NACHITECHNICALREPORT
Materials

14B4Vol.

October/2007■ 新商品・適用事例紹介
FM ALLOY「精密型用鋼 ＤＵＲＯ」
マテリアル事業
精密成形
プレシジョン

FM ALLOY"DURO for Precision Die"
〈キーワード〉型用鋼・高速度工具鋼・ファインブランキング・
精密金型

マテリアル事業部

吉 田 直 純 Naozumi Yoshida
島 谷 祐 司 Yuji Shimatani
吉 本 隆 志 Takashi Yoshimoto「FM ALLOY」は、NACHIの商標登録です。

FM ALLOY「精密型用鋼 ＤＵＲＯ」

要旨

NACHIマテリアル事業は、従来の高速度工具鋼※1（ハイス）に並ぶ新材料として、「FM ALLOY」のブランド名で高機能、高品質、高付加価値材料の開※2

プラスチック金発を推進し、精密型用鋼『DURO』、型用鋼『PROVA』、機能部品材料『EXEO』をシリーズ化し、新たな用途展開をすすめている。

1.高品質・高性能のに合わせて6材種からなり、高耐摩タイプから高靱性金型材料に応えてタイプまで多様な特性バランスと、高い清浄度を追

自動車や家電製品の部品加工は、生産効率の求した高性能金型材料シリーズで、年々過酷で多向上を狙って、切削加工から塑性加工への転換が様になる金型市場のニーズにマッチし、優れた寿命ワークとなる部品の複雑形状すすんでいる。また、実績を誇る。

それに伴い使化や難加工素材の適用が多くなり、精密型用鋼DUROは、冷間用途と温・熱間用途※3

国内初となる完全保護雰囲気型ESRなどの特殊溶解技術の導入により、破壊の原因となる非金属介在物や炭化物偏析を可能な限り少なくした。

Abstract
NACHI Material Division has developed a newmaterial called FM Alloy that has high performance, high quality and high added value thatrivals the conventional High Speed Steels（HSS）.
FM Alloy series consist of DURO for precisiondies, PROVA for plastic dies and EXEO for functional part materials, being applied for various
new purposes.
DURO for precision die consist of six different
types of materials; four types of materials for cold
processing dies and two types of materials for hot
processing dies. DURO is a series of materials forhigh-performance dies, which achieved the superb purity and balance between the strong wear
resistance and high level of toughness. Prolonging the die life, DURO satisfies the needs of thedie market that has become increasingly strict
and diversified year after year.
NACHI is the first in Japan to use the special
melting technology of ESR with total protection
environment so that NACHI has minimized thecarbide segregation and nonmetal inclusion that
may cause a breakage in the material.

用される金型にもより大きな力や衝撃がかかるようになってきている。
従来、冷間加工用の金型材料としては、SKS3やSKD11など炭素工具鋼や合金工具鋼が一般的であり、加工条件の過酷な用途や量産用の金型には、が使用されている。
高速度工具鋼（以下ハイスとする）
また、熱間加工用の金型材料としては、SKD61などの合金鋼が使用されている。
NACHIは、冷間金型材料として、SKH51に代表※4される一般的な溶解ハイスの他、靱性に優れたマトリックスハイス系『MDSシリーズ』や粉末ハイス系『FAX
また、熱間金型材料としては、SKD7改シリーズ』を、良材『HDN1』といった、特徴ある新材料を市場に提供してきた。

図1

1

冷間金型の一例

2. 精密型用鋼「DURO」の特長
精密型用鋼「DURO」は、NACHI独自の溶解・精：DURO
シリーズ

錬技術をベースに製造された高品質高性能の金型

DURO−F1

化物偏析を可能な限り少なくした材料となっている。
原材料の厳選を初めとし、国内初となる完全保護
また、材料組解によって不純物の混入を防いでいる。

マトリックスハイス

DURO−V5

DURO−F7

FAX38

靱性などの特殊な溶雰囲気型ESR（2006年度より稼動）

DURO−F3

良好

用材料であり、破壊の原因となる非金属介在物や炭SKH9

DURO−SP
HM35

織の均一化を狙って、特殊溶解の採用だけでなく、熱粉末ハイス

SKD11間加工条件や工程内熱処理の調整を行なっている。
現在、精密型用鋼「DURO」は靱性と耐摩耗性

溶解ハイス※）靱性＝き裂発生抵抗＋き裂進展抵抗のバランスに優れた6つの材種からなり、冷間から温・

図2

耐摩耗性

良好

DUROシリーズ（冷間用）の位置づけ熱間領域までの多様な金型用途に対して適用できるようシリーズ化されている。その特性バランスの位

：DURO
シリーズ

置付けは、図2および図3の通りである。
示す。材種によって、内部の硬質炭化物粒子（写SKD61

良好

精密型用鋼「DURO」の標準ミクロ組織を、図4に真で白く見える粒子）の含有量が異なり、熱間用の熱間ダイス鋼靱性

DURO−N1が最も少なく、一方、最も耐摩耗性のDURO−N1SKD7高いDURO−SPが最も多くなっている。
また、炭化物粒子のサイズは、粉末ハイスより大きく、

SKD8

DURO−F1

マトリックスハイス

SKH57やSKD11より小さい中間的なサイズに整粒化されおり、DUROの材料組織上の大きな特徴となっ高温強度

図3ている。

DURO−N1

DURO−F1

DURO−F3

DURO−F7

SKD61

粉末ハイス

溶解ハイス（SKH57）

冷間ダイス鋼（SKD11）

図4

NACHI TECHNICAL REPORT良好

DUROシリーズ（温・熱間用）の位置づけ

DURO−V5

DURO−SPDUROの標準ミクロ組織（ナイタル腐食 500倍）

Vol.

14B42

FM ALLOY「精密型用鋼 ＤＵＲＯ」

3. 精密型用鋼「DURO」のシリーズ
熱間用に分類される。冷間用には高靱性タイプでマ1）ＤＵＲＯ−Ｆ１、−Ｆ３、−Ｆ７（Ｆシリーズ）（冷間から温間、熱間加工まで）

トリックスハイス系のD U R O−F 1とD U R O−F 3、Fシリーズは、マトリックスハイス系の3材種からなり、DURO−F7の3材種と、高耐摩タイプで高合金ハイ54〜65HRCの広い硬度範囲で使用可能である。Fシリー

さらには最近開発した高耐摩・ス系のDURO−SP、ズの中で最も靱性のある材種がDURO−F1で、最も高靱性バランスタイプのDURO−V5がある。

耐摩耗性のある材種がDURO−F7となっており、精密型用鋼「DURO」は、図5のように冷間用と温・一方、温・熱間用には、高強度タイプでマトリックス

DURO−F3がその中間的なバランス型グレードとなっハイス系のDURO−F1と高靱性タイプで合金工具ている。いずれの材種も非常に優れた靱性を示すの鋼系のDURO−N1からなる。

が、各材種ごとに得意とすが特長である（図6、7参照）
る硬さ範囲があり、硬さ設定の際は注意が必要である。

6材種のうちDURO−F1は、冷間用と温・熱間用3材種の中でも、DURO−F1は60HRCクラスの金のどちらでも使用できる材種となっている。
冷間用
精密型用鋼
「DURO」シリーズ
温・熱間用

図5

高靱性タイプ（F1、F3、F7）型材料としては最高の靱性を有する材料であり、粉高耐摩・高靱性バランスタイプ（V5）

末ハイスをも上回る抗折力やシャルピー衝撃値を示す。

高耐摩タイプ（SP）

その高い靱性を活かして、冷間のみならず、温間や高強度タイプ（F1）熱間加工に至るまで広い用途で好評を得ている。

※5高靱性タイプ（N1）2）
ＤＵＲＯ−ＳＰ（最高レベルの耐摩耗性）

DUROシリーズの構成

6.05.5

DURO−SPは、鉄系の金型材料としては最高レ

DURO−F1

抗折力（GPa）5.0（図8参照）。また、ベルの耐摩耗性をもつ材種である

DURO−F3

抗折力やシャルピー衝撃値は一般ハイスのSKH514.5
DURO−F74.0と同等であり、十分な靱性を有する。標準的な使用
硬度は64HRC前後であり、粉末ハイスと同等の硬SKH513.5度を出すことが可能である。

SKD113.0

粉末ハイスに比べて靱性はやや低いものの、粉2.5末冶金材料特有のミクロクラックに対する脆弱性（粉2.0565860

図66462（HRC）
硬さ66

末ハイスは微細な亀裂を起点に大割れしやすい）

68がなく、割れの伸展に強い材料である。

DURO−Fシリーズの抗折力

160

5.E−04

DURO−F110080

DURO−F36040

DURO−F720

SKD1105658

図73

比摩耗量［mm3／kgf・m］

シャルピー衝撃値（J/cm2）

140120※660

4.E−04

大越式摩耗試験機
回転子：SCM435
摩耗距離：200m
最終荷重：6.3kg

3.E−04

粉末ハイス（65HRC）

2.E−04

1.E−04

SKH51（62HRC）

SKH51

6264
硬さ（HRC）

マトリックスハイス（59HRC）

DURO−SP（65HRC）
66

DURO−Fシリーズのシャルピー衝撃値

680.E＋00
0.00.51.01.52.02.53.0
摩擦速度［m／s］

図8

DURO−SPの耐摩耗性

3.54.0材料の面粗度を変えた時の靱性値を、図9、図103）
ＤＵＲＯ−V5（耐摩耗性と靱性の高いバランス）に示す。DURO−SPは、粉末ハイスに比べ、表面粗最近開発されたばかりの材種であり、
DURO−V5は、度の悪化に鈍感で靱性の落ち込みが少なく、摩耗高い靱性と耐摩耗性を合わせ持つ特性バランスのにより金型の肌が荒れても粉末ハイスより高い靱性新材料である。標準硬度は60HRCであり、冷間用途を示すことを示している。また、粉末ハイスに比べ耐として汎用的な硬さ範囲で使用できる。

（ファインブランキングパンチにも）靱性は、一般ハイスのSKH51はもちろん、従来マトリッ摩耗性が良好なため（図8参照）、金型の表面荒れクスハイスに対しても同等以上の高靱性を示す（図を遅らせることができる。
※7

ファインブランキングパンチなど、以上の特長により、とくに溶着摩耗領域に
11参照）。一方、耐摩耗性は、局部的に激しい焼付きや摩耗が発生し、チッピングおいて抜群の耐摩耗性を示し、SKH51を超えるレベを起こしやすい金型で、抜群の寿命実績を上げて（図12参照）。
ルにある
DURO−V5は開発されたばかりの材種であるためいる。

使用実績は少ないが、靱性と耐摩耗性の両方が要求され従来の材料では対応できなかったシビアな金

65.2

55.0
抗折力（GPa）抗折力（GPa）

型用途に対し、寿命向上が期待される。

43DURO−SP

DURO−V5
マトリックスハイス

4.8

3点曲げ
スパン：50mm

4.6
SKH5124.4

粉末ハイス

10.1

図9510
面粗さ Rmax（μm）

204.260

DURO−SPの抗折力（面粗度の影響）

図11

比摩耗量［mm3／kgf・m］

50403020DURO−SP

104

DURO−V5の靱性

大越式摩耗試験機
回転子：SCM435
摩耗距離：200m
最終荷重：6.3kg

00.1

510

マトリックスハイス（60HRC）
2120

面粗さ Rmax（μm）

DURO−SPのシャルピー衝撃値（面粗度の影響）

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.

14B4

SKH51（62HRC）

3

DURO−V5（60HRC）

粉末ハイス

図1063560
シャルピー衝撃値（J/cm2）

61
62
［HRC］
熱処理硬さ

00

123
摩擦速度［m／s］

図12

DURO−V5の耐摩耗性

44

FM ALLOY「精密型用鋼 ＤＵＲＯ」

4）
ＤＵＲＯ−Ｎ1（優れた耐ヒートチェック性）

として最も一般的なSKD61よりも高硬度で使用できる

DURO−N1は、熱間金型用合金工具鋼SKD7ののが特長である。これにより、金型の熱ダレや高温摩改良鋼であり、熱間金型における耐ヒートチェック性に耗の抑制、さらには、ヒートチェックの発生を遅らせるこ（図13参照）。使用可能
特に優れた材料となっているとが可能となっている。このような特徴を活かし、特にな標準硬さ範囲は、50〜54HRCであり、熱間金型用強水冷却を伴う熱間加工で良好な実績を上げている。

※825
ヒートチェック発生数（本）1.00
ヒートチェック最大長さ（mm）※90.80
0.60
0.40
0.20

20
15

繰り返し回数
1,000回

10500.00

DURO−F1 DURO−N1 SKD7系

図13SKD61

試験条件
・700°加熱
・水冷4秒
・空冷2秒

DURO−F1 DURO−N1

SKD7系

SKD61

DURO−N1の耐ヒートチェック性

4. 精密型用鋼「DURO」の熱処理条件
表1
材種
DURO−F1

DURO−F3

DURO−F7

DURO−V5DURO−SP5精密型用鋼「DURO」の熱処理条件は、従来のDURO（冷間用）の標準熱処理条件
目的

焼入れ（℃）焼もどし（℃）硬さ（HRC）

ソルトバス炉な工具鋼と同様に、真空炉、雰囲気炉、

靱性重視

1,100580×2

56.0

標準

1,120560×2

58.0

耐摩耗重視

1,160560×2

59.5

靱性重視

1,100580×2

59.0

標準

1,140580×2

60.0

表2

耐摩耗重視

1,160560×261.5

材種

靱性重視

1,120600×260.0

標準1,120580×2

62.5

耐摩耗重視

1,180560×2

65.0

靱性重視

1,140580×2

60.0

標準

1.160560×2

62.0

靱性重視

1,120600×3

61.0

標準

1,160580×3

64.0

耐摩耗重視

1,200560×366.0

どの熱処理方法で対応可能である。
各材種の標準的な熱処理条件を表1、表2に示す。

DURO−N1

DURO−F1

DURO（温・熱間用）の標準熱処理条件
目的

焼入れ（℃）焼もどし（℃）硬さ
（HRC）

耐衝撃重視

1,030620×2

50.5

標準

1,050

600×252.0

高温強度重視1,070

580×253.5

耐衝撃重視

1,080

600×254.5

標準1,100580×256.0

高温強度重視1,140580×257.5

5. 精密型用鋼「DURO」の使用事例
精密型用鋼「DURO」の使用事例を、表3に示す。

表3

代表的な事例であるファインブランキングパンチの模材種

式図を、図14に示す。ファインブランキング用パンチは、

DURO−F1

ワークと接触する刃先コーナー部に高い引張応力が発生するため、超硬は適さず、ハイスが重用されている。また、高い面圧からコーティング膜の適用もすすんでおらず、パンチ寿命は母材の性能に大きく依存している。

DURO−F3

DUROの使用実績
金型名称

打ち抜きパンチ
転造ローラー

DURO−F7 フォーミングラック

寿命比
他社マトリックスハイス対比

寿命5倍

他社冷間型鋼対比

寿命2倍

他社マトリックスハイス対比

寿命1.5倍冷ファインブランキング 他社マトリックスハイス対比
間 DURO−V5
寿命3倍
パンチ
用
ファインブランキング 他社マトリックスハイス対比
寿命4倍
パンチ
フローフォーミング 他社マトリックスハイス対比
DURO−SP ※10マンドレル
寿命5倍
異形押出ダイ
ハブ成形ダイ

温・熱間用

DURO−N1

据込み鍛造ダイ
鍛造パンチ
ノックアウトパンチ

DURO−F1

粗鍛造パンチ
粗鍛造リング

他社マトリックスハイス対比

寿命8倍

他社SKD7対比

寿命約1.7倍

他社SKD8系ダイス鋼対比

寿命約2倍

他社SKD61系ダイス鋼対比

寿命約2.2倍

他社SKD61対比

寿命約2.2倍SKD7系ダイス鋼対比

寿命約4倍

SKD7系ダイス鋼対比

寿命約2.4倍

図14 ファインブランキングパンチの模式図

6. 精密型用鋼「DURO」の製造可能寸法と型種
精密型用鋼「DURO」は、NACHIで製造可能な、ほぼ全ての寸法と型種で対応可能である。ただし、製品在庫としては、丸鋼と平鋼のみとなり、他の型種については受注生産となる。

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.

14B467.「FM ALLOY」ブランドの展開「FM ALLOY」ブランドの高機能・高品質・高付「FM ALLOY」の機械部品材料「EXEO」シリー

加価値材料として、精密型用鋼「DURO」シリーズ

工作機械のスピンドルや射出成形機のスクリューズは、は従来にない特長を持つ。などに、プラスチック金型用鋼「PROVA」シリーズは、その優れた機械的特性から、過酷な環境下で使プラスチック成形金型などの用途に展開していく。

用される特殊な機械部品の素材としても注目されており、金型用途にこだわらない用途展開をすすめていく。

用語解説※7 ファインブランキング※1 FM ALLOY
FM ALLOYは、NACHI新材料のブランド名であり、独自の新製法により、高機能化・高特性化を実現したミクロ制御合金であることを表わす。

※2 ＤＵＲＯＤＵＲＯとはラテン語で、「硬くする」、「耐える」といった意味で、過酷な金型環境に耐える強靱な材料をイメージして名付けたもの。

※3 ESR
エレクトロスラグ再溶解法の略で特殊溶解法の一つ。電気炉などで一度製造した円柱状の鋼塊の一端をESR炉で少しずつ溶解し、すぐに凝固させることにより、緻密で均一な組織の材料が得られる。また、有害な非金属介在物や偏析を低減することもできるため、材料の機械的強度が改善される。

※4 マトリックスハイス
ハイスは面積率で10％以上の炭化物を含有し、高い耐摩耗性を有するが、その炭化物量を1％程度に抑えたハイスをマトリックスハイスと呼んでいる。
炭化物を減らすことにより、耐摩耗性は犠牲になるが、高い靱性が得られ、割れや欠けの発生しやすい金型などに多用されている。

※5 抗折力材料の靱性を表す特性値の一つで、試験片を3点曲げにより折った時の最大荷重から求められる。鋼の場合、鍛錬度の影響を大きく受け、同一材種でも、大径材の抗折力は低く、径の小さい材料では大きな値となる。熱処理硬さの影響も受け、材種により抗折力の最も高くなる硬度が異なる。

専用のプレス機械を用いた、冷間打ち抜きと押し出し加工を組みあわせた成形加工で、非常に精密なせん断面を得ることができる。パンチとダイのクリアランスが極端に小さいため、金型にかかる応力も非常に大きく、耐摩耗性と靱性を合わせ持つ高性能な材料が要求される。

※8 耐ヒートチェック性
熱間金型は、高温に加熱されたワークと接触し、直後に潤滑剤により冷却される。この急激な加熱と冷却の繰り返しにより、金型表面に微細な熱疲労亀裂が発生する。この亀裂をヒートチェックと呼び、亀裂の発生しにくい材料が耐ヒートチェック性の高い材料となる。

※9 強水冷却
熱間金型の表面は、温度上昇により強度が低下し、ふくれやダレが発生し、それを防止するため水（油の場合おある）により冷却される。冷却を強化すると（強水冷却という）、ヒートチェックが発生しやすくなり、型寿命が低下する。DURO−N1は、耐ヒートチェック性が高く、強水冷却に強い材料である。

※10 フローフォーミング
主軸に取り付けられたマンドレルに、複数のローラーでワーク材を押しつけ、その歯溝形状を転写するとともにワークを押し伸ばす加工法。複雑形状であるマンドレルには高い応力が負荷されるため、強度（硬さ）と同時に高い靱性が求められる。

※6 シャルピー衝撃値
抗折力と同じく、材料の靱性を表す特性値の一つであり、試験片を専用の試験機で折った時の吸収エネルギー値から求められる。抗折力と同様に、その歪み速度鍛錬度や熱処理硬さの影響を受ける。抗折力との違いは、であり、瞬間的に試験片が折れるため、衝撃負荷のかかる金型に対して重視される特性値である。

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.14B4

October / 2007〈発行〉 2007年10月20日
株式会社 不二越 開発本部 開発企画部
富山市不二越本町1-1-1 〒930-8511Tel.076-423-5118 Fax.076-493-5213