JPH1060596A - 高硬度、高靱性冷間工具鋼 - Google Patents

高硬度、高靱性冷間工具鋼

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JPH1060596A
JPH1060596A JP22295396A JP22295396A JPH1060596A JP H1060596 A JPH1060596 A JP H1060596A JP 22295396 A JP22295396 A JP 22295396A JP 22295396 A JP22295396 A JP 22295396A JP H1060596 A JPH1060596 A JP H1060596A
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JP
Japan
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toughness
hardness
tool steel
steel
balance
Prior art date
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Application number
JP22295396A
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English (en)
Inventor
Daien Yokoi
大円 横井
Keiichi Nakamura
恵一 中村
Nobuhiro Tsujii
信博 辻井
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Sanyo Special Steel Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Special Steel Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 靱性に対して有害な巨大炭化物の生成を抑制
するためにC,Crのバランスを考慮しながら、成分バ
ランスの最適化を図ることにより、高硬度でしかも高い
靱性、耐熱性を有し、安価で熱処理および加工における
取扱いが容易な経済的な高硬度、高靱性冷間工具鋼及び
その金型並びに工具を提供すること。 【解決手段】 重量%で、C:0.80〜0.95%、
Si:0.30〜2.0%、Mn:0.30〜1.50
%、Cr:6.0〜10.0%、Mo又はWのいずれか
1種又は2種をMo当量(1/2W+Mo)で2.5〜
5.0%、V:0.35〜0.50%とし、残部Feお
よび通常の不可避不純物とからなることを特徴とする高
硬度、高靱性冷間工具鋼。また、上記成分組成にさらに
N:60ppm以下とした高硬度、高靱性冷間工具鋼。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鍛造金型、フォー
ミングロールあるいは転造ダイスなどの使用条件が特に
過酷な冷間加工用として好適な高硬度、高靱性冷間工具
鋼およびその金型並びに工具に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、冷間加工用工具には、JIS−S
KS3やSKD11およびSKH51が広く使用されて
いる。とくに、鍛造金型、フォーミングロールあるいは
転造ダイスなどの使用条件が特に過酷な冷間加工用とし
ては、比較的高い硬度と靱性を具備したSKD11など
の冷間ダイス鋼が汎用されている。しかしながら、塑性
加工技術の進歩や被加工材の高強度化に伴い、使用され
る工具への応力および熱負荷が大きくなり、硬度不足や
耐熱性不足によりSKD11では対処できない場合が多
くなっている。また、高速度工具鋼であるSKH51に
おいては、500℃以上の高温焼戻しにて64HRC以
上の高い硬さと耐熱性が確保できるものの、その素材単
価が高いうえに、適正焼入温度は、1200℃程度と非
常に高く、熱処理作業性やそのコストの点で制限が多
い。さらに、SKH51は、硬質のMC炭化物を多量に
含むために、機械加工性や研削性もあまり良くない。
【0003】このような、問題に対して、例えば特公昭
61−11310号公報、特公平3−36897号公
報、特公昭64−5100号公報および特開平5−15
6467号公報等の発明が提案されている。特公昭61
−11310号公報は冷間圧延用ワークロールに関する
ものであり、Moを0.4%〜3.0%含有させ、しか
も表面硬度を720〜800HV(61〜64HRC)
の高硬さに規定しているものの焼戻し温度は全て150
℃程度の低温であり、耐熱性の点で不十分である。
【0004】特公平3−36897号公報は、SKD1
1を改善し520℃程度の高温戻しで、高硬度と高靱性
を達成し、炭化物被覆処理に適した冷間工具鋼に関する
ものである。この発明鋼においても、Moが0.75〜
1.95%と低く、またVを0.5〜1.0%含有し、
しかも得られる硬さは、62HRC水準であり、安定し
て64HRC以上の高硬さは達成できない。また、これ
に類似した発明として特公昭64−5100号公報があ
るが、いずれも本開発目標は、十分に達成できない。
【0005】一方、上記特公平3−36897号公報お
よび特公昭64−5100号公報の発明をさらに改善し
たのが、特開平5−156407号公報である。この特
許は、VとNbの1種または2種を含み、しかも高温焼
戻後の硬さが64HRC以上得られる高性能転造ダイス
用鋼およびその製造方法に関するものである。しかしな
がら、目標の達成には、単に合金組成の規制だけでな
く、その製造工程での特殊溶解法、高温拡散処理の適用
や、製品の一次炭化物の組成およびその粒径や析出量を
限定する必要があり、かなり複雑なものとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】近年の塑性加工技術の
進歩や被加工材の高強度化に伴い、工具の寿命向上を目
的として、工具の高硬度化および硬質の表面処理の適用
が進んでいる。このような用途に適する素材として、硬
さができるだけ高く且つ靱性に富む工具鋼が必要とされ
る。本発明は、靱性に対して有害な巨大炭化物の生成を
抑制する為に、C,Crのバランスを考慮しながら、成
分バランスの最適化を図ることにより、高硬度でしかも
高い靱性、耐熱性を有し、安価で熱処理および加工にお
ける取扱いが容易な経済的な高硬度、高靱性冷間工具鋼
及びその金型並びに工具を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、500℃以上の高温焼戻しにより64H
RC〜66HRCの高硬さが容易に得られることを特徴
とする。以下に、本発明鋼の各化学成分の作用およびそ
の限定理由を示す。Cは、焼入焼戻により、十分なマト
リックス硬さを与えると共に、Cr,Mo,V,Nbな
どと結合して炭化物を形成し、高温強度、耐摩耗性を与
える元素である。しかし、添加量が多すぎると、凝固時
に粗大炭化物が過剰に析出し靱性を阻害することから、
Cの上限を0.95%とした。一方、0.80%未満で
は、十分な二次硬化硬さが得られないので、その下限を
0.80%としたが、強度と靱性の最適バランスを得る
ためには、0.85〜0.91%の範囲が望ましい。
【0008】Siは、主に脱酸剤として添加されると共
に、耐酸化性、焼入性に有効な元素であると共に焼戻過
程において炭化物の凝集を抑え二次硬化を促進する元素
である。しかし2.0%を越えて添加すると、靱性を低
下させるので、その上限を2.0%とし、下限を0.3
0%とした。Mnは、Siと同様に脱酸剤として添加し
鋼の清浄度を高めると共に焼入性を高める元素である。
しかしながら、1.50%を越えて添加すると、熱間加
工性を阻害するうえに靱性を低下させるので、その上限
を1.50%とし、下限を0.50%とした。
【0009】Crは、焼入性を高めると共に、焼戻軟化
抵抗を高める有効な元素である。この効果を満足するた
めには、少なくとも6.0%以上必要である。従って、
その下限を6.0%とした。一方、Crは、凝固時にC
と結合して巨大一次炭化物を形成し易く、過剰な添加
は、靱性を低下させるため、その上限を10.0%とし
た。MoおよびWは、共に微細な炭化物を形成し、二次
硬化に寄与する重要な元素であると共に、耐軟化抵抗性
を改善する元素である。ただし、その効果はMoの方が
Wよりも2倍強く、同じ効果を得るのに、WはMoの2
倍必要である。この両元素の効果は、Mo当量(1/2
W+Mo)で表すことができる。本発明成分系におい
て、500℃以上の高温戻しで64〜66HRCの高硬
さを得るためには、Mo当量で少なくとも2.5%超が
必要である。逆に、Mo当量の過剰増加は、靱性低下を
招くため、その上限を5.0%とした。
【0010】Vは、二次硬化に有効でありCと硬い炭化
物を形成して耐摩耗性の向上に大きく寄与すると共に結
晶粒を微細化する。高温焼戻し64〜66HRCを得る
ためには、0.35%以上が必要である。過剰な添加は
靱性を劣化させるため、その上限を0.50%とした
が、最適な強度と靱性の最適バランスを得るため、0.
39〜0.46%の範囲が望ましい。Nは、靱性を重視
する場合に必要である。しかし、Nが60ppmを越え
ると靱性を大きく低下させるため、本発明鋼では60p
pm以下とした。
【0011】
【実施例】
(実施例1)本発明鋼の供試材(A)〜(E)および比
較鋼の供試鋼(F)および(G)を各鋼100kgを真
空誘導溶解炉にて出鋼した。出鋼した7ヒートの鋼の化
学成分を表1に示す。合計7ヒートの鋼の100kg鋼
塊(平均径190mm)を鍛伸して角40mmとし、角
30mm×長さ50mmの試験片を機械加工により作製
した。この試験片を1080℃に30分保持後、空冷し
て焼入れした後、530℃で60分保持後空冷処理を2
回行った。この試験片の中心から縦4×横8×長さ40
mmの抗折試験片を加工し、常温でロックウェルCスケ
ールで硬さを測定した後、抗折力およびたわみ量を測定
した。表2に示すように、本発明鋼(A)〜(E)は、
いずれも64HRC以上の硬さを維持している上、従来
の冷間工具鋼(F)および(G)よりもはるかに優れた
抗折力を有し、特にNを60ppm以下とした本発明鋼
(C)および(E)は、従来鋼(F)および(G)に比
べ、より高い硬さにも拘わらず、従来鋼と同等のたわみ
量(靱性)を有していることが判る。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】(実施例2)表1に示した本発明鋼(C)
でリング切断用ディスクカッターを作製し、1080℃
焼入れ、530℃焼戻し処理後、実機により切断テスト
を行った。被加工材は、外径φ30、肉厚2.5mmの
SCM420リングであった。従来鋼であるSKD11
は刃先の割れおよび欠けにより寿命となり、その平均寿
命は約3200ケであった。これに対し、本発明鋼
(C)で作製したディスクの寿命回数は17880ケで
あり、従来ディスクのおよそ5.4倍の高寿命が得られ
た。その際のディスク寿命要因は、刃先の欠けであった
ことから、従来材では硬さ不足および粗大な一次炭化物
を起点としたき裂の発生を生じたのに対し、本発明鋼で
は硬さが充分に高く、かつ成分バランスの最適化によっ
て破壊の起点となる粗大な一次炭化物が著しく軽減され
たため、高寿命になったと推定される。
【0015】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明鋼は、冷間
工具鋼において、CおよびCr量を最適にバランスさせ
ながら成分バランスの最適化を図ることにより、高硬度
かつ高靱性、耐熱性を有し、冷間で使用する金型用工具
鋼として従来のものに比べて経済的で極めて優れたもの
となっている。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C :0.80〜0.95%、 Si:0.30〜2.0%、 Mn:0.30〜1.50%、 Cr:6.0〜10.0%、 Mo又はWのいずれか1種又は2種をMo当量(1/2
    W+Mo)で2.5〜5.0%、 V :0.35〜0.50%とし、残部Feおよび通常
    の不可避不純物とからなることを特徴とする高硬度、高
    靱性冷間工具鋼。
  2. 【請求項2】 重量%で、 C :0.80〜0.95%、 Si:0.30〜2.0%、 Mn:0.30〜1.50%、 Cr:6.0〜10.0%、 Mo又はWのいずれか1種又は2種をMo当量(1/2
    W+Mo)で2.5〜5.0%、 V :0.35〜0.50%、 N :60ppm以下とし、残部Feおよび通常の不可
    避不純物とからなることを特徴とする高硬度、高靱性冷
    間工具鋼。
JP22295396A 1996-08-26 1996-08-26 高硬度、高靱性冷間工具鋼 Pending JPH1060596A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014009396A (ja) * 2012-07-02 2014-01-20 Sanyo Special Steel Co Ltd 高硬度高靭性の冷間工具鋼
WO2021045143A1 (ja) * 2019-09-06 2021-03-11 日立金属株式会社 刃物用鋼、マルテンサイト系刃物用鋼、刃物、およびマルテンサイト系刃物用鋼の製造方法

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Effective date: 20020326