JPS60190550A - 広い温度域の成形加工に適した高靭性金型用鋼 - Google Patents

広い温度域の成形加工に適した高靭性金型用鋼

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JPS60190550A
JPS60190550A JP4666084A JP4666084A JPS60190550A JP S60190550 A JPS60190550 A JP S60190550A JP 4666084 A JP4666084 A JP 4666084A JP 4666084 A JP4666084 A JP 4666084A JP S60190550 A JPS60190550 A JP S60190550A
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steel
toughness
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resistance
working
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JP4666084A
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Hideki Nakamura
秀樹 中村
Genryu Abe
源隆 阿部
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Sanyo Special Steel Co Ltd
Sanyo Tokushu Seiko KK
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Sanyo Special Steel Co Ltd
Sanyo Tokushu Seiko KK
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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】 最近の塑性加工においては、加工品のN匿を向上させる
為に成形加工温度域が傅来の熱間から亜熱間や温間及び
冷間へと移って来ている。亜熱間や温間における金型用
材料としては、JIS 、 5KD61やSKH51等
が従来使われて来たが、5KD61ではHRC55程し
か出ず、硬さが不足し同時に耐摩耗性、耐へたシ性が劣
る。史に耐ヒートチェックにも問題がある。一方SKH
51も靭性不足(2〜3 kg frrv’em2)で
、それに伴い耐割れ・欠は性及びヒートチェック性に問
題がある。従って尚い仙さく HRC60以上)と靭性
(10kgfrrVcrn2以上)を兼ね備え、かつ耐
ヒートチェック性の後れだ金星材が賛望されていた。ま
た、冷間における金型用材料では一般的には、JIS 
、 SKD 11やSKH51が使われているが、HR
C59〜61の高硬度域でのシャルピー衝零靭性は2〜
31ψf%’curでのシ靭性不足による割れ・欠は等
が問題視されておシ、やはシHRC59〜61の高硬度
域で7ヤルピ一例撃靭性が10kgf躯−2以上の高靭
性材料の出現が望まれていた。
本発明は上記に鑑み、亜熱間、温間及び冷間の尚範囲の
成形加工に対し適用可能な長寿命の金型材料を得ること
を目的としてなされたもので、″その要旨とするところ
は、重量比でC:0.5〜0.6チ、si : 0.1
〜0.8 %、Mn : 0.1〜0.6%、Cr:3
.0〜5.0 %、Mo : 3.0〜5.0 *、V
 : O15〜1.0チ、Nb:0.1〜0.5チ、W
:0.3チ以下残部Feおよび不可避の不純物からなる
ことを特徴とする広い温度域の成形加工に適した褐靭性
金型用鋼であって、その有する特性は、HRC59〜6
1の高硬度域で、シャルピー衝撃靭性(10R,2m。
Cノツチ)が15 kg fm/crn2以上を示し、
また耐ヒートチェック性については発明者の独自のテス
トによる評点は、本発明鋼が9〜10であるのに対し従
来鋼は1〜6であって、従来鋼よシも著しく優れるもの
である。
以下、本発明鋼の特長的性能について睨明する。
本発明鋼の特長の1つは、HRC59〜61の高硬度域
でシャルピー衝撃靭性が15klilfn)/ν以上の
簡約性を得られることである。高靭性を達成するには、
JIS 、SKD 11や5KI(51に見られる様な
切欠きの起点となる共晶炭化物の大きさと数を減少させ
る必要がある。そこで本発明では共晶炭化物を減少させ
る為、SKD 11や5IG(51等の成分に比較し、
Cを所定硬さく HRC60以上)を得るに心安な最低
限度まで減らし、かつ大型の炭化物を作るCrも所望の
焼入性を得るに必安な最低限の5チ程度とした。Moは
大型の炭化物を作らず、まだマトリックスに固溶し、靭
性・焼入性を向上させる目的で所定童心をである。■も
大型の炭化物を作らないが多いと靭性を害する。また■
の炭化物は、焼入時のγ結晶粒度を微細にする為一般に
は最低11Jt 1.5 %が必要であることが知られ
ているが、本発明鋼においては靭性向上の目的でこの限
度よシ大きく下げ、0.5〜1.0%とし、結晶粒微細
化の目的に不足する分はNbを添加して補った。Wは上
述のCr 、 Mo 、 Vに比べ非常に向側な元素で
ある上、本発明において靭性を簀することを見出したの
で添加しない。以上の如く本発明鋼は、Cr−Mo−■
を基本成分にNbを添加し、その量的バランスをrA整
することによシ、高靭性を得ることを狙ったものでおる
が、試験の結朱笑施例を示す第1表に示す如く、はぼ同
じ硬度(HRC60〜61)であるにも拘らず比軟鋼お
よび従来m(1(−L、)のシャルピーイ1liJ撃値
が2〜9kgfrr1cm2でおるのに交1し、本発明
m(A−G)は16〜20kgfrrV/cm2のレベ
ルにあシ、比較鋼や従来鋼に比べ格段に優れた。妬靭性
が得られることを示している。
次に本発明銅のもう一つの重要な特長的性能で6る耐ヒ
−)チェック性の試鹸結果について第2表に示す。
駆 4 綜 耐ヒートチェック性の試験は種々行なわれているが、本
発明では外径42ヨ、内径20−のリング状試験片2を
作成し、焼入焼戻しにょシ所定の硬さとした後、第1図
(a) 、 (b)に示すように高周波加熱コイル1の
中にセットし、その外周部を高周波〃口熱し、680℃
に達した後即座に高周波コイルに設けたノズル3よシ水
を噴射し冷却するというヒートサイクル(第2図参照)
にょシテストした。
ヒートサイクル数は1ooo回とし、T、P、が割れる
(目視)までのヒートサイクル数、もしくは1000回
終了時のクシツクの個数・平均深さを調査した。
その結果は第2衣に示すとおシ、Wを含むE鋼は、ヒー
トサイクル1ooo回に達せず820回で犬賓すれを起
こし、またWを含む高C7の■鋼(JIS−8KH51
)は270回という初期段階で大割れを発生した。そし
てクラック個数及びクラック平均深さで比べても本発明
@A 、 B 、 C、E 、 Gは比較fJin。
I、L、Mよシ格段に優れておシ、Wを甘まない比較画
工と比べても優れていることが判る。耐ヒートチエツク
特性に対する各柚成分の影響につぃては、非常に複雑で
、一義的な説明は困嬌であるが、本発明では数多くの試
験の結果よシ、本発明の成分範囲ではWが耐ヒートチェ
ック性に悪影響を与えることを見い出した。例として、
0.55%C−4,5%Cr−3,7%Mo −0,9
5%V−0,25%Nbの成分系におけるヒートチェッ
ク性に及ぼすWの影参の調査結果を第3図に示す。第3
図に見るとおシ、Wが2チ以上になると、ヒートチェッ
ク試験中(1000サイクル以内)に大割れを起こすこ
とが判る。まだWを含まない本発明鋼に比べ、Wを0.
3%および1%含む比較鋼では、クラック総数やクラッ
ク平均深さが犬となっていることが判る。以上の結果よ
シ、本発明の重要な目的である耐ヒートチェック性を満
足なレベルに保つには、Wは0.3チ未満であることが
必要であシ、なお出来るだけ低含有量とすることが望ま
しい。Wは各植物性の向上に効果があシ、特に工具鋼に
はよく用いられるが、量的には少なくとも0.3%以上
含有されてはじめて効果があるとされており、例えば「
鉄鋼と合金元糸」誠文堂新光社S年刊824頁参照)、
まだMoを添加する場合にMoと相補関係にある元素と
して共に添加されることが多いのであるが、本発明にお
いては上記の如く耐ヒートチェック性に対してはこれを
排除しなけれはならないことを見出したものである。
次に本発明鋼の化学成分の限冗理由について述べる。
CはCr、Mo、Vなどの元糸と結合して複炭化物を生
成し、各柚金型として必要な耐ノφ粍性を与えると共に
、焼入時、Cr、Mo、V等の炭化物形成元素と共にマ
トリックスに固溶し、焼入彼さを出し、焼戻しにおいて
、前記の炭化物形成元糸と結合して析出硬化を起こすだ
めに必要な元糸である。+:元明鋼の成分糸においては
、焼入、焼戻しによってHRC60以上を達成するには
C景が0,5チは必要であシ、また0、6チを越えると
靭性が劣化し本発明で必要とする15kgfrV/cr
n2を満足しなくなるのでCは0.5〜0.6%とする
Slは通常、脱酸剤として添加され、基地中に同浴して
強化に役立つので少なくとも0.11は必快であるが、
0.8チを越えると靭性が劣化しシャルピー衝撃靭性が
15kgfm10n 以下になるので下限を0、1%と
し、上限を0.8%とした。
Mnは、S1同様に通常脱酸剤として0.1%以上添加
されるが、他の焼入性向上元素との関係で本発明におい
ては0.6%以下で充分であるので、下限を0.1%と
し上限を0.6%とした。
CrはmMし軟化抵抗性、複炭化物形成による耐摩耗性
、および焼入性の向上に有効な元素であるが、3チ未満
では焼入性が不足し、耐摩耗性が不足するので、下限を
3%とした。また5チを越えると炭化物の量が増し本発
明の成分系においては靭性を著しく劣化し、本発明の目
的とする15に9fm/cIn2以上の高靭性が達成出
来なくなるので上限を5チとした。
Moは焼入性を高め、炭化物を形成して耐摩耗性?同上
させると共に、一部基地に固溶して固溶強化によシ靭性
を同上させる。また耐ヒートチェック性の向上に間接的
に効く^温耐軟化抵抗性や高温強度を向上させる。これ
らの効果に対し、3%未満では耐摩耗性や高温側軟化抵
抗性が不足し、5チを越えると靭性を劣化(シャルピー
衝撃靭性15 kgfrrv’cm 2未満)させると
共に製造上の熱間加工性を著しく低下(例えば1050
℃熱間引張における絞り値が50%以下となる)させる
ので、M。
は3〜5%とした。
■は固溶しにくい安定な炭化物を形成し、結晶粒を微細
化させ、靭性向上に役立つと共に耐摩耗性を著しく向上
させる。しかし0.5%未満では呻1摩耗性の向上効果
が小さく、また結晶粒微細化効果が不安尾になるので0
.5チを下限とした。また1チを越えると靭性が著しく
劣化(シャルピー11j撃靭性15に9 frry’c
m 2禾調)シ、被研目1」性も低下するので上限を1
%とした。
Nbは、Cと結合してV炭化物よシも固溶しにくい安定
な炭化物を形成し、結晶粒微細化に大きな役割をもつと
共に耐摩耗性にも寄与する。Nbは前述の如くvとのバ
ランスで定められる。すなわち靭性向上の目的でVの上
限を1%に抑えているが■1チ以下では焼入時の結晶粒
が若干粗粒となる性能性が出てくる為、それを補う目的
でNbを添加するが、0.1%未満ではその効果がなく
、0.5φを越えると結晶粒微細化効果が飽和するので
Nbは0.1〜0.5チとした。
Wは前述の如く耐ヒートチェック性に悪影響をもたらす
ので不純物として混入する場合でも上限を0.3チ未満
と定める。
次に第1表に示す本発明の実施例鋼と比較鋼のテスト結
果について説明する。
(1) 冷間打抜パンチとして使用し、JIS、5KD
II(比較@K) 、 5KJ(9(比較鋼L)と本発
明鋼を比較テストした。
く打抜テスト東件〉 ・打抜材料: SUS 304、厚さ2簡の板・ノ9ン
チ形状:直径12+mn(摺動部径31.75醪)・杓
抜方法:ダイセットによる6連同時打抜き乾式単一打抜
き tsKH9: HRC59,9 くテスト結果〉 上記条件で打抜回数5万回恢の打抜品のバリの筒さを測
定比較しその結果を第3表に示す。
第 3 表 第3表の如く本発明鋼による打抜き品のバリ冒さが一番
小さいことが判る。打抜きにおけるバリsjさは、プレ
ス加工におけるM女な評価方法で、パンチ先端部のチッ
ピング(刃欠け)が影響しておシ、この結果より、本発
明鋼はSKD 11.SKH9に比べ、尚靭性であるこ
とが判る。
(2) 等速ゴールジヨイント用内輪の冷間鍛造におい
て、パンチとして使用した本発明鋼A、B。
C,Eと比較鋼I、Lの使用寿命を比較テストした。
く鍛造東件〉 鍛造温度:常温 被加工材: SCr 420 パンチ径: φ35(花びら型) くテスト結果〉 テスト結果を第4表に示す。
第 4 表 上表の結果よシ、本発明鋼は靭性に優れ、比較鋼L (
JIS、5KH9)の2倍の間寿命でおシ、また比較鋼
重と比べても高寿命であることが判る。
(3) ベアリングレースの亜熱間鍛造においてi9ン
チとして使用した本発明−B、C,Gと比較鋼H,I 
、L、Mの使用寿命を比較テストした。
く鍛造条件〉 鍛温度#:950〜970℃ 被加工材: SUJ 2 ノ臂ンチ径:32゜ 〈テスト結果〉 テスト結果を第5表に示す。
第5表 第5表の結果よシ、本発明鋼は、耐ヒートチェック性が
著しく優れ、比較鋼H,I、Mよp高寿命を示すことが
判る。
また比較@Lは比較的初期に折損を生じていることよシ
本発明鋼は耐ヒートチェックに優れ、かつ高靭性である
ことが判る。
以上の如く本発明鋼は冷間域から亜熱間域の広温度域の
成形加工に適用出来、上述以外にも混載用パンチ、混載
用エジェクタービン及びエジェクタースリーブ、亜熱鍛
用ノックアウトピン、冷鍛用・混載用・亜熱鍛用%榎ダ
イ笠に適用出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は耐ヒートチェック性のテスト方法を示す図で(
a)は平面図、(b)は側面図、第2図は耐ヒートチェ
ック性のテストの為のヒートザイクルを示すグラフ、第
3図はヒートチェックテストにおけるクラック元止個数
に及はすW量の影瞥を示すグラフである。 第1図 W含Al(wt、幻

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 重址比で C:0.5〜0.6チ、 Si:0.1〜0.8俤、 Mn : 0.1〜0.6 %、 Cr : 3.0−5.0 %、 Mo : 3.0〜5.0 %、 V:0.5〜1.0%、 Nb:0.1〜0.5チ、 W:0.3チ 以下残部Feおよび不可避の不純物からなることを特徴
    とする広い温度域の成形加工に適した高靭性金型用鋼。
JP4666084A 1984-03-12 1984-03-12 広い温度域の成形加工に適した高靭性金型用鋼 Granted JPS60190550A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0225543A (ja) * 1988-07-12 1990-01-29 Sanyo Special Steel Co Ltd 高強度熱間加工用工具鋼
CN104313462A (zh) * 2014-09-28 2015-01-28 宝山钢铁股份有限公司 一种高耐磨热冲压模具钢及其制造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5591959A (en) * 1978-12-28 1980-07-11 Hitachi Metals Ltd High-toughness low-alloy tool steel

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