JPS6053103B2

JPS6053103B2 - 熱間加工用工具鋼

Info

Publication number: JPS6053103B2
Application number: JP52097880A
Authority: JP
Inventors: 利夫奥野
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1977-08-17
Filing date: 1977-08-17
Publication date: 1985-11-22
Also published as: JPS5432120A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はとくにすぐれた昇温軟化抵抗、高温強度、高温
耐摩耗性と併せてすぐれたじん性を兼備した熱間加工用
工具鋼に関するものである。

銅合金押出加工用コンテナ−のインナーライナーなど、
使用の金型昇温温度が高く、高度の熱間・強度ならびに
昇温軟化抵抗、高温耐摩耗性を要求される用途に対して
は従来高Ｗ−Ｖ−Ｃｏ系のＡＩＳＩＨｌ９系鋼がもつと
も高温強度が大きい材料として使用されているが、高温
強度が大きい反面じん性がやや低いため、用途によつて
は使用中早期・割れ発生などをまねく場合があり、かな
らずしも満足すべき実用成績が得られない場合があつた
。本発明はとくにすぐれた高温強度、昇温軟化抵抗とと
もに微細な結晶粒、内部組織これに関連してすぐれたじ
ん性を備え、かつ型材として使用された場合、使用時の
表面昇温により、金型表面に緻密で密着性のある保護性
軟化被膜を形成し、ＡＩＳＩＨｌ９よりもさらに一段と
すぐれた高温耐へたり、耐摩耗性を備え、かつすぐれた
高温強度とあいまつてじん性耐ヒートチツク性がいちじ
るしくすぐれ、長寿命を与える高性能の熱間加工用工具
鋼に関するものである。本発明鋼は中〜低Ｑｒ−Ｎｉ−
ＭＯ（Ｗ）一高Ｖ−ＣＯ−（Ｎｂ．．Ｔａ．．Ｔｉ）を
基本成分とし、目的用途によりＮ添加を行なうものであ
る。

すなわち、本発明鋼は中〜低ＣｒおよびＷＮＭＯならび
に多量のＶの添加による析出硬化性と併せ、Ｎｂ．ｓＴ
ａ，．Ｔｉ添加による析出硬化性を組合わせ、昇温軟化
抵抗および高温強度をとくに大とするとともに、Ｎｂ．
．Ｔａ．Ｔｉ添加およびＮ添加による鋼材組織ならびに
熱処理結晶粒微細化作用によるじん性の向上、また中〜
低Ｃｒｌ中〜低Ｓｉｌ適量のＭｎ添加により適度の酸化
特性を与え、使用中の昇温による型面における酸化被膜
形成を容易とし、かつＣＯ，．ＮｉあるいはＷ添加によ
り酸化被膜を緻密で密着性のものとし、これによる潤滑
断熱、保護効果により耐熱間摩耗性、耐浸食性、耐肌あ
れ性および耐ヒートラツク性を大幅に改善したもので、
ＮｂｌＴａ，．Ｔｉ，．Ｎ添加による凝固組織の微細化
、結晶粒の微細化およびＮｉ添加によりクラックの伝播
に対する抵抗性を良好とした熱間加工用工具鋼である。
第１表に本発明鋼および従来鋼の化学組成を示す。

第２表は本発明鋼の熱処理条件（目標かたさＨＲＣ４５
）と高温強度、結晶粒度を示したもので、本発明鋼は従
来鋼と同等ないしこれよソー段とすぐれた高温強度を備
えていること、また微細な結晶粒度を有していることが
わかる。

第３表は本発明鋼の昇温（焼もどし）軟化抵抗を示す。

本発明鋼は従来鋼と同等ないしこれ以上のすぐれた昇温
軟化抵抗を備えていることがわかる。第４表は本発明鋼
の高温耐焼付摩耗試験における焼付臨界荷重を示す。試
料は円柱状試料で、あらかじめ６３０℃での酸化処理を
行なつたのち、７００℃に加熱した鋼材（相手材）に高
速で回転しながら端面を押付けた場合の焼付が起らない
最大荷重（臨界荷重）を求め、従来鋼のそれを１００と
して指数で示したものである。本発明鋼は従来鋼より明
らかに焼付臨界荷重が高いことがわかる。

これは本発明鋼のすぐれた昇温軟化抵抗、高温強度、適
量の特殊炭化物分布ならびに上記酸化処理により本発明
鋼の試料表面に形成された緻密で剥離しにくい酸化被膜
による保護作用ならびに潤滑作用によるものであり、本
発明鋼の大きな特色の一つである。第５表は本発明鋼の
破壊じん性値（ＡＳＴＭＥ３叩型試料）を示す。

本発明はＮｂ，．Ｔａ．．Ｔｉ，．Ｎ添加による結晶粒
および組織の微細化ならびにＮｉ添加によりクラックの
進展に対する抵抗性改善をはかつたもので、従来鋼より
明らかに破壊じん性がすぐれており、クラック発生起点
自体が生じにくい点とともに本発明鋼の大きな特色の一
つを形成するものである。

第６表は本発明鋼の耐ヒートクラック性を示したもので
、１５顛ｆ×２５ｗ！ｎの試験片を７００℃に急熱し、
水中で２０℃に急冷する操作を３０００＠Ｉ繰返した結
果である。

本発明鋼は従来鋼よりすぐれた耐ヒートチェック性を備
えていることがわかる。

これは本発明鋼の高温強度が大きく、クラックの進展に
対する抵抗性がとくに大きいことおよび表面生成酸化被
膜の保護作用ならびに断熱効果によるものである。

つぎに本発明鋼の各成分範囲の限定理由についてのべる
。

Ｃは本発明鋼の焼入性、焼もどしかたさおよび高温かた
さを維持し、またＷ．ＭＯｌ■、ＣおよびＮｂ，．Ｔａ
．Ｔｉなど炭化物形成元素と結合して炭化物を形成し、
結晶粒の微細化、耐摩耗性、焼もどし軟化抵抗、高温か
たさを与えるために添加するものである。

多すぎるとじん性を低下させ、また高温強度も低下させ
るので０．６０％以下とし、低すぎると上記添加の効果
が得られないので０．２５％以上とする。

Ｃのとくに望ましい範囲は０．２５〜０．５０％である
。Ｓ１は本発明鋼の耐酸化性を向上させる効果を有する
もので目的、用途により添加量を調整する。多すぎると
使用中の昇温による断熱性酸化被膜生成特性を低下させ
る傾向が有り、１．００％以下とする。Ｍｎは本発明鋼
の特色である断熱性酸化被膜生成特性を向上させるため
に、また焼入性向上を目的として添加される。

多すぎるとＡ１変態点を低下させ、焼なましかたさを高
くし、かつ被切削性を低下させるので１．５０％以下と
する。

Ｎ１は本発明鋼の特色である高い高温強度と併せてすぐ
れたじん性（クラックの進展に対する抵抗性）を付与す
るため、またＣＯとともに使用中）の昇温により密着性
の保護性酸化被膜を形成させ、熱間耐摩耗性、耐ヒート
チェック性を高め、またクラック発生起点の生成自体を
抑制するための基本的添加元素である。

多すぎるとＡ１変態点を下げ、焼なましかたさを過度に
高くして機械加工性を低下させるので１．５０％以下と
する。

なお、Ｎｉのより好ましい範囲は０．５０〜１．２０％
である。０ｒは適切な含有量の設定により焼もどし軟化
抵抗および高温強度の向上、また適度の酸化特性の付与
、Ｃと結合して炭化物を形成することによる耐摩耗性向
上効果、Ａ１変態点向上効果および焼入性向上効果を有
し、きわめて重要な元素である。

低すぎると耐酸化性が不足し、熱処理時、使用時肌あれ
を生じやすく、焼入性の低下、Ａ１変態点の低下、およ
び耐摩耗性低下をまねくので下限を１．５０％とし、高
すぎると耐酸化性が過度に大となり、本発明鋼の特色の
一つである保護性酸化被膜を形成しにくくなり、また炭
化物の析出、凝集を促進し、焼もどし軟化抵抗および高
温強度を低下させるので上限を４．００％とする。Ｃｒ
のより望ましい範囲は２．００〜３．５０％である。

Ｗは焼入加熱時に固溶しにくい炭化物を多量に形成して
耐摩耗性向上に独得の効果をもたらすものであり、また
焼もどし時微細な炭化物を析出して高温耐力を高め、さ
らに使用中の金型面昇温時形成される表面酸化被膜の緻
密性を向上させるために添加するものである。この酸化
被膜特性に関するｗの効果はＣｒｌＭＯ．Ｓｉ．．Ｍｎ
，．ＮｉｌＣＯ量との関係で異なるもの１で、適切な組
合わせにより第４表に示すようなすぐれた特性を得るこ
とができるものである。

Ｗは多すぎると従来鋼と同様粗大な炭化物を形成する傾
向が大となり、じん性低下をまねくので３．５０％以下
とし、低すぎると独得の添加効果が得られないので０．
５０％以上とする。ＭＯはＷと同様炭化物を形成し、耐
摩耗性を高め基地に固溶して焼入性を向上させ、また焼
もどし時微細な炭化物を析出して焼もどし軟化抵抗およ
び高温強度を増加させ、また使用中の保護性酸化被膜生
成容易性を向上させる効果をもたらすものである。

多すぎるとじん性を低下させるので単独添加の場合の上
限を４．５０％とし、低すぎると上記添加の効果が得ら
れないので２．００％以上とする。

ＭＯ単独添加の場合のより好ましい範囲は２．００〜４
．００％である。Ｗとの複合添加の場合、Ｗ量との関係
において上記と同様の理由により上限を３．００％とし
、下限を０．５０％とする。

なお、Ｗは高温強度の点でＭＯより有利であり、一方じ
ん性面ではＭＯの方が有利で、目的用途によりｗを併用
するものである。

■は固溶しにくい炭化物を多量に形成して耐摩耗性およ
び耐焼付性向上効果をもたらすものであり、かつ焼入加
熱時基地に固溶して焼もどし時微細な凝集しにくい炭化
物を析出して高い温度領域における軟化抵抗を大とし、
本発明鋼の特色の一つであるすぐれた高温耐力を与える
ためのもつとも重要な添加元素であり、このために本発
明鋼の場合多量の添加が必要である。

また結晶粒を微細化してじん性を向上させるとともにＡ
１変態点を上げ、すぐれた高温耐力とあいまつて耐ヒー
トチェック性を向上させるために添加するものである。

多すぎると粗大な炭化物を生成して、じん性を低下させ
るので３．００％以下とし、低すぎると上記添加が得ら
れないので１．２０％以上とする。■のより好ましい範
囲は１．２０〜２．００％である。ＣＯは本発明鋼の高
温におけるきわめて大きい耐摩耗性を付与するための添
加元素であり、また炭化物形成元素量とのバランスに関
し、相対的に低Ｃとして場合のフェライト生成を抑制し
、じん性、高温強度改善の効果を得るための添加元素で
ある。ＣＯ添加は使用中の金型表面昇温時きわめて緻密
て密着性のよい保護性酸化被膜を形成し、これにより相
手材との間の金属接触を防ぎ、本発明鋼の温度上昇を防
ぐとともにすぐれた耐摩耗性をもたらすものである。ま
た、この酸化被膜生成により断熱効果および保護作用に
よる耐ヒートチェック性の向上、クラック発生起点の生
成自体の抑制などの効果が得られるものである。

ＣＯのこの効果はＣｒ．．ＮｉはじめＷ．．ＭＯその他
の添加元素量との関係においてことなつて来るもので、
本発明鋼の場合多量の添加は必要としない。

多すぎるとじん性を低下させるので１０．００％以下と
し、低すぎると上記添加の効果が得られないので０．５
０％以上とする。ＣＯのより好ましい範囲は２．００〜
８．００％である。

ＮｂＮＴａ．．Ｔｉは炭化物を形成し、焼入時基地に固
溶し、高温域ての焼もどしにおける軟化抵抗を大きく改
善し、高温強度を高める効果を有し、また高温耐焼付摩
耗性を改善する。また凝固組織および熱処理結晶粒度を
微細化、じん性の向上をもたらし、本発明鋼の特徴であ
るきわめてすぐれた高温強度とすぐれたじん性を兼備さ
せるための不可欠の重要な添加元素である。また昇温時
金型面に形成される酸化被膜の固着性改善の効果も有す
るものである。

多量の添加は必要なく、多すぎると却つてじん性を低下
させるので単独または複合で０．４０％以下とし、低す
ぎると添加の効果が不足するので０．０３％以上とする
。

Ｎは結晶粒を微細化してじん性の向上をもたらし、また
Ｎｂ．．Ｔａ．．Ｔｉとともに凝固組織の微細化効果を
促進し、またオーステナイトフオーマーとして低Ｃの場
合のフェライト生成を抑制し、じん１性向上をもたらす
などの効果を得るために添加するものである。

多量の添加は必要なく、多すぎると過度の炭窒化物ない
し窒化物を形成し、却つてじん性の低下をまねくので０
．１００％以下とし、低すぎると添加・の効果が不足す
るので０．０２５％以上とする。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ０．２５〜０．６０％、Ｓｉ１．００％以下、Ｍ
ｎ１．５０％以下、Ｎｉ１．５０％以下、Ｃｒ１．５０
〜４．００％、Ｍｏ２．００〜４．５０％、Ｖ１．２０
〜３．００％、Ｃｏ０．５０％〜１０．００％、および
Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、各単独または２種以上合計で０．０
３〜０．４０％、残部Ｆｅからなる熱間加工用工具鋼。２Ｃ０．２５〜０．５０％、Ｓｉ０．８０％以下、Ｍ
ｎ１．１０％以下、Ｎｉ０．５０〜１．２０％、Ｃｒ２
．００〜３．５０％、Ｍｏ２．００〜４．００％、Ｖ１
．２０〜２．００％、Ｃｏ２．００〜８．００％とする
特許請求の範囲第１項記載の熱間加工用工具鋼。３Ｃ
０．２５〜０．６０％、Ｓｉ１．００％以下、Ｍｎ１．
５０％以下、Ｎｉ１．５０％以下、Ｃｒ１．５０〜４．
００％、Ｍｏ２．００〜４．５０％、Ｖ１．２０〜３．
００％、Ｃｏ０．５０〜１０．００％、Ｎ０．０２５〜
０．１００％およびＮｂ、Ｔａ、Ｔｉ、各単独または２
種以上合計で０．０３〜０．４０％、残部Ｆｅからなる
熱間加工用工具鋼。４Ｃ０．２５〜０．５０％、Ｓｉ０．８０％以下、Ｍ
ｎ１．１０％以下、Ｎｉ０．５０〜１．２０％、Ｃｒ２
．００〜３．５０％、Ｍｏ２．００〜４．００％、Ｖ１
．２０〜２．００％、Ｃｏ２．００〜８．００％とする
特許請求の範囲第３項記載の熱間加工用工具鋼。５Ｃ０．２５〜０．６０％、Ｓｉ１．００％以下、Ｍ
ｎ１．５０％以下、Ｎｉ１．５０％以下、Ｃｒ１．５０
〜４．００％、Ｗ０．５０〜３．５０％、Ｍｏ０．５０
〜３．００％、Ｖ１．２０〜３．００％、Ｃｏ０．５０
％〜１０．００％、およびＮｂ、Ｔａ、Ｔｉ各単独また
は２種以上合計で０．０３〜０．４０％、残部Ｆｅから
なる熱間加工用工具鋼。６Ｃ０．２５〜０．５０％、Ｓｉ０．８０％以下、Ｍ
ｎ１．１０％以下、Ｎｉ０．５０〜１．２０％、Ｃｒ２
．００〜３．５０％、Ｖ１．２０〜２．００％、Ｃｏ２
．００〜８．００％とする特許請求の範囲第５項記載の
熱間加工用工具鋼。７Ｃ０．２５〜０．６０％、Ｓｉ１．００％以下、Ｍ
ｎ１．５０％以下、Ｎｉ１．５０％以下、Ｃｒ１．５０
〜４．００％、Ｗ０．５０〜３．５０％、Ｍｏ０．５０
〜３．００％、Ｖ１．２０〜３．００％、Ｃｏ０．５０
〜１０．００％、Ｎ０．０２５〜０．１００％およびＮ
ｂ、Ｔａ、Ｔｉ各単独または２種以上合計で０．０３〜
０．４０％、残部Ｆｅからなる熱間加工用工具鋼。８Ｃ０．２５〜０．５０％、Ｓｉ０．８０％以下、Ｍ
ｎ１．１０％以下、Ｎｉ０．５０〜１．２０％、Ｃｒ２
．００〜３．５０％、Ｖ１．２０〜２．００％、Ｃｏ２
．００〜８．００％とする特許請求の範囲第７項記載の
熱間加工用工具鋼。