JPH1096048A

JPH1096048A - プラスチック用金型の製造で用いられる溶接修復可能な鋼

Info

Publication number: JPH1096048A
Application number: JP9121724A
Authority: JP
Inventors: Jean Beguinot; ベギノジャン; Gilbert Primon; プリモンジルベール; Frederic Chenou; シェヌフレデリック
Original assignee: Creusot Loire SA; Creusot Loire Industrie SA
Current assignee: Creusot Loire SA; Creusot Loire Industrie SA
Priority date: 1996-04-29
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 1998-04-14
Anticipated expiration: 2017-04-24
Also published as: US5855846A; CA2203487C; AU1903797A; CA2203487A1; TW430691B; DE69713451T2; ES2176636T3; CZ126897A3; ATE219527T1; EP0805221B1; FR2748037A1; CN1073642C; KR970069321A; AU708257B2; CZ293493B6; DE69713451D1; PT805221E; MX9703091A; KR100449942B1; CN1170047A

Abstract

(57)【要約】【課題】プラスチック用金型の製造で用いられる溶接
修復可能な鋼。【解決手段】化学組成（重量％）：0.17％≦Ｃ≦0.27
％、０％≦Si≦0.5 ％、０％≦Mn≦２％、０％≦Ni≦２
％、０％≦Cr≦３％、０％≦Mo＋W/2 ≦1.5 ％、０％≦
Ｖ＋Nb/2＋Ta/4≦0.5 ％、0.002 ％≦Ｂ≦0.015 ％、0.
005 ％≦Al≦0.2％を有し、任意成分として硫黄、セレ
ン、テルル、チタン、ジルコニウム、鉛、ビスマス、カ
ルシウムをふくむことができ、残部は鉄と不可避不純物
であり、下記関係式を満足する：Cr＋３×(Mo ＋W/2)＋
10×(V＋Nb/2＋Ta/4) ≧2.1 、Cr≦1.5 ％ならば、Mo＋
W/2 ＞0.7 ％、Qu＝3.8 ×Ｃ＋1.1 ×Mn＋0.7 ×Ni＋0.
6 ×Cr＋1.6 ×(Mo ＋W/2)＋0.6 ≧３、Ｒ＝3.8 ×Ｃ＋
10×Si＋3.3 ×Mn＋2.4 ×Ni＋1.4 ×(Cr ＋Mo＋W/2 ）
≦11

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶接による修復性に
優れたプラスチックまたはゴム用金型の製造で用いられ
る低合金鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラスチックまたはゴム用の金型は金属
ブロックの切削加工で作られる。金属ブロックの厚さは
1,500mm以上になることがある。この切削加工の目的は
被成形品と同じ形状を有するキャビティを形成すること
にある。キャビティの表面は、被成形品表面に所望の外
観を与えるために艶出し加工または化学的エッチングさ
れることが多い。成形時には加圧された高温のプラスチ
ックが射出され、金型はプラスチックの圧力に変形なし
に耐えなければならず、プラスチックから熱を取り除か
ねばならず、また、キャビティ表面に対するプラスチッ
クの摩擦による磨耗に耐えなければならない。金型とな
る鋼は上記のような条件を満たす性質を備えていなけれ
ばならない。さらに、この鋼は金型使用中安定、すなわ
ち成形操作中の温度変化に対して安定でなければならな
い。

【０００３】金型用の鋼は上記特性の他に金型の磨耗が
進んだ場合またはキャビティ形状を修正する場合に修復
できるだけの所定の溶接特性を有している必要がある。
一般に、新製品を成形するための金型を製造する時に
は、第１金型を製造し、この第１金型を用いて最初の製
品を成形し、得られた成形品をデザイナーが検査する。
大抵の場合、デザイナーは製品形状、従って金型キャビ
ティの変更を要求する。しかし、金型を完全に作り直す
には高いコストがかかるので、それを避けるために金型
キャビティ上に金型材料を補充溶接し、その部分を切削
加工し、艶出し加工し、必要な場合にはエッチングす
る。従って、溶接補充した部分と溶接の熱に曝された部
分（ＺＡＨ）は元の金属に近い性質を有しているのが望
ましい。

【０００４】プラスチックの射出成形用金型の製造で用
いられる鋼で、上記の全ての条件を満足する鋼は、硬度
が極めて高く、切削加工性に優れた、艶出し性または化
学エッチング性に優れ、熱伝導性に優れ、最も厚い部分
でもこれらの性質が極めて均質で、しかも、溶接修復性
に優れていることが必要である。一般に、金型製造で
は、焼入れ・アニーリング後に十分な硬度、高い降伏点
および高い靱性を有するマルテンサイトまたはベイナイ
ト構造となる十分な焼入れ性を備えた低合金鋼のブロッ
クが使用される。最も広く使用されている鋼はＡＩＳＩ
規格の P20鋼と、German Werkstoff 規格のW1.2311 ま
たはW1.2738 鋼である。

【０００５】P20 鋼は重量比で0.28％〜0.4 ％の炭素
と、0.2 ％〜0.8 ％の珪素と、0.6 ％〜１％のマンガン
と、1.4 ％〜２％のクロムと、0.3 ％〜0.55％のモリブ
デンとを含み、残部は鉄および不可避不純物である。W
1.2311 およびW1.2738 鋼は重量比で0.35％〜0.45％の
炭素と、0.2 ％〜0.4％の珪素と、1.3 ％〜1.6 ％のマ
ンガンと、1.8 ％〜2.10％のクロムと、0.15％〜0.25％
のモリブデンとを含み、W1.2738 鋼はさらに0.9 ％〜1.
2 ％のニッケルを含み、残部は鉄および不可避不純物で
ある。これらの鋼は磨耗挙動および機械的性質に優れて
いるが、溶接性があまり良くないという欠点あり、従っ
て、溶接による修復が困難である。

【０００６】欧州特許第0 431 557 号には、この欠点を
克服するための下記化学重量組成を有するプラスチック
の射出成形用金型で用いられる鋼が開示されている：炭素0.1 ％〜0.3 ％珪素 0.25 ％以下マンガン0.5 ％〜3.5 ％ニッケル２％以下クロム１％〜３％モリブデン0.03％〜２％バナジウム0.01％〜１％ホウ素（有害不純物と見なされる元素）0.002 ％以下残部は実質的に鉄であり、さらに下記関係式を満足す
る：ＢＨ＝326 ＋847.3 ×Ｃ＋18.3×Si−8.6 ×Mn−12.5×
Cr≦460

【０００７】この組成で許容される最大炭素含有率は0.
238 ％である。この鋼は、予備加熱または後加熱を行わ
ない場合でも、溶接による補充の際に亀裂に対して高い
抵抗性を有するという利点を持つが、溶接による修復後
の扱いが難しいという欠点を有し、これは特に、修復の
ＺＡＨとベース金属との間の硬度に大きな差があること
による（100 〜150BH ）。加えて、この鋼は熱伝導性が
比較的低く、そのため、金型を用いた製造ラインの出力
効率が制限される。本発明者らは、通常用いられる溶接
性の概念は、金型用鋼の溶接修復に対する適正を部分的
に表すに過ぎないことを見出した。つまり、溶接性とい
う概念の持つ通常の意味においては、溶接可能な鋼と
は、特別な予防策を取らなくとも溶接操作中に亀裂を生
じない鋼である。金型用の鋼を溶接修復する場合、亀裂
が生じないことは当然必要な条件であるが、それで十分
というわけではない。溶接によって修復された領域、並
びに該領域に隣接して熱による影響を受けた領域が、良
好な状態で切削加工、艶出しおよびエッチングされなけ
ればならない。さらに、溶接による修復操作は、必ずし
も予備加熱または後加熱なしで行われる必要はない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、公知
鋼よりも優れた熱伝導性を有する一方、金型製造用の鋼
に要求される主な性質を有し、溶接による修復が容易に
可能な鋼、つまり特に溶接による補充を行った後も優れ
た艶出し性とエッチング性とを維持する鋼を提案するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記化学組成
（重量％）を有するプラスチック用金型の製造で用いら
れる溶接修復可能な鋼を提供する： 0.17％≦Ｃ≦0.27％０％≦Si≦0.5 ％０％≦Mn≦２％０％≦Ni≦２％０％≦Cr≦３％０％≦Mo＋W/2 ≦1.5 ％０％≦Ｖ＋Nb/2＋Ta/4≦0.5 ％ 0.002 ％≦Ｂ≦0.015 ％ 0.005 ％≦Al≦0.2 ％ 1) 任意成分として硫黄、セレンおよびテルルから選択
される少なくとも一種の元素を含むことができるが、こ
れら元素の合計含有率は0.2 ％以下、 2) 任意成分としてさらにチタンおよびジルコニウムか
ら選択される少なくとも一種の元素を含むことができる
が、チタン含有率とジルコニウム含有率の半分との和は
0.3 ％以下、 3) 任意成分としてさらに鉛およびビスマスから選択さ
れる少なくとも一種の元素をを含むことができるが、こ
れら元素の合計含有率は0.2 ％以下、 4) 任意成分としてさらにカルシウムを0.1 ％以下で含
むことができ、残部は鉄および不可避不純物であり、さ
らに、下記関係式を満足する： Cr＋３×(Mo ＋W/2)＋10×(V＋Nb/2＋Ta/4) ≧2.1 Cr≦1.5 ％ならば、Mo＋W/2 ＞0.7 ％ Qu＝ 3.8×C ＋ 1.1×Mn＋ 0.7×Ni＋ 0.6×Cr＋ 1.6×
(Mo＋W/2)＋0.6 ≧3 およびＲ＝ 3.8×C ＋10×Si＋ 3.3×Mn＋ 2.4×Ni＋1.4 ×
(Cr＋Mo＋W/2)≦11

【００１０】

【発明の実施の形態】炭素含有率は 0.2％〜0.24％であ
るのが好ましく、また、クロム含有率は 1.5％〜2.5 ％
であるのが好ましく、モリブデン含有率は0.5 ％〜1.2
％であるのが好ましい。下記関係式：ＢＨ＝326 ＋847.3 ×Ｃ＋18.3×Si−8.6 ×Mn−12.5×
Cr＞460 を満足するように選択すると、鋼の熱伝導性を向上させ
ると同時に溶接による修復特性を損わずにキャビティの
磨耗挙動を向上させることができるという利点が得られ
る。熱伝導性を良くするには珪素含有率を 0.2％以下に
しなければならず、0.1 ％以下にするのが好ましい。

【００１１】鋼がチタンまたはジルコニウムを含む場合
（これは好ましいことである）にはチタン、ジルコニウ
ムおよび窒素（少なくとも不純物として常に存在する）
の含有率（重量％）は下記を満足するようにするのが好
ましい： 0.00003≦（Ｎ）×（Ti＋Zr/2）≦0.0016 これらの条件で、酸化チタンおよび酸化ジルコニウム相
の溶解でチタンとジルコニウムとを除々に導入した場
合、固体鋼の顕微鏡断面１mm²当たりカウントされる0.
1 μｍ以上の寸法を有する窒化チタンまたは窒化ジルコ
ニウム析出物の数は、窒化物の形で析出したチタン全含
有率と窒化物の形で析出したジルコニウム全含有率の半
分との和（重量％の1000倍で表す）の４倍以下である。
非常に微細な窒化析出物はＺＡＨのミクロ構造を微細化
してその靱性を向上させ、従って溶接による修復特性を
良くするという利点がある。また、粗い窒化析出物の数
が少ないことは切削性および艶出し性にとって有利であ
る。本発明の鋼は鋳鋼からプラスチック用金型を製造す
る上で有利であり、これらの金型は鋳造技術で製造され
る。

【００１２】プラスチックの射出成形用金型を製造する
のに必要な特徴の全てを満足させるには、鋼は 500℃以
上の温度でアニーリングした後に厚さが1,500mm に達し
且つ硬度が 250 BH 以上のブロックでマルテンサイトま
たはベイナイト構造になるものでなければならない。そ
のためには鋼は十分な焼入れ性を有する必要があり、従
って、十分な合金元素を含んでいなければならない。し
かし、そうした合金元素は熱伝導性を悪くする。さら
に、合金元素の含有率は熱伝導性を最大にしながら（ま
たは熱抵抗を最小に抑えながら）十分な焼入れ性が達成
できるように調節しなければならない。また、鋼の化学
組成は溶接による修復特性に著しく影響するので、この
制約を頭に入れながら組成を選択しなければならない。

【００１３】溶接修復特性はＺＡＨ（ＺＡＨ：溶接ビー
ドの近傍で熱による影響を受けた領域）とベース金属と
の間の硬度の差で評価することができる。この差が小さ
い程より正確な切削加工および優れた艶出し加工を容易
に行うことができる。従来の鋼の場合には、ＺＡＨとベ
ース金属との間の硬度差は100BH 以上ある。本発明者達
は、十分な焼入れ性を維持しながらこの硬度差を 50BH
以下に抑えるように鋼の化学組成を調節することが可能
であることを見出した。さらに、好ましい条件でエッチ
ングを行うためには、ＺＡＨの微細構造はできるだけ細
かくしなければならない。また、溶接で亀裂が生じては
ならない。

【００１４】以上の点を考慮し、ＺＡＨがベイナイト構
造を有し、さらにこのベイナイト構造とベース金属との
間の硬度差を可能な限り小さくした化学組成を検討し
た。これらの条件を全て同時に満足するには、非炭化物
生成元素（例えばマンガン、ニッケル、珪素）の含有率
を抑制し、焼入れ用ホウ素を添加し、炭化物生成元素、
例えばバナジウム、ニオブおよびタンタル等の含有率を
高くし、さらに、モリブデンとタングステンとの含有率
をそれよりも低い値で増加させる。より正確には、本発
明鋼は下記化学組成（重量％）を満足する必要がある： 1) 炭素含有率は0.27％以下にする。十分なキャビティ
ーの磨耗耐性を確保するためには0.17％以上にする。炭
素含有率は0.2 ％〜0.24％が好ましい。 2) 0.005 ％〜0.2 ％のアルミニウムと0.002 ％〜0.01
5 ％のホウ素とを含み、必要に応じてさらにチタンおよ
びジルコニウムから選択される少なくとも一種の元素を
含み、チタン含有率とジルコニウム含有率の半分との合
計は0.3％以下にする。ホウ素はＺＡＨとベース金属と
の間の硬度差を増大させずに焼入れ性を向上させる。ホ
ウ素含有率を0.15％以上にしても、焼入れ性に大きな影
響はなく、逆に脆性が生じる。アルミニウム、チタンお
よびジルコニウムは鋼から脱酸素して窒素（少なくとも
不純物として常に存在する元素）を固定させ、窒素がホ
ウ素と結合するのを防ぐ。

【００１５】3) 全体または一部がタングステンで置換
されたモリブデンを０％≦Mo＋W/2 ≦1.5 ％、好ましく
は0.5 ％≦Mo＋W/2 ≦1.2 ％を満足する含有率で含み、
０〜３％、好ましくは1.5 ％〜2.5 ％のクロムを含有す
る。モリブデンとタングステンは焼入れ性に非常に好ま
しい影響を与え、この影響はホウ素との相乗作用によっ
て強化される。一方、高温耐性に与える影響は少ない。
さらにこれらの元素はアニーリング時の軟化を遅らせ
る。これは、ＺＡＨとベース金属との間の硬度差を縮
め、500 ℃以上の温度でアニーリングした後で十分な硬
度を得る上で有利である。一方、モリブデンとタングス
テンが過剰になると偏析を激しくなる。これは切削加工
性と艶出し性にとって都合が悪い。そのため含有率は1.
5 ％以下、好ましくは1.2 ％以下に制限される。クロム
は焼入れ性およびアニーリング時の軟化に対するモリブ
デンの効果を補うためのものである。

【００１６】上記組成範囲の一部ではクロム、モリブデ
ンおよびタングステンが部分的に相補的効果を有するの
で、クロム含有率が1.5 ％以下の場合には、モリブデン
含有率とタングステン含有率の半分との和は、0.7 ％以
上でなければならない。そうすることによってアニーリ
ング時の軟化に対する十分な耐性が保たれ、焼入れ性を
損なわずに熱伝導性を上昇させることが可能になる。他
の特徴を損なうことなくアニーリング時の硬化をさらに
向上させるために、必要に応じて鋼はさらにバナジウ
ム、ニオブおよびタンタルから選択される少なくとも一
種の元素を、バナジウム含有率とニオブ含有率の半分と
タンタル含有率を４で割った値との和は０％〜0.5 ％、
好ましくは０〜0.15％になるように添加する。これらの
添加はＺＡＨとベース金属との間の硬度差を縮めるため
にも貢献する。

【００１７】500 ℃以上の温度で焼入れおよびアニーリ
ングした後に250BH 以上の硬度を得ることは十分な応力
緩和を可能にするか、キャビティーの表面処理を可能に
するために必要である。そのためには鋼の化学組成は下
記条件： Cr＋３×(Mo ＋W/2)＋10×(V＋Nb/2＋Ta/4) ≧2.1 を満足しなければならず、アニーリング温度を上げて磨
耗挙動を向上させるためには下記条件： Cr＋３×(Mo ＋W/2)＋10×(V＋Nb/2＋Ta/4) ≧3.6 を満足するのが好ましい。

【００１８】さらに、酸化チタンまたは酸化ジルコニウ
ム相を液体鋼に溶解させて液体鋼にチタンまたはジルコ
ニウムを除々に導入することによって、鋼中にチタンま
たはジルコニウムを存在させると溶接修復性は大きく向
上する。この場合、チタンまたはジルコニウムは非常に
微細な窒化析出物を形成する。これによってミクロ構造
が微細化し、エッチング性が向上し、さらにＺＡＨおよ
びベース金属の靱性を向上させる利点がある。靱性が向
上すると溶接による亀裂発生の危険が少なくなるという
利点がある。

【００１９】チタンまたはジルコニウムを除々に導入す
るためには、例えば脱酸されていない液体鋼にチタンま
たはジルコニウムを添加し、形成された酸化チタンや酸
化ジルコニウムを還元するのに十分な量の強力な脱酸
剤、例えばアルミニウム等を添加することができる。チ
タン、ジルコニウムおよび窒素含有率（重量％で表す）
は下記を満足しなければならない： 0.00003 ≦（Ti＋Zr/2）×(N) ≦0.0016 窒素含有率は鋼の製造条件によって変り、数ppm 〜数10
0ppmである。このように操作することにより粗い窒化チ
タンまたは窒化ジルコニウムが生成して液体鋼中に析出
する現象が抑制される。従って、得られる鋼は、固体鋼
の顕微鏡断面１mm²当たりでカウントされる0.1 μｍ以
上の寸法を有する窒化チタンまたは窒化ジルコニウム析
出物の数が窒化物の形で析出したチタン全含有率と窒化
物の形で析出したジルコニウム全含有率の半分との和
（重量％の1000倍）の４倍以下であるという特徴を有す
る。すなわち、この鋼は非常に細かい窒化物が存在する
という特徴の外に、粗い窒化物の量が少ないという特徴
を有し、これは切削性および艶出し性にとって好まし
い。

【００２０】本発明の鋼は上記元素以外に下記元素をさ
らに含む： 1) 鋼の脱酸用珪素。この元素は鋼の熱伝導性に対して
非常に好ましくない影響を与え、その含有率はできるだ
け低くなければならず、いずれの場合も0.5％以下、好
ましくは0.2 ％以下、さらに好ましくは0.1 ％以下にす
る。 2) 硫黄と結合し、焼入れ性を向上させるマンガン。し
かし、この元素は熱伝導性に対して好ましくない影響を
与える。含有率は０〜２％の間に調節し、切削性を改良
するために鋼に硫黄を添加する場合には、好ましくは0.
2 ％以上にしなければならず、切削性にとって致命的な
局所偏析を抑制するためには1.8 ％以下にしなければな
らない。 3) 焼入れ性を改良するためには必要に応じて０〜２％
のニッケルを添加する。しかし、この元素は高価である
と同時に熱伝導性にとってあまり好ましくない。スクラ
ップ鉄から製造した鋼に残留物として存在することがあ
る。ニッケルの含有率は0.5 ％以下に制限するのが好ま
しい。 4) 硫黄は不純物として常に少量存在するが、切削性を
改良するために、必要に応じてセレンまたはテルルと供
に添加することができる。艶出し性を損なわないために
は硫黄、セレンおよびテルルの合計含有率は0.2 ％以下
に抑える必要がある。 5) 必要に応じて鉛およびビスマスから選択される少な
くとも一種の元素をそれら元素の合計含有率が0.2 ％以
下になるような量で含むことができる。さらに、必要に
応じて0.1 ％以下のカルシウムを含有できる。これらの
元素は全て切削性を改良するためのものである。

【００２１】組成の残部は鉄および不可避不純物であ
る。不純物には銅が含まれ、その含有率は１％に達する
が、ニッケルの存在下で銅は好ましい硬化作用をする。
上記の組成に関する制限に加えて、本発明の目的を達す
るために、鋼の化学組成は、焼入れ性に関する関係式と
熱抵抗性（熱伝導性と相反するもの）に関する下記２つ
の関係式を満足しなければならない。十分な焼入れ性を
発揮するには鋼は下記関係式を満足しなければならな
い： Qu＝3.8 ×Ｃ＋1.1 ×Mn＋0.7 ×Ni＋0.6 ×Cr＋1.6 ×
(Mo ＋W/2)＋0.6 ≧kQu （kQu ＝３、好ましくはkQu ＝４）高い熱伝導性を発揮するには鋼は下記関係式を満足しな
ければならない： R ＝3.8 ×Ｃ＋10×Si＋3.3 ×Mn＋2.4 ×Ni＋1.4 ×(C
r ＋Mo＋W/2)≦kR （kR＝11、好ましくはkR＝９）このＲは熱抵抗性と同じ方向に変化し、従って、熱伝導
性と反対の方向に変化する指数。

【００２２】上記２つの式から分かるように、焼入れ性
を示す数字Quと熱抵抗性を表す数字Ｒは全体として同じ
方向に変化するが、化学組成を適切に選択することによ
って同じ焼入れ性で熱伝導性を最大にすることが可能で
ある。しかし、別の制限も考慮しなければならない。結
果的に、発明者達は化学組成を下記のように調節するの
が有利であるということを見出した： R ≦1.5 ＋1.83 Qu このように定義された鋼が優れた溶接修復特性を有する
ためには、その化学組成が下記関係式を満足することは
有効ではない： BH ＝326 ＋847.3 ×Ｃ＋18.3×Si−8.6 ×Mn−12.5×C
r≦460

【００２３】これはむしろあまり好ましくない。なぜな
らこの条件では炭素含有率が低くなり、炭素含有率が低
いことは、キャビティの磨耗挙動にとってあまり好まし
くないからである。この条件ではさらにクロムとマンガ
ンの含有率が高くなり、それは熱伝導性にとって好まし
くなく、ＺＡＨとベース金属との間の硬度の類似性にと
っても好ましくない。従って、鋼の組成は下記を満足し
なければならない： BH＝326 ＋847.3 ×Ｃ＋18.3×Si−8.6 ×Mn−12.5×Cr
＞460 圧延または鍛造で得られた鋼ブロックは、金型製造で用
いる前に、その厚さに応じて空気または水を用いて焼入
れ熱処理する。その後、500 ℃以上、好ましくは550 ℃
以上且つＡｃ₁点以下の温度でアニーリングする。この
処理は鋼にフェライトをほとんど含まない（フェライト
を全く含まないのが望ましいが、この成分が少量残留し
ていてもよい）マルテンサイトまたはベイナイト構造
（マルテンサイト−ベイナイト混合構造でもよい）を与
えるためのものである。アニーリングは、応力緩和を確
実にするのに十分な温度、必要な場合にはかなりの高温
で表面処理できるようにするのに十分な温度で行う。ア
ニーリング温度は任意の場所で硬度が250BH 〜370BH 、
好ましくは270BH 〜350BH になるように調節する。

【００２４】本発明鋼は鋳造技術すなわち（上記のよう
な錬鋼でなく）鋳鋼の金型を製造する技術を用いて金型
を製造する上で特に有利性を発揮する。この方法では、
内部に冷却水を循環させるための通路が形成された平行
六面体ブロックに金型のキャビティを切削加工する代わ
りに、鋳造で金型キャビティと外側部分とを備えたブラ
ンク金型を作る。この外側部分は、ブロックから切削加
工でキャビティを形成する方法で得られるものに比べて
はるかに薄い壁面で十分な機械的強度を保証する適切な
形状にする。金型はブランク金型に仕上げの切削加工を
し、熱処理して得られる。この切削加工はブロックから
作業を開始した場合に必要な切削加工よりもはるかに小
規模であるという利点がある。しかし、鋳鋼は溶接によ
って修復しなければならない孔がある。この場合、本発
明鋼の非常に高い溶接性は極めて大きな利点である。本
発明鋼のさらなる利点で高い熱伝導性にある。すなわ
ち、高い熱伝導性によって金型の壁面に通路を形成して
水を循環させて冷却する操作が軽減でき、場合によって
は不要にできる。この利点を利用して金型の壁面を薄く
することができ、使用時に外側部分の周囲にガスを循環
させて冷却する金型を製造することが可能にある。熱処
理は、錬鋼から製造した金型に対して行われる熱処理と
同一であるが、その前に粒子を微細化するためにオース
テナイト化を１回以上行う必要がある。以下、実施例を
挙げて本発明を詳細に説明する。

【００２５】

【実施例】例として、本発明の鋼Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄおよび
Ｅを作り、従来技術による鋼Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊおよび
Ｋと比較した。これら鋼の化学組成（重量％）は〔表
１〕に示す。これらの鋼を用いて圧延または鍛造でベイ
ナイトまたはマルテンサイト構造を有するアニーリング
および焼入れされたブロックを製造した。その厚さ、熱
処理条件および得られた特徴は〔表２〕に示した。比較
のため、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、ＪおよびＫについて得られた
特徴も示す。〔表２〕では厚さはmmで表し、焼入れ性を
表す数字Quは無次元指数であり、熱抵抗性を表す数字Ｒ
も無次元指数であり、熱伝導性はW/m/K で表し、硬度お
よびＺＡＨとベース金属との間の硬度差ΔＨはBrinell
で表した。なお、BHは無次元指数である。

【００２６】

【表１】

【００２７】鋼Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥは約0.020 ％の
アルミニウムをさらに含み、チタンの導入は除々に行っ
た。

【００２８】

【表２】

【００２９】以上の結果から、例として挙げた本発明鋼
は全て熱伝導性が45W/m/K 以上であり、ＺＡＨとベース
金属との間の硬度差ΔＨは45 Brinell以下である。一
方、従来の鋼は熱伝導性が 43W/m/K以下で、ＺＡＨとベ
ース金属との間の硬度差ΔＨは50 Brinell以上であるこ
とがわかる。特に、鋼Ａ〜ＥはＺＡＨとベース金属との
間の硬度差が小さいので鋼Ｆ〜Ｋに比べてはるかに優れ
た修復特性を有する。焼入れ性が等しい場合、可能最大
厚さの比較によって本発明鋼の利点がより明確に示され
る。すなわち、Qu＝4.6 の場合、鋼ＡとＥ（本発明鋼）
の熱伝導性は40W/m/K 以上であり、ΔＨは31 Brinell以
下である。一方、鋼Ｉ、Ｈ、Ｋ（従来の鋼）の熱伝導性
は42W/m/K 以下であり、ΔＨは50 Brinell以上である。
Qu＞５の場合では、鋼ＢおよびＣ（本発明鋼）の熱伝導
性は45W/m/K 以上で、ΔＨは48Brinell 以下である。一
方、鋼ＪおよびＧ（従来の鋼）の熱伝導性は39W/m/K 以
下であり、ΔＨは76 Brinell以上である。いずれの場合
も、熱伝導性の上昇率は９％で以上であり、ΔＨの減少
率は37％以上である。

【００３０】溶接修復はベース金属と同じ組成を有する
金属を用いて行うのが好ましいことに注意されたい。従
って、本発明鋼はブロック状に作られるだけでなく、溶
接用ワイヤまたは溶接電極製造用ワイヤとして製造され
る。本発明鋼はプラスチックまたはゴム製品の成形を目
的としており、温度は500℃を越えない材料を主対象と
する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者フレデリックシェヌフランス国 71200 ルクルゾリュピュイデモワノ（番地なし)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記化学組成（重量％）を有するプラス
チック用金型の製造で用いられる溶接修復可能な鋼： 0.17％≦Ｃ≦0.27％０％≦Si≦0.5 ％０％≦Mn≦２％０％≦Ni≦２％０％≦Cr≦３％０％≦Mo＋W/2 ≦1.5 ％０％≦Ｖ＋Nb/2＋Ta/4≦0.5 ％ 0.002 ％≦Ｂ≦0.015 ％ 0.005 ％≦Al≦0.2 ％ 1) 任意成分として硫黄、セレンおよびテルルから選択
される少なくとも一種の元素を含むことができるが、こ
れら元素の合計含有率は0.2 ％以下、 2) 任意成分としてさらにチタンおよびジルコニウムか
ら選択される少なくとも一種の元素を含むことができる
が、チタン含有率とジルコニウム含有率の半分との和は
0.3 ％以下、 3) 任意成分としてさらに鉛およびビスマスから選択さ
れる少なくとも一種の元素をを含むことができるが、こ
れら元素の合計含有率は0.2 ％以下、 4) 任意成分としてさらにカルシウムを0.1 ％以下で含
むことができ、残部は鉄および不可避不純物であり、さらに、下記関係式を満足する： Cr＋３×(Mo ＋W/2)＋10×(V＋Nb/2＋Ta/4) ≧2.1 Cr≦1.5 ％ならば、Mo＋W/2 ＞0.7 ％ Qu＝ 3.8×C ＋ 1.1×Mn＋ 0.7×Ni＋ 0.6×Cr＋ 1.6×
(Mo＋W/2)＋0.6 ≧3 およびＲ＝ 3.8×C ＋10×Si＋ 3.3×Mn＋ 2.4×Ni＋1.4 ×
(Cr＋Mo＋W/2)≦11
【請求項２】 0.2 ％≦Ｃ≦0.24％である請求項１に記
載の鋼。
【請求項３】 1.5 ％≦Cr≦2.5 ％である請求項１また
は２に記載の鋼。
【請求項４】 0.5 ％≦Mo＋W/2 ≦1.2 ％である請求項
３に記載の鋼。
【請求項５】下記関係式をさらに満足する請求項１〜
４のいずれか一項に記載の鋼： BH＝ 326＋ 847.3×Ｃ＋18.3×Si− 8.6×Mn−12.5×Cr
＞460
【請求項６】下記関係式をさらに満足する請求項１〜
５のいずれか一項に記載の鋼： Cr＋３× (Mo＋W/2)＋10×(V＋Nb/2＋Ta/4) ≧3.6
【請求項７】 Si≦0.2 ％である請求項１〜６のいずれ
か一項に記載の鋼。
【請求項８】 Si≦0.1 ％である請求項１〜７のいずれ
か一項に記載の鋼。
【請求項９】チタン、ジルコニウムおよび窒素含有率
が下記： 0.00003 ≦ (N)×（Ti＋Zr/2）≦0.0016 を満足し、さらに固体鋼の顕微鏡断面１mm²当たり計測
される 0.1μｍ以上の寸法を有する窒化チタンまたは窒
化ジルコニウム析出物の数が、窒化物の形で析出したチ
タン全含有率と窒化物の形で析出したジルコニウム全含
有率の半分との和（重量％の1000倍で表す）の４倍以下
である請求項１〜８のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項１０】下記化学組成（重量％）を満足する請
求項１に記載の鋼： 0.2 ％≦Ｃ≦0.24％０％≦Si≦0.1 ％０％≦Mn≦２％０％≦Ni≦0.5 ％ 1.5 ％≦Cr≦2.5 ％ 0.5 ％≦Mo＋W/2 ≦1.2 ％０％≦Ｖ＋Nb/2＋Ta/4≦0.15 ％ 0.002 ％≦Ｂ≦0.015 ％ 0.005 ％≦Al≦0.2 ％ 1) 任意成分としてチタンおよびジルコニウムから選択
される少なくとも一種の元素をチタン含有率とジルコニ
ウム含有率の半分との和が0.3 ％以下になる量で含むこ
とができ、 2) 任意成分としてさらに硫黄、セレンおよびテルルか
ら選択される少なくとも一種の元素をこれら元素の合計
含有率が 0.2％以下となる量で含むことができ、 3) 任意成分としてさらに鉛およびビスマスから選択さ
れる少なくとも一種の元素をこれら元素の合計含有率が
0.2 ％以下となる量で含むことができ、 4) 任意成分としてさらにカルシウムを 0.1％以下含む
ことができ、残部は鉄および不可避不純物であり、さらに下記関係式を満足する： Cr＋３× (Mo＋W/2)＋10×(V＋Nb/2＋Ta/4) ≧3.6 Qu≧３Ｒ≦1.5 ＋1.83 Qu
【請求項１１】チタン、ジルコニウムおよび窒素含有
率が下記： 0.00003 ≦ (N)×（Ti＋Zr/2）≦0.0016 を満足し、固体鋼の顕微鏡断面１mm²当たり計測される
0.1 μｍ以上の寸法を有する窒化チタンまたは窒化ジル
コニウム析出物の数が窒化物の形で析出したチタン全含
有率と窒化物の形で析出したジルコニウム全含有率の半
分との和（重量％の1000倍で表す）の４倍以下である請
求項10に記載の鋼。
【請求項１２】請求項１〜11のいずれか一項に記載の
鋼のプラスチックの射出成形用金型の製造での利用。
【請求項１３】請求項１〜11のいずれか一項に記載の
鋼の鋳造技術を用いたプラスチック用金型の製造での使
用。
【請求項１４】請求項１〜８および10のいずれか一項
に記載の鋼からなる溶接用ワイヤまたは溶接電極製造用
ワイヤ。