JP2005082814A - Prehardened steel for plastic molding die - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラスチック成形金型用プレハードン鋼に関する。 The present invention relates to pre-hardened steel for plastic molds.
近年、プラスチック成形用金型は、自動車部品をはじめ、事務機器部品、精密機械部品、電気部品、光学機器部品など多岐にわたる部品の製造に使用されている。このような金型には、金型製作の簡便化、低コスト化、高精度化等の厳しい条件が要求される。 In recent years, plastic molds have been used for manufacturing a wide variety of parts such as automobile parts, office equipment parts, precision machine parts, electrical parts, and optical equipment parts. Such molds are required to have strict conditions such as simplification of mold manufacture, cost reduction, and high precision.
プラスチック成形金型用鋼については種々の提案がなされており、例えば特許文献1〜4のようなプレハードン状態で加工される時効硬化鋼が用いられる。時効硬化鋼は、被削性に優れる材料である。しかし、金型においては、内部形状に図4のような(a)鋭角部や(b)コーナー半径の小さい部位が避けられないため、これらの部位には例えばシャルピー衝撃値で20J/cm2以上が要求されるが、時効硬化鋼は、シャルピー衝撃値が要求レベルに至らないという問題点があった。 Various proposals have been made for steel for plastic molds, and for example, age-hardened steel processed in a pre-hardened state as in Patent Documents 1 to 4 is used. Age-hardened steel is a material with excellent machinability. However, in the mold, (a) an acute angle portion and (b) a portion having a small corner radius as shown in FIG. 4 are unavoidable in the internal shape. For example, these portions have a Charpy impact value of 20 J / cm 2 or more. However, the age-hardened steel has a problem that the Charpy impact value does not reach the required level.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、優れた被削性を保ち又はさらに向上させつつ、優れたシャルピー衝撃値、鏡面性及び溶接補修性を付与したプラスチック成形金型用プレハードン鋼を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and prehardened steel for plastic molding dies having excellent Charpy impact value, specularity and weld repairability while maintaining or further improving excellent machinability. The purpose is to provide.
上記課題を解決するため、本発明のプラスチック成形金型用プレハードン鋼(以下、本発明鋼ともいう)では、
質量%で、C:0.01〜0.2%、Si:0.1〜2%、Mn:0.1〜2%、Cu:0.3〜2%、Ni:1.5〜3.5%、Cr:0.01〜2%、Mo:0.01〜2%、Al:0.2〜1.5%、N:0.015%以下、O:0.01%以下を含有するとともに、
Ni(%)/Al(%)が1.8以上6以下、かつ、C(%)+Si(%)/15+Mn(%)/7+Cr(%)/6+Mo(%)/7が0.2%以上0.7%以下とされ、
残部Fe及び不可避不純物からなり、かつ
JIS G 0551にて規定される結晶粒度番号が4以上で、ロックウェルCスケール硬さ(HRC)が26以上36以下であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, in the pre-hardened steel for plastic molds of the present invention (hereinafter also referred to as the present invention steel),
In mass%, C: 0.01-0.2%, Si: 0.1-2%, Mn: 0.1-2%, Cu: 0.3-2%, Ni: 1.5-3. 5%, Cr: 0.01-2%, Mo: 0.01-2%, Al: 0.2-1.5%, N: 0.015% or less, O: 0.01% or less With
Ni (%) / Al (%) is 1.8 or more and 6 or less, and C (%) + Si (%) / 15 + Mn (%) / 7 + Cr (%) / 6 + Mo (%) / 7 is 0.2% or more 0.7% or less,
The crystal grain size number defined by JIS G 0551 is 4 or more and the Rockwell C scale hardness (HRC) is 26 or more and 36 or less.
上記本発明鋼では、時効硬化鋼の硬度を通常よりも低硬度とし(例えば、ロックウェルCスケール硬さ(HRC)で26〜36程度)、また結晶粒度番号を4以上とすることで、金型として必要な特性(例えば、シャルピー衝撃値20J/cm2以上)、及び優れた被削性、鏡面性、溶接補修性を得ることが可能となっている。 In the steel of the present invention, the hardness of the age-hardened steel is lower than usual (for example, about 26 to 36 in Rockwell C scale hardness (HRC)), and the grain size number is 4 or more. It is possible to obtain characteristics necessary for a mold (for example, Charpy impact value of 20 J / cm 2 or more), and excellent machinability, specularity, and weld repairability.
時効硬化鋼の成分を調整することで、硬さHRC26〜36を達成することができる。調整方法としては、Ni/Al((1)式)を1.8〜6、かつ、C+Si/15+Mn/7+Cr/6+Mo/7((2)式)を0.2〜0.7%とする必要がある。例えば(2)式の範囲から外れれば、図3に示すように、必要硬さに達しないか(HRC25以下)、あるいは、必要以上の硬さ(HRC37以上)となってしまう。そのような必要以上の硬さとなるような成分の場合でも、熱処理条件(時効条件)を変化させることでHRC26〜36の硬さを達成することは可能であるが、過時効や未時効によるものでは十分なシャルピー衝撃値を得ることができない。時効硬化鋼でもっとも優れた特性バランスが得られるのは、ほぼピーク時効の場合であり、そのためには上記のような成分調整が必要不可欠である。 Hardness HRC26-36 can be achieved by adjusting the components of age hardened steel. As an adjustment method, it is necessary that Ni / Al (formula (1)) is 1.8 to 6 and C + Si / 15 + Mn / 7 + Cr / 6 + Mo / 7 (formula (2)) is 0.2 to 0.7%. There is. For example, if it falls outside the range of the formula (2), as shown in FIG. 3, the required hardness is not reached (HRC 25 or less), or the hardness is more than necessary (HRC 37 or more). Even in the case of such components that are more than necessary, it is possible to achieve the hardness of HRC26-36 by changing the heat treatment conditions (aging conditions), but this is due to overaging or unaging. In this case, a sufficient Charpy impact value cannot be obtained. The most excellent balance of properties can be obtained with age-hardened steel in the case of almost peak aging. For this purpose, the above-described component adjustment is indispensable.
また、C、Si、Mn、Cr、Moは焼入性を調整する主要な元素であるため、これら成分量に応じて得られる組織もマルテンサイト、ベイナイト、フェライトとパーライト組織が可能である。マルテンサイト組織や下部ベイナイト組織は高いシャルピー衝撃値が得られるが被削性がやや劣る。上部ベイナイト組織、フェライトとパーライト組織ではその逆の特性をもつ。したがって、必要とされる金型の特性に応じて組織を調整する必要がある。しかし、いずれの組織であっても、時効硬化鋼としての被削性は十分確保される。 Further, since C, Si, Mn, Cr, and Mo are main elements for adjusting hardenability, the structure obtained according to the amount of these components can be martensite, bainite, ferrite, and pearlite structure. The martensite structure and the lower bainite structure can obtain a high Charpy impact value, but the machinability is slightly inferior. The upper bainite structure, ferrite and pearlite structure have the opposite characteristics. Therefore, it is necessary to adjust the structure according to the required mold characteristics. However, in any structure, the machinability as age hardened steel is sufficiently ensured.
また、本発明鋼は、結晶粒度番号を4以上とすることでシャルピー衝撃値を20J/cm2以上としている。使用される硬さがHRC26〜36と低硬度である場合、ある程度のシャルピー衝撃値が得られやすいが、本発明鋼ではさらに、結晶粒度番号を4以上とすることで、高シャルピー衝撃値を実現している。 The steel of the present invention has a Charpy impact value of 20 J / cm 2 or more by setting the crystal grain size number to 4 or more. When the hardness used is as low as HRC26-36, it is easy to obtain a certain Charpy impact value, but the steel of the present invention further achieves a high Charpy impact value by setting the grain size number to 4 or more. doing.
鏡面性は主に硬さと介在物でその得られる特性が決定される。硬さは均一で硬いほうが良く、介在物は少ないほど良い。時効硬化鋼は、時効処理により硬さが上昇するため、一般的な焼入れ焼戻し材のように材料の中心部の方が低硬度になるということがない。すなわち、内部まで均一な硬さが得られるため鏡面性に優れる。また、快削化元素を添加しなくても被削性は十分確保されるため、快削化元素添加により形成される介在物も存在しない。ただし、鏡面性の特性が許される範囲内で、被削性を向上させるため、ある程度の快削化元素の添加も可能である。 The specularity is determined mainly by hardness and inclusions. The hardness should be uniform and hard, and the fewer inclusions, the better. Since the age-hardened steel increases in hardness due to the aging treatment, the central portion of the material does not have a lower hardness like a general quenching and tempering material. That is, since uniform hardness can be obtained up to the inside, the mirror surface property is excellent. Moreover, since machinability is sufficiently ensured without adding a free cutting element, there are no inclusions formed by adding the free cutting element. However, in order to improve the machinability within the range in which the specular characteristic is allowed, it is possible to add some free-cutting element.
溶接補修性は主にC量で決定される(例えば、溶接割れ感受性Pcm=C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15が高いほうが割れやすいことが知られている)。時効硬化鋼は、NiとAlの添加により時効硬化するため、溶接補修性に敏感なC量は、必要最低限まで減らすことが可能である。また、溶接補修をした箇所は、溶接により加熱された状態であるため、例えば従来のSCM系の材料の場合、焼入れされた状態、すなわち溶接周辺部が硬くなりやすい。図1に溶接周辺部における硬さを表す図、図2に溶接周辺部の観察図を示す。なお、これらの図において(a)は本願の発明鋼、(b)は従来のSCM系の材料を表す。硬くなった溶接補修箇所は他の部位よりシャルピー衝撃値が低くなってしまうため、金型特性の劣化を招いてしまう。これに対し、時効硬化鋼は溶接補修性に優れる。溶接補修した箇所が、溶接により加熱された状態にはなるが、焼入れではなく、固溶化処理に相当するため、周囲よりも逆に低硬度になる。あるいは、溶接後、低温で加熱保持されることで時効硬化がおこり、周囲とほぼ同程度の硬さを得ることが可能である。 The weld repairability is mainly determined by the amount of C (for example, it is known that the higher the weld crack sensitivity Pcm = C + Si / 30 + Mn / 20 + Ni / 60 + Cr / 20 + Mo / 15, the easier it is to crack). Since age-hardened steel is age-hardened by the addition of Ni and Al, the amount of C sensitive to weld repairability can be reduced to the minimum necessary. Further, since the weld repaired portion is in a heated state by welding, for example, in the case of a conventional SCM-based material, the hardened state, that is, the weld peripheral portion tends to become hard. FIG. 1 is a diagram showing the hardness in the welding peripheral portion, and FIG. 2 is an observation view of the welding peripheral portion. In these drawings, (a) represents the inventive steel of the present application, and (b) represents a conventional SCM material. Hardened weld repair locations have lower Charpy impact values than other locations, leading to degradation of mold characteristics. In contrast, age hardened steel is excellent in weld repairability. Although the weld repaired portion is heated by welding, it corresponds to a solution treatment, not quenching, and therefore has a lower hardness than the surroundings. Alternatively, age hardening occurs by being heated and held at a low temperature after welding, and it is possible to obtain a hardness almost equal to that of the surroundings.
本発明鋼は、例えば以下のような製造方法により得ることができる。
上記の成分を含有する鋼を、熱間加工温度まで加熱した後、温間加工温度まで温度を降下させ、当該温間加工温度で最終的な加工を施し、その後、時効硬化熱処理を実施することで、所定の硬さのプレハードン状態に調整する。なお、熱間加工温度では、鋼に加工を施してもよいし、施さなくてもよい。
また、最終的な加工後かつ時効硬化熱処理前に、固溶化熱処理を実施することができる。
The steel of the present invention can be obtained, for example, by the following production method.
After the steel containing the above components is heated to the hot working temperature, the temperature is lowered to the warm working temperature, the final processing is performed at the warm working temperature, and then the age hardening heat treatment is performed. Then, the pre-hardened state having a predetermined hardness is adjusted. Note that at the hot working temperature, the steel may or may not be worked.
Further, a solution heat treatment can be performed after the final processing and before the age hardening heat treatment.
上記製造方法は、通常の熱間加工温度(例えば900〜1200℃程度)に保持することで、鋼を一度オーステナイト化させる。その後、温間加工温度(例えば600〜900℃程度)で最終的な加工を施すのであるが、この際、熱間加工温度から温間加工温度へ冷却している。このため、温間加工温度にてオーステナイト状態を得やすくなり、加工もしやすい。また、連続して加工を加えることができ、時間的に従来よりも短縮される。そして、最終的な加工後には、時効硬化熱処理を実施して、所定の硬さに調整することが可能である。望ましくは、加工後に固溶化熱処理を実施した後に、時効硬化熱処理を実施した方が良い。固溶化熱処理を実施することで、均一な組織が得やすいためである。一方、固溶化熱処理の温度が比較的低温のうちは、加工によって得られた微細な結晶粒は保たれるが、比較的高温になるにつれ、結晶粒は粗大化する。このため、固溶化熱処理を実施する場合にあたっては、その温度を比較的低く、或いは、保持時間を比較的短くすることが必要である。例えば、固溶化熱処理は、850〜970℃の温度、10〜40minの保持時間で行うことができる。より高いシャルピー衝撃値が必要となる金型形状や高い鏡面性が必要とされる金型用途(面粗さを小さくする)の場合には、さらに結晶粒度番号を7以上とすることが良い。 The said manufacturing method makes steel once austenitize by hold | maintaining to normal hot processing temperature (for example, about 900-1200 degreeC). Thereafter, final processing is performed at a warm processing temperature (for example, about 600 to 900 ° C.). At this time, the processing is cooled from the hot processing temperature to the warm processing temperature. For this reason, it becomes easy to obtain an austenite state at a warm processing temperature, and it is easy to process. Moreover, it can process continuously and is time-saving compared with the past. And after final processing, it is possible to perform age hardening heat processing and to adjust to predetermined hardness. Desirably, it is better to perform an age hardening heat treatment after performing a solution heat treatment after processing. This is because a uniform structure can be easily obtained by performing the solution heat treatment. On the other hand, when the temperature of the solution heat treatment is relatively low, fine crystal grains obtained by processing are maintained, but as the temperature becomes relatively high, the crystal grains become coarse. For this reason, when performing the solution heat treatment, it is necessary to lower the temperature or to shorten the holding time. For example, the solution heat treatment can be performed at a temperature of 850 to 970 ° C. and a holding time of 10 to 40 minutes. In the case of a mold shape that requires a higher Charpy impact value or a mold application that requires high specularity (reducing the surface roughness), the crystal grain size number is preferably 7 or more.
以下、本発明における各数値範囲の限定理由を説明する。
本発明鋼の組成限定理由は以下の通りである。なお、添加元素の含有量は質量%とする。
C(炭素):0.01〜0.2%
Cは、工具鋼としての使用される硬さを確保するため0.01%以上の添加が必要。ただし、過度の添加は、被削性低下を招くため0.2%を上限とする。
Hereinafter, the reasons for limiting each numerical range in the present invention will be described.
The reasons for limiting the composition of the steel of the present invention are as follows. In addition, content of an additive element shall be mass%.
C (carbon): 0.01 to 0.2%
C needs to be added in an amount of 0.01% or more in order to ensure the hardness used as tool steel. However, excessive addition causes a decrease in machinability, so 0.2% is made the upper limit.
Si(ケイ素):0.1〜2%
脱酸剤として0.1%以上の添加となる。多すぎるとシャルピー衝撃値が低下したり、CrやMo等の偏析を助長するため、2%を上限とする。被削性向上を目的に意図的に0.5%以上添加することも可能である。
Si (silicon): 0.1 to 2%
As a deoxidizer, 0.1% or more is added. If the amount is too large, the Charpy impact value decreases or segregation of Cr, Mo, etc. is promoted, so 2% is made the upper limit. It is also possible to intentionally add 0.5% or more for the purpose of improving machinability.
Mn(マンガン):0.1〜2%
必要硬さを確保するため、焼入性を向上させる目的で添加される。十分な焼入性を確保するためには、0.1%以上の添加が望ましいが、必要とされる硬さや材料の大きさに応じて焼入性は調整する必要がある。すなわち固溶化熱処理後の冷却によって、被削性に優れる上部ベイナイト組織、フェライトとパーライト組織への調整、または、シャルピー衝撃値に優れるマルテンサイト組織、下部ベイナイト組織への調整をMn量によって調整することが可能である。なお、その上限を2%とする。
Mn (manganese): 0.1 to 2%
In order to ensure the required hardness, it is added for the purpose of improving hardenability. In order to ensure sufficient hardenability, addition of 0.1% or more is desirable, but hardenability needs to be adjusted according to required hardness and material size. In other words, by cooling after solution heat treatment, adjustment to upper bainite structure excellent in machinability, ferrite and pearlite structure, or martensitic structure excellent in Charpy impact value, adjustment to lower bainite structure should be adjusted by Mn amount. Is possible. The upper limit is 2%.
Cu(銅):0.3〜2%
Ni、Alと同様に時効硬化熱処理により時効硬化をおこす。Cu添加により、Ni量が少なくても時効硬化を起こすことが知られており、原材料費を低減させるためにもCu添加が望ましい。硬さ観点から効果を得るためには、0.3%以上の添加が望ましい。しかし、過剰な添加は、熱間加工性を害するため、2%を上限とする。また、被削性向上を目的に意図的に1%以上添加することも可能である。
Cu (copper): 0.3-2%
Age hardening is performed by age hardening heat treatment in the same manner as Ni and Al. Addition of Cu is known to cause age hardening even when the amount of Ni is small, and addition of Cu is desirable for reducing raw material costs. In order to obtain an effect from the viewpoint of hardness, addition of 0.3% or more is desirable. However, excessive addition impairs hot workability, so the upper limit is 2%. It is also possible to intentionally add 1% or more for the purpose of improving machinability.
Ni(ニッケル):1.5〜3.5%
時効硬化鋼として必須元素であり、Alの添加も必須である。硬さの観点では1.5%以上の添加が必要。過剰な添加は、加工性の低下を招くため、3.5%を上限とする。
Ni (nickel): 1.5-3.5%
It is an essential element for age-hardening steel, and the addition of Al is also essential. In terms of hardness, addition of 1.5% or more is necessary. Excessive addition causes a decrease in workability, so 3.5% is made the upper limit.
Cr(クロム):0.01〜2%
Mnと同様に必要硬さ、組織調整のため添加することができる。炭化物を形成して、基地の強化(硬さの向上)や耐摩耗性を向上させる効果もある。そのような効果を得るには0.01%以上の添加が必要である。しかし、多すぎると、被削性が低下するので、上限を2%とする。
Cr (chromium): 0.01-2%
Like Mn, it can be added for necessary hardness and structure adjustment. Forming carbides has the effect of strengthening the base (improving hardness) and improving wear resistance. In order to obtain such an effect, addition of 0.01% or more is necessary. However, if the amount is too large, the machinability deteriorates, so the upper limit is made 2%.
Mo(モリブデン):0.01〜2%
Mnと同様に必要硬さ、組織調整のため添加することができる。そのような効果を得るには0.01%以上の添加が必要である。ただし、過剰の添加は、炭化物の形成を促進し、被削性が低下するため2%を上限とする。
Mo (molybdenum): 0.01-2%
Like Mn, it can be added for necessary hardness and structure adjustment. In order to obtain such an effect, addition of 0.01% or more is necessary. However, excessive addition promotes the formation of carbides and lowers the machinability, so 2% is made the upper limit.
Al(アルミニウム):0.2〜1.5%
脱酸作用を有する元素であり、鋼中に微量含まれる。Niと同時に添加することで、時効硬化が得られるため必須の元素。そのような効果を得るには0.2%以上の添加が必要である。しかし、過剰な添加はシャルピー衝撃値の低下を引き起こすため、上限を1.5%とする。特にAl量が多い時効硬化鋼ではN量が高くなると、Al窒化物を形成し、鏡面仕上げ性を低下させるため、過度の添加は特性の低下を引き起こす。
Al (aluminum): 0.2 to 1.5%
It is an element having a deoxidizing action and is contained in a trace amount in steel. An element that is essential since age hardening can be obtained by adding Ni simultaneously. In order to obtain such an effect, addition of 0.2% or more is necessary. However, excessive addition causes a decrease in Charpy impact value, so the upper limit is made 1.5%. Particularly in the age-hardened steel with a large amount of Al, when the amount of N is high, Al nitride is formed and the mirror finish is reduced.
N(窒素):0.015%以下、O(酸素):0.01%以下
鋼中に不可避的に含まれる元素である。他の元素と結合し酸化物、窒化物を形成する。特にAl酸化物とAl窒化物が形成される場合が多い。これらの化合物は鋼中に介在物として存在し、シャルピー衝撃値の低下、被削性の低下、鏡面性の低下など、様々な特性を劣化させる原因となる。これらの化合物を減らすためには、鋼中に含まれる量を減少させることが必要であるため、Nは0.015%以下、Oは0.01%以下が必要である。製造コストとの兼ね合いであるが、望ましくは、N:0.01%以下、O:0.005%以下とするのが良い。
N (nitrogen): 0.015% or less, O (oxygen): 0.01% or less An element inevitably contained in steel. Combines with other elements to form oxides and nitrides. In particular, Al oxide and Al nitride are often formed. These compounds exist as inclusions in the steel and cause various properties such as a decrease in Charpy impact value, a decrease in machinability, and a decrease in specularity. In order to reduce these compounds, it is necessary to reduce the amount contained in steel, so N is 0.015% or less, and O is 0.01% or less. Although it is a balance with manufacturing cost, it is desirable that N: 0.01% or less and O: 0.005% or less be desirable.
Ni(%)/Al(%):1.8〜6
時効硬化の効果をえるためには、上記の範囲内であることが必要である。Ni/Alが1.8より小さい場合、Alが過剰となるため、Al酸化物やAl窒化物が介在物として形成され、鏡面性の低下やシャルピー衝撃値の低下を招く。逆にNi/Alが6よりも大きい場合、Niが過剰となるため、残留オーステナイトの形成を促進し硬さ低下を引き起こすため、必要硬度が達成できなくなる。
Ni (%) / Al (%): 1.8-6
In order to obtain the effect of age hardening, it is necessary to be within the above range. When Ni / Al is smaller than 1.8, Al becomes excessive, so that Al oxide or Al nitride is formed as inclusions, resulting in a decrease in specularity and a decrease in Charpy impact value. On the contrary, when Ni / Al is larger than 6, since Ni becomes excessive, formation of retained austenite is promoted and hardness is lowered, so that the required hardness cannot be achieved.
C(%)+Si(%)/15+Mn(%)/7+Cr(%)/6+Mo(%)/7:0.2〜0.7%
いずれも焼入性を向上させる元素である。合計の添加量が0.2よりも小さい場合、固溶化処理後の硬さが不十分となり、最高硬さでも、必要硬さを得ることができない。逆に、合計の添加量が0.7よりも大きい場合、固溶化処理後の硬さが必要以上に高くなるため、時効処理を実施すると目標とするロックウェルCスケール硬さ(HRC)が26〜36の硬さを最高硬さが大幅に越えてしまう。そのため、焼入性を調整し、固溶化処理後の硬さを調整する必要がある。成分調整により固溶化処理後では、硬さロックウェルBスケール硬さ(HRB)で95以上、ロックウェルCスケール硬さ(HRC)で25以下であることが望ましい。
C (%) + Si (%) / 15 + Mn (%) / 7 + Cr (%) / 6 + Mo (%) / 7: 0.2 to 0.7%
Both are elements that improve hardenability. When the total addition amount is smaller than 0.2, the hardness after the solution treatment becomes insufficient, and the required hardness cannot be obtained even with the highest hardness. On the contrary, when the total addition amount is greater than 0.7, the hardness after the solution treatment becomes higher than necessary, so that when the aging treatment is performed, the target Rockwell C scale hardness (HRC) is 26. The maximum hardness greatly exceeds the hardness of ~ 36. Therefore, it is necessary to adjust hardenability and adjust the hardness after the solution treatment. After solution treatment by component adjustment, the hardness is preferably 95 or more in terms of Rockwell B scale hardness (HRB) and 25 or less in terms of Rockwell C scale hardness (HRC).
次に、本発明のプラスチック成形金型用プレハードン鋼には、質量%で、S(硫黄):0.15%以下、Pb(鉛):0.2%以下、Ca(カルシウム):0.1%以下、Mg(マグネシウム):0.1%以下、Bi(ビスマス):0.3%以下、Se(セレン):0.3%以下、Te(テルル):0.3%以下、Sn(スズ):0.05%以下のうちの1種以上を含有させることができる。 Next, the pre-hardened steel for plastic molds of the present invention is in mass%, S (sulfur): 0.15% or less, Pb (lead): 0.2% or less, Ca (calcium): 0.1. %, Mg (magnesium): 0.1% or less, Bi (bismuth): 0.3% or less, Se (selenium): 0.3% or less, Te (tellurium): 0.3% or less, Sn (tin) ): One or more of 0.05% or less can be contained.
いずれも被削性を高める元素であり、他の特性の劣化をある程度抑制し、被削性を高める必要がある場合には添加できる。各成分に対し、上限を超えて添加すると、被削性以外の特性の劣化が大きくなる。S、Se、TeではMnと結合し介在物を形成することで被削性が向上する。Ca、Mgは酸化物などを形成し、切削時の工具保護膜を形成することで被削性が向上する。Pb、Bi、Snは、鋼中に分散して存在し、工具保護膜の形成などにより被削性が向上する。 Any of them is an element that enhances machinability, and can be added when it is necessary to suppress degradation of other characteristics to some extent and enhance machinability. If each component is added in excess of the upper limit, the deterioration of properties other than machinability increases. In S, Se, and Te, the machinability is improved by combining with Mn to form inclusions. Ca and Mg form oxides and the like, and a machinability is improved by forming a tool protection film during cutting. Pb, Bi, and Sn exist in a dispersed manner in the steel, and the machinability is improved by forming a tool protective film.
次に、本発明のプラスチック成形金型用プレハードン鋼には、質量%で、W(タングステン):0.5%以下、V(バナジウム):0.5%以下、Co(コバルト):0.5%以下、Nb(ニオブ):0.3%以下、Zr(ジルコニウム):0.5%以下、Ta(タンタル):0.3%以下、Ti(チタン):0.1%以下、B(ホウ素):0.01%以下、P(リン):0.2%以下、H(水素):0.01%以下、REM(希土類元素):0.1%以下のうちの1種以上を含有させることができる。 Next, the pre-hardened steel for plastic molds of the present invention is in mass%, W (tungsten): 0.5% or less, V (vanadium): 0.5% or less, Co (cobalt): 0.5 % Or less, Nb (niobium): 0.3% or less, Zr (zirconium): 0.5% or less, Ta (tantalum): 0.3% or less, Ti (titanium): 0.1% or less, B (boron) ): 0.01% or less, P (phosphorus): 0.2% or less, H (hydrogen): 0.01% or less, REM (rare earth element): 0.1% or less. be able to.
W、V、Co、Nb、Zr、Ta、Tiは炭化物を形成し、炭化物の分散により熱処理時に結晶粒粗大化を防止することができ、シャルピー衝撃値の低下を抑制することができる。添加量が多すぎると、炭化物による被削性低下やシャルピー衝撃値の低下の抑制効果が飽和するため、各上限以下にとどめる必要がある。P、Hは不可避的に含まれる元素であるが、結晶粒界を脆化させシャルピー衝撃値を低下させるため、上限以下にする必要がある。製造コストとの兼ね合いであるが、望ましくはP≦0.03%とするのが良い。B、REMは、OやP等の不純物元素を固定し基地の清浄度を高め、シャルピー衝撃値を向上させる目的で添加することが可能である。多量に添加すると地疵が発生しやすくなるため、上限以下にする必要がある。 W, V, Co, Nb, Zr, Ta, and Ti form carbides, which can prevent crystal grain coarsening during heat treatment due to the dispersion of the carbides and suppress a decrease in Charpy impact value. If the amount added is too large, the effect of suppressing reduction in machinability and Charpy impact value due to carbide is saturated, so it is necessary to keep it below each upper limit. P and H are elements that are inevitably included. However, in order to embrittle the crystal grain boundaries and lower the Charpy impact value, it is necessary to set the upper limit or less. Although it is a balance with manufacturing cost, it is desirable to set P ≦ 0.03%. B and REM can be added for the purpose of fixing the impurity elements such as O and P, increasing the cleanliness of the base, and improving the Charpy impact value. If it is added in a large amount, it becomes easy to generate ground, so it is necessary to make it lower than the upper limit.
(1)溶解
表1に示す成分組成を有する発明鋼1〜15、比較鋼1〜8及び従来材1、2のインゴットを製造した。なお、発明鋼15については真空誘導炉を用い、それ以外の実施例については大気誘導炉を用いている。また、以下の実施例は、さらに2次溶解を実施してインゴットを製造している。
発明鋼9、10 : 大気誘導炉+VAR(真空アーク再溶解)
発明鋼7、8 : 大気誘導炉+ESR(エレクトロスラグ再溶解)
(1) Melting Ingots of invention steels 1 to 15, comparative steels 1 to 8, and conventional materials 1 and 2 having the composition shown in Table 1 were produced. Note that a vacuum induction furnace is used for the inventive steel 15, and an atmospheric induction furnace is used for the other examples. In the following examples, secondary melting is further performed to produce ingots.
Invention steels 9, 10: Atmospheric induction furnace + VAR (vacuum arc remelting)
Invention steels 7 and 8: Atmospheric induction furnace + ESR (electroslag remelting)
(2)鍛造
上記インゴットを1200℃(熱間加工温度)に保持した状態で、断面250×250mmに鍛造した。その後冷却し、800℃(温間加工温度)に保持した状態で断面100×100mmに鍛造した。
(2) Forging In the state where the ingot was held at 1200 ° C. (hot working temperature), it was forged to a cross section of 250 × 250 mm. Thereafter, the product was cooled and forged to a cross section of 100 × 100 mm while being kept at 800 ° C. (warm temperature).
(3)試験片粗加工
各試験片を以下の形状、寸法に粗加工した。
シャルピー試験片(JIS:Z2202:3号試験片):材料T方向より採取
被削性試験片(60×60×250mm)
鏡面性評価試験片(80×45×10mm)
溶接補修試験片(80×80×30mm)
(3) Roughening of test piece Each test piece was roughly processed into the following shapes and dimensions.
Charpy test piece (JIS: Z2202: No. 3 test piece): Sampled from material T direction Machinability test piece (60 x 60 x 250 mm)
Specularity evaluation test piece (80 x 45 x 10 mm)
Welding repair specimen (80 x 80 x 30 mm)
(4)熱処理
上記試験片に対し、以下の熱処理を順に施した。
(1)固溶化熱処理(ST) : 850℃〜1080℃×60min保持後、ガス冷(冷却速度1℃/s〜0.01℃/s)
(2)時効硬化熱処理(AG) : 200℃〜640℃×1hr〜8hr保持後、空冷
(4) Heat treatment The following heat treatment was performed in order on the test piece.
(1) Solution heat treatment (ST): After holding at 850 ° C. to 1080 ° C. × 60 min, gas cooling (cooling rate: 1 ° C./s to 0.01 ° C./s)
(2) Age hardening heat treatment (AG): 200 ° C. to 640 ° C. × 1 hr to 8 hr, air cooling
(5)試験片精加工
上記の熱処理が施された各試験片を精加工した。
(5) Precise processing of test pieces Each test piece subjected to the above heat treatment was precisely processed.
(6)結晶粒度測定
結晶粒度番号を、JIS G 0551に規定された方法により測定し、所定の結晶粒度に調整されているかどうかを確認した。
(6) Crystal grain size measurement The crystal grain size number was measured by the method defined in JIS G 0551 to confirm whether or not the crystal grain size was adjusted to a predetermined crystal grain size.
(7)硬さ測定
ロックウェルCスケール硬さ(HRC)を、JIS Z 2245に規定された方法により測定し、所定のプレハードン硬さ(HRC26〜36)に調整されているかどうかを確認した。この範囲内の硬さに調整した状態(後述の表2では、「調査硬さ」と表記)で各種の特性評価を実施した。
(7) Hardness measurement Rockwell C scale hardness (HRC) was measured by the method prescribed | regulated to JISZ2245, and it was confirmed whether it was adjusted to predetermined | prescribed hard hardness (HRC26-36). Various characteristic evaluations were performed in a state adjusted to a hardness within this range (indicated as “inspection hardness” in Table 2 described later).
(8)被削性試験
被削性の評価は、被切削加工時の工具摩耗量により評価した。切削工具は、超硬エンドミル:UTi20T(工具径φ32、スローアウェー、ダウンカット)を使用し、深さ3.5mmの溝切削、切込み幅0.9mm、切削速度135m/min、送り速度0.021mm/刃、乾式の条件で工具の最大摩耗幅が400μmに達した時を工具寿命として、工具寿命(m)を評価した。
(8) Machinability test The machinability was evaluated by the amount of tool wear during machining. The cutting tool uses a carbide end mill: UTi20T (tool diameter φ32, throw away, down cut), groove cutting with a depth of 3.5 mm, cutting width of 0.9 mm, cutting speed of 135 m / min, feed speed of 0.021 mm. The tool life (m) was evaluated with the tool life when the maximum wear width of the tool reached 400 μm under the / blade and dry conditions.
(9)鏡面性評価試験
鏡面性評価ダイヤモンド回転砥石による機械研磨により、砥石番手を#150→#400→#800→#1500→#3000→#8000と順に細かくして鏡面研磨を行い、JIS
B 0601に規定された方法により、研磨面上に任意に選んだ5箇所にて基準長10mmに表面粗さ測定を行い、算術平均粗さRaを前記5箇所の平均値として求めた。
(9) Specularity Evaluation Test Specularity Evaluation By mechanical polishing with a diamond rotating grindstone, the grinding wheel count is finely divided in order of # 150 → # 400 → # 800 → # 1500 → # 3000 → # 8000, and mirror polishing is performed.
The surface roughness was measured at a reference length of 10 mm at 5 locations arbitrarily selected on the polished surface by the method defined in B 0601, and the arithmetic average roughness Ra was determined as the average value of the 5 locations.
(10)シャルピー試験
シャルピー試験片に対し、JIS Z 2242に規定された方法によりシャルピー衝撃試験を常温で実施した。
(10) Charpy test A Charpy impact test was performed at room temperature on the Charpy test piece by the method defined in JIS Z 2242.
(11)溶接補修試験
試験片中央部に幅30×高さ15×長さ80mmの溝加工を実施し、この部分に多層肉盛り溶接を実施。肉盛溶接後、外観撮影し、割れの個数を測定。また、溶接周辺部の断面硬さを測定し、周囲と溶接部との硬さの差がHRC5以内かどうかを判断した。
(11) Welding repair test A groove with a width of 30 x height of 15 x length of 80 mm was carried out at the center of the test piece, and multilayer overlay welding was carried out at this part. After overlay welding, photograph the appearance and measure the number of cracks. Moreover, the cross-sectional hardness of the welding peripheral part was measured, and it was judged whether the difference of the hardness of a periphery and a welding part was less than HRC5.
表2に(6)〜(11)の測定・試験結果を示す。
(比較例1、2)
これらは、本発明の組成要件を満たすが、結晶粒度番号が4未満のものである。シャルピーの衝撃値が発明鋼よりも劣るものとなっている。
(比較例3〜8)
これらは、結晶粒度番号が4以上であるが、本発明の組成要件のうちのいずれかを満たさないものである。被削性、シャルピー衝撃値、鏡面性のいずれかが発明鋼よりも劣るものとなっていたり、または硬度が高すぎるものとなっている。
Table 2 shows the measurement and test results of (6) to (11).
(Comparative Examples 1 and 2)
These satisfy the composition requirements of the present invention, but have a grain size number of less than 4. Charpy's impact value is inferior to that of invention steel.
(Comparative Examples 3 to 8)
These have a crystal grain size number of 4 or more, but do not satisfy any of the composition requirements of the present invention. Any one of machinability, Charpy impact value, and specularity is inferior to that of the inventive steel, or the hardness is too high.
以上のように、本発明のプラスチック成形金型用プレハードン鋼は、ロックウェルCスケール硬さHRCが26以上36以下の範囲であるとともに、被削性に優れ、かつシャルピー衝撃値や鏡面性、溶接補修性の観点でも十分な特性を有するため、金型作製納期の短縮化、加工費用の低減や金型寿命の向上等のメリットが得られる。 As described above, the pre-hardened steel for plastic molds of the present invention has a Rockwell C scale hardness HRC of 26 or more and 36 or less, excellent machinability, and Charpy impact value, specularity, welding Since it has sufficient characteristics from the viewpoint of repairability, it is possible to obtain merits such as shortening the mold production and delivery time, reducing the processing cost, and improving the mold life.
A 鋭角部
R コーナー部
A Sharp corner R Corner
Claims (4)
Ni(%)/Al(%)が1.8以上6以下、かつ、C(%)+Si(%)/15+Mn(%)/7+Cr(%)/6+Mo(%)/7が0.2%以上0.7%以下とされ、
残部Fe及び不可避不純物からなり、かつ
JIS G 0551にて規定される結晶粒度番号が4以上で、ロックウェルCスケール硬さ(HRC)が26以上36以下であることを特徴とするプラスチック成形金型用プレハードン鋼。 In mass%, C: 0.01-0.2%, Si: 0.1-2%, Mn: 0.1-2%, Cu: 0.3-2%, Ni: 1.5-3. 5%, Cr: 0.01-2%, Mo: 0.01-2%, Al: 0.2-1.5%, N: 0.015% or less, O: 0.01% or less With
Ni (%) / Al (%) is 1.8 or more and 6 or less, and C (%) + Si (%) / 15 + Mn (%) / 7 + Cr (%) / 6 + Mo (%) / 7 is 0.2% or more 0.7% or less,
A plastic molding die comprising a balance Fe and inevitable impurities, having a crystal grain size number of 4 or more as defined in JIS G 0551, and a Rockwell C scale hardness (HRC) of 26 or more and 36 or less. For pre-hardened steel.
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