JP4269293B2 - Steel for mold - Google Patents
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Description
本発明は、極めて優れた靭性、および被切削性と硬さを有し、かつ優れた研磨仕上性および耐摩耗性をも兼備した、主としてプラスチック成形に使用される金型用鋼に関するものである。 The present invention relates to a mold steel mainly used for plastic molding, which has extremely excellent toughness, machinability and hardness, and also has excellent polishing finish and wear resistance. .
プラスチック成形金型用鋼としては、
（１）鏡面仕上性が良く、ピンホールやその他微細ピットの発生傾向が小さいこと、
（２）シボ加工性が良いこと、
（３）耐食、耐発錆性が良いこと、
（４）強度、耐摩耗性、靭性が良いこと、
（５）被切削性が良いこと、
などが要求される。
As steel for plastic molding dies,
(1) Good mirror finish and low tendency to generate pinholes and other fine pits.
(2) Good texture processing,
(3) Good corrosion resistance and rust resistance,
(4) Good strength, wear resistance, toughness,
(5) Good machinability,
Etc. are required.
従来、プラスチック成形用金型用鋼には、ＳＣＭ４４０などの中Ｃ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｆｅ系が使用されていたが、上記要求が高まり、なかでも近年においては、製作納期の短縮が特に重要な顧客要求として強く提起されている。この要求に応えて加工工数を低減する目的から、例えば低Ｃ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓ−Ｆｅ系（特許文献１参照）や、これに焼入性を補うためにＮｉを添加した鋼（特許文献２参照）などが、さらにＳ無添加でＣｕを含有させて被切削性を改良した鋼など（特許文献３，４参照）が一般に使用されている。 Conventionally, medium C—Mn—Cr—Mo—Fe system such as SCM440 has been used for plastic mold steel. However, the above-mentioned demand has increased, and in recent years, in particular, the production delivery time has been particularly shortened. It is strongly raised as an important customer request. For the purpose of reducing processing man-hours in response to this requirement, for example, a low C—Mn—Cr—Mo—S—Fe system (see Patent Document 1) and steel added with Ni to supplement hardenability (for example) In general, steel and the like (see Patent Documents 3 and 4) in which the machinability is further improved by adding Cu without adding S is used.
また、鏡面加工性、被切削性および溶接性を同時に改善するため低Ｃ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｍｏ−低Ｓ−低Ａｌ−低Ｏ系の鋼（特許文献５参照）がある。更に、基地組織および析出物の適切な組合せ、そして熱処理において３０ＨＲＣ程度に硬さを調整することにより、Ｓなどの快削元素を多量に添加しなくても極めて優れた被切削性を保持するとともに、優れた耐発錆性、耐摩耗性、研磨仕上性を有する低Ｃ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｍｏ（Ｗ）−Ｖ−Ｃｕ−Ｆｅ合金系、あるいは低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ（Ｗ）−Ｖ−Ｃｕ−Ｆｅ合金系を基本成分とした鋼（特許文献６）を提案している。 In addition, there is a low C—Mn—Cr—Mo—low S—low Al—low O-based steel (see Patent Document 5) in order to improve mirror surface workability, machinability and weldability simultaneously. Furthermore, by adjusting the hardness of the base structure and precipitates to an appropriate combination of about 30 HRC in heat treatment, extremely excellent machinability can be maintained without adding a large amount of free-cutting elements such as S. , Low C—Mn—Cr—Mo (W) —V—Cu—Fe alloy system having excellent rust resistance, wear resistance and polishing finish, or low C—Mn—Ni—Cr—Mo (W ) -V-Cu-Fe alloy steel (Patent Document 6) is proposed.
近年、プラスチックの強度、耐摩耗性、耐熱性の改善のため、ガラス繊維や炭素繊維等を添加したエンジニアリングプラスチック材が広く使用されている。そして、それに伴ってプラスチック成形金型材においても、耐摩耗性、靭性、被切削性などの要求が厳しくなっている。そこで、ＡｌとＮｉの金属間化合物を析出させるとともに、Ｃｕを微細析出させることによって４０ＨＲＣの硬さレベルで靭性、被切削性とも優れた低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ−Ａｌ系の鋼（特許文献７参照）が提案されている。また、金型寿命の延長化のため、さらに靭性の高い下部ベイナイト組織に調製した低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−（Ｍｏ，Ｗ）−Ｃｕ−Ａｌ系のプラスチック成形プリハードン鋼（特許文献８参照）を提案している。
前述の低Ｃ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓ−Ｆｅ系、あるいは低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓ−Ｆｅ系のプラスチック成形用鋼は、例えばそれで最大長さが２ｍ程度の大形の金型を製造した場合、硫化物等の偏析により研磨仕上性、耐摩耗性および靭性などが劣化するため、十分な型寿命が得られない問題があった。また、特許文献３に開示される、Ｓ無添加の低Ｃ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系の鋼は、焼入焼戻しにおける軟化抵抗が小さく、５５０℃前後において窒化処理した場合などには硬さの低下が見られる。特許文献４に開示される低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ（１／２Ｗ）−Ｃｕ−Ｆｅ系の鋼は、Ｃが低いため十分な析出強化が得られず、必ずしも満足できるものではなかった。 The above-mentioned low C—Mn—Cr—Mo—S—Fe or low C—Mn—Ni—Cr—Mo—S—Fe plastic forming steel is, for example, a large size having a maximum length of about 2 m. In the case of manufacturing this mold, there is a problem that sufficient mold life cannot be obtained because polishing finish, wear resistance, toughness and the like deteriorate due to segregation of sulfides and the like. Further, the S-free low C—Mn—Cr—Cu—Fe steel disclosed in Patent Document 3 has low softening resistance during quenching and tempering, and is hard when nitriding is performed at around 550 ° C. There is a decrease in height. The low C—Mn—Ni—Cr—Mo (1/2 W) —Cu—Fe-based steel disclosed in Patent Document 4 is not necessarily satisfactory because C is low and sufficient precipitation strengthening cannot be obtained. It was.
特許文献５に開示される低Ｃ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｍｏ−低Ｓ−低Ａｌ−低Ｏ系の鋼では、母材の硬さを３０ＨＲＣ程度まで下げることで被切削性を改善しているため、非金属介在物の生成を抑制して鏡面性を高めているものの、硬さが低く、研磨仕上性、耐摩耗性が満足できるものではなかった。特許文献６に開示される低Ｃ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｍｏ（Ｗ）−Ｖ−Ｃｕ−Ｆｅ合金系、あるいは低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ（Ｗ）−Ｖ−Ｃｕ−Ｆｅ合金系を基本成分とした鋼は、大型の金型を製造した場合においても、上記プラスチック成形金型用鋼の諸要求を満たし、かつＣｒ、Ｍｏ（１／２Ｗ）、Ｃｕ、およびＶによる十分な析出強化により、極めて優れた強度と被切削性を有するものである。しかしながら、エンジニアリングプラスチック材が広く使用されるのに伴って、研磨仕上性、耐摩耗性が必ずしも満足できるものではなくなってきた。 In the low C—Mn—Cr—Mo—low S—low Al—low O steel disclosed in Patent Document 5, the machinability is improved by reducing the hardness of the base material to about 30 HRC. Although the specularity was improved by suppressing the formation of non-metallic inclusions, the hardness was low and the polishing finish and wear resistance were not satisfactory. A low C—Mn—Cr—Mo (W) —V—Cu—Fe alloy system disclosed in Patent Document 6 or a low C—Mn—Ni—Cr—Mo (W) —V—Cu—Fe alloy system is disclosed. Steel as a basic component satisfies the various requirements for steel for plastic molding die even when a large die is manufactured, and sufficient precipitation strengthening by Cr, Mo (1/2 W), Cu, and V Therefore, it has extremely excellent strength and machinability. However, with the widespread use of engineering plastic materials, polishing finish and wear resistance have not always been satisfactory.
さらに、特許文献７に開示される低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ−Ａｌ系の鋼では、ＡｌとＮｉの金属間化合物を析出させるとともに、Ｃｕを微細析出させることによって４０ＨＲＣの硬さレベルを確保し、Ｃを低く規定することで均一な上部ベイナイト組織に調製することにより、優れた被切削性を有しているが、反面、十分な靭性が得られない問題があった。特許文献８に開示される、低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−（Ｍｏ，Ｗ）−Ｃｕ−Ａｌ系のプラスチック成形プリハードン鋼は、被切削性を向上するために必須の組織と考えられていた上部ベイナイト組織ではなく、下部ベイナイト組織に調製することによって被切削性と靭性を兼ね備えたものである。しかしながら最近は、金型の使用コスト削減の要求が極めて高く、従来の金型の性能を維持したまま、金型寿命の延長化を行う必要が生じてきており、靭性が必ずしも満足できるものではなくなってきた。 Furthermore, in the low C—Mn—Ni—Cr—Mo—Cu—Al based steel disclosed in Patent Document 7, an intermetallic compound of Al and Ni is precipitated and Cu is finely precipitated to precipitate a hard 40 HRC. By ensuring the thickness level and defining C to be low, a uniform upper bainite structure is prepared, so that it has excellent machinability, but there is a problem that sufficient toughness cannot be obtained. The low C—Mn—Ni— (Mo, W) —Cu—Al based plastic molded pre-hardened steel disclosed in Patent Document 8 is an upper bainite considered to be an essential structure for improving machinability. It has both machinability and toughness by preparing a lower bainite structure instead of a structure. Recently, however, there has been an extremely high demand for reducing mold usage costs, and it has become necessary to extend the mold life while maintaining the performance of conventional molds, and the toughness is not always satisfactory. I came.
本発明の目的は、上述した要求に鑑み、これまでの金型の性能を維持しつつ、金型等の工具寿命の延長化が達成できる、極めて優れた靭性、および被切削性と硬さを有することを特徴とし、かつ優れた研磨仕上性および耐摩耗性を兼備し、主としてプラスチック成形に使用される金型用鋼を提供することである。 In view of the above-described requirements, the object of the present invention is to achieve extremely excellent toughness, machinability and hardness that can extend the tool life of a mold and the like while maintaining the performance of a conventional mold. Another object of the present invention is to provide a mold steel that is characterized by having an excellent polishing finish and wear resistance, and that is mainly used for plastic molding.
本発明者は、組成および組織と、被切削性および靭性、研磨仕上性との関係を詳細に検討したところ、組成の適切な組合せ、特に、
（１）ＮｉとＣｕを相互調整することで、被切削性を向上するためには必須の組織と
考えられていた上部ベイナイト組織ではなく、下部ベイナイト組織に調製する
ことと、
（２）４０ＨＲＣの硬さレベルで靭性と被切削性を兼備するためには必須の強化機構
と考えられていたＡｌとＮｉの金属間化合物の析出強化およびＣｕの析出強化
を採用するのではなく、Ｃｒ、Ｍｏ（１／２Ｗ）、Ｃｕ、およびＶの最適調整
による析出強化を採用することで、
極めて優れた靭性、および被切削性と硬さを有し、かつ優れた研磨仕上性および耐摩耗性をも兼備する、主としてプラスチック成形に使用して最適な金型用鋼を見出した。
The inventor has examined in detail the relationship between the composition and structure, machinability and toughness, polishing finish, an appropriate combination of compositions, in particular,
(1) By adjusting Ni and Cu to each other, preparing the lower bainite structure instead of the upper bainite structure, which was considered an essential structure to improve the machinability;
(2) Rather than adopting precipitation strengthening of Al and Ni intermetallic compounds and precipitation strengthening of Cu, which were considered to be essential strengthening mechanisms in order to combine toughness and machinability at a hardness level of 40 HRC By adopting precipitation strengthening by optimal adjustment of Cr, Mo (1/2 W), Cu, and V,
We have found an optimal mold steel for use mainly in plastic molding that has extremely excellent toughness, machinability and hardness, and also has excellent polishing finish and wear resistance.
すなわち本発明は、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．２５％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｎｉ：０．６０〜１．５０％、Ｃｒ：１．００％を超え２．５０％以下、ＭｏとＷは単独または複合でＭｏ＋１／２Ｗ：１．００％以下、Ｖ：０．０３〜０．１５％、Ｃｕ：０．５０〜２．００％、Ｓ：０．０５％以下を含有し、Ａｌは０．１０％以下、Ｎは０．０６％以下、Ｏは０．００５％以下に規制され、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる組成の鋼であって、組織は下部ベイナイトを７０面積％以上とし、硬さが３４〜４５ＨＲＣであることを特徴とする金型用鋼である。
That is, the present invention is mass%, C: 0.10 to 0.25%, Si: 1.00% or less, Mn: 2.00% or less, Ni: 0.60 to 1.50%, Cr: 1 More than 0.000% and not more than 2.50%, Mo and W alone or in combination, Mo + 1 / 2W: 1.00% or less, V: 0.03-0.15%, Cu: 0.50-2.00% , S: 0.05% or less, Al is 0.10% or less, N is 0.06% or less, O is 0.005% or less, and the balance is composed of Fe and inevitable impurities. It is steel and has a structure in which the lower bainite is 70 area% or more and the hardness is 34 to 45 HRC.
好ましくは、上記の成分組成（質量％）で、式１：［％Ｎｉ］＋１．２［％Ｃｕ］の値が１．３０〜２．７０で、かつ、式２：６０［％Ｃ］＋１．５［％Ｓｉ］＋［％Ｎｉ］＋６［％Ｃｒ］＋２［％Ｍｏ＋１／２％Ｗ（単独または複合）］＋２０［％Ｖ］＋０．２［％Ｃｕ］の値が２１．００〜２８．７０を満たす金型用鋼である。さらに好ましくは、ＭｏとＷは単独または複合で、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．１０〜１．００％である。あるいはさらに、Ｓ：０．００３〜０．０５％である。 Preferably, in the above component composition (% by mass), the value of Formula 1: [% Ni] +1.2 [% Cu] is 1.30 to 2.70, and Formula 2: 60 [% C] +1 .5 [% Si] + [% Ni] +6 [% Cr] +2 [% Mo + 1/2% W (single or composite)] + 20 [% V] +0.2 [% Cu] is 21.00 to 28 .70 steel for molds. More preferably, Mo and W are single or composite, and are Mo + 1 / 2W: 0.10-1.00%. Alternatively, S: 0.003 to 0.05%.
本発明の金型用鋼においては、Ａｌ：０．０５％以下、Ｏ：０．００１％を超え０．００５％以下、Ｎｉ：０．６０〜１．２０％、Ｃｕ：０．６０〜１．５０％、Ｃ：０．１３〜０．２０％、Ｃｒ：１．４０〜２．２０％のうちからの一条件、あるいは一条件以上を満たすことが好ましい。 In the mold steel of the present invention, Al: 0.05% or less, O: more than 0.001% and 0.005% or less, Ni: 0.60 to 1.20%, Cu: 0.60 to 1 It is preferable to satisfy one condition or more than one condition from .50%, C: 0.13 to 0.20%, and Cr: 1.40 to 2.20%.
本発明であれば、組成の適切な組合せ、特にＮｉとＣｕの相互調整による組織の最適化と、Ｃｒ、Ｍｏ（１／２Ｗ）、Ｃｕ、およびＶの最適化による析出強化機構の採用によって、Ｓなどの快削元素を多量に添加しなくても、極めて優れた靭性、および被切削性と硬さを有し、優れた研磨仕上性および耐摩耗性をも兼備できる。また、大型の金型の場合に問題となる偏析も、Ｓ量の適正化（硫化物の均一分散化）により著しく軽減できる。本発明の金型用鋼は、焼戻し軟化抵抗が大きいので、その作業面に窒化処理をしても硬さの低下が少ない。また、十分な強度と耐摩耗性を有するので、特に大型のプラスチック金型などに適用して、大きな効果を発揮する。 According to the present invention, an appropriate combination of compositions, in particular, optimization of the structure by mutual adjustment of Ni and Cu, and adoption of a precipitation strengthening mechanism by optimization of Cr, Mo (1/2 W), Cu, and V, Even if a free cutting element such as S is not added in a large amount, it has extremely excellent toughness, machinability and hardness, and can also have excellent polishing finish and wear resistance. In addition, segregation, which is a problem in the case of a large mold, can be significantly reduced by optimizing the amount of S (uniform dispersion of sulfides). Since the steel for molds of the present invention has a high resistance to temper softening, there is little decrease in hardness even if the work surface is subjected to nitriding treatment. Further, since it has sufficient strength and wear resistance, it is particularly effective when applied to a large plastic mold.
本発明の根幹をなす特徴の一つは、低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ（Ｗ）−Ｖ−Ｃｕ−Ｆｅ合金系の鋼を基本成分として、それらの構成元素量、特にはＮｉとＣｕ量の関係を最適に調整することで、組織を下部ベイナイト組織としたことである。そして、これに加えては、Ｃｒ、Ｍｏ（１／２Ｗ）、Ｃｕ、およびＶ量の最適化による析出強化機構を採用することで、Ｓなどの快削元素を多量に添加しなくても、極めて優れた靭性、および被切削性と硬さ、そして優れた研磨仕上性および耐摩耗性をも兼備できたことにある。 One of the features that form the basis of the present invention is a low C—Mn—Ni—Cr—Mo (W) —V—Cu—Fe alloy-based steel as a basic component. By adjusting the relationship of Cu amount optimally, the structure is a lower bainite structure. In addition to this, by adopting a precipitation strengthening mechanism by optimizing the amount of Cr, Mo (1/2 W), Cu, and V, it is possible to add a free cutting element such as S in a large amount. It has excellent toughness, machinability and hardness, and excellent polishing finish and wear resistance.
上述したように、従来の低Ｃ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｍｏ（Ｗ）−Ｖ−Ｃｕ−Ｆｅ合金系、あるいは低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ（Ｗ）−Ｖ−Ｃｕ−Ｆｅ合金系や、低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ−Ａｌ系の鋼は、被切削性を確保するために上部ベイナイト組織に調製されていた。しかし、上部ベイナイト組織は、被切削性の優れた組織ではあるが、反面靭性の低い組織であり、靭性を確保するためには３０ＨＲＣ程度の硬さに調製する必要があった。そこで、本発明者は、組成の適切な組合せ、特にＮｉとＣｕを相互調整することで、組織を下部ベイナイトに調製する手法を採用した。 As described above, the conventional low C—Mn—Cr—Mo (W) —V—Cu—Fe alloy system, or the low C—Mn—Ni—Cr—Mo (W) —V—Cu—Fe alloy system, The low C—Mn—Ni—Cr—Mo—Cu—Al based steel has been prepared in an upper bainite structure in order to ensure machinability. However, although the upper bainite structure is a structure with excellent machinability, it is a structure with low toughness, and it was necessary to adjust the hardness to about 30 HRC in order to ensure toughness. Therefore, the present inventor has adopted a method of preparing the structure in the lower bainite by appropriately adjusting the composition, particularly Ni and Cu.
従来の金型用鋼の場合、組織は上部ベイナイトへの調整が狙いであったところ、その狙い組織とするためには、製造時の熱処理工程にシビアな管理が必要であった。つまり、冷却速度の細かなコントロールが不可欠で、かつ多大な熱処理工数が掛かるという、欠点を有していた。しかし、本発明鋼は、その成分組成が適切に調整されているので、狙いとする下部ベイナイト組織を達成するための熱処理工程は、その管理の難易度が大幅に改善されている。つまり、熱間加工後の冷却速度が空冷以上の直接焼入れであっても、下部ベイナイト組織を得ることは可能である。 In the case of conventional steel for molds, the structure was aimed at adjusting to the upper bainite. However, in order to obtain the aimed structure, severe management was required for the heat treatment process during production. That is, there is a drawback that fine control of the cooling rate is indispensable and a large number of heat treatment steps are required. However, since the component composition of the steel of the present invention is appropriately adjusted, the degree of difficulty in managing the heat treatment step for achieving the targeted lower bainite structure is greatly improved. That is, it is possible to obtain a lower bainite structure even if the quenching rate after hot working is direct quenching with air cooling or higher.
なお一般的に、鋼組織におけるベイナイトとは、オーステナイトを冷却した時に生ずる変態生成物の一つであり、パーライト生成温度とマルテンサイト生成温度との中間の温度範囲で生ずるものを言う。そして、顕微鏡的には、パーライト変態温度近くで生じたものは羽毛状、マルテンサイト生成温度近くで生じたものは、針状を示し、前者を上部ベイナイト、後者を下部ベイナイトと言っている。本発明で規定する下部ベイナイト組織は、たとえば、具体的には図１に示す組織である。そして、その比較のために、従来鋼のマルテンサイト組織（図２；低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ（Ｗ）−Ｆｅ合金）、上部ベイナイト組織（図３；低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ（Ｗ）−Ｖ−Ｃｕ−Ｆｅ合金）、上部ベイナイト組織（図４；低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ−Ａｌ−Ｆｅ合金）を示しておく。 In general, bainite in a steel structure is one of transformation products generated when austenite is cooled, and it is generated in a temperature range between the pearlite generation temperature and the martensite generation temperature. Microscopically, those occurring near the pearlite transformation temperature are feather-like, and those occurring near the martensite formation temperature are needle-like, and the former is called upper bainite and the latter is called lower bainite. The lower bainite structure defined in the present invention is, for example, specifically the structure shown in FIG. For comparison, the martensitic structure of conventional steel (FIG. 2; low C—Mn—Ni—Cr—Mo (W) —Fe alloy) and the upper bainite structure (FIG. 3; low C—Mn—Ni—). Cr—Mo (W) —V—Cu—Fe alloy), upper bainite structure (FIG. 4; low C—Mn—Ni—Cr—Mo—Cu—Al—Fe alloy).
また、本発明の下部ベイナイト組織の「主体」とすることの意味であるが、該組織を得るための熱処理（冷却）過程においては、鋼中には多少の成分ムラ、温度ムラの発生により、結果としての組織ムラの発生を勘定してのことである。すなわち、下部ベイナイト組織中に混じる、多少の上部ベイナイト組織、マルテンサイト組織などであるが、その他の混入要因も含め、本発明の場合、図１に従う観察視野（×６００倍）において、７０（面積％）以上の下部ベイナイト組織が確保されれば問題ない。好ましくは、７５（面積％）以上、更に望ましくは、８０（面積％）以上である。図１は、下部ベイナイトが８０％に制御された、実質、下部ベイナイト組織の鋼である。 In addition, the meaning of the "main body" of the lower bainite structure of the present invention, in the heat treatment (cooling) process for obtaining the structure, due to the occurrence of some component unevenness, temperature unevenness in the steel, It accounts for the occurrence of organizational irregularities as a result. That is, some upper bainite structure, martensite structure and the like mixed in the lower bainite structure, but including other mixing factors, in the case of the present invention, in the observation visual field (× 600 times) according to FIG. %) If the lower bainite structure is secured, there is no problem. Preferably, it is 75 (area%) or more, more desirably 80 (area%) or more. FIG. 1 shows a steel having a substantially lower bainite structure in which the lower bainite is controlled to 80%.
さらに、本発明では、Ｓの適切な抑制とＣｕ添加により、硫化物の均一分散化の促進を狙っている。本発明鋼は、その焼入れにより均一な下部ベイナイト組織を生成する。そして、５５０℃以上の高温焼戻しで３４〜４５ＨＲＣの硬さに調整することにより、Ｆｅ−Ｃｕ固溶体およびＣｒ，Ｍｏ（Ｗ）、Ｖ炭化物を析出させる。さらに、これらを凝集させることにより、高い強度を付与すると共に、適度に脆化を起こさせ、基地自体に極めて良好な被切削性を付与するのである。したがって、通常、鋼に快削性を付与する手段として多量に添加されるＳを少量に限定しても、極めて優れた被切削性を得ることができる。本発明鋼は、Ｓを添加する場合であっても、０．０５％以下とできることから、硫化物の偏析に起因した、溶接時のピンホール発生や放電加工面の肌荒れ、さらには研磨仕上性、耐摩耗性および靭性の劣化等の諸問題を回避でき、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＣｕあるいはさらにＮｉの含有とあいまって優れた耐食性、耐発錆性が得られる。 Furthermore, the present invention aims to promote uniform dispersion of sulfides by appropriately suppressing S and adding Cu. The steel of the present invention generates a uniform lower bainite structure by quenching. And Fe-Cu solid solution, Cr, Mo (W), and V carbide are precipitated by adjusting the hardness to 34 to 45 HRC by high-temperature tempering at 550 ° C. or higher. Furthermore, by agglomerating them, high strength is imparted and moderate embrittlement is caused, and extremely good machinability is imparted to the base itself. Therefore, even if the amount of S added in a large amount is usually limited to a small amount as a means for imparting free machinability to steel, extremely excellent machinability can be obtained. Since the steel of the present invention can be made 0.05% or less even when S is added, the occurrence of pinholes at the time of welding, rough surface of the electric discharge machined surface due to segregation of sulfides, and polishing finish In addition, various problems such as wear resistance and toughness deterioration can be avoided, and excellent corrosion resistance and rust resistance can be obtained in combination with the inclusion of Cr, Mo, W, Cu or even Ni.
この通り、本発明鋼は、基地自体に良好な被削性を付与したことから、Ｓを低減した点にも特徴を有する。そして、本発明鋼におけるＭｏとＷは、単独または複合で含有するところ、Ｍｏ量は、１／２Ｗ量との間で等価の効果を有する。そして、本発明のＭｏおよびＷは、焼入れ焼戻し時の軟化抵抗を高め、さらに金型表面のＦｅ−Ｃｒ酸化皮膜、またはＣｒ酸化皮膜中に固溶して、皮膜を強化し、金型の耐食性を向上させるのに重要な元素である。 As described above, the steel according to the present invention is also characterized in that S is reduced because it imparts good machinability to the base itself. And when Mo and W in this invention steel are contained individually or in combination, the amount of Mo has an equivalent effect between the amount of 1 / 2W. The Mo and W of the present invention increase the softening resistance during quenching and tempering, and further solidify in the Fe-Cr oxide film or Cr oxide film on the mold surface to strengthen the film and improve the corrosion resistance of the mold. It is an important element to improve.
本発明鋼は、３４〜４５ＨＲＣの硬さのプリハードン状態（一般には、焼入れ後、５５０℃以上の焼戻しによる状態）で供給され、そのまま型彫加工の後、研磨仕上を施して使用されるものである。つまり、上記の調質状態において、良好な被切削性、優れた研磨仕上性を有しており、型彫加工後の熱処理を要しない。また、本発明鋼は、Ｓなどの快削元素の低減を図っているため、適用する金型の大型化に伴う著しい偏析発生を心配する必要がない。よって、本発明鋼は、小物用の金型だけでなく、特にサイズの大きい金型、例えば一辺の最大長さが２０００ｍｍ程度の金型に適用してこそ、大きな効果を発揮し、へたり、摩耗の懸念を要せず、長寿命を与えることが可能である。 The steel according to the present invention is supplied in a pre-hardened state with a hardness of 34 to 45 HRC (generally, a state by tempering at 550 ° C. or higher after quenching), and is used after being engraved and polished. is there. That is, in the above tempered state, it has good machinability and excellent polishing finish, and does not require heat treatment after die engraving. In addition, since the steel of the present invention is intended to reduce free-cutting elements such as S, it is not necessary to worry about significant segregation due to the increase in size of the applied mold. Therefore, the steel of the present invention exerts a great effect only when applied to not only small metal molds but also particularly large metal molds, for example, a metal mold having a maximum length of about 2000 mm on one side. It is possible to give a long life without worrying about wear.
以下、本発明鋼の成分限定の理由について述べる。
Ｃは、焼入れ組織を被切削性の良好な下部ベイナイト組織に保ち、かつ焼戻しにおいては、Ｃｒ、Ｍｏ（Ｗ）、Ｖ炭化物の析出による強化をもたらすために必要な、基本的添加元素である。多すぎると基地をマルテンサイト組織化して被切削性を減じ、かつ過度の炭化物を形成して被切削性を低下させるので、０．２５％以下とする。一方、低すぎるとフェライトの析出を招くので、０．１０％以上とする。好ましくは、０．１３％〜０．２０％とする。
Hereinafter, the reason for limiting the components of the steel of the present invention will be described.
C is a basic additive element necessary to keep the quenched structure in a lower bainite structure having good machinability and to provide strengthening by precipitation of Cr, Mo (W), and V carbide in tempering. If the amount is too large, the base is martensite-organized to reduce the machinability, and excessive carbides are formed to lower the machinability, so the content is made 0.25% or less. On the other hand, if it is too low, ferrite is precipitated, so the content is made 0.10% or more. Preferably, the content is 0.13% to 0.20%.
Ｓｉは、金型使用時の雰囲気に対する耐食性を高める元素であるが、多すぎるとフェライトの生成をまねくので、１．００％以下とする。また、Ｓｉを低減すると機械的特性の異方性が軽減され、また縞状偏析が低減されて、優れた鏡面加工性が得られるため、好ましくは０．６０％以下とする。なお、上記の耐食性を付与するにおいては、０．１０％以上、さらには０．２０％以上の添加を行うことが好ましい。 Si is an element that enhances the corrosion resistance to the atmosphere when the mold is used, but if it is too much, it will lead to the formation of ferrite, so it is made 1.00% or less. Further, when Si is reduced, the anisotropy of mechanical properties is reduced, stripe segregation is reduced, and excellent mirror workability is obtained. Therefore, the content is preferably 0.60% or less. In addition, in providing said corrosion resistance, it is preferable to add 0.10% or more, Furthermore, 0.20% or more is added.
Ｍｎは、本発明鋼の下部ベイナイト焼入性を高め、またフェライトの生成を抑制し、適度の焼入れ、焼戻し硬さを与える元素である。しかし、多すぎると下部ベイナイト組織を維持するための熱処理管理が厳しくなり、マルテンサイト変態化を促進させ、また基地の粘さを上げて被切削性を低下させるので、２．００％以下とする。なお、上記の焼入性を付与するにおいては、１．００％以上、さらには１．２０％以上の添加を行うことが好ましい。 Mn is an element that enhances the lower bainite hardenability of the steel of the present invention, suppresses the formation of ferrite, and gives appropriate quenching and tempering hardness. However, if the amount is too large, the heat treatment management for maintaining the lower bainite structure becomes severe, which promotes martensitic transformation and increases the viscosity of the base to reduce the machinability. . In addition, in providing said hardenability, it is preferable to add 1.00% or more, Furthermore, 1.20% or more.
Ｃｒは、焼戻し処理において微細炭化物を析出、凝集させ、本発明鋼の強度を形成するために添加される。また、本発明鋼の耐食性を高め、また研磨加工時あるいは金型保管時の発錆を抑制する。更には、窒化処理を行う場合には、窒化層の硬さを高める効果を有する。しかし、多すぎると下部ベイナイト組織を微細化させる作用から、マルテンサイト変態化を促進し、基地の粘さを上げて被切削性を低下させる。また、低すぎると上記添加の効果が得られないので、その範囲は１．００％を超え２．５０％以下とした。好ましくは１．４０〜２．２０％、更に好ましくは１．６０〜２．００％である。 Cr is added to precipitate and agglomerate fine carbides in the tempering process to form the strength of the steel of the present invention. Moreover, the corrosion resistance of the steel of the present invention is enhanced, and rusting during polishing or mold storage is suppressed. Furthermore, when performing nitriding, it has the effect of increasing the hardness of the nitrided layer. However, if the amount is too large, the lower bainite structure is refined, so that martensitic transformation is promoted, the base is increased in viscosity, and the machinability is lowered. Moreover, since the effect of the said addition cannot be acquired when too low, the range exceeded 1.00% and was made into 2.50% or less. Preferably it is 1.40 to 2.20%, more preferably 1.60 to 2.00%.
ここで前述のように、金型の強度を向上させるためには、Ｃｒを多目に添加すれば良いが、Ｃｒ量が多くなる程、被切削性は低下することから、Ｃｒ添加には限度がある。よって、Ｃｒの添加にのみ頼らない手法にて、金型の強度を向上させる必要がある。また、金型に窒化処理を施して使用することを考えると、５５０℃以上の焼戻し軟化抵抗性を保証する必要があり、この点においてはＣｒ添加のみでは不十分である。そこで、本発明鋼においては、上記の両課題を解決するための、ＭｏやＷの含有が重要となる。 Here, as described above, in order to improve the strength of the mold, it is sufficient to add Cr in large quantities. However, as the amount of Cr increases, the machinability decreases, so there is a limit to the addition of Cr. There is. Therefore, it is necessary to improve the strength of the mold by a method that does not rely only on the addition of Cr. Further, considering that the mold is used after being subjected to nitriding treatment, it is necessary to guarantee the temper softening resistance at 550 ° C. or higher. In this respect, it is not sufficient to add Cr alone. Therefore, in the steel of the present invention, it is important to contain Mo and W in order to solve both the above problems.
本発明のＭｏ、Ｗは、焼戻し処理時に微細炭化物を析出、凝集させて、本発明鋼の強度を向上し、焼入れ焼戻しにおいての軟化抵抗を大きくすることから、単独または複合で含有する。さらには、ＭｏやＷの一部は、金型表面の酸化皮膜中に一部固溶することで、金型使用中の、例えばプラスチックから発生する腐食性ガスに対しての耐食性を向上する作用効果もある。本用途の場合、多量の含有は必要なく、多すぎると被切削性の低下を招くので、Ｍｏ＋１／２Ｗで１．００％以下とした。好ましくは、０．１０〜１．００％である。さらに好ましくは、０．１０〜０．７０％である。 Mo and W of the present invention are contained alone or in combination because fine carbides are precipitated and aggregated during the tempering process to improve the strength of the steel of the present invention and increase the softening resistance during quenching and tempering. Furthermore, a part of Mo and W is partly dissolved in the oxide film on the mold surface, thereby improving the corrosion resistance against corrosive gas generated from, for example, plastic during use of the mold. There is also an effect. In the case of this application, it is not necessary to contain a large amount, and if it is too much, the machinability is lowered. Preferably, it is 0.10 to 1.00%. More preferably, it is 0.10 to 0.70%.
Ｖは、焼戻し軟化抵抗を高めると共に、結晶粒の粗大化を抑制して、靭性の向上に寄与する。また、硬質の炭化物を微細に形成して、耐摩耗性を向上させる効果がある。このためには少なくとも、０．０３％以上を必要とするが、多すぎると被切削性の低下を招くので、０．１５％以下とした。好ましくは、０．０５〜０．１２％である。 V increases the resistance to temper softening and suppresses the coarsening of crystal grains, thereby contributing to the improvement of toughness. In addition, there is an effect of improving the wear resistance by forming hard carbide finely. For this purpose, at least 0.03% is required, but if it is too much, the machinability is reduced, so the content was made 0.15% or less. Preferably, it is 0.05 to 0.12%.
Ｃｕは、本発明鋼の焼戻し処理において、Ｆｅ−Ｃｕ固溶体を析出、凝集させる。そして特筆すべきは、後述のＮｉとの適切な添加量の調整により、組織を下部ベイナイトに制御する。これら固溶体の析出・凝固と、下部ベイナイトへの組織制御とが相まって、本発明鋼には優れた被切削性が付与される。また、Ｃｕは、優れた耐食性をもたらす効果もあり、０．５０％以上とすることが重要である。多すぎると熱間加工性を低下させ、組織のマルテンサイト変態化にも働いて、かえって被切削性を低下させるので、２．００％以下とする。好ましくは、０．６０〜１．５０％である。 Cu precipitates and agglomerates the Fe—Cu solid solution in the tempering treatment of the steel of the present invention. It should be noted that the structure is controlled to lower bainite by adjusting an appropriate addition amount with Ni described later. The precipitation and solidification of these solid solutions and the structure control to the lower bainite are combined to give excellent steel machinability to the steel of the present invention. Further, Cu has an effect of providing excellent corrosion resistance, and it is important that the Cu content is 0.50% or more. If the amount is too large, the hot workability is deteriorated and the structure is also affected by the martensitic transformation of the structure. On the contrary, the machinability is lowered, so the content is made 2.00% or less. Preferably, it is 0.60 to 1.50%.
Ｎｉは、本発明鋼の下部ベイナイト焼入性を高め、またフェライトの生成を抑制するための元素である。そして、上記の通りの、Ｃｕとの適切な添加量の調整による、下部ベイナイトへの組織制御に重要な元素であって、本発明鋼に優れた被切削性を付与するためには、０．６０％以上とする。多すぎると下部ベイナイト組織を過度に微細化させ、マルテンサイト変態化を促進し、基地の粘さを上げて被切削性を低下させるので、１．５０％以下とする。好ましくは、１．２０％以下とする。 Ni is an element for enhancing the lower bainite hardenability of the steel of the present invention and suppressing the formation of ferrite. In order to impart excellent machinability to the steel according to the present invention, which is an element important for controlling the structure of the lower bainite by adjusting an appropriate addition amount with Cu as described above, 0. 60% or more. If the amount is too large, the lower bainite structure is excessively refined, the martensitic transformation is promoted, the viscosity of the base is increased, and the machinability is lowered, so the content is made 1.50% or less. Preferably, it is 1.20% or less.
Ｓは、非金属介在物ＭｎＳとして存在させることで、被切削性の向上に大きな効果がある。しかし、多量のＭｎＳの存在は、溶接時のピンホール発生、研磨工程でのピンホール発生、放電加工面の肌荒れなど、型加工時の弊害だけでなく、発錆の起点にもなり、機械的性質の異方性を助長するなど、金型自体の性能を低下させる要因となる。特に大型の金型では、ＭｎＳの偏析による上記弊害が顕著となる。したがって、上記の効果を得るにおいては０．００３％以上の含有が好ましくはあるが、これらの問題を抑制するために、多くても０．０５％以下に限定する必要がある。 By making S exist as non-metallic inclusions MnS, there is a great effect in improving machinability. However, the presence of a large amount of MnS is not only harmful to mold processing, such as pinholes during welding, pinholes during polishing, and roughened surface of the electrical discharge machining surface, but also causes rusting. It becomes a factor of reducing the performance of the mold itself, such as promoting the anisotropy of properties. In particular, in the case of a large mold, the above-described adverse effect due to segregation of MnS becomes remarkable. Accordingly, in order to obtain the above effect, the content is preferably 0.003% or more, but in order to suppress these problems, it is necessary to limit the content to 0.05% or less at the most.
Ａｌは、通常、溶製時の脱酸元素として用いられるが、本発明の鋼状態においては、その鋼中に存在するＡｌ２Ｏ３が鏡面加工性を低下させるので、０．１０％以下に規制する必要がある。好ましくは０．０５％以下であり、より好ましくは０．０１％以下、そして更に好ましくは、０．００２％以下である。 Al is usually used as a deoxidizing element at the time of melting, but in the steel state of the present invention, Al 2 O 3 present in the steel deteriorates the mirror workability, so it is 0.10% or less. It is necessary to regulate. Preferably it is 0.05% or less, More preferably, it is 0.01% or less, More preferably, it is 0.002% or less.
Ｏ（酸素）は、鋼中において酸化物を形成する元素であり、冷間塑性加工性および磨き性を著しく劣化させる要因となる。特に本発明においては、上記のＡｌ２Ｏ３の形成を抑えることが重要であることから、上限を０．００５％とする。好ましくは、０．００３％以下である。なお、磨き性の向上にとっては、更に低く、例えば０．００１％以下にまで規制管理することも望ましい条件ではあるが、Ａｌ２Ｏ３の低減を狙う本発明においては既に低量管理のされたＡｌに加えて、Ｏ量そのものの低量管理までは特に厳しく求めない。よって、０．００１％を超えることは十分に許容されるものでもある。 O (oxygen) is an element that forms an oxide in steel, and causes a significant deterioration in cold plastic workability and polishability. In particular, in the present invention, it is important to suppress the formation of the above Al 2 O 3 , so the upper limit is made 0.005%. Preferably, it is 0.003% or less. In order to improve the polishability, it is also a desirable condition to control and control to a lower level, for example, 0.001% or less. However, in the present invention aiming at reduction of Al 2 O 3, a low amount has already been managed. In addition to Al, there is no particular requirement for the low amount control of the O amount itself. Therefore, exceeding 0.001% is sufficiently acceptable.
Ｎは、鋼中において窒化物を形成する元素である。窒化物は過多に形成されると、金型の靭性、被削性および磨き性を著しく劣化する。したがって、鋼中のＮを低く規制することは好ましく、本発明では０．０６％以下に規定する。望ましくは、０．０２％以下、更に望ましくは、０．００５％以下である。 N is an element that forms nitrides in steel. If the nitride is excessively formed, the toughness, machinability and polishability of the mold are significantly deteriorated. Therefore, it is preferable to regulate N in steel low, and in the present invention, it is specified to be 0.06% or less. Desirably, it is 0.02% or less, and more desirably 0.005% or less.
そして、本発明鋼においては、その狙いである下部ベイナイト主体の組織の実現と、被切削性および靭性を高いレベルで兼備させるには、そのために有効な更なる狭成分領域が存在し、本発明では、それを明確化したところにも大きな特徴がある。すなわち、上述した本発明の基本成分の範囲で、さらに検討を進めた結果、質量％で、式１：［％Ｎｉ］＋１．２［％Ｃｕ］の値が１．３０〜２．７０で、かつ、式２：６０［％Ｃ］＋１．５［％Ｓｉ］＋［％Ｎｉ］＋６［％Ｃｒ］＋２［％Ｍｏ＋１／２％Ｗ（単独または複合）］＋２０［％Ｖ］＋０．２［％Ｃｕ］の値が２１．００〜２８．７０を満たす狭領域であることを見いだした。 And, in the steel of the present invention, there is a further narrow component region effective for realizing the structure of the main body of lower bainite, which is the aim, and the machinability and toughness at a high level. Then, there is a big feature in the clarification. That is, as a result of further investigation in the range of the basic component of the present invention described above, the value of Formula 1: [% Ni] +1.2 [% Cu] is 1.30 to 2.70 in mass%. And Formula 2: 60 [% C] +1.5 [% Si] + [% Ni] +6 [% Cr] +2 [% Mo + 1/2% W (single or composite)] + 20 [% V] +0.2 [ % Cu] was found to be a narrow region satisfying 21.00 to 28.70.
詳しく説明すると、本発明鋼は、下部ベイナイトが主体の組織を狙いとしているところを、式１：［％Ｎｉ］＋１．２［％Ｃｕ］の値が１．３０未満ではフェライトや上部ベイナイトが生成し易く、この値が２．７０より大きい場合は過度に微細化された下部ベイナイトやマルテンサイトが生成し易くなるからである。そしてさらには、式１の値が１．３０〜２．７０を満足したとしても、式２：６０［％Ｃ］＋１．５［％Ｓｉ］＋［％Ｎｉ］＋６［％Ｃｒ］＋２［％Ｍｏ＋１／２％Ｗ（単独または複合）］＋２０［％Ｖ］＋０．２［％Ｃｕ］の値が２１．００未満では硬さが出難く、あるいは靭性が低くなり易く、この値が２８．７０より大きい場合は被切削性が悪く、あるいは靭性が低くなり易いからである。 More specifically, the steel of the present invention is aimed at a structure mainly composed of lower bainite. When the value of formula 1: [% Ni] +1.2 [% Cu] is less than 1.30, ferrite and upper bainite are generated. If this value is larger than 2.70, excessively refined lower bainite and martensite are easily generated. Further, even if the value of Formula 1 satisfies 1.30 to 2.70, Formula 2: 60 [% C] +1.5 [% Si] + [% Ni] +6 [% Cr] +2 [% If the value of Mo + 1/2% W (single or composite)] + 20 [% V] +0.2 [% Cu] is less than 21.00, it is difficult to obtain hardness or the toughness tends to be low, and this value is 28.70. If it is larger, the machinability is poor or the toughness tends to be low.
本発明においては、上述の作用効果を損なわない範囲として、更なる靭性改善元素や被切削性改善元素の添加が可能である。例えば、靱性改善元素としては、Ｎｂ：０．５％以下（好ましくは０．０１〜０．１％）、Ｔｉ：０．１５％以下、Ｚｒ：０．１５％以下、Ｔａ：０．１５％以下のうちの、いずれか１種以上を添加することができる。被削性改善元素としては、Ｚｒ：０．００３〜０．２％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｐｂ：０．０３〜０．２％、Ｓｅ：０．０３〜０．２％、Ｔｅ：０．０１〜０．１５％、Ｂｉ：０．０１〜０．２％、Ｉｎ：０．００５〜０．５％、Ｃｅ：０．０１〜０．１％のうちの、いずれか１種以上を添加することができる。更に、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍおよびその他のＲＥＭ元素を、全体で０．０００５〜０．３％含有させることもできる。 In the present invention, it is possible to add further toughness improving elements and machinability improving elements as long as the above-described effects are not impaired. For example, as toughness improving elements, Nb: 0.5% or less (preferably 0.01 to 0.1%), Ti: 0.15% or less, Zr: 0.15% or less, Ta: 0.15% Any one or more of the following can be added. As a machinability improving element, Zr: 0.003-0.2%, Ca: 0.0005-0.01%, Pb: 0.03-0.2%, Se: 0.03-0.2 %, Te: 0.01-0.15%, Bi: 0.01-0.2%, In: 0.005-0.5%, Ce: 0.01-0.1% 1 or more types can be added. Further, Y, La, Nd, Sm and other REM elements can be contained in a total amount of 0.0005 to 0.3%.
最初に、３０ｋｇ高周波真空溶解炉にて、表１の、残部Ｆｅおよび不可避的不純物で構成される成分組成を有する、各種の供試鋼を溶解し、溶製した（本発明の式１，２の値については、後述の表２に示す）。そして、これらの供試鋼を５０ｍｍ×１００ｍｍの角棒に鍛伸後、熱処理を施し、下記の評価に供した。熱処理は、所定の硬さを得るように、９００℃のオーステナイト領域まで加熱して１時間保持してから、実用鋼塊を想定した冷却速度で冷却し、その後、焼戻しとして５２０℃から５９０℃の適正温度で１時間加熱後、空冷した。 First, in a 30 kg high-frequency vacuum melting furnace, various test steels having a component composition composed of the remaining Fe and inevitable impurities in Table 1 were melted and melted (formulaes 1, 2 of the present invention). Is shown in Table 2 below). Then, these test steels were forged into 50 mm × 100 mm square bars and then heat-treated, and subjected to the following evaluation. In order to obtain a predetermined hardness, the heat treatment is performed by heating to a 900 ° C. austenite region and holding it for 1 hour, then cooling at a cooling rate assuming a practical steel ingot, and then tempering at 520 ° C. to 590 ° C. After heating at an appropriate temperature for 1 hour, it was air-cooled.
被削性の評価は、ドリル加工試験を実施した。すなわち、高速度鋼製のφ２ｍｍドリルで、切削速度が１５ｍ／ｍｉｎ、送り速度が１２０ｍｍ／ｍｉｎ、加工孔深さが２０ｍｍの加工条件にて、５０個の孔を加工した後での、工具外周面刃の最大摩耗幅を測定したものである。 For the evaluation of machinability, a drilling test was carried out. That is, the tool outer periphery after machining 50 holes with a φ2 mm drill made of high-speed steel under a machining condition of a cutting speed of 15 m / min, a feed speed of 120 mm / min, and a machining hole depth of 20 mm. The maximum wear width of the face blade is measured.
靭性の評価は、２ｍｍＵノッチ試験片（ＪＩＳ３号試験片）を用いての、シャルピー衝撃試験を実施し、室温でのシャルピー衝撃値を測定した。 Evaluation of toughness was conducted by conducting a Charpy impact test using a 2 mm U notch test piece (JIS No. 3 test piece) and measuring a Charpy impact value at room temperature.
磨き性の評価は、５０ｍｍ角の評価面の試料を採ってから、上記の熱処理条件による焼入れ焼戻しを施して硬さを調整した後、グラインダ→ペーパ→ダイヤモンドコンパウンド方式にて鏡面仕上げを行った。そして、１０倍の拡大鏡を用いて微細なピット発生個数をカウントし、ピット数が６個未満のものを◎、６〜１０個のものを○、１１〜２０個のものを△、それ以上のものを×とした。以上の結果を、表２に示す。なお、表２には同時に示している各試料の組織であるが、試料Ｎｏ．１６〜１８を除いては、その他の試料の有する組織は、表２に記した相が９０面積％以上の実質単相組織であった。 Evaluation of polishability took the sample of the evaluation surface of 50 mm square, gave quenching and tempering by said heat processing conditions, adjusted hardness, and then mirror-finished by the grinder-> paper-> diamond compound system. Then, the number of fine pits generated is counted using a magnifying glass with a magnification of 10 times, ◎ if the number of pits is less than 6, ◯ if it is 6-10, △ if it is 11-20, more Was marked with x. The results are shown in Table 2. Table 2 shows the structure of each sample shown at the same time. Except for 16 to 18, the other samples had a substantially single-phase structure in which the phases shown in Table 2 were 90 area% or more.
（本発明鋼について）
本発明の成分組成を満たす試料Ｎｏ．１〜１２は、式１かつ式２の値が本発明の好ましい規定範囲をも満足しているので、本発明の硬さを満足した、実質下部ベイナイトの単相組織からなる金型用鋼である。これらの被切削性は、工具外周面刃の最大摩耗幅が０．１６ｍｍ以下の最良の結果となっている。さらに、靭性は、約６０Ｊ／ｃｍ２以上で非常に良好な結果であり、磨き性も良好である。
(About the steel of the present invention)
Sample No. satisfying the component composition of the present invention. 1 to 12 are steels for molds having a single phase structure of a substantially lower bainite satisfying the hardness of the present invention because the values of the formulas 1 and 2 also satisfy the preferable specified range of the present invention. is there. These machinability results in the best result that the maximum wear width of the outer peripheral blade of the tool is 0.16 mm or less. Furthermore, the toughness is about 60 J / cm 2 or more, which is a very good result and the polishability is also good.
（比較鋼について）
本発明の成分範囲よりＣが少ない試料Ｎｏ．１３は、式１の値も１．３０未満であるため、上部ベイナイト組織を有し、硬さが低いので被切削性および靭性が良好であるが、反面磨き性が必ずしも十分ではない。Ｓｉが多い試料Ｎｏ．１４および、Ｎｉが少ない試料Ｎｏ．１６、そしてＣｒが少ない試料Ｎｏ．１８は、式１かつ式２の値も本発明の好ましい規定範囲を満足していないため、本発明の硬さを満足するものの、フェライト組織であるか、あるいは上部ベイナイト組織に５面積％以上のフェライトが混合するため、被切削性および磨き性がやや劣っている。
(About comparative steel)
Sample No. with less C than the component range of the present invention. 13 has an upper bainite structure because the value of Formula 1 is also less than 1.30, and since the hardness is low, the machinability and toughness are good, but the polishing property is not always sufficient. Sample No. with a lot of Si 14 and sample No. 1 with less Ni. 16, and sample No. No. 18 does not satisfy the preferable specified range of the present invention in the values of Formula 1 and Formula 2, and satisfies the hardness of the present invention, but it is a ferrite structure or 5 area% or more in the upper bainite structure. Since ferrite is mixed, the machinability and polishability are slightly inferior.
Ｓが０．０５％を超える試料Ｎｏ．１５は、本発明の硬さを満足した下部ベイナイト組織であって、硫化物系の非金属介在物が多く含まれるため被切削性も最良ではあるが、反面、式２の値が２８．７０よりも大きいこともあって、靭性が劣る。そして、硫化物は基地に比べて非常に軟らかく、研磨時にはそこからピットが発生しやすくなり、磨き性も劣る。Ｎｉが多い試料Ｎｏ．１７は、式１の値も２．７０より大きいため、過度に微細化された下部ベイナイトに、一部マルテンサイト（約６０面積％）が混合した組織を有し、磨き性が良好でかつ、靭性もある程度の良好値ではあるが、被切削性がやや劣っている。 Sample No. S exceeding 0.05% No. 15 is a lower bainite structure that satisfies the hardness of the present invention, and since it contains a large amount of sulfide-based non-metallic inclusions, the machinability is the best, but the value of Equation 2 is 28.70. The toughness is inferior because it may be larger than that. Sulfides are very soft compared to the base, and pits are likely to be generated during polishing, resulting in poor polishability. Sample No. with a lot of Ni 17 has a structure in which a part of martensite (about 60 area%) is mixed in the excessively refined lower bainite because the value of Formula 1 is also larger than 2.70, and the polishing property is good, Although the toughness is a good value to some extent, the machinability is slightly inferior.
本発明の成分範囲よりＣｒが多く、かつ多量のＮを含有する試料Ｎｏ．１９は、過度に微細なマルテンサイト組織である。そして、Ｍｏが多く、かつ多量のＯを含有する試料Ｎｏ．２０は、実質下部ベイナイトの単相組織ではあるものの、式２の値が２８．７０よりも大きいことや炭化物が多い組織であるため、両試料共に被切削性がやや劣る。更に、これらの試料は、試料Ｎｏ．１９が過多の窒化物を含み、試料Ｎｏ．２０が過多の酸化物を含むため磨き性が著しく劣っている。 Sample No. 1 containing more Cr than the component range of the present invention and containing a large amount of N. 19 is an excessively fine martensite structure. And sample No. containing many Mo and containing a large amount of O. Although 20 is a single-phase structure of substantially lower bainite, both the samples are slightly inferior in machinability because the value of Equation 2 is larger than 28.70 and is a structure with a large amount of carbides. Further, these samples are designated as Sample No. 19 contains an excessive amount of nitride. Since 20 contains an excessive amount of oxide, the polishability is remarkably inferior.
試料Ｎｏ．２１〜２４は、実質下部ベイナイトの単相組織ではある。しかし、本発明の成分範囲よりＶが少ない試料Ｎｏ．２１は、式２の値も２１．００未満であるため、硬さがやや低く、そのため被切削性は良好であるが磨き性がやや劣っている。一方、Ｖが多い試料Ｎｏ．２２は、式１かつ式２の値も本発明の好ましい規定範囲を満足しておらず、さらには炭化物が多いので、被切削性がやや劣っている。また、Ｃｕが多い試料Ｎｏ．２３は、式１の値も２．７０より大きく、組織こそ過度に微細化された下部ベイナイトを保ってはいるが、やはり被切削性がやや劣っている。Ａｌが多い試料Ｎｏ．２４は、式１かつ式２の値が本発明の好ましい規定範囲を満足してはいるものの、ＡｌとＮｉの金属間化合物の析出強化を生じて靭性が低下している。窒化物も多い傾向にあり、磨き性はやや劣っている。 Sample No. 21 to 24 are single phase structures of substantially lower bainite. However, sample Nos. With less V than the component range of the present invention. Since the value of Formula 2 is also less than 21.00, the hardness is somewhat low, so that the machinability is good but the polishability is slightly inferior. On the other hand, sample no. No. 22 does not satisfy the preferable specified range of the present invention in the values of the formulas 1 and 2, and further, since there are many carbides, the machinability is slightly inferior. In addition, Sample No. Although the value of Formula 1 is also larger than 2.70 and the structure keeps the excessively refined lower bainite, the machinability is still slightly inferior. Sample no. In No. 24, although the values of Formula 1 and Formula 2 satisfy the preferable specified range of the present invention, precipitation strengthening of an intermetallic compound of Al and Ni occurs and the toughness is lowered. There is also a tendency for many nitrides, and the polishability is slightly inferior.
（従来鋼について）
従来鋼Ｎｏ．２５〜２９の中には、本発明の式１かつ式２の、好ましい成分範囲を満足したものはないが、本発明の基本となる成分範囲よりＣが多く、ＶとＣｕが少ない試料Ｎｏ．２５は、本発明の硬さを満足しているが、マルテンサイト組織であるため、靭性および磨き性は良いが被切削性が劣っている。Ｃｕが少ない試料Ｎｏ．２６および、Ｎｉが少ない試料Ｎｏ．２７は、本発明の硬さを満足して磨き性が良いが、上部ベイナイト組織であるため靭性がやや劣り、被切削性が劣っている。
(Conventional steel)
Conventional steel No. None of the compounds Nos. 25 to 29 satisfy the preferable component ranges of the formulas 1 and 2 of the present invention, but sample Nos. Although No. 25 satisfies the hardness of the present invention, it has a martensite structure, and thus has good toughness and polishability but is inferior in machinability. Sample No. with less Cu 26 and sample No. No. 27 satisfies the hardness of the present invention and has good polishability, but because of the upper bainite structure, the toughness is slightly inferior and the machinability is inferior.
本発明の成分範囲よりＮｉとＣｕが少ない試料Ｎｏ．２８は、上部ベイナイト組織ではあるが、硬さが低いために被切削性および靭性が良好である。しかし反面、磨き性が必ずしも十分ではない。ＮｉとＡｌが多く、かつＣｒが少ない試料Ｎｏ．２９は、本発明の硬さを満足した上部ベイナイト組織であり、かつＡｌとＮｉの金属間化合物の析出強化およびＣｕの析出強化を採用したものであるため、被切削性および磨き性が最良であるが、反面、靭性が著しく劣っている。 Sample No. with less Ni and Cu than the component range of the present invention. Although 28 is an upper bainite structure, since the hardness is low, machinability and toughness are good. However, the polishability is not always sufficient. Sample No. with more Ni and Al and less Cr No. 29 is an upper bainite structure that satisfies the hardness of the present invention, and adopts precipitation strengthening of an intermetallic compound of Al and Ni and precipitation strengthening of Cu, so that machinability and polishability are the best. On the other hand, the toughness is remarkably inferior.
従来のプラスチック成形用プリハードン鋼にはない優れた靭性を有した本発明鋼は、金型などの加工に伴う熱応力によっても割れが発生し難く、より精密な金型加工を行うのに特に適したものとなる。 The steel of the present invention, which has excellent toughness not found in conventional pre-hardened steel for plastic molding, is not particularly susceptible to cracking due to thermal stress associated with the processing of molds, etc., and is particularly suitable for more precise mold processing. It will be.
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