JPH0136549B2

JPH0136549B2 -

Info

Publication number: JPH0136549B2
Application number: JP58179970A
Authority: JP
Inventors: Setsuo Mishima
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1983-09-28
Filing date: 1983-09-28
Publication date: 1989-08-01
Also published as: JPS6075550A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は切削加工における仕上面粗度が小さい
ことを最大の特色とし、併せて優れたシボ加工性
および鏡面仕上性を兼備したプリハードンタイプ
のプラスチツク成形金型用鋼に関するものであ
る。プラスチツク成形金型用鋼としては、 (1) 被切削性が良いこと。 (2) 鏡面仕上性がよく、ピンホールやその他微細
ピツトの発生しないこと。 (3) シボ加工性が良いこと。 (4) 耐食、耐発錆性が良いこと。 (5) 強度、耐摩耗性が大きいこと。等の特性が要求されている。 (2)、(5)の点では高硬度であること、かつ(2)、(4)
の点では鋼質が本質的に清浄になりやすい成分の
ものであること。 (3)の点では焼入性が十分大きいことなどが要求
される。この場合、ユーザーでの熱処理が不要な
プリハードン鋼で上記諸要求を満たすことが金型
精度、納期、コスト面で特に有利である。従来高
硬度のプリハードン鋼では切削加工による型彫り
に長時間を要すと共に切削工具の寿命も短く、工
具交換の回数が増大する等の問題を改善するため
にプリハードン鋼に快削元素を添加することによ
つて被削性を向上させる方法が採られている。快
削元素としてはＳ、Se、Te、Pb、Ag等が一般
に用いられている。しかしながら十分な被削性を
得るに必要な量の快削元素の添加によつて上記の
(2)、(3)、(4)、(5)の特性が少なからず劣化する問題
が生起する。本発明鋼は重量比でC0.04〜0.20％（ただし0.20
を含まず）、Si0.1〜1.5％、Mn0.2〜1.5％、Ni0.7
〜1.5％、Cr0.5〜3.0％、Mo0.3〜2.0％、Cu0.7〜
2.5％、S0.05〜0.2％にZr0.01〜0.1％の添加を行な
い、さらに（Ｏ＋Ｎ）0.01〜0.03％に制御しさら
にZrの化合物ZrO₂およびZrNの70％以上が硫化
物と共存することにより、硫黄快削鋼で従来問題
となつていた被削性の不均一、大きな仕上面あら
さ及び機械的性質の異方性を著しく改善させると
ともにＣ量を抑え熱処理により均一なベーナイト
組織基地にCuーFe金属間化合物およびMo、Cr
等の炭化物を微細に析出させ強度と硬度を付与す
ることにより鏡面仕上性、シボ加工性を有するこ
とを最大の特色とする。また強度、硬度、焼入性
等の性質を改善するため必要に応じ、V0.1〜2.0
％の添加を、さらに被削性、機械的性質の異方性
を改善するため必要に応じSe0.05〜0.15％、
Te0.05〜0.15％、Ca0.001〜0.010％、Mg0.001〜
0.010％の添加を実施することができる。次に成分範囲の限定理由について説明する。Ｃは本発明鋼の焼入組織を被削性、鏡面仕上性
およびシボ加工性に優れるベーナイト組織にする
ためのMo、Cr炭化物あるいはＶ炭化物による析
出硬化をもたらすための基本的添加元素である。
Ｃは多過ぎると基地をマルテンサイト組織化し
て、被削性、鏡面仕上性を減ずること、また研削
工数を著しく延長させるため0.20％未満とし、低
すぎるとフエライト生成を招き十分な焼もどし硬
さを得がたくなるので0.04％以上とする。 Siは脱酸剤として含有され、また耐酸化性、焼
入性に有効である。0.1％末満では製鋼上脱酸効
果が得られず、1.5％を越えると耐酸化性向上の
効果が少なくなり被削性も劣化し実用的でない。 Mnは焼入性を高めまた要求かたさレベルに応
じてベーナイトかたさを調整し、フエライト生成
を防ぎ、またＳとの間にMnS系介在物を形成し
て高度の被削性を付与するための不可欠の含有元
素である。多すぎると被削性を低下させるので
1.5％以下とし低すぎると上記の効果が得られず
また熱間加工性を害するため0.2％以上とする。 Crは耐食性、焼入性を高め、また焼戻し時、
微細な炭化物析出をもたらし、析出硬化における
かたさ値を適度に調整する。多すぎるとフエライ
ト生成をまねくので3.0％以下とし、低すぎると
上記効果が得られないので0.5％以上とする。 Moは500℃以上の高温焼戻し処理において微
細炭化物を析出し、析出硬化をもたらし、強度を
形成するための、また使用時の雰囲気に対する耐
食性を高める含有元素である。多すぎると被削
性、靭性低下を招くので2.0％以下とし、低すぎ
ると上記効果が得られないので0.3％以上とする。 Cuは500℃以上の高温焼戻し処理において析出
硬化をもたらし所要かたさを得るための不可欠の
含有元素であり、耐食性を高め、またフエライト
生成を抑制する効果を有するのである。多すぎる
と被削性を低下させるので2.5％以下とし、低す
ぎると上記効果が得られないので0.7％以上とす
る。Ｓは被削性向上のための不可欠な元素である。
多すぎると強靭性、熱間加工性を害するので0.2
％以下とし、低すぎると上記効果が得られないの
で0.05％以上とする。 Znは被削性および鏡面仕上性を改善するため
の必須元素である。添加Zrは硫化物に対して有
効な接触作用を有するZrO₂又はZrNとなる。こ
の接種作用により硫化物の形状、寸度および分布
に極めて良い均一性が生ずる。この均一性が被削
性、鏡面上性を著しく改善させる。さらにZrO₂
およびZrNの70％以上を硫化物と共存させること
により切削加工における工具寿命の低下を抑える
ことができる。多すぎると上記効果が飽和すると
ともに硫化物と供存せず基地に独立して存在する
ZrO₂およびZrNが増大し、工具の機械的摩耗を
促進させ被削性を低下させると共に研摩時のピツ
ト発生による鏡面仕上性を劣化させるので0.10％
以下とする。低すぎると上記効果が得られないの
で0.01％以上とする。Ｏ、ＮはZrO₂およびZrNの構成元素であり、
本発明鋼の特色であるZr化合物ZrO₂、ZrNによ
る硫化物に対する接種作用にとつて必須の元素で
ある。良好な被削性を得るにはZrO₂およびZrN
の70％以上が硫化物と共存することが必要であ
り、Zr0.005〜0.20％のときに（Ｏ＋Ｎ）も0.01〜
0.03％と厳密に制御しなければならない。（Ｏ＋
Ｎ）が0.01％末満では接種作用が十分でなく硫化
物の形状分布の不均一が生じ、またZrの炭化物
が基地に独立して生成し工具寿命を短かくする。
（Ｏ＋Ｎ）が0.03％を越えると硫化物と共存しな
い基地に独立して存在する酸化物あるいは窒化物
が増大し、被削性および機械的性質を劣化させる
おそれがある。 Niは焼入性、耐食性を高めまた焼もどし時の
析出硬化かたさ値を適正に保つための、またフエ
ライト生成を防止するための含有元素である。
0.7％末満ではその効果が少なく、1.5％を越える
と被削性を劣化し実用的でない。Ｖは結晶粒を微細化し、鏡面仕上性を向上さ
せ、また厳密なシボ加工肌を付与し、さらに高温
焼もどし処理において析出硬化を与える効果を有
するものである。多すぎるとフエライト生成を招
き、また被削性を低下させ粗大な炭化物を形成し
て鏡面仕上性を低下させるので1.0％以下とし低
すぎると上記効果が得られないので0.1％以上と
する。 Seは被削性および耐食性を向上させる。0.15％
を越えると靭性の低下が著しく、0.05％末満では
上記効果が小さい。 TeはSe同様に被削性および耐食性を向上させ
る。0.15％を越えると靭性の低下が著しく、0.05
％末満では上記効果が小さい。 Ca、Mgの効果はZr化合物の硫化物に対する接
種作用を助け、硫化物の形状、分布を均一にする
とともにCaS、MgSの生成により圧延加工時に
おける硫化物の延伸性を抑えることにより、機械
的異方性を改善するものである。多すぎるとCa、
Mgによる脱酸が過度に進行するため接種効果が
得られなくなるので0.010％以下とする。低すぎ
ると上記効果が得られないので0.001％以上とす
る。Se、Te、Ca、Mgはいずも蒸気圧が高いの
で添加にあたつてはインジエクシヨン、合金弾、
出鋼時添加時の方法によるとともにCa、Mgは活
性であるため、事前の脱酸も重要であり、添加前
の溶鋼中の酸素を本発明に障害にならないレベル
におさえておく必要がある。以下に本発明鋼の実施例を示す。第１表に供試材の化学組成を示す。また硫化物
と共存する化合物の割合を第２表に示す。

【表】

【表】第２表より本発明鋼ではZrO₂およびZrNの70
％以上が硫化物と共存していることがわかる。な
お、Zr化合物と硫化物の共存割合は倍率400倍の
顕徴鏡写真により、各種試験片鍛伸平行面５mm×
５mmの範囲内においてZr化合物が硫化物と共存
状態にあるものおよびそうでないものをカウント
することにより算出した。図１（本発明鋼Ｃ）、図２（従来鋼Ａ）は各々
本発明鋼、従来鋼の鋳造組織を示す顕微鏡写真で
ある。図１より本発明鋼では、Zr化合物（図中
黒色の点）が硫化物に取り囲まれており、Zr化
合物と硫化物とが共存していることが良くわか
る。一方、従来鋼では窒化物（図２中右上部およ
び左中部）が最終凝固部に硫化物と分離して生成
しており、硫化物の形状も不均一となつている。図３（本発明鋼Ｃ）、図４（従来鋼Ａ）は各々
本発明鋼従来鋼の鍛造比20の材料における硫化物
の形態を示す顕微鏡写真である。本発明鋼では硫化物が極めて小さく形状分布も
均一で被削性、鏡面仕上性に好ましい硫化物形態
である。これはZrの添加とその濃度に適した（Ｏ＋Ｎ）
％の厳密な制御によるものでZr化合物の硫化物
との共存割合が70％以上で高いことにより接種効
果が十分に実現されている。一方従来鋼では硫化
物の形態は不均一であり粗大硫化物が多く存在す
る。表３に本発明鋼および従来鋼の焼入焼戻し
（H_RC32）における被切削性を示す。従来鋼Ａの
被削性を100として指数で示したものである。指
数大なるほど被削性が良いことを示す。本発明鋼は被切削性に関し、従来鋼よりも明ら
かにすぐれていることがわかる。

【表】 ※ 従来鋼Ａの被削性を100として指数で示す。図５，６はそれぞれ従来鋼Ａ、本発明鋼Ｃの切
削試験の仕上面あらさを示す。図５，６より本発
明鋼の仕上面あらさは著しく改善されていること
がわかる。これらはZr添加と（Ｏ＋Ｎ）％制御
により硫化物の分布が均一に寸度が小さくそして
形状が均一になつたことに起因している。以上に詳述したように本発明鋼は切削加工にお
いて極めて優れた仕上面を有することを最大の特
色とするものである。また被削性の向上によりユ
ーザーでの金型作成の効率化を計ることができる
とともに内外均一な硫化物の微細分布によつて、
鏡面仕上性、シボ加工性、機械的性質の改善がな
され、発錆等の懸念を要せず、強靭性で長寿命を
与える快削性プラスチツク成型プリハードン金型
用鋼である。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明鋼Ｃ、図２は従来鋼Ａの鋳造組織
を示す金属組織顕微鏡写真である。図３は本発明
鋼Ｃ、図４は従来鋼Ａの鍛造比20の場合の硫化物
の形態を示す金属組織顕微鏡写真である。図５は
従来鋼Ａ、図６は本発明鋼Ｃの仕上面あらさを表
わすグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比でC0.04〜0.20％（ただし0.20を含ま
ず）、Si0.1〜1.5％、Mn0.2〜1.5％、Ni0.7〜1.5
％、Cr0.5〜3.0％、Mo0.3〜2.0％、Cu0.7〜2.5％、
S0.05〜0.2％、Zr0.01〜0.1％、（Ｏ＋Ｎ）0.01〜
0.03％を含み、さらにZrの化合物ZrO₂およびZrN
の70％以上が硫化物と共存し、残部Feおよび不
可避不純物よりなることを特徴とする被削性に優
れたプラスチツク成形プリハードン金型用鋼。２重量比でC0.04〜0.20％（ただし0.20を含ま
ず）、Si0.1〜1.5％、Mn0.2〜1.5％、Ni0.7〜1.5
％、Cr0.5〜3.0％、Mo0.3〜2.0％、V0.1〜1.0％、
Cu0.7〜2.5％、S0.05〜0.2％、Zr0.01〜0.1％、（Ｏ
＋Ｎ）0.01〜0.03％、およびSe0.05〜0.15％、
Te0.05〜0.15％の１種または２種を含み、さらに
Zrの化合物ZrO₂およびZrNの70％以上が硫化物
と共存し、残部Feおよび不可避的不純物よりな
ることを特徴とする被削性に優れたプラスチツク
成形プリハードン金型用鋼。３重量比でC0.04〜0.20％（ただし0.20を含ま
ず）、Si0.1〜1.5％、Mn0.2〜1.5％、Ni0.7〜1.5
％、Cr0.5〜3.0％、Mo0.3〜2.0％、Cu0.7〜2.5％、
S0.05〜0.2％、Zr0.01〜0.1％、（Ｏ＋Ｎ）0.01〜
0.03％、およびSe0.05〜0.15％、Te0.05〜0.15％
の１種または２種を含み、さらにZrの化合物
ZrO₂およびZrNの70％以上が硫化物と共存し、
残部Feおよび不可避的不純物よりなることを特
徴とする被削性に優れたプラスチツク成形プリハ
ードン金型用鋼。４重量比でC0.04〜0.20％（ただし0.20を含ま
ず）、Si0.1〜1.5％、Mn0.2〜1.5％、Ni0.7〜1.5
％、Cr0.5〜3.0％、Mo0.3〜2.0％、V0.1〜1.0％、
Cu0.7〜2.5％、S0.05〜0.2％、Zr0.01〜0.1％、（Ｏ
＋Ｎ）0.01〜0.03％、およびSe0.05〜0.15％、
Te0.05〜0.15％の１種または２種、Ca0.001〜
0.010％、Mg0.001〜0.0010％の１種または２種を
含み、さらにZrの化合物ZrO₂およびZrNの70％
以上が硫化物と共存し、残部Feおよび不可避的
不純物よりなることを特徴とする被削性に優れた
プラスチツク成形プリハードン金型用鋼。