JPS63162840A

JPS63162840A - 熱間加工用工具鋼

Info

Publication number: JPS63162840A
Application number: JP31061586A
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: 1986-12-25
Filing date: 1986-12-25
Publication date: 1988-07-06
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: JP2755301B2

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、熱間鍛造加工、特に型面からの強水冷のもと
に行なわれる熱間高速精密鍛造加工に用いられる工具鋼
に関するものである。

〔従来の技術〕

鍛造加工の分野では、鍛造成形後の仕上加工工数の削減
を目的として型面からの強水冷のもとに行なわれる高速
精密鍛造が発展してきたが、この用途の金型には、鍛造
した製品の寸法精度を厳しく要求されるため、従来高温
強度の特に高い熱間工具鋼５ＫＤ７や５ＫＤ８が使用さ
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、最近実際に使用された熱間高速精密鍛造
加工工具の損耗形態の観察を行なってみると、５ＫＤ７
系の材料を材質とする加工工具は。

肌荒れ、割れにより寿命に至っており、肌荒れは初期硬
度、高温強度の不足によるとヒートクラックの発生、加
工面直下が昇温し軟化した部分が塑性流動することによ
る向流れの二つが主要因であり、割れは、焼入性、靭性
の不足によりクラックが進展し易いことに起因している
。

一方、５ＫＤ８は高温強度は特に高いが、巨大炭化物が
熱間加工方向に沿って紐状に分布した組織を持つため、
クラックの発生、進展の感受性が高く、使用時の割れ事
故が頻発している。本発明者らは、５ＫＤ８の初期硬度
や高温強度を維持しつつ、靭性面を大幅に改良した温間
および熱間加工工具（特願昭６Ｏ−２５３２００）を先
に出願しているが、本分野の加工工具に適用するについ
ては、初期硬度が高すぎ靭性が不足するので、これより
初期硬度のやや低いレベルの工具材料の開発が必要であ
る。

似たような思想の下に先願されている例（特願昭６０５
１−４８８４９）があるが、成分的に初期硬度、高温強
度の面が不足しており、また工具使用時の昇温による軟
化及び耐焼付性に問題点があった。

本発明の目的は、従来鋼５ＫＤ７．５ＫＤ８の以上に述
べた問題点を改善し、熱間高速精密鍛造加工用の工具と
して最適な熱間加工用工具鋼を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明鋼の化学組成はかかる問題点を解決すべく、低〜
中Ｃ−中Ｃｒ量の５ＫＤ７をベースとし、Ｃ量を上げる
ことにより初期硬さを高め、Ｃｒ量を下げることおよび
ＭｏにＷを併用することによって高温強度を著しく改善
した中Ｃ−低〜中Ｃｒ−中Ｗ−中Ｍｏ−中Ｖ量を基本成
分としている。

併せて、Ｎｉを添加することにより、焼入冷却速度の低
下に伴うベイナイト組織の形態や量を制限して優れた焼
入性、靭性を付与している。

さらにＮ添加による結晶粒の微細化による靭性の向上に
関与する。

また熱間での耐摩耗性付与のためにＧｏさらにはＹ、Ｃ
ｅ、Ｍｇの添加により、使用時の昇温により工具表面に
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、断熱効果により母材の強度とあいまって、熱
間での耐摩耗性、耐肌荒れ性を大幅に改善したものであ
る。

すなわち本発明は１重量％でＣ００３５〜０．４７％。

Ｓｉ　１．００％以下、Ｍｎ１．００％以下、Ｎｉ　０
．２０〜０．９５％。

Ｃｒ　２．２０−４．００％、１／２Ｗ＋Ｍｏ　２．２
０−４．００％、Ｖｏ、５０−１．００％および場合に
よってはＧｏ　０．５０＝４．００％、Ｎ　０．０３〜
０．１０％、Ｍｇ、Ｙ、Ｃｅの１種または２種以上で０
．３０％以下を適宜含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純
物からなることを特徴とする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もどし硬さおよび高温強度
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、焼もどし軟化抵抗、高温強度を与えるために添加
するものである。

多すぎると、本分野の加工工具に適用する初期硬さのレ
ベルを越えてしまうため、０．４７％以下とし、低すぎ
ると上記添加の効果が得られないので０．３５％以上と
する。

Ｓｉ添加は、使用中の昇温による酸化被膜の生成量を減
少させ、また熱伝導性を小さくするので、用途、昇温度
、使用雰囲気等を考慮しつつ、　１．００％以下添加す
る。

Ｍｎは、酸化被膜の生成量を増加させる効果があり、焼
入性を向上させる。多すぎると、Ａ１変態点を過度に低
下させ、焼なまし硬さを過度に高くし、被切削性を低下
させるので１．００％以下とする。

Ｎｉは、焼入冷却速度の低下に伴うベイナイト組織の形
態や量を制御することにより、本発明鋼に優れた焼入性
、靭性を付与するものであるが、本分野で使用される加
工工具はさほど大きい焼入冷却速度で焼入されることは
なく、またＮｉ量が多すぎると、高温加熱時に炭化物の
凝集が早い時期に起こり、高温強度が大きくならないこ
と、及びＡ１変態点を下げ、昇温による軟化が起こり易
くなり、塑性流動に対する抵抗性が小さくなること、耐
焼付性が低下すること、焼なまし硬さが高くなり機械加
工性を低下することから、０．９５％を上限とし、低す
ぎると上記添加の効果が得られないので０．２０％以上
とする。

Ｃｒは、適切な添加量の設定により焼もどし軟化抵抗お
よび高温強度の向上、また適度の酸化被膜特性の付与、
Ａ１変態点の向上、焼入性の向上および窒化特性の向上
の効果を有するものであるが、高すぎると炭化物の析出
凝集を促進し、高温強度の低下をまねくため、上限を４
．０部とし、低すぎると上記添加の効果が得られないの
で下限を２．２０％とする。

Ｗは、焼入時基地に固溶し、焼入温度を高める効果を持
ち、焼もどし時には微細な炭化物を分散析出して高温耐
力を高める効果を持っている。これらの効果が、本発明
鋼に優れた初期硬さ、高温強度を付与している。

Ｍｏは、Ｗと同様特殊炭化物を形成し、初期硬さ高温強
度を付与するものである。

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、多すぎると焼入温度、初期硬さを過度に高くし、
また靭性を低下させるため、１／２Ｗ＋Ｍｏで４．００
％以下とし、低すぎると本発明鋼の特徴である優れた初
期硬さ、高温強度が得られなくなるため２．２０％以上
とする。

Ｗ添加はＭｏ添加の場合よりも、高温強度を高める効果
が大きいが、５ＫＤ７ではＷは添加されていない、そこ
で、Ｗ　１．００−１．４０％、　Ｍｏ　１．８０−２
．２０％が望ましい添加量である。

■は、Ｗ、Ｍｏと同様、焼入加熱時基地に固溶して焼も
どし時、微細な凝集しにくい炭化物を析出し、大きな高
温耐力を与える効果を持つ、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
高温強度とあいまって。

耐ヒートクラツク性を向上させる効果をもたらす。

多すぎると、固溶しにくい巨大炭化物を形成し、これが
熱間加工方向に沿って紐状に分布し、この方向の靭性を
著しく損なうので、１．００％以下とし、低すぎると上
記添加の効果が得られないので０．５０％以上とする。

ＣＯ添加により使用中の昇温時、極めて緻密な密着性の
良い保護酸化被膜を形成し、これにより被加工材との金
属接触が減じ、金属表面の温度上昇を防ぐ断熱効果、保
護作用があり、耐ヒートクラツク性の向上、クラック起
点発生の抑制に効果を持つ。

ＣＯは、本発明鋼に上記の効果をもたらすため、０．５
％以上添加するが、多すぎると靭性を低下させるので４
．００％以下とする。

Ｍｇ、Ｙ、Ｃｏは昇温時の酸化被膜の固着性を高め、耐
ヒートクラツク性を改善するために添加を行ない、発明
においてＧｏとほぼ同様の添加効果を与える。多量の添
加は必要なく、介在物の増加、造塊時のマクロ偏析の助
長をまねくので、Ｍｇ。

Ｙ、Ｃｅの１種または２種以上で０．３０％以下とする
。

Ｎは、結晶粒の微細化をもたらし、靭性向上の効果を持
つもので、この目的のために添加を行なう。多量の添加
は必要なく、巨大炭化物の晶出を招き、また製造上の理
由から０．０３〜０．１０％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比較鋼の化学組成例を示す。

第２表は、本発明鋼および比較鋼の焼入温度と焼入ミク
ロ組織の結晶粒度との関係を示すもので、同時に各鋼の
標準焼入温度を示したものであり、本発明鋼は比較鋼に
比べ、焼入温度を高めに設定することができることがわ
かる。

これは、本発明鋼が優れた初期硬さと高温強度を有する
ことの一つの要因である。

第３表は、本発明鋼および比較鋼を第２表で示した標準
焼入温度によって焼入した後、５２５℃、６２５℃で焼
もどししたときの試料の硬さを示したもので、本発明鋼
は比較鋼に比べ明らかに初期硬度をもたせることができ
、また高温加熱された時の硬度低下の幅が小さい。

第　　３　表 □窮Ｈ第４表は、本発明鋼および比較鋼の高温強度を比較する
ために、高温引張試験を行なった結果を示したもので１
本発明鋼は明らかに優れた高温強度を備えている。

第　　４　　表第５表は本発明鋼の高温焼付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　’Ｃ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、比較鋼（ＳＫＤ７）の焼付臨
界荷重を１００として指数で示したものである。

第　　５　　表本発明鋼は、比較鋼より明らかに焼付臨界荷重が高いこ
と、またＣｏ、Ｍｇ、Ｙ、Ｃｅを添加したＤ−Ｊが優れ
ていること、さらに特に比較鋼りの焼付臨界荷重が低い
ことがわかるにれは、高温強度、炭化物分布などによる耐焼付性の向上
に加え、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の保護作用ならびに
潤滑作用によるものであり、またＮｉの過剰な添加は、
耐焼付性を低下させることを示している。

第、６表は、本発明試料および比較鋼をそれぞれの標準
焼入温度で、油冷焼入および半冷１０分焼入した後、焼
もどしによって硬さＨＲＣ５０に調整して、２ｍＵノツ
チシャルピー衝撃試験を行なった結果を示す。

第　　６　　表本発明鋼は比較鋼５ＫＤ７に比べ、焼入冷却速度の大き
いときは、靭性が若干低いが、焼入冷却速度の小さいと
きは、シャルピー衝撃値が逆転した。

本発明鋼は、優れた焼入性により、工具に必要な靭性を
充分補うものである。

第７表に本発明鋼の耐ヒートクラツク性試験結果を示す
。

第７表試験方法としては、１５＋ｍφＸ２５ｍ５Ｑ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１０００回繰返した結果である。

本発明鋼は、比較［Ｓ　ＫＤ　７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発明鋼は、優れた初期硬度、高温
強度を備え、これが酸化被膜特性とあいまって熱間加工
型として使用してヒートクラックを生じにくく、また十
分な靭性、焼入性をもち割れに対する抵抗性も大きく、
優れた型寿命をもたらすものでその効果は非常に大きい
。

°′”°°°″°°°”；・ハ゛・１、−ノ

Claims

【特許請求の範囲】１　重量％で、Ｃ０．３５〜０．４７％、Ｓｉ１．００
％以下、Ｍｎ１．００％以下、Ｎｉ０．２０〜０．９５
％、Ｃｒ２．２０〜４．００％、１／２Ｗ＋Ｍｏ２．２
０〜４．００％、Ｖ０．５０〜１．００％残部Ｆｅ及び
不可避的不純物からなることを特徴とする熱間加工用工
具鋼。２　重量％で、Ｃ０．３５〜０．４７％、Ｓｉ１．００
％以下、Ｍｎ１．００％以下、Ｎｉ０．２０〜０．９５
％、Ｃｒ２．２０〜４．００％、１／２Ｗ＋ＭＯ２．２
０〜４．００％、Ｖ０．５０〜１．００％並びにＣｏ０
．５０〜４．００％およびＭｇ、Ｙ、Ｃｅの１種または
２種以上を０．３０％以下のいずれか一方、または双方
、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とす
る熱間加工用工具鋼。３　重量％で、Ｃ０．３５〜０．４７％、Ｓｉ１．００
％以下、Ｍｎ１．００％以下、Ｎｉ０．２０〜０．９５
％、Ｃｒ２．２０〜４．００％、１／２Ｗ＋Ｍｏ２．２
０〜４．００％、Ｖ０．５０〜１．００％、Ｎ０．０３
〜０．１０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする熱間加工用工具鋼。４　重量％で、Ｃ０．３５〜０．４７％、Ｓｉ１．００
％以下、Ｍｎ１．００％以下、Ｎｉ０．２０〜０．９５
％、Ｃｒ２．２０〜４．００％、１／２Ｗ＋Ｍｏ２．２
０〜４．００％、Ｖ０．５０〜１．００％、Ｎ０．０３
〜０．１０％並びにＣｏ０．５０〜４．００％、および
Ｍｇ、Ｙ、Ｃｅの１種または２種以上を０．３０％以下
のいずれか一方、または双方、残部Ｆｅ及び不可避的不
純物からなることを特徴とする熱間加工用工具鋼。