JP6459539B2 - Mold steel and mold - Google Patents

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Description

この発明は金型用鋼及び金型に関し、特に焼入れ加熱時に粗粒化し難く、且つ熱伝導性能に優れた金型用鋼及び金型に関する。   The present invention relates to a mold steel and a mold, and more particularly to a mold steel and a mold that are difficult to coarsen during quenching and have excellent thermal conductivity.

従来よりダイカストの金型や部品には、耐エロージョン性を確保するための硬さと、耐割れ性を確保するための靭性とが必要とされており、これら金型や部品は焼入れ焼戻し状態で使用されている。その際の焼入れの加熱条件は温度1030℃、その温度での保持時間1〜3Hrである場合が多い。
焼入れ加熱時、鋼はオーステナイトと残留炭化物の混合組織となる(オーステナイト単相の場合もある)。その後、冷却によってオーステナイトはマルテンサイトを主体とする組織に変態し、焼戻しとの組合せによって硬さと靭性が付与される。
Conventionally, die-cast molds and parts are required to have hardness to ensure erosion resistance and toughness to ensure crack resistance. These molds and parts are used in a quenched and tempered state. Has been. In most cases, the heating conditions for quenching are a temperature of 1030 ° C. and a holding time of 1 to 3 hours at that temperature.
During quenching heating, the steel becomes a mixed structure of austenite and residual carbide (sometimes austenite single phase). Thereafter, austenite is transformed into a structure mainly composed of martensite by cooling, and hardness and toughness are imparted by combination with tempering.

ここで靭性を考えると、焼入れ時のオーステナイト結晶粒度番号は大きいほうが望ましい。換言すれば、金型や部品としては、微細なオーステナイトから変態した組織が望ましい。この理由は、これら金型等の結晶粒が微細な方が亀裂が伝播し難くなり、割れを抑制する効果が大きいためである。   Here, considering toughness, it is desirable that the austenite grain size number during quenching is larger. In other words, a structure transformed from fine austenite is desirable for the mold and parts. This is because cracks are less likely to propagate when the crystal grains of these molds are finer, and the effect of suppressing cracks is greater.

焼入れ時のオーステナイト結晶粒度は、加熱温度と保持時間で決まる。オーステナイト結晶粒度番号が大きく(結晶粒が微細に)なるのは、加熱温度が低く保持時間が短い場合である。このため、焼入れにおいては加熱温度が過度に高くならないよう、また保持時間が過度に長くならないように注意を払う必要がある。
また結晶粒の粗大化を防止するため、オーステナイト中に残留炭化物を分散させる手法が採られることもあり、この場合はC量と炭化物形成元素量を最適化させた成分系の鋼とする。
残留炭化物にはオーステナイト結晶粒界の移動を抑制する効果があり、この結果、オーステナイト結晶粒の粗大化が防止される(大きな結晶粒度番号が維持される)。
The austenite grain size during quenching is determined by the heating temperature and holding time. The austenite grain size number becomes large (crystal grains become fine) when the heating temperature is low and the holding time is short. For this reason, in quenching, care must be taken so that the heating temperature does not become excessively high and the holding time does not become excessively long.
Further, in order to prevent coarsening of crystal grains, a technique of dispersing residual carbides in austenite may be employed. In this case, a component steel in which the amount of C and the amount of carbide forming elements are optimized is used.
The residual carbide has an effect of suppressing the movement of the austenite grain boundary, and as a result, coarsening of the austenite crystal grain is prevented (a large grain size number is maintained).

ところで、焼入れでは大きい金型と小さい金型とを一緒に加熱する「混載」が一般的である。混載する理由は金型を1個ずつ処理していたのでは、生産性が上がらないためである。
図3は、混載の場合における加熱時の炉温と炉内に装入された金型の温度の推移を模式的に示したものである。先述の通り、焼入れ温度での保持時間は1〜3Hr必要であるが、大きい金型がこの条件になるよう炉温の保持時間を設定すると、温度上昇が速い小さい金型では焼入れ温度での保持時間が最長で5Hr近くとなり、結晶粒が粗大化してしまう(結晶粒度番号が小さくなる)。
By the way, in quenching, “mixed loading” in which a large mold and a small mold are heated together is generally used. The reason for the mixed loading is that the productivity is not increased if the molds are processed one by one.
FIG. 3 schematically shows the transition of the furnace temperature during heating and the temperature of the mold charged in the furnace in the case of mixed loading. As described above, the holding time at the quenching temperature needs 1 to 3 hours, but if the holding time of the furnace temperature is set so that a large mold satisfies this condition, the holding at the quenching temperature is held in a small mold whose temperature rises quickly. The longest time is close to 5 hours, and the crystal grains become coarse (the crystal grain size number becomes small).

また、近年ダイカストのサイクルタイム短縮や焼付き軽減のため、冷却効率に優れた高熱伝導率鋼をダイカストの金型や部品に使う場合が増えてきている。ダイカスト金型の汎用鋼であるSKD61の熱伝導率が23〜28W/m/Kであるのに対し、高熱伝導率鋼は29W/m/K以上の熱伝導率を有する。このような鋼は、熱伝導率を高くするため低Cr化(Cr<3%)されている。   In recent years, in order to shorten the cycle time of die casting and to reduce seizure, high thermal conductivity steel having excellent cooling efficiency is increasingly used for die casting molds and parts. The thermal conductivity of SKD61, which is a general-purpose steel for die casting molds, is 23 to 28 W / m / K, whereas the high thermal conductivity steel has a thermal conductivity of 29 W / m / K or more. Such steel is reduced in Cr (Cr <3%) in order to increase the thermal conductivity.

ところが、このような鋼は1030℃の焼入れ時に残留する炭化物が少ないかほぼ無い。そこで焼入れ時の結晶粒の粗大化を防止するため(オーステナイト結晶粒度番号≧5とするため)には、焼入れ温度を1020℃以下に低くしなければならず、そうすると、その鋼の金型だけが他の金型と焼入れ温度が違うため、個別に焼入れ処理をしなければならなくなる。つまり、大きな炉にその鋼の金型1個だけを装入して処理することになり、非常に生産性が低くなってしまう。
尚、高熱伝導率鋼のなかにはCrをほとんど含有しないことで熱伝導率が42W/m/Kを超える鋼もあるが、そのような鋼は高温強度が低いため、ダイカストの金型や部品に使うことは推奨されない。また、非常に焼入れ性が悪く、金型に必要な硬さを熱処理で得ること自体が難しい。
However, such steel has little or almost no carbide remaining when quenched at 1030 ° C. Therefore, in order to prevent coarsening of the crystal grains during quenching (in order to make the austenite grain size number ≧ 5), the quenching temperature must be lowered to 1020 ° C. or lower, and only the mold of the steel is used. Since the quenching temperature is different from other molds, it is necessary to perform quenching individually. In other words, only one steel mold is charged into a large furnace for processing, and the productivity becomes very low.
Some high thermal conductivity steels contain almost no Cr and have a thermal conductivity exceeding 42 W / m / K. However, such steels have low high-temperature strength and are used in die casting molds and parts. That is not recommended. Further, the hardenability is very poor, and it is difficult to obtain the necessary hardness for the mold by heat treatment.

以上をまとめると、熱伝導率が29〜42W/m/Kの低Cr鋼であって、1030℃で5Hr保持してもオーステナイト結晶粒度番号が5以上の鋼が存在すれば、以下の3点の同時実現が可能となる。
(1)焼入れの生産性向上(1030℃で焼入れする大きな金型との混載が可能となるため)。
(2)ダイカストのサイクルタイム短縮や焼付き軽減(高熱伝導率とすることで冷却効率が高くなるため)。
(3)ダイカスト金型の割れ防止(焼入れ時のオーステナイト結晶粒を微細化することで靭性を高めることができるため)。
しかしながら現状ではこのような鋼は存在せず、焼入れ時に粗粒化し難い高熱伝導率鋼を求める産業界のニーズは非常に強い。
To summarize the above, if there is a low Cr steel having a thermal conductivity of 29 to 42 W / m / K and a steel having an austenite grain size number of 5 or more even if held at 1030 ° C. for 5 hours, the following three points Can be realized simultaneously.
(1) Improved quenching productivity (because it can be mixed with a large mold that is quenched at 1030 ° C.).
(2) Die-casting cycle time reduction and seizure reduction (because of high thermal conductivity, cooling efficiency increases).
(3) Prevention of cracking of die-cast mold (because toughness can be increased by refining austenite crystal grains during quenching).
However, at present there is no such steel, and there is a very strong need in the industry for a high thermal conductivity steel that is difficult to coarsen during quenching.

本発明に対する先行技術として、下記特許文献1には「金型用鋼」についての発明が示され、そこにおいて鋼の熱伝導率を効果的に所望の値以上確保するとともに、併せて被削性及び衝撃値をも十分に確保するようになした金型用鋼を提供することを目的として、鋼の組成を「質量%で、0.35<C≦0.50,0.01≦Si<0.19,1.50<Mn<1.78,2.00<Cr<3.05,0.51<Mo<1.25,0.30<V<0.80,0.004≦N≦0.040,残部Fe及び不可避的不純物」とした点が開示されている。
しかしながらこの特許文献1に開示のものは、Crの含有量が2.0%超であり、かかる特許文献1に開示のものはCr含有量において本発明とは異なった別異のものである。
As a prior art to the present invention, the following Patent Document 1 discloses an invention relating to “steel for molds”, in which the thermal conductivity of steel is effectively secured to a desired value or more and machinability is also achieved. In addition, for the purpose of providing a mold steel that can sufficiently secure an impact value, the composition of the steel is “mass%, 0.35 <C ≦ 0.50, 0.01 ≦ Si <. 0.19, 1.50 <Mn <1.78, 2.00 <Cr <3.05, 0.51 <Mo <1.25, 0.30 <V <0.80, 0.004 ≦ N ≦ “0.040, balance Fe and inevitable impurities” is disclosed.
However, the one disclosed in Patent Document 1 has a Cr content exceeding 2.0%, and the one disclosed in Patent Document 1 is different from the present invention in the Cr content.

また下記特許文献2には「熱疲労特性に優れた金型用鋼」についての発明が示され、そこにおいて熱疲労特性及び軟化抵抗を高めることによってヒートチェック,水冷孔割れを抑制し、金型寿命を高寿命化することのできる金型用鋼を提供することを目的として、鋼の組成を「質量%で、C:0.1〜0.6,Si:0.01〜0.8,Mn:0.1〜2.5,Cu:0.01〜2.0,Ni:0.01〜2.0,Cr:0.1〜2.0,Mo:0.01〜2.0,更にV,W,Nb及びTaのうち1種類若しくは2種以上を合計で:0.01〜2.0,Al:0.002〜0.04,N:0.002〜0.04,O:0.005以下,残部Fe及び不可避的不純物」とした点が開示されている。
しかしながらこの特許文献2に開示のものは、熱伝導率への着眼がなされているものの、本発明の請求項を満たす化学組成の実施例の開示はなく、また焼入れ時の結晶粒粗大化防止についての言及もなされていない点で本発明とは異なっている。
Patent Document 2 listed below discloses an invention relating to “die steel with excellent thermal fatigue characteristics”, in which heat check and water-cooled hole cracking are suppressed by increasing thermal fatigue characteristics and softening resistance. For the purpose of providing a mold steel capable of extending the life, the composition of the steel is “mass%, C: 0.1 to 0.6, Si: 0.01 to 0.8, Mn: 0.1-2.5, Cu: 0.01-2.0, Ni: 0.01-2.0, Cr: 0.1-2.0, Mo: 0.01-2.0, Further, one or more of V, W, Nb and Ta are combined: 0.01 to 2.0, Al: 0.002 to 0.04, N: 0.002 to 0.04, O: The point of “0.005 or less, remaining Fe and inevitable impurities” is disclosed.
However, although what is disclosed in Patent Document 2 focuses on thermal conductivity, there is no disclosure of examples of chemical compositions that satisfy the claims of the present invention, and prevention of crystal grain coarsening during quenching Is different from the present invention in that it is not mentioned.

また下記特許文献3には、「球状化焼鈍性及び焼入れ性に優れた金型用鋼」についての発明が示され、そこにおいて焼入れ性が良好で所要の衝撃値が得られ、金型寿命を高寿命化し得るとともに、球状化焼鈍性も良好で切削加工が容易な質量500kg以上の大型の金型に適用される金型用鋼を提供することを目的として、金型用鋼を「質量%で、C:0.2〜0.6%,Si:0.01〜1.5%,Mn:0.1〜2.0%,Cu:0.01〜2.0%,Ni:0.01〜2.0%,Cr:0.1〜8.0%,Mo:0.01〜5.0%,VとWとNbとTaのうち1種若しくは2種以上の合計:0.01〜2.0%,Al:0.002〜0.04%,N:0.002〜0.04%,残部Fe及び不可避的不純物」の組成を有するものとした点が開示されている。
しかしながらこの特許文献3に開示のものは、請求の範囲で規定する化学成分の範囲では本発明の金型用鋼と成分が部分的に重複しているものの、本発明で規定する範囲内のCrを含有したものが実施例中で開示されていない。加えてこの特許文献3に開示のものは、添加成分と熱伝導率との関係や、更には添加成分と焼入れ時の結晶粒粗大化防止との関係についての言及もなされておらず、本発明とは別異のものである。
Patent Document 3 below discloses an invention about “steel for mold excellent in spheroidizing annealing and hardenability”, in which hardenability is good and a required impact value is obtained, and the mold life is improved. For the purpose of providing a mold steel that can be applied to a large mold having a mass of 500 kg or more, which has a long life, good spheroidizing annealing property, and is easy to cut, the mold steel is changed to “mass% And C: 0.2-0.6%, Si: 0.01-1.5%, Mn: 0.1-2.0%, Cu: 0.01-2.0%, Ni: 0. 01-2.0%, Cr: 0.1-8.0%, Mo: 0.01-5.0%, Total of one or more of V, W, Nb and Ta: 0.01 ~ 2.0%, Al: 0.002 to 0.04%, N: 0.002 to 0.04%, balance Fe and inevitable impurities " Point is disclosed.
However, what is disclosed in this Patent Document 3 is that, in the range of chemical components specified in the claims, although the components partially overlap with the steel for molds of the present invention, Cr within the range specified in the present invention. The material containing is not disclosed in the examples. In addition, what is disclosed in Patent Document 3 does not mention the relationship between the additive component and the thermal conductivity, and further the relationship between the additive component and prevention of crystal grain coarsening during quenching. Is different.

また下記特許文献4には、希少金属の含有量が少ないにも拘らず軟化抵抗が高く、熱疲労特性や耐摩耗性に優れた型材用鋼を提供することを目的として、型材用鋼の組成を、「質量%で、C:0.15〜0.55%,Si:0.01〜2.0%,Mn:0.01〜2.5%,Cu:0.01〜2.0%,Ni:0.01〜2.0%,Cr:0.01〜2.5%,Mo:0.01〜3.0%、及び、V及びWからなる群から選ばれる少なくとも1種の総量:0.01〜1.0%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物」の組成とした点が開示されている。
しかしながらこの特許文献4に開示のものには、本発明で規定する範囲内のMn,Cr,Mo,Vを含有したものが実施例中に開示されていない。加えて熱伝導率や焼入れ時の結晶粒粗大化防止についての言及もなされておらず、この特許文献4に開示のものも本発明とは別異のものである。
Further, in Patent Document 4 below, for the purpose of providing a steel for a mold material which has a high softening resistance despite its low rare metal content and is excellent in thermal fatigue characteristics and wear resistance, the composition of the steel for the mold material is disclosed. "In mass%, C: 0.15-0.55%, Si: 0.01-2.0%, Mn: 0.01-2.5%, Cu: 0.01-2.0% , Ni: 0.01 to 2.0%, Cr: 0.01 to 2.5%, Mo: 0.01 to 3.0%, and at least one total amount selected from the group consisting of V and W : 0.01 to 1.0%, with the balance being Fe and inevitable impurities ”.
However, what is disclosed in Patent Document 4 does not include those containing Mn, Cr, Mo, V within the range defined by the present invention in the examples. In addition, there is no mention of thermal conductivity or prevention of grain coarsening during quenching, and the one disclosed in Patent Document 4 is also different from the present invention.

更に下記特許文献5には、「工具鋼」についての発明が示され、そこにおいて鋼の組成を「重量%で、C:0.26〜0.55%,Cr:2.%未満,Mo:0〜10%,W:0〜15%,TiとZrとHfとNbとTaを単独または合計で0〜3%,V:0〜4%,Co:0〜6%,Si:0〜1.6%,Mn:0〜2%,Ni:0〜2.99%,S:0〜1%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物」とした点が開示されている。
しかしながら特許文献5に開示のものは、室温での熱伝導率を42W/m/Kよりも大きくしたものであり、本発明とは熱伝導率の範囲が異なっている。加えて本発明で規定する範囲内のMo,V,Mnを含有したものが実施例中に開示されておらず、本発明とは別異のものである。
Furthermore, the following Patent Document 5 discloses an invention about “tool steel”, in which the composition of the steel is “weight%, C: 0.26 to 0.55%, Cr: less than 2.%, Mo: 0 to 10%, W: 0 to 15%, Ti, Zr, Hf, Nb and Ta alone or in total 0 to 3%, V: 0 to 4%, Co: 0 to 6%, Si: 0 to 1 .6%, Mn: 0 to 2%, Ni: 0 to 2.99%, S: 0 to 1%, the balance being Fe and unavoidable impurities.
However, the one disclosed in Patent Document 5 has a thermal conductivity at room temperature larger than 42 W / m / K, and the thermal conductivity range is different from the present invention. In addition, those containing Mo, V and Mn within the range defined in the present invention are not disclosed in the examples, and are different from the present invention.

特開2011−94168号公報JP 2011-94168 A 特開2008−56982号公報JP 2008-56982 A 特開2008−121032号公報JP 2008-121032 A 特開2008−169411号公報JP 2008-169411 A 特開2014−111835号公報JP 2014-1111835 A

本発明は以上のような事情を背景とし、焼入れ加熱時にオーステナイト結晶粒の粗粒化を防止して焼入れ焼戻し後の靭性を高くし得て、且つ熱伝導性能に優れた金型用鋼及び金型を提供することを目的としてなされたものである。   The present invention is based on the circumstances as described above, and can prevent the coarsening of austenite crystal grains during quenching heating, can increase the toughness after quenching and tempering, and has excellent heat conduction performance. It was made for the purpose of providing a mold.

而して請求項1のものは、金型用鋼に関するもので、質量%で0.35<C<0.55,0.01<Si<0.20,1.50<Mn<1.80,1.80<Cr<2.00,0.90<Mo<1.30,0.61<V<1.20,0.0004<N<0.0500を含有し、残部がFe及び不可避的不純物の組成を有する金型用鋼であって、硬さが25〜55HRCであり、変態前の旧オーステナイト結晶粒度番号が5以上であり、レーザーフラッシュ法を用いて測定した25℃における熱伝導率λ[W/m/K]が29≦λ≦42であることを特徴とする。   Thus, Claim 1 relates to a mold steel, and is 0.35 <C <0.55, 0.01 <Si <0.20, 1.50 <Mn <1.80 in mass%. , 1.80 <Cr <2.00, 0.90 <Mo <1.30, 0.61 <V <1.20, 0.0004 <N <0.0500, the balance being Fe and inevitable A mold steel having a composition of impurities, having a hardness of 25 to 55 HRC, a prior austenite grain size number of 5 or more before transformation, and a thermal conductivity at 25 ° C. measured using a laser flash method λ [W / m / K] is 29 ≦ λ ≦ 42.

尚、通常、金型用鋼において、下記に示す成分が下記範囲で不可避的不純物として含まれ得る。
P≦0.05,S≦0.003,Cu≦0.30,Ni≦0.30,Al≦0.10,W≦0.30,O≦0.0100,Co≦0.10,Nb≦0.004,Ta≦0.004,Ti≦0.004,Zr≦0.004,B≦0.0001,Ca≦0.0005,Se≦0.03,Te≦0.005,Bi≦0.01,Pb≦0.03,Mg≦0.02,REM≦0.10。
Normally, in the steel for molds, the following components can be included as inevitable impurities within the following ranges.
P ≦ 0.05, S ≦ 0.003, Cu ≦ 0.30, Ni ≦ 0.30, Al ≦ 0.10, W ≦ 0.30, O ≦ 0.0100, Co ≦ 0.10, Nb ≦ 0.004, Ta ≦ 0.004, Ti ≦ 0.004, Zr ≦ 0.004, B ≦ 0.0001, Ca ≦ 0.0005, Se ≦ 0.03, Te ≦ 0.005, Bi ≦ 0. 01, Pb ≦ 0.03, Mg ≦ 0.02, REM ≦ 0.10.

請求項2のものは、請求項1において、質量%で0.30<W≦5.00,0.10<Co≦4.00の少なくとも1種を更に含有することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, at least one of 0.30 <W ≦ 5.00 and 0.10 <Co ≦ 4.00 is further contained by mass%.

請求項3のものは、請求項1,2の何れかにおいて、質量%で0.004<Nb≦0.100,0.004<Ta≦0.100,0.004<Ti≦0.100,0.004<Zr≦0.100の少なくとも1種を更に含有することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in any one of the first and second aspects, 0.004 <Nb ≦ 0.100, 0.004 <Ta ≦ 0.100, 0.004 <Ti ≦ 0.100 in mass%. It further contains at least one of 0.004 <Zr ≦ 0.100.

請求項4のものは、請求項1〜3の何れかにおいて、質量%で0.10<Al≦1.50を更に含有することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the composition further contains 0.10 <Al ≦ 1.50 in mass%.

請求項5のものは、請求項1〜4の何れかにおいて、質量%で0.30<Cu≦3.00,0.30<Ni≦4.00の少なくとも1種を更に含有することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, at least one kind of 0.30 <Cu ≦ 3.00, 0.30 <Ni ≦ 4.00 is further contained by mass%. And

請求項6のものは、請求項1〜5の何れかにおいて、質量%で0.0001<B≦0.0050を更に含有することを特徴とする。   A sixth aspect of the present invention is characterized in that in any one of the first to fifth aspects, 0.0001 <B ≦ 0.0050 is further contained in mass%.

請求項7のものは、請求項1〜6の何れかにおいて、質量%で0.003<S≦0.050,0.0005<Ca≦0.2000,0.03<Se≦0.50,0.005<Te≦0.100,0.01<Bi≦0.50,0.03<Pb≦0.50の少なくとも1種を更に含有することを特徴とする。   In a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, 0.003 <S ≦ 0.050, 0.0005 <Ca ≦ 0.2000, 0.03 <Se ≦ 0.50 in mass%. It further contains at least one of 0.005 <Te ≦ 0.100, 0.01 <Bi ≦ 0.50, 0.03 <Pb ≦ 0.50.

請求項8のものは、金型に関するものであって、請求項1〜7の何れかに記載の鋼から成ることを特徴とする。
尚本発明において、「金型」には金型本体はもとより、これに組み付けられて使用されるピン等の金型部品も含まれる。更に、本発明の鋼からなる金型で、表面処理が施されたものも含まれる。
An eighth aspect of the present invention relates to a mold, and is made of the steel according to any one of the first to seventh aspects.
In the present invention, the “mold” includes not only the mold body but also mold parts such as pins that are assembled and used. Furthermore, the metal mold | die which consists of steel of this invention and the surface-treated thing is contained.

以上のような本発明は、硬さを確保するためにCとMoとVを、高熱伝導率を維持するためにSiとCrを、焼入れ性を確保するためにMnを、更に焼入れ時のオーステナイト結晶粒を微細とする(結晶粒度番号を大きくする)ためにCとVとNを、それぞれ最適化したものである。
かかる本発明の鋼は、ダイカスト金型の汎用鋼であるSDK61よりも高い熱伝導率を有する一方で、焼入れ加熱時オーステナイト結晶粒の粗粒化を防止することができるため焼入れ焼戻し後の靭性が高く、金型や部品に用いた場合の耐割れ性を確保することができる。
特に本発明の鋼は、Cr<2.00%の低Cr鋼であるにも拘らず1030℃で5Hr保持する焼入れでもオーステナイト結晶粒度番号が5以上である(結晶粒の粗粒化を防止することができる)ため、1030℃で焼入れする大きな金型との混載が可能であり、焼入れの生産性を高めることができる。
更に本発明の鋼では、焼入れ焼戻し後に最大で55HRCの硬さが得ることができる。
The present invention as described above includes C, Mo and V for ensuring hardness, Si and Cr for maintaining high thermal conductivity, Mn for ensuring hardenability, and austenite at the time of quenching. In order to make the crystal grains fine (increase the crystal grain size number), C, V, and N are respectively optimized.
Such steel according to the present invention has higher thermal conductivity than SDK61, which is a general-purpose steel for die casting molds, and can prevent toughening of austenite crystal grains during quenching heating, so that the toughness after quenching and tempering is reduced. The crack resistance when used for a metal mold or a part is high.
In particular, the steel of the present invention has an austenite grain size number of 5 or more even when quenched at 1030 ° C. for 5 Hr despite being a Cr <2.00% low Cr steel (preventing grain coarsening). Therefore, it can be mixed with a large mold that is quenched at 1030 ° C., and the productivity of quenching can be increased.
Furthermore, the steel of the present invention can have a hardness of 55 HRC at the maximum after quenching and tempering.

以上のような本発明の鋼はダイカストの金型や部品に適用すると、金型や部品の割れ防止、ダイカストのサイクルタイム短縮を実現することができる。
プラスチックを射出成形する金型や部品に適用した場合もダイカストの場合と同様の効果を得ることができる。また温間鍛造,亜熱間鍛造,熱間鍛造等の金型に適用することも可能である。
更に本発明の鋼を棒状や線状にし、金型や部品の溶接補修材として使用することもできる。あるいは粉末や板の積層造形によって製造される金型や部品に適用することもできる。この場合、金型や部品に複雑な内部冷却回路を設ければ、本発明の高熱伝導率の効果が更に大きく発揮される。
When the steel of the present invention as described above is applied to a die casting die or part, it is possible to prevent the die or part from cracking and to shorten the die casting cycle time.
When the plastic is applied to a mold or a part for injection molding, the same effect as in the case of die casting can be obtained. It can also be applied to dies such as warm forging, sub-hot forging and hot forging.
Furthermore, the steel of the present invention can be made into a rod shape or a line shape and used as a welding repair material for dies or parts. Or it can also apply to the metal mold | die and components manufactured by the additive manufacturing of a powder or a board. In this case, if a complicated internal cooling circuit is provided in the mold or component, the effect of the high thermal conductivity of the present invention is further exhibited.

次に本発明における各化学成分の限定理由を以下に説明する。
「請求項1の化学成分について」
0.35<C<0.55
C≦0.35では、焼入れ速度が小さく、且つ焼戻し温度が高い場合に硬さ25HRC以上を安定して得にくい。0.55≦Cでは粗大な炭化物が増加し、それが亀裂の起点となるため靭性が低下する。また0.55≦Cでは残留オーステナイトが増え、それが焼戻しで粗大なベイナイトになるため靭性が低下する。更に0.55≦Cでは溶接性が低下する。
好適なCの範囲は、諸特性のバランスに優れた0.36<C<0.54であり、より好ましくは0.37<C<0.53である。
Next, the reasons for limiting each chemical component in the present invention will be described below.
“Chemical composition of claim 1”
0.35 <C <0.55
When C ≦ 0.35, it is difficult to stably obtain a hardness of 25 HRC or more when the quenching speed is low and the tempering temperature is high. If 0.55 ≦ C, coarse carbides increase, which becomes the starting point of cracks, and the toughness decreases. On the other hand, when 0.55 ≦ C, the retained austenite increases, and it becomes coarse bainite by tempering, so the toughness decreases. Further, when 0.55 ≦ C, the weldability decreases.
A preferable range of C is 0.36 <C <0.54, which is excellent in the balance of various characteristics, and more preferably 0.37 <C <0.53.

0.01<Si<0.20
Si≦0.01では機械加工時の被削性が著しく劣化する。一方、0.20≦Siでは熱伝導率の低下が大きい。
好適なSiの範囲は、諸特性のバランスに優れた0.02<Si<0.19であり、より好ましくは0.03<Si<0.18である。
0.01 <Si <0.20
When Si ≦ 0.01, the machinability during machining is remarkably deteriorated. On the other hand, when 0.20 ≦ Si, the thermal conductivity is greatly reduced.
A suitable Si range is 0.02 <Si <0.19, which is excellent in the balance of various characteristics, and more preferably 0.03 <Si <0.18.

1.50<Mn<1.80
Mn≦1.50では焼入れ性が不足し、ベイナイトの混入による靭性の低下を招く。1.80≦Mnでは焼鈍性が劣化し、軟質化させる熱処理が複雑で長時間となって製造コストを増加させる。また1.80≦Mnでは熱伝導率の低下も大きい。
好適なMnの範囲は、諸特性のバランスに優れた1.52<Mn<1.78であり、より好ましくは1.54<Mn<1.76である。
1.50 <Mn <1.80
When Mn ≦ 1.50, the hardenability is insufficient and the toughness is reduced due to the mixing of bainite. When 1.80 ≦ Mn, the annealability is deteriorated, and the heat treatment for softening is complicated and takes a long time to increase the manufacturing cost. Further, when 1.80 ≦ Mn, the thermal conductivity is greatly reduced.
A preferable range of Mn is 1.52 <Mn <1.78 excellent in the balance of various properties, and more preferably 1.54 <Mn <1.76.

1.80<Cr<2.00
Cr≦1.80では焼入れ性が不足する。またCr≦1.80では耐食性が極端に悪くなる。一方、2.00≦Crでは熱伝導率の低下が大きい。
好適なCrの範囲は、諸特性のバランスに優れた1.81<Cr<1.99であり、より好ましくは1.82<Cr<1.98である。
1.80 <Cr <2.00
When Cr ≦ 1.80, the hardenability is insufficient. On the other hand, when Cr ≦ 1.80, the corrosion resistance is extremely deteriorated. On the other hand, when 2.00 ≦ Cr, the decrease in thermal conductivity is large.
A preferable Cr range is 1.81 <Cr <1.99, which is excellent in the balance of various characteristics, and more preferably 1.82 <Cr <1.98.

0.90<Mo<1.30
Mo≦0.90では、2次硬化の寄与が小さく、焼戻し温度が高い場合に硬さ25HRC以上を安定的に得ることが困難となる。
一方、1.30≦Moでは焼鈍性が悪化する。また1.30≦Moでは素材コストが上昇する。
好適なMoの範囲は、諸特性のバランスに優れた0.92<Mo<1.28であり、より好ましくは0.94<Mo<1.26である。
0.90 <Mo <1.30
When Mo ≦ 0.90, the contribution of secondary curing is small, and when the tempering temperature is high, it is difficult to stably obtain a hardness of 25 HRC or more.
On the other hand, if 1.30 ≦ Mo, the annealability deteriorates. If 1.30 ≦ Mo, the material cost increases.
A preferable range of Mo is 0.92 <Mo <1.28, which is excellent in the balance of various characteristics, and more preferably 0.94 <Mo <1.26.

0.61<V<1.20
V≦0.61では、焼入れ時にオーステナイト結晶粒度番号を大きく(微細なオーステナイト結晶粒を維持)する効果に乏しい。
オーステナイト結晶粒度番号に及ぼすVの影響を図1に示す。0.44C−0.07Si−1.61Mn−1.90Cr−1.11Mo−0.018Nを基本成分としV量の異なる鋼を、1030℃で5Hr保持し、急冷してマルテンサイト変態させ、腐食液で変態前の旧オーステナイト結晶粒界を現出させて結晶粒度番号を評価した。判定はJIS G0551に準じた。
0.61 <V <1.20
When V ≦ 0.61, the effect of increasing the austenite grain size number at the time of quenching (maintaining fine austenite crystal grains) is poor.
The effect of V on the austenite grain size number is shown in FIG. 0.44C-0.07Si-1.61Mn-1.90Cr-1.11Mo-0.018N as a basic component, steels with different V contents are held at 1030 ° C for 5 hours, quenched and martensitic transformed to corrode. The prior austenite grain boundaries before transformation were revealed in the liquid and the grain size number was evaluated. The determination was in accordance with JIS G0551.

図1に示すように、高C高Nということもあり、V量が多い領域では安定して結晶粒度番号が大きい(結晶粒が微細)。この理由はオーステナイト結晶粒界の移動を抑制する残留VCの粒子が多量に存在するためである。Vの減少につれて残留VCも少なくなるため結晶粒度番号は小さくなり(結晶粒は粗大化し)、V≦0.61では粒度番号5以上を維持できなくなる。
1.20≦Vでは、微細結晶粒を維持する効果が飽和するだけでなくコスト増を招く。また、1.20≦Vでは粗大な晶出炭化物(凝固時に析出するもの)が増加し、それが亀裂の起点となるため靭性が低下する。
好適なVの範囲は、諸特性のバランスに優れた0.62<V<1.15であり、より好ましくは0.80<V<0.98である。
0.80<Vでは結晶粒度番号が6以上となり、靭性が極めて高位安定化する。
As shown in FIG. 1, it may be high C and high N, and in a region where the amount of V is large, the crystal grain size number is stably large (crystal grains are fine). This is because there are a large amount of residual VC particles that suppress the movement of the austenite grain boundaries. As V decreases, the residual VC also decreases, so the crystal grain size number becomes smaller (the crystal grains become coarser), and when V ≦ 0.61, the grain size number 5 or more cannot be maintained.
When 1.20 ≦ V, the effect of maintaining fine crystal grains is saturated, and the cost is increased. On the other hand, when 1.20 ≦ V, coarse crystallized carbides (those that precipitate during solidification) increase, which becomes the starting point of cracks, and the toughness decreases.
A preferable V range is 0.62 <V <1.15, which is excellent in the balance of various characteristics, and more preferably 0.80 <V <0.98.
When 0.80 <V, the crystal grain size number is 6 or more, and the toughness is extremely stabilized.

0.0004<N<0.0500
N≦0.0004では、焼入れ時にオーステナイト結晶粒度番号を大きく(微細なオーステナイト結晶粒を維持)する効果に乏しい。オーステナイト結晶粒度番号に及ぼすNの影響を図2に示す。0.46C−0.12Si−1.62Mn−1.95Cr−1.12Mo−0.98Vを基本成分としN量の異なる鋼を、1030℃で5Hr保持し、急冷してマルテンサイト変態させ、腐食液で変態前の旧オーステナイト結晶粒界を現出させて結晶粒度番号を評価した。判定はJIS G0551に準じた。
0.0004 <N <0.0500
When N ≦ 0.0004, the effect of increasing the austenite grain size number at the time of quenching (maintaining fine austenite crystal grains) is poor. The effect of N on the austenite grain size number is shown in FIG. 0.46C-0.12Si-1.62Mn-1.95Cr-1.12Mo-0.98V as a basic component, different N content steel is held at 1030 ° C for 5 hours, quenched and martensitic transformed to corrode. The prior austenite grain boundaries before transformation were revealed in the liquid and the grain size number was evaluated. The determination was in accordance with JIS G0551.

図2に示すように、高C高Vということもあり、N量が多い領域では安定して結晶粒度番号が大きい(結晶粒が微細)。この理由はオーステナイト結晶粒界の移動を抑制する残留VCの粒子が多量に存在するためである。Nの減少につれて残留VCも少なくなるため結晶粒度番号は小さくなり(結晶粒は粗大化し)、N≦0.0004では粒度番号5以上を維持できなくなる。このようにNは残留VCの量に大きな影響を及ぼしている。
0.0500≦Nでは、微細な結晶を維持する効果が飽和する。また0.0500≦NではN添加に要する精錬の時間とコストが増加し、素材コストの上昇を招く。更に0.0500≦Nでは粗大な窒化物が増加し、それが亀裂の起点となるため靭性が低下する。
好適なNの範囲は、諸特性のバランスに優れた0.0010<N<0.0400であり、より好ましくは0.0030<N<0.0350である。
0.0010<Nでは結晶粒度番号が6以上となり、靭性が極めて高位安定化する。
As shown in FIG. 2, it may be high C, high V, and in a region where the amount of N is large, the crystal grain size number is stably large (crystal grains are fine). This is because there are a large amount of residual VC particles that suppress the movement of the austenite grain boundaries. As N decreases, the residual VC also decreases, so the crystal grain size number becomes smaller (the crystal grains become coarser), and when N ≦ 0.0004, the grain size number 5 or more cannot be maintained. Thus, N has a great influence on the amount of residual VC.
When 0.0500 ≦ N, the effect of maintaining fine crystals is saturated. On the other hand, if 0.0500 ≦ N, the refining time and cost required for N addition increase, leading to an increase in material cost. Furthermore, when 0.0500 ≦ N, coarse nitrides increase, which becomes the starting point of cracks, and the toughness decreases.
A preferable range of N is 0.0010 <N <0.0400, which is excellent in the balance of various properties, and more preferably 0.0030 <N <0.0350.
When 0.0010 <N, the grain size number is 6 or more, and the toughness is extremely stabilized.

「請求項2の化学成分について」
本発明鋼はダイカスト金型の汎用鋼であるSKD61などと比較してMnとCrの合計量が少ないため、焼入れ性もそれほど高くない。このため焼入れ速度が小さく、且つ高温で焼戻した場合には硬さ25HRC以上の確保が難しい。そのような場合には、WやCoを選択的に添加し、強度確保を図ればよい。Wは炭化物の析出によって強度を上げる。Coは母材への固溶によって強度を上げると同時に、炭化物形態の変化を介して析出硬化にも寄与する。具体的には、
0.30<W≦5.00
0.10<Co≦4.00
の少なくとも1種(1元素)を含有させれば良い。
いずれの元素も、所定量を越えると特性の飽和と著しいコスト増を招く。
“Chemical composition of claim 2”
Since the steel according to the present invention has a smaller total amount of Mn and Cr than SKD61, which is a general-purpose steel for die casting molds, the hardenability is not so high. For this reason, when the quenching speed is low and tempering is performed at a high temperature, it is difficult to ensure a hardness of 25 HRC or more. In such a case, W or Co may be selectively added to ensure strength. W increases strength by precipitation of carbides. Co increases the strength by solid solution in the base material, and at the same time contributes to precipitation hardening through a change in carbide form. In particular,
0.30 <W ≦ 5.00
0.10 <Co ≦ 4.00
It is sufficient to contain at least one kind (one element).
If any element exceeds a predetermined amount, saturation of characteristics and significant cost increase are caused.

「請求項3の化学成分について」
予期せぬ設備トラブルなどによって、焼入れ加熱温度が高くなったり焼入れ加熱時間が長くなれば、結晶粒の粗大化が懸念される。そのような場合に備え、Nb−Ta−Ti−Zrを選択的に添加し、これらの元素が形成する微細な析出物でオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制することが出来る。具体的には、
0.004<Nb≦0.100
0.004<Ta≦0.100
0.004<Ti≦0.100
0.004<Zr≦0.100
の少なくとも1種を含有させれば良い。
いずれの元素も、所定量を越えると炭化物や窒化物や酸化物が過度に生成し、靭性の低下を招く。
“Chemical composition of claim 3”
If the quenching heating temperature becomes high or the quenching heating time becomes long due to unexpected equipment troubles, etc., there is a concern about the coarsening of crystal grains. In such a case, Nb—Ta—Ti—Zr can be selectively added, and coarsening of austenite crystal grains can be suppressed by fine precipitates formed by these elements. In particular,
0.004 <Nb ≦ 0.100
0.004 <Ta ≦ 0.100
0.004 <Ti ≦ 0.100
0.004 <Zr ≦ 0.100
What is necessary is just to contain at least 1 sort (s) of these.
If any element exceeds a predetermined amount, carbides, nitrides, and oxides are excessively generated, resulting in a decrease in toughness.

「請求項4の化学成分について」
同様に、オーステナイト結晶粒の粗大化を抑制するため
0.10<Al≦1.50
を含有させることが出来る。AlはNと結合してAlNを形成し、オーステナイト結晶粒界の成長を抑制する効果を有する。
また、Alは鋼中で窒化物を形成して析出強化に寄与するため、窒化処理された鋼材の表面硬さを高くする作用も有する。より高い耐摩耗性を求めて窒化処理をする金型には、Alを含む鋼材を使う事が有効である。
但し、Alが所定量を超えると、熱伝導率や靭性の低下を招く。
“Chemical component of claim 4”
Similarly, in order to suppress coarsening of austenite crystal grains, 0.10 <Al ≦ 1.50
Can be contained. Al combines with N to form AlN and has the effect of suppressing the growth of austenite grain boundaries.
Moreover, since Al forms nitrides in steel and contributes to precipitation strengthening, it also has the effect of increasing the surface hardness of the nitriding steel. It is effective to use a steel material containing Al for a mold for nitriding for higher wear resistance.
However, when Al exceeds a predetermined amount, the thermal conductivity and toughness are reduced.

「請求項5の化学成分について」
先述の通り、本発明鋼は焼入れ性がそれほど高くない。このため焼入れ速度が小さく、且つ高温で焼戻しした場合には硬さ25HRC以上の確保が難しいだけでなく、靭性の低下も懸念される。そのような場合にはCuやNiを選択的に添加し、焼入れ性を向上させれば良い。具体的には、
0.30<Cu≦3.00
0.30<Ni≦4.00
の少なくとも1種を含有させれば良い。Cuには時効析出で硬度を高める効果もある。いずれの元素も所定量を越えると熱伝導率低下と素材コスト上昇が著しい。
“Chemical component of claim 5”
As described above, the steel of the present invention is not so hard. For this reason, when the quenching speed is low and tempering is performed at a high temperature, it is not only difficult to secure a hardness of 25 HRC or more, but also there is a concern about a decrease in toughness. In such a case, Cu or Ni may be selectively added to improve the hardenability. In particular,
0.30 <Cu ≦ 3.00
0.30 <Ni ≦ 4.00
What is necessary is just to contain at least 1 sort (s) of these. Cu also has the effect of increasing hardness by aging precipitation. If any element exceeds a predetermined amount, the thermal conductivity decreases and the material cost increases remarkably.

「請求項6の化学成分について」
焼入れ性の改善策として、Bの添加も有効である。具体的には、
0.0001<B≦0.0050
を含有させる。
尚、BはBNを形成すると焼入れ性の向上効果が無くなるため、鋼中にB単独で存在させる必要がある。具体的には、BよりもNとの親和力が強い元素で窒化物を形成させ、BとNを結合させなければ良い。そのような元素の例としては、請求項3に掲げる元素が挙げられる。請求項3の元素は不純物レベルで存在してもNを固定する効果はあるが、N量によっては請求項3に規定する範囲で添加する場合もある。Bが鋼中のNと結合してBNが形成されても、余剰のBが鋼中に単独で存在すればそれが焼入れ性を高める。
Bはまた被削性の改善にも有効である。被削性を改善する場合にはBNを形成させれば良い。BNは性質が黒鉛に類似しており、切削抵抗を下げると同時に切屑破砕性を改善する。尚、鋼中にBとBNがある場合には焼入れ性と被削性が同時に改善される。
“Chemical component of claim 6”
Addition of B is also effective as a measure for improving hardenability. In particular,
0.0001 <B ≦ 0.0050
Containing.
In addition, since B loses the effect of improving hardenability when BN is formed, B needs to be present alone in the steel. Specifically, it is sufficient that nitride is formed with an element having an affinity for N stronger than B, and B and N are not bonded. Examples of such elements include the elements listed in claim 3. Even if the element of claim 3 is present at the impurity level, it has an effect of fixing N, but depending on the amount of N, it may be added within the range specified in claim 3. Even if B is combined with N in steel to form BN, if surplus B is present alone in the steel, it enhances hardenability.
B is also effective in improving machinability. In order to improve machinability, BN may be formed. BN is similar in nature to graphite and lowers cutting resistance while improving chip friability. In addition, when B and BN exist in steel, hardenability and machinability are improved at the same time.

「請求項7の化学成分について」
被削性の改善には、S−Ca−Se−Te−Bi−Pbを選択的に添加することも有効である。具体的には、
0.003<S≦0.050
0.0005<Ca≦0.2000
0.03<Se≦0.50
0.005<Te≦0.100
0.01<Bi≦0.50
0.03<Pb≦0.50
の少なくとも1種を含有させれば良い。
いずれの元素も、所定量を越えた場合は被削性の飽和と熱間加工性の劣化、衝撃値や鏡面研磨性の低下を招く。
“Chemical component of claim 7”
For improving the machinability, it is also effective to selectively add S-Ca-Se-Te-Bi-Pb. In particular,
0.003 <S ≦ 0.050
0.0005 <Ca ≦ 0.2000
0.03 <Se ≦ 0.50
0.005 <Te ≦ 0.100
0.01 <Bi ≦ 0.50
0.03 <Pb ≦ 0.50
What is necessary is just to contain at least 1 sort (s) of these.
If any element exceeds a predetermined amount, machinability is saturated, hot workability is deteriorated, impact value and specular polishing are deteriorated.

以上のような本発明によれば、焼入れ加熱時にオーステナイト結晶粒の粗粒化を防止して焼入れ焼戻し後の靭性を高くし得て、且つ熱伝導性能に優れた金型用鋼及び金型を提供することができる。   According to the present invention as described above, a steel for molds and a mold which can increase the toughness after quenching and tempering by preventing coarsening of austenite crystal grains at the time of quenching heating and have excellent heat conduction performance. Can be provided.

結晶粒度番号に及ぼすV量の影響を示した図である。It is the figure which showed the influence of V amount which acts on a crystal grain size number. 結晶粒度番号に及ぼすN量の影響を示した図である。It is the figure which showed the influence of N amount which acts on a crystal grain size number. 焼入れ加熱時における金型の温度推移を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the temperature transition of the metal mold | die at the time of quenching heating.

表1に示す19種類の鋼材について、旧オーステナイト結晶粒度番号,焼入れ焼戻し後の硬さ、熱伝導率を調査した。表中の比較鋼1はダイカスト金型の汎用鋼JIS SKD61である。比較鋼2は本発明の範囲からV量が下限に外れる鋼である。
これら19種類の鋼材は以下の手順で製造した。まず、溶鋼を50kgのインゴットに鋳込んだ後、1240℃で均質化処理を施した。そして熱間鍛造によって60mm×45mmの矩形断面の棒状に仕上げた。引き続き1020℃に加熱して急冷する焼きならしと、670℃に加熱する焼戻しを施した。更に820℃〜900℃に加熱した後に15℃/Hrで600℃まで強制冷却し、100℃以下まで放冷した後、引き続き680℃に加熱する焼鈍を行った。この棒鋼から試験片を切出し、各種の調査に用いた。
About 19 types of steel materials shown in Table 1, the prior austenite grain size number, the hardness after quenching and tempering, and the thermal conductivity were investigated. The comparative steel 1 in the table is a die-cast die general-purpose steel JIS SKD61. The comparative steel 2 is steel whose V amount deviates from the lower limit from the range of the present invention.
These 19 kinds of steel materials were produced by the following procedure. First, molten steel was cast into a 50 kg ingot and then homogenized at 1240 ° C. And it was finished in the shape of a bar with a rectangular cross section of 60 mm × 45 mm by hot forging. Subsequently, normalizing was performed by heating to 1020 ° C and quenching, and tempering by heating to 670 ° C. Further, after heating to 820 ° C. to 900 ° C., forced cooling to 600 ° C. at 15 ° C./Hr, allowing to cool to 100 ° C. or less, and subsequently annealing to 680 ° C. was performed. Specimens were cut from this steel bar and used for various investigations.

Figure 0006459539
Figure 0006459539

<旧オーステナイト結晶粒度番号>
先述の素材から切り出した15mm×15mm×25mmの小さいブロックを試験片とした。このブロックを1030℃に加熱して5Hr保持した後に20℃/minの速度で冷却してマルテンサイト変態させた後、腐食液で変態前の旧オーステナイト結晶粒界を現出させて、結晶粒度番号を評価した。判定はJIS G0551に準じ、その結果を表2に示す。
比較鋼2は、本発明のV量が下限に外れた水準であり、焼入れ時のオーステナイト結晶粒界をピン止めするVC粒子が少ないため、粒度番号は5未満である。比較鋼4はフェライトが析出しており、変態前のオーステナイト結晶粒度の正確な評価は難しく参考値である。但し明らかに粒度番号は5より小さかった。これに対し各発明鋼の粒度番号は、安定して7を超えている。
<Old austenite grain size number>
A small block of 15 mm × 15 mm × 25 mm cut out from the above-mentioned material was used as a test piece. The block was heated to 1030 ° C. and held for 5 hours, and then cooled at a rate of 20 ° C./min to cause martensite transformation. Then, the prior austenite grain boundaries before transformation were revealed with a corrosive solution, and the grain size number Evaluated. The determination is in accordance with JIS G0551, and the results are shown in Table 2.
The comparative steel 2 is at a level in which the V amount of the present invention deviates from the lower limit, and the number of VC particles pinning the austenite grain boundary during quenching is small, so the particle size number is less than 5. In Comparative Steel 4, ferrite is precipitated, and accurate evaluation of the austenite grain size before transformation is difficult and is a reference value. However, the particle size number was clearly less than 5. On the other hand, the grain number number of each invention steel stably exceeds 7.

Figure 0006459539
Figure 0006459539

<硬さと熱伝導率>
結晶粒の粗大化特性を調査した小さいブロックを625℃×2Hrで焼戻し、室温でHRC硬さを測定した。更にそのブロックから直径φ10mm×2mmの小さい円盤状試験片を作成した。この試験片の25℃における熱伝導率をレーザーフラッシュ法で測定した。
即ち、レーザー発振器から発射したレーザー光を25℃の上記試験片に対して直角に照射、そのとき試験片の背面から放射される熱量を赤外線検出器で測定して比熱と熱拡散率を求め、最終的に熱伝導率λ(=比熱×熱拡散率×密度)を算出した。これらの結果を表3に示す。
焼入れ焼戻し後の硬さについては、比較鋼4でフェライトが析出しており、金型に必要な25HRC以上の硬さが得られない。他の鋼種は42HRC以上となっている。
一方熱伝導率については、Cr量の多い比較鋼1と比較鋼3が目標とする29W/m/K以上の値を満足していない。他鋼種の熱伝導率は安定して29W/m/K以上である。
<Hardness and thermal conductivity>
A small block in which the coarsening characteristics of the crystal grains were investigated was tempered at 625 ° C. × 2 Hr, and the HRC hardness was measured at room temperature. Further, a small disk-shaped test piece having a diameter of 10 mm × 2 mm was prepared from the block. The thermal conductivity of this test piece at 25 ° C. was measured by a laser flash method.
That is, a laser beam emitted from a laser oscillator is irradiated at a right angle to the above test piece at 25 ° C., and then the amount of heat radiated from the back of the test piece is measured with an infrared detector to obtain specific heat and thermal diffusivity, Finally, the thermal conductivity λ (= specific heat × thermal diffusivity × density) was calculated. These results are shown in Table 3.
Regarding the hardness after quenching and tempering, ferrite is precipitated in the comparative steel 4, and the hardness of 25 HRC or more necessary for the mold cannot be obtained. Other steel types are 42HRC or more.
On the other hand, the thermal conductivity does not satisfy the target value of 29 W / m / K or higher for the comparative steel 1 and the comparative steel 3 having a large amount of Cr. The thermal conductivity of other steel types is stably 29 W / m / K or more.

Figure 0006459539
Figure 0006459539

以上の調査結果を総括すれば表4の通りである。
1030℃×5Hrで加熱した場合の旧オーステナイト結晶粒度番号については5以上を○、5未満を×とした。
焼入れ焼戻し後の硬さについては25〜55HRCの範囲を○、それ以外を×とした。
熱伝導率については29〜42W/m/Kの範囲を○、それ以外を×とした。
The above survey results are summarized in Table 4.
As for the prior austenite grain size number when heated at 1030 ° C. × 5 Hr, 5 or more was rated as “◯” and less than 5 was marked as “x”.
About the hardness after quenching and tempering, the range of 25-55 HRC was made into (circle), and other than that was set to x.
Regarding the thermal conductivity, the range of 29 to 42 W / m / K was marked with ◯, and the others were marked with ×.

比較鋼については、いずれかの項目に×がある。比較鋼2と比較鋼4は結晶粒度番号が小さい(結晶粒が大きい)ため、実際に金型を焼き入れる場合にも同様の現象が起こり、ダイカストに使用中の金型が割れることが懸念される。
加えて比較鋼4については熱伝導率が43W/m/Kと高い一方で硬さは低く、この鋼をダイカスト金型とした場合の耐久性が懸念される。
また比較鋼1と比較鋼3は熱伝導率に難があり、この鋼の金型をダイカストに適用した場合にはサイクルタイム短縮が困難と予想される。
これに対し各発明鋼は、結晶粒度番号にも熱伝導率にも問題は無い。従って発明鋼を実際の金型に適用した場合にも、割れ難く、サイクルタイム短縮ができると期待される。
尚、比較鋼4を除けば比較鋼も発明鋼も42HRC以上得られており金型として充分な硬さの範囲であった。
For comparative steel, there is a cross in any item. Since the comparative steel 2 and the comparative steel 4 have a small crystal grain size number (the crystal grains are large), the same phenomenon occurs when the mold is actually quenched, and there is a concern that the mold in use may be cracked in die casting. The
In addition, the comparative steel 4 has a high thermal conductivity of 43 W / m / K and a low hardness, and there is a concern about durability when this steel is used as a die casting mold.
Moreover, the comparative steel 1 and the comparative steel 3 have difficulty in thermal conductivity, and when this steel mold is applied to die casting, it is expected that it is difficult to shorten the cycle time.
On the other hand, each invention steel has no problem in the grain size number and the thermal conductivity. Therefore, even when the invention steel is applied to an actual mold, it is difficult to break and it is expected that the cycle time can be shortened.
Except for the comparative steel 4, both the comparative steel and the invented steel were obtained with 42 HRC or more, and the hardness range was sufficient as a mold.

Figure 0006459539
Figure 0006459539

以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示である。
硬度、靭性、熱伝導性能に優れた本発明鋼は、ダイカストの金型以外にもプラスチックを射出成形する金型用としても好適である。また温間鍛造,亜熱間鍛造,熱間鍛造等の金型に適用することも可能である。
更に、本発明鋼は表面改質(ショットブラスト,サンドブラスト,窒化処理,PVD処理,CVD処理,メッキ処理など)と組み合わせることも有効である。
また本発明鋼を棒状や線状にし、金型や部品の溶接補修材として使用することもできる。あるいは粉末や板の積層造形によって製造される金型や部品に適用することもできる。この場合、金型や部品に複雑な内部冷却回路を設ければ、本発明鋼の高熱伝導率の効果が更に大きく発揮される。
その他本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, this is merely an example.
The steel of the present invention, which is excellent in hardness, toughness, and heat conduction performance, is suitable not only for die casting molds but also for molds for plastic injection molding. It can also be applied to dies such as warm forging, sub-hot forging and hot forging.
Further, the steel of the present invention is also effective in combination with surface modification (shot blasting, sand blasting, nitriding treatment, PVD treatment, CVD treatment, plating treatment, etc.).
Further, the steel of the present invention can be made into a rod shape or a wire shape and used as a welding repair material for dies or parts. Or it can also apply to the metal mold | die and components manufactured by the additive manufacturing of a powder or a board. In this case, if a complicated internal cooling circuit is provided in the mold and parts, the effect of the high thermal conductivity of the steel of the present invention can be further exerted.
In addition, this invention can be implemented in the aspect which added the various change in the range which does not deviate from the meaning.

Claims (8)

質量%で
0.35<C<0.55
0.01<Si<0.20
1.50<Mn<1.80
1.80<Cr<2.00
0.90<Mo<1.30
0.61<V<1.20
0.0004<N<0.0500
を含有し、残部がFe及び不可避的不純物の組成を有する金型用鋼であって、硬さが25〜55HRCであり、変態前の旧オーステナイト結晶粒度番号が5以上であり、レーザーフラッシュ法を用いて測定した25℃における熱伝導率λ[W/m/K]が29≦λ≦42であることを特徴とする金型用鋼。
% By mass 0.35 <C <0.55
0.01 <Si <0.20
1.50 <Mn <1.80
1.80 <Cr <2.00
0.90 <Mo <1.30
0.61 <V <1.20
0.0004 <N <0.0500
And the balance is Fe and inevitable impurities composition steel, the hardness is 25-55 HRC, the prior austenite grain size number before transformation is 5 or more, laser flash method A mold steel having a thermal conductivity λ [W / m / K] measured at 25 ° C. of 29 ≦ λ ≦ 42 measured at 25 ° C.
請求項1において、質量%で
0.30<W≦5.00
0.10<Co≦4.00
の少なくとも1種を更に含有することを特徴とする金型用鋼。
In Claim 1, 0.30 <W ≦ 5.00 by mass%
0.10 <Co ≦ 4.00
A mold steel characterized by further containing at least one of the following.
請求項1,2の何れかにおいて、質量%で
0.004<Nb≦0.100
0.004<Ta≦0.100
0.004<Ti≦0.100
0.004<Zr≦0.100
の少なくとも1種を更に含有することを特徴とする金型用鋼。
In any one of Claim 1, 2, 0.004 <Nb <= 0.100 in the mass%.
0.004 <Ta ≦ 0.100
0.004 <Ti ≦ 0.100
0.004 <Zr ≦ 0.100
A mold steel characterized by further containing at least one of the following.
請求項1〜3の何れかにおいて、質量%で
0.10<Al≦1.50
を更に含有することを特徴とする金型用鋼。
In any one of Claims 1-3, 0.10 <Al <= 1.50 in the mass%.
Furthermore, it contains steel for metal mold | die characterized by the above-mentioned.
請求項1〜4の何れかにおいて、質量%で
0.30<Cu≦3.00
0.30<Ni≦4.00
の少なくとも1種を更に含有することを特徴とする金型用鋼。
In any one of Claims 1-4, it is 0.30 <Cu <= 3.00 in the mass%.
0.30 <Ni ≦ 4.00
A mold steel characterized by further containing at least one of the following.
請求項1〜5の何れかにおいて、質量%で
0.0001<B≦0.0050
を更に含有することを特徴とする金型用鋼。
In any one of Claims 1-5, 0.0001 <B <= 0.0050 in the mass%
Furthermore, it contains steel for metal mold | die characterized by the above-mentioned.
請求項1〜6の何れかにおいて、質量%で
0.003<S≦0.050
0.0005<Ca≦0.2000
0.03<Se≦0.50
0.005<Te≦0.100
0.01<Bi≦0.50
0.03<Pb≦0.50
の少なくとも1種を更に含有することを特徴とする金型用鋼。
In any one of Claims 1-6, 0.003 <S <= 0.050 in the mass%.
0.0005 <Ca ≦ 0.2000
0.03 <Se ≦ 0.50
0.005 <Te ≦ 0.100
0.01 <Bi ≦ 0.50
0.03 <Pb ≦ 0.50
A mold steel characterized by further containing at least one of the following.
請求項1〜7の何れかに記載の鋼から成ることを特徴とする金型。   A mold made of the steel according to any one of claims 1 to 7.
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