JPH05279800A - 放電加工性および被切削性にすぐれた金型用鋼 - Google Patents

放電加工性および被切削性にすぐれた金型用鋼

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JPH05279800A
JPH05279800A JP4238337A JP23833792A JPH05279800A JP H05279800 A JPH05279800 A JP H05279800A JP 4238337 A JP4238337 A JP 4238337A JP 23833792 A JP23833792 A JP 23833792A JP H05279800 A JPH05279800 A JP H05279800A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プレス型に要求される高い硬度を有し、しか
も放電加工性およひ被切削性にすぐれた金型用鋼を提供
することである。 【構成】 本発明は、重量%で、C 0.05〜0.45%、Si
2.0%以下、Mn 2.0%以下、Ni 0.5〜4.0%、Cr 10.0〜1
5.0%、WおよびMoの1種または2種を1/2W+Moで換
算して0.2〜1.0%、Al 0.5〜4.0%またはCu 0.5〜3.0
%、好ましくはさらにS 0.02〜0.20%を含有し、残部Fe
および不可避的不純物からなることを特徴とする放電加
工性および被切削性にすぐれた金型用鋼である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高硬度を有しながら、
すぐれた放電加工性と被切削性を併せ持つ金型、特にプ
レス型用鋼に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来プレス型としては、炭素工具鋼(J
IS規格SK)からJIS規格SKS、SKT,SKD
および最も高合金の高速度工具鋼まで種々の合金工具鋼
が使用されている。近年、プレス成形における製品の複
雑化に伴い、切削などの機械加工の容易な被切削性にす
ぐれた鋼が要求されるようになり、特開昭52−138
011号公報に記載されるような被切削性を向上する元
素としてSやCa等を添加した快削鋼が使用されるよう
になった。また、切削などの機械加工に加えて、特開昭
52−114418号公報に記載されるようなワイヤ放
電加工(ワイヤカットと称する)および電極による放電
加工もプレス型の加工に使用されるようになってきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】最近、プレス型に用い
る鋼に対して、プレス型へ加工後、焼入れ焼もどしの熱
処理を行なう必要がない高硬度と被切削性を両立させた
いわゆるプリハードン鋼が要求されている。被切削性を
改善したプリハードン鋼としては、プラスチック成形用
金型に用いる鋼として特公昭52−1372号公報に記
載の低C−Mn−低Cr−Mo−S−Fe系あるいは特公昭
56−21063号、特公昭57−11945号および
特公昭62−34828号公報に記載の低C−Mn−低
Cr−Mo−Cu−S−Fe系の被切削性にすぐれた鋼が知
られている。しかし、このようなプリハードン鋼は被切
削性をという点ではすぐれた材料であるが、プレス型に
要求される高い硬度やすぐれた放電加工性を有するもの
ではなかった。本発明の目的は、プレス型に要求される
高い硬度を有し、しかもすぐれた放電加工性および被切
削性にすぐれた金型用鋼を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、基地中に
Crを多量(10.0〜15.0%)に含有させることにより、熱伝
導性を低下させ、熱の拡散を抑えてワイヤカット等の放
電加工等の処理速度を従来鋼よりも速めることが可能で
あることを見出した。また、AlまたはCuを添加して基
地中にNi−Al金属間化合物またはFe-Cu固溶体を析
出させることにより、良好な放電加工性を保ったままHR
C44以上の高硬度が得られ、さらにこれら上記Ni−Al
金属間化合物またはFe-Cu固溶体の析出により、基地
の延性を低めて被切削性を良好にすることを可能にでき
ることを見出した。
【0005】すなわち本発明は、重量%で、C 0.05〜
0.45%、Si 2.0%以下、Mn 2.0%以下、Ni 0.5〜4.0%、
Cr 10.0〜15.0%、WおよびMoの1種または2種を1/2
W+Moで換算して0.2〜1.0%、Al 0.5〜4.0%、残部Fe
および不可避的不純物からなることを特徴とする放電加
工性および被切削性にすぐれた金型用鋼である。本発明
において、Alは上述したようにNi−Al金属間化合物
を形成し、高硬度と基地の延性を低める元素であるが、
Alに変えてCuを0.5〜3.0%添加してもFe-Cu固溶体の
析出により高硬度と基地の延性を低めることができる。
また、Al 0.5〜4.0%およびCu 0.5〜3.0%を複合で添加
することにより、AlあるいはCuを単独で添加する場合
に比べ、さらに基地の延性を低下させることができ、被
切削性を向上させることができる。また、Sを0.02〜0.
20%添加することにより、MnSを基地中に分散させ、さ
らに被切削性を向上させることができる。
【0006】
【作用】次に本発明鋼の成分限定の理由について述べ
る。Cは、Cr,W,Moとともに炭化物を形成して、本発
明鋼の強度を付与する重要な元素である。添加し過ぎる
と大きな残留炭化物を形成して被切削性を悪くするので
0.45%以下とし、少なすぎると上記効果が得られないの
で0.05%以上とする。Siは、本発明鋼の脱酸剤として添
加され、多すぎると機械的性質が劣化するので2.0%以下
とする。MnもSi同様脱酸剤として添加されるが、多す
ぎると基地の粘性が増大し、被切削性が悪くなるので2.
0%以下とする。Niは、Alとともに金属間化合物を形成
して基地中に析出し、本発明鋼に高硬度を付与し、さら
に基地の延性を適度に減じ、良好な被切削性を与える極
めて重要な元素である。多すぎると基地の粘性が増大
し、被切削性が低下するので4.0%以下とし、少ないと上
記効果が得られないので0.5%以上とする。
【0007】WおよびMoは、いずれも炭化物を形成し
て、本発明材に強度を与える点で同一の作用があり、単
独または複合で添加する元素である。添加し過ぎると被
切削性が悪くなるので、1/2W+Moで1.0%以下とし、少
ないと上記添加の効果がないので0.2%以上とする。S
は、MnSなどの硫化物を形成し、基地中に分散して、
機械加工の切削性を良好にする元素である。少なすぎる
と被切削性に影響を及ぼさないので0.02%以上とし、多
すぎると機械的性質が劣化するので0.20%以下が好まし
い。Alは、NiとともにNi−Alの金属間化合物を形成
し、基地中に析出することにより、高硬度を示すのに寄
与し、また基地の延性も低めるため、機械加工における
被切削性を良好にする元素である。少なすぎると添加の
効果が得られないので0.5%以上とし、多すぎると延性が
低下して靭性が不足するので4.0%以下とする。
【0008】Cuは、Fe-Cu固溶体を基地中に析出さ
せ、高硬度を示すのに寄与し、また基地の延性も低める
ため、機械加工における被切削性を良好にする元素であ
る。少なすぎると上記添加の効果がなく0.5%以上とし、
多すぎると熱間加工性が悪くなるので3.0%以下とする。
Crは、本発明鋼の放電加工性を良好にする極めて重要
な元素である。また、耐食性および耐発錆性を良好にす
る効果があり、少なすぎると上記添加の効果がなく、多
すぎると高硬度が得られなくなるので10.0〜15.0%とす
る。
【0009】
【実施例】
(実施例1)表1および表2に本発明鋼である試料No.1
〜27の化学組成を示す。また、比較例として低C−Mn
−低Cr−Mo−S−Fe系のNo.28と、低C−Mn−低C
r−Mo−Cu−S−Fe系のNo.29の化学組成も同時に表
2に示す。表1および表2に示す組成の本発明の鋼を10
00〜1050℃で焼入れし、500〜560℃の焼もどしを行な
い、HRC45を目標に調整した。なお、比較鋼である試料
No.28および29については、HRC45の値は熱処理条件を
変えても得られないため、最高硬さに調整した。実際に
得られた硬さを表1および表2に示す。放電加工の一例
として、ワイヤカットを施した時の処理速度を評価する
ために、表4に示す条件により、図4に示す寸法でφ20
mmの2穴の形状にカットした。得られたワイヤカットに
よる加工時間を表3に示す。Cr量を10〜15重量%含有し
た本発明の鋼である試料No.1〜27は、低Crの比較例の
試料No.28および試料No.29に比較して、ワイヤカット
時間が大幅に短縮されていることがわかる。次に本発明
鋼の被切削性を評価するためにφ10mm、2枚刃の高速度
工具鋼よりなるエンドミルで切込み深さ 10mm、幅 2mm
で切削試験を行なった。被切削性はエンドミルの刃先が
0.5mm摩耗した時を工具寿命として、工具寿命までの切
削長さを測定した。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】
【0012】本発明鋼である試料No.1〜27および比較
例である試料No.29の被切削性を、比較例である試料N
o.28の工具寿命までの切削長さを100とした被切削性指
数を用いて評価した。結果を表3に示す。従来、高Cr
を含有したFe基合金は、被切削性が悪いとされていた
が、本発明の鋼の場合は、低C−高Cr−Feの基地にN
i−Al金属間化合物あるいはFe-Cu固溶体を析出さ
せ、基地の延性を適度に減じることにより、被切削性の
高い鋼とされる比較例である試料No.28,29と比べて
も、硬さがHRC45程度と高いにもかかわらず、同等の被
切削性を得ることができた。また、AlまたはCuを単独
で添加した本発明鋼である試料No.1ないし8に比較し
て、Al,Cuを複合で添加した試料No.9ないし12は良好
な被切削性を示している。さらに、Al,CuおよびSを
複合で添加した本発明例である試料No.21ないし27は、
Sを含まない本発明鋼である試料No.9ないし12よりも
被切削性がすぐれていることがわかる。したがって、N
i−Al金属間化合物およびFe-Cu固溶体の複合の析出
による基地の延性の低減、さらに基地中にMnSを分散
させることの組合せにより、被切削性が大幅に向上した
ことを示している。
【0013】
【表3】
【0014】
【表4】
【0015】(実施例2)重量%でC 0.15%、Si 0.5
%、Mn 1.2%、Ni 3.0%、Mo 0.5%、Al 1.0%、Cu 2.0
%、Cr 2〜17%、残部Feよりなる化学組成の鋼を製造
し、実施例1と同様の熱処理によりHRC45を目標に硬さ
を調整した。これらの鋼を実施例1と同様にワイヤカッ
トを行ない、Cr量に対する放電加工性を評価した。結
果を図1に示す。図1に示すように、Cr量を10%以上に
することによりワイヤカットの時間が大幅に短縮できる
ことがわかった。なお、図1中のCrを17%含む試料は、
HRC43.7にしか調整できず、Cr量を添加しすぎて硬さが
不足し好ましくないものであった。
【0016】(実施例3)重量%でC 0.15%、Si 0.5
%、Mn 1.3%、Ni 3.0%、Mo 0.5%、Cr 13%、Cu1.0
%、Al 0〜4%、残部Feよりなる化学組成の鋼を製造
し、実施例1と同様の熱処理によりHRC45を目標に硬さ
を調整した。これらの鋼を実施例1と同様にエンドミル
による切削試験を行ない、被切削性指数を求めた。結果
を図2に示す。図2に示すように、Alの添加により被
切削性指数が著しく改善され、すぐれた被切削性が得ら
れることがわかる。なお、4.0%以上となると靭性が低下
し、プレス型として使用中に割れが発生し好ましくなか
った。
【0017】(実施例4)重量%でC 0.20%、Si 0.5
%、Mn 1.2%、Ni 1.0%、Mo 0.5%、Cr 13%、Cu0〜3
%、Al 0.5%、残部Feよりなる化学組成の鋼を製造し、
実施例1と同様の熱処理によりHRC45を目標に硬さを調
整した。これらの鋼を実施例1と同様にエンドミルによ
る切削試験を行ない、被切削性指数を求めた。結果を図
3に示す。図3に示すように、Cuの添加により被切削
性指数が著しく改善され、すぐれた被切削性が得られ
た。なお、Cuを3.0%を越えて含有させると、熱間加工
性が劣化してプレス型製造工程中に割れが発生しやすく
なり好ましくないものであった。
【0018】
【発明の効果】本発明は、HRC44以上の高硬度を有しな
がら、被切削性が良好であり、かつ放電加工性が良好で
あるため、特にプレス型に使用する鋼として極めて有用
である。本発明の鋼をプレス型に使用すれば、型加工の
所要時間の短縮が可能であり、また高硬度であることか
ら高寿命であることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明鋼のCr含有量と放電加工性の関係を示
す図である。
【図2】本発明鋼のAl含有量と被切削性の関係を示す
図である。
【図3】本発明鋼のCu含有量と被切削性の関係を示す
図である。
【図4】本発明の放電加工性の評価に用いたワイヤカッ
トによる加工方法を示す図である。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C 0.05〜0.45%、Si 2.0%以
    下、Mn 2.0%以下、Ni 0.5〜4.0%、Cr 10.0〜15.0%、
    WおよびMoの1種または2種を1/2W+Moで換算して
    0.2〜1.0%、Al 0.5〜4.0%、残部Feおよび不可避的不
    純物からなることを特徴とする放電加工性および被切削
    性にすぐれた金型用鋼。
  2. 【請求項2】 重量%で、C 0.05〜0.45%、Si 2.0%以
    下、Mn 2.0%以下、Ni 0.5〜4.0%、Cr 10.0〜15.0%、
    WおよびMoの1種または2種を1/2W+Moで換算して
    0.2〜1.0%、Cu 0.5〜3.0%、残部Feおよび不可避的不
    純物からなることを特徴とする放電加工性および被切削
    性にすぐれた金型用鋼。
  3. 【請求項3】 重量%で、C 0.05〜0.45%、Si 2.0%以
    下、Mn 2.0%以下、Ni 0.5〜4.0%、Cr 10.0〜15.0%、
    WおよびMoの1種または2種を1/2W+Moで換算して
    0.2〜1.0%、Al 0.5〜4.0%、Cu 0.5〜3.0%、残部Feお
    よび不可避的不純物からなることを特徴とする放電加工
    性および被切削性にすぐれた金型用鋼。
  4. 【請求項4】 重量%で、C 0.05〜0.45%、Si 2.0%以
    下、Mn 2.0%以下、Ni 0.5〜4.0%、Cr 10.0〜15.0%、
    WおよびMoの1種または2種を1/2W+Moで換算して
    0.2〜1.0%、S 0.02〜0.20%、Al 0.5〜4.0%、残部Fe
    および不可避的不純物からなることを特徴とする放電加
    工性および被切削性にすぐれた金型用鋼。
  5. 【請求項5】 重量%で、C 0.05〜0.45%、Si 2.0%以
    下、Mn 2.0%以下、Ni 0.5〜4.0%、Cr 10.0〜15.0%、
    WおよびMoの1種または2種を1/2W+Moで換算して
    0.2〜1.0%、S 0.02〜0.20%、Cu 0.5〜3.0%、残部Fe
    および不可避的不純物からなることを特徴とする放電加
    工性および被切削性にすぐれた金型用鋼。
  6. 【請求項6】 重量%で、C 0.05〜0.45%、Si 2.0%以
    下、Mn 2.0%以下、Ni 0.5〜4.0%、Cr 10.0〜15.0%、
    WおよびMoの1種または2種を1/2W+Moで換算して
    0.2〜1.0%、S 0.02〜0.20%、Al 0.5〜4.0%、Cu 0.5
    〜3.0%、残部Feおよび不可避的不純物からなることを
    特徴とする放電加工性および被切削性にすぐれた金型用
    鋼。
  7. 【請求項7】 HRC44.0以上の硬さを有することを特徴
    とする請求項1ないし6に記載の放電加工性および被切
    削性にすぐれた金型用鋼。
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