JPH03122252A - 金型用鋼および金型 - 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〕 本発明は極めて優れた被切削性を有することを特徴とし
、かつ優れた研磨仕上性および耐摩耗性を兼備し、主と
してプラスチック成形に使用される金型用鋼に関するも
のである。

〔従来の技術〕

プラスチック成形金型用鋼としては、 （１）鏡面仕上性が良く、ピンホールやその他微細ビッ
トの発生傾向が小さい。

（２）　　シボ加工性が良いこと。

（３）耐食、耐発錆性が良いこと。

（４）　　強度、耐摩耗性、靭性が良いこと。

（５）　　被切削性が良いこと。

などが要求される。

従来、プラスチック成形用金型用鋼にはＳ０Ｍ４４０な
どの中Ｃ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｆｅ系が使用されていた
が、上記要求が高まり、なかでも近年においては、製作
納期の短縮が特に重要な顧客要求として強く提起されて
いる。この要求に応えて加工工数を低減する目的から、
例えば特公昭５２−１３７２号に提案される低Ｃ−Ｍｎ
−Ｃｒ−Ｍｏ−５−Ｆｅ系や、これに焼入性を補うため
にＮｉを添加した特公昭５６−２１０６３号の鋼などが
、さらにＳ無添加でＣｕを含有させて被切削性を改良し
た特開昭６０−４１７００号や特開昭６０−２０４８６
９号などに開示される鋼が一般に使用されている。また
最近では、Ｎｉを添加して焼入性を向上させると同時に
Ｓ無添加でＣｕを含有させて、焼入性に優れ、かつ被切
削性を改善した特願平１−１１６６６７号が提案されて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前述の低Ｃ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｍｏ−５−Ｆｅ系、
あるいは低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−３−Ｆｅ系の
プラスチック成形用鋼で、たとえば最大長さが２ｍ程度
の大形の金型を製造した場合、硫化物等の偏析により研
磨仕上性、耐摩耗性および靭性などが劣化するため、十
分な型寿命が得られない問題があった。

また、Ｓ無添加の特公昭６０−４１７００号に開示され
る低Ｃ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系では焼入焼もどしに
おける軟化抵抗が小さく、５５０℃前後において窒化処
理した場合などには硬さの低下が見られ、特開昭６０−
２０４８６９号に示される低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍ
。

（１／２Ｗ）−Ｃｕ−Ｆｅ系はＣが低いため、十分な析
出強化が得られず、必ずしも満足できるものではなかっ
た。なお、前述の特願平１−１１６６６７号の綱では被
切削性の点でまだ十分でなく、さらに被切削性に優れた
鋼を望む要求が高まってきた。

本発明は、上記プラスチック成形金型用鋼の諸要求を大
形の金型を製造した場合においても満し、かツＣｒ、　
Ｍｏ（１／２Ｗ）、Ｃｕ、Ｎｉ−Ａｌおよび必要に応じ
て■による十分な析出強化により、極めて優れた強度と
被切削性を有する金型用鋼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〕

本発明鋼のうち、第１の発明は、重量％で、Ｃ０．１０
−０，３０％、Ｓｉ　１．００％以下、Ｍｎ　２．００
％以下、Ｎｉ　４．００％以下、Ｃｒ　１．００％を越
え４．００％以下、ＭＯとＷは単独または複合でＭｏ＋
１７２Ｗ　１．００％以下、Ｃｕ　０．５０〜３．００
％、Ａｌ　０．５０−２．００％、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金型用鋼である。

第２の発明は、Ｆｅの一部を１．００％以下の■で置換
する第１の発明、第３の発明はＦｅの一部を３．００％
以下のＧｏで置換する第１ないし第２の発明である。い
ずれの場合もＣのより望ましい範囲はＣ０．１３〜０．
２５％である。さらに第４の発明は、上記鋼からなり、
かつ大形の金型であることを特徴とする金型である。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

本発明鋼は、低Ｃ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ（Ｗ）−Ｃ
ｕ−ＡＩ−Ｆｅ合金系を基本成分とし、Ｆｅの一部を必
要に応じて■、ＣＯを単独または複合で置換する合金で
ある。これらの合金は焼入により均一な上部ベイナイト
組織を生成し、さらに５５０℃以上の高温焼もどしでＨ
ＲＣ３４前後の硬さに調整することにより、Ｎｉ−Ａｌ
金属間化合物、Ｆ　ｅ−Ｃｕ固溶体およびＣｒ　、　Ｍ
　ｏ　（Ｗ　）、■炭化物を析出させ、さらにこれらを
凝集させることにより、高い強度を付与するとともに、
適度に脆化を起こさせ、基地自体に極めて良好な被切削
性を付与する。したがって、通常、鋼に快削性を付与す
る手段として添加されるＳがなくても、極めて優れた被
切削性を得ることが可能なため、本発明鋼はＳを添加し
ない点が特徴である。またＳを無添加にすることにより
、硫化物が偏析するために発生する研磨仕上性、耐摩耗
性および靭性の劣化等の諸問題は回避され、Ｃｒ、Ｍｏ
、Ｗ、ＣｕあるいはさらにＮｉの含有とあいまって優れ
た耐食性、耐発錆性が得られる。

このように基地自体に良好な被削性を付与して、Ｓを無
添加とする点において特公昭５６−２１０６３号や特公
昭５２−１３７２号と著しい差異がある。

本発明におけるＭＯとＷは単独または複合で添加し、Ｍ
ｏ量と１７２Ｗ量は等価の添加効果がある。

本発明においてＭＯやＷは、焼入焼もどし時の軟化抵抗
を高め、さらに金型表面のＦｅ−Ｃｒ酸化皮膜、または
Ｃｒ酸化皮膜中に固溶して皮膜を強化して金型の耐食性
を向上させるので重要な元素である。

本発明鋼は、ＨＲＣ３４前後の硬さのブリハードン状態
（一般に焼入後５５０’Ｃ以上の焼もどし）で供給され
、そのまま型彫加工の後、研磨仕上を施して使用される
ものである。

したがって、型彫加工後の熱処理を要せず、良好な被切
削性、優れた研磨仕上性をもたらし、また大形の金型に
おいても、へたり、摩耗の懸念を要せず、長寿命を与え
ることを可能にする新しい金型用鋼である。

本発明鋼は、Ｓなどの快削元素を含有していないので、
金型の大形化にともなう著しい偏析発生を心配する必要
がない。したがって本発明鋼は、特にサイズの大きい金
型、例えば金型の一辺の最大長さが２０００　Ｍ程度の
金型に適用すると有効である。

〔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被切削性の良好な上部ベイナ
イト組織に保ち、かつ焼もどしにおけるＣ　ｒ　、　Ｍ
　ｏ　（Ｗ　）、■炭化物の析出による強化をもたらす
ために必要な基本的添加元素である。多すぎると、基地
をマルテンサイト組織化して被切削性を減じ、かつ過度
の炭化物を形成して被切削性を低下させるので０．３０
％以下とし、低すぎるとフェライトの析出をまねくので
０．１０％以上とする。望ましくは、Ｃ０．１３〜０．
２５％である。

Ｍｎは本発明鋼のベイナイト焼入性を高め、またフェラ
イトの生成を抑制し、適度の焼入、焼もどし硬さを与え
るために添加される。多すぎるとベイナイト組織を過度
に微細化させ、また基地の粘さを上げて被切削性を低下
させるので２．００％以下とする。

Ｓｉは金型使用時の雰囲気に対する耐食性を高めるため
に添加される。多すぎるとフェライトの生成をまねくの
で１．００％以下とする。

ＮｉはＡ１とともに金属間化合物を形成し基地の延性を
適度に減じ、良好な被切削性を本発明鋼に付与する。さ
らにＮｉは本発明鋼のベイナイト焼入性を高め、またフ
ェライトの生成を抑制するために添加される。多すぎる
とベイナイト組織を過度に微細化させ、基地の粘さを上
げて被切削性を低下させるので４．００％以下とした。

Ｃｒは本発明鋼の耐食性を高め、また研磨加工時あるい
は金型保管時の発錆を抑制するとともに、窒化時の窒化
層の硬さを高めるために、また焼もどし処理において微
細炭化物を析出、凝集させ、本発明鋼の強度を形成する
ために添加される。多すぎるとベイナイト組織を微細化
させ、基地の粘さを上げて被切削性を低下させ、また低
すぎると上記添加の効果が得られないのでその範囲を１
．００％を越え４．００％以下とした。

前述のように、金型の強度を向上させるためにはＣｒを
多口に添加すれば良いが、Ｃｒ量が多くなるほど被切削
性を低下させるので、Ｃｒ添加には限度がある。また、
金型に窒化処理をして使用することを考えると、５５０
℃以上の焼もどし軟化抵抗性を保証する必要があり、こ
の点においてもＣｒ添加のみでは不十分であり、さらに
ＭｏやＷの添加が必要である。

そこで本発明におけるＭＯｌＷの作用効果は焼もどし処
理において微細炭化物を析出、凝集させ、本発明鋼の強
度を向上させ、焼入焼もどしにおける軟化抵抗を大きく
させるために、単独または複合で添加される。さらにＭ
ｏやＷの一部は、金型表面の酸化皮膜中に一部固溶して
、金型を使用中に、例えばプラスチックから発生する腐
食性ガスに対しての耐食性を向上するという作用もある
。

本用途の場合、多量の添加は必要なく、多すぎると被切
削性の低下をまねくので、Ｍｏ＋ｌ／２Ｗで１．００％
以下とした。

■は焼もどし軟化抵抗を高めるとともに、硬質の炭化物
を微細に形成して耐摩耗性を向上させる効果がある。多
すぎると被切削性の低下をまねくので１．００％以下と
した。

Ｃｕは本発明鋼の焼もどし処理において、Ｆｅ−Ｃｕ固
溶体を析出、凝集させ、上部ベイナイト組織とあいまっ
て本発明鋼に優れた被切削性を付与するために、また優
れた耐食性をもたらすために添加される。多すぎると熱
間加工性を低下させ、またベイナイト組織を微細化させ
、かえって被切削性を低下させるので３，００％以下と
し、低すぎると上記添加の効果が得られないので０．５
０％以上とする。

Ａｌは、ＮｉとともにＮｉ−Ａｌの金属間化合物を形成
し、析出凝集することにより、本発明鋼の基地の延性を
適度に減じて、良好な被切削性を付与するうえで極めて
重要な元素である。２．００％を越えるとフェライトの
生成をまねき熱間加工性が低下するので、また少なすぎ
ると効果がないので０．５０〜２．００％とする。

Ｃｏは、優れた耐食性を付与する働きがあり、特にＳを
含有するプラスチック樹脂を成形するときに発生する腐
食性ガスに対して効果がある。また、Ｃｒ、　Ｍｏ（Ｗ
）、■、Ｃｕ、Ｎｉ−Ａｌによる析出強化をより強力に
し、優れた被切削性を付与するために添加される。多量
の添加は必要なく、逆に靭性を劣化させるので３．００
％以下とした。

本発明鋼は、従来被切削性を改善する目的で添加されて
いたＳが硫化物等の偏析によって生じる研磨仕上性、耐
摩耗性、靭性などの劣化から回避することができ、さら
に焼もどし軟化抵抗や耐食性が大きい、ので、上述の組
成とベイナイト焼入処理との組み合わせにより、例えば
最長部が’２０００ｍｍにも及ぶ大形のプラスチック成
形用金型においても、被切削性が良好で、かつ使用上の
要求特性も十分満足することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づき説明する。

第１表に本発明鋼の実施例と従来鋼の化学組成を示す。

従来＠０、Ｐはそれぞれ前述の特公昭５２−１３７２号
および特公昭６０−４１７００号相当鋼のプラスチック
金型用鋼である。従来鋼Ｙは５０Ｍ４４０である。

第１表に本発明鋼をＨＲＣ３４を目標に熱処理し、エン
ドミルにより切削したときの被切削性指数を、従来＃ｌ
Ｑの５０Ｍ４４０を基準（１００）として示す。

第２表に本発明鋼および従来鋼の耐発錆性、研磨仕上性
を表わす表面粗さおよび耐摩耗性の比較を示す。

第２表 第３表 耐発錆性は、主に塩素イオンに対する耐食性を評価する
もので、塩水雰囲気中における耐発錆試験の結果である
。試料の２５ｍｍＸ２５ｍｍの面をエメリー紙研磨の後
、パフ鏡面仕上し、これらを塩水噴霧試験機中に２時間
暴露した場合の発錆個数を従来＃１０の発錆個数を１０
０として指数で示したものである。

表面粗さは金型の研磨仕上性を評価するもので、＃８０
００ダイヤモンドコンパウンド仕上後の最大面粗さ比（
従来鋼Ｏを１００とする）を示した。

耐摩耗性は、砕中回転摩耗試験の摩耗減量比（従来鋼Ｏ
を１００とする）を示した。摩耗試験は３闘Ｘ１５ＭＸ
７０Ｍの試験片を１２８Ｏｒｐｍで細粒（９，２メツシ
ユ以下）な砕中で１時間回転させた。

本発明鋼は従来＠０と比較して、耐発錆性、表面粗さに
示される研磨仕上性、および耐摩耗性が優れている。こ
れは、従来鋼Ｏには硫化物系の非金属介在物が多く含ま
れているためであり、この硫化物が腐食孔の発生の原因
となっている。また硫化物は基地に比べて非常に軟らか
く、研磨時にはそこからビットが発生しやすくなり、こ
のことは耐摩耗性についても同様であり摩耗の進行を促
進する箇所となる。

第３表に、本発明鋼Ａ、Ｄと従来鋼０について、断面寸
法５０ｍｍＸ１５０ｍｍの鍛伸材を用いて、ＨＲＣ３４
を目標に焼入焼もどし後、試験片を鍛伸方向に対し平行
（Ｌ）および直角（Ｔ）方向に採取して引張試験および
シャルピー衝撃試験（２ｍｍＵノツチ）を行なった結果
を示す。本発明鋼Ａ、Ｄは従来鋼０と比較して試験片の
方向による靭性のバラ付きは少なく、従来鋼○は鍛伸方
向と直角方向で靭性の差異が大きい。

これは本発明１１１１Ａ、　Ｄに比較して従来鋼０は硫
化物系の非金属介在物が多く含まれ、鍛伸方向に繊維状
に分布するために鍛伸方向の靭性に比べて垂直方向の靭
性が著しく低下することがわかる。

硫化物の偏析度合は、金型が大形になるほど大きくなる
傾向があり、Ｓ添加の鋼の場合には靭性の方向性はさら
に拡大することが予想されるので、Ｓ添加を必要としな
い本発明鋼の靭性向上の効果は大型の金型で特に発揮さ
れる。

第４表には本発明Ａ、Ｄと、従来＃ＲＰについて、５７
０℃でガス窒化処理を行ない、窒化処理の前後の硬さ変
化を測定した結果を示す。本発明鋼はいずれもＣｒ以外
に、Ｍｏ、Ｗ、さらには■が添加されており、焼もどし
軟化抵抗が大きいので、窒化処理後の硬さ低下がなく、
従来鋼より大きく改善されていることがわかる。

第４表 〔発明の効果〕 以上に詳述するように、本発明鋼は基地組織および析出
生成物の適切な組合せ、そして熱処理においてＨＲＣ３
４程度に硬さを調整することにより、Ｓなどの快削元素
を添加しなくても極めて優れた被切削性を保持するとと
もに、優れた耐発錆性、耐摩耗性、研磨仕上性を有して
いる。また、大形の金型の場合に問題になる偏析も、Ｓ
無添加のために著しく軽減される。

本発明鋼は焼もどし軟化抵抗が大きいので、金型に窒化
処理をしても硬さの低下がなく、十分な強度と耐摩耗性
を有するので、また特に大形のプラスチック金型などに
効果を発揮することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　重量％で、Ｃ０．１０〜０．３０％、Ｓｉ１．００
   ％以下、Ｍｎ２．００％以下、Ｎｉ４．００％以下、Ｃ
   ｒ１．００％を越え４．００％以下、ＭｏとＷは単独ま
   たは複合でＭｏ＋１／２Ｗ１．００％以下、Ｃｕ０．５
   ０〜３．００％、Ａｌ０．５０〜２．００％、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金型用
   鋼。 ２　Ｆｅの一部を１．００％以下のＶで置換する請求項
   １に記載の金型用鋼。 ３　Ｆｅの一部を３．００％以下のＣｏで置換する請求
   項１ないし２のいずれかに記載の金型用鋼。 ４　Ｃが０．１３〜０．２５％である請求項１ないし３
   のいずれかに記載の金型用鋼。 ５　請求項１ないし４のいずれかに記載の鋼からなり、
   かつ大形の金型であることを特徴とする金型。