JP2000234148A - 高サイクル疲労寿命および被削性に優れた冷間工具鋼 - Google Patents

高サイクル疲労寿命および被削性に優れた冷間工具鋼

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JP2000234148A
JP2000234148A JP11034751A JP3475199A JP2000234148A JP 2000234148 A JP2000234148 A JP 2000234148A JP 11034751 A JP11034751 A JP 11034751A JP 3475199 A JP3475199 A JP 3475199A JP 2000234148 A JP2000234148 A JP 2000234148A
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幸生 舘
Nobuhiro Tsujii
信博 辻井
Daien Yokoi
大円 横井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高サイクル疲労寿命および被削性に優れた冷
間工具鋼を提供する。 【解決手段】 重量%で、C:0.65〜1.50%、
Si:2.0%以下、Cr:5.0〜13.0%、S:
0.030〜0.20%、Mn:1.50%以下を主成
分とし、MoまたはWのいずれか1種または2種をMo
当量(Mo+1/2W):1.0〜5.0%、Vまたは
Nbのいずれか1種または2種をV当量(V+1/2N
b):0.05〜1.0%の選択成分を1種以上含み、
残部Feおよび不可避的不純物よりなることを特徴とす
る高サイクル疲労寿命および被削性に優れた冷間工具
鋼。または、上記鋼にさらにCo:0.20〜3.0%
添加することを特徴とする高サイクル疲労寿命および被
削性に優れた冷間工具鋼。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高サイクル疲労寿
命および被削性に優れた冷間工具鋼に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、冷間加工用金型には、JIS−S
KD11が広く用いられている。しかし、繰返し応力が
負荷される用途では、粗大なCr系炭化物を起点とした
亀裂が発生するために疲労特性に劣るという問題があ
る。これに対し、例えば特公昭57−59298号公報
や特公平3−36897号公報等の発明が提案されてい
る。また、SKD11の被削性を改善する発明として、
特公昭63−66384号公報や特開平8−12033
3号公報等が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した特公昭57−
59298号公報は、従来用いられている型用鋼にほぼ
対応する合金組成に対して、Ca:0.0005〜0.
010%を添加することにより金型の寿命を向上させて
いるが、疲労限の向上に関する記載がなく、また、この
発明では、Ca以外の被削性改善元素の添加は型寿命に
とってはどちらかと言えばマイナスに作用すると示され
ている。また、特公平3−36897号公報は、SKD
11を低C−低Cr化し、粗大なCr系炭化物量を大幅
に減少させることにより、強度、靱性および疲労特性を
向上させたものであるが、被削性改善について何ら示さ
れていない。
【0004】さらに、特公昭63−66384号公報
は、REM添加により非金属介在物を大幅に粒状化さ
せ、被削性を向上させたものであるが、疲労限の向上に
関する記載がなく、しかもVおよびNb添加におけるV
+1/2Nbの規制がなく、REM添加によりコストが
高くなり、経済性に劣るという問題がある。また、特開
平8−120333号公報は、S添加により被削性の改
善を図ったものであるが、疲労限の向上に関する記載が
なく、しかもMoおよびW添加におけるMo+1/2W
の規制がなく、これらの解明がされていないのが実状で
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述した問題を解消すべ
き、発明者らは鋭意開発を進めた結果、鋼中にSを添加
しMnSを分散形成させることにより、S無添加鋼に比
べ疲労限を向上させ、一方、S添加量の増加に伴い、併
せて被削性も向上させるというものである。その発明の
要旨とするところは、 (1)重量%で、C:0.65〜1.50%、Si:
2.0%以下、Cr:5.0〜13.0%、S:0.0
30〜0.20%、Mn:1.50%以下を主成分と
し、MoまたはWのいずれか1種または2種をMo当量
(Mo+1/2W):1.0〜5.0%、VまたはNb
のいずれか1種または2種をV当量(V+1/2N
b):0.05〜1.0%の選択成分を1種以上含み、
残部Feおよび不可避的不純物よりなることを特徴とす
る高サイクル疲労寿命および被削性に優れた冷間工具
鋼。 (2)前記(1)記載の鋼に、さらにCo:0.20〜
3.0%添加することを特徴とする高サイクル疲労寿命
および被削性に優れた冷間工具鋼にある。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明における各種成分の
限定理由について説明する。 C:0.65〜1.50% Cは、焼入、焼戻しにより十分なマトリックス硬さを与
えると共に、Cr,Mo,Vなどと結合して炭化物を形
成し、耐摩耗性を与える。しかし過剰に添加すると、凝
固時に粗大炭化物が多く析出し、靱性を阻害する。一
方、十分な二次硬化硬さを得るためには、0.65%が
必要である。従って、その範囲を0.65〜1.50%
とした。
【0007】Si:2.0%以下 Siは、脱酸剤として添加されるとともに、耐酸化性、
焼入性に有効である。また、焼戻過程において炭化物の
凝集を抑え二次硬化を促進する。しかし、2.0%を超
えると冷間加工性を阻害し、靱性を劣化させる。従っ
て、上限を2.0%とした。 Cr:5.0〜13.0% Crは、焼入性を高めるとともに、焼戻軟化抵抗を高め
る。この効果を得るためには、5.0%以上が必要であ
る。しかし、凝固時にCと結合して巨大一時炭化物を形
成し易く、過剰に添加すると靱性を劣化させる。従っ
て、その範囲を5.0〜13.0%とした。
【0008】S:0.030〜0.20% Sは、Mnと結合し、MnSを形成する。鋼中にMnS
を分散形成させることにより、繰返し応力が比較的低い
場合、マトリックス内の辷りをMnSが抑制し、疲労破
壊の伝播を遅らせる。この効果は、0.03%以上添加
しないと発揮されず、過剰な添加は、靱性を劣化させ
る。従って、その範囲を0.030〜0.20%とし
た。また、S添加量の増加に伴い、併せて被削性も向上
する。十分な被削性を得、熱間加工性を低下させないた
めには、望ましくは、0.040〜0.10%とする。
【0009】Mn:1.50%以下 Mnは、Sと結合し、疲労特性および被削性を向上させ
る。また、脱酸剤として鋼の清浄度を高め、焼入性を高
める元素である。1.5%を超えると冷間加工性を阻害
し、靱性を劣化させるので、上限を1.50%とする。
MoまたはWのいずれか1種または2種をMo当量(M
o+1/2W):1.0〜5.0% Mo,Wは、微細な炭化物を形成し、二次硬化に寄与
し、耐軟化抵抗性を改善する元素である。ただし、その
効果はMoの方がWよりも2倍強く、同じ効果を得るに
WはMoの2倍必要である。Mo当量(Mo+1/2
W)で少なくとも1.0%必要である。しかし、過剰添
加は靱性の低下を招くため、上限を5.0%とした。
【0010】VまたはNbのいずれか1種または2種を
V当量(V+1/2Nb):0.05〜1.0% V,Nbは、二次硬化に有効であり、Cと硬い炭化物を
形成して耐摩耗性に寄与するとともに結晶粒を微細化す
る。V当量(V+1/2Nb)で少なくとも0.05%
必要である。しかし、過剰添加は靱性の低下を招くた
め、上限を1.0%とした。 Co:0.20〜3.0% Coは、焼戻しによる炭化物凝集粗大化を抑制し、耐軟
化抵抗性に有効である。これらの効果を得るには、0.
20%が必要であり、また、3.0%を超えて添加する
と靱性が低下する。従って、その範囲を0.20〜3.
0%とした。
【0011】以下、実施例に基づき本発明鋼の特徴を具
体的に説明する。
【実施例】表1に供試鋼の化学成分、およびこの供試鋼
により焼入焼戻し硬さ、疲労限、被削性、靱性の試験結
果を示す。また、この疲労限については、小野式回転曲
げ疲労試験における107 回繰返し応力回数の負荷応力
値であり、被削性は、各鋼種の焼なまし材を、SKH5
1製、φ5mmのドリルで10mm穿孔するのに要する
時間で示し、さらに、靱性は、圧延方向より採取した、
10R−Cノッチシャルピー試験片にて評価した。
【0012】
【表1】
【0013】表1に示すように、No1〜5は本発明鋼
であり、No6〜8は比較鋼である。本発明鋼No1
は、比較鋼No6に比べ、靱性を低下させることなく、
疲労限および被削性を向上させる。本発明鋼No2〜5
は、比較鋼No7に比べ、疲労限および被削性を向上さ
せ、その傾向はS量の増加に伴い大きくなる。また、本
発明鋼No2〜5の靱性は、比較鋼No7とほぼ同水準
である。比較鋼No8は、本発明鋼No2〜5よりも多
くのSを添加したものであり、疲労限および被削性は発
明鋼よりも優れるものの、靱性が劣化している。
【0014】
【発明の効果】以上述べたように、本発明により、高価
なREMの添加や鋼種成分の大幅な変更を必要とせず、
SKD11系の鋼にSをうまくバランスさせることによ
り、大きなコスト上昇がなく、金型の靱性を低下させる
ことなく、疲労特性に優れ、併せて被削性に優れた鋼を
提供することが出来る極めて優れた効果を奏するもので
ある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C:0.65〜1.50%、 Si:2.0%以下、 Cr:5.0〜13.0%、 S:0.030〜0.20%、 Mn:1.50%以下 を主成分とし、MoまたはWのいずれか1種または2種
    をMo当量(Mo+1/2W):1.0〜5.0%、V
    またはNbのいずれか1種または2種をV当量(V+1
    /2Nb):0.05〜1.0%の選択成分を1種以上
    含み、残部Feおよび不可避的不純物よりなることを特
    徴とする高サイクル疲労寿命および被削性に優れた冷間
    工具鋼。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の鋼に、さらにCo:0.
    20〜3.0%添加することを特徴とする高サイクル疲
    労寿命および被削性に優れた冷間工具鋼。
JP03475199A 1999-02-12 1999-02-12 高サイクル疲労寿命および被削性に優れた冷間工具鋼 Expired - Lifetime JP3566120B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104178694A (zh) * 2014-08-13 2014-12-03 上海恺虹实业有限公司 一种高寿命热作模具钢

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