JPH05287454A - ガラス成形用鋼 - Google Patents

ガラス成形用鋼

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JPH05287454A
JPH05287454A JP8690592A JP8690592A JPH05287454A JP H05287454 A JPH05287454 A JP H05287454A JP 8690592 A JP8690592 A JP 8690592A JP 8690592 A JP8690592 A JP 8690592A JP H05287454 A JPH05287454 A JP H05287454A
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義行 村川
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐ヒートチェック性に優れたガラス成形金型
用鋼を提供する。 【構成】 重量%でC 0.1〜0.3%、Si 0.1〜3%、Mn
1.5%以下、Cr 8〜13%、W、Moの一種または二種を1/2
W+Moで0.5〜3%、V 0.1〜1%、Nb 0.3%以下、N 0.0
1〜0.1%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる
ことを特徴とするガラス成形用鋼、または上記添加元素
に加え、さらにNi 1.5%以下、Co 7%以下を適宜含むも
の、上記本発明鋼において、クロム当量 eqCr=−40
C+6Si−2Mn−4Ni+Cr+1.5W+4Mo+11V−Co
+5Nb−30Nが6.5〜11.0の範囲とするのがよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス成形に用いられ
る金型やロールなどのガラス成形用鋼に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】一般にガラス成形用高級金型、またはガ
ラス成形用ロール材には、現在13Crマルテンサイトス
テンレス鋼(JIS SUS420J2等)が一般的に使用されてい
る。また、前記13Crマルテンサイト系ステンレス鋼の
改良鋼として、特公昭57-5871号、特開平3-199346号等
に開示される鋼が知られている。前者の改良鋼は、炭化
物形成元素との関係において、Cを極力低くして、耐酸
化性に寄与する有効Cr量を高めたものであり、後者の
改良鋼は、Crを低めに設定して強度、熱伝導性を改善
し、またNb添加により結晶粒粗大化を防止したもので
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ガラス成形金型やロー
ルの寿命原因は、高温酸化による肌あれ、芒硝による化
学的腐食によるくもり、表面の昇温による降伏にともな
う表面の凹凸模様の生成、ヒートクラック、耐摩耗性不
足による摩耗状肌あれ等が主なものである。これらのう
ち、表面の凹凸模様、ヒートクラックや摩耗状肌あれ
は、型材やロール材の高温強度が不足して発生するが、
近年、成形温度の高いけい酸ガラスの成形量が増えるな
どを背景に、成形温度が上昇したため、より一層これら
のことがガラス成形部品の耐久性に関して、問題となっ
ている。これに対し、前記13Crマルテンサイトステン
レス鋼、特公昭57-5871号に開示された鋼は、いずれも
上記問題を解消することができず、さらにまた、前記特
開平3-199346号に開示された鋼においても十分満足され
ていない。本発明は、高温強度を向上させて前述の寿命
状態、特にヒートクラックの発生を抑制し、型寿命を向
上させたガラス成形用鋼を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来広く用い
られている13Crマルテンサイトステンレス鋼等より、
Cr量を低めに設定することにより、ロール材に高温強
度を付与し、熱伝導性を高め、またNb添加により、高
目の温度で焼入する時の結晶粒の粗大化を抑制して、靭
性を低下させることなく高温焼入を可能として、ロール
材に高温強度および軟化抵抗を付与するとともに、Nを
添加することにより、Si,W,Mo,V,Nbのδフェ
ライト成形傾向を打ち消して、これらの添加効果を有効
に発揮せしめることにより、ヒートクラック発生までの
成形数を著しく伸長させ得ることを見出したことによる
ものである。本発明は、重量%でC 0.1〜0.3%、Si 0.
1〜3%、Mn 1.5%以下、Cr 8〜13%、W、Moの一種また
は二種を1/2W+Moで0.5〜3%、V 0.1〜1%、Nb 0.3%
以下、N 0.01〜0.1%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ガラス成形用鋼、および
該鋼にさらにNi 1.5%以下とCo 7%以下を適宜添加した
鋼である。なお、これらのうち、次式によるクロム当量
eqCrを6.5〜11.0とすることが望ましい。 クロム当量eqCr=−40C+6Si−2Mn−4Ni+Cr+
1.5W+4Mo+11V−Co+5Nb−30N
【0005】
【作用】次に本発明のガラス成形用鋼の成分範囲の限定
理由について述べる。Cは、オーステナイト形成元素と
して添加され、熱処理によりマルテンサイト組織として
常温、高温の強度を高めるために必要であり、かつ炭化
物を形成し、耐摩耗性を付与し、また結晶粒の粗大化を
阻止するなどの効果のために含有せしめるものである。
多すぎると本鋼の特徴である高温強度を低下させ、耐ヒ
ートクラック性等を劣化させ、また靭性も低下させるの
で、上限を0.3%とし、低すぎると上記効果が得られない
ので0.10%を下限とする。Siは、耐酸化性を向上させ、
かつA1変態点を上げるために含有せしめるものである
が、多すぎると熱伝導率、靭性を低下させるので、上限
を 3.00%とし、低すぎると含有効果が得られないので
下限を0.10%とする。Mnは、脱酸剤として添加される
が、多すぎると耐酸化性を劣化するので1.5%以下に限定
する。
【0006】Niは、Coと同様に金型やロールの表面酸
化物の密着性を大きくし、金型やロールとガラスとの型
離れ性を良くして、ガラス成形部品の寿命の向上効果を
もたらすが、多すぎるとA1変態点を下げ、また本鋼の
特徴である高温強度を低下させるので上限を1.5%とす
る。Crは、ガラス成形用鋼の基本的な要求特性である
耐酸化性を付与するため必要な元素であり、かつA1
態点を高め、Cと結合して炭化物を形成し、耐摩耗性を
高め、また結晶粒の粗大化を阻止する作用を有するもの
である。Crは、特に優れた耐酸化性を維持するために
重要である。しかし、多すぎると高温強度を低下させ
る。これらを考慮して本発明においては、Cr量の上限
を13%とし、下限を8%とする。W、Moは、単独または複
合で添加することができ、いずれの元素も焼もどし時、
微細な炭化物を析出して高温強度を増加させる効果と、
耐酸化性を付与する効果を有する。多すぎると靭性を低
下させるのでWおよびMoの一種または二種を1/2W+M
oで3%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%以上とする。
【0007】Vは、焼もどし時、凝集しにくい微細な炭
化物を析出し、高い温度域における強度を与える。ま
た、結晶粒を微細化する効果を持つが、多すぎると靭性
を低下させるので、上限を1%とする。また、0.1%未満で
は上記効果を得られないので0.1%以上とする。Nbは、
高温強度を高めるために、非常に効果的な元素であり、
耐ヒートクラック性を向上させる。しかし、0.3%を越え
ると粗大なNb炭化物が生じ、また、マトリックスのC
濃度を下げ、かえって高温強度を低下させたり、δフェ
ライトを晶出させる欠点があるので上限は0.3%とする。
Coは、Niと同様に緻密で密着性の良い表面酸化膜を金
型表面やロール表面上に形成し、ガラスとの型離れ性を
向上して、ガラス成形部品の寿命向上効果をもたらす。
また、固溶体強化による高温強度向上効果も大きいが、
多すぎると靭性を下げ、また焼なまし硬さを上げ、機械
加工性を低下させるので7.0%以下とする。
【0008】Nは、本発明鋼を特徴付ける元素であり、
δフェライトの生成防止に効果がある点で重要である。
すなわち、本発明においてSi,W,Mo,V,Nb等の作用
を有効に利用しようとすると、これらの元素がδフェラ
イト生成傾向が強いため、δフェライトを抑える必要が
あり、そのためにはNを併用添加することが有効であ
る。そのためには0.01%未満では効果が充分でなく、ま
た、0.1%を越えると著しく靭性を低下するので0.01〜0.
1%とする。本発明のガラス金型用鋼は、実質的に焼もど
しマルテンサイト組織からなるものとすることが望まし
い。しかし、鋼塊の冷却方法によっては、成分偏析によ
り、靭性、高温強度にとって有害となるδフェライトを
生成し易いので、クロム当量を適正範囲に保持すること
によって、δフェライトの生成を制御することが望まし
い。クロム当量は、eqCr=−40C+6Si−2Mn−4Ni
+Cr+1.5W+4Mo+11V−Co+5Nb−30Nによって
求められ、δフェライト阻止のためには、クロム当量を
11以下とするのが好ましい。しかし、クロム当量をあま
り小さくすると逆に高温強度が低下するので、クロム当
量eqCrは6.5以上が望ましい。本発明の最も特徴的な
点は、主に耐酸化性を付与するSi、高温強度を付与す
るW,Mo、高温強度と共に結晶粒を微細にし耐ヒート
クラック性を向上させる効果のあるV,Nbを、ガラス
成形用鋼の特性として満足できるまで十分添加すると共
に、これらの元素のマイナス効果であるδフェライト生
成傾向をN添加により効果的に抑制して、成形温度の高
いガラス成形用鋼として初めて実用化できる鋼を提案し
たことである。
【0009】
【実施例】次に本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。表1に示す組成の鋼よりなる鋼塊を溶製し、熱間加
工により試験片を得、所望の熱処理の後、引張試験、耐
ヒートクラック性の評価を行なった。ここでA〜Iは本
発明鋼、Xは比較鋼でNb,Nを含まないもの、Yは従来
鋼である。熱処理は焼入を1030℃とし、次に硬さ HRC26
を狙いとして730〜780℃の焼もどしを施した。なお、本
表のA,BのNi 0.01%およびCのCo 0.03%は、不純物
レベル内である。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】
【0012】表2に、各試料の常温および650℃での引
張強さを示す。本発明鋼A〜Iは従来鋼Y、比較鋼Xと
比べて高温域の強度が特に優れていることがわかる。こ
れは、Nを添加してeqCrを適正に保ちつつ、Nbを添
加した効果によるものである。但し、GはeqCrが望ま
しい範囲外のため高温強度がやや低い。また表2には、
耐ヒートクラック性として、クラック個数、クラック平
均長さ(mm)、クラック長最大長さ(mm)を示した。これ
らのヒートクラックテストは、試料表面をガスバーナ
で、680℃に加熱後、30℃まで水冷するサイクルを5000
回繰り返した後にそれぞれ測定したものである。本発明
鋼A〜Iは従来鋼Y、比較鋼Xと比べて優れた耐ヒート
クラック性を有していることがわかる。
【0013】
【発明の効果】以上のように、本発明のガラス成形用鋼
は、δフェライトを抑制しつつ、高温強度を向上させる
ことにより、特に耐ヒートクラック性に優れ、ガラス成
形金型として用いられた場合に、耐久寿命が大幅に向上
するものである。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%でC 0.1〜0.3%、Si 0.1〜3%、
    Mn 1.5%以下、Cr 8〜13%、W、Moの一種または二種
    を1/2W+Moで0.5〜3%、V 0.1〜1%、Nb 0.3%以下、
    N 0.01〜0.1%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ガラス成形用鋼。
  2. 【請求項2】 重量%でC 0.1〜0.3%、Si 0.1〜3%、
    Mn 1.5%以下、Cr 8〜13%、W、Moの一種または二種
    を1/2W+Moで0.5〜3%、V 0.1〜1%、Nb 0.3%以下、
    Co 7%以下、N 0.01〜0.1%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ガラス成形用鋼。
  3. 【請求項3】 重量%でC 0.1〜0.3%、Si 0.1〜3%、
    Mn 1.5%以下、Ni 1.5%以下、Cr 8〜13%、W、Moの
    一種または二種を1/2W+Moで0.5〜3%、V 0.1〜1%、
    Nb 0.3%以下、N 0.01〜0.1%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ガラス成形用
    鋼。
  4. 【請求項4】 重量%でC 0.1〜0.3%、Si 0.1〜3%、
    Mn 1.5%以下、Ni 1.5%以下、Cr 8〜13%、W、Moの
    一種または二種を1/2W+Moで0.5〜3%、V 0.1〜1%、
    Nb 0.3%以下、Co 7%以下、N 0.01〜0.1%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
    ガラス成形用鋼。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかにおいて、次式
    に示されるクロム当量 6.5〜11.0の範囲にあることを特
    徴とするガラス成形用鋼。 クロム当量=−40C+6Si−2Mn−4Ni+Cr+1.5W+
    4Mo+11V−Co+5Nb−30N
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