WO2016075951A1 - 熱間工具鋼 - Google Patents

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鈴木 健太郎
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Definitions

  • the present invention relates to a hot tool steel useful as a material for a mold used for hot hot pressing, die casting, hot hot forging, or the like.
  • JIS SKD61 which has excellent machinability, is generally used as a die material used for die casting, hot forging, and hot forging.
  • this JIS SKD61 has a low thermal conductivity, there are problems that seizure and heat check occur frequently and the mold life is short.
  • Patent Document 1 a hot work tool steel having an impact value higher than that of a general-purpose mold steel while maintaining conductivity.
  • the hot work tool steel disclosed in claim 1 of Patent Document 1 has C: 0.20 to 0.42 mass%, Si: 0.40 to 0.75 mass%, Mn: 0.65 to 1. 50% by mass, Cr: 5.24 to 9.00% by mass, Mo: 1.08 to 2.50% by mass, V: 0.30 to 0.70% by mass, the balance being Fe and inevitable impurities It is.
  • claim 4 of Patent Document 1 describes that N: 0.004 to 0.024 mass% is contained, and claim 2 includes W: 0.30 to 4.00 mass%. It is described that it contains.
  • Patent Document 2 a steel for a mold in which the addition amount of Si, Mn and Cr is defined has been proposed (Patent Document 2).
  • the composition of the hot work tool steel disclosed in claim 1 of Patent Document 2 is as follows: C: 0.35 to 0.50 mass%, Si: 0.01 to 0.19 mass%, Mn: 1.50 to 1.78% by mass, Cr: 2.00 to 3.05% by mass, Mo: 0.51 to 1.25% by mass, V: 0.30 to 0.80% by mass, N: 0.004 to 0. It contains 040% by mass, and the balance is Fe and inevitable impurities. Note that claim 2 of Patent Document 2 describes that W: 0.30 to 4.00 mass% is contained.
  • the hot work tool steel disclosed in Patent Document 1 has a problem that the thermal conductivity is as low as about 26 to 28 (W / m ⁇ K), and the production cycle cannot be shortened. Moreover, since this hot tool steel lacks hardness, it is thought that abrasion resistance is inferior.
  • the hot work tool steel disclosed in Patent Document 2 is not practical because it has a low Cr content and therefore has poor hardenability and bainite is generated in a large mold and toughness deteriorates.
  • this hot tool steel has a die-casting mold that has a water cooling hole for cooling the mold and cools the mold with cooling water.
  • the Cr content is low, rust is likely to occur.
  • the hot work tool steel described in Patent Document 2 has insufficient hardness, the wear resistance is inferior, and since the Si content is small, the machinability is inferior.
  • the present invention has been made in view of such problems, and can improve the thermal conductivity while maintaining sufficient hardenability, thereby shortening the cycle time.
  • Providing hot tool steel that can improve hardness and wear resistance, and has high toughness, excellent toughness, excellent corrosion resistance, and less deterioration of machinability. For the purpose.
  • Hot tool steel according to the present invention C: 0.45 to 0.57% by mass, Si: 0.05-0.30 mass%, Mn: 0.45 to 1.00% by mass, Cr: 4.5 to 5.2 mass%, Ni: 0.5% by mass or less, Mo + (1/2) W: 1.0 to 2.0% by mass, V: 0.30 to 0.80 mass%, N: 0.008 to 0.025 mass%, And the balance is Fe and inevitable impurities,
  • the area ratio of carbide having an equivalent circle diameter of 1 ⁇ m or less is 20% or more.
  • the heat conductivity is high, the manufacturing cycle can be shortened, the manufacturing efficiency can be improved, and the thermal stress accompanying heating and cooling can be reduced, so that the heat check can be suppressed.
  • Interstitial tool steel can be obtained.
  • the hardenability is excellent, the deterioration of toughness can be suppressed, a large mold can be manufactured, and the wear resistance is excellent, so that the mold life is improved. Hot tool steel that can be extended can be obtained.
  • C 0.45 to 0.57 mass%
  • C is an element that dissolves in the base of the hot tool steel and increases the hardness of the hot tool steel, and is an important element that forms a carbide. If C is less than 0.45% by mass, the hardness of the steel becomes low, and the required wear resistance cannot be ensured. Moreover, when C exceeds 0.57 mass%, the toughness of steel will fall. Therefore, the C content is set to 0.45 to 0.57 mass%.
  • Si 0.05 to 0.30 mass%
  • Si is an important element that increases the thermal conductivity of steel. When Si is less than 0.05% by mass, the machinability of the steel is remarkably reduced. When Si is contained in an amount exceeding 0.3% by mass, the thermal conductivity of the steel is significantly reduced. Is 0.05 to 0.30 mass%.
  • Mn 0.45 to 1.00% by mass Mn is also an important element that increases the thermal conductivity. If the content is less than 0.45 wt%, the hardenability is remarkably lowered. If the content exceeds 1.00 wt%, the thermal conductivity is remarkably lowered, so that the content is 0.45 to 1.00 wt%.
  • Cr: 4.5-5.2% by mass Cr is also an important additive element that increases the thermal conductivity of steel. If the Cr content is less than 4.5% by mass, the hardenability of the steel is remarkably lowered. If Cr is contained in an amount exceeding 5.2% by mass, the thermal conductivity is significantly reduced. Is 4.5 to 5.2 mass%.
  • Ni 0.5 mass% or less
  • Ni is an effective element for improving the hardenability of steel.
  • the manufacturing cost increases, which is disadvantageous.
  • the machinability also decreases. Therefore, the Ni content is 0.5% by mass or less.
  • Mo + (1/2) W 1.0-2.0 mass%
  • Both Mo and W are effective elements for improving the hardenability like Cr.
  • the sum of Mo content and 1 ⁇ 2 of W content (Mo + (1/2) W) is less than 1.0% by mass, the effect of improving hardenability cannot be obtained.
  • (Mo + (1/2) W) exceeds 2.0% by mass, the thermal conductivity of the steel is lowered and the production cost is increased. Therefore, (Mo + (1/2) W) is set to 1.0 to 2.0% by mass.
  • W has an atomic weight approximately twice that of Mo, and when the number of atoms is the same, the hardenability and the thermal conductivity are equivalent, and they have characteristics that can be interchanged with each other in the degree of effect. Therefore, the content range of Mo and W is determined using (Mo + (1/2) W) as an index. Mo and W may be added alone.
  • V 0.30 to 0.80 mass%
  • V is an element that forms carbides and is effective in preventing coarsening of crystal grains during quenching and improving wear resistance. In order to acquire this effect, it is necessary to contain V 0.30 mass% or more. However, when V exceeds 0.80 mass%, coarse carbides are formed in the steel, and the toughness of the steel is reduced, and excessive addition of V increases the manufacturing cost. Therefore, the V content is set to 0.30 to 0.80 mass%.
  • N 0.008 to 0.025 mass%
  • N is an element that forms fine carbides and is effective in preventing grain coarsening and improving machinability during quenching of steel. In order to acquire this effect, N needs to be 0.008 mass% or more. If N exceeds 0.025% by mass, coarse carbides are formed and the toughness of the steel is deteriorated, so the N content is 0.025% or less.
  • each component composition needs to be within a predetermined composition range.
  • the amounts of C, Si, Mn, and Cr are within the above range. This is very important.
  • the Si content is reduced, but the reduction in machinability associated with the reduction of the Si content is such that the area ratio of fine carbides having an equivalent circle diameter of 1 ⁇ m or less is 20% or more.
  • a hot work tool steel having machinability comparable to that when the Si content is high is obtained.
  • a steel material having the above composition is melted and cast. Then, the obtained ingot is forged by heating to a temperature of 1200 to 1280 ° C. for 4 hours or more and processed into a predetermined dimension. Thereafter, the forged material is heated to a temperature of 820 to 870 ° C. and held for 4 hours or more, and then cooled to a temperature of 400 to 500 ° C. at a cooling rate of 15 to 35 ° C./hour, thereby firing the steel material. Process annealing. Thereby, the hot tool steel containing a predetermined amount of the fine carbide can be manufactured.
  • the steel materials of Examples and Comparative Examples having the compositions shown in Table 1 below were melted in a high frequency induction furnace to obtain a 20 kg ingot.
  • the ingot is heated to a temperature of 1200 to 1280 ° C. for 4 hours or more, then forged, and then heated and held at a temperature of 820 to 870 ° C. for 4 hours or more, to a temperature of 400 to 500 ° C., 15 to 35 ° C./hour. Annealing for cooling at a cooling rate of was performed. From this steel material, heat-treated hardness test pieces, thermal conductivity test pieces, wear test pieces, and Charpy impact test pieces were collected.
  • the heat treatment hardness As for the heat treatment hardness, a 25 ⁇ 25 mm square test piece was quenched at 1030 ° C., and tempered from 500 ° C. to 620 ° C. every 5 ° C. The maximum hardness of each specimen is shown in the “Hardness” column of Table 2 below. “Thermal conductivity” is a value obtained by heat treating a specimen having a diameter of 10 mm and a thickness of 3 mm to obtain the highest hardness of the steel type of each specimen, and then measuring the thermal conductivity value (W / m ⁇ K) was measured. “Abrasion resistance” was carried out by the Ogoshi type abrasion test. The test piece was heat-treated at 1030 ° C., then tempered and finished.
  • the impact value was evaluated as ⁇ when the impact value was equal to or better than this SKD61, ⁇ when slightly inferior, and x when inferior.
  • “Corrosion resistance” is obtained by cutting out a test piece having a diameter of 18 mm and a thickness of 15 mm, heat-treating at 1030 ° C., and adjusting the hardness to 50 HRC, and then performing a test according to the salt spray test method of JIS 2371.
  • the corrosion resistance was evaluated as ⁇ when rust is equal to or better than SKD61, ⁇ when slightly inferior, and ⁇ when inferior.
  • “Machinability” is the ratio when the hole is 42 mm deep with a high-speed drill with a diameter of 6 mm and the breakage or key sound is generated, and the life of JIS SKD61 is 100 The machinability of the examples and comparative examples was evaluated.
  • “Carbide area ratio” is obtained by polishing a test piece having dimensions of 15 mm ⁇ 20 mm ⁇ 10 mm, corroding with picric acid, taking a photograph at a magnification of 5000 times, and analyzing the image to obtain the area ratio (%). It was measured.

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Abstract

熱間工具鋼は、C:0.45~0.57質量%、Si:0.05~0.30質量%、Mn:0.45~1.00質量%、Cr:4.5~5.2質量%、Ni:0.5質量%以下、Mo+(1/2)W:1.0~2.0質量%、V:0.30~0.80質量%、N:0.008~0.025質量%、を含有し、残部がFe及び不可避的不純物である組成を有し、円相当径が1μm以下の炭化物の面積率が20%以上である。これにより、熱間工具鋼は、十分な焼入性を保持しながら、熱伝導率を向上させることができ、これによりサイクルタイムを短縮することができ、熱処理後の硬さを向上させることができて耐磨耗性を向上させることができる。よって、高硬度でも靭性が優れており、耐食性が優れており、被削性の劣化も少ない熱間工具鋼を得ることができる。

Description

熱間工具鋼
 本発明は、温熱間プレス、ダイカスト、又は温熱間鍛造等に使用される金型の素材として有用な熱間工具鋼に関する。
 ダイカスト、熱間鍛造、温熱間鍛造に使用される金型素材として、被削性に優れたJIS SKD61が汎用的に使用されている。しかし、このJIS SKD61は、熱伝導率が低いため、焼付き及びヒートチェックが頻発し、金型寿命が短いという問題点がある。
 そこで、従来、Si含有量を高めて、被削性の劣化を防止しつつ熱伝導率を高めながら、Mn、Cr、Mo、及びV含有量を調整することにより、汎用金型鋼よりも高い熱伝導率を維持しつつ、汎用金型鋼よりも衝撃値を高めた熱間工具鋼が提案されている(特許文献1)。この特許文献1の請求項1に開示された熱間工具鋼は、C:0.20~0.42質量%、Si:0.40~0.75質量%、Mn:0.65~1.50質量%、Cr:5.24~9.00質量%、Mo:1.08~2.50質量%、V:0.30~0.70質量%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物である。なお、特許文献1の請求項4には、N:0.004~0.024質量%を含有することが記載されており、請求項2には、W:0.30~4.00質量%を含有することが記載されている。
 また、プラスチック及びゴムの射出成形品、ダイカスト品、低圧鋳造品、及び鍛造品等の製品コスト低減の要求が高まっている。このため、これらの製品の製造効率の向上及び不良率の低減が要望されている。
 そこで、従来、金型の熱伝導率を高くして金型の急速冷却を可能とし、これにより、製品製造のハイサイクル化を可能にして製造効率の向上を図り、更に、不良率の低減を図ることを目的として、Si、Mn、Crの添加量を規定した金型用鋼が提案されている(特許文献2)。この特許文献2の請求項1に開示された熱間工具鋼の組成は、C:0.35~0.50質量%、Si:0.01~0.19質量%、Mn:1.50~1.78質量%、Cr:2.00~3.05質量%、Mo:0.51~1.25質量%、V:0.30~0.80質量%、N:0.004~0.040質量%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物である。なお、特許文献2の請求項2には、W:0.30~4.00質量%を含有することが記載されている。
特許第5515442号公報 特許第5402529号公報
 しかしながら、特許文献1に開示された熱間工具鋼は、熱伝導率が26~28(W/m・K)程度と低く、製造サイクルを短くすることができないという問題点がある。また、この熱間工具鋼は、硬さが不足することから、耐摩耗性が劣ると考えられる。
 一方、特許文献2に開示された熱間工具鋼は、Crの含有量が少ないため、焼入性が悪く、大きな金型ではベイナイトが生成して、靭性が劣化するため、実用的ではない。また、この熱間工具鋼は、ダイカスト等の金型では、金型冷却のために水冷孔をあけて、金型を冷却水により冷却するが、Cr含有量が低いため、錆びが発生しやすく、割れが発生しやすいという問題点がある。更に、特許文献2に記載の熱間工具鋼は、硬さが不足することから、耐摩耗性が劣り、Si含有量が少ないことから、被削性が劣る。
 本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、十分な焼入性を保持しながら、熱伝導率を向上させることができ、これによりサイクルタイムを短縮することができ、熱処理後の硬さを向上させることができて耐磨耗性を向上させることができると共に、高硬度でも靭性が優れており、耐食性が優れており、被削性の劣化も少ない熱間工具鋼を提供することを目的とする。
 本発明に係る熱間工具鋼は、
C:0.45~0.57質量%、
Si:0.05~0.30質量%、
Mn:0.45~1.00質量%、
Cr:4.5~5.2質量%、
Ni:0.5質量%以下、
Mo+(1/2)W:1.0~2.0質量%、
V:0.30~0.80質量%、
N:0.008~0.025質量%、
を含有し、残部がFe及び不可避的不純物である組成を有し、
円相当径が1μm以下の炭化物の面積率が20%以上であることを特徴とする。
 本発明によれば、熱伝導率が高く、製造サイクルを短くして、製造効率を向上させることができると共に、加熱冷却に伴う熱応力を低減できるために、ヒートチェックを抑制することができる熱間工具鋼を得ることができる。また、本発明によれば、焼入性が優れていて、靭性の低下を抑制することができ、大型の金型も製造することができると共に、耐摩耗性が優れていて金型の寿命を延長することができる熱間工具鋼を得ることができる。
 以下、本発明について、詳細に説明する。先ず、本発明の熱間工具鋼の成分添加理由及び組成限定理由について説明する。
 「C:0.45~0.57質量%」
 Cは、熱間工具鋼の基地に固溶し、熱間工具鋼の硬度を高める元素であり、また、炭化物を形成する重要な元素である。Cが0.45質量%未満では、鋼の硬さが低くなり、必要な耐摩耗性を確保することができない。また、Cが0.57質量%を超えると、鋼の靱性が低下する。よって、Cの含有量は、0.45~0.57質量%とする。
 「Si:0.05~0.30質量%」
 Siは、鋼の熱伝導率を高める重要な元素である。Siが0.05質量%未満では、鋼の被削性の低下が著しく、Siを0.3質量%を超えて含有させると、鋼の熱伝導率の低下が著しいことから、Siの含有量は、0.05~0.30質量%とする。
 「Mn:0.45~1.00質量%」
 Mnも熱伝導率を高める重要な元素である。0.45wt%未満では焼入性の低下が著しく、1.00wt%を超えて含有させると熱伝導率の低下が著しいことから0.45~1.00wt%とする。
 「Cr:4.5~5.2質量%」
 Crも、鋼の熱伝導率を高める重要な添加元素である。Crが4.5質量%未満では、鋼の焼入性の低下が著しく、また、Crを5.2質量%を超えて含有させると、熱伝導率の低下が著しいことから、Crの含有量は、4.5~5.2質量%とする。
 「Ni:0.5質量%以下」
 Niは、Crと同様に、鋼の焼入性を向上させるために有効な元素であるが、Niが0.5質量%を超えると、製造コストが増大して不利であり、また鋼の被削性も低下する。よって、Niの含有量は、0.5質量%以下とする。
 「Mo+(1/2)W:1.0~2.0質量%」
 MoとWは、いずれも、Crと同様に焼入性を向上させるために有効な元素である。Mo含有量と、W含有量の1/2の量の合計(Mo+(1/2)W)が、1.0質量%未満であると、焼入性の向上効果が得られない。一方、(Mo+(1/2)W)が、2.0質量%を超えると、鋼の熱伝導率の低下が発生し、製造コストが上昇する。このため、(Mo+(1/2)W)は、1.0~2.0質量%とする。但し、WはMoの約2倍の原子量を有しており、原子数が同等である場合に、焼入性及び熱伝導率が同等であり、効果の程度において相互に置き換え可能な特性を有するので、(Mo+(1/2)W)を指標として、Mo及びWの含有量範囲を決定する。なお、Mo及びWは、単独で添加してもよい。
 「V:0.30~0.80質量%」
 Vは炭化物を形成し、焼入時の結晶粒の粗大化防止及び耐摩耗性の向上に有効な元素である。この効果を得るためには、Vは0.30質量%以上含有することが必要である。しかし、Vが0.80質量%を超えると、鋼中に粗大な炭化物を形成し、鋼の靱性を低下させると共に、Vの過剰な添加は、製造コストを上昇させてしまう。このため、Vの含有量は、0.30~0.80質量%とする。
 「N:0.008~0.025質量%」
 Nは、微細な炭化物を形成し、鋼の焼入時の結晶粒粗大化防止及び被削性の向上に有効な元素である。この効果を得るためには、Nは0.008質量%以上であることが必要である。Nが0.025質量%を超えると、粗大な炭化物を形成し、鋼の靭性を劣化させるので、Nの含有量は0.025%以下とする。
 このように、本発明の目的を達成するために、各成分組成を、所定の組成範囲内にすることが必要であるが、特に、C、Si、Mn、及びCrの量を上記範囲にすることが重要である。
 「円相当径が1μm以下の微細な炭化物の面積率:20%以上」
 通常、Siの含有量を低減すると、鋼の熱伝導率が向上するが、鋼の被削性が劣化してしまうという不具合がある。本発明では、Siの含有量を低減しているが、このSi含有量の低減に伴う被削性の低下を、円相当径が1μm以下の微細な炭化物の面積率を20%以上とすることにより、補い、これにより、Si含有量が高い場合と同程度の被削性を有する熱間工具鋼を得る。Si含有量を低減すると、切削温度が上昇することと、工具への切屑凝着が顕著になり、切削加工中に凝着物が剥離するときに、工具も欠損する。これにより、被削性が劣化する。本発明においては、円相当径で1μm以下の微細な炭化物を多量(面積率で20%以上)に含むようにすることにより、Si含有量を低減しても、工具への切り屑の凝着が生じることを低減できると共に、微細な炭化物がなるために、鋼材のマトリックスが脆くなることにより、従来の熱間工具鋼と同等の被削性を得ることができる。
 次に、上記本発明の熱間工具鋼の製造方法について説明する。上記組成の鋼材を溶解し、鋳造する。そして、得られた鋳塊を、1200~1280℃の温度に4時間以上加熱して鍛造し、所定の寸法に加工する。その後、鍛造材を、820~870℃の温度に加熱して4時間以上保持した後、400~500℃の温度まで、15~35℃/時の冷却速度で冷却を行うことにより、鋼材を焼なまし処理する。これにより、上記微細な炭化物を所定量含有する熱間工具鋼を製造することができる。
 次に、本発明の請求項1を満たす実施例の熱間工具鋼の特性を、本発明の範囲から外れる比較例の熱間工具鋼の特性と対比して、本発明の効果について説明する。下記表1に示す組成の実施例及び比較例の鋼材を高周波誘導炉にて溶解し、20kgのインゴットを得た。このインゴットを、1200~1280℃の温度に4時間以上加熱した後、鍛造し、その後、820~870℃の温度に4時間以上加熱保持し、400~500℃の温度まで15~35℃/時の冷却速度で冷却を行う焼なましを実施した。この鋼材から、熱処理硬さ試験片、熱伝導率試験片、摩耗試験片、及びシャルピー衝撃試験片を採取した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 熱処理硬さは、25×25mm角の試験片を1030℃で焼入れし、500℃から5℃毎に620℃まで焼戻しを実施した。各試験片の最高硬さを,下記表2の「硬さ」欄に示した。「熱伝導率」は、直径が10mm、厚さが3mmの試験片を熱処理し、各試験片の鋼種の最高硬さにしてから、レーザーフラッシュ法によって室温の熱伝導率値(W/m・K)を測定した。「耐摩耗性」は、大越式摩耗試験で実施した。試験片は1030℃で熱処理した後、焼戻しし、仕上げ加工を実施したものである。そして、相手材を590MPaハイテン材、摩擦速度を2.37(m/秒)、最終荷重を6.3kgf、摩擦距離を100mとして、常温で試験を行い、比摩耗量(10mm/kgfm)を評価した。「焼入性」試験は、フォーマスタ試験によりCCT曲線を作成し、ベイナイトが発生する臨界冷却時間(分)を求めることにより行った。「靭性」試験は、10×10×55mmのJIS3号試験片を切り出し1030℃で熱処理し、50HRCの硬さに揃えた後、衝撃値を測定した。JIS SKD61鋼を基準として、衝撃値がこのSKD61と同等か又は良好な場合は○、やや劣る場合は△、劣る場合は×として衝撃値を評価した。「耐食性」は、直径が18mm、厚さが15mmの試験片を切り出し、1030℃で熱処理し、50HRCの硬さに揃えた後、JIS 2371の塩水噴霧試験方法に従い、試験を実施し、JIS SKD61鋼の場合を基準として、錆がSKD61と同等か又は良好な場合は○、やや劣る場合は△、劣る場合は×として、耐食性を評価した。「被削性」は、直径が6mmのハイスドリルにより、穴深さが42mmの穴をあけ、折損又はキー音が発生したときを寿命とし、JIS SKD61の寿命を100としたときの比率で、実施例・比較例の被削性を評価した。「炭化物面積率」は、寸法が15mm×20mm×10mmの試験片を研磨した後、ピクリン酸で腐食し、5000倍の倍率で写真撮影し、画像解析することにより、その面積率(%)を測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 この表1及び表2に示すように、比較例15乃至26は、その成分組成及び/又は炭化物面積率が本発明の範囲から外れるため、熱伝導率、耐摩耗性、焼入れ性、靭性、耐食性、及び被削性のいずれかが劣るものであった。これに対し、本発明の実施例1乃至14は、その成分組成及び炭化物面積率が本発明の範囲を満たすため、熱伝導率、耐摩耗性、焼入れ性、靭性、耐食性、及び被削性の全てにおいて、所望の特性を有するものとなった。

Claims (1)

  1. C:0.45~0.57質量%、
    Si:0.05~0.30質量%、
    Mn:0.45~1.00質量%、
    Cr:4.5~5.2質量%、
    Ni:0.5質量%以下、
    Mo+(1/2)W:1.0~2.0質量%、
    V:0.30~0.80質量%、
    N:0.008~0.025質量%、
    を含有し、残部がFe及び不可避的不純物である組成を有し、
    円相当径が1μm以下の炭化物の面積率が20%以上であることを特徴とする熱間工具鋼。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020070917A1 (ja) * 2018-10-05 2020-04-09 日立金属株式会社 熱間工具鋼および熱間工具

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101751530B1 (ko) 2015-12-28 2017-06-27 주식회사 포스코 공구용 강판 및 그 제조방법
US20220316038A1 (en) 2019-06-06 2022-10-06 Hitachi Metals, Ltd. Steel for hot stamp die, hot stamp die and manufacturing method thereof
JP2021147624A (ja) 2020-03-16 2021-09-27 日立金属株式会社 熱間加工用金型用鋼、熱間加工用金型およびその製造方法
CN113604733A (zh) * 2021-07-05 2021-11-05 昆山东大特钢制品有限公司 一种耐高温和高韧性的高端热作模具钢及其生产工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0693379A (ja) * 1992-09-16 1994-04-05 Sanyo Special Steel Co Ltd 耐アルミニウム溶損材料
JP2004339532A (ja) * 2003-05-13 2004-12-02 Hitachi Metals Ltd 工具鋼の製造方法
JP2006504868A (ja) * 2002-06-13 2006-02-09 ウッデホルム トウリング アクテイエボラーグ 鋼及びこの鋼でつくられたプラスチック物質用の成型工具
JP2008126310A (ja) * 2006-11-24 2008-06-05 Daido Steel Co Ltd 成形用部材
JP2013087322A (ja) * 2011-10-18 2013-05-13 Sanyo Special Steel Co Ltd 熱間金型用鋼

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07109021B2 (ja) * 1985-12-23 1995-11-22 日立金属株式会社 熱間加工用工具鋼
DE4321433C1 (de) * 1993-06-28 1994-12-08 Thyssen Stahl Ag Verwendung eines Warmarbeitsstahls
JP3602102B2 (ja) 2002-02-05 2004-12-15 日本高周波鋼業株式会社 熱間工具鋼
JP4179024B2 (ja) * 2003-04-09 2008-11-12 日立金属株式会社 高速度工具鋼及びその製造方法
FR2870546B1 (fr) * 2004-05-21 2006-09-01 Industeel Creusot Acier a haute resistance mecanique et a l'usure
JP5515442B2 (ja) 2009-06-16 2014-06-11 大同特殊鋼株式会社 熱間工具鋼及びこれを用いた鋼製品
JP2011001572A (ja) * 2009-06-16 2011-01-06 Daido Steel Co Ltd 熱間工具鋼及びこれを用いた鋼製品
JP5402529B2 (ja) 2009-10-27 2014-01-29 大同特殊鋼株式会社 金型用鋼
CN102560264A (zh) * 2012-02-20 2012-07-11 宝山钢铁股份有限公司 一种含氮的板带轧机锻钢支承辊材料
EP2662462A1 (en) * 2012-05-07 2013-11-13 Valls Besitz GmbH Low temperature hardenable steels with excellent machinability
CN102747293B (zh) 2012-07-25 2014-08-20 河冶科技股份有限公司 高韧高耐磨滚刀用高速钢及其制备方法
KR20140110720A (ko) * 2013-03-08 2014-09-17 두산중공업 주식회사 열전도도가 향상된 다이케스팅 및 핫스템핑용 자동차용 금형강 및 그 제조방법
KR20140117020A (ko) * 2013-03-25 2014-10-07 삼성디스플레이 주식회사 레이저 어닐링 장치, 레이저 어닐링 방법 및 이 방법을 이용해 제조된 디스플레이 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0693379A (ja) * 1992-09-16 1994-04-05 Sanyo Special Steel Co Ltd 耐アルミニウム溶損材料
JP2006504868A (ja) * 2002-06-13 2006-02-09 ウッデホルム トウリング アクテイエボラーグ 鋼及びこの鋼でつくられたプラスチック物質用の成型工具
JP2004339532A (ja) * 2003-05-13 2004-12-02 Hitachi Metals Ltd 工具鋼の製造方法
JP2008126310A (ja) * 2006-11-24 2008-06-05 Daido Steel Co Ltd 成形用部材
JP2013087322A (ja) * 2011-10-18 2013-05-13 Sanyo Special Steel Co Ltd 熱間金型用鋼

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020070917A1 (ja) * 2018-10-05 2020-04-09 日立金属株式会社 熱間工具鋼および熱間工具
JPWO2020070917A1 (ja) * 2018-10-05 2021-02-15 日立金属株式会社 熱間工具鋼および熱間工具
JP2021095630A (ja) * 2018-10-05 2021-06-24 日立金属株式会社 熱間工具鋼および熱間工具

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