JP5444938B2 - Steel for mold - Google Patents

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Description

この発明はプラスチックやゴムの射出成形,ダイカスト,低圧鋳造,鍛造等の金型に適用して好適な金型用鋼に関する。   The present invention relates to a mold steel suitable for being applied to molds for plastic or rubber injection molding, die casting, low pressure casting, forging and the like.

近年、プラスチックやゴムの射出成形品,ダイカスト品,低圧鋳造品,鍛造品等の製品コストの低廉化のニーズが高まっており、そのための手段として、金型寿命の延長(I),金型用鋼の低廉化(II)が、鋳造品等の製品自体の低廉化(III)等と併せて有用な手段である。
ここで(I)の金型寿命の延長は金型コストを左右する大きな要因となる。
金型寿命が長ければ1つの金型にて製造できる製品の個数が多くなり、必然的に製品1個あたりに占める金型コストの比率は小となる。
逆に金型寿命が短ければ製品1個あたりに占める金型コストの比率は大となる。
In recent years, there is a growing need for lower product costs for plastic and rubber injection molded products, die-cast products, low-pressure cast products, forged products, etc., and as a means to that end, extension of mold life (I), for molds Steel cost reduction (II) is a useful means in combination with cost reduction of products such as cast products (III).
Here, the extension of the mold life of (I) is a major factor affecting the mold cost.
If the mold life is long, the number of products that can be manufactured by one mold increases, and the ratio of the mold cost per product inevitably becomes small.
On the other hand, if the mold life is short, the ratio of the mold cost per product becomes large.

ところで、近年生産性向上と短納期化の観点から、製品成形のハイサイクル化が進んできており、ダイカストを例にとると、ハイサイクル対応の鋳造機も開発されるようになってきた。
ところがこのハイサイクル化は、金型寿命を短寿命化する要因となる。
この点をダイカストを例にとって以下説明する。
By the way, in recent years, from the viewpoint of improving productivity and shortening the delivery time, the product molding has been advanced in a high cycle. Taking die casting as an example, a casting machine corresponding to a high cycle has been developed.
However, this high cycle becomes a factor for shortening the mold life.
This point will be described below by taking die casting as an example.

ダイカストとは、金型に形成されたキャビティ(成形空間)内に金属溶湯を充填し、凝固させて取り出す鋳造方法であり、キャビティの形状によって鋳造品の形状を自由に制御でき、生産性が高い特長を有する。特にAl合金のダイカストは自動車産業の発展に呼応して大きく成長してきた。   Die-casting is a casting method in which molten metal is filled into a cavity (molding space) formed in a mold and solidified to be taken out. The shape of the cast product can be freely controlled by the shape of the cavity, resulting in high productivity. Has features. In particular, die casting of Al alloy has grown greatly in response to the development of the automobile industry.

このダイカストの製造工程は、給湯→射出→凝固→型開き→製品取出し→離型剤塗布→型締め→給湯の順で行われ、この場合において離型剤塗布は、高温の金属との接触によって上昇した金型表面温度を低下させると同時に鋳造製品の取出しを容易にするための皮膜処理の意味を持つ重要な工程である。   This die casting manufacturing process is performed in the order of hot water supply → injection → solidification → mold opening → product removal → mold release agent application → mold clamping → hot water supply. In this case, the release agent application is performed by contact with a high-temperature metal. This is an important process with the meaning of film treatment to lower the elevated mold surface temperature and at the same time facilitate the removal of the cast product.

このようなダイカストにおいて、製品製造のハイサイクル化のためには金型の冷却速度を高めることが重要である。
ダイカスト製品の製造を単純にハイサイクル化した場合、金型の冷却時間が十分に確保されないまま(型の温度が下がりきらないうちに)、次の鋳造サイクルを迎えることとなり、必然的に金型の表面温度が高くなる。
In such die casting, it is important to increase the cooling rate of the mold in order to increase the cycle of product production.
If the production of die-cast products is simply made into a high cycle, the next casting cycle will be reached without the cooling time of the mold being sufficiently secured (before the mold temperature has fallen), and the mold will inevitably The surface temperature of becomes higher.

金型表面の高温度化は、鋳造品の凝固速度の低下を招くため、鋳造品質の劣化に直結する重大な問題である。
またより高温で金型から取り出された鋳造品は、その後の冷却による熱収縮が大きく、寸法精度に悪影響が及ぶ。更に高温で取り出された製品は、その後の冷却中に変形を生じ易い。
The increase in the temperature of the mold surface causes a decrease in the solidification rate of the cast product, and is therefore a serious problem that directly leads to deterioration of the casting quality.
In addition, the cast product taken out from the mold at a higher temperature has a large thermal shrinkage due to subsequent cooling, which adversely affects the dimensional accuracy. Furthermore, products removed at high temperatures are prone to deformation during subsequent cooling.

そこでこのような不具合を是正するため、ハイサイクル化においては金型の冷却速度を速めることが非常に重要となってくる。
ところがこのようなハイサイクル化の下では、金型に負荷される引張りの熱応力が増大し、金型表面のヒートチェックを助長する結果となる。
Therefore, in order to correct such a problem, it is very important to increase the cooling rate of the mold in the high cycle.
However, under such a high cycle, the tensile thermal stress applied to the mold increases, resulting in the promotion of a heat check on the mold surface.

ここでヒートチェックは摩耗,溶損,腐食等によって発生した表面の微小な切欠部に熱応力(特に溶湯充填により高温度化した金型表面に対するその後の強制冷却による引張応力)が作用して亀裂が発生及び進展する現象で、加熱・冷却に伴う熱疲労現象である。
このようなヒートチェックが生ずると、製品表面にこれが転写されてしまい、製品によっては品質が著しく損なわれるか又はゼロとなってしまう。
この意味において金型表面に生ずるヒートチェックは金型寿命を決する大きな要因となる。
In this heat check, cracks are caused by thermal stress (especially tensile stress due to subsequent forced cooling on the mold surface heated to a high temperature by filling the molten metal) on the minute notch on the surface caused by wear, melting damage, corrosion, etc. Is a phenomenon that occurs and progresses, and is a thermal fatigue phenomenon associated with heating and cooling.
When such a heat check occurs, it is transferred to the product surface, and depending on the product, the quality is significantly impaired or becomes zero.
In this sense, the heat check generated on the mold surface is a major factor that determines the mold life.

金型の寿命を決定するその他の重要な要因として、金型の機械疲労強度の問題がある。
例えば金型を構成する鋼組織に粗大な異物が存在すると、そこを起点として亀裂が発生し金型寿命を短くしてしまう。
更に金型の衝撃値が低かったり、或いは高温強度が低い場合においても金型の寿命は低下する。
従ってその対策として急速加熱・冷却の下で金型に負荷される熱応力を低減すること、金型の機械疲労強度の向上、衝撃値及び高温強度の向上を図ることが有効な対策となる。
Another important factor that determines the life of the mold is the problem of mechanical fatigue strength of the mold.
For example, when a coarse foreign substance exists in the steel structure constituting the mold, cracks are generated starting from that and the mold life is shortened.
Furthermore, even when the impact value of the mold is low or the high temperature strength is low, the life of the mold is reduced.
Therefore, as countermeasures, it is effective to reduce the thermal stress applied to the mold under rapid heating / cooling, to improve the mechanical fatigue strength of the mold, and to improve the impact value and the high temperature strength.

ここで金型に負荷される熱応力を低減する上で、金型の熱伝導率を高くしておくことが有用である。
金型の熱伝導率を高くしておけば加熱・冷却の際の金型表面温度と内部温度との差を小さくでき、金型表面に生ずる熱応力を低減することができる。また金型の冷却速度を速めることができる。
Here, in order to reduce the thermal stress applied to the mold, it is useful to increase the thermal conductivity of the mold.
If the thermal conductivity of the mold is increased, the difference between the mold surface temperature and the internal temperature during heating and cooling can be reduced, and the thermal stress generated on the mold surface can be reduced. In addition, the mold cooling rate can be increased.

一方、金型用鋼の低廉化については、熱間加工時の熱間加工性を改善し、加工中の割れを回避して歩留りを高めることが有用な手段となる。
熱間加工性が悪いと熱間加工中に割れを生じ、このことが歩留りを悪化させて金型用鋼に要するコストを高めてしまう。
更に熱間加工性の悪いものは、熱間加工途中で何回か再加熱(リヒート)が必要となり、この場合熱間加工のプロセスが煩雑化して生産性を落としてしまう。このこともまた金型用鋼に要するコスト上昇の要因となる。
On the other hand, for lowering the cost of die steel, it is useful to improve the hot workability during hot working and avoid cracks during working to increase the yield.
If the hot workability is poor, cracks occur during hot working, which deteriorates the yield and increases the cost required for the mold steel.
Further, those having poor hot workability require reheating (reheating) several times during the hot work. In this case, the hot work process becomes complicated and productivity is lowered. This also causes an increase in cost required for mold steel.

金型用鋼の低廉化の上で、添加する高価な希少元素の低減及び被削性を確保することも重要である。
被削性が悪いと金型用鋼に機械加工を施して金型を製作する際の加工の手間と時間が増し、このことがコストの上昇をもたらす。
It is also important to reduce the amount of expensive rare elements to be added and to ensure machinability in order to reduce the cost of mold steel.
If the machinability is poor, the work and time required for manufacturing the mold by machining the mold steel is increased, which leads to an increase in cost.

次に、当然のことながら(III)の製品自体の低廉化も重要である。
この製品自体の低廉化は生産サイクルの短縮化によって、更には不良率を低減することによって実現できる。
例えば鋳造品について言えば、キャビティへの溶湯の充填後における型温の急速低下及びこれに伴う溶湯の急速凝固によって、生産サイクルタイムの短縮化を実現することができる。
ここで金型の型温の急速低下のためには金型の熱伝導率を大きくすることが有効な手段となる。
尚、説明は省略したが上記の状況はプラスチック,ゴムの射出成形,低圧鋳造や鍛造の分野においても同様である。
Next, as a matter of course, it is also important to reduce the cost of the product (III).
This cost reduction of the product itself can be realized by shortening the production cycle and further reducing the defect rate.
For example, in the case of a cast product, the production cycle time can be shortened by rapidly decreasing the mold temperature after filling the cavity with the molten metal and rapidly solidifying the molten metal.
Here, increasing the thermal conductivity of the mold is an effective means for rapidly decreasing the mold temperature of the mold.
Although the explanation is omitted, the above situation is the same in the fields of plastic and rubber injection molding, low pressure casting and forging.

本発明の先行技術として、下記特許文献1には「ダイカスト金型用プリハードン鋼」についての発明が示され、そこにおいて30HRC以上40HRC以下のロックウェル硬さを有するダイカスト金型用プリハードン鋼の組成を「質量含有率で、0.15%以上0.35%以下のCと、0.05%以上0.20%未満のSiと、0.05%以上1.50%以下のMnと、0.020%以下のPと、0.013%以下のSと、0.10%以下のCuと、0.20%以下のNiと、0.20%以上2.50%以下のCrと、0.50%以上3.00%以下のMoと、合わせて0.05%以上0.30%以下のV及びNbと、0.020%以上0.040%以下のAlと、0.003%以下のOと、0.010%以上0.020%以下のNとを含有して残部が実質的にFe」から成る組成となした点が開示されている。   As a prior art of the present invention, the following Patent Document 1 discloses an invention about “pre-hardened steel for die-cast molds”, in which the composition of pre-hardened steel for die-cast molds having a Rockwell hardness of 30 HRC or more and 40 HRC or less is shown. “In terms of mass content, 0.15% or more and 0.35% or less of C, 0.05% or more and less than 0.20% of Si, 0.05% or more and 1.50% or less of Mn, 0.020% or less of P, and 0.013% or less of S, Cu of 0.10% or less, Ni of 0.20% or less, Cr of 0.20% or more and 2.50% or less, Mo of 0.50% or more and 3.00% or less, V and Nb of 0.05% or more and 0.30% or less, and 0.020% It is disclosed that the composition contains Al of 0.040% or less, 0.003% or less of O, and 0.010% or more and 0.020% or less of N, with the balance being substantially Fe.

この特許文献1に開示のものはSi,Cr,Mnの含有量の上限をSi:0.20%未満,Cr:2.5%以下,Mn:1.50%以下とすることで、粒界酸化による粒界の脆化を防止し、耐ヒートチェック性を向上させるようになしたものであり、この特許文献1においてV+Nb=0.05〜0.30%となした点が開示されている。
但し実施例に開示のものは何れもNbの含有量が0.03%以上のものであり、かかる特許文献1に開示のものはNb含有量において本発明とは異なった別異のものである。
The one disclosed in Patent Document 1 is that the upper limit of Si, Cr, Mn content is Si: less than 0.20%, Cr: 2.5% or less, Mn: 1.50% or less. In this Patent Document 1, the point of V + Nb = 0.05 to 0.30% is disclosed.
However, all of the materials disclosed in the examples have a Nb content of 0.03% or more, and those disclosed in Patent Document 1 are different from the present invention in terms of the Nb content.

また下記特許文献2には「ダイカスト金型用プリハードン鋼」についての発明が示され、そこにおいてプリハードン鋼の組成を「重量%で、C:0.10〜0.30%、Si:0.20〜0.35%、Mn:0.50〜2.00%、P:0.02%以下、S:0.013%以下、Cu:0.10%以下、Ni:0.20%以下、Cr:1.00〜3.00%、Mo:0.20〜1.00%、V及びNbのうちの1種または2種:0.05〜0.30%、s−Al:0.03%以下、O:0.003%以下、N:0.020%以下ならびに介在物:0.10%以下を含有し、残部が実質的にFe」から成る組成となした点が開示されている。   Patent Document 2 below discloses an invention about “pre-hardened steel for die casting molds”, in which the composition of the pre-hardened steel is “weight%, C: 0.10 to 0.30%, Si: 0.20 to 0.35%, Mn: 0.50 to 2.00%, P: 0.02% or less, S: 0.013% or less, Cu: 0.10% or less, Ni: 0.20% or less, Cr: 1.00 to 3.00%, Mo: 0.20 to 1.00%, one of V and Nb Species or two: 0.05 to 0.30%, s-Al: 0.03% or less, O: 0.003% or less, N: 0.020% or less, and inclusions: 0.10% or less, with the balance being substantially Fe ” This point is disclosed.

この特許文献2に開示のものは、Cr−Mo鋼のプリハードン鋼のS含有量を0.013%以下に下げるとともに、介在物含有量を0.10%以下に下げることで、被削性を大幅に低下することなく耐ヒートチェック性を改善するようになしたものであるが、この特許文献2に開示のものはSi含有量が本発明と異なり、またNbの含有量が実施例として開示されているものにおいて何れも0.07%以上の高含有量であり、この点において本発明とは異なった別異のものである。   The one disclosed in Patent Document 2 significantly reduces machinability by lowering the S content of Cr-Mo steel pre-hardened steel to 0.013% or less and lowering the inclusion content to 0.10% or less. The heat check resistance is improved without any change, but the one disclosed in Patent Document 2 is different from the present invention in the Si content, and the Nb content is disclosed as an example. In this case, the content is a high content of 0.07% or more, which is different from the present invention in this respect.

更に下記特許文献3には「熱間工具鋼」についての発明が示され、請求項1の記載としてNbを0.01〜0.15%含有した点が開示されている。
しかしながらこの特許文献3においても、実施例として開示されているものは何れもNbの含有量が0.04%以上の高含有量であり、これもまた本発明と異なった別異のものである。
またこれら特許文献1〜特許文献3に開示の何れのものも、本発明の技術的思想を開示していない。
Furthermore, the following Patent Document 3 discloses an invention about “hot tool steel”, and the description of claim 1 discloses that Nb is contained in an amount of 0.01 to 0.15%.
However, also in this Patent Document 3, any of those disclosed as examples has a high Nb content of 0.04% or more, which is also different from the present invention.
Further, none of those disclosed in Patent Documents 1 to 3 disclose the technical idea of the present invention.

特開2005−307242号公報JP 2005-307242 A 特開2003−138342号公報JP 2003-138342 A 特開平6−88163号公報JP-A-6-88163

本発明は以上のような事情を背景とし、製品自体の低廉化はもとより、ヒートチェックの低減、焼付きの軽減,機械疲労強度と衝撃値の確保による金型寿命の延長と、稀少元素の低減、被削性の確保による金型用鋼の低廉化とによって金型に要するコストを低減し、それら全体によって製品コストを総合的且つ有効に低廉化することのできる金型用鋼を提供することを目的としてなされたものである。   The present invention is based on the circumstances as described above. In addition to reducing the cost of the product itself, the heat check is reduced, seizure is reduced, the mold fatigue life is increased by securing the mechanical fatigue strength and impact value, and the rare elements are reduced. To provide a mold steel that can reduce the cost required for the mold by reducing the cost of the mold steel by ensuring the machinability, and that can reduce the product cost comprehensively and effectively by using them as a whole. It was made for the purpose.

而して請求項1は金型用鋼に関するもので、質量%で0.15 ≦ C ≦ 0.30,0.01 ≦ Si < 0.19,1.50 < Mn ≦ 1.78,1.01 < Cr < 3.05,0.48 < Mo < 0.88,0.01 ≦ V < 0.21,0.004 ≦ Nb < 0.03,残部Fe及び不可避的不純物の組成を有することを特徴とする。   Thus, Claim 1 relates to a mold steel, which is expressed in mass% 0.15 ≦ C ≦ 0.30, 0.01 ≦ Si <0.19, 1.50 <Mn ≦ 1.78, 1.01 <Cr <3.05, 0.48 <Mo <0.88, 0.01 ≦ V <0.21, 0.004 ≤ Nb <0.03, and the composition of balance Fe and inevitable impurities.

請求項2のものは、請求項1において、質量%で0.30 ≦ W ≦ 4.00を更に含有して成ることを特徴とする。   A second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, 0.30 ≦ W ≦ 4.00 is further contained in mass%.

請求項3のものは、請求項1,2の何れかにおいて、質量%で0.30 ≦ Co ≦ 3.00を更に含有して成ることを特徴とする。   A third aspect of the present invention is characterized in that in any one of the first and second aspects, 0.30 ≦ Co ≦ 3.00 is further contained in mass%.

請求項4のものは、請求項1〜3の何れかにおいて、質量%で0.004 ≦ Ta ≦ 0.100,0.004 ≦ Ti ≦ 0.100,0.004 ≦ Zr ≦ 0.100,0.004 ≦ Al ≦ 0.050,0.004 ≦ N ≦ 0.050のうち少なくとも1種以上を更に含有して成ることを特徴とする。   A fourth aspect of the present invention is as defined in any one of the first to third aspects, wherein 0.004 ≦ Ta ≦ 0.100, 0.004 ≦ Ti ≦ 0.100, 0.004 ≦ Zr ≦ 0.100, 0.004 ≦ Al ≦ 0.050, 0.004 ≦ N ≦ 0.050 in mass%. Of these, it further comprises at least one or more.

請求項5のものは、請求項1〜4の何れかにおいて、質量%で0.15 ≦ Cu ≦ 1.50,0.15 ≦ Ni ≦ 1.50,0.0010 ≦ B ≦ 0.0100のうち少なくとも1種以上を更に含有して成ることを特徴とする。   Claim 5 further comprises at least one of 0.15 ≦ Cu ≦ 1.50, 0.15 ≦ Ni ≦ 1.50, 0.0010 ≦ B ≦ 0.0100 by mass% in any one of claims 1 to 4. It is characterized by.

請求項6のものは、請求項1〜5の何れかにおいて、質量%で0.010 ≦ S ≦ 0.50,0.0005 ≦ Ca ≦ 0.2000,0.03 ≦ Se ≦ 0.50,0.005 ≦ Te ≦ 0.100,0.01 ≦ Bi ≦ 0.30,0.03 ≦ Pb ≦ 0.50のうち少なくとも1種以上を更に含有して成ることを特徴とする。   A sixth aspect of the present invention provides the method according to any one of the first to fifth aspects, wherein 0.010 ≦ S ≦ 0.50, 0.0005 ≦ Ca ≦ 0.2000, 0.03 ≦ Se ≦ 0.50, 0.005 ≦ Te ≦ 0.100, 0.01 ≦ Bi ≦ 0.30 in mass%. It is characterized by further containing at least one of 0.03 ≦ Pb ≦ 0.50.

請求項7のものは、請求項1〜6の何れかに記載のダイカスト用の金型用鋼であることを特徴とする。
尚本発明において、「金型」には金型本体はもとより、これに組み付けられて使用されるピン等の金型部品も含まれる。更に、本発明の鋼からなる金型で、表面処理が施されたものも含まれる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a die casting steel according to any one of the first to sixth aspects.
In the present invention, the “mold” includes not only the mold body but also mold parts such as pins that are assembled and used. Furthermore, the metal mold | die which consists of steel of this invention and the surface-treated thing is contained.

発明の作用・効果Effects and effects of the invention

本発明では、結晶粒微細化のためにNbを含有させるが、本発明ではその含有量範囲を0.004%以上,0.03%未満に規制することを1つの特徴としている。
即ち、従来では結晶粒微細化のために比較的多量のNbを添加しているが、本発明では所定量(下限値)以上のNbを添加して結晶粒微細化の効果を確保しつつ、Nbの添加量を少なく規制している。
In the present invention, Nb is contained for crystal grain refinement, but the present invention has one feature that the content range is regulated to 0.004% or more and less than 0.03%.
That is, conventionally, a relatively large amount of Nb is added for crystal grain refinement, but in the present invention, Nb of a predetermined amount (lower limit) or more is added to ensure the effect of crystal grain refinement, The amount of Nb added is restricted to a low level.

従来のようにNbの添加量を多くすると、溶鋼を凝固させてインゴットとするとき、工業的に大きなインゴット例えば5t(ton)とか10tとかの大きなインゴットであると、凝固の過程でNbの炭窒化物(NbCN)が粗大に晶出する。
50kgとか100kg程度の小さなインゴットの場合には凝固の速度が速いために、Nbは小さく晶出し粗大な異物となって晶出し難い。
When the amount of Nb added is increased as in the past, when the molten steel is solidified to form an ingot, an industrially large ingot, for example, a large ingot of 5 t (ton) or 10 t, Nb carbonitriding during the solidification process. The product (NbCN) crystallizes coarsely.
In the case of a small ingot of about 50 kg or 100 kg, the solidification speed is fast, so that Nb becomes small and crystallizes and is not easily crystallized.

しかるに工業的に大きなインゴットの場合には凝固の速度が遅く、そのためにNbが粗大な炭窒化物即ち異物となって鋼組織中に晶出する。
晶出したNbの炭窒化物は極めて高融点で、一旦晶出した後はその後の加熱処理に際しても固溶することはなく、そのまま最終まで組織中に残存する。
However, in the case of industrially large ingots, the rate of solidification is slow, so that Nb becomes coarse carbonitrides, that is, foreign substances, and crystallizes in the steel structure.
The crystallized Nb carbonitride has an extremely high melting point, and once crystallized, it does not dissolve in the subsequent heat treatment and remains in the structure as it is.

而してNbの単窒化物が微細であればピン止め効果(ピンニング効果)を発揮するものの、粗大なNbの炭窒化物はピンニングの働きをせず、却って異物となってこれが亀裂発生の起点となり、金型の機械疲労寿命を低下させる。   Thus, if the Nb mononitride is fine, it exhibits a pinning effect (pinning effect), but the coarse Nb carbonitride does not function as a pinning and instead becomes a foreign substance, which is the starting point of cracking. Thus, the mechanical fatigue life of the mold is reduced.

本発明者は、Nbの添加量を0.03%未満とすることで、溶鋼を凝固させて工業サイズのインゴットとする際にNbの粗大炭窒化物の晶出を抑制でき、これにより金型の機械疲労寿命を効果的に高寿命化できる知見を得た。本発明はこのような知見に基づいてなされたものである。
この粗大なNbの炭窒化物は、金型の衝撃値も低下させる。
従って本発明によれば、粗大なNbの炭窒化物の晶出の抑制によって金型の衝撃値即ち靭性も高めることができる。
The present inventor can suppress the crystallization of the coarse carbonitride of Nb when solidifying the molten steel into an industrial size ingot by setting the amount of Nb added to less than 0.03%, thereby enabling the die machine to The knowledge that the fatigue life can be effectively increased was obtained. The present invention has been made based on such findings.
This coarse Nb carbonitride also reduces the impact value of the mold.
Therefore, according to the present invention, the impact value, that is, the toughness of the mold can be increased by suppressing the crystallization of coarse Nb carbonitride.

Nbはまた、鋼に添加されることによって鋼の再結晶温度を上昇させる作用もなす。
鋼の再結晶温度が上昇すれば熱間加工時に鋼が再結晶し難くなって変形抵抗が大きくなることで加工がし難くなり、変形能が小さくなることで熱間加工中に割れを生じ易くなる。
Nb also acts to increase the recrystallization temperature of the steel when added to the steel.
If the recrystallization temperature of the steel rises, it will be difficult for the steel to recrystallize during hot working and deformation resistance will increase, making it difficult to work. Become.

そしてそのことが金型用鋼の歩留りを悪化させ、ひいては金型用鋼の材料コストを押し上げる要因となる。
或いは熱間加工中での割れを防止すべく、熱間加工途中での再加熱を繰返し多く行うことが必要となる。
この場合熱間加工のプロセスが複雑化し、生産速度も低下して、同じく金型用鋼の材料コストを押し上げる要因となる。
This deteriorates the yield of the mold steel, which in turn increases the material cost of the mold steel.
Or, in order to prevent cracks during hot working, it is necessary to repeatedly perform reheating in the middle of hot working.
In this case, the hot working process is complicated and the production speed is lowered, which similarly increases the material cost of the steel for molds.

本発明では、Nbの添加量を0.03%未満と抑制しているため、鋼の再結晶温度の上昇を有効に抑制でき、そのことによって熱間加工中の割れを回避し、或いは熱間加工中の再加熱(リヒート)の回数を少なくし得て生産性を高め得、金型用鋼の材料コストを低減することができる。   In the present invention, since the amount of Nb added is suppressed to less than 0.03%, it is possible to effectively suppress an increase in the recrystallization temperature of the steel, thereby avoiding cracks during hot working, or during hot working. The number of reheating (reheating) can be reduced, the productivity can be increased, and the material cost of the steel for mold can be reduced.

本発明ではまた、Siの添加量を0.01%以上とすることで鋼の被削性を確保しつつ、その添加量を0.19%未満に規制することで金型の熱伝導率を高くする。
而して金型の熱伝導率を高くすることで、金型の加熱・冷却に対する応答性を高めることができる。例えばダイカスト品鋳造時における冷却の際に金型を良く冷却することができ、これにより鋳造品の凝固速度を速め得て鋳造組織を微細化でき、また巣の発生を無くし若しくは抑制して鋳造品を高品位化できるとともに、生産のサイクルをハイサイクル化し得て、鋳造品の製造コストを低減することができる。
In the present invention, the heat conductivity of the mold is increased by restricting the addition amount to less than 0.19% while securing the machinability of the steel by making the addition amount of Si 0.01% or more.
Thus, by increasing the thermal conductivity of the mold, the responsiveness of the mold to heating / cooling can be enhanced. For example, the mold can be cooled well during cooling during die casting, which can increase the solidification rate of the cast, refine the cast structure, and eliminate or suppress the formation of nests. As a result, the production cycle can be increased and the manufacturing cost of the cast product can be reduced.

加えて熱伝導率を高めることによって金型寿命も高寿命化することができる。
金型の熱伝導率が高くなることで、加熱・冷却の際の金型表面と内部との温度差を少なくでき、これにより金型表面における引張りの熱応力を低減し得て、金型表面の亀裂発生を抑制することができ、以て耐ヒートチェック性を高め得て金型寿命を延長することができる。
In addition, the life of the mold can be extended by increasing the thermal conductivity.
By increasing the thermal conductivity of the mold, the temperature difference between the mold surface and the interior during heating and cooling can be reduced, thereby reducing the tensile thermal stress on the mold surface. Generation of cracks can be suppressed, so that heat check resistance can be improved and the mold life can be extended.

即ち本発明によれば、粗大なNbの炭窒化物の生成の抑制と、金型の高熱伝導率化とによって、金型寿命を高寿命化することが可能となる。
また加熱・冷却に対する金型の応答性を高くし得ることによって生産のサイクルタイムを短くでき、生産性を高めることができる。
That is, according to the present invention, it is possible to increase the life of the mold by suppressing the formation of coarse Nb carbonitride and increasing the thermal conductivity of the mold.
Further, by making the mold responsiveness to heating and cooling high, the production cycle time can be shortened and the productivity can be increased.

また鋳造の際の金型温度を低くできるので、溶融Alと金型の「濡れ」が悪くなり、鋳造の際に金型への鋳造品の焼付きが起り難くなる。
このような焼付きが生じると製品の取出しが困難となり、またメンテナンスも必要となって、生産性を低下させる要因となる。
しかるに金型温度を下げることで焼付きの発生を抑制でき、生産性を高めることができるとともに、製品不良率の発生を低減することが可能となる。
In addition, since the mold temperature during casting can be lowered, the “wetting” between the molten Al and the mold is deteriorated, and seizure of the cast product to the mold is difficult to occur during casting.
When such seizure occurs, it becomes difficult to take out the product and maintenance is required, which becomes a factor of reducing productivity.
However, by reducing the mold temperature, the occurrence of seizure can be suppressed, the productivity can be increased, and the occurrence of a product defect rate can be reduced.

本発明ではまた、高価な希少元素であるMo,Vの添加量を少なく規制しており、このことによって金型用鋼の材料コストそのものを低減することができる。
そしてこれら全体によって、金型を用いて生産される製品のコストを効果的に低減することができる。
In the present invention, the amount of addition of Mo and V, which are expensive rare elements, is restricted to be small, and this can reduce the material cost of the steel for molds.
And by these, the cost of the product produced using a metal mold | die can be reduced effectively.

次に本発明における各化学成分及びその限定理由等について以下に詳述する。
0.15 ≦ C ≦ 0.30
0.15%未満では必要な硬さ34HRC以上を得にくい。0.30%を越えると硬くなるため、焼入れ焼戻し状態の被削性が劣化する。
また炭化物量や炭窒化物量が過度となり、疲労強度や衝撃値を劣化させる。好適な範囲は、硬さと疲労強度と衝撃値のバランスに優れた0.18 ≦ C ≦ 0.27である。更に好ましくは0.20 ≦ C ≦ 0.24である。
Next, each chemical component in the present invention and reasons for limitation thereof will be described in detail below.
0.15 ≤ C ≤ 0.30
If it is less than 0.15%, it is difficult to obtain a required hardness of 34 HRC or more. If it exceeds 0.30%, it becomes hard, and the machinability in the quenched and tempered state deteriorates.
Moreover, the amount of carbides and carbonitrides become excessive, and fatigue strength and impact value are deteriorated. A preferable range is 0.18 ≦ C ≦ 0.27, which is excellent in balance between hardness, fatigue strength, and impact value. More preferably, 0.20 ≦ C ≦ 0.24.

0.01 ≦ Si < 0.19
0.01%未満では被削性の劣化が著しく、金型形状への加工が非常に難しくなる。0.19%以上になると熱伝導率の低下が大きい。好適な範囲は高い熱伝導率が得られ、かつ工業的な被削性が確保できるSi≦0.15である。特に高い熱伝導率が必要な場合は、Si<0.10がさらに好ましい範囲となる。
0.01 ≤ Si <0.19
If it is less than 0.01%, the machinability is remarkably deteriorated, and it becomes very difficult to process into a mold shape. When it is 0.19% or more, the decrease in thermal conductivity is large. A preferable range is Si ≦ 0.15, in which high thermal conductivity is obtained and industrial machinability can be secured. When particularly high thermal conductivity is required, Si <0.10 is a more preferable range.

これらの様子を示したものが図1と図2である。
図1は、0.30C-1.52Mn-3.04Cr-0.80Mo-0.11V-0.01Nb-Si鋼を切削した場合に、切削工具が寿命となるまでに削った距離をSi量に対して示している。試験片は55mm×55mm×200mmの角材であり、長さ200mmの方向に切削を繰り返し、切削工具の横逃げ面最大磨耗量が300μmとなった時点(累積切削距離)を寿命と判定した。切削距離が大きいほど良く削れて好ましい。
Siが0.01%未満では、切削距離が極端に小さくなっている。Siの増加によって切削距離は大きくなる。しかしSiが0.19%を越えると、依然としてSiが多いほど良く削れる傾向はあるものの、低Si側に比べれば改善効果は顕著でない。
These are shown in FIGS. 1 and 2. FIG.
Fig. 1 shows the distance of cutting until the tool reaches the end of life when cutting 0.30C-1.52Mn-3.04Cr-0.80Mo-0.11V-0.01Nb-Si steel with respect to the amount of Si. . The test piece was a square material of 55 mm × 55 mm × 200 mm, and cutting was repeated in the direction of 200 mm in length, and when the maximum amount of side flank wear of the cutting tool reached 300 μm (cumulative cutting distance), the life was determined. The larger the cutting distance, the better the cutting.
When Si is less than 0.01%, the cutting distance is extremely small. The cutting distance increases as Si increases. However, when Si exceeds 0.19%, there is a tendency that the more Si is, the better the cutting is, but the improvement effect is not significant compared to the low Si side.

尚、被削性評価用の素材は以下の手順で作成した。
先ず真空中で溶解・精錬した溶鋼を2tonのインゴットに鋳込んだ。このインゴットに、1250℃で18Hr加熱する均質化熱処理を施した。その後、横断面が250mm×250mmのブロックを、このインゴットの熱間鍛造によって製造した。鍛造後の高温状態にあるブロックは室温まで放冷し、670℃における6Hrの加熱後に820℃へ再加熱し、4Hrの保持後に10℃/Hrでゆっくりと冷却した。ブロックが620℃になった時点でゆっくりとした冷却を中止し、ブロックを炉から出して室温まで放冷した。
このような一連の処理によって、硬さが90HRB程度と軟質で組織の均一な状態のブロックを製造した。このブロックを素材として,55mm×55mm×200mmの試験片を作成し、被削性を調査した結果を示したのが図1である。
In addition, the material for machinability evaluation was created in the following procedure.
First, molten steel melted and refined in vacuum was cast into a 2 ton ingot. The ingot was subjected to a homogenization heat treatment by heating at 1250 ° C. for 18 hours. Thereafter, a block having a cross section of 250 mm × 250 mm was manufactured by hot forging of the ingot. The block in the high-temperature state after forging was allowed to cool to room temperature, reheated to 820 ° C. after heating for 6 hours at 670 ° C., and slowly cooled at 10 ° C./Hr after holding for 4 hours. When the block reached 620 ° C., the slow cooling was stopped, and the block was removed from the furnace and allowed to cool to room temperature.
Through such a series of treatments, a block having a soft hardness of about 90 HRB and a uniform structure was manufactured. FIG. 1 shows the results of making a 55 mm × 55 mm × 200 mm test piece using this block as a material and examining the machinability.

図1の試験に用いたのと同じ素材の同じ部位から削りだしたφ11mm×50mmの丸棒を920℃に加熱して急冷し,焼戻して38HRCに調質した。更にこの丸棒からφ10mm×2mmの熱伝導率測定用試験片を作成した。レーザーフラッシュ法によって室温で測定した熱伝導率を、Si量に対して示せば図2の通りである。
熱伝導率が大きいほど、金型となった場合の冷却能に優れるため好ましい。
熱伝導率は、後に述べるようにMn,Cr等の他の元素によっても影響されるが、SKD61(熱伝導率24W/m/K)と比較して,冷却能が劇的に改善する33W/m/K以上の熱伝導率を得るため、本発明ではSi量を0.19%未満とする。
A round bar of φ11 mm × 50 mm cut out from the same part of the same material used in the test of FIG. 1 was heated to 920 ° C., quenched, tempered and tempered to 38 HRC. Further, a test piece for measuring thermal conductivity of φ10 mm × 2 mm was prepared from this round bar. FIG. 2 shows the thermal conductivity measured at room temperature by the laser flash method with respect to the amount of Si.
Higher thermal conductivity is preferable because of excellent cooling ability when it becomes a mold.
The thermal conductivity is influenced by other elements such as Mn and Cr as described later, but the cooling capacity is dramatically improved as compared with SKD61 (thermal conductivity 24 W / m / K). In order to obtain a thermal conductivity of m / K or more, in the present invention, the Si content is less than 0.19%.

1.50 < Mn ≦ 1.78
1.50%以下では焼き入れ性が不足し、硬さや衝撃値の確保が困難である。1.78%を越えると、高い熱伝導率の維持が困難となる。好適な範囲は、硬さと衝撃値を確保でき、かつ高い熱伝導率が得られる1.50 < Mn ≦ 1.65である。
1.50 <Mn ≤ 1.78
If it is 1.50% or less, the hardenability is insufficient, and it is difficult to ensure hardness and impact value. If it exceeds 1.78%, it will be difficult to maintain high thermal conductivity. A preferable range is 1.50 <Mn ≦ 1.65, which can ensure hardness and impact value and can obtain high thermal conductivity.

これらの様子を示したものが図3と図4である。
0.30C-0.15Si-3.04Cr-0.81Mo-0.12V-0.01Nb-Mn鋼から作成した100mm×100mm×60mmのブロックを920℃に加熱して急冷、焼戻して38HRCに調質した。更にこのブロックの中央部から10mm×10mm×55mmのJIS 3号衝撃試験片を作成し、衝撃値を室温で測定した。
These are shown in FIGS. 3 and 4. FIG.
A 100 mm × 100 mm × 60 mm block made from 0.30C-0.15Si-3.04Cr-0.81Mo-0.12V-0.01Nb-Mn steel was heated to 920 ° C., rapidly cooled and tempered, and tempered to 38 HRC. Further, a 10 mm × 10 mm × 55 mm JIS No. 3 impact test piece was prepared from the center of the block, and the impact value was measured at room temperature.

図3は,衝撃値をMn量に対してプロットしている。衝撃値が大きいほど、金型となった場合に割れにくいため好ましい。Mn含有量が少ない鋼は、ブロック中央部まで焼きが入り難い(焼入れ性が悪い)ため、粗大な組織となりやすく、低衝撃値である。Mn量の増加によって焼入れ性が改善されるため、衝撃値は上昇する。そしてMn量が1.50%を越えると衝撃値は高位安定となっている。   FIG. 3 plots the impact value against the amount of Mn. A larger impact value is preferable because it is less likely to break when it becomes a mold. Steel with low Mn content is hard to be hardened to the center of the block (poor hardenability), so it tends to be a coarse structure and has a low impact value. Since the hardenability is improved by increasing the amount of Mn, the impact value increases. When the Mn content exceeds 1.50%, the impact value is highly stable.

尚、衝撃値評価用の素材は以下の手順で作成した。
先ず真空中で溶解・精錬した溶鋼を2tのインゴットに鋳込んだ。このインゴットに1250℃で18Hr加熱する均質化熱処理を施した。その後、横断面が250mm×250mmのブロックを、このインゴットの熱間鍛造によって製造した。
The material for impact value evaluation was prepared by the following procedure.
First, molten steel melted and refined in a vacuum was cast into a 2t ingot. The ingot was subjected to a homogenization heat treatment by heating at 1250 ° C. for 18 hours. Thereafter, a block having a cross section of 250 mm × 250 mm was manufactured by hot forging of the ingot.

鍛造後の高温状態にあるブロックは室温まで放冷し、670℃における6Hrの加熱後に820℃へ再加熱し、4Hrの保持後に10℃/Hrでゆっくりと冷却した。ブロックが620℃になった時点でゆっくりとした冷却を中止し、ブロックを炉から出して室温まで放冷した。このような一連の処理によって、硬さが90HRB程度と軟質で組織の均一な状態のブロックを製造した。   The block in the high-temperature state after forging was allowed to cool to room temperature, reheated to 820 ° C. after heating for 6 hours at 670 ° C., and slowly cooled at 10 ° C./Hr after holding for 4 hours. When the block reached 620 ° C., the slow cooling was stopped, and the block was removed from the furnace and allowed to cool to room temperature. Through such a series of treatments, a block having a soft hardness of about 90 HRB and a uniform structure was manufactured.

このブロックを素材として、その横断面中央付近から11mm×11mm×60mmの角棒を作成し、この角棒を920℃に加熱して急冷し、焼戻して38HRCに調質した。更にこの角棒から10mm×10mm×55mmのJIS 3号衝撃試験片を作成し、JIS Z 2242に準拠してシャルピー衝撃値を調査した結果を示したのが図3である。   Using this block as a raw material, a square bar of 11 mm × 11 mm × 60 mm was prepared from the vicinity of the center of the cross section, and this square bar was heated to 920 ° C., rapidly cooled, tempered, and tempered to 38 HRC. Further, FIG. 3 shows the result of making a 10 mm × 10 mm × 55 mm JIS No. 3 impact test piece from this square bar and examining the Charpy impact value in accordance with JIS Z 2242.

図3の試験に用いたと同じ素材の同じ部位から削りだしたφ11mm×50mmの丸棒を1030℃に加熱して急冷し、焼戻して38HRCに調質した。更にこの丸棒からφ10mm×2mmの熱伝導率測定用試験片を作成した。レーザーフラッシュ法によって室温で測定した熱伝導率を、Mn量に対して示せば図4の通りである。
SKD61(熱伝導率24W/m/K)と比較して、冷却能が劇的に改善する33W/m/K以上の熱伝導率を得るため、本発明ではMn量を1.78%以下とする。
A round bar of φ11 mm × 50 mm cut out from the same part of the same material used in the test of FIG. 3 was heated to 1030 ° C., quenched, tempered and tempered to 38 HRC. Further, a test piece for measuring thermal conductivity of φ10 mm × 2 mm was prepared from this round bar. FIG. 4 shows the thermal conductivity measured at room temperature by the laser flash method with respect to the amount of Mn.
Compared with SKD61 (thermal conductivity 24 W / m / K), in order to obtain a thermal conductivity of 33 W / m / K or more, which dramatically improves the cooling capacity, the Mn content is 1.78% or less in the present invention.

1.01 < Cr < 3.05
1.01%以下では焼き入れ性が不足し、硬さと衝撃値が充分に得られない。一方でCr量が3.05%以上では、高い熱伝導率の維持が困難となる。好適な範囲は、硬さと衝撃値と熱伝導率のバランスに優れた1.50 ≦ Cr ≦ 2.50である。更に好ましくは1.75 ≦ Cr ≦ 2.25である。
1.01 <Cr <3.05
If it is 1.01% or less, the hardenability is insufficient, and sufficient hardness and impact value cannot be obtained. On the other hand, if the Cr content is 3.05% or more, it is difficult to maintain high thermal conductivity. The preferred range is 1.50 ≦ Cr ≦ 2.50, which is excellent in the balance of hardness, impact value and thermal conductivity. More preferably, 1.75 ≦ Cr ≦ 2.25.

これらの様子を示したものが図5と図6である。
0.30C-0.15Si-1.78Mn-0.79Mo-0.10V-0.01Nb-Cr鋼から作成した100mm×100mm×60mmのブロックを920℃に加熱して急冷,焼戻して38HRCに調質した。更にこのブロックの中央部から10mm×10mm×55mmのJIS 3号衝撃試験片を作成し、衝撃値を室温で測定した。図5は,室温における衝撃値を、Cr量に対してプロットしている。
FIG. 5 and FIG. 6 show these states.
A 100 mm × 100 mm × 60 mm block made from 0.30C-0.15Si-1.78Mn-0.79Mo-0.10V-0.01Nb-Cr steel was heated to 920 ° C., quenched, tempered and tempered to 38 HRC. Further, a 10 mm × 10 mm × 55 mm JIS No. 3 impact test piece was prepared from the center of the block, and the impact value was measured at room temperature. FIG. 5 plots the impact value at room temperature against the Cr content.

Cr含有量が少ない鋼は、ブロック中央部まで焼きが入り難い(焼入れ性が悪い)ため、粗大な組織となりやすく、低衝撃値である。特にCrが1.01%以下では衝撃値の低下が顕著である。一方、Cr量の増加によって焼入れ性が改善されるため、衝撃値は上昇する。Crが1.01〜3.05%においては、衝撃値は高位安定である。   Steel with low Cr content is hard to harden to the center of the block (poor hardenability), so it tends to be a coarse structure and has a low impact value. Particularly when Cr is 1.01% or less, the impact value is remarkably reduced. On the other hand, since the hardenability is improved by increasing the Cr content, the impact value increases. When Cr is 1.01 to 3.05%, the impact value is highly stable.

尚、衝撃値評価用の素材は上述したMnの影響を調べた場合と同様の手順で作成した。
図5の試験に用いたと同じ素材の同じ部位から削りだしたφ11mm×50mmの丸棒を920℃に加熱して急冷し、焼戻して38HRCに調質した。更にこの丸棒からφ10mm×2mmの熱伝導率測定用試験片を作成した。レーザーフラッシュ法によって室温で測定した熱伝導率を、Cr量に対して示せば図6の通りである。
SKD61(熱伝導率24W/m/K)と比較して、冷却能が劇的に改善する33W/m/K以上の熱伝導率を得るため、本発明ではCr量を3.05%未満とする。
The material for impact value evaluation was prepared in the same procedure as the case where the influence of Mn described above was examined.
A round bar of φ11 mm × 50 mm cut out from the same part of the same material used in the test of FIG. 5 was heated to 920 ° C., rapidly cooled, tempered and tempered to 38 HRC. Further, a test piece for measuring thermal conductivity of φ10 mm × 2 mm was prepared from this round bar. FIG. 6 shows the thermal conductivity measured at room temperature by the laser flash method with respect to the Cr content.
Compared with SKD61 (thermal conductivity 24 W / m / K), in order to obtain a thermal conductivity of 33 W / m / K or more, which dramatically improves the cooling capacity, the Cr content is made less than 3.05% in the present invention.

0.48 < Mo < 0.88
0.48%以下では、充分な高温強度が得られない。0.88%以上では,脆化して衝撃値が低下する。このような観点から好適な範囲は0.60 ≦ Mo ≦ 0.85である。
0.48 <Mo <0.88
If it is 0.48% or less, sufficient high-temperature strength cannot be obtained. If it is 0.88% or more, it becomes brittle and the impact value decreases. From such a viewpoint, a preferable range is 0.60 ≦ Mo ≦ 0.85.

この様子を示したものが図7と図8である。
0.22C-0.08Si-1.73Mn-1.04Cr-0.11V-0.01Nb-Mo鋼から作成したφ15mm×50mmの丸棒を920℃に加熱して急冷し、焼戻して38HRCに調質した。更にこの丸棒からφ14mm×21mmの変形抵抗測定用試験片を作成し、試験片を5℃/sで600℃に加熱して100sの保持後、ひずみ速度10s−1で軸方向に圧縮加工して変形抵抗(高温強度)を測定した。この時の変形抵抗をMo量に対して示せば図7の通りである。
高変形抵抗であるほど強度が高いため、磨耗しにくく好ましい。変形抵抗(高温強度)は、Mo量が0.48%以下では急減しており、この範囲を避けることが耐磨耗性の確保には必須と考えられる。
This is shown in FIG. 7 and FIG.
A φ15 mm × 50 mm round bar made from 0.22C-0.08Si-1.73Mn-1.04Cr-0.11V-0.01Nb-Mo steel was heated to 920 ° C., rapidly cooled, tempered and tempered to 38 HRC. Furthermore, a test piece for measuring deformation resistance of φ14 mm × 21 mm was prepared from this round bar, the test piece was heated to 600 ° C. at 5 ° C./s and held for 100 s, and then compressed in the axial direction at a strain rate of 10 s −1. The deformation resistance (high temperature strength) was measured. FIG. 7 shows the deformation resistance at this time with respect to the amount of Mo.
The higher the deformation resistance, the higher the strength. Deformation resistance (high temperature strength) decreases rapidly when the Mo content is 0.48% or less, and avoiding this range is considered essential for ensuring wear resistance.

尚、変形抵抗評価用の素材は以下の手順で作成した。
先ず真空中で溶解・精錬した溶鋼を2tのインゴットに鋳込んだ。このインゴットに、1250℃で18Hr加熱する均質化熱処理を施した。その後、横断面が250mm×250mmのブロックを、このインゴットの熱間鍛造によって製造した。
The material for evaluating deformation resistance was prepared by the following procedure.
First, molten steel melted and refined in a vacuum was cast into a 2t ingot. The ingot was subjected to a homogenization heat treatment by heating at 1250 ° C. for 18 hours. Thereafter, a block having a cross section of 250 mm × 250 mm was manufactured by hot forging of the ingot.

鍛造後の高温状態にあるブロックは室温まで放冷し、670℃における6Hrの加熱後に820℃へ再加熱し、4Hrの保持後に10℃/Hrでゆっくりと冷却した。ブロックが620℃になった時点でゆっくりとした冷却を中止し、ブロックを炉から出して室温まで放冷した。このような一連の処理によって、硬さが90HRB程度と軟質で組織の均一な状態のブロックを製造した。   The block in the high-temperature state after forging was allowed to cool to room temperature, reheated to 820 ° C. after heating for 6 hours at 670 ° C., and slowly cooled at 10 ° C./Hr after holding for 4 hours. When the block reached 620 ° C., the slow cooling was stopped, and the block was removed from the furnace and allowed to cool to room temperature. Through such a series of treatments, a block having a soft hardness of about 90 HRB and a uniform structure was manufactured.

このブロックを素材として、その横断面中央付近からφ15mm×50mmの丸棒を削りだし、この丸棒を920℃に加熱して急冷し、焼戻して38HRCに調質した。更にこの丸棒からφ14mm×21mmの試験片を作成し、変形抵抗を調査した結果を示したのが図7である。   Using this block as a raw material, a round bar of φ15 mm × 50 mm was shaved from near the center of the cross section, this round bar was heated to 920 ° C., rapidly cooled, tempered and tempered to 38 HRC. Further, FIG. 7 shows the result of making a test piece of φ14 mm × 21 mm from this round bar and examining the deformation resistance.

図7の試験に用いたと同じ素材の同じ部位から11mm×11mm×60mmの角棒を作成し、この角棒を920℃に加熱して急冷し、戻して38HRCに調質した。更にこの角棒から10mm×10mm×55mmのJIS 3号衝撃試験片を作成してシャルピー衝撃値を調査した。図8は衝撃値をMo量に対してプロットしている。
Mo量が0.4%程度までは、高Mo材の方が高衝撃値であるが、Mo量が0.88%以上では脆化が無視できない。また汎用鋼として考えると、Mo量が0.88%以上ではコスト増が工業的な問題となる。
A square bar of 11 mm × 11 mm × 60 mm was prepared from the same part of the same material used in the test of FIG. 7, and this square bar was heated to 920 ° C. to be cooled rapidly, and returned to temper to 38 HRC. Further, a JIS No. 3 impact test piece of 10 mm × 10 mm × 55 mm was prepared from this square bar, and the Charpy impact value was investigated. FIG. 8 plots the impact value against the Mo amount.
Up to about 0.4% Mo, the high Mo material has a higher impact value, but embrittlement cannot be ignored if the Mo amount is 0.88% or more. When considered as general-purpose steel, an increase in cost becomes an industrial problem when the Mo content is 0.88% or more.

0.01 ≦ V < 0.21
0.01%未満では、軟化抵抗が充分ではない。0.21%以上では,粗大炭化物の量が過度となり、衝撃値を劣化させる。好適な範囲は軟化抵抗と疲労強度のバランスに優れた0.05 ≦ V ≦ 0.15である。
0.01 ≤ V <0.21
If it is less than 0.01%, the softening resistance is not sufficient. If it is 0.21% or more, the amount of coarse carbide becomes excessive and the impact value deteriorates. A preferable range is 0.05 ≦ V ≦ 0.15, which is excellent in the balance between softening resistance and fatigue strength.

この様子を示したものが図9である。図9は,38HRCに調質した0.22C-0.09Si-1.52Mn-1.95Cr-0.80Mo-0.01Nb-V鋼の600℃における軟化抵抗を示す。試験片は10mm×10mm×30mmの角棒であり、600℃で30Hr保持した後に室温まで冷却して硬さを測定し、初期硬さ38HRCからの低下量ΔHRCを評価した。図9では,V量に対してΔHRCをプロットしている。ΔHRCの小さい方が、耐熱性に優れて好ましい。V量が0.01%未満では、軟化抵抗の改善効果はほとんど認められない。   This is shown in FIG. FIG. 9 shows the softening resistance at 600 ° C. of 0.22C-0.09Si-1.52Mn-1.95Cr-0.80Mo-0.01Nb-V steel tempered to 38HRC. The test piece was a square bar of 10 mm × 10 mm × 30 mm, held at 600 ° C. for 30 hours, cooled to room temperature, measured for hardness, and evaluated for the amount of decrease ΔHRC from the initial hardness of 38 HRC. In FIG. 9, ΔHRC is plotted against the V amount. A smaller ΔHRC is preferred because of excellent heat resistance. When the amount of V is less than 0.01%, the effect of improving the softening resistance is hardly recognized.

Vが軟化抵抗を改善するのは、Vが焼入れ時にオーステナイト中に固溶した場合に限られる。焼戻しによって析出した微細なV炭化物が,粗大化しにくいために硬さの低下を遅らせるのである。従って軟化抵抗の改善に対しては、焼入れ時に固溶するだけのV量を添加すれば良い。
一般に汎用鋼の焼入れ温度は1000℃以下であるが、この温度域で固溶するV量は0.21%未満である。
よってV量は0.21%未満で十分である。また汎用鋼として考えると、V量が0.21%以上ではコスト増が工業的な問題となる。
V improves softening resistance only when V dissolves in austenite during quenching. The fine V carbides precipitated by tempering are difficult to coarsen, so the decrease in hardness is delayed. Therefore, for the improvement of the softening resistance, it is sufficient to add an amount of V sufficient to dissolve at the time of quenching.
Generally, the quenching temperature of general-purpose steel is 1000 ° C. or less, but the amount of V dissolved in this temperature range is less than 0.21%.
Therefore, a V amount of less than 0.21% is sufficient. When considered as general-purpose steel, an increase in cost becomes an industrial problem when the V content is 0.21% or more.

尚、軟化抵抗評価用の素材は以下の手順で作成した。
先ず真空中で溶解・精錬した溶鋼を2tのインゴットに鋳込んだ。このインゴットに、1250℃で18Hr加熱する均質化熱処理を施した。その後、横断面が250mm×250mmのブロックを、このインゴットの熱間鍛造によって製造した。鍛造後の高温状態にあるブロックは室温まで放冷し、670℃における6Hrの加熱後に820℃へ再加熱し、4Hrの保持後に10℃/Hrでゆっくりと冷却した。
In addition, the raw material for softening resistance evaluation was created in the following procedures.
First, molten steel melted and refined in a vacuum was cast into a 2t ingot. The ingot was subjected to a homogenization heat treatment by heating at 1250 ° C. for 18 hours. Thereafter, a block having a cross section of 250 mm × 250 mm was manufactured by hot forging of the ingot. The block in the high-temperature state after forging was allowed to cool to room temperature, reheated to 820 ° C. after heating for 6 hours at 670 ° C., and slowly cooled at 10 ° C./Hr after holding for 4 hours.

ブロックが620℃になった時点でゆっくりとした冷却を中止し、ブロックを炉から出して室温まで放冷した。このような一連の処理によって、硬さが90HRB程度と軟質で組織の均一な状態のブロックを製造した。このブロックを素材として、その横断面中央付近から11mm×11mm×62mmの角棒を削りだし、この角棒を920℃に加熱して急冷し、焼戻して38HRCに調質した。
更にこの角棒から10mm×10mm×30mmの試験片を作成し、軟化抵抗を調査した結果を示したのが図9である。
When the block reached 620 ° C., the slow cooling was stopped, and the block was removed from the furnace and allowed to cool to room temperature. Through such a series of treatments, a block having a soft hardness of about 90 HRB and a uniform structure was manufactured. Using this block as a raw material, a square bar of 11 mm × 11 mm × 62 mm was shaved from the vicinity of the center of the cross section, the square bar was heated to 920 ° C., rapidly cooled, tempered, and tempered to 38 HRC.
Further, FIG. 9 shows the results of making a 10 mm × 10 mm × 30 mm test piece from this square bar and examining the softening resistance.

0.004≦Nb<0.03
0.004%未満では、焼入れ時の結晶粒の成長を抑制する効果に乏しい。0.03%以上では粗大な炭窒化物が形成され、衝撃値と機械疲労強度が低下する。特に疲労強度の低下が著しい。
また0.03%以上では、再結晶温度が過度に上昇するため、金型用素材の熱間加工において、割れ,加工力の増大,加工工程時間の延長を招き、素材コストの上昇が問題となる。
好適な範囲は結晶粒成長の抑制効果に優れ、高い疲労強度が確保でき、熱間加工性も阻害しない0.007≦Nb≦0.027である。
0.004 ≦ Nb <0.03
If it is less than 0.004%, the effect of suppressing the growth of crystal grains during quenching is poor. If it is 0.03% or more, coarse carbonitride is formed, and impact value and mechanical fatigue strength are lowered. In particular, the fatigue strength is significantly reduced.
If the content is 0.03% or more, the recrystallization temperature rises excessively, so in hot working of the mold material, cracking, an increase in processing force, and an extension of the processing time are caused, resulting in an increase in material cost.
A preferable range is 0.007 ≦ Nb ≦ 0.027, which is excellent in the effect of suppressing crystal grain growth, can ensure high fatigue strength, and does not inhibit hot workability.

これらの様子を示したものが図10と図11と図12である。
0.22C-0.08Si-1.53Mn-1.91Cr-0.80Mo-0.11V-Nb鋼から作成した11mm×11mm×60mmの角棒を980℃に加熱し、30minの保持後に急冷した。更に575℃で焼戻して38HRCに調質した。
この角棒の表面を薬品で腐食して金属組織を現出させ、その観察によって評価したオーステナイト結晶粒度(JIS G 0551に準拠)をNb量に対して示せば、図10の通りである。粒度が大きいほど強靭性に優れるため好ましい。
These are shown in FIGS. 10, 11, and 12. FIG.
An 11 mm × 11 mm × 60 mm square bar made from 0.22C-0.08Si-1.53Mn-1.91Cr-0.80Mo-0.11V-Nb steel was heated to 980 ° C. and rapidly cooled after holding for 30 min. Further, it was tempered at 575 ° C. and tempered to 38 HRC.
FIG. 10 shows the austenite crystal grain size (based on JIS G 0551) evaluated by observation by corroding the surface of the square bar with a chemical to reveal a metallographic structure with respect to the amount of Nb. A larger particle size is preferred because it is excellent in toughness.

一般に焼入れ時の粒度は4を越えることが望ましいとされるが、Nb量が0.004%未満では結晶粒度が4以下と小さく、経験的な推奨値を満たすことができない。Nb量が0.03%では結晶粒度が7.6と大きく、結晶粒は相当に微細である。更にNb量が増えると粒度も増加するが、増加の程度はそれほど顕著ではない。   Generally, it is desirable that the grain size at the time of quenching exceeds 4. However, if the Nb content is less than 0.004%, the crystal grain size is as small as 4 or less, and the empirically recommended value cannot be satisfied. When the Nb content is 0.03%, the crystal grain size is as large as 7.6, and the crystal grain is considerably fine. Further, as the amount of Nb increases, the particle size increases, but the degree of increase is not so significant.

尚、組織観察用の素材は以下の手順で作成した。
先ず真空中で溶解・精錬した溶鋼を2tのインゴットに鋳込んだ。このインゴットに1250℃で18Hr加熱する均質化熱処理を施した。その後、横断面が250mm×250mmのブロックを、このインゴットの熱間鍛造によって製造した。鍛造後の高温状態にあるブロックは室温まで放冷し、670℃における6Hrの加熱後に820℃へ再加熱し、4Hrの保持後に10℃/Hrでゆっくりと冷却した。
The material for tissue observation was prepared by the following procedure.
First, molten steel melted and refined in a vacuum was cast into a 2t ingot. The ingot was subjected to a homogenization heat treatment by heating at 1250 ° C. for 18 hours. Thereafter, a block having a cross section of 250 mm × 250 mm was manufactured by hot forging of the ingot. The block in the high-temperature state after forging was allowed to cool to room temperature, reheated to 820 ° C. after heating for 6 hours at 670 ° C., and slowly cooled at 10 ° C./Hr after holding for 4 hours.

ブロックが620℃になった時点でゆっくりとした冷却を中止し、ブロックを炉から出して室温まで放冷した。このような一連の処理によって、硬さが90HRB程度と軟質で組織の均一な状態のブロックを製造した。このブロックを素材として、その横断面中央付近から11mm×11mm×60mmの角棒を作成し、この角棒を920℃に加熱して急冷し、戻して38HRCに調質した。更にこの角棒表面の金属組織を現出して、オーステナイト結晶粒度を調査した結果を示したのが図10である。   When the block reached 620 ° C., the slow cooling was stopped, and the block was removed from the furnace and allowed to cool to room temperature. Through such a series of treatments, a block having a soft hardness of about 90 HRB and a uniform structure was manufactured. Using this block as a raw material, a square bar of 11 mm × 11 mm × 60 mm was prepared from the vicinity of the center of the cross section, and the square bar was heated to 920 ° C. to rapidly cool, and returned to temper to 38 HRC. Further, FIG. 10 shows the result of investigating the austenite grain size by revealing the metal structure of the square bar surface.

図11は、図10の調査に用いた角棒から10mm×10mm×55mmの衝撃試験片(JIS 3号)を作成し、室温で測定したシャルピー衝撃値をNb量に対してプロットしている。
衝撃値が高いほど、予期せぬ衝撃荷重に対して割れ難いため好ましい。衝撃値の変化は、結晶粒度の変化を示した図10とおおよそ対応している。
衝撃値は細粒化によって増加する。ただしNbが0.03%以上では衝撃値が減少する。この理由は,粗大なNbCNを起点とした亀裂が発生しやすくなるためである。それでも、0.2%Nb鋼は0.004%Nb鋼よりもやや高い衝撃値を確保している。
FIG. 11 shows a 10 mm × 10 mm × 55 mm impact test piece (JIS No. 3) prepared from the square bar used in the investigation of FIG. 10, and plots the Charpy impact value measured at room temperature against the Nb amount.
A higher impact value is preferable because it is less likely to break against an unexpected impact load. The change in impact value roughly corresponds to FIG. 10 showing the change in crystal grain size.
The impact value increases with refinement. However, when Nb is 0.03% or more, the impact value decreases. This is because cracks starting from coarse NbCN tend to occur. Nevertheless, 0.2% Nb steel has a slightly higher impact value than 0.004% Nb steel.

図12は、図10の試験に用いたと同じ素材の同じ部位から平行部がφ6mm×18mmで全長が150mmの回転曲げ疲労試験片を作成し、室温で評価した10サイクルの疲労強度(時間強度)をNb量に対してプロットしている。ここで回転曲げ疲労試験は、試験片の一方の端部を支持して他方の端部に錘をぶら下げて荷重付加し、試験片の支持部を試験片の軸を中心として回転させて回転数10で試験片が破壊に到ったときの応力値をもって疲労強度を評価した。疲労強度が高いほど、繰り返し負荷に対して割れ難いため好ましい。 Figure 12 is a full length creates a rotating bending fatigue test piece of 150mm in parallel portion is 6mm × 18 mm from the same site of the same material as used in the test of FIG. 10, the fatigue strength of 10 4 cycles was evaluated at room temperature (time intensity ) Is plotted against the amount of Nb. Here, in the rotating bending fatigue test, one end of the test piece is supported, a weight is hung on the other end, a load is applied, and the support portion of the test piece is rotated about the axis of the test piece to rotate. The fatigue strength was evaluated based on the stress value when the specimen reached failure at 10 4 . Higher fatigue strength is preferable because it is less likely to crack against repeated loads.

疲労試験の負荷様式は実用に供された金型に近いため、疲労強度の優劣は実際の金型寿命の長短と良く対応する。衝撃値の変化を示した図11と同様に、疲労強度はNb量に対して極大値を示す。
この理由は、衝撃値の場合と同じである。ただしNbが0.03%以上における特性の劣化は、衝撃値の場合よりも顕著である。即ちNb量の影響が大きい。Nbが0.004%以上で0.03%直近(未満)までは964MPaを越える高い疲労強度を示すのに対し、それ以上のNb量では強度の低下の度合が大きい。
Since the fatigue test load style is close to that of a practically used mold, the superiority or inferiority of the fatigue strength corresponds well with the actual life of the mold. Similar to FIG. 11 showing the change of the impact value, the fatigue strength shows a maximum value with respect to the Nb amount.
The reason for this is the same as in the case of the impact value. However, the deterioration of the characteristics when Nb is 0.03% or more is more remarkable than the case of the impact value. That is, the influence of the Nb amount is large. When Nb is 0.004% or more and until 0.03% (less than), high fatigue strength exceeding 964 MPa is exhibited, whereas when Nb content exceeds Nb, the degree of strength decrease is large.

疲労試験後の破断面を観察したところ、疲労強度が低い高Nb材の亀裂の起点には粗大な異物が観察され、X線による分析の結果、この異物を構成する元素としてNb,C,Nが検出された。即ちこの異物はNbCNであることが分った。粗大なNbCNは、機械疲労強度に対して極めて有害である。   When the fracture surface after the fatigue test was observed, coarse foreign matter was observed at the crack initiation point of the high Nb material with low fatigue strength. As a result of analysis by X-ray, Nb, C, N Was detected. That is, this foreign material was found to be NbCN. Coarse NbCN is extremely detrimental to mechanical fatigue strength.

一方、疲労強度が低い低Nb材には粗大なNbCNが認められなかった。亀裂の起点に存在した異物も小さく、X線による元素分析の結果、これは酸化物や硫化物であった。
低Nb材の疲労強度が低下した大きな要因は、結晶粒度が小さいため、亀裂の進展が容易であったことと考えられる。
On the other hand, coarse NbCN was not observed in the low Nb material having low fatigue strength. The foreign matter present at the starting point of the crack was small, and as a result of elemental analysis by X-ray, it was an oxide or a sulfide.
It is thought that the major factor that reduced the fatigue strength of the low Nb material was that the crack progressed easily because the crystal grain size was small.

尚、疲労強度試験片の作成手順を補足すると以下の通りである。
先ず素材の中央付近からφ22mm×160mmの丸棒を作成し、この丸棒を920℃に加熱して急冷し、焼戻して38HRCに調質した。
更にこの丸棒から平行部がφ6mm×18mmで全長が150mmの回転曲げ疲労試験片を作成し、疲労強度を調査した結果を示したのが図12である。
In addition, it is as follows when the preparation procedure of a fatigue strength test piece is supplemented.
First, a round bar of φ22 mm × 160 mm was made from the vicinity of the center of the raw material, this round bar was heated to 920 ° C., rapidly cooled, tempered and tempered to 38 HRC.
Furthermore, FIG. 12 shows the result of examining the fatigue strength by preparing a rotating bending fatigue test piece having a parallel portion of φ6 mm × 18 mm and a total length of 150 mm from this round bar.

図10〜図12から,0.004≦Nb<0.03が望ましいことは明らかである。特に工業サイズのインゴットから製造された鋼製品(この場合は金型)の機械疲労強度を考慮した場合、通常(先行特許文献に開示の発明例)よりも少な目のNb量を選定することが重要と言える。
尚Nbには軟化抵抗や耐磨耗性を高める効果もあるが、本発明で規定した少量添加では、そのような効果はほとんど期待できない。従って本発明のNb添加は、軟化抵抗や耐磨耗性の改善を目的としたものではない。
From FIG. 10 to FIG. 12, it is clear that 0.004 ≦ Nb <0.03 is desirable. In particular, when considering the mechanical fatigue strength of steel products (in this case, molds) manufactured from industrial-sized ingots, it is important to select a smaller amount of Nb than usual (the invention example disclosed in the prior patent document). It can be said.
Nb also has an effect of increasing softening resistance and wear resistance, but such an effect can hardly be expected when added in a small amount as defined in the present invention. Therefore, the addition of Nb according to the present invention is not intended to improve softening resistance or wear resistance.

[機械疲労とNb]
金型には応力が繰り返し付与されるため、周期的な応力が長いサイクルにわたって負荷された場合の破壊挙動、即ち疲労強度が非常に重要である。疲労強度は亀裂の起点になる粗大な異物が多いと低下する。本発明では粗大なNbCNが代表的な異物となる。
[Mechanical fatigue and Nb]
Since stress is repeatedly applied to the mold, the fracture behavior, i.e., fatigue strength, when periodic stress is applied over a long cycle is very important. Fatigue strength decreases when there are many coarse foreign substances that become crack starting points. In the present invention, coarse NbCN is a typical foreign material.

NbCNは凝固の際に形成され、以降の熱処理では固溶しにくい。従って疲労強度の確保には、粗大なNbCNを凝固の際に形成させないことが必須となる。NbCNのサイズは凝固速度が小さいほど大きくなるため、粗大なNbCNの形成を避けるには、インゴットに射込んだ溶鋼を急速に凝固させなければならない。   NbCN is formed during solidification and hardly dissolves in subsequent heat treatments. Therefore, in order to ensure fatigue strength, it is essential that coarse NbCN is not formed during solidification. Since the size of NbCN increases as the solidification rate decreases, in order to avoid the formation of coarse NbCN, the molten steel injected into the ingot must be rapidly solidified.

実験用の小さなインゴット(数kg〜数100kg)では、凝固速度が大きいためNbCNはそれほど大きくならない。
一方、凝固速度が小さくなる工業サイズ(数t〜数10t)のインゴットにおいては、NbCNは極めて粗大となる。従って金型になった場合の疲労強度の低下が問題となるのである。
In a small experimental ingot (several kg to several hundred kg), NbCN does not become so large because of the high coagulation rate.
On the other hand, in an industrial size (several t to several tens of t) ingot with a low solidification rate, NbCN becomes extremely coarse. Therefore, a decrease in fatigue strength when it becomes a mold becomes a problem.

Nbには、結晶粒の成長を抑制して衝撃値などの機械的性質を改善する効果がある反面、適正なNb添加量を選定しないと疲労強度の低下を招き、適正な金型寿命は得られないのである。従って金型寿命の延長を検討するうえで、Nb添加量の適正化は極めて重要な課題である。工業サイズの大きなインゴットを前提とした場合は、通常(先行発明例)よりも少な目のNb量を選定することが肝要である。   Nb has the effect of suppressing the growth of crystal grains and improving the mechanical properties such as impact value, but if the appropriate Nb addition amount is not selected, fatigue strength will be reduced, and an appropriate mold life will be obtained. It is not possible. Therefore, the optimization of the amount of Nb added is an extremely important issue when considering extending the mold life. When an ingot of a large industrial size is assumed, it is important to select a smaller amount of Nb than usual (prior art example).

[熱間加工性とNb]
鋼を金型用の素材に成形する熱間加工においては、工程中で再結晶が繰り返し起こる。再結晶は歪の開放を担う現象であり、歪を開放した素材は軟質で高延性である。従って再結晶した素材は、後続する熱間加工工程中で、変形抵抗が高いために加工し難いとか、変形能が低いために割れる、といった問題を起こしにくい。再結晶すれば、熱間加工性を確保できるのである。
[Hot workability and Nb]
In hot working in which steel is formed into a mold material, recrystallization occurs repeatedly in the process. Recrystallization is a phenomenon responsible for strain release, and the material that releases strain is soft and highly ductile. Therefore, the recrystallized material is less likely to cause problems such as difficulty in processing due to high deformation resistance and cracking due to low deformation capability in the subsequent hot working process. By recrystallization, hot workability can be ensured.

ところでNbは再結晶を著しく抑制する元素である。Nbを添加すると、鋼の再結晶温度は上昇する。即ちNb含有鋼はNb無添加鋼よりも高温でないと再結晶しない。
熱間加工工程中の素材は、工具との接触や大気への放熱によって表面温度が低下してゆく。表面温度が再結晶温度以下になると、上記の問題(高変形抵抗で加工し難い、低変形能で割れ易い)が起き易くなる。
そこで温度が下がった素材は加熱炉に戻されて、再結晶温度を越える温度まで再加熱される。所定の温度になると炉から出されて、再び熱間加工が継続される。再加熱は熱間加工性を回復させる処置である。
Nb is an element that remarkably suppresses recrystallization. When Nb is added, the recrystallization temperature of the steel increases. That is, the Nb-containing steel does not recrystallize unless the temperature is higher than that of the Nb-free steel.
The surface temperature of the material during the hot working process is lowered by contact with the tool or heat radiation to the atmosphere. When the surface temperature is equal to or lower than the recrystallization temperature, the above-described problems (difficult to work with high deformation resistance, easy to crack with low deformation ability) tend to occur.
Therefore, the material whose temperature has dropped is returned to the heating furnace and reheated to a temperature exceeding the recrystallization temperature. When it reaches a predetermined temperature, it is removed from the furnace and hot working is continued again. Reheating is a treatment that restores hot workability.

ここでNb含有鋼はNb無添加鋼よりも高温でないと再結晶しないため、必然的に炉に戻して再加熱する回数が増える。即ち工程時間が延長して生産性が低下し、素材コストが上昇しやすい。
また温度が低下してくると、Nb含有鋼はNb無添加鋼よりも変形能が低いため、割れが発生しやすい。即ち歩留まりが悪化して素材コストが上昇しやすい。
Here, the Nb-containing steel does not recrystallize unless it is at a higher temperature than the Nb-free steel, so that the number of times of reheating by inevitably returning to the furnace increases. That is, the process time is extended, the productivity is lowered, and the material cost is likely to increase.
Further, when the temperature is lowered, the Nb-containing steel has a lower deformability than the Nb-free steel, so that cracking is likely to occur. That is, the yield tends to deteriorate and the material cost tends to increase.

即ち、Nbには、結晶粒の成長を抑制して衝撃値などの機械的性質を改善する効果がある反面、適正なNb添加量を選定しないと再結晶温度の過度な上昇を招き、熱間加工性の確保(低変形抵抗・高変形能)が困難になる。
従って金型用鋼の低廉化を検討するうえで、Nb添加量の適正化は極めて重要な課題である。
In other words, Nb has the effect of suppressing the growth of crystal grains and improving mechanical properties such as impact value, but if an appropriate Nb addition amount is not selected, the recrystallization temperature is excessively increased, Securing processability (low deformation resistance and high deformability) becomes difficult.
Therefore, optimizing the amount of Nb added is an extremely important issue when considering the cost reduction of mold steel.

通常、Nb無添加の鋼の再結晶は、780℃以上の温度域で起こる。この鋼にNbを0.03%以上添加すると、再結晶は、1000℃以上の温度域でないと起こらなくなる。つまり、通常の鋼は約800℃まで温度が下がっても、熱間加工性を何とか確保できる。しかし0.03%Nb鋼の場合は、1000℃以上でないと熱間加工性が確保できない。また、Nb量が0.05%を超える鋼では、1050℃以上の温度域でないと再結晶が起こらなくなる。   Usually, recrystallization of Nb-free steel occurs in a temperature range of 780 ° C. or higher. When 0.03% or more of Nb is added to this steel, recrystallization does not occur unless the temperature is 1000 ° C. or higher. That is, even when the temperature of ordinary steel is lowered to about 800 ° C., it is possible to somehow ensure hot workability. However, in the case of 0.03% Nb steel, hot workability cannot be secured unless the temperature is 1000 ° C. or higher. Further, in a steel having an Nb content exceeding 0.05%, recrystallization does not occur unless the temperature is 1050 ° C. or higher.

一般に熱間加工は1000℃以上でおこなわれるため、この温度域で再結晶することが熱間加工性の確保、即ち低変形抵抗・高変形能の維持、には必須となる。
そこでNbが変形抵抗と変形能に及ぼす影響を調査した。熱間加工の下限温度に近い1000℃、及び熱間加工の最大加工量に近い圧縮率50%を対象とした。
In general, since hot working is performed at 1000 ° C. or higher, recrystallization in this temperature range is essential for ensuring hot workability, that is, maintaining low deformation resistance and high deformability.
Therefore, the effect of Nb on deformation resistance and deformability was investigated. The target was 1000 ° C. close to the lower limit temperature of hot working and 50% compression rate close to the maximum working amount of hot working.

この様子を示したものが図13と図14である。
図10の試験に用いたと同じ素材の同じ部位からφ14mm×21mmの変形抵抗測定用試験片を作成し、この試験片を5℃/sで1000℃に加熱して100sの保持後、ひずみ速度10s−1で加工して変形抵抗を測定した。加工量は試験片の高さが初期状態の半分となる圧縮率50%としている。
This is shown in FIGS. 13 and 14. FIG.
A test piece for measuring deformation resistance of φ14 mm × 21 mm was prepared from the same part of the same material used in the test of FIG. 10, this test piece was heated to 1000 ° C. at 5 ° C./s, held for 100 s, and strain rate 10 s. The deformation resistance was measured by processing at -1 . The processing amount is set to 50% compression rate at which the height of the test piece is half of the initial state.

この時の変形抵抗をNb量に対して示せば図13の通りである。低変形抵抗であるほど熱間加工に対する抵抗が低いため、加工しやすく好ましい。変形抵抗は、Nb量が0.03%付近を境に急変しており、これよりも低Nb側では変形抵抗が低く、加工性が良いと言える。なお、Nb量が異なる各鋼種とも、それぞれ10個の試験片を加工し,変形抵抗としては10個の平均値をプロットした。   FIG. 13 shows the deformation resistance at this time with respect to the Nb amount. Since the resistance to hot working is low, the lower the deformation resistance, the easier the working and the better. The deformation resistance changes abruptly when the Nb content is around 0.03%, and it can be said that the deformation resistance is low on the lower Nb side and the workability is good. In addition, for each steel type having a different Nb amount, 10 test pieces were processed, and an average value of 10 pieces was plotted as the deformation resistance.

また50%の加工を受けた試験片を室温まで放冷し、冷却後に表面を観察したところ、割れが観察される場合もあった。各鋼種とも加工した10個の試験片のうち何個が割れたかを割れ発生率とし、これをNb量に対して示せば、図14の通りである。割れ発生率が低いほど,歩留まりが高く好ましい。割れ発生率は0.03%Nb材で50%となり、ちょうど半数が割れた事になる。
これよりも低Nb側では割れ発生率が低く、加工性が良い(歩留まりが良い)と言える。半数以上が割れる状況では、工業的にも歩留まりの低下が顕著であるため、Nb量は0.03%未満が適正と考えられる。この値は図10〜図12とも矛盾しない。
Moreover, when the test piece which received 50% processing was allowed to cool to room temperature and the surface was observed after cooling, cracks were sometimes observed. FIG. 14 shows how many of the 10 test pieces processed for each steel type are cracked as the crack generation rate, which is shown with respect to the Nb amount. The lower the crack occurrence rate, the higher the yield and the better. The cracking incidence is 50% with 0.03% Nb material, which means that half of them are cracked.
On the lower Nb side, the crack generation rate is low, and it can be said that the workability is good (yield is good). In a situation where more than half are broken, the decrease in yield is remarkable industrially, so the Nb content is considered to be less than 0.03%. This value is consistent with FIGS.

本発明では、不純物成分について以下のように規制することができる。
W < 0.30%
Co < 0.30%
Ta < 0.004%
Ti < 0.004%
Zr < 0.004%
Al < 0.004%
N < 0.004%
Cu < 0.15%
Ni < 0.15%
B < 0.0010%
S < 0.010%
Ca < 0.0005%
Se < 0.03%
Te < 0.005%
Bi < 0.01%
Pb < 0.03%
Mg < 0.005%
O < 0.0080%
In the present invention, the impurity component can be regulated as follows.
W <0.30%
Co <0.30%
Ta <0.004%
Ti <0.004%
Zr <0.004%
Al <0.004%
N <0.004%
Cu <0.15%
Ni <0.15%
B <0.0010%
S <0.010%
Ca <0.0005%
Se <0.03%
Te <0.005%
Bi <0.01%
Pb <0.03%
Mg <0.005%
O <0.0080%

本発明では、炭化物の析出によって強度を上げるため、必要に応じて下記範囲でWを添加することができる。
0.30 ≦ W ≦ 4.00
0.30%未満では高強度化の効果が小さく、4.00%を越えると効果の飽和と著しいコスト増を招く。
In the present invention, since strength is increased by precipitation of carbides, W can be added in the following range as necessary.
0.30 ≤ W ≤ 4.00
If it is less than 0.30%, the effect of increasing the strength is small, and if it exceeds 4.00%, the effect is saturated and the cost is significantly increased.

本発明ではまた、母材への固溶によって強度を上げるため、必要に応じて下記範囲でCoを添加することができる。
0.30 ≦ Co ≦ 3.00
0.30%未満では高強度化の効果が小さく、3.00%を越えると効果の飽和とコストの著しい増加を招く。
In the present invention, since strength is increased by solid solution in the base material, Co can be added in the following range as necessary.
0.30 ≤ Co ≤ 3.00
If it is less than 0.30%, the effect of increasing the strength is small, and if it exceeds 3.00%, the effect is saturated and the cost is significantly increased.

本発明では更にNb添加による結晶粒微細化の効果が充分でない場合、更なる細粒化を目的として必要に応じ以下のうち少なくとも1種を添加することができる。
0.004 ≦ Ta ≦ 0.100
0.004 ≦ Ti ≦ 0.100
0.004 ≦ Zr ≦ 0.100
0.004 ≦ Al ≦ 0.050
0.004 ≦ N ≦ 0.050
何れの元素も所定量未満では強度と靭性の改善効果が小さい。また所定量を越えると炭化物や窒化物や酸化物が過度に生成し、却って靭性の低下を招く。この点Nbと同じである。
In the present invention, if the effect of crystal grain refinement by addition of Nb is not sufficient, at least one of the following can be added as necessary for the purpose of further refinement.
0.004 ≤ Ta ≤ 0.100
0.004 ≤ Ti ≤ 0.100
0.004 ≤ Zr ≤ 0.100
0.004 ≤ Al ≤ 0.050
0.004 ≤ N ≤ 0.050
If any element is less than a predetermined amount, the effect of improving strength and toughness is small. On the other hand, when the amount exceeds a predetermined amount, carbides, nitrides and oxides are excessively generated, and on the contrary, the toughness is lowered. This is the same as Nb.

本発明では、焼入れ性を向上させるため、必要に応じ以下のうち少なくとも1種を添加することができる。
0.15 ≦ Cu ≦ 1.50
0.15 ≦ Ni ≦ 1.50
0.0010 ≦ B ≦ 0.0100
何れの元素も所定量未満では焼入れ性の改善効果が小さい。また所定量を越えると効果が飽和して実益に乏しい。更にCuとNiについては、過度の添加は熱伝導率を低下させる。
In the present invention, in order to improve hardenability, at least one of the following can be added as necessary.
0.15 ≤ Cu ≤ 1.50
0.15 ≤ Ni ≤ 1.50
0.0010 ≤ B ≤ 0.0100
If any element is less than a predetermined amount, the effect of improving the hardenability is small. On the other hand, if the amount exceeds a predetermined amount, the effect is saturated and the actual profit is poor. Furthermore, for Cu and Ni, excessive addition reduces the thermal conductivity.

本発明では、被削性を向上するため、必要に応じ以下のうち少なくとも1種を添加することができる。
0.010 ≦ S ≦ 0.500
0.0005 ≦ Ca ≦ 0.2000
0.03 ≦ Se ≦ 0.50
0.005 ≦ Te ≦ 0.100
0.01 ≦ Bi ≦ 0.30
0.03 ≦ Pb ≦ 0.50
何れの元素も所定量未満では被削性の改善効果が小さい。また所定量を越えると熱間加工性が著しく劣化するため、塑性加工における割れが多発して生産性と歩留まりを低下させる。
In the present invention, in order to improve machinability, at least one of the following can be added as necessary.
0.010 ≤ S ≤ 0.500
0.0005 ≤ Ca ≤ 0.2000
0.03 ≤ Se ≤ 0.50
0.005 ≤ Te ≤ 0.100
0.01 ≤ Bi ≤ 0.30
0.03 ≤ Pb ≤ 0.50
If any element is less than a predetermined amount, the machinability improvement effect is small. On the other hand, if the amount exceeds a predetermined amount, the hot workability is remarkably deteriorated, so that many cracks occur in the plastic working and the productivity and the yield are lowered.

また、本発明鋼は、熱負荷が厳しいダイカスト金型に用いると特に効果を奏する。つまり、ダイカスト金型は、金型表面の温度振幅が大きく、熱疲労が蓄積しやすい。また、金型表面の温度が高くなるので、焼付き易いという問題が生じやすい。このため、本発明鋼は、ダイカスト金型に用いると効果が大である。   In addition, the steel of the present invention is particularly effective when used in a die-casting mold having a severe heat load. That is, the die casting mold has a large temperature amplitude on the mold surface, and thermal fatigue tends to accumulate. Moreover, since the temperature of the mold surface becomes high, the problem of easy seizure tends to occur. For this reason, the steel of the present invention has a great effect when used in a die casting mold.

Si含有量と切削性との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between Si content and machinability. Si含有量と熱伝導率との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between Si content and thermal conductivity. Mn含有量と衝撃値との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between Mn content and an impact value. Mn含有量と熱伝導率との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between Mn content and thermal conductivity. Cr含有量と衝撃値との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between Cr content and an impact value. Cr含有量と熱伝導率との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between Cr content and thermal conductivity. Mo含有量と600℃での強度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between Mo content and the intensity | strength in 600 degreeC. Mo含有量と衝撃値との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between Mo content and an impact value. V含有量と軟化抵抗との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between V content and softening resistance. Nb含有量と焼入れ時の結晶粒度との関係示した図である。It is the figure which showed the relationship between Nb content and the crystal grain size at the time of quenching. Nb含有量と衝撃値との関係示した図である。It is the figure which showed the relationship between Nb content and an impact value. Nb含有量と機械疲労強度との関係示した図である。It is the figure which showed the relationship between Nb content and mechanical fatigue strength. Nb含有量と変形抵抗との関係示した図である。It is the figure which showed the relationship between Nb content and deformation resistance. Nb含有量と割れ発生率との関係示した図である。It is the figure which showed the relationship between Nb content and a crack generation rate.

次に本発明の実施形態を以下に詳しく説明する。
表1及び表2に示す48鋼種を真空中で溶解し、それぞれ6tのインゴットに鋳込んだ。
これらのインゴットに対して1260℃×24Hrの均質化処理を施した後、熱間鍛造によって横断面が220mm×560mmのブロックを製造した。鍛造完了後の高温状態にあるブロックを室温まで放冷し、引き続き700℃で焼戻した後、更に900℃へ再加熱して4Hr保持し、そこから10℃/Hrで徐冷することによって90HRB程度に軟化させた。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail below.
The 48 steel types shown in Tables 1 and 2 were melted in a vacuum and cast into 6t ingots.
After these ingots were homogenized at 1260 ° C. × 24 Hr, blocks having a cross section of 220 mm × 560 mm were manufactured by hot forging. The block in a high-temperature state after completion of forging is allowed to cool to room temperature, subsequently tempered at 700 ° C., then reheated to 900 ° C. and held for 4 hours, and then gradually cooled at 10 ° C./Hr to about 90 HRB. Softened.

Figure 0005444938
Figure 0005444938

Figure 0005444938
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このブロックを920℃に加熱し、2Hrの保持後に水中へ投入した(焼入れ)。更にこのブロックを560℃〜580℃×1Hr〜8Hrの焼戻しによって38HRC程度に調質した。焼戻しの温度と時間は成分によって適正な条件を選択し、38HRCが得られるようにした。
尚、比較鋼A01は炭素量が少ないため約31HRCとなった。
調質されたブロックから、200kg程度のダイカスト型を機械加工によって製造した。同時に調質されたブロックの中央付近から、各種特性を評価するための試験片を切出した。
This block was heated to 920 ° C., and after 2 hours of holding, it was poured into water (quenching). Further, this block was tempered to about 38 HRC by tempering at 560 ° C. to 580 ° C. × 1 Hr to 8 Hr. Appropriate conditions were selected for the tempering temperature and time depending on the components so that 38 HRC was obtained.
Note that the comparative steel A01 had a carbon content of about 31 HRC.
A die cast mold of about 200 kg was manufactured from the conditioned block by machining. At the same time, test pieces for evaluating various properties were cut out from the vicinity of the center of the conditioned block.

ブロックの中央付近から切出した試験片の調査結果を表3及び表4に示す。衝撃値・熱伝導率・高温強度・機械疲労強度の評価方法は先述した通りである。
尚、比較鋼A15はJIS SKD61に相当する。
衝撃値に関しては63J/cm以上を「○」と判断する。熱伝導率についてはJIS SKD61(比較鋼A15、熱伝導率24W/m/K)と比較して冷却能が劇的に改善する33W/m/K以上を「○」と判断する。高温強度は830MPa以上を「◎」、770MPa以下を「×」、それ以外を「○」とする。
機械疲労強度は964MPa以下を「×」それ以外を「○」とする。
熱間加工性については、割れの発生によって切り捨て量が必要以上に増えた場合又は複数回のリヒートが必要となって生産効率が低下した場合を「×」、割れが問題にならなかった場合又はリヒートが不要で生産効率も低下しなかった場合を「○」とする。
Tables 3 and 4 show the test results of the test pieces cut out from the vicinity of the center of the block. The evaluation methods for impact value, thermal conductivity, high temperature strength, and mechanical fatigue strength are as described above.
Comparative steel A15 corresponds to JIS SKD61.
As for the impact value, 63 J / cm 2 or more is judged as “◯”. As for the thermal conductivity, a value of 33 W / m / K or more at which the cooling ability is dramatically improved as compared with JIS SKD61 (Comparative Steel A15, thermal conductivity 24 W / m / K) is judged as “◯”. The high-temperature strength is “◎” when 830 MPa or more, “×” when 770 MPa or less, and “◯” otherwise.
The mechanical fatigue strength is 964 MPa or less as “x” and the others as “◯”.
For hot workability, if the amount of cut increases more than necessary due to the occurrence of cracks, or if the production efficiency decreases due to the need for multiple reheats, the case where cracks are not a problem or A case where no reheat is required and the production efficiency has not decreased is indicated as “◯”.

Figure 0005444938
Figure 0005444938

Figure 0005444938
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発明鋼33種は全項目において良好な特性を示し、評価は「○」である。これは,化学成分のバランスが適正であることの証明である。
比較鋼においてはA03とA11の2鋼種以外は、何れかの特性に問題がある。0.59%Vの比較鋼A12は、亀裂発生の起点となる炭化物が多いため、衝撃値は低下している。但し機械疲労への顕著な悪影響は認められない。
0.94%Vの比較鋼A15は、比較鋼A12よりも炭化物が増えるため衝撃値の低下が著しく、また疲労強度にも大きな影響が現れている。
Inventive steel 33 shows good characteristics in all items, and the evaluation is “◯”. This is proof that the balance of chemical components is appropriate.
In the comparative steel, there is a problem in any of the characteristics other than the two steel types A03 and A11. Since the comparative steel A12 of 0.59% V has many carbides that are the starting points of crack generation, the impact value is lowered. However, no significant adverse effects on mechanical fatigue are observed.
The comparative steel A15 of 0.94% V has a significant decrease in impact value due to an increase in carbides as compared with the comparative steel A12, and has a great influence on fatigue strength.

0.080%Nbの比較鋼A14は衝撃値を確保しているものの、疲労強度の低下が顕著である。
これは粗大なNbの炭窒化物が亀裂発生の起点となるためである。比較鋼A14は熱間加工性も悪く、これはNbが再結晶を著しく遅延させた結果である。
また焼入れ速度が小さくなる大きなブロックの中央付近から切出した試験片だったこともあり、CrやMnが少なく焼入れ性が低い比較鋼A05と比較鋼A07は低衝撃値である。
Although the 0.080% Nb comparative steel A14 has an impact value, the fatigue strength is significantly reduced.
This is because coarse Nb carbonitrides are the starting point for crack initiation. Comparative steel A14 also has poor hot workability, which is the result of Nb significantly delaying recrystallization.
Moreover, it was a test piece cut out from the vicinity of the center of a large block where the quenching speed becomes small. Comparative steel A05 and comparative steel A07 with low Cr and Mn and low hardenability have low impact values.

比較鋼A09と比較鋼A10は、Mo量が適正でないために衝撃値は低くなっている。熱伝導率は,SiとCrが共に多い鋼種で低くなる結果となった。また高温強度は、所定の硬さが得られなかった比較鋼A01と、所定硬さには到達したがMo含有量の少ない比較鋼A09で低くなっている。   The comparative steel A09 and the comparative steel A10 have low impact values because the Mo amount is not appropriate. The thermal conductivity was low in the steel grades with a lot of Si and Cr. Further, the high temperature strength is low in the comparative steel A01 in which the predetermined hardness was not obtained and in the comparative steel A09 that reached the predetermined hardness but had a small Mo content.

ダイカスト型をマシンに組み付けて鋳造した時の損傷状況を表5及び表6に示す。
鋳造したアルミ合金はADC12、溶解保持炉の温度は680℃である。ダイカスト品の重量は約5kg,1サイクルは47sである。10000ショット鋳造後の金型表面を対象として、ヒートチェック・磨耗・軟化(硬さ)を評価した。
Tables 5 and 6 show the damage situation when the die casting mold is assembled and cast in the machine.
The cast aluminum alloy is ADC12, and the temperature of the melting and holding furnace is 680 ° C. The weight of the die-cast product is about 5 kg, and one cycle is 47 s. Heat check, wear, and softening (hardness) were evaluated on the mold surface after 10,000 shot casting.

ヒートチェックは目視観察と亀裂の最大深さによって評価する。まず目視観察によってヒートチェックが最も顕著な部位を選定する。次にその部位を、型表面から内部にかけての領域が観察できるように切出す。そして切断面に観察された亀裂(型内部へ進展したヒートチェック)のうちで最も深いものに着目し、開口部(型表面)から先亀裂端までの距離を測定する。これを亀裂の最大深さとする。   The heat check is evaluated by visual observation and maximum crack depth. First, the part where the heat check is most prominent is selected by visual observation. Next, the part is cut out so that a region from the mold surface to the inside can be observed. Then, paying attention to the deepest crack observed in the cut surface (heat check that has advanced into the mold), the distance from the opening (mold surface) to the tip of the tip crack is measured. This is the maximum crack depth.

亀裂の最大深さが0.3mm以下であれば、亀裂の開口部も狭く、従ってアルミが差し込みにくいため、この製品であれば表面品質が問題になることは無い。そこで評価は「○」とする。最大の亀裂深さが1mm以上になると亀裂の開口部が広く、従ってアルミが差し込み易いため、製品の表面品質が問題となって不良品になる。
更にこの深い亀裂は型の大割れを助長する危険性が高い。そこで評価は「×」とする。亀裂の最大深さが0.3mmを越え1mm未満の場合は評価を「△」とする。
If the maximum depth of the crack is 0.3 mm or less, the opening of the crack is also narrow, so that it is difficult to insert aluminum, so the surface quality is not a problem with this product. Therefore, the evaluation is “◯”. If the maximum crack depth is 1 mm or more, the opening of the crack is wide, and therefore aluminum can be easily inserted, so that the surface quality of the product becomes a problem, resulting in a defective product.
Furthermore, this deep crack has a high risk of promoting large cracks in the mold. Therefore, the evaluation is “x”. When the maximum crack depth exceeds 0.3 mm and is less than 1 mm, the evaluation is “Δ”.

射出されたAlによる磨耗は製品の寸法規格への影響度で判定する。磨耗が顕著でなく製品が寸法規格を外れなければ「○」、型の形状が局部的に変わるほど磨耗して製品が寸法規格を外れていれば「×」とした。
軟化はヒートチェックが最も顕著な部位の表面硬さを測定し、初期硬さ38HRCからの低下が2ポイント未満であれば「○」、それ以上であれば「×」とした。
また金型を貫通するような大割れの有無を評価した。そのような亀裂が発生した場合には「×」、未発生であれば「○」とした。大割れの亀裂は、機械疲労によって発生する場合と、ヒートチェックが内部へ進展した場合、両者が合体する場合がある。
従って機械疲労強度が低く、しかもヒートチェックが発生し易い鋼材において顕著となる。
Wear due to injected Al is determined by the degree of influence on the dimensional standard of the product. If the wear was not significant and the product did not deviate from the dimensional standard, “◯” was indicated. If the product was worn out to a local extent and the product deviated from the dimensional standard, “X” was indicated.
For the softening, the surface hardness of the portion where the heat check is most prominent was measured.
In addition, the presence or absence of large cracks penetrating the mold was evaluated. When such a crack occurred, “x” was indicated, and when it did not occur, “◯” was indicated. Large cracks may be caused by mechanical fatigue, or when the heat check progresses to the inside, they may merge.
Therefore, it becomes remarkable in the steel material with low mechanical fatigue strength and easy to generate heat check.

更に10000ショットの鋳造が完了するまでの間、顕著な焼付きが発生したかどうかも評価した。焼付きが軽度で金型のメンテナンスも数回以下と散発的であれば「○」、鋳造を中断して焼付きを除去しなければならない状態が200〜2000ショットごとにと頻繁であれば「×」とした。   Further, it was evaluated whether or not significant seizure occurred until the casting of 10,000 shots was completed. If the seizure is mild and the maintenance of the mold is sporadically less than several times, “O”, if the casting must be interrupted to remove seizure every 200 to 2000 shots, × ”.

被削性の評価は、実際にダイカスト金型を切削した時の作業効率と切削工具の損耗状態から判断した。被削性が悪い鋼を切削すると、切削工具には局部的な異常磨耗や欠けを生じ易いため、切削工具の頻繁な交換による作業効率の低下と、多量の切削工具を使うことによるコストの増加を余儀なくされる。   The evaluation of machinability was judged from the work efficiency when the die casting die was actually cut and the wear state of the cutting tool. Cutting steel with poor machinability tends to cause local abnormal wear and chipping on the cutting tool, resulting in lower work efficiency due to frequent replacement of the cutting tool and increased cost due to the use of a large number of cutting tools. Will be forced.

今回はダイカスト金型として最も良く使われるJIS SKD61を削った場合との比較によって被削性を評価する。切削工具の損耗状態や加工効率がJIS SKD61と同等であれば「○」、切削工具の交換が頻繁で加工効率がJIS SKD61の半分以下となった場合は「×」、JIS SKD61よりは被削性(切削効率)は下がるが実用上の問題がほとんどなければ「△」とした。
発明鋼33種には大きな問題が無く、被削性を除いた全項目が「○」の評価である。
また被削性についても、実用上は問題にならないと判断された。即ち発明鋼33種が、型性能とコストの両面に優れた金型用鋼であることは明らかである。
This time, the machinability is evaluated by comparing with the case of cutting JIS SKD61, which is most often used as a die casting mold. “○” if the wear state and machining efficiency of the cutting tool are equivalent to JIS SKD61, “X” if the cutting tool is frequently replaced and the machining efficiency is less than half that of JIS SKD61. Although the property (cutting efficiency) decreased, there were few practical problems.
Invented steel 33 has no major problems, and all items excluding machinability are evaluated as “◯”.
Further, it was judged that machinability is not a problem in practical use. That is, it is clear that the 33 type steels are mold steels excellent in both mold performance and cost.

Figure 0005444938
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Figure 0005444938
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発明鋼を用いた金型は熱伝導率が高いため、過熱が抑制されてアルミの焼付は激減した。またヒートチェックが発生しにくい理由は、熱伝導率が高いことから熱応力が小さくなるためである。高速で射出されたアルミによる磨耗も極めて僅かであり、高温強度の高さに対応している。亀裂発生の起点となる粗大な異物が極めて少ないため、大割れも未発生である。ヒートチェックを助長する型表面の軟化も極めて軽微で、軟化抵抗の高さに対応している。CrやMoやVなどの希少元素量は少ないが、発明鋼は優れた型性能を発揮した。
また鋳造品の組織を調査した結果、従来よりも微細化していることが確認された。これは金型温度が低下したため、凝固速度が大きくなったことによる。更に凝固が早くなるため、鋳造のサイクルを2〜3sec短縮できることも明らかとなった。
Since the metal mold using the inventive steel has high thermal conductivity, overheating is suppressed and aluminum seizure is drastically reduced. Moreover, the reason why the heat check is difficult to occur is that the thermal stress is small because the thermal conductivity is high. The wear caused by the aluminum injected at high speed is very small and corresponds to the high temperature strength. Since there are very few coarse foreign substances that are the starting points of crack generation, no large cracks have occurred. The softening of the mold surface that facilitates the heat check is very slight, and it corresponds to the high resistance to softening. Although the amount of rare elements such as Cr, Mo and V is small, the invention steel exhibited excellent mold performance.
Moreover, as a result of investigating the structure of the cast product, it was confirmed that it was made finer than before. This is due to the increase in the solidification rate because the mold temperature decreased. Furthermore, it became clear that the casting cycle can be shortened by 2 to 3 sec because of faster solidification.

一方、比較鋼15種は何らかの問題を抱えている。全体的な傾向としては、熱伝導率の低い鋼種は焼付とヒートチェックが顕著である。また衝撃値や軟化抵抗が低い鋼種は、ヒートチェックが助長される傾向にある。大割れは、衝撃値が非常に低い鋼種、或いは衝撃値は比較的に高いが疲労強度が低い鋼種に発生し易い。   On the other hand, the comparative steel 15 type has some problems. As a general tendency, seizure and heat check are remarkable in the steel types having low thermal conductivity. Steel types with low impact values and softening resistance tend to promote heat check. Large cracks are likely to occur in steel types with very low impact values, or steel types with relatively high impact values but low fatigue strength.

比較鋼A01は、高温強度が低いためヒートチェックと磨耗が顕著である。比較鋼A02・比較鋼A04・比較鋼A06・比較鋼A08・比較鋼A15は熱伝導率が低いため、ヒートチェックと焼付が顕著である。特に比較鋼A15では、機械疲労強度の低さに対応した大割れも発生した。   Since the comparative steel A01 has a low high-temperature strength, heat check and wear are remarkable. Since the comparative steel A02, the comparative steel A04, the comparative steel A06, the comparative steel A08, and the comparative steel A15 have low thermal conductivity, heat check and seizure are remarkable. In particular, in comparative steel A15, large cracks corresponding to low mechanical fatigue strength also occurred.

比較鋼A03は極低Siのため被削性が悪く、金型製造コストの増大を招いた。比較鋼A05・比較鋼A07・比較鋼A12・比較鋼A13は衝撃値が低いため、ヒートチェックが顕著である。
比較鋼A09は熱伝導率こそ高いものの、高温強度が低いために磨耗とヒートチェックが顕著である。比較鋼A10は高温強度と熱伝導率が高く、軟化もし難いが衝撃値が低いためヒートチェックが顕著である。また素材コストや省資源の観点からも推奨できない。
比較鋼A11はV量が少ないために型表面の軟化が顕著で、この結果ヒートチェックが助長されている。
比較鋼A14は、衝撃値こそ確保しているものの機械疲労強度が低いため、それに対応した大割れが発生した。
Since the comparative steel A03 had extremely low Si, the machinability was poor, and the mold manufacturing cost was increased. Since the comparative steel A05, the comparative steel A07, the comparative steel A12, and the comparative steel A13 have low impact values, the heat check is remarkable.
Although the comparative steel A09 has high thermal conductivity, wear and heat check are remarkable due to low high-temperature strength. Comparative steel A10 has high temperature strength and thermal conductivity, and is difficult to soften, but has a low impact value, so heat check is remarkable. Moreover, it cannot be recommended from the viewpoint of material cost and resource saving.
Since the comparative steel A11 has a small amount of V, softening of the mold surface is remarkable, and as a result, heat check is promoted.
Although the comparative steel A14 had an impact value, the mechanical fatigue strength was low, and a large crack corresponding to it was generated.

以上本発明の実施形態をダイカスト金型を例にして詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。即ち、低圧鋳造、プラスチックやゴムの射出成形、鍛造の金型に関しても、金型表面の加熱・冷却が繰り返し行われ、金型表面が熱負荷に晒されるという技術的な背景があるため同様に適用できるものである。   Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to a die-casting die as an example, this is merely an example, and the present invention can be implemented in various modifications without departing from the spirit of the present invention. That is, for low pressure casting, plastic and rubber injection molding, and forging dies, the surface of the dies is repeatedly heated and cooled to expose the dies to heat load. Applicable.

Claims (7)

質量%で
0.15 ≦ C ≦ 0.30
0.01 ≦ Si < 0.19
1.50 < Mn ≦ 1.78
1.01 < Cr < 3.05
0.48 < Mo < 0.88
0.01 ≦ V < 0.21
0.004 ≦ Nb < 0.03
残部Fe及び不可避的不純物の組成を有する金型用鋼。
In mass%
0.15 ≤ C ≤ 0.30
0.01 ≤ Si <0.19
1.50 <Mn ≤ 1.78
1.01 <Cr <3.05
0.48 <Mo <0.88
0.01 ≤ V <0.21
0.004 ≤ Nb <0.03
Mold steel having a composition of the balance Fe and inevitable impurities.
請求項1において、質量%で
0.30 ≦ W ≦ 4.00
を更に含有して成る金型用鋼。
In Claim 1, in mass%
0.30 ≤ W ≤ 4.00
A mold steel further comprising
請求項1,2の何れかにおいて、質量%で
0.30 ≦ Co ≦ 3.00
を更に含有して成る金型用鋼。
In any one of Claims 1 and 2,
0.30 ≤ Co ≤ 3.00
A mold steel further comprising
請求項1〜3の何れかにおいて、質量%で
0.004 ≦ Ta ≦ 0.100
0.004 ≦ Ti ≦ 0.100
0.004 ≦ Zr ≦ 0.100
0.004 ≦ Al ≦ 0.050
0.004 ≦ N ≦ 0.050
のうち少なくとも1種以上を更に含有して成る金型用鋼。
In any one of Claims 1-3, In mass%
0.004 ≤ Ta ≤ 0.100
0.004 ≤ Ti ≤ 0.100
0.004 ≤ Zr ≤ 0.100
0.004 ≤ Al ≤ 0.050
0.004 ≤ N ≤ 0.050
Steel for molds further comprising at least one of them.
請求項1〜4の何れかにおいて、質量%で
0.15 ≦ Cu ≦ 1.50
0.15 ≦ Ni ≦ 1.50
0.0010 ≦ B ≦ 0.0100
のうち少なくとも1種以上を更に含有して成る金型用鋼。
In any one of Claims 1-4, In mass%
0.15 ≤ Cu ≤ 1.50
0.15 ≤ Ni ≤ 1.50
0.0010 ≤ B ≤ 0.0100
Steel for molds further comprising at least one of them.
請求項1〜5の何れかにおいて、質量%で
0.010 ≦ S ≦ 0.50
0.0005 ≦ Ca ≦ 0.2000
0.03 ≦ Se ≦ 0.50
0.005 ≦ Te ≦ 0.100
0.01 ≦ Bi ≦ 0.30
0.03 ≦ Pb ≦ 0.50
のうち少なくとも1種以上を更に含有して成る金型用鋼。
In any one of Claims 1-5 in mass%
0.010 ≤ S ≤ 0.50
0.0005 ≤ Ca ≤ 0.2000
0.03 ≤ Se ≤ 0.50
0.005 ≤ Te ≤ 0.100
0.01 ≤ Bi ≤ 0.30
0.03 ≤ Pb ≤ 0.50
Steel for molds further comprising at least one of them.
請求項1〜6の何れかに記載のダイカスト用の金型用鋼。   The die-casting steel for die-casting in any one of Claims 1-6.
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