JPH08269625A - 高温強度と靭性に優れた熱間工具鋼 - Google Patents

高温強度と靭性に優れた熱間工具鋼

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JPH08269625A
JPH08269625A JP10077095A JP10077095A JPH08269625A JP H08269625 A JPH08269625 A JP H08269625A JP 10077095 A JP10077095 A JP 10077095A JP 10077095 A JP10077095 A JP 10077095A JP H08269625 A JPH08269625 A JP H08269625A
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JP
Japan
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high temperature
toughness
temperature strength
steel
less
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JP10077095A
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English (en)
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Tomoaki Sera
知暁 瀬羅
Masahide Unno
正英 海野
Kunio Kondo
邦夫 近藤
Yasutaka Okada
康孝 岡田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温強度と破壊靭性のバランスが良く、工具
寿命を増大した優れた熱間工具鋼を提供する。 【構成】 重量%で、C:0.25〜0.40%、S
i:0.50%以下、Mn:0.30〜1.00%、
P:0.015%以下、S:0.005%以下、Ni:
0.50〜2.00%、Cr:2.70〜5.50%、
Mo:1.00〜2.00%、V:0.40〜0.80
%、B:0.0005〜0.0100%、Al:0.0
15〜0.10%、N:0.015%以下を含有し、残
部はFeおよび不可避的不純物からなる合金鋼で、室温
での破壊靭性値(KQ)が250Kgf/mm3/2
上、高温(600℃)での耐力(0.2%PS)が60
Kgf/mm2以上を有することを特徴とする高温強度
と靭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、熱間鍛造用金型、ダイ
カスト金型、プラスチック成形型等に使用される高温強
度と靭性に優れた熱間工具鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】熱間での鍛造、押出し、ダイカスト等の
金型に使用される工具鋼は、使用時の熱応力、作業応力
によるヒートクラックの発生、摩耗等に耐え得る十分な
高温強度、耐摩耗性及び靭性が必要で、焼き入れ性の大
きいことが要求される。
【0003】熱間工具鋼としては、JIS G 440
4に多種類のものが規定されているが、その中で特に5
Cr−Mo−V系(SKD61、62等)や3Cr−3
Mo−V系(SKD7)及びNi−Cr−Mo−V低合
金系(SKT3、4)等が多用されている。しかし、こ
れらの工具鋼では前記の要求される特性を全て満足する
ことは不可能である。
【0004】また、最近の熱間鍛造技術の進歩は著し
く、鍛造サイクルの高速化、製品形状の複雑化等により
熱間工具の使用条件が厳しくなってきた。その結果、従
来技術で得られる工具では、要求される工具寿命を実現
することが困難である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】現用の熱間鍛造用金型
材の適用についてみると、SKT4のように靭性を有す
る材料は、亀裂の発生を、ある程度抑制できるが、熱間
強度が低いため摩耗や変形が生じやすい。また、SKD
7のように高温強度の優れた材料は、摩耗や変形を抑制
する点は優れているが、靭性が低いために亀裂を生じや
すい。更に、SKT4とSKD7の中間の性能を備えた
材料としてSKD61が有るが、高温強度と靭性を共に
満足できるものではない。
【0006】本発明は、かかる現状に鑑み、工具寿命を
増大させうる高温強度と靭性が共に優れた熱間工具鋼を
提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明者らは、熱間工具鋼の特性に及ぼす合金元素
について種々の検討を行なった。その結果、現用鋼の成
分範囲での最適化では、高温強度と靭性を両立して向上
させることは困難であり、第三元素の添加が必要なこと
がわかった。更に詳細に検討した結果、Bの添加が有効
で、靭性を低下させることなく、高温強度を向上させる
ことができ、そのB添加効果をより有効化するには微量
のAl添加が必須であることがわかった。本発明は、こ
れらの知見に基づいて完成されたものである。
【0008】すなわち、重量%で、C:0.25〜0.
40%、Si:0.50%以下、Mn:0.30〜1.
00%、P:0.015%以下、S:0.005%以
下、Ni:0.50〜2.00%、Cr:2.70〜
5.50%、Mo:1.00〜2.00%、V:0.4
0〜0.80%、B:0.0005〜0.0100%、
Al:0.015〜0.10%、N:0.015%以
下、を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からな
る合金鋼で、室温での破壊靭性値(KQ)が250Kg
f/mm3/2以上、高温(600℃)での耐力(0.2
%PS)が60Kgf/mm2以上を有することを特徴
とする高温強度と靭性に優れた熱間工具鋼である。
【0009】
【作用】この発明の実施による熱間工具鋼は、高温強度
と靭性が共に優れており、室温での破壊靭性値(KQ)
が250Kgf/mm3/2以上、高温(600℃)での
耐力(0.2%PS)が60Kgf/mm2以上の特性
を発揮することができ、その結果工具寿命が格段に増大
できる。次に、本発明において、熱間工具鋼の化学成分
を限定した理由について説明する。
【0010】Cは、鋼の焼入れ性を向上させるために必
要な元素であり、また合金炭化物を形成し、常温及び高
温強度、軟化抵抗を向上させる。しかし、その含有量
は、0.25%未満では十分な効果が得られず、0.4
0%を超えると炭化物が粗大化し、靭性が低下するの
で、0.25〜0.40%に限定した。
【0011】Siは、高温強度及び被削性の向上に有効
な元素であるが、0.50%を超えると靭性が著しく低
下するので、含有量は0.50%以下とした。
【0012】Mnは、鋼の焼入れ性を向上するのに有効
な元素であるが、0.3%未満ではその効果が不十分で
あり、1.00%を超えると偏析が生じ特性が低下する
ので、0.30〜1.00%に限定した。
【0013】Pは、含有量が多いと偏析が大きくなり、
靭性の低下や熱亀裂の発生を助長するので、含有量は可
能な限り低いことが望ましい。そこで0.015%以下
に限定した。
【0014】Sは、硫化物介在物を形成し、靭性を低下
させるので、含有量は可能な限り低いことが望ましい。
そこで0.005%以下に限定した。
【0015】Niは、靭性、焼入れ性の向上に有効な元
素であるが、0.50%未満では十分な効果が得られ
ず、2.00%を超えると変態点を下げるので、含有量
は0.5〜2.00%に限定した。
【0016】Crは、焼入れ性、靭性及び耐摩耗性の向
上に有効な元素である。しかし、2.70%未満では十
分な効果が得られず、5.50%を超えると高温強度や
被削性が低下するため、含有量は2.70〜5.50%
に限定した。
【0017】Moは、焼入れ性と軟化抵抗の向上に有効
な元素であるが、1.00%未満では十分な効果が得ら
れず、2.00%を超えると靭性が低下するので、含有
量は1.00〜2.00%に限定した。
【0018】Vは、高温強度と軟化抵抗の向上に有効な
元素であるが、0.40%未満では高温強度の向上や結
晶粒の微細化の効果が得られず、0.80%を超えると
靭性が低下するので、含有量は0.40〜0.80%に
限定した。
【0019】Bは、鋼中で固溶Bを形成し、高温時の炭
化物の粒成長を抑制し、高温強度が低下しない。また、
被削性の向上に有効な元素である。しかし、0.000
5%未満ではそれらの効果が得られず、0.0100%
を超えると高温強度と靭性が低下するので、含有量は
0.0005〜0.0100%に限定した。
【0020】Alは、高温強度の向上に有効な固溶B量
を抑制するNと反応し、Bの添加効果を有効に発揮させ
るのに必要な元素である。しかし、0.005%未満で
は十分な効果が得られず、0.100%を超えると鋼中
の地きずの原因となり、また工具寿命の低下を招くの
で、含有量は0.005〜0.100%に限定した。
【0021】Nは、Bと反応してBNを生成して、Bの
固溶を妨害し高温強度の向上効果を抑制するために、含
有量は0.015%以下に限定することが望ましい。
【0022】
【実施例】本発明の実施例について説明する。表1に化
学組成を示す本発明の実施による本発明鋼と、従来の熱
間工具鋼の一例として表2に示す従来鋼とを、60to
n電気炉で溶製して得た鋼塊を分塊して鍛造(鍛錬比
5)した後、800〜850℃×6hで焼鈍を実施し
た。更に、焼入れを900〜1030℃の油冷却、並び
に焼きもどしを570〜630℃で行ない、鋼の硬さを
Hs55〜60に調整し、大物鍛造品成形金型(製品単
重量約15Kg)を製造した。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】前記表1及び表2に示す各鋼を素材とし、
前記鍛造と熱処理を施した各鋼材の鍛造方向に対し直角
方向より試験片を採取し、次に示す条件で試験を行なっ
た。その結果を表1と表2及び図1に示す。なお、工具
寿命試験は本発明鋼No.18、19、20及び従来鋼
No.38、39、40について前記大物鍛造品成形金
型を使って行なった。その結果を表3に示す。
【0026】破壊靭性 : 25.4mmk破壊靭性試
験片を作製し、ASTM E399−78に準じて破壊
靭性特性を測定した。 高温強度 : 温度600℃で、0.2%耐力値を高温
強度とした。試験片形状は、JIS Z2201の14
A号試験片に準じた。 工具寿命 : 大物鍛造品成形金型に用いて、使用不能
になるまでの使用回数で表した。
【0027】表1に示す本発明鋼は、No.1〜20の
すべてが、高温強度60Kgf/mm2以上で、破壊靭
性は250Kgf/mm3/2以上あるのに対し、表2に
示す比較鋼(No.21〜37)とBを含有しない従来
鋼(No.38〜40)は、半数以上が高温強度60K
gf/mm2未満で、破壊靭性も250Kgf/mm3/2
未満である。
【0028】前記試験結果を破壊靭性と高温強度の関係
で図1に示す。この図から本発明の実施による鋼材は、
破壊靭性と高温強度がバランス良く優れている。一方、
比較鋼と従来鋼は、破壊靭性は高いが高温強度が低い
か、逆に高温強度は高いが破壊靭性が低いか、いずれか
の状態に属し、破壊靭性と高温強度がアンバランスであ
る。
【0029】工具寿命試験は、表3に示すとおりで、本
発明鋼No.18、19、20は、いずれも12,00
0回以上の使用に耐え寿命が大きいのに対し、従来鋼の
No.38(SKT4)、No.39(SKD61)及
びNo.40(SKD7)の寿命は、いずれも本発明鋼
No.18、19、20の半分以下で寿命が短いことが
わかる。
【0030】
【表3】
【0031】
【発明の効果】この発明によれば、熱間工具鋼の破壊靭
性を低下させることなく、高温強度を向上させることが
でき、破壊靭性と高温強度のバランスが良く、工具寿命
を増大した優れた熱間工具鋼を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例における、本発明鋼と比較鋼及び従来鋼
の破壊靭性と高温強度との関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 邦夫 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 岡田 康孝 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C:0.25〜0.40%、Si:0.50%以下、M
    n:0.30〜1.00%、 P:0.015%以下、S:0.005%以下、Ni:
    0.50〜2.00%、 Cr:2.70〜5.50%、Mo:1.00〜2.0
    0%、V:0.40〜0.80%、 B:0.0005〜0.0100%、Al:0.015
    〜0.10%、N:0.015%以下、 を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる合
    金鋼で、室温での破壊靭性値(KQ)が250Kgf/
    mm3/2以上、高温(600℃)での耐力(0.2%P
    S)が60Kgf/mm2以上を有することを特徴とす
    る高温強度と靭性に優れた熱間工具鋼。
JP10077095A 1995-03-31 1995-03-31 高温強度と靭性に優れた熱間工具鋼 Pending JPH08269625A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150292067A1 (en) * 2008-11-20 2015-10-15 Boehler Edelstahl Gmbh & Co. Kg Hot-forming steel alloy
JP2015221933A (ja) * 2014-05-23 2015-12-10 大同特殊鋼株式会社 金型用鋼及び金型
JP2015224363A (ja) * 2014-05-27 2015-12-14 大同特殊鋼株式会社 金型用鋼及び金型
EP3050649A1 (en) 2015-01-28 2016-08-03 Daido Steel Co.,Ltd. Steel powder and mold using the same

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US10975460B2 (en) 2015-01-28 2021-04-13 Daido Steel Co., Ltd. Steel powder and mold using the same

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