JPH06212253A

JPH06212253A - 冷間工具鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH06212253A
Application number: JP5072293A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ito; 一夫伊藤; Yoshitomo Hitachi; 美朝常陸; Yukinori Matsuda; 幸紀松田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1993-03-30
Filing date: 1993-03-30
Publication date: 1994-08-02
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: JP2631262B2

Abstract

(57)【要約】【目的】使用条件が過酷な冷間加工あるいは工具に加
工する際ワイヤーカット等の放電加工等に使用する高硬
度、高靭性の冷間工具鋼を製造する方法を提供する。【構成】Ｃ：0.75〜1.75％、Si：0.5〜3.0％、Mn：0.
1〜2.0％、Cr：5.0〜11.0％、Mo：1.3〜5.0％、Ｖ：0.1
〜5.0％（各重量％）を含有し、残部Feおよび不純物か
らなる鋼剤を450℃以上の温度で焼もどすことを特徴と
する冷間工具鋼の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は使用条件が過酷な冷間加
工あるいは工具に加工する際ワイヤーカット等の放電加
工等に使用するのに特に好適な高硬度でしかも高靭性を
有する冷間工具の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷間鍛造用ダイスおよびポンチ、
抜型用途等に使用される冷間加工用合金工具鋼としては
JIS SKD11が汎用されている。これらSKD11は熱処理法と
して1000〜1050℃から焼入れ後、150〜200℃で焼もど
し、HRC61以上で用いられるのが一般的である。しか
し、これら従来のSKD11は硬度は高いものの靭性が十分
でなく、近時の冷間加工法の苛酷化、またはワイヤーカ
ット加工等の放電加工法の普及に伴い、SKD11では対処
しきれない場合が増大している。例えば冷間鍛造用ダイ
スでは焼付による工具寿命の低下、抜型では前記ワイヤ
ーカットによる放電加工時の割れ発生等が問題となって
いる。このような状況に対し、SKD11の組成をベースに
種々の成分を添加する等各種の冷間工具鋼が提案されて
いる。しかし、これらは前述の如き過酷な冷間加工ある
いは放電加工に使用する工具として十分な硬度と靭性を
兼ね備えたもとはいい難い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、近時の過酷
な使用条件に十分に対応し得、強度低下、割れをきたす
ことなく長期間に亘って安定して使用し得る高硬度でし
かも高靭性を備え、放電加工性に優れた冷間工具鋼の製
造方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決する目的で種々検討を重ねた。その結果、炭素およ
び炭化物形成元素間に適切なバランスを保持せしめて一
次の共晶炭化物を少くすることによって靭性を高い状態
にするとともに、各成分組成範囲を特定し、これを450
℃以上の高温焼もどし処理を施して二次硬化硬さを増大
させることにより、冷間工具鋼の寿命と放電加工性が大
巾に改善されるという知見を得、本発明に至った。

【０００５】本発明はＣ：0.75〜1.75％、Si：0.5〜3.0
％、Mn：0.1〜2.0％、Cr：5.0〜11.0％、Mo：1.3〜5.0
％、Ｖ：0.1〜5.0％を含有し、もしくはこれにさらにRE
M：0.001〜0.5％、Cu：0.1〜2.0％、Ni：0.2〜2.0％、
Ｗ：0.1〜3.0％、Co：0.1〜5.0％、Nb：0.01〜３％、T
i：2.0％以下、Zr：2.0以下のうち１種または２種以
上、および／またはＳ：0.20％以下、Pb：0.40％以下、
Se：0.30％以下、Bi：0.50％以下、Te：0.30％以下、C
a：0.002〜0.010％（各重量％）のうち１種または２種
以上を含有し、残部Feおよび不純物からなる鋼材を450
℃以上の温度で焼もどすことを特徴とする冷間工具鋼の
製造方法である。

【０００６】本発明における各成分組成範囲の限定理由
は以下の通りである。Ｃ：Ｃはマルテンサイトの硬さを高め、高温焼もどしに
より特殊炭化物を形成して二次硬化に寄与し、またさら
にCr，Mo，Ｖと炭化物を形成して耐摩耗性に寄与する必
須元素である。このＣ量はCr量と相関をもつが、0.75％
（重量）未満では焼入焼もどし硬さが低く、且つ耐摩耗
性が低下し、逆に1.75％（重量）を超えると靭性が低下
するため0.75〜1.75％（重量）とする。 Si：Siは高温焼もどし硬さの増大に有効であり、また硬
さを低下させることなく靭性を向上させる。これら効果
を得るためには0.5％を超えた量で含有させることが必
要であるが、3.0％（重量）を超えると熱間加工性、靭
性を低下させる。 Mn：Mnは脱酸および脱硫剤として作用し、鋼の清浄度を
向上させるとともに焼入性を良好にする。そのために、
0.1％（重量）以上含有させるが、２％（重量）を超え
ると加工性を害する。 Cr：Crは焼入時に基地中に固溶して焼入性を高めるとと
もにCr炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させるが、５％
（重量）未満ではこのような効果が小さく、逆に11％
（重量）を超えると靭性を劣化させる。 Mo：Moは焼入時に基地中に固溶するとともに炭化物を形
成して耐摩耗性を向上させ、焼入れおよび焼もどし抵抗
性を高めるのに有効な元素である。このような効果を発
揮し、特に高温焼もどしでHRC62以上の高硬度を得るた
めには1.3％（重量）以上含有させる必要があるが、５
％（重量）を超えてもその効果の増大はそれ程ではなく
熱間加工性を劣化させるようになる。Ｖ：Ｖは基地のオーステナイト系結晶粒の粗大化を防止
し、微細な炭化物を形成して耐摩耗性および焼入性の向
上に寄与する。これら効果は0.1％（重量）未満では期
待できず、また5.0％を超えると加工性が劣化する。 REM，Cu，Ni，Ｗ，Co，Nb，Ti，Zr：これら各元素は強
度および靭性の向上に寄与するものであるが、多量に含
有すると熱間加工性や靭性を低下させるため、それぞれ
REM：0.001〜0.5％、Cu：0.1〜2.0％、Ni：0.2〜2.0
％、Ｗ：0.1〜3.0％、Co：0.1〜5.0％、Nb：0.01〜３
％、Ti：2.0％以下、Zr：2.0以下（各重量％）とする。
これら各元素は１種でもあるいは２種以上含有させても
よい。Ｓ，Pb，Se，Bi，Te，Ca：これら各元素はいずれも被削
性を向上させるのに有効なものであり、機械加工および
塑性加工（鍛造等）後の仕上加工の際の加工性を良好と
なすが、多すぎると熱間加工性や靭性を低下させるた
め、それぞれＳ：0.20％以下、Pb：0.40％以下、Se：0.
30％以下、Bi：0.50％以下、Te：0.30％以下、Ca：0.00
2〜0.010％（各重量％）とする。これら各元素１種でも
あるいは２種以上含有させてもよい。

【０００７】本発明の製法は、上記各組成の鋼材を焼き
なましし、後焼入れし、しかる後450℃以上の高温で焼
もどしすることによって製造する。この際の焼入れ温度
は1000〜1060℃以内の高温で行うことが好適である、ま
た後段の焼もどし温度は450〜550℃が好適である。な
お、かくして製造された冷間工具鋼は冷間ダイス、ポン
チ、抜型用等の用途に使用される。本発明はこの方法に
より製造されてから高温焼もどしにより、焼入れ時の残
留応力が除去されて安定組織となるとともに二次硬化硬
さが増大し、硬さおよび靭性が共に優れ、工具としての
使用時のかじりを起し、あるには放電加工等により工具
に熱が生ずる場合にも割れを生ずることなく工具寿命が
延長され、加工性が大巾に向上するようになる。またさ
らに工具表面にTiC等を物理蒸着する場合の表面処理性
も良好となる。これら高温焼もどしによる利点は焼もど
し温度が450℃未満では充分に発揮されない。

【０００８】

【実施例】次に本発明を実施例により詳細に説明する。
表１に示す成分組成の鋼材を表２の焼入れ温度焼入れ、
しかる後表２の焼もどし温度で焼もどして本発明の冷間
工具鋼とする。なお、比較鋼として従来法で製造した従
来から用いられているJIS SKD11，SKD12その他を溶製
し、両者について硬さ、シャルピー衝撃値、曲げ抗折
力、焼付荷重、比摩耗量、残留応力およびワイヤーカッ
ト性につき試験した。それら特性値の試験結果を表２に
示す。シャルピー衝撃値はφ30mmの材料を15×15×60mm
に切削加工して焼入（油冷）焼もどし（空冷）処理し、
中央部深さ２mm、平面粗度0.25以下、10mmＲノッチを形
成して試験片とした。また、残留応力はφ200×300mmｌ
の材料を焼入れ（加熱温度に15分保持空冷）焼もどし
（加熱温度に２時間保持空冷×２回）を行ない、表層中
央部に20mm角、深さ0.5mmの電解研磨をし、この研磨面
をＸ線法により測定（長手方向）し、その他の各試験条
件は次のとおりである。（イ）曲げ抗折力……φ８×130mmの試験片につき、支
点間距離100mm、中央１点荷重とし試験片が破断する際
の破断荷重で示す。（ロ）比摩耗量……大越式迅速摩擦試験機により相手材
SCM415（HB190）、摩擦速度2.9ｍ/sec、摩擦距離200m
m、摩擦荷重6.5kgとした。（ハ）焼付荷重……相手材としてSCM415（焼きなまし）
を用い、摩擦速度30〜100mm/sec、接触面圧５〜50kgf/m
m²、潤滑油として油脂系とした。（ニ）ワイヤーカット性……ワイヤーカットにより10mm
長さ切断し、切断面における100μ長さ以上の割れ数で
示す。

【０００９】

【表１】

【００１０】

【表２】

【００１１】表２より、本発明で製造した鋼はいずれも
HRC62以上の硬さを有するとともに高靭性を有し、しか
も耐摩耗性、焼付荷重およびワイヤーカット性ともに優
れていることがわかる。

【００１２】次に、供試材No.１，７および16（SKD11）
を用いて二次硬化硬さおよびシャルピー衝撃値に及ぼす
高温焼入れ後の焼もどし温度の影響を調べた。その結果
を表３に示す。

【００１３】

【表３】

【００１４】この表３より、本発明で製造にかかるNo.
１およびNo.７において焼もどし温度が200℃、300℃、4
00℃の場合の二次硬化硬さは充分でなく、500℃で所望
の硬さとなり、また500℃における衝撃値は400℃の場合
に比べてわずかに低下するが依然として高靭性を保有し
ている。これらのことから高硬度および高靭性をともに
具備させるための焼もどし温度は450℃以上とすること
が必要といえる。これに対し、従来材では高温焼もどし
を施したとしても硬さおよび衝撃値とも本発明鋼に比べ
てかなり劣るものであることがわかる。

【００１５】

【発明の効果】本願発明により製造した工具鋼は過酷な
条件に充分対応し、強度低下、割れをきたすことのない
長期に亘って安定して使用できる高硬度、高靭性および
放電加工性に優れた冷間工具鋼である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.75〜1.75％、Si：0.5〜3.0％、M
n：0.1〜2.0％、Cr：5.0〜11.0％、Mo：1.3〜5.0％、
Ｖ：0.1〜5.0％（各重量％）を含有し、残部Feおよび不
純物からなる鋼材を450℃以上の温度で焼もどすことを
特徴とする冷間工具鋼の製造方法。
【請求項２】Ｃ：0.75〜1.75％、Si：0.5〜3.0％、M
n：0.1〜2.0％、Cr：5.0〜11.0％、Mo：1.3〜5.0％、
Ｖ：0.1〜5.0％を含有し、さらにREM：0.001〜0.5％、C
u：0.1〜2.0％、Ni：0.2〜2.0％、Ｗ：0.1〜3.0％、C
o：0.1〜5.0％、Nb：0.01〜３％、Ti：2.0％以下および
Zr：2.0以下（各重量％）のうち１種または２種以上を
含有し、残部Feおよび不純物からなる鋼材を450℃以上
の温度で焼もどすことを特徴とする冷間工具鋼の製造方
法。
【請求項３】Ｃ：0.75〜1.75％、Si：0.5〜3.0％、M
n：0.1〜2.0％、Cr：5.0〜11.0％、Mo：1.3〜5.0％、
Ｖ：0.1〜5.0％を含有し、さらにＳ：0.20％以下、Pb：
0.40％以下、Se：0.3％以下、Bi：0.50％以下、Te：0.3
0％以下およびCa：0.002〜0.010％（各重量％）のうち
１種または２種以上を含有し、残部Feおよび不純物から
なる鋼材を450℃以上の温度で焼もどすことを特徴とす
る冷間工具鋼の製造方法。
【請求項４】Ｃ：0.75〜1.75％、Si：0.5〜3.0％、M
n：0.1〜2.0％、Cr：5.0〜11.0％、Mo：1.3〜5.0％、
Ｖ：0.1〜5.0％を含有し、さらにREM：0.001〜0.5％、C
u：0.1〜2.0％、Ni：0.2〜2.0％、Ｗ：0.1〜3.0％、C
o：0.1〜5.0％、Nb：0.01〜３％、Ti：2.0％以下および
Zr：2.0以下のうち１種または２種以上と、Ｓ：0.20％
以下、Pb：0.40％以下、Se：0.3％以下、Bi：0.5％以
下、Te：0.30％以下およびCa：0.002〜0.010％（各重量
％）のうち１種または２種以上を含有し、残部Feおよび
不純物からなる鋼材を450℃以上の温度で焼もどすこと
を特徴とする冷間工具鋼の製造方法。