JPS62250158A - 熱間鍛造金型用鋼 - 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】 産′！Ｊｋ、の利用分野 本発明は、熱間鍛造に使用される金型出鋼に関する。

従来の技術 従来、熱間鍛造用金型の素材としては該金型の平均使用
温度における高温強度を」−げ、熱間での耐摩耗性を向
上させることに主眼がおかれ、Ｍｏ等の析出強化型合金
元素の添加による高強度化を主体とした成分設計がなさ
れてきた。

発明の目的 しかしながら、上記従来のＭｏｆ）’ｔｈ加により高温
強度を上げ熱間における耐摩耗性の向上をはかった合金
鋼を金型の素材として用いた場合は、高強度化に伴い靭
性が低下するため耐割損性が低ドし、特に大形金型にお
いて往々にして内部まで貫通ずる割れが発生するという
問題があった。

本発明は上記従来の問題を解決し、金型表面温度が７５
０℃未満の使用における金型寿命を向上させた熱間鍛造
金型用鋼を提供することを目的とする。

発明の構成 本発明者は、上記従来の問題を解決するべ（種々の研究
を行なった結果、Ｍｏのような析出強化型合金元素には
属さず、オースブナイト相を安定化させるＮｉを添加す
ることにより高温での強度が増加し、しかも、金型の表
層部の酸化により該表層部においてＮｉが濃化して表層
部が特に強化され、熱間における耐摩耗性が向上するこ
とを兄出した。本発明は上記知見にバづいてなされたも
のであって、重量％でＣ：α５０〜α７０％、Ｓｉ：α
５０％以下、ｉｎ：α２０〜α９０％、Ｐ：　０．０３
５％以下、Ｓ：α０１５、％以下、Ｃ’ｒ　：α５０−
４０％、Ｍｏ：α２０〜０．００％、Ｖ：０．０４〜α
３０％、酸溶解性、ｌ（以Ｆｓｏｆｆ１．Ａｊ２という
）：０．１０％以下を含仔し、更にＮｉを、Ｔを熱間鍛
造中の金型の表面温Ｉｆ（％）とするとき、−α０２５
Ｔ　＋　１９≦Ｎｉ≦〜α０２５Ｔ　＋　２１を１ｆｌ
ｊ、よう社含■し、残りがＦｅ１２よび不可避不純物の
合金鋼からなる熱同鍛造金型用鋼に関する。

この発明によれば、金型表面温度７５０℃未満の使用に
おいて、その特徴が発揮される。

上記金型表面温度とは鍛造中における金型の極めて薄い
表層部の温度で、該表層部のミクロ組織の変化からそれ
に対応して求められる温度をいう。

以下に金型の素材である合金鋼の組成ならびに金型の使
用温度をＥ記の通りに限定した理由を説明ずろ。

まず、Ｃ成分は、高強度化に「効であるが、重量％で０
．５０％未満（以下単に％と紀社する）では十分な強度
が得られず、一方０７０％を超えると靭性が低下し金型
の前記耐割損性が低下することからその含有量を０５０
〜α７０％と限定した。

Ｓｉ成分は脱酸のために必要であると共に強度の確保の
ためにも作動であるが、α５０％を超えると靭性に悪ｍ
讐をおよぼすことからその含有！正をα５０％以下と定
めた。

Ｍｎ成分ば焼入れ性を向上して強度および靭性を改善す
る作用を有するが、α２０％未満ではマルテンサイトの
生成がｍｍとなって所望の強度が得られず、α９０％を
超えると靭性が低下することからその含有量をα２０〜
α９０％と限定した。

Ｐ右よびＳ成分はいずれも不可避的に含まれる不純物で
両者ともその含「息を低減させることは強靭化に極めて
有効であるため、Ｐ成分は０．０３５％以下、Ｓ成分は
α０１５％以下と定めた０両者とも含有量は極力少ない
方がよい。

Ｃｒ成分は強度および靭性を向」ユさせる作用を任する
が、α５０％未満では所望の強度が得られず、２．０％
を超えると靭性が劣化することからその含有量をα５０
％以下％と限定した。

Ｍｏ成分はＣ「成分と同様に強度および靭性を向上させ
る作用を育するが、０２０％未満では所望の強度が得ら
れず、α６０％を超えると靭性が劣化することからその
含有量をα２０〜α６０％と限定した。

■成分も強度および靭性を向上させる作用を■するが、
α０４％未満では向上効果は十分ではなく、０３０％を
超えると靭性が劣化することからその含有量を０．０４
〜α３０％と限定した。

ＡＪ２成分は脱酸のために添加されるが、含有量がα１
０％を超えると靭性が低下することからその含有量をｓ
ｏｉ、　ＡＩｌα１０％以下と定めた。

Ｎｉ成分は前記のように高温での強度を増加させる作用
を有すると共に、金型の表層部の酸化により該表層部に
おいてＮｉが濃化し、表層部を高温においてフェライト
相よりも高強度のオーステナイト相に変化させることに
より前記金型の表層部を特に強化するが、含有量が低い
と効果は小さく、一方Ｎｉ含イｆ量が鍛造中の金型表面
温度に依存して定まる特定の値（以下臨界Ｎｉ含有量と
いう）を超えると金型表層部の延性が著しく低下し脆性
亀裂を主体とした別離が生ずるので、その含有量を 一α０２５Ｔ　＋　１．９≦Ｎｉ≦−α０２５Ｔ　＋２
１　・・・・・・（鳳）但し、Ｔは鍛造中の金型表面温
度（℃）を填す範囲に限定した。

第１図はＮｉ含有量と伸びとの関係をｍ道中の金を表面
！！度の異る場合を想定して調査した結果を示す線図で
、横軸はＮｉ含有量を、縦軸は伸びを示す。図中の実綜
喀引張試験温度が７００℃で金型表面温度が比較的低い
７００℃に該当する場合、破線は引張試験温度が７８０
℃で金型表面温度が比較的高い７８０℃に該当する場合
である。同図において、Ｎｔｆｆｉ有量が臨界Ｎｉ含有
量を超える。と伸びが急激に低下するが、該臨界Ｎｉ含
有量は金型表面温度が７００℃の場合はａ５％、７８０
％の場合は１．５％と金型表面程度の上昇に伴って低下
する。

いまこの関係を一次式 ％式％ ｙ＝１．５とおいてａおよびｂを求めると、ａ＝−００
２５、ｂ＝２１となり、（２）式は前記Ｎｉ含有量の範
囲を示す（１）式の上限を示す式となる。また、後述す
る実施例から金型表面温度７００℃におけるＮｉの下限
値は１．５％であるので、前記（２）式においてχ＝７
００、ｙ＝ｔ、５とおき温度勾配＆は変らないと仮定し
てａ＝−０，０２５としｂを求めるとｂ＝１９となり、
■式は前記Ｎｉ含有琶の範囲を示す（１）式のド限を示
す式となる。

つぎに、金型の使用温度すなわち前記（１）式に１ける
金型表面温ｒｘＴの適用範囲であるが、前記第１図にみ
られるようにＮｉ含有Ｊｕｌ、が２％！’１度よりも低
い領域では金型表面温度が低ドすると金型表層部の延性
が低Ｆする傾向にあり、脆性亀裂を主体とした♀り離が
進行する。従って例えば２１　？、品の重電が減少して
金型との接触時間が短縮する等により鍛造中の金型表面
温度が低下する場合には、金型表層部の延性を確保する
ことが必要になる。

一方、金型表面温度が高い場合には本発明者が出願した
昭和６１年４月　　日付特許Ｅｌ（ｒＡ間鍛造運命川用
ｊ４（１）　）の明細書に記αしたように、延性を確保
するよりもむしろ靭性の低下を回避するという観点から
Ｎｉ含有量の上限値を定める必要があり、前記（１）式
を適用することは出来ない。

以上から、本発明に烏ける金型は金型表面温度が比較的
低い場合に適用され、その温度領域は金型表面温度が比
較的低い場合に該当する７００℃と、比較的高い場合に
該当する７８０℃との中間付近の温度を境界温度にとっ
て７５０℃未１５と限定した。

実　　　施　　　例 以下、実施例に基づいて説明する。

本発明の組成を有する合金鋼を溶製し焼入焼戻の熱処理
を施した後、直径５００−ｍ、高さ７００鰭の平盤金型
を作製し、　　１２５０℃に加熱した１０９に、／個の
炭素鋼を１０００個ｗｒ造し、金型における割れ発生の
存無を調査すると共に鍛造後の金型表層部の摩耗量を測
定した。金型表面温度は７００℃である。また、摩耗量
の測定は前記金型の表面に試験に用いた金型と同材質の
直径５０龍、高さ５０−の摩耗量測定用の供試材を埋込
み、！８１造終了後抜出して表面の摩耗量を求めた。な
お、比較のために本発明の組成からはずれる組成を（「
する比較鋼についても同様の試験を行なった。第１表に
供試材の化学組成を示す。

試験の結果、金型における割れの発生は本発明鋼、比較
鋼のいずれにおいても認められなかった。摩耗量は前記
第１表に併せ示したように、本発明鋼においては比較鋼
に比べ約半分程度で、耐摩耗性が著しく改善されること
がわｂる。なお、従来鋼は比較＠　（２２）、（２３）
に近い組成を有するものである。

発明の詳細 な説明したように、従来熱間ａ運用金型の累月として用
いられていたＭｏ等の析出強化型合金元素の添加による
高強度化をはかった合金鋼に代えて、ＮＮを添加すると
共にその他の成分の含存量も適切な゛範囲に定めた本発
明のａ間！８Ｉ造金型用鋼を用いることにより、高強度
化に伴う靭性の低下が生じず金型の割れを防止できるほ
か、耐摩耗性が著しく向上し、金型の大幅な寿命延長を
はかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱間＠運用金型素材のＮｉ含ａｆｆｉと伸びと
の関係を示す線図である。 第１図 Ｎｉ官等ｔ＜ｘ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％で、Ｃ：０．５０〜０．７０％、Ｓｉ：０．５０
   ％以下、Ｍｎ：０．２０〜０．９０、Ｐ：０．０３５％
   以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：０．５０〜２．０
   ％、Ｍｏ：０．２０〜０．６０％、Ｖ：０．０４〜０．
   ３０％、酸溶解性Ａｌ：０．１０％以下を含有し、更に
   Ｎｉを、Ｔを熱間鍛造中の金型の表面温度（℃）とする
   とき、 −０．０２５Ｔ＋１９≦Ｎｉ≦−０．０２５Ｔ＋２１を
   満すように含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物の合
   金鋼からなることを特徴とする熱間鍛造金型用鋼。