JPH116043A

JPH116043A - ガラス成形金型用鋼

Info

Publication number: JPH116043A
Application number: JP15936397A
Authority: JP
Inventors: Do Yamaguchi; 働山口; Masahide Unno; 正英海野; Kunio Kondo; 邦夫近藤; Yutaka Ikenaga; 豊池永
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】高温強度が高く、耐ヒートチェック性に優れ、
しかも比較的安価なガラス成形金型用鋼の提供。【解決手段】重量％で、C：0.1〜0.4％、Si:0.1〜0.7
％、Mn：0.1〜1.5％、Cr:8.0〜13.0％、Mo:0.01〜1.2
％、W:0.8〜3.5％、V:0.1から0.3％、Nb：0.01〜0.2
％、Al：0.01〜3.0％、B:0.0001〜0.02％、N：0.1％以
下、残部Feおよび不可避的不純物からなるガラス成形金
型用鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガラス成形に使
用する金型の素材となる鋼であって、特に、比較的安価
でありながら耐ヒートチェック性に優れた鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス成形金型用の鋼には、耐酸化性、
高温強度、耐ヒートチェック性、耐焼付性、ミガキ性、
および高い熱伝導率など様々な性質が必要とされるが、
なかでも耐ヒートチェック性に優れることが強く要求さ
れる。ヒートチェックとは、熱疲労によって金型の表面
に発生する微細な亀裂（熱亀裂）である。これが発生す
ると金型は使用に耐えない。なお、ミガキ性とは研磨面
が均一に磨けるかどうかという性質で、ミガキ性が悪い
と研磨紙やバフで磨いたときにキズが生じたり、ガラス
を成形したときにガラスの表面に金型鋼の組織模様が転
写されたりする。キズや組織模様転写の原因になるのは
金型鋼の組織（δフェライト）や介在物である。

【０００３】耐ヒートチェック性を改善したガラス金型
用鋼は、例えば特公昭51-31087号公報、同52-25808号公
報、同57-36972号公報に開示されている。これらの鋼
は、NiまたはNiとCoを含有するため高価であるのみなら
ず、耐ヒートチェック性においても未だ不十分である。

【０００４】特開平2-232345号公報には、上記の鋼より
も高温強度が高く、耐ヒートチェック性にも優れた鋼が
提案されているが、その鋼はCuを含有する。この鋼をガ
ラス成形金型用として用いると、Cuがガラス中に混入し
てその品質を悪化させる。従ってこの鋼はガラス成型用
金型には使用できない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記のように、十分な
耐ヒートチェック性を備え、かつ比較的安価な鋼であっ
てガラス成形金型用としてふさわしい鋼は、未だ提案さ
れていない。

【０００６】本発明は、比較的安価でありながら耐酸化
性や高温強度等の基本的な性能においては従来の鋼に劣
らず、耐ヒートチェック性においてはそれらに優るガラ
ス成形金型用鋼を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、次のガラス成
形金型用鋼を要旨とする。

【０００８】重量％で、C：0.1〜0.4％、Si:0.1〜0.7
％、Mn：0.1〜1.5％、Cr:8.0〜13.0％、Mo:0.01〜1.2
％、W:0.8〜3.5％、V:0.1から0.3％、Nb：0.01〜0.2
％、Al：0.01〜3.0％、B:0.0001〜0.02％、N：0.1％以
下、残部Feおよび不可避的不純物からなるガラス成形金
型用鋼。

【０００９】先に述べた特公昭51-31087号公報、同52-2
5808号公報、同57-36972号公報等に開示されている鋼
は、JISのSUS420J2鋼をベースにして、Mo、V、W、Co、N
bを複合添加し、炭化物の析出と固溶強化により高温強
度を上げ、耐ヒートチェック性を改善したものである。
特に、Co、Mo、Wの多量添加は、その固溶強化作用によ
って鋼の高温強度と耐ヒートチェック性を向上させる
が、一方では鋼材の価格を高騰させる。しかも、上記の
ような対策を採ってもその耐ヒートチェック性は十分で
はない。

【００１０】本発明者は、B（ボロン）が炭化物を微細
に分散させるとともに炭化物の高温での安定性を高める
作用を持つことに着目し、固溶強化と炭化物析出強化に
寄与するMoおよびWの含有量の最適範囲を確認して、上
記の組成の鋼を開発した。この鋼はNiおよびCoという高
価な元素を含有しないにもかかわらず、高い高温強度と
優れた耐ヒートチェック性を具備する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のガラス成形金型用鋼は、
前記の各合金成分の複合的な作用によって種々の優れた
特性を有するのであるが、それぞれの成分の作用効果と
含有量の限定理由は、次のとおりである。なお、合金成
分含有量に関する％は、重量％を意味する。

【００１２】C:0.1〜0.4％ Cは、Fe、Cr、Mo、W、VおよびNbと結合して炭化物を形
成し、鋼の高温強度および耐摩耗性を向上させる。Cは
またオーステナイト安定化元素であり、δフェライトの
析出を抑制する。これらの作用効果を確保するためには
0.1％以上のCが必要である。しかし、Cが0.4％を超える
と炭化物が過剰に析出して、鋼の靱性が低下し耐ヒート
チェック性が損なわれる。

【００１３】Si:0.1〜0.7％ Siは、鋼の脱酸剤であるとともに耐酸化性を改善する成
分でもある。これらの効果を得るには0.1％以上の含有
が必要である。しかし、Siの含有量が0.7％を超えると
鋼の靱性が低下する。

【００１４】Mn:0.1〜1.5％ Mnは、鋼の脱酸剤として添加されるもので、少なくとも
0.1％の含有が必要である。しかし、Mnが1.5％を超える
と、鋼の耐酸化性および耐ヒートチェック性が低下す
る。

【００１５】Cr：8.0〜13.0％ Crは、本発明鋼の基本的な特性、即ち、耐酸化性、高温
強度および耐摩耗性を確保するのに必須の成分である。
その効果を得るには8.0％以上が必要である。しかし、C
rが13.0％を超えると、多量のδフェライトの生成によ
り高温強度、靱性およびミガキ性が悪化する。

【００１６】Mo：0.01〜1.2％ Moは、一部は固溶し一部が炭化物を形成して、鋼の高温
強度および耐摩耗性を向上させる。これらの効果を得る
には少なくとも0.01％が必要である。一方、Moが1.2％
を超えるとδフェライトの生成を招き、鋼の靱性を低下
させる。

【００１７】W：0.8〜3.5％ Wは、Moと同じく固溶強化と炭化物生成とにより、鋼の
高温強度および耐摩耗性を向上させる。その効果は、Mo
と複合添加した場合に一層大きくなる。このような効果
を確実にするためには、0.8％以上が必要であるが、3.5
％を超えるとδフェライトの生成を招き、延性および高
温強度を低下させる。

【００１８】V：0.1〜0.3％ Vは、C、Nと結合して炭窒化物、V(C,N）を微細に析出さ
せ、鋼の高温強度および耐摩耗性を向上させる。この微
細な炭窒化物は、結晶粒の微細化にも寄与し、耐ヒート
チェック性をも向上させる。このような効果を得るに
は、0.1％以上のVが必要である。しかし、Vが0.3％を超
えると、炭窒化物が過剰に析出し、鋼の延性、靱性およ
び耐ヒートチェック性が低下する。

【００１９】Nb：0.01〜0.2％(望ましくは0.04％〜0.08
％） Nbは、Vと同様にC、Nと結合して炭窒化物、Nb(C,N）を
微細に析出させ、さらに一部は固溶して鋼の高温強度お
よび耐摩耗性を向上させる。結晶粒の微細化にもにも寄
与し、耐ヒートチェック性をも向上させる。このような
効果は、0.01％以上で得られるが、十分な効果を得るに
は、0.04％以上含有させるのが望ましい。しかし、0.2
％を超えるNbは、炭窒化物の過剰な析出を招き、かえっ
て鋼の高温強度および耐ヒートチェック性を低下させ
る。Nbの上限は0.08％とするのが一層望ましい。

【００２０】Al：0.01〜3.0％ Alは、鋼の脱酸剤として作用するとともに耐酸化性の向
上にも寄与する。これらの効果を得るには0.01％以上の
含有が必要である。しかし、Alが3.0％を超えるとかえ
って耐酸化性が低下する。

【００２１】B：0.0001〜0.02％（望ましくは0.001〜0.
008％） Bは、微量の添加で炭化物を微細に分散させ、かつ、そ
の高温安定性を高める。0.0001％以上のBを含む本発明
鋼は、上記のBの作用により高温強度が高く、また結晶
粒が微細なので耐ヒートチェック性にも優れる。なお、
Bは0.0001％以上のppmオーダーでも効果があるが、十分
な効果を得るには0.001％以上の含有が望ましい。ただ
し、Bの過剰添加は熱間加工性を悪化させるから、上限
は0.02％、好ましくは0.008％までにとどめるのがよ
い。

【００２２】N：0.1％以下 Nは、VおよびNbと結合して炭窒化物を形成し、鋼の高温
強度を向上させる。ただし、Nの含有量が0.1％を超える
と、鋼の加工性が低下する。なお、Nの下限は、不純物
レベルでもよいが、上記の効果を十分に得るには0.0010
％以上の含有が望ましい。

【００２３】上記の各成分の外、残部はFeと不可避的な
不純物である。不純物のうちS、Pは、それぞれ0.005％
以下、0.020％以下とするのが望ましい。

【００２４】本発明の鋼は、従来のガラス金型用鋼と同
様にして製造することができる。ただし、δフェライト
が析出するとミガキ性が悪くなること、および一旦析出
したδフェライトを熱処理で再固溶させることが難しい
ことを考慮すれば、鍛造温度はδフェライトが析出しな
い1200℃以下とするのがよい。望ましい鍛造温度は1000
〜1150℃である。

【００２５】熱処理は、焼入れ−焼戻しである。焼入れ
温度は1000〜1080℃が望ましい。1080℃を超える温度で
は結晶粒が粗大化し、延性の低下および耐熱亀裂性の低
下のおそれがある。一方、焼入れ温度が1000℃よりも低
いと、粗大な炭化物が固溶せず、従って、微細炭化物に
なるための固溶炭素が不足し、B添加の効果が小さくな
る。

【００２６】焼戻し温度は、500〜700℃の範囲が望まし
い。700℃を超えると炭化物が粗大化して高温強度が低
下する。500℃未満では炭化物の析出が不足してやはり
高温強度が不足することになる。

【００２７】

【実施例】表１に示す組成の鋼を高周波炉で溶解して電
極となし、これをエレクトロスラグ溶解法で再溶解し
た。得られた鋳塊を鍛造（据込みおよび鍛伸）して所定
の寸法の試験材とした。この試験材に1050℃から油冷す
る焼入れと、685℃から空冷する焼戻しの熱処理を施し
た。なお、表１の鋼種１から４までは本発明の鋼であ
り、鋼種５（比較鋼）は先に掲げた特公昭51-3180号公
報に記載の鋼、鋼種６（従来鋼）は従来広く使われてい
るガラス成形金型用鋼である。

【００２８】上記の試験材を用いて、室温および600℃
での引張り試験と耐ヒートチェック性の試験を実施し
た。耐ヒートチェック性の試験は、直径が35mmの試験片
の表層部を誘導加熱で600℃に加熱した後、常温まで水
冷する操作を2000回繰り返す方法によって行い、試験片
の外周部に発生した亀裂の個数および長さを測定して評
価した。さらに、実際に金型にしてガラス成形用として
使用し、その寿命を従来鋼（表１の鋼種６）と比較し
た。これらの試験結果を表２、３に示す。なお、表３に
示す亀裂の個数とは、試験片の外周（約110mm）当たり
の個数である。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】表２から明らかなように、本発明の鋼は、
室温強度では従来鋼と同等であるが、高温強度において
は従来鋼をはるかに凌ぎ、NiおよびCoを多量に含む比較
鋼（鋼種５）に匹敵する。また、表３の結果から、耐ヒ
ートチェック性においては、本発明鋼は従来鋼よりも著
しく優れているだけでなく、比較鋼にも優ることが明ら
かである。このような特性を持つ本発明鋼は、実際に金
型としてガラス成型用に使用した場合に、従来鋼および
比較鋼よりも長期間の使用に耐える。

【００３３】

【発明の効果】本発明の鋼は、Ni、Coのような高価な元
素を含まず、しかも高い高温強度と優れた耐ヒートチェ
ック性を備える。従って、この鋼はガラス成形金型用素
材としてきわめて有用である。

フロントページの続き (72)発明者近藤邦夫大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者池永豊大阪府大阪市此花区島屋５丁目１番109号住友金属工業株式会社関西製造所製鋼品事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：0.1〜0.4％、Si:0.1〜0.7
％、Mn：0.1〜1.5％、Cr:8.0〜13.0％、Mo:0.01〜1.2
％、W:0.8〜3.5％、V:0.1から0.3％、Nb：0.01〜0.2
％、Al：0.01〜3.0％、B:0.0001〜0.02％、N：0.1％以
下、残部Feおよび不可避的不純物からなるガラス成形金
型用鋼。