JPH02138439A - 成形用工具のための工具鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野］ 本発明は、成形用工具を製造するための工具鋼の改良に
関する。 ［従来の技術］ 工具鋼の用途を大別すると、（イ）作業用治工具（ゲー
ジ、ベンチ、スパナなど）、（ロ）切削用工具（バイト
、エンドミルなと）および（ハ）成形用工具（金型、パ
ンチなど）の３種になる。 一般に工具鋼は、高い靭性と耐摩耗性をもつべきことは
いうまでもないが、とくに上記（ハ）の成形用工具は、
製品の寸法が大であり、かつ使用中の応力と熱負荷が大
きく、その加わり方も複雑であって材料の物性の限界に
近い苛酷な条件下に使用されるため、材料に対する強靭
さと均質性の要求はきびしく、（イ）とは比較にならな
いレベルである。　この靭性に関しては、異方性が小さ
いことが望ましい。　さらに、型用鋼、たとえば型打鍛
造の金型の材料にするものは、被剛性もすぐれているこ
とが必要でおる。 従来、鋼の被削性を向上ざぜるために、Ｓ。 Ｓｅ　、　Ｔｅ　、あるいはＳｉ　、　Ｃａなどの元素
を添加することが行なわれている。　これらは、靭性に
とってはマイナスにはたらくので、その含有但は適切に
えらばなければならない。　Ｓは最も代表的な被削性改
善元素であって、主としてＭｎＳ系の介在物を形成して
この目的をはたす。　しかし、この硫化物系介在物はそ
の形態が問題であって、加工により一定方向に延伸され
た形で存在すると、材料の機械的性質の異方性を高くし
、好ましくない。 （発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、上記のような事情にかんがみ、被削性
改善元素としてＳを含有する工具鋼において、すぐれた
被削性を達成しながらも靭性を中心とする機械的特性の
異方性が低く、かつ表面硬さが高く耐摩耗性のすぐれた
材料、とくに成形用工具のための工具鋼を提供すること
にある。 ［課題を解決するための手段］ このような要望をみたす本発明の成形用工具のだめの工
具鋼は、後記するような工具鋼として必要な合金元素と
ともに、Ｓ：０．０３５〜０．４０％およびＺｒ　：０
．００１〜０．５％を含有し、残余が実質的にＦｅから
なる組成を有し、鋼中に存在する長径２μ以上の硫化物
系介在物のうち、少なくとも８０％が長短径比１０以下
であって、Ｚｒ（Ｃ，Ｎ＞の占める面積率が０．４％以
下でおり、硬さがＨＲＣ１８以上であることを特徴とす
る。 工具鋼として必要な合金元素とその添加量について記せ
ば、代表的にはつぎのようなグループが挙げられる。 （１）　　Ｃ：０．１５〜０．６５％、Ｓｉ：０．１〜
１．５％、Ｍｆｌ：０．１〜１．５％、ＮＭｏ。 ２〜３．０％、Ｃｒ：０．５〜４．Ｏ％、ＭＯ：０゜１
〜１．５％およびＶ：０．０１〜１．２％この合金成分
を含有する鋼は、５ＫＴ４およびＮｉ　−Ｃｒ−ＭＯ鋼
である。 （２）　　Ｃ：０．１５〜０．７０％、Ｓｉ；０．１〜
２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：３゜Ｏ〜６
．０％、Ｍｏ：０．３〜５．５％および■：０．０５〜
２．０％ このグループには、５ＫＤ６１および高速度工具鋼が含
まれる。 （３）　　Ｃ：０．２０−０．４．０％、Ｓｉ：０．１
〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：ｉ。 ５〜３．５％、Ｗ：４．０〜１２％およびＶ：０．１〜
１．０％ ５ＫＤ５が、これに属する。 （４）　　Ｃ：０．３０−０．５０％、Ｓｉ：０．１〜
１．５％、Ｍｎ：０，１〜１．５％、Ｃｒ：３゜０〜５
．０％、Ｍｏ：０．２〜２．０％、Ｗ：２゜０〜５．０
％、Ｃｏ：１．５〜５．０％Ｃｒ−Ｍｏ−Ｗ−Ｖ鋼がこ
れに該当する。 【作　用】 一般に被剛性と靭性とは両立し難い特性でおり、両方と
もすぐれた工具鋼をつくることは、これまで困難とされ
ていた。　発明者らは、適量の被削性改善元素Ｓに加え
て特定量のＺｒを併用することによって、硫化物系介在
物の形態を調節することを企てて研究した結果、７ｒの
存在にともなって必然的に生成するＺｒ（Ｃ，Ｎ）が被
削性を大いに損なうことを知り、その量を規制すること
によって、被削性と靭性の両方ともすぐれた工具鋼を実
現することができた。 Ｓの含有Φ０．００５〜０．４０％は、主として所期の
被削性改善効果が得られる限度と、鋼の清浄度との調和
により決定されるが、７　ｒ　ｆｉＸとの関連もある。 Ｚｒの添加ｆｆ１０．００１〜０．５％の下限は、前述
のｔｉＥ化物系介在物の形態調節の作用が認められる最
少限度であり、上限は、Ｚ「（Ｃ，Ｎ＞の多量の生成に
もとづく被削性および熱間加工性の低下を避ける見地か
らの値である。　どちらも、前記の５ｆｆｌとの関連に
おいて決定された。 硫化物系介在物の形態ｔこついていえば、これが鋼の機
械的性質の異方性に大いに影響することは知られている
が、工具鋼とくに型用鋼の実用特性とくに靭性との関係
は未知であったので、発明者らは多数の実験により詳細
に調査した。　その結果、硫化物系介在物のうち長径２
μ以上の大型のものが強度異方性を左右すること、大型
であっても長短径比が１０以内で極端に展伸されていな
いならば実質上悪影響はないこと、そしてこのような大
型で必まり艮くない硫化物系介在物が全硫化物系介在物
中の個数にして８０％以上の大勢を占めていれば、実用
上望ましい等方性が実現することを売出したわけである
。 鋼中の硫化物系介在物（主としてＭｎ５）が、加工によ
り展伸されてひも状になりやすいことはすでに知られて
いるが、Ｚｒを含有１−る鋼においては、ＺｒがＭｎＳ
中に固溶し、その結果、硫化物系介在物は比較的よく球
形に保たれることを発明者らは見出した。　上記したよ
うな硫化物系介在物の形態は、Ｓ：０．００５〜０．４
％とＺｒ：０、ＯＯ’ｌ〜０．５％の範囲内の、両者の
適切な添加量の組み合わせによって実現する。　適切な
量比は、実験により容易に決定できる。 Ｚｒ（Ｃ，Ｎ）すなわちＺ「の炭化物および窒化物は、
きわめて硬いものであるから切削バイトの刃先を著しく
摩耗させ、上述のとおり被削性を）

【ｉう。　実用上許
容できる限度は、鋼材の切断面におけるその面積率にし
て０．４０％であることが、発明者らの研究により明ら
かになった。 ｌｒを添加して利用した上で７ｒ　　（Ｃ，Ｎ）の面積
率を低く抑えるには、鋼の溶製に当ってこれら炭窒化物
の生成を避（プるよう配慮覆べきである。 ７−ｒは活性の強い金属であって、Ｎ、Ｃ，ＯとくにＮ
と結合しやすいから、添加時に大気中のＮ２と反応しな
いよう、Ａ「をキャリアガスとするＺｒ粉末のランスイ
ンジェクションのような添加手段をとることが推奨され
る。 そのほかの工具鋼として必要な添加元素が本発明のプラ
スチック成形金型用鋼において果たすそれぞれの１９割
は、従来の工具鋼に関して知られているところと基本的
に異なるものではないが、本発明の特徴との関連におい
て以下に説明する。 Ｃ：工具鋼とくに型用鋼としての硬さおよび耐摩耗性を
確保するため、使用目的に応じて含有量をえらぶ。　過
大な存在は靭性を低下させる。 Ｓｉ　：溶製時の脱酸効果に加えて、基地の強化に役立
つので、本発明の鋼には比較的多量に含有させる。　た
だし、多すぎれば靭性と高温での軟化抵抗性を低下させ
、地疵を多くする。 また、被削性にとっても好ましくない。 Ｍｎ：溶製時の脱酸・脱硫効果のほか、焼入性の向上に
有効であり、これも本発明では比較的多量に使用する。 　限界を与えるものは、被削性の低下と、結晶性の粗大
化に起因する靭性の低下である。 Ｎｉ　：基地の強靭化と焼入性の確保に効果的であり、
鋼の用途に応じて必要量添加する。　しかし、被削性の
点からは限度がある。 Ｏｒ二基地を強化し、焼入性、耐摩耗性、耐酸化性の確
保に役立つから、これも使用目的により積極的に加える
。　靭性と被削性の両方への悪影響が、実用上の限度を
画する。 Ｃｏ：やはり基地の強化、高温での軟化抵抗性を与える
上で有効である。　もつとも、あまり多く添加すると靭
性が低くなり、また経済的にも不利になる。 ＭＯ，ＷおよびＶ：これらはいずれも強力な炭化物形成
元素であって、耐摩耗性、熱処理硬さおよび高温での焼
きもどし軟化抵抗性を得るのに有用である。　これも多
量の添加は、靭性を低下させるとともに製造を困難にし
、被剛性の点からも実用性を失なわせる。 本発明の鋼は、上記の各組成においてすでに被削性のよ
いことが利点であるが、さらに高度の被削性を望む場合
には、所定量のＳに加えて、Ｐｂ二０．３０％以下、３
ｅ　：０．３０％以下、Ｂｉ　：０．３０％以下、Ｔｅ
：０．１５％以下およびＣａ　：０．０１％以下の１種
または２種以上を含有させることができる。　また、結
晶粒を微細化し、靭性を高める目的で、適量のＴｉ　ｔ
Ｎｂを添加することもできる。 【実施例】 第１表に掲げる合金組成の鋼を溶装した。　これは、既
存の工具鋼と、それを基本組成とし５ｆｆｉおよびＺｒ
ｆｆ１を調整した本発明の鋼とからなる。 名調に対し１０程度の鍛練比を与えるような鍛造を行な
ってから、一部（Ｎα１〜１３）は所要の熱処理を施し
、残りはそのままで、硬さを測定するとともに、硫化物
系介在物とＺｒ　　（Ｃ，Ｎ）についてしらへ、また衝
撃試験を行なった。　この衝撃試験は材料の靭性の異方
性をみるためのものであって、試験片は鍛伸方向と直角
方向および鍛伸方向の２種を用意して行ない、衝撃値の
縦横比をもって異方性の尺度とした。 以上の結果を、第２表にまとめて示す。 次に、鋼材に鍛造および熱処理を施して、型彫加工をし
た。　ただし一部（Ｎα１４〜２７）は、熱処理を加工
後に行なった。　熱処理の条件は、第３表に示すとおり
である。 名調について加工性を記録するとともに、できあがった
型を使って実際の型打鍛造を行なって、金型の耐久性を
評価し、損傷の原因をしらべた。 その結果を、型打鍛造の対象製品とともに、第２表にあ
わせて示す。 型彫加工性は、実用金型への機械加工に際しての加工し
やすさ（工具庁命、切粉の形状など）と加工所要時間（
切削している時間士工具交換や切粉処理の時間）をあわ
せて評価した結果であり、従来材を基準にとり、数字が
小さいほどすぐれていることを示す。 供試材Ｎα１２〜１５は、Ｎα２０および２５よりも、
型彫加工性と金型耐久性においてすぐれた結果が得られ
た。　これは、被剛性の硬さがＨＲＣ４０程度の高硬度
においては、ＳｉおよびＶの但をわずかに低くすること
で、被削性が著しく向上することを示すものである。　
また、ＳｉおよびＶの吊を少なくすることにより、耐ヒ
ートチエツク性がよくなり、金型耐久性の向上が実現し
たことを示すものでもある。　このような理由から、Ｓ
ｉ　はｏ、１０〜０．９０％、Ｖは０．０５〜０゜８０
％が、それぞれ好ましい範囲ということになる。

【発明の効果】

本発明の成形用工具のための工具鋼は、硫化物系介在物
の形態を規制することによって、靭性を中心とする機械
的性質の異方性を低くするとともに、Ｚｒ　　（Ｃ，Ｎ
＞の面積率を一定限度以下に抑えることによって、被削
性をはじめとする加工性を向上させることができた。 従ってこの鋼は、冷間Ｊ３よび熱間の型打鍛造用の金型
をはじめとして、打恢き、曲げ、絞り、ジャリング、押
出し、転造、ざらには圧延など、種々の成形工程に使用
する工具の材料として広い用途を有する。 特許出願人　　大同特殊鋼株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．１５〜０．６５％、Ｓｉ：０．１〜１．
   ５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｎｉ：０．２〜３．０
   ％、Ｃｒ：０．５〜４．０％、Ｍｏ：０．１〜１．５％
   およびＶ：０．０１〜１．２％とともに、Ｓ：０．０３
   ５〜０．４０％およびＺｒ：０．００１〜０．５％を含
   有し、残余が実質的にＦｅからなる組成を有し、鋼中に
   存在する長径２μ以上の硫化物系介在物のうち少なくと
   も８０％が長短径比１０以下であつて、Ｚｒ（Ｃ、Ｎ）
   の占める面積率が０．４％以下であり、硬さがＨＲＣ１
   ８以上であることを特徴とする成形用工具のための工具
   鋼。
2. （２）Ｃ：０．１５〜０．７０％、Ｓｉ：０．１〜２．
   ０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：３．０〜６．０
   ％、Ｍｏ：０．３〜５．５％およびＶ：０．０５〜２．
   ０％とともに、Ｓ：０．０３５〜０．４０％およびＺｒ
   ：０．００１〜０．５％を含有し、残余が実質的にＦｅ
   からなる組成を有し、鋼中に存在する長径２μ以上の硫
   化物系介在物のうち少なくとも８０％が長短径比１０以
   下であつて、Ｚｒ（Ｃ、Ｎ）の占める面積率が０．４％
   以下であり、硬さがＨＲＣ１８以上であることを特徴と
   する成形用工具のための工具鋼。
3. （３）Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．１〜１．
   ５％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：１．５〜３．５
   ％、Ｗ：４．０〜１２％およびＶ：０．１〜１．０％と
   ともに、Ｓ：０．０３５〜０．４０％およびＺｒ、０．
   ００１〜０．５％を含有し、残余が実質的にＦｅからな
   る組成を有し、鋼中に存在する長径２μ以上の硫化物系
   介在物のうち少なくとも８０％が長短径比１０以下であ
   つて、Ｚｒ（Ｃ、Ｎ）の占める面積率が０．４％以下で
   あり、硬さがＨＲＣ１８以上であることを特徴とする成
   形用工具のための工具鋼。
4. （４）Ｃ：０．３０〜０．５０％以下、Ｓｉ：０．１〜
   １．５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｃｒ：３．０〜５
   ．０％、Ｍｏ：０．２〜２．０％、Ｗ：２．０〜５．０
   ％、Ｃｏ：１．５〜５．０％とともに、Ｓ：０．０３５
   〜０．４０％およびＺｒ：０．００１〜０．５％を含有
   し、残余が実質的にＦｅからなる組成を有し、鋼中に存
   在する長径２μ以上の硫化物系介在物のうち少なくとも
   ８０％が長短径比１０以下であつて、Ｚｒ（Ｃ、Ｎ）の
   占める面積率が０．４％以下であり、硬さがＨＲＣ１８
   以上であることを特徴とする成形用工具のための工具鋼
   。