JPH01279709A

JPH01279709A - 直接焼入れによるプラスチック金型用プレハードン鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH01279709A
Application number: JP11126888A
Authority: JP
Inventors: Kensaburo Takizawa; 瀧澤　謙三郎; Haruo Kaji; 梶　晴男; Kazuhiko Yano; 和彦矢野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-05-06
Filing date: 1988-05-06
Publication date: 1989-11-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】皮果上■肌且分団本発明はプラスチック金型用プレハードン鋼の製造方法
に関する。

ｌ米至及王 −ＪＩＧに、プラスチック金型には、主として機械構造
用炭素鋼（ＳＣ鋼）が用いられているが、３５５Ｃ鋼で
も表面硬さがＨＲＣ１５程度しかなく、繰り返し使用回
数の多い金型としては寿命の点で十分ではない。また、
耐摩耗性の点からも、精密金型には適していない。

そこで、長寿命及び高精度を要求される金型には、ＳＣ
鋼よりも硬度の高いプレハードン鋼が用いられている。

一般に、プレハードン鋼は、焼入れ焼もどし型と析出硬
化型とに大別される。焼入れ焼もどし型は、ＨＰＯ３５
以上の硬さを得るために、ｃ　ｉｔ　ｏ。

４％程度の高Ｃ鋼を焼入れ焼もどしして製造されるが、
この場合、焼き割れを防止するために、油焼入れが行な
われる。しかし、油焼入れは、水焼入れよりも冷却速度
が小さいので、厚物材の場合には、Ｃｒ、Ｍｏ等の焼入
れ向上元素が多量に添加されていることが必要であり、
鋼価格が高いものとなる。また、高Ｃ鋼であるため、設
計変更等の理由で金型を溶接補修する場合に、溶接割れ
が生じやすい。

他方、析出硬化型は、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属間化合物によ
る析出硬化を利用した鋼であって、Ｃ量が０．１５％程
度と低く、焼入れ焼もどし型鋼のように焼き割れのおそ
れはないが、析出硬化型元素を多量に添加するので、鋼
価格が非常に高い。

かがる問題を解決するために、既に本発明者らは、Ｃ量
を０．２５％以下に低減した鋼を熱間圧延し、直接焼入
れした後、焼もどしして、金型用プレハードン鋼を製造
する方法を提案している（特開昭６２−１４９８１１号
公報）。この方法によれば、焼入れのための再加熱の省
略と、直接焼入れによる焼入れ性向上効果によって、合
金元素の添加量を低減することができ、かくして、製造
費用を低順し得ると共に、溶接性も改善することができ
る。

しかし、上記方法によるプレハードン鋼は、再加熱焼入
れ焼もどし法によって製造されるプレハードン鋼に比較
して、結晶粒が粗いために、尚、靭性が低く、精密な金
型加工において、細かいピン状の部品を加工する場合、
途中で折損を招く傾向を有する。

σが７′　しよ゛と　る蕾本発明者らは上記した問題を解決するために鋭意研究し
た結果、プラスチック金型用プレハードン鋼の製造にお
いて、Ｃｒ及びＭｏと共に、微量のＮｂを含有させた鋼
を圧延する際に、鋼片加熱温度、圧延仕上温度等の圧延
条件を最適に調整することによって、所要の硬度を保持
させつつ、靭性を改善することができることを見出して
、本発明に至ったものである。

従って、本発明は、直接焼入れ法による靭性、加工性及
び溶接性にすぐれたＨＲＣ２５以上のプラスチック用プ
レハードン鋼を提供することを目的とする。

ｉ　　　”′　るための本発明による直接焼入れによるプラスチック金型用プレ
ハードン鋼の製造方法は、重量％でＣ０．１０〜０．２
５％、Ｓｉ０．０５〜０．８０％、Ｍｎ　　０．５０〜２．００％、Ｐ　　　０．０３０％以下、Ｃｒ　　０．５０〜２．５０％、Ｍｏ０．０５〜１．００％、Ａｌ　　０．００４％以下、Ｎｂ　　０．００５〜０．０５％、Ｎ　　　０．００３０％以下、０　　０．００４０％以下、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼片を１１００℃以
下の温度に加熱し、仕上温度８５０℃以上として熱間圧
延し、引き続いて、Ａｒ１点以上の温度から直接焼入れ
した後、Ａｃ、点板下の温度にて焼もどしすることを特
徴とする。

先ず、本発明鋼における化学成分の限定理由を説明する
。

Ｃは、ＨＲＣ２５以上の硬度を確保するために、少なく
とも０．１０％の添加を必要とする。しかし、過多に添
加するときは、水焼入れ時に焼き割れが発生しやすくな
ると共に、溶接性が劣化するので、添加量の上限を０．
２５％とする。

Ｓｉは、脱酸元素として製鋼時に不可欠の元素であり、
少なくとも０．０５％が添加される。しかし、過多に添
加するときは、靭性を劣化させるので、その上限を０．
８０％とする。

Ｍｎは、脱酸及び焼入れ性向上のために、０．５０％以
上を添加することを要する。また、Ｍｎは、硫化物形成
元素として、被削性を高める効果も有する。しかし、２
．００％を越えて過多に添加するときは、靭性を劣化さ
せるので、上限を２．００％とする。

Ｐは、偏析を助長し、鋼板内部に局部的な硬度上昇を引
き起こして、機械加工性を劣化させるので、上限を０．
０３０％とする。

Ｃｒは、厚肉材の内部まで焼入れるために必要不可欠の
元素として、０．５０％以上添加する必要がある。しか
し、過剰に添加するときは、Ｃｒ炭化物の析出による脆
化を招来し、靭性を低下させ、かくして、精密加工時に
微小部の欠損を起こしやすいので、２．５０％を上限と
する。

Ｍｏは、焼入れ性及び焼もどし軟化抵抗を高めるために
０．０５％以上添加することを要する。しかし、非常に
高価な元素であるので、実用的な観点から、その上限を
１．００％とする。

Ａｌは、通常、脱酸元素として添加されるが、本発明に
おいては、Ａｌの存在は、鋼中に残存するＡ１□０．が
鏡面加工性を低下させるので、０．００４％以下の範囲
とする。

Ｎｂは、本発明によれば、微量の添加によって、結晶粒
を細粒化して、靭性を向上させることができる。この効
果を有効に得るためには、少なくとも０．ＯＯ５％を添
加することを必要とする。しかし、過多に添加するきは
、粗大な炭窒化物を形成し、加工性を劣化させるので、
添加量は０．０５％以下とする。

Ｎは、Ａｆｆｉと結合して、窒化物を形成し、オーステ
ナイト粒を微細化する効果がある。しかし、本発明にお
いては、圧延中、及び圧延後から焼入れまでの間に／Ｉ
Ｎが析出し、焼入れ性を低下させる。また、析出した硬
質の窒化物は、鏡面加工性を低下させる。従って、本発
明においては、Ｎの含有量は０．００３０％以下とする
。

Ｏは、酸化物系介在物を形成し、地底の発生や、被削性
、鏡面加工性等の低下を招（ので、できる限り低減する
ことが望ましいが、反面、極端に低減することは、製鋼
上、大幅な費用増加となるので、本発明においては、許
容し得る上限を０．００４０％とする。

本発明による鋼は、上記した元素に加えて、更に、Ｓ、
Ｚｒ５Ｃａ及びＰｂよりなる群から選ばれる１種又は２
種以上の被削性向上元素を含有することができる。

Ｓは、被削性を付与するために有効であるが、添加量が
０．０４％よりも少ないときはその効果が乏しく、一方
、過多に添加するときは、清浄度を悪化させるので、添
加量の上限を０．０７％とする。

Ｚｒ及びＣａは、いずれも単独にて、或いは複合して添
加することにより、被削性を改善すると共に、硫化物の
形態を制御して、機械的性質の異方性を改善する。この
ような効果を有効に発揮させるためには、少なくともＺ
ｒは０．０５％、Ｃａは０．　ＯＯ１％の添加を必要と
する。過多に添加するときは、却って被削性を阻害する
ので、それぞれの上限は、Ｚｒについては０．１５％、
Ｃａについては０．０５％とする。

Ｐｂは、鋼中に均一に分散して、被削性を高めるのに有
効な元素であるが、この効果を有効に得るには、少なく
とも０．１０％以上必要である。しかし、過多量の添加
は、鏡面加工性やシボ加工性を劣化させるので、０．３
０％をその上限とする。

本発明鋼は、更に必要に応じて、上記した元素に加えて
、或いは上記した元素とは別に、Ｃｕ、Ｎｉ、、Ｔｉ及
びＢよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含
有することができる。

Ｃｕは、焼入れ性を高める効果を有し、０．０５％以上
の範囲で添加される。しかし、過多に添加するときは、
熱間加工時に割れが発生しやすいので、添加量の上限は
０．３０％とする。

Ｎｉは、鋼の焼入れ性及び靭性を共に向上させる効果を
有し、かかる効果を有効に得るためには、少なくとも０
．０５％の添加を要する。しかし、高価な元素であるの
で、主として実用的な観点から、２．００％以下の範囲
で添加される。

Ｔｉは、結晶粒を微細化させて、靭性の向上を図るため
に有効な元素であり、このためには、少なくとも０．Ｏ
Ｏ５％以上の添加が必要であるが、過多量の添加は却っ
て靭性を劣化させるので、０゜１０％以下の範囲で添加
される。

Ｂは、少量の添加によって焼入れ性を向上させるが、そ
の添加量が０．ＯＯＯ５％よりも少ないときはその効果
が乏しく、一方、０．００３０％を越えて過剰に添加す
ると、却って焼入れ性が低下するので、上限を０．００
３０％とする。

本発明によるプレハードン鋼は、上記した化学組成を有
する鋼片を１１００℃以下の温度に加熱し、８５０℃以
上の温度で熱間圧延を完了させ、引き続いて、Ａｒ３点
以上の温度から直接焼入れした後、Ａ　ｃ　１点以下の
温度にて焼もどしすることによって製造される。

上記鋼片の加熱温度が１１００℃を越えるときは、オー
ステナイト粒の成長を抑制するのに有効な未固溶のＮｂ
が消失して、粗粒となるため、靭性が劣化する。従って
、鋼片の加熱温度は１１００℃以下とする。

他方、熱間圧延における仕上温度が８５０℃よりも低い
ときは、直接焼入れ時の冷却開始温度がＡ　ｒ　３点よ
りも低くなり、完全な焼入れ組織を得ることができない
結果、所要の硬度及び靭性を確保することが困難となる
。従って、熱間圧延における仕上温度は、８５０℃以上
とする。

見所■勉果以上のように、本発明の方法は、金型用プレハードン鋼
の製造において、直接焼入れを適用するものであり、そ
の結果、焼入れのための再加熱を必要としないので、製
造に要する期間を短縮することができる。更に、鋼の焼
入れ性が向上するので、同一板厚の場合には、従来の再
加熱焼入れ型鋼に比較して、焼きがよく入り、その分だ
けｃ４及びその他の合金元素量を低減することができ、
溶接性を向上させることもできる。

特に、本発明によれば、Ｎｂのオーステナイト粒成長抑
制効果によって、結晶粒が微細化され、靭性が向上する
ので、精密な金型加工において、細かいピン状の部品を
加工する場合にも、途中で折損したりすることがない。

１１■ 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定されるものではない。

第１図は、第１表に示す化学成分を有する本発明ｍｌと
比較鋼９の鋼片加熱温度と一２０″Ｃにおける吸収エネ
ルギーとの関係を示す。本発明鋼においては、綱片加熱
温度が低いほど、−２０℃における吸収エネルギーが増
大し、低温靭性が向上して、特に、鋼片加熱温度が１１
００℃以下では、−２０℃における吸収エネルギーが８
ｋｇ１ｍ以上であるので、細かいビン状部品の加工にお
いても、ピンが折損しない靭性を有するこが示される。

他方、Ｎｂを含有しない比較＃！Ｊ９は、実用的な鋼片
加熱温度範囲では、−２０℃における吸収エネルギーが
３ｋｇ１ｍ以下であって、靭性が低い。

第２図は、本発明鋼１について、硬度に及ぼす圧延仕上
温度の影響を示し、圧延仕上温度が８００℃よりも低い
ときは、直接焼入れ時の冷却開始温度がＡｒ＝点よりも
低くなるため、不完全焼入れ組織となり、プレハードン
鋼としての要求硬度をもたない。

次に、第１表に示す化学成分を有する鋼片を第２表に示
すように所定温度に加熱し、板厚１００ｍｍに熱間圧延
した後、７３０〜８９０℃の温度から直接焼入れし、更
に、６００〜６５０℃の範囲の所定の温度で焼もどしし
て、第２表に示すように、本発明によるプレハードンｍ
ｌ〜６及び比較鋼７〜１０を製造した。

本発明による鋼１〜６は、いずれもオーステナイト粒が
粒度番号６以上の細粒鋼である０表面及び板厚中心部の
硬度はＨＲＣ２７〜３２であって、プレハードン鋼とし
て要求される硬度を満たしている。しかも、−２０℃に
おける吸収エネルギーは、１０．０ｋｇ１ｍ以上あって
、靭性にもすぐれる。

これに対して、比較鋼７は、本発明鋼１と化学成分は同
じであるが、鋼片加熱温度が本発明で規定する範囲にな
く、また、比較鋼９は、鋼片加熱温度及び圧延仕上温度
は本発明で規定する条件を満たしているが、Ｎｂを含有
しないため、オーステナイト粒度が粗く、−２０℃にお
ける吸収エネルギーが低く、２．０〜２．５ｋｇｆ−ｍ
である。

比較鋼８も、本発明鋼１と化学成分は同じであるが、圧
延仕上温度が本発明で規定する範囲内にないため、硬度
がＨＲＣ２０〜２３と低く、−２０℃における吸収エネ
ルギーも２．０ｋｇ１ｍにすぎない。更に、比較鋼１０
は、化学成分は本発明鋼１とほぼ同じであるが、再加熱
焼入れ焼もどしを行なっているため、硬度が低い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明鋼１と比較鋼９の鋼片加熱温度につい
て、低温靭性に及ぼす鋼片加熱温度の影響を示すグラフ
、第２図は、本発明鋼ｌについて、硬度に及ぼす圧延仕
上温度の影響を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％でＣ０．１０〜０．２５％、Ｓｉ０．０５〜０．８０％、Ｍｎ０．５０〜２．００％、Ｐ０．０３０％以下、Ｃｒ０．５０〜２．５０％、Ｍｏ０．０５〜１．００％、Ａｌ０．００４％以下、Ｎｂ０．００５〜０．０５％、Ｎ０．００３０％以下、Ｏ０．００４０％以下、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼片を１１００℃以
下の温度に加熱し、仕上温度８５０℃以上として熱間圧
延し、引き続いてＡｒ＿３点以上の温度から直接焼入れ
した後、Ａｃ＿１点以下の温度にて焼もどしすることを
特徴とする靭性にすぐれるＨＲＣ２５以上のプラスチッ
ク金型用プレハードン鋼の製造方法。
（２）重量％で（ａ）Ｃ０．１０〜０．２５％、Ｓｉ０．０５〜０．８０％、Ｍｎ０．５０〜２．００％、Ｐ０．０３０％以下、Ｃｒ０．５０〜２．５０％、Ｍｏ０．０５〜１．００％、Ａｌ０．００４％以下、Ｎｂ０．００５〜０．０５％、Ｎ０．００３０％以下、Ｏ０．００４０％以下を含むと共に、（ｂ）Ｓ０．０４〜０．０７％、Ｚｒ０．０５〜０．１５％、Ｃａ０．００１〜０．０５％、及びＰｂ０．１０〜０．３０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種の被削性向上元
素を含み、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼片を１１００℃以
下の温度に加熱し、仕上温度８５０℃以上として熱間圧
延し、引き統いてＡｒ＿３点以上の温度から直接焼入れ
した後、Ａｃ＿１点以下の温度にて焼もどしすることを
特徴とする靭性にすぐれるＨＲＣ２５以上のプラスチッ
ク金型用プレハードン鋼の製造方法。
（３）重量％で（ａ）Ｃ０．１０〜０．２５％、Ｓｉ０．０５〜０．８０％、Ｍｎ０．５０〜２．００％、Ｐ０．０３０％以下、Ｃｒ０．５０〜２．５０％、Ｍｏ０．０５〜１．００％、Ａｌ０．００４％以下、Ｎｂ０．００５〜０．０５％、Ｎ０．００３０％以下、Ｏ０．００４０％以下を含むと共に、（ｂ）Ｃｕ０．０５〜０．３０％、Ｎｉ０．０５〜２．００％、Ｔｉ０．００５〜０．１０％、及びＢ０．０００５〜０．００３０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含み、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼片を１１００℃以
下の温度に加熱し、仕上温度８５０℃以上として熱間圧
延し、引き続いてＡｒ＿３点以上の温度から直接焼入れ
した後、Ａｃ＿１点以下の温度にて焼もどしすることを
特徴とする靭性にすぐれるＨＲＣ２５以上のプラスチッ
ク金型用プレハードン鋼の製造方法。
（４）重量％で（ａ）Ｃ０．１０〜０．２５％、Ｓｉ０．０５〜０．８０％、Ｍｎ０．５０〜２．００％、Ｐ０．０３０％以下、Ｃｒ０．５０〜２．５０％、Ｍｏ０．０５〜１．００％、Ａｌ０．００４％以下、Ｎｂ０．００５〜０．０５％、Ｎ０．００３０％以下、Ｏ０．００４０％以下を含むと共に、（ｂ）Ｓ０．０４〜０．０７％、Ｚｒ０．０５〜０．１５％、Ｃａ０．００１〜０．０５％、及びＰｂ０．１０〜０．３０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種の被削性向上元
素と、（ｃ）Ｃｕ０．０５〜０．３０％、Ｎｉ０．０５〜２．００％、Ｔｉ０．００５〜０．１０％、及びＢ０．０００５〜０．００３０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含み
、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼片を１１００℃以
下の温度に加熱し、仕上温度８５０℃以上として熱間圧
延し、引き続いてＡｒ＿３点以上の温度から直接焼入れ
した後、Ａｃ＿１点以下の温度にて焼もどしすることを
特徴とする靭性にすぐれるＨＲＣ２５以上のプラスチッ
ク金型用プレハードン鋼の製造方法。