(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．６５〜０．８９％、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｃｒ：５．０〜１１．０％、
ＭｏまたはＷのいずれか１種または２種をＭｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：１．０〜５．０％、
ＶまたはＮｂの１種または２種を、Ｖ＋１／２Ｎｂ：０．１〜１．０％、
Ｓ：０．０１０〜０．１０％、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする被削性に優れた冷間工具鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被削性に優れた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、塑性加工技術の進歩や被加工材の高強度化に伴い、使用される工具への応力負荷が大きくなり、５００℃焼き戻しで６０ＨＲＣの硬さが得られる点で優れているが、しかしながら、ＳＫＤ１１鋼においては、粗大なＣｒ系共晶炭化物を含有するために被削性に劣る。一方、快削性を付与するために、Ｓを添加することが広く知られているが、同時に耐衝撃性が低下すると言う問題がある。このような問題に対して、例えば特公昭４１−１７４４１号公報、特公昭６３−６６３８４号公報、特開平８−１２０３３３号公報、および特公平３−３６８９７号公報等の発明が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した、特公昭４１−１７４４１号公報はＳを二硫化モリブデンの形で含ませて、潤滑性を向上させ、工具等の耐摩耗性を良好とすると共に、衝撃性を低下させないと言うものである。しかしながら、この発明には、Ｃｒが含有せず、かつ、Ｖ＋１／２Ｎｂの規制が全く開示されていない。また、特公昭６３−６６３８４号公報は、ＲＥＭ添加によって、非金属介在物を大幅に粒状化させることによって、被削性の向上と、耐衝撃性が著しく優れると言うものであるが、この発明には、本発明の特徴とするＶおよびＮｂ添加におけるＶ＋１／２Ｎｂの規制がされていない。
【０００４】
さらに、特開平８−１２０３３３号公報は、前述したＪＩＳ−ＳＫＤ１１の粗大なＣｒ系共晶炭化物を含有することによる被削性の劣化に対応して、耐摩耗性を劣化させることなく、被削性の改善を図ったものであるが、この発明も、本発明の成分組成とするＭｏとＷの１種または２種をＭｏ＋Ｗ／２で１．０〜５．０％とし、かつ、ＶとＮｂの１種または２種をＶ＋Ｎｂ／２で０．１〜１．０％なる成分組成を規制した記載が全くない。
【０００５】
また、特公平３−３６８９７号公報は、Ｃ：０．６５〜０．８９％、Ｓｉ：０．５０〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、Ｃｒ：８．１〜１０．０％、Ｍｏ：０．７５〜１．９５％、Ｖ：０．５〜１．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする炭化物被覆処理用硬度高靱性冷間工具鋼であり、高靱性を活用し、通常の熱処理後の強度、靱性が従来鋼であるＪＩＳ−ＳＫＤ１１よりも優れている鋼であるが、本発明は、さらにこれらに加えて、焼鈍状態および焼入焼戻状態での被削性、研削性が著しく向上する成分バランスを見出したものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような発明に加えて、低Ｃ−低Ｃｒ鋼でのＳ添加により、強度、耐摩耗性、および靱性を劣化させることなく、被削性の向上を図るものであって、その発明の要旨とするところは、重量％で、Ｃ：０．６５〜０．８９％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：５．０〜１１．０％、ＭｏまたはＷのいずれか１種または２種をＭｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：１．０〜５．０％、ＶまたはＮｂの１種または２種を、Ｖ＋１／２Ｎｂ：０．１〜１．０％、Ｓ：０．０１０〜０．１０％，残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする被削性に優れた冷間工具鋼にある。
【０００７】
【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などと結合して炭化物を形成し、高温強度、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を阻害することから、Ｃの上限を０．８９％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、強度靱性の最適バランスを得るためには、０．７５〜０．８９％の範囲が望ましい。
【０００８】
Ｓｉは、主に脱酸剤として添加されると共に、耐酸化性、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、１．５％を越えて添加すると、冷間加工性を阻害するうえに靱性を低下させるので、その上限を１．５％とした。
【０００９】
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。この硬化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、靱性を低下させるため、その上限を１１．０％、とした。
【００１０】
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量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１．０％以上が必要である。逆に、Ｍｏ当量の過剰添加は、靱性を低下を招くので、その上限を５．０％とした。
【００１１】
Ｖ、Ｎｂは、共に二次硬化に有効であり、Ｃと硬い炭化物を形成して耐摩耗性の向上に大きく寄与すると共に結晶粒を微細化する。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劣化させるため、その上限を１．０％とした。
【００１２】
Ｓは、被削性を高め機械的工費を低減するうえで欠くことのできない元素であり、その目的達成のためには、０．０１０％以上添加する必要がある。しかし、０．１０％を超えて過多に添加するときは、熱間延性を劣化させるので、その上限を０．１０％とする。
本発明の冷間工具鋼は、以上の元素によって構成されるものであり、成形金型用鋼としての強度、耐摩耗性、および靱性を満たしつつ、被削性が良好で金型製作費を安価に抑えることができる。
【００１３】
【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を真空誘導溶解炉にて出鋼した後、加熱温度１１００℃、鍛錬比１５ｓで鍛伸を行い、室温まで徐冷した後、８６０℃にて焼鈍を施し供試材とした。この供試材を試験片形状と金型形状に加工後、試験片と金型を１０４０℃に３０分保持後、空冷して焼入し、焼戻しは５２０℃で６０分保持後、空冷する処理を２回繰り返した。
また、摩耗試験は、ＳＣＭ４２０（８６ＨＲＢ）を相手材とし、摩耗距離２００ｍ、最終荷重６２Ｎの条件下で行い、試験結果は比較鋼８の摩耗量を１００として表した。
【００１４】
被削性の評価は、径１２０×１００ｍｍの実際の金型を型彫りしてその所要時間を比較鋼４の金型用鋼を１として、試験材と比較することによって行った。その結果を表１に示す。表１に示すように、本発明鋼Ｎｏ１〜３はいずれも型彫り所要時間は比較鋼に比べて２０〜４０％程度短縮されており、被削性が著しく改善されていることが判る。すなわち、従来の冷間工具鋼Ｎｏ４〜５なみの耐摩耗性、およびはるかに優れた被削性をはかることが出来た。
【００１５】
【表１】
0003833379.tif 000002
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明鋼により、高硬さと優れた靱性を兼備し、かつ金型の製作に要する工程の低減をはかれる極めて被削性の優れた冷間工具鋼を提供することにある。