JP2009024260A - プラスチック材料用の射出金型を製造するための、または金属加工用の部品を製造するための大きな鋼 - Google Patents
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Abstract
【課題】機械加工および溶接が容易で、耐摩耗性のあるプラスチック材料用の射出成形金型または金属加工用の部品を製造するための鋼ブロックの提供。
【解決手段】20mmを超える厚さを有し、その構造は完全にマルテンサイトまたはマルテンサイト−ベイナイトであり、その硬度は430HBと530HBの間にあり、その化学組成は、重量%で、0.180%<C<0.350%;Si<0.8%;Mn<2.5%;Ni<3%;Cr<3.5%;Mo+W/2<2.8%;V+Nb/2+Ta/4<0.5%;Al<0.4%;Ti+Zr/2<0.1%;0.0005%<B<0.015%、残部は鉄、および製造に際して発生する不純物である。
【選択図】なし
【解決手段】20mmを超える厚さを有し、その構造は完全にマルテンサイトまたはマルテンサイト−ベイナイトであり、その硬度は430HBと530HBの間にあり、その化学組成は、重量%で、0.180%<C<0.350%;Si<0.8%;Mn<2.5%;Ni<3%;Cr<3.5%;Mo+W/2<2.8%;V+Nb/2+Ta/4<0.5%;Al<0.4%;Ti+Zr/2<0.1%;0.0005%<B<0.015%、残部は鉄、および製造に際して発生する不純物である。
【選択図】なし
Description
本発明は、特に、プラスチック材料の射出成形用もしくは軽合金のような金属の成形用の金型の製造、または金属加工工具の製造に使用できる鋼のブロックに関する。
一般に、プラスチック材料の射出成形用の金型は、硬度が約300HBである鋼から製造される。しかしながら、これらの金型が工業用プラスチックまたは熱硬化性プラスチックなどのプラスチックの成形に使用されるときは、摩耗に対してより抵抗力がある、より硬い鋼を使用するのが好ましい。したがって約0.55%の炭素、1.75%のニッケル、クロム、モリブデン、およびバナジウムを含んでいる55NCDV7型の鋼を使用することがあり、硬度が約400HBである金型の製造が可能になる。しかしながら、この鋼には、多くの欠点がある、すなわち、機械加工するのが難しく、溶接するのが難しい。さらに、この鋼は、研磨または化学的粒化に有害な硬い点を構成する局部的な偏析を有していることが多い。これら2つの欠点が特に望ましくない。何故なら、金型の製造はかなりの機械加工を必要とし、しかも金型は、一般に、溶接により補充することによって修理され、そして研磨され、または粒化されるからである。さらに、硬度を失うことなく、例えば、窒化することによって、これらの金型を表面硬化することができなければならない。
なおいっそう要求の厳しい用途の場合、特に、射出成形したプラスチックが非常に硬い繊維を含んでいる場合、さらに硬い、摩耗に対してより抵抗力のある鋼を使用するのが好ましい。同様に、射出成形圧力の増加は、より強く、したがって、より硬い鋼を探索することにもつながった。最終的に、軽合金の射出成形、または金属の冷間加工もしくは温間加工にかかわるある種の用途の場合、工具にかかる機械的応力および摩耗に対する抵抗の必要条件は、450HBより高い硬度を有する鋼を必要とする。したがって、軽合金の射出にも一般的に使用されるグレードのAISI H11もしくはH13のような約450またはまさに500HBもの強度を有する鋼が必要であるかもしれない。これらの鋼は、約0.4%の炭素、5%のクロム、l.25%のモリブデン、0.3から1%のバナジウムを含んでいる。しかしながら、この種の鋼は、55NCDV7と同じ上記の欠点を、より高度に持っている。
さらに、硬度の増加により、特に決定的にそれ以上の問題が発生する。それは靭性の低下によってほとんど必然的に起こるもの、すなわち、冷却ダクトと、それらダクトがその表面に比較的接近して通ることによって効果的に冷却すべきである金型のインプレッションの表面との間に裂け目が生じる危険である。
本発明の目的は、従来技術による鋼より、溶接するのがより容易であり、機械加工し、研磨し、および粒状にするのがより容易であり、しかもより良い熱伝導体である金型用または金属加工のための部品製造用の鋼を提案し、窒化により表面硬化した後でさえ、約450HBから500HBを超える硬度を持っている部品または工具の製造を可能にすることによって、これらの欠点を克服することであり、このことは、必要な特性、特に硬度特性は、少なくとも530℃での焼戻しと両立できなければならないことを意味する。
したがって、本発明は、20mmを超え、1500mmに達することができる厚さを持っている金型用または工具用の部品の製造のための鋼のブロックに関するものであり、その構造はマルテンサイトまたはマルテンサイト−ベイナイトであり、その硬度は全ての点で約430HBと520HBの間にあり、鋼の化学組成は、重量%で、
0.180%≦C≦0.400%
Si≦0.8%
Mn≦2.5%
Ni≦3%
Cr≦3.5%
Mo+W/2≦2.8%
V+Nb/2+Ta/4≦0.5%
Al≦0.4%
Ti+Zr/2≦0.1%
− 含有量が0.0005%から0.015%の間のホウ素、
− 場合によっては含まれる、硫黄、セレン、およびテルルの中からの1種または複数の元素であって、これらの元素の合計含有量が0.2%以下であり、
− 場合によっては含まれる、鉛、およびビスマスの中からの1種または複数の元素であって、これらの元素の合計含有量が0.2%以下であり、
− 場合によっては含まれる、含有量が0.1%以下のカルシウム
を含み、
残部は、鉄および製造から生じる不純物であって、銅は不純物であり、上記化学組成は、また、次式を満たし、
3.2≦Tr≦9
85≦Dr≦95
U/Dr≦10.0
Mo*+3xV*≧0.4%
式中、%で表される含有量については、
Tr=1.8xC+1.1xMn+0.7xNi+0.6xCr+1.6xMo*+K、
上式で、鋼がホウ素を含んでいない場合はK=0、そして鋼がホウ素を含んでいる場合はK=0.5であり、
Dr=54xC0.25+24.5x(Mo*+3xV*)0.30+1.58xMn+0.74xNi+1.8xSi+12.5x(Cr)0.20、
U=1600xC+100x(0.25xCr+Mo*+4.5xV*)、
R=3.8xC+10xSi+3.3xMn+2.4xNi+1.4x(Cr+Mo*)、
Mo*=Mo+W/2、
V*=V+Nb/2+Ta/4、
重量%の1000分の1で表される、ホウ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、および窒素の含有量は、
0.180%≦C≦0.400%
Si≦0.8%
Mn≦2.5%
Ni≦3%
Cr≦3.5%
Mo+W/2≦2.8%
V+Nb/2+Ta/4≦0.5%
Al≦0.4%
Ti+Zr/2≦0.1%
− 含有量が0.0005%から0.015%の間のホウ素、
− 場合によっては含まれる、硫黄、セレン、およびテルルの中からの1種または複数の元素であって、これらの元素の合計含有量が0.2%以下であり、
− 場合によっては含まれる、鉛、およびビスマスの中からの1種または複数の元素であって、これらの元素の合計含有量が0.2%以下であり、
− 場合によっては含まれる、含有量が0.1%以下のカルシウム
を含み、
残部は、鉄および製造から生じる不純物であって、銅は不純物であり、上記化学組成は、また、次式を満たし、
3.2≦Tr≦9
85≦Dr≦95
U/Dr≦10.0
Mo*+3xV*≧0.4%
式中、%で表される含有量については、
Tr=1.8xC+1.1xMn+0.7xNi+0.6xCr+1.6xMo*+K、
上式で、鋼がホウ素を含んでいない場合はK=0、そして鋼がホウ素を含んでいる場合はK=0.5であり、
Dr=54xC0.25+24.5x(Mo*+3xV*)0.30+1.58xMn+0.74xNi+1.8xSi+12.5x(Cr)0.20、
U=1600xC+100x(0.25xCr+Mo*+4.5xV*)、
R=3.8xC+10xSi+3.3xMn+2.4xNi+1.4x(Cr+Mo*)、
Mo*=Mo+W/2、
V*=V+Nb/2+Ta/4、
重量%の1000分の1で表される、ホウ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、および窒素の含有量は、
好ましくは、その化学組成は、R>11である。
また、好ましくは、その化学組成は、R≦2.7xTrである。
ケイ素の含有量は正確に0.45重量%未満であるのが好ましい。
好ましくは、その組成は、R/(2.7xTr)≦0.90、より好ましくは、R/(2.7xTr)≦0.80である。
好ましくは、その組成は、U/Dr≦9.0である。
さらに、鋼の化学組成は、
0.230%≦C≦0.350%
Si≦0.30%
0.1%≦Mn≦1.8%
Ni≦2.5%
0.2%≦Cr≦3%
Mo+W/2≦2.5%
V+Nb/2+Ta/4≦0.3%
Mo*+3xV*≧0.8%
であることが好ましく、さらにより好ましくは、
0.240%≦C≦0.320%
Si≦0.15%
0.1%≦Mn≦1.6%
Ni≦2%
0.2%≦Cr≦2.5%
0.3%≦Mo+W/2≦2.5%
V+Nb/2+Ta/4≦0.3%
Mo*+3xV*≧1.2%
である。
0.230%≦C≦0.350%
Si≦0.30%
0.1%≦Mn≦1.8%
Ni≦2.5%
0.2%≦Cr≦3%
Mo+W/2≦2.5%
V+Nb/2+Ta/4≦0.3%
Mo*+3xV*≧0.8%
であることが好ましく、さらにより好ましくは、
0.240%≦C≦0.320%
Si≦0.15%
0.1%≦Mn≦1.6%
Ni≦2%
0.2%≦Cr≦2.5%
0.3%≦Mo+W/2≦2.5%
V+Nb/2+Ta/4≦0.3%
Mo*+3xV*≧1.2%
である。
したがって、その組成は、Tr>4.5であることが好ましい。
本発明は、また、本発明によるブロックに機械加工されている鋼で作られた金型部品に関するものであり、その鋼は少なくとも表面部分が窒化によって硬化され、その硬度はすべての点で430HBと530HBの間にある。
本発明による鋼には、従来技術による鋼より、より良い熱伝導体であるという利点がある。このより良い熱伝導率により、冷却ダクトを、従来技術による鋼を使用する場合よりも、金型の表面からさらに遠く離すことができる。したがって、ダクトと金型のインプレッションとの間の裂け目のリスクは、実質的に減少する。さらに、熱伝導率がより良いために、金型の冷却は、より均一に行われ、それが成形品の品質を改善する。
本発明による鋼は、金属加工部品の製造をも対象としている。
ここで、本発明を、より詳細に説明し、例示するが、実施例によって制限するものではない。
金型または金属加工用の部品は、均質のマルテンサイト−ベイナイト構造物を得るために焼入れされ、硬度および延性の望ましい特性を得るために焼き戻される鋼の固体ブロックを機械加工することによって製造される。したがって、高い焼戻し性とかなりの焼入れ性を持っている鋼を使用することが必要である。しかしながら、これらの硬化鋼には、可能な最良の切削性と可能な最高の熱伝導率がなければならない。この最後の特性は、成形操作の生産性を改善するのに役立つ。これらの様々な特性の組合せは、最初は相容れないものである。実際、鋼が硬くなればなるほど、機械加工するのが容易になるということが知られており、そして、硫黄、カルシウム、セレン、テルル、または鉛などの合金化元素を添加することによって、切削性が改善される可能性があるということが知られている。しかしながら、これら元素の添加は金型用の鋼の中では制限されなければならない。何故ならば、金型のインプレッションの表面が粒状にされるときは、受けいれられるが、その表面が研磨されるときは、それらの元素は有害だからである。どんな場合でも、これら元素の添加は不適当である。また、鋼の熱伝導率と焼入れ性が、その組成の機能として反対に変化することが知られている。したがって、これらの要件は相容れない。しかしながら、本発明者は、知られている鋼の特性より実質的に良い特性の組合せをもたらす組成の範囲を見つけるのは可能であるということを、新しい方法で見出した。これらの組成の範囲は、一方では、その組成の元素のそれぞれの含有量の広がりよって、他方では、従うべき配合表によって決まる。
これらの特性の組合せを得るには、鋼は次のものを含んでいなければならない、すなわち、
− 溶接性、靭性、および切削性を過度に損なうことなく、硬化する炭化物を生成するための、0.18%から0.4%の炭素、その含有量は、好ましくは0.230%と0.350%の間、より好ましくは0.240%と0.320%の間でなければならない;
− 0.8%未満、好ましくは0.30%未満、より好ましくは0.15%未満のケイ素。製造中に鋼を脱酸するのに、通常、使用されるこの元素は、熱伝導率に悪影響を及ぼす。
− 溶接性、靭性、および切削性を過度に損なうことなく、硬化する炭化物を生成するための、0.18%から0.4%の炭素、その含有量は、好ましくは0.230%と0.350%の間、より好ましくは0.240%と0.320%の間でなければならない;
− 0.8%未満、好ましくは0.30%未満、より好ましくは0.15%未満のケイ素。製造中に鋼を脱酸するのに、通常、使用されるこの元素は、熱伝導率に悪影響を及ぼす。
しかしながら、それは常に少なくとも微量存在している;
− 金型に良好な表面状態を得る能力を低下させる過度の偏析を引き起こすことなく、良好な焼入れ性を得るための、2.5%未満の、好ましくは0.1から1.8%、より好ましくは0.1から1.6%のマンガン。この元素は、少なくとも微量の状態で常に存在している。さらに、やはり不純物の状態で存在している硫黄を捕らえるために、その含有量が0.1%より高いのが好ましい。切削性を改善するために硫黄が添加されている場合には、マンガンの最小含有量は、好ましくはそれ相応に適合していなければならず、少なくとも硫黄含有量の5倍、好ましくは7倍でなければならない;
− 3%未満の、好ましくは2.5%未満、より好ましくは2%未満のニッケル。この元素は、焼入れ性を高めるようにするが、非常に高価である。微量で存在してもよい。しかしながら、より大きな靭性と非常に均一な硬度を必要とする用途では、1部のマンガンについて2部のニッケルという割合で、ニッケルを優先してマンガン含有量を下げる価値があるかもしれない。このマンガンの1部をニッケルで置き換えることにも、また、偏析を減らすという利点がある;
− 3.5%未満のクロム、好ましくは0.2%から3%、より好ましくは0.2%から2.5%のクロム。この元素は焼入れ性を高くするが、量が多すぎると、クロムの中の炭化物を濃厚にして、モリブデン、タングステン、バナジウム、ニオブ、およびタンタルなどの他のより都合の良い元素の有害物にする傾向がある。クロムは微量存在してもよい;
− その合計であるMo*=Mo+W/2が2.8%未満、好ましくは2.5%未満であるような含有量のモリブデン、および/またはタングステン;また、それが0.3%を超えることも好ましい。これらの元素には、著しい焼入れ効果がある。さらに、それらの元素は中間焼きなましを実質的に低下させる、そして、このことは、金型のインプレッションが少なくとも500℃の温度で窒化するような表面処理にかけられるときに、望ましい。しかしながら、量が多すぎると、それらの元素は切削性を損なう;
− 場合によっては含まれる、その合計であるV*=V+Nb/2+Ta/4が0.5%未満、好ましくは0.3%未満であるような含有量の、バナジウム、ニオブ、およびタンタルの中から選ばれる少なくとも1つの元素。これらの元素は、特に焼戻しが550℃より高温で行われると、中間焼きなましに対する抵抗を高める。それらの元素は、また、金型のインプレッションの摩耗抵抗を高くする。しかしながら、量が多すぎると、それらの元素は切削性と溶接性を損なう;
− 0.0005%から0.015%のホウ素。この元素は、熱伝導率に悪影響を及ぼすことなく、焼入れ性を実質的に高める。さらに、その効果は溶接の間に受ける高いオーステナイト化温度で消えてしまうので、それは溶接による良い修繕の可能性にとって好都合である。事実上、分析手段による検出の限界である0.0005%未満では、それは重要な効果を持っていない。0.015%を超えると、焼入れ性を高めないで、鋼を脆弱にする;
− 場合によっては含まれる、0.4%までのアルミニウム、および、場合によっては含まれる、その合計であるTi+Zr/2が0.1%に達してもよいチタンとジルコニウムの中からの1種または複数の元素。これらの元素は強い脱酸剤である。さらに、鋼がホウ素を含んでいる場合には、窒素含有量は0.0250%未満に違いないけれども、これらの元素は、少なくとも不純物として一般に、0.0250%未満であるが、それ以下でさえあり得る含有量でやはり存在している窒素を固定する。ホウ素が完全に有効であるためには、アルミニウム、チタン、およびジルコニウムの中からの少なくとも1つの元素の存在が望ましい。
− 金型に良好な表面状態を得る能力を低下させる過度の偏析を引き起こすことなく、良好な焼入れ性を得るための、2.5%未満の、好ましくは0.1から1.8%、より好ましくは0.1から1.6%のマンガン。この元素は、少なくとも微量の状態で常に存在している。さらに、やはり不純物の状態で存在している硫黄を捕らえるために、その含有量が0.1%より高いのが好ましい。切削性を改善するために硫黄が添加されている場合には、マンガンの最小含有量は、好ましくはそれ相応に適合していなければならず、少なくとも硫黄含有量の5倍、好ましくは7倍でなければならない;
− 3%未満の、好ましくは2.5%未満、より好ましくは2%未満のニッケル。この元素は、焼入れ性を高めるようにするが、非常に高価である。微量で存在してもよい。しかしながら、より大きな靭性と非常に均一な硬度を必要とする用途では、1部のマンガンについて2部のニッケルという割合で、ニッケルを優先してマンガン含有量を下げる価値があるかもしれない。このマンガンの1部をニッケルで置き換えることにも、また、偏析を減らすという利点がある;
− 3.5%未満のクロム、好ましくは0.2%から3%、より好ましくは0.2%から2.5%のクロム。この元素は焼入れ性を高くするが、量が多すぎると、クロムの中の炭化物を濃厚にして、モリブデン、タングステン、バナジウム、ニオブ、およびタンタルなどの他のより都合の良い元素の有害物にする傾向がある。クロムは微量存在してもよい;
− その合計であるMo*=Mo+W/2が2.8%未満、好ましくは2.5%未満であるような含有量のモリブデン、および/またはタングステン;また、それが0.3%を超えることも好ましい。これらの元素には、著しい焼入れ効果がある。さらに、それらの元素は中間焼きなましを実質的に低下させる、そして、このことは、金型のインプレッションが少なくとも500℃の温度で窒化するような表面処理にかけられるときに、望ましい。しかしながら、量が多すぎると、それらの元素は切削性を損なう;
− 場合によっては含まれる、その合計であるV*=V+Nb/2+Ta/4が0.5%未満、好ましくは0.3%未満であるような含有量の、バナジウム、ニオブ、およびタンタルの中から選ばれる少なくとも1つの元素。これらの元素は、特に焼戻しが550℃より高温で行われると、中間焼きなましに対する抵抗を高める。それらの元素は、また、金型のインプレッションの摩耗抵抗を高くする。しかしながら、量が多すぎると、それらの元素は切削性と溶接性を損なう;
− 0.0005%から0.015%のホウ素。この元素は、熱伝導率に悪影響を及ぼすことなく、焼入れ性を実質的に高める。さらに、その効果は溶接の間に受ける高いオーステナイト化温度で消えてしまうので、それは溶接による良い修繕の可能性にとって好都合である。事実上、分析手段による検出の限界である0.0005%未満では、それは重要な効果を持っていない。0.015%を超えると、焼入れ性を高めないで、鋼を脆弱にする;
− 場合によっては含まれる、0.4%までのアルミニウム、および、場合によっては含まれる、その合計であるTi+Zr/2が0.1%に達してもよいチタンとジルコニウムの中からの1種または複数の元素。これらの元素は強い脱酸剤である。さらに、鋼がホウ素を含んでいる場合には、窒素含有量は0.0250%未満に違いないけれども、これらの元素は、少なくとも不純物として一般に、0.0250%未満であるが、それ以下でさえあり得る含有量でやはり存在している窒素を固定する。ホウ素が完全に有効であるためには、アルミニウム、チタン、およびジルコニウムの中からの少なくとも1つの元素の存在が望ましい。
これらの元素単独または2つもしくは3つの組合せで利用されるアルミニウム、チタン、およびジルコニウムが窒素からホウ素を保護し、したがって、ホウ素を完全に有効にするのを可能にするためには、重量%の1000分の1で表される、ホウ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウムおよび窒素の含有量は、
− 銅は、約0.3%の含有量までの、微量または不純物の形であるかもしれない;
− 場合によっては、少量の硫黄、セレン、およびテルルの中からの1種または複数の元素であり、これらの元素の合計含有量は0.200%未満でなければならない。しかしながら、鋼が、研磨され、化学的粒化された表面を持っている金型の製造を対象としているならば、これらの元素の合計含有量は、0.025%未満、または好ましくは0.005%未満でなければならない;
− 場合によっては含まれる、鉛およびビスマスの中からの1種または複数の元素であり、これらの元素の合計含有量は0.2%未満である。しかしながら、鋼が、研磨され、化学的に粒状にされた表面を持っている金型の製造を対象としているならば、鋼はそのような元素を含まないのが好ましい;
− 場合によっては含まれる、0.100%未満の含有量のカルシウム。しかしながら、鋼が、研磨され、化学的粒化された表面を持っている金型の製造を対象にしているならば、鋼はこの元素を含まないのが好ましい。何故ならば、切削性に対するその明確な作用は、もし鋼を研磨し、粒化しなければならないならば、その添加を限定するのが好ましい硫黄と一緒になって達成されるからである。
− 場合によっては、少量の硫黄、セレン、およびテルルの中からの1種または複数の元素であり、これらの元素の合計含有量は0.200%未満でなければならない。しかしながら、鋼が、研磨され、化学的粒化された表面を持っている金型の製造を対象としているならば、これらの元素の合計含有量は、0.025%未満、または好ましくは0.005%未満でなければならない;
− 場合によっては含まれる、鉛およびビスマスの中からの1種または複数の元素であり、これらの元素の合計含有量は0.2%未満である。しかしながら、鋼が、研磨され、化学的に粒状にされた表面を持っている金型の製造を対象としているならば、鋼はそのような元素を含まないのが好ましい;
− 場合によっては含まれる、0.100%未満の含有量のカルシウム。しかしながら、鋼が、研磨され、化学的粒化された表面を持っている金型の製造を対象にしているならば、鋼はこの元素を含まないのが好ましい。何故ならば、切削性に対するその明確な作用は、もし鋼を研磨し、粒化しなければならないならば、その添加を限定するのが好ましい硫黄と一緒になって達成されるからである。
− その組成の残部は鉄と製造から生じる不純物から成る。最小含有量が課されていないすべての合金化元素の場合、もしこれらの元素が添加されていなくても、それらの元素は、やはり、少なくとも非常に低い含有量の残渣または不純物の形で見つけられる可能性があるということに注意しなければならない。
ようやく明確にされたばかりの限界内で、使用するのに望ましい特性を得るために、鋼の組成を選択しなければならない。この目的のために、その組成は、次のようでなければならない、すなわち、
− Tr=l.8xC+1.1xMn+0.7xNi+0.6xCr+1.6xMo*+Kの値は、式中、鋼がホウ素を含んでいなければK=0であり、ホウ素を含んでいればK=0.5である、言い換えれば、ホウ素が含有量で0.0005%以上添加されていると、適切な焼入れ性を得るためには3.2より高く、4.5より高いのが好ましい。厚さが1000mmを超え、1500mmもの厚さである可能性のある部品の上に痕跡のパーライト構造もなしに、マルテンサイト−ベイナイト構造を得るためには、特に、Trは4.5より高くなければならない;
− 切削性を過度に損なうことなく、その炭化物によって適切な硬化を得るためには、Dr=54xC0.25+24.5x(Mo*+3xV*)0.30+1.58xMn+0.74xNi+1.8xSi+12.5x(Cr)0.20の値は、85と95の間でなければならない;
− 切削性の指標であるU=1600xC+100x(0.25xCr+Mo*+4.5xV*)の値(Uが低いほど、切削性は良い)は、10.0未満、好ましくは9.0未満でなければならない;
− 熱伝導抵抗、言い換えれば、熱伝導率の逆数、によって変わるR=3.8xC+10xSi+3.3xMn+2.4xNi+1.4x(Cr+Mo*)の値は、好ましくは2.7xTr未満でなければならない。より好ましくは、比R/(2.7xTr)は0.90以下、さらにより好ましくは0.80以下でなければならない。しかしながら、鋼に望まれている特性のすべての必要条件から見て、通常、この値は、やはり11未満には低下しないかもしれない、したがって、できるだけ低い限りは、本発明は、より具体的にはR>11の鋼に関する;
− すべての応力から見て、Mo*+3xV*の合計は0.4%を超えなければならない、したがって、鋼の組成が好ましい分析結果、すなわち、
0.230%≦C≦0.350%
Si≦0.30%
0.1%≦Mn≦1.8%
Ni≦25%
0.2%≦Cr≦3%
Mo+W/2≦2.5%
V+Nb/2+Ta/4≦0.3%
に相当するならば、Mo*+3xV*は0.8%を超えなければならない、さらに、もしこの鋼がより好ましい分析結果、すなわち、
0.240%≦C≦0.320%
Si≦0.15%
0.1%≦Mn≦1.6%
Ni≦2%
0.2%≦Cr≦2.5%
0.3%≦Mo+W/2≦2.5%
V+Nb/2+Ta/4≦0.3%
に相当するならば、Mo*+3xV*は1.2%を超えなければならない。
− Tr=l.8xC+1.1xMn+0.7xNi+0.6xCr+1.6xMo*+Kの値は、式中、鋼がホウ素を含んでいなければK=0であり、ホウ素を含んでいればK=0.5である、言い換えれば、ホウ素が含有量で0.0005%以上添加されていると、適切な焼入れ性を得るためには3.2より高く、4.5より高いのが好ましい。厚さが1000mmを超え、1500mmもの厚さである可能性のある部品の上に痕跡のパーライト構造もなしに、マルテンサイト−ベイナイト構造を得るためには、特に、Trは4.5より高くなければならない;
− 切削性を過度に損なうことなく、その炭化物によって適切な硬化を得るためには、Dr=54xC0.25+24.5x(Mo*+3xV*)0.30+1.58xMn+0.74xNi+1.8xSi+12.5x(Cr)0.20の値は、85と95の間でなければならない;
− 切削性の指標であるU=1600xC+100x(0.25xCr+Mo*+4.5xV*)の値(Uが低いほど、切削性は良い)は、10.0未満、好ましくは9.0未満でなければならない;
− 熱伝導抵抗、言い換えれば、熱伝導率の逆数、によって変わるR=3.8xC+10xSi+3.3xMn+2.4xNi+1.4x(Cr+Mo*)の値は、好ましくは2.7xTr未満でなければならない。より好ましくは、比R/(2.7xTr)は0.90以下、さらにより好ましくは0.80以下でなければならない。しかしながら、鋼に望まれている特性のすべての必要条件から見て、通常、この値は、やはり11未満には低下しないかもしれない、したがって、できるだけ低い限りは、本発明は、より具体的にはR>11の鋼に関する;
− すべての応力から見て、Mo*+3xV*の合計は0.4%を超えなければならない、したがって、鋼の組成が好ましい分析結果、すなわち、
0.230%≦C≦0.350%
Si≦0.30%
0.1%≦Mn≦1.8%
Ni≦25%
0.2%≦Cr≦3%
Mo+W/2≦2.5%
V+Nb/2+Ta/4≦0.3%
に相当するならば、Mo*+3xV*は0.8%を超えなければならない、さらに、もしこの鋼がより好ましい分析結果、すなわち、
0.240%≦C≦0.320%
Si≦0.15%
0.1%≦Mn≦1.6%
Ni≦2%
0.2%≦Cr≦2.5%
0.3%≦Mo+W/2≦2.5%
V+Nb/2+Ta/4≦0.3%
に相当するならば、Mo*+3xV*は1.2%を超えなければならない。
この鋼で金型を製造するためには、鋼を製造して、鋳造し、知られている方法で熱間圧延または熱間鍛造し、切断して、厚さが20mmを超える、また100mmを超えて400mm、ことによると600mm、そして1500mmにさえ達するかもしれないブロックを得る。最も薄い厚さでは、そのブロックはシート、または大きなプレートであるかもしれないし、最も厚い厚さでは、通常鍛造ブロックであることに注意すべきである。
そのブロックは、特に、鋼がホウ素を含んでおり、そしてそのブロックが、さらにまた、その塊全体にマルテンサイト構造、またはマルテンサイト−ベイナイト構造を得るように、その鋼の厚さおよび焼入れ性によって、空気、油、または水の中で急冷される場合に、AC3を超える温度、好ましくは950℃未満の温度で、場合によっては鍛造熱または圧延熱で、オーステナイト化される。最終的に、それらのブロックは、500℃を超える温度、好ましくは少なくとも550℃であるが、AC1より低い温度で焼き戻される。このようにして、約430HBと530HBの間の硬度が得られる。
そのようなブロックでは、研磨されて、場合によっては粒状にされたインプレッションを備えている金型の部品は、知られている方法で機械加工される。場合によっては、これらの部品は、例えば、ガス窒化によって表面硬化される。ガス窒化の後、それら部品の極端に窒化された表面は別として、鋼の硬度は、約430HBと530HBの間にある。
実施例および比較により、表1にまとめられた分析結果を考察するが、その分析結果のいくつかの特性が表2にまとめられている。
実施例の1〜6、9〜12、および14〜16は本発明に対応し、実施例17、18、20、および21は比較として示されている。これらの鋼は、セレン、テルル、鉛、ビスマス、またはカルシウムの添加を含んでいない。しかしながら、それらの鋼は、0.010%と0.020%の間の少しの硫黄を含んでいる。
これらのすべての鋼について、硬度HBは、熱によって影響されない塩基性金属の硬度HV塩基性と比較された溶接点近くの熱影響域の硬度HVHAZだけでなく、焼戻し焼き入れした状態で、言い換えれば、550℃で焼き戻されたマルテンサイト構造またはマルテンサイト−ベイナイト構造について、測定された。これらの結果も表1にまとめられている。
これらの2つの表は、同程度の硬度(HB)と同程度の硬度係数Drで、本発明による鋼は、比較として示された鋼よりも、良い切削性(低いU/Dr比)を持っていることを示している。さらに、それらの鋼は、溶接による修理により適しており、しかも、HAZの硬度が低く、特に、HVHAZと塩基性HVの比が低いので、特に、修理後の研磨に対して、比較として示された鋼よりも、より均一に反応している。本発明による鋼では、炭素が0.35%以下であるときに、HVHAZ/HV塩基性の比は実際に1.20を超えていない。
これらの鋼は、プラスチック材料の射出成形用金型の部品を製造するのに適している。しかし、それらの鋼は、金属加工工具の部品を製造するのにも適している。
Claims (13)
- 20mmを超える厚さを有し、その構造は完全にマルテンサイトまたはマルテンサイト−ベイナイトであり、その硬度は、すべての点で、430HBと530HBの間にあり、その鋼の化学組成は、重量%で、
0.180%≦C≦0.350%
Si≦0.8%
Mn≦2.5%
Ni≦3%
Cr≦3.5%
Mo+W/2≦2.8%
V+Nb/2+Ta/4≦0.5%
Al≦0.4%
Ti+Zr/2≦0.1%
含有量が0.0005%から0.015%の間のホウ素、
を含み、
残部は、鉄および製造から生じる不純物であって、銅は不純物であり、上記化学組成は、また、次式を満たし、
3.2≦Tr≦9
85≦Dr≦95
U/Dr≦10.0
Mo*+3xV*≧0.4%
式中、%で表される含有物については、
Tr=1.8xC+1.1xMn+0.7xNi+0.6xCr+1.6xMo*+K
上式で、K=0.5であり、
Dr=54xC0.25+24.5x(Mo*+3xV*)0.30+1.58xMn+0.74xNi+1.8xSi+12.5x(Cr)0.20、
U=1600xC+100x(0.25xCr+Mo*+4.5xV*)、
R=3.8xC+10xSi+3.3xMn+2.4xNi+1.4x(Cr+Mo*)、
Mo*=Mo+W/2、
V*=V+Nb/2+Ta/4、
重量%の1000分の1で表される、ホウ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、および窒素の含有量は、
I*=Max(0;I)、およびJ*=Max(0;J)、
I=Min(N;N−0.29(Ti+Zr/2−5))、
- 20mmを超える厚さを有し、その構造は完全にマルテンサイトまたはマルテンサイト−ベイナイトであり、その硬度は、すべての点で、430HBと530HBの間にあり、その鋼の化学組成は、重量%で、
0.180%≦C≦0.350%
Si≦0.8%
Mn≦2.5%
Ni≦3%
Cr≦3.5%
Mo+W/2≦2.8%
V+Nb/2+Ta/4≦0.5%
Al≦0.4%
Ti+Zr/2≦0.1%
含有量が0.0005%から0.015%の間のホウ素、
硫黄、セレン、およびテルルの中からの1種または複数の元素であって、これらの元素の合計含有量が0.2%以下であり、
を含み、
残部は、鉄および製造から生じる不純物であって、銅は不純物であり、上記化学組成は、また、次式を満たし、
3.2≦Tr≦9
85≦Dr≦95
U/Dr≦10.0
Mo*+3xV*≧0.4%
式中、%で表される含有物については、
Tr=1.8xC+1.1xMn+0.7xNi+0.6xCr+1.6xMo*+K
上式で、K=0.5であり、
Dr=54xC0.25+24.5x(Mo*+3xV*)0.30+1.58xMn+0.74xNi+1.8xSi+12.5x(Cr)0.20、
U=1600xC+100x(0.25xCr+Mo*+4.5xV*)、
R=3.8xC+10xSi+3.3xMn+2.4xNi+1.4x(Cr+Mo*)、
Mo*=Mo+W/2、
V*=V+Nb/2+Ta/4、
重量%の1000分の1で表される、ホウ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、および窒素の含有量は、
I*=Max(0;I)、およびJ*=Max(0;J)、
I=Min(N;N−0.29(Ti+Zr/2−5))、
- 20mmを超える厚さを有し、その構造は完全にマルテンサイトまたはマルテンサイト−ベイナイトであり、その硬度は、すべての点で、430HBと530HBの間にあり、その鋼の化学組成は、重量%で、
0.180%≦C≦0.350%
Si≦0.8%
Mn≦2.5%
Ni≦3%
Cr≦3.5%
Mo+W/2≦2.8%
V+Nb/2+Ta/4≦0.5%
Al≦0.4%
Ti+Zr/2≦0.1%
含有量が0.0005%から0.015%の間のホウ素、
鉛、およびビスマスの中からの1種または複数の元素であって、これらの元素の合計含有量が0.2%以下であり、
を含み、
残部は、鉄および製造から生じる不純物であって、銅は不純物であり、上記化学組成は、また、次式を満たし、
3.2≦Tr≦9
85≦Dr≦95
U/Dr≦10.0
Mo*+3xV*≧0.4%
式中、%で表される含有物については、
Tr=1.8xC+1.1xMn+0.7xNi+0.6xCr+1.6xMo*+K
上式で、K=0.5であり、
Dr=54xC0.25+24.5x(Mo*+3xV*)0.30+1.58xMn+0.74xNi+1.8xSi+12.5x(Cr)0.20、
U=1600xC+100x(0.25xCr+Mo*+4.5xV*)、
R=3.8xC+10xSi+3.3xMn+2.4xNi+1.4x(Cr+Mo*)、
Mo*=Mo+W/2、
V*=V+Nb/2+Ta/4、
重量%の1000分の1で表される、ホウ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、および窒素の含有量は、
I*=Max(0;I)、およびJ*=Max(0;J)、
I=Min(N;N−0.29(Ti+Zr/2−5))、
- 20mmを超える厚さを有し、その構造は完全にマルテンサイトまたはマルテンサイト−ベイナイトであり、その硬度は、すべての点で、430HBと530HBの間にあり、その鋼の化学組成は、重量%で、
0.180%≦C≦0.350%
Si≦0.8%
Mn≦2.5%
Ni≦3%
Cr≦3.5%
Mo+W/2≦2.8%
V+Nb/2+Ta/4≦0.5%
Al≦0.4%
Ti+Zr/2≦0.1%
含有量が0.0005%から0.015%の間のホウ素、
含有量が0.1%以下のカルシウム
を含み、
残部は、鉄および製造から生じる不純物であって、銅は不純物であり、上記化学組成は、また、次式を満たし、
3.2≦Tr≦9
85≦Dr≦95
U/Dr≦10.0
Mo*+3xV*≧0.4%
式中、%で表される含有物については、
Tr=1.8xC+1.1xMn+0.7xNi+0.6xCr+1.6xMo*+K
上式で、K=0.5であり、
Dr=54xC0.25+24.5x(Mo*+3xV*)0.30+1.58xMn+0.74xNi+1.8xSi+12.5x(Cr)0.20、
U=1600xC+100x(0.25xCr+Mo*+4.5xV*)、
R=3.8xC+10xSi+3.3xMn+2.4xNi+1.4x(Cr+Mo*)、
Mo*=Mo+W/2、
V*=V+Nb/2+Ta/4、
重量%の1000分の1で表される、ホウ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、および窒素の含有量は、
I*=Max(0;I)、およびJ*=Max(0;J)、
I=Min(N;N−0.29(Ti+Zr/2−5))、
- その化学組成は、R>11である請求項1から4のいずれかに記載の鋼のブロック。
- R≦2.7xTrであることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の鋼のブロック。
- ケイ素含有量が正確に0.45重量%未満であり、炭素含有量が0.35重量%以下であることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の鋼のブロック。
- R/(2.7xTr)≦0.90であることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の鋼のブロック。
- U/Dr<9.0であることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の鋼のブロック。
- その組成は
0.230%≦C≦0.350%
Si≦0.30%
0.1%≦Mn≦1.8%
Ni≦2%
0.2%≦Cr≦3%
Mo+W/2≦2.5%
V+Nb/2+Ta/4≦0.3%
Mo*+3xV*≧0.8%
であることを特徴とする請求項9に記載の鋼のブロック。 - その組成は
0.240%≦C≦0.320%
Si≦0.15%
0.1%≦Mn≦1.6%
Ni≦2%
0.2%≦Cr≦2.5%
0.3%≦Mo+W/2≦2.5%
V+Nb/2+Ta/4≦0.3%
Mo*+3xV*≧1.2%
であることを特徴とする請求項10に記載の鋼のブロック。 - Tr>4.5であることを特徴とする請求項10または11に記載の鋼のブロック。
- 少なくとも表面の一部が窒化により硬化され、その硬度が全ての点で430HBと530HBの間にある請求項1から12のいずれかに記載のブロックに機械加工された鋼製金型部品。
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