JPH1192871A - 冷間工具鋼 - Google Patents

冷間工具鋼

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JPH1192871A
JPH1192871A JP26801097A JP26801097A JPH1192871A JP H1192871 A JPH1192871 A JP H1192871A JP 26801097 A JP26801097 A JP 26801097A JP 26801097 A JP26801097 A JP 26801097A JP H1192871 A JPH1192871 A JP H1192871A
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田 潤 二 吉
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高 根 正 昭 小
Keiichi Hayashida
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷間工具鋼に耐摩耗性、被削性及び靭性改善
が行われているが、金型の費用削減及び短納期化と精密
な寸法を要する冷間金型に対応するために、焼入れ又は
焼戻しに伴う寸法変化を最小限にする。 【解決手段】 高温ソーキングによらず成分系の限定の
みにより、被削性を改善し、また耐摩耗性や熱処理変寸
を少ない材料にするには、さらに成分の限定が重要であ
り、特にC,Cr,Si,V及びMoの限定が重要であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理変寸、耐摩
耗性及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SK
D11、SKD12及びSKD1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、金型刃物及びロール等に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の冷間工具鋼は、耐摩耗性や被削
性、靭性改善を実施している。しかし、近年金型の費用
削減および短納期化と精密な寸法を要する冷間金型に対
応するため、焼入れあるいは焼戻しに伴う寸法変化(変
寸)を最小限にすることは特に重要である。このような
熱処理をする際には材料の方向により変寸率が熱処理
後、違うため、金型を切り出す方向も重要である。ま
た、その他に、たわみやねじりのような変形が生じがち
であるが、熱処理方法によって避けることができる。し
かし焼入焼戻し時の変寸は物理的あるいは冶金的に絶対
に避けることのできないものである。すなわち、この変
寸は熱応力と変態応力によって起こり、その変寸量は冷
却速度、弾性限、熱伝導率、残留オーステナイト量、炭
化物、形状によって左右される。
【0003】特開平4−116122号公報では、被削
性、靭性や耐割れ性には一次炭化物を中心に組織の均一
性が重要であるとの観点から、炭素量や炭化物形成元素
の制御だけではなく熱間加工温度を1150〜900℃
の範囲に、圧下比を3以上に限定することにより一次炭
化物を分散させ、組織を均一化することに成功し、実際
に被削性が大きく向上すると開示している。また、特開
平8−120333号公報では、耐摩耗性を保持しつつ
被削性が改善された冷間工具鋼についての製造方法、即
ち冷間ダイス鋼等に用いて有効な耐摩耗性と被削性並び
に靭性が同時に改善できる工具鋼及びその製造方法を開
示している。更にまた、特開昭56−169751号公
報では、従来焼入性や熱処理歪へ大きな影響を与えない
と考えられていた鋼中のアルミニウムと窒素の量が、こ
れらの特性へきわめて重要な要因となることを見出し、
鋼中のアルミニウムと窒素の量を適正範囲にコントロー
ルすることにより、従来の鋼と同一の焼入性を持ち、し
かも熱処理歪みが低減、安定した鋼を提供すると開示し
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、いずれの従来
の技術も、耐摩耗性、被削性、及び靭性改善を行ってい
るが、金型の費用削減及び短納期化と精密な寸法を要す
る冷間金型に対応するために、焼入れ又は焼戻しに伴う
寸法変化(変寸)を最小限にすることができないという
不都合があった。本発明は、上記の不都合を解消し、更
に変寸を極力少なくするための成分系を発明し、耐摩耗
性や被削性改善のため成分の最適化を実施し、また焼入
焼戻し処理後の熱処理変寸を最小にする成分を回帰分析
を実施し限定した冷間工具鋼を提供することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の冷間工具鋼は、重量%でC:1.10〜
1.35,Cr:9.00〜12.00,Si:0.1
0〜0.30,V:0.20〜0.45,Mo:1.0
0〜1.35および重量比で、Cr/C:6.0〜1
0.0を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物から
なることを特徴とする。
【0006】また、本発明の冷間工具鋼は、更に重量%
で、S:0.04〜0.17を含有することを特徴とす
る。
【0007】図1に示すようにCが重量%で1.00以
下であると耐摩耗性が著しく低下する。また、図2に示
すようにCが重量%で1.10未満および1.35を越
えると被削性が低下する。従って、耐摩耗性と被削性を
同時に確保するためには、Cは1.10〜1.35重量
%にする必要がある。
【0008】また、Crは図3に示すように重量%で
9.00未満および12.00を越えると、耐摩耗性が
低下し、被削性は図4に示すようにCrが多いほど低下
する。従って、Crは9.00〜12.00重量%の範
囲が好ましい。
【0009】また、図5および図6に示すように、Si
が少ないほど被削性と熱処理による変寸異方性が改善さ
れる。具体的には、被削性が大きく改善するためSi≦
0.30とする必要がある。また、Siは脱酸剤として
添加、および焼入性を向上させるため0.10未満では
あまり効果がない。従って、Siは0.10〜0.30
重量%の範囲が好ましい。
【0010】また、図7に示すように、Moが1.35
重量%を超えると熱処理の時に最大変寸量が多くなるた
め好ましくない。Moは、焼入時に基地中に固溶し焼入
性および焼戻し抵抗性を高めるとともに、炭化物を形成
することにより耐摩耗性を向上させるために、1.00
重量%以上を添加する必要がある。
【0011】また、図9に示すように、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%の範囲
が好ましい。
【0012】また、Cr/Cは、熱処理の変寸異方性に
おいて、10.0重量%を越えると悪くなり(図10参
照)、最大変寸率においても10.0重量%を越えると
悪くなる(図11参照)。また、図12に示すように1
0.0重量%を越えると被削性も著しく悪くなり、図1
3に示すように6.0重量%未満であると耐摩耗性が低
下する。以上のことからCr/Cは、6.0〜10.0
重量%の範囲とする。
【0013】さらに、Sは、図14に示すように0.0
4重量%未満および0.17重量%を越えると、被削性
が低下する。従って、Sは0.04〜0.17重量%の
範囲が好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明を実施例により説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されない。テストピースの準備 表1に示す組成(重量%)及び組成比で、被削性試験、
摩耗試験及び熱処理変寸の異方性の試験用テストピース
1〜18まで作製し、各試験に供した。
【0015】基準試料の準備 JIS G 4404に規定されているSKD11及び
SKS93を準備し、各試験の基準試料とした。
【0016】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、摩耗性試験及び熱処理変寸
の異方性の試験を実施した。
【0017】被削性試験 焼鈍し材(HRB85〜98)を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、SKS93を切削した工具刃先の摩耗が40
0μmまでの工具寿命を100として、各テストピース
の摩耗を比較した。
【0018】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10として、各テ
ストピースの摩耗量を測定した。
【0019】熱処理変寸の異方性の試験 150×120×20テストピースを940〜1030
℃にて真空焼入し、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、また、長さ、幅
及び厚みでの変寸量(%)の幅を熱処理変寸の異方性と
した。
【0020】表1に、テストピース及び基準試料の被削
性試験、摩耗試験及び熱処理変寸の異方性の試験結果を
示す。また、図1から図14に、構成元素または構成元
素比と各試験結果を図示する。
【0021】
【表1】
【0022】表1の結果より、被削性試験、摩耗試験及
び熱処理変寸の異方性の試験とも、基準試料と同等また
はそれ以上であることが判る。また、図1から図14よ
り、本発明品の元素構成割合または構成比が妥当である
ことが判る。
【0023】
【発明の効果】以上の通り本発明の冷間工具鋼は、重量
%でC:1.10〜1.35、Cr:9.00〜12.
00、Si:0.10〜0.30、および重量比で、C
r/C:6.0〜10.0を含有させているので、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。
【0024】また、重量%でC:1.10〜1.35、
Cr:9.00〜12.00および重量比でCr/Cを
6.0〜10.0含有するので、耐摩耗性が向上する。
【0025】さらに、重量比でCr/C:6.0〜1
0.0および重量%でV:0.20〜0.45、Mo:
1.00〜1.35を含有するので、熱処理最大変寸が
改善され、また、重量%でSi:0.10〜0.30、
Mo:1.00〜1.35および重量比でCr/C:
6.0〜10.0を含有するので熱処理の変寸異方性も
改善される。
【図面の簡単な説明】
【図1】C含有率(重量%)と耐摩耗性との関係を示す
グラフ図である。
【図2】C含有率(重量%)と被削性との関係を示すグ
ラフ図である。
【図3】Cr含有率(重量%)と耐摩耗性との関係を示
すグラフ図である。
【図4】Cr含有率(重量%)と被削性との関係を示す
グラフ図である。
【図5】Si含有率(重量%)と被削性との関係を示す
グラフ図である。
【図6】Si含有率(重量%)と変寸異方性との関係を
示すグラフ図である。
【図7】Mo含有率(重量%)と最大熱処理変寸率との
関係を示すグラフ図である。
【図8】Mo含有率(重量%)と熱処理による変寸異方
性との関係を示すグラフ図である。
【図9】V含有率(重量%)と最大熱処理変寸率との関
係を示すグラフ図である。
【図10】Cr/Cの重量比(%)と熱処理による変寸
異方性との関係を示すグラフ図である。
【図11】Cr/Cの重量比(%)と最大熱処理変寸率
との関係を示すグラフ図である。
【図12】Cr/Cの重量比(%)と被削性との関係を
示すグラフ図である。
【図13】Cr/Cの重量比(%)と耐摩耗性との関係
を示すグラフ図である。
【図14】S含有率(重量%)と被削性との関係を示す
グラフ図である。
【手続補正書】
【提出日】平成10年5月12日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の冷間工具鋼は、重量%で、C:1.10
〜1.35,Cr:9.00〜12.00,Si:0.
10〜0.30,V:0.20〜0.45,Mo:1.
00〜1.35および重量比で、Cr/C:6.0〜1
0.0を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物から
なり、熱処理変寸、耐摩耗性及び被削性に優れることを
特徴とする。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C:1.10〜1.35,C
    r:9.00〜12.00,Si:0.10〜0.3
    0,V:0.20〜0.45,Mo:1.00〜1.3
    5および重量比で、Cr/C:6.0〜10.0を含有
    し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特
    徴とする冷間工具鋼。
  2. 【請求項2】 更に重量%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。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
JP2009235562A (ja) * 2008-03-05 2009-10-15 Sanyo Special Steel Co Ltd 被削性、熱処理変寸特性、衝撃特性に優れた冷間プレス金型用鋼およびプレス金型
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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JP2009235562A (ja) * 2008-03-05 2009-10-15 Sanyo Special Steel Co Ltd 被削性、熱処理変寸特性、衝撃特性に優れた冷間プレス金型用鋼およびプレス金型

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