JPH03277747A

JPH03277747A - 高耐食高耐摩耗性工具部品用材料

Info

Publication number: JPH03277747A
Application number: JP7775490A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ito; 裕司伊藤; Toshio Okuno; 奥野　利夫
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1990-03-27
Publication date: 1991-12-09

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、ＩＣモールド用金型、エンジニアリングプラ
スチック成形用金型、およびプラスチック成形用部品材
料などの高耐食かつ高耐摩耗性が要求される用途の工具
部品用の材料に関するものである。

〔従来の技術〕

従来ＩＣモールド用金型など高度の耐食性および耐摩耗
性が要求される用途の工具にはＣｒメツキなどの表面処
理が施され、あるいは特開昭６３−１６９３５８号や特
開昭６２−２９４１４９号に記載された粉末冶金法を用
いた高Ｃ高Ｃｒ系の材料が表面処理をしないで使用され
ている。

また、充填材入りエンジニアリングプラスチックの成形
には、５ＫＤＩＩなど高Ｃ１２Ｃｒ系の冷間工具鋼や高
速度工具鋼、あるいは特開昭６４−７５６５３号に記載
の高Ｃ高Ｃｒ系の材料が使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した従来鋼は、工具および部品用材料として有用な
ものではあるが、以下に述べるような問題点を有してい
る。

■Ｃｒメツキなどの表面処理を施した工具の場合、Ｃｒ
メツキ層は高度の耐食性と耐摩耗性を合せ持つが、メツ
キ層のミクロクラック部から浸食されたり、樹脂中に含
有されるＳｉ０８粒子などの硬質粒子により、メツキ層
が摩耗、滅失して安定した寿命が期待できない場合があ
る。また、型製作工数低減の意味からもメツキ無しで使
用が可能な材料が求められている。

■５ＫＤＩＩに代表される高Ｃｌ２Ｃｒ系の冷間工具鋼
や高速度工具鋼の場合、まず、上記の１２Ｃｒ系の冷間工具鋼や高速度工具鋼で
は、エンジニアリングプラスチックの成形中に発生する
腐食性のガスに耐え得る基地の耐食性が不足し、また充
填材として樹脂中に含有される硬質物質やガラス繊維（
Ｓｉｎ、）による摩耗作用により腐食摩耗を起し、十分
な使用寿命が得られない場合がある。

■特開昭６２−２９４１４９号、特開昭６３−１６９３
５８号および特開昭６４−７５６５３号に開示されてい
る合金の場合、これらの合金は、高Ｃ高Ｃｒ系の粉末冶
金法を用いたものであり、前述した腐食摩耗作用に対し
ては強く、すぐれた寿命を示している。しかし、近年の
高温成形用のエンジニアリングプラスチックやその他の
プラスチックは、樹脂中の充填材の量が特に多いもので
あり、またＩＣモールド樹脂中に含まれるＳｉｎ、粒子
の量もパッケージ内に発生する応力除去といった意味か
らも充填材の量が増大してきている。このため、上記合
金では耐摩耗性が不足するといった場合も生じている６
本発明は、以上の状況に対し、従来鋼よりもすぐれた耐
摩耗性を有し、かつ特開昭６２−２９４１４９号、特開
昭６３−１６９３５８号および特開昭６４−７５６５３
号に記載の合金と同等以上の耐食性を有し、メツキ無し
で使用しても、すぐれた耐腐食摩耗性を示す工具部品材
料の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本願発明者は、上記目的を達成するべく特開昭６３−１
６９３５８号の合金をベースに種々の検討を行なった。

耐摩耗性を向上させるためには、摩耗作用を抑制する効
果の大きい材料中の炭化物を増大させる必要があるが、
これにはＣ含有量を増加させることにより達成される。

この場合、ＣとＣｒの配合比を１５．５Ｃ＋Ｃｒ≧６０
とすることにより、上記合金よりさらに炭化物量が増大
し、焼入焼もどし後の炭化物の面積率が４０％以上とな
り、より耐摩耗性が向上することがわかった。

また、本発明の工具部品材料はＷ、Ｍｏ、Ｖを適宜添加
することにより、これらが特殊炭化物を形成し、さらに
耐摩耗性が向上する。特にＶＣの硬さは、ＨＶ２３００
でＣｒ系のＭ、　Ｃ，（Ｉ（Ｖ１４５０）より高硬度で
あり、耐摩耗性を向上する効果が大きい。

次に耐食性であるが、これは基地中に固溶しているＣｒ
量によって大きく影響されるが、材料中のＣｒは基地に
固溶すると共に上記Ｃｒ糸の炭化物を形成する。本願発
明者は種々検討の結果、上記合金と同等あるいはそれ以
上の耐食性を付与するためには、ＣとＣｒの配合比をＣ
ｒ／Ｃ≧６．０に調整する必要があることを見出した。

さらに、材料中にＭｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏを適宜添
加せしめると、耐食性が無添加の場合と比較して、より
一層向上するという結果を得ている。

また本願発明者は、従来鋼５ＫＤＩＩの溶製材は、巨大
なＭ、　Ｃ，型の炭化物の周辺から腐食孔が拡大すると
いう腐食の初期現象を観察しており、この意味から粉末
冶金法を用いて、炭化物を均一微細に分布させることが
耐食性の向上に大きな効果を有していることも知見した
。

本発明は１以上の知見に基づきなされたものであり、第
１発明は重量％で、Ｃ２，００〜３．５０％、Ｓｉ２．
００％以下、Ｍｎ　２．００％以下、Ｃｒ　１７．００
−３０．００％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からな
り、１５．５０十Ｃｒ≧６０、Ｃｒ／Ｃ≧６．０および
焼入れ焼もどし後の炭化物面積率が４０％以上で、かつ
粉末冶金法により製造することを特徴とする高耐食高耐
摩耗性工具部品用材料であり、第２発明は上記第１発明
にＷとＭＯの１種または２種を１７２Ｗ＋Ｍｏで０．５
０〜５．００％添加し、第３発明は上記第２発明にＶ　
０．５０〜１０．００％添加せしめ、第４発明は上記第
１発明にＶ　０．５０〜１０．００％を添加し、第５発
明は上記第１発明ないし第４発明のいずれかにＮｉ　２
．００％以下、Ｇｏ　０．５０−８．００％、およびＣ
ｕ　０．５０−４，００％の１種または２種以上を含有
せしめ、粉末冶金法により製造することを特徴とする高
耐食高耐摩耗性工具部品用材料である。

本発明の工具部品用材料は、前述のごとくＣおよびＣｒ
量を増加し、かつＣ量とＣｒ量のバランスを規定するこ
とにより、従来鋼５ＫＤＩＩよりも炭化物量を２０％以
上増加させることができ、用途によりＣｒ系の炭化物に
加えて、さらに高硬度のＶ糸の炭化物を混在させて樹脂
に添加されているガラス繊維（Ｓｉｎ、）などの摩耗作
用に対して、優れた耐摩耗性を有するものである。

また、本発明の工具部品用材料（以下本発明材料と称す
）は、前述したようにＣｒとＣの配合比を調整し、また
Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｏの添加により、従来鋼と同
等以上の耐食性も併せ持つので、これらのことから高耐
食、高耐摩耗工具あるいは部品材料として用いた場合、
長期間の使用に耐え得る特性を有するものである。

〔作用〕次に本発明材料の成分限定理由を詳細に説明する。

Ｃは、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ等と結合し、高硬度の硬質炭
化物を形成して、本発明材料の特徴であるすぐれた耐摩
耗性を付与する。　しかし、２．００％未満では上記効
果を十分に発揮できず、従来鋼と比較した場合の明らか
な優位性が得られない。また、３．５０％を越えると熱
間加工性が低下するのでＣは２、００〜３．５０％とす
る。

Ｓｉは、基質を強化し、また耐酸化性を高めるために添
加するが、２．００％を越えると機械的性質が劣化する
ので２．００％以下とする。

Ｍｎは、オーステナイト生成元素であるが、焼入性改善
元素としても添加される。２．００％を越えるとＡ１寞
悪意を過度に低下させ、焼なまし硬さを高くするので２
．００％以下とする。

ＣｒはＣと結合して硬質の炭化物（ｃｒ、ｃ、）を形成
し耐摩耗性を向上させ、かつ基地中にも固溶して耐食性
も向上させる極めて重要な元素である。

３０．００％を越えると熱間加工性が低下し、また靭性
、被切削性を低下させるので上限を３０．００％とし、
低すぎると上記添加の効果が得られないので１７．００
％以上とする。

ＷおよびＭｏは、Ｃと結合して特殊な炭化物を形成し、
焼入焼もどしにおける硬さの上昇に効果があり、さらに
焼入性を高める効果もある。また、基地中にも一部固溶
して耐食性を向上させる効果がある。多量の添加は必要
なく、ｌ／２Ｗ＋Ｍｏが５．００％を越えると熱間加工
性が劣化するので５．００％以下とし、低すぎると上記
添加の効果が得られないので０．５０％以上とする。

■は、Ｃと結合してＭＣ型の極めて硬質の炭化物を形成
し、本発明材料の耐摩耗性を著しく向上させる重要な元
素である。しかし、Ｃ量および他の炭化物形成元素との
バランスから、１０．００％を越えると焼入性が低下し
、焼入焼もどし硬さが低下するので１０．００％以下と
し、また０、５０％未満では上記添加の効果が得られな
いので０．５０％以上とする。

Ｇｏは基地中に固溶して耐食性を向上させ、また耐熱性
を向上させる。多量の添加は必要なく、多すぎると靭性
の低下をまねくので８．００％以下とし、少なすぎると
添加の効果が得られないので、０．５０％以上とする。

Ｎｉは、Ｃｒとともに基地中に固溶して耐食性を向上さ
せる元素である。２．００％を越えると焼なまし硬さが
低下せず、そのために被切削性の低下をまねくので２．
００％以下とする。

Ｃｕは、−数的な錆の発生を防ぎ耐食性を向上させる効
果を有する元素である。多すぎると熱間加工性を低下さ
せるので４．００％以下とし、低すぎると上記添加の効
果が得られないので０．５０％以上とする。

〔実施例〕

次に実施例と図面に基づいて、本発明の詳細な説明する
。第１表に本発明材料および特開昭６２−２９４１４９
号に記載の比較鋼Ｓ、特開昭６３−１６９３５８号の比
較鋼Ｔ、特開昭６４−７５６５３号に記載される比較鋼
Ｕの化学組成を示す。また、同時に耐食性に関与するＯ
ｒ／Ｃの数値、Ｃｒ系炭化物の量を表す１５．５Ｃ＋Ｃ
ｒの数値および炭化物面積率の数値を併示する。

第２表に本発明材料および比較鋼Ｓ、Ｔ、ＵをＨＲＣ６
０を目標に焼入焼もどしした試料を第１図に示す要領で
スラリー摩耗試験を行なった結果とそのときの硬さを示
す。本実験の結果から、比較鋼および従来鋼よりも炭化
物量の多い本発明材料は優れた耐摩耗性を示しているこ
とが明瞭であり、またＶ量を増大させることにより、耐
摩耗性向上の効果は一段と増していることがわかる。

また、第２表に本発明材料の耐食性について１０％Ｈ，
ＳＯ４，１０％ＨＣ１，１０％ＨＮ０．の各種酸液中に
おいて４０℃、１０時間保持したのち、重量減を測定し
、これを比較鋼Ｕのそれを１００としてそれぞれ腐食減
量比として示した。

第２表本発明材料は、比較鋼Ｔ、Ｕおよび従来鋼■に比較して
耐食性が良好であり、これは本発明材料は、Ｃｒ／Ｃの
値が高いことによるものである。また本発明材料は、適
宜Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕを添加することにより、
耐Ｈ，Ｓ　０．性や耐ＨＣＩ腐食性が向上する。本願発
明者は、この耐食性向上の作用に対して、下記の説明を
考えている。

すなわち、ＷおよびＭｏは、炭化物を形成するが、これ
らがＣと結合した分、基地中に溶は込むＣｒ量、つまり
耐食性に対する有効Ｃｒ量が増大することにより、耐食
性が向上し、またＷおよびＭｏの一部は基地中に溶は込
みＣｒとともに、不動態被膜を形成し、それを強化する
働きがあるからである。

ＮｉおよびＧｏの場合も基地中に溶は込み、Ｈ，ＳＯ４
やＨＣＩの水溶液で生じる還元作用から、不動態被膜を
守るａきをする。Ｃｕは、それ自身は耐食性が優れてい
るが、本発明材料の場合、耐Ｈ，Ｓ○、の耐食性に対し
ては悪影響を及ぼすものである。これは、ＣｕとＨ，Ｓ
　Ｏ４との親和力が強く、そこから不動態被膜が破壊さ
れ腐食して行くものと推測される。したがって、Ｃｕは
上記の点を勘案して添加量を決定する。

比較鋼Ｓは、耐ＨＮ０．の耐食性は良好であるが、上述
したようにＭｏ量が低く、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ。

Ｃｕ等が無添加であり、耐Ｈ，Ｓ○４の耐食性および耐
ＨＣ］の耐食性が本発明材料と比較して劣っている。よ
って本発明材料は、比較鋼Ｓ、Ｔ、Ｕに比べ、プラスチ
ック成形時に発生する腐食ガスが水蒸気と反応して、Ｈ
よＳｏ、、ＨＣＩ、ＨＮ○。

等となった場合、工具や部品が腐食されにくいものであ
る。

Ｃｒ／Ｃ値が高い値を示すことは、基地中のＣｒ量が増
大していることを意味し、本発明材料はＣｒ／Ｃ≧６．
０（比較鋼Ｕの場合、Ｃｒ／Ｃ＝５．７）に限定するこ
とにより、本発明材料の特徴である高耐食性を発揮する
ための基本を与えるものであり、さらに、Ｍｏ、Ｗ、Ｇ
ｏ、Ｎｉ、Ｃｕを用途により適宜添加することにより、
さらに耐食性が向上するのである。

第２図に本発明材料Ａおよび比較鋼Ｓ、Ｔ、Ｕの炭化物
面積率を併示して金属顕微鏡組織写真を示す。写真から
れかるように本発明材料Ａは、比較鋼Ｓ、Ｔ、Ｕに比較
して明らかに炭化物量が多く、比較鋼Ｓ、Ｔ、Ｕよりも
耐摩耗性が優れている一因と判断される。炭化物面積率
は、前述したＣｒとＣのバランス１５．５Ｃ＋Ｃｒと密
接な関係にあり、この数値が高いほど炭化物量すなわち
炭化物面積率が高くなるという比例関係がある。

そして、本発明材料のＣとＣｒのバランスを１５．５０
　十〇ｒ≧６０とすることにより、炭化物の面積率を４
０％以上として、比較鋼Ｓ、Ｔ、Ｕおよび従来鋼Ｖより
も多く炭化物を基地中に存在させ、より優れた耐摩耗性
を付与できたのである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明材料は優れた耐摩耗性と耐
食性を併せ持った合金鋼であり、ガラス繊維（Ｓｉｎり
を多量に含む樹脂や近年増加している硬質粒子を多量に
添加した強化型のエンジニアリングプラスチック、およ
び成形時に硫酸系、塩酸系の腐食作用を与えるプラスチ
ック成形用の部品や、工具に用いた場合、摩耗、腐食お
よび腐食摩耗作用に耐え、長寿命が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、耐スラリー摩耗性の評価方法を示す概念図、
第２図は本発明材料Ａ、および比較ＳＳ。Ｔ、　Ｕの焼入焼もどし後の炭化物面積率を併示する金
属顕微鏡組織写真である。第図ヌラク摩４Ｌお４剣槍艷島４図

Claims

【特許請求の範囲】１　重量％で、Ｃ２．００〜３．５０％、Ｓｉ２．００
％以下、Ｍｎ２．００％以下、Ｃｒ１７．００〜３０．
００％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、１５
．５Ｃ＋Ｃｒ≧６０、Ｃｒ／Ｃ≧６．０および焼入れ焼
もどし後の炭化物面積率が４０％以上で、かつ粉末冶金
法により製造することを特徴とする高耐食高耐摩耗性工
具部品用材料。２　重量％で、Ｃ２．００〜３．５０％、Ｓｉ２．００
％以下、Ｍｎ２．００％以下、Ｃｒ１７．００〜３０．
００％、ＷとＭｏの１種または２種を１／２Ｗ＋Ｍｏで
０．５０〜５．００％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物
からなり、１５．５Ｃ＋Ｃｒ≧６０、Ｃｒ／Ｃ≧６．０
、および焼入れ焼もどし後の炭化物面積率が４０％以上
で、かつ粉末冶金法により製造することを特徴とする高
耐食高耐摩耗性工具部品用材料。３　重量％で、Ｃ２．００〜３．５０％、Ｓｉ２．００
％以下、Ｍｎ２．００％以下、Ｃｒ１７．００〜３０．
００％、ＷとＭｏの１種または２種を１／２Ｗ＋Ｍｏで
０．５０〜１０．００％、Ｖ０．５０〜１０．００％、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、１５．５Ｃ＋
Ｃｒ≧６０、Ｃｒ／Ｃ≧６．０、および焼入れ焼もどし
後の炭化物面積率が４０％以上で、かつ粉末冶金法によ
り製造することを特徴とする高耐食高耐摩耗性工具部品
用材料。４　重量％で、Ｃ２．００〜３．５０％、Ｓｉ２．００
％以下、Ｍｎ２．００％以下、Ｃｒ１７．００〜３０．
００％、Ｖ０．５０〜１０．００％、残部Ｆｅおよび不
可避的不純物からなり、１５．５Ｃ＋Ｃｒ≧６０、Ｃｒ
／Ｃ≧６．０、および焼入れ焼もどし後の炭化物面積率
が４０％以上で、かつ粉末冶金法により製造することを
特徴とする高耐食高耐摩耗性工具部品用材料。５　Ｆｅの一部をＮｉ２．００％以下、Ｃｏ０．５０〜
８．００％、およびＣｕ０．５０〜４．００％の１種ま
たは２種以上で置換する請求項１ないし４のいずれかに
記載の高耐食高耐摩耗性工具部品用材料。