JPH05140695A - アルミ押出しダイス用鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミ押出に用いられるダイスは、押出力に
耐えてたわみとブリッジの割れの発生が少ないことが重
要で、高硬度で靭性が高く、焼もどし軟化抵抗も高いダ
イス用鋼を提供する。 【構成】 重量％で、Ｃ 0.35%を越え0.50%未満、Ｓi
1.00%以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｎi 0.1〜1.5%、Ｃr 4.50
〜5.65%、ＷとＭoを１種または２種で1/2Ｗ＋Ｍo 1.2〜
3.5%、Ｖ 0.5〜1.6%で、Ｓi＜(18.7/Ｃr)-3.3の関係式
を満たし、残部がＦeおよび不可避的不純物からなる。
そして硬さ HRC50以上に焼入れ焼もどしした後、窒化処
理をして使用する。さらに必要に応じてＣo 0.3〜5.0
%、Ｓi 0.1%を越え1.00%に規定する。このような構成と
することにより、ダイスに加工した時、靭性が高く、焼
もどし軟化抵抗に優れ、ダイス全体のたわみと、ブリッ
ジの割れの発生が少ないアルミ押出ダイスを提供でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミ押出に用いられ
るダイス用の熱間工具鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルミ押出に用いられるダイス用鋼とし
ては、一部の比較的小寸法のダイス、特殊なダイス等を
除いては、従来、ＳＫＤ６やＳＫＤ６１などの熱間工具
鋼を硬さHRC50未満に熱処理して用いるのが通常のやり
方であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】中空製品を成形するホ
ロータイプのアルミ押出ダイスの形状を図１に示す。ア
ルミ押出し技術の分野では、押出製品の大型化、薄肉化
や押出しメーカーの生産性向上、コスト低減を背景とし
てダイスの大型化や精密化、薄肉化が進められており、
ダイスに負荷される押出圧力が苛酷となってきている。
このため、ブリッジ部が押出方向に塑性たわみが生成
し、早期に使用不可能となる場合が多くなる傾向にあ
る。

【０００４】塑性たわみを低減するために、熱処理硬さ
を高めたり、高強度のダイス用鋼が適用されたが、従来
のダイス用鋼では、硬さを高めると靭性値が低下するた
め、マンドレルの付け根からクラックや割れが生じやす
いので、熱処理硬さ HRC50程度以上で使用できるダイス
の用途は限定されていた。また、アルミの熱間押出し
は、高温高圧の押出材料がダイスの開口部にあたるベア
リング面上に直接接触しながらすべるので、摩耗を防ぐ
ため窒化処理が施されるが、従来の高強度ダイス用鋼の
場合、窒化処理により表面硬化層が深く入りやすく、硬
化層に入った初期クラックが割れに進展しやすいため、
やはり使用できるダイスの用途は限定されていた。本発
明は、高硬度の範囲でも高靭性を有し、塑性たわみが生
じにくく、かつ窒化特性にも優れ、耐クラック性に優れ
たアルミ押出しダイス用鋼を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】先に述べたように、アル
ミ押出しダイスはベアリング面の摩耗を防ぐため窒化処
理が繰り返し施される。本願発明者は、多数の廃却ダイ
スの調査結果から繰返し窒化することが、ダイスの直接
の寿命原因となるブリッジの塑性たわみやマンドレルの
付け根からのクラックの発生および割れの原因であるこ
とを見出した。ダイスは580℃前後の繰り返し窒化を数
回繰り返されると、焼もどし効果により硬さの低下が進
み、耐力値が下がり、塑性たわみ量が大きくなる。この
ため初期の硬さをHRC50以上に高めとしておくことによ
って、おおきな塑性たわみの生ずるまでの窒化回数を増
やすことができ、ダイス寿命の向上効果が得られる。Ｓ
ＫＤ６、ＳＫＤ６１を始めとする従来の熱間工具鋼で
は、焼入れ焼もどし硬さをHRC50以上とするとき、焼も
どし温度が600℃以下となる。このとき焼もどしで微細
に析出する炭化物の分布密度が極めて大となり靭性が低
下するが、この炭化物の析出挙動に、Ｓi,Ｃrの含有量
の関与が極めて大きいことも発見した。ところで、Ｓi
含有量を限定して合金鋼の靭性を高める効果について
は、特開昭60-56055号、同60-59053号、同61-213348
号、同61-213349号でも開示されている。しかし、これ
らには、本発明で特定した組成の範囲でHRC50以上とし
たときの特性値等についての記述はなく、またＣr量と
の関係でＳi量を限定する記述もない。

【０００６】本発明は、前記した従来の提案には開示さ
れていない熱間工具鋼の靭性値に関するＳi,Ｃr量の関
与を詳しく調査し、Ｓi量の低減による靭性値向上の効
果は、従来の使用硬さであったHRC50未満であるHRC 42
〜48前後の時よりもむしろ焼もどし温度が低めとなるHR
C50以上の硬さのとき大きく現われること、さらにＳi量
の低減による靭性値向上の効果は、含有Ｃr量との関係
で決定され、Ｃr量 の低い合金鋼では、過度の低減は必
要ではなく、金型の焼入性などを考慮してＣr量を高め
に設定する場合は、Ｓi量を低めに抑える必要があるこ
と、さらに、本願の第１，３発明の鋼において、単にＳ
iを低減した場合、金型表面の肌あれをまねき、金型寿
命が低下することがしばしば認められているが、適量の
Ｃoを添加することによって、Ｓiを低減した金型材につ
いても、酸化スケールの成長を抑え、肌あれを防止する
効果があること、を知見したことに基づくものである。

【０００７】以上のことは、特願平3-99429号に開示さ
れているが、これはアルミ押出しダイスについての記述
ではなく、またアルミ押出しダイスの場合、繰り返し窒
化処理されて使用されるため、特有の材料特性が要求さ
れる。これについて以下に述べる。繰り返し窒化時の加
熱による軟化を抑えるために軟化抵抗のすぐれたダイス
用鋼としては、特公昭61-54864号、特開平2-43346号が
提案されているが、これらのダイス用鋼はＣｒ量との関
係で窒化深さが過度に深くなりやすく、硬化層に入った
初期クラックがダイス内部に進展しやすいため割れに至
りやすいこと、またダイスの大型化にともなってダイス
の熱処理の際、焼入冷却速度が十分に速くできない場合
には、靱性面で割れに対する感受性が大きくなるという
問題が生じた。以上のことから、熱処理硬さを高目にす
ることにより、苛酷な押出し条件のダイスに使用して
も、塑性たわみの進行を抑えることができ、かつクラッ
ク、割れ等の問題が生じにくいため、従来より大寸法や
複雑形状など広い用途に適用できる押出しダイス用鋼の
提供が可能となった。

【０００８】すなわち、本発明は具体的には、重量％
で、Ｃ 0.35%を越え0.50%未満、Ｓi 1.00%以下、Ｍn 0.
1〜1.5%、Ｎi 0.1〜1.5%、Ｃr 4.50〜5.65%、ＷとＭoを
１種または２種で1/2Ｗ＋Ｍo 1.2〜3.5%、Ｖ 0.5〜1.6%
で、かつＳi,Ｃr量がＳi＜(18.7/Ｃr)-3.3の関係式を満
たし、残部Ｆeおよび不可避的不純物からなり、硬さ HR
C50以上に焼入れ焼もどし処理後、窒化処理されて使用
することを特徴とするアルミ押出しダイス用鋼であり、
上記添加元素にさらにＣｏ0.3〜5.0%を添加したもの、
および上記それぞれにおいて、Ｓiを0.1%越えるごとく
規定したアルミ押出しダイス用鋼である。

【０００９】

【作用】次に本発明の成分範囲の限定理由について述べ
る。Ｃは、本発明鋼のすぐれた焼入性、焼もどし硬さ、
および高温硬さを維持し、またＷ、Ｍo、Ｖ、Ｃrなどの
炭化物形成元素と結合して炭化物を形成し、結晶粒の微
細化効果、耐摩耗性、焼もどし軟化抵抗、高温硬さを与
えるために添加するものである。アルミ押出しダイス用
鋼としてＣの重要な作用はダイスの使用温度域(450℃前
後）での耐力を付与し、塑性たわみを起こりにくくする
ことである。多すぎると過度の炭化物の析出をまねき靭
性を低下させるので0.50%未満とし、本発明鋼の特徴の
一つであるHRC50以上の焼入れ焼もどし硬さを保持する
ためや上述した目的の達成のために含有量を0.35%を越
えるものとする。Ｓiは、本発明鋼の特徴であるHRC50以
上の高い硬さで高い靭性値を得るために1.0%以下添加す
る。詳細にはＣr量の説明の欄でまとめて述べる。Ｍn
は、焼入性を向上させるが、多すぎるとＡ₁変態点を過
度に低下させ、焼なまし硬さを過度に高くし、被切削性
を低下させるので0.1〜1.50%以下とする。ＮiはＣ, Ｃ
r, Ｍn, Ｍo, Ｗなどとともに本発明鋼に優れた焼入性
を付与し、緩やかな焼入冷却速度の場合にも、マルテン
サイト主体の組織を形成させ、靭性の低下を防ぐために
重要な添加元素であり、また基地の本質的な靭性向上の
効果を与えるため、0.1%以上添加する。Ｎiは上記効果
を得るために添加されるが、多すぎるとＡ₁変態点を過
度に低下させ、へたり寿命の低下をまねき、焼なまし硬
さを過度に高くして機械加工性を低下させるので、1.50
%以下とする。

【００１０】Ｃrは、適正な添加量の設定により、焼も
どし軟化抵抗および高温強度の向上、Ｃと結合して炭化
物を形成することによる耐摩耗性の向上、焼入性の向
上、および迅速窒化性付与の効果を有するものであり、
4.50%以上添加する。ただし、Ｃrは本発明鋼のようにHR
C50以上の高い硬さに焼入れ焼もどしして使用する用途
の場合、本発明鋼の高い靭性値を確保するためにはその
含有量を制限する必要がある。これは以下に述べる作用
に基づくものである。本発明鋼のようにHRC50以上の高
い硬さに焼入焼もどしとして使用される用途である場合
には、焼もどし温度は600℃前後か、あるいはより低く
なるが、この温度域では焼もどしによって基地中に極く
微細に析出する特殊炭化物の分布密度が極めて大きいの
で基地の靭性が著しく低下する。一方、Ｃr,Ｓiは特殊
炭化物が析出する温度よりも低い450℃前後の温度で特
殊炭化物の析出に先立って析出するセメンタイト炭化物
の析出を抑える作用があるので、逆にＣr,Ｓiの含有量
を抑えることによってセメンタイト炭化物を適量析出さ
せることができて、基地の靭性を低下させる特殊炭化物
の分布密度を抑えることが可能となる。このため、Ｓi
量は1.00%以下、Ｃr量は5.65%以下とするが、ＣrとＳi
は上記の作用に複合的に作用するため、押出ダイス用鋼
として必要な靭性値を得るべく、Ｓi＜(18.7/Ｃr)-3.3%
の関係式を満たすように添加する。この関係式からも判
るようにＣr含有量を多くしたい場合(例えばＣr＞5.5%)
には、Ｓi量を0.1%以下としなければならない。ただ
し、ＳiはＣoの項でも述べるように、低すぎると酸化皮
膜が厚くなり易いので0.1%を越えることが望ましい。Ｃ
oを添加して補う場合も同様である。押出しダイス用鋼
の場合にはとくに以下に述べる２つの理由でＣｒ量の設
定が重要である。 (1)塑性たわみ量は繰り返し窒化による加熱にともなう
軟化とともに、増大する。Ｃｒ量が多すぎる場合、焼も
どしで析出した炭化物の加熱時の凝集抵抗が小さくな
り、軟化が進みやすくなる。この理由からＣｒ量は他の
合金元素量とのバランスで5.65%以下とする。 (2)マンドレルの付け根のクラックおよび割れは繰り返
し窒化により窒化層が深くなった場合、窒化層内ではク
ラックが速やかに進むため、クラックが深くなりやす
く、割れに進展し易い。Ｃｒ量が低すぎる場合、窒化層
が深くなりやすいので押出しダイス用鋼の場合のＣｒ量
は4.50%以上とする。これはＣｒは窒素と結合しやすい
元素であるので、Ｃｒ量が低すぎる場合には、ダイスの
内部への窒素の拡散が進みやすくなって、窒化層が過度
に深くなりやすいためである。

【００１１】Ｗ，Ｍo量の設定は本発明鋼の用途に必要
とされる高温強度、軟化抵抗を保つ上で重要である。
Ｗ，Ｍoは、焼もどし処理時に微細な特殊炭化物を析出
して、軟化抵抗、高温強度を高める。ただし過度の添加
は過度の炭化物の析出をまねき靭性を低下させるので、
ダイスの使用条件に応じた強度、高温強度に基づいて、
１種または２種を1/2Ｗ＋Ｍoで1.2〜3.5%添加する。Ｖ
は、固溶しにくい炭化物を形成して耐摩耗性および耐焼
付性の向上に効果を有するものであり、焼入加熱時基地
に固溶し焼もどし時微細な凝集しにくい炭化物を析出
し、高い温度域における軟化抵抗を大きくし、大きな高
温耐力を与えるための重要な元素である。また、結晶粒
を微細化して靭性を向上させるとともに、Ａ₁変態点を
上げ、優れた高温耐力とあいまって、耐ヒートクラック
性を向上させる効果をもたらす元素である。本発明鋼の
特徴である優れた靭性と高温強度を兼備させるためにＶ
量の設定は非常に重要である。多すぎると巨大な炭化物
を生成し熱間加工方向に沿う紐状炭化物の分布傾向を増
大させ、その方向のクラックの進展を助長するため、1.
60%以下とし、低すぎると型表面部の早期軟化をまねく
など、上記添加の効果が得られないので0.50%以上とす
る。

【００１２】Ｃoは、使用中の昇温時に、きわめて緻密
で密着性の良い保護酸化皮膜を形成しこれにより相手材
との間の金属接触を防ぎ、金型表面の温度上昇を防ぐと
ともに優れた耐摩耗性をもたらすものである。ただし、
この酸化皮膜は厚くなりすぎると金型表面の肌あれをま
ねき逆効果となるが、Ｃoは酸化皮膜の形成速度や厚さ
を抑える効果を持つ。本発明鋼のようにＳi量の少ない
鋼の場合酸化皮膜が厚くなり過ぎるため、Ｃoを添加す
ることは、保護酸化皮膜の特性の向上に特に有効であ
る。Ｃoは上記効果を付与するために添加するが、多す
ぎると靭性を低下させるので5.00%以下とし、低すぎる
と上記添加の効果が得られないので0.30%以上とする。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。表１に示す組成のダイス用素材を準備し、これから
押出しダイスを製作し、実用テストを行った結果を示
す。ダイスの形状を図１に示す。ダイスは中空製品を作
るホローダイスであり、直径１９０mm、厚さ６０mmの外
殻寸法内に、矩形（１６mm×４４mm）中空部用マンドレ
ルとポートを４個所もつ雄型に雌型を組み合わせたもの
であるが、寿命評価は雄型で行った。ダイスへの作用応
力は、アルミニウム合金ビレット側からの押出し圧力５
０kgf/mm²であり、図１のように、雄型のブリッジ側か
ら作用する。ビレット温度は４５０℃、ダイスの予熱温
度も４５０℃である。表１において、比較成分鋼２１は
ＪＩＳ ＳＫＤ６１であり、比較成分鋼２３は成分的に
は特開昭６０−５６０５５号に開示されたその実施例の
一つを狙って吹製したものであり、同公報の特許請求の
範囲に含まれるとともに、同６０−５９０５３号、同６
１−２１３３４８号、同６１−２１３３４９号の請求範
囲にも含まれる熱間工具鋼である。また、比較成分鋼２
４〜２７は、Ｓi含有量を各レベルとするが、Ｓi＜(17.
8/Ｃr)-3.3を満足しないものである。また比較成分鋼２
８と２９はそれぞれ特公昭61-54864号、特開平2-43346
号に開示されたその実施例のひとつを狙って吹製したも
のである。

【００１４】

【表１】

【００１５】熱処理はダイスに荒加工した後、比較成分
鋼２８は1040℃、比較成分鋼２９は1070℃、その他はす
べて1020℃加熱後、200℃以下まで放冷する空冷焼入
後、焼もどし温度を変えて、表２に示すようにHRC48か
らHRC52の各硬さとなるごとく焼もどしを行なった。同
時にダイスと同寸法の試料で熱処理を行った試料から割
り出した試験片でシャルピー衝撃試験を行った。試験片
は2mm深さのＵノッチ試験片(ＪＩＳ３号試験片)であ
る。実際のダイスと通常の試験片での熱処理では、焼入
の冷却時ダイスの冷却速度の方が試験片の冷却速度より
も大幅に小さくなり、また熱間工具鋼の靭性値は焼入時
の冷却速度の影響を受けやすいので、ダイスと同寸法の
試料に熱処理を施して、衝撃試験片を採取しなければな
らない。窒化は実用テストで100本のビレットを押し出
す度に行う。高温高圧の押出材料が雄型１０、雌型２０
の開口部にあたるベアリング面１１，２１上に直接接触
しながらすべるので大きな摩擦が生じ、ベアリング面１
１，２１は摩耗を受けるので摩耗の進行を防ぐため繰返
し窒化を行なう。窒化条件は、580℃×2hである。窒化
時には、ダイスは焼もどし効果を受け、繰り返し窒化と
ともに軟化すると同時に、ダイス表層部の窒化深さが増
大する。

【００１６】

【表２】

【００１７】表２にこれらのダイスの耐久寿命と寿命原
因を示す。ダイスの寿命は２通りの現象が原因であり、
ひとつはブリッジ１２のたわみの不均衡により、製品寸
法精度が不良になった場合で図１に示したたわみ１４の
量が1.0mm前後となったときに寿命となる。比較例Ｂに
示す従来のダイスＳＫＤ６１の硬さHRC48の場合のたわ
み寿命800本（注．本数は押出ししたビレットの本数を
示し、ダイス寿命の表示となる）時点での各ダイスのた
わみ量を表２に示した。たわみ１４はビレットの押出し
圧力にともなうダイスに作用する応力による塑性歪みで
あるが、ダイスは繰り返し窒化にともなう軟化によりダ
イス用鋼の耐力値が低下するため、たわみ１４が増加し
ていく。このため軟化の程度の小さいダイスがたわみ寿
命が優れることになる。そこで800本時点での各ダイス
の硬さを上述のように表２に併示する。もう一方のダイ
スの寿命は、割れ１５によってダイスが寿命となる場合
であり、これは図１に示したマンドレルとブリッジが交
差するマンドレルの根元部分に生じる。割れはダイス用
鋼の靱性値が不足する場合と繰り返し窒化により、窒化
層が深くなった場合に生ずる。ダイスの靱性値と400本
時点での各ダイスの窒化深さも表２に示す。このときの
繰り返し窒化回数は４回である。

【００１８】次に従来の熱間工具鋼ＳＫＤ６１である比
較成分鋼２１を硬さ HRC48に熱処理した比較例Ｂのダイ
スは、800本のたわみ寿命が得られたが、これよりも長
寿命が得られ、硬さがHRC50以上を有する本発明のダイ
スが表す効果と比較例が有している問題点について、材
料の特性面から比較しながら説明する。比較例Ａと本発
明Ａ、Ｂは本発明成分鋼１について、硬さをそれぞれHR
C48と50、52に、段階的に変化したもので、これらのデ
ータから硬さを上昇することでたわみ寿命が900と155
0、1700のごとく向上していることがわかる。これは、
ダイスの初期硬さを高くすることによって、繰り返し窒
化での軟化による硬さの低下後の絶対硬さを高い水準に
保つことができ、ダイス用鋼の耐力値を高い水準に保持
できることに起因する。一方、ＳＫＤ６１である比較成
分鋼２１の硬さをHRC50以上に高くした比較例Ｃ、Ｄの
場合には、従来の寿命以下で割れが発生した。ＳＫＤ６
１はHRC50を越える硬さで、急激な衝撃値の低下をまね
いたためであると考えられる。比較成分鋼２２は、ダイ
スを空冷焼入れした時の衝撃値が高い。これは主にＮi
の添加による焼入性向上の効果によるものである。しか
し、この比較成分鋼２２の場合にも、比較例Ｆのように
HRC50 以上の硬さで急激な衝撃値の低下が見られ、従来
の寿命以下で割れが発生した。比較成分鋼２３は比較成
分鋼２１（ＳＫＤ６１）のＳi含有量を低減させたもの
であり、ＳＫＤ６１に比べて、HRC50を越えた硬さでの
衝撃値の低下が緩やかである。しかし、この比較成分鋼
２３の場合は、完全焼入れ状態である小試料の油焼入れ
のような早い冷却の場合は衝撃値は高いが、比較例Ｈの
ようにダイスの空冷焼入れ程度に焼入れの冷却速度が小
さくなると、衝撃値が低くなって、従来の寿命以下で割
れが発生した。

【００１９】次にＣrとＳi量の設定のために行なった実
験結果を図２に示す。図２は表１の比較成分鋼２４〜２
７と本発明成分鋼数例ずつについて、ＳiとＣrの含有量
をプロットするとともに、焼入れ後焼もどしにより硬さ
をHRC51前後としたダイスの実用テストの結果のうちの
割れが発生したもの（比較例Ｈ〜Ｌ）を×印で示し、ま
た同じ熱処理条件で熱処理したときのシャルピー衝撃値
を添字で表したものである。なお、図中で本７は本発明
成分鋼７を、同様に比２４は比較成分鋼２４を示す。比
較成分鋼２４〜２７は、前述のようにＮiを添加したこ
とによる焼入性の向上により衝撃値の向上が図られてい
るが、Ｓi＜(18.7/Ｃr)-3.3を満足していないため、HRC
50以上の高硬度での衝撃値が低く、従来の寿命以下で割
れが発生した。これに対し、本発明成分鋼は、上記Ｓi
とＣrとの関係式を満足するから衝撃値が高く、割れが
発生しないことがわかる。前述したようにＣrは焼入性
を向上させる元素であるので、焼入性が問題となる大寸
法のダイス用鋼については、多めに添加する。しかし、
この場合、「作用」の欄で述べたように焼もどし炭化物の
析出分布、および挙動に影響するため、これに応じてＳ
i量を設定する必要が生じる。図２に示す通り、焼もど
し硬さHRC50以上とした場合、Ｃr,Ｓi量がともに高い場
合の衝撃値は低い。その一例が比較成分鋼２７である。
またＣr量が高い場合、比較成分鋼２４がそうであるよ
うにＳi量が低めであっても衝撃値の低下をまねくのに
対し、Ｃr量が比較的低い場合には、本発明成分鋼２８
のようにある程度のＳiを含有しても衝撃値は比較的高
い。さらに過度のＳi量の低減は、耐酸化性の不足にと
もなうダイス表面の肌あれやダイスへの切削工具などに
よる被加工性の低下をまねくため、上記靭性の影響を配
慮して必要とされるＣr量に応じて、重量%でＳi＜(18.7
/Ｃr)-3.3を満たす程度に設定する。

【００２０】繰り返し窒化に対する軟化抵抗付与のため
ＭｏやＶの添加量を多めとし、Ｃｒ量を少なめとした比
較成分鋼２８、比較成分鋼２９で作製したダイスの比較
例Ｍ、比較例Ｎは、従来の寿命以下で割れが発生した。
この原因は比較成分鋼２８、比較成分鋼２９は焼入性の
点から実用ダイスの大きさの熱処理では衝撃値が低くな
ったためである。比較成分鋼３０、３１はＮｉ添加によ
る焼入性の向上とＳi＜(18.7/Ｃr)-3.3を満足する低Ｓi
ダイス用鋼であり、これらで作製したダイスの比較例
Ｏ、Ｐの衝撃値は高い。ところが、比較成分鋼３０の場
合、Ｃｒ量が高すぎて、軟化抵抗が小さいので、本発明
成分鋼に比べて軟化が進みやすいため、初期硬さをHRC5
2と高くしても、800本押出し時点での硬さが従来ダイス
の比較例Ｂと同程度に低下して、目的とするたわみ寿命
の向上効果が得られなかった。一方、上述したように、
Ｃｒ量が低すぎる場合、繰り返し窒化により窒化層が深
くなりやすくなるが、引張応力が作用した場合、母材に
比べて脆い窒化層にはクラックが入りやすい。図３に示
すように、窒化層が深いとクラックの深さが大きくな
り、ダイス用鋼の衝撃値が良好でも割れを招きやすくな
る。図４に表１に示した比較成分鋼と本発明成分鋼の数
例について、400本押出し時、すなわち繰り返し窒化を
４回行った場合のＣｒ含有量に対する窒化層の深さをプ
ロットするとともに、ダイスの実用テストの結果のう
ち、割れが発生した比較例Ｈ〜Ｌを×印で示した。な
お、図中で本７は本発明成分鋼７を、同様に比31は比較
成分鋼３１を示す。図４によれば窒化深さはＣｒ量で整
理できて、ダイスの割れ発生を防ぐためには、窒化深さ
を0.25mm以下に抑えること、すなわちＣｒ量は4.50％以
上必要なことがわかる。

【００２１】押出しダイスは使用する前に予熱のため、
450℃前後の大気炉などの炉中に保持されるが、生産ス
ケジュールとの関係で長時間炉中に保持されたままにな
ることがある。450℃×20h炉内に保持されたダイスの断
面表層部を観察したところ、表面酸化が進行しており、
本発明成分鋼５は、酸化被膜が特に厚く0.1mmであっ
た。これに対してＣoを添加し、耐酸化性が向上した本
発明成分鋼１１と１２は、酸化被膜の厚みが0.04mmであ
り、耐酸化性の向上効果が大きかった。

【００２２】

【発明の効果】以上に記述したように、本発明によるダ
イス用鋼は、押出しダイスとして従来よりも高い硬さ、
具体的にはHRC50以上の硬さに熱処理されていても靭性
が高いし、繰返し窒化しても窒化層があまり深くならな
いので割損をまねくことなく使用でき、軟化抵抗も高い
のでたわみの点でも優れた使用寿命を有するダイスを製
造することができる。しかもダイス表面の酸化被膜の成
長を抑え、予熱時の肌あれが抑制されので、その結果ア
ルミ製品の表面肌も良好となり、工業上の効果が非常に
大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実用テスト用に供したホローダイスの形状を示
す図で、ａは雄型、ｂは雌型、およびｃは雄型と雌型を
組み合わせたａとｂのＡＡ断面図で、押出方向とたわみ
と割れの発生状況を示す図である。

【図２】本発明成分鋼２，５，６，７，１１と比較成分
鋼２４，２５，２６，２７のそれぞれを空冷焼入れ後、
焼もどし硬さHRC51〜52にしたときのシャルピー衝撃値
を、各鋼の含有Ｓi，Ｃr量で整理した図である。

【図３】押出ダイスにおいて繰り返し窒化後のクラック
の発生と進展の状況を示す図である。

【図４】本発明成分鋼１，３，５，６，７，８、９およ
び比較成分鋼２８、３１で作製したダイスに繰り返し窒
化を４回行ったときの窒化深さを含有Ｃr量で整理した
図である。

【符号の説明】

１０ 雄型 １１ 雄型ベアリング １２ ブリッジ １３ マンドレル １４ たわみ １５ 割れ １６ 押出方向 ２０ 雌型 ２１ 雌型ベアリング ３１ 窒化層 ３２ 母材 ３３ 引張応力

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ 0.35%を越え0.50%未満、
   Ｓi 1.00%以下、Ｍn0.1〜1.5%、Ｎi 0.1〜1.5%、Ｃr 4.
   50〜5.65%、ＷとＭoを１種または２種で1/2Ｗ＋Ｍo 1.2
   〜3.5%、Ｖ 0.5〜1.6%で、かつＳi,Ｃr量がＳi＜(18.7/
   Ｃr)-3.3の関係式を満たし、残部Ｆeおよび不可避的不
   純物からなり、硬さ HRC50以上に焼入れ焼もどし処理し
   た後、窒化処理して使用することを特徴とするアルミ押
   出しダイス用鋼。
2. 【請求項２】 重量％で、Ｃ 0.35%を越え0.50%未満、
   Ｓi 1.00%以下、Ｍn0.1〜1.5%、Ｎi 0.1〜1.5%、Ｃr 4.
   50〜5.65%、ＷとＭoを１種または２種で1/2Ｗ＋Ｍo 1.2
   〜3.5%、Ｖ 0.5〜1.6%、Ｃo 0.3〜5.0%で、かつＳi,Ｃr
   量がＳi＜(18.7/Ｃr)-3.3の関係式を満たし、残部Ｆeお
   よび不可避的不純物からなり、硬さHRC50以上に焼入れ
   焼もどし処理後、窒化処理されて使用することを特徴と
   するアルミ押出しダイス用鋼。
3. 【請求項３】 重量％で、Ｃ 0.35%を越え0.50%未満、
   Ｓi 0.1%を越え1.00%以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｎi 0.1〜
   1.5%、Ｃr 4.50〜5.65%、ＷとＭoを１種または２種で1/
   2Ｗ＋Ｍo 1.2〜3.5%、Ｖ 0.5〜1.6%で、かつＳi,Ｃr量
   がＳi＜(18.7/Ｃr)-3.3の関係式を満たし、残部Ｆeおよ
   び不可避的不純物からなり、硬さ HRC50以上に焼入れ焼
   もどし処理後、窒化処理されて使用することを特徴とす
   るアルミ押出しダイス用鋼。
4. 【請求項４】 重量％で、Ｃ 0.35%を越え0.50%未満、
   Ｓi 0.1%を越え1.00%以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｎi 0.1〜
   1.5%、Ｃr 4.50〜5.65%、ＷとＭoを１種または２種 で
   1/2Ｗ＋Ｍo 1.2〜3.5%、Ｖ 0.5〜1.5%、Ｃo 0.3〜5.0%
   で、かつＳi,Ｃr量がＳi＜(18.7/Ｃr)-3.3の関係式を満
   たし、残部Ｆeおよび不可避的不純物からなり、硬さ HR
   C50以上に焼入れ焼もどし処理後、窒化処理されて使用
   することを特徴とするアルミ押出しダイス用鋼。