JPH0257633A - 疲労特性に優れた型用鋼の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、プラスチック型、タイル型等に用いられるＣ
ｒ−Ｍｏ系極厚金型用鋼の製造方法に関するものである
。

［従来の技術］ 金型用鋼としては、従来からＪＩＳのＳＣＭ４４０　、
　　Ｓ　ＣＭ４４５等が用いられているが、金型のコス
ト低減のため、従来よりも一層の長寿命化か要求されて
いる。この長寿命化のためには疲労特性の向上が必要で
ある。

疲労特性（破断強度）の向上のためには、鋼材の硬さ増
加が有効であるが、ＪＩＳ規格材では、油焼入れが一般
的で、この場合板厚中心部まで十分な硬度が得られず、
硬さに限界がある。又、水焼入れにより冷却能力を高め
板中心部の硬さを向上させる方法があるが、特公昭８１
−３４１８２号公報に述べられているように、板厚２０
０ｍｍ程度の高Ｃ−Ｃｒ−Ｍｏ系鋼は、通常の水焼入れ
を行なうと、鋼材表面部の硬化が著しく焼割れが発生す
る。

そのため、需要家の要求を満足する疲労特性の優れたＣ
ｒ−Ｍｏ系の金型用鋼板の開発が望まれている。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、ＪＩＳのＳＣＭ鋼に代わって疲労特性の優れ
た型用鋼を安価に製造する方法の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、このような問題点を有利に解決するためにな
されたものであり、その要旨とするところは、重量比で
Ｃ：　０．３０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜０．７
５％、Ｍｎ　　：　０．２５〜０．２００、Ｃｒ：１．
２０超〜４．００％、Ｍｏ　：　０．１５〜０．２００
、ｓｏｌ、Ａ（１：０．００５〜０、１００％、Ｎ　：
　０．００２０〜０．０２００％を基本成分とし、必要
によりＴｌ　　：０．００２〜０．２００％、Ｂ：０．
０００３〜０．２００％、Ｚｒ　　：　０．００５　〜
０．２００　％、Ｖ：０．００３〜０．５００％、のう
ち１種又は２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不
純物からなる鋼を熱間加工し、Ａｃ　　＋３０℃〜Ａ　
’ｃ　ａ　＋　２００℃に再加熱したのち、該温度から
水又は浦に近い水溶性焼入液を用いてミクロ組織均一化
熱処理を施すことを特徴とする特許 λ．？Ｆｒｌ 法．で励ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　７字
ｊさらに本発明は熱間加工後に、Ａ　ｃ　ａ　＋　３０
℃〜Ａ　ｃ　ａ　＋　２　０　０℃に再加熱したのち、
該温度から水又は油に近い水溶性焼入液を用いてペイナ
イト化熱処理を施すことを特徴とする疲労特性の良好な
型用鋼の製造方法である。

［作　　用］ 一般に、疲労特性を著しく向上するには、疲労亀裂の発
生と進展を遅らせることが必要である。

発明者らは、Ｃｒ−Ｍｏ系の金型用鋼の疲労特性を向上
する方策につき、種々Ｃｒ−Ｍｏ系につき詳細な検討を
行なった結果、板厚表面部から板厚中心部に至るまで、
炭化物の析出分布状態を均一とし、なおかつペイナイト
ラスを小さくして、応力を分散することが疲労亀裂の発
生を遅延させること、又、組織の均一化により進展方向
の優先方向をなくすことが、全体としての疲労亀裂の進
展速度を遅くすることを知見したことに基づく。そして
、高炭素Ｃｒ−Ｍｏ鋼において、その板厚中心部におい
てもフェライトの析出を抑制し、かつ炭化物の析出分布
状態を均一にできる安価な成分系と、適切な焼入れ焼戻
しによる、ミクロ組織均一化処理の組合せ又はペイナイ
ト化熱処理の組合せによって、さらに一層ペイナイトラ
スが小さく硬さが硬くて、靭性に優れ、疲労特性のさら
に一段と優れた金型用鋼の開発に成功したものである。

又、ミクロ組織均一化処理により、表層部のマルテンサ
イトが軟化し焼割れも生じない。本製造方法よる鋼板に
よって金型の寿命は従来に比しさらに一層長くなる 次に本発明における成分系限定理由は以下の通りである
。

Ｃは、マルテンサイト中に固溶し、又は炭化物として析
出し鋼の硬さを上昇させる効果がある。

本効果を発揮させるには、０．３０％以上の含有が必要
であるが、０．６０９１１ｉを超えると金型の補修溶接
性をそこなうため含有量を０，３０〜０．６０％に限定
した。

Ｓｉは、安価に鋼の硬さを向上させる効果があるが、０
．０５％以上でないと本効果は発揮されず、又０，７５
％を超えると靭性を低下させるため含有量を０，０５〜
０，７５％に限定した。

Ｍｎは、安価に鋼の硬さと靭性を向上させる効果があり
、母鋼板の硬さおよび靭性を確保する上で不可欠であり
、このためには０．２５％以上の含有が必要である。一
方２．００％を超えて含有するとＭｎＳの形成により、
鏡面性および疲労特性が低下する。このため含有量を０
．２５〜２．００％に限定した。

Ｃ「は、焼入性を向上させ又は、析出物として鋼の硬さ
を向上させる効果があるが、１．２０％超でないと本効
果は発揮されず、又含有量が多すぎると経済的でないた
め、上限を４．００％とする。

ＭＯは、焼入性を向上させ、又析出物として鋼の硬さを
向上させる効果があるが、１５％以上でないと本効果は
発揮されず、多すぎると経済税を失するため上限を３．
００％とする。

ｓｏｌ、ＡＩは、母鋼板の製造時に脱酸元素として必要
であるが、この効果を得るためには、ｓｏＪ、ＡＩで０
．００５％以上の含有量か必要である。一方０．１％を
超える含有では、鋼板の清浄度が著しく低下する。この
ためｓｏｌ、ＡＩ含有量を０．００５〜０．１％に限定
する。

Ｎは、母鋼板の製造時にＡｇＮとして析出し、γ粒の粗
大化を防止するが、細粒化に必要なＮｊｌとして０．０
０２％以上が必要である。一方０．０２００％を超える
含有では巨大ＡｇＮが析出し、靭性が低下する。

次に第２発明において添加するＴＩ　、Ｂ、Ｚｒ。

■について述べる。

これらの成分は鋼の靭性を向上させるという均等的作用
をもつので添加されるが、前記作用に所望の効果を確保
するためには、それぞれの含有下限量を、Ｔ１　　：０
．００２％、Ｂ　：　０．０００３％、Ｚｒ　：０．０
０５％、Ｖ　：　０．００３％必要である。

しかし、それぞれＴｉ　　：０．２０Ｑ％、Ｂ　：　０
．０２００％、Ｚｒ：０．２００％、Ｖ　：　０．５０
０９６（７）金白°上限量を超えて含有させても、その
作用効果が飽和したり、逆にその効果を低下したりする
ためそれぞれの含有量を以下の通りに定めた。

次に熱間加工は、圧延又は鍛造により所定の寸法に加工
するもので一回当りの加工度は大きい程好ましい。

次にミクロ組織均一化熱処理について述べる。

本発明のミクロ組織均一化熱処理は、焼入れと焼戻しか
らなり、焼入処理に際しては、Ａ　ｃ　３＋ｂ 水又は油に近い水溶性焼入液を用いて急冷を開始し、表
面温度がＭｓ点直下に達した時点で急冷を中断し、中心
部がＡ　ｒ　ｓ　＋　５０℃以上でかつ表面が４００℃
以上に２分間〜６０分間復熱後、再度水又は油に近い水
溶性焼入液を用いて、３００℃以下に冷却して焼入れす
る。焼入処理後に残留オーステナイトが存在する場合に
は、焼入れ後直ちにサブゼロ処理を加えることを含む。

焼戻しは、Ａ　ｃ　１以下の温度で行なう。

しかしてこの焼入処理は、冷却を一時中断して、復熱さ
せることにより、表面部で若干生成したマルテンサイト
を自動的に焼戻して表面部を焼戻しマルテンサイトとし
て軟化する。

一方板厚中心部はＡ　ｒ　ａ以上であるためオーステナ
イト中にＣおよび合金元素が十分固溶しており、焼入性
は十分であり、この状態で焼入冷却することになり、板
厚方向のミクロ組織の不均一性は常に焼入れ焼戻した場
合よりも一層小さくすることができ、極厚の鋼板におい
ても板厚方向の特性が均一で疲労特性も一層優れたもの
になる。

オーステナイト化温度をＡ　ｃ　ａ　＋　３０℃以上と
したのは、工業的な炉の精度を考慮したためであり、上
限をＡ　ｃ　ａ　＋２００℃としたのは、γ粒の著しい
粗大化を防ぐためである。焼入れ終了温度を３００℃以
下としたのは、板厚中心部においてもマルテンサイトを
形成させるためである。

次にベイナイト化熱処理について述べる。

ベイナイト化熱処理は焼入処理と焼戻処理から成り、焼
入処理は次のいずれかを採用できる。

１）Ａｃ　　＋３０℃〜ＡＣ３＋２００℃にてオーステ
ナイト化後、空冷にて中心部がＡ　ｒ　ａ　＋３０℃以
上でかつ表面部がＢｓ　　（ベイナイト変態開始温度）
点景下となった時点で、水又は浦に近い水溶性焼入液を
用いて急冷を開始し３００℃以丁まで冷却して焼入れす
る。

ＩＩ）　Ａ　ｃ　３＋　３０℃〜Ａ　ｃ　ａ　＋　２０
０℃にてオーステナイト化後、直ちに２００℃以上４５
０℃以下の恒温浴（例えばソルトバス）中に浸漬し、表
面部がＢｓ点以下かつ中心部がＡ　ｒ　ａ　＋　３０℃
以上の温度で浴中より引上げ表面部が４５０℃以上に復
熱後、水又は浦に近い水溶性焼入液を用いて３００℃以
下まで冷却して焼入れする。

焼入処理後に残留オーステナイトが存在する場合には、
焼入れ後直ちにサブゼロ処理を加えることを含む。

焼戻しは、Ａ　ｃ　１以下の温度で行なう。

しかしてＩ）の場合には、表面部はベイナイト変態が促
進されかつ未変態部も低温であるので合金元素の固溶量
が減り焼入性は低下するが、板厚中心部はオーステナイ
トのままであり焼入性は十分であり、この状態で焼入冷
却することとなり板厚方向の硬さ分布は小さくなしうる
。

１ｉ）の場合には、恒温槽に浸漬した後板厚方向が均一
の温度分布に到達するには時間を要する。

したがって表面部はベイナイトとなるが、マルテンサイ
トは生成せず、焼入性が低い状態で焼戻され、焼戻しベ
イナイトとなる。又復熱中に未変態オーステナイト部が
ベイナイトとなるため、表面部の焼入性はさらに下がる
。

一方、板厚中心部はＡ　ｒ　ａより高いのでオーステナ
イトのみであり、合金元素の固溶量が多く、焼入性が高
い。この状態で焼入冷却することになり、焼入れ後の板
厚方向の硬さの差は小さくなる。

いずれの場合でも、焼入れ時にベイナイト主体のミクロ
組織となり、常に焼入れ焼戻しだ場合よりも組織の不均
一性を一層小さくすることができ、極厚鋼板においても
板厚方向の特性が均一で疲労特性の一層優れたものにな
る。

オーステナイト化温度をＡｃ３＋３０℃以上としたのは
、工業的な炉の精度を考慮したためであり、上限をＡ　
ｃ　ａ　＋　２００℃としたのは、γ粒の著しい粗大化
を防ぐためである。焼入れ終了温度を３００℃以下とし
たのは、板厚中心部においてもマルテンサイトを形成さ
せるためである。

ここに、本発明で使用する油に近い水溶性焼入液とは、
例えば米国ユニオンカーバイド社製商品名ニーコン・ク
エンチヤントＥ等の利用が好適である。

次に焼戻しは、炭化物の球状化と焼入れ組織の焼戻しに
よる靭性向上、および焼入れ歪の解放の効果がある。こ
のためには、Ａｃ、以下の温度で２回以上焼戻しを行な
うのが好ましい。１回で焼戻しを行なう場合には、Ａｃ
、以下の温度で焼戻し温度を２水準以上設定し、加熱過
程で順次任意の時間保定すればよい。

サブゼロ処理は、焼入処理後残留オーステナイトが存在
する場合、残留オーステナイトを完全にマルテンサイト
化することによって、型加工時や型使用中での型変形の
発生を防ぐ働きがある。この効果を十分に発揮させるに
は、焼入れ後、焼戻し前にドライアイスや液体窒素を用
いて、マルテンサイトｉ態終了点（Ｍｆ’点）以下まで
冷却すればよい。

［実　施　例］ 実施例　１ 本発明実施例および比較例の成分を第１表に示し、製品
板厚、ミクロ組織均一化熱処理条件を併せて第１表に示
す。

尚、鋼の溶製は転炉で行なった。溶製後席法によりスラ
ブとなし、各スラブを１２５０℃に加熱し、厚板圧延を
行なった。

又焼戻しは、各鋼板について４５０〜６５０℃で１ない
し２回焼戻し処理を実施した。得られた極厚鋼板の機械
試験値を第２表に示し、第１図および第２図にそれぞれ
本発明実施例鋼Ｎ０．１およびＮ０．　１５について疲
労寿命実績値を示す。

尚第３図に疲労試験片の形状を示し図中の数字は寸法（
ｌｉｔ位ｉ／＋）を示す。

しかして、第２表および図面から、明らかに本発明によ
るものは板厚方向の硬さが均一でかつ靭性レベルも高く
疲労寿命が高い良好なレベルを示している。これに対し
て比較例のものは、硬さバラツキが大きく靭性レベルも
低（寿命が短い。

実施例　２ 本発明実施例および比較例の成分を第３表に示し、製品
板厚、熱処理条件を併せて第３表に示す。

尚、鋼の溶製は転炉で行なった。溶製後宮法によりスラ
ブとなし各スラブを１２５０℃に加熱して厚板圧延を行
なった。

又焼戻しは、各鋼板について４５０〜６５０℃で１ない
し２回焼戻し処理を実施した。

得られた極厚鋼板の機械試験値を第４表に示し、第４図
および第５図にそれぞれ本発明実施例ＮＯ，１および比
較例Ｎ０．１５について疲労寿命実績値を示す。

第５図に疲労試験片を示し、図中の数字は寸法（単位ｍ
／１１）を示す。

しかして、第４表および図面から、明らかに本発明によ
るものは板厚方向の硬さが均一でかつ靭性レベルも高く
、疲労寿命が高い良好なレベルを示している。これに対
して比較例のものは、硬さバラツキが大きく靭性レベル
も低く寿命が短い。

Ｃ発明の効果コ 以上詳細に述べた通り、水又は油に近い水溶性焼入液に
て、Ａｃ　　＋３０℃〜Ａ　ｃ　ａ　＋　２００℃から
冷却して焼入れ、Ａ　Ｃ１以下で焼戻すミクロ組織均一
化熱処理を施すため、同−硬さレベルでも疲労特性の極
めて良好な材質が得られる。

さらにＡｃ　　＋３０℃〜Ａ　ｃ　ａ　＋２００℃から
焼入れ、Ａ　Ｃ１以下で焼戻すベイナイト化熱処理を施
すと、同−硬さレベルでも疲労特性の良好な材質が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量比で Ｃ：０．３０〜０．６０％　Ｓｉ：０．０５〜０．７５
   ％Ｍｎ：０．２５〜２．００％　Ｃｒ：１．２０超〜４
   ．００％Ｍｏ：０．１５〜３．００％　ｓｏｌ．Ａｌ：
   ０．００５〜０．１０％Ｎ：０．００２０〜０．０２０
   ０％ 残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼を熱間加工し、
   Ａｃ＿３＋３０℃〜Ａｃ＿３＋２００℃に再加熱したの
   ち、該温度から水又は油に近い水溶性焼入液を用いてミ
   クロ組織均一化処理を施すことを特徴とする疲労特性の
   優れた型用鋼の製造方法。 ２、重量比で Ｃ：０．３０〜０．６０％　Ｓｉ：０．０５〜０．７５
   ％Ｍｎ：０．２５〜２．００％　Ｃｒ：１．２０超〜４
   ．００％Ｍｏ：０．１５〜３．００％　ｓｏｌ．Ａｌ：
   ０．００５〜０．１０％Ｎ：０．００２０〜０．０２０
   ０％ を基本成分とし、さらに、 Ｔｉ：０．００２〜０．２００％　Ｂ：０．０００３〜
   ０．０１００％Ｚｒ：０．００５〜０．２００％　Ｖ：
   ０．００３〜０．５００％のうち１種又は２種以上 残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼を用いる請求項
   １記載の疲労特性の優れた型用鋼の製造方法。 ３、請求項１又は２記載の鋼を熱間加工し、Ａｃ＿３＋
   ３０℃〜Ａｃ＿３＋２００℃に再加熱したのち、該温度
   から水又は油に近い水溶性焼入液を用いてベイナイト化
   熱処理を施すことを特徴とする疲労特性の優れた型用鋼
   の製造方法。