JP6359241B2 - Corrosion-resistant plastic molding steel with excellent specularity - Google Patents
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Description
本発明は、光ディスクなどのように高い表面平滑度を必要とするプラスチック製品を成形する金型並びに工具に関する。 The present invention relates to a mold and a tool for molding a plastic product that requires high surface smoothness such as an optical disk.
光ディスクなどのような表面平滑度が必要なプラスチック製品を成形するための金型には高い鏡面性が要求される。さらに、この金型にはプラスチック成形時に発生する腐食性ガスに対する耐食性も必要とされるため、プラスチック成形金型用鋼としてJISで規定するSUS420J2相当鋼が使用される。ところで、このプラスチック成形用金型用鋼としてのSUS420J2相当鋼は、現状では、炭窒化物の偏析が残った状態で使用されている。 A mold for molding a plastic product that requires surface smoothness such as an optical disk is required to have high specularity. Further, since this mold is required to have corrosion resistance against the corrosive gas generated during plastic molding, SUS420J2 equivalent steel defined by JIS is used as a steel for plastic molding. By the way, SUS420J2-equivalent steel as plastic molding steel is currently used with segregation of carbonitrides remaining.
上記したように、プラスチック成形用金型用鋼であるSUS420J2相当鋼から成形した金型は、鏡面性を高めるために研磨されるが、該相当鋼中の炭化物は硬質なため研磨されにくく、さらに偏析して残った炭窒化物およびその周辺は研磨されずに残るので、炭窒化物の周辺が僅かにうねった状態となる。また偏析部の炭窒化物は粗大なものが多く、欠落して孔を作る。そこで、SUS420J2相当鋼からなるプラスチック成形用金型は、金型の炭窒化物偏析部では大きなうねりおよび孔が生じる。このため、プラスチック成形用金型として、炭窒化物偏析部の部分が低鏡面状態で使用されていることが判明した。 As described above, a mold molded from SUS420J2 equivalent steel, which is a plastic mold steel, is polished to enhance the specularity, but the carbide in the equivalent steel is hard and difficult to polish. Since the segregated carbonitride and its periphery remain without being polished, the periphery of the carbonitride becomes slightly wavy. Moreover, many carbonitrides in the segregation part are coarse and are missing to form holes. Therefore, in a plastic mold made of SUS420J2 equivalent steel, large undulations and holes are generated in the carbonitride segregation part of the mold. For this reason, it turned out that the part of the carbonitride segregation part is used in a low mirror surface state as a plastic mold.
ところで、上記したような炭窒化物の欠落を抑制するために、鋼の成分組成において、Cの含有量を減らすとともにNの含有量を増加することで、炭窒化物の大きさを微細に制御したプラスチック金型鋼が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。しかし、この特許文献1では、偏析によるうねりについては考慮しておらず、したがって、鏡面性は不足していると言わざるを得ないものである。 By the way, in order to suppress the lack of carbonitrides as described above, the size of carbonitrides is finely controlled by reducing the C content and increasing the N content in the steel component composition. A plastic mold steel has been proposed (see, for example, Patent Document 1). However, this Patent Document 1 does not consider the swell due to segregation, and therefore it must be said that the specularity is insufficient.
さらに、炭化物の凝集を防ぐために、粉末冶金法により鋼材を得る方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。しかし、この特許文献2では、鋼の成分組成にC及び炭化物形成元素が多く含まれているため、炭化物の粗大化は避けられず、研磨時に炭化物が欠落し、鏡面性が低下する恐れがある。 Furthermore, in order to prevent agglomeration of carbides, a method of obtaining a steel material by a powder metallurgy method has been proposed (for example, see Patent Document 2). However, in this patent document 2, since the component composition of steel contains a lot of C and carbide forming elements, coarsening of the carbide is inevitable, and carbide may be lost during polishing, and the specularity may be lowered. .
上記したように、光ディスクなどのような表面平滑度が必要なプラスチック製品を成形するための金型には高い鏡面性が要求され、また金型にはプラスチック成形時に発生する腐食性ガスに対する耐食性も必要である。これらを満足するものとして、SUS420J2相当鋼をプラスチック成形金型用鋼として使用しているが、この鋼は硬質な炭化物と炭窒化物を析出して有するので、プラスチック成形金型としたときの金型表面の鏡面性が低い状態であった。そこで発明者は鋭意研究を進めて本発明を開発することができた。 As described above, a mold for molding a plastic product that requires surface smoothness such as an optical disk is required to have high specularity, and the mold also has corrosion resistance against corrosive gas generated during plastic molding. is necessary. In order to satisfy these requirements, SUS420J2 equivalent steel is used as the steel for plastic molding dies, but since this steel has hard carbides and carbonitrides precipitated, the metal mold for the plastic molding die is used. The specularity of the mold surface was low. Therefore, the inventor was able to develop the present invention through earnest research.
本発明が解決しようとする課題は、プラスチック成形用金型用鋼としての新規な化学成分からなる鋼を得て、この鋼に析出して含有される炭化物や炭窒化物における、炭窒化物の粒径、鋼材の圧延方向と平行な面(以下、圧延面と呼ぶ)の100μm平方当たりの炭化物数、圧延面の300μm平方中における50μm平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差を、一定の範囲とすることで鏡面性の高い耐食性の新規のプラスチック成形金型用鋼を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to obtain a steel composed of a novel chemical component as a steel for molds for plastic molding, and in the carbides and carbonitrides precipitated and contained in the steel, The number of carbides per 100 μm square of the grain size, the plane parallel to the rolling direction of the steel (hereinafter referred to as the rolling surface), the maximum number and the minimum number of carbides per 50 μm square in the 300 μm square of the rolled surface It is to provide a new steel for molding metal molds with high specularity and corrosion resistance by setting the difference in a certain range.
上記の課題を解決するための本発明の手段は、第1の手段では、質量%で、C:0.20〜0.40%、Si:0.2〜1.0%、Mn:1.0%以下、Cr:12.0〜15.0%、Mo+W/2:0.4%以下、V:0.1〜1.0%未満、N:100ppm未満を含有し、残部が不可避不純物およびFeからなる鋼である。そして、この鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が5μm以下望ましくは4μm以下であり、該鋼の圧延面における100μm平方当たりの炭化物数が160個以下であり、さらに該鋼の圧延面における300μm平方中の50μm平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が30個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼である。 The means of the present invention for solving the above-mentioned problems is, in the first means, in mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.2 to 1.0%, Mn: 1. 0% or less, Cr: 12.0 to 15.0%, Mo + W / 2: 0.4% or less, V: less than 0.1 to 1.0%, N: less than 100 ppm, the balance being inevitable impurities and Steel made of Fe. And, as carbides and carbonitrides precipitated and contained in this steel, the particle size of carbonitride is 5 μm or less, desirably 4 μm or less, and the number of carbides per 100 μm square on the rolled surface of the steel is 160 or less. Further, the difference in the number of the maximum number of carbides per 50 μm square in the 300 μm square of the rolled surface of the steel and the number of the minimum parts is 30 or less. Mold steel.
第2の手段では、質量%で、C:0.20〜0.40%、Si:0.2〜1.0%、Mn:1.0%以下、Cr:12.0〜15.0%、Mo+W/2:0.4%以下、V:0.1〜1.0%未満、N:100ppm未満、P:0.030%以下、S:0.010%以下望ましくは0.005%以下、Al:0.05%以下望ましくは0.03%以下、O:0.0100%以下望ましくは0.0050%以下を含有し、残部が不可避不純物およびFeからなる鋼である。そして、この鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が5μm以下望ましくは4μm以下であり、該鋼の圧延面における100μm平方当たりの炭化物数が160個以下であり、さらに該鋼の圧延面における300μm平方中の50μm平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が30個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼である。 In the second means , by mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.2 to 1.0%, Mn: 1.0% or less, Cr: 12.0 to 15.0% Mo + W / 2: 0.4% or less, V: less than 0.1 to 1.0%, N: less than 100 ppm, P: 0.030% or less, S: 0.010% or less, desirably 0.005% or less , Al: 0.05% or less, desirably 0.03% or less, O: 0.0100% or less, desirably 0.0050% or less, and the balance is steel made of inevitable impurities and Fe. And, as carbides and carbonitrides precipitated and contained in this steel, the particle size of carbonitride is 5 μm or less, desirably 4 μm or less, and the number of carbides per 100 μm square on the rolled surface of the steel is 160 or less. Further, the difference in the number of the maximum number of carbides per 50 μm square in the 300 μm square of the rolled surface of the steel and the number of the minimum parts is 30 or less. Mold steel.
第3の手段では、質量%で、C:0.20〜0.40%、Si:0.2〜1.0%、Mn:1.0%以下、Cr:12.0〜15.0%、Mo+W/2:0.4%以下、V:0.1〜1.0%未満、N:100ppm未満、Ni:0.04〜0.40%を含有し、残部が不可避不純物およびFeからなる鋼である。そして、この鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が5μm以下望ましくは4μm以下であり、該鋼の圧延面における100μm平方当たりの炭化物数が160個以下であり、さらに該鋼の圧延面における300μm平方中の50μm平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が30個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼である。 In the third means, by mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.2 to 1.0%, Mn: 1.0% or less, Cr: 12.0 to 15.0% Mo + W / 2: 0.4% or less, V: less than 0.1 to 1.0%, N: less than 100 ppm, Ni: 0.04 to 0.40%, with the balance being inevitable impurities and Fe It is steel. And, as carbides and carbonitrides precipitated and contained in this steel, the particle size of carbonitride is 5 μm or less, desirably 4 μm or less, and the number of carbides per 100 μm square on the rolled surface of the steel is 160 or less. Further, the difference in the number of the maximum number of carbides per 50 μm square in the 300 μm square of the rolled surface of the steel and the number of the minimum parts is 30 or less. Mold steel.
第4の手段では、質量%で、C:0.20〜0.40%、Si:0.2〜1.0%、Mn:1.0%以下、Cr:12.0〜15.0%、Mo+W/2:0.4%以下、V:0.1〜1.0%未満、N:100ppm未満、P:0.030%以下、S:0.010%以下望ましくは0.005%以下、Al:0.05%以下望ましくは0.03%以下、O:0.0100%以下望ましくは0.0050%以下、Ni:0.04〜0.40%を含有し、残部が不可避不純物およびFeからなる鋼である。そして、この鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が5μm以下望ましくは4μm以下であり、該鋼の圧延面における100μm平方当たりの炭化物数が160個以下であり、さらに該鋼の圧延面における300μm平方中の50μm平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が30個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼である。 In the 4th means , by mass%, C: 0.20-0.40%, Si: 0.2-1.0%, Mn: 1.0% or less, Cr: 12.0-15.0% Mo + W / 2: 0.4% or less, V: less than 0.1 to 1.0%, N: less than 100 ppm, P: 0.030% or less, S: 0.010% or less, desirably 0.005% or less Al: 0.05% or less, preferably 0.03% or less, O: 0.0100% or less, preferably 0.0050% or less, Ni: 0.04 to 0.40%, the balance being inevitable impurities and Steel made of Fe. And, as carbides and carbonitrides precipitated and contained in this steel, the particle size of carbonitride is 5 μm or less, desirably 4 μm or less, and the number of carbides per 100 μm square on the rolled surface of the steel is 160 or less. Further, the difference in the number of the maximum number of carbides per 50 μm square in the 300 μm square of the rolled surface of the steel and the number of the minimum parts is 30 or less. Mold steel.
第5の手段では、質量%で、C:0.20〜0.40%、Si:0.2〜1.0%、Mn:1.0%以下、Cr:12.0〜15.0%、Mo+W/2:0.4%以下、V:0.1〜1.0%未満、N:100ppm未満を含有し、さらにTi、Nb、Ta、Zrのうちの1種又は2種以上を0.01〜0.30%含有し、残部が不可避不純物およびFeからなる鋼である。そして、この鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が5μm以下望ましくは4μm以下であり、該鋼の圧延面における100μm平方当たりの炭化物数が160個以下であり、さらに該鋼の圧延面における300μm平方中の50μm平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が30個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼である。 In the fifth means, by mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.2 to 1.0%, Mn: 1.0% or less, Cr: 12.0 to 15.0% , Mo + W / 2: 0.4% or less, V: less than 0.1 to 1.0%, N: less than 100 ppm, and one or more of Ti, Nb, Ta, and Zr are 0 0.01 to 0.30% of the steel, the balance being inevitable impurities and Fe. And, as carbides and carbonitrides precipitated and contained in this steel, the particle size of carbonitride is 5 μm or less, desirably 4 μm or less, and the number of carbides per 100 μm square on the rolled surface of the steel is 160 or less. Further, the difference in the number of the maximum number of carbides per 50 μm square in the 300 μm square of the rolled surface of the steel and the number of the minimum parts is 30 or less. Mold steel.
第6の手段では、質量%で、C:0.20〜0.40%、Si:0.2〜1.0%、Mn:1.0%以下、Cr:12.0〜15.0%、Mo+W/2:0.4%以下、V:0.1〜1.0%未満、N:100ppm未満、P:0.030%以下、S:0.010%以下望ましくは0.005%以下、Al:0.05%以下望ましくは0.03%以下、O:0.0100%以下望ましくは0.0050%以下を含有し、さらにTi、Nb、Ta、Zrのうちの1種又は2種以上を0.01〜0.30%含有し、残部が不可避不純物およびFeからなる鋼である。そして、この鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が5μm以下望ましくは4μm以下であり、該鋼の圧延面における100μm平方当たりの炭化物数が160個以下であり、さらに該鋼の圧延面における300μm平方中の50μm平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が30個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼である。 In the sixth means, by mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.2 to 1.0%, Mn: 1.0% or less, Cr: 12.0 to 15.0% Mo + W / 2: 0.4% or less, V: less than 0.1 to 1.0%, N: less than 100 ppm, P: 0.030% or less, S: 0.010% or less, desirably 0.005% or less Al: 0.05% or less, desirably 0.03% or less, O: 0.0100% or less, desirably 0.0050% or less, and one or two of Ti, Nb, Ta, and Zr The steel contains 0.01 to 0.30% of the above, and the balance is inevitable impurities and Fe. And, as carbides and carbonitrides precipitated and contained in this steel, the particle size of carbonitride is 5 μm or less, desirably 4 μm or less, and the number of carbides per 100 μm square on the rolled surface of the steel is 160 or less. Further, the difference in the number of the maximum number of carbides per 50 μm square in the 300 μm square of the rolled surface of the steel and the number of the minimum parts is 30 or less. Mold steel.
第7の手段では、質量%で、C:0.20〜0.40%、Si:0.2〜1.0%、Mn:1.0%以下、Cr:12.0〜15.0%、Mo+W/2:0.4%以下、V:0.1〜1.0%未満、N:100ppm未満、Ni:0.04〜0.40%を含有し、さらにTi、Nb、Ta、Zrのうちの1種又は2種以上を0.01〜0.30%含有し、残部が不可避不純物およびFeからなる鋼である。そして、この鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が5μm以下望ましくは4μm以下であり、該鋼の圧延面における100μm平方当たりの炭化物数が160個以下であり、さらに該鋼の圧延面における300μm平方中の50μm平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が30個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼である。 In the seventh means, by mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.2 to 1.0%, Mn: 1.0% or less, Cr: 12.0 to 15.0% Mo + W / 2: 0.4% or less, V: less than 0.1 to 1.0%, N: less than 100 ppm , Ni: 0.04 to 0.40%, and Ti, Nb, Ta, Zr It is steel which contains 0.01 to 0.30% of 1 type or 2 types or more, and the balance consists of inevitable impurities and Fe. And, as carbides and carbonitrides precipitated and contained in this steel, the particle size of carbonitride is 5 μm or less, desirably 4 μm or less, and the number of carbides per 100 μm square on the rolled surface of the steel is 160 or less. Further, the difference in the number of the maximum number of carbides per 50 μm square in the 300 μm square of the rolled surface of the steel and the number of the minimum parts is 30 or less. Mold steel.
第8の手段では、質量%で、C:0.20〜0.40%、Si:0.2〜1.0%、Mn:1.0%以下、Cr:12.0〜15.0%、Mo+W/2:0.4%以下、V:0.1〜1.0%未満、N:100ppm未満、P:0.030%以下、S:0.010%以下望ましくは0.005%以下、Al:0.05%以下望ましくは0.03%以下、O:0.0100%以下望ましくは0.0050%以下、Ni:0.04〜0.40%を含有し、さらにTi、Nb、Ta、Zrのうちの1種又は2種以上を0.01〜0.30%含有し、残部が不可避不純物およびFeからなる鋼である。そして、この鋼に析出含有される炭化物および炭窒化物として、炭窒化物の粒径が5μm以下望ましくは4μm以下であり、該鋼の圧延面における100μm平方当たりの炭化物数が160個以下であり、さらに該鋼の圧延面における300μm平方中の50μm平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が30個以下であることを特徴とする鏡面性に優れた耐食性プラスチック成形金型用鋼である。 In the eighth means, in mass% , C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.2 to 1.0%, Mn: 1.0% or less, Cr: 12.0 to 15.0% Mo + W / 2: 0.4% or less, V: less than 0.1 to 1.0%, N: less than 100 ppm, P: 0.030% or less, S: 0.010% or less, preferably 0.005% or less Al: 0.05% or less, desirably 0.03% or less, O: 0.0100% or less, desirably 0.0050% or less, Ni: 0.04 to 0.40%, Ti, Nb, One or more of Ta and Zr is contained in an amount of 0.01 to 0.30%, and the balance is steel made of inevitable impurities and Fe. And, as carbides and carbonitrides precipitated and contained in this steel, the particle size of carbonitride is 5 μm or less, desirably 4 μm or less, and the number of carbides per 100 μm square on the rolled surface of the steel is 160 or less. Further, the difference in the number of the maximum number of carbides per 50 μm square in the 300 μm square of the rolled surface of the steel and the number of the minimum parts is 30 or less. Mold steel.
本発明は、上記の手段としたことで、光ディスクなどのように高い表面平滑度を必要とするプラスチック製品を成形する金型あるいは工具として活用できる、鏡面性が高く耐食性に優れたプラスチック成形金型用鋼であり、本発明のプラスチック成形金型用鋼は、鋼材面における炭窒化物の粒径が小さく鏡面に研磨時にこれらの炭窒化物の滑落による孔が生じることなく、圧延面の100μm平方当たりの炭化物数が少なくその部分に微差な凹凸の多量の発生なく、さらに圧延面の300μm平方中における50μm平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差が少ないので最小部が研磨され易くなることなく鏡面にうねりを生じることが無いなどの優れた効果を有する。 By adopting the above-mentioned means, the present invention can be used as a mold or a tool for molding a plastic product such as an optical disk that requires high surface smoothness, and has a high specularity and excellent corrosion resistance. The steel for plastic molds of the present invention has a small particle size of carbonitride on the steel surface, and the surface of the rolled surface is 100 μm square on the mirror surface without causing holes due to sliding of these carbonitrides when polished. The number of carbides per unit is small and there is no large amount of unevenness on the part, and the difference between the maximum part and the minimum part of the number of carbides per 50 μm square in the 300 μm square of the rolling surface is small, so the minimum part Has excellent effects such as no waviness on the mirror surface without being easily polished.
本願の発明を実施するための形態として、先ず、本願の発明に係るプラスチック成形金型用鋼における化学成分の成分範囲の限定理由を以下に説明する。なお、化学成分は、質量%で示す。 As a mode for carrying out the invention of the present application, first, the reasons for limiting the component ranges of chemical components in the steel for plastic molds according to the invention of the present application will be described below. In addition, a chemical component is shown by the mass%.
C:0.20〜0.40%
Cは、固溶強化による硬さ、耐摩耗性の向上および焼入性を高めるために必要な元素であり、このためには0.20%以上が必要である。しかし、Cが0.40%を超えると粗大な炭化物を形成し、金型用鋼の鏡面性を悪化し、耐食性を低下する。そこで、Cは0.20〜0.40%とする。
C: 0.20 to 0.40%
C is an element necessary for improving hardness, wear resistance and hardenability by solid solution strengthening, and for this purpose, 0.20% or more is necessary. However, if C exceeds 0.40%, coarse carbides are formed, the mirror surface property of the steel for molds is deteriorated, and the corrosion resistance is lowered. Therefore, C is set to 0.20 to 0.40%.
Si:0.2〜1.0%
Siは、溶製時の脱酸剤、鋼の焼入性および基地の硬さを得るために必要な元素であり、このためには0.2%以上が必要である。しかし、Siが1.0%を超えると靱性および加工性が悪化する。そこで、Siは0.2〜1.0%とする。
Si: 0.2 to 1.0%
Si is an element necessary for obtaining a deoxidizer at the time of melting, hardenability of steel, and hardness of the base, and 0.2% or more is necessary for this purpose. However, when Si exceeds 1.0%, toughness and workability deteriorate. Therefore, Si is 0.2 to 1.0%.
Mn:1.0%以下
Mnは、溶製時の脱酸剤、鋼の焼入性を得るために必要な元素である。しかし、Mnが1.0%を超えるとマトリックスを脆化する。そこで、Mnは1.0%以下とする。
Mn: 1.0% or less Mn is an element necessary for obtaining a deoxidizer during melting and hardenability of steel. However, if Mn exceeds 1.0%, the matrix becomes brittle. Therefore, Mn is 1.0% or less.
Cr:12.0〜15.0%
Crは、不働態を形成し、耐食性を向上させるとともに焼入れ性を高める元素である。このためには、Crは12.0%以上が必要である。しかし、Crが15.0%を超えると粗大な炭化物を形成し、金型用鋼の鏡面性を悪化する。そこで、Crは12.0〜15.0%とする。
Cr: 12.0 to 15.0%
Cr is an element that forms a passive state, improves corrosion resistance, and enhances hardenability. For this purpose, Cr needs to be 12.0% or more. However, when Cr exceeds 15.0%, coarse carbides are formed, and the mirror surface property of the steel for molds is deteriorated. Therefore, Cr is 12.0 to 15.0%.
Mo+W/2:0.4%以下
MoやWは、硬質炭化物を形成し、硬さ、耐摩耗性を向上させるとともに、焼入性および焼戻し軟化抵抗性を高める。このためには、Mo+W/2は0.4%以下であることが必要である。Mo+W/2が0.4%を超えると、粗大な炭化物および炭化物偏析を形成し、鏡面性を悪化する。そこで、Mo+W/2は0.4%以下とする。
Mo + W / 2: 0.4% or less Mo and W form hard carbides, improve hardness and wear resistance, and improve hardenability and temper softening resistance. For this purpose, Mo + W / 2 needs to be 0.4% or less. When Mo + W / 2 exceeds 0.4%, coarse carbides and carbide segregation are formed and the specularity is deteriorated. Therefore, Mo + W / 2 is set to 0.4% or less.
V:0.1〜1.0%未満
Vは、VCとして鋼材中に微細分散して析出し、そのVCが他の元素の炭化物の析出起点となり、炭化物偏析を抑制する。このためには、Vは0.1%以上が必要である。しかし、Vが1.0%以上では粗大な炭窒化物および炭窒化物偏析を形成し、鏡面性を悪化する。そこで、Vは0.1〜1.0%未満とする。
V: Less than 0.1 to 1.0% V is finely dispersed and precipitated as a VC in the steel material, and the VC serves as a precipitation starting point for carbides of other elements and suppresses carbide segregation. For this purpose, V needs to be 0.1% or more. However, if V is 1.0% or more, coarse carbonitride and carbonitride segregation are formed, and the specularity is deteriorated. Therefore, V is set to less than 0.1 to 1.0%.
N:100ppm未満
Nは、100ppm以上含有すると鋼中に窒化物を形成し、鋼面の研磨時に欠落して孔を造り、鏡面性を低下させる。そこで、Nは100ppm未満とする。
N: Less than 100 ppm When N is contained in an amount of 100 ppm or more, a nitride is formed in the steel, which is lost during polishing of the steel surface to form a hole, thereby reducing the specularity. Therefore, N is set to less than 100 ppm.
P:0.030%以下
Pは、結晶粒界へ偏析し、靱性を低下する。そこで、Pは0.030%以下とする。
P: 0.030% or less P segregates to a grain boundary and lowers toughness. Therefore, P is set to 0.030% or less.
S:0.010%以下、望ましくは0.0050%以下
Sは、硫化物を形成し、鏡面性を悪化し、さらに靱性および熱間加工性を悪化する。そこで、Sは0.010%以下、望ましくは0.0050%以下とする。
S: 0.010% or less, desirably 0.0050% or less S forms sulfides, deteriorates specularity, and further deteriorates toughness and hot workability. Therefore, S is set to 0.010% or less, preferably 0.0050% or less.
Al:0.05%以下、望ましくは0.03%以下
Alは、酸化物や窒化物を形成し、鏡面性を悪化する。そこで、Alは0.05%以下、望ましくは0.03%以下とする。
Al: 0.05% or less, desirably 0.03% or less Al forms oxides and nitrides and deteriorates the specularity. Therefore, Al is made 0.05% or less, preferably 0.03% or less.
O:0.0100%以下、望ましくは0.0050%以下
Oは、他の金属元素と酸化物を形成し、鏡面性を悪化する。そこで、Oは0.0100%以下、望ましくは0.0050%以下とする。
O: 0.0100% or less, desirably 0.0050% or less O forms oxides with other metal elements and deteriorates the specularity. Therefore, O is 0.0100% or less, preferably 0.0050% or less.
Ni:0.04〜0.40%
Niは、焼入性および耐食性を高める元素である。このためには、Niは0.04%以上が必要である。しかし、Niが0.40%以上含有されると、オーステナイト組織が残留して、鋼材寸法の経年変化を起す。そこで、Niは0.04〜0.40%とする。
Ni: 0.04 to 0.40%
Ni is an element that enhances hardenability and corrosion resistance. For this purpose, Ni needs to be 0.04% or more. However, when Ni is contained in an amount of 0.40% or more, an austenite structure remains and causes aging of the steel material. Therefore, Ni is set to 0.04 to 0.40%.
Ti、Nb、Ta、Zrのうちの1種又は2種以上:合計で0.01〜0.30%
Ti、Nb、Ta、Zrは、いづれも微細な炭窒化物を形成し結晶粒粗大化を抑制することで靱性を向上する元素である。そのためには、Ti、Nb、Ta、Zrのうちの1種又は2種以上の含有量が合計で0.01%以上とする必要がある。しかし、Ti、Nb、Ta、Zrのうちの1種又は2種以上の含有量が合計で0.30%を超えて含有されると、粗大な炭窒化物および炭窒化物偏析を形成し鏡面性を悪化する。そこで、Ti、Nb、Ta、Zrのうちの1種又は2種以上は合計で0.01〜0.30%とする。
One or more of Ti, Nb, Ta, and Zr: 0.01 to 0.30% in total
Ti, Nb, Ta, and Zr are elements that improve toughness by forming fine carbonitrides and suppressing coarsening of crystal grains. For that purpose, the content of one or more of Ti, Nb, Ta, and Zr needs to be 0.01% or more in total. However, when the content of one or more of Ti, Nb, Ta, and Zr exceeds 0.30% in total, coarse carbonitride and carbonitride segregation are formed and mirror surface Worsens sex. Therefore, one or more of Ti, Nb, Ta, and Zr is made 0.01 to 0.30% in total.
さらに、本願の請求項におけるプラスチック成形金型用鋼の構成要件について、上記の化学成分以外の構成要件の限定理由を以下に説明する。 Furthermore, the reasons for limitation of the structural requirements other than the above-described chemical components will be described below with respect to the structural requirements of the plastic mold steel in the claims of the present application.
炭窒化物粒径:5μm以下、望ましくは4μm以下
炭窒化物粒径は、粗大であると研磨時に鋼面から欠落して孔を形成し、鏡面性を低下する。そこで、炭窒化物粒径は5μm以下、望ましくは4μm以下とする。
Carbonitride particle size: 5 μm or less, desirably 4 μm or less When the carbonitride particle size is coarse, it is missing from the steel surface during polishing to form pores, thereby reducing the specularity. Therefore, the carbonitride particle size is 5 μm or less, preferably 4 μm or less.
鋼材の圧延面における100μm平方当たりの炭化物数:160個以下
鋼材の圧延面における100μm平方当たりの炭化物数は、多すぎるとその部分で微細難凹凸が多量に発生する。そこで、鋼材の圧延面における100μm平方当たりの炭化物数は160個以下とする。
The number of carbides per 100 μm square on the rolled surface of the steel material: 160 or less If the number of carbides per 100 μm square on the rolled surface of the steel material is too large, a large amount of fine unevenness is generated at that portion. Therefore, the number of carbides per 100 μm square on the rolled surface of the steel material is 160 or less.
鋼材の圧延面における300μm平方中の50μm平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差:30個以下
鋼材の圧延面における300μm平方中の50μm平方当たりの炭化物数の最大部の数と最小部の数の差は、大きいと、最小部が研磨されやすいので鏡面にうねりが生じることとなる。そこで、鋼材の圧延面における300μm平方中の50μm平方当たりの炭化物数の最大部の数と最少部の数の差は30個以下とする。
Difference between the maximum number of carbides per 50 μm square and the minimum number of carbides per 300 μm square on the rolled surface of the steel: 30 or less The maximum number of carbides per 50 μm square in the 300 μm square on the rolled surface of the steel If the difference between the number and the number of the minimum part is large, the minimum part is easily polished, so that the mirror surface is wavy. Therefore, the difference between the maximum number of carbides per 50 μm square out of 300 μm square on the rolled surface of the steel material and the number of minimum parts is 30 or less.
さらに、本発明の実施の形態について、表を参照して以下に順次説明するものとする。先ず、本が発明に係る鋼において、高鏡面性が得られるような炭化物析出状態を実現する方法として、例えば、次の(1)および(2)のような製造方法が好適に適用できる。 Further, the embodiments of the present invention will be sequentially described below with reference to the table. First, in the steel according to the present invention, for example, the following production methods (1) and (2) can be suitably applied as a method for realizing a carbide precipitation state that provides high specularity.
(1)本発明の鋼の化学成分からなる鋳造材を再溶融して2次溶解し、再凝固させる製造方法であり、一般的には、真空アーク再溶解法(VAR)やエレクトロスラグ再溶解法(ESR)によって2次溶解して再凝固させる。すなわち、この方法では、2次溶解により、再溶解後の凝固が短時間で行われるため、凝固偏析が起こりにくく、炭化物の一部凝集を抑えることが可能となる。 (1) A manufacturing method in which a cast material composed of the chemical components of the steel of the present invention is remelted, secondarily melted, and resolidified. Generally, vacuum arc remelting (VAR) or electroslag remelting is used. It is secondarily dissolved and re-coagulated by the method (ESR). That is, in this method, solidification after re-dissolution is performed in a short time by secondary dissolution, so that solidification segregation hardly occurs and partial agglomeration of carbide can be suppressed.
(2)上記の(1)により溶解、再凝固させた鋼を、1000〜1200℃で10時間以上のソーキング処理を実施する製造方法である。この製造方法は、鋼中に析出した粗大な炭化物を適正範囲の大きさにコントロールするために最適の製造方法である。このソーキング処理は、焼入れ温度よりも高温で、かつ、融点よりも低い温度で実施する必要がある。ソーキング処理を適正に行えば、形成された粗大な炭化物を小さくし、さらに炭化物の量を少なくして均一に分散させることが可能である。なお、ソーキング処理する温度と時間は成分によって適正値が異なる。 (2) This is a manufacturing method in which the steel melted and re-solidified by (1) is subjected to a soaking treatment at 1000 to 1200 ° C. for 10 hours or more. This production method is an optimum production method for controlling coarse carbides precipitated in the steel within a suitable range. This soaking process needs to be performed at a temperature higher than the quenching temperature and lower than the melting point. If the soaking process is properly performed, it is possible to reduce the formed coarse carbides and further reduce the amount of carbides to uniformly disperse. The appropriate temperature and time for the soaking process vary depending on the components.
表1に示す発明鋼の化学成分からなるプラスチック成形金型用鋼の100kgを真空誘導溶解炉で溶製した。この溶製により得られた鋼材を1200℃に加熱した均熱炉で10時間ソーキング処理し、これを縦横50mmの角材に鍛伸し、次いで1030℃に加熱して空冷する焼入れ処理を施し、さらに200〜500℃に加熱して空冷する焼戻し処理を2回繰り返した。
一方、表1の発明鋼の化学成分の範囲から外れる化学成分を有する鋼を比較鋼とし、その100kgを真空誘導溶解炉で溶製し、溶製により得られた鋼材を1200℃に加熱した均熱炉で10時間ソーキング処理し、これを縦横50mmの角材に鍛伸し、次いで1030℃に加熱して空冷する焼入れ処理を施した。上記の本発明の実施例である発明鋼と同様の処理をしたが、ただし、焼なましすなわち焼鈍処理を省略した。
これらにおける焼入焼戻し硬さは50HRC以上とした。
100 kg of plastic molding steel made of the chemical components of the inventive steel shown in Table 1 was melted in a vacuum induction melting furnace. The steel material obtained by this melting is soaked in a soaking furnace heated to 1200 ° C. for 10 hours, forged into a square material of 50 mm in length and width, and then subjected to quenching treatment that is heated to 1030 ° C. and air-cooled. The tempering process of heating to 200 to 500 ° C. and air cooling was repeated twice.
On the other hand, a steel having a chemical composition outside the range of the chemical composition of the invention steel of Table 1 is used as a comparative steel, 100 kg of which is melted in a vacuum induction melting furnace, and the steel material obtained by melting is heated to 1200 ° C. It was soaked in a heating furnace for 10 hours, forged into a square material having a length and width of 50 mm, and then subjected to a quenching treatment by heating to 1030 ° C. and air cooling. The same treatment as that of the inventive steel according to the above-described embodiment of the present invention was performed, except that the annealing, that is, the annealing treatment was omitted.
The quenching and tempering hardness in these was 50 HRC or more.
鏡面性について、本発明の上記の方法において、焼戻し後、縦横50mmの角材を切断し、水平面を機械研磨により♯14000まで研磨し、試験片を作製した。研磨後の面中心部(300μm平方)をレーザー走査型超音波顕微鏡にて撮影し、画像中の50μm平方当りの炭化物数、炭化物の大きさを画像解析装置により計測した。また、研磨後の面について、粗さ指標であるRaおよびうねり指標であるWSmを測定した。Raは0.015以下(Ra≦0.015)、WSmは65μm(WSm≦65μm)であれば、面粗さやうねりが製品の鋼材表面に転写されたとしても、製品に影響が現れないことから、満たされれば○、満たさなければ×として、表2に、本願の発明に係るものを発明鋼とし、比較に係るものを比較鋼として評価結果を示している。 Regarding the specularity, in the above method of the present invention, after tempering, a square material having a length and width of 50 mm was cut, and the horizontal surface was polished to # 14000 by mechanical polishing to prepare a test piece. The surface center (300 μm square) after polishing was photographed with a laser scanning ultrasonic microscope, and the number of carbides per 50 μm square in the image and the size of the carbides were measured with an image analyzer. Further, the roughness index Ra and the waviness index WSm were measured on the polished surface. If Ra is 0.015 or less (Ra ≦ 0.015) and WSm is 65 μm (WSm ≦ 65 μm), even if surface roughness and undulation are transferred to the steel surface of the product, the product will not be affected. Table 2 shows the results of the evaluation with the invention steel according to the present invention as the invention steel and the comparison steel as the comparison steel.
表1に見られるように、本願の請求項に係る発明の化学成分の範囲を外れる比較鋼、ソーキング処理を行っていない比較鋼は、表2に見られるように、鋼材面から酸化物および炭窒化物の欠落があり、鋼材面にうねりが発生し、粗さ指標Raやうねり指標WSmが大きい。これに対して、本発明鋼は粗さ指標Raは小さく、さらにうねり指標WSmは小さい。したがって、本発明鋼によるプラスチック成形金型は優れた鏡面性有するのである。 As can be seen in Table 1, the comparative steels outside the range of the chemical composition of the claimed invention, and the comparative steels not subjected to soaking treatment are oxide and carbon from the steel surface as seen in Table 2. There is a lack of nitride, waviness occurs on the steel surface, and the roughness index Ra and the waviness index WSm are large. In contrast, the steel of the present invention has a small roughness index Ra and a small undulation index WSm. Therefore, the plastic molding die made of the steel of the present invention has excellent specularity.
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