JPS62112761A

JPS62112761A - 温間および熱間加工用工具鋼

Info

Publication number: JPS62112761A
Application number: JP25320085A
Authority: JP
Inventors: Toshio Okuno; 奥野　利夫; Isao Tamura; 庸田村
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1985-11-12
Filing date: 1985-11-12
Publication date: 1987-05-23

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】〔産業上の利用分野〕本発明は常温強度、高温強度、耐摩耗性がすぐれ、かつ
十分な焼入性を備えており、とくに高い靭性を備えてい
ることを特徴とする温間および熱間加工用工具鋼に関す
るものである。

〔従来の技術〕

温間鍛造、熱間精密プレス鍛造用の金型なと鍛造製品の
寸法精度が特にすぐれていることが要求される用途の金
型に対しては、従来高温強度のとくに高い熱間工具ｍ５
Ｋｏ８や常温〜温間強度の高い高速度工具鋼系型材（例
えば５ＫＨ５１）が使用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、　５ＫＤ８の場合低〜中Ｃ量のため高い常温強
度（初期強度）が得がたいため、加工温度が低い場合、
へたり、摩耗を早期に生ずる場合があり、また加工温度
が高い場合でも、表面層を支える層の強度が不十分であ
ることに起因するへたり、摩耗寿命が必ずしも十分でな
い場合があった。

一方在来の高速度工具鋼（例えば５ＫＩ（５１）を本分
野の金型に適用した場合、高速゛度工具鋼素材の熱間加
工方向に沿う炭化物の紐状分布に沿ってヒートクラック
や微細クラック、これに起因する肌あれや大割れが生じ
やすく、十分な型寿命が必ずしも得られていない。

本発明は従来鋼の問題点である熱間加工方向に沿うクラ
ックの発生、進展を抑え、かつ高温での摩耗、へたりに
強い型材を開発し、問題点を解決しようとするものであ
る。

［問題点を解決するための手段］本発明鋼の化学組成は在来の高速度鋼に準する初期硬さ
とこれよりすぐれた温間〜高温強度を与えること、かつ
素材の炭化物の紐状分布の形成傾向を減じ、かつ適量の
炭化物分布を与えることを法本とし、中Ｃ−中Ｃｒ−中
Ｗ−ＭＯ（名、単独または複合添加）−中Ｖｉをベース
としている。

併せて熱間加工方向に伸びて分布し、縦方向のクラック
の発生、進展の感受性を高める硫化物系介在物を大幅に
減するため、Ｓ量を極限近くまで低減し、上記炭化物分
布の改善やＮｉ添加による基質の本質的な靭性の改善、
Ｎ添加による結晶粒の微細化とあいまって、とくにすぐ
れた靭性を付与したものである。

また温、熱間での耐摩耗性付与のためにＮｉ、Ｃｏさら
にはＹ、　Ｃｅ、　ＭＩＣの添加により、使用時の昇温
により型表面に緻密で固着性の大きい酸化被膜を形成さ
せ、これによる潤滑作用および断熱効果により母材の強
度、適量の炭化物分布とあいまって温間および熱間での
耐摩耗性、耐肌あれ性を大幅に改善したものである。

またＣｒ量およびＮｉ、Ｍｎ量の組合せにより。

型材として必要な焼入性を与え、かつＳｉ、Ｍｎ添加量
の調整を行ない、酸化被膜の生成、成長特性の制御を行
なうものである。

すなわち本発明は、重量％でＣ０．４８〜０．６８％。

Ｓｉ　１．５０％以下、　Ｍｎ　１．５０％以下、Ｃｒ
　３．００−５．５０％。

１／２Ｗ＋Ｍｏ　（各々単独または複合）　３．６０〜
６．００％。

Ｖ　　０．５０〜１．２０％、　　Ｎｉ　０．５０〜１
．８０％、Ｃｏ　０．５０−５．００％、ｓ　ｏ、ｏｏ
ｓ％以下および場合によってはＭｇ、Ｙ。

Ｃｅの１種または２種以上で０．３０％以下、Ｎｂ　０
．１５％以下を適宜含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不
純物からなる温間および熱間加工用工具鋼である。

〔作用〕

次に本発明鋼の成分範囲の限定理由について述べる。

Ｃは、本発明鋼の高い焼入焼戻し硬さおよび高温硬さを
維持し、またＷ、Ｍｏ−Ｖ、Ｃｒなどの炭化物形成元素
と結合して炭化物を形成し、結晶粒の微細化、耐摩耗性
、焼戻し軟化抵抗、高温硬さを与えるために添加するも
のである。

多すぎると紐状の炭化物分布を生じＴ方向ＴＰによる靭
性を低下させるので０．６８％以下とし、低すぎると上
記添加の効果が得られないので０．４８％以上とする。

Ｓｉ添加は、使用中の昇温による酸化被膜の形成量を減
少させる効果があり、用途、昇温度、使用雰囲気等を考
慮して添加される。

多すぎると酸化被膜形成量が過度に小となり５また熱伝
導性が小となるので１．５０％とする。Ｓｉ量は望まし
くは１．００％以下である。

Ｍｎは、酸化被膜の生成量を増加させる効果があり、ま
た焼入性を向上させる。

多すぎるとへ〇変態点を過度に低下させ、焼なまし硬さ
を過度に高くシ、被切削性を低下させるので１．５０％
以下とする。Ｍｎ量は望ましくは１．００％以下である
。

Ｎｉは本発明鋼の特色である金型材としての十分な焼入
性の付与、高い高温強度を併せて優れた靭性の付与、ま
たＣｏとともに使用中の昇温による雨着性の保護性酸化
被膜を形成させ、温間および熱間耐摩耗性、耐ヒートク
ラツク性を高め、またクラック発生起点の形成を抑制す
るための重要な基本的添加元素であり、Ｃｏ添加による
耐摩耗性向上を、靭性を低下させることなく達成するこ
とはＮｉ添加により可能となったもので、本発明鋼の大
きな特質を形成するものである。

Ｎｉは上記効果を有するものであるが、多すぎるとＡ１
変態点を下げ、焼なまし硬さを過度に高くして機械加工
性を低下させるので１．８０％以下とし、低すぎると上
記添加の効果が得ら九ないので０．５０％以上とする。

Ｃｒは、適切な添加量の設定により焼戻し軟化抵抗およ
び高温強度の向上、また適度の酸化被膜特性の付与、Ｃ
と結合して炭化物を形成することによる耐摩耗性の向上
、Ａ１変態点の向上、焼入性の向上および迅速窒化性付
与の効果を有するものである。

低すぎると耐酸化性が不足し、使用肌あれを生じやすく
、焼入性の低下、Ａ□変態点の低下および耐摩耗性を低
下させ、本発明鋼の特徴である優れた耐摩耗性と靭性の
兼備を維持することが困難となるので下限を３．０部と
する。

高すぎると耐酸化性が過度に大きくなり、保護性酸化被
膜を形成しににくなり、また炭化物の析出、凝集を促進
し、本発明鋼の特徴である優れた高温強度、軟化抵抗を
維持することが困難となるので上限を５．５０％とする
。

Ｗは、焼入加熱時、基地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、また焼戻し時微細な炭化物を析出して高温耐力を高
め、さらに使用中の昇温時形成される表面酸化被膜の緻
密性を向上させるなどの効果を付与するために添加する
ものである。

酸化被膜特性に関するＷの効果はＣｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｍ
ｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｖ量との関係で異なるものであり、適
切な組合せにより優れた耐摩耗性が得られるものである
。

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、また焼戻し時微細な炭化物
を新出して焼戻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形成容易性を向上させる効
果を有するものである。

Ｗ、Ｍｏは上記の効果を得るために添加されるものであ
るが、多すぎるとＣ量との関係において炭化物量が過度
に大となり、また粗大炭化物を形成し、Ｔ方向ＴＰによ
る靭性を低下させ、本発明鋼の特徴を維持することが困
難となり、また焼入温度を過度に高くするため、１／２
Ｗ＋Ｍｏで６．００％以下とし、低すぎると上記添加の
効果が得られないので４．００％以上とする。

Ｗ添加はＭｏ添加の場合よりも高温強度、耐摩耗性を高
める効果が大きく、一方靭性面ではＭ。

の場合の方が有利である。

なお、１／２Ｗ＋Ｍｏの望ましい量は４．３０−５．８
０％である。

■は固溶しにくい炭化物を形成して耐摩耗性および耐焼
付性の向上効果を有するものであり、焼入加熱時基地に
固溶して焼戻し時微細な凝集しにくい炭化物を析出し、
高い温度域における軟化抵抗を大とし、大きな高温耐力
を与えるための重要な元素である。

また結晶粒を微細化して靭性を向上させるとともにＡ１
変態点を上げ、優れた高温耐力とあいまって、耐ヒート
クラツク性を向上させる効果をもたらすものである。

本発明鋼の特徴である優れた靭性と高温強度の兼備のた
めにＶ量の設定は非常に重要である。

多すぎると熱間加工方向に沿う紐状炭化物の分布傾向を
増大させ、かつ巨大な炭化物を生成し、本発明鋼の特徴
であるＴ方向ＴＰによる靭性を高いレベルに保持するこ
とが困難となるので１．２０％以下とし、低すぎると型
表面部の早期軟化をまねくなど上記添加の効果が得られ
ないので０．５０％以上とする。好ましい範囲は０．７
０〜１．１０％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
を与える添加元素である。

本発明鋼の場合Ｎｉを共同添加することにより、靭性を
低下させることなく、Ｃｏ添加による耐摩耗性向上効果
を生かすことができるところに大きな特徴がある。

Ｃｏ添加により使用中の昇温時、きわめて緻密で密着性
の良い保護酸化被膜を形成し、これにより相手材との間
の金属接触を除き、金属表面の温度上昇を防ぐとともに
優れた耐摩耗性をもたらすものである。

また、この酸化被膜形成による断面効果、保護作用によ
る耐ヒートクラツク性の向上、クラック発生の起点の生
成の抑制などの効果が得られるものである。

Ｃｏは上記効果を付与するために添加するが、多すぎる
と靭性を低下させるので５．００％以下とし。

低すぎると上記添加の効果が得られないので０．５０２
以上とする。

Ｎは結晶粒の微細化効果をもたらし、本発明鋼の靭性向
上をもたらすもので、この目的のために添加を行なう。

多量の添加は必要なく、溶製、造塊時の製造性を考慮し
て０．１０％以下とする。

Ｙ、Ｃｅ、Ｍｇは昇温時の酸化被膜の固着性を高め、耐
摩耗性、耐焼付性を改善し、また酸化被膜の断熱効果に
よる耐ヒートクラツク性を改善するために添加を行なう
。

多量の添加は必要なく介在物の増加をまねくのでＭｇ、
Ｙ、Ｃｅの１種または２種以上で０．３０％以下とする
。

Ｎｂは焼戻し時、微細で凝集しにくい炭化物を形成、析
出し、軟化抵抗、高温強度を高めるために添加を行なう
。

多すぎると、固溶しにくい炭化物を形成し、Ｔ方向ＴＰ
による靭性を低下させ、本発明鋼の特徴である靭性の等
方性を維持させることが困難となるので０．１５％以下
とする。

Ｓは硫化物を形成し、熱間加工方向に伸びて分布し、Ｔ
方向ＴＰによる靭性を低下させる。Ｔ方向ＴＰによる靭
性におよぼす５ｆｆｉの影響は、直線的な比例関係を示
さすｓ　ｏ、ｏｏｓ％以下でその効果が大きくなり、さ
らにＳ　０．００３％以下でその効果が際立って大きく
なることを見出したものでＳの上限を０．００５％とし
、一層望ましい範囲を０．００３％以下とする。

〔実施例〕

以下本発明を実施例に基づき詳細に説明する。

第１表に本発明鋼および従来鋼の化学組成を示す。

第２表は本発明試料の高温硬さを示したもので、本発明
鋼は従来鋼の場合と同等以上の高温硬さを備えている。

第２表第３表は本発明鋼の高温焼付摩耗試験における焼付臨界
荷重（比）を示す。試料は円柱状試料で、熱処理、研磨
仕上後あらかじめ５５０℃における空気酸化処理を行な
ったのち、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ｍ　（ＳＫＨ５１）の焼
付臨界荷重を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、高温強度、炭化物分布などによる耐摩耗性付与
に加えて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−っである。

第３表第４表は本発明鋼の１２０ｎｗｎφ鋼材からＬ方向およ
びＴ方向（Ｌ方向：鍛伸平行方向、Ｔ方向：鍛伸直角方
向）に採取した試料による１０　ｍｍ　Ｒシャルピー衝
撃試験（試験温度１５０℃）の結果を示す。

第４表本発明鋼は従来鋼に対し、明らかに靭性が優れており、
かつＴ方向ＴＰによる衝撃値が高く保たれる点に大きな
特徴がある。

Ｔ方向ＴＰによる靭性値が高く保たれる原因は、残留炭
化物の紐状分布の形成や縞状偏析の傾向が小さいこと、
低Ｓ化により鍛伸方向に紐状にのびやすい硫化物系介在
物の量を極少量に低減したためである。

第５表に本発明鋼の非金属介在物清浄度測定結果を示す
。

本発明鋼の非金属介在物清浄度は比較鋼の場合に対し、
格段に低い。

第５表第６表に本発明鋼の耐ヒートクラツク性試験結果を示す
。１５ｎｍφＸ２５＋ｔ＋ｍＱの試験片の表面を６５０
℃に急熱し、水中で２０℃に急冷する操作を１５００回
繰返した結果である。

第６表本発明鋼は比較鋼ＳＫＩ＋５１より明らかに耐ヒートク
ラツク性が優れていることがわかる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本願発明鋼は、鋼材における縦、横
方向の靭性の差が小さく、かつそのレベルは高く、優れ
た高温強度と酸化被膜特性を備え、温〜熱間加工用型と
して使用してへたり、ヒートクラック大割れ、摩耗を生
じに＜＜優れた型寿命をもたらすものであり、その効果
は非常に大きい。

Claims

【特許請求の範囲】１　重量％でＣ０．４８〜０．６８％、Ｓｉ１．５０％
以下、Ｍｎ１．５０％以下、Ｃｒ３．００〜５．５０％
、１／２Ｗ＋Ｍｏ３．６０〜６．００％、Ｖ０．５０〜
１．２０％、Ｎｉ０．５０〜１．８０％、Ｃｏ０．５０
〜５．００％、Ｓ０．００５％以下、残部Ｆｅ及び不可
避的不純物からなることを特徴とする温間および熱間加
工用工具鋼。２　重量％でＣ０．４８〜０．６８％、Ｓｉ１．５０％
以下、Ｍｎ１．５０％以下、Ｃｒ３．００〜５．５０％
、１／２Ｗ＋Ｍｏ３．６０〜６．００％、Ｖ０．５０〜
１．２０％、Ｎｉ０．５０〜１．８０％、Ｃｏ０．５０
〜５．００％、Ｓ０．００５％以下およびＭｇ、Ｙ、Ｃ
ｏの一種または二種以上を０．３０％以下、残部Ｆｅ及
び不可避的不純物からなることを特徴とする温間および
熱間加工用工具鋼。３　重量％でＣ０．４８〜０．６８％、Ｓｉ１．５０％
以下、Ｍｎ１．５０％以下、Ｃｒ３．００〜５．５０％
、１／２Ｗ＋Ｍｏ３．６０〜６．００％、Ｖ０．５０〜
１．２０％、Ｎｉ０．５０〜１．８０％、Ｃｏ０．５０
〜５．００％、Ｓ０．００５％以下、Ｎｂ０．１５％以
下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴と
する温間および熱間加工用工具鋼。４　重量％でＣ０．４８〜０．６８％、Ｓｉ１．５０％
以下、Ｍｎ１．５０％以下、Ｃｒ３．００〜５．５０％
、１／２Ｗ＋Ｍｏ３．６０〜６．００％、Ｖ０．５０〜
１．２０％、Ｎｉ０．５０〜１．８０％、Ｃｏ０．５０
〜５．００％、Ｓ０．００５％以下、Ｎ０．１０％以下
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする
温間および熱間加工用工具鋼。５　重量％でＣ０．４８〜０．６８％、Ｓｉ１．５０％
以下、Ｍｎ１．５０％以下、Ｃｒ３．００〜５．５０％
、１／２Ｗ＋Ｍｏ３．６０〜６．００％、Ｖ０．５０〜
１．２０％、Ｎｉ０．５０〜１．８０％、Ｃｏ０．５０
〜５．００％、Ｓ０．００５％以下およびＭｇ、Ｙ、Ｃ
ｅの一種または二種以上を０．３０％以下、Ｎｂ０．１
５％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを
特徴とする温間および熱間加工用工具鋼。６　重量％でＣ０．４８〜０．６８％、Ｓｉ１．５０％
以下、Ｍｎ１．５０％以下、Ｃｒ３．００〜５．５０％
、１／２Ｗ＋Ｍｏ３．６０〜６．００％、Ｖ０．５０〜
１．２０％、Ｎｉ０．５０〜１．８０％、Ｃｏ０．５０
〜５．００％、Ｓ０．００５％以下およびＭｇ、Ｙ、Ｃ
ｅの一種または二種以上を０．３０％以下、Ｎ０．１０
％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特
徴とする温間および熱間加工用工具鋼。７　重量％でＣ０．４８〜０．６８％、Ｓｉ１．５０％
以下、Ｍｎ１．５０％以下、Ｃｒ３．００〜５．５０％
、１／２Ｗ＋Ｍｏ３．６０〜６．００％、Ｖ０．５０〜
１．２０％、Ｎｉ０．５０〜１．８０％、Ｃｏ０．５０
〜５．００％、Ｓ０．００５％以下、Ｎｂ０．１５％以
下、Ｎ０．１０％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物か
らなることを特徴とする温間および熱間加工用工具鋼。８　重量％でＣ０．４８〜０．６８％、Ｓｉ１．５０％
以下、Ｍｎ１．５０％以下、Ｃｒ３．００〜５．５０％
、１／２Ｗ＋Ｍｏ３．６０〜６．００％、Ｖ０．５０〜
１．２０％、Ｎｉ０．５０〜１．８０％、Ｃｏ０．５０
〜５．００％、Ｓ０．００５％以下およびＭｇ、Ｙ、Ｃ
ｅの一種または二種以上を０．３０％以下、Ｎｂ０．１
５％以下、Ｎ０．１０％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不
純物からなることを特徴とする温間および熱間加工用工
具鋼。９　重量％でＣ０．５０〜０．６５％、Ｓｉ１．００％
以下、Ｍｎ１．００％以下、Ｃｒ３．５０〜４．５０％
、１／２Ｗ＋Ｍｏ４．００〜５．８０％、Ｖ０．６０〜
１．１０％、Ｎｉ０．５０〜１．３０％、Ｃｏ０．５０
〜３．００％、Ｓ０．００３％以下である特許請求の範
囲第１項ないし第８項記載の温間および熱間加工用工具
鋼。