JPS63303037A - 鏡面仕上げ性に優れた硬質耐食合金 - 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】

（産業上の利用分野） 本発明はＦｅ基耐食合金に係り、特に鏡面仕上げ性に優
れた時効硬化型のＦｅ基耐食合金に関するものである。 （従来の技術及び解決しようとする問題点）近年、光デ
ィスクやプラスチックレンズなどの普及に伴って、これ
らを樹脂から成形すると同時に平滑で光沢のある表面を
得るための鏡面仕上げ性に優れた樹脂成形金型材料のニ
ーズが急増してきている。 従来より、この種の鏡面仕上げ用金型材料としては、１
３Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼。 マルエージング鋼などが用いられている。 しかし、前者の１３Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼
の場合には、Ｃを含むため、金型を製造する際の熱処理
時に寸法変化が生じ易く、また製造された金型で樹脂成
形すると金型表面の粗大析出相である炭化物が樹脂に転
写され、鏡面仕上げ性が劣るという問題がある。そこで
、この問題を解決するため、得られた金型表面にＣＶＤ
法でＴｉＮをコーティングする方法が試みられているが
、母材とコーティング層の境界部に歪が発生してコーテ
ィング層が剥離するという問題があり、更にはコーティ
ング処理費が高くついてコスト高になる等の欠点がある
。 一方、後者のマルエージング鋼の場合には、得られた金
型に炭化物を含まないため、鏡面仕上げ性に優位性を備
えてはいるものの、硬さが充分でなく、また加熱された
樹脂から発生する腐食ガスに対する耐食性が不足すると
いう問題がある。 このように、いずれの金型材料も鏡面仕上げ性、耐食性
等々の所要の特性を充分備えた材料とは云い難く、或い
は特殊な表面処理を必要とするなど製造コスト上の問題
もある。 本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、コーティング
処理等の表面処理を必要とせず、表面に炭化物等の粗大
析出相を含まないで優れた鏡面仕上げ性を有し、しかも
硬質で耐食性も優れている新規な合金を提供することを
目的とするものである。 （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明者は、従来の炭化物（
セメントタイト、クロムカーバイド等）析出による硬質
化機構ではコーティング処理しなければ鏡面仕上げ性を
確保できないことに鑑みて。 時効硬化型の合金とし、しかし、従来の時効硬化型とは
異なる機構により硬度及び耐食性ともに充分に備えた合
金を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、Ｍｏのクラスタ
ー化により合金を硬質化でき、かつ、優れた鏡面仕上げ
性と共に耐食性を充分兼ね備え得る時効硬化型のＦｅ基
合金を見い出すに至り、ここに本発明をなしたものであ
る。 すなわち、本発明は１Ｍｏ：２〜２２％、Ｃｒ：２〜１
９％及びＧｏ：２〜４８％を含み、残部が実質的にＦｅ
からなる組成において、ＣＯの含有量の１部を７２１０
％及びＭｎ５１０％の１種又は２種で置換してなり、か
つ、各元素の含有量として、第１図に示すＭｏ＋Ｃｒ量
（横軸）とＧｏ＋Ｖ＋Ｍｎ量（縦軸）が斜線部類域内に
あり、第２図に示すＭ。 量（横軸）とＣｒ量（縦軸）が斜線部類域内にあるよう
に調整してなることを特徴とする鏡面仕上げ性に優れた
硬質耐食合金を要旨とするものである。 以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。 まず、本発明合金における各成分の作用について説明す
る。なお、各成分とも後述の適量範囲内においてその固
有な作用を発揮するものであることは云うまでもない。 Ｍｏは、本発明においてクラスター化による硬化機構を
活用するために最も重要な成分であって。 溶体化処理後の時効によりＭＯの原子同志が集合してク
ラスターを形成するが、Ｍｏのクラスターのサイズ及び
平均間隔は非常に微細であるため、クラスターによる周
期的格子歪によって合金を硬質化させることができる。 この機構は、第３図に図解するように、鉄（Ｆｅ）の格
子面にＭｏ原子を集団的に配列させて周期的な格子歪を
作るもので、例えば１０個のＦｅ原子毎にその格子面に
多数のＭｏ原子の集合体が形成されている。このような
作用を得るためには少なくとも２％以上のＭｏが必要で
ある。しかし、２２％を超えると高温でも合金を塑性加
工できなくなる。なお、このクラスター化はＣｒ等のＭ
ｏ以外の異種原子が必要以上に増加するとＦｅ原子とＭ
ｏ原子との反発が弱められ、硬化機構の作用が低下する
ので、後述の如く他の添加元素との関連で更にその含有
量が規制されるものである。 Ｃｒは上記硬化機構においてＭｏのクラスターにて前記
集合体であるＭｏ原子の一部と置換する傾向を有し、Ｍ
ｏと共に硬化機構を発揮する主要な成分であり、しかも
合金の耐食性を改善する作用もある。これらの作用のた
めには少なくとも２％以上のＣｒを必要とするが、１９
％を超えると熱間加工性が悪化する。 また、ＣｏはＭｏのクラスターの形成を促進する作用が
あり、また熱間加工性を良好にするのに効果がある。そ
のためには少なくとも２％以上のＧｏが必要であるが、
４８％を超えると硬化作用が弱まる。 ■も、Ｃｏと同様、Ｍｏクラスターの形成を促進させる
作用があり、更には硝酸などの酸化性酸に対する耐食性
を改善するのに効果がある。Ｍｎは脱酸剤として介在物
の除去に有効な元素であり、またＣｏや■と同様、ＭＯ
のクラスターの形成を促進させる作用がある。このよう
にＶ及びＭｎはＣＯと同様、Ｍｏのクラスターの形成を
促進させる作用があるので、Ｃｏの一部をＶ及びＭｎの
少なくとも１種で置換することができる。その場合、熱
間加工性を考慮してＶ量及びＭｎ量とも１０％以下の範
囲とする。 したがって、Ｍｏのクラスターによる硬化機構を有効に
機能し、更に熱間加工性、耐食性、脱酸作用等を必要限
度で得るためには、ＭｏのほかＣｒ及びＣｏを適量で含
有させると共にＧｏの一部をＶ及びＭｎの少なくとも１
種で置換させて適量で含有させるのがよい。 但し、上記作用を有するＭｏ、Ｃｒ、Ｇｏ、Ｖ及びＭｎ
の含有量は、本発明者の研究によれば、第１図及び第２
図に示す斜線部領域内に属するように規制し調整する必
要があることが判明した。 すなわち、第１図は硬化機構の主要成分であるＭｏ＋Ｃ
ｒ量（横軸）と硬化を促進させる成分であるＧｏ＋Ｖ＋
Ｍｎ量（縦軸）の関係を示したものである。 同図中、領域Ａ（斜線部）はａ（４％、４８％）、ｂ（
４％、２４％）、ｃ（１５％、２％）、ｄ（２４％、１
６％）ｅ（２４％、３０％）、ｆ（１８％、３０％）及
びｇ（１２％、４８％）の各点を順次結ぶ線で囲まれた
領域で１本発明範囲内の組成であることを示している。 この領域Ａ内の成分量であれば、熱間加工が可能であり
、時効によりビッカース硬度（ｍＨｖ）で５５０以上に
硬化する。したがって、鏡面仕上げ性が優れていること
は云うまでもない。 図示のように、領域Ａにおいては、特に、硬化を促進さ
せる元素であるＧｏ、Ｖ、Ｍｎの添加量が２０％以上の
如く増加すると、Ｍｏ及びＣｒが少量でも硬質合金を得
ることができる。 しかし、領域Ｂでは、Ｍｏ＋Ｃｒ量が少なく、シかもＧ
ｏ＋Ｖ＋Ｍｎ量も少ないためにクラスターが充分に形成
されず、硬度５５０未満で合金が硬質化しない、またＧ
ｏ＋Ｖ＋Ｍｎ量が少ない場合でも、領域ＣではＭｏ＋Ｃ
ｒ量が多すぎるため、高温でσ相、μ相などが形成され
易くなり、脆くなって熱間圧延など熱間加工が不可能と
なる。 一方、領域りのように、Ｃｏ＋Ｖ＋Ｍｎ量が多すぎても
硬度が５５０未満に低下する領域が存在する。これは、
ＣｒやＣ０１Ｖ、Ｍｎ等のＭｏ以外の異種原子が増加す
ることによりＦｅ原子とＭｏ原子との反発が弱まり、熱
力学的にＭｏ、Ｃｒのクラスターが減少し或いは生じな
い組成になっているものと推定される。 第２図は硬化機構の主要成分であるＭｏ量（横軸）とＣ
ｒ量（縦軸）の関係を示したものである。図中、斜線部
はｈ（２％、１９％）、ｉ（２％、１１％）、ｊ（１０
％、２％）及びｋ（２２％、２％）の各点を順次結ぶ線
で囲まれた領域で、本発明範囲内の組成であることを示
している。第１図に示したように、ＭｏとＣｒとの合計
量が２４％を超えると（領域Ｃ）、熱間加工が不可能と
なるため、ＭｏとＣｒの合計量は２４％以下とする必要
がある。しかし、Ｍｏ、Ｃｒ量があまり少ないと硬化作
用がないので、それぞれ２％以上とするが、合計量が第
１図に示した領域Ａ内にあるようにすることは云うまで
もない。 上記化学成分を有する本発明合金は１通常は、常法によ
り溶解、鋳造し、均質化焼鈍、熱間圧延等の熱間加工を
行って素材を製造し、次いで溶体化処理を施した後、所
望の寸法、形状の製品に塑性加工を行う、その場合、溶
体化処理状態では塑性加工が容易であり、その後、時効
により硬質化するので成形加工に支障はない、特に、組
織的には粗大な析出相を含まない状態で硬質化されるの
で、金型材料に用いた場合、表面粗度３／１０００μ−
を達成でき、優れた鏡面仕上げ性が得られる。このため
、光ディスクなどの樹脂成形に高性能を発揮する金型を
得ることが可能である。勿論、本発明合金は金型材料用
だけではなく、その特性を活かしてプラスチック射出成
形機のシリンダー。 スクリューなどの各種部材に適用可能である。 また、本発明合金は上述の鋳造合金としての利用態様の
みならず、粉末冶金法による硬質焼結合金としても利用
可能であって、例えば、溶融状態よりアトマイズ法を用
いて粉末（アトマイズ粉）を製造し、これを焼結法によ
り成形した後、溶体化処理を施すならば、結晶粒が微細
な硬質焼結合金が得られるし、更に、アトマイズ粉にＷ
Ｃ，ＴｉＣ，ＴｉＢ、などの硬質粒子を混合し、焼結す
れば、超硬質耐摩耗合金が得られる。 次に本発明の実施例を示す。 （実施例） 第１表及び第２表に示す化学成分（ａｔ％）を有する合
金を溶製、鋳造し、鋳塊に１２５０℃Ｘ５ｈｒの均質化
焼鈍を施した後、１２５０〜１０００℃の温度で熱間圧
延を行った。 熱間圧延後、１２５０℃×２０■ｉｎの溶体化処理を施
し、５００℃Ｘ７ｈｒの時効処理を施して供試合金とし
た。 各供試合金について時効硬さくｍＨｖ）を測定すると共
に加工性を調べた。それらの結果を第１表及び第２表に
併記する。なお、加工性は熱間圧延時に割れが発生した
かどうかにより評価し、表中のｘ印は割れが発生した場
合を表わし、無印は割れの発生がなかったことを表して
いる。 第１表及び第２表から明らかなとおり、本発明合金＆１
７〜＆３１はいずれも充分な硬さを有すると共に熱間圧
延で割れが発生せず、良好な加工性を有している。 これに対し、比較合金Ｎ１１１〜＆１６は硬さが不充分
であるか或いは加工性が劣っている。特にＮａ１〜＆４
は第１図の領域Ｂに属する組成のため、硬質化が不充分
であり、Ｎａ５〜Ｎα８は領域Ｃに属する組成を有する
ため、熱間圧延が不可能であった。また、Ｎ１１９〜＆
１２は領域りに属する組成を有し、硬質化が不充分であ
る。Ｎα１３は第２図に示したＭｏとＣｒの関係を満足
しないため、硬質化が不充分である。Ｎａ１４はＭｎ量
が多すぎ、Ｎα１５はＶ＋Ｍｎ量が多すぎるため、それ
ぞれ熱間圧延性が劣化している。また翫１６は硬さは充
分であるが、Ｃｒが含まれていない。 次に、第２表に示した本発明合金のうち、Ｈａ１９〜＆
２２の４種類の合金について、５０℃、ｈ％Ｈ（ｌ溶液
を用いて耐食テストを実施した。 その結果を第３表に示す、なお、比較のため、プラスチ
ック成形金型材料として用いられている従来材の１３Ｃ
ｒマルテンサイト系ステンレス鋼（＆３２）とマルエー
ジング鋼（＆３３）、並びに第１表に示した比較合金＆
１６についても同様の腐食テストを実施した。 第３表から明らかなとおり１本発明合金はいずれも優秀
な耐食性を有しているのに対し、従来材の＆３２及び＆
３３はいずれも耐食性が劣り、また比較合金＆１６はＣ
ｒが含まれていないために耐食性が充分とは云えない。

【以下余白】

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、従来の炭化物析
出による硬化機構に代え１時効によりＭＯのクラスター
を形成して硬化する硬化機構を利用するべく化学成分を
調整したので１時効処理前の状態では塑性加工が容易で
あり、時効処理により充分な硬さを付与でき、したがっ
て、粗大な析出相を含まないで硬質化されるので優れた
鏡面仕上げ性を有し、しかも耐食性の優れた合金を提供
することができる。特に光ディスク、プラスチックレン
ズなどの樹脂成形金型材料に好適である。 また、鋳造合金としてだけでなく、粉末冶金法により硬
質焼結合金又は超硬質耐摩耗合金としても利用すること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明合金におけるＭｏ＋Ｃｒ量とＣ。 ＋Ｖ＋Ｍｎ量の関係を示す図、 第２図はＭｏ量とＣｒ量の関係を示す図。 第３図はＦｅ原子の格子面に形成されたＭｏのクラスタ
ーを示す説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原子％で（以下、同じ）、Ｍｏ：２〜２２％、Ｃｒ：２
   〜１９％及びＣｏ：２〜４８％を含み、残部が実質的に
   Ｆｅからなる組成において、Ｃｏの含有量の１部をＶ≦
   １０％及びＭｎ≦１０％の１種又は２種で置換してなり
   、かつ、各元素の含有量として、第１図に示すＭｏ＋Ｃ
   ｒ量（横軸）とＣｏ＋Ｖ＋Ｍｎ量（縦軸）がａ（４％、
   ４８％）、ｂ（４％、２４％）、ｃ（１５％、２％）、
   ｄ（２４％、１６％）、ｅ（１５％、２％）、ｆ（１８
   ％、３０％）及びｇ（１２％、４８％）の各点を順次結
   ぶ線で囲まれた領域内にあり、第２図に示すＭｏ量（横
   軸）とＣｒ量（縦軸）がｈ（２％、１９％）、ｉ（２％
   、１１％）、ｊ（１０％、２％）及びｋ（２２％、２％
   ）の各点を順次結ぶ領域内にあるように調整してなるこ
   とを特徴とする鏡面仕上げ性に優れた硬質耐食合金。