JPH1143747A - 鏡面仕上性に優れた高硬度耐食粉末ダイス鋼およびその製造方法 - Google Patents

鏡面仕上性に優れた高硬度耐食粉末ダイス鋼およびその製造方法

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JPH1143747A
JPH1143747A JP19664497A JP19664497A JPH1143747A JP H1143747 A JPH1143747 A JP H1143747A JP 19664497 A JP19664497 A JP 19664497A JP 19664497 A JP19664497 A JP 19664497A JP H1143747 A JPH1143747 A JP H1143747A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐食性と熱処理硬さを改善し、さらに高度の
鏡面仕上性を具備したプラスチック金型材料に適した粉
末ダイス鋼およぴその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明は重量%でC;1.0〜1.6
%、Si;0.7〜1.5%、Mn;1.5%以下、C
r;15.0〜22.0%、Mo;2.3%〜5.0
%、W;2.0%以下、V0.1〜2.0%を含み、且
つCr/(C−V/5)の値が13〜20であり、残部
がFe及び不可避的不純物よりなる鏡面仕上性に優れた
高硬度耐食粉末ダイス鋼である。本発明においては、N
i;1.5%以下とCo;3.0%以下の1種または2
種、あるいはW;2.0%以下を含むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、光ディスク成形用
金型等、鏡面仕上げを必要とし且つ高硬度と高耐食性を
必要とする特にプラスチック成形金型材料に適する高硬
度耐食粉末ダイス鋼およびその製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、耐食高硬度プラスチック金型材料
分野には、SUS440CやSKD11クラスの材料ま
たはそれらを適度に成分調整した材料が多く用いられて
いた。高度の鏡面仕上げが必要とされる用途には、1次
炭化物がピンホールの要因となるため、上記の材料より
C、Crを1次炭化物を生成し難いぎりぎりの範囲まで
低減し(例えばSKD12類似組成)さらにESR(エ
レクトロスラグ再溶解法)などの手法で組織の微細化を
図るなどの方法が取られてきた。しかしこの方法では得
られる材料の熱処理硬さや耐食性に限界があるため、さ
らにSUS440C相当鋼を粉末化しHIP処理して適
用することも実施されている。
【0003】たとえば特開62−294149号には、
SUS440C同等の耐食性を有し、熱処理硬さ58H
RCを得られる粉末ダイス鋼に関する提案がなされてい
る。この提案は鏡面仕上性と耐食性を両立させるという
点で優れたものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した粉末冶金法に
よるSUS440C相当鋼は、鏡面仕上性の点では有利
であるものの、熱処理硬さと耐食性の点では、従来のS
US440C材の域を越えていないという問題があっ
た。例えば従来の方法では熱処理硬さ62HRC以上を
得ることは困難であり、またSUS440Cに比較して
種々の腐食テストにおいて半分以下の腐食減量を得るこ
とも難しい。一方、近年のスーパーエンプラ用金型材料
にはこのような高度の耐食性と硬度が要求されることは
珍しくなくなろうとしている。熱処理硬さと耐食性の限
界の問題は、金型の長寿命化を実現する上で大きな問題
となる。本発明の目的は、耐食性と熱処理硬さを改善
し、さらに高度の鏡面仕上性を具備したプラスチック金
型材料に適した粉末ダイス鋼およぴその製造方法を提供
することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の問題
を検討し、SUS440C相当鋼に対して従来にない
2.3%以上という多量のMoの添加を実現化するとと
もに、各添加元素の最適化を行うことで熱処理硬さおよ
び耐食性を大きく改善できることを見いだし本発明に到
達した。
【0006】すなわち本発明は重量%でC;1.0〜
1.6%、Si;0.7〜1.5%、Mn;1.5%以
下、Cr;15.0〜22.0%、Mo;2.3%〜
5.0%、W;2.0%以下、V0.1〜2.0%を含
み、且つCr/(C−V/5)の値が13〜20であ
り、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる鏡面仕上
性に優れた高硬度耐食粉末ダイス鋼である。
【0007】本発明においては、Ni;1.5%以下と
Co;3.0%以下の1種または2種、あるいはW;2.
0%以下を含むことができる。
【0008】本発明の高硬度耐食粉末ダイス鋼は、たと
えば、上記組成を有する粉末を合金粉末を加圧焼結し、
インゴットとし、ついで1000〜1150℃の温度範
囲内で歪み速度100mm/mm/sec以下にて恒温
的鍛造を一回または複数回繰り返し行うことにより得る
ことができる。加圧焼結の方法としては、熱間静水圧プ
レスを適用することが好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】上述したように、本発明の重要な
特徴の一つはMoの2.3%以上の添加を採用したこと
にある。Moの2.3%以上添加は本発明鋼において耐
食性と熱処理硬さの両方を従来なかった極めて高いレベ
ルに到達せしめる作用を担う。従来SUS440C相当
鋼へのMoの2.3%以上の添加は、その熱間加工が極
めて困難であるため実用化が試みられたことはなかっ
た。しかし、発明者は今回この問題を鋭意検討した結果
熱間加工方法として1000−1150℃の温度範囲内
で歪み速度100mm/mm/sec以下にて恒温的鍛
造を一回または複数回繰り返し行うことを採用すること
により実現が可能であることを見出した。
【0010】すなわち、Mo2.3%以上添加の本発明
鋼は熱間加工温度範囲(通常1200−800℃)での耐
力が高く伸びにくい特性を有するため、最適加工条件を
外れると直ちに表面割れを生じやすい。この問題を鋭意
検討した結果、100mm/mm/sec以下の通常の
鍛造歪み速度にて初期加熱温度および加工終了温度を含
め、1000−1500℃、好ましくは1050−11
00℃の温度範囲にて繰り返し鍛造を行うことにより所
望の寸法に加工可能で有ることを見出した。
【0011】この発明により従来実用化されていなかっ
たMo2.3%以上添加材の実用化が可能となったので
ある。本発明の鋼は、インゴット製造時に熱間静水圧処
理を適用することにより、高圧焼結によって組織を微細
化した状態で真密度化することができる。これによって
熱間加工時の割れを防ぐことができ、高度の鏡面仕上げ
加工に耐え得る材料を得ることが可能となる。
【0012】以下に本発明鋼の成分限定理由を示す。 Mo;2.3%〜5.0% Moは、本発明においてもっとも重要な元素の一つであ
る。Moは、Cと結合して微細な複合炭化物を形成し、
耐摩耗性を向上させる。また、これらの微細炭化物の存
在により、Crが主体となって形成されるM73型の炭
化物粗大化を抑制する。さらに基地中に固溶して不働態
皮膜を強化し耐食性を向上させ、また500℃前後での
焼戻しにおいて微細な炭化物として析出して2次硬化硬
さを著しく高める。これらの作用を十分発揮させるため
には2.3%以上が必要であり、上述した本発明の製造
方法を適用することによって、2.3%以上の添加を可
能とできたものである。しかし、5.0%を越えると熱
間加工性の劣化を製造方法の調整では補いきれないた
め、本発明においては、5.0%を上限とした。
【0013】C;1.0〜1.6% Cは、熱処理による硬さを確保するとともに、Cr,M
o、W等の炭化物形成元素と結合して硬い炭化物を生成
し、金型に必要な耐摩耗性を維持するのに必要な元素で
ある。このような効果を発揮するためには、1.0%以
上が必要であるが多すぎると熱間加工性や金型の靭性が
劣化するので1.6%を上限とする。
【0014】Si;0.7〜1.5% Siは、通常は脱酸材として使用するが、その他の効果
として焼戻し工程でのセメンタイトの析出を阻止して、
焼戻し2次硬化させるのに有効である。この効果を得る
ためにSiは0.7%以上必要であるが過剰になると加
工性が著しく劣化するので、1.5%以下とした。 Mn;1.5%以下 Mnは、通常Siと同じく脱酸剤として用いられるが焼
入れ性の向上にも効果がある。但し、1.5%をこえる
と焼なまし硬さが下がり難く、また熱間加工性も低下す
るので1.5%を上限とした。
【0015】Cr;15.0〜22.0%、Cr/(C
−V/5);13〜20 CrはCと結合して硬い炭化物を生成して耐摩耗性を向
上させると同時に基地中にも固溶して緻密な不働態皮膜
を形成し、耐食性を保持し、また焼入れ性を増大させる
重要な元素である。
【0016】Crが15%未満では耐食性が不足すると
共に炭化物量が不足し上記効果が十分得られず、逆にC
rが22%をこえると固溶Cが不足して焼入れ焼戻し硬
さが下がるので、その範囲を15〜22%に限定した。
尚、この範囲は好ましくは16〜20%である。またC
rの作用はC量との関係により左右されるので以下の関
係を同時に満足させることが必要である。すなわち耐食
性維持のためCr量を有効C量(C−V/5)で割った
値が13以上必要である。但しこの値が20をこえると
焼入れ焼戻し硬さが下がるので13から20に制限す
る。尚、この値は、望ましくは16から18である。
【0017】V0.1〜2.0% Vは、少量添加でオーステナイト結晶粒粗大化防止によ
る靭性向上の効果があり0.1%以上は必要である。ま
た炭化物生成による耐摩耗性増大の効果もある。但し多
量に含有すると基地中のC量を減少させ焼入れ硬さが低
下したり、また加工性が劣化するので上限を2.0%と
した
【0018】Ni;1.5%以下とCo;3.0%以下
の1種または2種 NiとCoは必ずしも添加する必要はないが、両元素は
基地中に固溶して耐食性を向上するため必要に応じて添
加する。このうちNiは焼入れ性を高めるのに効果的で
あるが多すぎると残留オーステナイトを増加させて硬さ
を低下させるので1.5%以下とする。また、Coは基
地中に固溶して2次硬化性を向上させるが多すぎると加
工性を低下させるし経済性も考慮して、添加する場合に
は3.0%以下とする。
【0019】W;2.0%以下 Wは必ずしも添加する必要はないが、Moと同様に硬い
炭化物を形成する元素であり、また2次硬化性に寄与し
焼入れ焼戻し硬さを高める作用を有するのでMoを必須
添加した上で必要に応じて添加される。しかし多量に添
加すると熱間加工性を害するので上限を2.0%とする
のが良い。
【0020】
【実施例】次に実施例により本発明を詳述する。表1に
実施例に用いた本発明鋼および従来鋼、比較鋼の化学成
分を示す。各試料は真空誘導溶解炉によって溶製後アト
マイズにて粉末化し、HIPしてそれぞれ規定した温度
範囲にて25mm角の棒状に鍛伸テストを行い割れの発
生度合いにより評価を行った。尚、鍛伸中に割れの発生
具合を観察し、その結果を○印(良好)、△印(少し
傷)、×印(割れ大)、××印(割れ非常に大、試験片
とれず)の4段階で評価をした。その後、850℃で焼
なましを施し、次いで試験片に加工した後、焼入れ、焼
戻しを施した試料について、硬さ測定と耐食性試験を行
った。
【0021】熱処理条件は焼入れを1125℃に設定し
−75℃(ドライアイス+アルコール)のサブゼロ処理
を行った後500℃の焼戻しを行い、硬さ、および耐食
性試験を行って評価した。耐食性試験は試験片を鏡面研
磨した後5%硫酸溶液中で40℃で5時間浸漬し、腐食
の度合いにより○印はSUS440Cに対して腐食減量
が30%以上少ない、△印はSUS440Cに対して腐
食減量が5〜30%少ない、×印はSUS440Cと同
等とする3段階で評価をした。これらの結果を表2に示
す。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】表1に示す本発明鋼は鋼の組成を適正に組
み合わせることにより、いずれも25mm角への鍛伸が
可能であった。また適正な熱処理を行うことにより62
HRC以上の硬さを得る事ができた。これらの硬さは従
来材であるSUS440Cの粉末材をはるかに凌駕する
ものであったが、耐食性についても同様にSUS440
C粉末材のレベルを大きく上回っていた。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば金型材の熱処理硬さ、鏡
面仕上性、耐食性を飛躍的に改善することができ、スー
パーエンプラ成形用金型等の実用化にとって欠くことの
できない技術となる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%でC;1.0〜1.6%、Si;
    0.7〜1.5%、Mn;1.5%以下、Cr;15.
    0〜22.0%、Mo;2.3%〜5.0%、V0.1
    〜2.0%を含み、且つCr/(C−V/5)の値が1
    3〜20であり、残部がFeおよび不可避的不純物より
    なることを特徴とする鏡面仕上性に優れた高硬度耐食粉
    末ダイス鋼。
  2. 【請求項2】 Ni;1.5%以下とCo;3.0%以
    下の1種または2種を含むことを特徴とする請求項1に記
    載の鏡面仕上性に優れた高硬度耐食粉末ダイス鋼。
  3. 【請求項3】 W;2.0%以下を含むことを特徴とす
    る請求項1または2に記載の鏡面仕上性に優れた高硬度
    耐食粉末ダイス鋼。
  4. 【請求項4】 重量%でC;1.0〜1.6%、Si;
    0.7〜1.5%、Mn;1.5%以下、Cr;15.
    0〜22.0%、Mo;2.3%〜5.0%、W;2.
    0%以下、V0.1〜2.0%を含み、且つCr/(C
    −V/5)の値が13〜20、あるいは更にNi;1.
    5%以下、Co;3.0%以下、W;2.0%以下を含
    み残部がFeおよび不可避的不純物よりなる合金粉末を
    加圧焼結し、インゴットとし、ついで1000〜115
    0℃の温度範囲内で歪み速度100mm/mm/sec
    以下にて恒温的鍛造を一回または複数回繰り返し行うこ
    とを特徴とする鏡面仕上性に優れた高硬度耐食粉末ダイ
    ス鋼の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114540703A (zh) * 2022-01-26 2022-05-27 江苏宏晟模具钢材料科技有限公司 一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢及其制备方法

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