JPH07102342A - 高靱性熱間工具鋼 - Google Patents
高靱性熱間工具鋼Info
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- JPH07102342A JPH07102342A JP26955493A JP26955493A JPH07102342A JP H07102342 A JPH07102342 A JP H07102342A JP 26955493 A JP26955493 A JP 26955493A JP 26955493 A JP26955493 A JP 26955493A JP H07102342 A JPH07102342 A JP H07102342A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 大型あるいは使用負荷の大きい熱間加工用の
金型の靱性不足によるコーナー部からの大割れや欠けを
防止し、寿命向上のために強度および耐摩耗性を低下さ
せることなく靱性を向上させることである。 【構成】 重量％で、Ｃ：０．２０〜０．６０％、Ｓ
ｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、
Ｎｉ：０．５〜２．５％、Ｃｒ：１．０〜４．０％、
Ｖ：０．０５〜１．００％、Ａｌ：０．０１％以下、
Ｎ：６０ｐｐｍ以下を含有し、さらにＭｏ：０．２〜
２．０％、Ｗ：０．２〜４．０％のうちいずれか１種ま
たは２種（ただし、２種の場合、１／２Ｗ＋Ｍｏ：０．
２〜２．０％）を含有し、残部Ｆｅおよび不可避の不純
物からなることを特徴とする高靱性熱間工具鋼。 【効果】ＡｌとＮ（図１参照）の低下によって靱性は著
しく向上する。
金型の靱性不足によるコーナー部からの大割れや欠けを
防止し、寿命向上のために強度および耐摩耗性を低下さ
せることなく靱性を向上させることである。 【構成】 重量％で、Ｃ：０．２０〜０．６０％、Ｓ
ｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、
Ｎｉ：０．５〜２．５％、Ｃｒ：１．０〜４．０％、
Ｖ：０．０５〜１．００％、Ａｌ：０．０１％以下、
Ｎ：６０ｐｐｍ以下を含有し、さらにＭｏ：０．２〜
２．０％、Ｗ：０．２〜４．０％のうちいずれか１種ま
たは２種（ただし、２種の場合、１／２Ｗ＋Ｍｏ：０．
２〜２．０％）を含有し、残部Ｆｅおよび不可避の不純
物からなることを特徴とする高靱性熱間工具鋼。 【効果】ＡｌとＮ（図１参照）の低下によって靱性は著
しく向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ハンマー型鍛造用など
の大型あるいは使用負荷の大きい熱間鍛造金型等に使用
される特に高靱性の熱間工具鋼に関する。
の大型あるいは使用負荷の大きい熱間鍛造金型等に使用
される特に高靱性の熱間工具鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱間で使用されるハンマー型鍛造用など
の大型金具や使用負荷の大きい金型には、従来からＳＫ
Ｔ４種またはその改良鋼種が使用されているが、工程数
を減らし高サイクル化した金型の使用条件や製品の複雑
化に伴う無理な型彫り等の結果によっては、靱性不足に
より金型はコーナー部から大割れや欠けを生じる場合が
あった。このため、熱間工具鋼の化学成分の低Ｓｉ化、
低Ｐ化、低Ｃ化や、Ｎｉ添加、あるいはＣｒの含有量の
増大化などが行われている。
の大型金具や使用負荷の大きい金型には、従来からＳＫ
Ｔ４種またはその改良鋼種が使用されているが、工程数
を減らし高サイクル化した金型の使用条件や製品の複雑
化に伴う無理な型彫り等の結果によっては、靱性不足に
より金型はコーナー部から大割れや欠けを生じる場合が
あった。このため、熱間工具鋼の化学成分の低Ｓｉ化、
低Ｐ化、低Ｃ化や、Ｎｉ添加、あるいはＣｒの含有量の
増大化などが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、大型あるいは使用負荷の大きい金型の靱性
不足によるコーナー部からの大割れや欠けを防止し、寿
命向上のために強度および耐摩耗性を低下させることな
く靱性を向上させることである。
する課題は、大型あるいは使用負荷の大きい金型の靱性
不足によるコーナー部からの大割れや欠けを防止し、寿
命向上のために強度および耐摩耗性を低下させることな
く靱性を向上させることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】熱間工具鋼の靱性を向上
させるために、従来の鋼成分について多くの改良研究を
重ねた結果、本発明者らは、強度および耐摩耗性を低下
させることなく靱性を向上させるためには、不純物であ
るＡｌおよびＮを低下させることが有効であることを、
見出した。
させるために、従来の鋼成分について多くの改良研究を
重ねた結果、本発明者らは、強度および耐摩耗性を低下
させることなく靱性を向上させるためには、不純物であ
るＡｌおよびＮを低下させることが有効であることを、
見出した。
【０００５】そこで、上記の課題を解決するための手段
として、本発明の高靱性熱間工具鋼は、重量％で、
（１）Ｃ：０．２０〜０．６０％、Ｓｉ：０．１０〜
０．５０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｎｉ：０．５〜
２．５％、Ｃｒ：１．０〜４．０％、Ｖ：０．０５〜
１．００％、Ａｌ：０．０１％以下、Ｎ ：６０ｐｐｍ
以下を含有し、さらにＭｏ：０．２〜２．０％、Ｗ：
０．２〜４．０％のうちいずれか１種または２種（ただ
し、２種の場合、１／２Ｗ＋Ｍｏ：０．２〜２．０％）
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避の不純物からなるこ
と、（２）上記の鋼成分に、さらに、Ｎｂ：０．０１〜
０．１５％添加したこと、（３）上記（１）の鋼成分
に、さらに、Ｃｏ：２．０％以下を添加したこと、ある
いは、（４）上記（１）の鋼成分に、さらに、Ｎｂ：
０．０１〜０．１５％、および、Ｃｏ：２．０％以下を
添加したことを特徴とする。
として、本発明の高靱性熱間工具鋼は、重量％で、
（１）Ｃ：０．２０〜０．６０％、Ｓｉ：０．１０〜
０．５０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｎｉ：０．５〜
２．５％、Ｃｒ：１．０〜４．０％、Ｖ：０．０５〜
１．００％、Ａｌ：０．０１％以下、Ｎ ：６０ｐｐｍ
以下を含有し、さらにＭｏ：０．２〜２．０％、Ｗ：
０．２〜４．０％のうちいずれか１種または２種（ただ
し、２種の場合、１／２Ｗ＋Ｍｏ：０．２〜２．０％）
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避の不純物からなるこ
と、（２）上記の鋼成分に、さらに、Ｎｂ：０．０１〜
０．１５％添加したこと、（３）上記（１）の鋼成分
に、さらに、Ｃｏ：２．０％以下を添加したこと、ある
いは、（４）上記（１）の鋼成分に、さらに、Ｎｂ：
０．０１〜０．１５％、および、Ｃｏ：２．０％以下を
添加したことを特徴とする。
【０００６】
【作用】次に本成分の限定理由について述べる。
【０００７】Ｃは、焼入焼戻しによりマトリックス中に
溶け込み、マトリックスの強度および焼入れ性を向上さ
せると共に焼戻しにより炭化物を形成し、高温強度およ
び耐摩耗性を与える元素である。従って、上記の特性を
確保するために下限を０．２０％とした。ただし、多す
ぎると靱性および高温軟化抵抗性を低下させることから
上限を０．６０％とした。
溶け込み、マトリックスの強度および焼入れ性を向上さ
せると共に焼戻しにより炭化物を形成し、高温強度およ
び耐摩耗性を与える元素である。従って、上記の特性を
確保するために下限を０．２０％とした。ただし、多す
ぎると靱性および高温軟化抵抗性を低下させることから
上限を０．６０％とした。
【０００８】Ｓｉは、脱酸剤として有用である。本発明
においては靱性向上のために脱酸剤として最も多用され
るＡｌを０．０１％以下に抑える必要があるので、脱酸
剤としてはＳｉを主に用いる。そのためには０．１０％
以上の添加が必要である。Ｓｉは、また、熱間での耐酸
化性を向上させる。しかし、０．５０％を超えると靱性
を低下させることから０．５０％以下とした。
においては靱性向上のために脱酸剤として最も多用され
るＡｌを０．０１％以下に抑える必要があるので、脱酸
剤としてはＳｉを主に用いる。そのためには０．１０％
以上の添加が必要である。Ｓｉは、また、熱間での耐酸
化性を向上させる。しかし、０．５０％を超えると靱性
を低下させることから０．５０％以下とした。
【０００９】Ｍｎは、高温強度を低下させるベイナイト
の生成を遅らせる元素であり、また脱酸剤としても必要
で、これらの効果を確保するためには０．５％以上の添
加が必要である。しかし、過度に添加すると靱性を低下
させると共に、焼きなまし硬さを高くし被削性を低下さ
せることから２．０％以下とした。
の生成を遅らせる元素であり、また脱酸剤としても必要
で、これらの効果を確保するためには０．５％以上の添
加が必要である。しかし、過度に添加すると靱性を低下
させると共に、焼きなまし硬さを高くし被削性を低下さ
せることから２．０％以下とした。
【００１０】Ｎｉは、焼入れ性および靱性を向上させる
元素であり、０．５％以上の添加により有効な効果が現
れる。しかしながら、２．５％を超えると高温強度を低
下させることから２．５％以下とした。
元素であり、０．５％以上の添加により有効な効果が現
れる。しかしながら、２．５％を超えると高温強度を低
下させることから２．５％以下とした。
【００１１】Ｃｒは、適度な添加により焼入れ性、高温
軟化抵抗性および高温強度を向上させ、さらに、Ｃと結
合して炭化物を形成し耐摩耗性を向上させる元素であ
り、これらの効果を得るためには１．０％以上の添加が
必要である。しかし、４．０％を超えて添加するとＣｒ
炭化物の凝集を招き、高温軟化抵抗性を低下させること
から上限を４．０％とした。
軟化抵抗性および高温強度を向上させ、さらに、Ｃと結
合して炭化物を形成し耐摩耗性を向上させる元素であ
り、これらの効果を得るためには１．０％以上の添加が
必要である。しかし、４．０％を超えて添加するとＣｒ
炭化物の凝集を招き、高温軟化抵抗性を低下させること
から上限を４．０％とした。
【００１２】Ｖは、耐摩耗性および高温軟化抵抗性を向
上させる元素であり、０．０５％以上の添加で効果が得
られる。しかし、１．０％を超えて添加すると過剰に炭
化物を形成し靱性を低下させることから上限を１．０％
とした。
上させる元素であり、０．０５％以上の添加で効果が得
られる。しかし、１．０％を超えて添加すると過剰に炭
化物を形成し靱性を低下させることから上限を１．０％
とした。
【００１３】Ａｌは、脱酸剤として常用され、Ａｌ脱酸
鋼では通常０．０２％程度含まれている。しかし、図２
に示すように、本発明においては、Ａｌは靱性を劣化さ
せ、０．０１％を超えると、この現象が顕著に現れるこ
とを見出した。高靱性を特徴とする本発明鋼では０．０
１％以下に制限する。
鋼では通常０．０２％程度含まれている。しかし、図２
に示すように、本発明においては、Ａｌは靱性を劣化さ
せ、０．０１％を超えると、この現象が顕著に現れるこ
とを見出した。高靱性を特徴とする本発明鋼では０．０
１％以下に制限する。
【００１４】Ｎは、通常のアーク炉溶解においては１３
０ｐｐｍ程度含まれる。しかし、本発明においては図１
に示すように、Ｎが６０ｐｐｍを超えると靱性を大きく
低下させることから高靱性を特徴とする本発明鋼では６
０ｐｐｍ以下とした。そのため本発明鋼をアーク炉によ
り溶製する場合は、脱ガス処理を行い、特に脱ガス時間
を通常の２倍とした。
０ｐｐｍ程度含まれる。しかし、本発明においては図１
に示すように、Ｎが６０ｐｐｍを超えると靱性を大きく
低下させることから高靱性を特徴とする本発明鋼では６
０ｐｐｍ以下とした。そのため本発明鋼をアーク炉によ
り溶製する場合は、脱ガス処理を行い、特に脱ガス時間
を通常の２倍とした。
【００１５】ＭｏおよびＷは、焼戻しにより微細な炭化
物を形成し、高温強度および高温軟化抵抗性を向上させ
る。ただし、この効果を得るためのＷ量はＭｏ量の２倍
必要である。よってこれらの効果を得るためにはＭｏ当
量（１／２Ｗ＋Ｍｏ）で０．２％以上の添加が必要であ
る。また、過度の添加により巨大炭化物および偏析を生
成し、靱性を低下させることから上限をＭｏ当量（１／
２Ｗ＋Ｍｏ）で２．０％とした。
物を形成し、高温強度および高温軟化抵抗性を向上させ
る。ただし、この効果を得るためのＷ量はＭｏ量の２倍
必要である。よってこれらの効果を得るためにはＭｏ当
量（１／２Ｗ＋Ｍｏ）で０．２％以上の添加が必要であ
る。また、過度の添加により巨大炭化物および偏析を生
成し、靱性を低下させることから上限をＭｏ当量（１／
２Ｗ＋Ｍｏ）で２．０％とした。
【００１６】Ｎｂは、耐摩耗性および高温軟化抵抗性を
向上させるとともに、固溶しにくい炭化物を形成し、焼
入れ加熱時にオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する
ことにより、靱性を向上させる。本発明において、特に
高い靱性を必要とする場合にＮｂを添加する。以上の効
果を得るために０．０１％以上の添加が必要である。た
だし、０．１５％を超えて添加すると過剰に炭化物を形
成し、靱性を低下させることから上限を０．１５％とし
た。
向上させるとともに、固溶しにくい炭化物を形成し、焼
入れ加熱時にオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する
ことにより、靱性を向上させる。本発明において、特に
高い靱性を必要とする場合にＮｂを添加する。以上の効
果を得るために０．０１％以上の添加が必要である。た
だし、０．１５％を超えて添加すると過剰に炭化物を形
成し、靱性を低下させることから上限を０．１５％とし
た。
【００１７】Ｃｏは、強度および炭化物の凝集粗大化を
抑制することにより高温強度を向上させる。本発明にお
いて、特に高い高温強度を必要とする場合にはＣｏを添
加する。しかし、２．０％を超えて過剰に添加すると靱
性を低下させることから上限を２．０％とした。
抑制することにより高温強度を向上させる。本発明にお
いて、特に高い高温強度を必要とする場合にはＣｏを添
加する。しかし、２．０％を超えて過剰に添加すると靱
性を低下させることから上限を２．０％とした。
【００１８】
【実施例】以下、本発明を実施例により、詳細を説明す
る。
る。
【００１９】表１に示したＡ〜Ｎの１４ヒートを１００
ｋｇ真空誘導溶解炉にて出鋼し、平均径１９０ｍｍの鋳
塊に鋳込み、これを径３０ｍｍに鍛伸して供試材とし、
各供試材の特性を試験した。
ｋｇ真空誘導溶解炉にて出鋼し、平均径１９０ｍｍの鋳
塊に鋳込み、これを径３０ｍｍに鍛伸して供試材とし、
各供試材の特性を試験した。
【００２０】
【表１】
【００２１】各試験方法を次に示す。 １）シャルピー衝撃試験は、ＪＩＳ３号角１０ｍｍ×長
さ５５ｍｍ、Ｕノッチの試験片に対し、４４ＨＲＣにな
るように焼入焼戻して常温で試験を行った。 ２）高温引張試験は平行部径５ｍｍ、ゲージ長さ２５ｍ
ｍの試験片に対し、４４ＨＲＣになるように焼入焼戻し
て６００℃で試験を行った。
さ５５ｍｍ、Ｕノッチの試験片に対し、４４ＨＲＣにな
るように焼入焼戻して常温で試験を行った。 ２）高温引張試験は平行部径５ｍｍ、ゲージ長さ２５ｍ
ｍの試験片に対し、４４ＨＲＣになるように焼入焼戻し
て６００℃で試験を行った。
【００２２】その試験結果を表２に示す。
【００２３】
【表２】
【００２４】表２に示すように、本発明鋼（Ａ〜Ｈ）は
比較鋼（Ｉ〜Ｎ）に比べてシャルピー衝撃値および高温
引張り試験での伸び、絞りが優れた鋼であることが明ら
かになった。
比較鋼（Ｉ〜Ｎ）に比べてシャルピー衝撃値および高温
引張り試験での伸び、絞りが優れた鋼であることが明ら
かになった。
【００２５】さらに、追加試験としてＡ鋼のＮとＡｌを
それぞれ６水準ずつ変化させた鋼種を出鋼し、ＪＩＳ号
試験片によりシャルピー試験を調査した。結果を図１お
よび図２に示す。これらの図よりＡｌとＮの低下によっ
て靱性は著しく向上することが判る。すなわち、本発明
鋼は大割れや欠けなどを非常に起こしにくい鋼であるこ
とを示している。
それぞれ６水準ずつ変化させた鋼種を出鋼し、ＪＩＳ号
試験片によりシャルピー試験を調査した。結果を図１お
よび図２に示す。これらの図よりＡｌとＮの低下によっ
て靱性は著しく向上することが判る。すなわち、本発明
鋼は大割れや欠けなどを非常に起こしにくい鋼であるこ
とを示している。
【００２６】表１の本発明鋼Ａの成分にほぼ等しい成分
のアーク炉溶解鋼からなる金型をクランクシャフトの熱
間鍛造に用いた。この金型寸法は５５０×５００×１１
００ｍｍ、金型硬さは３８ＨＲＣ、被加工材は非調質鋼
である。従来鋼ではこの金型は２０００ショット程度で
型表面に摩耗または割れが発生するため、その都度再度
リシンクして使用している。ただし、例えば従来鋼であ
る表１のＩ鋼ではリシンクが４回、５回となると型彫り
面が素材の中心部に近づくため、使用早期に型彫り面に
割れが発生し、廃型となる。しかし、本発明鋼Ａでは中
心部の靱性向上により表３に示すように、６回リシンク
においても型寿命がほとんど低下せず、高寿命が得られ
た。
のアーク炉溶解鋼からなる金型をクランクシャフトの熱
間鍛造に用いた。この金型寸法は５５０×５００×１１
００ｍｍ、金型硬さは３８ＨＲＣ、被加工材は非調質鋼
である。従来鋼ではこの金型は２０００ショット程度で
型表面に摩耗または割れが発生するため、その都度再度
リシンクして使用している。ただし、例えば従来鋼であ
る表１のＩ鋼ではリシンクが４回、５回となると型彫り
面が素材の中心部に近づくため、使用早期に型彫り面に
割れが発生し、廃型となる。しかし、本発明鋼Ａでは中
心部の靱性向上により表３に示すように、６回リシンク
においても型寿命がほとんど低下せず、高寿命が得られ
た。
【００２７】
【表３】
【００２８】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明鋼は、従来
鋼に比べ、欠けおよび大割れの発生を抑えた高靱性熱間
工具鋼であり、焼入れ性も優れていることから、割れに
より寿命に至る大型金型や使用負荷の大きな金型に使用
することにより、寿命向上が期待できる。
鋼に比べ、欠けおよび大割れの発生を抑えた高靱性熱間
工具鋼であり、焼入れ性も優れていることから、割れに
より寿命に至る大型金型や使用負荷の大きな金型に使用
することにより、寿命向上が期待できる。
【図１】熱間工具鋼のシャルピー衝撃値に及ぼす窒素含
有量の影響を示す図である。
有量の影響を示す図である。
【図２】熱間工具鋼のシャルピー衝撃値に及ぼすアルミ
ニュウム含有量の影響を示す図である。
ニュウム含有量の影響を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ ：０．２０〜０．６０
％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．５〜２．
０％、Ｎｉ：０．５〜２．５％、Ｃｒ：１．０〜４．０
％、Ｖ ：０．０５〜１．００％、Ａｌ：０．０１％以
下、Ｎ ：６０ｐｐｍ以下を含有し、さらにＭｏ：０．
２〜２．０％、Ｗ ：０．２〜４．０％のうちいずれか
１種または２種（ただし、２種の場合、１／２Ｗ＋Ｍ
ｏ：０．２〜２．０％）を含有し、残部Ｆｅおよび不可
避の不純物からなることを特徴とする高靱性熱間工具
鋼。 - 【請求項２】 重量％で、Ｃ ：０．２０〜０．６０
％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．５〜２．
０％、Ｎｉ：０．５〜２．５％、Ｃｒ：１．０〜４．０
％、Ｖ ：０．０５〜１．００％、Ｎｂ：０．０１〜
０．１５％、Ａｌ：０．０１％以下、Ｎ ：６０ｐｐｍ
以下を含有し、さらにＭｏ：０．２〜２．０％、Ｗ ：
０．２〜４．０％のいずれか１種または２種（ただし、
２種の場合、１／２Ｗ＋Ｍｏ：０．２〜２．０％）を含
有し、残部Ｆｅおよび不可避の不純物からなることを特
徴とする高靱性熱間工具鋼。 - 【請求項３】 重量％で、Ｃ ：０．２０〜０．６０
％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．５〜２．
０％、Ｎｉ：０．５〜２．５％、Ｃｒ：１．０〜４．０
％、Ｖ ：０．０５〜１．００％、Ｃｏ：２．０％以
下、Ａｌ：０．０１％以下、Ｎ ：６０ｐｐｍ以下を含
有し、さらにＭｏ：０．２〜２．０％、Ｗ ：０．２〜
４．０％のいずれか１種または２種（ただし、２種の場
合、１／２Ｗ＋Ｍｏ：０．２〜２．０％）を含有し、残
部Ｆｅおよび不可避の不純物からなることを特徴とする
高靱性熱間工具鋼。 - 【請求項４】 重量％で、Ｃ ：０．２０〜０．６０
％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．５〜２．
０％、Ｎｉ：０．５〜２．５％、Ｃｒ：１．０〜４．０
％、Ｖ ：０．０５〜１．００％、Ｎｂ：０．０１〜
０．１５％、Ｃｏ：２．０％以下、Ａｌ：０．０１％以
下、Ｎ ：６０ｐｐｍ以下を含有し、さらにＭｏ：０．
２〜２．０％、Ｗ ：０．２〜４．０％のいずれか１種
または２種（ただし、２種の場合、１／２Ｗ＋Ｍｏ：
０．２〜２．０％）を含有し、残部Ｆｅおよび不可避の
不純物からなることを特徴とする高靱性熱間工具鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26955493A JP2834654B2 (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | 高靱性熱間工具鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26955493A JP2834654B2 (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | 高靱性熱間工具鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07102342A true JPH07102342A (ja) | 1995-04-18 |
| JP2834654B2 JP2834654B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=17474002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26955493A Expired - Lifetime JP2834654B2 (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | 高靱性熱間工具鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2834654B2 (ja) |
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-
1993
- 1993-10-01 JP JP26955493A patent/JP2834654B2/ja not_active Expired - Lifetime
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