JP2014173119A - 被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼 - Google Patents
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Abstract
【課題】 硫化物系介在物の大きさを過度に大きくならなくして、被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼を提供する。
【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼で、この鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣで、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％で、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下で、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下である被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼。
【選択図】 なし
【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼で、この鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣで、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％で、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下で、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下である被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼。
【選択図】 なし
Description
本発明は、被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼に関する。
表面平滑度が必要なプラスチック製品を成形するために必要とする金型は、製品形状にあった形状に加工して用いられる。ところで、近年のプラスチック製品の形状の複雑化や、金型リードタイムの短縮化などにより、被削性などの加工性の良好な金型材料が求められている。被削性を改善する方法として、硫化物などの介在物を利用する方法が知られている。しかし、特に大型鋼塊から作製される金型においては、このような介在物は比較的大きく成長して鋼材中に残存しやすく、研磨時に鋼材面から脱落して鋼材面に凹凸を形成することがあり、この結果、金型の表面仕上げ性が悪くなり、プラスチック製品の意匠性を低下させることがあった。
ところで、従来の技術としては、ピンホール、微細なピットおよび凹凸の少ない鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼として、介在物をＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系にして鏡面性を確保し、Ｓも鏡面性低下防止のため低減した鋼が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｖを添加して、Ｆｅ−Ｃｕ固溶体およびＣｒ，Ｍｏ（Ｗ）、Ｖ炭化物を析出、凝集させることにより脆化を起こさせ、さらにＳを添加して被削性を改善しつつ、研磨仕上性劣化の問題を回避した鋼が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
しかし、この特許文献１のようにＳを低減した場合は、十分な被削性が確保できず、深穴加工のような厳しい切削加工を受ける金型材としては適用が難しく、特許文献２のようにＳ添加すると、特に大型鋼塊においては粗大なＭｎＳ系介在物が生成し、この結果、金型の表面仕上げ性が悪くなり、鏡面性は不足していると言わざるを得ないものである。
上記したように、表面の平滑度が必要なプラスチック製品を成形するための金型には高い鏡面性が要求されている。ところで、鋼に含有される介在物が軟質介在物であれば金型を形成するための被削性を向上することができるが、鏡面性は低下する。そこで、発明者らは鋭意研究することにより、鋼材表面を研磨する際の鏡面性と被削性に優れたプラスチック成形金型用鋼を開発することができた。
本発明が解決しようとする課題は、プラスチック成形用の金型用鋼としての新規な化学成分からなる鋼とし、この鋼に含有される硫化物系介在物を利用して快削性を付与し、さらに、Ｓ添加量を制限して鋼中の硫化物系介在物の総量を多くならないようにし、さらに、この鋼の研磨時に生じる研磨面の凹凸を小さなものとするため、鋼の基地すなわちマトリクスと硫化物系介在物の硬さの差が一定値以下になるように、熱処理条件および硫化物系介在物組成を制御し、さらに一定割合以上の硫化物系介在物の硬さと基地の硬さの差を小さくし、また、硫化物系介在物が鋼材面から脱落してピットを形成した場合でも、実用上問題にならないレベル、すなわち人が肉眼で視認できない大きさ、となるように鋼の溶製時に脱酸元素を添加してＯの含有量を低下させ、硫化物系介在物の凝固形態を偏晶型でなく共晶型に制御することで、生成された硫化物系介在物の大きさを過度に大きくならないようにして、被削性と鏡面性に優れた新規のプラスチック成形金型用鋼を提供することである。
上記の課題を解決するための本発明の手段は、第１の手段では、質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼である。そして、この鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣであり、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％であり、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下であり、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下であることを特徴とする被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼である。なお√Ａｒｅａとは平均径の一種であり、その大きさは√｛（長径）×（短径）｝で算出される。
第２の手段は、質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、さらに、Ｖ：０．５％未満、Ｎｂ：０．５％未満、Ｗ：０．５％未満、Ｔｉ：０．５％から選択される１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼である。そして、この鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣであり、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％であり、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下であり、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下であることを特徴とする被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼である。
第３の手段では、質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、さらに、Ｎｉ：０．３０未満、Ｃｕ：０．１０％未満から選択される１種または２種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼である。そして、この鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣであり、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％であり、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下であり、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下であることを特徴とする被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼である。
第４の手段は、質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、さらに、Ｖ：０．５％未満、Ｎｂ：０．５％未満、Ｗ：０．５％未満、Ｔｉ：０．５％未満から選択される１種または２種以上を含有し、さらに、Ｎｉ：０．３０％未満、Ｃｕ：０．１０％未満から選択される１種または２種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼である。そして、この鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣであり、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％であり、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下であり、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下であることを特徴とする被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼である。
第５の手段では、質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、さらに、Ｎ：０．０２０％未満、Ｐ：０．０４０％未満、Ｂ：０．０１０％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼である。そして、この鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣであり、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％であり、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下であり、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下であることを特徴とする被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼である。
第６の手段では、質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、さらに、Ｖ：０．５％未満、Ｎｂ：０．５％未満、Ｗ：０．５％未満、Ｔｉ：０．５％未満から選択される１種または２種以上を含有し、さらに、Ｎ：０．０２０％未満、Ｐ：０．０４０％未満、Ｂ：０．０１０％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼である。そして、この鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣであり、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％であり、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下であり、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下であることを特徴とする被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼である。
第７の手段では、質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、さらに、Ｎｉ：０．３０未満、Ｃｕ：０．１０％未満から選択される１種または２種を含有し、さらに、Ｎ：０．０２０％未満、Ｐ：０．０４０％未満、Ｂ：０．０１０％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼である。そして、この鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣであり、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％であり、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下であり、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下であることを特徴とする被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼である。
第８の手段では、質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、さらに、Ｖ：０．５％未満、Ｎｂ：０．５％未満、Ｗ：０．５％未満、Ｔｉ：０．５％未満から選択される１種または２種以上を含有し、さらに、Ｎｉ：０．３０未満、Ｃｕ：０．１０％未満から選択される１種または２種を含有し、さらに、Ｎ：０．０２０％未満、Ｐ：０．０４０％未満、Ｂ：０．０１０％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼である。そして、この鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣであり、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％であり、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下であり、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下であることを特徴とする被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼である。
上記の手段としたので、本発明のプラスチック成形金型用鋼は介在物の総量が少なく、基地と介在物の硬さの差が小さいことから研磨面の凹凸が小さく、鏡面に生成されるピットは視認できない大きさであり、さらに硫化物系介在物の大きさも過度に大きくなく、快削性および鏡面性に優れている。したがって、従来にない、鏡面性に優れたプラスチック成形金型を形成することができる。
本願の発明を実施するための形態として、先ず、本願の発明に係るプラスチック成形金型用鋼における化学成分の成分範囲の限定理由を以下に説明する。なお、化学成分は、質量％で示す。
Ｃ：０．１２〜０．３０％
Ｃは、硬さ向上に有効な元素である。しかし、Ｃが０．１２％より少ないと必要硬さの略２６ＨＲＣが得られず、さらにフェライトの析出により、得られた鋼材面の鏡面性が低下する。しかし、Ｃが０．３０％を超えて含有されると、炭化物量が増加し被削性を低下し、さらに靭性や溶接性も低下する。そこでＣは０．１２〜０．３０％とする。
Ｃは、硬さ向上に有効な元素である。しかし、Ｃが０．１２％より少ないと必要硬さの略２６ＨＲＣが得られず、さらにフェライトの析出により、得られた鋼材面の鏡面性が低下する。しかし、Ｃが０．３０％を超えて含有されると、炭化物量が増加し被削性を低下し、さらに靭性や溶接性も低下する。そこでＣは０．１２〜０．３０％とする。
Ｓｉ：０．２５〜０．４５％
Ｓｉは、製鋼時の脱酸材として必要な元素であり、さらに焼入性を高める元素である。このためには、Ｓｉは０．２５％以上が必要である。しかし、Ｓｉは０．４５％より多く含有されると、靱性が低下する。そこで、Ｓｉは０．２５〜０．４５％とする
Ｓｉは、製鋼時の脱酸材として必要な元素であり、さらに焼入性を高める元素である。このためには、Ｓｉは０．２５％以上が必要である。しかし、Ｓｉは０．４５％より多く含有されると、靱性が低下する。そこで、Ｓｉは０．２５〜０．４５％とする
Ｍｎ：０．５〜２．０％
Ｍｎは、Ｓと結合して硫化物のＭｎＳを生成して被削性を改善する元素であり、さらに、焼入性を高める元素である。このためには、Ｍｎは０．５％以上が必要である。しかし、Ｍｎは２．０％を超えて含有されると、靭性が低下する。そこで、Ｍｎは０．５〜２．０％とする。
Ｍｎは、Ｓと結合して硫化物のＭｎＳを生成して被削性を改善する元素であり、さらに、焼入性を高める元素である。このためには、Ｍｎは０．５％以上が必要である。しかし、Ｍｎは２．０％を超えて含有されると、靭性が低下する。そこで、Ｍｎは０．５〜２．０％とする。
Ｓ：０．０１２〜０．０６０％
Ｓは、Ｍｎと結合して硫化物のＭｎＳを生成して被削性を改善する元素である。このためには、Ｓは０．０１２％以上が必要である。しかし、Ｓは０．０６０％を超えて含有されると、鋼中の介在物量が多くなり鏡面性を低下し、さらに靭性を低下する。そこで、Ｓは０．０１２〜０．０６０％とする。
Ｓは、Ｍｎと結合して硫化物のＭｎＳを生成して被削性を改善する元素である。このためには、Ｓは０．０１２％以上が必要である。しかし、Ｓは０．０６０％を超えて含有されると、鋼中の介在物量が多くなり鏡面性を低下し、さらに靭性を低下する。そこで、Ｓは０．０１２〜０．０６０％とする。
Ｃｒ：１．０〜３．０％
Ｃｒは、焼入性を改善し、焼戻し軟化抵抗を上昇する元素である。このためには、Ｃｒは１．０％以上が必要である。しかし、Ｃｒは３．０％を超えて含有されると、鋼が硬くなり過ぎて被削性を低下する。そこで、Ｃｒは１．０〜３．０％とする。
Ｃｒは、焼入性を改善し、焼戻し軟化抵抗を上昇する元素である。このためには、Ｃｒは１．０％以上が必要である。しかし、Ｃｒは３．０％を超えて含有されると、鋼が硬くなり過ぎて被削性を低下する。そこで、Ｃｒは１．０〜３．０％とする。
Ｍｏ：０．１０〜０．４０％
Ｍｏは、焼入性を改善し、焼戻し軟化抵抗を上昇し、さらに焼戻し脆化を防止する元素である。このためには、Ｍｏは０．１０％以上が必要である。しかし、Ｍｏは０．４０％を超えて含有されると、鋼が硬くなり過ぎて被削性を低下する。そこで、Ｍｏは０．１０〜０．４０％とする。
Ｍｏは、焼入性を改善し、焼戻し軟化抵抗を上昇し、さらに焼戻し脆化を防止する元素である。このためには、Ｍｏは０．１０％以上が必要である。しかし、Ｍｏは０．４０％を超えて含有されると、鋼が硬くなり過ぎて被削性を低下する。そこで、Ｍｏは０．１０〜０．４０％とする。
Ａｌ：０．００１〜０．０５０％
Ａｌは、本発明において重要な元素であって、介在物の大きさと分布を調整し、過度に大きい介在物の生成を抑制する元素である。このためには、Ａｌは０．００１％以上が必要である。しかし、Ａｌは０．０５０％を超えて含有されると、得られた鋼材の溶接性を低下する。そこで、Ａｌは０．００１〜０．０５０％とする。
Ａｌは、本発明において重要な元素であって、介在物の大きさと分布を調整し、過度に大きい介在物の生成を抑制する元素である。このためには、Ａｌは０．００１％以上が必要である。しかし、Ａｌは０．０５０％を超えて含有されると、得られた鋼材の溶接性を低下する。そこで、Ａｌは０．００１〜０．０５０％とする。
Ｏ：０．０１０％未満
Ｏは、硫化物系介在物の凝固形態を制御する元素である。しかし、Ｏは鋼にとって不純物元素でもある。したがって、Ｏは０．０１０％以上含有されると介在物が大型化し、鏡面性を低下させる。そこで、Ｏは０．０１０％未満とする。
Ｏは、硫化物系介在物の凝固形態を制御する元素である。しかし、Ｏは鋼にとって不純物元素でもある。したがって、Ｏは０．０１０％以上含有されると介在物が大型化し、鏡面性を低下させる。そこで、Ｏは０．０１０％未満とする。
Ｖ：０．０５％未満、Ｎｂ：０．０５％未満、Ｗ：０．０５％未満、Ｔｉ：０．０５％未満から選択される１種または２種以上
Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉの各元素は、炭化物を生成し二次硬化に寄与する元素である。しかし、Ｖは０．０５％以上、Ｎｂは０．０５％以上、Ｗは０．０５％以上、Ｔｉは０．０５％以上として、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉから選択される１種または２種以上が含有されると、これら元素の炭化物である硬質炭化物が過剰に生成されて被削性を低下する。そこで、Ｖは０．０５％未満、Ｎｂは０．０５％未満、Ｗは０．０５％未満、Ｔｉは０．０５％未満として、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉから選択される１種または２種以上とする。
Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉの各元素は、炭化物を生成し二次硬化に寄与する元素である。しかし、Ｖは０．０５％以上、Ｎｂは０．０５％以上、Ｗは０．０５％以上、Ｔｉは０．０５％以上として、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉから選択される１種または２種以上が含有されると、これら元素の炭化物である硬質炭化物が過剰に生成されて被削性を低下する。そこで、Ｖは０．０５％未満、Ｎｂは０．０５％未満、Ｗは０．０５％未満、Ｔｉは０．０５％未満として、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉから選択される１種または２種以上とする。
Ｎｉ：０．３０％未満、Ｃｕ：０．１０％未満から選択される１種又は２種
Ｎｉ、Ｃｕの各元素は、プラスチック成形時に発生するガスに対する耐食性を向上する元素である。しかし、Ｎｉは０．３０％以上、Ｃｕは０．１０％以上で含有されると、プラスチック成形金型の溶接時に、凝固割れの感受性が上昇し、被削性を低下する。そこで、Ｎｉは０．３０％未満、Ｃｕは０．１０％未満として、Ｎｉ、Ｃｕから選択される１種または２種を含有するものとする。
Ｎｉ、Ｃｕの各元素は、プラスチック成形時に発生するガスに対する耐食性を向上する元素である。しかし、Ｎｉは０．３０％以上、Ｃｕは０．１０％以上で含有されると、プラスチック成形金型の溶接時に、凝固割れの感受性が上昇し、被削性を低下する。そこで、Ｎｉは０．３０％未満、Ｃｕは０．１０％未満として、Ｎｉ、Ｃｕから選択される１種または２種を含有するものとする。
Ｎ：０．０２０％未満
Ｎは、不純物元素でもあり、硬質の介在物を生成し、鏡面性と被削性を低下させる元素である。そこで、Ｎは０．０２０％未満とする。
Ｎは、不純物元素でもあり、硬質の介在物を生成し、鏡面性と被削性を低下させる元素である。そこで、Ｎは０．０２０％未満とする。
Ｐ：０．０４０％未満
Ｐは、不純物元素でもあり、靭性を低下させる元素である。そこで、Ｐは０．０４０％未満とする。
Ｐは、不純物元素でもあり、靭性を低下させる元素である。そこで、Ｐは０．０４０％未満とする。
Ｂ：０．０１０％未満
Ｂは、不純物元素でもあり、溶接割れ感受性を上昇させる元素である。そこで、Ｂは０．０１０％未満とする。
Ｂは、不純物元素でもあり、溶接割れ感受性を上昇させる元素である。そこで、Ｂは０．０１０％未満とする。
さらに、本願の請求項におけるプラスチック成形金型用鋼の構成要件について、上記の化学成分以外の構成要件の限定理由を以下に説明する。
鋼の基地（すなわち、マトリクス）の硬さが２６〜３８ＨＲＣ
鋼の基地の硬さは、必要な鏡面を得るための研削を左右する。すなわち、基地の硬さが２６ＨＲＣ未満では、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳなどの汎用プラスチック成型用金型として必要な鏡面が得られない。そこで、基地の硬さは２６ＨＲＣ以上とする必要がある。しかし、基地の硬さが３８ＨＲＣを超えると、被削性が低下し、軟質介在物がある場合は磨きムラの原因となり鏡面性を低下する。そこで、鋼の基地（すなわち、マトリクス）の硬さは２６〜３８ＨＲＣとする。
鋼の基地の硬さは、必要な鏡面を得るための研削を左右する。すなわち、基地の硬さが２６ＨＲＣ未満では、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳなどの汎用プラスチック成型用金型として必要な鏡面が得られない。そこで、基地の硬さは２６ＨＲＣ以上とする必要がある。しかし、基地の硬さが３８ＨＲＣを超えると、被削性が低下し、軟質介在物がある場合は磨きムラの原因となり鏡面性を低下する。そこで、鋼の基地（すなわち、マトリクス）の硬さは２６〜３８ＨＲＣとする。
介在物の体積率が０．０３〜０．３０％
鋼中の介在物の体積率は、０．０３％以上で、切削加工中に応力集中源となり、切屑の破砕性を向上し、切削工具の摩耗を軽減する。しかし、介在物の体積率は０．３０％を超えると鋼の靱性を低下し、鏡面性を低下する。そこで、介在物体積率は０．０３〜０．３０％とする。
鋼中の介在物の体積率は、０．０３％以上で、切削加工中に応力集中源となり、切屑の破砕性を向上し、切削工具の摩耗を軽減する。しかし、介在物の体積率は０．３０％を超えると鋼の靱性を低下し、鏡面性を低下する。そこで、介在物体積率は０．０３〜０．３０％とする。
介在物のうち体積割合で７５％以上を占める介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下
介在物のうち体積割合で７５％以上を占める介在物の硬さと基地の硬さの差は、鏡面を研磨する時に生じる鋼面の凹凸を小さくして鏡面性を維持するために必要である。ところで、上記した介在物の硬さと基地の硬さの差が大きいと、磨きムラを生じて鋼面が凹凸になり易く、鏡面性が低下する。そこで、介在物のうち体積割合で７５％以上を占める介在物の硬さと基地の硬さの差は２５０ＨＶ以下とする。
介在物のうち体積割合で７５％以上を占める介在物の硬さと基地の硬さの差は、鏡面を研磨する時に生じる鋼面の凹凸を小さくして鏡面性を維持するために必要である。ところで、上記した介在物の硬さと基地の硬さの差が大きいと、磨きムラを生じて鋼面が凹凸になり易く、鏡面性が低下する。そこで、介在物のうち体積割合で７５％以上を占める介在物の硬さと基地の硬さの差は２５０ＨＶ以下とする。
介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下
介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａは、プラスチック成形金型用鋼材を研磨する時に、鋼材中の介在物が脱落して鋼材面に生じるピットの大きさの目安になる。金型に生じたピットはプラスチック製品の表面に転写されて凹凸となる。人の目に視認され易くなる凹凸はおよそ５０μｍ程度の大きさである。そこで、視認性や美観を損なうプラスチック金型の使用上の有害度を小さくするためには、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａは５０μｍ以下とする。
介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａは、プラスチック成形金型用鋼材を研磨する時に、鋼材中の介在物が脱落して鋼材面に生じるピットの大きさの目安になる。金型に生じたピットはプラスチック製品の表面に転写されて凹凸となる。人の目に視認され易くなる凹凸はおよそ５０μｍ程度の大きさである。そこで、視認性や美観を損なうプラスチック金型の使用上の有害度を小さくするためには、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａは５０μｍ以下とする。
さらに、本発明の実施の形態について、表および実施例を参照して以下に順次説明するものとする。
下記の表１に示す発明例のＮｏ．１〜１２および比較例のＮｏ．１３〜２０の化学成分を有するプラスチック成形金型用鋼の各１００ｋｇを、真空誘導溶解炉で溶製して、インゴットに鋳造し、このインゴットを熱処理によりプラスチック成形金型用鋼とした。これらの熱処理ならびに性能試験およびその評価を以下の（１）および（２）に記載した。
（１）上記の溶製により得られたインゴットを１２００℃に加熱し、これを６０ｍｍ角の角棒に鍛伸し、次いで８８０℃に加熱して３０分保持した後、油冷により焼入れし、次いで、焼戻しとして５５０〜６２０℃にて６０分保持した後、空冷し、試料とした。この試料について、硬さ試験、エンドミル加工性試験、ドリル加工性の試験を以下の条件１．硬さ、２．エンドミル加工性、および３．ドリル加工性で実施し、表２に評価を示した。
１．硬さ
硬さについては、断面６０ｍｍ角の角棒の断面内中周部の硬さをロックウェル硬度計により測定した。評価は、ＨＲＣ硬さで、表２に示した。
２．エンドミル加工性
エンドミル加工性については、エンドミル径を３２ｍｍ、エンドミル刃数を２枚、材種を超硬Ｐ２０、切削速度を１０ｍ／ｍｉｎ、送りを０．３ｍｍ／刃、切り込みを軸方向８ｍｍで半径方向１ｍｍ、切削油なしの条件で、エンドミルの加工性の試験を実施した。評価は、２ｍ切削時の逃げ面の摩耗幅が０．１５ｍｍ以下を○とし、２ｍ切削時の逃げ面の摩耗幅が０．１５ｍｍを超えるものを×として表２に示した。
３．ドリル加工性
ドリル加工性については、使用ドリルをＳＫＨ５１、ドリル径をφ８ｍｍ、回転数を６４０ｒｐｍ、送りを６０ｍ／ｍｉｎ、穿孔深さを５０ｍｍ、切削油に水溶性切削油剤とする条件でドリル加工性の試験を実施した。評価は、穿孔数が１００孔以上を○とし、１００孔未満でドリルの折損した場合またはキー音の発生で穿孔中止したものを×として表２に示した。
硬さについては、断面６０ｍｍ角の角棒の断面内中周部の硬さをロックウェル硬度計により測定した。評価は、ＨＲＣ硬さで、表２に示した。
２．エンドミル加工性
エンドミル加工性については、エンドミル径を３２ｍｍ、エンドミル刃数を２枚、材種を超硬Ｐ２０、切削速度を１０ｍ／ｍｉｎ、送りを０．３ｍｍ／刃、切り込みを軸方向８ｍｍで半径方向１ｍｍ、切削油なしの条件で、エンドミルの加工性の試験を実施した。評価は、２ｍ切削時の逃げ面の摩耗幅が０．１５ｍｍ以下を○とし、２ｍ切削時の逃げ面の摩耗幅が０．１５ｍｍを超えるものを×として表２に示した。
３．ドリル加工性
ドリル加工性については、使用ドリルをＳＫＨ５１、ドリル径をφ８ｍｍ、回転数を６４０ｒｐｍ、送りを６０ｍ／ｍｉｎ、穿孔深さを５０ｍｍ、切削油に水溶性切削油剤とする条件でドリル加工性の試験を実施した。評価は、穿孔数が１００孔以上を○とし、１００孔未満でドリルの折損した場合またはキー音の発生で穿孔中止したものを×として表２に示した。
（２）さらに、上記の溶製により得られたインゴットを１２００℃に加熱し、厚さ１５ｍｍ、幅６０ｍｍ、長さ１００ｍｍの平板に鍛伸し、次いで（１）と同様に８８０℃に加熱して３０分保持した後、油冷により焼入れし、次いで、焼戻しとして５５０〜６２０℃にて６０分保持した後、空冷し、試料とした。この試料について、介在物と基地の硬さの差、介在物の体積率、介在物の寸法、鏡面性の試験を以下の条件４．介在物と基地の硬さの差、５．介在物体積率、６．介在物寸法、および７．鏡面性試験で実施し、表２に評価を示した。
４．介在物と基地の硬さの差
介在物と基地の硬さの差については、ビッカース硬度計により、介在物および基地の硬さを、個数Ｎ＝５で測定し、それぞれの平均値の差を求めた。評価は、平均硬さの差が２５０ＨＶ以下を○とし、平均硬さの差が２５０ＨＶを超えるものを×として表２に示した。
５．介在物体積率
介在物体積率については、試料を鏡面研磨し、被検面を顕微鏡で観察し、代表的な箇所の１０ｍｍ平方の視野内の介在物の面積率を画像解析により求めて体積率とした。評価は、体積率が０．０３〜０．３０％のものを○とし、体積率が０．０３％未満または０．３０％を超えるものを×として表２に示した。
６．介在物寸法
介在物の寸法については、試料を鏡面研磨し、被検面を顕微鏡で観察し、代表的な箇所の縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの視野内の介在物の大きさの√Ａｒｅａ（すなわち√｛（介在物の長径）×（介在物の短径）｝）を求めた。評価は、介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下である介在物の個数が９５％以上を○とし、介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下である介在物の個数が９５％未満を×として表２に示した。
７．鏡面性試験
鏡面性試験については、縦１５ｍｍ、横６０ｍｍ、長さ１００ｍｍの平板の広面を砥石粒度♯４０００の研磨紙で研磨し、中央部が縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの研磨面をレーザー顕微鏡で観察し、凹み部の寸法を測定し、肉眼でもピットが見えるか目視評価を行った。評価は、鏡面における凹み部の平均径の大きさの√｛（長径）×（短径）｝が５０μｍ以下でかつ凹み部の深さが５μｍ以下を○とし、鏡面における凹み部の平均径の大きさの√｛（長径）×（短径）｝が５０μｍを超えかつ凹み部の深さが５μｍを超えるものを×とし、あるいは鏡面における凹み部の平均径の大きさの√｛（長径）×（短径）｝が５０μｍを超えるかまたは凹み部の深さが５μｍを超えるかのいずれかであるものを×として表２に示した。
介在物と基地の硬さの差については、ビッカース硬度計により、介在物および基地の硬さを、個数Ｎ＝５で測定し、それぞれの平均値の差を求めた。評価は、平均硬さの差が２５０ＨＶ以下を○とし、平均硬さの差が２５０ＨＶを超えるものを×として表２に示した。
５．介在物体積率
介在物体積率については、試料を鏡面研磨し、被検面を顕微鏡で観察し、代表的な箇所の１０ｍｍ平方の視野内の介在物の面積率を画像解析により求めて体積率とした。評価は、体積率が０．０３〜０．３０％のものを○とし、体積率が０．０３％未満または０．３０％を超えるものを×として表２に示した。
６．介在物寸法
介在物の寸法については、試料を鏡面研磨し、被検面を顕微鏡で観察し、代表的な箇所の縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの視野内の介在物の大きさの√Ａｒｅａ（すなわち√｛（介在物の長径）×（介在物の短径）｝）を求めた。評価は、介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下である介在物の個数が９５％以上を○とし、介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下である介在物の個数が９５％未満を×として表２に示した。
７．鏡面性試験
鏡面性試験については、縦１５ｍｍ、横６０ｍｍ、長さ１００ｍｍの平板の広面を砥石粒度♯４０００の研磨紙で研磨し、中央部が縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの研磨面をレーザー顕微鏡で観察し、凹み部の寸法を測定し、肉眼でもピットが見えるか目視評価を行った。評価は、鏡面における凹み部の平均径の大きさの√｛（長径）×（短径）｝が５０μｍ以下でかつ凹み部の深さが５μｍ以下を○とし、鏡面における凹み部の平均径の大きさの√｛（長径）×（短径）｝が５０μｍを超えかつ凹み部の深さが５μｍを超えるものを×とし、あるいは鏡面における凹み部の平均径の大きさの√｛（長径）×（短径）｝が５０μｍを超えるかまたは凹み部の深さが５μｍを超えるかのいずれかであるものを×として表２に示した。
上記の試験の評価は、表２に見られるように、発明例のＮｏ．１〜Ｎｏ．１２では、基地の硬さは全て２６〜３８ＨＲＣの範囲内であり、かつ、介在物と基地の差、介在物体積率、介在物寸法、エンドミル加工性、ドリル加工性および鏡面性試験の全ての評価で○であり、優れている。
これに対して、表２の比較例では、比較例のＮｏ．１３は、発明例のＮｏ．３と同一の成分でありながら、高温焼戻し（６６０℃）により、硬さが２２ＨＲＣと低いため、鏡面性が劣る。
比較例Ｎｏ．１４は発明例のＮｏ．３と同一の成分でありながら、低温焼戻し（１５０℃）により、硬さが４２ＨＲＣと高いため、介在物と基地の硬さの差が大きく×であり、鏡面性は優れるものの、エンドミル加工性やドリル加工性の被削性に劣る。
比較例Ｎｏ．１５は、Ａｌが小数点３桁では検知できない程少なく、かつ、Ｏが０．０１２％と多いため、凝固時の生成する硫化物の寸法が大きくなり、介在物寸法が×で、鏡面性が×で低い。
比較例Ｎｏ．１６は、Ｓが０．００６％と少ないため、十分な硫化物が生成されていないので、介在物体積率が低く×であり、かつエンドミル加工性やドリル加工性が×で被削性が劣っているが、鏡面性は○である。
比較例Ｎｏ．１７は、Ｓが０．０９８％と多いため、エンドミル加工性やドリル加工性が○で被削性に優れているが、介在物体積率や介在物寸法が大きく×であり、鏡面性が×で劣っている。
比較例Ｎｏ．１８は、Ｔｉを０．２１％と多量に添加しているため、高硬度のＴｉ炭硫化物系介在物が生じており、Ｔｉ炭硫化物系介在物と基地との硬さの差が大きく×であるために、エンドミル加工性やドリル加工性が×で被削性が劣っており、かつ鏡面性が×で劣っている。
比較例Ｎｏ．１９は、Ｓが０．００１％と少なく、その少ないＳの代りにＳｅを０．０８％添加してセレン化物を生成させたものであるが、柔らかいセレン化物と基地の硬さの差が大きく×であり、かつ鏡面性が×で劣っている。
比較例Ｎｏ．２０は、Ｓの代りにＰｂを添加したものであるが、柔らかいＰｂ介在物と基地の硬さの差が大きく×であり、かつ鏡面性が×で劣っている。
Claims (8)
- 質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼で、該鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣであり、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％であり、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下であり、介在物のうち個数割合で９５％以上の介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下であることを特徴とする被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、さらに、Ｖ：０．５％未満、Ｎｂ：０．５％未満、Ｗ：０．５％未満、Ｔｉ：０．５％未満から選択される１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼で、該鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣであり、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％であり、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下であり、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下であることを特徴とする被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、さらに、Ｎｉ：０．３０未満、Ｃｕ：０．１０％未満から選択される１種または２種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼で、該鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣであり、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％であり、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下であり、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下であることを特徴とする被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、さらに、Ｖ：０．５％未満、Ｎｂ：０．５％未満、Ｗ：０．５％未満、Ｔｉ：０．５％未満から選択される１種または２種以上を含有し、さらに、Ｎｉ：０．３０未満、Ｃｕ：０．１０％未満から選択される１種または２種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼で、該鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣであり、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％であり、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下であり、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下であることを特徴とする被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、さらに、Ｎ：０．０２０％未満、Ｐ：０．０４０％未満、Ｂ：０．０１０％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼で、該鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣであり、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％であり、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下であり、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下であることを特徴とする被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、さらに、Ｖ：０．５％未満、Ｎｂ：０．５％未満、Ｗ：０．５％未満、Ｔｉ：０．５％未満から選択される１種または２種以上を含有し、さらに、Ｎ：０．０２０％未満、Ｐ：０．０４０％未満、Ｂ：０．０１０％を含有し未満、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼で、該鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣであり、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％であり、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下であり、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下であることを特徴とする被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、さらに、Ｎｉ：０．３０未満、Ｃｕ：０．１０％未満から選択される１種または２種を含有し、さらに、Ｎ：０．０２０％未満、Ｐ：０．０４０％未満、Ｂ：０．０１０％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼で、該鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣであり、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％であり、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下であり、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下であることを特徴とする被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．１２〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓ：０．０１２〜０．０６０％、Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｏ：０．１０％未満を含有し、さらに、Ｖ：０．５％未満、Ｎｂ：０．５％未満、Ｗ：０．５％未満、Ｔｉ：０．５％未満から選択される１種または２種以上を含有し、さらに、Ｎｉ：０．３０未満、Ｃｕ：０．１０％未満から選択される１種または２種を含有し、さらに、Ｎ：０．０２０％未満、Ｐ：０．０４０％未満、Ｂ：０．０１０％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼で、該鋼の基地の硬さが２６〜３８ＨＲＣであり、介在物の体積率が０．０３〜０．３０％であり、介在物のうち体積割合で７５％以上である介在物の硬さと基地の硬さの差が２５０ＨＶ以下であり、介在物のうち個数割合で９５％以上を占める介在物の大きさの√Ａｒｅａが５０μｍ以下であることを特徴とする被削性と鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼。
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