図面 (/)

技術 耐摩耗性に優れた熱間工具用鋼および熱間工具

出願人 住友金属工業株式会社
発明者 瀬羅知暁海野正英近藤邦夫岡田康孝宮原光雄
出願日 1998年11月27日 (21年4ヶ月経過) 出願番号 1998-336933
公開日 2000年6月13日 (19年9ヶ月経過) 公開番号 2000-160298
状態 特許登録済
技術分野
  • -
主要キーワード 工具用鋼 次析出 抽出炭 熱間工具 Mo系炭化物 熱間鍛造用金型 発生起点 鍛錬比
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年6月13日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

A1変態点を超える温度域での耐摩耗性に優れ、使用寿命が極めて長い熱間工具用鋼と熱間工具を提供する。

解決手段

重量%で、C:0.4〜0.6%、Cr:7〜10%を含み、かつ900℃における鋼中の炭化物量が3.0〜9.0重量%の熱間工具用鋼とこの鋼で製造された熱間工具。上記の鋼は、重量%で、Si:0.5〜2%、Mn:1.5%以下、Mo:0.5〜3%、V:0.5〜1.5%、さらにはNi:0.3〜2%、また更にはAl:0.005〜0.1%を含み、不純物中のPが0.015%以下、Sが0.005%以下、Nが0.015%以下であるのがよい。

概要

背景

熱間での鍛造加工押し出し加工、およびダイカストなどに使用される金型用工具鋼には、摩耗熱亀裂、大割れが生じにくいことが要求される。

しかし、JIS G 4404に規定され、主として用いられている5Cr−Mo−V系のSKD61やSKD62、3Cr−3Mo−V系のSKD7およびNi−Cr−Mo−V系のSKT3やSKT4などの工具鋼では、上記の要求される全ての特性を満たすことはできない。

このような事情から、W、Mo、Vなどを添加して炭化物を積極的に析出させることによって耐摩耗性を向上させた工具鋼が提案されている(例えば、特開昭60−224754号公報や同61−213349号公報)。

上記の公報に示される工具鋼は、使用時の工具表面温度がA1変態点以下の500〜700℃では、確かに、耐摩耗性に優れている。しかし、使用時の工具表面温度が上記のA1 変態点を超えると、強度が急激に低下して摩耗が著しくなり、使用寿命が短いという欠点を有している。

概要

A1変態点を超える温度域での耐摩耗性に優れ、使用寿命が極めて長い熱間工具用鋼と熱間工具を提供する。

重量%で、C:0.4〜0.6%、Cr:7〜10%を含み、かつ900℃における鋼中の炭化物量が3.0〜9.0重量%の熱間工具用鋼とこの鋼で製造された熱間工具。上記の鋼は、重量%で、Si:0.5〜2%、Mn:1.5%以下、Mo:0.5〜3%、V:0.5〜1.5%、さらにはNi:0.3〜2%、また更にはAl:0.005〜0.1%を含み、不純物中のPが0.015%以下、Sが0.005%以下、Nが0.015%以下であるのがよい。

目的

本発明の目的は、使用時の工具表面温度がA1変態点以下の500〜700℃の場合は勿論、700℃を超える温度(例えばA3 変態点以上の900℃程度)になっても、強度が急激に低下することがなく、耐摩耗性と耐亀裂性に優れていて使用寿命の極めて長い熱間工具用鋼と熱間工具を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

該当するデータがありません

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

重量%で、C:0.4〜0.6%、Cr:7〜10%を含み、かつ900℃における炭化物量が1.5〜9重量%であることを特徴とする耐摩耗性に優れた熱間工具用鋼

請求項2

重量%で、C:0.4〜0.6%、Si:0.5〜2%、Mn:1.5%以下、Cr:7〜10%、Mo:0.5〜3%、V:0.5〜1.5%を含み、かつ900℃における炭化物量が1.5〜9重量%であることを特徴とする耐摩耗性に優れた熱間工具用鋼。

請求項3

重量%で、C:0.4〜0.6%、Si:0.5〜2%、Mn:1.5%以下、Cr:7〜10%、Mo:0.5〜3%、V:0.5〜1.5%、Ni:0.3〜2%を含み、かつ900℃における炭化物量が1.5〜9重量%であることを特徴とする耐摩耗性に優れた熱間工具用鋼。

請求項4

重量%で、C:0.4〜0.6%、Si:0.5〜2%、Mn:1.5%以下、Cr:7〜10%、Mo:0.5〜3%、V:0.5〜1.5%、Ni:0.3〜2%、sol.Al:0.005〜0.1%を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、不純物中のP、SおよびNがそれぞれ0.015%以下、0.005%以下、0.015%以下の化学組成を有し、かつ900℃における炭化物量が1.5〜9重量%であることを特徴とする耐摩耗性優れた熱間工具用鋼。

請求項5

請求項1〜4に記載のいずれかの熱間工具用鋼からなることを特徴とする熱間工具。

技術分野

0001

本発明は、熱間鍛造用金型押し出し加工金型ダイカスト金型などに使用される耐摩耗性に優れた熱間工具用鋼と熱間工具に関する。

背景技術

0002

熱間での鍛造加工や押し出し加工、およびダイカストなどに使用される金型用工具鋼には、摩耗熱亀裂、大割れが生じにくいことが要求される。

0003

しかし、JIS G 4404に規定され、主として用いられている5Cr−Mo−V系のSKD61やSKD62、3Cr−3Mo−V系のSKD7およびNi−Cr−Mo−V系のSKT3やSKT4などの工具鋼では、上記の要求される全ての特性を満たすことはできない。

0004

このような事情から、W、Mo、Vなどを添加して炭化物を積極的に析出させることによって耐摩耗性を向上させた工具鋼が提案されている(例えば、特開昭60−224754号公報や同61−213349号公報)。

0005

上記の公報に示される工具鋼は、使用時の工具表面温度がA1変態点以下の500〜700℃では、確かに、耐摩耗性に優れている。しかし、使用時の工具表面温度が上記のA1 変態点を超えると、強度が急激に低下して摩耗が著しくなり、使用寿命が短いという欠点を有している。

発明が解決しようとする課題

0006

本発明の目的は、使用時の工具表面温度がA1変態点以下の500〜700℃の場合は勿論、700℃を超える温度(例えばA3 変態点以上の900℃程度)になっても、強度が急激に低下することがなく、耐摩耗性と耐亀裂性に優れていて使用寿命の極めて長い熱間工具用鋼と熱間工具を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明の要旨は、下記(1)〜(4)の耐摩耗性に優れた熱間工具用鋼と下記(5)の熱間工具にある。

0008

(1)重量%で、C:0.4〜0.6%、Cr:7〜10%を含み、かつ900℃における炭化物量が1.5〜9重量%である耐摩耗性に優れた熱間工具用鋼。

0009

(2)重量%で、C:0.4〜0.6%、Si:0.5〜2%、Mn:1.5%以下、Cr:7〜10%、Mo:0.5〜3%、V:0.5〜1.5%を含み、かつ900℃における炭化物量が1.5〜9重量%である耐摩耗性に優れた熱間工具用鋼。

0010

(3)重量%で、C:0.4〜0.6%、Si:0.5〜2%、Mn:1.5%以下、Cr:7〜10%、Mo:0.5〜3%、V:0.5〜1.5%、Ni:0.3〜2%を含み、かつ900℃における炭化物量が1.5〜9重量%である耐摩耗性に優れた熱間工具用鋼。

0011

(4)重量%で、C:0.4〜0.6%、Si:0.5〜2%、Mn:1.5%以下、Cr:7〜10%、Mo:0.5〜3%、V:0.5〜1.5%、Ni:0.3〜2%、sol.Al:0.005〜0.1%を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、不純物中のP、SおよびNがそれぞれ0.015%以下、0.005%以下、0.015%以下の化学組成を有し、かつ900℃における炭化物量が1.5〜9重量%である耐摩耗性に優れた熱間工具用鋼。

0012

(5)上記(1)〜(4)に記載のいずれかの熱間工具用鋼からなる熱間工具。

0013

上記の本発明は、下記の知見に基づいて完成させた。すなわち、本発明者らは、A1変態点を超える温度領域での耐摩耗性に及ぼす因子究明に努めた結果、次のことを知見した。

0014

900℃における鋼中の炭化物量が1.5〜9重量%であれば、使用時の工具表面温度がA1変態点を超える温度になっても強度が急激に低下せず、耐摩耗性が飛躍的に向上する。このことは、後述する実施例の結果を示す図1から明らかである。

0015

900℃における鋼中の炭化物量1.5〜9重量%は、少なくとも、0.4〜0.6重量%のCと7〜10重量%のCrを含む鋼を用いることによって安定的に確保される。

0016

その際、上記の2成分以外に、0.5〜2重量%のSi、1.5重量%以下のMn、0.5〜3%重量%のMoおよび0.5〜1.5重量%のVを含む場合には、このV,Mo系炭化物(MC、M2C 、M4C3)がCr系炭化物(M23C6、M7C3)に比べて微細で、亀裂の発生起点になり難いのに加えて靭性低下を招かないことから、耐亀裂性が向上する。

0017

また、上記の6成分以外に、さらに0.3〜2重量%のNiを含有させれば、素地靭性が向上し、耐亀裂性がより一層向上する。

0018

またさらに、上記の7成分以外に、0.005〜0.1重量%のAlを添加含有させる一方、不純物中のP、SおよびNの含有量を、それぞれ0.015%以下、0.005%以下、0.015%以下に抑制すれば、鋼の清浄度が向上するほか、強度および靭性が向上する。ここで、上記の900℃における炭化物量とは、下記に示す条件のもとに測定される量である。

0019

《炭化物量の測定方法
炭化物析出処理;900℃×1h→水焼入れ
炭化物抽出処理電解法
電解液:10%アセチルアセトン−1%テトラメチルアンモニウムクロライド−89%メタノール
電流密度:20mA/cm2 、
フルターの濾過径:0.2μm、
抽出炭化物の溶解:王水で溶解後、硫リン酸で再度溶解、
炭化物溶解液分析方法誘導結合プラズマ発光分光分析法

発明を実施するための最良の形態

0020

以下に、本発明の熱間工具鋼の900℃における炭化物量と化学成分を上記のように限定した理由について説明する。なお、以下において、「%」は「重量%」を意味する。

0021

《900℃における鋼中の炭化物量》前述したように、鋼の化学組成が前述の範囲内であっても、900℃における鋼中の炭化物量が1.5%未満では、工具表面温度がA1変態点を超える温度域になると、耐摩耗性が急激に低下し、工具の使用寿命が極端に短くなる。また、9%超では、靭性が低下して亀裂や大割れが発生し、工具の使用寿命が極端に短くなる。このため、本発明では、900℃における鋼中の炭化物量を1.5〜9%に定めた。なお、好ましい範囲は2〜6%、より好ましい範囲は3〜6%である。

0022

《鋼の化学組成》
C:Cは、焼入性を高め、靱性を向上させる。また、Cは焼戻し時に炭化物として2次析出して耐摩耗性を向上させる作用を有する。しかし、その含有量が0.4%未満では添加効果が乏しく、逆に0.6%を超えて含有させると、炭化物が亀裂の起点となり靭性の低下を引き起こす。このため、C含有量は0.40〜0.60%とした。

0023

Cr:Crは、焼入性を向上し、靱性を向上させる。また、Crは炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に有効な元素である。このCr系炭化物は、A1変態点を超える温度域でマトリックス中に固溶しやすいが、前述したように、Mo、V、W系炭化物に比べると粗大であり、900℃に加熱された鋼中に最も多く存在する炭化物である。しかし、その含有量が7%未満では耐摩耗性の向上効果が得られず、逆に10%を超えて含有させると、炭化物が粗大化し、亀裂の起点となり靭性の低下を招く。このため、Cr含有量は7〜10%とした。

0024

Si:Siは添加しなくてもよいが、添加すれば鋼の被削性を向上させる作用を有する。したがって、この効果を得たい場合には添加することができ、その効果は0.5%以上で顕著になる。しかし、2%を超えて含有させるとヒートチェック性を低下させ、工具の使用寿命が短くなる。このため、添加する場合のSi含有量は0.5〜2%とするのがよい。

0025

Mn:Mnは添加しなくてもよいが、添加すれば鋼の焼入性を向上させて靱性を高めるのに有効な元素である。したがって、この効果を得たい場合には添加することができ、その効果は0.3%以上で顕著になる。しかし、1.5%を超えて含有させると、被削性が低下する。このため、添加する場合のMn含有量は1.5%以下とするのがよい。

0026

Mo:Moは添加しなくてもよいが、添加すれば鋼の焼戻軟化抵抗を向上させるほか、焼入性を向上させて靱性を高める元素である。したがって、この効果を得たい場合には添加することができ、その効果は0.5%以上で顕著になる。しかし、3%を超えて含有させると、偏析が大きくなり靱性が低下する。このため、添加する場合のMo含有量は0.5〜3%とするのがよい。

0027

V:Vは添加しなくてもよいが、添加すれば、マトリックスを強化するほか、上記のMoと同様に、微細な炭化物を形成して靱性を高め、特に本発明の高Cr鋼の靭性を高めるのに有効な元素である。したがって、この効果を得たい場合には添加することができ、その効果は0.5%以上で顕著になる。しかし、1.5%を超えて含有させると、V系炭化物が多くなりすぎて靭性の低下を招く。このため、添加する場合のV含有量は0.5〜1.5%とするのがよい。

0028

Ni:Niは添加しなくてもよいが、添加すれば焼入性を向上させて靱性を改善するのに有効な元素である。したがって、この効果を得たい場合には添加することができ、その効果は0.5%以上で顕著になる。しかし、2%を超えて含有させると、被削性が低下する。このため、添加する場合のNi含有量は0.5〜2%とするのがよい。

0029

Al:Alは添加しなくてもよいが、添加すれば、鋼の脱酸の安定化および均質化を図るのに有効な元素である。したがって、この効果を得たい場合に添加することができ、その効果はsol.Al含有量で0.005%以上で顕著になる。しかし、0.10%を超えて含有させると、Al系酸化物や窒化物量が増加し、靭性や被削性はの低下を招くほか、地きずの原因になる。このため、添加する場合のsol.Al含有量は0.005%〜0.1%とするのがよい。

0030

P:Pは鋼中に不可避的に存在する元素であり、過剰なPは偏析して靱性低下や熱亀裂の発生を助長する。このため、P含有量はできるだけ低いほうが好ましいが、0.015%以下であれば特に問題ない。したがって、P含有量は0.015%以下とするのがよい。

0031

S:Sは、上記のPと同様に、鋼中に不可避的に存在する元素であり、硫化物を形成して被削性を向上させるが、過剰なSは靱性を低下させる。このため、S含有量はできるだけ低い方が好ましいが、0.005%以下であれば特に問題ない。したがって、S含有量は0.005%以下とするのがよい。

0032

N:Nは、上記のP、Sと同様に、鋼中に不可避的に存在し、窒化物を形成する元素であり、特にV添加鋼では過剰なNがV系炭化物の析出を妨げ、マトリックスの強度低下を引き起こす。このため、N含有量は0.015%以下とするのがよい。

0033

表1と表2に示す化学組成を有する33種類の鋼を電気炉で溶製し、得られた鋼塊分塊圧延し、次いで鍛錬比4以上で厚さ200〜400mmに鍛造した。その後、鍛造品を800〜850℃で焼鈍した後、900〜1050℃からの焼入れと550〜640℃での焼戻しを施し、硬さHS50〜55に調整した工具用鋼を加工し、金型を製造した。

0034

0035

0036

そして、得られた各金型の900℃における鋼中の炭化物量を、前述の方法に従って測定した後、金型表面の最高温度が920℃になる条件のJIS G 4051に規定されるS45Cの鍛造加工に供し、その使用寿命と寿命原因を調べた。

0037

また、常温状態の金型の靭性を、ASTME339−83に規定される方法に従って調べ、破壊靭性値KQ(kgf/mm3/2 )を測定した。

0038

なお、金型の使用寿命は、金型表面の損傷状態目視観察し、摩耗または亀裂が生じて使用できなくなるまでの使用回数で評価した。

0039

これらの結果を、表1と表2に併せて示した。また、900℃における鋼中の炭化物量と使用寿命との関係を図1にまとめて示した。

0040

表1、表2および図1に示す結果からわかるように、本発明の熱間工具用鋼で製造された金型(No. 1〜23)の使用寿命は、4493回以上で極めて長かった。

0041

これに対し、化学組成または/および900℃における炭化物量が本発明で規定する範囲を外れる鋼で製造された金型(No. 24〜33)の使用寿命は、2487回以下であり、本発明例の約半分以下と短かった。なお、No. 24の金型は、JISに規定されるSKD61鋼製である。

発明の効果

0042

本発明の熱間工具用鋼とこの鋼で製造された工具は、A1変態点を超える温度域において使用寿命が極めて長い。このため、大幅な工具原単位の低減が図れる。

図面の簡単な説明

0043

図1900℃における鋼中の炭化物量と工具の使用寿命との関係を示す図である。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

該当するデータがありません

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

この 技術と関連性が強い技術

該当するデータがありません

この 技術と関連性が強い法人

該当するデータがありません

この 技術と関連性が強い人物

該当するデータがありません

この 技術と関連する社会課題

該当するデータがありません

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ