JPS6376855A - 時効硬化型金型用鋼 - 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】 （産業上の利用分野） 自動車、家電等の量産成形産業の発展は金型製作技術の
進歩によるところが多く、金型の品質が部品の品質、製
造コストを左右するといっても過言ではない、近年、金
型に対する要求は厳しく、金型はより高ネｎ度化、高品
質化して来ている。それに伴い、金型を構成する素材へ
の要求も厳しくなって来ている。本発明は、そのような
情勢に鑑み、現在供給されている材料に対して、より高
品質の材料を提供すべく実験、研究がなされ、達成され
たものである。

金型には各種材料が使用されているが、成形される材料
により使い分けされ、そのうちと（にプラスチック用の
金型材料としてはプレハードン型（素材メーカーで熱処
理を行ない硬さを調質）として、ＳＣ材、ＳＣＭ材、時
効硬化材が多く使用され、硬さとしては、それぞれＨＲ
Ｃ１３〜１５、ＨＲＣ２５〜３５、ＨＲＣ３５〜４５で
ある。現在の機械加工技術で切削加工可能な硬さはＨＲ
Ｃで約４５以下であると言われ、それ以上の硬さを必要
とする場合には型面の切削加工後熱処理が行われ、その
ようなタイプには、５ＫＤ６１．５ＫＤ１１などがある
。

近年、金型製作に対する納期短縮の要求力弓虫くなると
ともに金型メーカーで熱処理の省略できるプレハードン
型のＨＲＣ３５〜４５の時効硬化型の使用が多くなって
来た。

（従来の技術） このクラスの鋼には特開昭５５−２８３８４号、特開昭
５８−６７８５０号各公報などに提示されている。

前者はＮ１Ａｆの金属間化合物の析出、Ｃｕの析出によ
り硬さを、さらにＭｏの添加により硬さおよびじん性を
確保し、均一なミクロ組織を呈するようにしている。し
かしながら、Ｍｏは高価であるばかりでなく、非常に偏
析しやすい元素である。ここにプラスチック用の金型に
はシボ加工、すなわち、化学エツチングにより金型表面
に細緻な模様を刻む加工が施されることが多いが、化学
エツチングであるため偏析部では異常な模様が形成され
ることとなるため、Ｍｏの添加は好ましくない。また、
耐食性も不十分であり、さらに窒化硬さも不十分である
。

また後者においてはＡｌが添加されず、したがってＣｕ
およびＣｒ炭化物の析出により時効後の硬さを確保して
いる。しかしながらＣｕおよびＣｒ炭化物の析出のみに
より時効後の確かさをＨＲＣ３５以上とするためには、
Ｃｕをかなり多く添加する必要が生・じ、一方Ｃｕを多
く添加すると熱間圧延時にヘゲ状の表面欠陥が発生し、
製造上、問題となる。さらにＡｌが添加されていないた
め窒化硬さも不十分である。

（発明が解決しようとする問題点） 発明者らは、上記の欠点を解決すべく、実験研究を重ね
、シボ加工性、耐食性、窒化特性もすぐれ、熱間加工時
、ヘゲの発生がなく、時効後の硬さが１ＩＲｃ３５〜）
ｌＲｃ４５である時効硬化型金型用鋼を与えることを目
的として開発を進めた。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的は次のようにして解決され得ることが見出さ
れた。

Ｃ：０．０５〜０．１５鍔ｔ％ Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％ Ｍｎ　：　０．５〜２．０ｗｔ％ Ｃｒ　：　２．１〜５．０ｗｔ％ Ｎｉ　：　２．０〜３．Ｓｉｍｔ％ Ｃｕ　：　０．７〜１．５ｗｔ％ Ａｌ　：　０．４〜１．５ｗｔ％ 残余Ｆｅおよび不純物よりなる時効硬化型金型用鋼（第
１発明）。

Ｃ：０．０５〜０．１５ｗｔ％ Ｓｉ：０．１〜２．０智【％ Ｍｎ　：　０．５〜２．０ｗｔ％ Ｃｒ　：　２．１〜５．０ｗｔ％ Ｎｉ　：　２．Ｑ〜３．５ｗｔ％ Ｃｕ　：　０．７〜１．５ｗｔ％ Ａｌ　：　０．４〜１．５ｈｔ％ よりなる基本合金成分と、 Ｓ：０．０２〜０．３ｗｔ％、Ｐｂ　：　０．０３〜０
．３ｗｔ％のうちから選ばれた１種又は２種の被削性改
善合金成分と を含有し、残余Ｆｅおよび不純物からなる時効硬化型金
型用ｔｉ４（第２発明）。

Ｃ：　０．０５〜０．１５鍔（％ Ｓｉ　：　０．１〜２．０ｗｔ％ Ｍｎ　：　０．５〜２．０ｗｔ％ Ｃｒ　：　２．１〜５．０ｓｖｔ％ Ｎｔ　：　２．０〜３．５賀【％ Ｃｕ　：　０．７　〜１．５ｗｔ％ ＡＩ　：　０．４　〜１．５ｗｔ％ よりなり基本成分と Ｍｏ　：　０．０９ｗｔ％以下、Ｖ　：　０．５ｗｔ％
以下のうらから選ばれた１種又は２種の強靭性、焼入れ
性改善合金成分と を含有し、残余Ｆｅおよび不純物からなる時効硬化型金
型用鋼（第３発明）。

Ｃ：　０．０５〜０．１５ｗｔ％ Ｓｉ　：　０．１〜２．０ｗｔ％ Ｍｎ　：　０．５〜２．０ｗｔ％ Ｃｒ　：　２．１〜５．０ｗｔ％ Ｎｉ　：　２．０〜３．５鰐ｔ％ Ｃｕ　：　０．７〜１．５ｗｔ％ Ａｔ　：　０．４〜１．５ｗｔ％ よりなる基本成分と、Ｓ：０．０２〜０．３匈ｔ％、Ｐ
ｂ：０．０３〜０．３ｗｔ％のうちから選ばれた１種又
は２種の被削性改善合金成分並びに Ｍｏ　：　０．０９ｗｔ％以下、Ｖ　：　　０．５ｗｔ
％以下のうちから選ばれた１種又は２種の強靭性、焼入
れ性改善合金成分と を含有し、残余Ｆｅおよび不純物からなる時効硬化型金
型用鋼（第４発明）。

（作　用） この発明において鋼成分組成範囲を限定する理由を以下
に示す。

Ｃ：硬さを満足させるためには、必要な元素であり、過
度に添加すると溶接性が悪くなる。したがって、０．０
５〜０．１５ｗｔ％に限定する。

Ｓｉ：脱酸剤として添加、・されるが過度に添加すると
靭性を害する。そこで、０．１〜２．０ｗｔ％に限定し
た。

Ｍｎ：焼入れ性を増し、時効後の硬さを確保するために
不可欠の元素であるが、過度に添加すると靭性、被削性
を害する。そこで、０．５〜２．０ｗｔ％に限定した。

Ｃｒ：焼入れ性を確保し、耐食性、窒化特性を向上させ
る元素であり、２．１ｗｔ％以上の添加が必要である。

しかしながら過度に添加すると靭性をそこなう。そこで
、２．１〜５ｗｔ％とした。また、大気中での結露によ
るさびを完全に防ぐためには、実用上２．５ｗｔ％以上
の添加が好ましい。

Ｎｉ：ＮｉＡ１相を析出せしめ、時効後の硬さを確保す
る上で必要不可欠な元素である。２ｗｔ％未満では、時
効後の硬さを満足させることが困難であり、３．５ｗｔ
％を越えて添加してもその効果は飽和する。そこで２．
０〜３．５　ｗｔ％とした。

Ｃｕ：時効処理により析出し、時効後の硬さを確保する
ために０．７　ｗｔ％以上添加する必要があるが、過度
に添加すると熱間加工時のヘゲの発生の原因となる。そ
こで、０．７〜１．５ｗｔ％とした。

Ａｌ　：　Ｎｉともに時効状態にＮｉＡ　１相を析出さ
せ、硬さを確保するために必須な成分であり、０．４　
ｗｔ％以上の添加が必要であるが１．５ｗｔ％を越えて
添加すると靭性をそこなう。そこで０．４〜１．５＆４
ｔ％とした。

Ｓ、Ｐｂ：は本発明においてＳ：０．０２〜０．３ｗｔ
％、Ｐｂ　：　０．０３〜０．３ｗｔ％のうち１種又は
２種を選択して添加することにより、被削性を顕著に改
善できる。しかし上記限定量以上に添加すると靭性を害
する。また限定量以下では効果が小さい。

そこで上記範囲に限定した。

Ｍｏ、Ｖ：靭性の改善、焼入れ性の改善に、ＭＯ＝０．
０９ｗｔ％以下、Ｖ　：　　０．５ｗｔ％以下の１種又
は２種を添加することは、有効である。しかしながら、
Ｍｏを０．０９ｗｔ％を越えて添加すると偏析が問題と
なり、シボ加工性が悪くなる。また、■を０．５　ｗｔ
％越えて添加すると必要以上に時効後の硬さを高める。

そこで各種元素の範囲を上記に限定した。

なお、被削性を一層改善させるために、Ｓｅ：０．０３
〜０．４５　ｗｔ％、Ｔｅ　：　０．０１〜０．３ｗｔ
％、Ｂｉ＝０．０３〜０．３ｗｔ％の１種又は２種以上
添加すくことも有効である。

また、焼入れ性改善のために、Ｗ：　　０．５ｗｔ％以
下、Ｂ　：　０．０１鰐ｔ％以下、ＣＯ：０゜５ｗｔ％
以下のうちから選ばれた少なくとも１種又は２種以上添
加することも有効である。

さらに靭性改善、結晶粒微細化のかめに、Ｔｉ：０．５
　ｗｔ％以下、Ｎｂ　＋　Ｔａを０，５ｗｔ％以下のう
ちから１種又は２種以上添加することも有効である。

これらの別途合金元素を添加しても、この発明による特
長は何等阻害されずにそれぞれの合金元素添加による効
果が単に重畳される。

この発明において原料溶鋼は転炉または電気炉により溶
製し、連続鋳造法又は造塊後に鍛造もしくは分塊圧延す
る方法により、スラブ、ブルームを製造し、その後、厚
板圧延、形鋼圧延により、厚板、平鋼、丸棒の形状にし
て溶体化処理後、時効処理を施し、所定の硬さに調質し
て製品とすることができる。また、溶製後電極を製造し
、再溶解　（ＶＡＲ，ＥＳＲ）後、鍛造、圧延により上
記形状の製品にすることもできる。

溶体化処理は例えば８８０℃〜９５０℃、例えば時効処
理は５００℃〜６００℃で行われる。

（実施例） つぎに、本発明の実施例を表１に示す。何れの場合もｉ
ｏｏｋｇ鋼塊（平均１９０ｍｍｘ高さ３２０ｍｍ）を溶
製し、４０龍に圧延した。

このとき、Ｃｕ含有量が上限を越えている比較例１１に
３鋼のみヘゲが発生した。

その後９３０℃で３０分保持後、５℃／ｌｌ１ｉｎで冷
却後、さらに５２５℃で５時間時効処理を行なった。

成績を表１に示した。ここに５℃／ｍｉｎの冷却速度と
云うのは、１５０龍の厚みの板を空冷したときの板厚中
央部冷却速度を想定したものであり、この時効硬さはＨ
ＲＣ３５以上あれば実用的には問題ないが、＋１１？ｃ
４０以上、ＩＩＲＣ４５以下であることが望まれる。

また、上記熱処理を施した後、５００℃１５時間、イオ
ン窒化処理を行ない、窒化処理面から２５μｍの深さの
位置の硬さを測定し、窒化特性を調べ表１に成績を併記
した。

なお表１に掲げた耐食性およびシボ加工性の評価は以下
にして行なった。

牙文性 熱処理を施した試料を、パフ研磨し、裏面と四周をビニ
ールテープでシールしたのち、蒸留水中に浸漬し、１５
分後試料表面に発生した銹の数を数えた。

之工■工立 本発明鋼、比較鋼ともその圧延方向と平行な断面をエメ
リー紙で６００＃まで順次研磨し、脱脂洗浄後研磨面に
スプレーにて硝酸系のエツチング液を吹きつけ研磨面に
凹凸を作製（このようにして研磨面につけられた模様は
、一般に梨地模様と言われているものである。）したこ
こに偏析部は、鍛造および圧延によってその方向に延伸
されるため、シボ加工時の欠陥となって上記方向と平行
なすし状に現出する。評価は良、否の２水準で判定し、 否：目視で容易にすし状欠陥観察 良：目視ですし状欠陥観察されず とした。

本発明鋼のみが十分な硬さを有し、窒化特性、耐食性、
シボ加工性にすぐれている。

また、鋼材の被削性を評価するために表２に示す条件で
切削試験を行なった。切削試験に供した鋼は、本発明鋼
の中のＮ１１１６．１１ｈ１７．隘１８．阻１９゜隘２
０．魚２１．１ｌｋ１２２及び魚２３１階２４である。

表　　　２ 被削性の評価は、ドリルで一定温さの穴をあけ、１本の
ドリルで穴あけが不能となるまでにあけることができた
穴の個数を数えて、のべ長さに換算（切削長さ）して、
行なった。したがって切削長さが大きいほど、被削性が
すぐれていることになる。なお、ｓ、ｐｂの添加は発錆
性、シボ加工性を減するものでないことは表１ですでに
明らかである。

（発明の効果） この発明は、熱間加工時にヘゲの発生なくして、時効処
理後の硬さが）ｌＲｃ３５〜４５を呈しシボ加工性、耐
食性にすぐれ、窒化特性も良好なので時効硬化型金型用
鋼として有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は被削性に及ぼすＳ含有量０効果グラフ　　　ｉ
である。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　５ヰ ＝＝− ）に や 特許出願人　　川崎製鉄株式会社 第１図 Ｚｊ　量　（７，２ 手　　続　　補　　正　　書 昭和６１年ｌθ月２９日 特許庁長官　　黒　　１）　明　　雄　　殿１、事件の
表示 昭和６１年特許願第２１９８０２号 ２、発明の名称 時効硬化型金型用鋼 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （１２５）川崎製鉄株式会社 ４、代理人 １、明細書第１６頁の表２を次のとおりに訂正する。 「　　表２ ■ 」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．０５〜０．１５ｗｔ％ Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％ Ｍｎ：０．５〜２．０ｗｔ％ Ｃｒ：２．１〜５．０ｗｔ％ Ｎｉ：２．０〜３．５ｗｔ％ Ｃｕ：０．７〜１．５ｗｔ％ Ａｌ：０．４〜１．５ｗｔ％ 残余Ｆｅおよび不純物よりなる時効硬化型金型用鋼。 ２、Ｃ：０．０５〜０．１５ｗｔ％ Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％ Ｍｎ：０．５〜２．０ｗｔ％ Ｃｒ：２．１〜５．０ｗｔ％ Ｎｉ：２．０〜３．５ｗｔ％ Ｃｕ：０．７〜１．５ｗｔ％ Ａｌ：０．４〜１．５ｗｔ％ よりなる基本合金成分と、 Ｓ：０．０２〜０．３ｗｔ％、Ｐｂ：０．０３〜０．３
   ｗｔ％のうちから選ばれた１種又は２種の被削性改善合
   金成分と を含有し、残余Ｆｅおよび不純物からなる時効硬化型金
   型用鋼。 ３、Ｃ：０．０５〜０．１５ｗｔ％ Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％ Ｍｎ：０．５〜２．０ｗｔ％ Ｃｒ：２．１〜５．０ｗｔ％ Ｎｉ：２．０〜３．５ｗｔ％ Ｃｕ：０．７〜１．５ｗｔ％ Ａｌ：０．４〜１．５ｗｔ％ よりなる基本成分と Ｍｏ：０．０９ｗｔ％以下、Ｖ：０．５ｗｔ％以下のう
   らから選ばれた１種又は２種の強靭性、焼入れ性改善合
   金成分と を含有し、残余Ｆｅおよび不純物からなる時効硬化型金
   型用鋼。 ４、Ｃ：０．０５〜０．１５ｗｔ％ Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％ Ｍｎ：０．５〜２．０ｗｔ％ Ｃｒ：２．１〜５．０ｗｔ％ Ｎｉ：２．０〜３．５ｗｔ％ Ｃｕ：０．７〜１．５ｗｔ％ Ａｌ：０．４〜１．５ｗｔ％ よりなる基本成分と、Ｓ：０．０２〜０．３ｗｔ％、Ｐ
   ｂ：０．０３〜０．３ｗｔ％のうちから選ばれた１種又
   は２種の被削性改善合金成分並びに Ｍｏ：０．０９ｗｔ％以下、Ｖ：０．５ｗｔ％以下のう
   ちから選ばれた１種又は２種の強靭性、焼入れ性改善合
   金成分と を含有し、残余Ｆｅおよび不純物からなる時効硬化型金
   型用鋼。