JP3883788B2 - 靱性および耐摩耗性に優れた金型用冷間工具鋼 - Google Patents
靱性および耐摩耗性に優れた金型用冷間工具鋼 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3883788B2 JP3883788B2 JP2000195566A JP2000195566A JP3883788B2 JP 3883788 B2 JP3883788 B2 JP 3883788B2 JP 2000195566 A JP2000195566 A JP 2000195566A JP 2000195566 A JP2000195566 A JP 2000195566A JP 3883788 B2 JP3883788 B2 JP 3883788B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbides
- carbide
- steel
- toughness
- wear resistance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Mounting, Exchange, And Manufacturing Of Dies (AREA)
- Forging (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型寿命に優れた金型用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−SKD11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、SKD11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59−179762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。
【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。
【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。
【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。
【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:5.0〜13.0%、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、該鋼の炭化物のサイズが5〜15μmとし、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靱性および耐摩耗性に優れた金型用冷間工具鋼。
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
(2)前記(1)記載の鋼に、S:0.01〜0.10%添加することを特徴とする靱性および耐摩耗性に優れた金型用冷間工具鋼にある。
【0008】
【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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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+1/2W)で表すことができる。本発明成分系においては、Mo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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
次に、金型用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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
【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。
【0018】
【表1】
【0019】
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1500MPa、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。
【0020】
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100μm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。
【0021】
【表2】
【0022】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明鋼は、金型用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。
【図面の簡単な説明】
【図1】炭化物凝集サイズ距離関係を示す図である。
Claims (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(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、該鋼の炭化物のサイズが5〜15μmとし、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靱性および耐摩耗性に優れた金型用冷間工具鋼。
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1記載の鋼に、S:0.01〜0.10%添加することを特徴とする靱性および耐摩耗性に優れた金型用冷間工具鋼。
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 JP2002012952A (ja) | 2002-01-15 |
JP3883788B2 true 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) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4001787B2 (ja) * | 2002-07-01 | 2007-10-31 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 疲労寿命に優れた冷間工具鋼およびその熱処理方法 |
EP2662462A1 (en) * | 2012-05-07 | 2013-11-13 | Valls Besitz GmbH | Low temperature hardenable steels with excellent machinability |
CN102978517B (zh) * | 2012-12-14 | 2015-04-22 | 江苏天工工具有限公司 | 一种冷作模具钢的制备方法 |
EP2979772B1 (en) | 2013-03-29 | 2018-09-05 | Hitachi Metals, Ltd. | Process for producing steel material for die, process for producing prehardened steel product for die, and process for producing cold working die |
CN113604744B (zh) * | 2021-08-10 | 2022-12-27 | 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
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002012952A (ja) | 2002-01-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101520208B1 (ko) | 기소강 및 그의 제조 방법, 및 기소강을 이용한 기계 구조 부품 | |
WO2012046779A1 (ja) | 肌焼鋼及びその製造方法 | |
JP4632931B2 (ja) | 冷間加工性に優れる高周波焼入れ用鋼及びその製造方法 | |
JP4451808B2 (ja) | 疲労特性と耐結晶粒粗大化特性に優れた肌焼用圧延棒鋼およびその製法 | |
EP0930374B1 (en) | Production of cold working tool steel | |
JP2636816B2 (ja) | 合金工具鋼 | |
JP3883788B2 (ja) | 靱性および耐摩耗性に優れた金型用冷間工具鋼 | |
JPH0555585B2 (ja) | ||
JP5474615B2 (ja) | 鍛造性に優れるマルテンサイト系ステンレス快削鋼棒線 | |
US20050205168A1 (en) | Crankshaft | |
JP2000026933A (ja) | 熱間鍛造用鋼 | |
JPS61213350A (ja) | 被研削性に優れた高速度工具鋼 | |
JP2005336553A (ja) | 熱間工具鋼 | |
JP6465206B2 (ja) | 熱間圧延棒線材、部品および熱間圧延棒線材の製造方法 | |
JP5443277B2 (ja) | 被削性に優れた高強度鋼、およびその製造方法 | |
JP2018165403A (ja) | 低サイクル疲労強度および被削性に優れた浸炭用鋼材および浸炭部品 | |
JP3566162B2 (ja) | 溶接性に優れた熱間工具鋼 | |
JP4450217B2 (ja) | 軟窒化用非調質鋼 | |
JP3821974B2 (ja) | 冷間工具鋼 | |
JP6825605B2 (ja) | 浸炭部材 | |
JP3236883B2 (ja) | 肌焼鋼及びそれを用いた鋼管の製造方法 | |
KR20180056748A (ko) | 기계 구조용 강 및 고주파 ??칭 강 부품 | |
JP3455407B2 (ja) | 冷間工具鋼 | |
EP1553197B1 (en) | Steel material for mechanical structure excellent in suitability for rolling, quenching crack resistance, and torsional property and drive shaft | |
JP3499425B2 (ja) | 冷間工具鋼の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040809 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060320 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060418 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060613 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060801 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20060928 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20061114 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061115 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3883788 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091124 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101124 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111124 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121124 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121124 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131124 Year of fee payment: 7 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |