JP2002012952A - 冷間工具鋼 - Google Patents
冷間工具鋼Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、十分な耐摩耗性を確保し、耐疲労
性が劣化しない程度の炭化物を含有した強度の優れた高
寿命が得られる冷間工具鋼を提供すること。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．６５〜１．３％、Ｓ
ｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：
５．０〜１３．０％、ＭｏまたはＷのいずれか１種また
は２種をＭｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜５．０
％、ＶまたはＮｂのいずれか１種または２種をＶ当量
（Ｖ＋１／２Ｎｂ）：０．１〜２．５％、残部Ｆｅおよ
び不可避的不純物よりなり、鋼のマルテンサイト組織
に、体積％で５〜２０％の残留オーステナイト組織を残
留させたことを特徴とする冷間工具鋼。さらに、炭化物
凝集部（炭化物間距離のｂ／ａ≦０．５の部分）の凝集
サイズが１００μｍ以下、ないし炭化物のサイズが５〜
１５μｍとしたことを特徴とする冷間工具鋼。ただし、
ａ：個々の炭化物の重心間距離、ｂ：最短炭化物間距離
性が劣化しない程度の炭化物を含有した強度の優れた高
寿命が得られる冷間工具鋼を提供すること。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．６５〜１．３％、Ｓ
ｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：
５．０〜１３．０％、ＭｏまたはＷのいずれか１種また
は２種をＭｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜５．０
％、ＶまたはＮｂのいずれか１種または２種をＶ当量
（Ｖ＋１／２Ｎｂ）：０．１〜２．５％、残部Ｆｅおよ
び不可避的不純物よりなり、鋼のマルテンサイト組織
に、体積％で５〜２０％の残留オーステナイト組織を残
留させたことを特徴とする冷間工具鋼。さらに、炭化物
凝集部（炭化物間距離のｂ／ａ≦０．５の部分）の凝集
サイズが１００μｍ以下、ないし炭化物のサイズが５〜
１５μｍとしたことを特徴とする冷間工具鋼。ただし、
ａ：個々の炭化物の重心間距離、ｂ：最短炭化物間距離
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金型寿命に優れた
冷間工具鋼に関するものである。
冷間工具鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、冷間加工用工具には、ＪＩＳ−Ｓ
ＫＤ１１が広く使用されている。しかし、近年、塑性加
工技術の進歩や被加工材の高強度化にともない、使用さ
れる冷間加工用工具への負荷応力が大きくなっている。
そのため、ＪＩＳ−ＳＫＤ１１では硬度や靱性の不足に
より、対応できない場合が多くなっている。一方で、Ｓ
ＫＤ１１を改良した種々の冷間工具鋼が提案されてお
り、最近では、炭化物の量、サイズを規定した冷間工具
鋼も提案され、型寿命の向上が図られて、例えば特開平
１−２０１４４２号公報、特開平２−２４７３５７号公
報、特開平５−１５６４０７号公報、特開昭５９−１７
９７６２号公報、および特開平１１−３１０８２０号公
報の発明が提案されている。
ＫＤ１１が広く使用されている。しかし、近年、塑性加
工技術の進歩や被加工材の高強度化にともない、使用さ
れる冷間加工用工具への負荷応力が大きくなっている。
そのため、ＪＩＳ−ＳＫＤ１１では硬度や靱性の不足に
より、対応できない場合が多くなっている。一方で、Ｓ
ＫＤ１１を改良した種々の冷間工具鋼が提案されてお
り、最近では、炭化物の量、サイズを規定した冷間工具
鋼も提案され、型寿命の向上が図られて、例えば特開平
１−２０１４４２号公報、特開平２−２４７３５７号公
報、特開平５−１５６４０７号公報、特開昭５９−１７
９７６２号公報、および特開平１１−３１０８２０号公
報の発明が提案されている。
【０００３】この特開平１−２０１４４２号公報は、重
量％で、Ｃ：０．９０〜１．３５％、Ｓｉ：０．７０〜
１．４０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｓ：０．００４％以
下、Ｃｒ：８．０〜１０．０、ＭｏとＷの１種または２
種をＭｏ＋Ｗ／２で１．５〜２．５％、ＶとＮｂの１種
または２種をＶ＋Ｎｂ／２で０．１５〜２．５％を含
み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、さらに焼
入れ焼もどし組織において、Ｍ7 Ｃ3 型炭化物の面積率
を２％以上９％以下、ＭＣ炭化物の面積率を２．５％以
下とした転造ダイス用鋼にある。確かに、この発明に
は、炭化物についての面積率、および粒径を規制してい
るが、しかし、主に靱性の向上、炭化物の連鎖状分布を
経路とした亀裂伝播の抑制を目的としたものである。こ
れに対し、本発明は金型寿命のばらつき、極度な低寿命
をもたらす因子である炭化物の凝集に着目し、炭化物凝
集サイズを規定することにより、金型寿命のばらつき、
および極度な低寿命金型を低減し、金型の平均寿命の向
上をはかると言うものである。
量％で、Ｃ：０．９０〜１．３５％、Ｓｉ：０．７０〜
１．４０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｓ：０．００４％以
下、Ｃｒ：８．０〜１０．０、ＭｏとＷの１種または２
種をＭｏ＋Ｗ／２で１．５〜２．５％、ＶとＮｂの１種
または２種をＶ＋Ｎｂ／２で０．１５〜２．５％を含
み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、さらに焼
入れ焼もどし組織において、Ｍ7 Ｃ3 型炭化物の面積率
を２％以上９％以下、ＭＣ炭化物の面積率を２．５％以
下とした転造ダイス用鋼にある。確かに、この発明に
は、炭化物についての面積率、および粒径を規制してい
るが、しかし、主に靱性の向上、炭化物の連鎖状分布を
経路とした亀裂伝播の抑制を目的としたものである。こ
れに対し、本発明は金型寿命のばらつき、極度な低寿命
をもたらす因子である炭化物の凝集に着目し、炭化物凝
集サイズを規定することにより、金型寿命のばらつき、
および極度な低寿命金型を低減し、金型の平均寿命の向
上をはかると言うものである。
【０００４】また、特開平２−２４７３５７号公報は、
上述の特開平１−２０１４４２号公報に、さらに、不純
物であるＡｓ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｂ，Ｐｂ，Ｂｉの合
計量が０．１３％以下からなる転造ダイス用鋼にある。
さらに、特開平５−１５６４０７号公報は、焼入焼もど
し組織において、粒径２μｍ以上のＭＣ型残留炭化物と
Ｍ6 Ｃ型残留炭化物の１種または２種の合計の面積率が
３％以下、粒径２μｍ以上のＭ7 Ｃ3 型残留炭化物の面
積率が１％以下と規制したものである。いずれも、特開
平１−２０１４４２号公報と同様に、主に靱性の向上、
炭化物の連鎖状分布を経路とした亀裂伝播の抑制を目的
としたものである。これに対し、本発明は、前述のよう
に、炭化物の凝集に着目し、炭化物凝集サイズを規定す
ることにより、金型寿命のばらつき、および極度な低寿
命金型を低減し、金型の平均寿命の向上をはかると言う
ものである。
上述の特開平１−２０１４４２号公報に、さらに、不純
物であるＡｓ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｂ，Ｐｂ，Ｂｉの合
計量が０．１３％以下からなる転造ダイス用鋼にある。
さらに、特開平５−１５６４０７号公報は、焼入焼もど
し組織において、粒径２μｍ以上のＭＣ型残留炭化物と
Ｍ6 Ｃ型残留炭化物の１種または２種の合計の面積率が
３％以下、粒径２μｍ以上のＭ7 Ｃ3 型残留炭化物の面
積率が１％以下と規制したものである。いずれも、特開
平１−２０１４４２号公報と同様に、主に靱性の向上、
炭化物の連鎖状分布を経路とした亀裂伝播の抑制を目的
としたものである。これに対し、本発明は、前述のよう
に、炭化物の凝集に着目し、炭化物凝集サイズを規定す
ることにより、金型寿命のばらつき、および極度な低寿
命金型を低減し、金型の平均寿命の向上をはかると言う
ものである。
【０００５】さらに、特開昭５９−１７９７６２号公報
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、残部Ｆｅおよび不純物からなり、４５０℃以上
の温度で焼もどしされてなる冷間工具鋼であり、また、
特開平５−１５６４０７号公報は、主に靱性の向上、炭
化物の連鎖状分布を経路とした亀裂伝播の抑制を目的と
したものである。これに対し、本発明は前述同様に、炭
化物の凝集に着目し、炭化物凝集サイズを規定すること
により、金型寿命のばらつき、および極度な低寿命金型
を低減し、金型の平均寿命の向上をはかることにある。
また、特開平１１−３１０８２０号公報は残留オーステ
ナイト組織の経年変化を示したもので、本発明の目的と
は全く異なるものである。
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、残部Ｆｅおよび不純物からなり、４５０℃以上
の温度で焼もどしされてなる冷間工具鋼であり、また、
特開平５−１５６４０７号公報は、主に靱性の向上、炭
化物の連鎖状分布を経路とした亀裂伝播の抑制を目的と
したものである。これに対し、本発明は前述同様に、炭
化物の凝集に着目し、炭化物凝集サイズを規定すること
により、金型寿命のばらつき、および極度な低寿命金型
を低減し、金型の平均寿命の向上をはかることにある。
また、特開平１１−３１０８２０号公報は残留オーステ
ナイト組織の経年変化を示したもので、本発明の目的と
は全く異なるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術は、
靱性また強度の点から炭化物サイズを規制したものであ
る。この理由は、一次炭化物の欠落による微少欠損を生
じたり、クラックの進展経路となることを防ぐためであ
る。これに対し、近年の塑性加工技術の進歩や被加工材
の高強度化に伴い、工具の耐摩耗性向上を目的に、さら
に耐疲労性を兼ね供えた金型に適した工具鋼が必要とさ
れることから、本発明は、最適な化学成分に限定し、炭
化物、炭化物凝集サイズを規制した鋼材のマルテンサイ
ト組織に体積％で５〜２０％の残留オーステナイト組織
を残存させることにより、十分な疲労性を確保し、耐摩
耗性が劣化しない程度の炭化物を含有した強度の優れた
高寿命が得られる冷間工具鋼を提供することを目的とす
るものである。
靱性また強度の点から炭化物サイズを規制したものであ
る。この理由は、一次炭化物の欠落による微少欠損を生
じたり、クラックの進展経路となることを防ぐためであ
る。これに対し、近年の塑性加工技術の進歩や被加工材
の高強度化に伴い、工具の耐摩耗性向上を目的に、さら
に耐疲労性を兼ね供えた金型に適した工具鋼が必要とさ
れることから、本発明は、最適な化学成分に限定し、炭
化物、炭化物凝集サイズを規制した鋼材のマルテンサイ
ト組織に体積％で５〜２０％の残留オーステナイト組織
を残存させることにより、十分な疲労性を確保し、耐摩
耗性が劣化しない程度の炭化物を含有した強度の優れた
高寿命が得られる冷間工具鋼を提供することを目的とす
るものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】その発明の要旨とすると
ころは、 （１）質量％で、Ｃ：０．６５〜１．３％、Ｓｉ：２．
０％以下、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：５．０〜１
３．０％、ＭｏまたはＷのいずれか１種または２種をＭ
ｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜５．０％、Ｖまた
はＮｂのいずれか１種または２種をＶ当量（Ｖ＋１／２
Ｎｂ）：０．１〜２．５％、残部Ｆｅおよび不可避的不
純物よりなり鋼のマルテンサイト組織に、体積％で５〜
２０％の残留オーステナイト組織を残留させたことを特
徴とする冷間工具鋼。
ころは、 （１）質量％で、Ｃ：０．６５〜１．３％、Ｓｉ：２．
０％以下、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：５．０〜１
３．０％、ＭｏまたはＷのいずれか１種または２種をＭ
ｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜５．０％、Ｖまた
はＮｂのいずれか１種または２種をＶ当量（Ｖ＋１／２
Ｎｂ）：０．１〜２．５％、残部Ｆｅおよび不可避的不
純物よりなり鋼のマルテンサイト組織に、体積％で５〜
２０％の残留オーステナイト組織を残留させたことを特
徴とする冷間工具鋼。
【０００８】（２）質量％で、Ｃ：０．６５〜１．３
％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃ
ｒ：５．０〜１３．０％、ＭｏまたはＷのいずれか１種
または２種をＭｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜
５．０％、ＶまたはＮｂのいずれか１種または２種をＶ
当量（Ｖ＋１／２Ｎｂ）：０．１〜２．５％、残部Ｆｅ
および不可避的不純物よりなり、かつ炭化物凝集部（炭
化物間距離のｂ／ａ≦０．５の部分）の凝集サイズが１
００μｍ以下であり、該鋼のマルテンサイト組織に、体
積％で５〜２０％の残留オーステナイト組織を残留させ
たことを特徴とする冷間工具鋼。 ただし、ａ：個々の炭化物の重心間距離 ｂ：最短炭化物間距離
％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃ
ｒ：５．０〜１３．０％、ＭｏまたはＷのいずれか１種
または２種をＭｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜
５．０％、ＶまたはＮｂのいずれか１種または２種をＶ
当量（Ｖ＋１／２Ｎｂ）：０．１〜２．５％、残部Ｆｅ
および不可避的不純物よりなり、かつ炭化物凝集部（炭
化物間距離のｂ／ａ≦０．５の部分）の凝集サイズが１
００μｍ以下であり、該鋼のマルテンサイト組織に、体
積％で５〜２０％の残留オーステナイト組織を残留させ
たことを特徴とする冷間工具鋼。 ただし、ａ：個々の炭化物の重心間距離 ｂ：最短炭化物間距離
【０００９】（３）前記（１）または（２）記載の鋼で
あって、該鋼の炭化物のサイズが５〜１５μｍとしたこ
とを特徴とする冷間工具鋼。 （４）前記（１）〜（３）記載の鋼に、Ｓ：０．０１〜
０．１０％添加することを特徴とする冷間工具鋼にあ
る。
あって、該鋼の炭化物のサイズが５〜１５μｍとしたこ
とを特徴とする冷間工具鋼。 （４）前記（１）〜（３）記載の鋼に、Ｓ：０．０１〜
０．１０％添加することを特徴とする冷間工具鋼にあ
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明鋼の各化学成分の
作用およびその限定理由を説明する。 Ｃ：０．６５〜１．３％ Ｃは、焼入焼戻により、十分なマトリックス硬さを与え
ると共に、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂなどと結合して炭化物
を形成し、硬さおよび耐摩耗性を与える元素である。し
かし、添加量が多過ぎると、凝固時に粗大炭化物が過剰
に析出し、靱性、耐疲労特性を劣化させることから、Ｃ
の上限を１．３％とした。一方、０．６５％未満では、
十分な二次硬化硬さが得られないので、その下限を０．
６５％としたが、強度と靱性の最適バランスを得るため
には、０．７５〜０．９５％の範囲が望ましい。
作用およびその限定理由を説明する。 Ｃ：０．６５〜１．３％ Ｃは、焼入焼戻により、十分なマトリックス硬さを与え
ると共に、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂなどと結合して炭化物
を形成し、硬さおよび耐摩耗性を与える元素である。し
かし、添加量が多過ぎると、凝固時に粗大炭化物が過剰
に析出し、靱性、耐疲労特性を劣化させることから、Ｃ
の上限を１．３％とした。一方、０．６５％未満では、
十分な二次硬化硬さが得られないので、その下限を０．
６５％としたが、強度と靱性の最適バランスを得るため
には、０．７５〜０．９５％の範囲が望ましい。
【００１１】Ｓｉ：２．０％以下 Ｓｉは、主に脱酸剤として添加されると共に、耐酸化性
および焼入性に有効な元素であると共に、焼戻過程にお
いて炭化物の凝集を抑え二次硬化を促進する元素であ
る。しかし、２．０％を越えて添加すると、靱性を低下
させるので、その上限を２．０％とした。 Ｍｎ：０．１〜２．０％ Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として添加し鋼の清浄度を
高めると共に焼入れ性を高める元素である。しかしなが
ら、２．０％を越えて添加すると、熱間加工性を阻害す
るうえに靱性を劣化させるので、その上限を２．０％と
した。
および焼入性に有効な元素であると共に、焼戻過程にお
いて炭化物の凝集を抑え二次硬化を促進する元素であ
る。しかし、２．０％を越えて添加すると、靱性を低下
させるので、その上限を２．０％とした。 Ｍｎ：０．１〜２．０％ Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として添加し鋼の清浄度を
高めると共に焼入れ性を高める元素である。しかしなが
ら、２．０％を越えて添加すると、熱間加工性を阻害す
るうえに靱性を劣化させるので、その上限を２．０％と
した。
【００１２】Ｃｒ：５．０〜１３．０％ Ｃｒは、焼入れ性を高めると共に、焼戻軟化抵抗を高め
る有効な元素である。この効果を満足するためには、少
なくとも５．０％以上必要である。従って、その下限を
５．０％とした。一方、Ｃｒは、凝固時にＣと結合して
巨大一次炭化物を形成し易く、過剰な添加は、靱性およ
び耐疲労特性を劣化させるため、その上限を１３．０
％、とした。好ましくは、７．５〜８．５％とした。
る有効な元素である。この効果を満足するためには、少
なくとも５．０％以上必要である。従って、その下限を
５．０％とした。一方、Ｃｒは、凝固時にＣと結合して
巨大一次炭化物を形成し易く、過剰な添加は、靱性およ
び耐疲労特性を劣化させるため、その上限を１３．０
％、とした。好ましくは、７．５〜８．５％とした。
【００１３】ＭｏまたはＷのいずれか１種または２種を
Ｍｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜５．０％、Ｍｏ
およびＷは、共に微細な炭化物を形成し、二次硬化に寄
与する重要な元素であると共に、耐軟化抵抗性を改善す
る元素である。ただし、その効果はＭｏの方がＷよりも
２倍強く、同じ効果を得るのに、ＷはＭｏの２倍必要で
ある。この両元素の効果は、Ｍｏ当量（Ｍｏ＋１／２
Ｗ）で表すことができる。本発明成分系においては、Ｍ
ｏ当量で少なくとも０．５％以上が必要である。逆に、
Ｍｏ当量の過剰添加は、靱性の低下を招くので、その上
限を５．０％とした。好ましくは１．５〜３．５％とし
た。
Ｍｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜５．０％、Ｍｏ
およびＷは、共に微細な炭化物を形成し、二次硬化に寄
与する重要な元素であると共に、耐軟化抵抗性を改善す
る元素である。ただし、その効果はＭｏの方がＷよりも
２倍強く、同じ効果を得るのに、ＷはＭｏの２倍必要で
ある。この両元素の効果は、Ｍｏ当量（Ｍｏ＋１／２
Ｗ）で表すことができる。本発明成分系においては、Ｍ
ｏ当量で少なくとも０．５％以上が必要である。逆に、
Ｍｏ当量の過剰添加は、靱性の低下を招くので、その上
限を５．０％とした。好ましくは１．５〜３．５％とし
た。
【００１４】ＶまたはＮｂのいずれか１種または２種を
Ｖ当量（Ｖ＋１／２Ｎｂ）：０．１〜２．５％ Ｖ、Ｎｂは、共に微細な炭化物を形成し二次硬化に寄与
し、耐軟化抵抗性を改善する重要な元素であると共に、
結晶粒微細化し、耐摩耗性を向上させる元素である。た
だし、その効果はＶの方がＮｂよりも２倍強く、同じ効
果を得るのに、ＮｂはＶの２倍必要である。この両元素
の効果はＶ当量（Ｖ＋１／２Ｎｂ）で表すことができ
る。本発明成分系においては、高温焼戻し硬度を得るた
めには、Ｖ当量で少なくとも０．１％以上が必要であ
る。過剰な添加は靱性を低下させ、硬質表面層との密着
性を阻害するため、その上限を２．５％とした。 Ｓ：０．０１〜０．１０％ Ｓは快削性を確保するために必要な元素である。しか
し、過剰な添加は靱性を低下させ、熱間加工性を劣化さ
せるため、０．０１〜０．１０％とした。
Ｖ当量（Ｖ＋１／２Ｎｂ）：０．１〜２．５％ Ｖ、Ｎｂは、共に微細な炭化物を形成し二次硬化に寄与
し、耐軟化抵抗性を改善する重要な元素であると共に、
結晶粒微細化し、耐摩耗性を向上させる元素である。た
だし、その効果はＶの方がＮｂよりも２倍強く、同じ効
果を得るのに、ＮｂはＶの２倍必要である。この両元素
の効果はＶ当量（Ｖ＋１／２Ｎｂ）で表すことができ
る。本発明成分系においては、高温焼戻し硬度を得るた
めには、Ｖ当量で少なくとも０．１％以上が必要であ
る。過剰な添加は靱性を低下させ、硬質表面層との密着
性を阻害するため、その上限を２．５％とした。 Ｓ：０．０１〜０．１０％ Ｓは快削性を確保するために必要な元素である。しか
し、過剰な添加は靱性を低下させ、熱間加工性を劣化さ
せるため、０．０１〜０．１０％とした。
【００１５】また、マルテンサイト組織に、体積％で５
〜２０％の残留オーステナイト組織を残留させたことに
より、残留オーステナイトが炭化物の応力集中を抑制
し、さらに亀裂発生を低減される。これらの相乗効果に
より金型寿命のばらつきや早期破損を改善し高寿命を可
能とするものである。しかし、５％未満ではその効果が
得られず、２０％を超える場合は硬さが低下するため、
５〜２０％とした。
〜２０％の残留オーステナイト組織を残留させたことに
より、残留オーステナイトが炭化物の応力集中を抑制
し、さらに亀裂発生を低減される。これらの相乗効果に
より金型寿命のばらつきや早期破損を改善し高寿命を可
能とするものである。しかし、５％未満ではその効果が
得られず、２０％を超える場合は硬さが低下するため、
５〜２０％とした。
【００１６】次に、冷間工具鋼において、凝固時に晶出
する共晶炭化物であるが、従来は靱性、または強度の点
から炭化物のサイズを規定していたものである。その理
由は、一次炭化物の欠落による微小欠損を生じたり、ク
ラックの進展経路となることを防ぐために規制したもの
である。しかし、この点を詳しく究明した結果、本発明
の最大の特徴は、特に冷間工具鋼としての金型ダイス等
の工具寿命を左右する要因としての炭化物の亀裂発生お
よび亀裂伝播を抑制する必要から、炭化物の凝集サイズ
を１００μｍ以下とすることにより、炭化物における亀
裂発生および亀裂伝播が抑制される。
する共晶炭化物であるが、従来は靱性、または強度の点
から炭化物のサイズを規定していたものである。その理
由は、一次炭化物の欠落による微小欠損を生じたり、ク
ラックの進展経路となることを防ぐために規制したもの
である。しかし、この点を詳しく究明した結果、本発明
の最大の特徴は、特に冷間工具鋼としての金型ダイス等
の工具寿命を左右する要因としての炭化物の亀裂発生お
よび亀裂伝播を抑制する必要から、炭化物の凝集サイズ
を１００μｍ以下とすることにより、炭化物における亀
裂発生および亀裂伝播が抑制される。
【００１７】図１は炭化物凝集サイズ距離関係を示す図
である。図１に示すように、炭化物の規定方法として
は、測定面を引張−圧縮または引張−引張疲労破面と
し、個々の炭化物の重心間距離をａ、最短炭化物間距離
をｂとしたとき、ｂ／ａ≦０．５となる箇所を炭化物凝
集部とした。また、炭化物凝集サイズは、画像処理装置
により、個々の炭化物の面積の和から算出した円相当径
とした。図１（ａ）および図１（ｂ）はｂ／ａ≦０．５
の場合であり、、図１（ｃ）はｂ／ａ＞０．５の状態を
示している。疲労特性に悪影響を及ぼすのは近接または
隣接した炭化物の凝集部であり、面積的に同じであって
も炭化物間距離が離れていれば、疲労に悪影響を及ぼさ
ないものであることが判った。従って、炭化物間距離を
表すｂ／ａによって定め、ｂ／ａ≦０．５であることを
条件とした。
である。図１に示すように、炭化物の規定方法として
は、測定面を引張−圧縮または引張−引張疲労破面と
し、個々の炭化物の重心間距離をａ、最短炭化物間距離
をｂとしたとき、ｂ／ａ≦０．５となる箇所を炭化物凝
集部とした。また、炭化物凝集サイズは、画像処理装置
により、個々の炭化物の面積の和から算出した円相当径
とした。図１（ａ）および図１（ｂ）はｂ／ａ≦０．５
の場合であり、、図１（ｃ）はｂ／ａ＞０．５の状態を
示している。疲労特性に悪影響を及ぼすのは近接または
隣接した炭化物の凝集部であり、面積的に同じであって
も炭化物間距離が離れていれば、疲労に悪影響を及ぼさ
ないものであることが判った。従って、炭化物間距離を
表すｂ／ａによって定め、ｂ／ａ≦０．５であることを
条件とした。
【００１８】また、炭化物サイズが１５μｍを超えると
引張圧縮疲労試験による破断繰返し数が著しく減少し、
一方、大越式摩耗試験の結果によると、５μｍ未満で著
しく耐摩耗性の減少が現れることが判った。その結果、
金型寿命の大きな要因とする引張圧縮疲労と耐摩耗性か
ら炭化物サイズを５〜１５μｍとした。このように、炭
化物サイズ、および炭化物凝集サイズの規制により、耐
摩耗性を保持しつつ、炭化物の欠落による微小欠陥や亀
裂進展を抑制し靱性を改善する。
引張圧縮疲労試験による破断繰返し数が著しく減少し、
一方、大越式摩耗試験の結果によると、５μｍ未満で著
しく耐摩耗性の減少が現れることが判った。その結果、
金型寿命の大きな要因とする引張圧縮疲労と耐摩耗性か
ら炭化物サイズを５〜１５μｍとした。このように、炭
化物サイズ、および炭化物凝集サイズの規制により、耐
摩耗性を保持しつつ、炭化物の欠落による微小欠陥や亀
裂進展を抑制し靱性を改善する。
【００１９】
【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいて具体的に
説明する。表１に示す組成の鋼６００ｋｇを電気溶解炉
にて溶製し、角５０ｍｍへ鍛伸後焼なましを行い供試材
とした。各試験片は１０３０〜１０８０℃に３０分保持
後、空冷し、１５０〜５８０℃で６０分保持後空冷処理
を２回施した。また、被削性については、鍛伸後焼なま
し後ＮＣフライス、φ１３エンドミル、軸方向１０ｍｍ
×１．２ｍｍ切り込み、回転数１１００ｒｐｍ、切削速
度３５ｍ／分、５ｍ加工後のエンドミル摩耗量を測定、
比較鋼Ｈの摩耗量を１として表２に示す。
説明する。表１に示す組成の鋼６００ｋｇを電気溶解炉
にて溶製し、角５０ｍｍへ鍛伸後焼なましを行い供試材
とした。各試験片は１０３０〜１０８０℃に３０分保持
後、空冷し、１５０〜５８０℃で６０分保持後空冷処理
を２回施した。また、被削性については、鍛伸後焼なま
し後ＮＣフライス、φ１３エンドミル、軸方向１０ｍｍ
×１．２ｍｍ切り込み、回転数１１００ｒｐｍ、切削速
度３５ｍ／分、５ｍ加工後のエンドミル摩耗量を測定、
比較鋼Ｈの摩耗量を１として表２に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】硬さ測定は、焼入焼戻後、常温、ロックウ
エルＣスケールで測定した。また、抗折試験は、焼入焼
戻しを施した縦５×横９×長さ６０ｍｍの試験片を用
い、抗折力、たわみ量測定した。さらに、大越式摩耗試
験は、ＳＣＭ４２０（８６ＨＲＢ）を相手材とし、摩耗
距離２００ｍ、最終荷重６２Ｎの条件下で試験を行っ
た。試験結果は比較鋼Ｈの摩耗量を１００として表し
た。さらに、引張圧縮疲労試験は、焼入焼戻しを施した
平行部：径５×１５の試験片を用い、油圧サーボ試験機
にて試験を行った。試験条件は、応力振幅１５００ＭＰ
ａ、応力比Ｒ＝−１、室温にて行った。また、実機での
金型試験は、径５０×１００ｍｍの鍛造用金型を作製
し、ＳＣＭ４２０を被加工材として試験を行った。金型
の寿命要因は、鋼種Ａ〜Ｇは本発明であり、鋼種Ｈ〜Ｍ
は比較例でる。
エルＣスケールで測定した。また、抗折試験は、焼入焼
戻しを施した縦５×横９×長さ６０ｍｍの試験片を用
い、抗折力、たわみ量測定した。さらに、大越式摩耗試
験は、ＳＣＭ４２０（８６ＨＲＢ）を相手材とし、摩耗
距離２００ｍ、最終荷重６２Ｎの条件下で試験を行っ
た。試験結果は比較鋼Ｈの摩耗量を１００として表し
た。さらに、引張圧縮疲労試験は、焼入焼戻しを施した
平行部：径５×１５の試験片を用い、油圧サーボ試験機
にて試験を行った。試験条件は、応力振幅１５００ＭＰ
ａ、応力比Ｒ＝−１、室温にて行った。また、実機での
金型試験は、径５０×１００ｍｍの鍛造用金型を作製
し、ＳＣＭ４２０を被加工材として試験を行った。金型
の寿命要因は、鋼種Ａ〜Ｇは本発明であり、鋼種Ｈ〜Ｍ
は比較例でる。
【００２２】その結果を表２に示す。表２に示すよう
に、本発明鋼Ａ〜Ｇはいずれも残留オーステナイト量が
５〜２０％の範囲内であり、炭化物凝集サイズが１００
μｍ以下であり、その場合の硬さ（ＨＲＣ）は、いずれ
も５９ＨＲＣ以上の硬さを維持した上で、引張圧縮疲労
強度、金型寿命延長を図ることが出来た。これに対し、
比較例であるＨ〜Ｍは成分組成ないし残留オーステナイ
ト量の範囲、炭化物凝集サイズ、炭化物サイズの条件が
外れているために、引張圧縮疲労強度、金型寿命は本発
明より劣ることが判る。
に、本発明鋼Ａ〜Ｇはいずれも残留オーステナイト量が
５〜２０％の範囲内であり、炭化物凝集サイズが１００
μｍ以下であり、その場合の硬さ（ＨＲＣ）は、いずれ
も５９ＨＲＣ以上の硬さを維持した上で、引張圧縮疲労
強度、金型寿命延長を図ることが出来た。これに対し、
比較例であるＨ〜Ｍは成分組成ないし残留オーステナイ
ト量の範囲、炭化物凝集サイズ、炭化物サイズの条件が
外れているために、引張圧縮疲労強度、金型寿命は本発
明より劣ることが判る。
【００２３】
【表２】
【００２４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明鋼は、冷間工
具鋼としての残留オーステナイト量を規制すると共に炭
化物凝集サイズおよび炭化物サイズを規定することによ
り、極めて優れた型寿命を確保することが可能となり、
金型用工具鋼として従来のものに比べて経済的で極めて
有利なものとなった。
具鋼としての残留オーステナイト量を規制すると共に炭
化物凝集サイズおよび炭化物サイズを規定することによ
り、極めて優れた型寿命を確保することが可能となり、
金型用工具鋼として従来のものに比べて経済的で極めて
有利なものとなった。
【図１】炭化物凝集サイズ距離関係を示す図である。
フロントページの続き (72)発明者 辻井 信博 兵庫県姫路市飾磨区中島字一文字3007番地 山陽特殊製鋼株式会社内 Ｆターム(参考） 4E050 JA01 JD03 JD05 4E087 AA09 BA02 ED04
Claims (4)
- 【請求項１】 質量％で、 Ｃ：０．６５〜１．３％、 Ｓｉ：２．０％以下、 Ｍｎ：０．１〜２．０％、 Ｃｒ：５．０〜１３．０％、 ＭｏまたはＷのいずれか１種または２種をＭｏ当量（Ｍ
ｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜５．０％、 ＶまたはＮｂのいずれか１種または２種をＶ当量（Ｖ＋
１／２Ｎｂ）：０．１〜２．５％、 残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなり鋼のマルテンサ
イト組織に、体積％で５〜２０％の残留オーステナイト
組織を残留させたことを特徴とする冷間工具鋼。 - 【請求項２】 質量％で、 Ｃ：０．６５〜１．３％、 Ｓｉ：２．０％以下、 Ｍｎ：０．１〜２．０％、 Ｃｒ：５．０〜１３．０％、 ＭｏまたはＷのいずれか１種または２種をＭｏ当量（Ｍ
ｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜５．０％、 ＶまたはＮｂのいずれか１種または２種をＶ当量（Ｖ＋
１／２Ｎｂ）：０．１〜２．５％、 残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなり、かつ炭化物凝
集部（炭化物間距離のｂ／ａ≦０．５の部分）の凝集サ
イズが１００μｍ以下であり、該鋼のマルテンサイト組
織に体積％で５〜２０％の残留オーステナイト組織を残
留させたことを特徴とする冷間工具鋼。 ただし、ａ：個々の炭化物の重心間距離 ｂ：最短炭化物間距離 - 【請求項３】 請求項１または２記載の鋼であって、該
鋼の炭化物のサイズが５〜１５μｍとしたことを特徴と
する冷間工具鋼。 - 【請求項４】 請求項１〜３記載の鋼に、Ｓ：０．０１
〜０．１０％添加することを特徴とする冷間工具鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000195566A JP3883788B2 (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | 靱性および耐摩耗性に優れた金型用冷間工具鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000195566A JP3883788B2 (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | 靱性および耐摩耗性に優れた金型用冷間工具鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002012952A true JP2002012952A (ja) | 2002-01-15 |
| JP3883788B2 JP3883788B2 (ja) | 2007-02-21 |
Family
ID=18694217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000195566A Expired - Lifetime JP3883788B2 (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | 靱性および耐摩耗性に優れた金型用冷間工具鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3883788B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004035920A (ja) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 疲労寿命に優れた冷間工具鋼およびその熱処理方法 |
| CN102978517A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-03-20 | 江苏天工工具有限公司 | 一种冷作模具钢及其制备方法 |
| WO2014156487A1 (ja) | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 日立金属株式会社 | 金型用鋼素材およびその製造方法、金型用プリハードン鋼材の製造方法、冷間加工用金型の製造方法 |
| JP2015521235A (ja) * | 2012-05-07 | 2015-07-27 | ヴァルス ベジッツ ゲーエムベーハー | 優れた機械加工性を有する低温硬質鋼 |
| CN113604744A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-05 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种高强韧冷作模具钢及其制备方法 |
-
2000
- 2000-06-29 JP JP2000195566A patent/JP3883788B2/ja not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
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| JP2015521235A (ja) * | 2012-05-07 | 2015-07-27 | ヴァルス ベジッツ ゲーエムベーハー | 優れた機械加工性を有する低温硬質鋼 |
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| WO2014156487A1 (ja) | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 日立金属株式会社 | 金型用鋼素材およびその製造方法、金型用プリハードン鋼材の製造方法、冷間加工用金型の製造方法 |
| CN113604744A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-05 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种高强韧冷作模具钢及其制备方法 |
| WO2023016219A1 (zh) * | 2021-08-10 | 2023-02-16 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种高强韧冷作模具钢及其制备方法 |
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| JP3883788B2 (ja) | 2007-02-21 |
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