広く使用されている特殊鋼鋼材の特徴や熱処理特性などについてWEBや一般に公表されているデータをもとに独自に説明しています。引用した資料は、こちらに紹介しています。


日立金属 ”SLD” について 

(1)一般的な特徴

メーカーのカタログには、
1)焼入れ性が大きく、空気焼き入れできる
2)耐摩耗性が極めて大きく、同一硬さでのじん性が大きい
3)品質が安定している

・・・ などが特徴として挙げられています。
さらに、優れた製鋼技術と鍛造・圧延技術によって、炭化物が微細で機械加工性にも優れていることを特徴として記されています。

SKD11が開発されて約50年が経過しますが、1.5%C-12%Cr系の耐摩耗に優れた冷間ダイス鋼で、広く使用されています。焼入れ性が良いために、φ100程度の品物でも空冷で60HRC以上の硬さが出るとともに、その硬さでのじん性が高いことから、各種金型や刃物類の主役となっています。

(2)SLDの製造上の特徴について

SLDはJISのSKD11に対応しています。SKD11を製造しているどのメーカーも同様ですが、JISの要求よりもレベルの高い管理をしていますが、特に日立金属では原材料を厳選することで、P(リン)の含有量を抑えることで、いろいろな特性をバックアップしていることを強調しています。

日立金属は、「アイソトロピー」というキャッチフレーズを使っていますが、これは、「等方性」という意味合いのようです。材料には製造工程中で生じる「不均一さ」は生じるものですが、それをいろいろな技術によって「均一性」を高めているとしています。

SLDのカタログにはSKD11との比較でいろいろなデータが示されて、SLDのほうが良いことが書かれていますが、それを見ても、SKD11(SLD)の何が優れているのかがわかりません。もちろん、他社の同じ系統の鋼種との優劣差などは掲載できませんので、ここでは、SLDとはどういうもので、他鋼種とどのような位置にあるのかを同社の資料を用いて簡単に説明することにします。
SLD焼なまし組織


  

(3)材料特性

特性比較  標準熱処理

これらは、日立金属の最新版の鋼種ですが、左は横軸がじん性(=耐欠け性・割れ性)、縦軸が耐摩耗性(=耐圧強度)を示しています。左図であれば、右45度方向にあるものが優れており、右の図では、棒グラフの長さが短いものが優れているということですが、硬さや熱処理方法で変わりますので、これは、鋼材の傾向を示すものという程度に考えましょう。

ここでは、他鋼種のほうがSLDより優れている・・・という鋼種がたくさんあります。
これでは、「SLDがいい」という説明にはなりませんが、そもそも、すべてに優れる材料はないのですから(もしあれば、こんなにたくさんの鋼種は必要ありませんから)耐摩耗性とじん性の位置づけということでこれらの図をみておいてください。

まず、ほかでも紹介していますが、特殊鋼倶楽部の鋼種分類の最新版です。

冷間金型用鋼一覧

鋼は鉄と炭素の合金で、その特徴は、熱処理によって非常に硬くなることです。
その基本は「炭素工具鋼」で、水焼き入れして硬くなるのですが、刃物であればその先端の一部しか硬化しません。
そのために、焼入れ性の高いものが求められて、焼入れ性を高めるように合金元素がくわえられ、SKS3などの特殊合金工具鋼では、油焼き入れで硬化するようになりましたが、もっと大きな品物でも、空冷で硬化するものが求められてダイス鋼と呼ばれるSKD11が開発されました。

上の表では、上から順にその経緯の要求に基づいて改良されたものになっています。しかしそこから下は、じん性やその他の特定要素に沿って開発されている鋼種で、言うなれば、SKD11(SLD)が「基本鋼種」と考えていい位置にあるといえます。
焼入れ最大径 中心部硬さが60HRCになる最高径

SKD11は焼入れ性が良く、品物を熱処理した時の変形が少ないということで、当面は、さらに若干の改良が進むことがあっても、「基本鋼種」の位置づけは変わらないと考えていいでしょう。

冷間工具鋼であれば、必ずSKD11との比較が検討されます。しかし、SKD11がすべてに劣っているということではありませんので、SKD11とそれらの新鋼種を比較するというスタンスになります。

SKD11は12%Cr系の材料ですが、現状では8%Cr系の材料と比較して検討することになるでしょうし、高級なハイス(高速度鋼)との優劣も、SKD11を基本にしていろいろな諸性質を比較検討するのがわかりやすいでしょう。日立金属では、改良型のSLDシリーズもラインアップしています。


(4)熱処理特性

標準熱処理表
SLD焼戻し硬さ曲線 SLD熱処理変寸

焼入れ温度は1000-1050℃ですが、一般的にはじん性を重視する場合は低めの温度を取るのが望ましいでしょう。また、焼戻し温度のとり方でいろいろな性質が異なることも知っておくといいでしょう。

通常の刃物などでは、60HRC以上の硬さが用いられますが、この場合は200℃程度の低温焼戻しが機械的性質を見ると優れています。しかし、500℃で焼戻しすると58HRC程度の硬さが出ますので、耐熱要素を必要とする場合はそれを利用します。

焼戻し温度が高いと、品物がその温度になるまで組織などが変化しにくいという理由です。

注意する点は、500℃程度の高温戻しは低温焼き戻しに比べてじん性が低くなること、寸法変化が大きいことなどがあります。
高温焼戻しを効果的にしたい場合は、8%Cr系の材料がいいでしょう。

(5)さいごに

メーカーカタログでは「優れていること」は書いてあっても、「劣ること」については詳しく説明していません。これを見極められるようになるのは難しいことです。たとえば、どんな鋼種であっても、耐摩耗性と靭性の両方に優れたものはありませんので、それを熱処理や材料取りなどでカバーできるかどうかなどは経験や知識に頼らないといけない部分がたくさんあります。(こちらも参考に)

現在は特殊鋼販売士などの資格を持った方は、鋼材や熱処理知識に詳しいですので、他社の情報もあわせて教えていただくことができる場合もあるでしょう。


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このページ「SLD」の目次
一般的な特徴
製造上の特徴
材料特性
熱処理特性
さいごに



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