JPH059508B2

JPH059508B2 -

Info

Publication number: JPH059508B2
Application number: JP58052542A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ito; Yoshitomo Hitachi; Yukinori Matsuda
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1983-03-30
Filing date: 1983-03-30
Publication date: 1993-02-05
Also published as: JPS59179761A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、高硬度耐食プラスチツク型用鋼に関
するもので、さらに詳しくは、特にプラスチツク
の成形に用いられる金型に好適な高硬度でかつ耐
食性に優れたプラスチツク型用鋼に関するもので
ある。従来、レンズ、ダストカバー等の高鏡面が要求
されるプラスチツク製品を成形する金型には、
JIS SUS420J2、SKD61等が使用されていた。一
方、金型に耐食性が要求される場合には17−
4PH系のステンレス鋼が、また、金型に高寿命
が要求される場合には高い硬度が得られる
SKD11がそれぞれ汎用鋼として使用されていた。ところが、最近のプラスチツク成形において
は、プラスチツク製品の需要増大に伴つて製品の
加工数が増すとともに、その製品の精度および仕
上度に対する要求がきびしくなつてきている。さ
らに、各種の難燃性樹脂が開発され、種々の用途
に向けて盛んに製品化が図られている。このよう
に、プラスチツク製品を成形する金型にあつて
は、益々過酷な条件を強いられ、その素材となる
プラスチツク型用鋼に対する要求も複雑化してい
る。従つて、従来の汎用鋼では上記諸要求に対処
しきれない現状にある。すなわち、SKD61では耐食性、耐摩耗性に劣
り、SUS420J2、17−4PH系ステンレス鋼では耐
食性は良いが耐摩耗性に劣り、SKD11では高硬
度を得ることができるが、その反面、耐食性およ
び鏡面性に劣つているという問題点を有してい
た。そして、このような従来鋼にあつては、特に
プラスチツク成形用金型のように高硬度、高鏡面
性、耐食性を同時に要求される過酷な条件に対し
て対応できないのが現状である。そこで、本発明者らは、これらの諸要求に対応
できるプラスチツク型用鋼を開発する過程におい
て、プラスチツク型用鋼に高硬度、高鏡面性、耐
食性を同時に併有させるためには、合金成分間に
どのような相関性が成立すればよいかについて
種々の研究を積重ねた結果、炭素(C)と炭化物形成
元素特にクロム（Cr）との成分バランスを適切
に調整することによつて、巨大炭化物の生成を阻
止すると共に高硬度を得ることにより、優れた鏡
面性が得られる組成範囲があることを見出した。
さらに併せて耐食性に有効な元素として鋼（Cu）
を相乗的に含有させることにより、上記高硬度、
高鏡面性の特性に加えて耐食性を併有させること
ができることを見出し、本発明を完成するに至つ
たのである。さらに、本発明者らは、従来のプラ
スチツク型用鋼において、Ni、Co、Ｖを添加す
る方法が検討されていることについて再考案した
ところ、Ni、Co、Ｖはプラスチツク成形用金型
に要求される高鏡面性に対して有害であることを
見出した。すなわち、Niは、工具鋼を焼入れす
る時に残留オーステナイトが生ずるため硬さが低
下し、それに伴つて鏡面性も劣化し、Coは工具
鋼の焼入性を低下させるため高硬度が得られず、
その結果、鏡面性に有害であり、さらにＶは生成
炭化物が表面から脱落しやすいため、鏡面性を低
下することが判明した。本発明は、上記の知見に基づいてなされたもの
で、鏡面性に有害なNi、Co、Ｖを添加せず、Ｃ
とCrとの成分バランスを適切に保持すると共に、
耐食性の向上に貢献する元素を適量含有させて、
これらの相乗作用により、とくに高鏡面性が要求
されるプラスチツク成形用金型などの金型のほか
各種用途の工具としても好適な高硬度耐食プラス
チツク型用鋼を提供することを目的とする。すなわち、本発明の高硬度耐食プラスチツク型
用鋼は、重量比で、Ｃ：0.35〜0.50未満％、Si：
0.5〜３％、Mn：２％以下、Cr：６〜14％、
Mo：0.2〜４％、Cu：0.1〜３％を含有し、かつ
ＣとCrとの関係が Cr（％）＋15.5C（％）≦20 を満足し、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ものである。また、同一の目的を達成する他の発明は、上記
発明の構成要素にさらに、Ｙを除くREM（希土類
元素）：0.001〜0.5％、Ｙ：0.001〜1.0％のうちの
１種以上を含有し、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ものである。以下、本発明を詳細に説明する。本発明の高硬度耐食プラスチツク型用鋼は、前
述したようにプラスチツク成形用金型の鏡面性に
対して有害な元素であるNi、Co、Ｖを添加せず、
その他の元素、特にＣとCrとの成分バランスを
調整することによつて、巨大炭化物の生成を阻止
すると共に高硬度を得ることにより、優れた鏡面
性を有すると同時に、Cu、Mo、REMあるいは
Ｙなどを含有することにより、高い耐食性を有す
るものである。そして、この発明の対象となる高
硬度耐食プラスチツク型用鋼は、一般に焼入れ焼
もどし処理を施した後、金型などとして使用する
場合が多いので、焼入性、高温焼もどし抵抗性を
改善するために、Ｃ、Cr、Si、Mo、Cu、Ｙ、
REMなどの成分組成を適切な範囲に定めたもの
である。次に、本発明による高硬度耐食プラスチツク型
用鋼の成分範囲の限定理由（重量％）について説
明する。Ｃ：0.35〜0.50未満％Ｃは、マルテンサイトの硬さを高める一方、高
温焼もどし特殊炭化物を形成し、２次硬化に寄与
する元素である。そして、このＣ量は、後述する
ようにCr量との相関関係で制約を受けるが、0.35
％未満では焼入れ焼もどし硬さが低く、0.50％以
上になると、耐食性が低下するようになるととも
に巨大炭化物を形成して鏡面性を低下させるよう
になるので、Ｃ量は0.35〜0.50未満％の範囲に限
定した。 Cr：６〜14％ Crは、酸化皮膜を形成して不働態化すること
により耐食性を向上させるとともに、焼入れ時に
フエライト基地に固溶して焼入性を高める元素で
ある。しかし、Cr量が６％未満では耐食性の向
上および焼入れ性を高める効果が少なく、一方、
14％を超えると、硬さを低下させるとともに靭性
を劣化させるので、Cr量は６〜14％の範囲に限
定した。以上のように、Ｃ量、Cr量は、主として硬度
および耐食性の面からＣ、Crの関係を検討し、
Ｃ：0.35〜0.50未満％、Cr：６〜14％の範囲に限
定したが、さらに、鏡面性を低下させる巨大炭化
物量が、Cr（％）＋15.5C（％）の値によつて決ま
ることを見出し、鏡面性がそこなわれないような
Ｃ量、Cr量はCr（％）＋15.5C（％）≦20であること
が判明した。従つて、Ｃ量、Cr量は、Ｃ：0.35〜0.50未満
％、Cr：６〜14％で、かつCr（％）＋15.5C（％）≦
20の条件を同時に満足するものである。 Si：0.5〜３％ Siは、脱酸剤として添加されるが、高温焼もど
し硬さを高めるとともに耐食性を高める元素であ
る。しかし、0.5％未満では、脱酸が不十分とな
り、非金属介在物が多くなるので好ましくなく、
３％を超えると、熱間加工性および靭性を低下さ
せるので、Si量は0.5〜３％の範囲に限定した。 Mn：２％以下 Mnは、脱酸および脱硫剤として作用し、鋼の
清浄度を向上させるとともに、焼入性の向上に寄
与する元素である。しかし、多すぎると加工性を
害するので、Mn量は２％以下に限定した。 Mo：0.2〜４％ Moは、耐食性を向上させるとともに、焼入れ
および焼もどし抵抗性を高め、また靭性を高める
元素である。しかし、0.2％未満では、その効果
が少ない一方、４％を超えると、逆に靭性を低下
させ、さらに熱間加工性をも低下させるので、
Mo量は0.2〜４％の範囲に限定した。 Cu：0.1〜３％ Cuは、耐食性の向上に有効であり、かつ高温
焼もどし硬さを高めるのにも有効な元素である。
しかし、0.1％未満ではその効果が少ない一方、
３％を超えると、熱間加工性および靭性を低下さ
せるので、Cu量は0.1〜３％の範囲に限定した。本発明は上記各元素をFe中に添加して構成し
てなるが、さらに耐食性、焼入れ性、靭性を向上
させるために、REMおよびＹのうち１種以上を
含有させることが好ましい。 REMは、焼入性、耐食性、靭性を向上させる
とともに熱間加工性を向上させるのに有効な元素
である。しかし、0.001％未満では、その効果が
少なく、0.5％を超えると、かえつて熱間加工性
を低下させるので、REM量は0.001〜0.5％の範囲
に限定した。Ｙは、耐食性を向上させる元素である。しか
し、0.001％未満ではその効果が少なく、一方1.0
％を超えると、かえつて靭性、熱間加工性を低下
させるので、Ｙ量は0.001〜1.0％の範囲に限定し
た。次に、本発明の実施例について説明する。本発明による鋼を上述した成分範囲で溶製する
とともに、比較のため従来のSUS420J2、
SKD11、17−4PH系ステンレス鋼等の相当品を
溶製した。第１表は溶製した本発明鋼および従来鋼の成分
をそれぞれ化学分析した結果を示すものであり、
併せて、Cr（％）＋15.5C（％）の値を計算して示
してある。

【表】

【表】次いで、溶製して得た本発明鋼および従来鋼を
第２表に示す所定の温度で焼入れ焼もどし処理し
た後、それぞれについて硬さ（H_RＣ）、比摩耗量
（mm²／Kg）、腐食摩耗量（％）、鏡面みがき性
（個／cm²）を測定した。その測定結果は第２表に
示す通りである。なお、硬さ（H_RＣ）は、ロツクウエル硬度計
により測定した値であり、比摩耗量（mm²／Kg）
は、大越式迅速摩耗試験機により、焼なました
SCM415を相手材として摩擦速度2.9ｍ／sec、摩
擦距離200ｍ、摩擦荷重6.5Kgの条件で摩耗して測
定した。また、腐食摩耗量（％）は、250℃に加
熱したアクリルニトリル−ブタジエン−スチレン
共重合樹脂（略称：ABS樹脂）から発生するガ
スの雰囲気中に各々供試材を吊り下げ、24時間保
持した後その供試材を一定面圧で＃1000のペーパ
上で摺動させ、再度ガス雰囲気中に同条件で吊り
下げたのち同ペーパ上で摺動させるという操作を
20回くり返した後の重量減量をもつて評価した。
さらに、鏡面みがき性は平均粒径1μのダイヤモ
ンド砥粒で研摩した後のピツト数で評価した。

【表】

【表】第１表および第２表から明らかなように、本発
明鋼は、比較鋼に比べて、硬度、耐腐食摩耗性、
鏡面性に優れており、比摩耗量についても良好で
あることが確かめられた。これらのうち、焼もどし硬さは、本発明鋼の重
要特性の一つであり、特にプラスチツク成形用金
型に用いる場合には、金型に成形加工したのち熱
処理する際に、使用時の昇温あるいは熱処理歪の
観点から比較的高温度で焼もどすことが多いが、
本発明鋼は500℃の焼もどしでH_RC56以上の硬さ
が得られている。このことは、比摩耗量にも影響
しており、本発明鋼の比摩耗量は1.1〜2.8×10^- ₇
mm²／Kgであり、比較鋼No.７、９、11、12よりも耐
摩耗性に優れていることが分る。一方、比較材No.
８は焼もどし硬さがH_RC59.8と高くかつ比摩耗量
が0.9×10^-7mm²／Kgと優れている反面、鏡面みが
き性が著しく劣化している。これは、Ｃ量が1.40
％と非常に高く、さらにCr（％）＋15.5C（％）の
値が33.22と上限値20よりはるかに大きいことに
起因している。このことは、比較鋼No.11、13にお
いても同様な傾向が見られる。これに対し、本発
明鋼は、鏡面性においても非常に優れていること
が明らかである。このように、比較鋼においては高硬度、高鏡面
性、耐食性のすべての特性を満足することができ
ず、一方の特性が良ければ他方の特性が悪いとい
う関係にある。これに対して、本発明のプラスチ
ツク型用鋼では、高硬度、高鏡面性および耐食性
を同時に満足する性質を有している。次に、本発明による高硬度耐食プラスチツク型
用鋼の使用例について説明する。使用例第１表に示す供試材No.１の本発明鋼を磁気テー
プ生産性のロールに使用したところ、従来鋼
（SUS420J2）に比較して平均1.5倍の寿命が得ら
れた。この際の寿命原因は、いずれもロール表面
に生じた摩耗によるものであつた。使用例第１表に示す供試材No.４の本発明鋼をカセツト
リール成形用金型に使用したところ、従来鋼
（SKD11）に比較して平均1.8倍の寿命が得られ
た。この際の寿命原因は、金型の合わせ面におけ
る腐食摩耗であつた。以上の説明から明らかなように、本発明による
高硬度耐食プラスチツク型用鋼は、鏡面性に有害
なNi、Co、Ｖを添加せず、また、Ｃ、Crを所定
の範囲内で含有させると共に、ＣとCrとの成分
バランスを適切に保持して、巨大炭化物をなくす
と共に高硬度を得るようにし、かつ焼入れおよび
焼もどし抵抗性ならびに耐食性の向上に寄与する
元素を相乗的に含有させたものであるから、高硬
度、高鏡面性および耐食性を同時に兼ね備え、し
かも低価格であるという著大なる効果を有してい
る。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比で、Ｃ：0.35〜0.50未満％、Si：0.5〜
３％、Mn：２％以下、Cr：６〜14％、Mo：0.2
〜４％、Cu：0.1〜３％を含有し、かつＣとCrと
の関係が Cr（％）＋15.5C（％）≦20 を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からな
る高硬度耐食プラスチツク型用鋼。２重量比で、Ｃ：0.35〜0.50未満％、Si：0.5〜
３％、Mn：２％以下、Cr：６〜14％、Mo：0.2
〜４％、Cu：0.1〜３％を含有し、かつＣとCrと
の関係が Cr（％）＋15.5C（％）≦20 を満足し、さらにＹを除くREM：0.001〜0.5％、
Ｙ：0.001〜1.0％のうちの１種以上を含有し、残
部Feおよび不可避的不純物からなる高硬度耐食
プラスチツク型用鋼。