JPH1017987A - 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破壊靭
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： 0.2〜 0.5％、
Ｍｎ： 0.3〜 1.5％、Ｎｉ： 0.5〜 2.0％、Ｃｒ： 2.7
〜 5.5％、Ｍｏ： 1.0〜 2.0％、Ｗ： 0.3〜1.0 ％、
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：0.0005〜0.02％を単独で含
む場合のＮは 0.007％以下、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂの１種以
上をＴｉ（％）＋［48／91］Ｚｒ（％）＋［48／93］Ｎ
ｂ（％）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−Ｍｏ
−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を基本の化学組成にしてＮｂを添加し、更に
Ｎ量を制限した上で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、破壊
靭性を高めるのに有効な元素であるＮｉが含まれていな
いので、破壊靭性が低下すること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を基本化学成分とし、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
を延ばす技術が開示されている。しかし、この公報で提
案された鋼にはＮｂ、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。

【０００７】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（室温強度）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。

【０００８】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、したがって、焼戻しによる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。

【０００９】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。このために、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。

【００１０】

【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。

【００１１】加えて近年、熱間加工技術が著しく進歩し
たのに伴い、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。

【００１２】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（なか
でも破壊靭性）を有する熱間工具鋼を提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために、ＪＩＳのＳＫＤ６１を基本の化学
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、上記成分系の熱間工具
鋼の靭性改善には、（ａ）Ｗを添加すること、（ｂ）Ｍ
ｎ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、靭性の改善に寄与するＭｎ
とＮｉの増量が、高温強度の低下を招くことも同時に判
明した。

【００１４】このため、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ことを目
的に、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
高温強度の変化に大きく影響していることが明らかにな
った。

【００１５】そこで、表１に示す化学組成を基本組成と
する鋼について、Ｎ含有量を０．００２〜０．０１２重
量％の範囲で変化させて溶製した。

【００１６】

【表１】

【００１７】これらの鋼を用いて、実際の金型の油焼入
れをシミュレーションするために、通常の方法で９０ｍ
ｍ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
６００〜６５０℃で４ｈｒ加熱の焼戻しを行った。各Ｎ
レベルの鋼について、室温（以下、「常温」ともいう）
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、JIS G 0567に準拠して、６００℃における引
張試験を行い、降伏強度を測定した。

【００１８】図１に、この引張試験の結果を示す。この
図１から、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（６００℃に
おける降伏強度）が著しく増大することが明らかになっ
た。

【００１９】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。

【００２０】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０．０１２重量％の鋼と０．０
０２重量％の鋼とを用いて、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分析法により定量分析
した。

【００２１】図２に分析結果を示す。この図２から、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
０．０１２重量％のＮを含む鋼では多く、Ｎ含有量が
０．００２重量％の鋼では少ないことが分かる。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。

【００２２】上記の２次析出したＶ炭窒化物は析出強化
に寄与する。したがって、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。

【００２３】ところで、現在工業的に行われている通常
の製鋼法によって、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。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。

【００２４】そこで次に、表２に示すＢを含む化学組成
を基本組成とする鋼について、Ｎ含有量を０．００２〜
０．０１３重量％の範囲で変化させて溶製した。

【００２５】

【表２】

【００２６】これらの鋼を用いて、通常の方法で９０ｍ
ｍ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
６００〜６５０℃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℃
で引張試験を行い、降伏強度を測定した。

【００２７】図３に、この引張試験の結果を示す。この
図３から、Ｂを添加した場合、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。

【００２８】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０．０１０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。

【００２９】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）の高温強度及び破壊靭性に
優れた熱間工具鋼を要旨とする。

【００３０】（１）重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０
％、Ｓｉ：０．２〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜１．５
％、Ｎｉ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：２．７〜５．５
％、Ｍｏ：１．０〜２．０％、Ｗ：０．３〜１．０％、
Ｖ：０．５０％を超え０．８０％まで、Ａｌ：０．００
５〜０．１０％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。

【００３１】（２）重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０
％、Ｓｉ：０．２〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜１．５
％、Ｎｉ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：２．７〜５．５
％、Ｍｏ：１．０〜２．０％、Ｗ：０．３〜１．０％、
Ｖ：０．５０％を超え０．８０％まで、Ａｌ：０．００
５〜０．１０％未満、Ｂ：０．０００５〜０．０２％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。

【００３２】（３）重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０
％、Ｓｉ：０．２〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜１．５
％、Ｎｉ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：２．７〜５．５
％、Ｍｏ：１．０〜２．０％、Ｗ：０．３〜１．０％、
Ｖ：０．５０％を超え０．８０％まで、Ａｌ：０．００
５〜０．１０％未満、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０．００８％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。

【００３３】（４）重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０
％、Ｓｉ：０．２〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜１．５
％、Ｎｉ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：２．７〜５．５
％、Ｍｏ：１．０〜２．０％、Ｗ：０．３〜１．０％、
Ｖ：０．５０％を超え０．８０％まで、Ａｌ：０．００
５〜０．１０％未満、Ｂ：０．０００５〜０．０２％、
並びに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
１０％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。

【００３４】

【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。

【００３５】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。したがって、Ｃの含有量を０．２５〜
０．４０％とした。

【００３６】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０．２％未満では添加
効果に乏しく、一方、０．５％を超えると高温強度の著
しい低下をきたすようになる。したがって、Ｓｉの含有
量を０．２〜０．５％とした。

【００３７】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０．３％未満では所望の効果が得られない。一方、
１．５％を超えて含有すると偏析が生じて靭性と常温強
度の低下をきたすし、高温強度の低下をも招くようにな
る。したがって、Ｍｎの含有量を０．３〜１．５％とし
た。

【００３８】Ｎｉ：Ｎｉは、鋼の焼入性の向上と靭性改
善に有効な元素である。しかし、その含有量が０．５％
未満では添加効果に乏しく、一方、２．０％を超えると
変態点を下げて高温強度の低下をきたす。したがって、
Ｎｉの含有量を０．５〜２．０％とした。

【００３９】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％未満では充分な効果が得られず、５．５％を超える
と高温強度や被削性の低下を招くようになる。このた
め、Ｃｒの含有量を２．７〜５．５％とした。

【００４０】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１．０％未満では所望の効果
が得られず、一方、２．０％を超えると靭性の低下をき
たす。したがって、Ｍｏの含有量を１．０〜２．０％と
した。

【００４１】Ｗ：Ｗは、破壊靭性を高める作用を有す
る。しかし、その含有量が０．３％未満では添加効果に
乏しく、一方、１．０％を超えると却って破壊靭性の低
下をきたすようになる。したがって、Ｗの含有量を０．
３〜１．０％とした。

【００４２】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。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。したがって、Ｖの含有量を０．５０％
を超え０．８０％までとした。

【００４３】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。しかし、その含有量が
０．００５％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。したがって、Ａｌの含有量を０．００５〜
０．１０％未満とした。

【００４４】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。

【００４５】Ｂ：ＢはＮと結合してＶＮの生成を抑制
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、０．０２％を超えて含有さ
せると靭性劣化をきたすようになる。したがって、Ｂを
添加する場合には０．０００５〜０．０２％の含有量と
するのが良い。

【００４６】Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂ：Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂ
もＮと結合して、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、焼戻し時に炭窒化物として析出して高温強度を高め
る効果も有する。

【００４７】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。したがって、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０．０
０５〜０．０５％の含有量とするのが良い。

【００４８】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制限する。

【００４９】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。
したがって、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、本発明では不純物としてのＰ含有
量を０．０１５％以下とした。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。

【００５０】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。したがって、本発明では不純物としてのＳ含有量を
０．００５％以下とした。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】したがって、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、Ｚ
ｒ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Ｔ
ｉ、Ｚｒ及びＮｂのうちの１種以上を含む場合には０．
０１０％以下とした。

【００５４】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％以下に制限することが好ましい。

【００５５】

【実施例】表３、４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。

【００５６】

【表３】

【００５７】

【表４】

【００５８】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９０ｍｍ厚さ×１０
０ｍｍ幅の角材に熱間鍛造し、その後常温（室温）まで
空冷した。

【００５９】こうして得られた熱間鍛造ままの角材を、
実際の金型の油焼入れをシミュレーションするために、
１０００℃に加熱・保持してから空冷（空気焼入れ）
し、６００〜６５０℃で焼戻しを行い、各鋼について常
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の測定（高温強度の測
定）と常温での破壊靭性を調査した。

【００６０】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。又、破壊靭性試験は
ASTM E399-83に準じてＬ−Ｔ方向試験片を採取して行っ
た。

【００６１】表５に試験結果を示す。この表５から、６
００℃における降伏強度は、従来鋼である鋼 3では５８
２ＭＰａであるのに対し、本発明鋼では６３４ＭＰａを
最高にいずれも６００ＭＰａ以上の高強度が得られてお
り、高温強度に優れていることが分かる。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、６００℃にお
ける降伏強度は５７６〜５７９ＭＰａと低い。

【００６２】破壊靭性については、本発明鋼ではいずれ
も従来鋼である鋼 3とほぼ同等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ではＢの含有量が本
発明で規定する範囲を超えており、又鋼19及び29ではＴ
ｉ、Ｚｒ、Ｎｂの含有量（Ｔｉ（％）＋［４８／９１］
Ｚｒ（％）＋［４８／９３］Ｎｂ（％）の合計）が本発
明で規定する範囲を超えているため、いずれも破壊靭性
値は従来鋼である鋼 3に比べて劣っている。

【００６３】

【表５】

【００６４】

【発明の効果】本発明による高温強度及び破壊靭性に優
れた熱間工具鋼は、６００℃における降伏強度が６００
ＭＰａを超え、常温での破壊靭性値はＪＩＳのＳＫＤ６
１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。したがって、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。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０％、Ｓ
   ｉ：０．２〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｎ
   ｉ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：２．７〜５．５％、Ｍ
   ｏ：１．０〜２．０％、Ｗ：０．３〜１．０％、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。
2. 【請求項２】重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０％、Ｓ
   ｉ：０．２〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｎ
   ｉ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：２．７〜５．５％、Ｍ
   ｏ：１．０〜２．０％、Ｗ：０．３〜１．０％、Ｖ：
   ０．５０％を超え０．８０％まで、Ａｌ：０．００５〜
   ０．１０％未満、Ｂ：０．０００５〜０．０２％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。
3. 【請求項３】重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０％、Ｓ
   ｉ：０．２〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｎ
   ｉ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：２．７〜５．５％、Ｍ
   ｏ：１．０〜２．０％、Ｗ：０．３〜１．０％、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。
4. 【請求項４】重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０％、Ｓ
   ｉ：０．２〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｎ
   ｉ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：２．７〜５．５％、Ｍ
   ｏ：１．０〜２．０％、Ｗ：０．３〜１．０％、Ｖ：
   ０．５０％を超え０．８０％まで、Ａｌ：０．００５〜
   ０．１０％未満、Ｂ：０．０００５〜０．０２％、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。