JPH03115523A - 直接焼入型プレハードン鋼の製造方法 - 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、プラスチック射出成形金型を製作するための
鏡面加工性、被削性およびン容接性に優れる直接焼入型
プレハードン鋼の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 光学レンズやテレビジョンのフロントカバーなどの透明
なプラスチック製品では、その表面が極めて平滑である
ことが不可欠であり、その成形に用いられる金型用鋼に
は高度な鏡面澄き肌が要求される。

しかし、一般の金型に用いられるプレハートン鋼には、
製鋼時の脱酸生成物である八１□０３や快削性を付与す
るＭｎＳなどの非金属介在物が多量に含有されており、
それらが研磨時に脱落したり、掘起こされたりしてピン
ホールが発生する。

また、母材の硬さが、ロックウェル硬さ１（ＲＣ３５よ
り低いものでは、非金属介在物の周囲の母材が研磨時に
削り取られて非金属介在物が脱落しやすくなり、ピンホ
ールの発生が助長される。

一方、高価な金型の有効利用を図るため、設計変更など
の理由で金型を溶接補修する場合が増えており、金型用
鋼にも優れた溶接性が不可欠となりつつある。

かかる問題点を解決するために、非金属介在物の低減を
図ったプラスチック金型用鋼（特開昭６３１６２８３７
号）等がある。

また、母材の硬さをロックウェル硬さＨＲＣ４０以上に
高めた被削性の優れた鏡面加工性の良いプラスチック成
形プレハードン金型用鋼（特開昭６３−１１１３１５８
号）も提案されている。

さらに、本発明者らは、直接焼入れによる焼入れ１生向
」二効果と析出硬化の活用により、）８接性の改善を図
ったプレハードン鋼（特公昭６４−７１２６号）を提案
している。

（発明が解決しようとする課ａ） しかしながら、前述の特開昭６３−１６２８３７号に提
案されているプラスチック金型用網は、原料を真空溶解
した後、さらに、エレクトロスラグメルティング法、エ
レクトロビームメルティング法等で再溶解する特殊溶解
法で溶製されるため、その製造費用は高くなる。

また、特開昭６３−１８３１５８号に提案されている母
材の硬さをロックウェル硬さＨＲＣ４０以上に高めた被
削性の優れた鏡面加工性の良いプラスチック成形プレハ
ードン金型用鋼は、多量のＮｉ５Ａｌ、　Ｃｕを含有し
た析出硬化型のため製造費用が高く、また、ロックウェ
ル硬さがＨＲＣ４３以上と非常に高いため、ＨＲＣ３０
級のプレハードン鋼と比較して被削性が悪く、金型への
加工費用も高いという問題がある。

さらに、特公昭６４−７１２６号に提案されているプレ
ハードン鋼は、特殊な溶解法や再加熱焼入れ法によるも
のよりも、製造費用が安価になるだけでなく、被削性と
溶接性が極めて良好になるが、Ｓ、Ｚｒなどの快削成分
を含有しているため、高度な鏡面加工性が要求される透
明なプラス７−　ンク用としては適していない。

（課題を解決するだめの手段） 本発明は、従来のプレハードン鋼における上記の問題点
に鑑み、本発明者らが、鏡面加工性、被削性および溶接
性を同時に改滲するため鋭意研究した結果、Ｓを０．０
０３％以下、ＡＩを０．００４％以下、０を０．００４
０％以下に調整することによって、特殊な溶解法を採用
せずに、非金属介在物の生成を抑制して鏡面加工性を高
めるとともに、Ｃを０．２５％以下にして溶接性を改善
し、さらに、母材の硬さをロックウェル硬さＨＲＣ３０
程度まで下げることによって、被削性をも同時に改善し
うるという知見を得て完成されたもので、その第１発明
は、Ｃｏ０．１０〜０．２５％、Ｓｉ：０．０５〜０．
８０％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ：０．０２０
％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ｃｒ：０．５０〜２．
５０％、Ｍｏ：０．０５〜１．００％、Ｖ：０．０１〜
０．１０％、ＡＩ：０．００４％以下、Ｎ：０．００３
０％以下、０：０．００４０％以下を含み、残部Ｆｅお
よび不可避的不純物からなる鋼片を、１１５０〜！３５
０”Ｃの温度範囲に加熱し、熱間圧延した後、＾ｒ２点
以上の温度から直接焼入れし、その後、５００〜７２０
℃の温度範囲で焼戻し、かつ、ロックウェル硬さＨＲＣ
２５〜３２を有する直接焼入型プレハードン鋼の製造方
法である。

第２発明は、Ｃ：０．１０〜０．２５％、Ｓｉ：Ｑ、Ｑ
５〜０．８０％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ：０
．０２０％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ｃｒ：０．５
０〜２．５０％、Ｍｏ：０．０５〜１．００％、Ｖ：０
．０１〜ｏ、ｉｏ％、Ａｌ：Ｑ、００４％以下、Ｎ：０
．００３Ｑ％以下、Ｏ：０．００４０％以下を含み、さ
らに、Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｎｉ：０．０５〜
２．００％の内゛がら選んだ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鋼片を、１１５０
〜１３５０℃の温度範囲に加熱し、熱間圧延した後、Ａ
ｒｓ点以上の温度から直接焼入れし、その後、５００〜
７２０℃の温度範囲で焼戻し、かつ、ロックウェル硬さ
Ｉ（ＲＣ２５〜３２を有する直接焼入型プレハードン鋼
の製造方法である（作用） 以下、本発明の作用について詳述していくことにする。

まずは、個々の化学成分の限定理由について説明する。

Ｃは、焼入れ性を向上させる効果が大きく、かつ、安価
な元素であって、本発明においてロックウェル硬さ１Ｉ
Ｒｃ２５以上の硬さを確保するためには、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、焼入れ時に焼き割れが生し易くなるとともに溶
接性が劣化し、被削性も低下するので、添加■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、脱酸およ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。しかし、２．００％を超
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、鋼内部に局部的な硬さ上昇を引起
して、被削性を劣化させるので、上限を０．０２０％と
する。

Ｓは、鋼中に不純物として含有されるが、鏡面加工性お
よび靭性をｔ員なうため、極力低減することが望ましい
。従って、本発明においては、Ｓの上限を０．００３％
とする。

Ｃｒは、厚肉材の内部まで焼入れするために必要不可欠
の元素として、０．５０％以上を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、靭性を劣化させ、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％を添
加量の上限とする。

Ｍｏは、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗を高めるために
、０．０５％以上を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。

■は、焼戻し軟化抵抗を向上させ、また、細粒化による
靭性向上効果を有する。かかる効果を有効に発現させる
ためには、少なくとも０．０１％の添加が必要である。

しかし、過多に添加しても、その効果が飽和し、５！造
費用を高くするので、添加量の上限を０．１０％とする
。

Ａ１は、通常、脱酸元素として添加されるが、本発明に
おいては、鋼中に残存するＡｈ（ｈが鏡面加工性を低下
さＩるので、添加■の上限を０．００４％とする。

Ｎは、Ａ１やＶなどと窒化物を形成し、結晶粒を微細化
する効果はあるが、これらの窒化物が鏡面加工性を低下
させるため、その上限は０．００３０％とする。

０は、酸化物系介在物を形成し、地肌の発生および被削
性、鏡面加工性等の低下を招くので、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。

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、添加量の上限を
０．２０％とする。

Ｎｉは、焼入れ性および靭性をとも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
で添加する。

つぎに、製造条件の限定理由について説明する鋼片の加
熱温度は、ＣやＰなどの偏析を拡散によって軽減するた
めには、高温であるほどよいが、１３５０’Ｃを超える
ときは、鋼片の表面にスケールが多量に発生し、表面疵
の原因となる。一方、１１５０゛Ｃよりも低いときは、
上記元素の偏析拡散の効果が乏しい、したがって、鋼片
の加熱温度は１１５０〜１３５０℃の温度範囲とする。

熱間圧延後の焼入れは、初析フェライトの析出を防止し
、靭性の良好なマルテンサイトと下部へイナイトを得る
ために、Ａｒｓ点以上の温度から直接焼入れする。

焼戻し温度は、残留応力除去の観点から高い方がよいが
、７２０“Ｃを超えるときは、軟化が著しくなり、プレ
ハードン鋼として必要なロックウェル硬さＨＲＣ２５以
上の硬さを（）ることができない。

一方、５００℃よりも低いときは、残留応力の除去が不
十分であるため、型彫り時に反りや曲がりが生じる。し
たがって、焼戻し温度は５００〜７２０　”Ｃの温度範
囲とする。

鋼の硬さの限定理由について説明する。鋼の硬さは、金
型用鋼に要求される重要な品質特性の一つであり、ロッ
クウェル硬さＨｒｌＣ２５未満の場合は、強度が低く耐
摩耗性が劣り、プレハードン鋼として使用できない、一
方、鋼の硬さがロックウェル硬さＨＲＣ３２を超える場
合には、本発明のように切削性を向上させる元素を含有
していないものでは、被削性が極端に低下り一るため、
金型加工において実用上問題とならない被削性を確保す
る点から、鋼の硬さの上限をロックウェル硬さ１ＩＲＣ
３２とする。

（実施例） 本発明の構成は上記の通りであるが以下に実施例につい
て説明する。

供試鋼板は、第１表に示す化学成分からなる鋼片を、第
２表に示す製造条件にしたがって、板厚５０ｍｍに仕上
げたものである。

これらの鋼板から試験片を採取し、鏡面加工性、被削性
、溶接性について調査した。その結果を第２表に併記す
る。

鏡面加工性については、鋼板表面に垂直な断面で板厚の
中心部に相当する面を、ベーパにてａｌ、２００まで研
磨し、さらに、ダイヤモンド・コンパウンドを用いて１
１１２０００まで研磨し、その後、目視にて１ｌ１１倍
面を観察し、鏡面加工性の評価を行った。

被削性については、ドリル穴あけ試験における貫通した
穴の個数で評価した。ドリル穴あけ試験は、工具には標
卓ストレートドリル（材質Ｓ　Ｋ　Ｈ５１、直径１０ｍ
ｏ＋）を用い、切削油を用いず、切削長さ１５ｍｍ貫通
、切削速度１５ｍｍ／ｍｉｎ、回転数９５５ｒｐｍ、送
り０．０９ｍｍ／ｒｅｖの条件で実施した。

溶接性については、最高硬さ試験における最高硬さで評
価した。最高硬さ試験は、ＪＩＳ　Ｚ　３１０１熔接熱
影響部の最高かたさ試験に準じて行った。

第１表に化学成分とＡｒａ点を、第２表に製造条件、ロ
ックウェル硬さ、鏡面加工性、被削性および溶接性をそ
れぞれ示す。

（以下余白） 第２表から明らかなように、本発明法Ｎ０１１〜５は、
何れもロックウェル硬さＨＲＣ２Ｓ〜３２の範囲にあり
、鏡面加工性、被削性、溶接性とも良好な特性を示して
いる。

これに対して、比較法Ｎｏ、６は、再加熱焼入れのため
、同じ化学組成である本発明法Ｎｏ、２よりもロックウ
ェル硬さが低く、また、比較法Ｎｏ、　７は、ＡＩおよ
びＯが高いため、鋼中の非金属介在物が多く、何れも鏡
面加工性が劣っている。

比較法Ｎｏ、８は、Ｓを添加しているため、被削性は橿
めて良好であるが、硫化物系の非金属介在物が多く、鏡
面加工性が劣っている。

比較法Ｎｏ、９は、Ｃが高く、しかもロックウェル硬さ
が高いため、鏡面加工性は良゛好であるが、被削性が悪
く、溶接部の最高硬さも高いため、溶接割れ感受性も高
い。

以上の実施例の結果からも明らかなように、本発明に係
わる直接焼入型プレハードン鋼の製造方法は、鏡面加工
性、被削性および溶接性に優れたものである。

なお、上記実施例は、厚鋼板についてのものであるが、
本発明は他の鋼製品、例えば鍛鋼品にも適応し得ること
はいうまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明に係わる直接焼入型プレハ
ードン鋼の製造方法は、上記の構成であるから、特殊溶
解法の工程を経ることなく、鏡面加工性、被削性および
溶接性に優れたプレハードン鋼を効率よく製造できると
いう優れた効果を有するものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．１０〜０．２５％、Ｓｉ：０．０５〜０
   ．８０％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ：０．０２
   ０％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ｃｒ：０．５０〜２
   ．５０％、Ｍｏ：０．０５〜１．００％、Ｖ：０．０１
   〜０．１０％、Ａｌ：０．００４％以下、Ｎ：０．００
   ３０％以下、Ｏ：０．００４０％以下を含み、残部Ｆｅ
   および不可避的不純物からなる鋼片を、１１５０〜１３
   ５０℃の温度範囲に加熱し、熱間圧延した後、Ａｒ＿３
   点以上の温度から直接焼入れし、その後、５００〜７２
   ０℃の温度範囲で焼戻し、かつ、ロックウェル硬さＨＲ
   Ｃ２５〜３２を有することを特徴とする直接焼入型プレ
   ハードン鋼の製造方法。
2. （２）Ｃ：０．１０〜０．２５％、Ｓｉ：０．０５〜０
   ．８０％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ：０．０２
   ０％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ｃｒ：０．５０〜２
   ．５０％、Ｍｏ：０．０５〜１．００％、Ｖ：０．０１
   〜０．１０％、Ａｌ：０．００４％以下、Ｎ：０．００
   ３０％以下、０：０．００４０％以下を含み、さらに、
   Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｎｉ：０．０５〜２．０
   ０％の内から選んだ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鋼片を、１１５０〜１３５
   ０℃の温度範囲に加熱し、熱間圧延した後、Ａｒ＿３点
   以上の温度から直接焼入れし、その後、５００〜７２０
   ℃の温度範囲で焼戻し、かつ、ロックウェル硬さＨＲＣ
   ２５〜３２を有することを特徴とする直接焼入型プレハ
   ードン鋼の製造方法