JPH1060585A - 熱間工具鋼 - Google Patents

熱間工具鋼

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JPH1060585A
JPH1060585A JP8220124A JP22012496A JPH1060585A JP H1060585 A JPH1060585 A JP H1060585A JP 8220124 A JP8220124 A JP 8220124A JP 22012496 A JP22012496 A JP 22012496A JP H1060585 A JPH1060585 A JP H1060585A
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JP
Japan
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less
tool steel
added
resistance
heat check
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Pending
Application number
JP8220124A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshimitsu Fujii
井 利 光 藤
Yukinori Matsuda
田 幸 紀 松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Publication date
Application filed by Daido Steel Co Ltd filed Critical Daido Steel Co Ltd
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Publication of JPH1060585A publication Critical patent/JPH1060585A/ja
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 工具および金型などの耐摩耗性や耐ヒートチ
ェック性を低下させることなく、被削性をより一層向上
させることが可能である熱間工具鋼。 【解決手段】 重量%で、C:0.2超過〜0.8、S
i:0.1〜2.0、Mn:3.0以下、S:0.00
3〜0.030未満、Te:0.003〜0.010未
満、S+Te:0.006〜0.040未満、Ca:
0.0002〜0.0030、およびCr:10.0以
下,Mo:5.0以下,V:3.0以下のうちの1種以
上を含有し、残部Feおよび不純物よりなる、熱間工具
鋼。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プレス型,鍛造
型,ダイカスト型,パンチ等の素材として好適に利用さ
れる熱間工具鋼に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、プレス型,鍛造型,ダイカスト
型,パンチ等の素材として用いられる工具鋼としては、
JISに制定されているSKD61,SKD8,SKT
4などのほか、3Cr−1Mo系鋼,セミハイス系鋼な
どが使用されていた。
【0003】近年、数値制御による切削加工のさらなる
進歩により、金型加工等の自動化・高速化が進み、工具
鋼における被削性のより一層の向上に対する要望が高ま
っている。
【0004】このような被削性がより一層重視される用
途に対しては、強度を多少犠牲にして低硬度で使用した
り、Sなどの快削元素を多量に添加したりするなどの対
応がとられていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低硬度
で使用するための硬さの低減は、工具および金型などの
耐摩耗性や耐ヒートチェック性を低下させ、工具および
金型などの寿命低下を招くといった問題点があった。
【0006】また、Sの多量添加は、粗大な介在物がク
ラックの起点となり、耐ヒートチェック性が低下するた
め、鍛造型等では、これらのクラックが成長して、大
割れが発生しやすいこと、ダイカスト型では、意匠面
にクラックが転写するなどの原因により、工具および金
型などの寿命が低下すること、などといった問題点があ
った。
【0007】また反対に、Sの添加が微量すぎると、耐
ヒートチェック性などの特性の低下はないものの、十分
な被削性を得ることができないという問題点があった。
したがって、これらの問題点を解決することが課題と
してあった。
【0008】
【発明の目的】本発明は、このような従来の課題にかん
がみてなされたものであって、工具および金型などの耐
摩耗性や耐ヒートチェック性を低下させることなく、被
削性をより一層向上させることが可能である熱間工具鋼
を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者は、硫化物系介
在物の形態に着目し、工具および金型などの主要な寿命
決定要因である耐ヒートチェック性を維持しつつ、被削
性を向上させるのに有効な成分系および添加量を検討し
た。
【0010】その結果、ベース鋼に、Sに加え、そして
またTeおよびCaを適量添加することにより、硫化物
系介在物が微細化かつ球状化し、耐ヒートチェック性の
低下抑制に有効であることを見い出した。
【0011】また、硫化物系介在物の形成元素であるS
およびTeについて、被削性は向上させるが、耐ヒート
チェック性は低下させない適正な添加量を見い出した。
【0012】すなわち、本発明による熱間工具鋼は、請
求項1に記載しているように、重量%で、C:0.2超
過〜0.8%、Si:0.1〜2.0%、Mn:3.0
%以下、S:0.003〜0.030未満%、Te:
0.003〜0.010未満%、S+Te:0.006
〜0.040未満%、Ca:0.0002〜0.003
0%、およびCr:10.0%以下,Mo:5.0%以
下,V:3.0%以下のうちの1種または2種以上を含
有し、残部Feおよび不純物よりなる成分組成のものと
したことを特徴としている。
【0013】そして、本発明に係わる熱間工具鋼の実施
態様においては、請求項2に記載しているように、基地
の強化元素として、Ni:4.0%以下,Cu:3.0
%以下,W:5.0%以下,Co:5.0%以下のうち
の1種または2種以上を含有するものとしたり、請求項
3に記載しているように、炭化物の形成による結晶粒の
微細化元素として、Nb:2.0%以下,Ti:2.0
%以下,Ta:4.0%以下のうちの1種または2種以
上を含有するものとしたり、請求項4に記載しているよ
うに、窒化物の形成による結晶粒微細化元素として、A
l:1.0%以下を含有するものとしたり、請求項5に
記載しているように、不純物固定元素として、REM:
0.5%以下を含有するものとしたりすることができ
る。
【0014】
【発明の作用】本発明に係わる熱間工具鋼は、上述した
成分組成を有するものであるが、このような成分組成
(重量%)に限定した理由について説明する。
【0015】C:0.2超過〜0.8% Cは工具および金型などの硬さや耐摩耗性を確保するた
めに必要な元素であり、工具として十分な硬さや耐摩耗
性を確保するためには0.2%を超える添加が必要であ
る。そして、耐摩耗性が重要視される用途に対しては
0.3%を超える添加が望ましい。しかし、過剰の添加
は工具および金型などに加工する際の加工性を低下させ
ることとなるので0.8%以下とすることが必要であ
る。
【0016】そして、より具体的には、SKD61の場
合にC含有量は0.30〜0.45%程度、SKD8の
場合にC含有量は0.30〜0.45%程度、SKT4
の場合にC含有量は0.50〜0.60%、3Cr−1
Mo系の場合にC含有量は0.20超過〜0.30%程
度、セミハイス系の場合にC含有量は0.65〜0.8
0%程度とするのが良い。
【0017】Si:0.1〜2.0% Cは鋼溶製時に脱酸元素として有効であるが、耐ヒート
チェック性向上のためには低減することが好ましい。し
たがって、耐ヒートチェック性を確保するために2.0
%を上限としている。しかし、Si含有量を過度に低減
すると被削性が劣化することとなるため0.1%を下限
としている。
【0018】Mn:3.0%以下 Mnは鋼溶製時に脱酸元素として有効であり、また、焼
入性および硬さを確保するためにも有効であるが、過度
に低減すると焼なまし時の加工性低下を招くため、3,
0%以下としている。
【0019】S:0.003〜0.030未満%、T
e:0.003〜0.010未満%で且つ、S+Te:
0.006〜0.040未満%、 SおよびTeは化合物Mn(S,Te)を形成し、切削
加工時の応力集中源となるため被削性をより一層向上さ
せる作用を有している。そして、このような作用を十分
なものとするためには、Sは0.003%以上、Teは
0.003%以上で且つ、S+Te合計量で0.006
%以上添加することが必要である。ただし、過剰に添加
すると耐ヒートチェック性が低下するため、Sは0.0
30%未満%、Teは0.010%未満で且つ、S+T
e合計量で0.040%未満とする必要がある。
【0020】そして、SとTeとを複合添加することに
より、S単独添加の場合よりも硫化物系介在物が球状化
し、耐ヒートチェック性の低下を抑制することができる
ため、SとTeとを複合添加することとしている。
【0021】Ca:0.0002〜0.0030% Caは微細な酸化物を形成して硫化物の核となる。その
ため、SおよびTeとの複合添加により、硫化物を微細
化し、耐ヒートチェック性の低下を抑制する効果があ
る。そして、このような効果を得るためには、0.00
02%以上の添加が必要である。しかし、過剰に添加し
てもその効果が飽和するため0.0030%以下として
いる。
【0022】Cr:10.0%以下,Mo:5.0%以
下,V:3.0%以下のうちの1種または2種以上 Cr,Mo,Vはいずれも炭化物を形成し、基地の強化
や耐摩耗性の向上に有効であるため、これらのうちの1
種または2種以上を添加する。ただし、過剰の添加は加
工性の低下を招くため、Crについては10.0%以
下,Moについては5.0%以下、Vについては3.0
%以下としている。
【0023】Ni:4.0%以下,Cu:3.0%以
下,W:5.0%以下,Co:5.0%以下のうちの1
種または2種以上 Ni,Cu,W,Coはいずれも基地の強化元素として
有用なものである。
【0024】より具体的には、Niは焼入性を向上し、
基地を強化するのに有用であるので、必要に応じて添加
することが可能である。しかし、過剰に添加しても加工
性が低下するため4.0%以下としている。
【0025】また、Cuは基地を強化するのに有用であ
るので、必要に応じて添加することが可能である。しか
し、過剰に添加しても耐衝撃性や加工性が低下するため
3.0%以下としている。
【0026】さらにまた、Wは炭化物を形成し、基地の
強化や耐摩耗性の向上に有用であるため、必要に応じて
添加することが可能である。しかし、過剰の添加は加工
性の低下を招くため5.0%以下としている。
【0027】さらにまた、Coは基地の強化に有用であ
るので、必要に応じて添加することが可能である。しか
し、過剰に添加すると加工性が低下するため5.0%以
下としている。
【0028】Nb:2.0%以下,Ti:2.0%以
下,Ta:4.0%以下のうちの1種または2種以上 Nb,Ti,Taはいずれも微細な炭化物を形成し、結
晶粒の微細化、そしてそれによって耐衝撃性の向上に有
効な元素であるので、必要に応じて添加することが可能
である。しかし、過剰に添加してもその効果が飽和する
ため、Nbについては2.0%以下、Tiについては
2.0%以下、Taについては4.0%以下としてい
る。
【0029】Al:1.0%以下 Alは微細な窒化物を形成し、結晶粒の微細化、そして
それによって耐衝撃性の向上に有効な元素であるので、
必要に応じて添加することが可能である。しかし、過剰
に添加してもその効果が飽和するため1.0%以下とし
ている。
【0030】REM(希土類元素の1種または2種以
上):0.5%以下 REMはO,P等の不純物を固定し、基地の清浄度を高
め、耐衝撃性を向上させるのに有効な元素であるので、
必要に応じて添加することが可能である。しかし、過剰
に添加すると地きずが発生するため0.5%以下として
いる。
【0031】
【実施例】表1〜表6に示す化学成分のSKD61系,
SKD8,SKT4,3Cr−1Mo系,セミハイス系
の鋼をそれぞれ50kg真空誘導炉で溶製したのち、鋳
造し、鋳塊に対し1200℃で熱間鍛造することによっ
て、幅110mm,高さ45mmの鋼片とした。
【0032】次いで、鋼片に対し焼なましを行ったのち
ヒートチェック試験片および被削性試験片の形状に粗加
工して成形し、表7に示す焼入れ温度および焼もどし温
度による焼入れ・焼もどしを行い、次いで、ヒートチェ
ック試験片については、直径15mm×高さ5mmの形
状に仕上げ加工し、被削性試験片については100mm
×40mm×200mmの形状に仕上げ加工した。
【0033】(1)硬さ試験:上記ヒートチェック試験
片を用い、ロックウエルCスケールにて硬さの測定を行
った。この結果を同じく表1〜表6に示す。
【0034】(2)ヒートチェック試験:上記ヒートチ
ェック試験片を用い、高周波加熱と水冷の繰返しによっ
て、650℃⇔室温 の加熱・冷却を1000回繰り返
し、各試験片に生じたクラックの平均長さで耐ヒートチ
ェック性の評価を行った。この結果を同じく表1〜表6
に示す。
【0035】(3)被削性試験:上記被削性試験片を用
い、超硬エンドミルによって表8に示す切削条件で切削
を行い、逃げ面の摩耗幅が0.3mmとなるまでの切削
長で被削性を評価した。この結果を同じく表1〜表6に
示す。
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】
【0038】
【表3】
【0039】
【表4】
【0040】
【表5】
【0041】
【表6】
【0042】
【表7】
【0043】
【表8】
【0044】表1〜表6に示すように、SKD61系,
SKD8,SKT4,3Cr−1Mo系,セミハイス系
のそれぞれにおいて、S,Te,Ca含有量が本発明の
下限値によりも少ないNo,1,15,20,25,3
0鋼では、それぞれの同一鋼系内での比較において、い
ずれも耐ヒートチェック性には優れているものの被削性
に劣ったものとなっていた。
【0045】また、S,Teを複合添加せずそしてCa
も添加していないNo.2鋼や、S,Teを複合添加す
るとしてもCaを添加していないNo.4鋼や、Caを
添加していてもS,Teをを複合添加していないNo.
5鋼や、S+Te量が多すぎるNo,3,6,18,2
3,28,33鋼では、それぞれの同一鋼系内での比較
において、いずれも耐ヒートチェック性に劣るものとな
っていることが認められた。
【0046】
【発明の効果】本発明による熱間工具鋼では、重量%
で、C:0.2超過〜0.8%、Si:0.1〜2.0
%、Mn:3.0%以下、S:0.003〜0.030
未満%、Te:0.003〜0.010未満%、S+T
e:0.006〜0.040未満%、Ca:0.000
2〜0.0030%、およびCr:10.0%以下,M
o:5.0%以下,V:3.0%以下のうちの1種また
は2種以上を含有し、残部Feおよび不純物よりなる化
学成分組成を有するものとしたから、工具および金型な
どの耐摩耗性や耐ヒートチェック性を低下させることな
く、被削性をより一層向上させることが可能である熱間
工具鋼を提供しうるものであるという著しく優れた効果
がもたらされる。
【0047】そして、請求項2に記載しているように、
基地の強化元素として、Ni:4.0%以下,Cu:
3.0%以下,W:5.0%以下,Co:5.0%以下
のうちの1種または2種以上を必要に応じて含有したも
のとすることによって、強靭性により一層優れた耐久性
のよい工具および金型などの素材を提供しうることにな
るという著しく優れた効果がもたらされる。
【0048】また、請求項3に記載しているように、炭
化物の形成による結晶粒の微細化元素として、Nb:
2.0%以下,Ti:2.0%以下,Ta:4.0%以
下のうちの1種または2種以上を必要に応じて含有した
ものとすることによって、耐衝撃性により一層優れた耐
久性の良い工具および金型などの素材を提供しうること
になるという著しく優れた効果がもたらされる。
【0049】さらにまた、請求項4に記載しているよう
に、窒化物の形成による結晶粒微細化元素として、A
l:1.0%以下を必要に応じて含有したものとするこ
とによって、耐衝撃性により一層優れた耐久性の良い工
具および金型などの素材を提供しうることになるという
著しく優れた効果がもたらされる。
【0050】さらにまた、請求項5に記載しているよう
に、不純物固定元素として、REM:0.5%以下を必
要に応じて含有したものとすることによって、基地の清
浄度を高め、耐衝撃性により一層優れた耐久性の良い工
具および金型などの素材を提供しうることになるという
著しく優れた効果がもたらされる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C:0.2超過〜0.8%、
    Si:0.1〜2.0%、Mn:3.0%以下、S:
    0.003〜0.030未満%、Te:0.003〜
    0.010未満%、S+Te:0.006〜0.040
    未満%、Ca:0.0002〜0.0030%、および
    Cr:10.0%以下,Mo:5.0%以下,V:3.
    0%以下のうちの1種または2種以上を含有し、残部F
    eおよび不純物よりなることを特徴とする熱間工具鋼。
  2. 【請求項2】 基地の強化元素として、Ni:4.0%
    以下,Cu:3.0%以下,W:5.0%以下,Co:
    5.0%以下のうちの1種または2種以上を含有する請
    求項1に記載の熱間工具鋼。
  3. 【請求項3】 炭化物の形成による結晶粒の微細化元素
    として、Nb:2.0%以下,Ti:2.0%以下,T
    a:4.0%以下のうちの1種または2種以上を含有す
    る請求項1または2に記載の熱間工具鋼。
  4. 【請求項4】 窒化物の形成による結晶粒微細化元素と
    して、Al:1.0%以下を含有する請求項1ないし3
    のいずれかに記載の熱間工具鋼。
  5. 【請求項5】 不純物固定元素として、REM:0.5
    %以下を含有する請求項1ないし4のいずれかに記載の
    熱間工具鋼。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52138011A (en) * 1976-05-13 1977-11-17 Daido Steel Co Ltd Long life mold steel
JPS5411016A (en) * 1977-06-24 1979-01-26 Pompey Acieries Steel iron having improved processability and fine granule structure*and method of making same
JPS61213349A (ja) * 1985-03-16 1986-09-22 Daido Steel Co Ltd 合金工具鋼

Patent Citations (3)

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