P20 vs H13 vs S7 vs D2：金型部品に適した工具鋼の選び方
間違った工具鋼を選ぶと、金型は30,000ショットではなく300,000ショットで割れます — そして交換ダイス、失われた生産、二週間の停止は、鋼材代よりはるかに高くつきます。このガイドは30秒で分かる決定ツリーです：プラスチック射出成形にはP20、ダイカストと熱間加工にはH13、冷間摩耗にはD2、衝撃・打撃にはS7。
早わかり — 四つの鋼、四つの仕事
工具鋼の選定は、強度優先ではなく用途優先の決定です。金型・ダイス作業の大部分をカバーする四グレード：
| グレード | 系統 | 代表硬度（HRC） | 選ぶ用途 |
|---|
| P20（1.2311） | プラスチック金型鋼、予硬 | 28–34 | 射出成形コア・キャビティ、プラスチック金型 |
| H13（1.2344） | 熱間工具クロム鋼 | 48–52 | ダイカスト、熱間鍛造、押出ダイス |
| D2（1.2379） | 冷間工具、高炭素高クロム | 58–62 | ブランキング/スタンピングダイス、せん断刃、摩耗部品 |
| S7（1.2355） | 耐衝撃 | 52–58 | 衝撃荷重パンチ、チゼル、重荷重ダイス |
目安 常温プラスチック → P20.溶融金属と熱 → H13.冷間切削と摩耗 → D2.衝撃と打撃 → S7.どちらでも使える場合はコストと断面サイズで決めてください。
P20 — プラスチック射出成形の主力（28–34 HRC）
P20（DIN 1.2311、約0.28–0.40 C、1.4–2.0 Cr、0.6–1.5 Mn、0.2–0.55 Mo）は予硬状態で納入され、約28–34 HRC。加工後の熱処理が不要で、変形も割れリスクもなく、完成キャビティをすぐに納品できます。
- 強み：優れた被削性、良好な研磨性、中程度のコスト、より高い表面硬度のための窒化可能。
- 限界：約400 mm断面を超えると均一な深部硬度が得られません。高温・高摩耗用途には不向き。
- 典型的用途：射出成形コア・キャビティ、金型ベース、圧縮・RIM金型、亜鉛の低圧ダイカスト。
予硬の利点 P20は加工後の熱処理が不要なため、修正すべき変形がなく、焼入れ時に完成キャビティが割れるリスクもありません — プラスチック金型で支配的である最大の理由です。
H13 — 熱間加工のチャンピオン（48–52 HRC）
H13（DIN 1.2344、約0.32–0.45 C、4.75–5.5 Cr、1.1–1.75 Mo、0.8–1.2 V、0.8–1.2 Si）は最も広く使われる熱間工具鋼です：使用温度約500°Cまで硬度と靭性を維持し、熱衝撃とヒートチェックに耐えます。
- 強み：高温での優れた靭性と疲労抵抗、良好な熱衝撃抵抗、サービス中の水冷にある程度耐性、窒化可能。
- 熱処理：オーステナイト化約1900–2050°F（1038–1121°C）、空冷または油冷、900–1100°F（482–593°C）で二段焼戻し、48–52 HRC。
- 典型的用途：アルミダイカストダイス、熱間鍛造ダイス、押出ダイス・ステム、熱間せん断刃。
H13を冷間で使わないでください 常温ではH13の48–52 HRCは摩耗には軟らかすぎ、D2より高価です。ダイスが高温で稼働するときにのみプレミアムが報われます。
D2 — 冷間摩耗の怪物（58–62 HRC）
D2（DIN 1.2379、約1.40–1.60 C、11–13 Cr、0.7–1.2 Mo、0.9–1.1 V）は高炭素・高クロム冷間工具鋼で、空冷で58–62 HRCに硬化し、最小の変形で優れた摩耗・アブレシブ抵抗と、クロムによる軽度の耐食性を実現します。
- 強み：四種の中で最高の摩耗抵抗、硬化時の安定性（低変形）、窒化可能、焼鈍状態で被削性良好。
- トレードオフ：靭性が低い — D2は重い衝撃で欠けたり割れたりすることがあり、衝撃荷重エッジには不向き。
- 典型的用途：ブランキング・ファインブランキングダイス、成形・深絞りダイス、せん断刃、パンチ、スリットカッター、ねじ転造ダイス、アブレシブ金型工具。
S7 — 衝撃吸収材（52–58 HRC）
S7（DIN 1.2355、約0.45–0.55 C、3.0–3.5 Cr、1.3–1.8 Mo）は耐衝撃グレードです：約52–58 HRCの硬度で、破壊せずに衝撃エネルギーを吸収するよう設計されています。
- 強み：四種の中で最高の衝撃靭性。急激な荷重下での欠けに耐えます。硬度と延性の良好な組み合わせ。
- トレードオフ：D2より摩耗抵抗が低い — アブレシブ作業では早く摩耗します。
- 典型的用途：衝撃パンチ、チゼル、衝撃荷重を受けるせん断刃、重荷重・コイニングダイス、コールドチゼル、ハンマリングを受ける工具。
S7 vs D2を一言で ダイスエッジが衝撃を受けるならS7、アブレシブ摩耗を受けるならD2.衝撃はD2のエッジを破壊し、摩耗はS7を削り取ります。
間違えた場合のコスト — 50Kドルの交換
工具鋼の選定を財務上の決定にする失敗モード：間違った鋼で仕様された金型が、期待される数十万ショットではなく約30,000ショットで割れたり摩耗したりします。交換コストは鋼材ではありません — 新しい金型ブランク、機械加工時間、試作イテレーション、止まった生産ラインで、中型ダイスでは日常的に30,000–50,000ドル以上＋1–2週間の停止になります。
ドラフト注記（Sinboレビュー待ち） 30Kショットの失敗と50Kドルの交換の数値は、標準的な業界経験（金型製作の慣行）とサプライヤー材料ページから総合したもので、Sinbo社内の金型ログに基づくものではありません。翻訳前にSinboエンジニアが実データで置き換えてください。
実用的なルール：用途が境界線なら、金型を切る前に鋼をアップグレードしてください — 追加の鋼材コストは、金型寿命途中の失敗に対しては誤差程度です。
決定ツリー — 用途 → 鋼 → 加工メモ
| 部品が…の場合 | 選ぶ | 加工メモ |
|---|
| 射出成形コア/キャビティ、標準プラスチック | P20（28–34 HRC予硬） | 納入状態で加工。後熱処理なし。研磨後、任意で窒化 |
| 射出成形、高摩耗または400+ mm断面 | P20＋窒化またはH13.へアップグレード | 仕上げ加工後に窒化 |
| ダイカスト / 熱間鍛造 / 押出ダイス | H13（48–52 HRC） | 荒加工→熱処理→仕上げ。二段焼戻し。溶接補修は応力除去 |
| ブランキング/スタンピングダイス、せん断刃、摩耗部品 | D2（58–62 HRC） | 焼鈍状態で加工→熱処理→仕上げ研削またはワイヤーEDM |
| 衝撃パンチ、チゼル、衝撃荷重ダイス | S7（52–58 HRC） | 焼鈍状態で加工→熱処理→靭性目標で焼戻し |
| 金型スライダー / 衝撃を受ける小インサート | 荷重タイプでS7またはD2 | 衝撃 → S7。アブレシブ摩耗 → D2 |
グレード対応表P20 = DIN 1.2311 = JIS（近似SKT3/SKD61系 — 要確認） P20はDINで1.2311（40CrMnMo7）。
H13 = DIN 1.2344 = JIS SKD61 = GB Cr5Mo1V H13はDINでX40CrMoV5-1
D2 = DIN 1.2379 = JIS SKD11 = GB Cr12MoV D2はDINでX153CrMoV12
S7 = DIN 1.2355（DINで55CrMoV7-8-14普遍的なJIS相当なし — 現地規格で確認）。
RFQでの鋼の指定方法
- グレードと規格を明記：例「H13 per ASTM A681、DIN 1.2344」— 「工具鋼」だけでは不十分です。
- 硬度目標とスケールを明記：例「48–52 HRC、ASTM E18で試験」。
- 納入状態を明記：予硬（P20）、焼鈍（D2/S7/H13、加工用）、または焼入焼戻し済み。
- 熱間・冷間工具鋼には熱処理証明書を要求（焼入・焼戻しサイクル、実硬度）— 紙のグレードは、それを実現する熱処理なしでは無意味です。
- 鋳造/機械加工キャビティには材料検証を追加（PMIまたはミル証明書）、ダイスが安全・生産クリティカルの場合。
規格と出典
主な規格ASTM A681 Standard specification for tool steels alloy（P20、H13、D2、S7の化学組成）。
ISO 4957 Tool steels — designation and delivery conditions（DIN/EN相当1.2311、1.2344、1.2379、1.2355）。
ASTM E18 Rockwell hardness testing（HRC検証）。
ASTM E415 / E1251 Spectrometric composition analysis（材料検証）。
適用参考文献Sanyao Forging Top 10 Types of Mold Steels — グレード別の成分と硬度（P20 28–32、H13 48–52、D2 60–62、S7 54–58 HRC）。
Createel Tool & Die Steel grades table — P20 30–36、H13 44–52、D2 58–62、S7 54–56、DIN相当と熱処理サイクル。
Panjin International What Is Die Steel — グレード比較と選定要因（P20 28–34、H13 48–52、D2 58–62、S7 52–58 HRC）。
Kens Metal Tool Steel grades — P20の成分と400 mm断面限界、H13熱間用途、D2冷間用途。
Vast-Cast Tool Steel properties, grades, comparison — 熱処理ステップと達成硬度（P20 30–36、H13 48–52、D2 58–62、S7 50–56 HRC）。
Frequently Asked Questions
射出成形金型にはどの工具鋼を使うべきですか？
標準プラスチック射出成形には、28–34 HRCに予硬されたP20です。納入状態で良好に加工でき、加工後の熱処理が不要（変形なし）、研磨性が良く、表面硬度を上げるための窒化も可能です。非常に摩耗性の高い樹脂、約400 mm以上の断面、またはホットランナー多用金型では、P20＋窒化またはH13へのアップグレードを検討してください。
H13はダイカスト専用ですか、他の仕事にも使えますか？
H13は熱間加工グレード — ダイカスト、熱間鍛造、押出 — で、高温で稼働するプラスチック金型にも使えます。その強みは、使用温度約500°Cまで硬度と靭性を維持し、熱衝撃抵抗に優れることです。常温では摩耗には軟らかすぎ、冷間グレードより高価なので、スタンピングやブランキングには使わないでください。
D2とS7の違いは？
D2は摩耗用、S7は衝撃用です。D2（58–62 HRC）は高炭素・高クロム冷間工具鋼で、四種の中で最高のアブレシブ抵抗を持ちますが靭性が低く、激しい衝撃で欠けます。S7（52–58 HRC）は耐衝撃グレードで、摩耗抵抗は低いですが破壊せずに衝撃を吸収します。衝撃荷重 → S7。アブレシブ摩耗 → D2.
P20は加工後に熱処理が必要ですか？
いいえ — それが予硬P20.の利点です。28–34 HRCで納入されるため、完成キャビティを直接加工し、焼入れ・焼戻しを完全にスキップして変形と焼入れ割れのリスクを排除します。より高い表面硬度が必要なら、仕上げ加工後に窒化してください。
間違った金型鋼を選ぶと実際にいくらかかりますか？
中型ダイスでは通常30,000–50,000ドル以上＋1–2週間の停止です。約30,000ショットで割れる金型は、温度・摩耗・衝撃に鋼が耐えられなかったためです。正しい鋼の追加コストはその失敗に対しては誤差程度です — 金型を切る前にアップグレードしてください。
サプライヤーに推測させない工具鋼の指定方法は？
グレードと規格、硬度目標、納入状態を明記します。例：「H13 per ASTM A681 / DIN 1.2344、48–52 HRC、焼鈍状態で加工後、焼入れ・二段焼戻し」。生産クリティカルなダイスには熱処理証明書の要件と材料検証（ミル証明書またはPMI）を追加してください。
Sources & Standards Referenced
- ASTM A681: Standard Specification for Tool Steels Alloy (P20, H13, D2, S7 chemistry requirements)
- ISO 4957: Tool steels — designation and delivery conditions (DIN/EN 1.2311, 1.2344, 1.2379, 1.2355 equivalents)
- ASTM E18: Standard test methods for Rockwell hardness of metallic materials (HRC verification)
- ASTM E415 / E1251: Spectrometric analysis of carbon and low-alloy steel (composition verification)
- Sanyao Forging: Top 10 Types of Mold Steels — composition and hardness by grade (P20 28–32, H13 48–52, D2 60–62, S7 54–58 HRC)
- Createel: Tool & Die Steel — grades table with DIN equivalents and heat-treatment cycles (P20 30–36, H13 44–52, D2 58–62, S7 54–56 HRC)
- Panjin International: What Is Die Steel? — grade comparison and selection factors (P20 28–34, H13 48–52, D2 58–62, S7 52–58 HRC)
- Kens Metal: Tool Steel grades — P20 composition and 400 mm section limit; H13 hot-work applications; D2 cold-work applications
- Vast-Cast: Tool Steel properties, grades, comparison — heat-treatment steps and achievable hardness (P20 30–36, H13 48–52, D2 58–62, S7 50–56 HRC)
工具鋼を仕様どおりに加工する必要がありますか？
金型・ダイスの図面をお送りください。鋼種、熱処理ルート、加工戦略を確認し、DFMレビューを3営業日以内にご返信します。
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