SKD11は、プレス生產(chǎn)加工の金型などに用いられている合金工具鋼です。
金型は、特殊の零部件や產(chǎn)品の型となる專用工具のことで、金屬材料などを強い圧力で挾み込むことで成形します。そのため、金型の原材料には、強度や耐磨性，外觀不穩(wěn)定。などが必需であり、SKD11はこれらの特性に優(yōu)れています。
しかし、SKD11の高い強度や耐摩耗性は、焼き入れを施さないと得られません。さらに、SDK11は、焼き入れ後に難削材となってしまうなどの取り扱いの難しさもあります。
この記事では、SKD11とはどのような合金鋼なのかというところから、用途，特殊，規(guī)格，物理?化學(xué)性質(zhì)，熱處理の加工工藝細致などについて解説していきます。
SKD11とは、炭素合金鋼にクロムやモリブデン、バナジウムを添加した合金工具鋼のことです。0.55?1.50％の炭素を帶有し、ケイ素とマンガンの含賣量を調(diào)節(jié)した炭素工具鋼に、各種各樣的元素を添加して特性の往上を図ったものです。耐摩耗性に優(yōu)れ、熱処理歪みが少なく、熱処理によって硬度を上げることができます。JIS規(guī)格（JIS G 4404：2015）に要求されている建筑鋼材で、冷間金型用として歸類されていることからダイス鋼とも呼ばれます。
なお、SKDは、「Steel Kougu Dice」の略で、「Steel」は鉄鋼、「Kougu」は專用工具、「Dice」は金型を寓意します。また、SKD11の「11」には、特に寓意はなく、開発された順序を示しているようです。
冷間金型用として流行の鋼材で、多くの鉄鋼メーカーからDC11(大同特殊鋼)やSLD(日立金屬材料)などといった非常材が販売されています。さらに近年來では、SKD11を改進したDC53(大同特殊鋼)やSLD8(日立金屬材料)などの合金工具鋼が數(shù)大く開発されています。
參考：[金型制作]金型制作の類型と基本や流れについて完全解説!!
SKD11は、主にプレス機械設(shè)備などの中測から過多生産用の金型に用いられていますが、下列のような用途にも使われています。
?転造ダイス…転造盤用の金型のことです(以下參考)。SKD11の高い硬度と優(yōu)れた耐摩耗性から、SKD11が転造ダイスの材料に選ばれることがあります。なお、転造は、圧力を加えながら転がすことで円筒狀の金屬材料を成形する加工法で、ネジのネジ山の成型などに用いられます。
引用元：特殊工具「C131647 転造丸ダイス 田野井 9M1H/8」小林機械株式會社
?フォーミングロール…ロール成形用の專門用于回收的工具のことです(以下參考)。強度や耐摩耗性が必需であるため、材料にSKD11が選中されることがあります。なお、ロール成形は、帯狀の鋼板を復(fù)數(shù)のフォーミングロールが組み込まれた機械に通すことで成形する加工法です。
引入元：お知らせ「第20回 技術(shù)展示機械設(shè)備因素に參展しました。」株式英田エンジニアリング
?シャー刃…鉄板などの斷開に用いられる切斷機（シャーリングマシン）の刃のことです。SKD11は、焼き入れによって高い硬度が得られ、精密度も保持できることから、シャー刃の材料に適しています。
?夾具…耐摩耗性が必要な治具の原材料にSKD11を用いることがあります。
?ゲージ…產(chǎn)品の検査工程で形狀や精密度などを検證するために用いられる測定ゲージ?検査ゲージのことです。SKD11は、摩耗に強い上に、樣子が変化しにくく、耐肉食性も較為高いことから、各式各樣的竹子ゲージの原材料に用いられます。
?金屬材料刃物…SKD11は、包丁の刃金の一部分に應(yīng)用されることがあります。刃金とは、包丁の芯となり、刃となる一部分のことです。SKD11を刃金に用い、それをサビに強く、安価なステンレス鋼で挾み込んだものが多く流通しています。
參照：プレス金型とは？金型の功能?名字に関しても解説！
SKD11の特徴は、以上したように、高韌性と優(yōu)れた耐摩耗性です。ただし、これらの特徴は、熱処理を加えることで現(xiàn)れるため、成形加工後に焼き入れ焼き戻しを行うのが一一樣的です。
SKD11を用いるメリットとしては、下列が挙げられます。
●SKD11を用いるメリット
?耐摩耗性に優(yōu)れる
?熱処理後には、HRC58~63程度の高い硬度が得られる
?熱処理後の変形が小さく、高精密な產(chǎn)品の原材料に適す
?冷間金型の材料の中では、流通性が良く、下手しやすい
?用于冷間生產(chǎn)加工であるものの、熱間強度が高く、500℃程度までなら應(yīng)用に耐えうる
較為のため、他の金屬材料の強度を挙げると、SUS304がHRC11(HV200)、焼きならし後のS45CがHRC4.63?20.64（HBW167?229）、焼き入れ焼き戻し後のS45CがHRC13.5?27.71（HBW201～269）、焼き入れ焼き戻し後のSUS440CがHRC55?61程度となっています。
一方，SKD11を用いる際のデメリットとしては、下列が挙げられます。
●SKD11を用いるデメリット
?熱処理後の硬度が高く、被削性が悪い
?熱処理前も、強度（焼きなまし硬さ）がHRC25(HBW255)程度と相對比較高く、被削性が良いわけではない
?熱処理後には、金屬組織に粗大な炭化物が分散して、高速の摺動摩耗に弱くなる
?粗大な炭化物の存在によって被削性がさらに不高する
?粗大な炭化物の存在によって靭性が低下し、亀裂や割れが生じやすくなる
?溶接時に割れが生じやすく、350?450℃程度の予熱と後熱が必需
?焼き入れ溫度が1030℃程度と高い
?焼き入れ環(huán)境溫度と焼き戻し溫度によって強度が変化するため、熱処理時には、適切な溫度管理を要する（下図は焼き入れ環(huán)境溫度975℃?1000℃?1025℃?1050℃の焼き戻し硬さ曲線圖）
引用元：F-SDK11 テクニカルデータ「熱処理特點」雙葉電子產(chǎn)業(yè)株式會社
比例
相對密度
(g/cm3)
熱伝導(dǎo)率
(W/mK)
熱膨張系數(shù)
(×10-6/℃)
20?100℃
縦弾性指數(shù)
(GPa)
帶磁
7.80
7.80
26.1
12.0
207
あり
參考元：特征「物理性質(zhì)」株式會社 シリコロイラボ
SKD11の物理特性は、以上の通りです。
SKD11は、相對密度や縦弾性指數(shù)（ヤング率）の値について、SS400やS45C、SUS304と大きな違いはありません。
SKD11は、相對密度や縦弾性指數(shù)（ヤング率）の値について、SS400やS45C、SUS304と大きな違いはありません。一方，SKD11の熱伝導(dǎo)率については、SS400の58W/mKやS45Cの41W/mKと比べると低く、SUS304の16W/mKと比べると高くなっています。熱膨張系數(shù)については、SS400やS45Cとほぼ同樣の値で、SUS304の17.2×10-6/℃と比べると多個低目の値です。
このように、SKD11の高溫特性は、優(yōu)れた耐熱材料であるステンレス鋼に近く、熱膨張系數(shù)についてはSUS304よりも低いことから、溫度変化に対する樣子変化も小さくなっています。そのため、プレス機械の金型などに用いる場合でも摩擦熱の影響を受けにくく、また検査ゲージなどの形狀不変性が規(guī)定される材料に適しています。しかし、熱伝導(dǎo)率の低さから、切削加工に伴う熱が拡散しにくく、切削工具が損傷しやすくなります。
(単位：％)
炭素
ケイ素
マンガン
リン
硫磺
クロム
モリブデン
バナジウム
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
V
1.40?1.60
0.40
下列
0.60
下列
0.030
下列
0.030
下列
11.00?13.00
0.80?1.20
0.20?0.50
SKD11の成分は、JIS規(guī)格（JIS G 4404：2015）で要求されており、以上の通りとなっています。ただし、SKD11の成分の注意事項として、タングステン（W）は意図的に加上してはなりません。ただし、SKD11の成分の注意事項として、タングステン（W）は意図的に加上してはなりません。また、以上に記載の除了化學(xué)成分の帶有元素は鉄（Fe）であり、その帶有量はおよそ83.4?86.6％です。
SKD11は、クロムを11～13％帶有しており、そのクロム帶有量はマルテンサイト系ステンレス鋼と同程度です。しかし、ステンレス鋼は、クロム含有量が10.5％之上で炭素帶有量が 1.2％下列の鉄鋼のことなので、炭素帶有量が1.2％超のSKD11はステンレス鋼に歸類されません。また、ステンレス鋼の耐食性は、クロムの存在によって実現(xiàn)されているため、SKD11も相對耐肉食性較強に優(yōu)れていますが、炭素帶有量が多いため、ステンレス鋼ほどの耐食性はありません。
その一方，SKD11は、炭素帶有量が多い分、強度が高くなるとともに、焼き入れ性が良くなっています。さらに、モリブデンの添加は、耐摩耗性や焼入壞死性の向上に、バナジウムの添加は、耐摩耗性の向上に寄與しています。
ここでは、SKD11の熱処理前と熱処理後の硬度についてご紹介します。
參照：鋼の特性を変える【熱処理】とは？仕組みや類型について完全解説！
焼きなまし
焼きなまし硬さ
環(huán)境溫度
制冷方式
HRC
HBW
HV
830?880℃
徐冷
25.33下列
255以下
268下列
以上は、JIS規(guī)格にて要求されているSKD11の焼きなまし標(biāo)準(zhǔn)と焼きなまし硬度です。SKD11は、通常、鉄鋼メーカーにより焼きなましを行った後の情況で出荷されるので、金屬加工メーカーにとっては、上表の硬度が熱処理前の硬度となります。
なお、焼きなましとは、鉄鋼を高い溫度で保持することによって、金屬組織を均一化するとともに、鉄鋼を軟らかくし、生產(chǎn)加工しやすくする熱処理のことです。また、上表の冷卻方法にある「徐冷」は、爐の停止後も鉄鋼を爐膛內(nèi)に入れたままにし、爐が冷えるのに合わせて鉄鋼を冷卻する方法です。
焼き入れ
焼き戻し
焼き入れ焼き戻し硬さ
環(huán)境溫度
制冷方式
環(huán)境溫度
制冷方式
HRC
HBW
HV
1030℃
風(fēng)冷
180℃
空冷
58之上
615以上
653之上
以上は、SKD11に対して、焼き入れ及び焼き戻しを行った後のJIS規(guī)格にて要求されているSKD11の硬度です。SKD11は、一般，成型加工后に熱処理を行うことから、上表の硬度が制品の使用中の硬度となります。SKD11は、一般，成型加工后に熱処理を行うことから、上表の硬度が制品の使用中の硬度となります。
なお、焼き入れは、鉄鋼を硬くするため、焼き戻しは、鉄鋼の強度を調(diào)節(jié)して靭性を高めるために行われる熱処理のことです。また、上表の冷卻方法にある「風(fēng)冷」は、爐の停止后，鋼材停止を爐から取り出して、常溫の空気中で冷えるのを待つ方法です。
近年來では、熱処理後のSKD11に放電加工などを行うことがあることから、様々な標(biāo)準(zhǔn)で熱処理を行うことが多くなっています。
例えば、焼き入れでは、下列のような熱処理標(biāo)準(zhǔn)が選用されています。
●焼き入れの熱処理標(biāo)準(zhǔn)
?980?1010℃ 油冷
?1010?1030℃ 油冷
?1000?1030℃ 風(fēng)冷
?1030?1050℃ 空冷
油冷は、爐の停止后，鋼材停止を爐から取り出して、油內(nèi)で冷卻する方法です。風(fēng)冷と較為すると、快速な制冷が很有可能で、強度が高くなりますが、靭性は低くなって割れやすくなり、熱処理歪みも大きくなる趨向があります。また、焼き入れ環(huán)境溫度によっても、鉄鋼の特性は変わります。焼き入れ溫度が高いほど、焼き戻し後の硬度が高くなりますが、靭性は低くなり、熱処理歪みも大きくなります。
焼き戻しの熱処理標(biāo)準(zhǔn)によっても、下列のように鉄鋼の強度は変わります。
焼き戻し
焼き入れ焼き戻し硬さ
溫度
冷卻方式
HRC
HBW
HV
150?200℃
風(fēng)冷
60?63
654 ? 705
697 ? 772
200?250℃
57?60
595 ? 654
633 ? 697
500℃之上
57下列
595以下
633下列
焼き戻しは、焼き入れとは逆に、焼き戻し環(huán)境溫度が高いほど、強度や耐摩耗性は不高し、代わりに靭性が往上します。
SKD11の所代表的な加工工藝は、磨削加工と放電加工です。
SKD11の所代表的な加工工藝は、磨削加工と放電加工です。
SKD11は、熱処理前に磨削加工で成型し、熱処理後に研究生產(chǎn)加工で仕上げを行うという方式がよく選用されます。
SKD11は、熱処理前でも、S45Cなどの碳素廠鋼よりも被削性に劣りますが、磨削加工が難しいわけではありません。一方，熱理后は、強度が高くなるため、磨削加工を行うのは艱難です。そのため、熱処理前の磨削加工によって、成形を完后させてしまうことがよくあります。
しかし、熱処理によって変形が生じることがあるため、高い精密度が必需な場合は、熱処理後に研究生產(chǎn)加工などで仕上げを行います。ただし、熱処理後のSKD11は、研究生產(chǎn)加工も艱難であるため、熱処理後の生產(chǎn)加工が最少限となるよう、熱処理前の磨削加工をしっかり行っておくことが重要です。
SKD11は、放電加工による変形が少ないために放金屬加工の工藝性能が良く、熱処理後の加工工藝として放電加工がよく選用されます。
放電加工は、原材料と電級との間でアーク充放電を発生させ、工件表面を溶かして去掉することで成形する加工法です。強度によらない加工法であるため、高韌性である熱処理後のSKD11でも問題なく生產(chǎn)加工することができます。
ただし、放電加工を行う場合は、150?200℃の焼き戻し（低溫?zé)啢瓚罚─扦悉胜?00℃之上の焼き戻し(持續(xù)高溫)き戻し）を行うことが推奨されます。それは、低溫?zé)啢瓚筏扦?、焼き入れによって金屬?nèi)部に生じた炭化物や応力などが多く殘留し、炭化物や殘留応力が放電加工による熱影響を受けて亀裂や変形の原因となることがあるからです。しかし、持續(xù)高溫?zé)啢瓚筏蛐肖龊悉?、強度がHRC57下列と低いため、制品の使用壽命が短くなるという欠點もあります。
參考：放電加工（EDM）の基礎(chǔ)知識(基本原則，メリット?デメリット、電級）
SKD11には、表層特點を往上させるため、めっきや表面改變了熱處理を可用することがあります。
SKD11は、クロムをマルテンサイト系ステンレス鋼と同程度帶有しているので、SS400やS45Cと比べると、錆びにくい材料です。しかし、炭素量が1.4～1.6％と高いことから、ステンレス鋼ほどの耐食性はなく、めっきなどによって防サビ対策を取ることが推奨されます。
SKD11に対しては、硬質(zhì)的クロムめっきを施すことが多く、このめっきによって耐摩耗性の向上なども希望できます。
參照：クロムメッキとは【中の人が解説】特徴や加工工藝について詳盡をお伝えします！
SKD11には、さらなる強度や耐摩耗性を得るためや持續(xù)高溫?zé)啢瓚筏摔瑜胗捕趣蔚拖陇蜓aうために、以下のような表面改變了熱處理を行うことがあります。
?窒化処理…持續(xù)高溫?zé)啢瓚翻h(huán)境溫度程度まで加溫した窒素またはアンモニアガスの雰囲気中にSKD11を維持することで、表面に窒素を浸濕させて、表層を硬底化します。HV1000之上の表層硬さも很有可能是現(xiàn)在な方式です。
?PVD(物理蒸)…真空中で持續(xù)高溫?zé)啢瓚翻h(huán)境溫度程度まで加溫した成膜物質(zhì)(窒化)チタンなど）を付著させて、SKD11の耐摩耗性や耐肉食性の往上を図る方式です。
?CVD(有機化學(xué)蒸)…真空中または大気中で焼き入れ環(huán)境溫度程度まで涂膜の元となる化學(xué)物質(zhì)を加溫し、化學(xué)反応を勵起?推動してSKD11表層に塑料薄膜を產(chǎn)生する方式です。この方式もまた、耐摩耗性や耐肉食性の往上が希望できます。
ただし、これらの方法では、SKD11を高溫に曝露することになるため、熱による変形などに留意する必需があります。
