JP4223442B2 - シボ加工性と被削性に優れたプラスチック金型用鋼 - Google Patents
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Description
従来の技術においても、低Si化によってある程度のシボ加工ムラの防止が図れれてきたが、優れた被削性とシボ加工性とが兼備するには至っていない。すなわち、特許文献1の鋼では、C量が少ないため、強度を確保しようとすると種々の合金元素の添加が不可欠となり、これらの合金元素の偏析のために十分なシボ加工性が得られない。また、特許文献2の鋼では、高Si化によって被削性を改善するために、シボ加工性に問題があり、十分なシボ加工性が得られているとは言えない。また、特許文献3の鋼は、S量が多く、大形のMnSが圧鍛方向に展伸され易く、良好なシボ加工性が得られいない。また、特許文献4の鋼では、低Si化により、シボ加工性の向上を図っているものの、焼入性を確保するためにCr等の合金元素添加量が多く、十分なシボ加工性が得られていない。
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、優れた被削性とシボ加工性とを兼備したプラスチック金型用鋼を提供することを目的とする。
C :0.25%超,0.40%以下、
Si:0.05%以上,0.50%未満、
Mn:0.9%超,1.5%以下、
P :0.01%以下、
S :0.02%以上,0.08%未満、
Ni:0.05%以上,0.30%以下、
Cr:0.30%以上,1.35%未満、
Mo:002%以上,0.50%未満、
V :0.02%以上,0.30%以下、
Zr:0.02%以上,0.10%以下、
Al:0.035%未満
を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、KおよびCeqを下記式で表したとき、K:0.63以下、Ceq:0.72以上,0.85以下を満足し、
サイズが50μm2以上で、アスペクト比が3.8以下の硫化物系介在物Aを2.5個/mm2 以上で、サイズが50μm2以上で、アスペクト比が7.0以上の硫化物系介在物Bを4.0個/mm2 以下としたものである。
K=0.01(C%)+0.60(Si%)+0.12(Mn%)+3.5(P%)
+4.10(S%)−0.19(Mo%)+0.10(Cr%)−0.10(Ni%)
Ceq=(C%)+(Si%)/10+((Mn%)−32/55×(S%))/5
+(Ni%)/23+(Cr%)/9+(Mo%)/2+(V%)/2
C :0.25%超,0.35%以下、
S :0.03%以上,0.05%未満、
Ni:0.10%以上,0.20%以下、
Cr:0.50%以上,1.0%未満、
Mo:005%以上,0.25%以下、
V :0.05%以上,0.30%以下、
Al:0.005%未満
K:0.57以下、
Ceq:0.74以上,0.81以下
とすることが好ましく、あるいはさらに硫化物系介在物Aを3.5個/mm2 以上で、硫化物系介在物Bを3.0個/mm2 以下とすることが好ましい。
C:0.25%超,0.40%以下
Cは強度確保に必要な元素である。被削性の改善にはC量を低下させることが有効であるが、C量を低下させると、強度が低下し、必要強度を確保するには合金元素の添加量を増大させることが必要となり、シボ加工性が低下する。すなわち、C量が0.25%以下では被削性を損なわない範囲で合金元素を添加しても強度の確保が困難になり、一方0.40%超では被削性が低下する。このため、C量の下限を0.25%(0.25%を含まず。)とし、その上限を0.40%とし、好ましくは0.35%とするのがよい。
Siは強度向上元素として、また脱酸元素として0.05%以上添加することが必要であるが、多すぎると偏析、バンド状組織の生成促進によりシボ加工性が低下する。このため、Si量の下限を0.05%、好ましくは0.10%とし、上限を0.50%(0.50%を含まず。)、好ましくは0.40%以下とする。
Mnは脱酸と強度確保の観点から重要な元素であり、0.9%以下ではかかる作用が過少であり、一方1.5%超では偏析傾向が著しくなり、バンド組織の生成促進によりシボ加工性が劣化するようになる。このため、Mn量の下限を0.9%(0.9%を含まず。)とし、好ましくは1.0%とするのがよい。一方、その上限を1.5%とし、好ましくは1.4%とするのがよい。
Pは不純物元素で、偏析傾向があり、シボ加工性を低下させるので少ないほどよく、本発明では0.01%以下に止める。
Sは被削性の向上に有効な元素であるが、多すぎるとシボ加工性を害する。このため、S量の下限を0.02%とし、好ましくは0.03%とするのがよく、その上限を0.08%(0.08%を含まず。)とし、好ましくは0.05%とするのがよい。
Mo:0.02%以上,0.50%以下
NiおよびMoはシボ加工性を低下させずに焼入性を向上させる有効な元素であり、Ni0.05%未満、Mo0.20%未満ではかかる作用が過少であり、一方Ni0.30%超では添加効果が飽和し、コスト高を招来し、またMo0.50%以上では被削性が低下するようになる。このため、Niの下限を0.05%とし、好ましくは0.10%とするのがよく、その上限を0.30%とし、好ましくは0.20%とするのがよい。また、Moの下限を0.02%とし、好ましくは0.05%とするのがよく、その上限を0.50%(0.50%を除く。)とし、好ましくは0.25%とするのがよい。
Crは強度確保の観点から重要な元素であるが、多すぎると偏析傾向が著しくなりシボ加工性が劣化する。このため、Cr量の下限を0.30%とし、好ましくは0.50%とするのがよく、一方その上限を1.35%(1.35%を除く。)とし、好ましくは1.0%(1.0%を除く。)とするのがよい。
Vは強度向上に不可欠な元素であるだけでなく、強度向上の割りには被削性の低下が小さい元素である。0.02%未満ではかかる作用が過少であり、一方0.30%超添加しても作用が飽和するようになり、原料コスト高を招来する。このため、V量の下限を0.02%とし、好ましくは0.05%とするのがよく、一方その上限を0.30%とし、好ましくは0.20%とするのがよい。
ZrはMnS系介在物を球状化させる作用があり、これによって被削性を向上させると同時に展伸MnSを減少させることができるので、シボ加工性も向上する。0.02%未満ではかかる作用が過少であり、一方0.10%超では前記作用が飽和し、原料コスト高を招来する。このため、Zr量の下限を0.02%とし、好ましくは0.04%とするのがよく、一方その上限を0.10%とし、好ましくは0.08%とするのがよい。
Alは脱酸元素として添加されることがあるが、Alの添加により酸化物系介在物が硬質なアルミナ系酸化物になり、被削性が低下する。さらに、MnSの生成に影響を及ぼす展伸を促進させて被削性とシボ加工性の低下を招く。このため、少ないほどよいが、本発明では0.035%未満の添加が許容される。好ましくは0.005%未満に止めるのがよい。
K=0.01(C%)+0.60(Si%)+0.12(Mn%)+3.5(P%)
+4.10(S%)−0.19(Mo%)+0.10(Cr%)−0.10(Ni%)
K値は凝固時の合金元素のミクロ偏析への影響を表す尺度であり、この値が0.630超では後述の実施例から明らかなように偏析傾向が顕著になり、シボ加工性が劣化するようになる。このため、K値の上限を0.63とし、好ましくは0.57とするのがよい。なお、上記Kを規定する式は、キルド鋼塊の逆V偏析密度は固溶共存相内残溶鋼に働く平均浮力と相関があるとの知見から得られた式(拝田等:「鉄と鋼」、Vol. 67, 1981, p954-958)を基に、係数を発明者等の実験により修正したものである。
Ceq=(C%)+(Si%)/10+((Mn%)−32/55×(S%))/5
+(Ni%)/23+(Cr%)/9+(Mo%)/2+(V%)/2
Ceq値は鋼中の合金元素の硬さへの影響をC量に換算して示したもので、後述の実施例から明らかなように、Ceqが0.720未満と低過ぎる場合、安定して必要な硬さ(Hv190〜210)を満足させることができず、一方0.850超と高過ぎる場合、焼戻し温度を高めても硬さがHv210超となって高過ぎる個所が生成し、被削性、シボ加工性が低下するようになる。このため、Ceqの下限を0.72とし、好ましくは0.74とするのがよく、一方その上限を0.85とし、好ましくは0.81とするのがよい。硬さと強度は相関関係があり、本発明鋼では硬さをHv190〜210とすることにより、必要強度が満足される。なお、前記Ceqの式は当業者によく知られた経験式である。
代表的な製造方法は以下の通りである。電気炉において、原料を投入して成分調整を行った後、取鍋精錬と真空処理を行う。取鍋精錬と真空処理の主な目的は、被削性などに有害な酸化物系介在物を低減することにある。その後、鋼塊に鋳造する。鋳造速度はMnSのサイズコントロールに有効であり、大型化には鋳造速度を遅く、例えば15℃/min以下、好ましくは10℃/min以下程度にする。鋳造後、1100℃以上に加熱・保持した後、鍛造加工される。MnSの大形球状化には加熱温度を高めることが有効である。また、加熱にあたっては、鋼塊内部まで十分に温度が上昇する様にすることが必要である。更に、鍛造加工の途中で再加熱することもMnSの大形球状化には有効である。鍛造加工に際しての鍛圧比は、製品の要求仕様によって異なり、内部品質を確保するためには、ある程度以上の鍛圧比が必要であるが、MnSの大形化のためには、必要以上に上昇させないようにすることが望ましい。例えば、2〜4程度の鍛圧比にすること、好ましくは2〜3程度にすることが推奨される。また、逆方向からの鍛造加工を追加することは、内部品質を確保しながらMnSの展伸を抑制して大形球状化を確保する上で有効である。
得られた鍛造片を880℃×2hの焼準を行った後、焼戻しを行った。この際、焼戻し温度T、焼戻し後の冷却速度CRは標準的な範囲(T:580〜640℃、CR:1〜5℃/min )で調整した。
組織観察は硫化物系介在物のサイズ、形態を観察する目的で画像解析機能を有するEPMAを用いて実施された。1サンプル当りの被顕面積を約120mm2 とし、介在物1個当りの面積、長径と短径を測定し、アスペクト比(長径/短径)を求めた。表2にはサイズが50μm2以上の大径の硫化物で、アスペクト比が3.8以下のものAとアスペクト比が7.0以上のものBの個数を示した。
切削試験は、超硬工具を使用したフライス試験を行い、エ具磨耗量が2mmになる切削長さを工具寿命として評価した。切削条件は、回転数=1050rpm、送り速度=250mm/min 、切り込み=5mm、切削幅=15mmのダウンカットとした。
シボ加工性は、試験片に対して、#2000番までペーパー研磨した後、塩化第2鉄水溶液によってエッチングを施し、触針式の粗さ測定機を用いて表面粗さを測定することにより評価した。測定結果Ra(nm)を表2に併せて示す。
Claims (3)
- mass%で、
C :0.25%超,0.40%以下、
Si:0.05%以上,0.50%未満、
Mn:0.9%超,1.5%以下、
P :0.01%以下、
S :0.02%以上,0.08%未満、
Ni:0.05%以上,0.30%以下、
Cr:0.30%以上,1.35%未満、
Mo:002%以上,0.50%未満、
V :0.02%以上,0.30%以下、
Zr:0.02%以上,0.10%以下、
Al:0.035%未満
を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、KおよびCeqを下記式で表したとき、K:0.63以下、Ceq:0.72以上,0.85以下を満足し、
サイズが50μm2以上で、アスペクト比が3.8以下の硫化物系介在物Aが2.5個/mm2 以上で、サイズが50μm2以上で、アスペクト比が7.0以上の硫化物系介在物Bが4.0個/mm2 以下である、シボ加工性と被削性に優れたプラスチック金型用鋼。
K=0.01(C%)+0.60(Si%)+0.12(Mn%)+3.5(P%)
+4.10(S%)−0.19(Mo%)+0.10(Cr%)−0.10(Ni%)
Ceq=(C%)+(Si%)/10+((Mn%)−32/55×(S%))/5
+(Ni%)/23+(Cr%)/9+(Mo%)/2+(V%)/2 - 請求項1に記載した成分において、
C :0.25%超,0.35%以下、
S :0.03%以上,0.05%未満、
Ni:0.10%以上,0.20%以下、
Cr:0.50%以上,1.0%未満、
Mo:005%以上,0.25%以下、
V :0.05%以上,0.30%以下、
Al:0.005%未満
であり、
K:0.57以下、
Ceq:0.74以上,0.81以下
を満足する、請求項1に記載したプラスチック金型用鋼。 - 硫化物系介在物Aが3.5個/mm2 以上で、硫化物系介在物Bが3.0個/mm2 以下である、請求項1又は2に記載したプラスチック金型用鋼。
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