JP2014189822A - 鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼 - Google Patents
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Abstract
【課題】 新規な化学成分を有し、鏡面性の高い耐食性の新規の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：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下望ましくは４μｍ以下、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数：１６０個以下、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下である鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼である。
【選択図】 なし
【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下望ましくは４μｍ以下、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数：１６０個以下、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下である鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼である。
【選択図】 なし
Description
本発明は、光ディスクなどのように高い表面平滑度を必要とするプラスチック製品を成形する金型並びに工具に関する。
光ディスクなどのような表面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る。さらに、この金型にはプラスチック成形時に発生する腐食性ガスに対する耐食性も必要とされるため、プラスチック成形金型用鋼としてＪＩＳで規定するＳＵＳ４２０Ｊ２相当鋼が使用される。ところで、このプラスチック成形用金型用鋼としてのＳＵＳ４２０Ｊ２相当鋼は、現状では、炭窒化物の偏析が残った状態で使用されている。
上記したように、プラスチック成形用金型用鋼であるＳＵＳ４２０Ｊ２相当鋼から成形した金型は、鏡面性を高めるために研磨されるが、該相当鋼中の炭化物は硬質なため研磨されにくく、さらに偏析して残った炭窒化物およびその周辺は研磨されずに残るので、炭窒化物の周辺が僅かにうねった状態となる。また偏析部の炭窒化物は粗大なものが多く、欠落して孔を作る。そこで、ＳＵＳ４２０Ｊ２相当鋼からなるプラスチック成形用金型は、金型の炭窒化物偏析部では大きなうねりおよび孔が生じる。このため、プラスチック成形用金型として、炭窒化物偏析部の部分が低鏡面状態で使用されていることが判明した。
ところで、上記したような炭窒化物の欠落を抑制するために、鋼の成分組成において、Ｃの含有量を減らすとともにＮの含有量を増加することで、炭窒化物の大きさを微細に制御したプラスチック金型鋼が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この特許文献１では、偏析によるうねりについては考慮しておらず、したがって、鏡面性は不足していると言わざるを得ないものである。
さらに、炭化物の凝集を防ぐために、粉末冶金法により鋼材を得る方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、この特許文献２では、鋼の成分組成にＣ及び炭化物形成元素が多く含まれているため、炭化物の粗大化は避けられず、研磨時に炭化物が欠落し、鏡面性が低下する恐れがある。
上記したように、光ディスクなどのような表面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、また金型にはプラスチック成形時に発生する腐食性ガスに対する耐食性も必要である。これらを満足するものとして、ＳＵＳ４２０Ｊ２相当鋼をプラスチック成形金型用鋼として使用しているが、この鋼は硬質な炭化物と炭窒化物を析出して有するので、プラスチック成形金型としたときの金型表面の鏡面性が低い状態であった。そこで発明者は鋭意研究を進めて本発明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金型用鋼としての新規な化学成分からなる鋼を得て、この鋼に析出して含有される炭化物や炭窒化物における、炭窒化物の粒径、鋼材の圧延方向と平行な面（以下、圧延面と呼ぶ）の１００μｍ平方当たりの炭化物数、圧延面の３００μｍ平方中における５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差を、一定の範囲とすることで鏡面性の高い耐食性の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：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満を含有し、残部が不可避不純物およびＦｅからなる鋼である。そして、この鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下望ましくは４μｍ以下であり、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数が１６０個以下であり、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼である。
第２の手段は、質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０％以下望ましくは０．００５％以下、Ａｌ：０．０５％以下望ましくは０．０３％以下、Ｏ：０．０１００％以下望ましくは０．００５０％以下を含有し、残部が不可避不純物およびＦｅからなる鋼である。そして、この鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下望ましくは４μｍ以下であり、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数が１６０個以下であり、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性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：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満、Ｎｉ：０．００５〜０．４０％を含有し、残部が不可避不純物およびＦｅからなる鋼である。そして、この鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下望ましくは４μｍ以下であり、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数が１６０個以下であり、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性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：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０％以下望ましくは０．００５％以下、Ａｌ：０．０５％以下望ましくは０．０３％以下、Ｏ：０．０１００％以下望ましくは０．００５０％以下、Ｎｉ：０．０５〜０．４０％を含有し、残部が不可避不純物およびＦｅからなる鋼である。そして、この鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下望ましくは４μｍ以下であり、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数が１６０個以下であり、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性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：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満を含有し、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上を０．０１〜０．３０％含有し、残部が不可避不純物およびＦｅからなる鋼である。そして、この鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下望ましくは４μｍ以下であり、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数が１６０個以下であり、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性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：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０％以下望ましくは０．００５％以下、Ａｌ：０．０５％以下望ましくは０．０３％以下、Ｏ：０．０１００％以下望ましくは０．００５０％以下を含有し、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上を０．０１〜０．３０％含有し、残部が不可避不純物およびＦｅからなる鋼である。そして、この鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下望ましくは４μｍ以下であり、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数が１６０個以下であり、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性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：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満、Ｎｉ：０．００５〜０．４０％を含有し、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上を０．０１〜０．３０％含有し、残部が不可避不純物およびＦｅからなる鋼である。そして、この鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下望ましくは４μｍ以下であり、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数が１６０個以下であり、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性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：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０％以下望ましくは０．００５％以下、Ａｌ：０．０５％以下望ましくは０．０３％以下、Ｏ：０．０１００％以下望ましくは０．００５０％以下、Ｎｉ：０．０５〜０．４０％を含有し、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上を０．０１〜０．３０％含有し、残部が不可避不純物およびＦｅからなる鋼である。そして、この鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下望ましくは４μｍ以下であり、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数が１６０個以下であり、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼である。
本発明は、上記の手段としたことで、光ディスクなどのように高い表面平滑度を必要とするプラスチック製品を成形する金型あるいは工具として活用できる、鏡面性が高く耐食性に優れたプラスチック成形金型用鋼であり、本発明のプラスチック成形金型用鋼は、鋼材面における炭窒化物の粒径が小さく鏡面に研磨時にこれらの炭窒化物の滑落による孔が生じることなく、圧延面の１００μｍ平方当たりの炭化物数が少なくその部分に微差な凹凸の多量の発生なく、さらに圧延面の３００μｍ平方中における５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が少ないので最小部が研磨され易くなることなく鏡面にうねりを生じることが無いなどの優れた効果を有する。
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：０．２０〜０．４０％
Ｃは、固溶強化による硬さ、耐摩耗性の向上および焼入性を高めるために必要な元素であり、このためには０．２０％以上が必要である。しかし、Ｃが０．４０％を超えると粗大な炭化物を形成し、金型用鋼の鏡面性を悪化し、耐食性を低下する。そこで、Ｃは０．２０〜０．４０％とする。
Ｃは、固溶強化による硬さ、耐摩耗性の向上および焼入性を高めるために必要な元素であり、このためには０．２０％以上が必要である。しかし、Ｃが０．４０％を超えると粗大な炭化物を形成し、金型用鋼の鏡面性を悪化し、耐食性を低下する。そこで、Ｃは０．２０〜０．４０％とする。
Ｓｉ：０．２〜１．０％
Ｓｉは、溶製時の脱酸剤、鋼の焼入性および基地の硬さを得るために必要な元素であり、このためには０．２％以上が必要である。しかし、Ｓｉが１．０％を超えると靱性および加工性が悪化する。そこで、Ｓｉは０．２〜１．０％とする。
Ｓｉは、溶製時の脱酸剤、鋼の焼入性および基地の硬さを得るために必要な元素であり、このためには０．２％以上が必要である。しかし、Ｓｉが１．０％を超えると靱性および加工性が悪化する。そこで、Ｓｉは０．２〜１．０％とする。
Ｍｎ：１．０％以下
Ｍｎは、溶製時の脱酸剤、鋼の焼入性を得るために必要な元素である。しかし、Ｍｎが１．０％を超えるとマトリックスを脆化する。そこで、Ｍｎは１．０％以下とする。
Ｍｎは、溶製時の脱酸剤、鋼の焼入性を得るために必要な元素である。しかし、Ｍｎが１．０％を超えるとマトリックスを脆化する。そこで、Ｍｎは１．０％以下とする。
Ｃｒ：１２．０〜１５．０％
Ｃｒは、不働態を形成し、耐食性を向上させるとともに焼入れ性を高める元素である。このためには、Ｃｒは１２．０％以上が必要である。しかし、Ｃｒが１５．０％を超えると粗大な炭化物を形成し、金型用鋼の鏡面性を悪化する。そこで、Ｃｒは１２．０〜１５．０％とする。
Ｃｒは、不働態を形成し、耐食性を向上させるとともに焼入れ性を高める元素である。このためには、Ｃｒは１２．０％以上が必要である。しかし、Ｃｒが１５．０％を超えると粗大な炭化物を形成し、金型用鋼の鏡面性を悪化する。そこで、Ｃｒは１２．０〜１５．０％とする。
Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下
ＭｏやＷは、硬質炭化物を形成し、硬さ、耐摩耗性を向上させるとともに、焼入性および焼戻し軟化抵抗性を高める。このためには、Ｍｏ＋Ｗ／２は０．４％以下であることが必要である。Ｍｏ＋Ｗ／２が０．４％を超えると、粗大な炭化物および炭化物偏析を形成し、鏡面性を悪化する。そこで、Ｍｏ＋Ｗ／２は０．４％以下とする。
ＭｏやＷは、硬質炭化物を形成し、硬さ、耐摩耗性を向上させるとともに、焼入性および焼戻し軟化抵抗性を高める。このためには、Ｍｏ＋Ｗ／２は０．４％以下であることが必要である。Ｍｏ＋Ｗ／２が０．４％を超えると、粗大な炭化物および炭化物偏析を形成し、鏡面性を悪化する。そこで、Ｍｏ＋Ｗ／２は０．４％以下とする。
Ｖ：０．１〜１．０％未満
Ｖは、ＶＣとして鋼材中に微細分散して析出し、そのＶＣが他の元素の炭化物の析出起点となり、炭化物偏析を抑制する。このためには、Ｖは０．１％以上が必要である。しかし、Ｖが１．０％以上では粗大な炭窒化物および炭窒化物偏析を形成し、鏡面性を悪化する。そこで、Ｖは０．１〜１．０％未満とする。
Ｖは、ＶＣとして鋼材中に微細分散して析出し、そのＶＣが他の元素の炭化物の析出起点となり、炭化物偏析を抑制する。このためには、Ｖは０．１％以上が必要である。しかし、Ｖが１．０％以上では粗大な炭窒化物および炭窒化物偏析を形成し、鏡面性を悪化する。そこで、Ｖは０．１〜１．０％未満とする。
Ｎ：１００ｐｐｍ未満
Ｎは、１００ｐｐｍ以上含有すると鋼中に窒化物を形成し、鋼面の研磨時に欠落して孔を造り、鏡面性を低下させる。そこで、Ｎは１００ｐｐｍ未満とする。
Ｎは、１００ｐｐｍ以上含有すると鋼中に窒化物を形成し、鋼面の研磨時に欠落して孔を造り、鏡面性を低下させる。そこで、Ｎは１００ｐｐｍ未満とする。
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、結晶粒界へ偏析し、靱性を低下する。そこで、Ｐは０．０３０％以下とする。
Ｐは、結晶粒界へ偏析し、靱性を低下する。そこで、Ｐは０．０３０％以下とする。
Ｓ：０．０１０％以下、望ましくは０．００５０％以下
Ｓは、硫化物を形成し、鏡面性を悪化し、さらに靱性および熱間加工性を悪化する。そこで、Ｓは０．０１０％以下、望ましくは０．００５０％以下とする。
Ｓは、硫化物を形成し、鏡面性を悪化し、さらに靱性および熱間加工性を悪化する。そこで、Ｓは０．０１０％以下、望ましくは０．００５０％以下とする。
Ａｌ：０．０５％以下、望ましくは０．０３％以下
Ａｌは、酸化物や窒化物を形成し、鏡面性を悪化する。そこで、Ａｌは０．０５％以下、望ましくは０．０３％以下とする。
Ａｌは、酸化物や窒化物を形成し、鏡面性を悪化する。そこで、Ａｌは０．０５％以下、望ましくは０．０３％以下とする。
Ｏ：０．０１００％以下、望ましくは０．００５０％以下
Ｏは、他の金属元素と酸化物を形成し、鏡面性を悪化する。そこで、Ｏは０．０１００％以下、望ましくは０．００５０％以下とする。
Ｏは、他の金属元素と酸化物を形成し、鏡面性を悪化する。そこで、Ｏは０．０１００％以下、望ましくは０．００５０％以下とする。
Ｎｉ：０．０５〜０．４０％
Ｎｉは、焼入性および耐食性を高める元素である。このためには、Ｎｉは０．０５％以上が必要である。しかし、Ｎｉが０．４０％以上含有されると、オーステナイト組織が残留して、鋼材寸法の経年変化を起す。そこで、Ｎｉは０．０５〜０．４０％とする。
Ｎｉは、焼入性および耐食性を高める元素である。このためには、Ｎｉは０．０５％以上が必要である。しかし、Ｎｉが０．４０％以上含有されると、オーステナイト組織が残留して、鋼材寸法の経年変化を起す。そこで、Ｎｉは０．０５〜０．４０％とする。
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上：合計で０．０１〜０．３０％
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒは、いづれも微細な炭窒化物を形成し結晶粒粗大化を抑制することで靱性を向上する元素である。そのためには、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上の含有量が合計で０．０１％以上とする必要がある。しかし、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上の含有量が合計で０．３０％を超えて含有されると、粗大な炭窒化物および炭窒化物偏析を形成し鏡面性を悪化する。そこで、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上は合計で０．０１〜０．３０％とする。
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒは、いづれも微細な炭窒化物を形成し結晶粒粗大化を抑制することで靱性を向上する元素である。そのためには、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上の含有量が合計で０．０１％以上とする必要がある。しかし、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上の含有量が合計で０．３０％を超えて含有されると、粗大な炭窒化物および炭窒化物偏析を形成し鏡面性を悪化する。そこで、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上は合計で０．０１〜０．３０％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。
炭窒化物粒径：５μｍ以下、望ましくは４μｍ以下
炭窒化物粒径は、粗大であると研磨時に鋼面から欠落して孔を形成し、鏡面性を低下する。そこで、炭窒化物粒径は５μｍ以下、望ましくは４μｍ以下とする。
炭窒化物粒径は、粗大であると研磨時に鋼面から欠落して孔を形成し、鏡面性を低下する。そこで、炭窒化物粒径は５μｍ以下、望ましくは４μｍ以下とする。
鋼材の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数：１６０個以下
鋼材の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数は、多すぎるとその部分で微細難凹凸が多量に発生する。そこで、鋼材の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数は１６０個以下とする。
鋼材の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数は、多すぎるとその部分で微細難凹凸が多量に発生する。そこで、鋼材の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数は１６０個以下とする。
鋼材の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差：３０個以下
鋼材の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最小部の数の差は、大きいと、最小部が研磨されやすいので鏡面にうねりが生じることとなる。そこで、鋼材の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差は３０個以下とする。
鋼材の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最小部の数の差は、大きいと、最小部が研磨されやすいので鏡面にうねりが生じることとなる。そこで、鋼材の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差は３０個以下とする。
さらに、本発明の実施の形態について、表を参照して以下に順次説明するものとする。先ず、本が発明に係る鋼において、高鏡面性が得られるような炭化物析出状態を実現する方法として、例えば、次の（１）および（２）のような製造方法が好適に適用できる。
（１）本発明の鋼の化学成分からなる鋳造材を再溶融して２次溶解し、再凝固させる製造方法であり、一般的には、真空アーク再溶解法（ＶＡＲ）やエレクトロスラグ再溶解法（ＥＳＲ）によって２次溶解して再凝固させる。すなわち、この方法では、２次溶解により、再溶解後の凝固が短時間で行われるため、凝固偏析が起こりにくく、炭化物の一部凝集を抑えることが可能となる。
（２）上記の（１）により溶解、再凝固させた鋼を、１０００〜１２００℃で１０時間以上のソーキング処理を実施する製造方法である。この製造方法は、鋼中に析出した粗大な炭化物を適正範囲の大きさにコントロールするために最適の製造方法である。このソーキング処理は、焼入れ温度よりも高温で、かつ、融点よりも低い温度で実施する必要がある。ソーキング処理を適正に行えば、形成された粗大な炭化物を小さくし、さらに炭化物の量を少なくして均一に分散させることが可能である。なお、ソーキング処理する温度と時間は成分によって適正値が異なる。
表１に示す発明鋼の化学成分からなるプラスチック成形金型用鋼の１００ｋｇを真空誘導溶解炉で溶製した。この溶製により得られた鋼材を１２００℃に加熱した均熱炉で１０時間ソーキング処理し、これを縦横５０ｍｍの角材に鍛伸し、次いで１０３０℃に加熱して空冷する焼入れ処理を施し、さらに２００〜５００℃に加熱して空冷する焼戻し処理を２回繰り返した。
一方、表１の発明鋼の化学成分の範囲から外れる化学成分を有する鋼を比較鋼とし、その１００ｋｇを真空誘導溶解炉で溶製し、溶製により得られた鋼材を１２００℃に加熱した均熱炉で１０時間ソーキング処理し、これを縦横５０ｍｍの角材に鍛伸し、次いで１０３０℃に加熱して空冷する焼入れ処理を施した。上記の本発明の実施例である発明鋼と同様の処理をしたが、ただし、焼なましすなわち焼鈍処理を省略した。
これらにおける焼入焼戻し硬さは５０ＨＲＣ以上とした。
一方、表１の発明鋼の化学成分の範囲から外れる化学成分を有する鋼を比較鋼とし、その１００ｋｇを真空誘導溶解炉で溶製し、溶製により得られた鋼材を１２００℃に加熱した均熱炉で１０時間ソーキング処理し、これを縦横５０ｍｍの角材に鍛伸し、次いで１０３０℃に加熱して空冷する焼入れ処理を施した。上記の本発明の実施例である発明鋼と同様の処理をしたが、ただし、焼なましすなわち焼鈍処理を省略した。
これらにおける焼入焼戻し硬さは５０ＨＲＣ以上とした。
鏡面性について、本発明の上記の方法において、焼戻し後、縦横５０ｍｍの角材を切断し、水平面を機械研磨により♯１４０００まで研磨し、試験片を作製した。研磨後の面中心部（３００μｍ平方）をレーザー走査型超音波顕微鏡にて撮影し、画像中の５０μｍ平方当りの炭化物数、炭化物の大きさを画像解析装置により計測した。また、研磨後の面について、粗さ指標であるＲａおよびうねり指標であるＷＳｍを測定した。Ｒａは０．０１５以下（Ｒａ≦０．０１５）、ＷＳｍは６５μｍ（ＷＳｍ≦６５μｍ）であれば、面粗さやうねりが製品の鋼材表面に転写されたとしても、製品に影響が現れないことから、満たされれば○、満たさなければ×として、表２に、本願の発明に係るものを発明鋼とし、比較に係るものを比較鋼として評価結果を示している。
表１に見られるように、本願の請求項に係る発明の化学成分の範囲を外れる比較鋼、ソーキング処理を行っていない比較鋼は、表２に見られるように、鋼材面から酸化物および炭窒化物の欠落があり、鋼材面にうねりが発生し、粗さ指標Ｒａやうねり指標ＷＳｍが大きい。これに対して、本発明鋼は粗さ指標Ｒａは小さく、さらにうねり指標ＷＳｍは小さい。したがって、本発明鋼によるプラスチック成形金型は優れた鏡面性有するのである。
Claims (8)
- 質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下であり、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数が１６０個以下であり、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．０５％以下、Ｏ：０．０１００％以下を含有し残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下であり、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数が１６０個以下であり、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満、Ｎｉ：０．００５〜０．４０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下であり、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数が１６０個以下であり、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．０５％以下、Ｏ：０．０１００％以下、Ｎｉ：０．０５〜０．４０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下であり、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数が１６０個以下であり、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満を含有し、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上を０．０１〜０．３０％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下であり、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数が１６０個以下であり、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．０５％以下、Ｏ：０．０１００％以下を含有し、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上を０．０１〜０．３０％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下であり、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数が１６０個以下であり、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満、Ｎｉ：０．００５〜０．４０％を含有し、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上を０．０１〜０．３０％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下であり、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数が１６０個以下であり、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ＋Ｗ／２：０．４％以下、Ｖ：０．１〜１．０％未満、Ｎ：１００ｐｐｍ未満、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．０５％以下、Ｏ：０．０１００％以下、Ｎｉ：０．０５〜０．４０％を含有し、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上を０．０１〜０．３０％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が５μｍ以下であり、該鋼の圧延面における１００μｍ平方当たりの炭化物数が１６０個以下であり、さらに該鋼の圧延面における３００μｍ平方中の５０μｍ平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が３０個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼。
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