JPH0293043A - Tool steel for molding plastics - Google Patents

Tool steel for molding plastics

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JPH0293043A
JPH0293043A JP24618088A JP24618088A JPH0293043A JP H0293043 A JPH0293043 A JP H0293043A JP 24618088 A JP24618088 A JP 24618088A JP 24618088 A JP24618088 A JP 24618088A JP H0293043 A JPH0293043 A JP H0293043A
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JP
Japan
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temperature
tempering
quenching
tool steel
hardness
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Nakatsugu Abe
安部 仲継
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NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain the title tool steel in which air-cooling quenching is permitted and having excellent corrosion resistance by specifying the contents of C, Si, Mn, Cr, Mo, acid soluble Al and whole nitrogen and incorporating at least two kinds among specific % of V, Nb and W and the balance Fe. CONSTITUTION:The tool steel contains 0.25 to 0.50% C, 0.005 to 0.5% Si, 0.1 to 2.0% Mn, 8.0 to 10.0% Cr, 0.05 to 2.0% Mo, 0.005 to 0.050% acid soluble Al and 0.002 to 0.035% whole nitrogen, contains at least two kinds among 0.01 to 0.50% V, 0.005 to 0.25% Nb and 0.01 to 0.25% W and the balance substantial Fe. Al and N form AlN to suppress the coarsening of austenite at the time of quenching. V, Nb and W form carbide to suppress the formation of Cr-series carbide. The steel has high transformation temp., in which air-cooling quenching is permitted and furthermore has excellent corrosion resistance, so that it is extremely good as a tool steel for molding plastics.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、VTRのトップカバー等の家電製品、OA
機器、エンジニアリングプラスチック、日用雑貨、玩具
等、プラス・チックの成形用に使用される金型用工具鋼
に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] This invention is applicable to home appliances such as VTR top covers, OA
Concerns tool steel for molds used for molding plastics such as equipment, engineering plastics, daily necessities, toys, etc.

[従来の技術] プラスチック成形用金型としては、従来、材料メーカか
ら供給された鋼材を金型メーカが加工した後に焼入れ・
焼戻しする熱処理タイプのものが一般的であった。しか
し、プラスチック成形用金型は彫り込みが深くかつ複雑
形状のものが多いため、加工後の熱処理の際に焼入れひ
ずみに起因する寸法変化が生じやすい。このようなこと
から、材料メーカで調質し、金型メーカでは加工のみと
する材料、所謂ブリハードン系金型材の要求が高まって
いる。従って、現在プラスチック成形金型用工具鋼とし
ては、熱処理タイプのもの、及び前述したブリハードン
系のものの2種類ある。
[Prior art] Conventionally, plastic molds are made by processing steel materials supplied by material manufacturers and then quenching and processing them.
Heat-treated types that involve tempering were common. However, since many plastic molds have deep engravings and complex shapes, dimensional changes due to quenching distortion are likely to occur during post-processing heat treatment. For this reason, there is an increasing demand for materials that are tempered by material manufacturers and only processed by mold manufacturers, so-called brihardon mold materials. Therefore, there are currently two types of tool steel for plastic molds: a heat-treated type and the aforementioned brihardon type.

前述のブリハードン系ではJIS  G4051S45
CSJIS  G4105  SCM440(0,4%
C−1%Cr−0.2%MO)、及び0.15%C−3
%Ni−1%Cu−1%Al−0,1%Sのものが主体
であり、また、熱処理タイプではJIS  G4404
  SKD61(0,4%C−5%Cr−1 %MO−
1%V)、及び5KDII (1,5%C−12%C「
−1%Mo−0,4%V)が主体である。また、成形す
るプラスチックが例えば塩化ビニルのように腐蝕性の場
合には、耐食性が良好な析出硬化タイプのJ l5G4
303 (0,05%C−4%Ni−17%Cr−4%
Cu−0,30%Nb)が使用されている。
JIS G4051S45 for the Burihadon series mentioned above.
CSJIS G4105 SCM440 (0.4%
C-1%Cr-0.2%MO), and 0.15%C-3
%Ni-1%Cu-1%Al-0.1%S is the main type, and the heat treated type is JIS G4404.
SKD61 (0.4%C-5%Cr-1%MO-
1%V), and 5KDII (1,5%C-12%C"
-1%Mo-0.4%V) is the main component. In addition, if the plastic to be molded is corrosive, such as vinyl chloride, Jl5G4, a precipitation hardening type with good corrosion resistance, may be used.
303 (0.05%C-4%Ni-17%Cr-4%
Cu-0,30%Nb) is used.

[発明が解決しようとする課題] ところで、金型業界は、その納入先が競争の激しい電器
、電子、及び自動車産業を主体としており、低コスト化
、高精度化、及び短納期であることが要求されているた
め、金型加工の自動化が進められている。この自動化の
要求に伴い、金型の加工方法として放電加工の採用が増
加し、所謂バイトでの切削加工は少なくなりつつある。
[Problem to be solved by the invention] By the way, the mold industry mainly supplies products to the electrical appliance, electronics, and automobile industries, which are highly competitive, and requires lower costs, higher precision, and shorter delivery times. Due to demand, automation of mold processing is progressing. With this demand for automation, electric discharge machining is increasingly being adopted as a method for machining molds, and cutting with a so-called cutting tool is becoming less common.

ワイヤ放電加工により金型を加工する場合には、急熱・
急冷により熱応力が発生するので、被加工物の金型に焼
入れ焼戻しに伴う内部ひずみが残存していると、この内
部ひずみとワイヤ放電加工による熱応力とが重畳して金
型材に著しいひずみが生じ、寸法変化又は割れ等の原因
となってしまい、また、放電加工による切断により内部
ひずみが順次解放され、同様に寸法変化等が生じてしま
う。
When machining molds using wire electrical discharge machining, rapid heating and
Rapid cooling generates thermal stress, so if internal strain from quenching and tempering remains in the mold of the workpiece, this internal strain and the thermal stress from wire electrical discharge machining will overlap, causing significant strain in the mold material. This causes dimensional changes or cracks, and internal strains are sequentially released by cutting by electrical discharge machining, which also causes dimensional changes.

更に、放電加工により加熱された部材はその熱影響で材
質が変化しやすい。特に、加工後に熱処理をしないブリ
ハードン系の場合にこの傾向が著しいが、熱処理タイプ
の場合にも熱処理後に更にワイヤ放電加工により精密加
工が行われることが多いことから、同様の問題点が生じ
る。
Furthermore, the material of a member heated by electrical discharge machining is likely to change due to the influence of the heat. This tendency is particularly noticeable in the case of the Brihardon type, which does not undergo heat treatment after machining, but similar problems occur in the case of the heat treatment type as well, since precision machining is often performed by wire electric discharge machining after heat treatment.

従って、プラスチック成形用の金型材においては、s、
pb等の元素を添加した快削性の金型材よりも、内部ひ
ずみが小さく、放電加工の際に高温にさらされても材質
変化が小さいものが要求されるようになってきている。
Therefore, in mold materials for plastic molding, s,
Compared to free-cutting mold materials containing elements such as PB, mold materials with lower internal strain and less change in material quality even when exposed to high temperatures during electrical discharge machining are increasingly required.

ところが、金型材の変態温度が低い場合には、放電加工
の際に材料の変態点温度以上に加熱されることにより、
部分的にオーステナイト相が生成し1、これが焼入れの
際に急冷されてマルテンサイト組織になることから、変
態に伴う内部応力が生じ、これが内部ひずみの原因とな
る。また、焼戻し温度が低い金型材の場合には、焼戻し
によってその内部ひずみを有効に解放することが困難で
あり、しかも焼戻し温度以上に加熱された部分は硬度が
低下してしまう。
However, if the transformation temperature of the mold material is low, it will be heated above the transformation temperature of the material during electrical discharge machining.
An austenitic phase is partially formed (1), which is rapidly cooled during quenching to become a martensitic structure, resulting in internal stress accompanying the transformation, which causes internal strain. Furthermore, in the case of a mold material whose tempering temperature is low, it is difficult to effectively release its internal strain by tempering, and moreover, the hardness of the portion heated above the tempering temperature decreases.

従って、この種の金型材は、高変態温度を有し、高温焼
戻しが可能なことが要求される。
Therefore, this type of mold material is required to have a high transformation temperature and be capable of high temperature tempering.

また、プラスチック成形用金型に用いられる工具鋼は、
−船釣に焼入れを空冷で行なうことが要求される。油焼
入れではこのような複雑形状のものを焼入れる場合に、
油の温度及び冷却速度の管理等が繁雑であり、焼入れ材
の硬度を確保することが困難であると共に不均一な組織
になりやすく、また、水焼入れでは焼きが不均一に入り
、焼き割れが生じやすいからである。特に、熱処理タイ
プの金型材については、前述のようにプラスチック成形
用の金型は彫りが深くかつ形状が複雑なものが多いため
、空冷焼入れが必須である。
In addition, the tool steel used for plastic molding molds is
- Air cooling is required for quenching in boat fishing. In oil quenching, when quenching something with such a complex shape,
The management of oil temperature and cooling rate is complicated, making it difficult to ensure the hardness of the quenched material and easily resulting in an uneven structure.In addition, water quenching results in uneven quenching and quench cracking. This is because it is easy to occur. In particular, for heat-treated mold materials, air-cooling quenching is essential because, as mentioned above, many molds for plastic molding have deep carvings and complex shapes.

しかしながら、前述した従来の材料は上述のプラスチッ
ク成形用金型に要求される特性を十分に満足していると
は言えない。
However, it cannot be said that the above-mentioned conventional materials fully satisfy the characteristics required for the above-mentioned plastic molds.

すなわち、ブリハードン系として使用されている5 4
5 C%及びSCM440は一般に焼入れ性が小さいた
め、板厚が大きい場合には、空冷焼入れで所定の硬度(
28〜40HRc)を確保することが困難である。また
、SCM440は、場合によっては焼入れのままで使用
されるような材料であり、焼戻し温度の上限か500℃
であって、高温焼戻しに適さない。
In other words, 5 4 is used as a Burihadon type.
5C% and SCM440 generally have low hardenability, so if the plate thickness is large, air-cooling hardening can be used to achieve the specified hardness (
28-40HRc) is difficult to secure. In addition, SCM440 is a material that is used as-quenched in some cases, and the upper limit of the tempering temperature is 500℃.
Therefore, it is not suitable for high temperature tempering.

0.15%C−3%Ni−1%Cu−1%Al−1%S
系の鋼種は、850〜900℃に加熱後空冷焼入し、そ
の後500℃で時効処理を施して硬度を確保するもので
あるが、成分としてNiが多いためA(1点(すなわち
変態点)が約650℃と低いという欠点がある。
0.15%C-3%Ni-1%Cu-1%Al-1%S
This type of steel is heated to 850 to 900°C, then air-cooled and quenched, and then aged at 500°C to ensure hardness. The disadvantage is that the temperature is as low as about 650°C.

熱処理用のS ICD 61及び5KDIIについては
、ある程度の特性を保持しているが、生産性向上の観点
から更に特性が優れたものが要求されている。
Although SICD 61 and 5KDII for heat treatment maintain certain properties, there is a demand for products with even better properties from the viewpoint of improving productivity.

析出硬化タイプの鋼についても、耐食性以外の特性が十
分とはいえない。
Precipitation hardening type steel also does not have sufficient properties other than corrosion resistance.

また、ブリハードンタイプ、熱処理タイプ、及び耐食性
のもの全てに都合のよい材料は未だ開発されていない。
In addition, materials suitable for all of the hardened type, heat treated type, and corrosion resistant type have not yet been developed.

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって
、変態点温度が高く、高温焼戻しが可能で、空冷焼入れ
が可能で、耐食性が優れたプラスチック成形用工具鋼を
提供することを目的とする。
The present invention was made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a tool steel for plastic molding that has a high transformation point temperature, can be tempered at high temperatures, can be hardened by air cooling, and has excellent corrosion resistance. do.

[課題を解決するための手段及び作用]この発明に係る
プラスチック成形用工具鋼は、重量%で、炭素が0.2
5乃至0.50%、珪素が0.005乃至0,5%、マ
ンガンが0.1乃至2.0%、クロムが8.0乃至10
.0%、モリブデンが0.05乃至2.0%、酸可溶ア
ルミニウムが0.005乃至0.050%、全窒素が0
.002乃至0.035%であり、0.01乃至0.5
0%のV、0.005乃至0.25%のNb、及び0.
01乃至0.25%のWのうち少なくとも2種を含み、
残部が鉄及び不可避不純物からなることを特徴とする。
[Means and effects for solving the problem] The plastic molding tool steel according to the present invention has a carbon content of 0.2% by weight.
5 to 0.50%, silicon 0.005 to 0.5%, manganese 0.1 to 2.0%, chromium 8.0 to 10
.. 0%, molybdenum 0.05 to 2.0%, acid soluble aluminum 0.005 to 0.050%, total nitrogen 0
.. 002 to 0.035%, and 0.01 to 0.5
0% V, 0.005-0.25% Nb, and 0.005-0.25% Nb.
01 to 0.25% of at least two types of W,
It is characterized in that the remainder consists of iron and unavoidable impurities.

以下、この発明について詳細に説明する。This invention will be explained in detail below.

前述したように、プラスチック成形用金型に用いられる
工具鋼に特に要求される特性は、■変態点温度が高いこ
と、■高温焼き戻しが可能なこと、■空冷焼入れが可能
なこと、■耐食性が優れていることの4つである。
As mentioned above, the properties particularly required for tool steel used in plastic molds are: ■ high transformation point temperature, ■ ability to be tempered at high temperatures, ■ ability to be air-cooled and quenched, and ■ corrosion resistance. There are four things that are excellent.

先ず、変態点温度すなわちA(1点については、鋼に添
加される成分との関係において以下に示す式が広く知ら
れている。
First, regarding the transformation point temperature, that is, A (1 point), the following equation is widely known in relation to the components added to steel.

Ac+ (”C)−723+22S 1−14Mn−1
4,4Ni+23.3Cr この式から明らかなように、変態点温度を上昇させるた
めには、Si又はC「を多量に添加することが有効であ
る。これらの元素中Crは、ここで要求されている耐食
性をも向上させる元素であり、Crの添加量を増加させ
て変態温度を高めることが現実的である。Crを多量に
含有させて変態点温度を上昇させたものとして、例えば
、5US420J2 (Cが0.26〜0.40%、C
「が12.0〜14.0%)がある。従って、本願発明
についても基本的にCr含有量を多くしている。しかし
、Crff1が多過ぎると、圧延加熱温度においてα+
γ相となり、α相が熱間加工性を劣化させると共に、室
温においてδフェライトとなって硬度低下の原因となる
ので、Cr量の上限を10%としている。
Ac+ (”C)-723+22S 1-14Mn-1
4,4Ni+23.3Cr As is clear from this formula, it is effective to add a large amount of Si or C to raise the transformation point temperature. It is an element that also improves corrosion resistance, and it is realistic to increase the amount of Cr added to raise the transformation temperature.For example, 5US420J2 ( C 0.26-0.40%, C
Therefore, in the present invention, the Cr content is basically increased. However, if Crff1 is too large, α+
The upper limit of the Cr content is set at 10% because the α phase deteriorates hot workability and becomes δ ferrite at room temperature, causing a decrease in hardness.

一方、前述したようにプラスチック成形用金型の加工方
法がバイトによる切削加工からワイヤカット放電加工等
へと移行しつつあり、金型材が加工中に熱履歴を受ける
。この熱履歴による不都合を解消するために、高温焼戻
しを行なって、安定な炭化物を析出させると共に内部ひ
ずみを少なくすることが必要である。
On the other hand, as mentioned above, the processing method for plastic molding molds is shifting from cutting using a cutting tool to wire-cut electrical discharge machining, etc., and the mold material is subjected to thermal history during processing. In order to eliminate the disadvantages caused by this thermal history, it is necessary to perform high-temperature tempering to precipitate stable carbides and reduce internal strain.

しかし、上述の5US420J2等の高Cr鋼は確かに
変態温度が高いが、高温焼戻しを行なった場合に、凝集
・粗大化したCr系のM23C6型の炭化物が析出する
ため、所望の硬度を確保することが困難であるという問
題点を有している。そして、従来はこの種の鋼として高
温焼戻しが可能なものを得ることができなかった。
However, although high Cr steels such as the above-mentioned 5US420J2 do have a high transformation temperature, when high-temperature tempering is performed, aggregated and coarsened Cr-based M23C6 type carbides precipitate, making it difficult to secure the desired hardness. The problem is that it is difficult to Conventionally, it has not been possible to obtain this type of steel that can be tempered at high temperatures.

その理由は、プラスチック成形用金型材として工具鋼と
いう枠内でしか考えていなかったためである。すなわち
、従来の工具鋼は、焼入れ時の未固溶炭化物、又は低温
焼戻しにより析出する二次硬化炭化物によって耐摩耗性
を維持することを意図したものであり、共析鋼又は過共
析鋼の範囲の高Cn4であるが、このような高C鋼にお
いてワイヤ放電加工温度である600〜700℃程度の
高温焼戻しを行なえば、前述のような炭化物の凝集・粗
大化が生じ硬度低下は免れないのである。
The reason for this was that they had only considered tool steel as a mold material for plastic molding. In other words, conventional tool steels are intended to maintain wear resistance through undissolved carbides during quenching or secondary hardening carbides precipitated during low-temperature tempering; However, if such high C steel is tempered at a high temperature of about 600 to 700°C, which is the wire electric discharge machining temperature, carbides will aggregate and coarsen as described above, resulting in a decrease in hardness. It is.

従来の工具鋼においては、150〜300℃という低温
焼戻しが一般的であり、このような低温焼戻しでは、マ
ルテンサイトが十分に焼戻されないことにより、必要な
硬度を維持しているのであって、極めて不安定な状態で
ある。このような工具鋼は、その硬化機構からして、焼
戻し温度以上に加熱された場合に必要な硬度を維持する
ことができないことは明らかである。また、この種の工
具鋼は、加工時に温度が上がらないことを前提として開
発されたものであるが、使用時に摩擦等により温度があ
がることも考えられ、使用中の硬度低下による寿命低下
の要因ともなる。
In conventional tool steel, low-temperature tempering of 150 to 300°C is common, and in such low-temperature tempering, martensite is not sufficiently tempered to maintain the necessary hardness. The situation is extremely unstable. It is clear that such tool steels, due to their hardening mechanism, cannot maintain the required hardness when heated above the tempering temperature. In addition, although this type of tool steel was developed on the premise that the temperature would not rise during machining, it is thought that the temperature may rise due to friction etc. during use, which is a factor in shortening the service life due to a decrease in hardness during use. It also becomes.

本願発明者は、従来の工具鋼における未固溶炭化物又は
二次硬化炭化物で鋼を硬化させるという考え方ではなく
、Cmをより低減した領域において高温焼き戻しによっ
ても安定した炭化物を維持するためにはとうすべきかと
いう観点から鋭意研究を進めた。つまり、高温焼戻しを
行なうことにより、焼入れ時に生じたひずみが十分に解
放されるという利点を有するが、マルテンサイトの硬さ
の低下は免れない。しかし、高温焼戻しにより安定な炭
化物を析出させることができれば、その析出硬化により
、必要な硬度を確保することができる。
The inventor of the present application does not believe in the conventional idea of hardening the steel with undissolved carbides or secondary hardening carbides in tool steel, but rather in order to maintain stable carbides even by high temperature tempering in a region where Cm is further reduced. We carried out intensive research from the perspective of what should be done. In other words, high-temperature tempering has the advantage of sufficiently releasing the strain generated during quenching, but the hardness of martensite inevitably decreases. However, if stable carbides can be precipitated by high-temperature tempering, the required hardness can be ensured by precipitation hardening.

このような観点から、鋼を軟化させずに高温焼戻しする
ことを可能にするためには、第1に、焼入れ加熱温度に
おいて未固溶炭化物を極力なくすることが必要であり、
工業的に可能な焼入れ温度である1200℃前後におい
て十分に炭化物が固溶することができるように、Cm及
び炭化物生成元素の量を設定する必要がある。第2に、
高温焼戻しによってCr系炭化物が凝集・粗大化しない
ように、V、Nb、W等のCとの結合力がCrよりもは
るかに強い元素を添加する必要がある。
From this point of view, in order to enable high-temperature tempering without softening the steel, it is first necessary to eliminate undissolved carbides as much as possible at the quenching heating temperature,
It is necessary to set the amounts of Cm and carbide-forming elements so that carbides can be sufficiently dissolved in solid solution at around 1200° C., which is an industrially possible quenching temperature. Second,
In order to prevent Cr-based carbides from agglomerating and becoming coarse due to high-temperature tempering, it is necessary to add elements such as V, Nb, and W, which have a much stronger bonding force with C than Cr.

冷間工具鋼の高温焼戻しに関しては、伊藤らの論文(伊
藤、須藤、常陸、松田= 「高C・高Cr系冷間工具鋼
の高温焼戻し硬さに及ぼすC及びCr量の影響」、電気
製鋼第55巻第4号248〜256ページ)が知られて
いる。
Regarding high-temperature tempering of cold-work tool steels, see the paper by Ito et al. 55, No. 4, pages 248-256).

この論文において示されている鋼は、第1表に示すよう
な組成を有している。
The steel presented in this article has a composition as shown in Table 1.

この第1表に示すように、ここに示されている鋼はCl
aが0.6〜1.43%と本願発明よりも高く、また、
安定な炭化物を生成するための元素がVのみである。こ
のようにCmが多いので、前述したように高温焼戻しに
より炭化物の凝集・粗大化が生じやすく、しかも炭化物
安定化元素がVのみであるので安定な炭化物の生成量が
少ないと考えられる。この論文においては、本願発明に
おいて意図するような600〜700℃という高温の焼
き戻しは行なっていないが、ここで示されている鋼を6
00〜700℃程度の高温焼戻しをすることにより、■
より添加量が圧倒的に多いCrとCとが主に結合するの
で、V系の炭化物が少なく、軟化抵抗が低下すると推測
される。事実、第3図に示すように、伊藤らの論文に示
されている鋼は、いずれも焼戻し温度が520℃で硬さ
のピークを生じており、560℃では急激に硬度が低下
している。従って、焼戻し温度か600℃。
As shown in this Table 1, the steel shown here is Cl
a is 0.6 to 1.43%, which is higher than that of the present invention, and
V is the only element for producing stable carbides. Since there is a large amount of Cm in this way, as mentioned above, high-temperature tempering tends to cause carbide agglomeration and coarsening, and since V is the only carbide stabilizing element, it is thought that the amount of stable carbide produced is small. In this paper, the steel shown here was not tempered at a high temperature of 600 to 700°C as intended in the present invention.
By tempering at a high temperature of about 00 to 700℃, ■
Since Cr and C, which are added in an overwhelmingly large amount, are mainly combined, it is presumed that V-based carbides are small and the softening resistance is reduced. In fact, as shown in Figure 3, all of the steels shown in Ito et al.'s paper reach a peak in hardness at a tempering temperature of 520°C, and the hardness drops sharply at 560°C. . Therefore, the tempering temperature is 600℃.

700°Cと上昇した際には硬度低下が著しいことは明
白である。
It is clear that the hardness decreases significantly when the temperature rises to 700°C.

この発明においては、C量をこの論文の示されている範
囲よりも少なくし、また、炭化物安定化元素としてV、
Nb、Wのうち2種以上を適当量添加するので、600
〜700℃という高温焼戻しにおいて、凝集・粗大化し
た炭化物の生成を抑制することができ、しかも安定な炭
化物の生成量を多くすることができる。従って、高温焼
戻しによっても必要な硬度を維持することができる。
In this invention, the amount of C is lower than the range shown in this paper, and V as a carbide stabilizing element.
Since appropriate amounts of two or more of Nb and W are added, 600
In high-temperature tempering of up to 700°C, the formation of agglomerated and coarse carbides can be suppressed, and moreover, the amount of stable carbides produced can be increased. Therefore, the required hardness can be maintained even by high-temperature tempering.

第3に要求される「空冷焼入れが可能なこと」を達成す
るためには、焼入れ性が良好であることが必須である。
In order to achieve the third requirement of "capability of air-cooling hardening", it is essential that the hardenability is good.

このため、C,Mn、Moの含有量の下限を焼入れ性を
低下させない観点から決定した。
Therefore, the lower limits of the contents of C, Mn, and Mo were determined from the viewpoint of not reducing the hardenability.

次に、組成の限定理由について説明する。Next, the reasons for limiting the composition will be explained.

C量は0.25〜0.50重量%である。Cf1が0.
25%より少ないと必要な焼入れ性を確保することがで
きなくなり、0.50%よりも多いと不必要な未固溶炭
化物が増加する。未固溶炭化物が増加すると、靭性が低
下すると共に、高温焼戻しにより炭化物の凝集・粗大化
が生じる。また、Cfaが多い場合には、炭化物を固溶
させるために、焼入れ加熱温度を著しく上昇させなけれ
ばならない。
The amount of C is 0.25 to 0.50% by weight. Cf1 is 0.
If it is less than 25%, it will not be possible to ensure the necessary hardenability, and if it is more than 0.50%, unnecessary undissolved carbides will increase. As undissolved carbides increase, toughness decreases, and high temperature tempering causes agglomeration and coarsening of carbides. Moreover, when there is a large amount of Cfa, the quenching heating temperature must be significantly increased in order to dissolve carbides into solid solution.

SiQは0.005〜O,D5ffi’量%である。The amount of SiQ is 0.005 to O, D5ffi' amount %.

Si量が0.005%よりも少ないと脱酸が不十分とな
り、0.05%よりも多いと必要以上に焼入れ性が増加
して靭性が低下してしまう。
If the amount of Si is less than 0.005%, deoxidation will be insufficient, and if it is more than 0.05%, the hardenability will increase more than necessary and the toughness will decrease.

M n Qは0,1〜2,0重量%である。下限を0.
1%としたのは焼入れ性を確保するためである。また、
2.0%より多くなると、必要以上に硬度が上昇して靭
性が低下してしまい、また、焼入れ時の残留オーステナ
イトが増加してしまう。
M n Q is 0.1 to 2.0% by weight. Set the lower limit to 0.
The reason for setting it to 1% is to ensure hardenability. Also,
If it exceeds 2.0%, the hardness will increase more than necessary and the toughness will decrease, and retained austenite during quenching will increase.

Crは、前述したようにこの発明の重要なポイントであ
り、その量は8.0〜10.0重量%である。8.0%
よりも少ない場合には、変態温度か低過ぎ、また耐食性
が不十分となる。また、10.0%より多い場合には、
前述したようにCr系炭化物の凝集・粗大化を招きやす
くなり、α十γの二相凝固が生じやすくなる。
As mentioned above, Cr is an important point of this invention, and its amount is 8.0 to 10.0% by weight. 8.0%
If the amount is less, the transformation temperature will be too low and the corrosion resistance will be insufficient. In addition, if it is more than 10.0%,
As described above, Cr-based carbides tend to aggregate and coarsen, and two-phase solidification of α and γ tends to occur.

Mo量は0.05〜2.0重量26である。下限の0.
05%は、焼入れ性を確保するためと、MO系炭化物を
確保するために必要な量であり、上限の2.0%は、こ
れを超えても硬度上昇が飽和することと、経済性とを考
慮して決定した。
The amount of Mo is 0.05 to 2.0 weight26. The lower limit is 0.
05% is the amount necessary to ensure hardenability and MO-based carbide, and the upper limit of 2.0% is the amount that is necessary because the increase in hardness is saturated even if it exceeds this, and it is not economical. The decision was made taking into consideration.

AI及びNは、AINを形成して焼入れ時のオーステナ
イト粗大化を抑制するために必要な元素である。すなわ
ち、焼入れ加熱時に炭化物を完全固溶させるためには、
焼入れ温度を高める必要があるが、そうするとオーステ
ナイト粒が粗大化してマトリックスの靭性劣化を招くた
め、これを防止するためにAINを形成するAI及びN
が必要となる。
AI and N are elements necessary to form AIN and suppress coarsening of austenite during hardening. In other words, in order to completely dissolve carbides during quenching and heating,
It is necessary to raise the quenching temperature, but this causes the austenite grains to become coarser and deteriorate the toughness of the matrix.To prevent this, AI and N, which form AIN, are
Is required.

iW可溶A I ノaハo、 005〜0. 05ff
lffi%である。この量が0.005%より少なけれ
ば必要量のAINを確保することができず、0.05%
より多ければAI系の介在物が増加してしまう。
iW soluble A I noahao, 005~0. 05ff
lffi%. If this amount is less than 0.005%, the necessary amount of AIN cannot be secured, and 0.05%
If the amount is larger, AI-based inclusions will increase.

全窒素量は0.002〜0.035重量%である。この
量が0.002%より少なければ必要量のAINを確保
することができず、0.035%より多ければAINが
粗大化してしまいピーニング効果が消失する。
The total amount of nitrogen is 0.002-0.035% by weight. If this amount is less than 0.002%, the required amount of AIN cannot be secured, and if it is more than 0.035%, the AIN becomes coarse and the peening effect disappears.

V、Nb、Wは、前述したように、炭化物形成元素とし
てこの発明において重要な役割を果たすものである。こ
の発明においては、0.01〜0.50重量%のV、0
.005〜0.25重二%のNb、0.01〜0.25
重二%のWのうち2種以上を含んでいることが必須であ
る。焼戻し段階では、先ずM23C6型のCr系炭化物
が形成されるが、上述の範囲でV、Nb、Wのうち少な
くとも2種が含まれていると、これらの炭化物が生成す
ることによりCr系炭化物の生成が抑制され、結果的に
炭化物の凝集・粗大化を防止する。
As mentioned above, V, Nb, and W play an important role in this invention as carbide-forming elements. In this invention, 0.01 to 0.50% by weight of V, 0
.. 005-0.25 2% Nb, 0.01-0.25
It is essential to contain two or more types of W in the proportion of 2%. In the tempering stage, M23C6 type Cr-based carbides are first formed, but if at least two of V, Nb, and W are contained within the above-mentioned range, the formation of these carbides will lead to the formation of Cr-based carbides. Generation is suppressed, and as a result, agglomeration and coarsening of carbides are prevented.

上述したこれら元素の下限より含有量が少ない場合には
必要な量の炭化物を確保することができず、上限を超え
ると炭化物を完全固溶させるための焼入れ加熱温度が著
しく上昇してしまう。
If the content of these elements is less than the lower limit mentioned above, the required amount of carbide cannot be secured, and if the upper limit is exceeded, the quenching heating temperature for completely dissolving the carbide will rise significantly.

以上説明したように成分を調整することにより、前述し
たように、変態温度が高く、高温焼戻しが可能で、空冷
焼入れが可能であり、耐食性に優れたプラスチック成形
用工具鋼を得ることができる。
By adjusting the components as described above, it is possible to obtain a plastic molding tool steel that has a high transformation temperature, can be tempered at high temperatures, can be air-cooled and quenched, and has excellent corrosion resistance.

[実施例] 以下、この発明の実施例について具体的に説明する。[Example] Examples of the present invention will be described in detail below.

第2表に検討したサンプルの組成及び厚みを示す。Table 2 shows the composition and thickness of the samples studied.

第2表中サンプル1〜9はこの発明の組成範囲内である
実施例であり、サンプル10〜12はこの発明の組成範
囲から外れる比較例である。なお、比較のため、従来材
である5KD61及びS K Dllの組成についても
示す。
Samples 1 to 9 in Table 2 are examples within the composition range of the present invention, and samples 10 to 12 are comparative examples outside the composition range of the present invention. For comparison, the compositions of conventional materials 5KD61 and S K Dll are also shown.

第1図は、横軸に焼戻しパラメータをとり、縦軸に硬度
(HRc )をとって、これらの間の関係を示す図であ
る。図中白丸は第2表における実施例を示し、四角は5
KD61を示す。また、黒丸、黒三角及びXは、夫々比
較例であるサンプル10゜11.12を示す。なお、図
中に焼戻しパラメータにおける焼戻し保持時間及び焼戻
し温度を示した。また、焼戻しパラメータPは、温度を
T1焼戻し保持時間をtとすると、P−T・ (log
t+20)XIO−3で示される。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between tempering parameters on the horizontal axis and hardness (HRc) on the vertical axis. In the figure, the white circles indicate the examples in Table 2, and the squares indicate the examples in Table 2.
KD61 is shown. In addition, black circles, black triangles, and X indicate samples 10°11.12, which are comparative examples, respectively. In addition, the tempering holding time and tempering temperature in the tempering parameters are shown in the figure. In addition, the tempering parameter P is defined as P−T・(log
t+20) XIO-3.

この図に示すように、この発明の実施例の場合には、焼
戻し温度が高くても、図中破線で示す範囲のブリハード
ン鋼として適した硬度を得ることができることが確認さ
れた。例えば、この図に示すようにブリハードン鋼とし
てHRC−40を確保したい場合には焼戻し保持時間2
時間で焼戻し温度が600〜650℃、Hnc=31を
確保したい場合には焼戻し温度が700℃と、焼戻し温
度を極めて高くすることができる。これに対し、比較例
及び従来材は、焼戻し温度が600〜700℃と高くな
ると、極端に硬度が低下している。
As shown in this figure, it was confirmed that in the case of the example of the present invention, even if the tempering temperature was high, it was possible to obtain a hardness suitable for a Brihardened steel in the range shown by the broken line in the figure. For example, as shown in this figure, if you want to secure HRC-40 as a Brihardened steel, the tempering retention time is 2.
If it is desired to ensure that the tempering temperature is 600 to 650° C. and Hnc = 31, the tempering temperature can be made extremely high, such as 700° C. On the other hand, in the comparative example and the conventional material, when the tempering temperature is as high as 600 to 700°C, the hardness is extremely reduced.

第2図は、実施例のサンプル4における焼入れ加熱温度
と硬度(HRC)との関係を示す図である。この図に示
すように、焼入れ加熱温度が1200℃で十分な硬度特
性を得ることができることから、圧延のま゛まの状態か
ら焼入れでも硬度特性上十分であり、上述の第1図をも
とにブリハードン鋼として要求される所定の硬度にする
ための焼戻し条件を設定することができる。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between quenching heating temperature and hardness (HRC) in Sample 4 of Example. As shown in this figure, sufficient hardness characteristics can be obtained at a quenching heating temperature of 1200°C, so quenching from the as-rolled state is sufficient in terms of hardness characteristics. It is possible to set the tempering conditions to achieve the predetermined hardness required as a Brihardened steel.

耐食性については、この発明の実施例であるサンプル2
.4.5.9を耐食鋼の5US420J2と比較した。
Regarding corrosion resistance, Sample 2, which is an example of this invention,
.. 4.5.9 was compared with 5US420J2, a corrosion-resistant steel.

その結果を第3表に示す。The results are shown in Table 3.

第  3  表 第   4   表 ここで耐食性は、0.5%HCI中に4時間、及び0.
5H2SO4に1時間保持した後の腐蝕減量によって評
価した。なお、液温は25℃とした。この第3表に示す
ように、本発明の範囲内であれば13Cr系の耐食fr
AsUs420J2と同程度の耐食性を保持しているこ
とが確認された。
Table 3 Table 4 where corrosion resistance is measured in 0.5% HCI for 4 hours and in 0.5% HCI.
Evaluation was made by corrosion weight loss after holding in 5H2SO4 for 1 hour. Note that the liquid temperature was 25°C. As shown in Table 3, within the scope of the present invention, 13Cr-based corrosion resistance fr
It was confirmed that the same level of corrosion resistance as AsUs420J2 was maintained.

第4表には、この発明の範囲内であるサンプル5.9、
及び5KD61,5KDIIにおける熱処理条件と衝撃
試験値とを示す。なお、衝撃値は、長さ2mmのUノツ
チを形成した試験片でシャルピー衝撃試験を行なうこと
により求めた。
Table 4 lists samples 5.9, which are within the scope of this invention.
The heat treatment conditions and impact test values for 5KD61 and 5KDII are shown. Note that the impact value was determined by conducting a Charpy impact test using a test piece in which a U-notch with a length of 2 mm was formed.

この表から明らかなように、5KD61.11は焼戻し
温度600℃、500℃で極めて衝撃値が低いのに対し
、サンプル5,9では焼戻し温度が650℃でも高い衝
撃値を示した。これは、本発明の範囲内であれば粗大な
未固溶炭化物が存在せず、マルテンサイトが十分焼戻し
されているためである。
As is clear from this table, 5KD61.11 has extremely low impact values at tempering temperatures of 600°C and 500°C, whereas Samples 5 and 9 showed high impact values even at 650°C. This is because, within the scope of the present invention, coarse undissolved carbides do not exist and martensite is sufficiently tempered.

[発明の効果] この発明によれば、変態温度が高く、高温焼戻しにおい
ても炭化物が凝集・粗大化せず、空冷焼入れが可能であ
り、しかも耐食性が優れた項を得ることができる。従っ
て、極めて特性が優れたプラスチック成形用工具鋼を得
ることができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, it is possible to obtain a material that has a high transformation temperature, does not aggregate or coarsen carbides even during high-temperature tempering, allows air-cooling hardening, and has excellent corrosion resistance. Therefore, a plastic molding tool steel with extremely excellent properties can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は焼戻しパラメータと硬度との関係を示すグラフ
、第2図は焼入れ温度と硬度との関係を示すグラフ、第
3図は伊藤らの文献における焼戻し温度と硬度との関係
を示すグラフである。
Figure 1 is a graph showing the relationship between tempering parameters and hardness, Figure 2 is a graph showing the relationship between quenching temperature and hardness, and Figure 3 is a graph showing the relationship between tempering temperature and hardness in the literature by Ito et al. be.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 重量%で、炭素が0.25乃至0.50%、珪素が0.
005乃至0.5%、マンガンが0.1乃至2.0%、
クロムが8.0乃至10.0%、モリブデンが0.05
乃至2.0%、酸可溶アルミニウムが0.005乃至0
.050%、全窒素が0.002乃至0.035%であ
り、0.01乃至0.50%のV、0.005乃至0.
25%のNb、及び0.01乃至0.25%のWのうち
少なくとも2種を含み、残部が鉄及び不可避不純物から
なることを特徴とするプラスチック成形用工具鋼。
In weight percent, carbon is 0.25 to 0.50% and silicon is 0.25 to 0.50%.
005 to 0.5%, manganese 0.1 to 2.0%,
Chromium: 8.0 to 10.0%, Molybdenum: 0.05%
2.0% to 2.0%, acid soluble aluminum 0.005 to 0
.. 050%, total nitrogen 0.002-0.035%, 0.01-0.50% V, 0.005-0.050%.
A plastic molding tool steel comprising at least two of 25% Nb and 0.01 to 0.25% W, with the remainder consisting of iron and inevitable impurities.
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