JPS6240421B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は機械的性質の異方性が少なく、かつ良
好な型彫加工性を有する型用鋼に関するもので、
さらに詳しくはＳおよびTeを限定した条件で添
加し、鋼中の硫化物系介在物の形態を調整した熱
間加工用型、プラスチツク成型金型などの型用鋼
に関するものである。 近年プレス、鍛造等の加工作業に用いる機械は
大型かつ高性能のものが出現し、作業の能率向上
がはかられているが、これにともなつて成型金型
に対する要求はますます厳しいものになつてき
た。すなわち成型金型が従来の機械にくらべて負
荷面で苛酷化されている反面、作業能率の面から
耐久性のさらに良好な金型が要求されており、こ
れらの要求を満たし得る型用鋼の開発が盛んに進
められてる。また一方において金型の複雑形状化
ならびに高精度化に対処して型用鋼自体の型彫加
工性の改善も大きな課題となつている。 型用鋼の被削性を向上させるために従来から主
としてS.Pb等の被削性向上元素を添加した型用
鋼も見受けられ、それなりに効果をあげている
が、一方において被削性元素の添加による機械的
性質の低下は避けられず特に圧延または鍛延によ
り延伸された型鋼は機械的性質の異方性が強く、
金型の耐久性低下が大きな原因となつている。こ
れは被削性の改善に有効に作用するMnS等の硬
化物系介在物が展伸された形態で存在し、そこに
応力集中が生じて介在物を起点とする切欠現象が
起るためと考えられている。 そこで硫化物系介在物の形状をできるだけ球状
に近くして応力集中を緩和することにより上記の
問題を解決することが試みられている。 本発明者等は熱間加工用金型またはプラスチツ
ク金型などの素材となる型用鋼についても上記の
ような考え方を導入することにより金型の寿命向
上が期待できると同時に良好な形彫加工性を有す
る型用鋼が製造できると推考し、多くの研究を積
んだ結果、従来の型用鋼組成にたいしてＳおよび
Teを特定の割合いで添加することにより鋼中に
生成される介在物自体の球形度が促進され、特に
大型介在物のほとんどが長短径比10以下の球形に
近い形態を有することを知見した。さらに上記介
在物形態を有する型用鋼は型彫加工性が良好であ
るばかりでなく、機械的性質の異方性が著るしく
少ないという特徴があり、金型成形後の耐久性も
一段と優れたものが得られることを確認した。す
なわち機械的性質の異方性が少なく、かつ良好な
型彫加工性を兼ね備えるためには含有される硫化
物のうち長径が２μ以上の比較的大型のものは、
その少なくとも80％が長短径比10以下でなければ
ならないこと、またこのような硫化物系介在物は
Te／Ｓの重量割合いが0.04〜0.5にえらぶことに
よつて実現できることを確認した。さらにはTe
以外の成分を調整した溶鋼にTeを添加して均一
に分散させることにより製造できること、そして
上記Teの添加に先立つて、溶鋼中の非酸化性ガ
スを導入して強制撹拌することにより、被削性お
よび鏡面仕上げ性シボ加工性などにとつて有害な
主として酸化物系の介在物からなる大きさの介在
物を浮上分離させ除去するのが好ましいことも知
つた。 以上の新規な知見にもとづく本発明の型用鋼
は、Ｃ：0.20〜0.40％、Si：0.10〜1.0％、Mn0.10
〜2.0％、Cr1.5〜3.5％、W8.0〜12.0％、V0.01〜
0.50％、とTe／Ｓが、0.04〜0.5の範囲にてＳ：
0.002〜0.40％以下、Te：0.001〜0.4％以下を含
有し、残余が実質的にFeからなる組成を有し、
鋼中に存在する長経２μ以上の硫化物系介在物の
うち少なくとも80％がその長短径比10以下である
ことを特徴とする被削性の優れた型用鋼である。 本発明における各成分元素の役割および範囲
（重量％）の限定理由は以下に示す。 Ｃ：0.20〜0.40％ 型用鋼としての硬さ、耐摩耗性を確保するため
に0.20％以上添加する。ただし多量に添加すると
靭性が低下し、実用に適さなくなるため0.40％に
限定した。 Si：0.10〜1.0％ 溶製時の脱酸効果のほか、基地の強化に有効な
元素であり0.10％以上添加する必要がある。ただ
し多量に添加すると地庇が多くなると同時に被削
性が低下するため1.0％に限定した。 Mn：0.10〜2.0％ 溶製時の脱酸効果を持たせるため及び基地を強
化するために有効な元素であり、0.10％以上添加
する必要がある。しかし多量に添加すると靭性及
び被削性が低下するので、2.0％以下に限定し
た。 Cr：1.50〜3.5％ 基地を強靭化し、焼入性、耐摩耗性、耐酸化性
の確保に有効な元素であり、1.50％以上添加す
る。しかしながら多量に添加すると靭性が低下し
実用に適さなくなるため3.5％以下に限定した。 Ｗ：8.0〜12.0％、Ｖ：0.01〜0.50％ 上記元素はいずれも強力な炭化物形成元素で、
熱処理硬さ耐摩耗性の確保に有効な元素でありＷ
は8.0％以上、Ｖは0.01％以上添加する。しかし
多量に添加すると製造が困難になると同時に靭性
が低下し、実用に適さなくなるためＷは12.0％以
下、Ｖは0.50％以下に限定した。 Ｓ：0.002〜0.40％ 被削性を改善するために有効な介在物である。
MnS系介在物の形成には不可欠であつて0.002％
以上添加する。多量になるほど被削性は向上する
が、鋼の洗浄度を害し、靭性が低下するため0.40
％以下に限定した。 Te：0.001〜0.40％ MnS系介在物の形態を調整することと、それ
自体で快削性を与える点で重要な元素であり
0.001％以上添加する。あまり大量では熱間加工
性が劣るので0.40％以下に限定する。また硫化物
系介在物の形態を改善するためにはTe／Ｓの重
量割合が0.04以上であることを要する。 しかしTe／Ｓの重量割合が0.5をこえると上記
効果が少なくなり、かつ熱間加工性も低下するの
でTe／Ｓの重量割合は0.04〜0.5の範囲とする。 硫化物系介在物の形態と分布 型用鋼の型彫加工性および機械的性質の異方性
が鋼中の硫化物系介在物の形態と分布に大きく依
存することを本発明者等は確認し、硫化物の形態
を種々変化させた鋼の特性をしらべた。その結
果、硫化物系介在物のうち長径が２μ以上の比較
的大型のものが強度異方性を左右し、これが長短
径比で10以内にあつて極端に縄状に展伸されてい
ない形態をもつならば悪影響を示さないこと、そ
してこのようなものが全硫化物系介在物中の個数
にもとづいて80％またはそれ以上の大部分を占め
るという条件がみたされていればよいことを知つ
たのである。 以上記述した本発明の型用鋼を製造する第１の
ポイントは成分の適確な調整にある。まず炉内で
Ｓを除く快削性付与元素以外の合金成分の含有量
を所定の値に調節した溶鋼を用意する。なお好ま
しくは真空脱ガスなどによりＯ量を0.015％以下
に低下させ、酸化物系介在物の生成を抑制すると
よい。次に炉、取りなべあるいはタンデイシユ中
にあるこの溶鋼にTe／Ｓが0.04〜0.5の条件をみ
たすようにTeを添加して、均一に分散させれば
よい。Teの添加は注入管中で行うこともでき
る。Teの添加に際して、主として酸化物系介在
物である大型の非金属介在物をできるだけ除去す
ることが望ましくこの目的には炉、取りなべまた
はタンデイツシユ内の溶鋼中にアルゴンのような
非酸化性のガスを導入して強制撹拌することが効
果的である。この操作はTeの添加に先立つて行
うこともできるし、またTeを添加しつつ行つて
もよい。 以下本発明鋼の特徴を実施例により詳細に説明
する。 実施例 第１表に溶製した供試鋼の成分組成を示す。

【表】 なお鋼の溶製にあたつては所定量の合金元素を
塩基性電気炉内で調整した後、Teを溶鋼中のＳ
量に応じて取なべ中へ添加し、均一に分散させ下
注法により造塊した。 次に第１表の供試材を用いて鍛練比が10程度の
熱間鍛造を行ない金型の粗形を製造した。つづい
て所定の条件で焼入れ、焼もどし処理した後同粗
形より試料を採取し、衝撃試験（JIS3号シヤルビ
ー試験片）により強度異方性を調べた。また同時
に衝撃試験後の試験片について硫化物系介在物の
形態および分布状況を調査した。その結果を第２
表にまとめて示した。

【表】

【表】 同表にみられるごとくいずれの鋼においても従
来から用いられる鋼は鍛造方向と直角方向の衝撃
特性は著るしく低く鍛造方向のそれにくらべて1/
２以下の衝撃値を示しており機械的性質の異方性
が強いことが確認できる。これにたいしてＳおよ
びTe量を調整して添加した本発明鋼はいずれも
鍛造方向と直角方向の衝撃特性の低下は少なく、
鍛造方向の衝撃値に比べて1/2以上の衝撃値を示
すことが確認できた。すなわち本発明鋼は鍛造ま
たは圧延後における機械的性質異方性がそれほど
強くなく、安定な特性を有することを確認した。
この事実の根拠としては鋼中の硫化物系介在物の
形態および量にある。すなわち従来鋼では長短径
比10以下の比較的球状に近い硫化物系介在物は全
体の20％程度しか分布していず他は長短径比10以
上の展伸された硫化物系介在物であるのにたいし
て本発明鋼では長短径比10以下の比較的球状に近
い硫化物系介在物が大半を占めている。 したがつて従来鋼の衝撃特性は硫化物系介在物
が展伸されているため試料の採取方向によつて大
きく影響されるのにたいして本発明鋼の硫化物系
介在物はそのほとんどが球状に近いものであるた
め、試料の採取方向の影響は受けにくいことから
本発明鋼の機械的性質異方性が少ないことは容易
に理解できる。 次に第１表の供試材から製造した金型用粗形を
用いて、カウンターギヤー製造用の金型を形彫加
工し、これを実用に供した。 第３表にそれぞれの供試材の型彫加工性（比較
鋼を基準にした、型彫加工に要した時間比）およ
び金型の耐久性（比較鋼を基準にした型寿命比）
を示した。

【表】 同表にみられるごとく従来鋼に比してＳおよび
Teの量を調整して添加した本発明鋼はいずれも
形彫加工時間は少なくかつ製造された金型の耐久
性は1.4〜1.6倍を示している。 以上のごとく本発明鋼はＳおよびTeを適量添
加して硫化物系介在物の形態調整を行つた熱間加
工用金型鋼であつて、型彫加工性が良好であると
同時に硫化物系介在物の形態に基づく機械的性質
異方性が少なく、また金型の鏡面仕上げ性、シボ
加工性なども良好であり、各種金型を使用した場
合に優れた耐久性が得られる等総合的に優れた型
用鋼である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重量％で、Ｃ：0.20〜0.40％、Si：0.10〜1.0
   ％、Mn：0.1〜2.0％、Cr：1.5〜3.5％、Ｗ：8.0
   〜12.0％、Ｖ：0.01〜0.50％とTe／Ｓ：0.04〜0.5
   の範囲でＳ：0.002〜0.40％以下、Te：0.001〜
   0.40％を含有し、残余が実質的にFeからなる組
   成を有し、鋼中に存在する長径２μ以上の硫化物
   系介在物のうち、少なくとも80％が長短径比10以
   下であることを特徴とする被削性の優れた型用
   鋼。