冷間加工用ダイス鋼は、主にプレス加工、ブランキング加工、成形加工、曲げ加工、冷間押出し加工、冷間引抜き加工、粉末冶金ダイスなどに使用されます。高硬度、高耐摩耗性、十分な靭性が求められます。一般的に、一般タイプと特殊タイプの2種類に分けられます。例えば、米国の一般用途冷間加工用ダイス鋼には、通常、01、A2、D2、D3の4種類の鋼種が含まれます。各国の一般用途冷間加工用合金ダイス鋼の鋼種の比較を表4に示します。日本のJIS規格によれば、使用できる冷間加工用ダイス鋼の主な種類はSKシリーズで、SKシリーズ炭素工具鋼、8種類のSKDシリーズ合金工具鋼、9種類のSKHMOシリーズ高速度鋼が含まれ、合計24種類の鋼種があります。中国のGB/T1299-2000合金工具鋼規格には合計11種類の鋼種が含まれており、比較的完全なシリーズとなっています。加工技術、加工材料、金型需要の変化に伴い、従来の基本シリーズではニーズを満たせなくなりました。日本の製鉄所や欧州の大手工具・金型鋼メーカーは、特殊用途の冷間加工用金型鋼を開発し、それぞれ独自の冷間加工用金型鋼シリーズを徐々に形成してきました。これらの冷間加工用金型鋼の開発は、冷間加工用金型鋼全体の発展方向でもあります。
低合金空冷焼入れ冷間加工用金型鋼
熱処理技術の発展、特に金型産業における真空焼入れ技術の広範な応用により、焼入れ変形を低減するために、国内外でいくつかの低合金空冷焼入れ微変形鋼が開発されました。このタイプの鋼は、良好な焼入れ性と熱処理を必要とし、変形が少なく、強度と靭性に優れ、一定の耐摩耗性があります。標準的な高合金冷間加工ダイス鋼（D2、A2など）は焼入れ性は良好ですが、合金含有量が高く、高価です。そのため、国内外でいくつかの低合金微変形鋼が開発されました。このタイプの鋼は、一般的に合金元素CrとMn合金元素を含み、焼入れ性を向上させます。合金元素の総含有量は一般的に5%未満です。小ロット生産の精密部品の製造や複雑な金型に適しています。代表的な鋼種としては、米国製のA6、日立金属製のACD37、大同特殊鋼製のG04、愛知製鋼製のAKS3などが挙げられます。中国製のGD鋼は、900℃で焼入れ後、200℃で焼戻しすることで、一定量の残留オーステナイトを保持し、優れた強度、靭性、寸法安定性を有します。欠けや破損しやすい冷間プレス金型の製造に適しており、長寿命です。
火炎焼入れ金型鋼
金型製造サイクルを短縮し、熱処理工程を簡素化し、エネルギーを節約し、金型の製造コストを削減するために、日本は火炎焼入れ要件を満たす特殊な冷間加工用ダイス鋼を開発しました。代表的なものとしては、愛知鋼のSX105V（7CrSiMnMoV）、SX4（Cr8）、日立金属のHMD5、HMD1、大同特殊鋼のG05鋼などがあります。中国は7Cr7SiMnMoVを開発しました。このタイプの鋼は、金型加工後に酸素アセチレン溶射ガンなどのヒーターを使用してブレードやその他の金型部品を加熱し、その後空冷して焼入れするために使用できます。一般的に、焼入れ後すぐに使用できます。そのシンプルなプロセスにより、日本で広く使用されています。このタイプの鋼の代表的な鋼種は7CrSiMnMoVで、焼入れ性に優れています。 φ80mm鋼を油焼入れした場合、表面から30mm離れた位置の硬度は60HRCに達します。中心部と表面の硬度差は3HRCです。火炎焼入れの場合、180～200℃で予熱した後、900～1000℃まで加熱してスプレーガンで焼入れすると、硬度は60HRCを超え、1.5mm以上の硬化層が得られます。
高靭性、高耐摩耗性冷間加工用ダイス鋼
冷間加工用金型鋼の靭性を向上させ、鋼の耐摩耗性を低減するために、海外の主要な金型鋼メーカーは、高靭性と高耐摩耗性の両方を備えた一連の冷間加工用金型鋼を相次いで開発しました。このタイプの鋼は一般的に炭素約1％、クロム約8％を含み、モリブデン、バナジウム、ケイ素などの合金元素を添加することで、炭化物が微細で均一に分布し、靭性はCr12型鋼よりもはるかに高く、耐摩耗性は同程度です。硬度、曲げ強度、疲労強度、破壊靭性が高く、耐焼戻し安定性もCr12型金型鋼よりも高く、高速パンチや多段パンチに適しています。このタイプの鋼の代表的な鋼種は、低バナジウム含有量の日本のDC53と高バナジウム含有量のCRU-WEARです。DC53は1020～1040℃で焼入れされ、空冷後に硬度が62～63HRCに達します。低温焼戻し（180～200℃）と高温焼戻し（500～550℃）が可能で、靭性はD2の1倍、疲労性能はD2より20%高い。CRU-WEAR鍛造および圧延後、850～870℃で焼鈍およびオーステナイト化。30℃/時間未満で650℃まで冷却して解放すると、硬度は225～255HBに達する。焼入れ温度は1020～1120℃の範囲で選択でき、硬度は63HRCに達する。使用条件に応じて480～570℃で焼戻しすると、明らかな二次硬化効果があり、耐摩耗性および靭性はD2より優れている。
ベース鋼（高速度鋼）
高速度鋼は、その優れた耐摩耗性と焼入れ硬度により、高性能で長寿命の冷間加工金型の製造に海外で広く使用されており、例えば日本の一般規格高速度鋼SKH51（W6Mo5Cr4V2）などが挙げられる。金型の要求に適合させるため、高速度鋼の焼入れ温度、焼入れ硬度、または炭素含有量を減らすことで靭性を向上させることが多い。マトリックス鋼は高速度鋼から開発され、その化学組成は焼入れ後の高速度鋼のマトリックス組成と同等である。そのため、焼入れ後の残留炭化物の数が少なく均一に分布しており、高速度鋼と比較して鋼の靭性が大幅に向上する。米国と日本は1970年代初頭にVascoMA、VascoMatrix1、MOD2グレードのベース鋼を研究した。近年では、DRM1、DRM2、DRM3などが開発されている。一般的に、より高い靭性と優れた耐焼戻し安定性が求められる冷間加工用金型に使用されます。中国では、65Nb（65Cr4W3Mo2VNb）、65W8Cr4VTi、65Cr5Mo3W2VSiTiなどのベース鋼も開発されています。このタイプの鋼は強度と靭性に優れており、冷間押出、厚板冷間打ち抜き、ねじ転造ホイール、圧延金型、冷間鍛造金型などに広く使用されており、温間押出金型としても使用できます。
粉末冶金金型鋼
従来の製法で製造されたLEDB型高合金冷間加工用金型鋼、特に大断面材は、粗大な共晶炭化物と不均一な分布を有しており、鋼の靭性、研削性、等方性を著しく低下させている。近年、工具鋼や金型鋼を製造する海外の大手特殊鋼メーカーは、粉末冶金法による高速度鋼や高合金金型鋼の開発に注力しており、この種の鋼の急速な発展につながっている。粉末冶金法を用いることで、アトマイズされた鋼粉末が急速に冷却され、形成される炭化物は微細かつ均一となり、金型材料の靭性、研削性、等方性を大幅に向上させる。この特殊な製造プロセスにより、炭化物は微細かつ均一となり、被削性や研削性能が向上するため、鋼に高炭素・高バナジウムを添加することが可能となり、一連の新しい鋼種が開発されている。例えば、日本の大同鋼業のDEXシリーズ（DEX40、DEX60、DEX80など）、日立金属のHAPシリーズ、藤越鋼業のFAXシリーズ、UDDEHOLMのVANADISシリーズ、フランスのErasteelのASPシリーズ、そしてアメリカのCRUCIBLE社の粉末冶金工具・金型鋼などが急速に発展している。CPMlV、CPM3V、CPMlOV、CPM15Vなどの粉末冶金鋼シリーズが形成され、従来の製法で製造された工具・金型鋼に比べて耐摩耗性や靭性が大幅に向上している。
投稿日時：2024年4月2日
