JP2004277818A - Free cutting steel for metal mold for molding plastic - Google Patents

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JP2004277818A JP2003071094A JP2003071094A JP2004277818A JP 2004277818 A JP2004277818 A JP 2004277818A JP 2003071094 A JP2003071094 A JP 2003071094A JP 2003071094 A JP2003071094 A JP 2003071094A JP 2004277818 A JP2004277818 A JP 2004277818A
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Takayuki Shimizu
崇行 清水
Toshimitsu Fujii
利光 藤井
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide steel for a metal mold for molding plastics having excellent machinability even in the case where machining is applied in a prehardened condition and also to provide steel for a metal mold for molding plastics having superior mirror finish properties in addition to excellent machinability with respect to an article requiring mirror finish properties. <P>SOLUTION: The steel for the metal mold for molding plastics has a composition consisting, by weight, of 0.03 to 0.3% C, >1 to 3% Si, 0.05 to 3% Mn, >0.01 to 0.3% S, 0.1 to 5% Cu, 1.0 to 5% Ni, 0.02 to <3% Cr, >0.5 to 2.5% Al and the balance essentially Fe. Moreover, with respect to the article requiring mirror finish properties in addition to machinability, practically no S is added. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はプラスチック成形用の金型用鋼に関し、特に快削性の金型用鋼に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、各種分野でプラスチック成形用の金型が広く用いられている。
例えば日用雑貨品,家電製品外装・内装・部品,OA機器外装・内装・部品,携帯電話用部品,自動車内装部品やライトのカバー類等の樹脂製品を成形する金型,光学レンズ,食品容器,医療機器,化粧容器,精密品成形用の金型,IC封止型,光ディスク成形用金型(CD,DVD類),導光板成形用金型,反射板成形用金型等はその一例である。
【0003】
ところで、近年プラスチック成形用金型は製品の高精密化,高精度化,意匠性,短納期等の要求に応えるため、より高品質なものが求められている。
主に高精度化に対しては、金型を予め熱処理して所定の硬さに調整した材料(プレハードン鋼:HRC28〜45)が用いられることが多い。
【0004】
このプレハードン鋼は難加工であるのが一般的である。
プレハードン鋼の中でも比較的硬度の高いHRC35〜45のものは特に切削加工が難しく、そこで快削化元素としてのSを添加し、鋼中にMnS介在物を生成させることによって被削性を高めるといったことが行われていることが多い。
【0005】
しかしながらS添加によるMnS介在物の生成によって被削性を高める手法では、金型製造時の鏡面研磨性や靭性が低下してしまう。
プラスチック製品の中でも直接人の目に触れるものについては製品表面の平滑性や光沢性等の外観の良好さが求められる。
従ってそのようなプラスチック製品を成形するための金型としては高い鏡面性が要求されるが、上記のようにSを添加しMnS介在物を鋼中に生成させたものは鏡面研磨性が悪く、また靭性も低下してしまうのである。
【0006】
そこで鏡面研磨性や靭性が重要視される金型については、敢えてS等の快削化元素を添加しないで切削加工を行っている。この場合当然に加工は難加工となる。
加工が難しければ金型の製造性が低下し、またこれに伴って金型の製造コストが高くなってしまう。
【0007】
一方プレハードン鋼の中でも比較的硬度の低いHRC28〜35のものでは、上記HRC35〜45のものに比べて硬さが低い分、切削加工は相対的に容易と言える。
この硬さ領域の材料としてはSC系或いはSCM系の材料が用いられることが多い。
これらの材料は通常焼入れ・焼戻しにより熱処理されるため、大型の金型を作製すると中心部の硬さが十分に確保できない。
【0008】
またこの硬さ領域のものは硬さが低く、切削加工が相対的に容易であるとは言え、大型の金型も多く、この場合には優れた切削加工性が要求される。そのような場合にはS等の快削化元素が添加されることもある。
而してS等の快削化元素を添加すれば鏡面研磨性や靭性が低下してしまうことを避けられない。
【0009】
尚、本発明に近い公知技術としては以下のものがある。
下記特許文献1,特許文献2には、Zr化合物を利用し、被削性に優れたプラスチック成形プレハードン鋼が開示されている。
この特許文献1,2では、被削性はZr化合物によって得られるものであり、本発明のようにSiを積極的に添加して被削性を改善しようとするものではない。
この特許文献1,2でのSiの役割は、耐酸化性や焼入れ性の向上のために添加されるものであり、1.5%を超えると被削性が低下するとの記述がある(Si添加による被削性向上の記述はない)。
この特許文献1,2ではZr化合物による被削性が十分発揮されることが必要であり、本発明におけるSiでの被削性改善とは観点が異なる。
【0010】
また下記特許文献3,特許文献4,特許文献5,特許文献6には、靭性,鏡面性,被削性等に優れたプラスチック成形金型用鋼が開示されている。
これら何れのものにおいてもSiは脱酸剤としての効果を利用していて、1%以下の添加に制限されており、本発明とは異なったものである。
【0011】
【特許文献1】
特開昭60−174854号公報
【特許文献2】
特開昭62−167863号公報
【特許文献3】
特開平11−335775号公報
【特許文献4】
特開2002−309341号公報
【特許文献5】
特開2001−152246号公報
【特許文献6】
特開平5−70888号公報
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラスチック成形用の快削性金型用鋼はこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項1のものは、重量%で、C:0.03〜0.3%,Si:1超〜3%,Mn:0.05〜3%,S:0.01超〜0.3%,Cu:0.1〜5%,Ni:1.0〜5%,Cr:0.02〜3%未満,Al:0.5超〜2.5%,残部が実質的にFeであることを特徴とする。
【0013】
請求項2のものは、重量%で、C:0.03〜0.3%,Si:1超〜3%,Mn:0.05〜3%,S:≦0.01%,Cu:0.1〜5%,Ni:1.0〜5%,Cr:0.02〜3%未満,Al:0.5超〜2.5%,残部が実質的にFeであり、鋼中に存在するMnSを代表とする介在物の最大長が50μm以下であることを特徴とする。
【0014】
請求項3のものは、請求項1,2の何れかにおいて、重量%で、Mo:≦3%,W:≦0.5%,V:≦0.5%,Co:≦0.5%,Nb:≦0.3%,Ta:≦0.3%,B:≦0.01%,Ca:≦0.1%,Mg:≦0.1%,Pb:≦0.3%,P:≦0.2%の1種又は2種以上を更に含有することを特徴とする。
【0015】
請求項4のものは、請求項1〜3の何れかにおいて、不可避的に含有されるN,Oが重量%で、N:≦0.0150%,O:≦0.0150%であることを特徴とする。
【0016】
請求項5のものは、請求項1〜4の何れかにおいて、プレハードン状態でHRC28〜45の硬さを有することを特徴とする。
【0017】
【作用】
上記請求項1の発明は、CrやAlとともにSi及びCuを添加し、それらによって鏡面研磨性を損なうことなく快削化を図ったものである。
快削化元素としてのSの添加は、鋼中に生成したMnS介在物が鏡面研磨加工の際に加工面から削り取られ或いは脱落してそこに凹凸を生ぜしめ、鏡面性を著しく悪化させる。
しかるにSiは固溶元素であって通常介在物や炭化物とはならず、ミクロ視野でも均一なマトリックスが得られ、Siの添加によって鏡面研磨性を特に悪化させることはない。
【0018】
一方で添加したSiは切削時に酸素と反応して酸化膜を形成し、切屑と切削工具との摩擦を軽減して工具を保護する。その効果によって金型製造の際の被削性を有効に高める働きをなす。
そして本発明ではそのSiの働きを十分に引き出すために1%超の量で多く鋼中に含有させるようにしている。
【0019】
他方Cuは時効硬化に寄与する元素であり、このCuを多く含有させることで金型製造の際の切削性を高めることができる。
Cuは時効熱処理によりマトリックス中から微細に分散して析出し、その大きさは非常に微細(直径1μm以下)であって、このために鏡面研磨性に悪影響を及ぼさない。
一方においてCuは析出によりマトリックスの靭性をやや低下させ、これを若干脆くすることによって被削性を高める働きをなす。
【0020】
但し請求項1ではこれらSi,Cuと併せてSを0.01%超且つ0.3%以下の量で含有させる。
プラスチック製品の中には特に表面肌をきれいにすることが求められないものもあり、そのようなプラスチック製品を成形するための金型としては特に鏡面性は要求されない。
従ってこのような場合には積極的にSの添加を行い、切削加工性を高めておくのが良策である。このようにすれば金型製造をより容易となし得て金型製造のためのコストを低減することができる。
【0021】
そこでこの請求項1の発明では、特に鏡面性が高く求められないものを対象としてSを所定範囲で含有させる。
但しその場合においても請求項1の発明では、Si,Cuの添加によって被削性が高められているため、Sの必要な添加量を低く抑えることができる。
【0022】
一方請求項2は、Sを実質的に添加せず(S:≦0.01%)且つMnSで代表される介在物の最大長を50μm以下に規制するようになしたもので、この請求項2によれば、Si,Cuによる優れた被削性と優れた鏡面研磨性とをともに実現することができる。
【0023】
一般的な快削化元素(S,Se,Te等)はMnと結合して硫化物等介在物を形成する。
これらの介在物は鋼中に分散して存在するが、その大きさは光学顕微鏡で十分観察できるサイズ(最大長さ10〜100μm)であり、鏡面研磨加工したときに、これら介在物が選択的に掘り下げられたりして、期待する鏡面が得られないことがある。
【0024】
よって快削化元素は低減することが鏡面研磨性を向上させる上で必要不可欠である。
従って鏡面研磨性が重要視される場合には快削化元素としてのS等をできる限り低下させることが望ましい。
【0025】
これら請求項1,2の金型用鋼の場合、通常のSC系,SCM系の鋼に比較して時効硬化により硬さを確保することが可能であり、その時効硬化により大型の金型であっても中心部まで均一な硬さを確保することが可能である。
【0026】
その際Ni,Cu,Al,C,Mn,Crの量を調整することにより目的とする硬さに調整することができる。
また時効硬化鋼は通常のSC系,SCM系の鋼に比較して被削性が優れており、更に本発明の快削化の手法を用いることで、より優れた被削性が得られる。
【0027】
これら請求項1,2において、Mo,W,V,Co,Nb,Ta,B,Ca,Mg,Pb,Pの何れか1種又は2種以上を必要に応じて上記の量で含有させておくことができる(請求項3)。
【0028】
次に請求項4は不可避的に含有されるN,Oをそれぞれ0.0150%以下に規制したものである。
O,Nは鋼中の添加元素と結び付き易く、期待しない酸化物や窒化物を生じる。これらの介在物は鏡面研磨加工をした際に脱落し、ピンホールの原因となる。ピンホールの発生は鏡面研磨性を最も低下させるものであるため、これらの介在物はコストが許す限り低減させることが必要である。
【0029】
本発明鋼では、SiやAlが多く含まれているためO,N量をできる限り低下させることが必要となる。
具体的には、1次溶解でO,N量をできる限り低減させ(大気中溶解での十分な精錬或いは真空溶解への変更等により)、また製造コストが許せば1次溶解材を原料とする2次溶解(真空アーク溶解やエレクトロスラグ溶解)を実施してO,N量を低減させる。
また2次溶解の適用は偏析の軽減等にも効果があり、鏡面研磨性を向上させる効果もある。
【0030】
請求項5は、プラスチック成形用の金型用鋼をプレハードン状態でHRC28〜45の硬さを有するようになしたものである。
プレハードン鋼としてHRC28〜45に調整された状態において高鏡面研磨性が得られるとともに(硬い方が高鏡面に仕上がる)この硬さは十分切削できるレベルである。
硬過ぎれば快削性が失われるし、軟らか過ぎれば鏡面研磨性が損なわれる。
【0031】
本発明のプラスチック成形用の金型用鋼は最終的に表面処理を施し、表面の面粗さや硬さ,耐食性等を更に向上させることができる。
而してこのような表面処理を施した場合において、本発明のプラスチック成形用の金型用鋼、特にSを含有させていない(S:≦0.01%)ものは、表面処理による色むら等の発生を抑制し得る利点を有する。
【0032】
ここで表面処理としては、例えば窒化,Crメッキ,Niメッキ,CVD,PVD,TRD(熱反応析出・拡散),PCVD(プラズマCVD)等による硬質膜の形成や、酸や塩基溶液によるシボ加工(表面の軽腐食)等が挙げられる。
主として硬質膜の形成のための表面処理は金型表面の耐摩耗性や鏡面研磨性を向上させるために実施され、一方表面の軽腐食のための表面処理は目的とする意匠を得るために実施される。
【0033】
この場合において本発明のプラスチック成形用の金型用鋼の場合、SiやCuは鋼中に固溶しているか微細に分散しているため、表面処理を実施しても不均一な状態(色むら,厚さむら等)が発生しない。
快削化元素(S等)を添加した場合にはマトリックス中に存在する硫化物等介在物の周囲が選択的に腐食されたり、表面処理の厚さが異なったりしてミクロ領域では不均一になってしまう。このため表面処理の観点では快削化元素は添加されていないことが望ましい。
【0034】
次に本発明における各化学成分の限定理由を以下に詳述する。
C:0.03〜0.3%
Cは工具鋼としての使用される硬さを確保するために必要であり、0.03%以上の添加が必要である。
但し過度の添加は硬さが必要以上に硬くなり、また被削性も低下するので0.3%を上限とする。
【0035】
Si:1超〜3%
Siは脱酸剤として使用される元素である。Siはまた1%より多く添加することにより被削性向上の効果が得られる。
一方多過ぎると溶接性が低下するため3%を上限とする。
【0036】
Mn:0.05〜3%
Mnはオーステナイト化元素であり、必要硬さを得るために0.05%以上の添加が必要である。
一方多過ぎれば必要以上の硬さとなるため3%を上限とする。
【0037】
S:0.01超〜0.3%又は≦0.01%
快削化元素としてのSを添加した場合、Mnと結合して介在物を形成し、この介在物の存在により被削性が向上する。
但し鏡面研磨性(例えば面粗さ)が低下したり靭性が低下する問題も生ずる。
Sの添加は被削性と鏡面研磨性とのバランスで決定され、鏡面研磨性が特に必要とされる場合にはSを0.01%以下とする。
一方高い鏡面研磨性が要求されず、むしろ被削性が求められる場合には、0.01超〜0.3%の範囲でこれを含有させる。
【0038】
Cu:0.1〜5%
Cuの添加は被削性向上の効果が得られるとともに、時効熱処理により硬さを向上させる効果もあり、0.1%以上添加する。被削性向上の観点では0.5%以上の添加とすることが望ましい。
一方過剰な添加は熱間加工性を害するため5%を上限とする。
【0039】
Ni:1.0〜5%
NiはAlと同時に添加することで時効熱処理により硬さを向上させる効果がある。この効果を得るためには1.0%以上の添加が必要である。
但し過剰な添加は被削性を低下させるため5%を上限とする。
【0040】
Cr:0.02〜3%未満
Crは硬さの向上に寄与し、炭化物を形成する元素である。Mnが0.5%以上添加されていない場合には、Mnの代りに硬さの確保から所定量添加することが必要である。但し硬さの向上に寄与するためには0.02%以上の添加が必要であり、一方過度の添加は必要以上に硬さが高くなるとともに被削性も低下するため3%未満とする。
【0041】
Al:0.5超〜2.5%
Alは脱酸作用を有する元素である。またNiと同時に添加することで硬さの向上が得られ、この効果を得るためには0.5%より多く添加する必要がある。
一方過剰な添加は靭性の低下や鏡面研磨性の低下を引き起すため2.5%を上限とする。
【0042】
Mo:≦3%,W:≦0.5%,V:≦0.5%,Co:≦0.5%,Nb:≦0.3%,Ta:≦0.3%,B:≦0.01%
炭化物の形成による結晶粒の粗大化防止或いは結晶粒界の強度向上の効果があり、靭性向上の目的で積極的に添加することができる。
一方で多過ぎると被削性が低下するため、それぞれ上記の上限以下に規制する。
また複合して添加しても、それぞれの元素は固有の効果を発揮するため、目的に応じてその組合せを選ぶことも可能である。
【0043】
これらの元素と同様の効果は、Ti:≦0.03%,Zr:≦0.03%,Be:≦0.5%,H:≦0.01%でも得られる。
【0044】
またMoに関しては溶接性を向上させる観点では、できる限り低減させることが望ましい。
同様に他の元素も溶接性に影響を与えるため、何れの元素も溶接性を向上させる観点では低減させることが望ましい。
【0045】
Ca:≦0.1%,Mg:≦0.1%,Pb:≦0.3%
何れの元素も被削性を向上させる目的で添加することができる。
Ca,Mgは硫化物や酸化物を形成し、切削加工時には切削工具の保護膜を形成するため、切削工具の摩耗量を低減することができる。
Pbは鋼中に分散しており、切削加工時には切削工具と切屑との摩擦係数を小さくする潤滑効果により被削性を向上させる。
但し何れの元素も過度の添加は被削性向上の効果よりも鋼の靭性を劣化させる効果が大きくなるため、それぞれ上記のように上限を規定する。
【0046】
またここに挙げた元素と同様の被削性向上の効果はBi:≦0.3%,Sn:≦0.05%,As:≦0.3%の添加によっても得ることができる。
【0047】
P:≦0.2%
Pはスクラップ原料から混入し、不可避的に鋼中に存在する。
一般的にPは結晶粒界に存在し、鋼の靭性を低下させる効果がある。靭性低下により鋼は脆くなるため、切屑の破砕性等が向上して被削性が向上する。但し多過ぎれば靭性の低下が大きくなるため、0.2%以下に規制する。
通常は他の元素により被削性は十分確保されているため、Pは低減することが望ましく、製造コストとの兼ね合いであるが0.05%以下にするのが望ましい。
【0048】
[その他の不純物元素]
鋼中にはスクラップ等から入り込む不純物元素としてSe,Te,Zn,Y,希土類元素(REM)が含まれる場合がある。
Se,TeはSの代替元素としての役割を果たし、被削性向上に効果が見られ、またZnやY,希土類元素はO,P等の不純物を固定し、基地の清浄度を高め、靭性を向上させる効果がある。
従って本発明ではこれらの元素をSe:≦0.3%,Te:≦0.3%,Zn:≦0.1%,Y:≦0.05%,REM:≦0.05%の範囲で許容する。
【0049】
N:≦0.0150%,O≦0.0150%
鋼中に不可避的に含まれる元素であるNやOは、鋼中に含まれるSi,Ti,Zr,V,Al等と結合し窒化物,酸化物を形成する。
これらの窒化物,酸化物は硬質であり、N量やO量が高くなるにつれ数が増加したりサイズが大きくなる傾向にある。これらは鏡面研磨性を低下させることはもとより被削性や靭性を低下させるため、極力低く抑制することが望ましい。
但し製造コストとの兼ね合いもあるのでN:≦0.01%,O:≦0.005とするのが望ましい。
【0050】
[鋼中に存在するMnSを代表とする介在物の最大長が50μm以下]
S等の快削化元素により形成される介在物は鏡面研磨性の観点からはできるだけ量は少なく、サイズは小さい方が望ましいのが一般的である。
特に高い鏡面研磨性が要求される金型用鋼においてはMnSを代表とする介在物の最大長を50μm以下(プラスチック製品で目に見えない大きさ)に制限するのが望ましい。
そのためには、製造工程で2次溶解(真空アーク溶解,エレクトロスラグ溶解)を実施して介在物の数を減らしたり、鋳型の大きさをできる限り小さくして凝固速度を速くすることで介在物のサイズを小さくしたりするなど、製造工程での作り込みが必要な場合もある。
【0051】
【実施例】
次に本発明の実施例を以下に詳述する。
<実施例1>
[I.]試験片の作製
以下の条件で表1,表2に示す化学組成の各種のプラスチック成形用の金型用鋼を溶解し、続いて鍛造,試験片粗加工,熱処理及び試験片精加工を行ってシャルピー試験,被削性評価試験,鏡面(研磨)性評価試験,溶接性評価試験のための各試験片を作製した。
【0052】
【表1】

Figure 2004277818
【0053】
【表2】
Figure 2004277818
【0054】
(イ)溶解
真空誘導炉,大気誘導炉によりインゴット200kgを製造した。
(比較鋼No.1,6,発明鋼No.1,13については大気誘導炉で製造)
【0055】
(ロ)鍛造
1150℃加熱保持後、断面93×36に鍛造した。
【0056】
(ハ)試験片粗加工
シャルピー試験片:L方向(JIS Z 2202:3号試験片)
被削性評価試験片(70×30×200mm)
鏡面性評価試験片(45×50×10mm)
溶接性評価試験片(150×200×15mm)
【0057】
(ニ)熱処理
▲1▼焼入れ又は溶体化処理(ST):850〜1030℃×30〜90min保持後、衝風冷却した。
▲2▼焼戻し又は時効処理(AG):200〜680℃×30min〜5hr保持後、空冷した。
【0058】
[II.]試験及び測定条件
(ホ)シャルピー試験(靭性評価)
常温で試験を実施した。評価は試験片数3本の平均値とした。
試験片硬さは表3,表4に記載した硬さに調整した。
【0059】
(ヘ)被削性評価試験
以下の条件で試験を行った。
・超硬エンドミル:UTi20Tを使用
・工具径φ20mm,スローアウェー,ダウンカット,1枚刃
・深さ5mm,切込幅1.5mm
・切削速度300m/min,送り速度0.025mm/刃,乾式
評価は比較鋼1で工具摩耗量が300μmに達したときの切削距離を200、比較鋼4で工具摩耗量が300μmに達したときの切削距離を100とし、発明鋼その他比較鋼の切削距離を相対比較評価した。
【0060】
(ト)鏡面性評価試験
機械研磨により#150→#400→#800→#1500→#3000→#8000で鏡面研磨加工した。
そして任意に選んだ部位5箇所について15mm測長で最大面粗さRy(μm)を測定し、それぞれの最大面粗さの平均値で評価した。
【0061】
(チ)溶接性評価試験
y形溶接割れ試験方法(JIS Z 3158)により実施した。
試験片温度は25℃とし、
表面割れ率Cf(=Σlf/L×100:%)により評価した。
但し Σlf:表面割れの合計長さ(mm)
L:試験ビードの長さ(mm)
【0062】
(リ)介在物長さ
鏡面性評価試験片の鏡面加工面を光学顕微鏡で観察した(倍率200倍,視野数20)。
そして全視野の中で観察された介在物の最大長(μm)とする。
【0063】
これらの試験及び測定の結果が表3,表4に示してある。
表1,表2及び表3,表4において、発明鋼No.1〜9はSを0.01超〜0.3%の範囲内で添加し且つ硬さ(HRC)を約40に調整した例を比較鋼No.1〜3とともに示したものであり、また発明鋼No.10〜16は実質的にSを添加せず(S:≦0.01%)且つ硬さ(HRC)を発明鋼No.1〜9と同じく約40に調整した例を比較鋼No.4,5とともに示したものである。
【0064】
更に発明鋼No.17〜23はSを0.01超〜0.3%の範囲内で添加し且つ硬さ(HRC)を約30に調整した例を比較鋼No.6,7とともに示したもので、発明鋼No.24〜31は実質的にSを添加せず(S:≦0.01%)且つ硬さ(HRC)を約30に調整した例を比較鋼No.8とともに示したものである。
【0065】
【表3】
Figure 2004277818
【0066】
【表4】
Figure 2004277818
【0067】
表3,表4の結果に見られるように、本発明に従ってSiを1超〜3%の範囲内で添加し、更にCuを0.1〜5%の範囲内で添加し、加えてSを0.01超〜0.3%の範囲内で添加した発明鋼No.1〜9,17〜23は特に優れた被削性を示しており、併せて靭性,溶接性も良好な値を示している。
【0068】
一方実質的にSを含有させていない発明鋼No.10〜16及び24〜31は優れた鏡面性の値を示している。
またこれら発明鋼No.10〜16及び24〜31は実質的にSを含有させていないにも拘わらずSi,Cuの含有によって被削性においても優れた値を示している。
【0069】
<実施例2>
[I.]試験片の作製
表5に示す化学組成の各種のプラスチック成形用の金型用鋼を以下の条件で溶解(一部については再溶解),圧延,熱処理,試験片精加工を行い、被削性評価試験片及び鏡面性評価試験片を作製した。
【0070】
【表5】
Figure 2004277818
【0071】
(イ)溶解
大気誘導炉によりインゴット3300kgを製造した。
(ロ)再溶解
真空アーク溶解を実施し、インゴットを製造した(3000kg)。
(ハ)圧延
1200℃加熱保持後、断面50×120に鍛造した。
【0072】
(ニ)熱処理
▲1▼焼入れ又は溶体化処理(ST):850〜1030℃×20〜90min保持後、衝風冷却した。
▲2▼焼戻し又は時効処理(AG):200〜680℃×30min〜5hr保持後、空冷した。
【0073】
(ホ)試験片精加工
被削性評価試験片(50×50×200mm)
鏡面性評価試験片(45×50×10mm)
にそれぞれ精加工した。
【0074】
[II.]試験及び測定条件
(ヘ)被削性評価試験
以下の条件で試験を行った。
・ハイスドリル:SKH51を使用
・工具径φ10mm,コーティングなし(ホモ処理)
・深さ20mm(非貫通)の穴開け加工
・切削速度40〜100m/min,送り速度0.15mm/刃,湿式
評価は工具溶損,折損に到ったときの切削距離を工具寿命と定義して評価した。
また比較鋼9において工具寿命が3000mmとなる切削速度を200、比較鋼10において工具寿命が3000mmとなる切削速度を100とし、発明鋼その他比較鋼の工具寿命3000mmとなる切削速度を相対比較評価した。
【0075】
(ト)鏡面性評価試験
機械研磨により#150→#400→#800→#1500→#3000→#8000で鏡面研磨加工した。
そして任意に選んだ部位5箇所について15mm測長で最大面粗さRy(μm)を測定し、それぞれの最大面粗さの平均値で評価した。
【0076】
表5に見られるように、本発明に従う発明鋼は鏡面性,被削性等の特性において優れているとともに、特に再溶解を実施したものについては、再溶解を実施していないものに対して鏡面性を示す値が更に高くなっていることが分る。
【0077】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【0078】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、一般的に難加工となるプレハードン状態で金型加工を行う場合においても容易に切削加工を行うことができ、金型製造のための期間の短縮化,加工費用の低減を達成することができ、またSを添加しないものについては併せて高い鏡面研磨性を確保することができる。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mold steel for plastic molding, and more particularly to a free-cutting mold steel.
[0002]
Problems to be solved by the prior art and the invention
Conventionally, molds for plastic molding have been widely used in various fields.
For example, molds for molding resin products such as daily goods, home appliance exterior / interior / parts, OA equipment exterior / interior / parts, mobile phone parts, automobile interior parts and light covers, optical lenses, food containers , Medical equipment, cosmetic containers, molds for molding precision products, IC sealing molds, molds for molding optical discs (CDs and DVDs), molds for forming light guide plates, molds for forming reflectors, and the like. is there.
[0003]
By the way, in recent years, higher quality molds have been required for plastic molding dies in order to meet demands for higher precision, higher precision, designability, shorter delivery time and the like of products.
Mainly for high accuracy, a material (pre-hardened steel: HRC 28 to 45) in which a mold is heat-treated in advance and adjusted to a predetermined hardness is often used.
[0004]
This prehardened steel is generally difficult to machine.
Among the pre-hardened steels, those having a relatively high hardness of HRC 35 to 45 are particularly difficult to cut, so that S is added as a free-cutting element and MnS inclusions are generated in the steel to enhance machinability. This is often done.
[0005]
However, in the method of improving machinability by generating MnS inclusions by adding S, the mirror polishing property and toughness at the time of manufacturing a mold are reduced.
Among plastic products, those which are directly visible to the human eye are required to have good appearance such as smoothness and glossiness of the product surface.
Therefore, a mold for molding such a plastic product is required to have high specularity, but the one in which S is added and MnS inclusions are formed in steel as described above has poor mirror polishability, Also, the toughness is reduced.
[0006]
Therefore, for a mold in which mirror polishing and toughness are important, cutting is performed without intentionally adding a free-cutting element such as S. In this case, processing is naturally difficult.
If processing is difficult, the productivity of the mold decreases, and the manufacturing cost of the mold increases accordingly.
[0007]
On the other hand, among the pre-hardened steels, those having a relatively low hardness of HRC 28 to 35 can be said to be relatively easy to cut because the hardness is lower than that of the HRC 35 to 45 described above.
As a material for the hardness region, an SC or SCM material is often used.
Since these materials are usually heat-treated by quenching and tempering, when a large-sized mold is manufactured, the hardness of the central portion cannot be sufficiently secured.
[0008]
Also, in this hardness region, although hardness is low and cutting is relatively easy, there are many large dies, and in this case, excellent cutting workability is required. In such a case, a free-cutting element such as S may be added.
Thus, if a free-cutting element such as S is added, it is inevitable that the mirror polishing property and toughness are reduced.
[0009]
In addition, as a well-known technique close to the present invention, there is the following.
Patent Literature 1 and Patent Literature 2 below disclose a plastic molded prehardened steel having excellent machinability by using a Zr compound.
In Patent Documents 1 and 2, the machinability is obtained by a Zr compound, and is not intended to improve the machinability by positively adding Si as in the present invention.
The role of Si in Patent Documents 1 and 2 is added to improve oxidation resistance and hardenability, and it is described that if the content exceeds 1.5%, the machinability decreases. There is no description of improvement in machinability by addition).
In Patent Documents 1 and 2, it is necessary that the machinability by the Zr compound is sufficiently exhibited, and the viewpoint is different from the improvement of machinability by Si in the present invention.
[0010]
Patent Literature 3, Patent Literature 4, Patent Literature 5, and Patent Literature 6 below disclose steel for plastic molding dies excellent in toughness, mirror finish, machinability and the like.
In any of these, Si utilizes the effect as a deoxidizing agent and is limited to the addition of 1% or less, which is different from the present invention.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-60-174854
[Patent Document 2]
JP-A-62-167863
[Patent Document 3]
JP-A-11-335775
[Patent Document 4]
JP-A-2002-309341
[Patent Document 5]
JP 2001-152246 A
[Patent Document 6]
JP-A-5-70888
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The free-cutting mold steel for plastic molding of the present invention has been devised to solve such problems.
According to the first aspect, C: 0.03 to 0.3%, Si: more than 3%, Mn: 0.05 to 3%, S: more than 0.01 to 0% by weight. 0.3%, Cu: 0.1 to 5%, Ni: 1.0 to 5%, Cr: 0.02 to less than 3%, Al: more than 0.5 to 2.5%, the balance being substantially Fe It is characterized by being.
[0013]
In claim 2, C: 0.03 to 0.3%, Si: more than 3%, Mn: 0.05 to 3%, S: ≦ 0.01%, Cu: 0 by weight%. 0.1 to 5%, Ni: 1.0 to 5%, Cr: 0.02 to less than 3%, Al: more than 0.5 to 2.5%, the balance being substantially Fe and present in steel The maximum length of the inclusion represented by MnS is 50 μm or less.
[0014]
According to a third aspect, in any one of the first and second aspects, Mo: ≦ 3%, W: ≦ 0.5%, V: ≦ 0.5%, Co: ≦ 0.5% by weight%. , Nb: ≤ 0.3%, Ta: ≤ 0.3%, B: ≤ 0.01%, Ca: ≤ 0.1%, Mg: ≤ 0.1%, Pb: ≤ 0.3%, P : Characterized by further containing one or more of ≦ 0.2%.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the unavoidable content of N and O is% by weight, and N: ≦ 0.0150% and O: ≦ 0.0150%. Features.
[0016]
A fifth aspect of the present invention is characterized in that in any one of the first to fourth aspects, the pre-hardened state has a hardness of HRC 28 to 45.
[0017]
[Action]
According to the first aspect of the present invention, Si and Cu are added together with Cr and Al to achieve free cutting without impairing the mirror polishing property.
The addition of S as a free-cutting element causes MnS inclusions formed in the steel to be scraped off or fall off from the machined surface during mirror polishing, causing irregularities to occur there, and the specularity is significantly deteriorated.
However, Si is a solid solution element and usually does not become inclusions or carbides, a uniform matrix can be obtained even in a microscopic view, and the addition of Si does not particularly deteriorate the mirror polishing property.
[0018]
On the other hand, the added Si reacts with oxygen during cutting to form an oxide film, and reduces the friction between the chips and the cutting tool to protect the tool. By this effect, it functions to effectively enhance machinability in manufacturing a mold.
In the present invention, in order to sufficiently bring out the function of Si, a large amount of more than 1% is contained in steel.
[0019]
On the other hand, Cu is an element that contributes to age hardening, and by including a large amount of Cu, the machinability in manufacturing a mold can be improved.
Cu is finely dispersed and precipitated from the matrix by aging heat treatment, and its size is very fine (1 μm or less in diameter), so that it does not adversely affect the mirror polishing property.
On the other hand, Cu slightly lowers the toughness of the matrix due to precipitation, and serves to enhance the machinability by making it slightly brittle.
[0020]
However, in claim 1, S is contained in an amount of more than 0.01% and 0.3% or less together with these Si and Cu.
Some plastic products are not particularly required to clean the surface skin, and a mold for molding such a plastic product is not particularly required to have specularity.
Therefore, in such a case, it is a good measure to actively add S to enhance the machinability. In this way, the manufacture of the mold can be made easier, and the cost for the manufacture of the mold can be reduced.
[0021]
Therefore, in the first aspect of the present invention, S is contained in a predetermined range particularly for those which are not required to have high specularity.
However, even in that case, in the first aspect of the present invention, since the machinability is enhanced by the addition of Si and Cu, the required amount of S can be reduced.
[0022]
On the other hand, a second aspect of the present invention does not substantially add S (S: ≦ 0.01%) and regulates the maximum length of the inclusion represented by MnS to 50 μm or less. According to No. 2, both excellent machinability by Si and Cu and excellent mirror polishing can be realized.
[0023]
Common free-cutting elements (S, Se, Te, etc.) combine with Mn to form inclusions such as sulfides.
These inclusions are dispersed in the steel and have a size (maximum length of 10 to 100 μm) that can be sufficiently observed with an optical microscope. You may not be able to obtain the expected mirror surface due to being dug into the ground.
[0024]
Therefore, it is indispensable to reduce the free-cutting elements in order to improve the mirror polishing property.
Therefore, when mirror polishing is important, it is desirable to reduce S and the like as free-cutting elements as much as possible.
[0025]
In the case of these mold steels according to claims 1 and 2, it is possible to secure hardness by age hardening as compared with ordinary SC-based and SCM-based steels. Even if it is, it is possible to secure uniform hardness up to the center.
[0026]
At that time, the desired hardness can be adjusted by adjusting the amounts of Ni, Cu, Al, C, Mn, and Cr.
Further, the age hardened steel is superior in machinability to ordinary SC-based and SCM-based steels, and more excellent machinability can be obtained by using the free-cutting method of the present invention.
[0027]
In Claims 1 and 2, any one or more of Mo, W, V, Co, Nb, Ta, B, Ca, Mg, Pb, and P are contained in the above-described amounts as necessary. (Claim 3).
[0028]
Next, claim 4 regulates each of N and O unavoidably contained to 0.0150% or less.
O and N are easily associated with the additional elements in the steel, and generate unexpected oxides and nitrides. These inclusions fall off during mirror polishing and cause pinholes. Since the occurrence of pinholes is the one that most deteriorates the mirror polishing property, it is necessary to reduce these inclusions as much as cost permits.
[0029]
Since the steel of the present invention contains a large amount of Si and Al, it is necessary to reduce the amounts of O and N as much as possible.
Specifically, the amount of O and N is reduced as much as possible in the first melting (by sufficient refining in the atmosphere or changing to vacuum melting, etc.), and if the manufacturing cost permits, the first melting material is used as a raw material. The second melting (vacuum arc melting or electroslag melting) is performed to reduce the amounts of O and N.
The application of the secondary dissolution is also effective in reducing segregation and the like, and also has the effect of improving the mirror polishing property.
[0030]
According to a fifth aspect of the present invention, the steel for the mold for plastic molding has a hardness of HRC 28 to 45 in a pre-hardened state.
In a state where the pre-hardened steel is adjusted to HRC 28 to 45, high mirror polishing can be obtained (the harder the steel, the higher the mirror finish). This hardness is a level that can be sufficiently cut.
If it is too hard, free cutting properties will be lost, and if it is too soft, the mirror polishing properties will be impaired.
[0031]
The mold steel for plastic molding of the present invention is finally subjected to a surface treatment to further improve the surface roughness, hardness, corrosion resistance and the like.
In the case where such a surface treatment is performed, the mold steel for plastic molding of the present invention, particularly, the steel not containing S (S: ≦ 0.01%), has uneven color due to the surface treatment. Etc. can be suppressed.
[0032]
Here, as the surface treatment, for example, formation of a hard film by nitriding, Cr plating, Ni plating, CVD, PVD, TRD (thermal reaction deposition / diffusion), PCVD (plasma CVD), or graining with an acid or base solution ( Light corrosion of the surface).
The surface treatment mainly for the formation of the hard film is carried out to improve the wear resistance and the mirror polishing of the mold surface, while the surface treatment for the light corrosion of the surface is carried out to obtain the intended design. Is done.
[0033]
In this case, in the case of the mold steel for plastic molding of the present invention, Si or Cu is dissolved in the steel or is finely dispersed in the steel. Unevenness, thickness unevenness, etc.) do not occur.
When a free-cutting element (S, etc.) is added, the surroundings of inclusions such as sulfides present in the matrix are selectively corroded, and the thickness of the surface treatment varies, resulting in unevenness in the micro region. turn into. Therefore, from the viewpoint of surface treatment, it is desirable that free-cutting elements are not added.
[0034]
Next, the reasons for limiting each chemical component in the present invention will be described in detail below.
C: 0.03 to 0.3%
C is necessary to ensure the hardness used as tool steel, and it is necessary to add 0.03% or more.
However, excessive addition hardens the hardness more than necessary and also reduces the machinability, so the upper limit is 0.3%.
[0035]
Si: More than 1 to 3%
Si is an element used as a deoxidizing agent. The effect of improving machinability can be obtained by adding more than 1% of Si.
On the other hand, if the content is too large, the weldability is reduced, so the upper limit is 3%.
[0036]
Mn: 0.05-3%
Mn is an austenitizing element, and must be added in an amount of 0.05% or more to obtain the required hardness.
On the other hand, if it is too large, the hardness becomes more than necessary, so the upper limit is 3%.
[0037]
S: more than 0.01 to 0.3% or ≦ 0.01%
When S is added as a free-cutting element, it combines with Mn to form inclusions, and the presence of the inclusions improves machinability.
However, there arises a problem that the mirror polishing property (for example, surface roughness) is lowered and the toughness is lowered.
The addition of S is determined by the balance between the machinability and the mirror polishing property, and when the mirror polishing property is particularly required, the S content is set to 0.01% or less.
On the other hand, when high mirror polishing is not required but rather machinability is required, it is contained in the range of more than 0.01 to 0.3%.
[0038]
Cu: 0.1-5%
Addition of Cu has an effect of improving machinability and also has an effect of improving hardness by aging heat treatment, and is added by 0.1% or more. From the viewpoint of improving machinability, it is desirable to add 0.5% or more.
On the other hand, excessive addition impairs hot workability, so the upper limit is 5%.
[0039]
Ni: 1.0 to 5%
Ni has the effect of improving hardness by aging heat treatment by being added simultaneously with Al. To obtain this effect, 1.0% or more must be added.
However, excessive addition reduces the machinability, so the upper limit is 5%.
[0040]
Cr: less than 0.02 to 3%
Cr is an element that contributes to improvement in hardness and forms carbide. When Mn is not added in an amount of 0.5% or more, it is necessary to add a predetermined amount instead of Mn in order to secure hardness. However, the addition of 0.02% or more is necessary in order to contribute to the improvement of the hardness. On the other hand, excessive addition increases the hardness more than necessary and lowers the machinability, so that the addition is set to less than 3%.
[0041]
Al: more than 0.5 to 2.5%
Al is an element having a deoxidizing effect. Also, by adding simultaneously with Ni, improvement in hardness is obtained, and in order to obtain this effect, it is necessary to add more than 0.5%.
On the other hand, an excessive addition causes a decrease in toughness and a decrease in mirror polishing, so the upper limit is 2.5%.
[0042]
Mo: ≤ 3%, W: ≤ 0.5%, V: ≤ 0.5%, Co: ≤ 0.5%, Nb: ≤ 0.3%, Ta: ≤ 0.3%, B: ≤ 0 .01%
This has the effect of preventing crystal grains from being coarsened by the formation of carbides and improving the strength of crystal grain boundaries, and can be positively added for the purpose of improving toughness.
On the other hand, if the amount is too large, the machinability decreases.
Further, even when added in combination, each element exerts a unique effect, and therefore a combination thereof can be selected according to the purpose.
[0043]
The same effect as these elements can be obtained even when Ti: ≤ 0.03%, Zr: ≤ 0.03%, Be: ≤ 0.5%, and H: ≤ 0.01%.
[0044]
It is desirable to reduce Mo as much as possible from the viewpoint of improving the weldability.
Similarly, since other elements also affect the weldability, it is desirable to reduce any of the elements from the viewpoint of improving the weldability.
[0045]
Ca: ≦ 0.1%, Mg: ≦ 0.1%, Pb: ≦ 0.3%
Any of these elements can be added for the purpose of improving machinability.
Since Ca and Mg form sulfides and oxides and form a protective film for the cutting tool during cutting, the wear amount of the cutting tool can be reduced.
Pb is dispersed in the steel and improves the machinability by a lubricating effect that reduces the coefficient of friction between the cutting tool and the chip during cutting.
However, excessive addition of any of the elements has a greater effect of deteriorating the toughness of the steel than an effect of improving machinability, and thus the upper limits are specified as described above.
[0046]
The same machinability-improving effect as the elements listed here can also be obtained by adding Bi: ≦ 0.3%, Sn: ≦ 0.05%, and As: ≦ 0.3%.
[0047]
P: ≦ 0.2%
P is mixed in from the scrap raw material and inevitably exists in the steel.
Generally, P exists at the crystal grain boundary and has an effect of reducing the toughness of steel. Since the steel becomes brittle due to the decrease in toughness, the friability of chips and the like are improved and the machinability is improved. However, if the amount is too large, the toughness is greatly reduced.
Usually, since the machinability is sufficiently ensured by other elements, it is desirable to reduce P, and it is desirable to reduce the P to 0.05% or less in consideration of the manufacturing cost.
[0048]
[Other impurity elements]
Steel may contain Se, Te, Zn, Y, or a rare earth element (REM) as an impurity element entering from scrap or the like.
Se and Te play a role as a substitute element for S, and are effective in improving machinability. Zn, Y, and rare earth elements fix impurities such as O and P, increase the cleanliness of the matrix, and improve toughness. Has the effect of improving.
Therefore, in the present invention, these elements are contained in a range of Se: ≦ 0.3%, Te: ≦ 0.3%, Zn: ≦ 0.1%, Y: ≦ 0.05%, REM: ≦ 0.05%. Tolerate.
[0049]
N: ≦ 0.0150%, O ≦ 0.0150%
N and O, which are inevitably contained in steel, combine with Si, Ti, Zr, V, Al, etc. contained in steel to form nitrides and oxides.
These nitrides and oxides are hard, and tend to increase in number and size as the amount of N or O increases. Since these reduce the mirror polishing property, as well as the machinability and toughness, it is desirable to suppress them as low as possible.
However, it is preferable to set N: ≦ 0.01% and O: ≦ 0.005 in consideration of the manufacturing cost.
[0050]
[The maximum length of inclusions represented by MnS in steel is 50 μm or less]
It is general that inclusions formed by free-cutting elements such as S are as small as possible and smaller in size from the viewpoint of mirror polishing.
In particular, in mold steel requiring high mirror polishing, it is desirable to limit the maximum length of inclusions represented by MnS to 50 μm or less (a size invisible for plastic products).
For this purpose, secondary melting (vacuum arc melting, electroslag melting) is performed in the manufacturing process to reduce the number of inclusions, and the size of the inclusions is increased by minimizing the size of the mold and increasing the solidification rate. In some cases, it is necessary to make it into the manufacturing process, for example, to reduce the size.
[0051]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described in detail below.
<Example 1>
[I. ] Preparation of test pieces
Under the following conditions, various types of plastic mold steels having the chemical compositions shown in Tables 1 and 2 were melted, and then forged, roughed, heat-treated, and refined. Each test piece was prepared for a machinability evaluation test, a mirror surface (polishing) evaluation test, and a weldability evaluation test.
[0052]
[Table 1]
Figure 2004277818
[0053]
[Table 2]
Figure 2004277818
[0054]
(B) Dissolution
200 kg of ingot was manufactured by a vacuum induction furnace and an air induction furnace.
(Comparative steel Nos. 1, 6 and invention steels Nos. 1 and 13 are manufactured in an air induction furnace.)
[0055]
(B) Forging
After heating and holding at 1150 ° C., it was forged to a cross section of 93 × 36.
[0056]
(C) Rough processing of test pieces
Charpy test piece: L direction (JIS Z 2202: No. 3 test piece)
Machinability evaluation test piece (70 × 30 × 200 mm)
Specularity evaluation test piece (45 × 50 × 10 mm)
Test piece for evaluating weldability (150 x 200 x 15 mm)
[0057]
(D) Heat treatment
{Circle around (1)} Quenching or solution treatment (ST): After holding at 850 to 1030 ° C. for 30 to 90 minutes, it was cooled by blast.
{Circle around (2)} Tempering or aging treatment (AG): After holding at 200 to 680 ° C. × 30 min to 5 hr, air-cooled.
[0058]
[II. ] Test and measurement conditions
(E) Charpy test (evaluation of toughness)
The test was performed at room temperature. The evaluation was an average value of three test pieces.
The test piece hardness was adjusted to the hardness described in Tables 3 and 4.
[0059]
(F) Machinability evaluation test
The test was performed under the following conditions.
・ Carbide end mill: UTi20T is used
・ Tool diameter φ20mm, throw away, down cut, single blade
・ Depth 5mm, cut width 1.5mm
・ Cutting speed 300m / min, feed speed 0.025mm / tooth, dry type
In the evaluation, the cutting distance when the tool wear amount reached 300 μm in Comparative Steel 1 was 200, and the cutting distance when the tool wear amount in Comparative Steel 4 reached 300 μm was 100. Relative comparative evaluation was performed.
[0060]
(G) Specularity evaluation test
Mirror polishing was performed in the order of # 150 → # 400 → # 800 → # 1500 → # 3000 → # 8000 by mechanical polishing.
Then, maximum surface roughness Ry (μm) was measured at 15 mm length measurement at five arbitrarily selected portions, and the average value of each maximum surface roughness was evaluated.
[0061]
(H) Weldability evaluation test
The test was performed according to a y-type weld crack test method (JIS Z 3158).
The specimen temperature is 25 ° C,
It was evaluated by the surface cracking rate Cf (= Δlf / L × 100:%).
Where Σlf: total length of surface cracks (mm)
L: Length of test bead (mm)
[0062]
(I) Inclusion length
The mirror-finished surface of the specularity evaluation test specimen was observed with an optical microscope (magnification: 200, field of view: 20).
Then, the maximum length (μm) of the inclusions observed in the entire visual field is set.
[0063]
Tables 3 and 4 show the results of these tests and measurements.
In Tables 1 and 2 and Tables 3 and 4, invention steel No. Comparative Steel Nos. 1 to 9 are examples in which S was added in a range of more than 0.01 to 0.3% and the hardness (HRC) was adjusted to about 40. No. 1 to No. 1 and the invention steel No. Nos. 10 to 16 do not substantially contain S (S: ≦ 0.01%) and have a hardness (HRC) of Invention Steel No. Comparative steel Nos. 1 to 9 were adjusted to about 40. It is shown together with 4,5.
[0064]
In addition, invention steel No. Comparative steel Nos. 17 to 23 are examples in which S was added in a range of more than 0.01 to 0.3% and hardness (HRC) was adjusted to about 30. 6 and 7 are shown together with Invention Steel No. Comparative steel Nos. 24 to 31 are examples in which S was not substantially added (S: ≦ 0.01%) and hardness (HRC) was adjusted to about 30. 8 are shown together.
[0065]
[Table 3]
Figure 2004277818
[0066]
[Table 4]
Figure 2004277818
[0067]
As can be seen from the results in Tables 3 and 4, according to the present invention, Si was added in the range of more than 1 to 3%, Cu was added in the range of 0.1 to 5%, and S was added. Invention steel No. added in the range of more than 0.01 to 0.3%. Nos. 1 to 9, and 17 to 23 show particularly excellent machinability, and also show good values for toughness and weldability.
[0068]
On the other hand, inventive steel No. 10 to 16 and 24 to 31 show excellent specularity values.
In addition, these invention steel Nos. Nos. 10 to 16 and 24 to 31 show excellent values in machinability due to the inclusion of Si and Cu even though S is not substantially contained.
[0069]
<Example 2>
[I. ] Preparation of test pieces
Various types of plastic mold steels having the chemical compositions shown in Table 5 were melted (partially re-melted), rolled, heat-treated, and refined under the following conditions. A specularity evaluation test piece was prepared.
[0070]
[Table 5]
Figure 2004277818
[0071]
(B) Dissolution
3300 kg of ingots were produced by an air induction furnace.
(B) Remelting
Vacuum arc melting was performed to produce an ingot (3000 kg).
(C) Rolling
After heating at 1200 ° C., forging was performed to a cross section of 50 × 120.
[0072]
(D) Heat treatment
{Circle around (1)} Quenching or solution treatment (ST): After holding at 850 to 1030 ° C. for 20 to 90 minutes, the product was cooled by blast.
{Circle around (2)} Tempering or aging treatment (AG): After holding at 200 to 680 ° C. × 30 min to 5 hr, air-cooled.
[0073]
(E) Fine processing of test pieces
Machinability evaluation test piece (50 × 50 × 200 mm)
Specularity evaluation test piece (45 × 50 × 10 mm)
Each was finely processed.
[0074]
[II. ] Test and measurement conditions
(F) Machinability evaluation test
The test was performed under the following conditions.
・ High speed drill: Use SKH51
・ Tool diameter φ10mm, no coating (homo treatment)
・ Drilling 20mm (non-penetrating) depth
・ Cutting speed 40 ~ 100m / min, feed rate 0.15mm / blade, wet type
The evaluation was performed by defining the cutting distance at the time of tool melting and breakage as tool life.
The cutting speed at which the tool life of the comparative steel 9 was 3000 mm was 200, the cutting speed at which the tool life of the comparative steel 10 was 3000 mm was 100, and the cutting speed at which the tool life of the invention steel and the comparative steel was 3000 mm was comparatively evaluated. .
[0075]
(G) Specularity evaluation test
Mirror polishing was performed in the order of # 150 → # 400 → # 800 → # 1500 → # 3000 → # 8000 by mechanical polishing.
Then, maximum surface roughness Ry (μm) was measured at 15 mm length measurement at five arbitrarily selected portions, and the average value of each maximum surface roughness was evaluated.
[0076]
As can be seen from Table 5, the inventive steel according to the present invention is excellent in properties such as specularity, machinability, etc. It can be seen that the value indicating the specularity is even higher.
[0077]
Although the embodiment of the present invention has been described in detail, this is merely an example, and the present invention can be implemented in variously modified forms without departing from the spirit thereof.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to easily perform cutting even when performing die processing in a pre-hardened state, which is generally difficult, and to shorten the period for manufacturing a die and to perform processing. Cost reduction can be achieved, and high mirror polishing properties can be ensured for those without addition of S.

Claims (5)

重量%で、
C :0.03〜0.3%
Si:1超〜3%
Mn:0.05〜3%
S :0.01超〜0.3%
Cu:0.1〜5%
Ni:1.0〜5%
Cr:0.02〜3%未満
Al:0.5超〜2.5%
残部が実質的にFeであることを特徴とするプラスチック成形用の快削性金型用鋼。
In weight percent,
C: 0.03 to 0.3%
Si: More than 1 to 3%
Mn: 0.05-3%
S: more than 0.01 to 0.3%
Cu: 0.1-5%
Ni: 1.0 to 5%
Cr: less than 0.02 to 3% Al: more than 0.5 to 2.5%
A free-cutting mold steel for plastic molding, the balance being substantially Fe.
重量%で、
C :0.03〜0.3%
Si:1超〜3%
Mn:0.05〜3%
S :≦0.01%
Cu:0.1〜5%
Ni:1.0〜5%
Cr:0.02〜3%未満
Al:0.5超〜2.5%
残部が実質的にFeであり、鋼中に存在するMnSを代表とする介在物の最大長が50μm以下であることを特徴とする鏡面研磨性に優れたプラスチック成形用の快削性金型用鋼。
In weight percent,
C: 0.03 to 0.3%
Si: More than 1 to 3%
Mn: 0.05-3%
S: ≦ 0.01%
Cu: 0.1-5%
Ni: 1.0 to 5%
Cr: less than 0.02 to 3% Al: more than 0.5 to 2.5%
The balance is substantially Fe, and the maximum length of inclusions typified by MnS present in the steel is 50 μm or less, for a free-cutting mold for plastics molding excellent in mirror polishing properties. steel.
請求項1,2の何れかにおいて、重量%で、
Mo:≦3%
W :≦0.5%
V :≦0.5%
Co:≦0.5%
Nb:≦0.3%
Ta:≦0.3%
B :≦0.01%
Ca:≦0.1%
Mg:≦0.1%
Pb:≦0.3%
P :≦0.2%
の1種又は2種以上を更に含有することを特徴とするプラスチック成形用の快削性金型用鋼。
In any one of Claims 1 and 2,
Mo: ≦ 3%
W: ≦ 0.5%
V: ≦ 0.5%
Co: ≦ 0.5%
Nb: ≦ 0.3%
Ta: ≦ 0.3%
B: ≦ 0.01%
Ca: ≦ 0.1%
Mg: ≤0.1%
Pb: ≦ 0.3%
P: ≦ 0.2%
A free-cutting mold steel for plastic molding, characterized by further containing one or more of the following.
請求項1〜3の何れかにおいて、不可避的に含有されるN,Oが重量%で、
N :≦0.0150%
O :≦0.0150%
であることを特徴とするプラスチック成形用の快削性金型用鋼。
In any one of claims 1 to 3, N and O unavoidably contained are in% by weight,
N: ≦ 0.0150%
O: ≦ 0.0150%
A free-cutting mold steel for plastic molding, characterized in that:
請求項1〜4の何れかにおいて、プレハードン状態でHRC28〜45の硬さを有することを特徴とするプラスチック成形用の快削性金型用鋼。The free-cutting mold steel for plastic molding according to any one of claims 1 to 4, having a hardness of HRC 28 to 45 in a pre-hardened state.
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