JPH0480110B2 - - Google Patents
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- JPH0480110B2 JPH0480110B2 JP63095436A JP9543688A JPH0480110B2 JP H0480110 B2 JPH0480110 B2 JP H0480110B2 JP 63095436 A JP63095436 A JP 63095436A JP 9543688 A JP9543688 A JP 9543688A JP H0480110 B2 JPH0480110 B2 JP H0480110B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
-
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- C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
-
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Forging (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
連続鋳造法によつて様々なサイズの鋼片を製造
するために、鋼片のサイズに対応して連続鋳造用
鋳型をそれぞれ備えることは、その鋳型を交換す
ることによる生産性の低下という問題があるの
で、鋳型のサイズをいくつかに集約できることが
望まれていた。 このため連続鋳造後の熱間スラブに幅方向の挟
圧を、加圧工具（以下金敷という）を用いて金敷
に対する熱間スラブの相対的な送りごとに反復し
て加え、スラブの先端から後端までを鋼片サイズ
に対応して幅殺しする連続幅プレスが開発され
た。この連続幅プレスに用いられる金敷は熱応力
が加わるために熱疲労による割れが生じがちで、
金敷の交換による生産性の低下を防止するため
に、耐熱疲労特性の高い金敷が望まれる。 この発明は、熱間プレス工具、例えば上述した
金敷に有利に適合する鋼を提案しようとするもの
である。 （従来の技術） プレス型、鍛造型などに用いられる熱間金型用
鋼は、切削工具用、耐衝撃工具用及び冷間金型用
などとともにJIS G4404に規格があるほか、同用
途の熱間工具用鋼に関し、特公昭54−38570号公
報に開示がある。 （発明が解決しようとする課題） これらの鋼は、通常の熱間加工には十分な耐性
を示すが、連続幅プレス用の金敷としての適合性
は不十分である。 すなわち連続幅プレス用金敷は大型で、1200℃
以上の熱間スラブの幅殺しに連続的に使用される
ため、熱間圧延ロールに比べて金敷内部の奥深く
まで高温になり、冷却時に過大な熱応力が発生
し：熱疲労による割れが生じやすいところに問題
を残していた。 そこでこの発明の目的は、連続幅プレスなどに
おける厳しい条件下で使用される熱間プレス工具
に有利に適合する耐熱疲労特性の高い鋼を提供す
ることにある。 （課題を解決するための手段） この発明は、Cr−Mo−Ｖ鋼を基本成分とし、
これらにSi，Mn，Ｎを組み合わせた、例えば連
続幅プレスに適合するマルテンサイト型熱間金型
用鋼で：Cr，Siの含有で耐酸化性を向上して表
面酸化スケールの発生を少なくすること、及び
Si，Mo，Ｖの含有で変態点を上昇し、かつCr当
量の上限を制限して高Cr鋼に特有のδ−フエラ
イトの出現を防止することにより耐熱疲労特性を
向上して熱疲労による金敷などの熱間プレス工具
の割れを防止したものである。 またこの発明は、上述の成分に加えてAl，
REMのうち１種又は２種を含有させて耐酸化性
を向上し、耐熱疲労特性をさらに向上させたもの
である。 すなわちこの発明は Ｃ：0.05〜0.35wt％（以下単に％で示す） Si：0.80〜2.5％、 Mn：0.10〜2.0％、 Cr：7.0〜13.0％、 Mo：0.50〜3.0％、 Ｖ：0.10〜0.60％及び Ｎ：0.005〜0.10％ を含有し、かつ下記に示すCr当量が16以下と満
足し、残部は鉄及び不可避的不純物よりなる熱間
プレス工具用鋼（第１発明）である。 記 Cr当量＝Cr＋6Si＋4Mo＋11V −40C−2Mn−30N（wt％） またこの発明は、 Ｃ：0.05〜0.35％、 Si：0.80〜2.5％、 Mn：0.10〜2.0％、 Cr：7.0〜13.0％、 Mo：0.50〜3.0％、 Ｖ：0.10〜0.60％、 Ｎ：0.005〜0.10％ を含み、さらに Al：0.005〜0.5％、 REM：0.005〜0.02％ のうち１種又は２種を含有し、かつ下記に示す
Cr当量が16以下を満足し、残部は鉄及び不可避
的不純物よりなる熱間プレス工具用鋼（第２発
明）である。 記 Cr当量＝Cr＋6Si＋4Mo＋11V ＋12Al−40C−2Mn−30N（wt％） この発明の対象とする金敷は、単純な熱応力だ
けでなく、高温においてスラブとの接触面が機械
的応力を受ける。このため酸化層に部分的な割れ
が発生し、選択酸化および熱疲労割れの起点とな
り耐熱疲労特性を劣化させる。 この問題を解決するため、種々の組成になる鋼
を酸化雰囲気中（大気中）にて試験温度750℃、
歪振幅0.7％の高温疲労試験を実施し、亀裂の発
生進展を調べた。その結果について第１図に示
す。 同図から明らかなように、Cr，Siさらに加え
てAl，REMの含有が亀裂進展に対して有効であ
ることがわかつた。 またこの発明の対象とする金敷は、熱疲労が問
題となるため、応力集中源となるようなδ−フエ
ライトの存在は有害であり、かつδ−フエライト
は、金敷の強度を増加させるものの脆く、じん性
が劣化するためにδ−フエライトの生成を防止す
る必要がある。 （作用） この発明に従う鋼の各化学成分範囲の限定理由
について述べる。 Ｃ：0.05〜0.35％ Ｃは焼入性を向上し、焼入れ焼もどし硬さ及び
高温硬さを維持するのに必要である。またCr，
MoおよびＶと結合して炭化物を形成し、耐摩耗
性、焼もどし軟化抵抗を向上させる。さらにオー
ステナイト形成成分としてδ−フエライトの出現
防止に必要な成分であるが、多量に含有するとじ
ん性を劣化させ、変態点の低下を招くので上限を
0.35％とし、一方少量では硬さ、耐摩耗性が不足
するとともにδ−フエライトの出現をもたらすの
で下限を0.05％とした。 Si：0.80〜2.0％ Siは、耐酸化性の維持及び変態点の上昇のため
に含有させるが、多量の含有はじん性の劣化を招
くので2.0％以下とし、逆に少量では効果がない
ので0.80％以上とした。 Mn：0.10〜2.0％ Mnは焼入れ性の向上、δ−フエライトの生成
防止のために必要であるが、多すぎると変態点を
低下させるので上限を2.0％とし、一方少なすぎ
ると効果がないので0.10％以上とした。 Cr：7.0〜13.0％ Crは、炭窒化物を形成して基地中に分散して
耐摩耗性を向上させる。また一部は固溶し焼入れ
性を向上させて焼入れ焼もどし硬さ、高温強さを
向上させる。さらに耐高温酸化特性の向上、変態
点の上昇に有効な成分であるが、7.0％に満たな
いとその効果に乏しく、一方13.0％を超えるとδ
−フエライトが出現して耐熱疲労特性が低下する
ため7.0〜13.0％の範囲とした。 Mo：0.50〜3.0％ Moは、基地に固溶して焼入れ性を向上させる
とともにＣと結合して硬い炭化物を形成し、基地
中に分散析出して耐摩耗性を向上させる。また焼
もどし軟化抵抗及び高温強さを増加させ、変態点
を上昇させる。しかし含有量が3.0％を超えると
じん性が劣化し、一方0.5％に満たないと十分な
効果が得られないので0.5〜3.0％の範囲とした。 Ｖ：0.10〜0.60％ Ｖは微細炭窒化物を析出させ焼もどし軟化抵
抗、高温強さを向上させ、また変態点を上昇させ
る。しかし多すぎると粗大な炭化物を形成してじ
ん性を低下させ、一方少なすぎると効果が得られ
ないので0.10〜0.60％の範囲に限定した。 Ｎ：0.005〜0.10％ Ｎは、高温強さの向上とδ−フエライト生成防
止のために0.005％以上含有させるが、0.10％を
超えるとじん性が著しく劣化するため上限を0.10
％とした。 第２発明ではAl：0.005〜0.2％、REM：0.005
〜0.02％のうち１種又は２種を含有させる。 Alは、結晶粒微細化効果によりじん性を向上
させ、さらに耐酸化性を向上させる成分である。
そのためには0.005％以上の含有を必要とするが、
0.20％を超えると粗大なAINを形成し易く、じん
性を劣化させるために上限を0.20％とした。 La，Ceを主とした希土類元素（REM）は、耐
酸化性を向上させる成分であり、そのためには
0.005％以上の含有を必要とするが、0.02％を超
えるとじん性が劣化するため上限を0.02％とし
た。 第１発明、第２発明の成分系においては次に示
すCr当量を16以下にすることが必要である。 Cr当量＝Cr＋6Si＋4Mo＋11V＋12Al −40C−2Mn−30N（％） Cr当量は、δ−フエライトの生成をよく表現
する。第２図に組成を変えてCr当量を種々変化
させ、Cr当量がδ−フエライト量に及ぼす効果
について調べた結果を示す。同図から、Cr当量
が16を超えるとδ−フエライトは生成していて、
δ−フエライトの生成はCr当量を16以下とする
ことにより防止できることがわかる。従つてCr
当量の上限を16とした。 なお、この発明にしたがう鋼は、転炉又は電気
炉で溶製し、次いで造塊又は連続鋳造により鋼塊
又はスラブを製造し、鍛造又は圧延後、焼ならし
−焼もどし−焼入れ−焼もどしを含む熱処理を施
し、その後機械加工により所定の形状に加工し、
実機使用に供することができる。 なお、焼ならし−焼もどしは組成、形状によつ
ては省略することができる。 （実施例） 表１に示す各成分組成になる鋼を転炉にて溶製
し、造塊後450mm角の形状に鍛造し、1000℃×
10h焼ならし、750℃×15h焼もどし後荒機械加工
を実施した後、1040℃×10h油冷の焼入れ、630
℃×12h空冷の焼もどしの熱処理を施した後、所
定の寸法の金敷に仕上げ、実機試験に供した。実
機試験における割れ深さを表１に併記した。
するために、鋼片のサイズに対応して連続鋳造用
鋳型をそれぞれ備えることは、その鋳型を交換す
ることによる生産性の低下という問題があるの
で、鋳型のサイズをいくつかに集約できることが
望まれていた。 このため連続鋳造後の熱間スラブに幅方向の挟
圧を、加圧工具（以下金敷という）を用いて金敷
に対する熱間スラブの相対的な送りごとに反復し
て加え、スラブの先端から後端までを鋼片サイズ
に対応して幅殺しする連続幅プレスが開発され
た。この連続幅プレスに用いられる金敷は熱応力
が加わるために熱疲労による割れが生じがちで、
金敷の交換による生産性の低下を防止するため
に、耐熱疲労特性の高い金敷が望まれる。 この発明は、熱間プレス工具、例えば上述した
金敷に有利に適合する鋼を提案しようとするもの
である。 （従来の技術） プレス型、鍛造型などに用いられる熱間金型用
鋼は、切削工具用、耐衝撃工具用及び冷間金型用
などとともにJIS G4404に規格があるほか、同用
途の熱間工具用鋼に関し、特公昭54−38570号公
報に開示がある。 （発明が解決しようとする課題） これらの鋼は、通常の熱間加工には十分な耐性
を示すが、連続幅プレス用の金敷としての適合性
は不十分である。 すなわち連続幅プレス用金敷は大型で、1200℃
以上の熱間スラブの幅殺しに連続的に使用される
ため、熱間圧延ロールに比べて金敷内部の奥深く
まで高温になり、冷却時に過大な熱応力が発生
し：熱疲労による割れが生じやすいところに問題
を残していた。 そこでこの発明の目的は、連続幅プレスなどに
おける厳しい条件下で使用される熱間プレス工具
に有利に適合する耐熱疲労特性の高い鋼を提供す
ることにある。 （課題を解決するための手段） この発明は、Cr−Mo−Ｖ鋼を基本成分とし、
これらにSi，Mn，Ｎを組み合わせた、例えば連
続幅プレスに適合するマルテンサイト型熱間金型
用鋼で：Cr，Siの含有で耐酸化性を向上して表
面酸化スケールの発生を少なくすること、及び
Si，Mo，Ｖの含有で変態点を上昇し、かつCr当
量の上限を制限して高Cr鋼に特有のδ−フエラ
イトの出現を防止することにより耐熱疲労特性を
向上して熱疲労による金敷などの熱間プレス工具
の割れを防止したものである。 またこの発明は、上述の成分に加えてAl，
REMのうち１種又は２種を含有させて耐酸化性
を向上し、耐熱疲労特性をさらに向上させたもの
である。 すなわちこの発明は Ｃ：0.05〜0.35wt％（以下単に％で示す） Si：0.80〜2.5％、 Mn：0.10〜2.0％、 Cr：7.0〜13.0％、 Mo：0.50〜3.0％、 Ｖ：0.10〜0.60％及び Ｎ：0.005〜0.10％ を含有し、かつ下記に示すCr当量が16以下と満
足し、残部は鉄及び不可避的不純物よりなる熱間
プレス工具用鋼（第１発明）である。 記 Cr当量＝Cr＋6Si＋4Mo＋11V −40C−2Mn−30N（wt％） またこの発明は、 Ｃ：0.05〜0.35％、 Si：0.80〜2.5％、 Mn：0.10〜2.0％、 Cr：7.0〜13.0％、 Mo：0.50〜3.0％、 Ｖ：0.10〜0.60％、 Ｎ：0.005〜0.10％ を含み、さらに Al：0.005〜0.5％、 REM：0.005〜0.02％ のうち１種又は２種を含有し、かつ下記に示す
Cr当量が16以下を満足し、残部は鉄及び不可避
的不純物よりなる熱間プレス工具用鋼（第２発
明）である。 記 Cr当量＝Cr＋6Si＋4Mo＋11V ＋12Al−40C−2Mn−30N（wt％） この発明の対象とする金敷は、単純な熱応力だ
けでなく、高温においてスラブとの接触面が機械
的応力を受ける。このため酸化層に部分的な割れ
が発生し、選択酸化および熱疲労割れの起点とな
り耐熱疲労特性を劣化させる。 この問題を解決するため、種々の組成になる鋼
を酸化雰囲気中（大気中）にて試験温度750℃、
歪振幅0.7％の高温疲労試験を実施し、亀裂の発
生進展を調べた。その結果について第１図に示
す。 同図から明らかなように、Cr，Siさらに加え
てAl，REMの含有が亀裂進展に対して有効であ
ることがわかつた。 またこの発明の対象とする金敷は、熱疲労が問
題となるため、応力集中源となるようなδ−フエ
ライトの存在は有害であり、かつδ−フエライト
は、金敷の強度を増加させるものの脆く、じん性
が劣化するためにδ−フエライトの生成を防止す
る必要がある。 （作用） この発明に従う鋼の各化学成分範囲の限定理由
について述べる。 Ｃ：0.05〜0.35％ Ｃは焼入性を向上し、焼入れ焼もどし硬さ及び
高温硬さを維持するのに必要である。またCr，
MoおよびＶと結合して炭化物を形成し、耐摩耗
性、焼もどし軟化抵抗を向上させる。さらにオー
ステナイト形成成分としてδ−フエライトの出現
防止に必要な成分であるが、多量に含有するとじ
ん性を劣化させ、変態点の低下を招くので上限を
0.35％とし、一方少量では硬さ、耐摩耗性が不足
するとともにδ−フエライトの出現をもたらすの
で下限を0.05％とした。 Si：0.80〜2.0％ Siは、耐酸化性の維持及び変態点の上昇のため
に含有させるが、多量の含有はじん性の劣化を招
くので2.0％以下とし、逆に少量では効果がない
ので0.80％以上とした。 Mn：0.10〜2.0％ Mnは焼入れ性の向上、δ−フエライトの生成
防止のために必要であるが、多すぎると変態点を
低下させるので上限を2.0％とし、一方少なすぎ
ると効果がないので0.10％以上とした。 Cr：7.0〜13.0％ Crは、炭窒化物を形成して基地中に分散して
耐摩耗性を向上させる。また一部は固溶し焼入れ
性を向上させて焼入れ焼もどし硬さ、高温強さを
向上させる。さらに耐高温酸化特性の向上、変態
点の上昇に有効な成分であるが、7.0％に満たな
いとその効果に乏しく、一方13.0％を超えるとδ
−フエライトが出現して耐熱疲労特性が低下する
ため7.0〜13.0％の範囲とした。 Mo：0.50〜3.0％ Moは、基地に固溶して焼入れ性を向上させる
とともにＣと結合して硬い炭化物を形成し、基地
中に分散析出して耐摩耗性を向上させる。また焼
もどし軟化抵抗及び高温強さを増加させ、変態点
を上昇させる。しかし含有量が3.0％を超えると
じん性が劣化し、一方0.5％に満たないと十分な
効果が得られないので0.5〜3.0％の範囲とした。 Ｖ：0.10〜0.60％ Ｖは微細炭窒化物を析出させ焼もどし軟化抵
抗、高温強さを向上させ、また変態点を上昇させ
る。しかし多すぎると粗大な炭化物を形成してじ
ん性を低下させ、一方少なすぎると効果が得られ
ないので0.10〜0.60％の範囲に限定した。 Ｎ：0.005〜0.10％ Ｎは、高温強さの向上とδ−フエライト生成防
止のために0.005％以上含有させるが、0.10％を
超えるとじん性が著しく劣化するため上限を0.10
％とした。 第２発明ではAl：0.005〜0.2％、REM：0.005
〜0.02％のうち１種又は２種を含有させる。 Alは、結晶粒微細化効果によりじん性を向上
させ、さらに耐酸化性を向上させる成分である。
そのためには0.005％以上の含有を必要とするが、
0.20％を超えると粗大なAINを形成し易く、じん
性を劣化させるために上限を0.20％とした。 La，Ceを主とした希土類元素（REM）は、耐
酸化性を向上させる成分であり、そのためには
0.005％以上の含有を必要とするが、0.02％を超
えるとじん性が劣化するため上限を0.02％とし
た。 第１発明、第２発明の成分系においては次に示
すCr当量を16以下にすることが必要である。 Cr当量＝Cr＋6Si＋4Mo＋11V＋12Al −40C−2Mn−30N（％） Cr当量は、δ−フエライトの生成をよく表現
する。第２図に組成を変えてCr当量を種々変化
させ、Cr当量がδ−フエライト量に及ぼす効果
について調べた結果を示す。同図から、Cr当量
が16を超えるとδ−フエライトは生成していて、
δ−フエライトの生成はCr当量を16以下とする
ことにより防止できることがわかる。従つてCr
当量の上限を16とした。 なお、この発明にしたがう鋼は、転炉又は電気
炉で溶製し、次いで造塊又は連続鋳造により鋼塊
又はスラブを製造し、鍛造又は圧延後、焼ならし
−焼もどし−焼入れ−焼もどしを含む熱処理を施
し、その後機械加工により所定の形状に加工し、
実機使用に供することができる。 なお、焼ならし−焼もどしは組成、形状によつ
ては省略することができる。 （実施例） 表１に示す各成分組成になる鋼を転炉にて溶製
し、造塊後450mm角の形状に鍛造し、1000℃×
10h焼ならし、750℃×15h焼もどし後荒機械加工
を実施した後、1040℃×10h油冷の焼入れ、630
℃×12h空冷の焼もどしの熱処理を施した後、所
定の寸法の金敷に仕上げ、実機試験に供した。実
機試験における割れ深さを表１に併記した。
【表】
（発明の効果）
この発明によれば、従来の熱間金型用鋼に不足
していた耐熱疲労特性の向上を達成でき、したが
つて熱間スラブの連続幅プレスなどに有利に適合
するプレス工具の提供を実現できる。
していた耐熱疲労特性の向上を達成でき、したが
つて熱間スラブの連続幅プレスなどに有利に適合
するプレス工具の提供を実現できる。
第１図は、高温疲労試験における繰り返し数と
亀裂長さとの関係を示すグラフ、第２図は、Cr
当量とδ−フエライト量との関係を示すグラフで
ある。
亀裂長さとの関係を示すグラフ、第２図は、Cr
当量とδ−フエライト量との関係を示すグラフで
ある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：0.05〜0.35wt％、 Si：0.80〜2.5wt％、 Mn：0.10〜2.0wt％、 Cr：7.0〜13.0wt％、 Mo：0.50〜3.0wt％、 Ｖ：0.10〜0.60wt％及び Ｎ：0.005〜0.10wt％ を含有し、かつ下記に示すCr当量が16以下を満
足し、残部は鉄及び不可避的不純物よりなる熱間
プレス工具用鋼。 記 Cr当量＝Cr＋6Si＋4Mo＋11V −40C−2Mn−30N（wt％） ２ Ｃ：0.05〜0.35wt％、 Si：0.80〜2.5wt％、 Mn：0.10〜2.0wt％、 Cr：7.0〜13.0wt％、 Mo：0.50〜3.0wt％、 Ｖ：0.10〜0.60wt％、 Ｎ：0.005〜0.10wt％ を含み、さらに Al：0.005〜0.5wt％、 REM：0.005〜0.02wt％ のうち１種又は２種を含有し、かつ下記に示す
Cr当量が16以下を満足し、残部は鉄及び不可避
的不純物よりなる熱間プレス工具用鋼。 記 Cr当量＝Cr＋6Si＋4Mo＋11V ＋12Al−40C−2Mn−30N（wt％）
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