JPS58113352A - 熱間加工用合金鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱間加工用合金鋼に関すゐものであル、詳し
くは希土類元素（以下ＲＩＣＭ　）を添加することによ
って熱間加工用型材等として使用し九場合、Ｉｌ使用時
の昇温によって型表貢に緻密で密着性の優れ九酸化砿膜
を容易に生成し、耐摩耗性並びに耐ヒートチェック性を
著しく向上させた合金鋼である。

従来、代表的熱間加工用工具鋼として５ＸＣｒ系の５Ｋ
ＤＩｉ１等が各種熱間用工具あるいはロールに使用され
てきたが、高温における耐摩耗性、針肌あれ性や耐ヒー
トチェ、り性が重視される用途に対しては、必ずしも十
分でない丸め使用中に「かじ〕」を生じ使用に耐えない
場合があった。

本発明は、これら工具素材としてＲＥＭを添゛　加する
ことによって合金鋼表面に緻密で密着性に優れた酸化被
膜を形成し、工具面の摩耗および耐ヒートチェック性を
著しく向上させたものであ多、その要旨は、Ｃ（ＬＯＩ
〜０．３５Ｘ。

ＳｉＧ、０５〜λＯＸ、ＲＫＭｏ、００１−α６Ｇ％、
ＮＯ，００１〜８．３０％を基本組成とし、必要によシ
Ｍｍ０．１０〜１０％、　Ｎ　ｔ　Ｑ、１０〜！ＬＯ％
、　ＣｍＯ，！５〜２．０％、ＢＯ，ＧＯ１〜ｏ、ｏ　
ｓ　ｏｘの内１種ま九は２種以上または／およびＣｒ　
０．２５〜２　Ｇ、ＯＸ、　Ｍｅ０．１０〜２　Ｑ、０
％、ＷＱ、１０〜２　Ｑ、ＯＮ、　Ｖｏ、０１〜１　ｔ
ｏｘ、　Ｃｏ　叡０１〜１　！ＬＯ％、ＮｂＯ，０１〜
！ＬＯＸ、　Ｔａ　Ｑ、０１〜１０Ｘ、　Ｚ　ｒ　Ｏ，
００１〜２−０％、　Ｔ　ｉＯ，００１〜ｔｏＸ、　Ｈ
ｔ　ａ、ｏ　Ｏｆ　〜ｚｏ％、　Ｓ　ｃ　Ｏ，００１〜
２．０％、　ＹＯＤＯ１〜２．．０％、ムｌ　Ｑ、０１
〜２．ＯＸの内１種または２種以上を含有し、残余が実
質的にＦ＠および０．２％以下のｓ、ｐおよび不可避的
不純物からなる熱間加工用合金鋼である。

次に本発明鋼の各成分範囲の限定理由について述べる。

Ｃ：０．０１〜０．３５％ ＣＦｉＣｒ、　Ｍｅ、　Ｗ、　Ｖ、　ＴＩ、　Ｚｒ、　
ＲＥＭなどの炭化物形成元素と結合して硬い複炭化物を
生成し、工具として必要な耐摩耗性の向上に著しく効果
があル、また、基地中に固溶して結晶粒の微細化、焼も
どし軟化抵抗および高温強度を与える九めに必要な成分
元素である。

Ｃ量が０．３５％よ）多すぎると鍛造性や靭性が低下す
る。一方、Ｃ量が低すぎると焼入時に基地中Ｋｌｌ溶す
るＣ量が低くなシ、所定の焼もどし硬さを得ることが困
難となるのでｏ、ｏｉ％以上に限定し丸。

Ｓ　ｉ　：　Ｑ、０５−１ＯＮ ８１は主に脱酸剤として添加し、通常の熱間ダイス鋼に
は、Ｑ、１〜Ｇ、３Ｘ含有させるが、さらに増加して添
加すれば炭化物の析出反応を促進させて炭化物の微細化
を図ることができる。また、焼入性を向上させると共に
固体基地を強化して降伏点を高め、高温度で適度の耐酸
化性を維持するために有効な成分元素である。ただし、
多量に添加すると耐酸化性を過大とし、酸化被膜の形成
をさまたげると共に１熱伝導性の低下と靭性０劣化が生
じることによる工具寿命の劣化をきたすので１０Ｘ以下
に限定した。

ＲＥＭＣ）ｉｌｌまたは２種以上：　０．００５〜０．
６　ＯＮＲＩＭ（Ｌａ、　Ｃｏ、　Ｐｒ、　Ｎ４１．　
Ｓｅａおよびその他の希土類元素）は、希土類炭化物を
形成させ、非常に微細に均一に分散させる効果があ）、
かつ高−使用時の工具（型）面における酸化被膜生成を
容易とし、緻密で密着性に優れた酸化被膜の潤滑作用シ
よび断熱効果によ）耐熱量摩耗性、耐侵食性、針肌あれ
性および耐ヒートチェック性を大幅に改善する。

上記効果を有効に発揮させる丸めには、Ｌｌ。

Ｃ＠、　Ｐｒ、　Ｎｄ、　Ｓｍおよびその他のＲＥＶの
うちから選んだ元素を１種または２種以上合計量で少な
くともＱ、ＯＯ５％以上含有する必要がある。ただし、
多量に添加すると熱間加工性が著しく劣化するため上記
元素の合計量は０．６０％以下に限定し丸。

Ｎ：０．ＧＯ１〜０．３ＯＮ ＮＦｉＯ，３０％を超えて多量に添加されると１２Ｍ４
’Ｚｒ、　Ｔｉ、　Ｈｆと窒化物を形成し、巨大な炭窒
化物が鋼中に存在することになって工具の性能を劣化さ
せる。そこで、前記元素の効果を有効ならしめる丸めに
０．００１−９．３０　％に限定した。

Ｃｒ、　Ｖ、　Ｍｅ、　Ｗ、　ＣＯ，Ｙ、　Ｚｒ、　Ｈ
ｆ、　Ｎｂ、　ＴＩ、　Ｔａ。

Ｓｃは、いずれも鋼Ｏ基地を強化し、耐熱性。

耐摩耗性、靭性等を向上させる元素であシ、各々の成分
範囲は以下のとおりとしえ。

Ｃｒ　：　０．２５〜２　Ｑ、０Ｎ ＣｒはＣと結合して複合炭化物を形成し耐摩耗性の向上
に大きく寄与す、る元素であシ、焼もどし軟化抵抗およ
び高温強度の向上また焼入性向上効果を有し、適度の酸
化被膜特性の付与に寄与する。この丸めには、少なくと
も０．２５％以上添加する必要がある。ただし、多量に
添加すると耐酸化性が過大となシ潤滑性に富んだ酸化被
膜を形成しにくくなるので上限の含有量を２０．０％に
限定した。

■：０゜Ｏｆ〜１！ＬＯＸ Ｃと結合して非常に硬く、シかも固溶しにくいＭＣ型炭
化物を生成し、耐摩耗性の向上中部もどし硬さの増加に
大きく寄与し、かつ結晶粒を微細化させる。結果、靭性
を向上させるのに効果がある。上記効果を有効に発揮さ
せるためには少なくとも０．ＯＩＸ以上添加する必要が
ある。しかしながら、■を多量に添加すると硬さの高い
ＭＣ型炭化物が多くなシ耐摩耗性は著しく向上するが、
逆に被研削性や靭性、並びに耐ヒートチェック性が劣化
する。それ故にＶ量の上限は１五〇％とした。

Ｍ　ｏ　：　ＱＬ　１Ｇ−Ｓ−２０，０％、　Ｗ：　０
．１０〜２　Ｑ、Ｑ％ＭｏおよびＷは、Ｃと結合して微
細なＭ２Ｃ型、あるいはＭ２Ｏ型の複合炭化物を生成さ
せかつ基地中にも固溶して基地を強化するので耐摩耗性
や高温硬さを高めると共に、焼もどし軟化抵抗性の向上
や耐ヒートチェック性を改善させるのに大きく寄与する
元素である。

多すぎると靭性を低下させるので上限の含有量を２０．
０％とし、少なすぎると添加の効果カニ得られないので
下限の含有量を０．１０％とした。

Ｃ（１：　０．０１〜ｌ　Ｓ−０！Ｘ 基地中に固溶して基地を強化し、炭化物の析出および凝
集をおくらせ、高温における硬さと耐力を著しく向上さ
せる元素である。

また、ＲＥＭとの複合添加によって高温において極めて
緻密で四着性のよい酸化被膜を生成し、これによシ耐熱
性、耐摩耗性の向上には著しく効果的な元素である。上
記効果を有効に発揮させるためＫは、少なくともＱ、０
１％以上添加する必要がある。ただし、多量に添加する
と固溶によるＣ・単独相の晶出が生じることによル内部
歪が大となシ靭性が低下するため、１匁Ｇ％以下に限定
し丸。

Ｎｂ　：　０．０１〜！ＬＯ％、　Ｔａ　：　Ｑ、０１
〜ＮＧ％Ｎｂ、　Ｔａは非常に高融点の微細な特殊炭化
物を形成するために鍛造、あるいは圧延、焼入れの際、
加熱温度の上昇にともなう結晶粒の粗大化を阻止させる
。しかも高硬度の炭化物を形成し、高温における耐摩耗
性および耐焼付性を下寿させるために有効な元素である
。

この作用を最も有効ならしめる丸めには、最少０．０１
％以上を必要とする。一方、！ＬＯ％を超えて多量に含
有すると、焼もどし軟化抵抗性の劣化や靭性の低下をも
九らすのでＮｂ、　Ｔａの上限は１０％とし友。

Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｓｃ、Ｙ：各々（ＬＯＧ　１〜２．
０Ｘこれらの元素は窒素を固定してＭＣ型炭化物を間接
的に微細に析出させると共に、結晶粒の調整に有効に作
用し、結晶粒の微細化をはかることができるので靭性向
上に著しく寄与する。ただし、これらの元素の添加量が
多過ぎるとＭＣ型の巨大炭化物が晶出すると共に、これ
らの元素の結晶粒界への優先析出がおこるため脆化現象
が生ずる。従ってＴｉ、Ｚｒ。

Ｈｆ、　８ｅ、　Ｙは各々Ｑ、０Ｑ１−４０Ｘに限定し
た。

Ｎｌ、　Ｍｎ、　Ｃｏ、　Ｂはいづれも焼入性を向上さ
せて靭性を高める元素であシ、各々の成分範囲を以下］
のように限定した。

Ｎｌ：＠、１〜＆ＯＸ 焼入性の向上や結晶粒微細化による靭性向上に大きく寄
与する元素であ〕、少なくとも９．１０％以上含有する
必要がある。ただし、多量に含有すると残留オーステナ
イト量が急激に増加し、焼もどし軟化抵抗性および靭性
Ｏ低下をき九すと同時に金型加工時の被剛性が悪くなる
という難点があるためＦｈ、ＯＸ以下に限定した。

Ｍｍ　：　０．１〜２．０％ Ｓｉと同様に脱酸剤として添加するが、焼入性の向上に
４寄与する元素であ６゜脱酸効果を得るためには、最低
量でも０．１％が必要である。ただし、多量に添加する
とＭｍ化合物の析出によ〕靭性ヤ焼もどし軟化抵抗性が
低下し、また、加工硬化能が高く被剛性を劣化させるの
で１０％以下に限定した。

Ｃｗ　：　Ｑ、２５〜１０　％ Ｃｍは焼入性を向上させる元素でＴｏ）、初析炭化物の
析出を抑制して靭性を向上させる。

上記効果を得るために少なくとも８．２５Ｘ以上含有さ
せる必要がある。しかし、２．、ＯＸをとえ化させるた
め悪影響があるので、Ｑ、２５〜２．．０％の範囲とし
た。

Ｂ　：　Ｑ、Ｇ　Ｏｆ　〜Ｏ，０５０％極微量の添加で
焼入冷却過程においてオーステナイト結晶粒界への初析
炭化物の析出を抑制することによ）焼入性を著しく向上
させる。また、靭性の劣化を防止する効果もある。

上記効果を有効に発揮させるためには、少なくとも０．
００１Ｘ以上添加する必要がある。

ただし、多量に添加するとほう化物が多量に形成され、
鍛造性が著しく劣化するためｏ、ｏ　ｓ　。

％以下に限定し友。

Ａ　ｌ　：　０．０１〜１０％ ムｌは強膜酸剤として有効であり、さらに結晶粒粗大化
防止や窒化性向上の目的で含有させるが、多量に含有す
ると被剛性が劣化し、材・、′ 料の清浄度も劣ってくる九めＱ、０１〜２−０％に限定
し丸。

次に本発明鋼の特徴を実施例によシ詳細に説明する。

実施例 第１表は本発明鋼と比較鋼の供試材の化学組成を示す。

これらの内、ム（１）〜（２０）は本発明鋼であ如、Ａ
（２１）〜（ｕ）は比較鋼である。

第１図及び第２図は本発明鋼！（＋）、　（Ｙ）と比較
鋼Ａ（λλ）、（２のの顕微鏡組織写真であシ、いづれ
４　ＲＩＭを添加した本発明鋼は、比較鋼に比べて緻密
で密着性に優れた酸化被膜が生成していることがわかる
。

これらの表から明らかな如（、ＲＥＭが添加された本発
明鋼ム（１）〜（３））は比較鋼（２１）〜（２４）に
比べて、著しく耐焼付性（耐摩耗性）に優れていること
がわかる。これは、本発明鋼の試料表面に形成され九緻
蛮で剥離しにくい酸化被膜の潤滑作用によるものでＴｏ
）、本発明鋼の特徴である。また、耐ヒートチエツク性
試験はφ１３Ｘ１５■の試料に前もって６１０〜６５０
℃における空気酸化処理を行なった後、高周波式加熱装
置によＪ）　７００℃に急加熱し、水（１８℃）で急冷
する試験を２０００回繰返した結を果である。

本発明鋼は比較鋼よ如優れ九耐ヒートチェック性を有し
ていることがわかる。これは、本発明鋼に生成した酸化
被膜が緻密で密着性に優れている結果、酸化被膜の断熱
効果が大きい丸めである。なお、本発明鋼に快削性を持
たせる九めＳ、　Ｐｂ、　８＠、　Ｂｉ、　Ｃａ、　Ｔ
Ｉ等を各々０．２Ｘ以下含有させたものも、高靭性でか
つ耐摩耗性、耐ヒートチェック性がすぐれてお如、本発
明鋼の範中に属する。

以上の実施例にみられるごとく、本発明合金鋼は、Ｌａ
、　Ｃｅ、　Ｎｄ等の希土類元素を添加して高温におけ
る酸化被膜の生成が容易で、しかも酸化被膜が緻密で密
着性に優れてお如従来の工具鋼に比べて潤滑効果や耐ヒ
ートチェ、り性に優れた性能が得られ、耐摩耗性や耐ヒ
ートチェ、り性が要求される金量や工具等に用いた場合
、本発明の工業的価値は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、比較鋼の、第２図は、本発明鋼の顕微鏡組織
写真（腐食液：ティタル１倍率：４００倍）であシ、第
１図（＆）は試料ム鵠（ｂ）は試料Ａ（？）、第２図（
ａ）は試料Ａ（栃、（ｂ）は試料Ａ　（２りの酸化被膜
生成状態を示す。 ”１ 出願人　　大同特殊鋼株式会社 代理人　　　河　口　善　雄

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ＣＧ、０１〜０．３　ｓＸ、　Ｂ　Ｉ　Ｑ、
   ０５〜２０％、　Ｒ）ＣＭｏ、００１〜ＱＪ　０％、　
   ＮＯ，Ｏ０ｆ−０，３ＯＮを基本組成として残余が実質
   的にＦ・および０．２％以下Ｏ８，Ｐなどの不可避的不
   純物からなる熱間加工用合金鋼。
2. （２）　　Ｃ０，０１〜０．３５Ｎ、　８１Ｑ、０５−
   ４０Ｘ、　ＲＥＭｏ、００１〜０．４Ｑ％、Ｎ（ＬＱＯ
   Ｉ〜Ｇ、：１０％を基本組成として、Ｍｎ　０．１０〜
   １０％、　Ｎｌ　（ＬＩ　Ｇ〜＆Ｏ％、　Ｃ聰Ｑ、２　
   Ｓ〜２．０％、　Ｂ（ＬＯＧ　１〜０．０５０Ｘ４り内
   ｌ′＆または２種以上を含有し、残余が実質的にＦ・お
   よび０．２％以下のｓ、ｐなどの不可避的不純物からな
   る熱間加工用合金鋼。
3. （３）　　ＣＧ、０１〜０．３５％、８１０．０５〜１
   ０％、　ＲＥＭｏ、００１〜Ｇ、４ｉ０Ｘ、ＮＱ、ＯＱ
   １〜Ｑ、３０％を基本組成として、Ｃｒ　Ｑ、２５〜２
   ０．ＯＮ、　Ｍｅ　０．１０〜２０．０％、Ｗｏ、１０
   〜２０．０Ｘ、　ＶＱ、０１〜１　ｔｏＸ、　Ｃｏ　０
   ．０１〜１　！ＬＯ％、Ｎｂ０−０１〜五０％、　Ｔ　
   ａ　０．０１〜！ＬＯＸ、　Ｚ　ｒ　Ｏ，００１〜２．
   ０％。 ＴｌＧ、００１〜ｚ、ＯＸ、Ｈｒｏ、ｏｏｘ〜２．、θ
   ％、ＳｃＯ，００１〜ｚｏＸ、ｙｏ−ｏｏｉ〜′ＬＯＸ
   、ム１０．０１〜２．．θ％の内、１種ま九は２種以上
   を含有し、残余が実質的１（Ｆｅおよび０．２Ｘ以下の
   Ｓ、Ｐなどの不可避的不純物からなる熱間加工用合金鋼
   。
4. （４）　　ＣＯ，０１〜０．３５Ｘ、　Ｓ　ｉ　Ｑ、０
   ５〜ｔＯＮ、　ＲＥＭｏ、００１〜０．６０Ｘ、　ＮＯ
   ，００ｆ〜０．３０Ｘを基本組成として、Ｃｒ　０．２
   　Ｓ〜２０．ＯＮ、　Ｍｅ　Ｑ、１０〜２　Ｑ、ＯＸ、
   　Ｗｏ、１０〜２　Ｑ、ＯＮ、　ＶＱ、０１〜１４ＯＸ
   、　ＣＩ　０．０１〜１　＆ＯＸ、　ＮｂＯ，０１〜＆
   ＯＸ、　Ｔ　ａ　Ｑ、０１〜＆Ｑ％、　Ｚ　ｒ　０．０
   ０１〜２．０％。 Ｔ　ｉ　Ｇ、００１−２．ＯＮ、　Ｈｆ　０．００１〜
   ２−ＯＸ、　Ｓ　ｅ　Ｏ，００１〜ＬＯＸ、ＹＱ、ＧＯ
   １〜λＯ紙ＡＩ０．０１〜２０％の内、１種ま九は２種
   以上、さらＫＭＩＩＱ、１０〜２．０％、　Ｎ　ｉ　Ｑ
   、１０〜１０Ｘ、　Ｃｍ　０．２５〜１０％、ＢＱ、０
   ０１〜Ｑ、０５０Ｘの内１種または２種以上を含有し残
   余が実質的にＦ・および０．２Ｘ以下のＳ、Ｐなどの不
   可避的不純物からなる熱間加工用合金鋼。