JPH0260748B2 - - Google Patents
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- JPH0260748B2 JPH0260748B2 JP503882A JP503882A JPH0260748B2 JP H0260748 B2 JPH0260748 B2 JP H0260748B2 JP 503882 A JP503882 A JP 503882A JP 503882 A JP503882 A JP 503882A JP H0260748 B2 JPH0260748 B2 JP H0260748B2
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Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
本願発明は性能の良好な熱間工具鋼に関し、さ
らに詳しくは高温での耐摩耗性にとくにすぐれ、
かつ十分な靭性を有し、高温でのクリープラプチ
ヤー特性が著しく良好である熱間工具鋼に関する
ものである。 従来の熱間工具鋼にはJIS SKD61に代表され
る5Cr系熱間工具鋼、AISI H10の3Cr−3Mo系熱
間工具鋼、0.2C−3Ni−3Moに代表される析出硬
化系熱間工具鋼があり、用途に応じて使いわけら
れている。それらを熱処理状態で区分すると、前
２者系の熱間工具鋼は焼なまし状態で金型に粗加
工し、その後焼入れ焼もどしの調質を行つたのち
精加工して型打ちに供されるのに対して、後者の
析出硬化系の熱間工具鋼はあらかじめ調質した状
態で金型加工が行なわれている、いわゆるプレハ
ードン鋼である。 これらの鋼の焼入れは熱間工具鋼として必要な
靭性と耐摩耗性を確保するためにいずれも油冷な
どにより出来るだけ早く冷却するのが一般的であ
り、そのため使用面あるいは性能面でさまざまな
制約があつた。すなわち、前２者の熱間工具鋼は
必要な耐摩耗性を確保するためHRC48前後に調質
するのが一般般的であるが、これは切削加工が困
難な硬さであり、面下げ加工のときはその都度焼
なまし−再調質をしなければならない。また、こ
の系統の熱間工具鋼は一般に600℃以上の高温焼
もどし処理がされるため、高温での軟化が早いこ
とと、靭性も低いためワレのトラブルが生じやす
いという欠点がある。 一方、後者の析出硬化系熱間工具鋼は前２者系
の熱間工具鋼の欠点を改善したプレハードン鋼で
あるが、これにも一長一短があり用途が著しく制
限されている。すなわち、その硬化機構はMo2C
などの炭化物の析出によるものであるが、油焼入
れで切削加工可能な硬さHRＣ≦45とするためＣ
添加量は0.2％前後と低く限定される。したがつ
て、熱間工具鋼として必要な強度を確保するため
にMo、Ｖ、Ｗなどの炭化物形成元素を多量に添
加しなければならないし、さらにまた焼もどしは
450℃以下の低温焼もどしに限定されるため、熱
処理残留応力が高くて金型加工中ならびに型打初
期にワレが発生しやすいという欠点があつた。 最近の熱間鍛造業界の技術的進歩は著しく、鍛
造作業の自動化、高速化には目ざましいものがあ
り、それにともなつて長寿命が得られかつ信頼性
の高い熱間工具鋼のニーズが高まつてきたが、従
来の熱間工具鋼ではこのような新しい情勢に対処
できなくなりつつあり、それらに代る靭性と高温
での耐摩耗性にすぐれ、長寿命が得られる新しい
熱間工具鋼の開発が強く要望されている。 本願発明者は上記要求に対処して、靭性と耐摩
耗性という相反する特性をともに改善するには未
変態の残留オーステナイトを活用するのが最も好
適な手段であるという全く新しい知見に基づいて
本願発明を完成した。 すなわち、本願発明は、 (1) 重量％で、Ｃ：0.10〜0.60％、Si：2.0％以
下、Mn：2.0％以下、Mo：0.10〜7.0％を基本
合金成分とし、Cr：2.6〜7.0％、Ni：0.38〜5.0
％の１種以上を含有し、さらにＶ：0.01〜3.0
％、Ｗ：0.01〜7.0％、Ti：0.001〜0.5％、Zr：
0.001〜0.5％、Nb：0.001〜0.5％の１種以上を
含有し、残部が実質的にFeからなり、ベイナ
イトないしマルテンサイト基地中に未変態オー
ステナイトが体積率で８％以上残留しているこ
とを特徴とする靭性および高温でのクリープラ
プチヤー特性に優れた熱間工具鋼。 (2) 重量％で、Ｃ：0.10〜0.60％、Si：2.0％以
下、Mn：2.0％以下、Mo：0.10〜7.0％を基本
合金成分とし、Cr：2.6〜7.0％、Ni：0.38〜5.0
％の１種以上ならびにＶ：0.01〜3.0％、Ｗ：
0.01〜7.0％、Ti：0.001〜0.5％、Zr：0.001〜
0.5％、Nb：0.001〜0.5％の１種以上を含有し、
さらにCu：3.0％以下、Co：0.05〜4.0％、Ca：
0.0005〜0.0100％、Ｂ：0.0005〜0.0100％、希
土類元素：0.0005〜0.400％の１種以上を含有
し、残部が実質的にFeからなり、ベイナイト
ないしマルテンサイト基地中に未変態オーステ
ナイトが体積率で８％以上残留していることを
特徴とする靭性および高温でのクリープラプチ
ヤー特性に優れた熱間工具鋼。 (3) 重量％で、Ｃ：0.10〜0.60％、Si：2.0％以
下、Mn：2.0％以下、Mo：0.10〜7.0％を基本
合金成分とし、Cr：2.6〜7.0％、Ni：0.38〜5.0
％の１種以上と、Ｓ：0.03〜0.40％、Se：0.01
〜0.40％、Te：0.01〜0.40％、Bi：0.02〜0.40
％、Pb：0.03〜0.40％の１種以上を含有し、さ
らにＶ：0.01〜3.0％、Ｗ：0.01〜7.0％、Ti：
0.001〜0.5％、Zr：0.001〜0.5％、Nb：0.001〜
0.5％の１種以上を含有し、残部が実質的にFe
からなり、ベイナイトないしマルテンサイト基
地中に未変態オーステナイトが体積率で８％以
上残留していることを特徴とする靭性および高
温でのクリープラプチヤー特性に優れた熱間工
具鋼。 (4) 重量％で、Ｃ：0.10〜0.60％、Si：2.0％以
下、Mn：2.0％以下、Mo：0.10〜7.0％を基本
合金成分とし、Cr：2.6〜7.0％、Ni：0.38〜5.0
％の１種以上ならびにＶ：0.01〜3.0％、Ｗ：
0.01〜7.0％、Ti：0.001〜0.5％、Zr：0.001〜
0.5％、Nb：0.001〜0.5％の１種以上を含有し、
さらにCu：3.0％以下、Co：0.05〜4.0％、Ca：
0.0005〜0.0100％、Ｂ：0.0005〜0.0100％、希
土類元素：0.0005〜0.400％の１種以上と、
Ｓ：0.03〜0.40％、Se：0.01〜0.40％、Te：
0.01〜0.40％、Bi：0.02〜0.40％、Pb：0.03〜
0.40％の１種以上を含有し、残部が実質的にFe
からなり、ベイナイトないしマルテンサイト基
地中に未変態オーステナイトが体積率で８％以
上残留していることを特徴とする靭性および高
温でのクリープラプチヤー特性に優れた熱間工
具鋼。 である。 なお、本発明に記載する希土類元素とはＹ、
La、Ce、Ndおよびその他の希土類元素を示すも
のとする。 本願発明は前述したごとく、最近の熱間工具鋼
に対する要求特性の苛酷化に対処して合金設計さ
れたものであり、その特徴とするところは、上述
した成分の合金を焼入れする際にその焼入れ条件
を調整して、例えばAc3以上の温度でオーステナ
イト化したのち、550℃→150℃間を徐冷焼入れ
し、あるいはAc3以上の温度でオーステナイト化
したのち、Ms±150℃の温度で恒温保持して焼入
れし、その後550℃以下の低温焼もどしをしてベ
イナイトないしマルテンサイト（これらのうちい
ずれか一方、または両方、である場合を含む。）
基地中に体積率で８％以上のオーステナイトを残
留せしめ、それによつて靭性を付与すると同時に
高温でのクリープラプチヤー特性を著しく向上さ
せ、靭性と耐摩耗性という相反する特性をともに
改善した画期的な熱間工具鋼である。 さらにまた本願発明鋼は、前記組成範囲内で成
分バランスを適宜選定することにより、焼入れ後
500℃以下の焼もどし状態における硬さを調整す
ることができ、その硬さに応じてプレーンハード
ン鋼としても、あるいは調質鋼としても使用でき
る。すなわち、上記硬さがHRＣ≦45の場合には
プレハードン鋼として使用でき、HRＣ＞45の場
合には調質鋼として使用できる。後者の場合は、
特に長寿命を要求されるときに好適である。最近
の金型加工技術の進歩によつて、後者の場合でも
プレハードン鋼として使われるケースが多くなつ
てきた。 本願発明鋼は靭性と耐摩耗性を兼備したもので
あり、その被削性は一般に悪い。そこでＳ、Se、
Teなどの快削元素を用途に応じて適量添加し、
その被削性を改善することは実用上非常に有益で
ある。 次に本願発明の成分組成範囲の限定理由を以下
にのべる。 Ｃ：0.10〜0.60％ 熱間工具鋼の強度を向上させ、耐摩耗性を付与
する元素であり、熱間工具鋼として必要な強度、
特に高温でのクリープラプチヤー強度と耐摩耗性
を確保するためには0.10％以上含有する必要があ
る。Ｃ量の増加とともに強度は増加し、耐摩耗性
の向上が図られるが、それとともに靭性が劣化す
るため0.60％以下に限定した。 Si：2.0％以下 溶製時の脱酸効果のほか、基地の強化、耐酸化
性の向上に有効な元素であり、積極的に含有する
ことが望ましい。ただし、多量に含有すると地キ
ズが多くなると同時に被削性、靭性、耐ヒートチ
エツク性が低下するため2.0％以下に限定した。 Mn：2.0％下 溶製時の脱酸、脱硫効果のほか焼入性確保のた
めに有効な元素であり積極的に含有することが望
ましい。ただし多量に含有すると被削性が低下す
るので2.0％以下に限定した。 Mo：0.10〜7.0％ Moはベイナイト変態を促進し、本願発明鋼の
特徴である安定な残留オーステナイトを生成させ
る元素であると同時にMo2C炭化物の析出によつ
て高温でのクリープラプチヤー特性を高めるのに
有効な元素である。安定な残留オーステナイトの
生成ならびに熱間工具鋼として必要なクリープラ
プチヤー特性を確保するために少なくとも0.10％
含有しなければならない。ただし、多量に含有す
ると靭性、被削性が大巾に低下するので7.0％以
下に限定した。 Cr：2.6〜7.0％ Ni：0.38〜5.0％ Ni、Crは本願発明鋼の特徴である安定な残留
オーステナイトを生成させる元素で、いずれかが
含有されていなければならない。そして、焼もど
し後に体積率で８％以上の残留オーステナイトを
生成させるには各々0.30％以上含有していなけれ
ばならないが、衝撃試験における還移温度を室温
以下になるようにし、金型の予熱がなくても大ワ
レが生じないようにするため、Cr、Ni含有量の
下限は各々2.6％、0.38％と限定した。Cr、Niの
含有量が多くなるとともに安定な残留オーステナ
イトが増加し、その分解によつて高温でのクリー
プラプチヤー特性も向上し高温での耐摩耗性が向
上するが多量に含有するとクリープラプチヤー特
性は逆に低下するのでCr、Niの上限はそれぞれ
7.0％、5.0％に限定した。 Ｖ：0.01〜3.0％ Ｗ：0.01〜7.0％ Ｖ、Ｗは熱間工具鋼として必要な高温でのクリ
ープラプチヤー特性の向上には有効な元素であ
り、それぞれ0.01％以上の含有が望ましい。ただ
し多量に含有すると安定な未溶解炭化物が増加
し、靭性、被削性、耐ヒートチエツク性が著しく
低下するのでＶは3.0％以下、Ｗは7.0％以下に限
定した。 Ti：0.001〜0.5％、Zr：0.001〜0.5％、Nb：0.001
〜0.5％ Ti、Zr、Nbはいずれも強力な炭化物形成元素
であり、微量の含有で高温でのクリープラプチヤ
ー特性を高め、耐摩耗性を向上させるのに有効な
元素であり、少なくとも0.001％含有することが
望ましい。ただし多量に含有すると未溶解炭化物
が多くなり、靭性に悪影響をおよぼすので0.5％
以下に限定した。 Cu：3.0％以下 Cuは剥離しにくい表面スケールを生成させて
高温でのクリープラプチヤー特性を高める元素で
あり、目的に応じて適量含有することが望まし
い。しかし多量に含有すると靭性が低下するので
3.0％以下に限定した。 Co：0.05〜4.0％ Coは残留オーステナイトの安定化に有効な元
素であり、また高温における炭化物の凝集を抑制
し高温でのクリープラプチヤー特性を高める元素
であり、0.05％以上の含有が望ましい。ただし多
量に含有すると耐ヒートチエツク性を劣化し金型
の大ワレを促進するので4.0％以下に限定した。 Ｂ：0.0005〜0.0100％ Ｂは焼入性向上に有効な元素であり、クリープ
ラプチヤー特性の向上にも有効な元素であつて、
特に大型材には積極的に添加するのが望ましい。
焼入性向上には少なくとも0.0005％含有する必要
があるが、多量に含有すると靭性・耐ヒートチエ
ツク性が低下するので0.010％以下に限定した。 Ca：0.0005〜0.0100％、希土類元素：0.0005〜
0.400％ 上記元素は耐酸化性を高め、剥離しにくいスケ
ールを生成させ高温でのクリープラプチヤー特性
を向上させるのには有効な元素であり、目的に応
じて適量含有することが望ましいが、必要以上に
含有すると靭性、耐ヒートチエツク性が低下する
のでCaは0.0005〜0.0100％、希土類元素の各々は
0.0005〜0.400％の範囲が望ましい。 Ｓ：0.03〜0.40％、Se：0.01〜0.40％、Te：0.01
％〜0.40％、Bi：0.02〜0.40％、Pb：0.03〜0.40
％ Ｓ、Se、Te、Bi、Pbはいずれも被削性を向上
させる元素であり、このような効果を得るために
これらの１種以上をＳにあつては0.03％以上、Se
にあつては0.01％以上、Teにあつては0.01％以
上、Biにあつては0.02％以上、Pbにあつては0.03
％以上添加するのもよい。しかし、多量に添加す
ると熱間加工性や靭性を害するので、いずれも
0.40％以下にする必要がある。 本発明に係わる靭性および高温でのクリープラ
プチヤー特性に優れた熱間工具鋼は、上述した化
学成分組成を有し、比較的少ない合金量の鋼にお
いて残留オーステナイトの分解を活用し、本来な
らば２次硬化を示さない鋼において２次硬化を生
じさせるようにして、靭性の低下をきたすことな
く高温での強度および耐摩耗性を大幅に向上させ
るようにしたものであつて、このためにベイナイ
トおよびマルテンサイトのうち一方もしくは両方
からなる基地中に未変態オーステナイトが体積率
で８％以上残留しているものとした。 実施例 第１表に示すごとき成分組成の本願発明鋼およ
び従来から用いられている熱間工具鋼を溶製し、
その特性を調査した。なお、No.１〜16は本願発明
鋼であり、No.17〜19は比較のため溶製したJIS
SKD61、0.2C−3Ni−3Mo、AISIH10にそれぞれ
相当する鋼である。
らに詳しくは高温での耐摩耗性にとくにすぐれ、
かつ十分な靭性を有し、高温でのクリープラプチ
ヤー特性が著しく良好である熱間工具鋼に関する
ものである。 従来の熱間工具鋼にはJIS SKD61に代表され
る5Cr系熱間工具鋼、AISI H10の3Cr−3Mo系熱
間工具鋼、0.2C−3Ni−3Moに代表される析出硬
化系熱間工具鋼があり、用途に応じて使いわけら
れている。それらを熱処理状態で区分すると、前
２者系の熱間工具鋼は焼なまし状態で金型に粗加
工し、その後焼入れ焼もどしの調質を行つたのち
精加工して型打ちに供されるのに対して、後者の
析出硬化系の熱間工具鋼はあらかじめ調質した状
態で金型加工が行なわれている、いわゆるプレハ
ードン鋼である。 これらの鋼の焼入れは熱間工具鋼として必要な
靭性と耐摩耗性を確保するためにいずれも油冷な
どにより出来るだけ早く冷却するのが一般的であ
り、そのため使用面あるいは性能面でさまざまな
制約があつた。すなわち、前２者の熱間工具鋼は
必要な耐摩耗性を確保するためHRC48前後に調質
するのが一般般的であるが、これは切削加工が困
難な硬さであり、面下げ加工のときはその都度焼
なまし−再調質をしなければならない。また、こ
の系統の熱間工具鋼は一般に600℃以上の高温焼
もどし処理がされるため、高温での軟化が早いこ
とと、靭性も低いためワレのトラブルが生じやす
いという欠点がある。 一方、後者の析出硬化系熱間工具鋼は前２者系
の熱間工具鋼の欠点を改善したプレハードン鋼で
あるが、これにも一長一短があり用途が著しく制
限されている。すなわち、その硬化機構はMo2C
などの炭化物の析出によるものであるが、油焼入
れで切削加工可能な硬さHRＣ≦45とするためＣ
添加量は0.2％前後と低く限定される。したがつ
て、熱間工具鋼として必要な強度を確保するため
にMo、Ｖ、Ｗなどの炭化物形成元素を多量に添
加しなければならないし、さらにまた焼もどしは
450℃以下の低温焼もどしに限定されるため、熱
処理残留応力が高くて金型加工中ならびに型打初
期にワレが発生しやすいという欠点があつた。 最近の熱間鍛造業界の技術的進歩は著しく、鍛
造作業の自動化、高速化には目ざましいものがあ
り、それにともなつて長寿命が得られかつ信頼性
の高い熱間工具鋼のニーズが高まつてきたが、従
来の熱間工具鋼ではこのような新しい情勢に対処
できなくなりつつあり、それらに代る靭性と高温
での耐摩耗性にすぐれ、長寿命が得られる新しい
熱間工具鋼の開発が強く要望されている。 本願発明者は上記要求に対処して、靭性と耐摩
耗性という相反する特性をともに改善するには未
変態の残留オーステナイトを活用するのが最も好
適な手段であるという全く新しい知見に基づいて
本願発明を完成した。 すなわち、本願発明は、 (1) 重量％で、Ｃ：0.10〜0.60％、Si：2.0％以
下、Mn：2.0％以下、Mo：0.10〜7.0％を基本
合金成分とし、Cr：2.6〜7.0％、Ni：0.38〜5.0
％の１種以上を含有し、さらにＶ：0.01〜3.0
％、Ｗ：0.01〜7.0％、Ti：0.001〜0.5％、Zr：
0.001〜0.5％、Nb：0.001〜0.5％の１種以上を
含有し、残部が実質的にFeからなり、ベイナ
イトないしマルテンサイト基地中に未変態オー
ステナイトが体積率で８％以上残留しているこ
とを特徴とする靭性および高温でのクリープラ
プチヤー特性に優れた熱間工具鋼。 (2) 重量％で、Ｃ：0.10〜0.60％、Si：2.0％以
下、Mn：2.0％以下、Mo：0.10〜7.0％を基本
合金成分とし、Cr：2.6〜7.0％、Ni：0.38〜5.0
％の１種以上ならびにＶ：0.01〜3.0％、Ｗ：
0.01〜7.0％、Ti：0.001〜0.5％、Zr：0.001〜
0.5％、Nb：0.001〜0.5％の１種以上を含有し、
さらにCu：3.0％以下、Co：0.05〜4.0％、Ca：
0.0005〜0.0100％、Ｂ：0.0005〜0.0100％、希
土類元素：0.0005〜0.400％の１種以上を含有
し、残部が実質的にFeからなり、ベイナイト
ないしマルテンサイト基地中に未変態オーステ
ナイトが体積率で８％以上残留していることを
特徴とする靭性および高温でのクリープラプチ
ヤー特性に優れた熱間工具鋼。 (3) 重量％で、Ｃ：0.10〜0.60％、Si：2.0％以
下、Mn：2.0％以下、Mo：0.10〜7.0％を基本
合金成分とし、Cr：2.6〜7.0％、Ni：0.38〜5.0
％の１種以上と、Ｓ：0.03〜0.40％、Se：0.01
〜0.40％、Te：0.01〜0.40％、Bi：0.02〜0.40
％、Pb：0.03〜0.40％の１種以上を含有し、さ
らにＶ：0.01〜3.0％、Ｗ：0.01〜7.0％、Ti：
0.001〜0.5％、Zr：0.001〜0.5％、Nb：0.001〜
0.5％の１種以上を含有し、残部が実質的にFe
からなり、ベイナイトないしマルテンサイト基
地中に未変態オーステナイトが体積率で８％以
上残留していることを特徴とする靭性および高
温でのクリープラプチヤー特性に優れた熱間工
具鋼。 (4) 重量％で、Ｃ：0.10〜0.60％、Si：2.0％以
下、Mn：2.0％以下、Mo：0.10〜7.0％を基本
合金成分とし、Cr：2.6〜7.0％、Ni：0.38〜5.0
％の１種以上ならびにＶ：0.01〜3.0％、Ｗ：
0.01〜7.0％、Ti：0.001〜0.5％、Zr：0.001〜
0.5％、Nb：0.001〜0.5％の１種以上を含有し、
さらにCu：3.0％以下、Co：0.05〜4.0％、Ca：
0.0005〜0.0100％、Ｂ：0.0005〜0.0100％、希
土類元素：0.0005〜0.400％の１種以上と、
Ｓ：0.03〜0.40％、Se：0.01〜0.40％、Te：
0.01〜0.40％、Bi：0.02〜0.40％、Pb：0.03〜
0.40％の１種以上を含有し、残部が実質的にFe
からなり、ベイナイトないしマルテンサイト基
地中に未変態オーステナイトが体積率で８％以
上残留していることを特徴とする靭性および高
温でのクリープラプチヤー特性に優れた熱間工
具鋼。 である。 なお、本発明に記載する希土類元素とはＹ、
La、Ce、Ndおよびその他の希土類元素を示すも
のとする。 本願発明は前述したごとく、最近の熱間工具鋼
に対する要求特性の苛酷化に対処して合金設計さ
れたものであり、その特徴とするところは、上述
した成分の合金を焼入れする際にその焼入れ条件
を調整して、例えばAc3以上の温度でオーステナ
イト化したのち、550℃→150℃間を徐冷焼入れ
し、あるいはAc3以上の温度でオーステナイト化
したのち、Ms±150℃の温度で恒温保持して焼入
れし、その後550℃以下の低温焼もどしをしてベ
イナイトないしマルテンサイト（これらのうちい
ずれか一方、または両方、である場合を含む。）
基地中に体積率で８％以上のオーステナイトを残
留せしめ、それによつて靭性を付与すると同時に
高温でのクリープラプチヤー特性を著しく向上さ
せ、靭性と耐摩耗性という相反する特性をともに
改善した画期的な熱間工具鋼である。 さらにまた本願発明鋼は、前記組成範囲内で成
分バランスを適宜選定することにより、焼入れ後
500℃以下の焼もどし状態における硬さを調整す
ることができ、その硬さに応じてプレーンハード
ン鋼としても、あるいは調質鋼としても使用でき
る。すなわち、上記硬さがHRＣ≦45の場合には
プレハードン鋼として使用でき、HRＣ＞45の場
合には調質鋼として使用できる。後者の場合は、
特に長寿命を要求されるときに好適である。最近
の金型加工技術の進歩によつて、後者の場合でも
プレハードン鋼として使われるケースが多くなつ
てきた。 本願発明鋼は靭性と耐摩耗性を兼備したもので
あり、その被削性は一般に悪い。そこでＳ、Se、
Teなどの快削元素を用途に応じて適量添加し、
その被削性を改善することは実用上非常に有益で
ある。 次に本願発明の成分組成範囲の限定理由を以下
にのべる。 Ｃ：0.10〜0.60％ 熱間工具鋼の強度を向上させ、耐摩耗性を付与
する元素であり、熱間工具鋼として必要な強度、
特に高温でのクリープラプチヤー強度と耐摩耗性
を確保するためには0.10％以上含有する必要があ
る。Ｃ量の増加とともに強度は増加し、耐摩耗性
の向上が図られるが、それとともに靭性が劣化す
るため0.60％以下に限定した。 Si：2.0％以下 溶製時の脱酸効果のほか、基地の強化、耐酸化
性の向上に有効な元素であり、積極的に含有する
ことが望ましい。ただし、多量に含有すると地キ
ズが多くなると同時に被削性、靭性、耐ヒートチ
エツク性が低下するため2.0％以下に限定した。 Mn：2.0％下 溶製時の脱酸、脱硫効果のほか焼入性確保のた
めに有効な元素であり積極的に含有することが望
ましい。ただし多量に含有すると被削性が低下す
るので2.0％以下に限定した。 Mo：0.10〜7.0％ Moはベイナイト変態を促進し、本願発明鋼の
特徴である安定な残留オーステナイトを生成させ
る元素であると同時にMo2C炭化物の析出によつ
て高温でのクリープラプチヤー特性を高めるのに
有効な元素である。安定な残留オーステナイトの
生成ならびに熱間工具鋼として必要なクリープラ
プチヤー特性を確保するために少なくとも0.10％
含有しなければならない。ただし、多量に含有す
ると靭性、被削性が大巾に低下するので7.0％以
下に限定した。 Cr：2.6〜7.0％ Ni：0.38〜5.0％ Ni、Crは本願発明鋼の特徴である安定な残留
オーステナイトを生成させる元素で、いずれかが
含有されていなければならない。そして、焼もど
し後に体積率で８％以上の残留オーステナイトを
生成させるには各々0.30％以上含有していなけれ
ばならないが、衝撃試験における還移温度を室温
以下になるようにし、金型の予熱がなくても大ワ
レが生じないようにするため、Cr、Ni含有量の
下限は各々2.6％、0.38％と限定した。Cr、Niの
含有量が多くなるとともに安定な残留オーステナ
イトが増加し、その分解によつて高温でのクリー
プラプチヤー特性も向上し高温での耐摩耗性が向
上するが多量に含有するとクリープラプチヤー特
性は逆に低下するのでCr、Niの上限はそれぞれ
7.0％、5.0％に限定した。 Ｖ：0.01〜3.0％ Ｗ：0.01〜7.0％ Ｖ、Ｗは熱間工具鋼として必要な高温でのクリ
ープラプチヤー特性の向上には有効な元素であ
り、それぞれ0.01％以上の含有が望ましい。ただ
し多量に含有すると安定な未溶解炭化物が増加
し、靭性、被削性、耐ヒートチエツク性が著しく
低下するのでＶは3.0％以下、Ｗは7.0％以下に限
定した。 Ti：0.001〜0.5％、Zr：0.001〜0.5％、Nb：0.001
〜0.5％ Ti、Zr、Nbはいずれも強力な炭化物形成元素
であり、微量の含有で高温でのクリープラプチヤ
ー特性を高め、耐摩耗性を向上させるのに有効な
元素であり、少なくとも0.001％含有することが
望ましい。ただし多量に含有すると未溶解炭化物
が多くなり、靭性に悪影響をおよぼすので0.5％
以下に限定した。 Cu：3.0％以下 Cuは剥離しにくい表面スケールを生成させて
高温でのクリープラプチヤー特性を高める元素で
あり、目的に応じて適量含有することが望まし
い。しかし多量に含有すると靭性が低下するので
3.0％以下に限定した。 Co：0.05〜4.0％ Coは残留オーステナイトの安定化に有効な元
素であり、また高温における炭化物の凝集を抑制
し高温でのクリープラプチヤー特性を高める元素
であり、0.05％以上の含有が望ましい。ただし多
量に含有すると耐ヒートチエツク性を劣化し金型
の大ワレを促進するので4.0％以下に限定した。 Ｂ：0.0005〜0.0100％ Ｂは焼入性向上に有効な元素であり、クリープ
ラプチヤー特性の向上にも有効な元素であつて、
特に大型材には積極的に添加するのが望ましい。
焼入性向上には少なくとも0.0005％含有する必要
があるが、多量に含有すると靭性・耐ヒートチエ
ツク性が低下するので0.010％以下に限定した。 Ca：0.0005〜0.0100％、希土類元素：0.0005〜
0.400％ 上記元素は耐酸化性を高め、剥離しにくいスケ
ールを生成させ高温でのクリープラプチヤー特性
を向上させるのには有効な元素であり、目的に応
じて適量含有することが望ましいが、必要以上に
含有すると靭性、耐ヒートチエツク性が低下する
のでCaは0.0005〜0.0100％、希土類元素の各々は
0.0005〜0.400％の範囲が望ましい。 Ｓ：0.03〜0.40％、Se：0.01〜0.40％、Te：0.01
％〜0.40％、Bi：0.02〜0.40％、Pb：0.03〜0.40
％ Ｓ、Se、Te、Bi、Pbはいずれも被削性を向上
させる元素であり、このような効果を得るために
これらの１種以上をＳにあつては0.03％以上、Se
にあつては0.01％以上、Teにあつては0.01％以
上、Biにあつては0.02％以上、Pbにあつては0.03
％以上添加するのもよい。しかし、多量に添加す
ると熱間加工性や靭性を害するので、いずれも
0.40％以下にする必要がある。 本発明に係わる靭性および高温でのクリープラ
プチヤー特性に優れた熱間工具鋼は、上述した化
学成分組成を有し、比較的少ない合金量の鋼にお
いて残留オーステナイトの分解を活用し、本来な
らば２次硬化を示さない鋼において２次硬化を生
じさせるようにして、靭性の低下をきたすことな
く高温での強度および耐摩耗性を大幅に向上させ
るようにしたものであつて、このためにベイナイ
トおよびマルテンサイトのうち一方もしくは両方
からなる基地中に未変態オーステナイトが体積率
で８％以上残留しているものとした。 実施例 第１表に示すごとき成分組成の本願発明鋼およ
び従来から用いられている熱間工具鋼を溶製し、
その特性を調査した。なお、No.１〜16は本願発明
鋼であり、No.17〜19は比較のため溶製したJIS
SKD61、0.2C−3Ni−3Mo、AISIH10にそれぞれ
相当する鋼である。
【表】
【表】
第１図に第１表に示す供試材のうち本願発明鋼
であるNo.１〜５について高温でのクリープラプチ
ヤー特性におよぼす残留オーステナイト量の影響
を調査した結果を示した。クリープラプチヤー特
性は試験温度が650℃、応力が20Kgｆ／mm2という
条件で試験を行い、その時のラプチヤー時間で評
価したが、その表示は低温焼もどし（400℃）材
と同じ硬さに高温焼もどし（500〜630℃の適温を
選定して低温焼もどし材と同一かたさに調整）で
調質した同一供試材のラプチヤー時間を１とし、
その対比で行つた。 各供試材の焼入温度を第２表に示す。
であるNo.１〜５について高温でのクリープラプチ
ヤー特性におよぼす残留オーステナイト量の影響
を調査した結果を示した。クリープラプチヤー特
性は試験温度が650℃、応力が20Kgｆ／mm2という
条件で試験を行い、その時のラプチヤー時間で評
価したが、その表示は低温焼もどし（400℃）材
と同じ硬さに高温焼もどし（500〜630℃の適温を
選定して低温焼もどし材と同一かたさに調整）で
調質した同一供試材のラプチヤー時間を１とし、
その対比で行つた。 各供試材の焼入温度を第２表に示す。
【表】
残留オーステナイト量の調整は550℃→150℃間
の冷却速度を適宜変化させて行つた。 （尚、高温もどし戻材の残留オーステナイト量
はほぼ０％である） 本願発明鋼は残留オーステナイトが５％以上さ
らには８％以上になるとクリープラプチヤー特性
は急激に良くなつている。この調査結果から本願
発明鋼においては、十分なクリープラプチヤー特
性を得るために、残留オーステナイトが体積率で
８％以上であるように限定した。 第３表は第１表に示す供試材について熱間工具
鋼としての特性を確認するため鍛造により150mm
角×400mm長さのブロツクを成形しその靭性（鍛
伸方向の衝撃値で評価）、クリープラプチヤー時
間（試験条件：650℃、20Kgｆ／mm2）ならびに被
削性を示した。なお、各供試材の焼入れは本願発
明鋼であるNo.１〜16は550→150℃間を７℃／min
以下の冷却速度で適宜冷却し徐冷焼入れを行つた
が、比較鋼であるNo.17〜19は油焼入れとした。被
削性は超硬工具（M20種）による長手旋削を行
い、切削速度が80ｍ／minの時の切削時間で評価
し、第３表ではNo.17対比で表示した。
の冷却速度を適宜変化させて行つた。 （尚、高温もどし戻材の残留オーステナイト量
はほぼ０％である） 本願発明鋼は残留オーステナイトが５％以上さ
らには８％以上になるとクリープラプチヤー特性
は急激に良くなつている。この調査結果から本願
発明鋼においては、十分なクリープラプチヤー特
性を得るために、残留オーステナイトが体積率で
８％以上であるように限定した。 第３表は第１表に示す供試材について熱間工具
鋼としての特性を確認するため鍛造により150mm
角×400mm長さのブロツクを成形しその靭性（鍛
伸方向の衝撃値で評価）、クリープラプチヤー時
間（試験条件：650℃、20Kgｆ／mm2）ならびに被
削性を示した。なお、各供試材の焼入れは本願発
明鋼であるNo.１〜16は550→150℃間を７℃／min
以下の冷却速度で適宜冷却し徐冷焼入れを行つた
が、比較鋼であるNo.17〜19は油焼入れとした。被
削性は超硬工具（M20種）による長手旋削を行
い、切削速度が80ｍ／minの時の切削時間で評価
し、第３表ではNo.17対比で表示した。
【表】
【表】
第３表に示すように本願発明鋼であるNo.１〜16
は比較鋼のNo.17〜19に比べてラプチヤー時間、靭
性が著しくすぐれていた。特にNo.６〜10はNo.１〜
５と比較してラプチヤー時間が相当長くなつてい
るが、これはCu、Co、Caなどによる効果であ
る。No.１〜10の被削性はかなり悪かつたがNo.11〜
16に示すように快削元素添加による被削性向上は
顕著であつた。 以上の実施例にみられるごとく本願発明の熱間
工具鋼は高温でのすぐれたクリープラプチヤー特
性と靭性を兼備しており、最近の苛酷な条件のも
とで使われ、しかも高寿命が要求される熱間工具
鋼としてきわめて好適な鋼である。 なお、本願発明鋼において体積率で５％以上の
安定な残留オーステナイトを得る方法としては、
前述のように、オーステナイト化後に550→150℃
間を徐冷して焼入れる方法を適用し論述してきた
が、この他に安定な残留オーステナイトを得る方
法として、オーステナイト化後にMs±150℃の温
度で恒温保持する方法を用いてもよい。後者によ
る方法で供試材を調整し調査した結果は徐冷焼入
れによる場合と同様であつた。
は比較鋼のNo.17〜19に比べてラプチヤー時間、靭
性が著しくすぐれていた。特にNo.６〜10はNo.１〜
５と比較してラプチヤー時間が相当長くなつてい
るが、これはCu、Co、Caなどによる効果であ
る。No.１〜10の被削性はかなり悪かつたがNo.11〜
16に示すように快削元素添加による被削性向上は
顕著であつた。 以上の実施例にみられるごとく本願発明の熱間
工具鋼は高温でのすぐれたクリープラプチヤー特
性と靭性を兼備しており、最近の苛酷な条件のも
とで使われ、しかも高寿命が要求される熱間工具
鋼としてきわめて好適な鋼である。 なお、本願発明鋼において体積率で５％以上の
安定な残留オーステナイトを得る方法としては、
前述のように、オーステナイト化後に550→150℃
間を徐冷して焼入れる方法を適用し論述してきた
が、この他に安定な残留オーステナイトを得る方
法として、オーステナイト化後にMs±150℃の温
度で恒温保持する方法を用いてもよい。後者によ
る方法で供試材を調整し調査した結果は徐冷焼入
れによる場合と同様であつた。
第１図は本願発明鋼の高温でのクリープラプチ
ヤー特性におよぼす残留オーステナイト量の影響
を示すグラフである。
ヤー特性におよぼす残留オーステナイト量の影響
を示すグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量％で、Ｃ：0.10〜0.60％、Si：2.0％以
下、Mn：2.0％以下、Mo：0.10〜7.0％を基本合
金成分とし、Cr：2.6〜7.0％、Ni：0.38〜5.0％の
１種以上を含有し、さらにＶ：0.01〜3.0％、
Ｗ：0.01〜7.0％、Ti：0.001〜0.5％、Zr：0.001〜
0.5％、Nb：0.001〜0.5％の１種以上を含有し、
残部が実質的にFeからなり、ベイナイトないし
マルテンサイト基地中に未変態オーステナイトが
体積率で８％以上残留していることを特徴とする
靭性および高温でのクリープラプチヤー特性に優
れた熱間工具鋼。 ２ 重量％で、Ｃ：0.10〜0.60％、Si：2.0％以
下、Mn：2.0％以下、Mo：0.10〜7.0％を基本合
金成分とし、Cr：2.6〜7.0％、Ni：0.38〜5.0％の
１種以上ならびにＶ：0.01〜3.0％、Ｗ：0.01〜
7.0％、Ti：0.001〜0.5％、Zr：0.001〜0.5％、
Nb：0.001〜0.5％の１種以上を含有し、さらに
Cu：3.0％以下、Co：0.05〜4.0％、Ca：0.0005〜
0.0100％、Ｂ：0.0005〜0.0100％、希土類元素：
0.0005〜0.400％の１種以上を含有し、残部が実
質的にFeからなり、ベイナイトないしマルテン
サイト基地中に未変態オーステナイトが体積率で
８％以上残留していることを特徴とする靭性およ
び高温でのクリープラプチヤー特性に優れた熱間
工具鋼。 ３ 重量％で、Ｃ：0.10〜0.60％、Si：2.0％以
下、Mn：2.0％以下、Mo：0.10〜7.0％を基本合
金成分とし、Cr：2.6〜7.0％、Ni：0.38〜5.0％の
１種以上と、Ｓ：0.03〜0.40％、Se：0.01〜0.40
％、Te：0.01〜0.40％、Bi：0.02〜0.40％、Pb：
0.03〜0.40％の１種以上を含有し、さらにＶ：
0.01〜3.0％、Ｗ：0.01〜7.0％、Ti：0.001〜0.5
％、Zr：0.001〜0.5％、Nb：0.001〜0.5％の１種
以上を含有し、残部が実質的にFeからなり、ベ
イナイトないしマルテンサイト基地中に未変態オ
ーステナイトが体積率で８％以上残留しているこ
とを特徴とする靭性および高温でのクリープラプ
チヤー特性に優れた熱間工具鋼。 ４ 重量％で、Ｃ：0.10〜0.60％、Si：2.0％以
下、Mn：2.0％以下、Mo：0.10〜7.0％を基本合
金成分とし、Cr：2.6〜7.0％、Ni：0.38〜5.0％の
１種以上ならびにＶ：0.01〜3.0％、Ｗ：0.01〜
7.0％、Ti：0.001〜0.5％、Zr：0.001〜0.5％、
Nb：0.001〜0.5％の１種以上を含有し、さらに
Cu：3.0％以下、Co：0.05〜4.0％、Ca：0.0005〜
0.0100％、Ｂ：0.0005〜0.0100％、希土類元素：
0.0005〜0.400％の１種以上と、Ｓ：0.03〜0.40
％、Se：0.01〜0.40％、Te：0.01〜0.40％、Bi：
0.02〜0.40％、Pb：0.03〜0.40％の１種以上を含
有し、残部が実質的にFeからなり、ベイナイト
ないしマルテンサイト基地中に未変態オーステナ
イトが体積率で８％以上残留していることを特徴
とする靭性および高温でのクリープラプチヤー特
性に優れた熱間工具鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP503882A JPS58123861A (ja) | 1982-01-18 | 1982-01-18 | 熱間工具鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP503882A JPS58123861A (ja) | 1982-01-18 | 1982-01-18 | 熱間工具鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58123861A JPS58123861A (ja) | 1983-07-23 |
| JPH0260748B2 true JPH0260748B2 (ja) | 1990-12-18 |
Family
ID=11600272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP503882A Granted JPS58123861A (ja) | 1982-01-18 | 1982-01-18 | 熱間工具鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58123861A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008032816A1 (fr) * | 2006-09-15 | 2008-03-20 | Hitachi Metals, Ltd. | Acier à outils pour formage à chaud présentant d'excellentes qualités de rigidité et de résistance à des températures élevées, et son procédé de production |
| JP2008095181A (ja) * | 2006-09-15 | 2008-04-24 | Hitachi Metals Ltd | 靭性および高温強度に優れた熱間工具鋼 |
| JP2008095190A (ja) * | 2006-09-15 | 2008-04-24 | Hitachi Metals Ltd | 靭性および高温強度に優れた熱間工具鋼およびその製造方法 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58207359A (ja) * | 1982-05-29 | 1983-12-02 | Nachi Fujikoshi Corp | 熱間加工用工具鋼 |
| JPS6056055A (ja) * | 1983-09-08 | 1985-04-01 | Daido Steel Co Ltd | 熱間工具鋼 |
| JPS6059053A (ja) * | 1983-09-09 | 1985-04-05 | Daido Steel Co Ltd | 熱間工具鋼 |
| JPS6059052A (ja) * | 1983-09-09 | 1985-04-05 | Daido Steel Co Ltd | 熱間工具鋼 |
| JPH10273756A (ja) * | 1997-03-31 | 1998-10-13 | Daido Steel Co Ltd | 鋳物製冷間工具およびその製造方法 |
| JP2004169177A (ja) * | 2002-11-06 | 2004-06-17 | Daido Steel Co Ltd | 合金工具鋼及びその製造方法、並びにそれを用いた金型 |
| KR102122665B1 (ko) * | 2018-11-26 | 2020-06-12 | 현대제철 주식회사 | 핫스탬핑용 금형강 제조방법 및 이에 의해 제조된 핫스탬핑용 금형강 |
| DE102019135830A1 (de) * | 2019-12-27 | 2021-07-01 | Voestalpine Böhler Edelstahl Gmbh & Co Kg | Verfahren zum Herstellen eines Warmarbeitsstahlgegenstandes |
-
1982
- 1982-01-18 JP JP503882A patent/JPS58123861A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008032816A1 (fr) * | 2006-09-15 | 2008-03-20 | Hitachi Metals, Ltd. | Acier à outils pour formage à chaud présentant d'excellentes qualités de rigidité et de résistance à des températures élevées, et son procédé de production |
| JP2008095181A (ja) * | 2006-09-15 | 2008-04-24 | Hitachi Metals Ltd | 靭性および高温強度に優れた熱間工具鋼 |
| JP2008095190A (ja) * | 2006-09-15 | 2008-04-24 | Hitachi Metals Ltd | 靭性および高温強度に優れた熱間工具鋼およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58123861A (ja) | 1983-07-23 |
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