JPH04116122A - 被削性に優れた冷間ダイス鋼の製造方法 - 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】 「発明の目的」 （産業上の利用分野） 本発明は使用条件が苛酷な冷間加工に使用される高硬度
でしかも高靭性を有する被削性に優れた冷間ダイス鋼の
製造方法に関するものである。

（従来の技術） 冷間鍛造用ダイスおよびポンチ、抜型用途などに使用さ
れる冷間加工用合金工具鋼としてはＪＩＳのＧ　４４０
ｗｔに定められた５ＫＤＩＩが広く使用されている。こ
の５ＫＤＩＩはＣ量が約１．５％であり多くの粗大な一
次の共晶炭化物を含んでいる。

この炭化物は、工具銅としての硬度や耐摩耗性を確保す
るものの、一方では畑の靭性や使用時の割れに対しては
悪影響を及ぼすものであった。

この靭性や耐割れ性を向上させるために、特公昭６４−
５１００にはＣ量を約１．１％に低減し、−火炎化物の
量を低減する技術が述べられている。

この技術では炭化物形成元素の範囲を特定して高温での
焼戻しにより二次硬化硬さを増大することも述べられて
いる。

また、特公昭５６−５２９８９には５ＫＤＩＩに代わる
鋼として、やはりＣ量を約１．２％に低減し炭化物形成
元素をコントロールした銅による耐くぼみ性、耐亀裂性
、耐摩耗性に優れた高硬度の金属冷間圧延用ロールが発
表されている。

これらの公報による鋼はＣｌが低減されてはいるものの
過共析の鋼であり、高硬度の一次炭化物の存在により高
硬度や耐摩耗性を確保しているため、耐割れ性や被削性
については必ずしも良好ではないことは常識であり、切
削加工に際しては多くの時間がかかるのが一般的であっ
た。

（発明が解決しようとする課題） 前記したように従来の公報による方法ではＣ量を低減す
ることで、靭性面を向上させたり、ワイヤーカットによ
る放電加工時の割れや使用時の割れを防止しようとする
ものであり、硬度については炭化物形成元素を添加して
高硬度を確保するものであった。また、被削性について
も一般的には良好ではなく、被削性を向上させるために
はＳなどの元素を添加する必要があり、このＳなどの元
素は熱間加工性や靭性を大きく劣化させることが知られ
ている。

本発明者等は、被削性、靭性や耐割れ性には一次炭化物
を中心に組織の均一性が重要であるとの観点から、Ｃｉ
や炭化物形成元素の制御だけではなく熱間加工温度を１
１５０〜９００°Ｃの範囲に、圧下比を３以上に限定す
ることにより一次炭化物を分散させ、Ｍｉ織を均一化す
ることに成功し、実際に被削性が大きく向上することを
知見した。

しかし、このように熱間加工条件を限定すると、熱間加
工前のオーステナイト粒径が粗大である場合には熱間加
工時に表面疵や耳割れなどの発生を招き実製造に当たっ
ては大きな問題が生ずる。そのため、従来は熱間加工条
件の限定がなされることはなかった。

「発明の構成」 （課題を解決するための手段） 本発明は上記したような実情に鑑み、更に検討を重ねて
創案されたものであって、本発明では■とＮ量を限定し
ＶＮを析出させ、熱間加工のための加熱時にオーステナ
イト粒の粗大化を防止した上で熱間加工条件を限定する
こととした。このことにより、表面疵や耳割れなどの発
生を招くことなく、−火炎化物を分散させ組織を均等に
した冷間ダイス鋼を製造することを可能としたもので、
以下の如くである。

１、　　Ｃ：０．９〜１．３　ｗｔ％、Ｓｉ　：　０．
５〜２．０ｗｔ％、Ｍｎ　：　０．１〜２．０　ｗｔ％
、Ｃｒ　：　５．０〜１１．０ｗｔ％、Ｍｏ　：　１．
３　ｗｔ％以上２．０ｗｔ％未満、Ｖ二０．３５〜１．
０御ｔ％、 ｔｏｔａｌ、　Ｎ　：　０．０１０〜０．０３０　ｗｔ
％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼
を熱間加工するに際し１１５０〜９００″ｃの温度範囲
において圧下比３以上の加工を加えることを特徴とする
被削性に優れた冷間ダイス鋼の製造方法。

２、　　Ｃ：０．９〜１．３智ｔ％、Ｓｉ　：　０．５
〜２．０ｗｔ％、Ｍｎ　：　０．１〜２．０　ｗｔ％、
Ｃｒ　：　５．０〜１１．０ｗｔ％、Ｍｏ　：　１．３
　ｉｎｔ％以上２．０　ｗｔ％未満、■二〇。３５〜ｌ
、Ｑ　ｗｔ％、 ｔｏｔａｌ、　Ｎ　：　０．０１０〜０．０３０　ｉｎ
ｔ％を含有すると共に、 ＲＥＭ　　：　０．００１〜５　ｗｔ％、Ｃｕ　：　０
．１〜２．０　ｗｔ％、Ｗ：Ｑ、１〜３．Ｑ　ｗｔ％〜
　Ｃｏ　：　０．１〜５．Ｑ　ｗｔ％、Ｔｉ　：　２．
０ｗｔ％以下、　　Ｚｒ　：　２．０ｗｔ％以下の何れ
か一種または二種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避
的不純物からなる鋼を熱間加工１−るＧこ際し１１５０
〜９００°Ｃの温度範囲におし）て圧下比３以上の加工
を加えることを特徴とする被削性に優れた冷間ダイス鋼
の製造方法。

３、Ｃ：０．９〜１，３　ｗｔ％、Ｓｉ　：　０．５〜
２．０ｗｔ％、Ｍｎ　：　０．１〜２．０ｗｔ％、Ｃｒ
’：　５．０〜１１．０ｗｔ％、Ｍｏ　：　１．３　ｗ
ｔ％以上２．０ｗｔ％未満、Ｖ：Ｑ、３５〜１．０ｗｔ
％、 ｔｏｔａｌ、　Ｎ　：　０．０１０〜０．０３０　ｗｔ
％を含有すると共に、 Ｓ　：　０．２０ｗｔ％以下、　Ｐｂ　：　０．４０ｗ
ｔ％以下、Ｓｅ　：　０．３０ｗｔ％以下、　Ｂｉ　：
　０．５（ｈｔ％以下、Ｔｅ　：　０．３０ｗｔ％以下
、　Ｃａ　：　０．００２〜０．０１０ｗｔ％の何れか
一種または二種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなる銅を熱間加工するに際し１１５０〜９０
０℃の温度範囲において圧下比３以上の加工を加えるこ
とを特徴とする被削性に優れた冷間ダイス鋼の製造方法
。

（作用） 上記したような本発明について、その成分組成を限定し
た理由をｗｔ％（以下単に％という）により説明すると
以下の如くである。

Ｃ：０．９〜１．３％。

Ｃは、Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｖと一次炭化物を形成し耐１７
耗性を高めると共にマルテンサイトの硬さを高め高温焼
戻しにより炭化物を形成して二次効果に寄与するために
０．９〜１．３％添加する。０．９％以下では耐摩耗性
が低下すると共に焼入れ焼戻し後の硬度が低下するので
これを下限とした。また１、３％以上では一次炭化物の
量が増大し靭性および被削性が劣化するのでこれを上限
とした。

Ｓｉ：０．５〜２．０％。

Ｓｉは、高温での焼戻し硬さの増大に有効であり、また
硬さを低下させることなく靭性を向上させるため０．５
〜２．０％添加する。０．５％を下回るとこれらの効果
が適切に認められなくなるのでこれを下限とした。また
、２．０％を超えると熱間加工性と靭性を劣化させるの
でこれを上限とした。

Ｍｎ：０．１〜２．０％。

Ｍｎは、脱酸および脱硫剤として鋼の清浄性を向上させ
るとともに焼入性を高めるために０．１〜２．０％添加
する。０．１％未満ではそれらの効果が不充分となるの
でこれを下限とした。一方２．０％を上回ると加工性を
損なうのでこれを上限とした。

Ｃｒ：　　５．０〜１　１．０％。

Ｃｒは、焼入時に基地中に固溶して焼入性を高めるとと
もにＣｒ炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させるために
５．０〜１１．０％添加する。５．０％未満ではこのよ
うな効果が小さいのでこれを下限とした。また１１％以
上になると靭性および被削性を劣化させるのでこれを上
限とする。

Ｍｏ：１．３％以上２．０％未満。

Ｍｏは、焼入時に基地中に固溶し焼入性および焼戻し抵
抗性を高めるとともに炭化物を形成することにより耐摩
耗性を向上させるために１．３以上２、０％未満を添加
する。１．３％未満ではこのような効果が小さいのでこ
れを下限とした。２．０％以上になると一次炭化物の加
工に分散効果が少な（なり靭性および被削性を劣化させ
るのでこれを上限とした。

Ｖ　：　０．３５〜１．０％。

■は、ＶＮを形成し熱間加工時の加熱の際のオーステナ
イト粒径の粗大化を防止し表面疵や割れの発生を抑制す
るために重要な元素である。さらに、微細な炭化物を形
成して耐摩耗性および焼入性の向上に寄与するので、０
．３５〜１．０％添加する。０．３５％を下回るとオー
ステナイト粒の粗大化防止の効果および炭化物の形成量
が少なくなるのでこれを下限とした。また、１．０％を
越えると基地中のＣ量が減り所要の硬度が得られなくな
るのでこれを上限とした。

ｔｏｔａｌ　　Ｎ　：　　０．０　１　０〜０．０　３
０％、Ｎは、前記した■と共にＶＮを形成し熱間加工時
の加熱の際のオーステナイト粒の粗大化を防止し表面疵
や割れの発生を抑制するために重要な元素であるため０
．０１００〜０．０３００％添加する。

０．０１００％を下回るとオーステナイト粒の粗大化防
止のために十分な量のＶＮが析出しなくなるのでこれを
下限とし、また、０．０３００％を越えると、■の微細
炭化物の形成を妨げるのでこれを下限とした。

なお本発明において、残部は一般的にＦｅおよび不可避
不純物であるが、Ｒ［ＥＭ　、Ｃｕ、　Ｗ、　Ｃｏ、　
Ｔｉは、強度および靭性の向上に寄与するものであるか
ら適宜に添加してよい。しかし多量に添加すると熱間加
工性や靭性を低下させるため、それぞれＲＥＭ：０．０
０１〜５％、Ｃｕ　：　０．１〜２．０％、Ｗ　：　０
．１〜３．０％、Ｃｏ：０．１〜５．０％、Ｔｉ　：　
２．０％以下、Ｚｒ　：　２．０％以下の一種または二
種以上を含有させる。それらの上限以上では熱間加工性
や靭性が低下し、ＲＥＭ　、Ｃｕ、　Ｗ、　Ｃｏについ
て下限未満は前記作用が不充分である。

また、Ｓ、　Ｐｂ、、Ｓｅ、旧、Ｔｅ、、Ｃａ　：これ
ら各元素はいずれも本発明の効果に加え被削性をより一
層向上させるのに有効なものであって同しく添加するこ
とにより、機械加工および塑性加工後の仕上加工の際の
加工性を良好にするが、多量に添加すると熱間加工性や
靭性を低下させるため、Ｓ二０．２０％以下、Ｐｂ：Ｑ
、４Ｑ％以下、Ｓｅ：０．３０％以下、旧：　０．５０
％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｃａ：ｏ、ｏｏ２〜０
．０１０％の一種または二種以上を含有せしめることが
できる。

次に上記したような鋼に対する製造条件の限定理由は以
下の如くである。

先ず熱間加工のための加熱温度については、Ｅｒａｓｍ
ｕｓ　（Ｊ、Ｉｒｏｎ　５ｔｅｅｌ　Ｉｎ５ｔ、　、　
Ｆｅｂ、　、　１９６４１２８）による平衡恒数 ｌｏｇ　（％Ｖ）Ｃ％Ｎ）　＝　（−６９００／Ｔ）　
　＋２．３５を用い、本発明の■とＮの下限値から計算
される１１６０℃を上限とする。この温度をこえるとＶ
Ｎがすべて固溶し、オーステナイト粒が粗大化する。

実際の製造工程においては、炉温の誤差を考え、１１５
０℃とすることが望ましい。

次に熱間加工時の温度範囲については、粗大な一次の炭
化物を加工により分散するために最も効果的である１１
５０〜９００℃に限定した。１１５０°Ｃを越えると先
述した理由により熱間加工性が著しく劣化するのでこれ
を上限とした。また、９００℃を下回ると歪みの蓄積に
より熱間加工性が劣化し割れなどが発生しやすくなるの
でこれを下限とした。

更に、加工率については一次炭化物の分散の効果を確保
するために少なくとも圧下比３以上の加工率が必要であ
る。

（実施例） 本発明によるものの具体的な実施例について説明すると
、以下の如くである。

本発明者等が具体的に用いた鋼の化学的成分組成は次の
第１表に示す如くである。

第１表 即ち、ＭＡ、Ｂは本発明の条件を満足する鋼であり、鋼
Ｃ−Ｆは比較鋼であって、Ｃｍは■が低く、Ｄ鋼はｔ、
Ｎが低いもので、Ｅ鋼はＭｏが本発明の範囲を超え、Ｆ
鋼はＣおよびＣｒが高いものである。

然してこれらの名調に対する熱間加工条件とそれによっ
て得られた鋼材の被削性、表面疵、耳割れの発生状況お
よび焼入れ焼戻し後の硬度および衝撃値は次の第２表に
示す如くである。

第２表 フライス盤エンドミルによる溝切り試験最大逃げ面摩耗
幅Ｑ、４　ａｍで評価 林加熱温度１２００℃、その他はずべて１１５０°Ｃ＊
林焼入れ温度１０３０’Ｃ１焼戻し温度５２０°Ｃ即ち
第２表における銅材番号１〜７は本発明材であり、球状
化焼なまし材のフライス盤エンドミルによる切削試験で
優れた被削性が示されている。

また、これらの材料では、熱間加工中の表面疵や耳割れ
などは全く発生が認められなかった。

鋼材番号８〜１０は鋼の成分組成は本発明範囲に合致す
るものであるが、ＩＩ材番号８では熱間加工温度が高く
十分に一次炭化物が分散されないため、被削性が本発明
材に比べ劣っている。鋼材番号９は、熱間加工温度が低
く、加工中に耳割れが発生した。鋼材番号ＩＯのものは
圧下比が２と低く、やはり被削性が劣るものである。

鋼材番号１１〜１６のものはいずれも比較鋼の結果であ
って、１１〜１４では熱間加工条件は本発明の範囲に合
致するものの、■あるいはＮの量が少ないため表面疵が
発生している。１５のものはＭｏが高い鋼であり、−火
炎化物の分散効果が少なく被削性が劣る。１６ではＣが
高い鋼であって、耳割れが発生するばかりでなく被削性
も著しく劣っている。

なお、焼入れ・焼戻し後の硬度と靭性については、本発
明条件を満足した鋼Ａ、Ｂは両特性とも良好な値であり
バランスのとれた材質となっている。しかし、比較鋼の
高Ｍｏである＠Ｅでは硬度は高いものの靭性値が低く、
高Ｃの鋼Ｆは硬度も靭性も低い値となっている。

「発明の効果」 以上説明したように本発明によれば、鋼の成分と共に熱
間加工条件を限定することにより、高硬度・高靭性でし
かも被削性に優れた冷間ダイス鋼の製造が可能となり、
金型加工時の能率向上に大きな効果が期待でき、工業的
に有用な発明である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．９〜１．３ｗｔ％、Ｓｉ：０．５〜２．０
   ｗｔ％、Ｍｎ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｃｒ：５．０〜
   １１．０ｗｔ％、Ｍｏ：１．３ｗｔ％以上２．０ｗｔ％
   未満、Ｖ：０．３５〜１．０ｗｔ％、 ｔｏｔａｌ．Ｎ：０．０１０〜０．０３０ｗｔ％を含有
   し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間加
   工するに際し１１５０〜９００℃の温度範囲において圧
   下比３以上の加工を加えることを特徴とする被削性に優
   れた冷間ダイス鋼の製造方法。 ２、Ｃ：０．９〜１．３ｗｔ％、Ｓｉ：０．５〜２．０
   ｗｔ％、Ｍｎ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｃｒ：５．０〜
   １１．０ｗｔ％、Ｍｏ：１．３ｗｔ％以上２．０ｗｔ％
   未満、Ｖ：０．３５〜１．０ｗｔ％、 ｔｏｔａｌ．Ｎ：０．０１０〜０．０３０ｗｔ％を含有
   すると共に、 ＲＥＭ：０．００１〜５ｗｔ％、Ｃｕ：０．１〜２．０
   ｗｔ％、Ｗ：０．１〜３．０ｗｔ％、Ｃｏ：０．１〜５
   ．０ｗｔ％、Ｔｉ：２．０ｗｔ％以下、Ｚｒ：２．０ｗ
   ｔ％以下の何れか一種または二種以上を含有し、残部Ｆ
   ｅおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間加工するに際
   し１１５０〜９００℃の温度範囲において圧下比３以上
   の加工を加えることを特徴とする被削性に優れた冷間ダ
   イス鋼の製造方法。 ３、Ｃ：０．９〜１．３ｗｔ％、Ｓｉ：０．５〜２．０
   ｗｔ％、Ｍｎ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｃｒ：５．０〜
   １１．０ｗｔ％、Ｍｏ：１．３ｗｔ％以上２．０ｗｔ％
   未満、Ｖ：０．３５〜１．０ｗｔ％、 ｔｏｔａｌ．Ｎ：０．０１０〜０．０３０ｗｔ％を含有
   すると共に、 Ｓ：０．２０ｗｔ％以下、Ｐｂ：０．４０ｗｔ％以下、
   Ｓｅ：０．３０ｗｔ％以下、Ｂｉ：０．５０ｗｔ％以下
   、Ｔｅ：０．３０ｗｔ％以下、Ｃａ：０．００２〜０．
   ０１０ｗｔ％の何れか一種または二種以上を含有し、残
   部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる綱を熱間加工する
   に際し１１５０〜９００℃の温度範囲において圧下比３
   以上の加工を加えることを特徴とする被削性に優れた冷
   間ダイス鋼の製造方法。