JPH07232256A - マルテンサイト熱間加工工具鋼ダイブロック物体及び製造方法 - Google Patents
マルテンサイト熱間加工工具鋼ダイブロック物体及び製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】 ガス微粒化により予め合金化された合金粒子
を完全な密度に成形して成型体となし、成型体を望まれ
た形に熱間加工し、焼鈍し、加熱及び冷却により硬化さ
せてマルテンサイト構造を形成させ、焼もどしてマルテ
ンサイト熱間加工工具鋼ダイブロック物体をえるその物
体組成は、重量％で0.３２〜0.４５％の炭素、0.２０〜
2.００％のマンガン、0.０５〜0.３０％の硫黄、0.０３
％までのリン、0.８０〜1.２０％のケイ素、4.７５〜5.
７０％のクロム、1.１０〜1.７５％のモリブデン、0.８
０〜1.２０％のバナジウム、残り鉄及び付随的不純物よ
りなっている。 【効果】 衝撃靭性、機械加工性及び耐熱疲労の改良さ
れた組合せをもつマルテンサイト熱間加工工具鋼ダイブ
ロックがえられる。
を完全な密度に成形して成型体となし、成型体を望まれ
た形に熱間加工し、焼鈍し、加熱及び冷却により硬化さ
せてマルテンサイト構造を形成させ、焼もどしてマルテ
ンサイト熱間加工工具鋼ダイブロック物体をえるその物
体組成は、重量％で0.３２〜0.４５％の炭素、0.２０〜
2.００％のマンガン、0.０５〜0.３０％の硫黄、0.０３
％までのリン、0.８０〜1.２０％のケイ素、4.７５〜5.
７０％のクロム、1.１０〜1.７５％のモリブデン、0.８
０〜1.２０％のバナジウム、残り鉄及び付随的不純物よ
りなっている。 【効果】 衝撃靭性、機械加工性及び耐熱疲労の改良さ
れた組合せをもつマルテンサイト熱間加工工具鋼ダイブ
ロックがえられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属ダイカスティング
ダイ成分及び他の熱間道具細工成分に使用された高度に
機械加工でき予め硬化されたマルテンサイト鋼物体及び
その製造法に関するものである。
ダイ成分及び他の熱間道具細工成分に使用された高度に
機械加工でき予め硬化されたマルテンサイト鋼物体及び
その製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウムの様な軽金属を含めダイカ
スティング及び熱間加工工具細工成分の他のタイプのた
め使用されたダイ成分製造の代表的方法は、熱間加工工
具鋼ダイブロックから成分を仕上寸法に近似にあらまし
機械加工すること、冷却及び熱処理の焼もどしタイプに
よりあらまし機械加工された成分を硬化すること及び最
終に仕上げ寸法に硬化された成分を機械加工することよ
りなっている。そのように製造されたダイ成分の耐久度
と寿命は、この製造処理の２つの特徴、即ち、成分を硬
化するため使用された冷却速度及び成分の仕上機械加工
に使用された技術により有意に影響される。
スティング及び熱間加工工具細工成分の他のタイプのた
め使用されたダイ成分製造の代表的方法は、熱間加工工
具鋼ダイブロックから成分を仕上寸法に近似にあらまし
機械加工すること、冷却及び熱処理の焼もどしタイプに
よりあらまし機械加工された成分を硬化すること及び最
終に仕上げ寸法に硬化された成分を機械加工することよ
りなっている。そのように製造されたダイ成分の耐久度
と寿命は、この製造処理の２つの特徴、即ち、成分を硬
化するため使用された冷却速度及び成分の仕上機械加工
に使用された技術により有意に影響される。
【０００３】ＡＩＳＩ熱間加工工具鋼に対し、長い仕事
寿命に必要なマルテンサイトミクロ構造を生じるよう急
速な冷却速度が要求されている。遅い冷却速度は、サイ
ズ変化及びあらまし機械加工された成分のゆがみを最小
にし、仕上げ機械加工操作の量、過酷さ及びコストを減
じる。然しながら、遅い冷却速度は、又仕事寿命を減じ
る。それが鋼のミクロ構造に非マルテンサイト構造を誘
導するからである。冷却され、あらまし機械加工された
ダイ成分のサイズ変化とゆがみは、最適急速冷却された
マルテンサイトミクロ構造を保持して予め硬化された熱
間加工工具鋼ダイブロックからダイ成分を製造すること
により消去されえる。
寿命に必要なマルテンサイトミクロ構造を生じるよう急
速な冷却速度が要求されている。遅い冷却速度は、サイ
ズ変化及びあらまし機械加工された成分のゆがみを最小
にし、仕上げ機械加工操作の量、過酷さ及びコストを減
じる。然しながら、遅い冷却速度は、又仕事寿命を減じ
る。それが鋼のミクロ構造に非マルテンサイト構造を誘
導するからである。冷却され、あらまし機械加工された
ダイ成分のサイズ変化とゆがみは、最適急速冷却された
マルテンサイトミクロ構造を保持して予め硬化された熱
間加工工具鋼ダイブロックからダイ成分を製造すること
により消去されえる。
【０００４】一般的な、再硫化されたＡＩＳＩ H１３熱
間加工工具鋼から作られた予め硬化されたダイブロック
は、現在入手できる。鋼における硫黄の添加は、ダイ鋳
造使用に必要な高い硬度でそれを機械加工できるように
している（３５〜５０HRC)。然しながら、現在入手可能
な予め硬化されたダイブロックから作られたダイ成分
は、耐用年数が短かい。鋼に存在する硫黄が、耐熱疲労
性及び衝撃靭性を減じ、ダイ耐久度及びダイ耐用年数を
減じているからである。図１及び図２は、文献〔Ｈ−１
３鋼の耐久度における硫黄の効果〕から抜粋され、ＡＩ
ＳＩ H１３熱間加工工具鋼の耐熱疲労における高硫黄含
量の好ましからぬ効果を示している。
間加工工具鋼から作られた予め硬化されたダイブロック
は、現在入手できる。鋼における硫黄の添加は、ダイ鋳
造使用に必要な高い硬度でそれを機械加工できるように
している（３５〜５０HRC)。然しながら、現在入手可能
な予め硬化されたダイブロックから作られたダイ成分
は、耐用年数が短かい。鋼に存在する硫黄が、耐熱疲労
性及び衝撃靭性を減じ、ダイ耐久度及びダイ耐用年数を
減じているからである。図１及び図２は、文献〔Ｈ−１
３鋼の耐久度における硫黄の効果〕から抜粋され、ＡＩ
ＳＩ H１３熱間加工工具鋼の耐熱疲労における高硫黄含
量の好ましからぬ効果を示している。
【０００５】同様に、図３もこの文献からのものであ
り、ＡＩＳＩ H１３の動的破壊靭性における硫黄含量増
加の好しからぬ効果を示している。この文献は、「0.０
２８％を越すＨ−１３鋼の高硫黄レベルが耐熱疲労性を
減じ、ダイカスティングダイ使用のため硬化されたＨ−
１３鋼の破壊靭性が、鋼の硫黄含量を、0.００３から0.
００８に、0.０１４に、0.０２８〜0.０７５％Ｓ範囲に
上昇することにより確実に減ぜられる。この挙動は、高
硫黄レベルにより生じた介在物の効果に帰されてい
る。」と結論している。文献における研究の結果への応
答において、及びダイカスティングダイでの減じた耐熱
疲労から生じる重要な経済的衝撃のため、北米ダイカス
ティング協会（North American Die Casting Associati
on) は、ＡＩＳＩ H１３の硫黄含量を限定し、ダイカス
ティングダイ使用のための硫黄含量は最大0.００５重量
％であるとした。
り、ＡＩＳＩ H１３の動的破壊靭性における硫黄含量増
加の好しからぬ効果を示している。この文献は、「0.０
２８％を越すＨ−１３鋼の高硫黄レベルが耐熱疲労性を
減じ、ダイカスティングダイ使用のため硬化されたＨ−
１３鋼の破壊靭性が、鋼の硫黄含量を、0.００３から0.
００８に、0.０１４に、0.０２８〜0.０７５％Ｓ範囲に
上昇することにより確実に減ぜられる。この挙動は、高
硫黄レベルにより生じた介在物の効果に帰されてい
る。」と結論している。文献における研究の結果への応
答において、及びダイカスティングダイでの減じた耐熱
疲労から生じる重要な経済的衝撃のため、北米ダイカス
ティング協会（North American Die Casting Associati
on) は、ＡＩＳＩ H１３の硫黄含量を限定し、ダイカス
ティングダイ使用のための硫黄含量は最大0.００５重量
％であるとした。
【０００６】高度に機械加工でき、予め硬化されたダイ
ブロックの使用から生じえる可能な工業的広いコスト節
減は、現在入手できる予め硬化されたダイブロックに固
有であるダイ成分寿命における減小により相殺されてい
る。それ故、ダイ耐久性及び寿命を損うことなく使用さ
れえる高度に機械加工でき、予め硬化されたマルテンサ
イト熱間加工工具鋼を必要としている。
ブロックの使用から生じえる可能な工業的広いコスト節
減は、現在入手できる予め硬化されたダイブロックに固
有であるダイ成分寿命における減小により相殺されてい
る。それ故、ダイ耐久性及び寿命を損うことなく使用さ
れえる高度に機械加工でき、予め硬化されたマルテンサ
イト熱間加工工具鋼を必要としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、衝撃靭性、機械加工性及び耐熱疲労の改良された組
合せをもつダイカスティングダイ成分及び他の熱間加工
工具細工成分に使用される高度に機械加工でき、予め硬
化されたマルテンサイト熱間加工工具鋼ダイブロックを
提供することであり、発明の他の関連した目的は、硫黄
の意図した添加を含んでいる予め合金化された粉末の成
型、熱間加工及び加熱処理により、これら特徴をもつ高
度に機械加工でき、予め硬化されたマルテンサイト鋼ダ
イブロックの製造法を提供することである。
は、衝撃靭性、機械加工性及び耐熱疲労の改良された組
合せをもつダイカスティングダイ成分及び他の熱間加工
工具細工成分に使用される高度に機械加工でき、予め硬
化されたマルテンサイト熱間加工工具鋼ダイブロックを
提供することであり、発明の他の関連した目的は、硫黄
の意図した添加を含んでいる予め合金化された粉末の成
型、熱間加工及び加熱処理により、これら特徴をもつ高
度に機械加工でき、予め硬化されたマルテンサイト鋼ダ
イブロックの製造法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段及作用】本発明により、ダ
イカスティング成分及び他の熱間加工工具細工成分の製
造における使用に適しているマルテンサイト熱間加工工
具鋼ダイブロック物体が提供されている。４４〜４６HR
C の硬度に熱処理されるとき、及び２２℃（７２゜F)及
び３１６℃（６００゜F)の両者でテストされるとき0.９
６kg−ｍ（５−foot−pounds) の最小横シャルピーＶ−
切りさき衝撃靭性（charpyV-notch impact toughness)
及び３５〜５０HRC の範囲の硬度を、物体は持ってい
る。物体は、0.０５〜0.３０重量％の硫黄を有する予め
合金化された粒子の熱間加工され、加熱処理され、完全
密に圧密されたマルテンサイト熱間加工工具鋼塊であ
る。好ましくは、物体は最長の方向で５０ミクロンの最
大サイズの硫化物粒子を有している。
イカスティング成分及び他の熱間加工工具細工成分の製
造における使用に適しているマルテンサイト熱間加工工
具鋼ダイブロック物体が提供されている。４４〜４６HR
C の硬度に熱処理されるとき、及び２２℃（７２゜F)及
び３１６℃（６００゜F)の両者でテストされるとき0.９
６kg−ｍ（５−foot−pounds) の最小横シャルピーＶ−
切りさき衝撃靭性（charpyV-notch impact toughness)
及び３５〜５０HRC の範囲の硬度を、物体は持ってい
る。物体は、0.０５〜0.３０重量％の硫黄を有する予め
合金化された粒子の熱間加工され、加熱処理され、完全
密に圧密されたマルテンサイト熱間加工工具鋼塊であ
る。好ましくは、物体は最長の方向で５０ミクロンの最
大サイズの硫化物粒子を有している。
【０００９】物体は、好ましくは、本質的に、重量％
で、0.３２〜0.４５％の炭素、0.２０〜2.００％のマン
ガン、0.０５〜0.３０％、好ましくは0.１５〜0.３０％
の硫黄、0.０３％までのリン、0.８０〜1.２０％のケイ
素、4.７５〜5.７０％のクロム、1.１０〜1.７５％のモ
リブデン、0.８０〜1.２０％のバナジウム、残り鉄及び
付随的不純物よりなり、表１に示されている。
で、0.３２〜0.４５％の炭素、0.２０〜2.００％のマン
ガン、0.０５〜0.３０％、好ましくは0.１５〜0.３０％
の硫黄、0.０３％までのリン、0.８０〜1.２０％のケイ
素、4.７５〜5.７０％のクロム、1.１０〜1.７５％のモ
リブデン、0.８０〜1.２０％のバナジウム、残り鉄及び
付随的不純物よりなり、表１に示されている。
【００１０】
【表１】
【００１１】交替に、予め合金化された粒子は、硫黄が
0.０５〜0.３０重量％の範囲内に添加されている加工さ
れたＡＩＳＩ熱間加工工具鋼の化学組成を包含するであ
ろう。加えて、予め合金化された粒子は、ダイカスティ
ング成分及び他の熱間加工工具細工成分としての使用に
適し、硫黄が0.０５〜0.３０重量％の範囲内に添加され
ている加工されたマルエージング鋼又は析出硬化鋼を包
含するであろう。
0.０５〜0.３０重量％の範囲内に添加されている加工さ
れたＡＩＳＩ熱間加工工具鋼の化学組成を包含するであ
ろう。加えて、予め合金化された粒子は、ダイカスティ
ング成分及び他の熱間加工工具細工成分としての使用に
適し、硫黄が0.０５〜0.３０重量％の範囲内に添加され
ている加工されたマルエージング鋼又は析出硬化鋼を包
含するであろう。
【００１２】予め合金化された粒子の使用で、硫黄は均
一にその内に分散される。かくして予め合金化された粒
子の完全密に圧密された塊に生じた硫化物は小さく、均
一に分散され、殆んどが一般に球状である。好ましく
は、発明により生じた圧密された物体における硫化物の
最大サイズは、その最大寸法で約５０ミクロン以下であ
る。かくして、ＡＩＳＩ H１３及び他の在来の加工鋼の
鋳造インゴット内に固有に存在する硫黄の偏析が消去さ
れ、これらインゴットから鍛造されたダイブロックにお
いて在来の比較的厚く、伸ばされた硫化物ストレンジャ
の存在が避けられている。
一にその内に分散される。かくして予め合金化された粒
子の完全密に圧密された塊に生じた硫化物は小さく、均
一に分散され、殆んどが一般に球状である。好ましく
は、発明により生じた圧密された物体における硫化物の
最大サイズは、その最大寸法で約５０ミクロン以下であ
る。かくして、ＡＩＳＩ H１３及び他の在来の加工鋼の
鋳造インゴット内に固有に存在する硫黄の偏析が消去さ
れ、これらインゴットから鍛造されたダイブロックにお
いて在来の比較的厚く、伸ばされた硫化物ストレンジャ
の存在が避けられている。
【００１３】予め合金化された粒子は、ここに定義され
たように、発明の範囲内の硫黄の存在する望まれた組成
物のガス微粒化により生成されるであろう。ガス微粒化
の使用により、発明の方法における使用に好ましい特性
の球状粒子が得られる。窒素が好ましい微粒化ガスであ
る。
たように、発明の範囲内の硫黄の存在する望まれた組成
物のガス微粒化により生成されるであろう。ガス微粒化
の使用により、発明の方法における使用に好ましい特性
の球状粒子が得られる。窒素が好ましい微粒化ガスであ
る。
【００１４】発明により、ダイカスティングダイ成分及
び他の熱間加工工具細工成分に使用されるであろう高度
に機械加工でき、予め硬化されたマルテンサイト熱間加
工工具鋼ダイ物体例えばダイブロックが、予め合金化さ
れた粒子の成型体から完全な密度への圧密、望まれた形
への成型体の熱間加工、そして熱処理により製造され
る。熱処理は焼鈍、加熱硬化及びマルテンサイト構造を
作る冷却、及び引続いての環境温度に中間冷却すること
での少くとも２重の焼きもどし処理を含む焼きもどしを
包含するであろう。
び他の熱間加工工具細工成分に使用されるであろう高度
に機械加工でき、予め硬化されたマルテンサイト熱間加
工工具鋼ダイ物体例えばダイブロックが、予め合金化さ
れた粒子の成型体から完全な密度への圧密、望まれた形
への成型体の熱間加工、そして熱処理により製造され
る。熱処理は焼鈍、加熱硬化及びマルテンサイト構造を
作る冷却、及び引続いての環境温度に中間冷却すること
での少くとも２重の焼きもどし処理を含む焼きもどしを
包含するであろう。
【００１５】発明の好ましい実施態様により、0.０５〜
0.３０重量％、好ましくは0.１５〜0.３０、の量におけ
る硫黄が、発明の方法の使用に適する組成物の溶融鋼に
添加され、それから溶融鋼が窒素ガス微粒化され、予め
合金化された粉末に作られる。粉末は低炭素鋼容器に充
填され、熱間脱ガスされ、溶接で密封される。充填され
た容器は、９８２℃（１８００゜F)〜１３１６℃（２４
００゜F)の温度範囲内、７００kg／cm2(１０，０００ps
i)以上の圧力で１２時間まで熱間均衡（isostatic)加圧
により完全密度に成形される。熱間均衡加圧後、成型体
は鍛造及び／又はローリングにより熱間加工され、９８
２℃（１８００゜F)〜１２３２℃（２２５０゜F)の加工
温度範囲を使ってスラブ（slab) 及びビレット（bille
t) を作る。
0.３０重量％、好ましくは0.１５〜0.３０、の量におけ
る硫黄が、発明の方法の使用に適する組成物の溶融鋼に
添加され、それから溶融鋼が窒素ガス微粒化され、予め
合金化された粉末に作られる。粉末は低炭素鋼容器に充
填され、熱間脱ガスされ、溶接で密封される。充填され
た容器は、９８２℃（１８００゜F)〜１３１６℃（２４
００゜F)の温度範囲内、７００kg／cm2(１０，０００ps
i)以上の圧力で１２時間まで熱間均衡（isostatic)加圧
により完全密度に成形される。熱間均衡加圧後、成型体
は鍛造及び／又はローリングにより熱間加工され、９８
２℃（１８００゜F)〜１２３２℃（２２５０゜F)の加工
温度範囲を使ってスラブ（slab) 及びビレット（bille
t) を作る。
【００１６】鍛造された生成物は、厚さ2.５４cm（inc
h) あたり約１時間、最低でも２時間、８４３℃（１５
５０゜F)及び９２７℃（１７００゜F)の間の温度に加熱
し、時間当り１０℃（５０゜F)以下の速度で室温に冷却
することにより焼なまされる。焼なまされたブロック
（block)は厚さ2.５４cm（inch) あたり約1/2 時間、９
８２℃及び１０６６℃（１８００及び１９５０゜F)の間
の温度に加熱することにより硬化され、１分当り−７℃
（２０゜F)の最小速度で、約６６℃（１５０゜F)に冷却
され、マルテンサイト構造を作る。約６６℃（１５０゜
F)の温度に達すると、ブロックは厚さ2.５４cm（inch)
当り約１時間、５３８℃（１０００゜F)〜６４９℃（１
２００゜F)の温度範囲内で２時間プラス２時間の最小で
直に２重焼もどされ、テンパーの間に環境温度に冷却さ
れる。低炭素鋼容器のなごりが、加熱処理後機械加工に
よりブロックから除かれる。
h) あたり約１時間、最低でも２時間、８４３℃（１５
５０゜F)及び９２７℃（１７００゜F)の間の温度に加熱
し、時間当り１０℃（５０゜F)以下の速度で室温に冷却
することにより焼なまされる。焼なまされたブロック
（block)は厚さ2.５４cm（inch) あたり約1/2 時間、９
８２℃及び１０６６℃（１８００及び１９５０゜F)の間
の温度に加熱することにより硬化され、１分当り−７℃
（２０゜F)の最小速度で、約６６℃（１５０゜F)に冷却
され、マルテンサイト構造を作る。約６６℃（１５０゜
F)の温度に達すると、ブロックは厚さ2.５４cm（inch)
当り約１時間、５３８℃（１０００゜F)〜６４９℃（１
２００゜F)の温度範囲内で２時間プラス２時間の最小で
直に２重焼もどされ、テンパーの間に環境温度に冷却さ
れる。低炭素鋼容器のなごりが、加熱処理後機械加工に
よりブロックから除かれる。
【００１７】「ＡＩＳＩ熱間加工工具鋼」は、クロム−
モリブデン熱間加工鋼、クロム−タングステン熱間加工
鋼、タングステン熱間加工鋼、及びモリブデン熱間加工
鋼として定義され、Ｈ１０、Ｈ１１及びＨ１２のような
クロム−モリブデン熱間加工鋼は、重量％で、0.３０〜
0.６０％の炭素、0.１０〜2.００％のマンガン、0.０３
％までのリン、0.３０〜2.００％のケイ素、2.００〜6.
００％のクロム、0.２０〜1.５０％のバナジウム、0.７
５〜3.５０％のモリブデン、2.００％までのニオブ、残
り鉄及び付随的不純物を含み；Ｈ１４、Ｈ１６、Ｈ１９
及びＨ２３のようなクロム−タングステン熱間加工鋼
は、重量％で、0.３０〜0.６０％の炭素、0.１０〜2.０
０％のマンガン、0.０３％までのリン、0.３０〜2.００
％のケイ素、2.００〜１3.００％のクロム、0.２０〜2.
５０％のバナジウム、3.００〜１3.００％のタングステ
ン、0.１０〜2.００％のモリブデン、0.５０〜5.００％
のコバルト、4.００％までのニオブ、残り鉄及び付随的
不純物を含み；Ｈ２０、Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２４、Ｈ２
５及びＨ２６のようなタングステン熱間加工鋼は、重量
％で、0.２０〜0.６０％の炭素、0.１０〜2.００％のマ
ンガン、0.０３％までのリン、0.１０〜1.００％のケイ
素、2.００〜6.００％のクロム、3.００％までのニッケ
ル、0.１０〜2.００％のバナジウム、5.００〜２0.００
％のタングステン、3.００％までのモリブデン、4.００
％までのコバルト、3.００％までのニオブ、残り鉄及び
付随的不純物を含み；Ｈ１５、Ｈ４１、Ｈ４２及びＨ４
３のようなモリブデン熱間加工鋼は、重量％で、0.１０
〜0.７０％の炭素、0.１０〜2.００％のマンガン、0.１
０〜1.００％のケイ素、2.００〜6.００％のクロム、3.
００％までのニッケル、0.５０〜3.００％のバナジウ
ム、8.００％までのタングステン、4.００〜１0.００％
のモリブデン、２6.００％までのコバルト、3.００％ま
でのニオブ、残り鉄及び付随的不純物を含んでいる。
モリブデン熱間加工鋼、クロム−タングステン熱間加工
鋼、タングステン熱間加工鋼、及びモリブデン熱間加工
鋼として定義され、Ｈ１０、Ｈ１１及びＨ１２のような
クロム−モリブデン熱間加工鋼は、重量％で、0.３０〜
0.６０％の炭素、0.１０〜2.００％のマンガン、0.０３
％までのリン、0.３０〜2.００％のケイ素、2.００〜6.
００％のクロム、0.２０〜1.５０％のバナジウム、0.７
５〜3.５０％のモリブデン、2.００％までのニオブ、残
り鉄及び付随的不純物を含み；Ｈ１４、Ｈ１６、Ｈ１９
及びＨ２３のようなクロム−タングステン熱間加工鋼
は、重量％で、0.３０〜0.６０％の炭素、0.１０〜2.０
０％のマンガン、0.０３％までのリン、0.３０〜2.００
％のケイ素、2.００〜１3.００％のクロム、0.２０〜2.
５０％のバナジウム、3.００〜１3.００％のタングステ
ン、0.１０〜2.００％のモリブデン、0.５０〜5.００％
のコバルト、4.００％までのニオブ、残り鉄及び付随的
不純物を含み；Ｈ２０、Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２４、Ｈ２
５及びＨ２６のようなタングステン熱間加工鋼は、重量
％で、0.２０〜0.６０％の炭素、0.１０〜2.００％のマ
ンガン、0.０３％までのリン、0.１０〜1.００％のケイ
素、2.００〜6.００％のクロム、3.００％までのニッケ
ル、0.１０〜2.００％のバナジウム、5.００〜２0.００
％のタングステン、3.００％までのモリブデン、4.００
％までのコバルト、3.００％までのニオブ、残り鉄及び
付随的不純物を含み；Ｈ１５、Ｈ４１、Ｈ４２及びＨ４
３のようなモリブデン熱間加工鋼は、重量％で、0.１０
〜0.７０％の炭素、0.１０〜2.００％のマンガン、0.１
０〜1.００％のケイ素、2.００〜6.００％のクロム、3.
００％までのニッケル、0.５０〜3.００％のバナジウ
ム、8.００％までのタングステン、4.００〜１0.００％
のモリブデン、２6.００％までのコバルト、3.００％ま
でのニオブ、残り鉄及び付随的不純物を含んでいる。
【００１８】「マルエージング鋼及び析出硬化鋼」は、
８１６℃（１５００゜F ）以上の温度で固溶焼鈍処理か
らの冷却後柔かなマルテンサイトミクロ構造を示し、４
８２℃（９００゜F ）以上の温度への加熱及び最小１時
間その温度に保持することにより、３５HRC 以上の硬度
に硬化されている鋼と定義されている。マルエージング
鋼及び析出硬化鋼は、ダイカスティングダイ成分及び他
の熱間加工工具細工成分としての使用に適し、重量％
で、0.２０％までの炭素、1.００％までのマンガン、0.
０４％までのリン、0.５０％までのケイ素、１9.００％
までのニッケル、１8.００％までのクロム、8.００％ま
でのモリブデン、6.００％までのタングステン、１1.０
０％までのコバルト、4.００％までの銅、2.００％まで
のニオブ、2.００％までのチタン、2.００％までのアル
ミニウム、残り鉄及び付随的不純物よりなっている。
８１６℃（１５００゜F ）以上の温度で固溶焼鈍処理か
らの冷却後柔かなマルテンサイトミクロ構造を示し、４
８２℃（９００゜F ）以上の温度への加熱及び最小１時
間その温度に保持することにより、３５HRC 以上の硬度
に硬化されている鋼と定義されている。マルエージング
鋼及び析出硬化鋼は、ダイカスティングダイ成分及び他
の熱間加工工具細工成分としての使用に適し、重量％
で、0.２０％までの炭素、1.００％までのマンガン、0.
０４％までのリン、0.５０％までのケイ素、１9.００％
までのニッケル、１8.００％までのクロム、8.００％ま
でのモリブデン、6.００％までのタングステン、１1.０
０％までのコバルト、4.００％までの銅、2.００％まで
のニオブ、2.００％までのチタン、2.００％までのアル
ミニウム、残り鉄及び付随的不純物よりなっている。
【００１９】
【実施例】現在入手できる予め硬化された熱間加工工具
鋼ダイブロックは、在来のインゴット治金を使って作ら
れている。それ自体、鋼は溶融され、インゴット型に鋳
造され、４５４kg（１０００pounds) 以上の重さのイン
ゴットが作られる。若し鋼が、約0.０１０重量％以上の
硫黄を含むなら、硫黄はインゴットの中心に向って偏析
し、鋼にある他の元素と結合し、溶融鋼が固化するとき
不連続の硫黄リッチ粒子（硫化物）を作り、えられたイ
ンゴットは硫黄の不均一分散を含んでいる。硫化物粒子
は展性があり、固化されたインゴットが引続き熱間鍛造
され又は熱間ロールされるとき、それらは鍛造及び／又
はローリングの方向に並行に伸ばされる。そのように生
成した硫化物ストレンジャーは、鋼における硫黄含量の
増加で多くなり厚くなる。
鋼ダイブロックは、在来のインゴット治金を使って作ら
れている。それ自体、鋼は溶融され、インゴット型に鋳
造され、４５４kg（１０００pounds) 以上の重さのイン
ゴットが作られる。若し鋼が、約0.０１０重量％以上の
硫黄を含むなら、硫黄はインゴットの中心に向って偏析
し、鋼にある他の元素と結合し、溶融鋼が固化するとき
不連続の硫黄リッチ粒子（硫化物）を作り、えられたイ
ンゴットは硫黄の不均一分散を含んでいる。硫化物粒子
は展性があり、固化されたインゴットが引続き熱間鍛造
され又は熱間ロールされるとき、それらは鍛造及び／又
はローリングの方向に並行に伸ばされる。そのように生
成した硫化物ストレンジャーは、鋼における硫黄含量の
増加で多くなり厚くなる。
【００２０】予め硬化された熱間加工工具鋼ダイブロッ
クのため、約0.１０重量％以上の硫黄含量が、熱間加工
工具細工使用に要求された比較的高い硬度で、存来のチ
ップを作る方法により鋼を機械加工できるようにするた
め、必要である（３５〜５０HRC)。この硫黄レベルで、
ダイブロックを作っている硫化物ストレンジャーは、図
４に示されたように、大変多く、厚い。図４のａ及びｂ
は、存来の予め硬化された熱間加工工具鋼のダイブロッ
クのミクロ構造の顕微鏡写真である。硬化されたダイブ
ロックの高機械加工性に帰着する多くの硫化物が存在す
るが、その長さ、巾及び形は、そのようなダイブロック
から製造した成分の衝撃靭性及び耐熱疲労における減少
を生じている。
クのため、約0.１０重量％以上の硫黄含量が、熱間加工
工具細工使用に要求された比較的高い硬度で、存来のチ
ップを作る方法により鋼を機械加工できるようにするた
め、必要である（３５〜５０HRC)。この硫黄レベルで、
ダイブロックを作っている硫化物ストレンジャーは、図
４に示されたように、大変多く、厚い。図４のａ及びｂ
は、存来の予め硬化された熱間加工工具鋼のダイブロッ
クのミクロ構造の顕微鏡写真である。硬化されたダイブ
ロックの高機械加工性に帰着する多くの硫化物が存在す
るが、その長さ、巾及び形は、そのようなダイブロック
から製造した成分の衝撃靭性及び耐熱疲労における減少
を生じている。
【００２１】不均一の分布を消去し、硫化物粒子のサイ
ズを最小にするため、及びそれによる衝撃靭性及び耐熱
疲労における負の効果を最小にするため、ダイブロック
は、硬化された状態で良好な機械加工性に必要な高硫黄
レベルを含んでいる予め合金化された粉末の、圧密熱間
加工、及び熱処理により作られえる。加えて、発明によ
る製造の方法を使って、現在入手できる予め硬化された
熱間加工工具鋼ダイブロックに使用されるであろうもの
よりも高い硫黄レベルでさえ、衝撃靭性又は耐熱疲労を
減じることなく硬化されたダイブロックの機械加工性を
更に改良するため使用されるであろう。
ズを最小にするため、及びそれによる衝撃靭性及び耐熱
疲労における負の効果を最小にするため、ダイブロック
は、硬化された状態で良好な機械加工性に必要な高硫黄
レベルを含んでいる予め合金化された粉末の、圧密熱間
加工、及び熱処理により作られえる。加えて、発明によ
る製造の方法を使って、現在入手できる予め硬化された
熱間加工工具鋼ダイブロックに使用されるであろうもの
よりも高い硫黄レベルでさえ、衝撃靭性又は耐熱疲労を
減じることなく硬化されたダイブロックの機械加工性を
更に改良するため使用されるであろう。
【００２２】発明の原理を論証するため、実験のダイブ
ロック系が作られ、機械的、機械加工性及び熱疲労テス
トが行われた。市販の存来の予め硬化された熱間加工工
具鋼ダイブロックも比較のため同じテストが行われた。
実験ダイブロック及び市販の存来の予め硬化されたダイ
ブロックの化学組成が表２に与えられている。
ロック系が作られ、機械的、機械加工性及び熱疲労テス
トが行われた。市販の存来の予め硬化された熱間加工工
具鋼ダイブロックも比較のため同じテストが行われた。
実験ダイブロック及び市販の存来の予め硬化されたダイ
ブロックの化学組成が表２に与えられている。
【００２３】
【表２】
【００２４】実験ダイブロックは、予め合金化された粉
末を生じるように窒素ガス微粒化された４5.４kg（１０
０−ポンド）誘導溶融加熱物から作られた。各加熱物か
らの粉末は、−１６メッシュサイズ（米国標準）にスク
リーンされ、２0.３２cm（８−inch) 長の低炭素鋼容器
により１1.４３cm（４-1/2−インチ）直径に詰められ
た。各容器は熱間脱ガスされ、溶接により密封された。
成型体は１１８５℃（２１６５゜F)、１０１５kg／cm
2(１４５００psi)で４時間熱間均衡加圧され、環境温度
に冷却された。それから、成型体は、2.５４cm（１-inc
h)厚さダイブロックにより7.６２cm（３-inch)巾に鍛造
された。
末を生じるように窒素ガス微粒化された４5.４kg（１０
０−ポンド）誘導溶融加熱物から作られた。各加熱物か
らの粉末は、−１６メッシュサイズ（米国標準）にスク
リーンされ、２0.３２cm（８−inch) 長の低炭素鋼容器
により１1.４３cm（４-1/2−インチ）直径に詰められ
た。各容器は熱間脱ガスされ、溶接により密封された。
成型体は１１８５℃（２１６５゜F)、１０１５kg／cm
2(１４５００psi)で４時間熱間均衡加圧され、環境温度
に冷却された。それから、成型体は、2.５４cm（１-inc
h)厚さダイブロックにより7.６２cm（３-inch)巾に鍛造
された。
【００２５】現在入手可能な市販の予め硬化されたダイ
ブロックと発明のダイブロックとの利点を比較し、組成
及び製造法の重要性を論証するため数種のテストが行わ
れた。テストは、組成及びミクロ構造における製造方法
の効果、衝撃靭性、機械加工性及び耐熱疲労を論証する
ため行われた。種々の実験室テストのための標本が、発
明のダイブロックから切断され、硬化された。Ｈ１３及
びＨ１１標本は、１０２４℃（１８７５゜F)で３０分間
オーステナイズ化し、約６６℃（１５０゜F)に強制空気
冷却することにより硬化された。それから、それらは６
０４℃（１１２０゜F)で２時間プラス２時間２重焼なま
された。Ｈ１０標本は、１０２４℃（１８７５゜F)で３
０分間オーステナイズ化され、約６６℃（１５０゜F)に
油冷却することにより硬化され、それから約６２９℃
（１１６５゜F)で２時間プラス２時間２重に焼なまされ
た。加熱処理後、すべてのテスト標本が仕上機械加工さ
れた。市販の予め硬化されたダイブロックからの標本
は、ブロックから切断され、直接仕上機械加工された。
ブロックと発明のダイブロックとの利点を比較し、組成
及び製造法の重要性を論証するため数種のテストが行わ
れた。テストは、組成及びミクロ構造における製造方法
の効果、衝撃靭性、機械加工性及び耐熱疲労を論証する
ため行われた。種々の実験室テストのための標本が、発
明のダイブロックから切断され、硬化された。Ｈ１３及
びＨ１１標本は、１０２４℃（１８７５゜F)で３０分間
オーステナイズ化し、約６６℃（１５０゜F)に強制空気
冷却することにより硬化された。それから、それらは６
０４℃（１１２０゜F)で２時間プラス２時間２重焼なま
された。Ｈ１０標本は、１０２４℃（１８７５゜F)で３
０分間オーステナイズ化され、約６６℃（１５０゜F)に
油冷却することにより硬化され、それから約６２９℃
（１１６５゜F)で２時間プラス２時間２重に焼なまされ
た。加熱処理後、すべてのテスト標本が仕上機械加工さ
れた。市販の予め硬化されたダイブロックからの標本
は、ブロックから切断され、直接仕上機械加工された。
【００２６】発明のダイブロックのミクロ構造が、図５
及び図６に示されている。図４に示された市販の予め硬
化されたダイブロックのミクロ構造との比較は、発明の
ダイブロックにおける硫化物が、より小さく、より均一
に分布され、一般に、より球状であることを示してい
る。図６は、発明のダイブロックにおける硫化物が、そ
の最長寸法ですべて５０ミクロン以下であることを示し
ている。発明のダイブロック、及び市販の予め硬化され
たダイブロックにおいて行われた衝撃テストの結果が、
表３及び図７に与えられている。
及び図６に示されている。図４に示された市販の予め硬
化されたダイブロックのミクロ構造との比較は、発明の
ダイブロックにおける硫化物が、より小さく、より均一
に分布され、一般に、より球状であることを示してい
る。図６は、発明のダイブロックにおける硫化物が、そ
の最長寸法ですべて５０ミクロン以下であることを示し
ている。発明のダイブロック、及び市販の予め硬化され
たダイブロックにおいて行われた衝撃テストの結果が、
表３及び図７に与えられている。
【００２７】
【表３】
【００２８】これらのテスト結果は、シャルピーＶ−切
りさき衝撃テストに示されたように、発明のダイブロッ
クの切りさき靭性が明らかに市販の予め硬化されたダイ
ブロック（ブロック９０−６４）より優れていることを
示している。初めのダイブロックに関し横方向をもつ衝
撃標本がテストされた。横方向が伝統的に熱間加工工具
細工成分において最低の切りさき靭性及び破滅的失敗に
対し最大の傾向を示すからである。３１６℃（６００゜
F)で行われたテストは、アルミニウム合金のダイカステ
ィングにおけるダイ成分により経験された温度に似てい
る。図７は、市販の予め硬化されたダイブロックの切り
さき靭性との比較において、発明のダイブロックの室温
切りさき靭性における硫黄含量増加の効果を示してい
る。示されたように、硫黄含量の増加は、発明のダイブ
ロックにおける切りさき靭性を減じるが、発明は、市販
の予め硬化されたダイブロックの２倍の硫黄レベルで、
切りさき靭性において３倍の改良を許容している。
りさき衝撃テストに示されたように、発明のダイブロッ
クの切りさき靭性が明らかに市販の予め硬化されたダイ
ブロック（ブロック９０−６４）より優れていることを
示している。初めのダイブロックに関し横方向をもつ衝
撃標本がテストされた。横方向が伝統的に熱間加工工具
細工成分において最低の切りさき靭性及び破滅的失敗に
対し最大の傾向を示すからである。３１６℃（６００゜
F)で行われたテストは、アルミニウム合金のダイカステ
ィングにおけるダイ成分により経験された温度に似てい
る。図７は、市販の予め硬化されたダイブロックの切り
さき靭性との比較において、発明のダイブロックの室温
切りさき靭性における硫黄含量増加の効果を示してい
る。示されたように、硫黄含量の増加は、発明のダイブ
ロックにおける切りさき靭性を減じるが、発明は、市販
の予め硬化されたダイブロックの２倍の硫黄レベルで、
切りさき靭性において３倍の改良を許容している。
【００２９】ＡＩＳＩ H１１及ＡＩＳＩ H１０から作ら
れた予め硬化され、再硫化されたダイブロックは、市場
で入手できない。それ故、これらダイブロックのサンプ
ルは、発明のダイブロックとの直接比較に入手できな
い。ＡＩＳＩ H１１及びＡＩＳＩ H１０組成物に基かれ
ている発明のダイブロックのための表３における衝撃テ
ストデータは、発明によりこれらの鋼が生成されると
き、えられた切りさき靭性が、ＡＩＳＩ H１３熱間加工
鋼から作られた市販の予め硬化されたダイブロックより
優れていることを示している。
れた予め硬化され、再硫化されたダイブロックは、市場
で入手できない。それ故、これらダイブロックのサンプ
ルは、発明のダイブロックとの直接比較に入手できな
い。ＡＩＳＩ H１１及びＡＩＳＩ H１０組成物に基かれ
ている発明のダイブロックのための表３における衝撃テ
ストデータは、発明によりこれらの鋼が生成されると
き、えられた切りさき靭性が、ＡＩＳＩ H１３熱間加工
鋼から作られた市販の予め硬化されたダイブロックより
優れていることを示している。
【００３０】存来に作られたＡＩＳＩ H１１、ＡＩＳＩ
H１０、他のＡＩＳＩ熱間加工工具鋼及びマルエージン
グ或いは析出硬化鋼に硫黄の添加は、在来に作られたＡ
ＩＳＩ H１３において硫黄添加により生じた様に、切り
さき靭性及び耐熱疲労に同じ有害な効果を生じると期待
されるであろう。硫化物粒子のインゴット偏析及び形成
及び形態学が、これら材料の全てから作られたダイブロ
ックで類似であろうからである。ＡＩＳＩ H１１及びＡ
ＩＳＩ H１０熱間加工鋼の組成に基かれている発明のダ
イブロックのテストデータは、発明の原理が、熱間加工
工具細工成分としての使用に適しているＡＩＳＩ熱間加
工工具鋼及びマルエージング或いは析出硬化鋼の全てに
適応できることを論証している。
H１０、他のＡＩＳＩ熱間加工工具鋼及びマルエージン
グ或いは析出硬化鋼に硫黄の添加は、在来に作られたＡ
ＩＳＩ H１３において硫黄添加により生じた様に、切り
さき靭性及び耐熱疲労に同じ有害な効果を生じると期待
されるであろう。硫化物粒子のインゴット偏析及び形成
及び形態学が、これら材料の全てから作られたダイブロ
ックで類似であろうからである。ＡＩＳＩ H１１及びＡ
ＩＳＩ H１０熱間加工鋼の組成に基かれている発明のダ
イブロックのテストデータは、発明の原理が、熱間加工
工具細工成分としての使用に適しているＡＩＳＩ熱間加
工工具鋼及びマルエージング或いは析出硬化鋼の全てに
適応できることを論証している。
【００３１】発明のダイブロック及び市販の予め硬化さ
れたダイブロックで行われたドリル機械加工性テストの
結果が、表４及び図８に与えられている。
れたダイブロックで行われたドリル機械加工性テストの
結果が、表４及び図８に与えられている。
【００３２】
【表４】
【００３３】表４及び図８に与えられた機械加工性指数
は、発明のダイブロック及び市販の予め硬化されたダイ
ブロックにおいて、同じサイズ及び深さの穴をドリルす
るに要する時間を比較すること及びこれら時間の比較を
１００倍することにより得られた。１００より大きい指
数は、発明のダイブロックのドリル機械加工性が、市販
の予め硬化されたダイブロックより大であることを示し
ている。約９５及び１０５の間の指数は、テスト標本の
ドリル機械加工性が、テスト標本に匹敵することを示し
ている。
は、発明のダイブロック及び市販の予め硬化されたダイ
ブロックにおいて、同じサイズ及び深さの穴をドリルす
るに要する時間を比較すること及びこれら時間の比較を
１００倍することにより得られた。１００より大きい指
数は、発明のダイブロックのドリル機械加工性が、市販
の予め硬化されたダイブロックより大であることを示し
ている。約９５及び１０５の間の指数は、テスト標本の
ドリル機械加工性が、テスト標本に匹敵することを示し
ている。
【００３４】図８は、市販の予め硬化されたダイブロッ
クとの比較において、発明のダイブロックにおける硫黄
含量増加の効果を示している。又、この図は、硫黄含量
の増加が、機械加工性テストデータにおいてばらつきを
減じ、ダイブロックを通じさらに一貫した機械加工性を
示すことを示している。かくして、0.１５重量％以上の
硫黄を含んでいる発明の予め硬化されたダイブロック
は、現在入手可能な市販の予め硬化されたダイブロック
より、さらに一貫した再現可能な機械加工性を示すと期
待されるであろう。それ故、発明のダイブロックにおけ
る硫黄含量の好ましい範囲は、0.１５〜0.３０重量％を
含んでいる。この範囲内の硫黄レベルは、機械加工性及
び切りさき靭性の最高の組合せを与えている。
クとの比較において、発明のダイブロックにおける硫黄
含量増加の効果を示している。又、この図は、硫黄含量
の増加が、機械加工性テストデータにおいてばらつきを
減じ、ダイブロックを通じさらに一貫した機械加工性を
示すことを示している。かくして、0.１５重量％以上の
硫黄を含んでいる発明の予め硬化されたダイブロック
は、現在入手可能な市販の予め硬化されたダイブロック
より、さらに一貫した再現可能な機械加工性を示すと期
待されるであろう。それ故、発明のダイブロックにおけ
る硫黄含量の好ましい範囲は、0.１５〜0.３０重量％を
含んでいる。この範囲内の硫黄レベルは、機械加工性及
び切りさき靭性の最高の組合せを与えている。
【００３５】発明のダイブロック及び市販の予め硬化さ
れたダイブロックで行われた熱疲労テストの結果が、図
９に示されている。このテストは、標本セットを交互に
６７７℃（１２５０゜F)に保持された溶融アルミニウム
浴及び約９３℃（２００゜F)での水浴に浸すことにより
行われている。規定の間隔で、標本が移され、標本の長
方形の断面のかどで生じている熱疲労クラックの存在を
顕微鏡的に試験され、0.０４cm（0.０１５inch) 以上の
クラックが計算されている。かどあたりのクラックの高
い平均数は、熱疲労クラッキングに抵抗性が弱いことを
示している。テストの巡回性は、ダイカスティングダイ
成分及び他の熱間加工冷却成分が経験する熱サイクリン
グをまねている。それらが交互に熱間加工片と接するこ
とで加熱され、水又は空気冷却により冷されているから
である。図９に示された結果は、市販の予め合金化され
たダイブロックと対比し、発明のダイブロックのすぐれ
た耐熱疲労を示している。
れたダイブロックで行われた熱疲労テストの結果が、図
９に示されている。このテストは、標本セットを交互に
６７７℃（１２５０゜F)に保持された溶融アルミニウム
浴及び約９３℃（２００゜F)での水浴に浸すことにより
行われている。規定の間隔で、標本が移され、標本の長
方形の断面のかどで生じている熱疲労クラックの存在を
顕微鏡的に試験され、0.０４cm（0.０１５inch) 以上の
クラックが計算されている。かどあたりのクラックの高
い平均数は、熱疲労クラッキングに抵抗性が弱いことを
示している。テストの巡回性は、ダイカスティングダイ
成分及び他の熱間加工冷却成分が経験する熱サイクリン
グをまねている。それらが交互に熱間加工片と接するこ
とで加熱され、水又は空気冷却により冷されているから
である。図９に示された結果は、市販の予め合金化され
たダイブロックと対比し、発明のダイブロックのすぐれ
た耐熱疲労を示している。
【００３６】発明のダイブロックのすぐれた衝撃靭性及
び耐熱疲労は、発明のダイブロックに存在する硫化物
が、市販の予め硬化されたダイブロックにおけるそれと
較べ、材料中により小さく、均一に分散されているとい
う事実から生じていると信じられている。発明のダイブ
ロックにおける硫化物の最大のサイズは、その最長の寸
法で約５０ミクロン以下である。代表的には、硫化物
は、マンガンから生じている硫化マンガンであり、硫黄
は慣例的にこのタイプの鋼に存在する；然しながら、カ
ルシウムのような他の硫化物形成元素も存在し、硫黄と
結合して発明の目的及びその改良された性質に悪影響を
及ぼすことなく硫化物を作る。それ故、添加的硫化物生
成元素の存在は、発明の範囲内にある様意図されてい
る。窒素は、発明の範囲内で炭素の一部に置換され、タ
ングステンは２：１の比でモリブデンに置換されるであ
ろう。別に示されていないなら、全％は重量％である。
び耐熱疲労は、発明のダイブロックに存在する硫化物
が、市販の予め硬化されたダイブロックにおけるそれと
較べ、材料中により小さく、均一に分散されているとい
う事実から生じていると信じられている。発明のダイブ
ロックにおける硫化物の最大のサイズは、その最長の寸
法で約５０ミクロン以下である。代表的には、硫化物
は、マンガンから生じている硫化マンガンであり、硫黄
は慣例的にこのタイプの鋼に存在する；然しながら、カ
ルシウムのような他の硫化物形成元素も存在し、硫黄と
結合して発明の目的及びその改良された性質に悪影響を
及ぼすことなく硫化物を作る。それ故、添加的硫化物生
成元素の存在は、発明の範囲内にある様意図されてい
る。窒素は、発明の範囲内で炭素の一部に置換され、タ
ングステンは２：１の比でモリブデンに置換されるであ
ろう。別に示されていないなら、全％は重量％である。
【００３７】
【発明の効果】本発明により、高い硫黄含量をもち、衝
撃靭性、機械加工性及び耐熱疲労性にすぐれたマルテン
サイト熱間加工工具鋼ダイブロックが得られている。
撃靭性、機械加工性及び耐熱疲労性にすぐれたマルテン
サイト熱間加工工具鋼ダイブロックが得られている。
【図１】在来に製造されたＡＩＳＩ H１３の耐熱疲労に
おける硫黄含量増加の有害効果を平均最大クラック長さ
により測定した結果を示すグラフ図である。
おける硫黄含量増加の有害効果を平均最大クラック長さ
により測定した結果を示すグラフ図である。
【図２】在来に製造されたＡＩＳＩ H１３の耐熱疲労に
おける硫黄含量増加の有害効果を全クラック面積により
測定した結果を示すグラフ図である。
おける硫黄含量増加の有害効果を全クラック面積により
測定した結果を示すグラフ図である。
【図３】在来に製造されたＡＩＳＩ H１３の動的破壊靭
性における硫黄含量増加の有害効果を示すグラフ図であ
る。
性における硫黄含量増加の有害効果を示すグラフ図であ
る。
【図４】ａ及びｂは存来に製造され、再硫化された熱間
加工工具鋼ダイブロック９０−６４のミクロ構造を示し
ている夫々２００倍（図４ａ）及び５００倍（図４ｂ）
での結晶構造の顕微鏡写真である。
加工工具鋼ダイブロック９０−６４のミクロ構造を示し
ている夫々２００倍（図４ａ）及び５００倍（図４ｂ）
での結晶構造の顕微鏡写真である。
【図５】ａ、ｂ及びｃは夫々0.０７５％、0.１５％及び
0.３０％の硫黄含量での発明による熱間加工工具鋼ダイ
ブロックのミクロ構造を示す結晶構造の顕微鏡写真であ
る。（５００倍）
0.３０％の硫黄含量での発明による熱間加工工具鋼ダイ
ブロックのミクロ構造を示す結晶構造の顕微鏡写真であ
る。（５００倍）
【図６】ａ、ｂ及びｃは発明による熱間加工工具鋼ダイ
ブロックにおける硫化物粒子の最大サイズが５０ミクロ
ン以下であることを示している結晶構造の顕微鏡写真で
ある。（２００倍）
ブロックにおける硫化物粒子の最大サイズが５０ミクロ
ン以下であることを示している結晶構造の顕微鏡写真で
ある。（２００倍）
【図７】在来の熱間加工工具鋼ダイブロックのサンプル
及び発明によるサンプルにおけるシャルピーＶ−切りさ
き衝撃テストの結果を示しているグラフ図である。
及び発明によるサンプルにおけるシャルピーＶ−切りさ
き衝撃テストの結果を示しているグラフ図である。
【図８】在来の熱間加工工具鋼ダイブロックのサンプル
及び発明によるサンプルにおけるドリル機械加工性の結
果を示しているグラフ図である。
及び発明によるサンプルにおけるドリル機械加工性の結
果を示しているグラフ図である。
【図９】在来の熱間加工工具鋼ダイブロックのサンプル
及び発明によるサンプルにおける熱疲労テストの結果を
示しているグラフ図である。
及び発明によるサンプルにおける熱疲労テストの結果を
示しているグラフ図である。
【手続補正書】
【提出日】平成６年１１月１５日
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図４】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 38/60 (72)発明者 ケネス イー． ピンナウ アメリカ合衆国 ペンシルヴアニア 15237 ピツツバーグ ドロード レーン 131 (72)発明者 ウイリアム スタスコ アメリカ合衆国 ペンシルヴアニア 15120 ウエスト ホームステッド ドッ グウッド プレイス 3400
Claims (14)
- 【請求項１】 ダイカスティングダイ成分及び他の熱間
加工工具細工成分の製造における使用に適したマルテン
サイト熱間加工工具鋼ダイブロック物体であって、４４
〜４６HRC の硬度に熱処理されるとき、及び２２℃（７
２゜F)及び３１６℃（６００゜F)両者でテストされると
き、該物体が３５〜５０HRC の範囲内の硬度及び最小0.
６９kg−ｍ（５foot−pounds) の横シャルピーＶ−切り
さき衝撃靭性を持ち、該物体が0.０５〜0.３０重量％の
硫黄を持つ予め合金化された粒子の熱間加工され熱処理
され、完全密に圧密されたマルテンサイト熱間加工工具
鋼塊よりなることを特徴とするマルテンサイト熱間加工
工具鋼ダイブロック物体。 - 【請求項２】 その最長方向において５０ミクロンの最
大サイズで硫化物粒子を有する請求項１のマルテンサイ
ト鋼ダイブロック物体。 - 【請求項３】 ダイカスティングダイ成分及び他の熱間
加工工具細工成分の製造における使用に適したマルテン
サイト熱間加工工具鋼ダイブロック物体であって、４４
〜４６HRC の硬度に熱処理されるとき、及び２２℃（７
２゜F)及び３１６℃（６００゜F)両者でテストされると
き、該物体が３５〜５０HRC の範囲内の硬度及び最小0.
６９kg−ｍ（５foot−pounds) の横シャルピーＶ−切り
さき衝撃靭性を持ち、該物体が、本質的に重量％で、0.
３２〜0.４５％の炭素、0.２０〜2.００％のマンガン、
0.０５〜0.３０％の硫黄、0.０３％までのリン、0.８０
〜1.２０％のケイ素、4.７〜5.７０％のクロム、1.１０
〜1.７５％のモリブデン、0.８０〜1.２０％のバナジウ
ム、残り鉄及び付随的不純物よりなる予め合金化された
粒子の、熱間加工され、熱処理され、完全密に圧密され
た塊よりなることを特徴とするマルテンサイト熱間加工
工具鋼ダイブロック物体。 - 【請求項４】 ダイカスティングダイ成分及び他の熱間
加工工具細工成分の製造における使用に適したマルテン
サイト熱間加工工具鋼ダイブロック物体であって、４４
〜４６HRC の硬度に熱処理されるとき、及び２２℃（７
２゜F)及び３１６℃（６００゜F)両者でテストされると
き、該物体が、３５〜５０HRC の範囲内硬度及び最小0.
６９kg−ｍ（５−foot−pounds) の横シャルピーＶ−切
りさき衝撃靭性を持ち、該物体が、硫黄が0.０５〜0.３
０重量％の範囲内に添加されている加工されたＡＩＳＩ
熱間加工工具鋼の化学組成よりなる予め合金化された粒
子の、熱間加工され熱処理された完全に密な圧密された
塊よりなることを特徴とするマルテンサイト熱間加工工
具鋼ダイブロック物体。 - 【請求項５】 ダイカスティングダイ成分及び他の熱間
加工工具細工成分の製造における使用に適したマルテン
サイト鋼ダイ物体であって、４４〜４６HRCの硬度に熱
処理されるとき、及び２２℃（７２゜F)及び３１６℃
（６００゜F)両者でテストされるとき、該物体が、３５
〜５０HRC の範囲内硬度及び0.６９kg−ｍ（５foot−po
unds) の最小横シャルピーＶ−切りさき衝撃靭性を持
ち、該物体が、加工されたマルエージング或いは析出硬
化鋼の化学組成よりなる予め合金化された粒子の熱間加
工され、熱処理され完全に密に圧密された塊よりなり、
該加工されたマルエージング或いは析出硬化鋼が、ダイ
カスティングダイ成分及び熱間加工工具細工成分として
の使用に適し、硫黄が0.０５〜0.３０重量％の範囲内添
加されていることを特徴とするマルテンサイト鋼ダイ物
体。 - 【請求項６】 硫化物粒子の最大サイズが、最長の寸法
で５０ミクロンである請求項３、４又は５のマルテンサ
イト鋼ダイブロック物体。 - 【請求項７】 硫黄含量が、0.１５〜0.３０重量％の範
囲内にある請求項３、４又は５のマルテンサイト鋼ダイ
ブロック物体。 - 【請求項８】 ダイカスティングダイ成分及び他の熱間
加工工具細工成分の製造における使用に適したマルテン
サイト熱間加工工具鋼ダイブロック物体を製造する方法
であって、４４〜４６HRC の硬度に熱処理されるとき、
及び２２℃（７２゜F)及び３１６℃（６００゜F)両者で
テストされるとき、物体が、３５〜５０HRC の範囲内の
硬度及び0.６９kg−ｍ（５foot−pounds) の最小横シャ
ルピーＶ−切りさき衝撃靭性をもち、物体が、本質的に
重量％で、0.３２〜0.４５％の炭素、0.２０〜2.００％
のマンガン、0.０５〜0.３０％の硫黄、0.０３％までの
リン、0.８０〜1.２０％のケイ素、4.７５〜5.７０％の
クロム、1.１０〜1.７５％のモリブデン、0.８０〜1.２
０％のバナジウム、残り鉄及び付随的不純物よりなる予
め合金化された粒子の熱間加工され、熱処理された完全
密に圧密された塊よりなり、該方法が、ガス微粒化によ
り該予め合金化された粒子を作ること、予め合金化され
た粒子を完全な密度に成形し成型体を作ること、成型体
を該物体の望まれた形に熱間加工すること、該物体を焼
鈍すること、加熱及び冷却により該物体を硬化させてマ
ルテンサイト構造を生成すること、及び該物体を焼きも
どすことよりなり、焼もどしが環境温度への中間冷却で
の少くとも２重焼もどし処理を含んでいることを特徴と
する方法。 - 【請求項９】 ダイカスティングダイ成分及び他の熱間
加工工具細工成分の製造における使用に適したマルテン
サイト熱間加工鋼ダイブロック物体を製造する方法であ
って、４４〜４６HRC の硬度に熱処理されるとき及び２
２℃（７２゜F)及び３１６℃（６００゜F)両者でテスト
されるとき、物体が３５〜５０HRC の範囲内の硬度及び
0.６９kg−ｍ（５foot−pounds) の最小横シャルピーＶ
−切りさき衝撃靭性を持ち、物体が、硫黄が0.０５〜0.
３０重量％の範囲内添加されている加工されたＡＩＳＩ
熱間加工工具鋼の化学組成物よりなる予め合金化された
粒子の熱間加工され熱処理され完全密に圧密された塊よ
りなり、該方法が、窒素ガス微粒化により該予め合金化
された粒子を製造すること、予め合金化された粒子を完
全な密度に成形し、成型体を作ること、成型体を該物体
の望まれた形に熱間加工すること、該物体を焼鈍するこ
と、該物体を加熱及び冷却することにより硬化させマル
テンサイト構造を作ること及び該物体を焼もどすことよ
りなり、焼もどしが環境温度への中間冷却での少くとも
２重焼もどし処理を含んでいることを特徴とする方法。 - 【請求項１０】 ダイカスティングダイ成分及び他の熱
間加工工具細工成分の製造における使用に適したマルテ
ンサイト鋼ダイ物体を製造する方法であって、４４〜４
６HRC の硬度に熱処理されるとき、及び２２℃（７２゜
F)及び３１６℃（６００゜F)両者でテストされるとき、
物体は３５〜５５HRC の範囲内の硬度及び0.９６kg−ｍ
（５foot pounds)の最小横シャルピーＶ−切りさき衝撃
靭性を有し、物体は、ダイカスティングダイ成分及び他
の熱間加工工具細工成分としての使用に適する加工され
たマルエージング或いは析出硬化鋼の化学組成よりなる
予め合金化された粒子の、熱間加工され、熱処理された
完全密に圧密された塊よりなり、それに硫黄が0.０５〜
0.３０重量％の範囲に添加されており、該方法が、ガス
微粒化により該予め合金化された粒子を製造すること、
予め合金化された粒子を完全な密度に成形し成型体を作
ること、成型体を該物体の望まれた形に熱間加工するこ
と、該物体を溶液焼鈍しマルテンサイト構造を作るこ
と、及び加熱、冷却することにより該物体を時効硬化さ
せて加工硬化することよりなることを特徴とする方法。 - 【請求項１１】 硫化物粒子の最大サイズがその最長方
向において５０ミクロンである請求項８、９又は１０の
方法。 - 【請求項１２】 硫黄含量が0.１５〜0.３０重量％の範
囲内にある請求項８、９、１０又は１１の方法。 - 【請求項１３】 該熱間均衡加圧が９８２℃（１８００
゜F)〜１３１６℃（２４００゜F)の温度範囲及び７００
kg／cm2(１０，０００psi)以上の圧力で１２時間まで行
われ、該熱間加工が９８２℃（１８００゜F)〜１２３２
℃（２２５０゜F)の温度範囲で行われ、該焼鈍が、時間
当り１０℃（５０゜F)以下の速度である焼鈍温度からの
冷却で８４３℃（１５５０゜F)〜９２７℃（１７００゜
F)の範囲内温度で行われ、該硬化が厚さ2.５４cm（inc
h) あたり1/2 時間９８２℃（１８００゜F)〜１０６６
℃（１９５０゜F)の範囲内の温度への加熱により、分あ
たり−７℃（２０゜F)の最小速度での冷却で該マルテン
サイト構造が与えられ、該焼もどしが、厚さ2.５４cm
（inch) あたり１時間で各焼もどしに対し最大２時間、
５３８℃（１０００゜F)〜６４９℃（１２００゜F)の範
囲で行われている請求項８、９又は１１の方法。 - 【請求項１４】 該成型が、９８２℃（１８００゜F)〜
１３１６℃（２４００゜F)の温度範囲内、７００kg／cm
2(１０，０００psi)までの圧力で１２時間まで熱間均衡
加圧であり、該熱間加工が、９８２℃（１８００゜F)〜
１２６０℃（２３００゜F)の温度範囲であり、該固溶焼
鈍が、空気で達せられるのと少くとも等しい速度での固
溶焼鈍温度からの冷却で８１６℃（１５００゜F)〜１０
３８℃（１９００゜F)の温度範囲であり、該時効硬化が
４８２℃（９００゜F)の最小温度への加熱により、最小
１時間該温度に保持されている請求項１０の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/126,556 US5447800A (en) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | Martensitic hot work tool steel die block article and method of manufacture |
| US08/126,556 | 1993-09-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07232256A true JPH07232256A (ja) | 1995-09-05 |
| JP2942467B2 JP2942467B2 (ja) | 1999-08-30 |
Family
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|---|---|---|---|
| JP6254125A Expired - Fee Related JP2942467B2 (ja) | 1993-09-27 | 1994-09-26 | マルテンサイト熱間加工工具鋼ダイブロック物体及び製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5447800A (ja) |
| EP (1) | EP0648854A1 (ja) |
| JP (1) | JP2942467B2 (ja) |
| CA (1) | CA2131651C (ja) |
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