JP2000226635A - 高温強度と靱性に優れた熱間工具鋼 - Google Patents
高温強度と靱性に優れた熱間工具鋼Info
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Abstract
Si:0.10〜1.00%未満、Mn:0.30〜
1.50%、Ni:0.50〜2.00%、Cr:2.
70〜5.50%、Mo:2.00〜3.00%、V:
0.50%を超え、1.00%以下、B:0.0005
〜0.0100%、Al:0.005〜0.10%未満
を含有し、残部はFe及び不可避的不純物で、不純物中
のPは0.015%以下、Sは0.005%以下、Nは
0.015%以下であり、かつ、焼入時の組織がマルテ
ンサイト+ベイナイトで、そのうちのベイナイト率が5
〜80%である高温強度と靱性に優れた熱間工具鋼。 【効果】 高温強度と靱性を、従来技術では成し得なか
った高いレベルで両立させることができ、熱間鍛造、押
し出し、ダイカストに用いられる金型や、マンドレル等
に使用した場合には、その工具寿命を延ばすことが可能
である。
Description
金型、押し出し型、ダイカスト金型の使用に適した、高
温強度と靱性に優れた熱間工具鋼に関するものである。
の金型に使用される工具鋼は、使用時の熱応力や作業応
力によるヒートチェックの発生、大割れ、摩耗に耐え得
るだけの十分な高温強度と靱性が要求される。
JIS G 4404に多種類のものが規定されている
が、中でも5Cr−Mo−V系のSKD61やSKD6
2等、3Cr−3Mo−V系のSKD7、及び、Ni−
Cr−Mo−V系の低合金鋼であるSKT3やSKT4
等が多用されている。しかしながら、これらの工具鋼で
は前記の要求される高温強度と靱性を共に満足すること
は不可能である。
より、靱性の低下を伴わずに焼戻し後の高温強度を上昇
させるものを、特開平8−269625号で開示してい
る。また、本出願人は、特願平10−74346号で、
焼入時のマルテンサイト組織にベイナイト組織を混合さ
せることによって、マルテンサイト組織に比べて靱性は
若干低下するものの、焼戻し後の高温強度を上昇させる
ものを提案している。しかしながら、これらにあって
も、用途によっては、前記の要求される特性を得るには
不十分である。
ものであり、高温強度と靱性が共に優れた熱間工具鋼を
提供することを目的としている。
ために、本発明の高温強度と靱性に優れた熱間工具鋼
は、Bを添加すると共に、焼入時の組織がマルテンサイ
ト+ベイナイトで、そのうちのベイナイト率が5〜80
%とすることとしている。そして、このようにすること
で、高温強度と靱性を高いレベルで両立させることがで
きる。
を添加したり、焼入時のマルテンサイト組織にベイナイ
ト組織を混合させることが有効であることは、上記した
特開平8−269625号や特願平10−74346号
によって判明しているが、本発明者らのその後の研究に
より、ある特定範囲のベイナイト率のときには、夫々の
単独の技術では成し得なかった高温強度レベルが得られ
ることを知見した。
比率を増加させることによって、マルテンサイト組織に
比べて靱性が若干低下するものの高温強度を上昇させる
ことができるのは、ベイナイトとマルテンサイトから析
出する炭化物の形態に起因している。すなわち、焼戻し
後のベイナイトは、マルテンサイトと比較すると、粗大
な炭化物が析出するので、靱性が低下するものの、Mo
2 Cが微細析出するので、高温強度が上昇するからであ
る。一方、Bを添加した場合には、炭化物を微細に析出
させる効果があり、高温強度の低下を抑えることにな
る。
低い場合には、ベイナイトからの微細炭化物の析出量が
少ないので、高温強度を上昇させる効果が小さい。反対
に、ベイナイトの混合率が80%を超えると、微細な炭
化物量は増加するものの、粗大な炭化物も多くなるの
で、靱性を大きく低下させると考えられる。つまり、ベ
イナイトの混合率が5〜80%の場合に、Bを添加した
場合には、粗大な炭化物量が少なく、微細な炭化物量が
多くなって、図1に示すように、高温強度と靱性を高い
レベルで両立させることができる。
鋼は、上記知見に加え、その他の元素の影響を調査した
結果に基づいて成されたものであり、重量%で、C:
0.25〜0.40%、Si:0.10〜1.00%未
満、Mn:0.30〜1.50%、Ni:0.50〜
2.00%、Cr:2.70〜5.50%、Mo:2.
00〜3.00%、V:0.50%を超え、1.00%
以下、B:0.0005〜0.0100%、Al:0.
005〜0.10%未満を含有し、残部はFe及び不可
避的不純物で、不純物中のPは0.015%以下、Sは
0.005%以下、Nは0.015%以下であり、か
つ、焼入時の組織がマルテンサイト+ベイナイトで、そ
のうちのベイナイト率が5〜80%であること要旨とす
るものである。
熱間工具鋼における成分組成を限定する理由について説
明する。 C:Cは鋼の焼入性を高め、靱性を向上させ、焼戻し時
に炭窒化物として二次析出して高温強度を向上させる作
用を有する。しかし、その含有量が0.25%未満では
添加効果が乏しく、0.40%を超えて含有させると、
被削性の低下を引き起こすため、本発明ではその含有量
を0.25〜0.40%とした。
有する。しかし、その含有量が0.10%未満では添加
効果に乏しく、1.00%以上であると靱性、高温強度
を共に低下させて熱間工具寿命の低下を引き起こす。そ
こで、本発明ではその含有量を0.10〜1.00%未
満とした。特に望ましい範囲は0.10〜0.30%未
満である。
を高めるのに有効な元素である。しかし、その含有量が
0.30%未満では添加効果が得られず、1.50%を
超えると偏析が生じて靱性、強度を低下するようになる
ので、本発明ではその含有量を0.30〜1.50%と
した。
せて靱性を改善するのに有効な元素であるが、その含有
量が0.50%未満ではその効果が乏しく、2.00%
を超えると変態点を下げて高温強度の低下を招く。従っ
て、本発明ではその含有量を0.50〜2.00%とし
た。
な元素であるが、その含有量が2.70%未満では十分
な効果が得られず、5.50%を超えると高温強度の低
下を招くようになるので、本発明ではその含有量を2.
70〜5.50%とした。より望ましい範囲は、3.5
0〜4.50%である。
を向上させて、靱性と高温強度を高める作用を有する。
しかし、その含有量が2.00%未満では添加効果が得
られない。一方、3.00%を超えると被削性、靱性が
低下する。従って、本発明ではその含有量を2.00〜
3.00%とした。
である。Vの含有量が0.50%未満であるとその効果
が乏しく、1.00%以上では被削性と靱性を悪化させ
る。そこで、本発明ではその含有量を0.50%を超
え、1.00%以下とした。
炭化物の粒成長を抑制し、高温強度の低下を防止する。
しかし、0.0005%未満ではその効果が得られず、
0.0100%を超えると靱性が低下するので、本発明
ではその含有量を0.0005〜0.0100%とし
た。
を図るのに有効な元素であり、その含有量が0.005
%未満ではその効果を得ることができない。また、0.
10%以上では被削性の低下や鋼中の地きずの原因とな
る。そのため、本発明ではその含有量を0.005〜
0.10%未満とした。
てのP,S及びNの含有量を夫々下記の通り規制する。 P:Pは含有量が多いと偏析が大きくなり、靱性の低下
や熱亀裂の発生を助長するので、その含有量は可能な限
り少ないことが望ましい。そこで、本発明ではその含有
量を0.015%以下に限定した。
せるが、靱性を低下させるので、含有量は可能な限り少
ないことが望ましい。そこで、本発明ではその含有量を
0.005%以下に限定した。
の固溶V量を減少させる。固溶V量が少ないと焼戻し時
に二次析出するV炭窒化物の量が減少し、高温強度が低
下する。そこで、本発明ではその含有量を0.015%
以下に限定した。
織はマルテンサイトとベイナイトの混合組織に限定され
る。この時の混合組織のベイナイトの混合比率を示すベ
イナイト率は、厚さ10mmの素材を焼入れする際に、
水冷した場合の素材の硬さをH1、室温まで20時間か
けて冷却した場合の素材の硬さをH2とし、実際に熱処
理をしたときの素材の硬さをHとしたとき、下記の式
によって算出される。なお、硬さはビッカース硬さで表
示する。 ベイナイト率(%)=100−(H−H2)/(H1−H2)×100…
ように、ベイナイト率が0(100%マルテンサイト)
〜4%のときは、Bを添加しても、高温強度の低下が著
しく、反対に、ベイナイト率が80%を超えるときは、
B添加による高温強度の低下の抑制効果がなく、しか
も、靱性の低下をも招く。そこで、本発明ではベイナイ
ト率を5〜80%に限定した。
て説明する。下記表1に示す成分組成を有する本発明鋼
(No.22〜No.37)、並びに、*印を付した成
分が本発明で規定する範囲から外れる比較鋼(No.1
〜No.21及びNo.38〜No.51、このうちN
o.16はJIS SKD61)を、電気炉を溶製して
得た鋼塊を分塊し、鍛錬比5以上で鍛造した後、800
〜850℃で焼鈍した。焼入組織を変化させるために、
厚さを10〜800mmにし、900〜1050℃から
水冷、油冷、炉冷により焼入を実施した。そして、引き
続き、焼戻しを550〜640℃で行い、硬さHS55
〜60に調整して金型を製造し、高温強度試験と破壊靱
性試験を実施した。このうち、高温強度試験は、JIS
14A 号試験片(直径D=6mm)にて、JIS
G 0567に準拠し、700℃の試験温度で行い、
0.2%耐力を測定した。また、破壊靱性試験は、AS
TM E399 83に準じて測定した。
m3/2 以上、かつ、600℃の0.2%耐力が100k
gf/mm2 以上のとき、高温強度と靱性が高いレベル
で両立し、工具寿命が優れることが判っている。下記表
1に示される本発明鋼は、下記表2に示すように、破壊
靱性値、600℃の0.2%耐力のすべてが高いレベル
で両立し、比較鋼よりも優れている。また、本発明鋼を
熱間鍛造金型として評価した例を下記表3に示すが、い
ずれも比較鋼よりも工具寿命が長かった。
鋼は、高温強度と靱性を、従来技術では成し得なかった
高いレベルで両立させることができ、熱間鍛造、押し出
し、ダイカストに用いられる金型や、マンドレル等に使
用した場合には、その工具寿命を延ばすことが可能であ
る。
と、0.2%耐力を、Bを添加した場合と、添加しない
場合とで測定した結果を示した図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 重量%で、C:0.25〜0.40%、
Si:0.10〜1.00%未満、Mn:0.30〜
1.50%、Ni:0.50〜2.00%、Cr:2.
70〜5.50%、Mo:2.00〜3.00%、V:
0.50%を超え、1.00%以下、B:0.0005
〜0.0100%、Al:0.005〜0.10%未満
を含有し、残部はFe及び不可避的不純物で、不純物中
のPは0.015%以下、Sは0.005%以下、Nは
0.015%以下であり、かつ、焼入時の組織がマルテ
ンサイト+ベイナイトで、そのうちのベイナイト率が5
〜80%であることを特徴とする高温強度と靱性に優れ
た熱間工具鋼。
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-
1999
- 1999-02-05 JP JP02838599A patent/JP4123618B2/ja not_active Expired - Fee Related
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