪＩＳ ＳＫＨ５１などの高速度工具鋼が汎用されている。これらの工具鋼では、Ｃｒ系炭化物やＭｏ、Ｗ、Ｖ系炭化物の析出硬化により硬度の向上を図っている。更には、ＪＩＳ ＳＫＨ５１が含有するＣ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖなどの合金元素を低減することで、靭性、耐摩耗性の両方を向上させたマトリックスハイスと呼ばれる低合金高速度工具鋼も、冷間金型用鋼に使用されている。 Conventionally, as steel for cold molds, a high C high Cr alloy tool steel such as JIS SKD11 and a high speed tool steel such as JIS SKH51 with improved wear resistance have been widely used. In these tool steels, the hardness is improved by precipitation hardening of Cr-based carbides, Mo, W, and V-based carbides. Furthermore, low alloy high-speed tool steel called matrix high speed, which has improved both toughness and wear resistance by reducing alloy elements such as C, Mo, W and V contained in JIS SKH51, Used in mold steel.
また、これら冷間金型用鋼の更なる特性の改善を図った技術として特許文献１〜６に記載の技術が提案されている。 Moreover, the technique of patent documents 1-6 is proposed as a technique which aimed at the further improvement of the characteristic of these steel for cold molds.
特許文献１は、マトリックスハイスの硬さを更に向上させるために提案された技術であり、Ｎｂおよび／またはＴａを多量に含有させ、高温焼入れした場合の結晶粒の粗大化を抑制することにより、高温焼入れを可能とし、高硬度化、すなわち耐摩耗性の向上を図る方法が開示されている。 Patent Document 1 is a technique proposed for further improving the hardness of matrix high speed steel, containing a large amount of Nb and / or Ta, and suppressing coarsening of crystal grains when subjected to high-temperature quenching, A method has been disclosed that enables high-temperature quenching and increases hardness, that is, improves wear resistance.
特許文献２には、被削性や耐摩耗性といった必要特性を阻害せずに、優れた変寸抑制特性と高硬度特性、耐カジリ性を得ることを目的として、適正量のＮｉやＡｌを添加し、それに応じた適正量のＣｕを添加すると共に、更にＣ及びＣｒの含有量を調整して組織中の炭化物分布を微細に分散した冷間ダイス鋼が開示されている。 In Patent Document 2, an appropriate amount of Ni or Al is added for the purpose of obtaining excellent dimension suppressing properties, high hardness properties, and galling resistance without impairing necessary properties such as machinability and wear resistance. A cold die steel is disclosed in which a proper amount of Cu is added in accordance with the addition, and the content of C and Cr is further adjusted to finely disperse the carbide distribution in the structure.
また、特許文献３には、従来のマトリックスハイスより焼き入れ温度を低くしても、熱処理後の硬さ、靭性などの特性が従来のマトリックスハイスと同程度の特性が得られることを目的として、焼き戻し状態でＭ２３Ｃ６型炭化物が２〜５ｖｏｌ％生成する組織を有し、かつＭＣ型炭化物及びＭ６Ｃ型炭化物の少なくともいずれかが分散析出した焼入焼戻組織を有する合金工具鋼が開示されている。 Further, in Patent Document 3, even if the quenching temperature is lower than that of the conventional matrix high speed, characteristics such as hardness and toughness after heat treatment can be obtained at the same level as the conventional matrix high speed. Alloy tool steel having a structure in which 2 to 5 vol% of M 23 C 6 type carbide is generated in a tempered state and having a quenched and tempered structure in which at least one of MC type carbide and M 6 C type carbide is dispersed and precipitated. Is disclosed.
更には、特許文献４には、金型製造コストの低減を目的として、従来のように切削加工を行ってから焼入焼戻処理を行うのではなく、焼入焼戻状態から切削加工を行う技術が開示されている。具体的には、高硬度でも良好な被削性を発揮でき、冷間で打抜き加工が可能な鋼として、特に、Ｃ、Ｓｉ、およびＳの含有量が適切に制御されたプリーハードン鋼が開示されている。しかしながら、プリーハードン鋼を用いた金型の寿命は短く、実用化に至っていないのが現状である。 Furthermore, in Patent Document 4, for the purpose of reducing the mold manufacturing cost, the cutting is performed from the quenching and tempering state, not performing the quenching and tempering process after performing the cutting process as in the prior art. Technology is disclosed. Specifically, a pre-hardened steel in which the contents of C, Si, and S are appropriately controlled is disclosed as a steel that can exhibit good machinability even at high hardness and can be punched cold. ing. However, the life of the mold using the pre-hardened steel is short and has not yet been put into practical use.
また、本出願人らは、高硬度化や熱処理後の変寸抑制性に優れるほか、溶接補修性にも優れた冷間金型用鋼、および金型として特許文献５に記載の発明を提案している。更には、適切な条件で溶体化処理および時効処理を行うことで、特許文献５に記載の技術を更に改良した特許文献６に記載の発明も提案している。これらの技術を採用することで、高硬度で、しかも熱処理直後の変寸抑制性に優れた冷間金型用鋼を得ることができる。 Further, the present applicants proposed the invention described in Patent Document 5 as a steel for cold molds, which is excellent in high hardness and size reduction suppression after heat treatment, and also in excellent weld repairability, and a mold. doing. Furthermore, the invention described in Patent Document 6 is proposed in which the technique described in Patent Document 5 is further improved by performing solution treatment and aging treatment under appropriate conditions. By adopting these techniques, it is possible to obtain a steel for cold molds that has high hardness and is excellent in the ability to suppress deformation immediately after heat treatment.
しかしながら、これら特許文献５、６記載の発明は、変寸の経時変化について考慮した発明ではない。また、これら特許文献５、６に記載された各実施例全ての冷間金型用鋼を用いて冷間プレス用金型を作製しても、経時後の寸法変化を確実に抑制することはできず、これら特許文献５、６には、経時後の寸法変化に対応できる実施例は記載されていない。 However, the inventions described in Patent Documents 5 and 6 are not inventions that take into account the change over time of the size change. Moreover, even if a cold press die is produced using the cold die steels of all the examples described in Patent Documents 5 and 6, it is possible to reliably suppress dimensional changes after aging. However, these Patent Documents 5 and 6 do not describe examples that can cope with dimensional changes after time.
本発明は、これら従来の実情を鑑みてなされたもので、硬度が高く、熱処理後の変寸抑制性に優れるといった求められる基本特性を備えた上に、経時後の寸法変化も抑制することができる冷間金型用鋼と、その冷間金型用鋼を用いて得られる金型を提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in view of these conventional situations, and has the required basic properties such as high hardness and excellent dimensional control after heat treatment, and also suppresses dimensional change after aging. An object of the present invention is to provide a cold mold steel and a mold obtained by using the cold mold steel.
請求項１記載の発明は、質量％で、Ｃ：０．２０〜０．６０％、Ｃｒ：３．０〜９．０％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０．３〜２．０％、Ｃｕ：１．０〜５．０％、Ｎｉ：１．０〜５．０％、Ｍｏ＋０．５×Ｗ：０．５〜３．０％、Ｖ：０．００１〜０．５％、Ｔｉ：０．００１〜０．５％、Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．１０％以下（０％を含まない）、を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であって、且つ、［Ｃ］×［Ｃｒ］≦３．０、［Ｃｕ］／［Ｃ］＝４．０〜１５．０、［Ｖ］＋［Ｔｉ］≦０．５２％という各要件を満足することを特徴とする冷間金型用鋼である。
但し、上式で［ ］は、各元素の含有量（質量％）を示す。
Invention of Claim 1 is the mass%, C: 0.20-0.60%, Cr: 3.0-9.0%, Si: 0.5-2.0%, Mn: 0.1 -2.0%, Al: 0.3-2.0%, Cu: 1.0-5.0%, Ni: 1.0-5.0%, Mo + 0.5 × W: 0.5-3 0.0%, V: 0.001 to 0.5%, Ti: 0.001 to 0.5%, P: 0.05% or less (excluding 0%), S: 0.10% or less (0 %), The balance being iron and inevitable impurities, and [C] × [Cr] ≦ 3.0, [Cu] / [C] = 4.0 to 15.0 , [V] + [Ti] ≦ 0.52%, a cold mold steel characterized by satisfying each requirement.
However, in the above formula, [] indicates the content (% by mass) of each element.
請求項２記載の発明は、更に、質量％で、Ｃｏを１０％以下（０％を含まない）含有することを特徴とする請求項１記載の冷間金型用鋼である。 The invention according to claim 2 is the cold mold steel according to claim 1, further comprising 10% or less (not including 0%) of Co by mass%.
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の冷間金型用鋼を用いて得られた金型である。 Invention of Claim 3 is a metal mold | die obtained using the steel for cold molds of Claim 1 or 2.
本発明の冷間金型用鋼および金型によると、硬度が高く、熱処理後の変寸抑制性に優れるといった求められる基本特性を備えた上に、経時後の寸法変化も抑制することができる。 According to the steel and die for cold mold of the present invention, it has the required basic properties such as high hardness and excellent ability to suppress sizing after heat treatment, and also can suppress dimensional change after aging. .
以下、本発明を実施形態に基づいて更に詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on embodiments.
本発明者らは、冷間金型用鋼に要求される基本特性のなかでも、硬度が高く、熱処理後の変寸抑制性に優れた冷間金型用鋼を提供するために、鋭意、検討、探求を重ねた結果、鋼中成分を適切に制御することで、初期の目的が達成されることを見出し、特許文献５に記載された発明について出願を行った。 In order to provide a steel for cold mold, which has high hardness and excellent deformation suppression property after heat treatment, among the basic properties required for steel for cold mold, As a result of repeated investigation and search, it was found that the initial purpose was achieved by appropriately controlling the components in the steel, and an application was filed for the invention described in Patent Document 5.
更に、熱処理後の変寸抑制性を一層改善するために、その後も、鋭意、検討、探求を重ねた結果、上記鋼中成分の鋼を用い、適切な条件で溶体化処理および時効処理を行うことで、熱処理後の変寸抑制性が一層改善できることを見出し、前記した特許文献６に記載された発明について出願を行った。 Furthermore, in order to further improve the ability to suppress change in size after heat treatment, as a result of intensive studies, investigations, and quests, solution treatment and aging treatment are performed under appropriate conditions using the above steel components. As a result, the inventors found that the ability to suppress change in size after heat treatment can be further improved, and filed an application for the invention described in Patent Document 6 described above.
これらの冷間金型用鋼、並びにその製造方法を用いて作製した冷間プレス用金型を使用したところ、熱処理直後の変寸は抑制されているため、初期は全く問題なく使用できたのであったが、使用を重ね、時間が経過するに伴い、徐々に寸法変化が発生することが分かった。 When these cold mold steels and cold press molds produced using the manufacturing method were used, the size change immediately after the heat treatment was suppressed, so the initial use was possible without any problems. However, it was found that the dimensional change gradually occurred with time after repeated use.
従って、発明者らは更に検討、探求を重ねることとした。その結果、固溶したＴｉ、Ｖ、Ｃが、変寸の経時変化に影響を及ぼすことを見出し、本発明の完成に至った。 Therefore, the inventors decided to further study and search. As a result, it was found that Ti, V, and C that were dissolved in the solid had an influence on the change over time of the change in size, and the present invention was completed.
この現象について以下に詳しく説明する。残留オーステナイトはマルテンサイトに時間経過と共に変態していくが、その変態に伴い変寸の経時変化が発生する。すなわち、時間経過（温度の上昇、低下）と共に、熱処理後の残留応力が作用することで、残留オーステナイト中のＣが周りのマトリックスに僅かながら拡散するため、残留オーステナイトの変態点が僅かに変動して、残留オーステナイトがマルテンサイトに変態する。しかしながら、ここでＴｉとＶが複合添加された場合には、Ｃの拡散が抑制されるため、その結果、残留オーステナイトがマルテンサイトに変態せず変寸の経時変化が抑制できると考えられる。 This phenomenon will be described in detail below. Residual austenite transforms into martensite with time, and changes with time occur with the transformation. That is, with the passage of time (temperature increase and decrease), the residual stress after heat treatment acts, so that C in the retained austenite diffuses slightly in the surrounding matrix, so the transformation point of the retained austenite slightly varies. Residual austenite is transformed into martensite. However, when Ti and V are added together here, the diffusion of C is suppressed, and as a result, the retained austenite is not transformed into martensite, and it is considered that the change over time of the deformation can be suppressed.
また、ＴｉとＶが複合添加されることで、焼入れ時の旧オーステナイト粒が微細になり、残留オーステナイトも微細化する。微細化した残留オーステナイトはマルテンサイトに変態しにくくなり、その結果、残留オーステナイトがマルテンサイトに変態せず、変寸の経時変化も低減すると考えられる。 Further, by adding Ti and V in combination, the prior austenite grains at the time of quenching become fine, and the retained austenite also becomes fine. It is considered that the refined retained austenite becomes difficult to transform into martensite, and as a result, the retained austenite does not transform into martensite, and the change with time of deformation is also reduced.
変寸の経時変化を抑制するために安定化処理をすることが従来から行われているが、この安定化処理も生産性を阻害すると共に、変寸のバラツキ要因となるため、１度の熱処理で経時変化を抑制させることができる点に本発明の特徴がある。尚、本発明の冷間金型用鋼に、安定化処理（２００〜５００℃×１〜６ｈｒ）をすることで、更に変寸の経時変化を抑制できる場合もある。 Stabilization processing has been conventionally performed in order to suppress changes in size over time, but this stabilization processing also hinders productivity and causes variation in the size of the heat treatment. The feature of the present invention is that the change with time can be suppressed. In addition, the time-dependent change of a size change may be further suppressed by performing the stabilization process (200-500 degreeC x 1-6 hr) to the steel for cold molds of this invention.
尚、本明細書において、「硬度が高い」とは、後述する実施例の欄に記載の方法で冷間金型用鋼の最大硬さを測定したとき、最大硬さが６５０ＨＶ以上のものを意味する。 In the present specification, “high hardness” means that when the maximum hardness of the steel for cold mold is measured by the method described in the column of Examples described later, the maximum hardness is 650 HV or more. means.
また、本明細書において、「熱処理後の変寸」とは、時効処理後の厚さ、幅、長さを夫々測定したときの、それらの平均値と、最大値と最小値の差の両方で評価している。説明の便宜上、本明細書では、前者を「平均変寸率」、後者を「最大変寸率」と述べる。「熱処理後の変寸抑制性に優れる」とは、後述する実施例の欄に記載の方法で熱処理前後の寸法変化を測定したとき、「平均変寸率」が±０．０３％の範囲内であり、且つ、「最大変寸率」が０．０５％以下であるものを意味する。 Further, in this specification, “size change after heat treatment” means both the average value and the difference between the maximum value and the minimum value when the thickness, width and length after aging treatment are measured, respectively. It is evaluated with. For convenience of explanation, in this specification, the former is referred to as “average size change rate” and the latter is referred to as “maximum size change rate”. “Excellent in suppressing size change after heat treatment” means that, when the dimensional change before and after heat treatment is measured by the method described in the column of Examples described later, the “average size change rate” is within ± 0.03%. And the “maximum change rate” is 0.05% or less.
更には、本明細書において、「変寸の経時変化」とは、熱処理後、５日間大気中に放置した際の厚さ、幅、長さを夫々測定したときの、変寸の最大値で評価している。「経時後の寸法変化を抑制することができる」とは、後述する実施例の欄に記載の方法で経時変化前後の寸法変化を測定したとき、「変寸の経時変化」が０．０５％以下であるものを意味する。 Further, in this specification, “change in size over time” means the maximum value of size change when the thickness, width, and length are measured when left in the atmosphere for 5 days after heat treatment. Evaluating. “It is possible to suppress the dimensional change after aging” means that when the dimensional change before and after the aging is measured by the method described in the column of Examples described later, the “aging change of aging” is 0.05%. Means the following:
以下、本発明の冷間金型用鋼中の化学成分の含有量の範囲限定理由について、元素毎に詳細に説明する。尚、本明細書中に記載する％は全て質量％を示す。 Hereinafter, the reason for limiting the range of the content of chemical components in the steel for cold mold according to the present invention will be described in detail for each element. In addition, all% described in this specification shows the mass%.
Ｃ：０．２０〜０．６０％
Ｃは、硬さ及び耐摩耗性を確保するために必要な元素である。また、金型母材の表面に、ＴＤ処理によるＶＣ皮膜や、ＣＶＤ処理によるＴｉＣ皮膜といった炭化物皮膜を形成する場合、Ｃの含有量が少ないと皮膜の厚さが薄くなるなどの問題もある。これらを勘案し、上記作用を有効に発揮させるためにＣの含有量の下限を０．２０％とした。また、その下限は０．２２％であることがより好ましい。但し、Ｃの含有量が過剰であると、残留オーステナイトが増加し、高温で時効処理を行わないと所望の硬さが得られないほか、時効処理後に膨張するなどして変寸が大きくなる。よって、Ｃの含有量の上限を０．６０％とした。また、その上限は０．５５％であることが好ましく、０．５０％であることがより好まくしい。
C: 0.20 to 0.60%
C is an element necessary for ensuring hardness and wear resistance. In addition, when a carbide film such as a VC film by TD treatment or a TiC film by CVD treatment is formed on the surface of the mold base material, there is a problem that the thickness of the film becomes thin if the C content is small. Considering these, the lower limit of the C content is set to 0.20% in order to effectively exhibit the above-described action. The lower limit is more preferably 0.22%. However, if the C content is excessive, the retained austenite increases, and the desired hardness cannot be obtained unless the aging treatment is performed at a high temperature, and the size increases due to expansion after the aging treatment. Therefore, the upper limit of the C content is set to 0.60%. Further, the upper limit is preferably 0.55%, and more preferably 0.50%.
Ｃｒ：３．０〜９．０％
Ｃｒは、所定の硬さを確保するために有用な元素である。詳しくは、Ｃｒの含有量が少な過ぎると、焼入性が不足してベイナイトが一部生成するため、硬さが低下し、耐摩耗性を確保することができない。そこでＣｒの含有量の下限を３．０％とした。また、その下限は３．５％であることが好ましく、４．０％であることがより好ましい。但し、その含有量が過剰であると、粗大なＣｒ系炭化物が多量に生成し、熱処理後の収縮によって硬質皮膜の耐久性が低下する。そこで、Ｃｒの含有量の上限を９．０％とした。また、その上限は７．０％であることが好ましく、６．５％であることより好ましく、６．０％であることが更に好ましい。
Cr: 3.0-9.0%
Cr is an element useful for ensuring a predetermined hardness. Specifically, if the Cr content is too small, the hardenability is insufficient and a portion of bainite is generated, so that the hardness is lowered and the wear resistance cannot be ensured. Therefore, the lower limit of the Cr content is set to 3.0%. Moreover, the lower limit is preferably 3.5%, more preferably 4.0%. However, if the content is excessive, a large amount of coarse Cr-based carbides are generated, and the durability of the hard coating is reduced by shrinkage after heat treatment. Therefore, the upper limit of the Cr content is set to 9.0%. Further, the upper limit is preferably 7.0%, more preferably 6.5%, and still more preferably 6.0%.
Ｓｉ：０．５〜２．０％
Ｓｉは、製鋼時の脱酸元素として有用であり、硬さの向上と被削性確保に寄与する元素である。また、Ｓｉはマトリックスのマルテンサイトの焼戻し軟化を抑える。このような作用を有効に発揮するため、Ｓｉの含有量の下限を０．５％とした。その含有量は、好ましくは１．０％以上、より好ましくは１．２％以上である。但し、その含有量が過剰であると、偏析が大きくなり、熱処理後の変寸が大きくなるほか、靭性も低下するようになる。よってＳｉの含有量の上限を２．０％とした。その含有量は、好ましくは１．８５％以下である。
Si: 0.5 to 2.0%
Si is useful as a deoxidizing element at the time of steelmaking, and is an element that contributes to improving hardness and securing machinability. Si also suppresses temper softening of the martensite of the matrix. In order to effectively exhibit such an action, the lower limit of the Si content is set to 0.5%. The content is preferably 1.0% or more, more preferably 1.2% or more. However, if the content is excessive, segregation increases, the size after heat treatment increases, and toughness also decreases. Therefore, the upper limit of the Si content is set to 2.0%. The content is preferably 1.85% or less.
Ｍｎ：０．１〜２．０％
Ｍｎは、焼入性確保に有用な元素である。しかし、その含有量が過剰であると、残留オーステナイトが増加するため、高温で時効処理を行わないと所望の硬さが得られなくなる。これらを勘案して、Ｍｎの含有量を０．１〜２．０％の範囲に定めた。Ｍｎの含有量の下限は、好ましくは０．１５％であり、その上限は、好ましくは１．０％、より好ましくは０．５％、更に好ましくは０．３５％である。
Mn: 0.1 to 2.0%
Mn is an element useful for ensuring hardenability. However, if the content is excessive, retained austenite increases, so that the desired hardness cannot be obtained unless an aging treatment is performed at a high temperature. Taking these into consideration, the content of Mn is set in the range of 0.1 to 2.0%. The lower limit of the Mn content is preferably 0.15%, and the upper limit is preferably 1.0%, more preferably 0.5%, and still more preferably 0.35%.
Ａｌ：０．３〜２．０％
Ａｌは、Ｎｉ３ＡｌなどのＡｌ−Ｎｉ系金属間化合物の析出強化による硬さ向上を図るために必要な元素であり、脱酸剤としても有用な元素である。これらを勘案して、Ａｌの含有量の下限を０．３％とした。Ａｌの含有量の下限は０．５％であることが好ましく、０．７％であることがより好ましい。但し、過剰に添加すると、偏析が大きくなり、熱処理後の寸法変化、特に最大変寸率が大きくなるほか、靭性の低下を招くため、その上限を２．０％とした。Ａｌの含有量の上限は１．８％であることが好ましく、１．６％であることがより好ましい。
Al: 0.3 to 2.0%
Al is an element necessary for improving hardness by precipitation strengthening of Al—Ni-based intermetallic compounds such as Ni 3 Al, and is also an element useful as a deoxidizer. Considering these, the lower limit of the Al content was set to 0.3%. The lower limit of the Al content is preferably 0.5%, and more preferably 0.7%. However, if added excessively, segregation increases, the dimensional change after heat treatment, particularly the maximum change rate, increases, and the toughness decreases, so the upper limit was made 2.0%. The upper limit of the Al content is preferably 1.8%, and more preferably 1.6%.
Ｃｕ：１．０〜５．０％
Ｃｕは、ε−Ｃｕの析出強化による硬さ向上を図るために必要な元素である。但し、その含有量が過剰であると、鍛造割れが発生し易くなる。そこでＣｕの含有量の上限を５．０％とした。また、その上限は４．０％であることが好ましい。また、Ｃｕの含有量の下限は１．０％である。また、その下限は２．０％であることが好ましい。
Cu: 1.0-5.0%
Cu is an element necessary for improving hardness by precipitation strengthening of ε-Cu. However, if the content is excessive, forging cracks are likely to occur. Therefore, the upper limit of the Cu content is set to 5.0%. Further, the upper limit is preferably 4.0%. Further, the lower limit of the Cu content is 1.0%. The lower limit is preferably 2.0%.
Ｎｉ：１．０〜５．０％
Ｎｉは、Ｎｉ３ＡｌなどのＡｌ−Ｎｉ系金属間化合物の析出強化による硬さ向上を図るために必要な元素である。また、ＮｉはＣｕと併用することにより、Ｃｕの過剰添加による熱間脆性を抑制し、鍛造時の割れを防止することもできる。但し、その含有量が過剰であると、残留オーステナイトが増加して高温で時効処理をしないと所定の硬さを確保できないほか、熱処理後に膨張してしまう。これらを勘案して、Ｎｉの含有量を１．０〜５．０％の範囲に定めた。Ｎｉの含有量の下限は、好ましくは１．５％であり、その上限は、好ましくは４．０％である。
Ni: 1.0-5.0%
Ni is an element necessary for improving the hardness by precipitation strengthening of an Al—Ni intermetallic compound such as Ni 3 Al. Ni can also be used in combination with Cu to suppress hot brittleness due to excessive addition of Cu and to prevent cracking during forging. However, if the content is excessive, the retained austenite increases, and unless it is subjected to an aging treatment at a high temperature, a predetermined hardness cannot be secured, and it expands after the heat treatment. Taking these into consideration, the Ni content is set to a range of 1.0 to 5.0%. The lower limit of the Ni content is preferably 1.5%, and the upper limit thereof is preferably 4.0%.
Ｍｏ＋０．５Ｗ：０．５〜３．０％
ＭｏとＷは、何れもＭ３Ｃ型炭化物、Ｍ６Ｃ型炭化物を形成するほか、Ｎｉ３Ｍｏ系金属間化合物などを形成し、析出強化に寄与する元素である。但し、これらの含有量が過剰であると、前記の炭化物などが過剰に生成し、靭性の低下を招くほか、熱処理後の変寸、特に最大変寸率が大きくなる。そこで、Ｍｏ＋０．５×Ｗの式に当てはめた場合のＭｏとＷの合計含有量を０．５〜３．０％の範囲に定めた。Ｍｏ単独の含有量も、０．５〜３．０％の範囲が好ましい。また、Ｗ単独の含有量は、２．０％以下（０％を含む）であることが好ましい。即ち、Ｍｏが必須元素、Ｗが選択元素である。但し、Ｗ単独の含有量の下限は、０．０２％であることが好ましい。また、Ｍｏ単独の含有量の下限は０．７％、上限は２．５％であることがより好ましい。Ｗ単独の含有量の下限は０．０５％、上限は１．５％であることがより好ましい。
Mo + 0.5W: 0.5-3.0%
Mo and W are elements that contribute to precipitation strengthening by forming M 3 C type carbides and M 6 C type carbides as well as forming Ni 3 Mo intermetallic compounds. However, if these contents are excessive, the above carbides and the like are excessively generated, resulting in a decrease in toughness, and the size change after heat treatment, particularly the maximum size change rate is increased. Therefore, the total content of Mo and W when applied to the formula of Mo + 0.5 × W is determined in the range of 0.5 to 3.0%. The content of Mo alone is also preferably in the range of 0.5 to 3.0%. The content of W alone is preferably 2.0% or less (including 0%). That is, Mo is an essential element and W is a selective element. However, the lower limit of the content of W alone is preferably 0.02%. Further, the lower limit of the content of Mo alone is more preferably 0.7%, and the upper limit is more preferably 2.5%. The lower limit of the content of W alone is more preferably 0.05%, and the upper limit is more preferably 1.5%.
Ｖ：０．００１〜０．５％
Ｖは、変寸の経時変化を抑制するために有用な必須元素である。また、生成するＡｌＮの微細化にも有効で、靭性の向上にも寄与する。従って、Ｖの含有量の下限を０．００１％とした。しかし、過剰に添加すると、マルテンサイト中の固溶Ｃ量が低下して硬さ低下を招く。従って、Ｖの含有量の上限を０．５％とした。Ｖの含有量の上限は、０．４％であることが好ましく、０．３％であることがより好ましい。
V: 0.001 to 0.5%
V is an essential element useful for suppressing change in size over time. Moreover, it is effective for refinement | miniaturization of the produced | generated AlN and contributes also to the improvement of toughness. Therefore, the lower limit of the V content is set to 0.001%. However, when it adds excessively, the amount of solid solution C in a martensite will fall and a hardness fall will be caused. Therefore, the upper limit of the V content is set to 0.5%. The upper limit of the V content is preferably 0.4%, and more preferably 0.3%.
Ｔｉ：０．００１〜０．５％
Ｔｉは、変寸の経時変化を抑制するために有用な必須元素である。また、生成するＡｌＮの微細化にも有効で、靭性の向上にも寄与する。従って、Ｔｉの含有量の下限を０．００１％とした。しかし、過剰に添加すると、マルテンサイト中の固溶Ｃ量が低下して硬さ低下を招く。従って、Ｔｉの含有量の上限を０．５％とした。Ｔｉの含有量の上限は、０．４％であることが好ましく、０．３％であることがより好ましい。
Ti: 0.001 to 0.5%
Ti is an essential element useful for suppressing the change in size over time. Moreover, it is effective for refinement | miniaturization of the produced | generated AlN and contributes also to the improvement of toughness. Therefore, the lower limit of the Ti content is set to 0.001%. However, when it adds excessively, the amount of solid solution C in a martensite will fall and a hardness fall will be caused. Therefore, the upper limit of the Ti content is set to 0.5%. The upper limit of the Ti content is preferably 0.4%, and more preferably 0.3%.
Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）
Ｐは、溶解原料中に不可避的に存在する元素であり、靭性を阻害する元素である。そのため、Ｐの含有量の上限を０．０５％とした。その上限は、好ましくは０．０２％である。
P: 0.05% or less (excluding 0%)
P is an element that is unavoidably present in the melting raw material and is an element that inhibits toughness. Therefore, the upper limit of the P content is set to 0.05%. The upper limit is preferably 0.02%.
Ｓ：０．１％以下（０％を含まない）
Ｓは、被削性確保に有用な元素である。被削性確保の観点からはＳを、好ましくは０．００２％以上、より好ましくは０．００４％以上の含有量とすることが推奨される。しかし、その含有量が過剰であると溶接割れが発生する。そこでＳの含有量の上限を０．１％とした。Ｓの含有量の上限は、好ましくは０．０７％、より好ましくは０．０５％、更に好ましくは０．０２５％である。
S: 0.1% or less (excluding 0%)
S is an element useful for ensuring machinability. From the viewpoint of securing machinability, it is recommended that S is a content of preferably 0.002% or more, more preferably 0.004% or more. However, if the content is excessive, weld cracks occur. Therefore, the upper limit of the S content is set to 0.1%. The upper limit of the S content is preferably 0.07%, more preferably 0.05%, and still more preferably 0.025%.
Ｃｏ：１０％以下（０％を含まない）
Ｃｏは、残留オーステナイトの低減化に有効な元素であり、これにより、硬さが向上する。上記作用を有効に発揮させるため、Ｃｏの含有量は、おおむね、１％以上であることが好ましい。但し、Ｃｏは高価であり、過剰に添加すると、コストの上昇を招くため、上限を１０％とした。Ｃｏの含有量の上限は５．５％であることが好ましい。
Co: 10% or less (excluding 0%)
Co is an element effective for reducing retained austenite, and thereby the hardness is improved. In order to effectively exhibit the above action, the Co content is preferably approximately 1% or more. However, Co is expensive, and if added excessively, the cost increases, so the upper limit was made 10%. The upper limit of the Co content is preferably 5.5%.
本発明の冷間金型用鋼に添加させる添加元素の成分範囲の限定理由は以上の通りであり、残部は鉄および不可避的不純物である。この不可避的不純物として、ＮおよびＯを例示することができる。Ｎの含有量は３５０ｐｐｍ以下であることが好ましく、２００ｐｐｍ以下であることがより好ましく、１５０ｐｐｍ以下であることが更に好ましい。また、Ｏの含有量は５０ｐｐｍ以下であることが好ましく、３０ｐｐｍ以下であることがより好ましく、２０ｐｐｍ以下であることが更に好ましい。 The reasons for limiting the component range of the additive element added to the cold mold steel of the present invention are as described above, and the balance is iron and inevitable impurities. N and O can be illustrated as this unavoidable impurity. The N content is preferably 350 ppm or less, more preferably 200 ppm or less, and even more preferably 150 ppm or less. The O content is preferably 50 ppm or less, more preferably 30 ppm or less, and still more preferably 20 ppm or less.
更に、本発明の冷間金型用鋼は、次に説明する各式を満足することを必須要件としている。尚、各式に示す［ ］は、各元素の含有量（質量％）を示す。 Further, the cold mold steel of the present invention is required to satisfy the following expressions. In addition, [] shown in each formula shows content (mass%) of each element.
［Ｃ］×［Ｃｒ］≦３．０
この式は、粗大なＣｒ系炭化物の生成抑制を目的として設定した式である。Ｃの含有量とＣｒの含有量の積が３．０を超えると、硬質皮膜の耐久性が低下するほか、熱処理後の変寸が大きくなる。Ｃの含有量とＣｒの含有量の積は、１．８以下であることが好ましく、１．７以下であることがより好ましい。尚、粗大なＣｒ系炭化物の生成抑制や、熱処理後の変寸抑制の観点からは、Ｃの含有量とＣｒの含有量の積は出来るだけ小さいことが好ましいが、ＣやＣｒの添加による上記作用を有効に発揮させることなども勘案すると、この積の下限は、概ね０．８であることが好ましい。
[C] × [Cr] ≦ 3.0
This equation is set for the purpose of suppressing the formation of coarse Cr-based carbides. When the product of the content of C and the content of Cr exceeds 3.0, the durability of the hard coating is reduced and the size after heat treatment is increased. The product of the content of C and the content of Cr is preferably 1.8 or less, and more preferably 1.7 or less. In addition, from the viewpoint of suppressing the formation of coarse Cr-based carbides and suppressing the change in size after heat treatment, the product of the C content and the Cr content is preferably as small as possible, but the above-described addition of C and Cr In consideration of effectively exhibiting the action, the lower limit of this product is preferably approximately 0.8.
［Ｃｕ］／［Ｃ］＝４．０〜１５．０
Ｃｕは、硬さのピークを低温側にシフトさせる作用があり、Ｃの含有量は、残留オーステナイトとの相関がある。［Ｃ］に対する［Ｃｕ］の比が４．０未満になると、硬さのピークとなる時効温度が、残留オーステナイトが分解し始める温度より高温になる。一方、［Ｃ］に対する［Ｃｕ］の比が１５．０を超えると、溶体化処理後の膨張量が大きくなってしまう。
[Cu] / [C] = 4.0-15.0
Cu has the effect of shifting the hardness peak to the low temperature side, and the C content has a correlation with retained austenite. When the ratio of [Cu] to [C] is less than 4.0, the aging temperature at which the hardness peak is reached is higher than the temperature at which the residual austenite begins to decompose. On the other hand, if the ratio of [Cu] to [C] exceeds 15.0, the amount of expansion after solution treatment will increase.
［Ｖ］＋［Ｔｉ］≦０．５２％
ＶとＴｉは、変寸の経時変化を抑制するために複合添加される。これらの含有量の和が０．５２％を超えると、マルテンサイト中の固溶Ｃ量が低下して硬さ低下を招く。これらの含有量の和の上限は、０．４％であることが好ましく、０．３５％であることがより好ましい。また、これらの含有量の和の下限は、０．１％であることが好ましく、０．２％であることがより好ましい。
[V] + [Ti] ≦ 0.52%
V and Ti are added in combination in order to suppress the change in size with time. When the sum of these contents exceeds 0.52%, the amount of solid solution C in martensite will fall and a hardness fall will be caused. The upper limit of the sum of these contents is preferably 0.4%, more preferably 0.35%. Further, the lower limit of the sum of these contents is preferably 0.1%, and more preferably 0.2%.
以下実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be implemented with appropriate modifications within a range that can be adapted to the gist of the present invention. These are all included in the technical scope of the present invention.
本実施例では、表１、２に記載した種々の成分組成の鋼種を用い、真空誘導溶解炉で１５０ｋｇのインゴットを溶製した後、９００〜１１５０℃に加熱し、４０ｍｍＴ×７５ｍｍＷ×約２０００ｍｍＬの板を鍛造し、その後、約６０℃／ｈｒの平均冷却速度で徐冷を行った。１００℃以下の温度まで冷却した後、再び、約８５０℃の温度まで加熱し、約５０℃／ｈｒの平均冷却速度で徐冷を行った（焼鈍）。以上のようにして得られた焼鈍材を用いて、以下の種々の試験を行った。 In this example, using steel types having various component compositions described in Tables 1 and 2, 150 kg of ingot was melted in a vacuum induction melting furnace, and then heated to 900 to 1150 ° C., 40 mm T × 75 mm W × about 2000 mm L The plate was forged and then slowly cooled at an average cooling rate of about 60 ° C./hr. After cooling to a temperature of 100 ° C. or lower, the mixture was again heated to a temperature of about 850 ° C. and gradually cooled at an average cooling rate of about 50 ° C./hr (annealing). The following various tests were conducted using the annealed material obtained as described above.
（１）硬さ試験（最大硬さの測定）
前記した焼鈍材から、おおむね、２０ｍｍＴ×２０ｍｍＷ×１５ｍｍＬサイズの試験片を切り出して硬さ測定用試験片とし、この試験片に、「溶体化処理（焼入処理）：約１０２０℃〜１０３０℃で１２０分間加熱→空冷→時効処理（焼戻処理）：約４００〜５６０℃で約１８０分間保持→放冷」という熱処理を施した。
(1) Hardness test (measurement of maximum hardness)
From the above-mentioned annealed material, a test piece having a size of 20 mm T × 20 mm W × 15 mm L is generally cut out to obtain a test piece for hardness measurement. Heating for 120 minutes → air cooling → aging treatment (tempering treatment): heat treatment of holding at about 400 to 560 ° C. for about 180 minutes → cooling ”was performed.
焼戻温度を約４００〜５６０℃の範囲内で変化させたときの硬さをビッカーズ硬度計（ＡＫＡＳＨＩ社製の規格ＡＶＫ、荷重５ｋｇ）で測定し、その最大硬さを調べた。本試験では、測定で得られた最大硬さが６５０ＨＶ以上のものを合格とした。その試験結果を表３に示す。 The hardness when the tempering temperature was changed within a range of about 400 to 560 ° C. was measured with a Vickers hardness meter (standard AVK manufactured by AKASHI, load 5 kg), and the maximum hardness was examined. In this test, those having a maximum hardness of 650 HV or more obtained by measurement were regarded as acceptable. The test results are shown in Table 3.
（２）熱処理後の変寸率の測定
前記した焼鈍材から、４０ｍｍＴ×７０ｍｍＷ×１００ｍｍＬのブロックを切り出して測定用の試験片とし、この試験片に、約１０２０℃〜１０３０℃で１２０分間加熱する溶体化処理（焼入処理）を行った後、最大硬さに達した温度で、時効処理（焼戻処理）を行った。次に、以下のようにして「平均変寸率」と「最大変寸率」を測定し、下記の基準に従い、これらの評価の両方が合格（○）のものを、熱処理後の変寸抑制性に優れる（合格）とした。その試験結果を表３に示す。
(2) Measurement of change rate after heat treatment A block of 40 mm T x 70 mm W x 100 mm L is cut out from the above-mentioned annealed material to make a test piece for measurement, and this test piece is heated at about 1020 ° C to 1030 ° C for 120 minutes. After solution treatment (quenching treatment), aging treatment (tempering treatment) was performed at a temperature that reached the maximum hardness. Next, measure the "average size change rate" and "maximum size change rate" as follows, and in accordance with the following criteria, both of these evaluations pass (○), the size control after heat treatment Excellent (passed). The test results are shown in Table 3.
（２−１）平均変寸率
前記した試験片の熱処理前と熱処理後について、厚さ、幅、長さの３方向を夫々測定し、熱処理前後の厚さ、幅、長さの夫々の差を求め、これらの差の平均値（百分率）を「平均変寸率」とした。「平均変寸率」が±０．０３％以内のものを合格（○）とし、±０．０３％を超えるものを不合格（×）とした。
(2-1) Average size change ratio Before and after heat treatment of the above-mentioned test piece, three directions of thickness, width and length were measured, respectively, and differences in thickness, width and length before and after heat treatment were measured. The average value (percentage) of these differences was taken as the “average rate of change”. A sample having an “average size change rate” of ± 0.03% or less was accepted (◯), and a sample exceeding “± 0.03%” was rejected (x).
（２−２）最大変寸率
前記した試験片の熱処理前と熱処理後について、厚さ、幅、長さの３方向を夫々測定し、熱処理前後の厚さ、幅、長さの夫々の差を求めた。これらの差のうち、最大値の絶対値（百分率）を「最大変寸率」とした。「最大変寸率」が０．０５％以下のものを合格（○）とし、０．０５％を超えるものを不合格（×）とした。
(2-2) Maximum size change rate Before and after heat treatment of the above-described test piece, three directions of thickness, width and length were measured, respectively, and differences in thickness, width and length before and after heat treatment were measured. Asked. Among these differences, the absolute value (percentage) of the maximum value was defined as “maximum change rate”. A sample having a “maximum change rate” of 0.05% or less was accepted (◯), and a sample exceeding 0.05% was rejected (x).
（３）変寸の経時変化の測定
前記した焼鈍材から、４０ｍｍＴ×７０ｍｍＷ×１００ｍｍＬのブロックを切り出して測定用の試験片とし、溶体化処理（焼入処理）を行った後、１回の時効処理（焼戻処理）を施す熱処理を行った後、５日間大気中に放置した。
(3) Measurement of change in size over time A block of 40 mmT × 70 mmW × 100 mmL was cut out from the above-mentioned annealed material to make a test piece for measurement, and after solution treatment (quenching treatment), one aging After the heat treatment for performing the treatment (tempering treatment), it was left in the air for 5 days.
時効処理（焼戻処理）後の試験片と、５日間大気中に放置後の試験片について、厚さ、幅、長さの３方向を夫々測定し、経時変化前後の厚さ、幅、長さの夫々の差を求めた。これらの差のうち、最大値を「変寸の経時変化」とした。その値が０．０５％以下のものを合格（○）とし、０．０５％を超えるものを不合格（×）とした The test piece after aging treatment (tempering treatment) and the test piece after being left in the atmosphere for 5 days are measured in three directions of thickness, width and length, and the thickness, width and length before and after change with time. I asked for the difference between each. Among these differences, the maximum value was defined as “change in size over time”. A value of 0.05% or less was accepted (◯), and a value exceeding 0.05% was rejected (x).
以下、試験結果について説明する。Ｎｏ．２〜９は、本発明の要件を満足する発明例である。これらの発明例では、「最大硬さ」、「平均変寸率」、「最大変寸率」、「変寸の経時変化」の全てで合格判定基準を満足した。これに対し、本発明の要件を満足しないＮｏ．１、１０〜１４は、「最大硬さ」、「平均変寸率」、「最大変寸率」、「変寸の経時変化」のいずれかで合格判定基準を満足することができなかった。 Hereinafter, the test results will be described. No. Examples 2 to 9 are invention examples that satisfy the requirements of the present invention. In these inventive examples, all of the “maximum hardness”, “average size change rate”, “maximum size change rate”, and “time change of size change” satisfied the acceptance criteria. On the other hand, No. which does not satisfy the requirements of the present invention. 1 and 10 to 14 could not satisfy the acceptance criteria in any of “maximum hardness”, “average size change rate”, “maximum size change rate”, and “time change of size change”.
以上の試験結果により、本発明の要件を満足する冷間金型用鋼は、硬度が高く、熱処理後の変寸抑制性に優れるといった求められる基本特性を備えた上に、経時後の寸法変化も抑制することができた冷間金型用鋼であることが確認できた。 Based on the above test results, the steel for cold mold that satisfies the requirements of the present invention has the required basic properties such as high hardness and excellent resistance to change in size after heat treatment, and dimensional change over time. It was also confirmed that the steel for cold molds was able to be suppressed.
Claims (3)
Ｃ：０．２０〜０．６０％、
Ｃｒ：３．０〜９．０％、
Ｓｉ：０．５〜２．０％、
Ｍｎ：０．１〜２．０％、
Ａｌ：０．３〜２．０％、
Ｃｕ：１．０〜５．０％、
Ｎｉ：１．０〜５．０％、
Ｍｏ＋０．５×Ｗ：０．５〜３．０％、
Ｖ：０．００１〜０．５％、
Ｔｉ：０．００１〜０．５％、
Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）、
Ｓ：０．１０％以下（０％を含まない）、
を含有し、
残部が鉄及び不可避的不純物であって、
且つ、［Ｃ］×［Ｃｒ］≦３．０、［Ｃｕ］／［Ｃ］＝４．０〜１５．０、［Ｖ］＋［Ｔｉ］≦０．５２％という各要件を満足することを特徴とする冷間金型用鋼。
但し、上式で［ ］は、各元素の含有量（質量％）を示す。 % By mass
C: 0.20 to 0.60%,
Cr: 3.0-9.0%,
Si: 0.5 to 2.0%,
Mn: 0.1 to 2.0%,
Al: 0.3 to 2.0%,
Cu: 1.0-5.0%,
Ni: 1.0-5.0%,
Mo + 0.5 × W: 0.5-3.0%
V: 0.001 to 0.5%,
Ti: 0.001 to 0.5%,
P: 0.05% or less (excluding 0%),
S: 0.10% or less (excluding 0%),
Containing
The balance is iron and inevitable impurities,
In addition, [C] × [Cr] ≦ 3.0, [Cu] / [C] = 4.0 to 15.0, and [V] + [Ti] ≦ 0.52% are satisfied. Features cold mold steel.
However, in the above formula, [] indicates the content (% by mass) of each element.
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