JPH10158780A - プラズマ浸炭用冷間工具鋼 - Google Patents

プラズマ浸炭用冷間工具鋼

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JPH10158780A
JPH10158780A JP31829096A JP31829096A JPH10158780A JP H10158780 A JPH10158780 A JP H10158780A JP 31829096 A JP31829096 A JP 31829096A JP 31829096 A JP31829096 A JP 31829096A JP H10158780 A JPH10158780 A JP H10158780A
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Yukinori Matsuda
幸紀 松田
Kozo Ozaki
公造 尾崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷間加工工具であって基地硬さでHRC50
以上の硬いものにおいて、耐摩耗性と靱性とを兼ねそな
えたもの、とくに硬化層ワレ発生感受性の低いものを提
供する。 【解決手段】 C:0.40〜0.80%、Si:0.
05〜1.50%、Mn:0.05〜1.50%および
V:1.8〜6.0%を含有し、さらにNi:0.10
〜2.50%、Cr:0.1〜2.0%およびMo:
3.0%以下の1種または2種以上を含有し、残部がF
eおよび不可避不純物の鋼をプラズマ浸炭して用いる。
この合金は、さらに、Nb:3.0%以下およびT
a:3.0%以下の1種または2種(2種の場合は合計
量で3.0%以下)と、N:0.02〜0.15%の一
方または両方を含有してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ浸炭を施
して冷間加工用の工具を製造するための鋼と、その鋼か
ら製造した工具に関する。
【0002】
【従来の技術】使用条件が苛酷であって高度の耐摩耗性
を要求される冷間加工用工具の材料としては、従来、一
次炭化物を付与した高硬度の冷間ダイス鋼や高速度工具
鋼が使用されて来た。 この種の材料の欠点は、耐摩耗
性が必要な表面だけでなく内部にも一次炭化物が存在す
るため、表面にワレが発生するとそれが内部まで容易に
進行してしまうことであり、これが工具寿命を短くする
原因となっていた。
【0003】こうした問題への対策として、硬度を低下
させた材料に表面処理を施して耐摩耗性を改善すること
が試みられているが、一般にこの手法をとると表面処理
層のワレ感受性が高まるため、耐摩耗性と高靱性とを兼
ねそなえた冷間工具を得るのは困難であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
の困難を克服して、すぐれた耐摩耗性と高い靱性とを兼
ねそなえた冷間工具を実現する鋼を提供すること、およ
びその鋼を使用しプラズマ浸炭により表面処理して冷間
加工用の工具を製造する方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の冷間工具鋼は、
C:0.40〜0.80%、Si:0.05〜1.50
%、Mn:0.05〜1.50%およびV:1.8〜
6.0%を含有し、さらにNi:0.10〜2.50
%、Cr:0.1〜2.0%およびMo:3.0%以下
の1種または2種以上を含有し、残部がFeおよび不可
避の不純物からなるプラズマ浸炭用冷間工具鋼である。
この冷間工具鋼は、上記の合金成分に加えてさらに、
Nb:3.0%以下およびTa:3.0%以下の1種ま
たは2種(2種の場合は合計量で3.0%以下)を含有
してもよく、それに代えて、またはそれとともに、N:
0.02〜0.15%を含有してもよい。
【0006】これらの材料から冷間工具を製造する本発
明の方法は、上記した合金組成のいずれかを有するプラ
ズマ浸炭用冷間工具鋼をほぼ工具形状に成形してプラズ
マ浸炭を施してなり、浸炭層中のVCまたはV(CN)
が、面積率にして全炭化物または全炭窒化物の50%を
占める冷間工具とすることからなる。
【0007】
【作用】発明者らは、前記した困難の克服を企て、その
手段として、靱性の高い基地に耐摩耗性にすぐれた表面
硬化層を付与する途をえらんだ。 しかし、主たる用途
である冷間金型や冷間圧延ロールは、負荷応力の観点か
らHRC50以上の基地硬さが必要と考えられ、このよ
うな硬さの鋼にあって、靱性を支配するものはワレの発
生であって、表面硬化部からワレが発生する金型では、
基地の靱性を高めてみても、表面硬化部のワレ発生感受
性が高いため、前述のようにワレが進行してしまい、そ
のことが型やロールを短寿命にする。
【0008】したがって、表面硬化層としてワレ発生感
受性の低いものを形成すべきであり、その方策として本
発明ではプラズマ浸炭を選んだ。 プラズマ浸炭層に形
成させる炭化物としては、VCが最適であることがわか
った。 浸炭層に形成されたVCは硬質であって、少量
の炭化物で耐摩耗性が改善されることに加えて、VCは
個々の粒子が他の炭化物にくらべて微細なため、浸炭層
のワレ発生感受性を低くする。
【0009】プラズマ浸炭法の特徴として、浸炭後に焼
入れ焼戻しを同一炉内で連続的に実施できることが挙げ
られる。 この特徴を生かし、熱処理による歪みを抑え
て浸炭−熱処理後の加工を最少限にし、または省略可能
にするためには、大型の製品であっても基地の強度が確
保できるほど高い焼入れ性が要求される。 この要求を
みたすために、焼入れ性向上元素としてNi,Crおよ
びMoの少なくとも1種を添加するとともに、それによ
って不可避的に形成される一次炭化物の形態を制御する
ため、NbおよびTaの1種または2種を添加する。
【0010】本発明のプラズマ浸炭用冷間工具鋼におい
て、合金組成を前記のように定めた理由は、つぎのとお
りである。
【0011】C :0.40〜0.80% マトリクスに固溶し、焼入れ時のマルテンサイト変態に
際してマルテンサイトの硬さを決定する。 少なすぎる
とマルテンサイト硬さが低く、多すぎれば浸炭前に炭化
物形成元素との間で一次炭化物を生成してしまい、靱性
を低下させる。 これらの点から、上記0.40〜0.
80%の範囲を定めた。
【0012】Si:0.05〜1.50% 高温焼戻し硬さを高めるとともに、焼入れ性を改善する
ため必要な元素である。 この効果を得るためには0.
05%以上の存在が必要であるが、多すぎると靱性を損
ねるので、1.50%以内とする。
【0013】Mn:0.05〜1.50% 炭化物を形成することなく焼入れ性を高めるために必要
な元素で、このために少なくとも0.05%存在すべき
であるが、多量になると焼戻し後の残留オーステナイト
量を増大させるので、1.50%の上限を設けた。
【0014】V :1.8〜6.0% 本発明の鋼にとって不可欠の成分であり、浸炭により炭
化物を適量生成させるため、1.8〜6.0%範囲内で
添加する。
【0015】Ni:0.10〜2.50% Mnと同様の作用をする。 0.10〜2.50%の下
限に満たない少量では効果がないし、上限を超える大量
になると焼入れ後、大量のオーステナイトを残留させる
というマイナスがある。
【0016】Cr:0.1〜2.0% 焼入れ性を高め、二次硬化に寄与するので適宜添加す
る。 下限は効果の認められる最小添加量である。 炭
化物形成元素のひとつであって、多量になると M3C,
73 の一次炭化物が析出するので、上限の2.0%
以内の添加量をえらぶ。
【0017】Mo:3.0%以内 ベイナイト焼入性を改善するとともに、マトリクスに固
溶して二次硬化作用をするので、所望により添加する。
多量に過ぎると晶出一次炭化物を形成して全体の靱性
を低下させるので、3.0%を限度とした。
【0018】Nb:3.0%以下、Ta:3.0%以下 これらはVに次ぐ炭化物形成元素であって、Cと優先的
に結合して他の元素の一次炭化物の晶出を抑えるととも
に、一部が晶出するときに微細に晶出して靱性の低下を
防ぐ。 添加量が過大になると、多量の一次炭化物を形
成して靱性を損なうし、全炭化物中のVCの割合を低く
して好ましくないから、いずれも上限値3.0%(2種併
用の場合は合計量で)以内の量を添加する。
【0019】N :0.02〜0.15% 不可避的に晶出することのある一次炭化物を微細にする
とともに、浸炭時に形成されるVCの形態を改善する。
【0020】VCまたはV(NC)の量が、面積率にし
て全炭化物または全炭窒化物中の50%以上 この条件をみたすことによって、冷間工具鋼の耐摩耗性
と靱性の両立がはかれる。
【0021】[実施例および比較例]表1に掲げる合金
組成のプラズマ浸炭用冷間工具鋼を溶製した。
【0022】 表1 No. C Si Mn V Ni Cr Mo Nb Ta N 実施例 1 0.55 0.50 0.50 2.5 0.15 0.50 0.25 - - 0.004 2 0.45 0.90 1.43 3.1 0.20 0.10 0.10 - - 0.008 3 0.65 1.10 0.80 2.0 0.33 1.25 0.85 - - 0.026 4 0.73 0.53 0.15 4.4 0.11 2.10 0.02 0.28 - 0.044 5 0.59 0.18 1.27 3.5 1.75 1.34 1.62 0.10 0.12 0.027 6 0.61 1.07 0.89 2.9 0.51 1.41 0.04 0.15 0.01 0.009 7 0.59 0.28 0.42 3.3 0.12 1.35 1.85 - - 0.035 比較例 11 1.51 0.35 0.41 0.29 - 11.8 1.1 - - - 12 0.84 0.33 0.42 1.87 - 4.1 5.2 - - - 13 0.53 0.66 0.34 - - 6.3 0.1 - - - 14 0.69 0.52 0.55 0.44 - 0.2 6.3 - - - 15 0.59 0.32 0.22 0.61 - 0.1 0.1 - - - 上記に加えて、No.12はW:6.3%を、No.15は
W:7.2%を含有する。
【0023】各鋼から一辺10mmの正方形断面をもち
長さが55mmの試験片をつくり、(Ar+H2+C3
8 )混合ガス中、900℃×1時間の処理条件でプラズ
マ浸炭を行ない、続いて焼入れ(ガス冷却)、焼戻しを
した。 基地の硬さ、全炭化物中にVCの占める割合、
耐摩耗性(大越式試験機による。 相手材SCM41
5、荷重6kgf、すべり速度1m/sec)およびシャルピー
衝撃値(10Rノッチ付シャルピー試験片)を測定し
た。 それらの結果を、表2に示す。
【0024】 表2 No. 焼入れ 焼戻し 基地硬 VC/全炭化 耐摩耗性 シャルピー (℃) (℃) さ(HRC) 物面積率(%) (mm 2/kg) 衝撃値(J/cm 2 実施例 1 1100 500 55 82 8×10-7 30 2 1100 500 57 85 7×10-7 26 3 1100 500 54 60 9×10-7 18 4 1100 500 53 71 4×10-7 16 5 1100 500 57 44 9×10-7 26 6 1100 500 54.0 59 8×10-7 24 7 1100 500 56.2 53 6×10-7 30 比較例 11 1050 500 56 9 20×10-7 8 12 1100 540 61 21 18×10-7 7 13 1100 500 43 0 39×10-7 16 14 1100 500 47 17 39×10-7 17 15 1100 500 44 31 27×10-7 17
【0025】
【発明の効果】本発明のプラズマ浸炭用冷間工具鋼は、
浸炭法としてプラズマ浸炭を選択したところにより、常
用の浸炭法に伴う粒界酸化が避けられ、硬化層の靱性を
損なう要因が除かれることと、炭(窒)化物としてVC
を主体にすることで、最も微細な形態での炭化物の晶出
を実現したので、それらがあいまって硬化層ワレ感受性
が低く抑えられ、耐摩耗性と靱性とを兼ねそなえたもの
となる。
【0026】この鋼を材料とすれば、プラズマ浸炭に続
く熱処理に伴う歪みは小さく、最少限の仕上げ加工で、
目的とする冷間工具を製造することができる。 本発明
は、とくに冷間鍛造用金型や冷間圧延ロールなどの製造
に適用したとき、その意義が大きい。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.40〜0.80%、Si:0.
    05〜1.50%、Mn:0.05〜1.50%および
    V:1.8〜6.0%を含有し、さらにNi:0.10
    〜2.50%、Cr:0.1〜2.0%およびMo:
    3.0%以下の1種または2種以上を含有し、残部がF
    eおよび不可避の不純物からなるプラズマ浸炭用冷間工
    具鋼。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の合金成分に加えて、N
    b:3.0%以下およびTa:3.0%以下の1種また
    は2種(2種の場合は合計量で3.0%以下)、および
    (または)N:0.02〜0.15%を含有するプラズ
    マ浸炭用冷間工具鋼。
  3. 【請求項3】 請求項1または2のプラズマ浸炭用冷間
    工具鋼をほぼ工具形状に成形してプラズマ浸炭を施して
    なり、浸炭層中のVCまたはV(CN)が、面積率にし
    て全炭化物または全炭窒化物の50%を占める冷間工
    具。
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