JP2017512253A - プラスチック金型用ステンレス鋼およびそのステンレス鋼製の金型 - Google Patents
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Abstract
本発明は、高い硬度と良好な耐食性が要求されるプラスチック成形金型用マルテンサイト系ステンレス鋼に関する。このステンレス鋼は、重量%で、C 0.56〜0.82;N 0.08〜0.25;C+N 0.64〜1.0;Si 1.05〜2.0;Mn 0.2〜1.0;Cr 12〜16;Mo 0.1〜0.8;V 0.10〜0.45;Al ≦0.3;P ≦0.05;S ≦0.5、任意選択元素、残部は不純物を別にしてFe、からなる。
Description
技術分野
本発明は、高い硬度と良好な耐食性が要求される、プラスチック成形金型(plastic forming moulds)用のマルテンサイト系ステンレス鋼に関する。本発明はまた、本発明の鋼製のプラスチック成形金型にも関する。
本発明は、高い硬度と良好な耐食性が要求される、プラスチック成形金型(plastic forming moulds)用のマルテンサイト系ステンレス鋼に関する。本発明はまた、本発明の鋼製のプラスチック成形金型にも関する。
発明の背景
プラスチック成形金型用材料として、ステンレス鋼、特にはAISI 420およびAISI 440のようなプリハードン400番台ステンレス鋼、を使用することが知られている。しかし、これらの鋼は、炭化物の偏析およびデルタフェライトの形成が生じる傾向がある。かなりの量の残留オーステナイトがまた、これらの鋼の焼入れ及び焼戻し状態で存在し得る。したがってその機械的特性は、プラスチック金型(plastic mould)用途に最適ではない。AISI 420タイプ、DIN 1.2316およびDIN 1.2085の鋼のような、約0.35〜0.40重量%という中程度の炭素含有量を有するステンレス鋼は、硬度が比較的低いという弱点を有し、そのため限られた耐摩耗性しか持たない。例えばAISI 440CなどのAISI 440タイプのステンレス鋼は、約1重量%の炭素含有量と良好な耐摩耗性を有している。図1に示すように。この鋼は、低温または高温での焼戻し後に58〜60HRCの範囲の硬度を得ることができる。しかし、図2に示すように、これらの鋼は、特には470〜500℃の温度範囲でアニールした後に、耐食性が低いという弱点を有する。58〜60HRCの硬度と十分な耐食性を得るために、200℃における低温アニールを使用することができる。しかし、低温アニールの重大な不利益は、鋼がクラックを起こしやすくなるということである。特には、クラックは放電加工(EDM)の間に、またグラインディングの後にさえも、発生する。したがって、プラスチック金型に使用する場合、クラックを防止するために、AISI 440C鋼に高温アニール処理を施す必要があるが、そうすると耐食性が損なわれる。
プラスチック成形金型用材料として、ステンレス鋼、特にはAISI 420およびAISI 440のようなプリハードン400番台ステンレス鋼、を使用することが知られている。しかし、これらの鋼は、炭化物の偏析およびデルタフェライトの形成が生じる傾向がある。かなりの量の残留オーステナイトがまた、これらの鋼の焼入れ及び焼戻し状態で存在し得る。したがってその機械的特性は、プラスチック金型(plastic mould)用途に最適ではない。AISI 420タイプ、DIN 1.2316およびDIN 1.2085の鋼のような、約0.35〜0.40重量%という中程度の炭素含有量を有するステンレス鋼は、硬度が比較的低いという弱点を有し、そのため限られた耐摩耗性しか持たない。例えばAISI 440CなどのAISI 440タイプのステンレス鋼は、約1重量%の炭素含有量と良好な耐摩耗性を有している。図1に示すように。この鋼は、低温または高温での焼戻し後に58〜60HRCの範囲の硬度を得ることができる。しかし、図2に示すように、これらの鋼は、特には470〜500℃の温度範囲でアニールした後に、耐食性が低いという弱点を有する。58〜60HRCの硬度と十分な耐食性を得るために、200℃における低温アニールを使用することができる。しかし、低温アニールの重大な不利益は、鋼がクラックを起こしやすくなるということである。特には、クラックは放電加工(EDM)の間に、またグラインディングの後にさえも、発生する。したがって、プラスチック金型に使用する場合、クラックを防止するために、AISI 440C鋼に高温アニール処理を施す必要があるが、そうすると耐食性が損なわれる。
また、上記の不利益に加えて、AISI 440C鋼は、残留オーステナイト量が高すぎることによって、熱処理時の低い寸法安定性を有する。
発明の開示
本発明の一般的な目的は、EDMを施すことができ、プラスチック成形金型用材料として好適である、ステンレス鋼を提供することである。特には、ステンレス鋼はマルテンサイト系であるべきであり、高硬度、高温アニール後においてさえ良好な耐食性および良好な寸法安定性を有する。
本発明の一般的な目的は、EDMを施すことができ、プラスチック成形金型用材料として好適である、ステンレス鋼を提供することである。特には、ステンレス鋼はマルテンサイト系であるべきであり、高硬度、高温アニール後においてさえ良好な耐食性および良好な寸法安定性を有する。
別の目的は、前記の新規なステンレス鋼からなるプラスチック成形金型を提供することにある。
前述の目的、ならびにさらなる利点は、合金の請求項に記載されるような組成を有するステンレス鋼を提供することにより、著しい程度に達成される。
鋼は、プラスチック金型メーカーが提起している材料特性に対する厳しい要求を満たす特性プロファイル(property profile)を有している。
本発明は、特許請求の範囲に定義されている。
詳細な説明
以下に、特許請求された合金の化学成分の制限についてだけでなく、個々の元素とそれらの相互作用の重要性について、簡単に説明する。使用されるおよび好ましい範囲は特許請求の範囲に規定される。鋼の化学組成についての全ての百分率は、明細書全体にわたって重量%(wt%)で示す。
以下に、特許請求された合金の化学成分の制限についてだけでなく、個々の元素とそれらの相互作用の重要性について、簡単に説明する。使用されるおよび好ましい範囲は特許請求の範囲に規定される。鋼の化学組成についての全ての百分率は、明細書全体にわたって重量%(wt%)で示す。
炭素(0.56〜0.82%)
炭素は、焼入れ性に有利であり、0.56%の最小含有量で、好ましくは少なくとも0.62%、0.64%または0.66%で、存在すべきである。高炭素含有量では、多すぎる量のM23C6、M7C3およびM2C型の炭化物(ここでMはCr、Fe、Mo、Vまたは他の炭化物形成元素を表す)が鋼中に形成されることがあり、これは延性(ductility)および耐食性の低下につながる。さらに、高炭素含有量はまた、残留オーステナイト量の増加につながることがある。炭素含有量は、したがって、0.82%を超えないだろう。炭素の上限は0.80%、0.74%、0.72%または0.70%に設定することができる。
炭素は、焼入れ性に有利であり、0.56%の最小含有量で、好ましくは少なくとも0.62%、0.64%または0.66%で、存在すべきである。高炭素含有量では、多すぎる量のM23C6、M7C3およびM2C型の炭化物(ここでMはCr、Fe、Mo、Vまたは他の炭化物形成元素を表す)が鋼中に形成されることがあり、これは延性(ductility)および耐食性の低下につながる。さらに、高炭素含有量はまた、残留オーステナイト量の増加につながることがある。炭素含有量は、したがって、0.82%を超えないだろう。炭素の上限は0.80%、0.74%、0.72%または0.70%に設定することができる。
窒素(0.08〜0.25%)
窒素は、望ましい種類および量の硬質相、特にV(C、N)を得るために、0.08〜0.25%に限定される。窒素含有量は、バナジウム含有量に対して適切にバランスがとれると、バナジウムリッチな炭窒化物V(C、N)が形成されるだろう。これらは部分的にオーステナイト化工程の間に固溶し、次いで焼き戻し工程中にナノメートルサイズの粒子として析出するだろう。バナジウム炭窒化物の熱安定性はバナジウム炭化物よりも良好であると考えられ、従ってステンレス工具鋼の焼戻し抵抗性を改善することがある。さらに、少なくとも2回の焼戻しにより、焼き戻し曲線はより高い二次ピークを持つだろう。しかし、過度の添加は、細孔の形成をもたらすことある。Nの好ましい範囲は、0.10〜0.20%、0.10〜0.18%、0.12〜0.20%、また0.12〜0.18%を含む。
窒素は、望ましい種類および量の硬質相、特にV(C、N)を得るために、0.08〜0.25%に限定される。窒素含有量は、バナジウム含有量に対して適切にバランスがとれると、バナジウムリッチな炭窒化物V(C、N)が形成されるだろう。これらは部分的にオーステナイト化工程の間に固溶し、次いで焼き戻し工程中にナノメートルサイズの粒子として析出するだろう。バナジウム炭窒化物の熱安定性はバナジウム炭化物よりも良好であると考えられ、従ってステンレス工具鋼の焼戻し抵抗性を改善することがある。さらに、少なくとも2回の焼戻しにより、焼き戻し曲線はより高い二次ピークを持つだろう。しかし、過度の添加は、細孔の形成をもたらすことある。Nの好ましい範囲は、0.10〜0.20%、0.10〜0.18%、0.12〜0.20%、また0.12〜0.18%を含む。
ケイ素(1.05〜2.0%)
ケイ素は、脱酸のために使用される。Siは、鋼中の炭素の活量(activity)を増加させる。また、Siは、鋼の被削性を向上させる。望ましい効果を得るためにSi含有量は少なくとも1.05%、好ましくはそれより高く、例えば少なくとも1.15%、または少なくとも1.25%であるべきである。しかし、Siは強力なフェライト形成剤なので、≦2.0%、好ましくは1.65%、1.50%または1.45%に制限されるべきである。本発明の鋼では、二次硬化のピークがより低い温度で起こり硬度が増加するであろうという点で、ケイ素は焼戻し応答性に有利な効果を有するようである。
ケイ素は、脱酸のために使用される。Siは、鋼中の炭素の活量(activity)を増加させる。また、Siは、鋼の被削性を向上させる。望ましい効果を得るためにSi含有量は少なくとも1.05%、好ましくはそれより高く、例えば少なくとも1.15%、または少なくとも1.25%であるべきである。しかし、Siは強力なフェライト形成剤なので、≦2.0%、好ましくは1.65%、1.50%または1.45%に制限されるべきである。本発明の鋼では、二次硬化のピークがより低い温度で起こり硬度が増加するであろうという点で、ケイ素は焼戻し応答性に有利な効果を有するようである。
マンガン(0.2〜1.0%)
マンガンは、鋼の焼入れ性の向上に寄与し、またマンガンは硫黄とともにマンガン硫化物を形成することにより被削性改善に寄与することができる。また、Mnは鋼中の窒素の溶解度を増加させる。マンガンは従って0.2%の最小含有量で、好ましくは少なくとも0.3%で、存在するであろう。しかし、Mnは、コスト上の理由からその下限が0.35%または0.40%に設定され得るように、スクラップ添加により鋼中に導入される。マンガンは、オーステナイト安定化元素であり、あまりにも多くの残留オーステナイトを回避するために、1.0%、0.8%、0.65%または0.60%に制限されるべきである。好ましい範囲は、0.40〜0.65%および0.40〜0.60%を含む。
マンガンは、鋼の焼入れ性の向上に寄与し、またマンガンは硫黄とともにマンガン硫化物を形成することにより被削性改善に寄与することができる。また、Mnは鋼中の窒素の溶解度を増加させる。マンガンは従って0.2%の最小含有量で、好ましくは少なくとも0.3%で、存在するであろう。しかし、Mnは、コスト上の理由からその下限が0.35%または0.40%に設定され得るように、スクラップ添加により鋼中に導入される。マンガンは、オーステナイト安定化元素であり、あまりにも多くの残留オーステナイトを回避するために、1.0%、0.8%、0.65%または0.60%に制限されるべきである。好ましい範囲は、0.40〜0.65%および0.40〜0.60%を含む。
クロム(12〜16%)
クロムは、ステンレス鋼の中で最も重要な元素である。少なくとも12%の固溶量で存在する場合、クロムは鋼表面の不動態膜の形成をもたらす。クロムは、鋼に優れた焼入れ性と耐食性を与えるために、12と16%の間(between)の量で鋼中に存在するであろう。好ましくは、Crは良好な耐孔食性を守るために、13%超の量で存在する。下限は、意図される用途に応じて設定され、13、1%、14.0%、14.2%または14.7%であることができる。しかし、Crは強力なフェライト形成剤であり、焼入れ後のフェライトを避けるために、その量を制御することが必要である。実用上の理由から、上限は15.8%、15.7%、15.5%または15.1%に減少させることができる。好ましい範囲は14.2〜15.5%および14.7〜15.1%を含む。
クロムは、ステンレス鋼の中で最も重要な元素である。少なくとも12%の固溶量で存在する場合、クロムは鋼表面の不動態膜の形成をもたらす。クロムは、鋼に優れた焼入れ性と耐食性を与えるために、12と16%の間(between)の量で鋼中に存在するであろう。好ましくは、Crは良好な耐孔食性を守るために、13%超の量で存在する。下限は、意図される用途に応じて設定され、13、1%、14.0%、14.2%または14.7%であることができる。しかし、Crは強力なフェライト形成剤であり、焼入れ後のフェライトを避けるために、その量を制御することが必要である。実用上の理由から、上限は15.8%、15.7%、15.5%または15.1%に減少させることができる。好ましい範囲は14.2〜15.5%および14.7〜15.1%を含む。
モリブデン(0.1〜0.8%)
Moは焼入れ性に対して非常に有利な効果を有することが知られている。また、耐孔食性を向上させることが知られている。またMoは、W以上にM(C、N)の形成および二次硬化も促進する。最小含有量は0.1%であり、0.17%、0.23%、0.25%または0.30%とすることもできる。モリブデンは強力な炭化物形成元素であり強力なフェライト形成剤でもある。モリブデンの最大含有量は、したがって、0.8%である。好ましくは、Moは0.7%、0.65%、0.55%、さらには0.50%に制限される。
Moは焼入れ性に対して非常に有利な効果を有することが知られている。また、耐孔食性を向上させることが知られている。またMoは、W以上にM(C、N)の形成および二次硬化も促進する。最小含有量は0.1%であり、0.17%、0.23%、0.25%または0.30%とすることもできる。モリブデンは強力な炭化物形成元素であり強力なフェライト形成剤でもある。モリブデンの最大含有量は、したがって、0.8%である。好ましくは、Moは0.7%、0.65%、0.55%、さらには0.50%に制限される。
バナジウム(0.10〜0.45%)
バナジウムは、鋼のマトリックス中に、均等に分布したM(C、N)型の一次析出炭窒化物を形成する。本発明の鋼では、Mは主にバナジウムであるが、かなりの量のCrおよびいくらかのMoが存在しうる。バナジウムは、したがって、0.10〜0.45%の量で存在するであろう。上限は、0.40%、0.35%または0.30%に設定することができる。下限は、0.15%、0.20%、0.22%または0.25%に設定することができる。上限および下限は、請求項1に記載された制限内で自由に組み合わされてよい。
バナジウムは、鋼のマトリックス中に、均等に分布したM(C、N)型の一次析出炭窒化物を形成する。本発明の鋼では、Mは主にバナジウムであるが、かなりの量のCrおよびいくらかのMoが存在しうる。バナジウムは、したがって、0.10〜0.45%の量で存在するであろう。上限は、0.40%、0.35%または0.30%に設定することができる。下限は、0.15%、0.20%、0.22%または0.25%に設定することができる。上限および下限は、請求項1に記載された制限内で自由に組み合わされてよい。
アルミニウム(≦0.3%)
アルミニウムは、脱酸のために使用することができる。ほとんどの場合、アルミニウム含有量は0.06%に制限される。適当な上限は0.06%、0.046%、0.036%および0.03%である。十分な脱酸を確実にするために設定される適切な下限は0.005%および0.01%である。
アルミニウムは、脱酸のために使用することができる。ほとんどの場合、アルミニウム含有量は0.06%に制限される。適当な上限は0.06%、0.046%、0.036%および0.03%である。十分な脱酸を確実にするために設定される適切な下限は0.005%および0.01%である。
任意選択元素
ニッケル(≦1%)
ニッケルは、鋼に良い焼入れ性と靭性を与える。費用がかかるため、鋼のニッケル含有量が制限されるべきである。好ましい含有量は≦0.5%または≦0.35%である。最も好ましくは、Niは意図的には添加されない。
ニッケル(≦1%)
ニッケルは、鋼に良い焼入れ性と靭性を与える。費用がかかるため、鋼のニッケル含有量が制限されるべきである。好ましい含有量は≦0.5%または≦0.35%である。最も好ましくは、Niは意図的には添加されない。
銅(≦3%)
Cuは任意選択の元素であり、鋼の硬度と耐食性を増加させることに寄与することがある。また、被削性と同様に鋼の耐食性に寄与する。使用する場合、好ましい範囲は0.02〜2%および0.02〜0.5%である。ただし、いったん銅が添加されると、鋼から銅を抽出することはできない。これは大幅にスクラップ処理を難しくする。このため、銅は通常、意図的には添加されない。
Cuは任意選択の元素であり、鋼の硬度と耐食性を増加させることに寄与することがある。また、被削性と同様に鋼の耐食性に寄与する。使用する場合、好ましい範囲は0.02〜2%および0.02〜0.5%である。ただし、いったん銅が添加されると、鋼から銅を抽出することはできない。これは大幅にスクラップ処理を難しくする。このため、銅は通常、意図的には添加されない。
コバルト(≦3%)
Coは任意選択元素である。これは、マルテンサイトの硬度を増加させることに寄与する。最大量は3%である。しかしながら、スクラップ処理などの実際的な理由のために、Coは意図的には添加されない。好ましい最大含有量は0.15%に設定することができる。
Coは任意選択元素である。これは、マルテンサイトの硬度を増加させることに寄与する。最大量は3%である。しかしながら、スクラップ処理などの実際的な理由のために、Coは意図的には添加されない。好ましい最大含有量は0.15%に設定することができる。
タングステン(≦0.8%)
タングステンは、鋼の特性に有害すぎることなく最大0.8%の含有量で存在してもよい。しかし、タングステンは、固化中に偏析する傾向があり、望ましくないデルタフェライトを生じさせることがある。さらに、タングステンは高価であり、それはまた、スクラップ処理を複雑にする。最大量はしたがって、0.8%、好ましくは0.5%に制限され、好ましくは意図的な添加が行われない。
タングステンは、鋼の特性に有害すぎることなく最大0.8%の含有量で存在してもよい。しかし、タングステンは、固化中に偏析する傾向があり、望ましくないデルタフェライトを生じさせることがある。さらに、タングステンは高価であり、それはまた、スクラップ処理を複雑にする。最大量はしたがって、0.8%、好ましくは0.5%に制限され、好ましくは意図的な添加が行われない。
ニオブ(≦0.1%)
ニオブは、M(C,N)型の炭窒化物を形成する点で、バナジウムに似ている。Nbの最大添加量は0.1%である。好ましくは、ニオブは添加されない。
ニオブは、M(C,N)型の炭窒化物を形成する点で、バナジウムに似ている。Nbの最大添加量は0.1%である。好ましくは、ニオブは添加されない。
リン(≦0.05%)
Pは、焼戻し脆化を引き起こす可能性のある、不純物元素である。したがって、≦0.05%、0.03%、0.020%、0.01%または0.005%に制限される。
Pは、焼戻し脆化を引き起こす可能性のある、不純物元素である。したがって、≦0.05%、0.03%、0.020%、0.01%または0.005%に制限される。
硫黄(≦0.5%)
硫黄は、介在物の数を減少させるために、好ましくはS≦0.004%に制限される。ただし、Sは、鋼の被削性向上に寄与する。焼入れ焼戻し状態での鋼の被削性を改善するのに適した含有量は0.07〜0.15%である。高硫黄含有量では赤熱脆性の危険性がある。また、高硫黄含有量は、鋼の疲労特性に負の効果を有することがある。鋼は、したがって、≦0.5%を含むであろう。しかし、鋼がエレクトロスラグ再溶解(ESR)によって製造される場合、硫黄含有量は非常に低くあるべきで、好ましくは≦0.002%、より好ましくは≦0.001%または≦0.0008%であるべきである。
硫黄は、介在物の数を減少させるために、好ましくはS≦0.004%に制限される。ただし、Sは、鋼の被削性向上に寄与する。焼入れ焼戻し状態での鋼の被削性を改善するのに適した含有量は0.07〜0.15%である。高硫黄含有量では赤熱脆性の危険性がある。また、高硫黄含有量は、鋼の疲労特性に負の効果を有することがある。鋼は、したがって、≦0.5%を含むであろう。しかし、鋼がエレクトロスラグ再溶解(ESR)によって製造される場合、硫黄含有量は非常に低くあるべきで、好ましくは≦0.002%、より好ましくは≦0.001%または≦0.0008%であるべきである。
酸素(任意選択で0.003〜0.01%)
酸素は、鋼中に望ましい量の酸化物介在物を形成し、それによって鋼の被削性を向上させるために、取鍋処理の間に鋼に意図的に添加されることがある。そのとき酸素含有量は0.003〜0.01%の範囲内に収まるように制御される。好ましい範囲は0.003〜0.007%である。しかし、鋼がエレクトロスラグ再溶解(ESR)により製造される場合は、酸素含有量を、≦0.001%、好ましくは≦0.0008%に低減することができる。
酸素は、鋼中に望ましい量の酸化物介在物を形成し、それによって鋼の被削性を向上させるために、取鍋処理の間に鋼に意図的に添加されることがある。そのとき酸素含有量は0.003〜0.01%の範囲内に収まるように制御される。好ましい範囲は0.003〜0.007%である。しかし、鋼がエレクトロスラグ再溶解(ESR)により製造される場合は、酸素含有量を、≦0.001%、好ましくは≦0.0008%に低減することができる。
カルシウム(任意選択で0.0003〜0.009%)
カルシウムは、望ましい組成および形の介在物を形成するために、取鍋処理の間に鋼に意図的に添加されることがある。そのときカルシウムは0.0003〜0.009、好ましくは0.0005〜0.005の量で添加される。
カルシウムは、望ましい組成および形の介在物を形成するために、取鍋処理の間に鋼に意図的に添加されることがある。そのときカルシウムは0.0003〜0.009、好ましくは0.0005〜0.005の量で添加される。
Be、Se、MgおよびREM(希土類金属)
これらの元素は、さらに被削性、熱間加工性および/または溶接性を向上させるために、特許請求された量で鋼中に添加することができる。
これらの元素は、さらに被削性、熱間加工性および/または溶接性を向上させるために、特許請求された量で鋼中に添加することができる。
ホウ素(≦0.01%)
Bは、鋼の硬度をさらに増加させるために使用することができる。その量は、0.01%に制限され、好ましくは≦0.003%である。
Bは、鋼の硬度をさらに増加させるために使用することができる。その量は、0.01%に制限され、好ましくは≦0.003%である。
Ti、Zr、Ta
これらの元素は炭化物形成剤であり、硬質相の組成を変更するために特許請求された範囲で合金に存在し得る。しかし、通常これらの元素はいずれも添加されない。
これらの元素は炭化物形成剤であり、硬質相の組成を変更するために特許請求された範囲で合金に存在し得る。しかし、通常これらの元素はいずれも添加されない。
PRE
孔食指数(pitting resistance equivalent、PRE)は、ステンレス鋼の耐孔食性を定量化するためにしばしば使用される。より高い値が、孔食に対する耐性が高いことを示す。高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼について、次の式を使用することができる:
PRE=%Cr+3.3 %Mo+30 %N
式中、%Cr、%Mo、%Nは、オーステナイト化温度(TA)においてマトリックス中に固溶した含有量である。固溶した含有量は、実際のオーステナイト化温度(TA)についてThermo−Calcで計算することができ、および/または、クエンチ後の鋼で測定できる。オーステナイト化温度(TA)は、950〜1200℃、典型的には1000〜1050℃の範囲にある。好ましくは、PRE値は16〜18の範囲にある。
孔食指数(pitting resistance equivalent、PRE)は、ステンレス鋼の耐孔食性を定量化するためにしばしば使用される。より高い値が、孔食に対する耐性が高いことを示す。高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼について、次の式を使用することができる:
PRE=%Cr+3.3 %Mo+30 %N
式中、%Cr、%Mo、%Nは、オーステナイト化温度(TA)においてマトリックス中に固溶した含有量である。固溶した含有量は、実際のオーステナイト化温度(TA)についてThermo−Calcで計算することができ、および/または、クエンチ後の鋼で測定できる。オーステナイト化温度(TA)は、950〜1200℃、典型的には1000〜1050℃の範囲にある。好ましくは、PRE値は16〜18の範囲にある。
鋼生産
特許請求される化学組成を有するステンレス鋼は、従来の製鋼法によって、または粉末冶金(PM)によって、製造することができる。この種の鋼はしばしば、電気アーク炉(EAF)でスクラップを融解し、次いでその鋼を取鍋冶金、および任意選択で真空脱ガスに供することによって、製造される。溶湯を攪拌して溶湯の表面を大気にさらすことによって、および/または、ミルスケールの添加によって、取鍋内の液状の鋼の酸素含有量を増加させてもよい。カルシウムは、好ましくはCaSiとして、冶金処理の最後に添加される。しかし、この処理はオプションであり、鋼の被削性に特別な要求がある場合にのみ行われる。
特許請求される化学組成を有するステンレス鋼は、従来の製鋼法によって、または粉末冶金(PM)によって、製造することができる。この種の鋼はしばしば、電気アーク炉(EAF)でスクラップを融解し、次いでその鋼を取鍋冶金、および任意選択で真空脱ガスに供することによって、製造される。溶湯を攪拌して溶湯の表面を大気にさらすことによって、および/または、ミルスケールの添加によって、取鍋内の液状の鋼の酸素含有量を増加させてもよい。カルシウムは、好ましくはCaSiとして、冶金処理の最後に添加される。しかし、この処理はオプションであり、鋼の被削性に特別な要求がある場合にのみ行われる。
溶湯は、インゴット鋳造、好ましくは下注鋳造によって、インゴットに鋳造される。粉末冶金(PM)製造も使用できるが、コストの理由から、通常は使用されない。一方、プラスチック金型用鋼は、多くの場合、高い清浄度を必要とする。この理由から、VIM、VARまたはESRなどの1つまたは複数の再溶融ステップが、処理経路に含まれてもよい。ほとんどの場合、ESRが好ましい経路である。
鋼は、400番シリーズのステンレス鋼に使用されているのと同様の方法で、硬度を調整するために熱処理することができる。焼入れ温度範囲は、980℃〜1030℃の範囲内であることが好ましい。1030℃を超えると、粒成長が起こりまた残留オーステナイト含有量が増加するであろうからである。保持時間は約30分であるべきである。1020℃の温度が好ましい。鋼は、室温までの中間冷却をともなって、2回焼戻すべきである。焼戻し温度での保持時間は最小2時間であるべきである。使用されるべき最低焼戻し温度は250℃である。焼入れ温度として1020℃を使用したとき、250℃での焼戻し後に、56〜58HRCの硬度を得ることができる。520℃での焼戻し後には、58〜60HRCの硬度を得ることができる。後者の処理によって、残留オーステナイトが除去され、ゼロに近い寸法変化が与えられる。
例
本発明に従う鋼組成物を、従来の冶金法によって調製した。比較鋼は、規格AISI 440Cのものである。調べた鋼の組成を、表1に示す(重量%で)。残部は、不純物の他に、Feである。
本発明に従う鋼組成物を、従来の冶金法によって調製した。比較鋼は、規格AISI 440Cのものである。調べた鋼の組成を、表1に示す(重量%で)。残部は、不純物の他に、Feである。
本発明の鋼は、30分間1000〜1050℃でオーステナイト化して焼入れし、400〜550℃で2時間の焼き戻しを二回施した。結果を表2に示す。
比較鋼にも、焼入れ焼戻しを行い、その結果を表3に示す。
比較鋼によっては、必要な硬度を450℃と500℃の焼戻し後に達成することができるが、良好な寸法安定性を確保するためには残留オーステナイト量があまりにも高すぎることがわかる。大まかに言えば、残留オーステナイト量は、良好な寸法安定性を得るために、焼入れの間および生産中に(in production)8%未満であるべきである。残留オーステナイトの量を減少させるために、より高い焼戻し温度を使用することができるが、それらは硬度があまりにも低すぎるので、選択肢にならない。
本発明の鋼の耐食性は、すべてのテストにおいて、比較鋼AISI 440Cより優れていることが判明した。テストは、室温で0.1mol H2SO4中で行った。図3に示される1つの比較試験の結果から、500℃での焼戻し後に本発明の鋼がAISI 440Cよりかなり良好な耐食性を有していたことが明らかになっている。
参照鋼と本発明鋼の他の特性を比較するために、さらなる試験を行った。その結果を図4に要約する。本発明の鋼は、プラスチック成形金型における意図した使用のための改良された特性プロファイルを有することが分かる。
本鋼合金は、特にプラスチック成形金型に使用するために開発されているが、この合金は、多くの他の用途において有用であり得ると考えられる。考えられる用途としては、限定はされないが、食品加工業およびプラスチックリサイクル業などの、耐食性が要求される分野における、刃物、特にはナイフ、スクリュー、チョッパディスク(chopper discs)およびプレスローラ、を含む。鋼は、ロッド、ストリップを含む任意の従来の形態で提供することができる。
Claims (15)
- 重量%で、
C 0.56〜0.82
N 0.08〜0.25
C+N 0.64〜1.0
Si 1.05〜2.0
Mn 0.2〜1.0
Cr 12〜16
Mo 0.1〜0.8
V 0.10〜0.45
Al ≦0.3
P ≦0.05
S ≦0.5
任意選択で
Ni ≦1
Cu ≦3
Co ≦3
W ≦0.8
Nb ≦0.1
Ti ≦0.1
Zr ≦0.1
Ta ≦0.1
B ≦0.01
Be ≦0.2
Se ≦0.3
Ca 0.0003〜0.009
O 0.003〜0.01
Mg ≦0.01
REM ≦0.2
残部 不純物を別にしてFe
からなるプラスチック金型用ステンレス鋼。 - 重量%で、以下の要件
C 0.56〜0.80
N 0.10〜0.20
C+N 0.66〜0.90
Si 1.05〜1.65
Mn 0.3〜0.8
Cr 13.1〜15.8
Mo 0.2〜0.7
V 0.15〜0.40
Al ≦0.06
Ni ≦0.5
Cu 0.02〜2
Co ≦0.5
W ≦0.5
Nb ≦0.008
Ti ≦0.01
Zr ≦0.01
Ta ≦0.01
B ≦0.003
P ≦0.03
S ≦0.002
O ≦0.001
のうちの少なくとも一つを満たす、請求項1記載のプラスチック金型用ステンレス鋼。 - 重量%で、以下の要件
C 0.62〜0.74
N 0.10〜0.18
(C+N) 0.72〜0.88
Si 1.05〜1.50
Mn 0.35〜0.55
Cr 14.0〜15.7
Mo 0.23〜0.65
V 0.22〜0.35
Al 0.005〜0.046
Cu ≦0.5
Ti ≦0.005
Nb ≦0.005
P ≦0.020
S ≦0.004
Ni ≦0.3
のうちの少なくとも一つを満たす、請求項1または2に記載のプラスチック金型用ステンレス鋼。 - 重量%で、以下の要件
C 0.64〜0.72
N 0.12〜0.20
(C+N) 0.76〜0.84
Si 1.15〜1.65
Mn 0.40〜0.65
Cr 14.2〜15.5
Mo 0.25〜0.55
V 0.20〜0.28
Al 0.01〜0.036
のうちの少なくとも一つを満たす、請求項1又は2記載のプラスチック金型用ステンレス鋼。 - 重量%で、以下の要件
C 0.66〜0.70
N 0.12〜0.18
Si 1.25〜1.45
Mn 0.40〜0.60
Cr 14.7〜15.1
Mo 0.30〜0.50
V 0.25〜0.30
Al ≦0.03
のうちの少なくとも一つを満たす、請求項1〜4のいずれかに記載のプラスチック金型用ステンレス鋼。 - 重量%で、以下の要件
C 0.66〜0.70
N 0.12〜0.18
Si 1.25〜1.45
Mn 0.40〜0.60
Cr 14.7〜15.1
Mo 0.30〜0.50
V 0.25〜0.30
を満たす、請求項1〜5のいずれかに記載のプラスチック金型用ステンレス鋼。 - 重量%で、以下の要件
Ni ≦0.35
Cu ≦0.15
Co ≦0.15
W ≦0.15
P ≦0.01
S ≦0.001
O ≦0.001
のうちの少なくとも一つを満たす、請求項1〜6のいずれかに記載のプラスチック金型用ステンレス鋼。 - 重量%で、以下の要件
P ≦0.005
S ≦0.0008
O ≦0.0008
を満たす、請求項1〜7の何れかに記載のプラスチック金型用ステンレス鋼。 - 請求項6及び7及び/又は8の全ての要件を満たす、請求項1〜8のいずれかに記載のプラスチック金型用ステンレス鋼。
- 以下の条件
i)残留オーステナイト ≦8体積%
ii)硬度 56〜62HRC
のうちの少なくとも一つを満たす、請求項1〜9のいずれかに記載のプラスチック金型用ステンレス鋼。 - 以下の条件
i)残留オーステナイト ≦5体積%
ii)硬度 58〜60HRC
のうちの少なくとも一つを満たす、請求項1〜10のいずれかに記載のプラスチック金型用ステンレス鋼。 - 粉末冶金によって製造されていない、請求項1〜11のいずれかに記載のプラスチック金型用ステンレス鋼。
- 58HRCでTL方向において40J超、好ましくは50J超のノッチなし衝撃エネルギーを有する、請求項1〜12のいずれかに記載のプラスチック金型用ステンレス鋼。
- 焼入れおよび焼戻しの間の寸法変化が、0.15%未満、好ましくは0.1%未満、最も好ましくは0.05%未満である、請求項1〜13のいずれかに記載のプラスチック金型用ステンレス鋼。
- 請求項1〜14のいずれかに記載の鋼製のプラスチック金型。
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