JPWO2012090562A1 - 耐発錆性および熱伝導性に優れた金型用鋼およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

金型用鋼としての基本特性を満足した上で、さらに優れた耐発錆性と熱伝導性を両立した金型用鋼およびその製造方法を提供する。質量％で、Ｃ：０．０７〜０．１５％、Ｓｉ：０超〜０．８％未満、Ｍｎ：０超〜１．５％未満、Ｐ：０．０５％未満、Ｓ：０．０６％未満、Ｎｉ：０超〜０．９％未満、Ｃｒ：２．９〜４．９％、ＭｏとＷは単独または複合で（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０超〜０．８％未満、Ｖ：０超〜０．１５％未満、Ｃｕ：０．２５〜１．８％を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる組成の鋼であって、硬さが３０〜４２ＨＲＣの金型用鋼である。不可避的不純物であるＡｌは０．１％未満、Ｎは０．０６％未満、Ｏは０．００５％未満に規制することが好ましい。前記の硬さは、焼入れと、５３０℃以上の焼戻しによって、得ることができる。

Description

本発明は、優れた耐発錆性と熱伝導性を兼備し、主としてプラスチック成形用途に最適な金型用鋼およびその製造方法に関するものである。

従来、特にプラスチック成形に用いられる金型用鋼には、主に、
（１）鏡面仕上げ性が良く、ピンホールやその他微細ピットの発生傾向が小さいこと、
（２）シボ加工性が良いこと、
（３）強度、耐摩耗性、靭性が良いこと、
（４）被切削性が良いこと、
（５）耐食性、耐発錆性が良いこと、
（６）熱伝導性が良いこと、
などが要求される。

なかでも、耐発錆性と熱伝導性の向上は、最近の金型用鋼にとって重要な要求特性となっている。つまり、生産の合間やメンテナンスといった金型未使用時には、結露によって金型表面に錆が発生する問題がある。金型表面に錆が発生すると、再度の使用を開始する際には磨き等の錆を落とす工程が必須となり、生産性低下の要因となる。よって、金型用鋼には耐発錆性の向上が多く求められている。また、金型用鋼の熱伝導性の向上は、加熱と冷却を繰り返すプラスチック成形において、その熱サイクルを短縮して生産性を上げるための重要な改善特性である。

プラスチック成形に用いられる金型用鋼としては、質量％（以下、％と表記）で、Ｃ：０．０７５〜０．１５％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１〜３％、Ｃｒ：２〜５％、Ｎｉ：１〜４％（但し、Ｍｎ＋Ｃｒ＋Ｎｉ≧６）、ＭｏとＷは単独または複合で（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．１〜１．０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０２％以下、残部Ｆｅおよび不純物でなる合金鋼が提案されている（特許文献１）。
また、Ｃ：０．１０〜０．２５％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｎｉ：０．６０〜１．５０％、Ｃｒ：１．００超〜２．５０％、ＭｏとＷは単独または複合で（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：１．００％以下、Ｖ：０．０３〜０．１５％、Ｃｕ：０．５０〜２．００％、Ｓ：０．０５％以下を含有し、Ａｌは０．１０％以下、Ｎは０．０６％以下、Ｏは０．００５％以下に規制され、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成でなる金型用鋼が提案されている（特許文献２）。

特表２００１−５０５６１７号公報 特開２００７−１４６２７８号公報

２〜５％のＣｒを含む特許文献１の金型用鋼は、耐発錆性に優れるものである。しかし、熱伝導率が低いことから、成形条件によっては熱サイクル時間が増加して、生産性を下げる懸念があった。一方、Ｃｒが２．５％以下である特許文献２の金型用鋼は、高い熱伝導率を有し、熱サイクル時間の短縮が可能である。しかし、特許文献１の金型用鋼に比して、耐発錆性の向上に余地があるものである。このように、熱伝導性と耐発錆性は相反する特性であることから、これらの特性を高いレベルで兼備した金型用鋼の提供が望まれていた。

本発明の目的は、優れた熱伝導性と耐発錆性を兼備した金型用鋼と、この金型用鋼を得るのに好ましい製造方法を提供することである。

本発明者は、金型用鋼の成分組成について見直した。その結果、従来の金型用鋼を構成していた多くの元素種であっても、それらは耐発錆性と熱伝導性に対して相互かつ複雑に作用していることを確認した。そして、上記の両特性を兼備させることを目的として、多くの元素種の中でも特に影響度の大きい因子を抽出すると共に、これらの含有量の間には最適な関係があることも突きとめたことで、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、質量％で、Ｃ：０．０７〜０．１５％、Ｓｉ：０超〜０．８％未満、Ｍｎ：０超〜１．５％未満、Ｐ：０．０５％未満、Ｓ：０．０６％未満、Ｎｉ：０超〜０．９％未満、Ｃｒ：２．９〜４．９％、ＭｏとＷは単独または複合で（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０超〜０．８％未満、Ｖ：０超〜０．１５％未満、Ｃｕ：０．２５〜１．８％を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる組成の鋼であって、硬さが３０〜４２ＨＲＣであることを特徴とする耐発錆性および熱伝導性に優れた金型用鋼である。不可避的不純物であるＡｌは０．１％未満、Ｎは０．０６％未満、Ｏは０．００５％未満に規制することが好ましい。

また、本発明は、質量％で、Ｃ：０．０７〜０．１５％、Ｓｉ：０超〜０．８％未満、Ｍｎ：０超〜１．５％未満、Ｐ：０．０５％未満、Ｓ：０．０６％未満、Ｎｉ：０超〜０．９％未満、Ｃｒ：２．９〜４．９％、ＭｏとＷは単独または複合で（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０超〜０．８％未満、Ｖ：０超〜０．１５％未満、Ｃｕ：０．２５〜１．８％を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる組成の鋼を、焼入れと、５３０℃以上の温度による焼戻しによって、硬さを３０〜４２ＨＲＣに調整することを特徴とする耐発錆性および熱伝導性に優れた金型用鋼の製造方法である。不可避的不純物であるＡｌは０．１％未満、Ｎは０．０６％未満、Ｏは０．００５％未満に規制することが好ましい。

そして好ましくは、上記の鋼の組成が、質量％による下記の式１および式２による値でそれぞれ１００以上を満たす金型用鋼およびその製造方法である。
式１：８５−６０．１×［Ｃ％］−１１５×［Ｓ％］＋０．１×［Ｎｉ％］＋７．１７×［Ｃｒ％］＋２．４４×［（Ｍｏ＋１／２Ｗ）％］
式２：１４０＋３０．９×［Ｃ％］−１７．８×［Ｓｉ％］−１０．５×［Ｍｎ％］−１２．４×［Ｎｉ％］−３．６８×［Ｃｒ％］−１．２６×［（Ｍｏ＋１／２Ｗ）％］−３．６８［Ｃｕ％］
ここで、［］括弧内は各元素の含有量（質量％）を示す。

本発明であれば、従来個々の金型用鋼でしか達成できなかった優れた耐発錆性と熱伝導性を、高い再現性を持って同時に実現することができる。よって、金型の技術向上にとって有効な技術となる。

本発明の特徴は、金型用鋼の構成元素として、耐発錆性および熱伝導性に大きな影響を及ぼす元素種を特定できたところにある。すなわち、Ｃ、Ｓ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗは耐発錆性に大きな影響を及ぼし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕは熱伝導性に大きな影響を及ぼす元素種である。この特定によって、優れた耐発錆性を有する特許文献１に記載の金型用鋼に対しては、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ量を見直すことで、熱伝導性の向上が達成できる。また、優れた熱伝導性を有する特許文献２に記載の金型用鋼に対しては、Ｃ、Ｓ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗの含有量を見直すことで、耐発錆性の向上が達成できる。

そして、本発明の更なる特徴は、上記の特定できた元素種の、耐発錆性および熱伝導性のそれぞれに与える影響度をも定量化できたところにある。この影響度の定量化によって、調整の目標とすべき金型用鋼の最適な成分組成はより明確となることから、耐発錆性と熱伝導性の一層の向上が達成できる。以下、構成要件ごとに説明する。

・Ｃ：０．０７〜０．１５％
Ｃは、焼入性を高め、かつ焼戻しにおいては、Ｃｒ、Ｍｏ（Ｗ）、Ｖ炭化物の析出による組織強化をもたらす元素であって、後述する３０〜４２ＨＲＣの焼入れ焼戻し硬さを維持するために必要な、基本的添加元素である。そして、切削加工時などに発生する加工歪を抑制するためには、鋼中の残留応力を低減しておくことが望ましく、このためには上記の焼戻し温度は高くできることが必要である。そこで、本発明鋼では、例えば５３０℃以上の焼戻しでも３０ＨＲＣ以上の硬さを安定して達成できるだけの、十分なＣ量を添加することが重要である。

しかし、添加量の増加に伴っては、Ｃｒ炭化物の形成によって基地中の固溶Ｃｒが減少すると、耐発錆性が低下するため、本発明では０．１５％以下とする。一方、固溶Ｃｒは金型用鋼の熱伝導率を下げる大きな要因となることから、Ｃｒ炭化物を形成するＣは、少なすぎると金型用鋼の熱伝導性を劣化する。そして、必要な硬さも得られなくなるため、０．０７％以上とする。好ましくは、０．０８％以上および／または０．１３％以下である。より好ましくは、０．１％以上および／または０．１２％以下である。０．１％以下が、更に好ましい。

・Ｓｉ：０超〜０．８％未満
Ｓｉは、例えばプラスチック成形時の被成形材から発生するガス等、金型使用時の雰囲気に対する耐食性を高める元素である。しかし、多すぎると金型用鋼の有する熱伝導率が著しく低下し、熱伝導性が劣化する。また、Ｓｉを低減すると機械的特性の異方性が軽減され、縞状偏析も低減されて、優れた鏡面加工性が得られる。よって、本発明では０．８％未満とする。好ましくは、０．１％以上および／または０．６％以下である。より好ましくは、０．１５％以上および／または０．５％以下である。更に好ましくは、０．２％以上である。０．２５％以上が、特に好ましい。

・Ｍｎ：０超〜１．５％未満
Ｍｎは、焼入性を高め、またフェライトの生成を抑制し、適度の焼入れ焼戻し硬さを付与する元素である。しかし、多すぎると熱伝導性を著しく損なうだけでなく、後述のＳと結合して非金属介在物ＭｎＳを生成して、錆やピンホール発生の要因ともなる。また基地の粘さを上げて被切削性を低下させるので、１．５％未満とする。好ましくは、０．１％以上および／または１．０％以下である。より好ましくは、０．２％以上および／または０．８％以下である。０．３％以上が、更に好ましい。

・Ｐ：０．０５％未満
Ｐは、多すぎると熱間加工性や靭性を低下させる元素である。よって、本発明では、０．０５％未満とする。好ましくは、０．０３％以下である。

・Ｓ：０．０６％未満
Ｓは、非金属介在物のＭｎＳとして存在させることで、被切削性の向上に大きな効果がある。しかし、多量のＭｎＳの存在は、機械的特性、特に靭性の異方性を助長するなど、金型自体の性能を低下させる要因となる。そして、ＭｎＳは錆やピンホール発生の起点ともなり、これは本発明鋼にとっての重要な特性である耐発錆性や研磨仕上性を大きく劣化させる。よって、Ｓは添加する場合であっても、０．０６％未満に限定する。０．０３５％以下が好ましい。なお、好ましい下限は０．００５％以上である。

・Ｎｉ：０超〜０．９％未満
Ｎｉも、本発明鋼の焼入れ性を高め、またフェライトの生成を抑制する。そして、本発明鋼の耐発錆性を向上する元素である。しかし、多すぎると熱伝導率を低下するだけでなく、基地の粘さを上げて被切削性も低下させる。よって、Ｎｉは０．９％未満とする。好ましくは、０．１％以上および／または０．６％以下である。より好ましくは０．１５％以上であり、更に好ましくは０．２％以上である。

・Ｃｒ：２．９〜４．９％
Ｃｒは、焼戻し処理によって微細炭化物を析出、凝集させ、本発明鋼の強度を高める元素である。そして一方では、基地に固溶することで、本発明鋼の耐発錆性を高める元素である。更に窒化処理を行う場合には、窒化層の硬さを高める効果も有する。しかし、多すぎると、上記の固溶Ｃｒ量が増加して、熱伝導率を著しく低下させるだけでなく，軟化抵抗も低下させる。よって、本発明のＣｒは２．９〜４．９％とする。好ましくは、３．５％以上および／または４．８％以下である。３．８％以上が、更に好ましい。

・ＭｏとＷは単独または複合で（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０超〜０．８％未満
Ｍｏ、Ｗは、焼戻し処理時に微細炭化物を析出、凝集させて、本発明鋼の強度を向上する。また、焼戻し時の軟化抵抗を大きくする。そしてＣｒと同様に、基地に固溶することで、本発明鋼の耐発錆性を高める元素であることから、単独または複合で含有する元素である。更に、ＭｏやＷの一部は、金型表面の酸化皮膜中に一部固溶することで、金型使用中の、例えばプラスチックから発生する腐食性ガスに対しての耐食性を向上する作用効果も有する。しかし多すぎると、被切削性の低下を招く。そして、上記の固溶量が増加すると、熱伝導率を著しく低下させる。よって、本発明では、ＭｏとＷは（Ｍｏ＋１／２Ｗ）の関係式で定義される単独または複合量で０．８％未満とした。好ましくは、０．１％以上および／または０．６％以下である。更に好ましくは、０．３％以上および／または０．５％以下である。

・Ｖ：０超〜０．１５％未満
Ｖは、焼戻し軟化抵抗を高めるとともに、結晶粒の粗大化を抑制して、靭性の向上に寄与する。また、硬質の炭化物を微細に形成して、耐摩耗性を向上させる効果がある。しかし、多すぎると被切削性の低下を招くので０．１５％未満とした。好ましくは、０．０３％以上および／または０．１０％以下である。より好ましくは、０．０５％以上であり、更に好ましくは、０．０７％以上である。

・Ｃｕ：０．２５〜１．８％
Ｃｕは、焼戻し処理時にＦｅ−Ｃｕ固溶体を析出、凝集させ、本発明鋼の強度を向上する元素である。しかし多すぎると、著しく熱間加工性を低下させる。そして、熱伝導率も低下して、本発明鋼の熱伝導性が劣化する。よって、本発明のＣｕは０．２５〜１．８％とする。好ましくは、０．４％以上および／または１．５％以下である。より好ましくは、０．７％以上であり、更に好ましくは、１．０％以上である。

・Ａｌ：０．１％未満
不可避的不純物であるＡｌは、通常、溶製時の脱酸元素として用いられる。そして、硬さを調質後の状態にある本発明鋼においては、その鋼中にＡｌ_２Ｏ_３が多く存在すると鏡面加工性が劣化する。よって、本発明のＡｌは０．１％未満に規制することが好ましい。より好ましくは０．０５％未満である。

・Ｎ（窒素）：０．０６％未満
不可避的不純物であるＮは、鋼中に窒化物を形成する元素である。窒化物は過多に形成されると、金型の靭性、被削性および磨き性を著しく劣化する。したがって、鋼中のＮは低く規制することが好ましい。よって本発明では、Ｎを０．０６％未満に規定することが好ましい。より好ましくは０．０３％未満である。

・Ｏ（酸素）：０．００５％未満
不可避的不純物であるＯは、鋼中に酸化物を形成する元素である。過多の酸化物は、冷間での塑性加工性および磨き性を著しく劣化させる要因となる。そして本発明では、特に上記のＡｌ_２Ｏ_３の形成を抑えることが重要である。よって、本発明のＯは、上限を０．００５％に規制することが好ましい。より好ましくは、０．００３％未満である。

・好ましくは、下記の式１および式２による値がそれぞれ１００以上を満たす（［］括弧内は各元素の含有量（質量％）を示す）。
式１：８５−６０．１×［Ｃ％］−１１５×［Ｓ％］＋０．１×［Ｎｉ％］＋７．１７×［Ｃｒ％］＋２．４４×［（Ｍｏ＋１／２Ｗ）％］
式２：１４０＋３０．９×［Ｃ％］−１７．８×［Ｓｉ％］−１０．５×［Ｍｎ％］−１２．４×［Ｎｉ％］−３．６８×［Ｃｒ％］−１．２６×［（Ｍｏ＋１／２Ｗ）％］−３．６８［Ｃｕ％］
強度や軟化抵抗、被削性等の基本特性を満足した上で、さらに本発明の特徴である優れた耐発錆性および熱伝導性を達成するためには、本発明鋼を構成する多くの元素種の含有量を上記の成分範囲内に調整する必要がある。しかし、耐発錆性および熱伝導性に及ぼす影響の度合いは、これら個々の元素で異なる。したがって、基本特性を維持して、さらに優れた耐発錆性と熱伝導性を両立させるには、構成元素種の含有量を相互的に管理することが有効である。

そこで、本発明鋼の構成元素の個々について、その耐発錆性および熱伝導性に対する影響の度合いを調査した。その結果、耐発錆性については、Ｃｒ、ＭｏおよびＷ、Ｎｉの順でその向上効果が大きく、逆にＳ、Ｃは、この順で該特性を低下させることをつきとめた。また、熱伝導性については、Ｃの含有による向上効果が大きく、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、ＭｏおよびＷは、この順で該特性を低下させることをつきとめた。そして、これら元素の含有量を変数としたときの重回帰分析を行ったことで、上記の影響度を適確な相互係数として表すことができた。

すなわち、本発明鋼の耐発錆性にかかる構成元素の影響度は、以下の式１で相互的に表記できる。このとき、該特性の向上元素の係数はプラスで、そして該特性の低下元素の係数はマイナスで表記され、それぞれの絶対値が大きいほど、その影響度は大きい。そして、本発明鋼の場合、式１の値が１００以上であることが、耐発錆性の更なる向上に好ましい。さらに好ましくは、該値が１０５以上である。
式１：８５−６０．１×［Ｃ％］−１１５×［Ｓ％］＋０．１×［Ｎｉ％］＋７．１７×［Ｃｒ％］＋２．４４×［（Ｍｏ＋１／２Ｗ）％］

そして、本発明鋼の熱伝導性にかかる構成元素の影響度は、以下の式２で相互的に表記できる。このとき、該特性の向上に働く元素の係数はプラスで、そして該特性の低下に働く元素の係数はマイナスで表記され、それぞれの絶対値が大きいほど、その影響度は大きい。そして、本発明鋼の場合、式２の値が１００以上であることが、熱伝導性の更なる向上に好ましい。さらに好ましくは、該値が１０５以上である。
式２：１４０＋３０．９×［Ｃ％］−１７．８×［Ｓｉ％］−１０．５×［Ｍｎ％］−１２．４×［Ｎｉ％］−３．６８×［Ｃｒ％］−１．２６×［（Ｍｏ＋１／２Ｗ）％］−３．６８［Ｃｕ％］

・金型用鋼の硬さは３０〜４２ＨＲＣである。
素材の硬さが低すぎると、金型作製時の鏡面加工性が低下する。そして、金型製品としての耐摩耗性も低下する。一方、素材の硬さが高すぎると、金型作製時の被切削性が低下する。そして、金型製品としての靭性も低下する。よって、本発明の金型用鋼の硬さは３０〜４２ＨＲＣとする。好ましくは、３５ＨＲＣ以上および／または４０ＨＲＣ以下である。本発明の金型用鋼は、焼入れ焼戻し熱処理によって該硬さに調質された後、金型形状に切削加工される、いわゆるプリハードン鋼としての使用が可能である。

そして、本発明鋼は、上記の３０ＨＲＣ以上、さらには３５ＨＲＣ以上の硬さが、５３０℃以上の高温の焼戻しでも安定して達成できる。５４０℃以上の焼戻しでも達成が可能である。切削加工時などに発生する加工歪を抑制するためには、鋼中の残留応力を低減できる高温での焼戻しが有利であることは、上記の通りである。本発明の金型用鋼は、優れた耐発錆性と熱伝導性とともに、上記の焼戻し特性も兼ね備えた、最適な成分組成に調整されている。なお、この際の焼入れ温度については、特別の設定は要しない。例えば９００℃以上の温度からの焼入れが適用できる。

真空溶解炉で所定の成分組成に調整した１０ｋｇの鋼塊を溶製した。成分組成を表１に示す。表１には、本発明による式１、２の値も併記した。従来鋼１、２は、それぞれ特許文献１、２に相当するものである。

次に、これらの鋼塊を１１５０℃で鍛造して、厚さ３０ｍｍ×幅３０ｍｍの鋼材とし、これを８６０℃で焼鈍処理した。そして、それぞれの焼鈍処理材から、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの硬さ評価用と、５ｍｍ×８ｍｍ×１５ｍｍの耐発錆性評価用と、直径１０ｍｍ×厚さ１ｍｍの熱伝導性評価用の３つの寸法形状の鋼片を加工した。そして、これらの鋼片に所定の焼入れ焼戻し処理を行ったものについて、以下の試験を実施した。

（硬さの評価）
１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの鋼片を用いて、これに９５０℃からのガス冷却による焼入れ処理を行った。そして、焼戻し処理は、鋼中の残留応力を低減するのに有利な高温焼戻しとして、５５０℃で２時間の条件とした。硬さの結果を表２に示す。本発明鋼は、５５０℃の焼戻しでも３０ＨＲＣ以上の硬さを達成し、好ましいものでは３５ＨＲＣ以上の硬さを達成した。

（耐発錆性の評価）
５ｍｍ×８ｍｍ×１５ｍｍの鋼片を用いて、これに上記と同様の焼入れ処理を行った。焼戻し処理は、硬さが３４〜３６ＨＲＣ（狙い硬さ３５ＨＲＣ）になるように、５４０℃から５８０℃の適正温度で２時間の条件とした。そして、この焼戻し処理後の試験片に、温度８０℃、湿度９０％の雰囲気で２４時間の曝露試験を行い、８ｍｍ×１５ｍｍの表面に発生した錆の面積率（１００×錆発生面積（ｍｍ^２）／試験片の表面積（ｍｍ^２））を算出した。結果を表３に示す。

（熱伝導性の評価）
直径１０ｍｍ×厚さ１ｍｍの鋼片を用いて、これに上記と同様の焼入れ処理を行った。焼戻し処理は、上記と同様の、硬さが３４〜３６ＨＲＣ（狙い硬さ３５ＨＲＣ）になるように、５４０℃から５８０℃の適正温度で２時間の条件とし、耐発錆性の評価用試験片とともに処理した。そして、焼戻し処理後の試験片に対し、レーザーフラッシュ法により熱伝導率を測定した。結果を表３に示す。

表３の結果より、成分組成が最適に調整された本発明鋼１〜６は、従来鋼１、２と比べて優れた耐発錆性と熱伝導率の両立を達成している。そして、式１の値が１００以上の本発明鋼３〜６では、錆の発生が確認されなかった。一方、Ｓｉが高い比較鋼１、Ｎｉが高い比較鋼３は、熱伝導率が大幅に低下している。本発明鋼に近い成分組成を有した比較鋼２であっても、Ｎｉが高く、熱伝導率が低い。Ｃｒが低い比較鋼３は、耐発錆性も低下している。

成分組成を変化させた以外は、前記の実施例１と同様にして、１０ｋｇの鋼塊を溶製した。成分組成を表４に示す。表４には、表１と同様、本発明による式１、２の値も併記した。

次に、これらの鋼塊を、前記の実施例１と同じ条件で鍛造し、焼鈍処理を行った。そして、それぞれの焼鈍処理材から、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの硬さ評価用と、５ｍｍ×８ｍｍ×１５ｍｍの耐発錆性評価用と、直径１０ｍｍ×厚さ１ｍｍの熱伝導性評価用の３つの寸法形状の鋼片を加工した。そして、これらの鋼片に所定の焼入れ焼戻し処理を行ったものについて、以下の試験を実施した。

（硬さの評価）
１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの鋼片を用いて、これに実施例１と同じ条件の焼入れ処理を行った。そして、焼戻し処理は、実施例１の５５０℃で２時間の条件と、５８０℃で２時間の条件の、２条件を実施した。硬さの結果を表５に示す。なお、表５には、実施例１で評価した本発明鋼２、３、５、６と、比較鋼１〜３、従来鋼１、２の結果も併せて示す。本発明鋼は、５５０℃の焼戻しに加えて、５８０℃の焼戻しでも３０ＨＲＣ以上の硬さを達成し、好ましいものでは３５ＨＲＣ以上の硬さを達成した。なお、Ｖが低めの本発明鋼２２は、５８０℃の焼戻しで硬さが３０ＨＲＣを下回った。一方、Ｃ量の少ない比較鋼４は、５５０℃、５８０℃の両方の焼戻しで３０ＨＲＣを達成しなかった。

（耐発錆性の評価）
５ｍｍ×８ｍｍ×１５ｍｍの鋼片を用いて、これに実施例１の耐発錆性の評価時と同じ条件の焼入れおよび焼戻し処理と、曝露試験を行った。そして、試験前の試験片の質量と、試験後の錆を落とした試験片の質量とを測定して、質量の減少率（１００×試験片の減少量（ｇ）／試験前の試験片の質量（ｇ））を算出した。結果を表６に示す。なお、表６には、実施例１で評価した従来鋼２の結果も併記しておく。

（熱伝導性の評価）
直径１０ｍｍ×厚さ１ｍｍの鋼片を用いて、これに実施例１の熱伝導性の評価時と同じ条件の焼入れおよび焼戻し処理と、熱伝導率の測定をした。結果を表６に示す。なお、表６には、実施例１で評価した従来鋼２の結果も併記しておく。

表６の結果より、本発明鋼７〜２２は、優れた耐発錆性と熱伝導率を有しており、これらの両立を達成している。本発明鋼１０は、Ｃ量が高いが、式１の値が高く、耐発錆性が良好である。一方、Ｓｉが高い比較鋼５、６は、熱伝導率が低い。Ｃｒが低い比較鋼７は、錆の発生による質量の減少量が多く、耐発錆性が低下している。

アーク溶解炉で表７の成分組成に調整した１０ｔの鋼塊を溶製した。表７には、表１と同様、本発明による式１、２の値も併記した。

次に、これらの鋼塊を鍛伸して、断面積が６５００ｃｍ^２の角材にした。そして、この角材から、５ｍｍ×８ｍｍ×１５ｍｍの耐発錆性評価用と、直径１０ｍｍ×厚さ１ｍｍの熱伝導性評価用の２つの寸法形状の鋼片を採取して、実施例２と同じ条件による、耐発錆性と熱伝導性の評価を行った。結果は、表８の通りである。

表８の結果より、本発明鋼２３は、優れた耐発錆性と熱伝導率の両立を達成していることがわかる。

本発明鋼は、その金型用としての基本特性も満足していることから、プラスチック成形用金型の他に、ゴム成形用や、小ロット生産に用いる熱間加工用、ダイカスト用などの金型にも適用が可能である。

Claims (6)

1. 質量％で、Ｃ：０．０７〜０．１５％、Ｓｉ：０超〜０．８％未満、Ｍｎ：０超〜１．５％未満、Ｐ：０．０５％未満、Ｓ：０．０６％未満、Ｎｉ：０超〜０．９％未満、Ｃｒ：２．９〜４．９％、ＭｏとＷは単独または複合で（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０超〜０．８％未満、Ｖ：０超〜０．１５％未満、Ｃｕ：０．２５〜１．８％を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる組成の鋼であって、硬さが３０〜４２ＨＲＣであることを特徴とする耐発錆性および熱伝導性に優れた金型用鋼。
2. 鋼の組成は、質量％による下記の式１および式２による値がそれぞれ１００以上を満たすことを特徴とする請求項１に記載の耐発錆性および熱伝導性に優れた金型用鋼。
   式１：８５−６０．１×［Ｃ％］−１１５×［Ｓ％］＋０．１×［Ｎｉ％］＋７．１７×［Ｃｒ％］＋２．４４×［（Ｍｏ＋１／２Ｗ）％］
   式２：１４０＋３０．９×［Ｃ％］−１７．８×［Ｓｉ％］−１０．５×［Ｍｎ％］−１２．４×［Ｎｉ％］−３．６８×［Ｃｒ％］−１．２６×［（Ｍｏ＋１／２Ｗ）％］−３．６８［Ｃｕ％］
   ここで、［］括弧内は各元素の含有量（質量％）を示す。
3. 不可避的不純物であるＡｌは０．１％未満、Ｎは０．０６％未満、Ｏは０．００５％未満に規制することを特徴とする請求項１または２に記載の耐発錆性および熱伝導性に優れた金型用鋼。
4. 質量％で、Ｃ：０．０７〜０．１５％、Ｓｉ：０超〜０．８％未満、Ｍｎ：０超〜１．５％未満、Ｐ：０．０５％未満、Ｓ：０．０６％未満、Ｎｉ：０超〜０．９％未満、Ｃｒ：２．９〜４．９％、ＭｏとＷは単独または複合で（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０超〜０．８％未満、Ｖ：０超〜０．１５％未満、Ｃｕ：０．２５〜１．８％を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる組成の鋼を、焼入れと、５３０℃以上の温度による焼戻しによって、硬さを３０〜４２ＨＲＣに調整することを特徴とする耐発錆性および熱伝導性に優れた金型用鋼の製造方法。
5. 鋼の組成は、質量％による下記の式１および式２による値がそれぞれ１００以上を満たすことを特徴とする請求項４に記載の耐発錆性および熱伝導性に優れた金型用鋼の製造方法。
   式１：８５−６０．１×［Ｃ％］−１１５×［Ｓ％］＋０．１×［Ｎｉ％］＋７．１７×［Ｃｒ％］＋２．４４×［（Ｍｏ＋１／２Ｗ）％］
   式２：１４０＋３０．９×［Ｃ％］−１７．８×［Ｓｉ％］−１０．５×［Ｍｎ％］−１２．４×［Ｎｉ％］−３．６８×［Ｃｒ％］−１．２６×［（Ｍｏ＋１／２Ｗ）％］−３．６８［Ｃｕ％］
   ここで、［］括弧内は各元素の含有量（質量％）を示す。
6. 不可避的不純物であるＡｌは０．１％未満、Ｎは０．０６％未満、Ｏは０．００５％未満に規制することを特徴とする請求項４または５に記載の耐発錆性および熱伝導性に優れた金型用鋼の製造方法。