JPS6221863B2 - - Google Patents

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JPS6221863B2
JPS6221863B2 JP17941983A JP17941983A JPS6221863B2 JP S6221863 B2 JPS6221863 B2 JP S6221863B2 JP 17941983 A JP17941983 A JP 17941983A JP 17941983 A JP17941983 A JP 17941983A JP S6221863 B2 JPS6221863 B2 JP S6221863B2
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JP
Japan
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work tool
hot work
steel
toughness
present
Prior art date
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Application number
JP17941983A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS6075552A (en
Inventor
Toshio Mochizuki
Kazuo Sakai
Masabumi Inoe
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Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、熱間工具鋼に関するものであり、更
に詳細には、高温での耐摩耗性と、じん性とに優
れた時効硬化型オーステナイト熱間工具鋼に関す
るものである。 従来の熱間工具鋼には、JIS SKD61及び62に
代表される5Cr系の熱間工具鋼や、SKD7の0.35C
−3Cr−3Mo系の熱間工具鋼や、ASM6F4の0.2C
−3Ni−3Mo系及び0.2C−3Cr−3Mo系の析出硬化
型熱間工具鋼が知られている。また、これらの工
具鋼は、いずれもマルテンサイト基地又はベイナ
イト基地に炭化物を析出させたものであるため
に、550℃前後で急激に硬度の低下をきたすこと
も、知られている。 一方、銅合金のような被加工材の温度が700℃
以上のような高温の場合には、JIS SKD5、AISI
H19が用いられるが、これらの熱間工具鋼は、い
すれもマルテンサイト系であり、軟化を免れるこ
とはできない。 従つて、このような被加工材に対する熱間工具
鋼として、高温強度の大きいオーステナイト熱間
工具鋼が要求され、このために、JIS SUH660な
どが用いられているが、これは価格が高いという
難点がある。 これに対し、これよりも比較的に低廉な従来公
知の時効硬化型オーステナイト熱間工具鋼では、
じん性が低く、使用時に破損事故が発生しやすい
という欠点がある。 そこで、本発明は、従来公知の各種の熱間工具
鋼におけるこれらの欠点を解消した改良された時
効硬化型オーステナイト熱間工具鋼を得ることを
その目的とするものである。 本発明者は、この目的を達成するために種々の
研究を行なつた結果、下記の化学成分を有する時
効硬化型オーステナイト熱間工具鋼が最適である
ことを見出した。 すなわち、本発明は、C0.35〜0.60%、Si0.02
%以下、Mn14.0〜20.0%、Cr2.0〜8.0%、Ni1.5
〜3.5%、V0.5〜3.5%を基本成分とし、これに、
Mo0.01〜4.0%、W0.01〜4.0%、Ti0.001〜0.5
%、Zr0.001〜0.5%、Nb0.001〜0.5%の1種又は
それ以上を含有させ、残部が実質的にFe及び微
量の不純物から成る時効硬化型オーステナイト型
オーステナイト熱間工具鋼を特徴とするものであ
る。 以下、本発明をその実施例などに基づいて詳細
に説明する。 まず、本発明による熱間工具鋼は、上記のよう
な化学成分を有することを特徴とするものである
が、ここに本発明鋼の化学成分及び組成範囲の限
定理由を説明する。 Cは、鋼のオーステナイト基地を強化し、炭化
物成元素であるCr、Mo、W、V、Nbと結合し、
時効硬化を生じさせ、鋼を著しく硬化させ、耐摩
耗性を向上させることに効果がある。これらの効
果を十分に発揮させるためには、C0.35%以上が
必要であるが、多過ぎると、じん性を損なうの
で、0.35〜0.60%に限定する。 Siは、高温でのじん性を損なう元素であるの
で、製造上可能な限り含有量を少なくし、0.05%
以下に限定することによりクリープ特性の向上を
図る。 Mnは、本鋼のミクロ組織をオーステナイトに
するために添加するもので、本元素により安定し
たオーステナイト基地が得られ、高温強度が得ら
れるので、本発明鋼においては、重要な役割を演
じている。この安定したオーステナイトは14%以
下のMnによつても得られるが、少ないと、じん
性が不足するので、14%以上とし、また、多過ぎ
ると、時効硬化の最高硬さを低下し、高温強度が
低下するので、20%とする。 Crは、Cと結合して複炭化物を形成し、耐摩
耗性に寄与し、また、オーステナイト基地に固溶
して、高温強度を増加させるために添加する。こ
の結果を、じん性とつり合つて十分に発揮させる
ために、2%〜8%の範囲に限定する。 Niは、時効硬化性は低下させる傾向がある
が、じん性の向上に極めて有効である。しかし、
Ni1.5%以下では効果が小さく、4%以上では時
効硬さの低下が小さくなるので、1.5〜3.5%の範
囲に限定する。 Vは、結晶粒の微細化によるじん性の向上及び
著しいオーステナイトの固溶強化を起こし、ま
た、炭化物の析出による時効硬化を起こし、耐摩
耗を向上し、更に、高温強度を維持するために添
加する。しかし、0.5%以下では効果が小さく、
3.5%を越える時は、じん性の低下をきたすの
で、3.5%以下とする。 Moは、Cと結合して炭化物を生成し且つオー
ステナイト基地を固溶強化するので、耐摩耗性
や、高温硬さを高める。しかし、量が少ないと効
果がなく、量が多過ぎると、じん性が低下するの
で、0.01〜4.0%の範囲に限定する。 Wは、Moと同様の効果を示し、炭化物の生成
と、オーステナイト基地の固溶強化とに優れてお
り、0.01〜4.0%に限定する。 Ti、Zr、Nbは、溶湯の強脱酸に効果があり、
また、CとM・C炭化物として固定され、非常に
硬い炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。し
かし、多量に含有すると、じん性に悪影響を及ぼ
すので、0.5%以下に限定する。 本発明による工具鋼は、以上のように化学成分
及び組成範囲を有しているが、次ぎに、本発明鋼
を実施例について説明する。 第1表に、実験に供した従来鋼としてのJIS
SKD5及び62と、本発明の実験試料の化学成分を
示す。 第2表は、第1表に示した試料を標準の溶体化
温度又は焼入れ温度から急冷後、時効又は焼きも
どしした時の硬さ(Hv)を示したものである。 第2表から分かるように、本発明鋼の場合、
750℃の時効において最高硬さを示し、それ以上
の時効温度においても硬さ低下は、わずかである
ことを確認したが、マルテンサイト系のSKD5及
び61においては、600℃以上の焼きもどしにおい
て急速に硬さが低下する。その結果、700℃以上
の使用温度になると、熱間強度不足のために塑性
流動を起こしやすくなり、また、摩耗も起こしや
すくなる。
The present invention relates to hot work tool steel, and more particularly to age hardening type austenitic hot work tool steel having excellent wear resistance and toughness at high temperatures. Conventional hot work tool steels include 5Cr hot work tool steels represented by JIS SKD61 and 62, and 0.35C of SKD7.
−3Cr−3Mo hot work tool steel and ASM6F4 0.2C
-3Ni-3Mo and 0.2C-3Cr-3Mo precipitation hardening hot work tool steels are known. Furthermore, it is also known that these tool steels are all made of martensite base or bainite base with precipitated carbides, and therefore their hardness rapidly decreases at around 550°C. On the other hand, the temperature of workpiece materials such as copper alloys is 700℃.
In case of high temperature as above, JIS SKD5, AISI
H19 is used, but these hot work tool steels are all martensitic and cannot avoid softening. Therefore, an austenitic hot work tool steel with high high temperature strength is required as a hot work tool steel for such work materials, and JIS SUH660 and the like are used for this purpose, but this has the disadvantage of being expensive. There is. In contrast, conventionally known age-hardening austenitic hot work tool steels, which are relatively inexpensive,
The drawback is that it has low toughness and is easily damaged during use. SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an improved age-hardening austenitic hot work tool steel that eliminates these drawbacks of various conventionally known hot work tool steels. The present inventor conducted various studies to achieve this objective, and as a result found that age-hardening austenitic hot work tool steel having the following chemical components is optimal. That is, in the present invention, C0.35~0.60%, Si0.02
% or less, Mn14.0~20.0%, Cr2.0~8.0%, Ni1.5
The basic ingredients are ~3.5% and V0.5~3.5%, and
Mo0.01~4.0%, W0.01~4.0%, Ti0.001~0.5
%, Zr0.001~0.5%, Nb0.001~0.5% or more, and the balance is essentially Fe and trace impurities. It is something to do. Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on examples thereof. First, the hot work tool steel according to the present invention is characterized by having the chemical composition as described above, and the reason for limiting the chemical composition and composition range of the steel according to the present invention will be explained here. C strengthens the austenite base of steel and combines with carbide constituent elements Cr, Mo, W, V, and Nb,
It is effective in causing age hardening, significantly hardening the steel, and improving wear resistance. In order to fully exhibit these effects, a C content of 0.35% or more is required, but if it is too large, the toughness will be impaired, so the content is limited to 0.35 to 0.60%. Since Si is an element that impairs toughness at high temperatures, the content should be reduced to 0.05% as much as possible for manufacturing reasons.
The creep characteristics are improved by limiting to the following. Mn is added to make the microstructure of the steel austenite, and this element provides a stable austenite base and high-temperature strength, so it plays an important role in the steel of the invention. . This stable austenite can also be obtained with 14% or less Mn, but if it is too low, the toughness will be insufficient, so it should be 14% or more, and if it is too high, it will reduce the maximum hardness of age hardening and Since the strength decreases, it is set at 20%. Cr combines with C to form a double carbide, contributes to wear resistance, and is added to solidly dissolve in the austenite matrix to increase high-temperature strength. In order to fully exhibit this result in balance with the toughness, the content is limited to a range of 2% to 8%. Although Ni tends to reduce age hardenability, it is extremely effective in improving toughness. but,
If Ni is less than 1.5%, the effect will be small, and if it is more than 4%, the decrease in aging hardness will be small, so Ni is limited to a range of 1.5 to 3.5%. V causes improvement in toughness by refining crystal grains and significant solid solution strengthening of austenite, and also causes age hardening due to carbide precipitation, improving wear resistance, and is added to maintain high-temperature strength. do. However, below 0.5%, the effect is small;
If it exceeds 3.5%, the toughness will decrease, so keep it below 3.5%. Mo combines with C to form carbides and strengthens the austenite base as a solid solution, thereby increasing wear resistance and high-temperature hardness. However, if the amount is too small, there will be no effect, and if the amount is too large, the toughness will decrease, so it is limited to a range of 0.01 to 4.0%. W exhibits the same effect as Mo, and is excellent in forming carbides and solid solution strengthening of the austenite base, and is limited to 0.01 to 4.0%. Ti, Zr, and Nb are effective in strongly deoxidizing molten metal.
In addition, C and M·C are fixed as carbides, forming very hard carbides and improving wear resistance. However, if it is contained in a large amount, it will have a negative effect on toughness, so it should be limited to 0.5% or less. The tool steel according to the present invention has the chemical composition and composition range as described above, and next, the present invention steel will be described with reference to Examples. Table 1 shows the JIS steel used in the experiment.
The chemical components of SKD5 and 62 and the experimental samples of the present invention are shown. Table 2 shows the hardness (Hv) of the samples shown in Table 1 when they were aged or tempered after being rapidly cooled from the standard solution temperature or quenching temperature. As can be seen from Table 2, in the case of the steel of the present invention,
It was confirmed that the hardness showed the highest hardness at 750℃ aging, and there was only a slight decrease in hardness even at higher aging temperatures. hardness decreases. As a result, when the operating temperature reaches 700°C or higher, plastic flow is more likely to occur due to insufficient hot strength, and wear is also more likely to occur.

【表】【table】

【表】【table】

【表】 次ぎに、これらの試料について、高温引張試
験、シヤルピー衝撃試験及びクリープ・ラプチヤ
ー試験(750℃、10Kgt/mm2の破断時間)を行な
い、これらの高温強度、延性及びじん性を比較し
た。その結果を第3表に示してある。 第3表の結果からも、本発明鋼は、700℃にお
ける引張り強さ及びクリープ破断時間並びに室温
におけるシヤルピー衝撃値が、マルテンサイト系
のJIS SKD5及び61に比較して優れていることが
分かる。 以上のように、本発明は、従来公知の熱間工具
鋼や、析出硬化型熱間工具鋼や、マルテンサイト
系熱間工具鋼などに比べ、高温度における諸種の
機械的強度が優れており、また、JIS SUH660な
どのオーステナイト熱間工具鋼に比較して低廉で
ある改良された時効硬化型オーステナイト熱間工
具鋼を提供するものである。
[Table] Next, these samples were subjected to a high temperature tensile test, a Charpy impact test, and a creep rupture test (750℃, rupture time of 10Kgt/ mm2 ), and their high temperature strength, ductility, and toughness were compared. . The results are shown in Table 3. The results in Table 3 also show that the steel of the present invention is superior in tensile strength and creep rupture time at 700° C. and Charpy impact value at room temperature compared to martensitic JIS SKD5 and 61. As described above, the present invention has various mechanical strengths at high temperatures that are superior to conventionally known hot work tool steels, precipitation hardening hot work tool steels, martensitic hot work tool steels, etc. The present invention also provides an improved age-hardening austenitic hot work tool steel that is less expensive than austenitic hot work tool steels such as JIS SUH660.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 C0.35〜0.60%、Si0.05%以下、Mn14.0〜
20.0%、Cr2.0〜8.0%、Ni1.5〜3.5%、V0.5〜3.5
%を基本合金成分とし、Mo0.01〜4.0%、W0.01
〜4.0%、Ti0.001〜0.5%、Zr0.001〜0.5%、
Nb0.001〜0.5%の内の1種又はそれ以上を含有さ
せ、残部が実質的にFe及び微量不純物から成る
ことを特徴とする時効硬化型オーステナイト熱間
工具鋼。
1 C0.35~0.60%, Si0.05% or less, Mn14.0~
20.0%, Cr2.0~8.0%, Ni1.5~3.5%, V0.5~3.5
% is the basic alloy component, Mo0.01~4.0%, W0.01
~4.0%, Ti0.001~0.5%, Zr0.001~0.5%,
An age-hardening austenitic hot work tool steel containing one or more of 0.001 to 0.5% of Nb, with the remainder consisting essentially of Fe and trace impurities.
JP17941983A 1983-09-29 1983-09-29 Age-hardening austenitic hot working tool steel Granted JPS6075552A (en)

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JPS6075552A JPS6075552A (en) 1985-04-27
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