JP3141735B2 - プラスチック成形金型用鋼 - Google Patents
プラスチック成形金型用鋼Info
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- B29K2905/00—Use of metals, their alloys or their compounds, as mould material
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック成形
金型用鋼に関し、さらに詳しくは、プラスチックの射出
成形等の金型に用いられる金型用鋼であって、切削工具
の寿命が長く、加工能率が高く、切削後の被加工材の加
工ひずみが軽微というように被削性に優れたプラスチッ
ク成形金型用鋼に関する。
金型用鋼に関し、さらに詳しくは、プラスチックの射出
成形等の金型に用いられる金型用鋼であって、切削工具
の寿命が長く、加工能率が高く、切削後の被加工材の加
工ひずみが軽微というように被削性に優れたプラスチッ
ク成形金型用鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラスチックは、一般に加熱により軟化
した樹脂を金型に圧入する射出成形法によって成形され
る。この成形に用いられる金型は、製品の形状に合わせ
た金型内面の形状に精度よく加工されていなければなら
ない。また、金型の内表面も、製品の表面状態に合わせ
て精度よく仕上げられていなければならない。そのため
に、金型の価格が高いという問題があり、金型の製作費
の削減が求められている。
した樹脂を金型に圧入する射出成形法によって成形され
る。この成形に用いられる金型は、製品の形状に合わせ
た金型内面の形状に精度よく加工されていなければなら
ない。また、金型の内表面も、製品の表面状態に合わせ
て精度よく仕上げられていなければならない。そのため
に、金型の価格が高いという問題があり、金型の製作費
の削減が求められている。
【０００３】金型の製作費の内、金型の機械加工費が著
しく高く、金型の価格の大半を占めている。したがっ
て、機械加工費の低減策として、特に金型用鋼の被削性
の向上が強く要求されている。また、最近はプラスチッ
ク製品の意匠性の向上にともなって、金型用鋼に対し
て、磨き研磨性、梨地模様のような表面を得るためのシ
ボ加工性（被エッチング性）などの向上も求められてい
る。この他、金型用鋼は、金型用鋼に求められる一般的
な特性として、機械的性質（硬さ、耐力、延性、靱
性）、放電加工性、金型の補修再生に必要な溶接性（溶
接補修性）などの特性も備えていなければならない。
しく高く、金型の価格の大半を占めている。したがっ
て、機械加工費の低減策として、特に金型用鋼の被削性
の向上が強く要求されている。また、最近はプラスチッ
ク製品の意匠性の向上にともなって、金型用鋼に対し
て、磨き研磨性、梨地模様のような表面を得るためのシ
ボ加工性（被エッチング性）などの向上も求められてい
る。この他、金型用鋼は、金型用鋼に求められる一般的
な特性として、機械的性質（硬さ、耐力、延性、靱
性）、放電加工性、金型の補修再生に必要な溶接性（溶
接補修性）などの特性も備えていなければならない。
【０００４】Ｓ５５Ｃ等の炭素鋼、ＳＣＭ４４０等の中
炭素低合金鋼が一般的に用いられている。これらの金型
用鋼の被削性の向上については、いくつかの対策が講じ
られている。例えば、特公平１−２１８６７号公報、特
開平４−１１６１３９号公報には、Ｓ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔ
ｅあるいはＲＥＭ（希土類金属）などの被削性を向上さ
せる元素（快削性元素）を添加した鋼が開示されてい
る。しかし、これらの快削性元素を添加すると、被削性
は向上するものの、鋼中の非金属介在物が増加するの
で、磨き研磨性およびシボ加工性（被エッチング）が悪
くなる。そのため、非金属介在物を増やすことなく、被
削性を上げる対策として、快削性元素の添加に代えて、
Ｓ含有率を高くするとともにＺｒを添加し、長さ／幅比
の極力小さい硫化物を生成させることによって被削性を
向上させた鋼が提案されている（特公昭６２−３４８２
８号、特公平１−１４９８８号、特公平２−５８１３
号、特公平３−６８１０３号公報）。この対策について
も、非金属介在物の増加を伴うので、溶接性の低下、機
械的性質の異方性の増加等の問題がある。これらの快削
性元素の添加あるいは非金属介在物の形態制御による被
削性の改善に依らない方法として、Ｃｕを含有させて被
削性を向上させた鋼が開示されている（特公昭６０−４
１７００号、特開平２−２６３９５３号公報）。しか
し、いずれの対策についても、金型の製作費を削減でき
るほどの被削性の改善効果が得られていないのが実状で
ある。
炭素低合金鋼が一般的に用いられている。これらの金型
用鋼の被削性の向上については、いくつかの対策が講じ
られている。例えば、特公平１−２１８６７号公報、特
開平４−１１６１３９号公報には、Ｓ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔ
ｅあるいはＲＥＭ（希土類金属）などの被削性を向上さ
せる元素（快削性元素）を添加した鋼が開示されてい
る。しかし、これらの快削性元素を添加すると、被削性
は向上するものの、鋼中の非金属介在物が増加するの
で、磨き研磨性およびシボ加工性（被エッチング）が悪
くなる。そのため、非金属介在物を増やすことなく、被
削性を上げる対策として、快削性元素の添加に代えて、
Ｓ含有率を高くするとともにＺｒを添加し、長さ／幅比
の極力小さい硫化物を生成させることによって被削性を
向上させた鋼が提案されている（特公昭６２−３４８２
８号、特公平１−１４９８８号、特公平２−５８１３
号、特公平３−６８１０３号公報）。この対策について
も、非金属介在物の増加を伴うので、溶接性の低下、機
械的性質の異方性の増加等の問題がある。これらの快削
性元素の添加あるいは非金属介在物の形態制御による被
削性の改善に依らない方法として、Ｃｕを含有させて被
削性を向上させた鋼が開示されている（特公昭６０−４
１７００号、特開平２−２６３９５３号公報）。しか
し、いずれの対策についても、金型の製作費を削減でき
るほどの被削性の改善効果が得られていないのが実状で
ある。
【０００５】なお、従来のプラスチック成形金型用鋼で
は、Ｓｉは被削性に有害とされているため、含有率が低
く抑えられていた。前記の特許公報に開示されている実
施例についても、一部に１％程度のＳｉ含有率の例が見
られるが、０．５％に満たない場合がほとんどである。
は、Ｓｉは被削性に有害とされているため、含有率が低
く抑えられていた。前記の特許公報に開示されている実
施例についても、一部に１％程度のＳｉ含有率の例が見
られるが、０．５％に満たない場合がほとんどである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決するためになされたものであって、切削工具の寿
命が長く、切削加工能率が高く、切削加工後の被切削材
の加工ひずみが軽微といった優れた被削性を備えるとと
もに、シボ加工性（被エッチング性）、溶接性、磨き研
磨性等の特性にも優れたプラスチック成形金型用鋼を提
供することを目的としている。
を解決するためになされたものであって、切削工具の寿
命が長く、切削加工能率が高く、切削加工後の被切削材
の加工ひずみが軽微といった優れた被削性を備えるとと
もに、シボ加工性（被エッチング性）、溶接性、磨き研
磨性等の特性にも優れたプラスチック成形金型用鋼を提
供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の様
々な手段では解決できなかった上記課題を解決するため
に、被削性のメカニズムの解明を考慮した研究開発を行
った。特に、二次イオン質量分析法による切削屑表面の
生成物の調査等を基にした切削加工のトライポロジーを
研究した。その結果、Ｓｉは被削性に有害とする従来の
考え方とはまったく異なり、Ｓｉ含有率が高い方が被削
性がよいことを見いだした。発明者らの知見を整理する
と下記のとおりである。
々な手段では解決できなかった上記課題を解決するため
に、被削性のメカニズムの解明を考慮した研究開発を行
った。特に、二次イオン質量分析法による切削屑表面の
生成物の調査等を基にした切削加工のトライポロジーを
研究した。その結果、Ｓｉは被削性に有害とする従来の
考え方とはまったく異なり、Ｓｉ含有率が高い方が被削
性がよいことを見いだした。発明者らの知見を整理する
と下記のとおりである。
【０００８】 被削性の劣る低Ｓｉ鋼（調査例のＳ
ｉ：０．０７重量％。以下、化学組成の％表示は重量
％）の超硬工具による切削屑の表面に生成する酸化皮膜
は、Ｃｒ、Ｍｎの酸化物が主体である。
ｉ：０．０７重量％。以下、化学組成の％表示は重量
％）の超硬工具による切削屑の表面に生成する酸化皮膜
は、Ｃｒ、Ｍｎの酸化物が主体である。
【０００９】 被削性に優れた高Ｓｉ鋼（調査例のＳ
ｉ：１．５６％）の超硬工具による切削屑の表面に生成
する酸化皮膜は、融点の低いＳｉＯ2 −ＦｅＯ系が主体
である 。
ｉ：１．５６％）の超硬工具による切削屑の表面に生成
する酸化皮膜は、融点の低いＳｉＯ2 −ＦｅＯ系が主体
である 。
【００１０】 高Ｓｉ鋼では、ＳｉＯ2 を主体とする
融点の低い酸化皮膜が切削工具と被切削材との間で、潤
滑剤としての作用をしている。
融点の低い酸化皮膜が切削工具と被切削材との間で、潤
滑剤としての作用をしている。
【００１１】 Ｓｉ含有率の増加とともに、金型用鋼
のＡC1変態点（変態温度）が高くなる（図１）。例えば
ＡC1変態点は、Ｓｉ含有率０．５％で７６０℃、１．０
％で８００℃程度となる。Ｓｉの効果によって、金型用
鋼のＡC1変態点が切削時の金型用鋼の表面温度（超硬工
具による金型用鋼のフライス加工時の表面温度は、７０
０〜７５０℃）より高くなるので、オーステナイト変態
を防止できる。そのために、切削加工後の被加工材の加
工ひずみが少ない。
のＡC1変態点（変態温度）が高くなる（図１）。例えば
ＡC1変態点は、Ｓｉ含有率０．５％で７６０℃、１．０
％で８００℃程度となる。Ｓｉの効果によって、金型用
鋼のＡC1変態点が切削時の金型用鋼の表面温度（超硬工
具による金型用鋼のフライス加工時の表面温度は、７０
０〜７５０℃）より高くなるので、オーステナイト変態
を防止できる。そのために、切削加工後の被加工材の加
工ひずみが少ない。
【００１２】 Ｓｉ含有率を高くすることにより、金
型用鋼の被削性（加工能率、工具寿命）を向上できると
ともに、切削加工後の被加工材の加工ひずみを低下でき
る。
型用鋼の被削性（加工能率、工具寿命）を向上できると
ともに、切削加工後の被加工材の加工ひずみを低下でき
る。
【００１３】 の対策が講じられた金型用鋼では、
快削性元素の添加、Ｚｒによる硫化物の形態制御等を必
要とすることなく、被削性を向上させられる。したがっ
て、被削性の向上と同時に、磨き研磨性が向上し、さら
に切削加工後の被加工材の加工ひずみが少ない。しか
も、金型用鋼としての他の特性を損なうことがない。
快削性元素の添加、Ｚｒによる硫化物の形態制御等を必
要とすることなく、被削性を向上させられる。したがっ
て、被削性の向上と同時に、磨き研磨性が向上し、さら
に切削加工後の被加工材の加工ひずみが少ない。しか
も、金型用鋼としての他の特性を損なうことがない。
【００１４】本発明は、上記の知見を基に完成されたも
のであって、その要旨は下記のとおりである。
のであって、その要旨は下記のとおりである。
【００１５】本願発明の基本鋼は、重量％で、Ｃ：０．
０５〜０．５５％、Ｓｉ：０．５〜２．５％、Ｍｎ：
０．１０〜２．５０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：
０．０８０％以下、Ａｌ：０．０２％以下、Ｏ（酸
素）：０．００１〜０．００８％を含有し、残部はＦｅ
および不可避の不純物からなるプラスチック成形金型用
鋼である。この基本鋼のＦｅの一部に代えて、Ｖ：０．
５０％、および／またはＣｒ：３．０％以下、Ｎｉ：
２．０％以下、Ｍｏ：１．５％以下およびＢ：０．０１
％以下のうちの少なくとも１種を含んでもよい。さら
に、これらの鋼のＦｅの一部に代えて、Ｂｉ：０．０５
％以下、Ｂｅ：０．１％以下、Ｐｂ：０．０５％以下、
Ｔｅ：０．０５％以下およびＮｄ：０．１％以下のうち
の少なくとも１種を含んでもよい。
０５〜０．５５％、Ｓｉ：０．５〜２．５％、Ｍｎ：
０．１０〜２．５０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：
０．０８０％以下、Ａｌ：０．０２％以下、Ｏ（酸
素）：０．００１〜０．００８％を含有し、残部はＦｅ
および不可避の不純物からなるプラスチック成形金型用
鋼である。この基本鋼のＦｅの一部に代えて、Ｖ：０．
５０％、および／またはＣｒ：３．０％以下、Ｎｉ：
２．０％以下、Ｍｏ：１．５％以下およびＢ：０．０１
％以下のうちの少なくとも１種を含んでもよい。さら
に、これらの鋼のＦｅの一部に代えて、Ｂｉ：０．０５
％以下、Ｂｅ：０．１％以下、Ｐｂ：０．０５％以下、
Ｔｅ：０．０５％以下およびＮｄ：０．１％以下のうち
の少なくとも１種を含んでもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明のプラスチック成形金型用
鋼（以下、本発明鋼と記す）の特徴は、従来とは発想を
異にし、プラスチック成形金型用鋼としては、高めのＳ
ｉ含有率を選択するところにある。本発明鋼のＳｉ含有
率の適正な範囲とその根拠について以下に説明する。
鋼（以下、本発明鋼と記す）の特徴は、従来とは発想を
異にし、プラスチック成形金型用鋼としては、高めのＳ
ｉ含有率を選択するところにある。本発明鋼のＳｉ含有
率の適正な範囲とその根拠について以下に説明する。
【００１７】表１に示す化学組成を備えたプラスチック
成形金型用鋼を対象に、まず、超硬工具によるフライス
加工における被削性について調査した。
成形金型用鋼を対象に、まず、超硬工具によるフライス
加工における被削性について調査した。
【００１８】
【表１】
【００１９】図２に、金型用鋼のＳｉ含有率と工具寿命
との関係、図３に、Ｓｉ含有率とフライス加工時の加工
能率（切削量比、表１の金型用鋼Ｎｏ．１の切削量を基
準値１とした比）との関係を示した。工具寿命、加工能
率ともに、Ｓｉ含有率の増加とともに著しく向上する。
特に、０．５％以上での改善効果が顕著であり、１．０
％以上ではさらに優れた効果が得られることが分かる。
との関係、図３に、Ｓｉ含有率とフライス加工時の加工
能率（切削量比、表１の金型用鋼Ｎｏ．１の切削量を基
準値１とした比）との関係を示した。工具寿命、加工能
率ともに、Ｓｉ含有率の増加とともに著しく向上する。
特に、０．５％以上での改善効果が顕著であり、１．０
％以上ではさらに優れた効果が得られることが分かる。
【００２０】次に、表１に示す化学組成を備えた金型用
鋼を対象に、高速度鋼工具によるエンドミル加工におけ
る被削性について調査した。
鋼を対象に、高速度鋼工具によるエンドミル加工におけ
る被削性について調査した。
【００２１】図４に、金型用鋼のＳｉ含有率と工具寿命
との関係、図５にＳｉ含有率と加工能率との関係を示し
た。高速度鋼工具の場合も超硬工具の場合とまったく同
様な結果が得られた。さらに、高速度鋼工具を用いて、
表１の金型用鋼のドリル加工における被削性についても
調査したが、Ｓｉ含有率の効果は、上記の超硬工具によ
るフライス加工および高速度工具によるエンドミル加工
の場合と同様であった。
との関係、図５にＳｉ含有率と加工能率との関係を示し
た。高速度鋼工具の場合も超硬工具の場合とまったく同
様な結果が得られた。さらに、高速度鋼工具を用いて、
表１の金型用鋼のドリル加工における被削性についても
調査したが、Ｓｉ含有率の効果は、上記の超硬工具によ
るフライス加工および高速度工具によるエンドミル加工
の場合と同様であった。
【００２２】図６に、超硬工具によって金型用鋼をフラ
イス加工した時の被加工材の切削後の加工ひずみとＳｉ
含有率との関係を示した。加工ひずみは、Ｓｉ含有率
０．５％以上で著しく小さくなることが分かる。この原
因は、Ｓｉ含有率が０．５％未満のように低い場合に
は、ＡC1変態点が低いので、被加工材がオーステナイト
相の状態で切削されているためである。このオーステナ
イト相が冷却されてマルテンサイト変態することによっ
て、加工ひずみが生じやすい。一方、Ｓｉ含有率が０．
５％以上の場合には、オーステナイトに変態しない状態
で切削加工されるので、上記の変態が生じず、加工ひず
みが著しく小さい。
イス加工した時の被加工材の切削後の加工ひずみとＳｉ
含有率との関係を示した。加工ひずみは、Ｓｉ含有率
０．５％以上で著しく小さくなることが分かる。この原
因は、Ｓｉ含有率が０．５％未満のように低い場合に
は、ＡC1変態点が低いので、被加工材がオーステナイト
相の状態で切削されているためである。このオーステナ
イト相が冷却されてマルテンサイト変態することによっ
て、加工ひずみが生じやすい。一方、Ｓｉ含有率が０．
５％以上の場合には、オーステナイトに変態しない状態
で切削加工されるので、上記の変態が生じず、加工ひず
みが著しく小さい。
【００２３】このように、プラスチック成形金型用鋼の
Ｓｉ含有率を、０．５％以上、好ましくは１．０％以上
とすることにより、超硬工具、高速度鋼工具ともに工具
寿命および加工能率を著しく向上させることができると
ともに、被加工材の加工ひずみを著しく小さくすること
ができる。
Ｓｉ含有率を、０．５％以上、好ましくは１．０％以上
とすることにより、超硬工具、高速度鋼工具ともに工具
寿命および加工能率を著しく向上させることができると
ともに、被加工材の加工ひずみを著しく小さくすること
ができる。
【００２４】以下、Ｓｉ以外の元素の含有率の範囲とそ
の限定理由について説明する。
の限定理由について説明する。
【００２５】Ｃ：Ｃは鋼の強度を高めるのに有効な元素
である。しかし、その含有率が０．０５％未満では、鋼
の強度を確保することが難しい。一方、０．５５％を超
えると、靱性および被削性を悪くするので、Ｃ含有率は
０．０５〜０．５５％とした。被削性を特に重視する場
合には、０．０５〜０．３０％の範囲が好ましい。その
理由は、Ｃを低くすることによって、ある程度のフェラ
イト量を確保するためであり、Ｓｉがフェライト相に固
溶して、この相が切削潤滑性を改善する。なお、パーラ
イトまたはベイナイトのみでは、この効果を十分に得る
ことができない。
である。しかし、その含有率が０．０５％未満では、鋼
の強度を確保することが難しい。一方、０．５５％を超
えると、靱性および被削性を悪くするので、Ｃ含有率は
０．０５〜０．５５％とした。被削性を特に重視する場
合には、０．０５〜０．３０％の範囲が好ましい。その
理由は、Ｃを低くすることによって、ある程度のフェラ
イト量を確保するためであり、Ｓｉがフェライト相に固
溶して、この相が切削潤滑性を改善する。なお、パーラ
イトまたはベイナイトのみでは、この効果を十分に得る
ことができない。
【００２６】Ｍｎ：Ｍｎは鋼の熱間加工性および焼入性
を向上させるのに有効な元素である。しかし、含有率が
０．１０％未満ではＭｎの効果が得られない。また、Ｍ
ｎ含有率が２．５％を超えると、切削屑の表面に生成す
る低融点のＳｉＯ2 −ＦｅＯ系酸化物が高融点のＳｉＯ
2 −ＭｎＯ系酸化物に変わり、被削性を害する。したが
って、Ｍｎ含有率は０．１０〜２．５０％とした。
を向上させるのに有効な元素である。しかし、含有率が
０．１０％未満ではＭｎの効果が得られない。また、Ｍ
ｎ含有率が２．５％を超えると、切削屑の表面に生成す
る低融点のＳｉＯ2 −ＦｅＯ系酸化物が高融点のＳｉＯ
2 −ＭｎＯ系酸化物に変わり、被削性を害する。したが
って、Ｍｎ含有率は０．１０〜２．５０％とした。
【００２７】Ｃｒ：Ｃｒは鋼の焼入性の向上に有効な元
素である。本発明鋼ではＣｒは必須の元素ではないが、
添加する場合は、その含有率が３．０％を超えると被削
性を害するので、上限を３．０％とした。なお、焼入性
を確保するために、Ｃｒ＋Ｍｎ含有率は０．５％以上が
望ましい。
素である。本発明鋼ではＣｒは必須の元素ではないが、
添加する場合は、その含有率が３．０％を超えると被削
性を害するので、上限を３．０％とした。なお、焼入性
を確保するために、Ｃｒ＋Ｍｎ含有率は０．５％以上が
望ましい。
【００２８】Ｎｉ：Ｎｉは鋼の焼入性を向上させる元素
であるが、鋼の被削性を下げる作用がある。また、Ｎｉ
は高価であるので、これらの点を考慮して、２．０％以
下とした。なお、本発明鋼では、Ｎｉを含んでいなくて
もよい。
であるが、鋼の被削性を下げる作用がある。また、Ｎｉ
は高価であるので、これらの点を考慮して、２．０％以
下とした。なお、本発明鋼では、Ｎｉを含んでいなくて
もよい。
【００２９】Ｍｏ：Ｍｏは焼入性の向上および焼戻し脆
化の防止に有効な元素である。しかし、鋼の被削性を低
下させる作用もあるので、これらの点を考慮して、１．
５％以下とした。本発明鋼では、Ｍｏを含んでいなくて
もよい。
化の防止に有効な元素である。しかし、鋼の被削性を低
下させる作用もあるので、これらの点を考慮して、１．
５％以下とした。本発明鋼では、Ｍｏを含んでいなくて
もよい。
【００３０】Ｖ：Ｖは鋼の焼戻し軟化抵抗の向上に有効
な元素である。また、Ｖは低融点酸化物を形成するた
め、Ｓｉの被削性向上効果を助ける働きがある。しか
し、その含有率が０．５０％を超えると、鋼の被削性の
低下および靱性の低下を招くので、上限は０．５０％と
した。なお、本発明鋼では、Ｖは必要に応じて添加する
元素である。
な元素である。また、Ｖは低融点酸化物を形成するた
め、Ｓｉの被削性向上効果を助ける働きがある。しか
し、その含有率が０．５０％を超えると、鋼の被削性の
低下および靱性の低下を招くので、上限は０．５０％と
した。なお、本発明鋼では、Ｖは必要に応じて添加する
元素である。
【００３１】Ｐ：Ｐは、鋼の靱性を害するので、極力低
い方がよい。通常の工業的な精錬方法で製造できる範囲
として、本発明鋼では、上限を０．０３５％とした。
い方がよい。通常の工業的な精錬方法で製造できる範囲
として、本発明鋼では、上限を０．０３５％とした。
【００３２】Ｓ：Ｓは、被削性の向上に有効な元素であ
る。しかし、Ｓは鋼の靱性には有害であり、また、溶接
割れを起こしやすくする。したがって、本発明鋼ではＳ
含有率は、０．０８０％以下とした。ただし、通常の不
純物レベルでもよい。
る。しかし、Ｓは鋼の靱性には有害であり、また、溶接
割れを起こしやすくする。したがって、本発明鋼ではＳ
含有率は、０．０８０％以下とした。ただし、通常の不
純物レベルでもよい。
【００３３】Ａｌ：Ａｌは溶鋼の脱酸剤として添加さ
れ、その脱酸生成物であるＡｌ2 Ｏ3系介在物が鋼中に
残る。Ａｌ2 Ｏ3 系介在物は硬質なため、被削性に有害
である。鋼中のＡｌ含有率が少ない方が、Ａｌ2 Ｏ3 系
介在物も少ないので、鋼中のＡｌは極力少ない方がよ
い。本発明鋼では、ｓｏｌ．Ａｌを含む全Ａｌ含有率の
上限は、０．０２％とした。
れ、その脱酸生成物であるＡｌ2 Ｏ3系介在物が鋼中に
残る。Ａｌ2 Ｏ3 系介在物は硬質なため、被削性に有害
である。鋼中のＡｌ含有率が少ない方が、Ａｌ2 Ｏ3 系
介在物も少ないので、鋼中のＡｌは極力少ない方がよ
い。本発明鋼では、ｓｏｌ．Ａｌを含む全Ａｌ含有率の
上限は、０．０２％とした。
【００３４】Ｏ：軟質な酸化物系介在物は、鋼の被削性
の向上に有効である。例えば、鋼中のＳｉＯ2 系介在物
に対しては、切削加工時に工具の刃先と被切削物との間
に生成する酸化皮膜の層（ＳｉＯ2 またはＳｉＯ2 −Ｆ
ｅＯ）と同様な効果が期待できる。したがって、Ｏ含有
率の下限は、０．００１％とした。ただし、酸化物が過
剰に存在する場合には、鋼の靱性が低下するので、Ｏ含
有率の上限は、０．００８％とした。
の向上に有効である。例えば、鋼中のＳｉＯ2 系介在物
に対しては、切削加工時に工具の刃先と被切削物との間
に生成する酸化皮膜の層（ＳｉＯ2 またはＳｉＯ2 −Ｆ
ｅＯ）と同様な効果が期待できる。したがって、Ｏ含有
率の下限は、０．００１％とした。ただし、酸化物が過
剰に存在する場合には、鋼の靱性が低下するので、Ｏ含
有率の上限は、０．００８％とした。
【００３５】Ｂ：Ｂは鋼の焼入性を向上させるのに有効
な元素である。また、Ｂの酸化物は融点が低いため、Ｓ
ｉの被削性向上効果を助ける働きがある。しかし、Ｂ含
有率が高すぎる場合には、鋼の靱性の低下および溶接性
の低下が起こるので、Ｂを含有する場合の上限は、０．
０１％とした。なお、本発明鋼では、Ｂは必要に応じて
添加すればよい。
な元素である。また、Ｂの酸化物は融点が低いため、Ｓ
ｉの被削性向上効果を助ける働きがある。しかし、Ｂ含
有率が高すぎる場合には、鋼の靱性の低下および溶接性
の低下が起こるので、Ｂを含有する場合の上限は、０．
０１％とした。なお、本発明鋼では、Ｂは必要に応じて
添加すればよい。
【００３６】Ｂｉ、Ｂｅ、Ｐｂ、Ｔｅ、Ｎｄ：これらの
元素は、鋼の被削性を向上させる働きを持っている。Ｂ
ｉとＰｂは低融点の相を形成して被削性を改善し、Ｔｅ
とＮｄは硫化物の形態を制御して被削性を改善する。本
発明鋼は、これらの被削性を向上させる快削性元素を添
加しなくても、実用上十分な被削性を備えている。した
がって、これらの元素は、本発明鋼では必須の元素では
ないが、さらに優れた被削性が要求される場合には、必
要に応じて添加すればよい。ただし、ＢｉおよびＢｅの
含有率が過剰な場合には、鋼の靱性が低下し、Ｐｂの含
有率が過剰な場合には、切削面が粗くなる。また、Ｔｅ
が過剰な場合には、鋼の高温延性を害し、Ｎｄは価格が
高いという問題がある。したがって、こられの元素の含
有率の上限は、Ｂｉ：０．０５％、Ｂｅ：０．１０％、
Ｐｂ：０．０５％、Ｔｅ：０．０５％、Ｎｄ：０．１％
とした。
元素は、鋼の被削性を向上させる働きを持っている。Ｂ
ｉとＰｂは低融点の相を形成して被削性を改善し、Ｔｅ
とＮｄは硫化物の形態を制御して被削性を改善する。本
発明鋼は、これらの被削性を向上させる快削性元素を添
加しなくても、実用上十分な被削性を備えている。した
がって、これらの元素は、本発明鋼では必須の元素では
ないが、さらに優れた被削性が要求される場合には、必
要に応じて添加すればよい。ただし、ＢｉおよびＢｅの
含有率が過剰な場合には、鋼の靱性が低下し、Ｐｂの含
有率が過剰な場合には、切削面が粗くなる。また、Ｔｅ
が過剰な場合には、鋼の高温延性を害し、Ｎｄは価格が
高いという問題がある。したがって、こられの元素の含
有率の上限は、Ｂｉ：０．０５％、Ｂｅ：０．１０％、
Ｐｂ：０．０５％、Ｔｅ：０．０５％、Ｎｄ：０．１％
とした。
【００３７】なお、Ｚｒは、硫化物の形態を変えて鋼の
被削性を向上させる効果を持つとされている。しかし、
本発明鋼では、硫化物の形態を制御することによって、
被削性を向上させることを必ずしも必要としていない。
本発明鋼のＺｒ含有率は、工業的に製造する際に、原料
から混入してくる程度の量である０．００１％未満で差
し支えない。
被削性を向上させる効果を持つとされている。しかし、
本発明鋼では、硫化物の形態を制御することによって、
被削性を向上させることを必ずしも必要としていない。
本発明鋼のＺｒ含有率は、工業的に製造する際に、原料
から混入してくる程度の量である０．００１％未満で差
し支えない。
【００３８】本発明のプラスチック成形金型用鋼は、通
常工業的に用いられている製造設備および製造方法でつ
くることができる。例えば、アーク式電気炉で原料を溶
解して精錬した後、所定の化学組成になるように合金元
素を添加して成分調整し、造塊法よって鋼塊に鋳造す
る。電気炉の代わりに転炉を用いることもできるし、造
塊法の代わりに連続鋳造法を採用してもよい。
常工業的に用いられている製造設備および製造方法でつ
くることができる。例えば、アーク式電気炉で原料を溶
解して精錬した後、所定の化学組成になるように合金元
素を添加して成分調整し、造塊法よって鋼塊に鋳造す
る。電気炉の代わりに転炉を用いることもできるし、造
塊法の代わりに連続鋳造法を採用してもよい。
【００３９】
【実施例】表２および表３に供試材の化学組成を示す。
表２には本発明鋼、表３には比較鋼および従来のプラス
チック成形金型用鋼（以下、従来鋼と記す）の化学組成
を示した。
表２には本発明鋼、表３には比較鋼および従来のプラス
チック成形金型用鋼（以下、従来鋼と記す）の化学組成
を示した。
【００４０】
【表２】
【００４１】
【表３】
【００４２】供試材は次の方法で作製した。アーク式電
気炉によって溶解した溶鋼を表２および表３に示す化学
組成に成分調整し、１０００Ｋｇ鋼塊に鋳造した。得ら
れた鋼塊を１２００℃に加熱した後、鍛伸と据え込みを
繰り返して、鍛造比４以上となるまで鍛造し、幅４００
ｍｍ、厚さ１５０ｍｍの素材を得た。この素材を加熱温
度８５０℃〜９００℃で焼きならし処理し、さらに５５
０〜６５０℃に加熱して、焼戻し処理を行った。上記の
処理で得られた供試材の硬さは、ショア硬度で２５〜３
３であった。
気炉によって溶解した溶鋼を表２および表３に示す化学
組成に成分調整し、１０００Ｋｇ鋼塊に鋳造した。得ら
れた鋼塊を１２００℃に加熱した後、鍛伸と据え込みを
繰り返して、鍛造比４以上となるまで鍛造し、幅４００
ｍｍ、厚さ１５０ｍｍの素材を得た。この素材を加熱温
度８５０℃〜９００℃で焼きならし処理し、さらに５５
０〜６５０℃に加熱して、焼戻し処理を行った。上記の
処理で得られた供試材の硬さは、ショア硬度で２５〜３
３であった。
【００４３】上記の供試材について、被削性、シボ加工
性、溶接補修性および磨き研磨性を評価した。被削性
は、超硬工具を用いたフライス切削加工試験、高速度工
具を用いたエンドミル切削加工試験を行い、それぞれ工
具寿命、加工能率および加工ひずみ（ただし、加工ひず
みの測定はフライス加工のみ）を求めることによって評
価した。なお、被削性試験に用いた試験片の大きさは、
縦４００ｍｍ、横４００ｍｍ、厚さ１５０ｍｍである。
シボ加工性は、試験片に対して、塩化第２鉄水溶液によ
って皮シボ模様を形成するエッチングを施し、シボ模様
のむら（シボむら）の有無によって評価した。また、溶
接補修性は、ＪＩＳＺ３１５８に規定されているｙ形溶
接割れ試験方法を行い、溶接後の試験片に生じる割れの
有無によって評価した。磨き研磨性は、試験片の表面を
手仕上げにより鏡面度＃３０００に研磨し、鏡面のむら
の有無によって評価した。
性、溶接補修性および磨き研磨性を評価した。被削性
は、超硬工具を用いたフライス切削加工試験、高速度工
具を用いたエンドミル切削加工試験を行い、それぞれ工
具寿命、加工能率および加工ひずみ（ただし、加工ひず
みの測定はフライス加工のみ）を求めることによって評
価した。なお、被削性試験に用いた試験片の大きさは、
縦４００ｍｍ、横４００ｍｍ、厚さ１５０ｍｍである。
シボ加工性は、試験片に対して、塩化第２鉄水溶液によ
って皮シボ模様を形成するエッチングを施し、シボ模様
のむら（シボむら）の有無によって評価した。また、溶
接補修性は、ＪＩＳＺ３１５８に規定されているｙ形溶
接割れ試験方法を行い、溶接後の試験片に生じる割れの
有無によって評価した。磨き研磨性は、試験片の表面を
手仕上げにより鏡面度＃３０００に研磨し、鏡面のむら
の有無によって評価した。
【００４４】表４、表５に、それぞれ本発明鋼、比較鋼
（従来鋼を含む）の試験結果を示した。シボ加工性およ
び磨き研磨性については、むらがない場合は○、むらが
ある場合は×として表示した。また、溶接補修性につい
ては、割れがなかった場合は○、割れが生じた場合は×
として表示した。
（従来鋼を含む）の試験結果を示した。シボ加工性およ
び磨き研磨性については、むらがない場合は○、むらが
ある場合は×として表示した。また、溶接補修性につい
ては、割れがなかった場合は○、割れが生じた場合は×
として表示した。
【００４５】
【表４】
【００４６】
【表５】
【００４７】試験結果について、表４の本発明鋼と表５
の従来鋼（供試材Ｎｏ．４４：Ｓ５５ＣおよびＮｏ．４
５：ＳＣＭ４４０）について比較すると、次のとおりで
ある。表４から明かなように、本発明鋼の工具寿命は、
超硬工具によるフライス加工の場合が６２００ｍｍ以
上、高速度工具によるエンドミル加工の場合が１３５０
０ｍｍ以上である。それに対して、従来鋼はそれぞれ２
０００ｍｍ未満、７１００ｍｍ以下となっており、本発
明鋼の方が著しく長い。また、加工能率は、供試材Ｎ
ｏ．４４の従来鋼（ＪＩＳＳ５５Ｃ相当材）を１とし
て、本発明鋼では、超硬工具によるフライス加工の場合
が２．４倍以上、高速度鋼工具によるエンドミル加工の
場合が２．２倍以上となっている。加工能率において
も、本発明は従来鋼にくらべて格段に優れている。さら
に、超硬工具による切削加工後の被加工材の加工ひずみ
は、本発明鋼では長さ４００ｍｍに対して０．０７ｍｍ
以下であったのに対して、従来鋼では、０．３１ｍｍと
０．３８ｍｍと極めて大きな値であった。その他の特性
についても、本発明鋼は、すべての供試材において、シ
ボ加工性、溶接補修性および磨き研磨性にまったく問題
がないのに対して、従来鋼は、溶接補修性に劣っている
ことが認められた。このように、本発明鋼は、被削性お
よびその他の上記の特性において、従来鋼にくらべて、
極めて優れていることが確認された。
の従来鋼（供試材Ｎｏ．４４：Ｓ５５ＣおよびＮｏ．４
５：ＳＣＭ４４０）について比較すると、次のとおりで
ある。表４から明かなように、本発明鋼の工具寿命は、
超硬工具によるフライス加工の場合が６２００ｍｍ以
上、高速度工具によるエンドミル加工の場合が１３５０
０ｍｍ以上である。それに対して、従来鋼はそれぞれ２
０００ｍｍ未満、７１００ｍｍ以下となっており、本発
明鋼の方が著しく長い。また、加工能率は、供試材Ｎ
ｏ．４４の従来鋼（ＪＩＳＳ５５Ｃ相当材）を１とし
て、本発明鋼では、超硬工具によるフライス加工の場合
が２．４倍以上、高速度鋼工具によるエンドミル加工の
場合が２．２倍以上となっている。加工能率において
も、本発明は従来鋼にくらべて格段に優れている。さら
に、超硬工具による切削加工後の被加工材の加工ひずみ
は、本発明鋼では長さ４００ｍｍに対して０．０７ｍｍ
以下であったのに対して、従来鋼では、０．３１ｍｍと
０．３８ｍｍと極めて大きな値であった。その他の特性
についても、本発明鋼は、すべての供試材において、シ
ボ加工性、溶接補修性および磨き研磨性にまったく問題
がないのに対して、従来鋼は、溶接補修性に劣っている
ことが認められた。このように、本発明鋼は、被削性お
よびその他の上記の特性において、従来鋼にくらべて、
極めて優れていることが確認された。
【００４８】また、本発明鋼の化学組成に対して、一部
の元素がその範囲外である比較鋼（供試材Ｎｏ．２３〜
４３）についての試験結果は、次のとおりである。比較
鋼は、一部の元素が本発明鋼の範囲外に過ぎない。その
ため、表５に示されているように、被削性（工具寿命、
加工能率、加工ひずみ）、シボ加工性、溶接補修性およ
び磨き研磨性に、比較鋼の中でも、本発明鋼並みの値が
見られる。しかし、これらのすべての特性値が本発明鋼
並みの供試材はない。特に、Ｓｉ含有率が低い供試材Ｎ
ｏ．２５については、被削性が工具寿命、加工能率およ
び加工ひずみすべての面で、本発明鋼より劣っているこ
とが明かである。
の元素がその範囲外である比較鋼（供試材Ｎｏ．２３〜
４３）についての試験結果は、次のとおりである。比較
鋼は、一部の元素が本発明鋼の範囲外に過ぎない。その
ため、表５に示されているように、被削性（工具寿命、
加工能率、加工ひずみ）、シボ加工性、溶接補修性およ
び磨き研磨性に、比較鋼の中でも、本発明鋼並みの値が
見られる。しかし、これらのすべての特性値が本発明鋼
並みの供試材はない。特に、Ｓｉ含有率が低い供試材Ｎ
ｏ．２５については、被削性が工具寿命、加工能率およ
び加工ひずみすべての面で、本発明鋼より劣っているこ
とが明かである。
【００４９】上記のように、本発明のプラスチック成形
金型用鋼は、被削性、シボ加工性、溶接補修性（溶接
性）および磨き研磨性ともに極めて優れており、従来鋼
および比較鋼に比べて、格段に良好な性能を備えている
ことが実証された。
金型用鋼は、被削性、シボ加工性、溶接補修性（溶接
性）および磨き研磨性ともに極めて優れており、従来鋼
および比較鋼に比べて、格段に良好な性能を備えている
ことが実証された。
【００５０】
【発明の効果】本発明のプラスチック成形金型用鋼は、
工具寿命、加工能率等の被削性に優れ、切削加工後の被
加工材の加工ひずみが少ない。また、シボ加工性、溶接
補修性（溶接性）、磨き研磨性等の特性も良好である。
本発明鋼の適用による工具寿命の向上は、工具費の低減
および切削加工の無人化に結び付き、加工能率の向上
は、加工時間の短縮、ひいては金型製作リードタイムの
短縮につながる。さらに、加工ひずみが軽微であること
は、研磨工程の省略による金型製作所要日数の短縮にも
結び付く。このように、本発明のプラスチック成形金型
用鋼は、金型の製作費の低減および製作所要日数の短縮
が可能であるとともに、シボ加工性、溶接性補修性（溶
接性）、磨き研磨性にも優れているために、金型製作、
プラスチックの成形加工に対して、多大な効果を奏す
る。
工具寿命、加工能率等の被削性に優れ、切削加工後の被
加工材の加工ひずみが少ない。また、シボ加工性、溶接
補修性（溶接性）、磨き研磨性等の特性も良好である。
本発明鋼の適用による工具寿命の向上は、工具費の低減
および切削加工の無人化に結び付き、加工能率の向上
は、加工時間の短縮、ひいては金型製作リードタイムの
短縮につながる。さらに、加工ひずみが軽微であること
は、研磨工程の省略による金型製作所要日数の短縮にも
結び付く。このように、本発明のプラスチック成形金型
用鋼は、金型の製作費の低減および製作所要日数の短縮
が可能であるとともに、シボ加工性、溶接性補修性（溶
接性）、磨き研磨性にも優れているために、金型製作、
プラスチックの成形加工に対して、多大な効果を奏す
る。
【図１】金型用鋼のＳｉ含有率とＡC1変態点の関係を示
す図である。
す図である。
【図２】金型用鋼のＳｉ含有率と超硬工具による金型用
鋼のフライス加工における工具寿命との関係を示す図で
ある。
鋼のフライス加工における工具寿命との関係を示す図で
ある。
【図３】金型用鋼のＳｉ含有率と超硬工具による金型用
鋼のフライス加工における加工能率との関係を示す図で
ある。
鋼のフライス加工における加工能率との関係を示す図で
ある。
【図４】金型用鋼のＳｉ含有率と高速度工具による金型
用鋼のエンドミル加工における工具寿命との関係を示す
図である。
用鋼のエンドミル加工における工具寿命との関係を示す
図である。
【図５】金型用鋼のＳｉ含有率と高速度工具による金型
用鋼のエンドミル加工における加工能率との関係を示す
図である。
用鋼のエンドミル加工における加工能率との関係を示す
図である。
【図６】金型用鋼のＳｉ含有率と超硬工具による金型用
鋼のフライス加工における被加工材の加工ひずみとの関
係を示す図である。
鋼のフライス加工における被加工材の加工ひずみとの関
係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 康孝 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−115523（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−34162（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−57633（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−173573（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60
Claims (5)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．０５〜０．５５％、Ｓ
ｉ：０．５〜２．５％、Ｍｎ：０．１０〜２．５０％、
Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０８０％以下、Ａｌ：
０．０２％以下、Ｏ（酸素）：０．００１〜０．００８
％を含有し、残部はＦｅおよび不可避の不純物からなる
ことを特徴とする被削性に優れたプラスチック成形金型
用鋼。 - 【請求項２】 重量％で、Ｃ：０．０５〜０．５５％、Ｓ
ｉ：０．５〜２．５％、Ｍｎ：０．１０〜２．５０％、
Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０８０％以下、Ａｌ：
０．０２％以下、Ｏ（酸素）：０．００１〜０．００８
％、Ｖ：０．５０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不
可避の不純物からなることを特徴とする被削性に優れた
プラスチック成形金型用鋼。 - 【請求項３】 重量％で、Ｃ：０．０５〜０．５５％、Ｓ
ｉ：０．５〜２．５％、Ｍｎ：０．１０〜２．５０％、
Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０８０％以下、Ａｌ：
０．０２％以下、Ｏ（酸素）：０．００１〜０．００８
％ならびにＣｒ：３．０％以下、Ｎｉ：２．０％以下、
Ｍｏ：１．５％以下およびＢ：０．０１％以下のうちの
少なくとも１種を含有し、残部はＦｅおよび不可避の不
純物からなることを特徴とする被削性に優れたプラスチ
ック成形金型用鋼。 - 【請求項４】 重量％で、Ｃ：０．０５〜０．５５％、Ｓ
ｉ：０．５〜２．５％、Ｍｎ：０．１０〜２．５０％、
Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０８０％以下、Ａｌ：
０．０２％以下、Ｏ（酸素）：０．００１〜０．００８
％、Ｖ：０．５０％以下ならびにＣｒ：３．０％以下、
Ｎｉ：２．０％以下、Ｍｏ：１．５％以下およびＢ：
０．０１％以下のうちの少なくとも１種を含有し、残部
はＦｅおよび不可避の不純物からなることを特徴とする
被削性に優れたプラスチック成形金型用鋼。 - 【請求項５】 Ｆｅの一部に代えて、Ｂｉ：０．０５％以
下、Ｂｅ：０．１％以下、Ｐｂ：０ ．０５％以下、Ｔ
ｅ：０．０５％以下およびＮｄ：０．１％以下のうちの
少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１な
いし４のいずれかに記載の被削性に優れたプラスチック
成形金型用鋼。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07201189A JP3141735B2 (ja) | 1995-08-07 | 1995-08-07 | プラスチック成形金型用鋼 |
| TW085103504A TW420720B (en) | 1995-08-07 | 1996-03-22 | Steel for plastic molding die |
| KR1019960032586A KR100213574B1 (ko) | 1995-08-07 | 1996-08-05 | 플라스틱 성형 금형용 강 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07201189A JP3141735B2 (ja) | 1995-08-07 | 1995-08-07 | プラスチック成形金型用鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0949067A JPH0949067A (ja) | 1997-02-18 |
| JP3141735B2 true JP3141735B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=16436831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07201189A Expired - Fee Related JP3141735B2 (ja) | 1995-08-07 | 1995-08-07 | プラスチック成形金型用鋼 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3141735B2 (ja) |
| KR (1) | KR100213574B1 (ja) |
| TW (1) | TW420720B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112030073A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-12-04 | 东北大学 | 一种含铋易切削预硬型塑料模具钢及其制备方法 |
| CN113528981A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-10-22 | 首钢集团有限公司 | 一种2000MPa级防护用钢板及其制备方法 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100401951B1 (ko) | 1999-01-28 | 2003-10-17 | 스미토모 긴조쿠 고교 가부시키가이샤 | 기계구조용 강재 |
| JP2002001593A (ja) * | 2000-06-16 | 2002-01-08 | Takeda Chem Ind Ltd | 打錠用杵および臼 |
| KR20050021756A (ko) * | 2003-08-26 | 2005-03-07 | 현대자동차주식회사 | 고온사출 성형용 금형의 합금조성물 |
| CN100340691C (zh) * | 2004-07-29 | 2007-10-03 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种贝氏体大截面塑料模具钢及其制造方法 |
| EP1887096A1 (de) | 2006-08-09 | 2008-02-13 | Rovalma, S.A. | Warmarbeitsstahl |
| JP4622963B2 (ja) * | 2006-08-22 | 2011-02-02 | 住友金属工業株式会社 | プラスチック成形金型用鋼 |
| JP2015007278A (ja) * | 2013-06-26 | 2015-01-15 | 新日鐵住金株式会社 | プラスチック成型用金型鋼の製造方法およびプラスチック成型用金型 |
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