JPS6230260B2

JPS6230260B2 -

Info

Publication number: JPS6230260B2
Application number: JP12298777A
Authority: JP
Inventors: Norioki Uehara; Kenji Isogawa; Hisao Kamya
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1977-10-15
Filing date: 1977-10-15
Publication date: 1987-07-01
Also published as: JPS5456913A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はプレス金型、ダイキヤスト金型、アル
ミ押出金型等に用いる熱間型用鋼の改良に関する
ものである。熱間型用鋼を使用する分野、たとえ
ば鍛造においては、技術の進歩につれて鍛造機械
の高速化、大型化、自動化がめざましく行なわれ
ており、それに伴なつて金型等に使用する熱間型
用鋼にたいする要求はますますきびしくなつてき
ている。熱間型用鋼としては、従来からその使用
目的に従つてSKT系またはSKD等の鋼種が使い
分けられているが、その性能は現今のきびしい要
求に十分こたえられるものとはいえず、大幅な改
善が強く要望されている。本発明者等は上記情勢に先がけて従来鋼よりも
あきらかにすぐれた耐用寿命を有する熱間型用鋼
を開発し、特願昭51−54686号および特願昭51−
156242で出願した。しかしながら先願鋼では従来
鋼に比して焼入性が幾分低いため、金型の大型化
にたいしては若干問題があつた。一方、最近の傾
向として金型への表面硬化処理が脚光をあびてお
り、金型用鋼の窒化特性も重要な要素となりつつ
あるが、先願鋼では充分とはいえない。そこで本発明者等は焼入性の改善および表面硬
化処理として有望視されている軟窒化特性の改善
を目的として各種合金元素の組合せと、その組成
範囲について研究を重ねた結果以下に示す鋼はき
わめて好適であることを見い出し、本発明をなす
に至つた。すなわち本発明は、 (1) Ｃ：0.25〜0.50％、Si：1.0〜2.0％、Mn：
1.61〜2.50％、Cr：1.50〜3.50％、Mo：0.50〜
2.0％、Ｖ：0.10〜1.0％残余が実質的にFeから
なる軟窒化特性に優れた熱間型用鋼。 (2) (1)の基本組成鋼の焼入性をさらに向上させ、
大型の金型にも適用できるようにするため、お
よびMnの下限を1.51％として焼入性を維持す
るために、(1)の鋼においてMn：1.51〜2.50％
とするとともにNi：0.50〜3.0％を含有させた
軟窒化特性に優れた熱間型用鋼。 (3) (1)の基本組成鋼の被削性を確実に向上させる
ようにするために、(1)の鋼をさらにCa：0.05
％以下、Ｓ：0.05〜0.30％、Se：0.50％以下か
ら選んだ１種または２種以上の元素を含有させ
た軟窒化特性に優れた熱間型用鋼。 (4) (1)の基本組成鋼の焼入性および被削性を同時
に向上させるため、およびMnの下限を1.51％
として焼入性を維持するために、(1)の鋼におい
てMn：1.51〜2.50％にするとともにNi：0.50〜
3.0％とさらにCa：0.05％以下、Ｓ：0.05〜0.30
％、Se：0.50％以下から選んだ１種または２種
以上の元素を含有させた軟窒化特性に優れた熱
間型用鋼。本発明は以上のような成分組成からなる軟窒化
特性に優れた熱間型用鋼に関するものである。本発明の軟窒化特性に優れた熱間型用鋼は先願
鋼（特願昭51−54686号、特願昭51−156242）に
たいして焼入性および軟窒化性を改善するために
SiおよびMnを増加させたものであり、金型の大
型化にたいしても充分に対処できるものである。
また通常の焼入・焼戻し処理においても良好な型
命数を有するが焼入・焼戻し処理後軟窒化処理を
施すと型命数がさらに向上する。これは本発明鋼
は先願鋼および従来鋼にくらべて軟窒化処理によ
る硬化深さが深く、かつ芯部強度の低下が少ない
という特徴を有していることによるものである。次に本発明鋼の成分範囲の限定理由を述べる。Ｃ：0.25〜0.50％Ｃは強度および焼入性を向上させるために有効
な元素であり、少くとも0.25％以上添加する必要
がある。しかし多量に添加すると靭性および軟窒
化性が劣化するため0.50％以下に限定した。 Si：1.0〜2.0％ Siは1.0％以上の添加により軟窒化性および耐
酸化性を向上させるとともにMnとの共存により
焼入性を著るしく改善できる。一方多量に添加す
ると靭性が劣化しかつ球状化焼鈍かたさが増加し
被削性が悪くなるため2.0％以下に限定した。 Mn：1.61〜2.50％（Niを含まない場合） 1.51〜2.50％（Niを含む場合） MnはSiとの共存により軟窒化性および焼入性
を向上させるためにはNiを含まない場合に少な
くとも1.61％以上、Niを含む場合にはNi添加によ
る焼入性向上が得られることも考慮して少なくと
も1.51％以上添加する必要がある。一方多量に添
加する焼もどし軟化抵抗性および被削性が著しく
劣化するため2.50％以下に限定した。 Cr：1.50〜3.50％ Crはマトリツクスを強化し、焼入性を確保す
るとともに鋼中のＣの拡散を抑制し、熱間硬さと
焼もどし抵抗性を与えるために必須の元素であ
る。この効果を得るには1.50％以上添加する必要
がある。一方3.50％以上添加すると高温での焼も
どし軟化抵抗性が損なわれるため、3.50％以下に
限定した。 Mo：0.50〜2.0％ Moは450℃以上の焼もどしにより、Mo₂Cを形
成し、二次硬化に寄与する元素であり、少くとも
0.50％以上添加する必要がある。また、軟窒化処
理による硬化層深さはMoが多いほど深いが2.0％
を越えるとその効果は飽和するため2.0％以下に
限定した。Ｖ：0.10〜1.0％Ｖは焼もどしによりV₄C₃を形成し二次硬化に
大きく貢献する元素であり少くとも0.10％以上添
加する必要がある。一方多量に添加すると焼入時
に未溶解炭化物が形成され、マルテンサイト中の
炭素が減少し、かたさを低下させるため1.0％以
下に限定した。上記成分組成鋼において、熱間型用鋼として充分
な性能を有するが、鍛造機械の高速化、大型化に
伴い、金型の大型化、形状の複雑化に対しては基
本成分にさらに以下の元素を添加することが望ま
しい。 Ni：金型の大型化がさらに進んで基本組成鋼で
は中心部までの焼入が困難になつた場合には
Niを0.50％以上添加することにより解決でき
る。ただし多量に添加しても焼入性にたいする
効果は大差なく経済性の面から3.0％以下が望
ましい。そして、Niを添加する場合は、Mn量
の下限を基本組成鋼より若干低い1.51％として
も、特別に大型の金型でない場合には充分な軟
窒化性および焼入性を得ることができる。Ｓ、Ca、Se：これらの元素は被削性の改善に有
効な元素であり、本発明鋼にたいしても適量添
加することにより型彫りなどの被削性を確実に
向上させることができる。ただし多量に添加す
ると靭性が損なわれるためそれぞれCa：0.05
％以下、Ｓ：0.05〜0.30％、Se：0.50％以下の
範囲で１種または２種以上添加することが望ま
しい。次に、本発明鋼の特徴を実施例によりさらに詳
細に説明する。実施例１第１表に示す合金成分を有する鋼を溶製し、各
種特性値を調査した。

【表】焼もどし軟化抵抗性第１表の供試材を用いてそれぞれの温度で焼入
処理後、400〜700℃の温度で焼もどし処理を施
し、かたさを測定した。その結果を第１図に示
す。同図にみられるように本発明鋼（No.１〜４）
および先願鋼（No.７、８）は従来鋼（No.５、６）
に比して600℃以上での焼もどしかたさが高く、
良好な焼もどし軟化抵抗性を示している。焼入性熱間成型金型の製造に際しては金型を成形後焼
入処理により芯部まで完全に硬化させ、かつ焼も
どし処理により靭性の優れた均一なソルバイト組
織を通る必要がある。しかしながら先願鋼（特願
昭51−54686、特願昭51−156242）は従来鋼（JIS
−SKD61、SKD62）にくらべて焼入性が若干悪
く金型の大型化にたいしては問題があつた。そこ
で本発明鋼の焼入性を調査した。鋼の焼入硬化深
さは焼入液や品物の形状寸法などにも影響される
ので一概に論じられないが、本実験では焼入温度
からの連続冷却により、Ｃ・Ｃ・Ｔ曲線を求めベ
イナイト変態開始までの時間を測定し、その時間
の長短により焼入性を判定した。その結果を第２
表に示した。

【表】同表にみられるごとく先願鋼（No.７、８）は従
来鋼（No.５、６）に比してベイナイト変態開始時
間は短かく焼入性は悪い。しかしながら、本発明鋼は従来鋼とほぼ同等の
ベイナイト変態開始時間を示しており、良好な焼
入性を有していることが判る。軟窒化性最近型用鋼にたいして表面硬化処理が施される
ようになり、その中でも工業的に安定した処理法
であつてかつ経済的な軟窒化処理法が注目されて
いる。したがつてこの種の型用鋼としては軟窒化
性も重要な要素である。そこで第１表の供試材を
用いて、ガス軟窒化を施し、硬化層深さを測定し
た。その結果を第２図に示す。同図にみられるよ
うに本発明鋼は先願鋼（No.７、８）および従来鋼
（No.５、６）にくらべて軟窒化処理による硬化深
さが深く良好な軟窒化性を示している。実施例２熱間成形金型の大型化にたいして焼入性をさら
に保障するためにNi添加の影響を調べた。第３
表に示す成分組成の合金を溶製し実施例１と同様
な方法で焼入性を調べた。その結果を第３表に併
記した。

【表】同表にみられるように本発明鋼の基本組成にく
らべてMnを若干低い値としたときでもNiを添加
すると焼入性が著るしく向上することが明瞭に認
められる。したがつて金型の大型化にたいしても
充分に対処できることを示している。実施例３熱間成形金型の被削性は金型の製造上きわめて
重要な要素であり、ひいては成形品の製造コスト
にも大きく影響する。そこで本発明鋼の基本組成にたいして被削性改
善元素を添加した場合の効果を調べた。第４表の供試材を用いて焼入―焼もどし処理に
よりそれぞれＨ_RC45程度に調整し、被削性を調
べた。

【表】それぞれの加工方性における切削条件および工
具寿命曲線を第３図〜第５図に示す。結果にみら
れるようにいずれも本発明鋼は比較鋼のSKD61
とほぼ同等の工具寿命を示しているが、本発明鋼
のうち被削性改善元素を添加した第三発明鋼では
工具寿命曲が一段と優れていることを示してい
る。すなわち金型の被削性が特に要求される場合
には第三発明鋼が好適であることを示している。実施例４実施例１〜３の基礎データをもとにして第５表
に示す成分組成の本発明鋼を溶製し、リヤーアク
スルシヤフト用熱間プレス金型を製造した。

【表】それぞれの熱間プレス金型は焼入、焼もどし処
理によりＨ_RC47程度に調整したが、別の焼入、
焼もどし処理後ガス軟窒化処理（ガス比NH₃／
Rx＝２／１温度580℃×5hr 0Q）を施し、表面
硬化処理した金型も製造した。上記の金型を用いて実際にリヤーアクスルシヤ
フトを型打した。その時のそれぞれの金型の型命
数を第６表に示す。なお比較データは従来金型
（SKD61）の実績を示すものである。

【表】

【表】結果にみられるように本発明鋼で製造した金型
の耐用命数は比較鋼のそれにくらべて1.6倍以上
を示している。また軟窒化処理を施すことにより
焼入・焼もどしのままのものにくらべて1.3倍以
上の耐用命数を示している。以上のごとく本発明鋼は従来の熱間型用鋼
（SKD61）および先願の熱間型用鋼（特願昭51−
54686、特願昭51−156242）の欠点を改善したも
のであつて、さらに詳しくは最近の熱間金型の使
用条件に対処できるように焼入性および軟窒化性
を改善した熱間型用鋼であつて、工業的価値の大
なる発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼および比較鋼の焼もどし軟化
曲線、第２図は本発明鋼と比較鋼のガス軟窒化処
理後の表面かたさ分布、第３〜５図は本発明鋼と
比較鋼の工具寿命曲線を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.25〜0.50％、Si：1.0〜2.0％、Mn：
1.61〜2.50％、Cr：1.50〜3.50％、Mo：0.50〜2.0
％、Ｖ：0.10〜1.0％、残余が実質的にFeからな
る軟窒化特性に優れた熱間型用鋼。２Ｃ：0.25〜0.50％、Si：1.0〜2.0％、Mn：
1.51〜2.50％、Cr：1.50〜3.50％、Mo：0.50〜2.0
％、Ｖ：0.10〜1.0％、およびNi：0.50〜3.0％、
残余が実質的にFeからなる軟窒化特性に優れた
熱間型用鋼。３Ｃ：0.25〜0.50％、Si：1.0〜2.0％、Mn：
1.61〜2.50％、Cr：1.50〜3.50％、Mo：0.50〜2.0
％、Ｖ：0.10〜1.0％、およびCa：0.05％以下、
Ｓ：0.05〜0.30％、Se：0.50％以下から選ばれた
元素を１種または２種以上を含有し、残余が実質
的にFeからなる軟窒化特性に優れた熱間型用
鋼。４Ｃ：0.25〜0.50％、Si：1.0〜2.0％、Mn：
1.51〜2.50％、Cr：1.50〜3.50％、Mo：0.50〜2.0
％、Ｖ：0.10〜1.0％、Ni：0.50〜3.0％、および
Ca：0.05％以下、Ｓ：0.05〜0.30％、Se：0.50％
以下から選ばれた元素を１種または２種以上を含
有し、残余が実質的にFeからなる軟窒化特性に
優れた熱間型用鋼。