JPH06256897A

JPH06256897A - 熱間鍛造金型用鋼

Info

Publication number: JPH06256897A
Application number: JP5067537A
Authority: JP
Inventors: Masahide Unno; 正英海野; Yasutaka Okada; 康孝岡田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-03-02
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 1994-09-13
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: JP2959319B2

Abstract

(57)【要約】【構成】重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４５％、Ｓ
ｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：０．２０〜１．０％、Ｐ：
０．０１５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．
５〜２．０％、Ｃｒ：２．８〜４．２％、Ｍｏ：１．０
〜２．０％、Ｖ：０．１〜０．５％、残部はＦｅおよび
不可避的不純物より構成する。【効果】高温強度、靱性に優れた鋼を提供することが
でき、熱間鍛造金型鋼として使用時には、ヒートチェッ
ク、亀裂の進展、大割れに対して改善されているので、
従来よりも寿命の長い金型を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高負荷、高速の熱間鍛
造プレス型などに供される金型用鋼に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的には、ＪＩＳＧ４４０４に規
定されたＳＫＴ４、ＳＫＤ６１の合金工具鋼が鋼、アル
ミニウム合金などの熱間鍛造用金型に使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】熱間鍛造用金型に生じ
る損傷は、熱間被加工物と金型の摩擦による金型型口
の磨耗、金型表面で急加熱、急冷却が繰り返されるこ
とにより生ずる熱塑性歪による亀裂（ヒートチェッ
ク）、成形荷重などの機械的応力による亀裂の進展と
大割れである。

【０００４】金型の損傷を改善するために、ＳＫＴ４あ
るいはＳＫＤ６１の材質改善、金型素材製造技術の改
善、窒化などの金型表面処理による改善が行われてい
る。しかしながら、鍛造サイクルの高速化、鍛造製品形
状の複雑化など金型使用条件が厳しくなり、結果とし
て、前記した改善が行われているにもかかわらず金型寿
命は短命化しているのが現状である。

【０００５】また、鍛造サイクルの高速化、鍛造製品形
状の複雑化により、金型の主な廃却原因は従来の磨耗か
ら亀裂へと変わっている。特に、亀裂の進展に関する主
な原因は低サイクルの材料疲労である。

【０００６】本発明の目的は、鍛造サイクルの高速化、
鍛造製品形状の複雑化など厳しい金型使用条件下におい
てもヒートチェック、亀裂の進展（低サイクル疲労）、
大割れに対して優れた熱間鍛造金型用鋼を提供すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記した本発明の目的を
達成するために、本発明者等は、鋭意実験、研究を重ね
た結果、熱間鍛造金型用鋼の亀裂の発生および進展を抑
えるには、以下に示す条件を満足することが有効である
ことを知見した。

【０００８】一般に、熱間鍛造金型用鋼の亀裂の進展
（低サイクル疲労）に対しては、工具鋼の耐力、延性
（引張破断絞り）、靱性（破壊靱性値）が影響を及ぼす
ことが知られている。

【０００９】しかし、本発明者等は金型の亀裂調査、熱
応力、機械的応力の解析、金型用鋼の亀裂進展試験を行
った結果、亀裂の進展には金型用鋼の靱性が大きく影響
することを知見した。さらに、ヒートチェックには、主
として高温強度が影響すること、大割れには靱性が影響
することも知見した。

【００１０】従って、亀裂の進展、ヒートチェック、大
割れに対して優れた金型用鋼を得るためには、靱性と高
温強度に優れていることが必要であることが判明した。

【００１１】そこで、本発明者等は金型用鋼の靱性、高
温強度におよぼす合金元素および不純物元素、さらに組
織の影響を調査した結果、次の３つの事実が明らかにな
った。Ｎｉ、Ｍｏの添加が靱性の向上に有効であり、Ｃ、Ｓ
ｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｐ、Ｓの添加が靱性の低下を招くこと。マルテンサイト組織が靱性に優れ、ベイナイト、パー
ライト組織は靱性の低下を招くこと。Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの添加が高温強度の向上に有効
であり、さらに、マルテンサイト組織も高温強度の向上
に有効であること。

【００１２】本発明は、上記した知見に基づいて成され
たものであり、その要旨とするところは、重量％で、
Ｃ：０．２５〜０．４５％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍ
ｎ：０．２０〜１．０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：
０．００５％以下、Ｎｉ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：
２．８〜４．２％、Ｍｏ：１．０〜２．０％、Ｖ：０．
１〜０．５％を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純
物よりなる靱性と高温強度に優れた熱間鍛造金型用鋼で
ある。

【００１３】

【作用】以下に、本発明における熱間鍛造金型用鋼の成
分組成の限定理由について述べる。Ｃ：Ｃは鋼の焼入性を向上させるために不可欠の元素で
あるが、その含有量が０．４５％を越えると靱性の低下
を招く。また、含有量が低下すると、焼入性が低下し、
大断面サイズ金型焼入時にベイナイトが析出し、靱性を
低下させることを考慮して本発明はその含有量を０．２
５〜０．４５％とした。

【００１４】Ｓｉ：Ｓｉは高温強度の向上、変態点の上
昇に有効な元素であるが、０．５０％を越えると靱性が
著しく低下することを考慮して本発明はその含有量を
０．５０％以下とした。しかし、ＳｉはＰ、Ｓと共に靱
性に及ぼす影響が大きいので、０．３０％以下が望まし
い。

【００１５】Ｍｎ：Ｍｎは溶鋼の脱酸、焼入性の向上に
有効な元素であるので下限を０．２０％とした。しか
し、１．０％を越えると被切削性が著しく低下すること
を考慮して上限を１．０％とした。

【００１６】Ｐ：Ｐは不純物元素であり、その含有量が
多いと凝固時のミクロ偏析を助長し、ヒートチェックの
発生、靱性の低下を促すことを考慮して本発明はその含
有量を０．０１５％以下とした。しかし、ヒートチェッ
ク、靱性を考慮すると、その含有量は０．０１０％以下
が望ましい。

【００１７】Ｓ：Ｓは硫化物介在物を形成し、この介在
物が鍛造時に延伸して、鍛造直角方向の靱性を著しく低
下させるので、これを考慮して本発明はその含有量を
０．００５％以下とした。しかし、０．００２％以下が
好ましい。

【００１８】Ｎｉ：Ｎｉは鋼の靱性の向上、焼入性の向
上に有効な元素であるので、下限を０．５％とした。し
かし、その含有量が増加すると焼入時の残留オーステナ
イト量が増加し、被削性を低下させることを考慮して上
限を２．０％とした。

【００１９】Ｃｒ：Ｃｒは鋼の焼入性の向上、炭化物生
成による耐磨耗性向上、高温強度の向上、窒化硬さの向
上、軟化抵抗の向上など工具鋼には不可欠な元素である
が、その含有量が４．２％を越えると靱性の低下を招
く。一方、２．８％未満では、特に耐磨耗性の低下が顕
著になることを考慮して本発明はその含有量を２．８〜
４．２％とした。

【００２０】Ｍｏ：ＭｏはＣｒと同様に工具鋼の主要元
素であり、特に鋼の焼入性の向上、高温強度の向上、靱
性の向上に有効な元素であるが、その含有量が２．０％
を越えると靱性の低下を招く。一方、１．０％未満で
は、高温強度の改善に十分な効果を得られないことを考
慮して本発明はその含有量を１．０〜２．０％とした。

【００２１】Ｖ：ＶもＣｒ、Ｍｏとともに工具鋼の主要
元素であり、鋼の耐磨耗性向上、高温強度の向上、窒化
硬さの向上、軟化抵抗の向上などに有効な元素である
が、その含有量が０．５％を越えると炭化物偏析により
靱性が大きく低下する。一方、０．１％未満では、高温
強度の改善、結晶粒の微細化に十分な効果を得られない
ことを考慮して本発明はその含有量を０．１〜０．５％
とした。

【００２２】

【実施例】次に本発明の一実施例を比較例と対比しなが
ら説明する。なお、これらの実施例は本発明の効果を示
す例示であって、本発明の技術的範囲を何等制限するも
のでないことは勿論である。

【００２３】表１（本発明鋼）および表２（比較鋼）に
示す化学成分の鋼を溶製、鍛造（鍛練比５）、焼鈍した
後に半仕上加工して大物鍛造品（製品単重約１５ｋｇ）
成形用金型素材を製造した。さらに、これを９００〜１
０２０^OＣに加熱して、油焼入れした後に５７０〜６１
０^OＣの温度で焼戻しを行い、鋼の硬さをＨ_RＣ４５前
後に調整し、金型素材を製造した。本発明鋼はＪＩＳ規
格ＳＫＤ６１と比較してＣｒおよびＶ含有量を低減させ
ているため、炭化物の球状化焼鈍を省略しても靱性が低
下しない。また、焼入温度を９００〜９８０^OＣとＳＫ
Ｄ６１の場合（１０１０〜１０２０^OＣ）より下げるこ
とができる。この金型素材を型彫加工の後に硬質クロム
メッキ処理を施し、熱間鍛造金型として使用した。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】前記金型素材の鍛造方向と直角な方向より
試験片を採取し、高温引張試験、破壊靱性試験、衝撃遷
移温度曲線試験および亀裂進展試験を行った。６００^O
Ｃの温度下での引張試験の０．２％耐力値を高温強度と
した。また、衝撃遷移温度は２ｍｍＵノッチのシャルピ
ー衝撃試験の延性−脆性５０％破面率温度を求めた。さ
らに、前記熱間鍛造金型使用より型打命数および金型寿
命原因を調査した。

【００２７】これらの鋼のうちのＮｏ．１６〜１８およ
びＮｏ．３６、３７の高温強度測定結果を図１に、破壊
靱性試験結果を図２に、衝撃遷移温度試験結果を図３
に、さらに亀裂進展試験結果を図４に示す。また、熱間
鍛造金型として使用した結果（型打命数および金型寿命
原因）を表３に示す。

【００２８】

【表３】

【００２９】図１より本発明の鋼は、従来の鋼よりも高
温強度が優れていることは明らかである。また、図２よ
り本発明の鋼は、従来の鋼よりも靱性が高いことは明ら
かである。図３より本発明の鋼は、従来の鋼よりも遷移
温度が低いことは明らかである。従来の鋼は金型温度を
１５０〜２００^OＣに維持しないと大割れを起こしやす
いが、本発明の鋼の遷移温度は、ＨＢ５００でも１００
^OＣ以下であり、金型温度が低下しても大割れが生じる
懸念はない。図４より本発明の鋼は、応力拡大係数の変
化が大きい領域において、亀裂進展抵抗が高いことを示
している。表３より本発明の鋼は、熱間鍛造金型に使用
時は従来の鋼よりも寿命が長いことは明らかである。即
ち、本発明によると、高温強度と靱性が優れている鋼を
得ることができる。

【００３０】

【発明の効果】前記した如く、本発明は高温強度、靱性
に優れた鋼を提供することができ、熱間鍛造金型鋼とし
て使用時には、ヒートチェック、亀裂の進展、大割れに
対して改善されているので、従来よりも寿命の長い金型
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例のうちのＮｏ．１６〜１８およびＮ
ｏ．３６、３７の高温強度測定結果（６００^OＣ温度条
件下での０．２％耐力測定値）を示す図である。

【図２】本実施例のうちのＮｏ．１６〜１８およびＮ
ｏ．３６、３７の破壊靱性試験結果を示す図である。

【図３】本実施例のうちのＮｏ．１６〜１８およびＮ
ｏ．３６、３７の衝撃遷移温度試験結果を示す図であ
る。

【図４】本実施例のうちのＮｏ．１６〜１８およびＮ
ｏ．３６、３７の亀裂進展試験結果を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．２５〜０．４５％、
Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：０．２０〜１．０％、
Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：
０．５〜２．０％、Ｃｒ：２．８〜４．２％、Ｍｏ：
１．０〜２．０％、Ｖ：０．１〜０．５％を含有し、残
部はＦｅおよび不可避的不純物よりなる靱性と高温強度
に優れた熱間鍛造金型用鋼。