JPS61130466A - プラスチック成形金型用鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は機械的性質の異方性が少なく、かつ良好な型彫
加工性を有する型用鋼に関するもので、さらに詳しくは
ＳおよびＴｅを限定した条件で添加し、鋼中の硫化物系
介在物の形態を調整した熱間加工用型、プラスチック成
型金型などの型用鋼に関するものである。

近年プレス、鍛造等の加工作業に用いる機械は大型かつ
高性能のものが出現し、作業の能率向上がはかられてい
るが、これにともなって成型金型に対する要求はますま
す厳しいものとなってきた。

すなわち成型金型が従来の機械にくらべて負荷面で苛酷
化されている反面、作業能率の面から耐久性のさらに良
好な金型が要求されており、これらの要求を満たし得る
型用鋼の開発が盛んに進められている。また一方におい
て金型の複雑形状化ならびに高精度化に対処して型用鋼
自体の型彫加工性の改善も大きな課題となっている。

型用鋼の被削性を向上させるために従来から主としてｓ
、ｐｂ等の被削性を向上元素を添加した型用鋼も見受け
られ、それなりに効果をあげているが、一方において被
削性元素の添加による機械的性質の低下は避けられず特
に圧延または鍛延により延伸された型鋼は機械的性質の
異方性が強く、金型の耐久性低下の大きな原因となって
いる。これは被削性の改善に有効に作用するＭｎＳ等の
硫化物系介在物が展伸された形態で存在し、そこに応力
集中が生じて介在物を起点とする切欠現象が起るためと
考えられている。

そこで硫化物系介在物の形状をできるだけ球状に近くし
て応力集中を緩和することにより上記の問題を解決する
ことが試みられている。

本発明者等は熱間加工用金型またはプラスチック金型な
どの素材となる型用鋼についても上記のような考え方を
導入することにより金型の寿命向上が期待できると同時
に良好な型彫加工性を有する型用鋼が製造できると推考
し、多くの研究を積んだ結果、従来の型用鋼組成にたい
してＳおよびＴｅを特定の割合いで添加することにより
鋼中に生成される介在物自体の球形度が促進され、特に
大型介在物のほとんどが長短径比１０以下の球形に近い
形態を存することを知見した。さらに上記介在物形態を
有する型用鋼は型彫加工性が良好であるばかりでなく、
機械的性質の異方性が著るしく少ないという特徴があり
、金型成形後の耐久性も一段と優れたものが得られるこ
とをｒＩｆ１認した。すなわち機械的性質の異方性が少
なく、かつ良好な型彫加工性を兼ね備えるためには含有
される硫化物のうち長径が２μ以上の比較的大型のもの
は、その少なくとも８０％が長短比１０以下でなければ
ならないこと、またこのような硫化物系介在物はＴｅ／
Ｓの重量割合いが０．０４〜０．５にえらぶことによっ
て実現できることを確認した。　さらにはＴｅ以外の成
分を調整した溶鋼にＴｅを添加して均一に分散させるこ
とにより製造できること、そして上記Ｔｅの添加に先立
って、溶鋼中に非酸化性ガスを導入して強制攪拌するこ
とにより、被削性および鏡面仕上げ性シボ加工性などに
とって有害な主として酸化物系の介在物からなる大きさ
の介在物を浮上分離させ除去するのが好ましいことも知
った。

以上の新規な知見にもとづく本発明の型用鋼は、Ｃ：　
０．４０〜０．６５％、　Ｓｉ：　０．１０−１．５０
％。

Ｍｎ　：　０．１０〜１．５０％、　Ｎｉ：　１．０〜
３．０％、Ｃｒ：０、５０〜２．０％、　Ｍｏ：　ｏ、
ｔ　Ｏ−１，０％、　　Ｖ　：　０．０１〜０．５０％
と、Ｔｅ／Ｓが、０．０４〜０．５の範囲にてＳ　：　
Ｏ，ＯＯ２〜０．４０％、　Ｔｅ：　０．００１〜０．
４０％を含有し、残余が実質的にＦｅからなる組成を有
し、鋼中に存在する長径２μ以上の硫化物系介在物のう
ち少なくとも８０％がその長短径比１０以下であること
を特徴とする被削性の優れた型用鋼である。

本発明における各成分元素の役割および範囲（重量％）
の限定理由は以下に示す。

Ｃ：　０．４０〜０．６５％ 型用鋼としての硬さ、耐摩耗性を確°保するために０．
４０％以上添加する必要がある。ただし多量に添加する
と靭性が低下し、実用に適さなくなるため０．６５％以
下に限定した。

Ｓｉ：０．１０〜１．５０％ 溶製時の脱酸効果のほか、基地の強化に有効な元素であ
り０．１０％以上添加する必要がある。ただし多量に添
加すると地底が多くなると同時に被削性が低下するため
１．５０％以下に限定した。

Ｍｎ　：　Ｏ，ｌ　Ｏ〜１．５０％ 溶製時の脱酸効果を持たせるため及び基地を強化するた
めに有効な元素であり、０．１０％以上添加する必要が
ある。しかし多量に添加すると靭性及び被削性が低下す
るので、１．５０％以下に限定した。

Ｎｉ：１．０〜３．０％ 基地の強化、および焼入性の確保に効果的な元素であり
、１．０％以上添加する。しかしながら多量に添加する
と被削性が低下し実用に適さなくなるため３．０％以下
に限定した。

Ｃｒ：０．５０〜２．０％ 基地を強靭化し、焼入性、耐摩耗性、耐酸化性の確保に
有効な元素であり、０．５０％以上添加する。しかしな
がら多量に添加すると靭性が低下し実用に適さな（なる
ため２．０％以下に限定した。

ＭＯ！０．１０〜１．０％、Ｖ　：　０．　Ｏｌ　〜０
．　ｓ　ｏ％上記元素はいずれも強力な炭化物形成元素
で、熱処理硬さ耐摩耗性の確保に有効な元素でありＭ。

は０．１０％以上、■は０．０１％以上添加する。しか
し多量に添加すると製造が困難になると同時に靭性が低
下し、実用に通さなくなるためＭｏは１．。

％以下、■は０．５％以下に限定した。

Ｓ　：　０．００２〜０．４０％ 被削性を改善するためにを効な介在物であるＭｎＳ系介
在物の形成には不可欠であって０．００２％以上添加す
る。多量になるほど被削性は向上するが、鯛の清浄度を
害し、靭性が低下するため０．４０％以下に限定した。

Ｔｅ　：　０．００１〜０．４０％ ＭｎＳ系介在物の形態を調整することと、それ自体で快
削性を与える点で重要な元素であり０．００１％以上添
加する。あまり大量では熱間加工性が劣るので０．４０
％以下に限定する。また硫化物系介在物の形態を改善す
るためにはＴｅ／Ｓの重量割合が０．０４以上であるこ
とを要する。しかしＴｅ／Ｓの重量割合が０゜５をこえ
ると上記効果が少なくなり、かつ熱間加工性も低下する
ので、Ｔｅ／Ｓの重量割合は０．０４〜０．５の範囲と
する。

硫化物系介在物の形態と分布 型用鋼の型彫加工性および機械的性賞の異方性が鋼中の
硫化物系介在物の形態と分布に大きく依存することを本
発明者等は確認し、硫化物の形態を種々変化させた鋼の
特性をしらべた。その結果、硫化物系介在物のうち長径
が２μ以上の比較的大型のものが強度異方性を左右し、
これが長短径比で１０以内にあって極端に繊状に展伸さ
れていない形態をもつならば悪影響を示さないこと、そ
してこのようなものが全硫化物系介在物中の個数にもと
づいて８０％またはそれ以上の大部分を占めるという条
件がみたされていればよいことを知ったのである。

以上記述した本発明の型用鋼を製造する第Ｉのポイント
は成分の適確な調整にある。まず炉内でＳを除（快削性
付与元素以外の合金成分の含装置を所定の値に調節した
溶鋼を用意する。なお好ましくは真空脱ガスなどにより
０量を０．０１５％以下に低下させ、酸化物系介在物の
生成を抑制するとよい０次に炉、取りなべあるいはタン
ディシュ中にあるこの溶鋼にＴｅ／Ｓが０．０４〜０．
５の条件をみたすようにＴｅを添加して、均一に分散さ
せればよいｅ　Ｔｅの添加は注入管中で行うこともでき
る。

Ｔｅの添加に際して、主として酸化物系介在物である大
型の非金属介在物をできるだけ除去することが望ましく
この目的には炉、取りなべまたはタンディツシュ内の溶
鋼中にアルゴンのような非酸化性のガスを導入して強制
撹拌することが効果的である。この操作はＴｅの添加に
先立って行うこともできるし、またＴｅを添加しつつ行
なってもよい。

以下本発明調の特徴を実施例により詳細に説明する。

（実施例〉 第１表に溶製した供試鋼の成分組成を示す。

なお綱の溶製にあたっては所定量の合金元素を塩基性電
気炉内で調整した後、Ｔｅを溶鋼中のＳ量に応じて取な
べ中へ添加し、均一に分散させ下注法により造塊した。

次に第１表の供試材を用いて鍛練比が１量程度の熱間鍛
造を行ない金型の粗形を製造した。つづいて所定の条件
で焼入れ、焼もどし処理した後同粗形より試料を採取し
、衝撃試験（ＪＩＳａ号シャルピー試験片）により強度
異方性を調べた。また同時に衝撃試験後の試験片につい
て硫化物系介在物の形態および分布状況を調査した。そ
の結果を第２表にまとめて示した。

同表にみられるごとくいずれの鋼においても従来から用
いられている鋼は鍛造方向と直角方向の衝撃特性は著る
しく低く鍛造方向のそれにくらべて２以下の衝撃値を示
しており機械的性質の異方性が強いことがｆ１認できる
。これにたいしてＳおよびＴｅ量を調整して添加した本
発明鋼はいずれも鍛造方向と直角方向の衝撃特性の低下
は少な（、鍛造方向の衝撃値に比べてＡ以上の衝撃値を
示すことが確認できた。すなわち本発明鋼は鍛造または
圧延後における機械的性質異方性がそれほど強（な（、
安定な特性を有することを確認した。この事実の根拠と
しては鋼中の硫化物系介在物の形Ｐｓおよび量にある。

すなわち従来鋼では長短径比１０以下の比較的球状に近
い硫化物系介在物は全体の２０％程度しか分布していす
他は長短径比１０以上の展伸された硫化物系介在物であ
るのにたいして本発明鋼では長短径比１０以下の比較的
球状に近い硫化物系介在物が大半を占めている。

したがって従来鋼の衝撃特性は硫化物系介在物が展伸さ
れているため試料の採取方向によって大きく影響される
のにたいして本発明鋼の硫化物系介在物はそのほとんど
が球状に近いものであるため、試料の採取方向の影響は
受けにくいことから本発明鋼の機械的性質異方性が少な
いことは容易に理解できる。

次に第１表の供試材から製造した金型用粗形を用いて、
フロントセンター、製造用の金型を形彫加工し、これを
実用に供した。

第３表にそれぞれの供試材の型彫加工性（比較鋼を基準
にした、型彫加工に要した時間比）および金型の耐久性
（比較鋼を基準にした型寿命比）を示した。

同表にみられるごと〈従来鋼に比してＳおよびＴｅの量
を調整して添加した本発明鋼はいずれも型彫加工時間は
少なくかつ製造された金型の耐久性は約２〜２．５倍を
示している。

以上のごとく本発明鋼はＳおよびＴｅを適量添加して硫
化物系介在物の形態調整を行なった熱間加工用型用鋼で
あって、型彫加工性が良好であると同時に硫化物系介在
物の形態に基づく機械的性質異方性が少な（、また金型
の鏡面仕上げ性、シボ加工性なども良好であり、各種金
型を使用した場合に優れた耐久性が得られる等総合的に
優れた型用鋼である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％でＣ：０．４０〜０．６５％、Ｓｉ：０．
   １０〜１．５０％、Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、Ｎｉ
   ：１．０〜３．０％、Ｃｒ：０．５０〜２．０％、Ｍｏ
   ：０．１０〜１．０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％とＴ
   ｅ／Ｓ：０．０４〜０．５の範囲でＳ：０．００２〜０
   ．４０％、Ｔｅ：０．００１〜０．４０％を含有し、残
   余が実質的にＦｅからなる組成を有し、鋼中に存在する
   長径２μ以上の硫化物系介在物のうち、少なくとも８０
   ％が長短径比１０以下であることを特徴とする被削性の
   優れた型用鋼。