JPS6160863A - 耐熱疲労特性及び焼戻し軟化抵抗にすぐれた熱間工具鋼 - Google Patents

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】 本発明は耐熱疲労特性及び焼戻し軟化抵抗にすぐれた熱
間工具鋼に関する。

アルミ合金押出用マンドレル、Ｃｕ合金押出用マンドレ
ル及びダイス、アルミダイカスト金型、鍛造プレス金型
等の熱間工具鋼の素材鋼としては、従来、０．４　Ｃ−
５Ｃｒ系の５ＫＤ６１鋼や５ＫＤ６２鋼等が一般的に用
いられている。

しかし、近年、熱間鍛造の精密化や高速化、アルミ合金
の高圧鍛造等の成形加工技術の向上に伴い、加工温度の
上昇や加工時間サイクルの短縮化が進むと共に、複雑な
形状を有する製品の加工も行なわれるようになり、かく
して、工具に対する温度及び応力条件が従来におけるよ
りも厳しくなっている。−ガにおいて、加工製品の寸法
精度の向上や表面疵、パリの低減等の要求が高まりつつ
あり、このために工具の熱疲労亀裂や変形に対する廃却
基準も厳しさを増しつつある。

このように、工具の使用環境が苛酷化するにつれて、従
来より用いられている前記熱間工具鋼によれば、非常に
少ない使用回数にて熱疲労亀裂が発生し、或いは、軟化
及び強度不足によって工具が変形し、廃却されることが
多くみられるに至っている。また、熱間工具鋼として５
ＫＤａ鋼のような高級鋼も使用されることがあるが、こ
の鋼は前記従来鋼に比べて靭性が著しく低いために、使
用範囲が限られる問題を有する。

本発明者らは熱間工具鋼における上記した問題を解決す
るために鋭意研究した結果、Ｓ　Ｋ　Ｄ　Ｓ鋼を基本組
成とし、そのＷ量を低減して靭性を高めると共に、Ｍｏ
を添加することによって特に耐摩耗性を窩め、更に、Ｃ
ｒ及びＣＯを添加することによって特に強靭化を図り、
また、耐熱疲労特性と焼戻し軟化抵抗を高めて、本発明
鋼１を完成するに至った。

本発明による耐熱疲労特性及び焼戻し軟化抵抗にすぐれ
た熱間工具鋼は、重量％で Ｃ０．３５〜０．４５％、 Ｓｉ０．１〜１．０９／６、 Ｍｎ　　０．１〜１．０％、 Ｃｒ　　　４〜６％、 ＭＯ１，２〜３．０％、 Ｗ　　　　１．７〜２．３％、 ■　　１６７〜２．３％、 Ｃｏ４．６〜７％、 残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする。

本発明鋼において化学成分を限定する理由を説明する。

Ｃはオーステナイト域への加熱時に■と未固溶炭化物を
形成し、結晶粒の粗大化を抑制すると共に、焼戻しによ
って炭化物を形成し、鋼の強度及び耐摩耗性、軟化抵抗
を向上させる。このような効果を有効に発揮させるため
に、本発明鋼においてはＣを少なく゛とも０．３５％添
加することが必要である。しかし、過多に添加するとき
、靭性を低下させるので、Ｃの上限を０．４５％とする
。

Ｓｉは脱酸剤として必要であり、また、適度の耐酸化性
と高温強度を与えるために、下限量を０、１％とするが
、過多に添加するときは、被削性及び靭性を劣化させる
と共に、熱伝導性を低下させるので、その添加量の上限
を１．０％とする。

Ｍｎは脱酸及び焼入れ性の向上のために少なくとも０．
１％を添加することが必要である。しかし、過多に添加
するときは、被削性及び靭性を劣化させるので、添加量
は１．０％以下とする。

Ｃｒは焼入れ性の向上、Ａ１点の上昇、マトリックスの
強靭化、軟化抵抗の向上、炭化物による強化、耐摩耗性
の改善等に効果があり、かかる効果を有効に発現させる
ために、本発明鋼によれば少なくとも４％の添加を必要
とする。しかし、余りに多量に添加することは、炭化物
の凝集を促進し、焼戻し軟化抵抗や高温強度を低下させ
るので、その添加量の上限を６％とする。

ＭＯも焼入れ性の向上に寄与すると共に、Ａ１点の上昇
、マｌ−ＩＪフックス強靭化、耐熱疲労特性及び軟化抵
抗の向上、炭化物による強化、耐摩耗性の改善等に効果
がある。そのために、本発明鋼においては、かかる効果
を有効に発現させるために、少なくとも１．２％の添加
を必要とする。しかし、過多に添加するときは、靭性を
低下させるので、その添加量は３゜０％以下とする。

Ｗも焼入れ性の向上に寄与すると共に、特に、耐熱疲労
特性及び軟化抵抗の向上に効果を有し、更に、Ａ１点の
上昇、マトリックスの強靭化及び炭化物による耐摩耗性
の改善等に効果があり、本発明鋼においては、少なくと
も１．７％の添加を添加する。しかし、前記したように
、Ｗは鋼の靭性を顕著に低下させるので、その添加量は
２．３％以下とする。

■は鋼のオーステナイト域への加熱時の結晶粒の粗大化
を防止し、靭性の低下を抑制し、また、耐摩耗性を向上
させるのに有効であるので、本発明鋼においては、少な
くとも１．７％を添加する。

しかし、過多に添加するときは、鋼の靭性を大幅に劣化
させるので、その上限を２．３％とする。

ＣＯは、マトリックスへの固溶による強度の向上、耐熱
疲労特性及び耐軟化抵抗の増大に著しい効果を有し、本
発明においては少なくとも４．６％を添加する。また、
焼戻し硬さを得るためにも有効である。しかし、過剰に
添加しても、効果が飽和すると共に、鋼の靭性を劣化さ
せるので、添加量の上限は７％とする。

以下に本発明鋼を実施例によって詳細に説明する。

実施例 第１表に本発明鋼及び比較鋼の化学組成を、これらの鋼
の室温及び６００℃における引張特性を第２表に示す。

本発明鋼によれば、室温及び６００°Ｃにおいて比較ｗ
４Ｃに比べて伸び及び絞りが大幅に改善されており、ま
た、いずれの比較鋼よりも高温強度にすぐれている。

本発明鋼及び比較鋼についての流動層式熱疲労試験によ
る結果を第１図及び第３表に示す。比較ｉＤが熱疲労特
性に著しく劣ることが明らかである。比較ｗ４ＣはＤに
比べて比較的すぐれた耐熱疲労特性を有するが、本発明
鋼はこの比較ｉｃよりも更にすぐれた耐熱疲労特性を有
する。即ち、本発明鋼によれば、４００００サイクル後
にも亀裂長さは１龍に達せず、すぐれた亀裂伝播抵抗を
有することが明らかである。

尚、上記熱疲労試験は、アルミナ粒子を熱媒体とする二
つの流動層式恒温槽からなる試験機に試験片を交互に浸
漬して加熱冷却を繰り返した。熱サイクル条件は高温槽
７００°Ｃ１低温槽１３０°Ｃとし、それぞれに１５秒
及び４５秒ずつ浸漬した。

この熱サイクルにて試験片の表面は最高約６００°Ｃに
達し、金型の熱解析結果に近い温度条件となった。試験
片の形状及び寸法を第２図に示す。即ち、試験片は直径
７０ｍｍ、厚さ２耀鳳の外周に３個の半円状切欠きを有
し、熱疲労試験中にこの部分に発生する亀裂長さを顕微
鏡により測定した。

更に、本発明鋼及び比較鋼について６００　’Ｃの温度
に所定時間保持したときの軟化抵抗を第４表に示す。比
較＃４Ｄ及びＥは６００　’Ｃにｉｏｏ時間保持したと
きの軟化が顕著であるのに対して、比較鋼Ｃはすぐれた
軟化抵抗を有する。本発明鋼はこの比較鋼Ｃとほぼ同程
度の軟化抵抗を有する。

以上のように、本発明による熱間工具鋼は、非常にすぐ
れた耐熱疲労特性、焼戻し軟化抵抗及び高温強度を有し
、従来鋼の５ＫＤ６１鋼や５ＫＤ６２鋼の熱疲労亀裂発
生までの寿命を大幅に改善すると共に、非常にすぐれた
亀裂伝播抵抗を有しており、基本組成鋼の５ＫＤ８ｔ！
Ａに比べてもすぐれた特性を有していることが明らかで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱疲労試験における本発明鋼及び比較鋼の亀裂
成長を示すグラフ、第２図は熱疲労試験において用いた
試験片を示す平面図及び断面図である。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 第１図 サイフル牧（ｘ＋ｏ’）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で Ｃ　０．３５〜０．４５％、 Ｓｉ　０．１〜１．０％、 Ｍｎ　０．１〜１．０％、 Ｃｒ　４〜６％、 Ｍｏ　１．２〜３．０％、 Ｗ　１．７〜２．３％、 Ｖ　１．７〜２．３％、 Ｃｏ　４．６〜７％、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる耐熱疲労特性及び焼
   戻し軟化抵抗にすぐれた熱間工具鋼。