JPH11279704A - 耐摩耗性、被削性に優れたプレハードン用高硬度冷間工具鋼 - Google Patents
耐摩耗性、被削性に優れたプレハードン用高硬度冷間工具鋼Info
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- JPH11279704A JPH11279704A JP9849398A JP9849398A JPH11279704A JP H11279704 A JPH11279704 A JP H11279704A JP 9849398 A JP9849398 A JP 9849398A JP 9849398 A JP9849398 A JP 9849398A JP H11279704 A JPH11279704 A JP H11279704A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 冷間工具鋼に熱処理後の耐摩耗性や焼きなま
し状態の被削性の改善が行なわれているが、焼入焼戻し
後の被削性の著しい改善と工程の短縮を可能にする。 【解決手段】 構成成分を限定し、被削性を著しく改善
し、同時に熱処理変寸を最小化させるには、さらに成分
の限定が重要であり、特に、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍ
ｏ及びＶの限定が重要であるとともに、焼入れ焼戻し処
理条件を限定することが所望の性能改善のためにいっそ
う効果的である。
し状態の被削性の改善が行なわれているが、焼入焼戻し
後の被削性の著しい改善と工程の短縮を可能にする。 【解決手段】 構成成分を限定し、被削性を著しく改善
し、同時に熱処理変寸を最小化させるには、さらに成分
の限定が重要であり、特に、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍ
ｏ及びＶの限定が重要であるとともに、焼入れ焼戻し処
理条件を限定することが所望の性能改善のためにいっそ
う効果的である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理変寸、耐摩
耗性および被削性に優れた冷間工具鋼として利用可能な
工具鋼に関し、特にＪＩＳ Ｇ４４０４に規定されるＳ
ＫＤ１１が使用され得るダイス、ゲージ、シャー刃、プ
レス型、パンチ、れんが型、粉末成形型、金型刃物およ
びロール等に関する。
耗性および被削性に優れた冷間工具鋼として利用可能な
工具鋼に関し、特にＪＩＳ Ｇ４４０４に規定されるＳ
ＫＤ１１が使用され得るダイス、ゲージ、シャー刃、プ
レス型、パンチ、れんが型、粉末成形型、金型刃物およ
びロール等に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から焼入れ焼戻しを施した鋼として
は、特開昭６３−１８３１８５号公報、特公昭５２−１
３７２号公報に開示されているように、事前に熱処理を
施して硬化させた鋼を直接切削加工などを行い、主にプ
ラスチック用金型の材料として使用するものが知られて
いた。焼入れ焼戻しされた調質鋼は焼なまし状態で粗加
工を施しているため、その後に熱処理による変形やスケ
ールの発生を心配する必要がなく、金型製造納期や経済
性の面でも有利といったメリットがあった。
は、特開昭６３−１８３１８５号公報、特公昭５２−１
３７２号公報に開示されているように、事前に熱処理を
施して硬化させた鋼を直接切削加工などを行い、主にプ
ラスチック用金型の材料として使用するものが知られて
いた。焼入れ焼戻しされた調質鋼は焼なまし状態で粗加
工を施しているため、その後に熱処理による変形やスケ
ールの発生を心配する必要がなく、金型製造納期や経済
性の面でも有利といったメリットがあった。
【０００３】しかしながら、このような従来のプレハー
ドン鋼は、硬度が１０〜４５ＨＲＣ前後であり比較的硬
度が低く、耐摩耗性が必要とされるＪＩＳ規格のＳＫＤ
１１が使用されるプレス金型やパンチなどに使用される
ことはなかった。この原因は、このようなプレハードン
鋼は５５ＨＲＣ以上の硬度を出した状態では著しく被削
性が悪く、仮に硬度を下げて被削性を改善しても、製品
として使用した時の耐摩耗性が悪いので、実用化はされ
ていなかった。
ドン鋼は、硬度が１０〜４５ＨＲＣ前後であり比較的硬
度が低く、耐摩耗性が必要とされるＪＩＳ規格のＳＫＤ
１１が使用されるプレス金型やパンチなどに使用される
ことはなかった。この原因は、このようなプレハードン
鋼は５５ＨＲＣ以上の硬度を出した状態では著しく被削
性が悪く、仮に硬度を下げて被削性を改善しても、製品
として使用した時の耐摩耗性が悪いので、実用化はされ
ていなかった。
【０００４】本発明者等は、このような問題点を解決す
るため、特開平８−１２０３３３号公報および特開平９
−２６８０１０号公報に記載の如く、焼なまし状態での
被削性や熱処理による変寸率を改善した冷間工具鋼を提
案した。
るため、特開平８−１２０３３３号公報および特開平９
−２６８０１０号公報に記載の如く、焼なまし状態での
被削性や熱処理による変寸率を改善した冷間工具鋼を提
案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな先願発明の冷間工具鋼は、ＪＩＳ規格のＳＫＤ１１
に比べ、熱処理後の耐摩耗性や焼なまし状態の被削性は
良好であるが、焼入れ焼戻し後の被削性が悪いという問
題点があった。本発明は、このような従来の課題に鑑み
てなされたものであり、構成成分範囲を先願発明、特に
後者の成分範囲よりさらに限定することにより、焼なま
し状態での被削性の著しい改善と同時に熱処理変寸を最
小化でき、さらに熱処理後の靭性や耐摩耗性がＪＩＳ規
格のＳＫＤ１１と同等であり、その上焼入れ焼戻し処理
方法を組み合わせることにより、５５〜６０ＨＲＣの硬
さを発見し、ＳＫＤ１１よりも著しく被削性を改善した
冷間工具鋼を提供することを目的とする。
うな先願発明の冷間工具鋼は、ＪＩＳ規格のＳＫＤ１１
に比べ、熱処理後の耐摩耗性や焼なまし状態の被削性は
良好であるが、焼入れ焼戻し後の被削性が悪いという問
題点があった。本発明は、このような従来の課題に鑑み
てなされたものであり、構成成分範囲を先願発明、特に
後者の成分範囲よりさらに限定することにより、焼なま
し状態での被削性の著しい改善と同時に熱処理変寸を最
小化でき、さらに熱処理後の靭性や耐摩耗性がＪＩＳ規
格のＳＫＤ１１と同等であり、その上焼入れ焼戻し処理
方法を組み合わせることにより、５５〜６０ＨＲＣの硬
さを発見し、ＳＫＤ１１よりも著しく被削性を改善した
冷間工具鋼を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の目
的を達成するために鋭意検討を重ね、下記の知見を得て
本発明を完成するに至った。焼なまし材の被削性を改善
する成分は、１．１０％＜Ｃ＜１．３５％、Ｓｉ＜０．
３０％、９．０％＜Ｃｒ＜１１．０％、６．０％＜Ｃｒ
／Ｃ＜１０．０％、Ｍｏ＜１．３５％、Ｖ＜０．４５％
を含有し、一層被削性を改善するには０．０４％≦Ｓ≦
０．１７％を添加する必要がある。高硬度でかつ焼なま
し材で被削性を改善するためには、成分範囲をさらに限
定し、１．１０％＜Ｃ＜１．３５％、０．１７５％＜Ｓ
ｉ＜０．３００％、９．０％＜Ｃｒ＜１１．０％、１．
１０％＜Ｍｏ、０．２５％＜Ｖ＜１．２０％にする必要
がある。
的を達成するために鋭意検討を重ね、下記の知見を得て
本発明を完成するに至った。焼なまし材の被削性を改善
する成分は、１．１０％＜Ｃ＜１．３５％、Ｓｉ＜０．
３０％、９．０％＜Ｃｒ＜１１．０％、６．０％＜Ｃｒ
／Ｃ＜１０．０％、Ｍｏ＜１．３５％、Ｖ＜０．４５％
を含有し、一層被削性を改善するには０．０４％≦Ｓ≦
０．１７％を添加する必要がある。高硬度でかつ焼なま
し材で被削性を改善するためには、成分範囲をさらに限
定し、１．１０％＜Ｃ＜１．３５％、０．１７５％＜Ｓ
ｉ＜０．３００％、９．０％＜Ｃｒ＜１１．０％、１．
１０％＜Ｍｏ、０．２５％＜Ｖ＜１．２０％にする必要
がある。
【０００７】耐摩耗性を改善する成分は、１．２０％＜
Ｃ＜１．３５％、０．２０％＜Ｓｉ＜０．３５％、９．
０％＜Ｃｒ＜１１．５％、１．１０％＜Ｍｏ、０．２０
％＜Ｖを含有する必要がある。さらに高硬度での被削性
と耐摩耗性を著しく改善するには、熱処理の限定が必要
である。焼入れ後の焼戻し処理を５００℃以上とし、２
回以上繰り返し、熱処理後の硬さをロックウェル硬度で
５４．８〜６０ＨＲＣの範囲内にすることが重要であ
る。さらに著しい改善には、目標硬度を５７．５ＨＲＣ
とし、５５．９〜５９ＨＲＣに制御する必要がある。
Ｃ＜１．３５％、０．２０％＜Ｓｉ＜０．３５％、９．
０％＜Ｃｒ＜１１．５％、１．１０％＜Ｍｏ、０．２０
％＜Ｖを含有する必要がある。さらに高硬度での被削性
と耐摩耗性を著しく改善するには、熱処理の限定が必要
である。焼入れ後の焼戻し処理を５００℃以上とし、２
回以上繰り返し、熱処理後の硬さをロックウェル硬度で
５４．８〜６０ＨＲＣの範囲内にすることが重要であ
る。さらに著しい改善には、目標硬度を５７．５ＨＲＣ
とし、５５．９〜５９ＨＲＣに制御する必要がある。
【０００８】すなわち、請求項１に記載の発明は、重量
％で、Ｃ：１．２０〜１．３５、Ｓｉ：０．２０〜０．
３０、Ｍｎ：０．３以上、Ｃｒ：９．０〜１１．０、Ｍ
ｏ：１．１０〜１．３５、Ｖ：０．２０〜０．４５を含
有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、焼入
れ焼戻し実施後のロックウェル硬さが５５〜６０ＨＲＣ
に選択されて成り、被削性を優れしめたことを特徴とす
る冷間工具鋼であり、請求項２に記載の発明は、さらに
重量％で、Ｓ：０．０４〜０．１７を含有することを特
徴とする請求項１記載の冷間工具鋼であり、請求項３に
記載の発明は、耐摩耗被削性指数が、次の式：１８００
＜ ２５３２９ − ０．３２５ ×（ロックウェル
硬さ）3 ＋ ２７．０５ ×（ロックウェル硬さ）2 ＋
１５．９ ×（残留オーステナイト％）2 − ３２
９．９ × 残留オーステナイト％を満足する請求項１
または２記載の冷間工具鋼であり、請求項４に記載の発
明は、焼入れ後の焼戻し処理温度を５０５℃以上とし、
２回以上繰り返し処理を実施し、ロックウェル硬さを５
５〜６０ＨＲＣにしたことを特徴とする請求項１または
２記載の冷間工具鋼であり、請求項５に記載の発明は、
前記焼戻し処理温度が５１０℃以上であり、ロックウェ
ル硬さが５６〜５９ＨＲＣであることを特徴とする請求
項４記載の冷間工具鋼である。
％で、Ｃ：１．２０〜１．３５、Ｓｉ：０．２０〜０．
３０、Ｍｎ：０．３以上、Ｃｒ：９．０〜１１．０、Ｍ
ｏ：１．１０〜１．３５、Ｖ：０．２０〜０．４５を含
有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、焼入
れ焼戻し実施後のロックウェル硬さが５５〜６０ＨＲＣ
に選択されて成り、被削性を優れしめたことを特徴とす
る冷間工具鋼であり、請求項２に記載の発明は、さらに
重量％で、Ｓ：０．０４〜０．１７を含有することを特
徴とする請求項１記載の冷間工具鋼であり、請求項３に
記載の発明は、耐摩耗被削性指数が、次の式：１８００
＜ ２５３２９ − ０．３２５ ×（ロックウェル
硬さ）3 ＋ ２７．０５ ×（ロックウェル硬さ）2 ＋
１５．９ ×（残留オーステナイト％）2 − ３２
９．９ × 残留オーステナイト％を満足する請求項１
または２記載の冷間工具鋼であり、請求項４に記載の発
明は、焼入れ後の焼戻し処理温度を５０５℃以上とし、
２回以上繰り返し処理を実施し、ロックウェル硬さを５
５〜６０ＨＲＣにしたことを特徴とする請求項１または
２記載の冷間工具鋼であり、請求項５に記載の発明は、
前記焼戻し処理温度が５１０℃以上であり、ロックウェ
ル硬さが５６〜５９ＨＲＣであることを特徴とする請求
項４記載の冷間工具鋼である。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明者等の前記の先願発明は、
熱処理変寸を最小にし、耐摩耗性を従来のＳＫＤ１１と
同等にしながら、焼なまし材の被削性を著しく改善した
ものである。本発明は、先願発明の成分範囲をさらに限
定することで、ＪＩＳ規格のＳＫＤ１１の焼入れ焼戻し
後の切削加工を可能としたものである。先願発明のよう
に焼入れ後の切削加工が可能となっただけでは、従来の
ように粗加工−熱処理−仕上げ加工と長い工程を必要と
する。本発明に係る鋼は、なされた焼入れ焼戻し後に切
削加工が可能なため、工程の短縮が可能となり、さらに
金型のコストダウンが可能となる。また、熱処理による
変形や変寸などによる金型寸法の狂いが焼入れ焼戻し後
の切削加工を実施することができるため寸法の狂いがな
い。
熱処理変寸を最小にし、耐摩耗性を従来のＳＫＤ１１と
同等にしながら、焼なまし材の被削性を著しく改善した
ものである。本発明は、先願発明の成分範囲をさらに限
定することで、ＪＩＳ規格のＳＫＤ１１の焼入れ焼戻し
後の切削加工を可能としたものである。先願発明のよう
に焼入れ後の切削加工が可能となっただけでは、従来の
ように粗加工−熱処理−仕上げ加工と長い工程を必要と
する。本発明に係る鋼は、なされた焼入れ焼戻し後に切
削加工が可能なため、工程の短縮が可能となり、さらに
金型のコストダウンが可能となる。また、熱処理による
変形や変寸などによる金型寸法の狂いが焼入れ焼戻し後
の切削加工を実施することができるため寸法の狂いがな
い。
【００１０】先願発明の成分範囲は、重量％で１．１＜
Ｃ＜１．３５、Ｓｉ＜０．３０、９．０＜Ｃｒ＜１１．
０、６＜Ｃｒ／Ｃ＜１０、Ｍｏ＜１．３５、Ｖ＜０．４
５を含有し、一層被削性を改善するには０．０４≦Ｓを
添加する必要がある。しかし、１．１５Ｃ−０．１５Ｓ
ｉ−１０Ｃｒ−１．０Ｍｏ−０．２Ｖ−０．０８Ｓで
は、ＪＩＳ規格のＳＫＤ１１に比べ、熱処理後の耐摩耗
性や焼なまし状態の被削性は良好であるが、焼入れ焼戻
し後の被削性は悪い。これを１．２Ｃ−０．２５Ｓｉ−
１０Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．３Ｖ−０．４５Ｓとする
と、耐摩耗性はもとより焼なまし材や焼入れ後の被削性
を著しく改善することが可能である。
Ｃ＜１．３５、Ｓｉ＜０．３０、９．０＜Ｃｒ＜１１．
０、６＜Ｃｒ／Ｃ＜１０、Ｍｏ＜１．３５、Ｖ＜０．４
５を含有し、一層被削性を改善するには０．０４≦Ｓを
添加する必要がある。しかし、１．１５Ｃ−０．１５Ｓ
ｉ−１０Ｃｒ−１．０Ｍｏ−０．２Ｖ−０．０８Ｓで
は、ＪＩＳ規格のＳＫＤ１１に比べ、熱処理後の耐摩耗
性や焼なまし状態の被削性は良好であるが、焼入れ焼戻
し後の被削性は悪い。これを１．２Ｃ−０．２５Ｓｉ−
１０Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．３Ｖ−０．４５Ｓとする
と、耐摩耗性はもとより焼なまし材や焼入れ後の被削性
を著しく改善することが可能である。
【００１１】焼入れ後の被削性と焼入れ焼戻し後の耐摩
耗性を同時に満足する成分範囲は、１．１＜Ｃ＜１．３
５、０．１７５＜Ｓｉ＜０．３０、９．０＜Ｃｒ＜１
１．０、１．１＜Ｍｏ、０．２５＜Ｖ＜１．２０にする
必要がある。より一層被削性を改善するためには０．０
４≦Ｓを添加する必要がある。
耗性を同時に満足する成分範囲は、１．１＜Ｃ＜１．３
５、０．１７５＜Ｓｉ＜０．３０、９．０＜Ｃｒ＜１
１．０、１．１＜Ｍｏ、０．２５＜Ｖ＜１．２０にする
必要がある。より一層被削性を改善するためには０．０
４≦Ｓを添加する必要がある。
【００１２】ここで、本発明における冷間工具鋼、すな
わちプレハードン鋼の組成を前記の如く限定している理
由について以下に説明する。
わちプレハードン鋼の組成を前記の如く限定している理
由について以下に説明する。
【００１３】Ｃは、重量％で１．１以下、１．３５以上
となると著しく被削性と耐摩耗性が悪くなる。望ましく
は１．２％とすることで被削性と耐摩耗性を最適にでき
る（図５および６参照）。Ｓｉは、０．１７５以下、
０．３０以上となると被削性が悪くなる。また、０．１
７５以下、０．３５以上となると耐摩耗性が悪くなる。
このことから、最適成分範囲は０．１７５＜Ｓｉ＜０．
３０と言える（図７および８参照）。Ｍｎは、０．３未
満では被削性が悪く、０．３以上を確保する必要があ
る。望ましくは、０．３５以上である必要がある（図９
および１０参照）。Ｃｒは、９未満、１１以上となると
被削性と耐摩耗性が悪くなる。最適値は、１０．５であ
ると言える（図１２および１３参照）。
となると著しく被削性と耐摩耗性が悪くなる。望ましく
は１．２％とすることで被削性と耐摩耗性を最適にでき
る（図５および６参照）。Ｓｉは、０．１７５以下、
０．３０以上となると被削性が悪くなる。また、０．１
７５以下、０．３５以上となると耐摩耗性が悪くなる。
このことから、最適成分範囲は０．１７５＜Ｓｉ＜０．
３０と言える（図７および８参照）。Ｍｎは、０．３未
満では被削性が悪く、０．３以上を確保する必要があ
る。望ましくは、０．３５以上である必要がある（図９
および１０参照）。Ｃｒは、９未満、１１以上となると
被削性と耐摩耗性が悪くなる。最適値は、１０．５であ
ると言える（図１２および１３参照）。
【００１４】Ｍｏは、１．１未満となると被削性と耐摩
耗性が悪くなる。また１．２以上では被削性ならびに耐
摩耗性はそれ以上向上しないから、製造コストを最低に
するためにも最適値は、１．２と言える（図１４および
１５参照）。Ｖは、０．２５以下、１．２以上となると
被削性が悪くなる。また耐摩耗性は、０．２未満となる
と著しく悪くなる。製造コストを最低にするためにも最
適値は、０．３であると言える（図１６および１７参
照）。また、Ｖが０．４５を超えると熱処理の時に最大
変寸率が大きくなるため好ましくない。Ｖは、結晶粒を
微細化し、耐摩耗性を向上させる。そのために必要な下
限量は、０．２０重量％以上である。従って、Ｖは０．
２０〜０．４５重量％が好ましい。Ｓは、従来の先願発
明と同様に０．０４未満では被削性の改善効果が少ない
（図１１参照）。また、０．１７以上となると熱間鍛造
性が悪くなるために適切でない。
耗性が悪くなる。また１．２以上では被削性ならびに耐
摩耗性はそれ以上向上しないから、製造コストを最低に
するためにも最適値は、１．２と言える（図１４および
１５参照）。Ｖは、０．２５以下、１．２以上となると
被削性が悪くなる。また耐摩耗性は、０．２未満となる
と著しく悪くなる。製造コストを最低にするためにも最
適値は、０．３であると言える（図１６および１７参
照）。また、Ｖが０．４５を超えると熱処理の時に最大
変寸率が大きくなるため好ましくない。Ｖは、結晶粒を
微細化し、耐摩耗性を向上させる。そのために必要な下
限量は、０．２０重量％以上である。従って、Ｖは０．
２０〜０．４５重量％が好ましい。Ｓは、従来の先願発
明と同様に０．０４未満では被削性の改善効果が少ない
（図１１参照）。また、０．１７以上となると熱間鍛造
性が悪くなるために適切でない。
【００１５】ところで、合金工具鋼の熱処理において、
焼戻しによって残留オーステナイトが完全には分解せ
ず、熱処理条件によってその量は変化するが、大体５〜
３０％程度のオーステナイトが残留し、この残留オース
テナイトが非常にゆっくりではあるが、分解することに
よって変寸を生じると思われている（例えば、特開平９
−１２５２０４号公報参照）。
焼戻しによって残留オーステナイトが完全には分解せ
ず、熱処理条件によってその量は変化するが、大体５〜
３０％程度のオーステナイトが残留し、この残留オース
テナイトが非常にゆっくりではあるが、分解することに
よって変寸を生じると思われている（例えば、特開平９
−１２５２０４号公報参照）。
【００１６】この残留オーステナイトを考慮すると、熱
処理および硬さは、高硬度での被削性と耐摩耗性を改善
するために限定が必要である。耐摩耗性と被削性を同時
に考慮した耐摩耗被削性指数＜（発明鋼の被削性／ＳＫ
Ｄ１１の同一硬度での被削性）×発明鋼の耐摩耗性＞の
関係式は、 耐摩耗被削性指数＝２５３２９−０．３２５×（硬さ）
3＋２７．０５×（硬さ）2＋１５．９×（残留オーステ
ナイト％）2−３２９．９×残留オーステナイト％ の範囲を満足する必要のあることが、表２に示す実験結
果およびその回帰分析による推定式から判明した。な
お、高温焼戻し開発鋼２の硬さと耐摩耗被削性指数の関
係を表わすグラフを図２に示す。この際の実験条件は下
記の通りである。 熱 処 理：真空熱処理（窒素冷却） 被削性評価：超硬コーティングエンドミル（２枚刃）２φ 切削速度２３．２ｍ／分、送り量０．００６ｍｍ／刃 切り込み２ｍｍ×０．１ｍｍ 乾式 工具寿命は工具が折損するまでの距離で比較した。 本発明の冷間工具鋼（以後発明鋼と略記する）は、従来
鋼ＳＫＤ１１と同等の耐摩耗性を確保し、かつ被削性を
改善するためには耐摩耗被削性指数が１８００を越える
必要があり、ロックウェル硬度を５２〜６０ＨＲＣの範
囲内にすることが重要である。さらに、被削性を２．５
倍以上に著しく改善するには、目標を５７ＨＲＣとし、
５５〜５９ＨＲＣに制御する必要があることは、表３に
示すとおりである。なお、表３に示す性能は、高温焼戻
し２回の熱処理により得た。
処理および硬さは、高硬度での被削性と耐摩耗性を改善
するために限定が必要である。耐摩耗性と被削性を同時
に考慮した耐摩耗被削性指数＜（発明鋼の被削性／ＳＫ
Ｄ１１の同一硬度での被削性）×発明鋼の耐摩耗性＞の
関係式は、 耐摩耗被削性指数＝２５３２９−０．３２５×（硬さ）
3＋２７．０５×（硬さ）2＋１５．９×（残留オーステ
ナイト％）2−３２９．９×残留オーステナイト％ の範囲を満足する必要のあることが、表２に示す実験結
果およびその回帰分析による推定式から判明した。な
お、高温焼戻し開発鋼２の硬さと耐摩耗被削性指数の関
係を表わすグラフを図２に示す。この際の実験条件は下
記の通りである。 熱 処 理：真空熱処理（窒素冷却） 被削性評価：超硬コーティングエンドミル（２枚刃）２φ 切削速度２３．２ｍ／分、送り量０．００６ｍｍ／刃 切り込み２ｍｍ×０．１ｍｍ 乾式 工具寿命は工具が折損するまでの距離で比較した。 本発明の冷間工具鋼（以後発明鋼と略記する）は、従来
鋼ＳＫＤ１１と同等の耐摩耗性を確保し、かつ被削性を
改善するためには耐摩耗被削性指数が１８００を越える
必要があり、ロックウェル硬度を５２〜６０ＨＲＣの範
囲内にすることが重要である。さらに、被削性を２．５
倍以上に著しく改善するには、目標を５７ＨＲＣとし、
５５〜５９ＨＲＣに制御する必要があることは、表３に
示すとおりである。なお、表３に示す性能は、高温焼戻
し２回の熱処理により得た。
【００１７】
【表２】
【００１８】
【表３】
【００１９】熱処理変寸を最小化するために、残留オー
ステナイトを２．５％以下に制限することに関して言及
するならば、熱処理および硬さは、高硬度での被削性と
耐摩耗性を改善するために限定が必要である。さらに、
焼入れ後の焼戻し処理を５１０℃以上とし、２回以上繰
り返し、残留オーステナイト量を２．５％以下にする場
合、耐摩耗性と被削性を同時に考慮した耐摩耗性被削性
指数＜（発明鋼の被削性／ＳＫＤ１１の同一硬度での被
削性）×発明鋼の耐摩耗性＞が硬さとの関係式： 耐摩耗被削性指数＝０．８４×（硬さ）3 ＋１３４．４
×（硬さ）2−７１２０×硬さ＋１２０６９ を満足する必要があることが、硬さと耐摩耗性および被
削性の関係を表わすグラフを示す図３、およびこれを耐
摩耗被削性指数と硬さの関係のグラフに整理した図４か
ら判明した。発明鋼は従来鋼ＳＫＤ１１と同等の耐摩耗
性を確保し被削性を８０％以上改善するためには、ロッ
クウェル硬度を５４．８〜６０ＨＲＣの範囲内にするこ
とが重要である。さらに被削性を２倍以上に著しく改善
するには、目標を５５．９〜５９ＨＲＣに制御する必要
がある。
ステナイトを２．５％以下に制限することに関して言及
するならば、熱処理および硬さは、高硬度での被削性と
耐摩耗性を改善するために限定が必要である。さらに、
焼入れ後の焼戻し処理を５１０℃以上とし、２回以上繰
り返し、残留オーステナイト量を２．５％以下にする場
合、耐摩耗性と被削性を同時に考慮した耐摩耗性被削性
指数＜（発明鋼の被削性／ＳＫＤ１１の同一硬度での被
削性）×発明鋼の耐摩耗性＞が硬さとの関係式： 耐摩耗被削性指数＝０．８４×（硬さ）3 ＋１３４．４
×（硬さ）2−７１２０×硬さ＋１２０６９ を満足する必要があることが、硬さと耐摩耗性および被
削性の関係を表わすグラフを示す図３、およびこれを耐
摩耗被削性指数と硬さの関係のグラフに整理した図４か
ら判明した。発明鋼は従来鋼ＳＫＤ１１と同等の耐摩耗
性を確保し被削性を８０％以上改善するためには、ロッ
クウェル硬度を５４．８〜６０ＨＲＣの範囲内にするこ
とが重要である。さらに被削性を２倍以上に著しく改善
するには、目標を５５．９〜５９ＨＲＣに制御する必要
がある。
【００２０】
【実施例】本発明の実施例を以下に説明するが、本発明
はこれらの実施例に限定されるものでないことは、いう
までもない。テストピースの準備 表１に示す組成（重量％）および組成比で、被削性試
験、摩耗試験および熱処理変寸の異方性の試験用テスト
ピースを１７種類作製し、各試験に供した。
はこれらの実施例に限定されるものでないことは、いう
までもない。テストピースの準備 表１に示す組成（重量％）および組成比で、被削性試
験、摩耗試験および熱処理変寸の異方性の試験用テスト
ピースを１７種類作製し、各試験に供した。
【００２１】基準試料の準備 ＪＩＳ Ｇ ４４０４に規定されているＳＫＤ１１を準
備し、各試験の基準試料とした。
備し、各試験の基準試料とした。
【００２２】上記のようにして準備した試料を用いて、
以下の方法で、被削性試験、摩耗性試験および熱処理変
寸の異方性の試験を実施した。
以下の方法で、被削性試験、摩耗性試験および熱処理変
寸の異方性の試験を実施した。
【００２３】被削性試験 焼鈍し材（ＨＲＢ８５〜９８）に下記の条件の熱処理を
施した後、ハイスエンドミルで側面切削（径方向切り込
み０．５ｍｍ×軸方向１５ｍｍ）を実施し、下記の条件
で被削性評価を行った。 熱処理：真空熱処理（窒素冷却） １０２０℃焼入れ、５００〜５７０℃焼戻し２回 被削性評価：超硬コーティングドリル（１．５φ） 切削速度１０ｍ／分、送り０．１ｍｍ／rev 、深さ４．５ｍｍ 切削油 エマルジョン水溶液 工具寿命はＳＫＤ１１の６０ＨＲＣでの工具が折損するまでの寿 命を５０として比較した。
施した後、ハイスエンドミルで側面切削（径方向切り込
み０．５ｍｍ×軸方向１５ｍｍ）を実施し、下記の条件
で被削性評価を行った。 熱処理：真空熱処理（窒素冷却） １０２０℃焼入れ、５００〜５７０℃焼戻し２回 被削性評価：超硬コーティングドリル（１．５φ） 切削速度１０ｍ／分、送り０．１ｍｍ／rev 、深さ４．５ｍｍ 切削油 エマルジョン水溶液 工具寿命はＳＫＤ１１の６０ＨＲＣでの工具が折損するまでの寿 命を５０として比較した。
【００２４】摩耗試験 大越式摩耗試験機を使用し、ＳＵＪ２を相手材とし、
０．３ｍ／秒で最終荷重６．３ｋｇｆで４００ｍｍ摩耗
させ、その時のＳＫＤ１１の摩耗量を１００として、各
テストピースの摩耗量を測定した。
０．３ｍ／秒で最終荷重６．３ｋｇｆで４００ｍｍ摩耗
させ、その時のＳＫＤ１１の摩耗量を１００として、各
テストピースの摩耗量を測定した。
【００２５】熱処理変寸試験 １５０×１２０×２０テストピースを９４０〜１０３０
℃にて真空焼入れし、２００〜５５０℃で焼戻を実施し
て、マイクロメーターにて最も変寸した量を元の大きさ
で割ったものを最大変寸量（％）とした。
℃にて真空焼入れし、２００〜５５０℃で焼戻を実施し
て、マイクロメーターにて最も変寸した量を元の大きさ
で割ったものを最大変寸量（％）とした。
【００２６】
【表１】
【００２７】表１の結果より、被削性試験、摩耗試験お
よび熱処理変寸試験とも、本発明鋼は基準試料と同等ま
たはそれ以上であるが、本発明の範囲をはずれる比較鋼
では好結果が得られないことが判る。また、図１は、表
１の被削性試験結果をグラフ化して示すものである。さ
らに、図５〜図１９は、本発明鋼の元素構成割合または
構成比を限定した根拠が妥当であることを示すものであ
る。
よび熱処理変寸試験とも、本発明鋼は基準試料と同等ま
たはそれ以上であるが、本発明の範囲をはずれる比較鋼
では好結果が得られないことが判る。また、図１は、表
１の被削性試験結果をグラフ化して示すものである。さ
らに、図５〜図１９は、本発明鋼の元素構成割合または
構成比を限定した根拠が妥当であることを示すものであ
る。
【００２８】次に、図２０に示すコネクティングロッド
を作製するための金型を作成するのに使用した工具の本
数をＳＫＤ１１と比較して示した。コネクティングロッ
ドの諸元を工具の本数と共に図２０下部に添付一覧表示
した。なお、金型用鋼の熱処理条件および被削性評価方
法は下記に示す通りである。 熱処理：真空熱処理（窒素冷却） １０２０℃焼入れ、５００〜５７０℃焼戻し２回 被削性評価：超硬コーティングエンドミル（２枚刃）２φボールエンドミル 工具寿命は金型が製造できるまでの工具本数で比較した。 発明鋼は、ＳＫＤ１１に比べて各硬度において切削加工
が極めて容易であることが判る。
を作製するための金型を作成するのに使用した工具の本
数をＳＫＤ１１と比較して示した。コネクティングロッ
ドの諸元を工具の本数と共に図２０下部に添付一覧表示
した。なお、金型用鋼の熱処理条件および被削性評価方
法は下記に示す通りである。 熱処理：真空熱処理（窒素冷却） １０２０℃焼入れ、５００〜５７０℃焼戻し２回 被削性評価：超硬コーティングエンドミル（２枚刃）２φボールエンドミル 工具寿命は金型が製造できるまでの工具本数で比較した。 発明鋼は、ＳＫＤ１１に比べて各硬度において切削加工
が極めて容易であることが判る。
【００２９】また、硬度６０ＨＲＣの発明鋼とＳＫＤ１
１の切削マシンとしてＵＸ７５を使用したエアブロー方
式の高硬度切削試験を、工具と条件を変えて行なった比
較試験を下記に示す。 《Ｎｏ．１》 □工具：超硬ＴｉＮコーティングミルφ４−２枚刃 □条件：Ｓ１２０００ Ｆ２０００ Ｚ切込→４．０ サイド切込→０．２ ＳＫＤ−１１ △切削長→１０００ｍｍ（０．８ｃｍ2 ）にて破損 発明鋼 △切削長→１６２５ｍｍ（１３ｃｍ2 ）にて破損 約１．６倍 《Ｎｏ．２》 □工具：超硬ＴｉＮコーティングエンドミルφ６−２枚刃 □条件：Ｓ３０００ Ｆ１０００ Ｚ切込→４．０ サイド切込→０．１ ＳＫＤ−１１ △切削長→１２５０ｍｍ（０．５ｃｍ2 ）にて破損 発明鋼 △切削長→１００００ｍｍ（４０ｃｍ2 ）にて消耗 約８０倍 条件によってＫＤ１１Ｓの切削性の良さが変化し何倍
（何％）良いとは言えない。但し上記の結果からＨ／Ｔ
後の切削性はＳＫＤ１１より良くなるものと確信でき
る。
１の切削マシンとしてＵＸ７５を使用したエアブロー方
式の高硬度切削試験を、工具と条件を変えて行なった比
較試験を下記に示す。 《Ｎｏ．１》 □工具：超硬ＴｉＮコーティングミルφ４−２枚刃 □条件：Ｓ１２０００ Ｆ２０００ Ｚ切込→４．０ サイド切込→０．２ ＳＫＤ−１１ △切削長→１０００ｍｍ（０．８ｃｍ2 ）にて破損 発明鋼 △切削長→１６２５ｍｍ（１３ｃｍ2 ）にて破損 約１．６倍 《Ｎｏ．２》 □工具：超硬ＴｉＮコーティングエンドミルφ６−２枚刃 □条件：Ｓ３０００ Ｆ１０００ Ｚ切込→４．０ サイド切込→０．１ ＳＫＤ−１１ △切削長→１２５０ｍｍ（０．５ｃｍ2 ）にて破損 発明鋼 △切削長→１００００ｍｍ（４０ｃｍ2 ）にて消耗 約８０倍 条件によってＫＤ１１Ｓの切削性の良さが変化し何倍
（何％）良いとは言えない。但し上記の結果からＨ／Ｔ
後の切削性はＳＫＤ１１より良くなるものと確信でき
る。
【００３０】さらに、ＷＡ砥石による研磨焼け試験を行
なったが、試験条件と本発明鋼とＳＫＤ１１の比較結果
を下記に示す。 試験条件 ・研磨形態：平面研磨 ・砥石材料：ＷＡ（アルミナ） ・と 粒：３２Ａ（粒度４６、結合度Ｊ：結合材ＶＢ
Ｅ） ・砥石径 ：２０５×１９．０×３１．７５ ・加工距離：１．２ｍ ・切削液 ：水溶性切削油 試験結果 研磨焼けの黙視結果 切り込み量 0.0025mm 0.0050mm 0.0075mm 0.0100mm 0.0170mm ＳＫＤ１１ ◎ △ × × × 発明鋼 ◎ ◎ ◎ ○ △ ◎：研磨焼けなし、○：研磨焼けわずかにあり △：一部研磨焼け、×：全面研磨焼け
なったが、試験条件と本発明鋼とＳＫＤ１１の比較結果
を下記に示す。 試験条件 ・研磨形態：平面研磨 ・砥石材料：ＷＡ（アルミナ） ・と 粒：３２Ａ（粒度４６、結合度Ｊ：結合材ＶＢ
Ｅ） ・砥石径 ：２０５×１９．０×３１．７５ ・加工距離：１．２ｍ ・切削液 ：水溶性切削油 試験結果 研磨焼けの黙視結果 切り込み量 0.0025mm 0.0050mm 0.0075mm 0.0100mm 0.0170mm ＳＫＤ１１ ◎ △ × × × 発明鋼 ◎ ◎ ◎ ○ △ ◎：研磨焼けなし、○：研磨焼けわずかにあり △：一部研磨焼け、×：全面研磨焼け
【００３１】なお、発明鋼とＳＫＤ１１のラフィングエ
ンドミルの被削性比較結果を図２１にグラフ化して示
す。切削条件は、下記の通りである。 被削材：焼きなまし材 送り量：０．０１２ｍｍ／ｔｏｏｔｈ 使用機械：ＮＣフライス 切り込み：６ｍｍ 工具：ラフィングエンドミル ６ｍｍ 切削幅：６ｍｍ溝切削 切削速度：６〜２８ｍ／ｍｉｎ 切削油：乾式
ンドミルの被削性比較結果を図２１にグラフ化して示
す。切削条件は、下記の通りである。 被削材：焼きなまし材 送り量：０．０１２ｍｍ／ｔｏｏｔｈ 使用機械：ＮＣフライス 切り込み：６ｍｍ 工具：ラフィングエンドミル ６ｍｍ 切削幅：６ｍｍ溝切削 切削速度：６〜２８ｍ／ｍｉｎ 切削油：乾式
【００３２】
【発明の効果】以上の通り本発明の冷間工具鋼は、重量
％で、Ｃ：１．２０〜１．３５、Ｓｉ：０．２０〜０．
３０、Ｍｎ：０．３以上、Ｃｒ：９．０〜１１．０、Ｍ
ｏ：１．１０〜１．３５、Ｖ：０．２０〜０．４５を含
有させているので、焼入れ焼戻し後の被削性が良好で、
さらにＳを０．０４〜０．１７重量％含有させているの
で一層改善される。
％で、Ｃ：１．２０〜１．３５、Ｓｉ：０．２０〜０．
３０、Ｍｎ：０．３以上、Ｃｒ：９．０〜１１．０、Ｍ
ｏ：１．１０〜１．３５、Ｖ：０．２０〜０．４５を含
有させているので、焼入れ焼戻し後の被削性が良好で、
さらにＳを０．０４〜０．１７重量％含有させているの
で一層改善される。
【００３３】また、耐摩耗被削性指数が、次の式：１８
００〈２５３２９−０．３２５×（ロックウェル固さ）
3 ＋２７．０５×（ロックウェル硬さ）2 ＋１５．９×
（残留オーステナイト％）2 −３２９．９×残留オース
テナイト％を満足させているので、オーステナイトの残
留があってもＳＫＤ１１と同等と耐摩耗性を確保すると
共に被削性と最大熱処理変寸が向上する。
００〈２５３２９−０．３２５×（ロックウェル固さ）
3 ＋２７．０５×（ロックウェル硬さ）2 ＋１５．９×
（残留オーステナイト％）2 −３２９．９×残留オース
テナイト％を満足させているので、オーステナイトの残
留があってもＳＫＤ１１と同等と耐摩耗性を確保すると
共に被削性と最大熱処理変寸が向上する。
【００３４】その上、焼入れ後の焼戻し処理温度を５０
５℃以上とし、２回以上繰返し処理を実施し、ロックウ
ェル硬さを５５〜６０ＨＲＣにしたことにより、高硬度
での被削性と耐摩耗性が著しく改善し、前記焼戻し処理
温度が５１０℃以上であり、ロックウェル硬さが５６〜
５９ＨＲＣであることにより、さらに著しく改善され
る。
５℃以上とし、２回以上繰返し処理を実施し、ロックウ
ェル硬さを５５〜６０ＨＲＣにしたことにより、高硬度
での被削性と耐摩耗性が著しく改善し、前記焼戻し処理
温度が５１０℃以上であり、ロックウェル硬さが５６〜
５９ＨＲＣであることにより、さらに著しく改善され
る。
【図１】ＳＫＤ１１と比較した発明鋼と比較鋼の被削性
の優劣を示すグラフである。
の優劣を示すグラフである。
【図２】発明鋼の硬さと耐摩耗被削性の関係を示すグラ
フである。
フである。
【図３】ＳＫＤ１１と残留オーステナイト量２．５重量
％以下の発明鋼の被削性および耐摩耗性の硬さとの関係
を示すグラフである。
％以下の発明鋼の被削性および耐摩耗性の硬さとの関係
を示すグラフである。
【図４】図３の発明鋼のグラフを耐摩耗被削性指数と硬
さの関係に整理したグラフである。
さの関係に整理したグラフである。
【図５】Ｃ含有率（重量％）と被削性の関係を示すグラ
フである。
フである。
【図６】Ｃ含有率（重量％）と耐摩耗性の関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図７】Ｓｉ含有率（重量％）と被削性の関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図８】Ｓｉ含有率（重量％）と耐摩耗性の関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図９】Ｍｎ含有率（重量％）と被削性の関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図１０】Ｍｎ含有率（重量％）と耐摩耗性の関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図１１】Ｓ含有率（重量％）と被削性の関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図１２】Ｃｒ含有率（重量％）と被削性の関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図１３】Ｃｒ含有率（重量％）と耐摩耗性の関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図１４】Ｍｏ含有率（重量％）と被削性の関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図１５】Ｍｏ含有率（重量％）と耐摩耗性の関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図１６】Ｖ含有率（重量％）と被削性の関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図１７】Ｖ含有率（重量％）と耐摩耗性の関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図１８】Ｃｒ／Ｃの重量比（％）と被削性の関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図１９】Ｃｒ／Ｃの重量比（％）と耐摩耗性の関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図２０】コネクティングロッドを作製するための金型
の斜視図である。ロッドの作製諸元と金型作成に使用し
た工具の本数も併せ示す。
の斜視図である。ロッドの作製諸元と金型作成に使用し
た工具の本数も併せ示す。
【図２１】ＳＫＤ１１と発明鋼のラフィングエンドミル
の被削性の比較を示すグラフである。
の被削性の比較を示すグラフである。
【手続補正書】
【提出日】平成１０年６月２４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２０】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 38/24 Ｃ２２Ｃ 38/24
Claims (5)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：１．２０〜１．３５、Ｓ
ｉ：０．２０〜０．３０、Ｍｎ：０．３以上、Ｃｒ：
９．０〜１１．０、Ｍｏ：１．１０〜１．３５、Ｖ：
０．２０〜０．４５を含有し、残部がＦｅおよび不可避
的不純物からなり、焼入れ焼戻し実施後のロックウェル
硬さが５５〜６０ＨＲＣに選択されて成り、被削性を優
れしめたことを特徴とする冷間工具鋼。 - 【請求項２】 さらに重量％で、Ｓ：０．０４〜０．１
７を含有することを特徴とする請求項１記載の冷間工具
鋼。 - 【請求項３】 耐摩耗被削性指数が、次の式：１８００
＜ ２５３２９ − ０．３２５ ×（ロックウェル
硬さ）3 ＋２７．０５ ×（ロックウェル硬さ）2 ＋
１５．９ ×（残留オーステナイト％）2 − ３２９．
９ × 残留オーステナイト％を満足する請求項１また
は２記載の冷間工具鋼。 - 【請求項４】 焼入れ後の焼戻し処理温度を５０５℃以
上とし、２回以上繰り返し処理を実施し、ロックウェル
硬さを５５〜６０ＨＲＣにしたことを特徴とする請求項
１または２記載の冷間工具鋼。 - 【請求項５】 前記焼戻し処理温度が５１０℃以上であ
り、ロックウェル硬さが５６〜５９ＨＲＣであることを
特徴とする請求項４記載の冷間工具鋼。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09849398A JP3657110B2 (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 耐摩耗性、被削性に優れたプレハードン用高硬度冷間工具鋼 |
| US09/151,469 US6060018A (en) | 1997-09-12 | 1998-09-11 | Cold tool steel featuring high size stability, wear-resistance and machinability |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09849398A JP3657110B2 (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 耐摩耗性、被削性に優れたプレハードン用高硬度冷間工具鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11279704A true JPH11279704A (ja) | 1999-10-12 |
| JP3657110B2 JP3657110B2 (ja) | 2005-06-08 |
Family
ID=14221181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09849398A Expired - Lifetime JP3657110B2 (ja) | 1997-09-12 | 1998-03-26 | 耐摩耗性、被削性に優れたプレハードン用高硬度冷間工具鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3657110B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6663726B2 (en) | 2000-12-13 | 2003-12-16 | Hitachi Metals, Ltd. | High-hardness prehardened steel for cold working with excellent machinability, die made of the same for cold working, and method of working the same |
| JP2004035920A (ja) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 疲労寿命に優れた冷間工具鋼およびその熱処理方法 |
| US8815147B2 (en) | 2002-12-25 | 2014-08-26 | Hitachi Metals, Ltd. | Cold die steel excellent in characteristic of suppressing dimensional change |
-
1998
- 1998-03-26 JP JP09849398A patent/JP3657110B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6663726B2 (en) | 2000-12-13 | 2003-12-16 | Hitachi Metals, Ltd. | High-hardness prehardened steel for cold working with excellent machinability, die made of the same for cold working, and method of working the same |
| JP2004035920A (ja) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 疲労寿命に優れた冷間工具鋼およびその熱処理方法 |
| US8815147B2 (en) | 2002-12-25 | 2014-08-26 | Hitachi Metals, Ltd. | Cold die steel excellent in characteristic of suppressing dimensional change |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3657110B2 (ja) | 2005-06-08 |
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