JPH06322483A - 焼入れ性とクリープ特性に優れた熱間工具鋼 - Google Patents

焼入れ性とクリープ特性に優れた熱間工具鋼

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JPH06322483A
JPH06322483A JP10669293A JP10669293A JPH06322483A JP H06322483 A JPH06322483 A JP H06322483A JP 10669293 A JP10669293 A JP 10669293A JP 10669293 A JP10669293 A JP 10669293A JP H06322483 A JPH06322483 A JP H06322483A
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JP
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hardenability
weight
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creep
tool steel
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JP10669293A
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English (en)
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Jiro Ichikawa
二朗 市川
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 大型の熱間押出用金型の素材として有用で、
SKD61に代わり得る熱間工具鋼を提供する。 【構成】 この焼入れ性とクリープ特性に優れる熱間工
具鋼は、C:0.30〜0.38重量%,Si:0.10〜0.
40重量%,Mn:0.60〜0.80重量%,Cr:5.4
0〜5.70重量%,Mo:1.50〜1.70重量%,V:
0.70〜0.85重量%を必須成分として含み、残部がF
eと不可避的不純物から成ることを特徴とし、SKD6
1に比べ、焼入れ性,クリープ特性で約2倍の特性向上
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は焼入れ性とクリープ特性
に優れた熱間工具鋼に関し、更に詳しくは、大型の熱間
押出用金型の素材として好適な熱間工具鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】各種の熱間工具鋼のうち、JIS SK
D61は優れた靱性と比較的高い焼入れ性を有し、かつ
低廉であるため、各種の熱間用金型の素材、とりわけA
lの熱間押出用金型の素材として広く用いられている。
ところで、Alの熱間押出においては、Al材の形状が
大型化しているが、そのことに伴って用いる金型もまた
大型化している。
【0003】しかしながら、上記したSKD61で金型
の大型化に対処しようとする場合には次のような問題が
生じてくる。すなわち、まず、金型の大型化に伴って用
いるSKD61の素材の形状も大型化するが、この大型
化した素材に通常の熱処理歪みを考慮した実用的な焼入
れを行うと、焼入れ冷却速度が遅くなり、その結果、焼
入れ後の組織にベイナイトが生成することである。
【0004】そのため、焼入れ・焼戻し後の素材では、
靱性,クリープ破断強度などの機械的特性の劣化が起こ
り、金型としての実使用時の早期の段階で、金型の割
れ,折れ,曲がりなどが発生して金型の使用寿命が短く
なる。また、金型が大型化すると、その金型の局部では
複雑な負荷応力が増加するが、ベイナイトが生成してい
る素材は、前記したようにクリープ破断強度も低下して
いるので、クリープ不足に基づくクリープ変形や破断な
どが発生しやすくなり、このことも金型寿命を短くする
要因となる。
【0005】このように、熱間押出用金型の大型化に伴
い、従来から用いられていたSKD61では充分に対応
し切れないということが指摘されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、JISの規
定によれば、SKD61 は、C,Si,Mn,Cr,
Mo,Vを必須成分として所定量含有する合金鋼である
が、これら成分は合金鋼に対し次のような作用を及ぼす
ことが知られている。すなわち、これら成分のうち、C
含有量を増加させると、焼入れ性の向上を付与すること
ができる。しかし、他方ではクリープ特性の大幅な低下
が引き起こされる。また、Si含有量を増加させると、
クリープ特性は大幅に向上するが焼入れ性の低下と靱性
の大幅な低下が引き起こされる。更に、Mn含有量を増
加させると、焼入れ性の大幅な向上と並んでクリープ特
性の向上を実現することができる。
【0007】また、Cr含有量を増加させると、焼入れ
性は大幅に向上するが、しかし同時にクリープ特性は大
幅に低下する。更に、Mo含有量を増加させると、焼入
れ性の向上の外に、クリープ特性の大幅な向上と靱性の
大幅な向上を実現することができる。そして、V含有量
を増加させた場合は、クリープ特性の大幅な向上が得ら
れるものの他方では靱性の低下を引き起こす。
【0008】SKD61における上記各成分の働きを考
え、同時に、大型の熱間押出用金型の素材には、焼入れ
性が優れていること、クリープ特性が優れていること、
更に靱性が優れていることという特性が要求されること
を考えると、SKD61の組成において、Moの含有量
を増加させることが上記特性のいずれをも満足させると
いう点では有効であると判断することができる。
【0009】しかしながら、他方では、Mo含有量を増
加させるということは、得られる鋼種の製造コストが上
昇するという問題を引起し、工業的には不利となる。本
発明は、大型の熱間押出用金型の素材として用いたとき
のSKD61の上記した特性上の限界を解決し、製造コ
ストの引上げ要因であるMoの含有量を極力制限して
も、靱性はSKD61と同等であり、焼入れ性とクリー
プ特性はSKD61よりも著しく優れており、かつ製造
コストはSKD61より若干高くなる程度である新規な
組成の熱間工具鋼の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者は、Moの含有
量を極力抑制した状態でSKD61の各成分の組成比を
変化させることにより、焼入れ性とクリープ特性と靱性
が優れた鋼種を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、Si
とMnの含有量を後述する範囲に設定すると、Moの含
有量をSKD61の場合に比べてそれほど増加させなく
ても、靱性はSKD61と同等であり、焼入れ性は約5
0%向上し、またクリープ特性は約2倍の値を示し、同
時に製造コストはSKD61の製造コストの1.1倍程度
になる鋼種が得られるとの事実を見出し、本発明の焼入
れ性とクリープ特性に優れた熱間工具鋼を開発するに至
った。
【0011】すなわち、本発明の焼入れ性とクリープ特
性に優れた熱間工具鋼は、C:0.30〜0.38重量%,
Si:0.10〜0.40重量%,Mn:0.60〜0.80重
量%,Cr:5.40〜5.70重量%,Mo:1.50〜1.
70重量%,V:0.70〜0.85重量%を必須成分とし
て含み、残部がFeと不可避的不純物から成ることを特
徴とする。
【0012】本発明の熱間工具鋼において、Cは焼入れ
性の向上に資する成分であり、その含有量は0.30〜0.
38重量%に設定される。含有量を0.30重量%より少
なくすると、所要の硬度が得られなくなるとともに焼入
れ性が悪くなってベイナイトの生成が起こり始め、また
0.38重量%より多くすると、クリープ破断時間が短く
なってクリープ特性の劣化が引き起こされる。好ましい
含有量は0.32〜0.37重量%である。
【0013】Siは、Mo含有量が抑制された状態にあ
ってもクリープ特性を向上させる働きをする成分であ
り、その含有量は0.10〜0.40重量%に設定される。
含有量を0.10重量%より少なくするとクリープ特性が
劣化するので、目標特性の鋼種を得るためには、Mo含
有量を更に増量しなければならず、その結果、製造コス
トの上昇を招くことになる。また、含有量が0.40重量
%より多い場合には、靱性の低下が引き起こされるの
で、同じくMo含有量の更なる増量が必要になってしま
う。好ましい含有量は0.14〜0.35重量%である。
【0014】Mnは、Siと同じように、Mo含有量が
抑制された状態にあっても、焼入れ性と靱性の向上に資
する成分であり、その含有量は、0.60〜0.80重量%
に設定される。Mnの含有量が0.60重量%より少ない
場合は、とくにクリープ特性の低下が引き起こされるの
で、目標特性を得るためには、Mo含有量の増量が必要
となり、また0.80重量%より多くしてもクリープ特性
は飽和に達してしまい、徒らに製造コストの上昇を招く
ことになる。好ましい含有量は0.65〜0.75重量%で
ある。
【0015】Crは、焼入れ性の向上に資する成分であ
り、その含有量は5.40〜5.70重量%に設定される。
含有量を5.40重量%より少なくすると、充分な焼入れ
性が得られず、また5.70重量%より多くすると、クリ
ープ特性の著しい低下が引き起こされる。好ましい含有
量は5.45〜5.65重量%である。
【0016】Moは、焼入れ性,クリープ特性,靱性の
向上に資する成分であり、Si,Mnが上記した範囲の
含有量であることによって、Moの含有量を1.50〜1.
70重量%に設定しても目的とする特性を得ることがで
きる。含有量を1.50重量%より少なくするとクリープ
特性が大幅に低下し、また、1.70重量%より多くする
と、確かに上記した特性は更に向上するが、製造コスト
の上昇が引き起こされる。好ましい含有量は1.55〜1.
70重量%である。
【0017】Vは主としてクリープ特性の向上に資する
成分であり、その含有量は0.70〜0.85重量%に設定
される。含有量が0.70重量%より少ない場合はクリー
プ特性が満足すべき値にならず、また0.85重量%より
多くすると靱性の低下が引き起こされる。好ましい含有
量は0.75〜0.85重量%である。
【0018】本発明の熱間工具鋼は、上記した成分を必
須として成るが、更に被削性を高めるために、Sを含有
させることが好ましい。Sの含有量が少なすぎると、満
足すべき被削性が得られず、また含有量が多過ぎると、
靱性及びクリープ特性の著しい低下を招くので、Sの含
有量は0.0020〜0.0080重量%に設定することが
好ましい。
【0019】
【実施例】
実施例1,2,比較例1〜4 表1に示した組成の各種合金鋼を真空高周波誘導炉で溶
製し、直径250mmに熱間加工したのち球状化焼鈍処理
を施した。これらの鋼塊につき、下記の仕様で焼入れ
性,クリープ特性,靱性および製造コストを調査した。
【0020】焼入れ性:1030℃で30分のオーステ
ナイト化条件により、熱膨張法により連続冷却時のベイ
ナイト変態の開始ノーズ時間(min)を測定した。この時
間が長いほど焼入れ性に優れていることを表す。 クリープ特性:1030℃から空冷焼入れしたのちHR
C47に焼戻した各鋼材につき、温度500℃,応力9
5kgf/mm2 で高温クリープ破断試験を行ない、破断時間
(hr)を測定した。この時間が長いほどクリープ特性に
優れていることを表す。
【0021】靱 性:1030℃から空冷焼入れした
のちHRC47に焼戻した各鋼材につき、室温下で2mm
Uシャルピー衝撃値(kgf・m/cm2)を測定した。この値が
大きいほど靱性が優れていることを表す。 製造コスト:比較例1の鋼塊(SKD61)の製造コス
トを100としたときの各鋼塊の相対値として示した。
【0022】以上の結果を一括して表1に示した。
【0023】
【表1】
【0024】表の結果から明らかなように、本発明の鋼
種は、SKD61に比べて、ベイナイト変態のノーズ開
の時間は2倍以上であって焼入れ性が優れ、またクリー
プ破断時間は2倍であってクリープ特性に優れ、更にシ
ャルピー衝撃値も 倍の値であって優れた靱性を備え
ている。そして、製造コストもSKD61の約10%増
程度でとどまっており、特性の向上に比べて安価な素材
になっている。
【0025】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
熱間工具鋼は、Mo含有量がSKD61より若干多い程
度であるにもかかわらず、焼入れ性,クリープ特性,靱
性はいずれも優れていて、しかも低コストで製造でき
る。したがって、本発明の熱間工具鋼は、大型の熱間押
出用金型、とりわけ大型Al押出用金型の素材として有
用であり、その工業的価値は大である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.30〜0.38重量%,Si:0.1
    0〜0.40重量%,Mn:0.60〜0.80重量%,C
    r:5.40〜5.70重量%,Mo:1.50〜1.70重量
    %,V:0.70〜0.85重量%を必須成分として含み、
    残部がFeと不可避的不純物から成ることを特徴とす
    る、焼入れ性とクリープ特性に優れた熱間工具鋼。
  2. 【請求項2】 更に、S:0.0020〜0.0080重量
    %を含む請求項1の焼入れ性とクリープ特性に優れた熱
    間工具鋼。
JP10669293A 1993-05-07 1993-05-07 焼入れ性とクリープ特性に優れた熱間工具鋼 Pending JPH06322483A (ja)

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