工具鋼とは？特性、種類、用途

SteelPro Group は、鉄鋼生産の世界的な専門家として、要求の厳しい用途における工具鋼の重要性を認識しています。この記事では、工具鋼の基本的な特性、分類、用途を検討し、理想的な選択肢を選択するためのガイドを提供します。

工具鋼とは何ですか?

工具鋼は、耐久性、耐摩耗性、高温でも強度を維持できるという点で評価されている最高級の炭素鋼または合金鋼です。その強度と靭性は、タングステン、モリブデン、クロム、バナジウムなどの炭化物形成元素から生まれ、コバルトとニッケルは高温でも優れた性能を発揮します。工具やツールに最適で、切断、スタンピング、成形などの高応力の用途に優れています。

工具鋼の特性

• 過酷な条件下でも高い硬度が維持されます。
• 摩擦や磨耗に耐える優れた耐摩耗性。
• 応力を受けてもひび割れや破損を防ぐ強力な靭性。
• 優れた耐熱性で高温でも強度を維持します。
• 耐腐食性に優れ、錆や酸化を防ぎます。
• 高応力下でも優れた寸法安定性。
• 高圧に耐える優れた耐荷重性。

工具鋼の種類

工具鋼は、その組成、熱処理、および用途に基づいて 6 つの主要なタイプに分類されます。 

水硬化工具鋼

水硬化工具鋼 （多くの場合、 Wシリーズ）は、最も単純で安価なタイプの工具鋼です。主に水中で焼き入れすることで硬化され、熱処理後に高い硬度が得られます。

主な特徴:

• 水焼入れ後の硬度が高い。
• 中程度の耐摩耗性。
• 衝撃強度が低い。
• 大きな衝撃やショックを受けないツールに適しています。
• 通常、低応力用途の切削工具、ダイ、金型に使用されます。

熱間工具鋼

熱間工具鋼多くの場合 H シリーズとして分類されるこれらの鋼は、ダイカスト、押し出し、鍛造などの高温プロセスで使用されるツール用に特別に設計されており、材料は極度の熱と大きなストレスに耐える必要があります。これらの鋼は、高温でも強度を維持し、摩耗に耐える必要があります。

主な特徴:

• 熱疲労および熱割れに対する耐性が優れています。
• 優れた高温性能。
• 製造工程で高温にさらされる工具に使用されます。
• 一般的なタイプとしては H13優れた熱間加工性と耐熱衝撃性で知られています。

冷間工具鋼

冷間工具鋼 （指定 お, あ, だ、その他) は、工具が室温にさらされるが、摩耗、変形、擦り切れに耐える必要がある用途に使用されます。これらの鋼は、低温でも硬度と形状を維持するように設計されています。

主な特徴:

• 耐摩耗性と硬度に優れています。
• 寸法安定性良好。
• 低温かつ高圧下で動作するツール、パンチ、ダイ、その他のコンポーネントの成形に最適です。
• 一般的なタイプとしては O1 （油硬化）、 A2そして D2 （高炭素、高クロム鋼）。

耐衝撃工具鋼

耐衝撃工具鋼 （と表記される Sシリーズ) は、ハンマー、ノミ、ポンチなど、大きな衝撃や衝撃負荷を受ける工具用に設計されています。これらの鋼は、厳しい条件下でも破損や欠けに対して高い耐性があります。

主な特徴:

• 優れた靭性と耐衝撃性。
• 耐摩耗性は良好ですが、冷間加工用鋼や高速度鋼ほど高くはありません。
• パンチングやスタンピング作業で使用する手工具、ノミ、ダイスなど、繰り返し衝撃を受ける工具に最適です。

高速度工具鋼

高速度鋼 （通常 Mシリーズ, Tシリーズそして Hシリーズ) は、高速かつ高温で動作する切削工具用に設計されています。これらの鋼は、高温でも硬度を維持できるため、高速加工作業に最適です。

主な特徴:

• 高温でも優れた硬度と耐摩耗性を発揮します。
• 高速でも鋭い切れ味を保ちます。
• 耐熱性に優れ、ドリル、ミル、旋盤などによく使用されます。
• 種類には以下が含まれます M2 （最も一般的な高速度鋼）、 T1, そして M42.

特殊用途工具鋼

特殊用途工具鋼は、標準的な工具鋼では満たされない独自の性能要件に対応する、非常に特殊な用途向けに設計されています。

P型工具鋼（プラスチック金型用鋼）

P型工具鋼は、特に プラスチック射出成形 そして 亜鉛ダイカスト アプリケーション。これらの鋼は、耐摩耗性、耐腐食性、耐熱応力性に優れているため、高圧、高温環境にさらされる金型に最適です。

L型工具鋼（低合金）

L型鋼、例えば L6、 提供する 並外れた強靭性 ハンマー、パンチ、大型金型など、高い耐衝撃性と耐衝撃性が求められる工具に使用されます。

F型工具鋼（水焼入れ）

F型工具鋼は水焼入れにより硬化され、他のタイプに比べて耐摩耗性に優れているため、摩耗にさらされる工具に適しています。

工具鋼は何から作られているのでしょうか？

工具鋼は、炭素と、タングステン、モリブデン、クロム、バナジウム、ニッケルなどの合金元素でできています。この成分によって炭化物が生成され、高温下での硬度、耐久性、効率が向上します。

工具鋼の主要元素とその役割

カーボン: 通常 0.5% ～ 1.5%。炭素は鋼を硬化させ、耐摩耗性と強度を高める炭化物を形成します。炭素の量が多いほど硬度は高まりますが、耐久性が低下する可能性があります。

タングステン: 炭化タングステンを形成し、耐摩耗性、耐熱性を向上させ、工具鋼の高温時における硬度を維持します。

クロム: 特に高温下での硬度、耐食性、耐酸化性を向上させるため、耐熱工具鋼には欠かせません。

バナジウム: 炭化物を精製し、靭性と耐摩耗性を高め、ストレス下での衝撃強度と耐久性を向上させます。

モリブデン: 焼入れ性、強度、高温安定性が向上し、熱処理時の歪みが減少します。

ニッケル: 高温での靭性と軟化耐性を向上させ、ストレス下でも鋼の性能を維持します。

コバルト: 高温強度と耐熱性を高め、長時間の熱暴露による軟化を防ぐことで工具の完全性を維持します。

マンガン: 低レベルは靭性の向上と鋼の脱酸に役立ち、熱処理中の割れのリスクを軽減します。

工具鋼は何に使用されますか?

工具鋼は、要求の厳しい用途で高い性能、耐久性、精度が求められるツールやコンポーネントを作成するために使用されます。その用途には以下が含まれます。

• 切削工具: ドリル、フライス、鋸刃
• 成形ツール: ダイス、パンチ、スタンピングツール
• 成形ツール: プラスチック射出成形金型、ダイカスト金型
• 高性能ツール: 研削砥石、ノミ、リーマ
• 高温作業工具: 鍛造金型、押し出し金型、熱間せん断刃
• 冷間加工工具: ブランキングダイ、トリミングダイ、パンチングツール

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