JPH09165649A - 高温強度及び破壊靭性に優れた熱間工具鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】工具寿命を改善するに充分な高温強度と靭性を
有する熱間工具鋼を提供する。 【解決手段】Ｃ：0.25〜0.40％、Ｓｉ：0.20〜0.50％、
Ｍｎ：0.30〜1.50％、Ｎｉ：0.50〜2.00％、Ｃｒ：2.70
〜5.50％、Ｍｏ：1.00〜2.00％、Ｖ：0.50超〜0.80％、
Ａｌ： 0.005〜0.10％未満、Ｐ： 0.015％以下、Ｓ：
0.005％以下、Ｎ： 0.004％以下、残部はＦｅと不純物
からなる高温強度及び破壊靭性に優れた熱間工具鋼。更
に、Ｂ：0.0005〜0.01％を単独で含む場合のＮは 0.007
％以下、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂのうちの１種以上をＴｉ
（％）＋［48／91］Ｚｒ（％）＋［48／93］Ｎｂ（％）
の合計で 0.005〜0.05％含む場合のＮは 0.008％以下、
上記のＢ並びにＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂのうちの１種以上を含
む場合のＮは 0.010％以下でも良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱間工具鋼に関し、
より詳しくは熱間鍛造用金型、ダイカスト金型やプラス
チック金型などに使用される高温強度及び靭性（なかで
も破壊靭性）に優れた熱間工具鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱間鍛造、熱間押出しやダイカストなど
に用いられる金型やマンドレルといった熱間工具には、
作業応力や熱応力による亀裂の発生及び摩耗などに耐え
得る充分な高温強度、耐摩耗性と靭性が要求される。

【０００３】合金工具鋼鋼材としてJIS G 4404に規格化
されている鋼のうち熱間工具用としては、５ＣｒーＭｏ
ーＶ系のＳＫＤ６１やＳＫＤ６２など、３Ｃｒ−３Ｍｏ
−Ｖ系のＳＫＤ７及びＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ系の低合金
鋼であるＳＫＴ３やＳＫＴ４などが多用されている。し
かし、ＪＩＳに規定されているこうした合金工具鋼鋼材
では、前記した熱間工具に対する要求特性の全てを満た
すことができていないのが実状である。

【０００４】このような状況に対して、高温強度や靭性
を改善して熱間工具の寿命を高めようとする技術がいく
つか提案されている。

【０００５】例えば、特開平２−７３９５１号公報には
ＳＫＤ６１を基本組成にしてＮｂを添加し、更にＮ量を
規制した上でＺｒ及び／又はＣｅを添加することによっ
て耐熱疲労特性を向上させる技術が提案されている。し
かし、この公報に開示されている鋼にはＮｉが含まれて
いないので、靭性低下の問題を避け難いという問題があ
った。

【０００６】特開昭５３−７０９４０号公報には、低〜
中Ｃｒ−Ｍｏ（Ｗ）−Ｖ−Ｎｉを基本成分とし、これに
Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｚｒ、ＴｉなどＮとの親和力の大き
い元素を添加して表面窒化層の特性を改善して寿命を高
める技術が開示されている。

【０００７】しかし、この公報で提案された鋼にはＮ
ｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉの多量の添加が必要であ
り、母材の靭性が低下してしまう場合があった。

【０００８】特開昭５５−２１５４８号、特開昭５５−
２４９７３号、特開昭５６−５９５６号、特開昭５６−
３５７５６号、特開昭５６−３５７５７号、特開昭６０
−５６０５５号、特開平１−１２３０５１号、特開平２
−５７６３２号、特開平３−３１４４５号の各公報には
Ｎｂ、Ｔａ、ＴｉやＺｒの添加により結晶粒を微細化し
て靭性を高める技術が述べられている。しかし、結晶粒
の微細化は靭性と常温強度の向上には有効であるもの
の、高温強度は逆に低下してしまう場合もあるという問
題を有していた。

【０００９】特開昭５７−２３０４８号、特開昭５８−
１２３８５９号、特開昭５８−１２３８６０号及び特開
昭５８−１２３８６１号の各公報にはＴｉ、Ｚｒ及びＮ
ｂを添加し、これらの元素の２次析出を利用して熱間工
具の高温強度を向上させる技術が提案されている。しか
しＴｉ、Ｚｒ及びＮｂはいずれも焼入れの加熱時におい
て固溶量が小さく、従って、２次析出量は非常に少な
い。このため、上記した元素の２次析出によって高温強
度の向上を図るには多量の添加が必要となるのでコスト
が嵩んでしまい、経済性の面で問題である。

【００１０】上記の特開昭５７−２３０４８号、特開昭
５８−１２３８５９号、特開昭５８−１２３８６０号及
び特開昭５８−１２３８６１号の各公報、並びに特開昭
５９−１６６６５７号公報には、Ｂ添加により焼入性を
高めて熱間工具の靭性を向上させる技術が開示されてい
る。しかしながら、上記の各公報に記載の鋼にはＮ含有
量に対する配慮がなされていないために、溶製チャンス
によってＮの含有量がばらつくとＢの焼入性向上効果も
ばらつくこととなり、必ずしも熱間工具の靭性が安定し
て向上するというものでもなかった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記した様に、熱間工
具に対して所望の高温強度と靭性とを兼備させることは
困難な状況にある。

【００１２】加えて近年、熱間加工に対する要求がます
ます厳しくなってきた。例えば、熱間鍛造サイクルの高
速化や複雑な製品形状が要求されており、熱間工具の使
用条件も一層過酷なものとなって、従来技術により得ら
れる工具鋼を使用したのでは充分な熱間工具寿命を実現
し難くなっている。

【００１３】本発明は、かかる現状に鑑みなされたもの
で、工具寿命を改善するに充分な高温強度と靭性を有す
る熱間工具鋼の提供を課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決するためにＪＩＳのＳＫＤ６１を基本組成とする
熱間工具鋼の特性に及ぼす各種元素の影響について検討
を重ねた。その結果、先ず、上記成分系の熱間工具鋼の
靭性改善にはＭｎ及びＮｉの含有量を増やすことが非常
に効果的であることを見出した。しかし、これらの元素
の増量は高温強度の低下を招くことも同時に判明した。

【００１５】そこで、ＭｎとＮｉの増量がもたらす靭性
改善効果を維持しつつ高温強度を向上させるために更な
る検討を加えた。その結果、溶製チャンスによって高温
強度が変化し、性能に大きなばらつきが生ずることが判
明した。この現象に関して詳細に解析したところ、従来
は制御されることが殆どなかったＮ含有量が大きく影響
していることが明らかになった。

【００１６】次いで、表１に示す組成を基本組成とする
鋼について、Ｎ含有量を０．００２〜０．００８重量％
の範囲で変化させて溶製した。これらの鋼を用いて、通
常の方法で１００ｍｍ厚さ×１００ｍｍ幅の角材を作製
し、これを素材として１０００℃に加熱して空冷する焼
入れを行い、その後６００〜６３０℃で４ｈｒ加熱の焼
戻しを行った。各Ｎレベルの鋼について、常温（室温）
硬さがロックウェルＣ硬さで４２に調整された角材から
ＪＩＳ１４Ａ号の引張試験片（直径Ｄ＝６ｍｍ）を切り
出し、６００℃で引張試験を行った。この引張試験の結
果、図１に示すように、Ｎ含有量を低減すれば、特にＮ
含有量を０．００４重量％以下に低減すれば高温強度が
著しく増大することが明らかになった。

【００１７】なお、常温硬さをロックウェルＣ硬さで４
２に調整した角材から採取した試験片を用いて６００℃
で引張試験を行ったのは、熱間加工時に工具は６００℃
程度まで昇温するが、常温でロックウェルＣ硬さ４２程
度を有しておれば工具に生ずる摩耗を防止できるとの経
験に基づくものである。

【００１８】次いで、この高温強度の変化の原因を解明
するためにＮ含有量が０．００８重量％の鋼と０．００
２重量％の鋼を用いて、焼入れまま及び焼入れ焼戻し後
の基地中の析出物を抽出残渣法により定量分析した。そ
の結果、図２に示す様に、焼戻しまで終えた両方の鋼に
おいて析出物（Ｖ炭窒化物）として存在するＶの量はほ
ぼ同じであるのに対して、焼入れままでは未固溶のＶ炭
窒化物として存在するＶ量が０．００８重量％のＮを含
む鋼では多く、Ｎ含有量が０．００２重量％の鋼では少
ない。この結果は、Ｎ含有量を低減することにより、焼
入れの加熱処理でオ−ステナイト中に固溶するＶ量が増
加し、このため焼戻しによりＶ炭窒化物として２次析出
するＶ量が増加することを意味する。

【００１９】上記の２次析出したＶ炭窒化物は析出強化
に寄与する。従って、鋼中のＮ含有量を低減して焼入れ
時の固溶Ｖ量を増加させると、２次析出するＶ炭窒化物
の量が増加して高温強度が向上することとなる。

【００２０】

【表１】

【００２１】ところで、現在工業的に行われている通常
の製鋼法で恒常的にＮ含有量を０．００４％以下に規制
することは技術的に困難であり、又、かなりのコスト上
昇を伴うものである。この場合、Ｎとの親和力がＶより
も大きい元素であるＢ、Ｔｉ、ＺｒやＮｂを同時添加す
れば、これらの元素によってＮが固定されるため、鋼中
のＶを有効に活用することが可能になると考えられる。

【００２２】そこで次に、表２に示すＢを添加した組成
を基本組成とする鋼について、Ｎ含有量を０．００２〜
０．０１０重量％の範囲で変化させて溶製した。これら
の鋼を用いて、通常の方法で１００ｍｍ厚さ×１００ｍ
ｍ幅の角材を作製し、これを素材として１０００℃に加
熱して空冷する焼入れを行い、その後６００〜６３０℃
で４ｈｒ加熱の焼戻しを行った。各Ｎレベルの鋼につい
て、常温（室温）硬さがロックウェルＣ硬さで４２に調
整された上記寸法の角材からＪＩＳ１４Ａ号の引張試験
片（直径Ｄ＝６ｍｍ）を切り出し、６００℃で引張試験
を行った。

【００２３】

【表２】

【００２４】この引張試験の結果、図３に示すように、
Ｎ含有量を０．００７重量％以下に低減すれば高温強度
が著しく増大することが明らかになった。

【００２５】同様にＴｉ、Ｚｒ及びＮｂのうちの１種以
上を添加した場合にはＮ含有量を０．００８％重量以下
に、又、Ｂ並びに、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂのうちの１種以
上を同時に添加した場合にはＮ含有量を０．０１重量％
以下に規制すると、高温強度が向上することが明らかに
なった。

【００２６】本発明は、上記の知見に基づいてなされた
もので、下記（１）〜（４）の高温強度及び靭性に優れ
た熱間工具鋼を要旨とする。

【００２７】（１）重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０
％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜
１．５０％、Ｎｉ：０．５０〜２．００％、Ｃｒ：２．
７０〜５．５０％、Ｍｏ：１．００〜２．００％、Ｖ：
０．５０％を超え０．８０％まで、Ａｌ：０．００５〜
０．１０％未満を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物
からなり、不純物中のＰは０．０１５％以下、Ｓは０．
００５％以下、Ｎは０．００４％以下であることを特徴
とする高温強度及び破壊靭性に優れた熱間工具鋼。

【００２８】（２）重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０
％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜
１．５０％、Ｎｉ：０．５０〜２．００％、Ｃｒ：２．
７０〜５．５０％、Ｍｏ：１．００〜２．００％、Ｖ：
０．５０％を超え０．８０％まで、Ａｌ：０．００５〜
０．１０％未満、Ｂ：０．０００５〜０．０１％を含有
し、残部はＦｅ及び不可避不純物からなり、不純物中の
Ｐは０．０１５％以下、Ｓは０．００５％以下、Ｎは
０．００７％以下であることを特徴とする高温強度及び
破壊靭性に優れた熱間工具鋼。

【００２９】（３）重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０
％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜
１．５０％、Ｎｉ：０．５０〜２．００％、Ｃｒ：２．
７０〜５．５０％、Ｍｏ：１．００〜２．００％、Ｖ：
０．５０％を超え０．８０％まで、Ａｌ：０．００５〜
０．１０％未満、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂのうちの１種以上
をＴｉ（％）＋［４８／９１］Ｚｒ（％）＋［４８／９
３］Ｎｂ（％）の合計で０．００５〜０．０５％を含有
し、残部はＦｅ及び不可避不純物からなり、不純物中の
Ｐは０．０１５％以下、Ｓは０．００５％以下、Ｎは
０．００８％以下であることを特徴とする高温強度及び
破壊靭性に優れた熱間工具鋼。

【００３０】（４）重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０
％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜
１．５０％、Ｎｉ：０．５０〜２．００％、Ｃｒ：２．
７０〜５．５０％、Ｍｏ：１．００〜２．００％、Ｖ：
０．５０％を超え０．８０％まで、Ａｌ：０．００５〜
０．１０％未満、Ｂ：０．０００５〜０．０１％、並び
にＴｉ、Ｚｒ及びＮｂのうちの１種以上をＴｉ（％）＋
［４８／９１］Ｚｒ（％）＋［４８／９３］Ｎｂ（％）
の合計で０．００５〜０．０５％を含有し、残部はＦｅ
及び不可避不純物からなり、不純物中のＰは０．０１５
％以下、Ｓは０．００５％以下、Ｎは０．０１０％以下
であることを特徴とする高温強度及び破壊靭性に優れた
熱間工具鋼。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明における鋼の化学
組成を上記のように限定する理由について説明する。な
お、「％」は「重量％」を意味する。

【００３２】Ｃ：Ｃは鋼の焼入性を高めると共に、焼戻
し時に炭窒化物（なかでもＶ炭窒化物）として２次析出
して高温強度を向上させる作用を有する。しかし、その
含有量が０．２５％未満では添加効果に乏しく、一方、
０．４０％を超えて含有させると却って高温強度の低下
をきたす。従って、Ｃの含有量を０．２５〜０．４０％
とした。

【００３３】Ｓｉ：Ｓｉは鋼の被削性を向上する作用を
有する。しかし、その含有量が０．２０％未満では添加
効果に乏しく、一方、０．５０％を超えると高温強度の
著しい低下をきたすようになる。従って、Ｓｉの含有量
を０．２０〜０．５０％とした。

【００３４】Ｍｎ：Ｍｎは鋼の焼入性を向上させて靭性
を高めるのに有効な元素である。しかし、その含有量が
０．３０％未満では所望の効果が得られず、１．５０％
を超えると偏析が生じて靭性と強度の低下を招くように
なるので、Ｍｎの含有量を０．３０〜１．５０％とし
た。

【００３５】Ｎｉ：ＮｉもＭｎと同様に鋼の焼入性を向
上させて靭性を改善するのに有効な元素である。しか
し、その含有量が０．５０％未満では添加効果に乏し
く、一方、２．００％を超えると変態点を下げて高温強
度の低下をきたす。従って、Ｎｉの含有量を０．５０〜
２．００％とした。

【００３６】Ｃｒ：Ｃｒは焼入性、靭性及び耐摩耗性の
向上に有効な元素である。しかし、その含有量が２．７
０％未満では充分な効果が得られず、５．５０％を超え
ると高温強度や被削性の低下を招くようになるので、Ｃ
ｒの含有量を２．７０〜５．５０％とした。

【００３７】Ｍｏ：Ｍｏは鋼の焼入性と焼戻し軟化抵抗
を向上させて、靭性と高温強度を高める作用を有する。
しかし、その含有量が１．００％未満では所望の効果が
得られず、一方、２．００％を超えると靭性の低下をき
たす。従って、Ｍｏの含有量を１．００〜２．００％と
した。

【００３８】Ｖ：Ｖは本発明において特に重要な意味を
持つ。すなわち、Ｖは焼戻し時に炭窒化物を形成して、
熱間工具の高温強度を高めるのに最も寄与する元素であ
る。本発明における検討では焼戻しにより２次析出する
Ｖ炭窒化物の量が多いほど高温強度向上の効果が大きい
ことが判明した。しかし、Ｖの含有量が０．５０％以下
では前記の効果が得難く、０．８０％を超えて含有させ
ると靭性の低下をきたす。

【００３９】従って、Ｖの含有量を０．５０％を超え
０．８０％までとした。

【００４０】Ａｌ：Ａｌは鋼の脱酸の安定化及び均質化
を図るのに有効な元素であるが、その含有量が０．００
５％未満では所望の効果を得ることができない。一方、
０．１０％以上ではブルームや製品の疵の原因となる。
従って、Ａｌの含有量を０．００５〜０．１０％未満と
した。

【００４１】本発明の高温強度及び靭性に優れた熱間工
具鋼には、上記の成分に加えて更に、Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及
びＮｂのうちの１種以上を含んでいても良い。これらの
合金元素の作用効果と望ましい含有量は下記のとおりで
ある。

【００４２】Ｂ：Ｂは脱Ｎ剤として作用し、焼入れ時の
固溶Ｖ量を増加させて熱間工具の高温強度を高める効果
を有する。このため、安定した高温強度を確保する目的
で含有させるが、０．０００５％未満ではその効果が小
さく、一方、０．０１％を超えて含有させると靭性劣化
をきたすようになる。従って、Ｂを添加する場合には
０．０００５〜０．０１％の含有量とするのが良い。

【００４３】Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂ：Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂ
も脱Ｎ剤として作用し、Ｂと同様に焼入れ時の固溶Ｖ量
を増加させて熱間工具の高温強度を高める効果を有す
る。更に、焼入れの加熱時にオ−ステナイト中に固溶し
ておれば、それ自体焼戻し時に析出して高温強度を高め
る効果も有する。

【００４４】しかし、Ｔｉ（％）＋［４８／９１］Ｚｒ
（％）＋［４８／９３］Ｎｂ（％）の合計で０．００５
％未満の含有量では所望の効果が得られず、又、前記の
式の合計で０．０５％を超えて含有させると靭性劣化を
きたすようになる。従って、これらの合金元素を１種以
上添加する場合には、Ｔｉ（％）＋［４８／９１］Ｚｒ
（％）＋［４８／９３］Ｎｂ（％）の合計で０．００５
〜０．０５％の含有量とするのが良い。

【００４５】本発明においては不純物元素としてのＰ、
Ｓ及びＮはそれぞれ下記のとおりに規制する。

【００４６】Ｐ：Ｐを多量に含有すると偏析が生じて靭
性の劣化をきたし、更に熱亀裂の発生が促進される。従
って、不純物としてのＰは可及的に低減することが望ま
しい。そこで、本発明ではＰの許容上限を０．０１５％
とした。なお、不純物としてのＰは０．０１％以下まで
低減することが好ましい。

【００４７】Ｓ：Ｓは硫化物を形成して靭性を低下させ
るので、極力その含有量を低く制限することが必要であ
る。従って、本発明では不純物としてのＳ含有量を０．
００５％以下とした。

【００４８】Ｎ：ＮはＶと窒化物を形成して焼入れ加熱
時の固溶Ｖ量を減少させてしまう。固溶Ｖ量が少ないと
焼戻し時に２次析出するＶ炭窒化物の量も必然的に減少
し、高温強度が低下する。

【００４９】本発明ではＢ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂのいず
れをも含まない場合においては、Ｎ含有量が０．００４
％を超えると高温強度が低下する。Ｂを含んでＴｉ、Ｚ
ｒ及びＮｂのいずれをも含まない場合においては、Ｎ含
有量が０．００７％を超えると高温強度が低下する。
又、Ｂを含まずにＴｉ、Ｚｒ及びＮｂのうちの１種以上
を含む場合においては、Ｎ含有量が０．００８％を超え
ると高温強度が低下する。更に、Ｂ並びにＴｉ、Ｚｒ及
びＮｂのうちの１種以上を含む場合においては、Ｎ含有
量が０．０１０％を超えると高温強度が低下する。

【００５０】従って、本発明では不純物としてのＮ含有
量を、Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂのいずれをも含まない
場合には０．００４％以下、Ｂを含んでＴｉ、Ｚｒ及
びＮｂのいずれをも含まない場合には０．００７％以
下、Ｂを含まずにＴｉ、Ｚｒ及びＮｂのうちの１種以
上を含む場合には０．００８％以下、Ｂ並びにＴｉ、
Ｚｒ及びＮｂのうちの１種以上を含む場合には０．０１
０％以下とした。

【００５１】なお、一層安定して高い高温強度を確保す
るために、不純物としてのＮ含有量を、上記のの場合
には０．００３％以下に、の場合には０．００４％以
下に、の場合には０．００５％以下に、の場合には
０．００８％以下に規制することが好ましい。

【００５２】

【実施例】表３〜５に示す化学組成を有する鋼を通常の
方法により試験炉を用いて真空溶製した。表３、４にお
ける鋼１、２、４、５、８〜１８及び２１〜２８は本発
明鋼であり、鋼３、６、７、１９、２０、２９及び３０
は成分のいずれかが本発明で規定する含有量の範囲から
外れた比較鋼である。なお、比較鋼のうち鋼３はＪＩＳ
のＳＫＤ６１をベースにした従来鋼である。

【００５３】次いで、これらの本発明鋼及び比較鋼を通
常の方法によって鋼片となした後、１２００℃に加熱し
てから１２００〜９００℃の温度で１００ｍｍ厚さ×１
００ｍｍ幅の角材に熱間鍛造し、その後常温まで空冷し
た。

【００５４】こうして得られた熱間鍛造ままの角材を１
０００℃に加熱・保持してから空冷（空気焼入れ）し、
６００〜６４０℃で焼戻しを行い、各鋼について常温
（室温）硬さをロックウェルＣ硬さで４２に調整して、
６００℃での引張試験による降伏強度と常温（室温）で
の破壊靭性を調査した。

【００５５】引張試験は、上記の熱処理を施した角材か
らＪＩＳ１４Ａ号試験片（直径Ｄ＝６ｍｍ）を切り出
し、JIS G 0567に準拠して行った。また、破壊靭性試験
はASTME399-83に準じて長さ方向から試験片を採取して
行った。試験結果を表６に示す。

【００５６】又、各鋼の鋼片を１２００℃に加熱してか
ら１２００〜９００℃の温度で２８０ｍｍ厚さ×３２０
ｍｍ幅の角材に熱間鍛造し、その後１０００℃に加熱・
保持して油焼入れし、更に５９０℃で焼戻しを行い、熱
間鍛造金型を得た。金型寸法は２５０ｍｍ厚さ×３００
ｍｍ幅×７５０ｍｍ長さである。

【００５７】得られた金型を、６５００ｔ熱間プレスに
て実際の型鍛造に供し、寿命を測定した。なお熱間鍛造
金型の寿命は、型彫り面の欠損やへたり摩耗により金型
が著しく損傷して型鍛造の継続が不能になるまでの型打
ち数で評価した。この結果も表６に併せて示す。

【００５８】表６から、６００℃における降伏強度は、
従来鋼である鋼３では５７１ＭＰａであるのに対し、本
発明鋼では６３３ＭＰａを最高に何れも６００ＭＰａ以
上の高強度が得られている。一方、比較鋼である鋼７、
２０及び３０では、いずれもＮ含有量が本発明で規定す
る値を超えるため、Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂを添加して
Ｎを固定しているにも関わらず、高温強度向上の効果が
小さいことが明らかである。

【００５９】破壊靭性についても、本発明鋼ではいずれ
も従来鋼である鋼３とほぼ同様の良好な値が得られてい
る。これに対して比較鋼である鋼６、１９及び２９では
Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂの含有量が本発明で規定する範囲
を超えているため、破壊靭性値は低いものである。

【００６０】金型寿命に関しては、本発明鋼を用いて作
製した熱間鍛造金型ではいずれも従来鋼である鋼３を用
いて作製した金型の寿命の７０％増し程度に長寿命化
し、１００００回以上の型打ちが可能であった。しか
し、比較鋼を用いて作製した熱間鍛造金型の寿命は、破
壊靭性が従来鋼である鋼３と同等のレベルであっても高
温強度の改善が不十分であったり、高温強度が従来鋼に
比べて充分大きくても破壊靭性値が従来鋼よりも低いた
めに、型打ち回数は８０００回前後と従来鋼を用いた金
型に比べて大きく向上することはなかった。

【００６１】

【表３】

【００６２】

【表４】

【００６３】

【表５】

【００６４】

【表６】

【００６５】

【発明の効果】本発明による高温強度及び靭性に優れた
熱間工具鋼は、６００℃における降伏強度が６００ＭＰ
ａを超え、常温での破壊靭性値はＪＩＳのＳＫＤ６１を
ベースにした従来鋼と同程度の良好な値を有している。
従って、本発明鋼を用いれば、熱間鍛造、熱間押出しや
ダイカストなどに用いられる金型やマンドレルといった
熱間工具の寿命を延ばすことが可能で、産業上の効果は
非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂのいずれをも含まない
鋼材をロックウェルＣ硬さで４２に調整した場合の６０
０℃降伏強度に及ぼすＮ含有量の影響を示す図である。

【図２】ベースの化学組成が同じでＮ含有量の異なる鋼
について、焼入れまま及び焼入れ焼戻し後の析出Ｖ量を
示す図である。

【図３】Ｂを含んでＴｉ、Ｚｒ及びＮｂのいずれをも含
まない鋼材をロックウェルＣ硬さで４２に調整した場合
の６００℃降伏強度に及ぼすＮ含有量の影響を示す図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海野 正英 大阪府大阪市此花区島屋５丁目１番109号 住友金属工業株式会社関西製造所製鋼品事 業所内 (72)発明者 瀬羅 知暁 大阪府大阪市此花区島屋５丁目１番109号 住友金属工業株式会社関西製造所製鋼品事 業所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０％、Ｓ
   ｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．５０
   ％、Ｎｉ：０．５０〜２．００％、Ｃｒ：２．７０〜
   ５．５０％、Ｍｏ：１．００〜２．００％、Ｖ：０．５
   ０％を超え０．８０％まで、Ａｌ：０．００５〜０．１
   ０％未満を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物からな
   り、不純物中のＰは０．０１５％以下、Ｓは０．００５
   ％以下、Ｎは０．００４％以下であることを特徴とする
   高温強度及び破壊靭性に優れた熱間工具鋼。
2. 【請求項２】重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０％、Ｓ
   ｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．５０
   ％、Ｎｉ：０．５０〜２．００％、Ｃｒ：２．７０〜
   ５．５０％、Ｍｏ：１．００〜２．００％、Ｖ：０．５
   ０％を超え０．８０％まで、Ａｌ：０．００５〜０．１
   ０％未満、Ｂ：０．０００５〜０．０１％を含有し、残
   部はＦｅ及び不可避不純物からなり、不純物中のＰは
   ０．０１５％以下、Ｓは０．００５％以下、Ｎは０．０
   ０７％以下であることを特徴とする高温強度及び破壊靭
   性に優れた熱間工具鋼。
3. 【請求項３】重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０％、Ｓ
   ｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．５０
   ％、Ｎｉ：０．５０〜２．００％、Ｃｒ：２．７０〜
   ５．５０％、Ｍｏ：１．００〜２．００％、Ｖ：０．５
   ０％を超え０．８０％まで、Ａｌ：０．００５〜０．１
   ０％未満、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂのうちの１種以上をＴｉ
   （％）＋［４８／９１］Ｚｒ（％）＋［４８／９３］Ｎ
   ｂ（％）の合計で０．００５〜０．０５％を含有し、残
   部はＦｅ及び不可避不純物からなり、不純物中のＰは
   ０．０１５％以下、Ｓは０．００５％以下、Ｎは０．０
   ０８％以下であることを特徴とする高温強度及び破壊靭
   性に優れた熱間工具鋼。
4. 【請求項４】重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０％、Ｓ
   ｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．５０
   ％、Ｎｉ：０．５０〜２．００％、Ｃｒ：２．７０〜
   ５．５０％、Ｍｏ：１．００〜２．００％、Ｖ：０．５
   ０％を超え０．８０％まで、Ａｌ：０．００５〜０．１
   ０％未満、Ｂ：０．０００５〜０．０１％、並びにＴ
   ｉ、Ｚｒ及びＮｂのうちの１種以上をＴｉ（％）＋［４
   ８／９１］Ｚｒ（％）＋［４８／９３］Ｎｂ（％）の合
   計で０．００５〜０．０５％を含有し、残部はＦｅ及び
   不可避不純物からなり、不純物中のＰは０．０１５％以
   下、Ｓは０．００５％以下、Ｎは０．０１０％以下であ
   ることを特徴とする高温強度及び破壊靭性に優れた熱間
   工具鋼。