JPH0762494A - 低サイクル疲労特性に優れた熱間工具鋼 - Google Patents

低サイクル疲労特性に優れた熱間工具鋼

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JPH0762494A
JPH0762494A JP21442593A JP21442593A JPH0762494A JP H0762494 A JPH0762494 A JP H0762494A JP 21442593 A JP21442593 A JP 21442593A JP 21442593 A JP21442593 A JP 21442593A JP H0762494 A JPH0762494 A JP H0762494A
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JP
Japan
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tool steel
hot
low cycle
cycle fatigue
less
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JP21442593A
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English (en)
Inventor
Jiro Ichikawa
川 二 朗 市
Takehiro Oki
木 武 博 大
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱間鍛造金型の素材として適するほか、とく
に低サイクル疲労特性に優れていることが要求される温
間鍛造金型,非鉄金属鍛造金型など被鍛造材の鍛造温度
が300℃以上700℃以下の鍛造金型の素材として適
し、特に破断回数30000〜40000回以下の低サ
イクル域で優れた疲労特性を有する低サイクル疲労特性
に優れた熱間工具鋼を提供する。 【構成】 重量%で、C:0.32〜0.42%、S
i:0.10〜1.20%、Mn:0.10〜0.50
%、Cr:4.50〜5.50%、Mo:1.00〜
1.50%、V:0.30〜0.80%、P:0.01
0%以下、S:0.003%以下、Ni:1.00%以
下、Co:1.00%以下、W:1.00%以下、残部
Feおよび不純物よりなり、エレクトロスラグ再溶解し
てなる低サイクル疲労特性に優れた熱間工具鋼。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低サイクル疲労特性に
優れた熱間工具鋼に係わり、いわゆる熱間金型の素材と
して適するほか、温間鍛造金型,非鉄金属鍛造金型など
被鍛造材の鍛造温度が300℃以上700℃以下の鍛造
金型の素材としても好適に利用されうる低サイクル疲労
特性に優れた熱間工具鋼に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、温間鍛造金型,非鉄金属鍛造金型
など被鍛造材の鍛造温度が300℃以上700℃以下の
鍛造金型の素材としては、熱間鍛造金型用の例えばJI
S G4404に制定されているSKD61等がそのま
ま使用されていた。
【0003】このような従来のSKD61等を素材とし
た熱間鍛造金型では、被鍛造材の温度が900℃以上で
ある場合には、金型の表面はかなり高温になるため、金
型の表面はヒートチェック,高温摩耗や変形などの損傷
を受けるので、金型の寿命はこれらに対する抵抗特性で
決まり、SKD61等の熱間工具鋼は良好な性能を示す
ものとなっていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなSKD61等の熱間工具鋼を素材とし且つ被鍛造材
温度が300℃以上700℃以下である温間鍛造に使用
される温間鍛造金型では、しばしば、割れを生じて寿命
が短いものになることがあるという問題点があった。
【0005】この場合、温間鍛造金型での割れは、ほと
んどの場合、低サイクル疲労割れであることが認めら
れ、金型への負荷が大きい場合には、SKD61等の従
来の熱間工具鋼では必ずしも十分ではなく、数千回の鍛
造で寿命となることがあるという問題点があった。
【0006】したがって、被鍛造材の温度が300℃以
上700℃以下の温間鍛造金型,非鉄金属鍛造金型など
の鍛造金型の寿命を向上させるためには、低サイクル疲
労特性に優れた熱間工具鋼が必要であることから、この
ような低サイクル疲労特性に優れた熱間工具鋼を開発す
ることが課題であった。
【0007】ところが、従来の場合、金型鋼における低
サイクル疲労特性の向上手段については、ほとんど知ら
れていない。
【0008】一般論として、不純物を低減すれば、疲労
特性は向上すると言われている(例えば、特開昭61−
213349)。
【0009】しかし、通常の場合、このように言われて
いる疲労特性は、高サイクル疲労特性の疲労限であっ
て、低サイクル疲労特性の疲労限ではないことから、低
サイクル疲労特性に優れた熱間工具鋼を別途開発するこ
とが課題であった。
【0010】
【発明の目的】本発明は、上述した従来の課題にかんが
みてなされたものであって、とくに、低サイクル疲労特
性に優れ、被鍛造材の温度が300℃以上700℃以下
である温間鍛造用金型,非鉄金属鍛造金型などの鍛造金
型の寿命をも向上させることが可能である低サイクル疲
労特性に優れた熱間工具鋼を提供することを目的として
いる。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる低サイク
ル疲労特性に優れた熱間工具鋼は、重量%で、C:0.
32〜0.42%、Si:0.10〜1.20%、M
n:0.10〜0.50%、Cr:4.50〜5.50
%、Mo:1.00〜1.50%、V:0.30〜0.
80%、P:0.010%以下、S:0.003%以
下、Ni:1.00%以下、Co:1.00%以下、
W:1.00%以下、残部Feおよび不純物よりなり、
エレクトロスラグ再溶解してなる構成のものとしたこと
を特徴としている。
【0012】次に、本発明に係わる低サイクル疲労特性
に優れた熱間工具鋼の化学成分範囲(重量%)の限定理
由について説明する。
【0013】C:0.32〜0.42% Cは、炭化物形成元素と結合して硬い炭化物を生成し、
熱間工具鋼の強度,硬さを向上させ、良好な耐摩耗性を
付与するのに有効な元素であり、熱間工具鋼として必要
な強度や耐摩耗性を確保するために、0.32%以上含
有させることとした。そして、C含有量の増加とともに
強度は増加し、耐摩耗性の向上が得られるが、それとと
もに靭性,鍛造性,加工性が低下するため、0.42%
以下とした。
【0014】Si:0.10〜1.20% Siは、鋼の溶製時に脱酸剤として作用するほか、基地
の強化,耐酸化性の向上に有効な元素であり、また、疲
労限の向上にも有効な元素であるので、0.10%以上
含有させることとした。ただし、多量に含有させると地
疵が多くなると共に、被削性,靭性,耐ヒートチェック
性等が低下することがあるため、1.20%以下とし
た。
【0015】Mn:0.10〜0.50% Mnは、鋼の溶製時に脱酸剤および脱硫剤として作用す
るほか、焼入れ性の向上に有効な元素であるので、0.
10%以上含有させることとした。しかし、多量に含有
すると熱間加工性や被削性を低下させることとなるの
で、0.50%以下とした。
【0016】Cr:4.50〜5.50% Crは、熱間工具鋼の焼入れ性を向上させると共に耐摩
耗性,耐熱衝撃性を向上させるのに有効な元素であるの
で、4.50%以上含有させることとした。しかし、多
量に含有すると靭性や疲労強度が低下することとなるの
で、5.50%以下とした。
【0017】Mo:1.00〜1.50% Moは、熱間工具鋼の焼入れ性を向上させると共に、疲
労強度,耐摩耗性を向上させるのに有効な元素であるの
で、1.00%以上含有させることとしているが、多量
に含有すると靭性や被削性が低下することとなるので、
1.50%以下とした。
【0018】V:0.30〜0.80% Vは、熱間工具鋼の疲労強度,耐摩耗性を向上させるの
に有効な元素であるので、0.30%以上含有させるこ
ととしているが、多量に含有すると靭性,被削性,耐ヒ
ートチェック性が低下することとなるので、0.80%
以下とした。
【0019】P:0.010%以下 Pは、地疵の発生を増大させると共に、疲労強度を低下
させる元素であり、P含有量を低減することによって靭
性ならびに低サイクル疲労強度を含む疲労強度,耐ヒー
トチェック性,衝撃値の異方性を向上させることができ
るので、0.010%以下としている。
【0020】S:0.003%以下 Sは、成形加工時の被削性を向上させる元素ではある
が、疲労破壊の起点となる介在物量を増大させると共に
靭性を低下させる元素であり、S含有量を低減すること
によって介在物量を抑制し、靭性ならびに低サイクル疲
労強度を含む疲労強度を向上させることができるので、
0.003%以下とした。
【0021】Ni:1.00%以下 Niは、熱間工具鋼の焼入れ性を向上させ、強度,耐衝
撃性を向上させる元素ではあるが、多すぎると焼なまし
を困難にするため、1.00%以下とした。
【0022】Co:1.00%以下 Coは、熱間工具鋼の強度を向上させる元素ではある
が、多すぎても効果が向上しないので、1.00%以下
とした。
【0023】W:1.00%以下 Wは、熱間工具鋼の高温強度を向上させる元素ではある
が、多すぎると靭性,被削性,耐ヒートチェック性を低
下させるので、1.00%以下とした。
【0024】本発明に係わる低サイクル疲労特性に優れ
た熱間工具鋼は、上記した化学成分組成を有するもので
あり、かつまたエレクトロスラグ再溶解してなるもので
ある。
【0025】ここで実施するエレクトロスラグ再溶解
(ESR)は、大気中または不活性ガス雰囲気中で溶融
スラグのジュール熱により消耗電極を溶解し、水冷銅る
つぼ内で積層凝固させる再溶解法であり、このエレクト
ロスラグ再溶解では、溶融スラグが溶鋼を大気から保護
し、溶鋼中の酸化物,硫化物等をスラグ中に吸収除去さ
せることによって、溶鋼の清浄化が達成される。
【0026】このエレクトロスラグ再溶解に際しては、
再溶解用の母材となる消耗電極と、水冷銅るつぼと、電
源とが主な消費材ないしは設備として用いられ、再溶解
後の鋼塊の駆動方式によって、例えば、るつぼ固定方
式,鋼塊引下げ方式,るつぼ移動方式,多極電極方式等
が採用され、電源には、単相直流,単相交流,多相交流
等が用いられるが、本発明では適宜のエレクロトスラグ
再溶解を採用することができる。
【0027】このエレクトロスラグ再溶解によって高品
質の鋼塊を得るには、スラグの選定と溶解条件の設定が
大切であり、スラグの選定にあたってスラグの組成は融
点,密度,電気伝導度などの物性や高温における安定性
などを考慮することが望ましく、例えば、CaFにC
aO,MgO,Al等を加えた2元系や3元系の
ものなどが用いられる。
【0028】
【発明の作用】本発明に係わる熱間工具鋼は、特定成分
を有する鋼に対してエレクトロスラグ再溶解してなるも
のであるから、熱間鍛造金型の素材として適するほか、
破壊起点となる介在物,炭化物の集積を防止しているた
め、とくに低サイクル疲労特性に優れていることが要求
される温間鍛造金型,非鉄金属鍛造金型など被鍛造材の
鍛造温度が300℃以上700℃以下の鍛造金型の素材
として適したものとなり、特に破断回数30000〜4
0000回以下の低サイクル域で優れた疲労特性を有す
るものとなる。
【0029】
【実施例】熱間工具鋼成分の鋼をアーク溶解によって溶
製したのち、エレクトロスラグ再溶解用消耗電極の形状
に鋳造成形し、水冷銅鋳型内で、スラグ組成として70
重量%CaF−30重量Alよりなるものを選
んでエレクトロスラグ再溶解を行って、表1の発明例の
欄に示す化学成分組成の鋼塊を得た。
【0030】次いで、各鋼塊を熱間加工および熱間圧延
して200mmφとし、焼なましを施したのち素材のT
方向から直径5mm,長さ40mmの平行部を持つ引張
試験片形の低サイクル疲労試験片形状に成形して、焼入
れ・焼もどしを施すことにより、表2に示す硬さの低サ
イクル疲労試験片を得た。
【0031】また、比較例では、上記発明例におけるエ
レクトロスラグ再溶解を除いて上記発明例と同様にして
低サイクル疲労試験片を得た。
【0032】そして、各低サイクル疲労試験片を用いて
疲労試験を行った。この場合、疲労試験は、最小荷重を
5kgf/mm,最大荷重を115kgf/mm
よび130kgf/mmとする2種の10Hzの正弦
波荷重の片振引張方式で行った。
【0033】各試験片の破断回数を同じく表2に示す。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】表1および表2に示すように、本発明例の
場合には、従来の比較例の場合に比べて、破断回数30
000〜40000回以下の低サイクル域で最大応力が
大きな値を示しており、疲労強度が高いものとなってい
ることが認められ、低サイクル疲労特性に優れたもので
あった。
【0037】
【発明の効果】本発明に係わる熱間工具鋼は、重量%
で、C:0.32〜0.42%、Si:0.10〜1.
20%、Mn:0.10〜0.50%、Cr:4.50
〜5.50%、Mo:1.00〜1.50%、V:0.
30〜0.80%、P:0.010%以下、S:0.0
03%以下、Ni:1.00%以下、Co:1.00%
以下、W:1.00%以下、残部Feおよび不純物より
なり、エレクトロスラグ再溶解してなるものであるか
ら、破断回数が30000〜40000回以下の低サイ
クル域での疲労特性に著しく優れたものとなり、熱間鍛
造用金型のほか、とくに温間鍛造用金型や非鉄金属鍛造
用金型など被鍛造材の温度が300℃以上700℃以下
の鍛造用金型の素材として適したものであるという著し
く優れた効果がもたらされる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C:0.32〜0.42%、
    Si:0.10〜1.20%、Mn:0.10〜0.5
    0%、Cr:4.50〜5.50%、Mo:1.00〜
    1.50%、V:0.30〜0.80%、P:0.01
    0%以下、S:0.003%以下、Ni:1.00%以
    下、Co:1.00%以下、W:1.00%以下、残部
    Feおよび不純物よりなり、エレクトロスラグ再溶解し
    てなることを特徴とする低サイクル疲労特性に優れた熱
    間工具鋼。
  2. 【請求項2】 温間鍛造金型,非鉄金属鍛造金型など被
    鍛造材の鍛造温度が300℃以上700℃以下の鍛造金
    型の素材である請求項1に記載の低サイクル疲労特性に
    優れた熱間工具鋼。
JP21442593A 1993-08-30 1993-08-30 低サイクル疲労特性に優れた熱間工具鋼 Pending JPH0762494A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008308745A (ja) * 2007-06-15 2008-12-25 Daido Steel Co Ltd 熱間鍛造金型及びその製造方法
EP2270245A1 (en) 2009-06-16 2011-01-05 Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha Hot work tool steel and steel product using the same
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