JP2022180207A - ダイカスト金型用鋼 - Google Patents

ダイカスト金型用鋼 Download PDF

Info

Publication number
JP2022180207A
JP2022180207A JP2021087175A JP2021087175A JP2022180207A JP 2022180207 A JP2022180207 A JP 2022180207A JP 2021087175 A JP2021087175 A JP 2021087175A JP 2021087175 A JP2021087175 A JP 2021087175A JP 2022180207 A JP2022180207 A JP 2022180207A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
die
hardness
steel
hrc
mold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021087175A
Other languages
English (en)
Inventor
慧琳 ▲トウ▼
hui lin Teng
正勝 達谷
Masakatsu Tatsuya
成起 樋口
Shigeki Higuchi
昭人 蓮野
Akihito Hasuno
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Steel Co Ltd
Ryobi Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
Ryobi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daido Steel Co Ltd, Ryobi Ltd filed Critical Daido Steel Co Ltd
Priority to JP2021087175A priority Critical patent/JP2022180207A/ja
Publication of JP2022180207A publication Critical patent/JP2022180207A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

【課題】調質後の硬さを高めた場合でも高靭性を維持することができるダイカスト金型用鋼を提供する。【解決手段】ダイカスト金型用の鋼は、質量%で0.35≦C≦0.41、0.05≦Si≦0.15、0.70≦Mn≦1.00、5.60≦Cr≦6.10、2.40≦Mo≦2.60、0.60≦V≦0.70、Ni≦0.25、Cu≦0.25、Al≦0.030、N≦0.0250、O≦0.0030、P≦0.030を含有し、残部がFe及び不可避的不純物の組成を有する。【選択図】 なし

Description

この発明は、高い硬度で使用するのに好適なダイカスト金型用鋼に関する。
ダイカスト工法では、溶融金属をキャビティ(製品形状をした金型の隙間)に短時間で圧入し、凝固させ、効率良く鋳物を製造する。ダイカスト工法では、ダイカスト用の金型への高温の溶湯の射出及び冷却が繰り返され、金型の表面は、溶融金属との接触による急加熱と、離型剤塗布による急冷却に晒される。この結果、金型表面には圧縮応力と引張応力が周期的に作用し、鋳造ショット数が増加してゆくと「ヒートチェック」と呼ばれる熱疲労亀裂が金属表面に発生する。
金型表面に生じたヒートチェックは、鋳造品(製品)の表面に転写されて製品の商品価値を低下させる。またヒートチェックは、大割れ(金型を貫通する深い亀裂)の起点となる。このためヒートチェック等の亀裂や割れが生じた金型は、補修を実施しなければならず、補修で修理できない場合は新しい金型への交換が必要となり、製造コストの上昇を招く。
ヒートチェックは、金型の硬さを高めて高温耐力を向上させることで改善できる。しかしながら、一般的に鋼材の硬さと靭性は反比例の関係にあり、過度に硬さを高めると、靱性が大きく低下する。ヒートチェックの発生を抑える目的で金型の硬さを高めて使用する場合、水冷孔割れや大割れの頻発を防止するためには衝撃値が35J/cm2以上あることが必要であるが、例えば汎用鋼であるSKD61は、硬さ48HRC以上の時、衝撃値が30J/cm2以下に低下し、十分な靭性を維持することができない。このため、ダイカスト金型に用いられる鋼として、高硬度でも高い靭性を維持することができる鋼が求められていた。
なお、下記特許文献1には、Cr量とMo量をバランスさせて焼入れ焼戻し状態で安定的に析出する炭化物の組成を制御することで、高靭性と高強度の両立を図るようになした熱間金型用鋼が開示されている。しかしながら特許文献1に記載のものは、本発明の請求項を満たす化学組成の実施例の開示はなく、また50HRC以上に硬さを高めた場合での靭性についての言及は全くなされていない点で本発明とは異なっている。
特開2013-87322号公報
本発明は以上のような事情を背景とし、調質後の硬さを高めた場合でも高靭性を維持することができるダイカスト金型用鋼及びこれを用いたダイカスト金型を提供することを目的としてなされたものである。
而して請求項1のものは、ダイカスト金型用鋼に関するもので、質量%で0.35≦C≦0.41、0.05≦Si≦0.15、0.70≦Mn≦1.00、5.60≦Cr≦6.10、2.40≦Mo≦2.60、0.60≦V≦0.70、Ni≦0.25、Cu≦0.25、Al≦0.030、N≦0.0250、O≦0.0030、P≦0.030を含有し、残部がFe及び不可避的不純物の組成を有することを特徴とする。
請求項2のものは、請求項1において、焼戻し最高硬さが53HRC以上で、且つ、硬さ50HRCでのシャルピー衝撃値が35J/cm2以上であることを特徴とする。
請求項3のものは、請求項1,2の何れかにおいて、レーザーフラッシュ法を用いて測定した25℃における熱伝導率が27W/m/K以上であることを特徴とする。
本発明のダイカスト金型用鋼は、C-Si-Mn-Cr-Mo-Vの各元素の含有量および不純物元素の含有量を狭い範囲内で規定することで、焼戻し処理時の二次硬化により焼戻し最高硬さ53HRC以上が得られ、且つ、硬さ50HRC以上でシャルピー衝撃値が35J/cm2以上の靭性が確保されるようになしたものである。
本発明において、焼戻し最高硬さを53HRC以上と規定したのは、かかる鋼であれば調質により50HRC以上の硬さを安定して得ることができるからである。本発明のダイカスト金型用鋼によれば、使用硬さが50HRC以上であっても高靭性が維持され、ダイカスト金型における耐ヒートチェック性を向上させるとともに、大割れの発生も抑えられることから、その結果として金型の高寿命化を図ることができる。
本発明のダイカスト金型用鋼では、レーザーフラッシュ法を用いて測定した25℃における熱伝導率を27W/m/K以上とすることができる。
ヒートチェックは熱応力の繰り返し作用による熱疲労が原因で生じる。耐ヒートチェック性の向上には、熱伝導率を高くすることによって金型の表面温度と内部温度との温度差を小さくして、発生する熱応力を小さくすることが有効である。
汎用鋼であるSKD61の25℃における熱伝導率は23~24W/m/Kである。これに対し本発明の鋼は、マトリクス中に固溶する元素と炭化物として析出する元素を適正化することにより、合金成分の量が抑えられており、SKD61よりも高い熱伝導率を実現することができる。
次に本発明における各化学成分等の限定理由を以下に説明する。なお、各化学成分の値は何れも質量%である。
0.35≦C≦0.41
Cは焼入れ時マトリックスに固溶し、マルテンサイト組織化することによって、金型の硬度を向上させる。焼戻し最高硬さ53HRC以上を得るためには0.35%以上の添加が必要である。但し、過剰な添加は炭化物の増加による靱性や被削性の低下が懸念されるため、その上限を0.41%とする。好ましいCの範囲は、0.36≦C≦0.39である。
0.05≦Si≦0.15
Siは脱酸剤としての効果、また金型製造時の被削性を向上させる効果を有する。また、Siは少量の添加で焼戻し硬さと強度の向上にも効果を有する。それらの効果を得る観点から、Siの含有量は0.05%以上とする。一方、Siの含有量が過剰になると、鋼の熱伝導率が低下する。そこで、高熱伝導率を確保するためSiの上限を0.15%とする。好ましいSiの範囲は、0.05≦Si≦0.12である。
0.70≦Mn≦1.00
Mnは金型用鋼の焼入れ性、靱性(衝撃値)を高める効果を有する。高い焼入れ性と靱性を得るために0.70%以上の添加が必要である。但し、過剰な添加は熱伝導率を低下させるため、その上限を1.00%とする。好ましいMnの範囲は、0.80≦Mn≦0.95である。
5.60≦Cr≦6.10
Crは焼入れ性を向上させる元素である。焼入れ時の冷却速度が小さい場合でも金型中心部において高硬度を得るために5.60%以上の添加が必要である。但し、過剰な添加は熱伝導率が低下し、表層と内部の温度勾配が大きくなって発生する熱応力が高くなり、ヒートチェックが発生しやすくなる。このためCrの上限を6.10%とする。好ましいCrの範囲は、5.70≦Cr≦6.00である。
2.40≦Mo≦2.60
本発明の金型用鋼では、焼入れ性向上元素としてのSiやMnを多く添加することは望ましくない。このため、Moで焼入れ性を向上させる必要がある。また、炭化物生成元素であるMoは焼戻し時にMoの炭化物を析出させ、2次硬化を起こして硬度を高める効果を有する。本発明では焼戻し最高硬さ53HRC以上を得るためMoを2.40%以上添加する。但し、過度な添加は粗大な炭化物を多く晶出させ、その粗大炭化物が亀裂の起点となり靭性(衝撃値)を低下させるため、その上限を2.60%とする。好ましいMoの範囲は、2.45≦Mo≦2.55である。
0.60≦V≦0.70
Vは、結晶粒を微細化し靱性を向上させるのに有効な元素であり、結晶粒微細化の効果を得るため0.60%以上含有させる。但し、過剰な添加は粗大な炭化物を多く晶出させ、その粗大炭化物が亀裂の起点となり靭性(衝撃値)を低下させるため、その上限を0.70%とする。好ましいVの範囲は、0.60≦V≦0.65である。
Ni≦0.25、Cu≦0.25
NiおよびCuは、製造過程において素材となるスクラップや合金鉄中から不可避的に混入する。但し、これら元素の過度な含有は残量オーステナイト量の増加に繋がるため、これら元素の上限を0.25%とする。
Al≦0.030
Alは酸化物を形成し、それが亀裂の起点となって衝撃値を低下させるため、その上限を0.030%とする。
N≦0.0250、O≦0.0030
NおよびOは、製造過程において大気中から鉄に固溶し不可避的に混入する。その量が多くなりすぎるとインゴットの中にボイドを生じやすくなり、また酸化物や窒化物を形成するようになる。特に大きな酸化物や窒化物は、金型のアブレシブ摩耗促進や衝撃値の低下を招くため、できるだけ低減しておくことが望ましい。但し、極端な低減は製造コストの上昇を招くため、Nの含有量は0.0250%以下、Oの含有量は0.0030%以下とする。
P≦0.030
Pは、鋼中に不可避的に含まれる元素であるが、結晶粒界に偏析し靭性を低下させる原因となるため、その上限を0.030%とする。
実施例および比較例における焼戻し最高硬さと熱伝導率との関係を示した図である。
下記の表1に示す実施例10種および比較例5種について、焼入れ性、最高硬さ、シャルピー衝撃値、熱伝導率および耐ヒートチェック性を評価した。
Figure 2022180207000001
表1に示す15鋼種をそれぞれ真空溶解炉を用いて150kg溶解し、鋳造した。得られたインゴットは、1250℃で10時間加熱した後、Φ80mmになるまで、熱間鍛造し、その後徐冷した。徐冷した鍛造品は、まず、焼ならし処理として1020℃焼き入れ、680℃焼き戻しを実施し、続けて、焼きなまし処理として900℃から冷却速度15℃/minで660℃になるまで冷却し、その後空冷した。この焼き鈍し後の材料から試験片を作製して、以下の評価を行った。
<焼入れ性の評価>
焼き鈍し後の材料からΦ4×10mmの試験片を作製し、真空炉で焼入れ性の試験を実施した。焼入れ温度(1030℃)で1時間保持した後、3℃/minの冷却速度で試験片の焼入れを行った。焼入れ後の試験片を縦に切断し、試験片の中心部の組織を確認した。焼入れ性についての判定は、3℃/minの冷却速度でパーライト析出が認められない場合は「○」とし、パーライト析出が認められた場合は「×」とした。
<最高硬さの評価>
焼き鈍し後の材料から12mm×12mm×20mmのブロックを切り出し、真空炉で焼入れ焼戻しを行った。焼入れ温度は1030℃とした。焼戻しは、500~600℃の間を20℃刻みで実施した。なお保持時間は1時間とし、合計2回行った。
焼戻し後の試験片の測定面と接地面を#400まで研磨し、室温における硬さ(ロックウェルCスケール)を測定した。ここで得られた最高硬さが、500℃以上の焼戻しにおける最高硬さを示す。
<シャルピー衝撃値の評価>
焼き鈍し後の材料から10mm×10mm×55mmの試験片を切り出し、熱処理を行った。熱処理は真空炉を用い1030℃で1時間均熱後、油焼入れ相当のガス冷却で焼入れを行った。そして、500℃以上の焼戻し温度で処理し、硬さ50±1HRCに調質した。なお保持時間は1時間とし、目的の硬さが得られるまで繰返し焼戻しを行った。熱処理後の試験片から更にJIS 3号衝撃試験片(2mmUノッチ)を採取し、JIS Z2242に従い、シャルピー衝撃試験を行ない、50HRCの試験片で衝撃値が35J/cm2以上となるか評価した。なお、衝撃値は試験片10本の平均値で評価した。
<熱伝導率の評価>
焼き鈍し後の材料からΦ10×2mmの試験片を切出し、真空炉で焼入れ焼戻しを行った。熱処理は真空炉を用い1030℃で1時間均熱後、油焼入れ相当のガス冷却で焼入れを行った。焼戻しは、500℃以上における最高硬さとなる温度で実施した。なお保持時間は1時間とし、合計2回行った。その後、レーザーフラッシュ法により室温(25℃)での熱伝導率を測定した。
<耐ヒートチェック性の評価>
焼き鈍し後の材料からΦ70×50mmの試験片を切出し、焼入れ焼戻しを行った。熱処理は真空炉を用い1030℃で1時間均熱後、油焼入れ相当のガス冷却で焼入れを行った。焼戻しは、500℃以上における最高硬さとなる温度で実施した。なお保持時間は1時間とし、合計2回行った。
次に、加熱、冷却により発生する熱応力でヒートチェックを発生させる試験を行い、各鋼種の耐ヒートチェック性を評価した。試験は、高周波加熱による580℃までの加熱とその後の水による冷却を1サイクルとし、合計25000サイクル実施した。試験は5000サイクル毎に停止し、その都度カラーチェックを行い、ヒートチェックの進捗を確認した。耐ヒートチェック性についての判定は、ヒートチェック発生サイクル数が15000サイクル以下であった場合を「×」、15000サイクル超25000サイクル以下であった場合を「△」、ヒートチェック未発生の場合を「○」とした。
これら評価の結果を下記表2および図1に示す。
Figure 2022180207000002
比較例1は、Cや炭化物形成元素であるCr、Mo、Vの量が請求の範囲の上限を超えて添加されており、最高硬さは高く、耐ヒートチェック性に優れるものの、衝撃値が低くダイカスト金型として使用された場合の大割れが懸念される。
比較例2は、C、Cr、Moの量が請求の範囲の下限を下回っており、最高硬さが53HRCよりも低く、耐ヒートチェック性が悪い。
比較例3は、Si、Mn、Cr、Alの量が請求の範囲の上限を超えて添加されており、熱伝導率や衝撃値が低い。今回の加熱温度580℃で実施されたヒートチェック試験の結果は「○」であった。ダイカスト金型は、熱伝導率が低いと抜熱不足により表面がより高温化するため、熱伝導率が低い比較例3はヒートチェック発生のリスクが高い。更に衝撃値も低いため、大割れも懸念される。
比較例4は、Mn,Cr,Moの量が請求の範囲の下限を下回っており、最高硬さが53HRCよりも低い。また比較例4は焼入れ性が悪い。パーライト析出による硬さ低下で大物金型における熱処理不良が懸念される。
比較例5は、Si、Mn、Cr、V、Niの量が請求の範囲の上限を超え、加えてC、Moの量が請求の範囲の下限を下回っている例で、最高硬さ、衝撃値、熱伝導率ともに低く、耐ヒートチェック性が悪い。
これに対し、各元素の添加量、最高硬さ、衝撃値および熱伝導率が請求の範囲を満たす実施例1~10は、焼入れ性および耐ヒートチェック性の評価結果がともに「○」であった。本実施例の組成から成る鋼であれば、使用硬さ50HRC以上で且つシャルピー衝撃値が35J/cm2以上の特性値を備え、耐ヒートチェック性に優れ、大割れの発生が抑えられたダイカスト金型を安定して製造することができることが分かる。
以上本発明のダイカスト金型用鋼及びダイカスト金型について詳しく説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、本発明鋼にショットピーニング,窒化処理,PVD処理,CVD処理,PCVD処理,メッキ処理その他の表面改質処理を施して使用することも可能である等、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。

Claims (3)

  1. 質量%で
    0.35≦C≦0.41
    0.05≦Si≦0.15
    0.70≦Mn≦1.00
    5.60≦Cr≦6.10
    2.40≦Mo≦2.60
    0.60≦V≦0.70
    Ni≦0.25
    Cu≦0.25
    Al≦0.030
    N≦0.0250
    O≦0.0030
    P≦0.030
    を含有し、残部がFe及び不可避的不純物の組成を有することを特徴とするダイカスト金型用鋼。
  2. 焼戻し最高硬さが53HRC以上で、且つ、硬さ50HRCでのシャルピー衝撃値が35J/cm2以上であることを特徴とする請求項1に記載のダイカスト金型用鋼。
  3. レーザーフラッシュ法を用いて測定した25℃における熱伝導率が27W/m/K以上であることを特徴とする請求項1,2の何れかに記載のダイカスト金型用鋼。
JP2021087175A 2021-05-24 2021-05-24 ダイカスト金型用鋼 Pending JP2022180207A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021087175A JP2022180207A (ja) 2021-05-24 2021-05-24 ダイカスト金型用鋼

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021087175A JP2022180207A (ja) 2021-05-24 2021-05-24 ダイカスト金型用鋼

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022180207A true JP2022180207A (ja) 2022-12-06

Family

ID=84327412

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021087175A Pending JP2022180207A (ja) 2021-05-24 2021-05-24 ダイカスト金型用鋼

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2022180207A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6432070B2 (ja) 高温熱伝導度に優れた長寿命ダイカスト用熱間金型鋼およびその製造方法
US11319621B2 (en) Steel for mold, and mold
JP2009013465A (ja) 工具鋼及びこれを用いた成型用部材、工具鋼の品質検証方法
TWI390043B (zh) 鋁壓鑄用熱模鋼
JP2001123244A (ja) 大型軸受用鋼および大型軸受部品
JP2014025103A (ja) 熱間工具鋼
JP2012007221A (ja) プラスチック成形金型用鋼の製造方法
US20190352751A1 (en) Steel for die-casting die and die-casting die
JP5580517B2 (ja) 軟窒化クランクシャフト用素材の製造方法
JP5668942B2 (ja) 孔加工性および加工歪の抑制に優れた金型用鋼およびその製造方法
JP2002121643A (ja) ダイカスト金型用鋼およびその用いてなるダイカスト金型の製造方法、ならびにダイカスト金型
JP2022180207A (ja) ダイカスト金型用鋼
JP2001158937A (ja) 熱間加工用工具鋼とその製造方法および熱間加工用工具の製造方法
KR101007417B1 (ko) 다이 캐스트용 열간 공구 강철
JP4640101B2 (ja) 熱間鍛造部品
JP2019019374A (ja) 焼入れ性および靱性に優れた熱間工具鋼
CN108690935B (zh) 一种高品质合金工具钢板及生产方法
KR20120072499A (ko) 고경도 및 고인성 석출경화형 금형강 및 그 제조방법
JP2012149277A (ja) プラスチック成形金型用鋼の製造方法
JP5151662B2 (ja) 軟窒化用鋼材の製造方法
JP3409275B2 (ja) 熱処理歪の少ない肌焼鋼
JP2015081356A (ja) 金型用鋼
JP2023070694A (ja) 金型用鋼および金型
JP2000297351A (ja) ダイカスト金型用鋼およびダイカスト金型
JP2000087177A (ja) 被削性に優れた冷間工具鋼鋳鋼品とその製造方法