JPH01201442A

JPH01201442A - 転造ダイス用鋼

Info

Publication number: JPH01201442A
Application number: JP2716288A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kumagai; 敦熊谷; Toshio Okuno; 奥野　利夫; Atsusuke Nakao; 中尾　敦輔; Yoshihiro Kada; 加田　善裕
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1988-02-08
Publication date: 1989-08-14
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: JP2710941B2

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、各種ねじ、スプライン軸、セレーション軸な
どの転造に用いる転造ダイス用工具鋼に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

転造による加工は、従来ねじ製造に主に用いられてきた
が、転造機構の改良や、高精度化に伴い、自動車部品の
スプライン軸やセレーション軸の製造にも適用されてき
ている。転造ダイスの材質は、一部転造条件が過酷な場
合には、高速度工具鋼も用いられることはあるが、主に
５ＫＤＩＩを基本として、合金元素の添加などにより改
良を行なった冷間工具鋼が用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

転造製品の適用課題に伴い、これらの素材、つまり被加
工材の材質も多様になってきている。自動車部品等にお
いては、硬さＨＲＣ４０前後の調質材を転造する場合も
現われてきている。また、雅加工材であるステンレスの
転造も増加してきている。

このような状況のもとで、転造ダイスの使用条件は過酷
になってきており、従来の転造ダイス材では、山部の欠
損や摩耗により十分な工具寿命を維持することが難しく
なってきている。このため、転造ダイスの廃却原因を詳
しく調査した結果、残留炭化物の性状が工具寿命を左右
する主因であることがわかった。つまり従来材は、耐摩
耗性を重視するあまり、Ｍ７Ｃ３型やＭＣ型の３０μｍ
以上の大型の１次炭化物を１０数％から数１０％と多量
に分布させた組織としていたが、欠損や摩耗はこれら大
型の１次炭化物の連鎖状分布を径路としてクラックが進
展するか、炭化物単位の欠落による微小欠損の集積が原
因であり、過剰の１次炭化物が逆効果として作用してい
たのである。また、従来鋼は、高温焼もどしでは十分な
硬さが得られないため、低温焼もどしにより使用されて
いたが、難加工材の転造では、かなりの昇温かあるため
、高温焼もどしにおいても十分な硬さの確保ができ、軟
化抵抗の高い材質が求められている。

本発明は、これらの事実をもとになされたものであり、
化学成分の適正化とミクロ組織の調整により、１次炭化
物の適量化を図り、靭性を重視した材質とし、高温焼も
どしにおいてもＩ（ＲＣ６２以上の硬さの得られる高性
能転造ダイス材を提供するものである。さらに転造ダイ
スの微小クラックの原因となり易い硫化物系の非金属介
在物を最少限にとどめるため、Ｓ含有量を炭化物の面積
率とともに規制することが有効なこと、およびＰ含有量
もある特定値以下にすると、−段と靭性が向上し転造ダ
イスの欠は防止に有効であることを見出したものである
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、重量％でＣｏ，９０〜１．３５％、　Ｓｉ　
０．７０〜１．４０％、Ｍｎ１．０％以下、Ｓ　０．０
０４％以下７Ｃｒ　６．０−１０．０％、ＭｏとＷの１
種または２種をＭ　ｏ　＋　Ｗ　／　２で１．５〜２．
５％、■とＮｂの　１種または２種をＶ　＋　Ｎｂ／２
で０．１５〜２．５％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなり、さらに焼入れ焼もどし組織において、
Ｍ７Ｃ３型炭化物の面積率を２％以上９以下、ＭＣ炭化
物の面積率を２．５％以下としたことを特徴とする転造
ダイス用鋼、および重量％でＣｏ，９０〜１．３５％。

Ｓ　ｉ　０．７０〜１．４０％、　Ｍｎ　１．０％以下
、Ｓ　０．００４％以下、Ｃｒ　６．０−１０．０％、
ＭｏとＷの１種または２種をＭ。

＋Ｗ／ｌ’１．５〜２．５％、ＶとＮｂの　１種または
２種をＶ＋Ｎｂ／２で０．１５〜２．５％、ＮｉとＧｏ
の１種または２種をＮｉ＋Ｃｏで０．３〜１．５％を含
み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、さらに焼
入れ焼もどし組織において、Ｍ７Ｃ３型炭化物の面積率
を２％以上９％以下、ＭＣ炭化物の面積率を２．５％以
下としたことを特徴とする転造ダイス用鋼、および重量
％でＣｏ，９０〜１．３５％、Ｓｉ　０．７０−１．４
０％、Ｍｎ１．０％以下、Ｓ　０．００４％以下、Ｐ　
０．０１５％以下７Ｃｒ　６．０−１０．０％、Ｍｏと
Ｗの１種または２種をＭ　ｏ　＋　Ｗ　／　２で１．５
〜２．５％、■とＮｂ（７１１種または２種をＶ　＋　
Ｎｂ／２テ０．１５〜２．５％を含み、残部Ｆｅおよび
不可避的不純物からなり、さらに焼入れ焼もどし組織に
おいて、Ｍ７Ｃ３型炭化物の面積率を２％以上的以下、
ＭＣ炭化物の面積率を２．５％以下としたことを特徴と
する転造ダイス用鋼、および重量％でＣｏ，９０〜１．
３５％、Ｓｉ０．７０〜１．４０％、　Ｍｎ　１．０％
以下、Ｓ　０．００４％以下、Ｐ　０．０１５Ｘ以下７
Ｃｒ　６．０％、ＭｏとＷの１種または２種をＭ　ｏ　
＋　Ｗ　／　２で１．５〜２．５％、ＶとＮｂの１種ま
たは２種をＶ＋Ｎｂ／２で０．１５〜２．５％、Ｎｉと
Ｇｏの１種または２種をＮｉ＋Ｃｏで０．３〜１．５％
を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、さら
に焼入れ焼もどし組織において、Ｍ２Ｃ，型炭化物の面
積率を２％以上９％以下、ＭＣ炭化物の面積率を２．５
％以下としたことを特徴とする転造ダイス用鋼、および
真空溶解、真空脱ガスおよびエレクトロスラグ溶解から
選ばれる１種または２種以上の精錬方法により鋼塊を製
造する工程、該鋼塊または該鋼塊を熱間加工する過程で
、少なくとも一回以上１１５０〜１２５０℃で保持し、
高温拡散処理する工程を含む請求項１ないし４のいずれ
かに記載の転造ダイス用鋼の製造法である。

以下に、化学成分の限定理由について述べる。

Ｃは、工具鋼の強度、耐摩耗性の主因をなす元素であり
、十分な熱処理硬さを得るためには０．９％以上必要で
ある。またＣは７Ｃｒ、Ｍｏ、■と炭化物を形成し、耐
摩耗性に寄与する。しかし過剰になると、凝固時の１次
炭化物が多くなり、靭性を劣化させる原因となるため、
上限を１．３５％とした。

Ｓｉは通常脱酸剤として添加されるが、本発明において
は、低温焼もどしく１８０〜２５０℃）において使用さ
れる場合も想定し、この温度域で軟化抵抗を発現するた
め規定した。この効果を十分に発揮するためには、少な
くとも０．７０％以上が必要であるが、１．４０％を越
えると靭性が低下してくるため、これを上限とした。

Ｃｒは、凝固時にＭ７Ｃ，型炭化物として晶出する。こ
れは工具鋼の耐摩耗性を発揮する主因となるものである
が、その量は材質の靭性を大きく左右する。このため７
Ｃ量とのバランスから工具鋼としての耐摩耗性を維持す
るためには、６．０％以上必要であり、１０％を越える
と１次炭化物が過量となり、靭性が劣化してくるためこ
れを上限とした。

ＭｏｌＷは７Ｃｒ炭化物に固溶して耐摩耗性を高めると
ともに、焼入性を向上させ、また焼もどしにおいて、炭
化物として析出し、強い２次硬化を示す元素である。転
造ダイスでは被加工材の種類、特に難加工材では加工中
に昇温するため、ダイスには高温焼もどしが必要になる
場合がある。したがって、高温焼もどしによる硬さと）
ｌＲｃ６２以上と設定しＭｏ、Ｗ量を規定した。

Ｍｏは、靭性の改善にＷは耐摩耗性の向上にそれぞれ有
効であるため、用途により使い分けを行なうこととし、
Ｗの原子量はＭｏの約２倍であるため、（Ｍｏ＋Ｗ／２
）としてまとめ硬さの設定から１．５〜２．５％とした
。

■、Ｎｂはともに凝固時にＭＣ型炭化物として晶出する
ものであり、硬質の炭化物として耐摩耗性に重要な役割
を担うとともに、結晶粒微細化の効果があり、靭性の向
上に有効である。また２次硬化元素であるため、高温焼
もどしによる硬さ確保に有利である。これら効果を発揮
するためには、ＶとＮｂの　１種または２種を（Ｖ　＋
　Ｎ　ｂ／２）　テ少なくとも０．１５％以上必要であ
る。しかし、この型の炭化物は多量にな゛ると連鎖状に
分布し、分布方向の靭性を劣化させるだけでなく、熱処
理によってほとんど変化しない。このため後に述べるＭ
Ｃ型炭化物量の規定から上限を２．５％とした。

Ｎｕ７Ｃｏはともに基地に固溶して靭性や焼付性を改善
する効果がある。またＮｉは焼入性の向上にも寄与する
。このためには、ＮｉとＣｏの１種または２種を（Ｎｉ
＋Ｃｏ）で少なくとも０．３％以上必要であるが、過剰
の添加はともに熱処理硬さを低下させるため上限を１．
５％とした。

Ｍｎは通常脱酸剤として添加されるが、１％を越えると
熱間加工性を害するだけでなく、被剛性を劣化させるた
めこれを上限とした。Ｓは特にＭｎと非金属介在物（Ｍ
ｎＳ）を形成し、圧延方向に伸びた状態で分布する傾向
を持つ。この場合、特に圧延方向の靭性が低下する。転
造ダイスにおいては、刃部の圧造方向にこの非金属介在
物が並ぶと、刃の欠損につながるためできるだけ低Ｓと
することが望まれる。この点について検討したところ、
０．００４％以下のＳにおいて、改善効果が見られたの
でこれを上限とした。

Ｐは、転造ダイスの刃部に作用する衝撃力に耐えるため
に低い方がよい。特に０．０１５％以下にすると衝撃値
の縦横の異方性を小さくできるために転造ダイスの寿命
向上に寄与する。

前述したように、転造ダイス材の寿命を左右するのは、
凝固時に晶出する１次炭化物である。したがって、本発
明の効果を十分発揮するためには本発明の成分範囲にお
いて、さらに１次炭化物の量を規定する必要がある。従
来の５ＫＤ１ルベルでは、Ｍ７Ｃ３型の１次炭化物の面
積率は、１０〜１２％であった。Ｍ７Ｃ，型１次炭化物
を種々の面積率を示す材質について靭性との関連を調査
したところ、９％以下において改善効果が見られるため
、これを上限とした。しかし工具としての耐摩耗性も必
要であり、完全になくすことはできない、耐摩耗性の面
からは少なくとも２％以上必要である。

ＭＣ型炭化物は、耐摩耗性に大きな効果があるだけでな
く、凝固時にＭ７Ｃ３型炭化物に先立って晶出し、Ｍ７
Ｃ，型炭化物の分布状態を改善する効果もある。しかし
、面積率で２．５％を越えると靭性が低下してくるため
、これを上限とした。

本発明鋼を製造するには、Ｓ、Ｐなどの不純物を低め、
非金属を最少限に調整して靭性の向上を図るために真空
溶解、真空脱ガスおよびエレクトロスラグ溶解から選ば
れる１種または２種以上の精錬方法を適用することが望
ましい。さらに上述のＭ７Ｃ，型およびＭＣ型の１次炭
化物量を調整する手段として、本発明鋼の製造するに当
って鋼塊または鋼塊を熱間加工する過程で、少なくとも
１回以上１１５０〜１２５０℃で保持し高温拡散処理す
る工程を含むことが望ましい。拡散温度は１１５０℃未
満だと十分な元素の拡散、均質化が行なわれないため、
下限を１１５０℃とし、１２５０℃を越えると一部炭化
物が溶融し、機械的強度を下げるため上限を１２５０℃
とした。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。第１表は本
発明鋼を評価するために従来鋼および比較鋼とともに製
造した本発明鋼の化学成分を示すものである。供試鋼Ｎ
ｏのうち、Ｎ　ｏ　、　１が従来鋼であり、Ｎ０９２は
Ｐ、Ｓ以外は本発明の成分範囲内にあるが、Ｍ□Ｏ１型
Ｏ１物の多いもの、Ｎｏ、３は成分は本発明鋼と同一で
あるが、Ｍ７Ｃ，型炭化物が本発明鋼より多いものであ
る。供試鋼Ｎｏ、１とＮ００２については高周波溶解、
供試鋼Ｎｏ、３ないしＮｏ、７については真空誘導溶解
、供試鋼Ｎｏ、８とＮｏ、９についてはＥＳＲ溶解、お
よび供試鋼Ｎｏ。

１０ないしＮｏ、１２については、真空脱ガス処理を行
なったものである。供試鋼Ｎｏ、４ないしＮｏ、１２の
本発明鋼の鋼塊については、１次炭化物、特にＭ７Ｃ，
型炭化物を調整するために、１１７０℃で２０時間保持
する高温拡散処理を行なった。

この高温拡散処理の条件は、１次炭化物が溶融しない範
囲でできるだけ高い温度が望ましいので、温度としては
１１５０〜１２５０℃の範囲が最適である。

すべての鋼塊は鍛造圧延により、断面寸法が１０１００
ｍｍＸ１００の鋼片とした。この鋼片に焼なまし処理を
行ない供試材とした。

抗折試験片は、鋼片の圧延方向（以下り方向という）と
圧延方向に直角な方向（以下Ｔ方向という）よりφ５Ｘ
７０ｎｍ＋２の試験片を採取し、所定の焼入れ焼もどし
を行ない試験に供した。なお、焼もどしは供試鋼Ｎ　ｏ
　、　ｌは低温焼もどし、他は二次硬化を示す範囲での
高温焼もどしである。抗折試験は２点支持で、支点間隔
５０ｍｍで行ない、ミクロ組織の炭化物の定量はＬ方向
とＴ方向の試料の平均値として表わした。これらの結果
を第２表にまとめて示す。

本発明鋼は、ＨＲＣ６２以上の高い硬さが得られるとと
もに一次炭化物の調整により、従来材に比較して高い抗
折力と大きなたわみが得られ、靭性の優れた材質である
ことがわかる。

また、本発明鋼と類似する比較鋼でも、−次炭化物の多
いものは抗折力が小さいこと、およびＰ、Ｓの不純物の
少ない供試ｔｌＮｏ、４ないしＮｏ、１２の抗折力のＬ
／Ｔの比は、不純物の多い供試鋼Ｎ００１、Ｎｏ、２に
比較して大きく、本発明鋼の靭性値の縦横の差異が小さ
いことがわかる。

また耐摩耗性について、大館式摩耗試験を行なった結果
を同時に示した。これは相手材を５ＫＤ６１　（）ｌＲ
ｃ４０）とし、摩擦速度１．３７ｍ／ｓ、摩擦距離４０
０ｍ、最終荷重６．３ｋｇの条件で試験を行ない、摩耗
体積を測定し、従来鋼の摩耗体積を１００とした場合の
指数である。比較鋼はＭ７Ｃ，型炭化物およびＭＣ型炭
化物量が多く耐摩耗性に優れているが靭性で劣る１本発
明鋼は靭性を重視した材質であるが、耐摩耗性において
も従来鋼と遜色なく、またＭＣ型炭化物の多い供試鋼Ｎ
０１６、Ｎｏ、１２では従来鋼より優れていることがわ
かる。

比較のため゛に供試１ｉＮｏ、１とＮｏ、５のミクロ組
織を第１図に示す。

〔発明の効果〕

本発明は、従来の転造ダイスの廃却原因の解析に基づき
なされたものであり、１次炭化物を適正化することによ
り、高硬度でしかも高い靭性を有する転造ダイス用鋼を
開発したものである。本発明により、過酷な転造条件に
おいても、長寿命を有する転造ダイスを製造することが
できる。

【図面の簡単な説明】

Claims

【特許請求の範囲】１　重量％でＣ０．９０〜１．３５％、Ｓｉ０．７０〜
１．４０％、Ｍｎ１．０％以下、Ｓ０．００４％以下、
Ｃｒ６．０〜１０．０％、ＭｏとＷの１種または２種を
Ｍｏ＋Ｗ／２で１．５〜２．５％、ＶとＮｂの１種また
は２種をＶ＋Ｎｂ／２で０．１５〜２．５％を含み、残
部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、さらに焼入れ焼
もどし組織において、Ｍ＿７Ｃ＿３型炭化物の面積率を
２％以上９％以下、ＭＣ炭化物の面積率を２．５％以下
としたことを特徴とする転造ダイス用鋼。２　重量％でＣ０．９０〜１．３５％、Ｓｉ０．７０〜
１．４０％、Ｍｎ１．０％以下、Ｓ０．００４％以下、
Ｃｒ６．０〜１０．０％、ＭｏとＷの１種または２種を
Ｍｏ＋Ｗ／２で１．５〜２．５％、ＶとＮｂの１種また
は２種をＶ＋Ｎｂ／２で０．１５〜２．５％、ＮｉとＣ
ｏの１種または２種をＮｉ＋Ｃｏで０．３〜１．５％を
含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、さらに
焼入れ焼もどし組織において、Ｍ＿７Ｃ＿３型炭化物の
面積率を２％以上９％以下、ＭＣ炭化物の面積率を２．
５％以下としたことを特徴とする転造ダイス用鋼。３　重量％でＣ０．９０〜１．３５％、Ｓｉ０．７０〜
１．４０％、Ｍｎ１．０％以下、Ｓ０．００４％以下、
Ｐ０．０１５％以下、Ｃｒ６．０〜１０．０％、Ｍｏと
Ｗの１種または２種をＭｏ＋Ｗ／２で１．５〜２．５％
、ＶとＮｂの１種または２種をＶ＋Ｎｂ／２で０．１５
〜２．５％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から
なり、さらに焼入れ焼もどし組織において、Ｍ＿７Ｃ＿
３型炭化物の面積率を２％以上９％以下、ＭＣ炭化物の
面積率を２．５％以下としたことを特徴とする転造ダイ
ス用鋼。４　重量％でＣ０．９０〜１．３５％、Ｓｉ０．７０〜
１．４０％、Ｍｎ１．０％以下、Ｓ０．００４％以下、
Ｐ０．０１５％以下、Ｃｒ６．０〜１０．０％、Ｍｏと
Ｗの１種または２種をＭｏ＋Ｗ／２で１．５〜２．５％
、ＶとＮｂの１種または２種をＶ＋Ｎｂ／２で０．１５
〜２．５％、ＮｉとＣｏの１種または２種をＮｉ＋Ｃｏ
で０．３〜１．５％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不
純物からなり、さらに焼入れ焼もどし組織において、Ｍ
＿７Ｃ＿３型炭化物の面積率を２％以上９％以下、ＭＣ
炭化物の面積率を２．５％以下としたことを特徴とする
転造ダイス用鋼。５　真空溶解、真空脱ガスおよびエレクトロスラグ溶解
から選ばれる１種または２種以上の精錬方法により鋼塊
を製造する工程、該鋼塊または該鋼塊を熱間加工する過
程で、少なくとも一回以上１１５０〜１２５０℃で保持
し、高温拡散処理する工程を含む請求項１ないし４のい
ずれかに記載の転造ダイス用鋼の製造法。