JPH02175845A - 耐食性プラスチック金型用鋼 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、主としてコンパクトディスク等の高精度を要
求され、かつ高い耐食性が必要なプラスチック成形用の
金型用鋼に関するものである。

〔従来の技術〕

精密成形用のプラスチック金型用鋼としては、（１）鏡
面仕上性が良く、ピンホールやその他の微細ビットが発
生しないこと、 （２）耐食、耐発錆性が良いこと、 （３）強度、耐摩耗性が良いこと、 （４）熱伝導性が良いこと、 などが要求される。

従来この種の成形用型としては、５ＵＳ４２０Ｊ２相当
材の耐食性、鏡面仕上性が適度に優れたプラスチック金
型用鋼が用いられていた。さらに特開昭６１−２１３３
４９号にはＣ−Ｃｒ系の鋼にＭｏ、Ｗ、■を選択添加す
る合金工具鋼が開示７されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の５ＵＳ４２０Ｊ２相当材のプラスチック金型用鋼
は、−耐食性は良いものの、強度、耐摩耗性の他、用途
によっては鏡面仕上性が不足しているため、十分な金型
寿命が得られず、製品精度の面でも必ずしも満足できる
ものではなかった。

また５ＵＳ４２０Ｊ２相当材は、金型材の熱伝導性が低
いために成形時に金型本体の冷却に長時間必要であるこ
とから、成形サイクルの短縮がはかれず、さらに、冷却
が遅いことにより成形品における曲り等の問題も生じて
いる。さらに熱伝導性が低いことに基づく転写性不十分
といった不具合も生じている。前述した特開昭６１−２
１３３４９号に開示された合金工具鋼もプラスチック金
型に用いた場合耐食性が不十分であった。

本発明は、従来の鋼と比較して、耐食性、耐摩耗性、熱
伝導性および鏡面仕上性に優れた鋼であり、プラスチッ
ク成形用の金型の中でも特に精密金型用に適した銅の提
供を目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、重量％でＣ０．４〜０．７％、Ｓｆ０．５％
以下、Ｍｎ　　０．５％以下、Ｃｒ　８．０−１３．０
％、Ｍｏ％Ｗの１種または２種をＭｏ＋１７２Ｗで０．
３〜１．５％、Ｃ。

０．５〜３．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から
なることを特徴とする耐食性プラスチック金型用鋼であ
り、または上記鋼にＮｉ１．５％以下、Ｃｕ　１．５％
以下の１′！ｇＡまたは２種を適宜添加せしめたことを
特徴とする耐食性プラスチック金型用鋼である。

さらに上記鋼の不純物のＳを０．００２％以下、０を０
．００１５％以下として金型の鏡面仕上性を良好にした
耐食性プラスチック金型用鋼である。

本発明鋼は中Ｃ量高Ｃｒ　−Ｍ　ｏ　（Ｗ　）合金系を
基本成分とする合金であり、焼入れにより均一なマルテ
ンサイト組織を生成し、焼もどしによりＭ　ｏ　（Ｗ　
）炭化物を析出させ、１ＩＲｃ６０以上の硬さと、優れ
た耐摩耗性を付与するものである。また、Ｃｒ、　Ｎｉ
、Ｃ０１Ｃｕなどの添加元素は、優れた耐食、耐発錆性
が得られる点で効果がある。

しかし、過度にＣｒを添加すると熱伝導性が低下し、ま
た残留オーステナイト量の増加により焼入れ硬さも低下
するのでＣｒ量は必要最低限の量に押える。そしてそれ
にともなう耐食性、耐発錆性の低下を熱伝導性に影響を
及ぼさない元素であるＣｏを添加すること、あるいは少
量のＮｉ、Ｃｕの添加で補うものである。

本発明の最も基本的な構成は、従来鋼５ＵＳ４２０Ｊ２
の耐食性および鏡面仕上性を同等ないし同等以上に確保
しつつ、高硬度を得るためにＣ量を従来鋼より高目の中
程度（０，４〜０．７％）に添加して、焼入れ焼もどし
後の硬さを高くして、さらに耐食性も得るため、Ｃｒ、
Ｎｉ、Ｇｏ、Ｃｕ量を限定し添加するものである。上述
の基本構成とすることにより、従来、本系統の鋼では困
難であったＩ（ＲＣ６０以上の高硬度が得られ、優れた
耐摩耗性、鏡面仕上性および耐食性を兼備しかつ従来鋼
よりも高い熱伝導率を与えることに成功したものである
。

本発明鋼は、高硬度が得られ、耐摩耗性にも優れるため
、厳しい製品精度を要求される精密成形要の金型に用い
る場合には、大幅な金型寿命の向上が可能である。また
本発明鋼は鏡面仕上性に優れるため、従来鋼では困難で
あった金型精度と、研磨性が向上し、高い熱伝導性を有
することにより成形サイクルが短縮でき、大幅な生産性
向上や転写性の向上をも可能とする新しいプラスチック
金型用鋼である。

〔作用〕 次に本発明鋼の成分限定の理由について述べる。

Ｃは本発明鋼の焼入組織を良好なマルテンサイト組織に
保ち、かつ焼もどしにおけるＭｏ、Ｗ炭化物の析出に基
づく析出硬化をもたらすための基本的な添加元素である
。多すぎると耐食性の低下、巨大炭化物発生による鏡面
仕上性低下をまねき、また基地に固溶すると熱伝導性を
低下させるため０．７％以下とし、少なすぎると十分な
焼入れ焼もどし硬さが得られないので０．４％以上とす
る。

Ｓｉは基地に固溶し、基地を強化して耐摩耗性を高める
効果がある。多すぎると熱間加工性を悪くし、またプラ
スチック金型用鋼に有害な硬質の介在物発生の原因にも
なり、また熱伝導性を低下させるので、０．５％を上限
とする。

Ｍｎは脱酸と脱硫のために必要で焼入性を高めるために
も添加するが、多すぎると残留オーステナイト量を過度
に増加させ、必要な硬さが得られなくなり、また熱伝導
性を低下させ、また熱間加工性を悪くするので上限を０
．５％とする。

Ｃｒは本発明鋼の焼入れ性を高め、また耐食性を付与す
るとともに硬質の炭化物を形成して耐摩耗性を高める。

多すぎると０％との関係で十分な焼もどし硬さが得られ
なく、また粗大な炭化物を生成し、熱伝導性を低下させ
るので１３．０％以下とし、少なすぎると十分な耐食性
が得られないので８．０％以上とする。

Ｍｏ、Ｗは焼もどし処理において、微細炭化物を析出し
、析出硬化をもたらし、ＩＩＲＣ６０以上の高硬度なら
びに優れた耐摩耗性を付与する。また、使用時の雰囲気
に対する耐食性も向上させる。−般的にはＭｏ単独添加
でよいが、目的、用途によりＭｏ、Ｗ複合添加あるいは
Ｗの単独添加が施されるものである１重量％でＭｏ量と
１７２Ｗ量はその添加効果が等価であるので、全体の量
はＭｏ＋１７２Ｗ量で評価できる。添加量が多すぎると
、基地に固溶して熱伝導性を低下させ、また熱間加工性
も悪くなるのでＭｏ＋ｌ／２Ｗ量で１．５％以下とし、
少なすぎると上記添加効果が得られないので０．３％以
上とする。

Ｃｏは本発明鋼の基地に固溶し、耐食性を向上させ、か
つ熱伝導性をあまり低下させないという特性がある極め
て重要な元素である。少なすぎるとこれらの効果が得ら
れないので０．５％以上とし、多すぎると熱伝導性の低
下をまねくので３．０％以下とする。

Ｎｉは基地に固溶して焼入性を高めるとともに適度な靭
性を付与するばか耐食性を向上させる効果があるが、多
すぎると十分な焼もどし硬度が得られなくなり、また熱
伝導性も低下させるので１．５％以下とする。

Ｃｕは基地に固溶し、耐食性を向上させるが、多すぎる
と熱伝導性を低下させるので１．５％以下とする。

ＳおよびＯの不純物を低減することにより、金型の鏡面
仕上性に悪影響を及ぼす硫化物および酸化物を減らすこ
とができ、良好な表面粗さが得られる。よって、Ｓを０
．００２％以下、○を０．００１５％以下に低減するこ
とにより、優れた鏡面仕上性を付与するものである。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

第１表に本発明鋼と比較鋼および従来鋼の化学組成を示
す。

従来鋼Ｐは５ＵＳ４２０Ｊ２であり、ＱはＭｏを含有し
た１３Ｃｒステンレス鋼である。Ｎ、Ｏは比較鋼であり
、それぞれＤとＧのＣＯを含有しない鋼に相当する。

第２表には本発明鋼、比較鋼および従来鋼の耐食試験の
結果を示す。耐食試験は、３０℃に加熱した５％Ｈ，Ｓ
ｏイ５％ＨＣＩおよび５％ＨＮ０．溶液中に試験片を浸
漬した場合の１時間当り、１ｄあたりの腐食減量で表わ
しである。

第２表 プラスチック成形時の加熱温度により、樹脂は熱分解し
てＳ０２、ＣＩ、などのガスを発生し、これが金型に付
着し、金型はＳ０４″−ＣＩ−イオンによって侵される
。よってプラスチック成形金型用鋼として、耐Ｈ，Ｓｏ
４性および耐ＨＣＩ性は重要な要求特性の一つである。

第２表からこの系統の鋼のＨ，Ｓ　０．またはＨＣＩに
対する耐食性はＯｒ添加量の増加によって必ずしも良く
はならず、適量のＭｏ、Ｃｏの添加によって向上させる
ことができることがわかる。これは酸化能のない酸であ
る５％Ｈ，Ｓｏいまたは５％ＨＣ１溶液中では、８０４
′−または０１″″イオンにより、Ｃｒの不働態被膜が
破壊されるためと考えられる。

本発明鋼の他の組成範囲がほぼ同じで、Ｇｏの有無が異
なる比較鋼Ｎと本発明鋼りおよび比較鋼Ｏと本発明鋼Ｇ
を較べるとＣｏの添加が耐食性向上に大きく寄与してい
ることがわかる。

また、通常の耐発錆性については、酸化性の酸である５
％ＨＮ０．溶液での耐食試験の結果で判断され、Ｃｒ添
加量増大とともに耐食性がほぼ向上している。そして、
適量のＭｏ、Ｃｏ添加はＣｒｆｉの低下を補う効果があ
ることを示しており、Ｎｉ、Ｃｕの適量の添加も同じ効
果があることがわかる。

第　　３　　表 第３表は本発明網と比較鋼および従来鋼の熱処理硬さ、
耐摩耗性、熱伝導率、および表面硬さの比較を示すもの
である。

熱処理硬さは、本発明鋼および従来鋼を１０５０℃から
焼入し、−７８℃のサブゼロ処理後、２００℃で焼もど
した場合の硬さを示しである。

従来鋼の硬さはＨＲＣ５７程度が限度であるが、本発明
鋼はＨＲＣ６０以上が得られることが明瞭である。

耐摩耗性は、砂中回転摩耗試験の摩耗減量を比較した結
果を示す。摩耗試験では、３ｔ　Ｘ　１５Ｗ　Ｘ　７０
Ｑの試験片を１２８Ｏｒ、ｐ、ｍで細粒（９，２メツシ
ユ以下）の砂中で１時間回転させ、摩耗減量を測定した
。

熱伝導率は、１０φＸＩＱの試験片を用いてレーザーフ
ラッシュ法により測定した。

本発明鋼は従来鋼に比べはるかに高い熱伝導率を示して
いるし、またＣＯを添加しても熱伝導性には大きな影響
を及ぼしてないことを示している。

このことはＣｏの有無のみが異なるＤｗ４とＮ鋼、およ
びＧ１１ｌとＤ鋼の比較をみてもわかる。

表面粗さは、＃８０００ダイヤモンドコンパウンド仕上
後の最大面粗さを指数（従来鋼Ｑを１．０とする）で示
した。本発明鋼は、従来鋼に比較して良好な表面粗さが
得られることを示しており、優れた鏡面仕上性を有して
いるが、特にＳと０を低減した本発明鋼り、Ｊ、に、Ｌ
は鏡面仕上性が優れていることがわかる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明鋼は組成の適切な組合せ
により、腐食性の強いプラスチックに対しても十分な耐
食性を有し、焼入れ焼もどしでＩＩＲＣ６０以上の高硬
度ならびに優れた耐摩耗性、鏡面仕上性、高熱伝導性を
も兼備している。本発明は、使用時厳しい製品精度を要
求される精密成形金型用として、製品要求に対応できる
金型精度、優れた型寿命および転写性をもたらし、成形
サイクルを短縮可能としたプラスチック金型材料を提供
するもので、工業上非常に有益である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　重量％でＣ０．４〜０．７％、Ｓｉ０．５％以下、
   Ｍｎ０．５％以下、Ｃｒ８．０〜１３．０％、Ｍｏ、Ｗ
   の１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗで０．３〜１．５％
   、Ｃｏ０．５〜３．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純
   物からなることを特徴とする耐食性プラスチック金型用
   鋼。 ２　重量％でＣ０．４〜０．７％、Ｓｉ０．５％以下、
   Ｍｎ０．５％以下、Ｃｒ８．０〜１３．０％、Ｍｏ、Ｗ
   の１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗで０．３〜１．５％
   、Ｃｏ０．５〜３．０％、およびＮｉ１．５％以下、Ｃ
   ｕ１．５％以下の１種または２種を含み、残部Ｆｅおよ
   び不可避的不純物からなることを特徴とする耐食性プラ
   スチック金型用鋼。 ３　重量％で、Ｓ≦０．００２％、Ｏ≦０．００１５％
   と不純物を低減することにより、金型の鏡面仕上性を良
   好にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の耐
   食性プラスチック金型用鋼。