JP3958183B2

JP3958183B2 - 耐食性、耐摩耗性に優れたプラスチック成形用鋼および成形部品

Info

Publication number: JP3958183B2
Application number: JP2002303833A
Authority: JP
Inventors: 敬介清水
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2002-05-01
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-10-18
Also published as: JP2004027354A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐食性、耐摩耗性に優れたプラスチック成形用鋼に関するもので、特に、プラスチックの成形に利用される射出成形機、押出成形機に使用される部品や金型等に必要とされる耐食性、耐摩耗性、靱性に優れたプラスチック成形用鋼および成形部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラスチックの成形に使用される部品や金型には、ＪＩＳＳＫＤ１１に代表されるダイス鋼、あるいは構造用鋼に窒化や硬質クロムメッキなどの表面処理を施したものが使用されてきた。しかし、近年のプラスチック製品に対する高性能化のニーズに伴い、種々の添加剤や強化材が用いられるようになった。特に、電子部品を中心として使用されるようになったハロゲン系やリン系の難燃剤の熱分解による腐食性ガスや強化樹脂に添加されるガラスファイバー等によって、プラスチック成形部品や金型の腐食と摩耗が促進され、型寿命の低下が以前より問題視されるようになってきた。そこで、改良鋼として、特許文献１、特許文献２、特許文献３、および特許文献４等が提案されている。
【０００３】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開平１−３０１８３８号公報）
（２）特許文献２（特開平３−９０５３８号公報）
（３）特許文献３（特開平６−１９８７１３号公報）
（４）特許文献４（特許第３０９３３７６号公報）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記に提案された改良鋼は、従来鋼からみれば改善は見られるが、しかし、以下のような問題点を有している。特許文献１に記載の合金鋼は、高温強度と耐食性の改善を目的としてＣｏを過剰添加しているため、コスト面で不利であるだけでなく、焼入れ焼戻し時の硬度が６２ＨＲＣ程度しか得られないため耐摩耗性が十分に改善されていない。また、特許文献２の合金鋼では、低Ｃ含有およびＷ，Ｃｏ添加により耐食性と耐摩耗性の改善を狙っているが、炭化物量減少に伴う耐摩耗性の劣化、Ｗ添加による加工性の悪化、Ｃｏ添加による高コスト化などの問題がある。
【０００５】
さらに、特許文献３の合金鋼では、焼入れ焼戻し時の硬度が６２．５ＨＲＣ程度であり、耐摩耗性改善が不十分であると共に、Ｃｒ量が多過ぎるため一次炭化物が増加し、靱性を十分に確保できていない。また、特許文献４は、Ｃ量を低下させ炭化物を抑えることで靱性を改善しているが、一方で耐摩耗性を低下させている。また、耐食性改善のためのＣｏの添加はコストを上昇させている。このように、上述したいずれの改良鋼では、同時に耐摩耗性、耐食性および靱性を十分に改善するに至っていない。さらに、耐食性の改善を狙った、過剰なＣｏ添加はコストを上昇させるにも関わらず、あまり効果が得られないのが実状である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、耐摩耗性、耐食性および靱性を全て十分に改善し、プラスチック成形型の高寿命化を実現する合金鋼を提供することを目的とする。
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：１．０超〜１．８％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｃｒ：６．０〜９．０％、Ｍｏ：２．０〜６．０％、Ｖ：１．０〜４．０％、であって、かつ５．１＜Ｃｒ／Ｃ＜６．８および０．６９＜（Ｍｏ＋Ｖ）／Ｃｒ＜１．２５を共に満たし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる高温焼戻しにより６４ＨＲＣ以上の高硬度を有することを特徴とする耐食性、耐摩耗性に優れたプラスチック成形用鋼。
【０００７】
（２）前記（１）に記載の成分組成にさらに、Ｎｉ：２．０％未満、Ｃｕ：２．０％未満、Ｃｏ：２．０％未満の１種または２種以上を合計で４．０％以下添加したことを特徴とする耐食性、耐摩耗性に優れたプラスチック成形用鋼。
（３）前記（１）または（２）に記載の鋼よりなる耐食性、耐摩耗性に優れたプラスチック成形部品である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成分限定理由について述べる。
Ｃ：１．０超〜１．８％
Ｃは、合金元素と共に炭化物を形成し、耐摩耗性を高める。その効果を十分に得るため、１．０％超必要である。しかし、過剰添加すると巨大な一次炭化物を形成し、靱性を低下させるため、その上限を１．８％とした。
Ｓｉ：０．１〜１．０％
Ｓｉは、製鋼での脱酸効果、焼入れ性のための添加である。０．１％未満では、脱酸効果が不十分であり、また、焼戻し軟化抵抗性に寄与する。しかし、過剰の添加は加工性を低下させるので、その上限を１．０％とした。
【０００９】
Ｍｎ：０．１〜１．０％
Ｍｎは、焼入れ性のために添加する。しかし、０．１％未満では、その効果が不十分であり、１．０％超える過剰の添加は加工性を低下させるので、その上限を１．０％とした。
Ｃｒ：６．０〜９．０％
Ｃｒは、Ｃと共に炭化物を形成し、耐摩耗性を高める。また、マトリックスに固溶して耐食性を高める。それらの効果を得るため、６．０％以上添加する必要がある。しかし、過剰に添加するとＣとの巨大な炭化物が形成し靱性と耐焼付き性を低下させるだけでなく、炭化物周囲を起点とした隙間腐食の進行促進により耐食性の劣化を引き起こすため、その上限を９．０％とした。
【００１０】
Ｍｏ：２．０〜６．０％
Ｍｏは、Ｃと共に微細な析出炭化物を形成し、焼入焼戻硬さを上昇させて耐摩耗性を高める。また、マトリックスに固溶してＣｒと共に、耐食性向上に寄与する。その効果を得るため２．０％以上添加する。しかし、多過ぎると巨大な炭化物を形成し靱性の低下を招くため、その上限を６．０％とした。
Ｖ：１．０〜４．０％
Ｖは、Ｃと共に微細かつ硬質な析出炭化物を形成し、焼入焼戻硬さを上昇させて耐摩耗性を向上させる。添加量が少ない場合はその効果が得られないため、１．０％以上添加する。しかし、過剰に添加すると加工性を阻害するため、その上限を４．０％とした。
【００１１】
Ｎｉ：２．０％未満
Ｎｉは、耐食性と靱性を向上させるために添加するが、多過ぎると、切削性が悪化するため、２．０％未満とした。
Ｃｕ：２．０％未満
Ｃｕは、耐食性と靱性を向上させるために添加するが、多過ぎると、焼戻し硬さが低下するため、２．０％未満とした。
【００１２】
Ｃｏ：２．０％未満
Ｃｏは、マトリックスの耐食性を向上させるため添加するが、高価であるため、添加効果の飽和が見られる２．０％未満とした。
Ｎｉ、ＣｕおよびＣｏの１種または２種以上の合計添加量が多過ぎると焼入焼戻硬さが低下するため４．０％以下とした。
なお、本発明においては、Ｗを含有しないことも一つの特徴である。従来、ＷはＭｏと同様の効果を期待して添加される合金元素であるが、一次炭化物を粗大化させるだけでなく、Ｍｏと比較すると耐食性改善効果が低いため添加しない。
【００１３】
ＣｒとＭｏ、Ｖのバランスの最適化
Ｃｒ／Ｃは一次炭化物の量を、（Ｍｏ＋Ｖ）／Ｃｒは析出炭化物と一次炭化物の割合を相対的に示す指標である。５．１＜Ｃｒ／Ｃ＜６．８および０．６９＜（Ｍｏ＋Ｖ）／Ｃｒ＜１．２５とするのは、Ｃ量に対しＣｒ量を低め、Ｍｏ、Ｖ量を高めるもので、Ｃ量に対しＣｒ量を低めることにより、一次炭化物を低減し、靱性向上、腐食起点を低減して耐食性向上を図る。また、Ｍｏ、Ｖ量を高めるのは、マトリックス中のＭｏ量を増加させ、耐食性を改善し、Ｍｏ、Ｖ系析出炭化物の増加を図り、６４ＨＲＣ以上の焼入れ焼き戻し硬さを実現し、耐摩耗性向上、耐焼付性の改善を図る。
【００１４】
【実施例】
表１に示す化学成分の材料を、溶製および粉末冶金法によって製造する。これを、１１００〜１２００℃の温度に加熱して、鍛造および圧延によって試作材（φ８０）を製造した。なお、熱間押出しによる製造も可能である。次に、焼き鈍しを８００〜９５０℃の温度で行い、各試験片を切り出して作製した。試験片を１０００〜１１５０℃で焼入れ後、本発明鋼では６４ＨＲＣ以上を狙い４５０〜６００℃で焼戻しを行った。
【００１５】
表１の高温ガス腐食試験とは、図１に示すように高温高圧（３００℃、６０ＭＰａ）容器１内において、ペレット状の樹脂とハロゲン系難燃剤から熱分解により腐食性ガスを発生させ、試験片３（サイズ５×１０×２０ｍｍ）をガス腐食環境下で６時間暴露後、その腐食減量から耐食性を評価する試験法である。また、大越式摩耗試験（試験片サイズ：１０×２５×５０ｍｍ）は最終荷重：６１．８Ｎ、摩擦距離：２００ｍ、すべり速度：２．４ｍ／ｓの条件で試験を実施した。
なお、図１において、符号２は加熱装置であり、４は樹脂と難燃剤および水であり、５は温度計および圧力計であり、６は空気吹き込み管であり、７は温度および圧力測定用管を示す。
【００１６】
【表１】

【００１７】
表１に示すように、焼入れ焼戻し硬さでは、比較鋼Ｎｏ．７〜１２が６０〜６３ＨＲＣなのに対し、本発明鋼Ｎｏ．１〜６では６４ＨＲＣ以上の高硬度が得られている。また、高温ガス腐食試験結果において、本発明鋼は比較鋼に比べて腐食減量が少なく、良好な耐食性を示している。次に大越式摩耗試験結果においても、本発明鋼では比摩耗量が比較鋼に比べて抑えられており、耐摩耗性が良好である。特に、Ｍｏ量とＶ量が高い本発明鋼Ｎｏ．４、Ｎｏ．６で優れた耐摩耗性を示している。
【００１８】
さらに、シャルピー衝撃値においても、本発明鋼では比較鋼に比べていずれも良好な衝撃値を示しており、靱性が大幅に改善されていることが判る。このように、本発明鋼をプラスチック成形金型に適用した場合、比較例に比べて腐食や摩耗を低減すると共に、さらには靱性向上による金型破損を抑制することで金型の長寿命化を図ることが出来る等優れた効果を有する。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明鋼である耐食性、耐摩耗性、および靱性に優れたプラスチックの成形用鋼は、プラスチックの成形に利用される射出成形機や押出成形機の部品や金型等に使用することで、大幅に型寿命を改善することが出来、長期間の型利用を可能とする工業的に優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】高温高圧容器での高温ガス腐食試験機の概略図である。
【符号の説明】
１高温高圧容器
２加熱装置
３試験片
４樹脂と難燃剤および水
５温度計および圧力計
６空気吹き込み管
７温度および圧力測定用管

Claims

質量％で、
Ｃ：１．０超〜１．８％、
Ｓｉ：０．１〜１．０％、
Ｍｎ：０．１〜１．０％、
Ｃｒ：６．０〜９．０％、
Ｍｏ：２．０〜６．０％、
Ｖ：１．０〜４．０％、
であって、かつ５．１＜Ｃｒ／Ｃ＜６．８および０．６９＜（Ｍｏ＋Ｖ）／Ｃｒ＜１．２５を共に満たし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる高温焼戻しにより６４ＨＲＣ以上の高硬度を有することを特徴とする耐食性、耐摩耗性に優れたプラスチック成形用鋼。
請求項１に記載の成分組成にさらに、Ｎｉ：２．０％未満、Ｃｕ：２．０％未満、Ｃｏ：２．０％未満の１種または２種以上を合計で４．０％以下添加したことを特徴とする耐食性、耐摩耗性に優れたプラスチック成形用鋼。
請求項１または２に記載の鋼よりなる耐食性、耐摩耗性に優れたプラスチック成形部品。