WO2015132977A1 - 高鏡面プラスチック金型用鋼 - Google Patents

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WO2015132977A1
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Inventor
紘之 山本
剛志 殿村
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日本高周波鋼業株式会社
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
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    • C22C—ALLOYS
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    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten

Definitions

  • the present invention relates to a high mirror surface mold steel for forming a high mirror surface plastic product.
  • Plastic products used for containers and lenses of electronic devices or household goods in recent years are required to have a mirror surface and high strength. Therefore, a mold for molding such a high mirror surface plastic product is required to have a high mirror surface property of the mold surface, an excellent abrasion resistance, and an excellent corrosion resistance.
  • a metal material having such characteristics martensitic stainless steel such as SUS420 series steel is used.
  • Patent Document 2 for the purpose of reducing nonmetallic inclusions, C: 0.30 to 0.80%, Si: 1% or less, Mn: 1% or less, Ni: 1% in weight ratio
  • Mo 1% or less
  • Cr 6.0 to 15.0%
  • Cu 1% or less
  • V 0.50% or less
  • the upper limit of the nonmetallic inclusions contained is 0 in area percentage.
  • a plastic injection mold material having a composition consisting of the balance of Fe and unavoidable impurities, and having a hardness of HRC 45 or more and a processing roughness of 0.010 ⁇ m Rmax or less.
  • the steel for molds described in Patent Document 1 aims to increase the total number of carbonitrides having a particle size of 4.0 ⁇ m or less to 90% or more, and in order to improve the specularity, Although the particle size of carbonitrides is regulated, it can not be prevented that surface waviness and unevenness occur when the mold is mirror-polished.
  • N secondary dissolution such as VAR (vacuum arc remelting) can not be performed, and therefore deoxidation can not be performed, so oxide-based inclusions increase and defects such as pinholes occur. In this respect as well, there is a problem that high specularity can not be obtained.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a steel with a high mirror surface plastic mold having improved specularity by regulating the size of material related to a dense carbide zone. With the goal.
  • the high mirror surface plastic mold steel according to the present invention is A steel material containing C: 0.20 to 0.50 mass% and Cr: 10.50 to 20.00 mass%, which is a carbide dense band existing in the steel material, and which constitutes the dense band
  • the grain size of the equivalent circle is 5 ⁇ m or more
  • the distance between carbides is 30 ⁇ m or less
  • the area of the carbide dense band is 1000 ⁇ m 2 or more
  • the maximum length of this material eye is It is characterized in that it is 1000 ⁇ m or less and the area ratio of material eyes is 2.0% or less.
  • the steel material further contains S: 0.009% by mass or less, O: 30 ppm or less, and the number of nonmetal inclusions present in the steel material is five with a circle equivalent diameter and a particle diameter of 25 ⁇ m or more. It is characterized in that it is / 200 mm 2 or less, and the number of particles having an equivalent circle diameter of 10 to 24 ⁇ m is 25 pieces / 200 mm 2 or less.
  • the steel material is further Si: 0.30 to 1.30% by mass, Mn: 0.30 to 1.50% by mass, Mo: 0.05 to 0.50% by mass, V: 0.05 to 0.50% by mass, Al:
  • the composition may contain 0.035% by mass or less, and the balance may be composed of Fe and unavoidable impurities.
  • the unevenness and waviness of the surface roughness at the time of mirror polishing become smaller, the occurrence of pinholes is suppressed, and the mirror surface property is improved. Further, according to the present invention, a mold steel having high corrosion resistance and high wear resistance can be obtained at low cost.
  • the present inventors have found that in order to improve the mirror surface property of mold steel, it is necessary to reduce the unevenness and waviness of the surface roughness of the steel material.
  • the material is a carbide dense zone present in the steel material, and the grain size of the carbide constituting the dense zone is 5 ⁇ m or more in equivalent circle diameter, between carbides It is defined that the distance is 30 ⁇ m or less and the area of the carbide dense band is 1000 ⁇ m 2 or more. That is, a carbide dense band in which relatively large carbides exist at relatively short intervals, and the area of this dense band is relatively large is defined as the material order to be focused on in the present invention.
  • this invention regulates the maximum length and area ratio of this material eye to 1000 micrometers or less and 2.0% or less, respectively.
  • the maximum length of material mesh to 1000 ⁇ m or less and the area ratio of material mesh to 2.0% or less, the unevenness and waviness of the surface roughness of the steel material are reduced, and a mirror surface is obtained. It has been found that the sex is significantly improved.
  • carbides having a particle diameter of less than 5 ⁇ m in terms of equivalent circle diameter can not be taken into consideration as a material particle. If the carbide grain size is less than 5 ⁇ m, unevenness is not transferred to the surface of the plastic when producing the plastic product, even if the distance between the carbides is 30 ⁇ m or less.
  • this material grain can be regulated by controlling processing conditions, such as heating temperature conditions in hot forging and hot rolling, and cooling conditions after processing.
  • the number of nonmetallic inclusions present in the steel material is 5/200 mm 2 or less with a circle equivalent diameter of 25 ⁇ m or more, and 25 the number of circle equivalent diameter with a particle size of 10 ⁇ m or more is 25
  • the number is 200 mm 2 or less, the number of pinholes at the time of mirror polishing can be further reduced.
  • the high mirror surface plastic mold steel of the present invention contains C: 0.20 to 0.50 mass% and Cr: 10.50 to 20.00 mass%. Furthermore, the high mirror surface plastic mold steel according to the present invention comprises Si: 0.30 to 1.30% by mass, Mn: 0.30 to 1.50% by mass, Mo: 0.05 to 0.50% by mass, It is desirable to have a composition containing V: 0.05 to 0.50 mass%, Al: 0.035 mass% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities.
  • Maximum length is 1000 ⁇ m or less, area ratio is 2.0% or less
  • the maximum length of material lines present in the steel is 1000 ⁇ m or less.
  • the material of the mold is transferred as irregularities to the plastic surface when producing a plastic product, and when the maximum length exceeds 1000 ⁇ m, it becomes a level that can be visually confirmed, the mirror property becomes insufficient, and the appearance is impaired .
  • the area ratio of material mesh present in the steel material is 2.0% or less.
  • the area ratio of the material of the die exceeds 2.0%, the undulation becomes visible visually, the specularity of the die becomes insufficient, and the appearance is impaired. If the specularity of the mold is insufficient, the specularity of the molded plastic product will also be inadequate.
  • C 0.20 to 0.50 mass%
  • C is an element necessary to obtain mold hardness, strength and abrasion resistance.
  • the C content is less than 0.20% by mass, the hardness of the mold is lowered and the abrasion resistance is lowered.
  • the C content is more than 0.50% by mass, a lot of material grains are generated, and the waviness becomes large. Therefore, the content of C is set to 0.20 to 0.50 mass%.
  • Cr: 10.50 to 20.00 mass% improves the corrosion resistance and is therefore the most important element contained as a mold steel.
  • the content of Cr is less than 10.50% by mass, the corrosion resistance is lowered.
  • the content of Cr is more than 20.00 mass%, the cost ratio to the corrosion resistance becomes high, which is a waste. Therefore, the content of Cr is set to 10.50 to 20.00 mass%.
  • Si: 0.30 to 1.30 mass% Si has an action as a deoxidizer as Al described later. Moreover, Si has a function of desulfurization activation in the refining reaction at the time of electric furnace melting. When the content of Si is less than 0.30% by mass, the deoxidation and desulfurization effects become small. In addition, when the Si content is more than 1.30% by mass, the hot workability and the toughness decrease. Therefore, the content of Si is preferably 0.30 to 1.30% by mass.
  • Mn 0.30 to 1.50 mass% Mn is the most important element to improve the hardenability. When the content of Mn is less than 0.30% by mass, the hardenability is reduced. In addition, when the content of Mn is more than 1.50% by mass, the hot workability is reduced. Therefore, the content of Mn is preferably 0.30 to 1.50% by mass.
  • Mo 0.05 to 0.50 mass%
  • Mo is an element necessary to improve the corrosion resistance of the mold.
  • the content of Mo is less than 0.05% by mass, the corrosion resistance is lowered.
  • the content of Mo is more than 0.50% by mass, the heat treatment dimension becomes large and the cost becomes high. Therefore, the content of Mo is preferably 0.05 to 0.50% by mass.
  • V 0.05 to 0.50 mass% V forms carbides and is an element necessary for preventing grain coarsening at the time of quenching.
  • the content of V is less than 0.05% by mass, the crystal grains are coarsened.
  • the content of V is more than 0.50% by mass, coarse carbides are formed to reduce machinability and mirror processability. Therefore, the content of V is preferably 0.05 to 0.50% by mass.
  • Al 0.035 mass% or less
  • Al is the most important element as a deoxidizer. Al combines with O to form Al 2 O 3 , but if the Al content is excessively large and remains as non-metallic inclusions of Al 2 O 3 , it causes pin holes in mirror polishing. Therefore, the content of Al is preferably 0.035% by mass or less.
  • S 0.009 mass% or less
  • S is an element that is inevitably contained in molten steel and is an impurity. S combines with Mn to form MnS, has a high S content, and remains as non-metallic inclusions of MnS, which causes pinholes in mirror polishing. Therefore, the content of S is preferably 0.009% by mass or less.
  • O 25 ppm or less
  • O is an element which is inevitably contained in molten steel and is an impurity. O combines with Al to form Al 2 O 3 , but if it remains as an Al 2 O 3 nonmetallic inclusion, it causes pin holes. Therefore, the content of O is preferably 25 ppm or less.
  • Non-metallic inclusions present in steel materials Number of particles with a circle equivalent diameter of 25 ⁇ m or more is 5/200 mm 2 or less, Number of particles with a circle equivalent diameter of 10 to 24 ⁇ m is 25 pieces / 200 mm 2 Less than"
  • the rate of occurrence of coarse pinholes is high.
  • the particle diameter of the nonmetallic inclusion is 25 ⁇ m or more in the equivalent circle diameter, pinholes are easily generated due to the drop of the inclusion itself, and in the particle diameter of 10 to 24 ⁇ m in the equivalent circle diameter, During polishing, scratches originating from non-metallic inclusions may occur as pinholes.
  • the number of non-metallic inclusions is equivalent to a circle equivalent diameter of 5/200 mm 2 or less for particles with a particle diameter of 25 ⁇ m or more, and a circle equivalent diameter of 10 to 24 ⁇ m for a particle number of 25/200 mm 2 or less Do. More preferably, the equivalent circle diameter is 3/200 mm 2 or less in number of particles having a particle diameter of 25 ⁇ m or more, and the number of circle equivalent diameter 10 to 24 ⁇ m in diameter is 20/200 mm 2 or less.
  • the number of nonmetallic inclusions can be determined by observing the test piece without corrosion and using an optical microscope.
  • the observation area 200 mm 2 of the observation surface is enlarged 100 times and observed, and the number of large nonmetallic inclusions having a particle diameter of 25 ⁇ m or more and small nonmetallic inclusions having a particle diameter of 10 to 24 ⁇ m is determined by image analysis. By measurement, the number of non-metallic inclusions belonging to each particle size range can be determined.
  • the steel for plastic mold having the above-mentioned composition is melted while using a solvent and the like in an electric furnace or the like to form an ingot. More preferably, after surface cleaning of the ingot, secondary melting is further performed to form an ingot, whereby the formation of nonmetallic inclusions can be suppressed at low cost.
  • the cooling rate at the temperature of 400 to 1000 ° C. which is a carbide precipitation temperature range of material, is 5 to 10 ° C.
  • the cooling rate at 100 ° C. to 400 ° C., which is the martensitic transformation temperature range, to 200 ° C./h or less, the generation of material grains is suppressed and the martensitic structure is controlled to an appropriate value.
  • Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4 were subsequently melted by VAR (vacuum arc melting) or ESR (electroslag remelting) to form an ingot. Further, in Comparative Example 5, after melting in an IF (induction melting furnace), ESR and VAR were further performed to prepare an ingot. In the case of VAR, the degree of vacuum is 30 mTorr or less. In ESR, a slag having a basicity of 1.0 to 2.0 was used.
  • the ingots of Examples and Comparative Examples are heated to 1000 to 1200 ° C., forged to a flat angle of 200 mm ⁇ 200 mm, and the cooling rate of 400 to 1000 ° C. is 3 to 10 ° C./min and the cooling rate of 100 ° C. to 400 ° C. Was cooled below 200.degree. C./h and annealing was performed.
  • the production conditions (dissolution method) are shown in Table 2 below.
  • a specimen for microscopic observation, a roughness specimen, a salt spray specimen, and a gloss specimen were taken from this material.
  • quenching treatment 1000 ° C. to 1100 ° C.
  • high temperature tempering treatment 450 ° C. to 550 ° C.
  • Specimens for microscopic observation are collected in a size of 15 mm thick ⁇ 20 mm wide ⁇ 30 mm long, and the observation surface of 20 mm ⁇ 30 mm is polished with # 80 to # 1500 abrasive paper and finished with a 3 ⁇ m diamond abrasive The grains were polished for about 60 seconds.
  • test piece was corroded with picral, and the observation area of 200 mm 2 on the observation surface was observed with an optical microscope at 100 ⁇ magnification and photographed.
  • image analysis was performed on the photographed photograph, and as shown in FIG. 1, the maximum length of the material eye and the area ratio were measured. The results are shown in Table 2 below.
  • the number of non-metallic inclusions was determined by observing the specimen for microscopic structure observation without corrosion and observing the observation area of 200 mm 2 on the observation surface 100 times with an optical microscope.
  • the number of large nonmetallic inclusions having a particle size of 25 ⁇ m or more and small nonmetallic inclusions having a particle size of 10 to 24 ⁇ m were measured by image analysis. The results are shown in Table 2 below.
  • the pinholes were observed with a microscope without any corrosion, using a microscope with the observation surface area of 200 mm 2 on the observation surface enlarged by 100 times.
  • the size and number of pinholes were measured by image analysis. Number of pinholes with an equivalent circle diameter of 10 to 24 ⁇ m is 20 or less, and number of pinholes with an equivalent circle diameter of 25 ⁇ m or more is 1 or less. ( ⁇ ⁇ ), pinholes with an equivalent circle diameter of 10 to 24 ⁇ m
  • the number of pinholes having a number of not more than 20 and having a circle equivalent diameter of 25 ⁇ m or more was 2 to 4 and was regarded as pass (o). Other than that was considered as a failure (x).
  • the results are shown in Table 3 below.
  • the measurement range is visible light, and when the wavelength of visible light is in the range of 400 to 700 nm and the average glossiness is 50% or more, it passes ( ⁇ ), the glossiness is 49 to 45% ( ⁇ ), the glossiness is 44% or less was evaluated as (x).
  • Examples 1 to 6 satisfied claims 1 to 3, and the roughness and the pinhole occurrence number were in the acceptable range, and the glossiness was 50% or more and passed ( ⁇ ).
  • Example 8 is out of the range of claim 3, but satisfies claim 1 and claim 2, so the roughness and the number of occurrence of pinholes are pass ( ⁇ ), and the glossiness is 50% or more and pass ( ⁇ )Met.
  • Example 7 although the number of non-metallic inclusions having a particle diameter of 25 ⁇ m or more defined in claim 2 is in the vicinity of the upper limit value (five pieces), the roughness is acceptable ( ⁇ ). These evaluations are the same as those in Examples 1 to 6 and 8 ( ⁇ ), as in the case where the pinhole occurrence number is within the pass range ( ⁇ ), the glossiness is 45 to 49%, and the pass range ( ⁇ ). It was lower than that.
  • Example 9 and Example 10 satisfy Claim 1 and Claim 3, since it deviates from Claim 2, although the roughness is a pass ((circle)), the pinhole generation number is in a pass range (( ⁇ ) These evaluations were lower than ( ⁇ ) in Examples 1 to 6 and Example 8 as in the case where the glossiness was 45 to 49% and the acceptance range ( ⁇ ).
  • the irregularities Ra and waviness Pt on the surface are acceptable, the mirror surface is high, and in the embodiments satisfying the second and third aspects, the glossiness and the number of pinholes are generated.
  • the salt spray test results were also excellent.
  • the high mirror surface plastic mold steel of the present invention can be suitably used as a plastic mold steel required to have a mirror surface property.

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Abstract

　高鏡面プラスチック金型用鋼は、Ｃ：０．２０乃至０．５０質量％、Ｃｒ：１０．５０乃至２０．００質量％を含有する鋼材である。前記鋼材中に存在する炭化物密集帯であって、この密集帯を構成する炭化物の粒径が円相当径で５μｍ以上、炭化物間距離が３０μｍ以下であり、この炭化物密集帯の面積が１０００μｍ２以上であるものを材料目としたときに、この材料目の最大長さが１０００μｍ以下、かつ材料目の面積率が２．０％以下である。このように、炭化物密集帯に関連した材料目の大きさを規制することにより、鏡面性を向上させることができる。

Description

高鏡面プラスチック金型用鋼
　本発明は、高鏡面のプラスチック製品を成形するための高鏡面の金型用鋼に関する。
　近年の電子機器又は生活用品の容器及びレンズ等に使用されるプラスチック製品は、表面が鏡面であることと、強度が高いこと等が要求される。そのため、このような高鏡面プラスチック製品を成形するための金型には、金型表面の鏡面性が高いこと、耐摩耗性が優れていること、及び耐食性が優れていること等が求められる。このような特徴を持つ金属材料として、ＳＵＳ４２０系鋼等のマルテンサイトステンレス鋼が使用されている。
　特に、高い鏡面性を得るためには、鏡面磨き時の表面粗さの凹凸及びうねりが極めて小さいこと、並びにピンホール等の欠陥が極めて少ないことが必要である。例えば、特許文献１には、粗大な晶出炭窒化物を低減することを目的として、Ｃ：０．８０質量％以下、Ｓｉ：０．０１質量％以上１．４０質量％未満、Ｍｎ：０．０５質量％以上２．０質量％以下、Ｎｉ：０．００５質量％以上１．００質量％以下、Ｃｒ：１３．０質量％以上２０．０質量％以下、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．２０質量％以上４．０質量％以下、Ｖ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、Ｎ：０．３６質量％以上０．８０質量％以下、Ｏ：０．０２質量％以下、及びＡｌ：０．８０質量％以下を含み、残部が実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなるプラスチック成形金型用鋼が開示されている。また、特許文献２には、非金属介在物を低減することを目的として、重量比でＣ：０．３０乃至０．８０％、Ｓｉ；１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｍｏ：１％以下、Ｃｒ：６．０乃至１５．０％、Ｃｕ：１％以下、Ｖ：０．５０％以下を含み，かつ含有する非金属介在物の上限を面積百分率で、０．０１５％とし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、ＨＲＣ４５以上の硬さで、０．０１０μｍＲｍａｘ以下の加工粗さで使用されるプラスチック射出成形用金型材料が開示されている。
特開２００７－９３２１号公報 特許第２５８０１８６号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の金型用鋼は、粒径が４．０μｍ以下の炭窒化物の総数が９０％以上になることを目的とするものであり、鏡面性を向上するために、炭窒化物の粒径を規制しているが、金型を鏡面研磨したときの表面のうねり及び凹凸が発生することを防止できない。また、Ｎを添加するため、ＶＡＲ（真空アーク再溶解）などの二次溶解ができず、そのため脱酸処理ができないことから、酸化物系介在物が多くなり、ピンホール等の欠陥が発生しやすく、この点でも、高鏡面性が得られないという問題点があった。
　また、特許文献２に記載の金型用鋼は、電気炉溶解＋ＥＳＲ（エレクトロスラグ再溶解）＋ＶＡＲのトリプル溶製を行っているため、歩留が悪く、コストが高くなるという問題点がある。また、鏡面性向上のために、非金属介在物の上限値を規制しているが、金型を鏡面研磨したときの表面のうねり及び凹凸が発生することを防止できないため、高鏡面性を得ることができないという問題点がある。
　本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、炭化物密集帯に関連した材料目の大きさを規制することにより、鏡面性を向上させた高鏡面プラスチック金型用鋼を提供することを目的とする。
　本発明に係る高鏡面プラスチック金型用鋼は、
Ｃ：０．２０乃至０．５０質量％、Ｃｒ：１０．５０乃至２０．００質量％を含有する鋼材であり、前記鋼材中に存在する炭化物密集帯であって、この密集帯を構成する炭化物の粒径が円相当径で５μｍ以上、炭化物間距離が３０μｍ以下であり、この炭化物密集帯の面積が１０００μｍ２以上であるものを材料目と定義したときに、この材料目の最大長さが１０００μｍ以下、かつ材料目の面積率が２．０％以下であることを特徴とする。
　この高鏡面プラスチック金型用鋼において、例えば、
前記鋼材は、更に、Ｓ：０．００９質量％以下、Ｏ：３０ｐｐｍ以下を含有し、前記鋼材中に存在する非金属介在物は、円相当径で粒径が２５μｍ以上のものの数が５個／２００ｍｍ２以下であり、かつ円相当径で粒径が１０乃至２４μｍのものの数が２５個／２００ｍｍ２以下であることを特徴とする。
　前記鋼材は、更に、
Ｓｉ：０．３０乃至１．３０質量％、Ｍｎ：０．３０乃至１．５０質量％、Ｍｏ：０．０５乃至０．５０質量％、Ｖ：０．０５乃至０．５０質量％、Ａｌ：０．０３５質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するものとすることができる。
　本発明によれば、鏡面研磨時の表面粗さの凹凸及びうねりが小さくなり、ピンホールの発生が抑えられて、鏡面性が向上する。また、本発明によれば、高耐食性及び高耐摩耗性の金型用鋼を、低コストで得ることができる。
材料目を示す顕微鏡組織写真であり、（ａ）は材料目及び材料目の長さを示し、（ｂ）は炭化物間距離を示す。
　本発明者等は、金型用鋼の鏡面性を向上するためには、鋼材の表面粗さの凹凸及びうねりを小さくすることが必要であることを見出した。具体的には、炭化物密集帯に着目し、先ず、材料目を、鋼材中に存在する炭化物密集帯であって、この密集帯を構成する炭化物の粒径が円相当径で５μｍ以上、炭化物間距離が３０μｍ以下であり、この炭化物密集帯の面積が１０００μｍ２以上であるものと定義する。つまり、比較的大きな炭化物が比較的短い間隔で存在する炭化物密集帯であって、この密集帯の面積が比較的大きいものを、本発明で着目する材料目として定義する。
　そして、本発明は、この材料目の最大長さと面積率を、夫々、１０００μｍ以下、２．０％以下に規制する。本発明者等は、このように、材料目の最大長さを１０００μｍ以下、材料目の面積率を２．０％以下とすることにより、鋼材の表面粗さの凹凸及びうねりが小さくなり、鏡面性が著しく向上することを見出した。本発明においては、粒径が円相当径で５μｍ未満の炭化物は、材料目としては考慮にいれない。炭化物粒径が５μｍ未満では、炭化物間距離が３０μｍ以下であっても、プラスチック製品を製造する際に、プラスチックの表面には凹凸が転写されないからである。しかし、炭化物粒径が５μｍ以上になると、プラスチックの表面には凹凸が転写されることから、粒径が５μｍ以上の炭化物に着目した。また、炭化物間距離が３０μｍを超えて、炭化物が大きく離れている場合は、個々の炭化物が点在した状態となり、プラスチックの表面への凹凸の転写が起こりにくい。よって、炭化物間距離が３０μｍ以下で、炭化物が密集している状態に、着目した。更に、炭化物間距離が３０μｍ以下であっても、炭化物密集帯の面積が１０００μｍ２未満の場合は、プラスチック製品を製造する際に、プラスチックの表面に炭化物の凹凸が転写されても、目視では認識されない。しかし、炭化物密集帯の面積が１０００μｍ２以上であると、目視により、プラスチック表面の炭化物の凹凸が認識可能な大きさとなる。そこで、面積が１０００μｍ２以上の炭化物密集帯に着目した。
　なお、この材料目は、熱間鍛造及び熱間圧延における加熱温度条件及び加工後の冷却条件等の加工条件を制御することにより、規制できる。
　また、鋼材中に存在する非金属介在物は、円相当径で粒径が２５μｍ以上のものの数が５個／２００ｍｍ２以下であり、かつ円相当径で粒径が１０μｍ以上のものの数が２５個／２００ｍｍ２以下である場合に、鏡面磨き時のピンホールの数をより一層低減できる。
　また、低コストで非金属介在物が低い金型用鋼を提供するためには、その組成及び溶解方法を見直すことが好ましい。
　このため、本発明の高鏡面プラスチック金型用鋼は、Ｃ：０．２０乃至０．５０質量％及びＣｒ：１０．５０乃至２０．００質量％を含有する。更に、本発明の高鏡面プラスチック金型用鋼は、Ｓｉ：０．３０乃至１．３０質量％、Ｍｎ：０．３０乃至１．５０質量％、Ｍｏ：０．０５乃至０．５０質量％、Ｖ：０．０５乃至０．５０質量％、Ａｌ：０．０３５質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有することが望ましい。
　次に、本発明の材料目の数値限定理由、組成限定理由及び成分添加理由並びに非金属介在物の大きさの限定理由について、説明する。
　「材料目：最大長さが１０００μｍ以下、面積率が２．０％以下」
　本発明のプラスチック金型用鋼は、鋼材中に存在する材料目の最大長さが１０００μｍ以下である。金型の材料目は、プラスチック製品を製造する際にプラスチック表面に凹凸として転写され、最大長さが１０００μｍを超えると目視で確認できるレベルとなり、鏡面性が不十分となって、外観が損なわれる。また、本発明のプラスチック金型用鋼は、鋼材中に存在する材料目の面積率が２．０％以下である。金型の材料目の面積率が大きいと、プラスチック製品を製造する際に、金型のうねりがプラスチック製品に転写されて、プラスチック製品にうねりが発生する。金型の材料目の面積率が２．０％を超えると、うねりが目視で確認できるレベルとなり、金型の鏡面性が不十分となって、外観が損なわれる。金型の鏡面性が不十分となると、成形されるプラスチック製品の鏡面性も不十分となる。
　「Ｃ：０．２０乃至０．５０質量％」
　Ｃは、金型の硬さ、強度及び耐磨耗性を得るのに、必要な元素である。Ｃ含有量が０．２０質量％より少ないと、金型の硬さが低くなり、耐摩耗性が低下する。また、Ｃ含有量が０．５０質量％より多いと、材料目が多く発生し、うねりが大きくなる。このため、Ｃの含有量は、０．２０乃至０．５０質量％とする。
　「Ｃｒ：１０．５０乃至２０．００質量％」
　Ｃｒは、耐食性を向上させるので、金型用鋼として、最も重要な含有元素である。Ｃｒの含有量が１０．５０質量％より少ないと、耐食性が低下する。また、Ｃｒの含有量が２０．００質量％より多いと、耐食性に対するコスト割合が高くなり、無駄である。このため、Ｃｒの含有量は、１０．５０乃至２０．００質量％とする。
　「Ｓｉ：０．３０乃至１．３０質量％」
　Ｓｉは、後述のＡｌと同様に脱酸剤としての作用を有する。また、Ｓｉは、電気炉溶解時の精錬反応における脱硫活性化の機能がある。Ｓｉの含有量が０．３０質量％より少ないと、脱酸及び脱硫効果が小さくなる。また、Ｓｉ含有量が１．３０質量％より多いと、熱間加工性及び靭性が低下する。このため、Ｓｉの含有量は、好ましくは０．３０乃至１．３０質量％とする。
　「Ｍｎ：０．３０乃至１．５０質量％」
　Ｍｎは、焼入れ性を向上させるのに最も重要な元素である。Ｍｎの含有量が０．３０質量％より少ないと、焼入れ性が低下する。また、Ｍｎの含有量が１．５０質量％より多いと、熱間加工性が低下する。このため、Ｍｎの含有量は、好ましくは０．３０乃至１．５０質量％とする。
　「Ｍｏ：０．０５乃至０．５０質量％」
　Ｍｏは、金型の耐食性を向上させるのに必要な元素である。Ｍｏの含有量が０．０５質量％より少ないと、耐食性が低下する。Ｍｏの含有量が０．５０質量％より多いと、熱処理変寸が大きくなると共に、コスト高となる。このため、Ｍｏの含有量は、好ましくは０．０５乃至０．５０質量％とする。
　「Ｖ：０．０５乃至０．５０質量％」
　Ｖは、炭化物を形成し、焼入れ時の結晶粒粗大化防止に必要な元素である。Ｖの含有量が０．０５質量％より少ないと、結晶粒が粗大化される。Ｖの含有量が０．５０質量％より多いと、粗大な炭化物を形成し、被削性及び鏡面加工性を低下させる。このため、Ｖの含有量は、好ましくは０．０５乃至０．５０質量％とする。
　「Ａｌ：０．０３５質量％以下」
　Ａｌは、脱酸材として最も重要な元素である。Ａｌは、Ｏと結合し、Ａｌ２Ｏ３を形成するが、Ａｌ含有量が過度に多く、Ａｌ２Ｏ３非金属介在物として残留すると、鏡面研磨の際、ピンホールの原因となる。このため、Ａｌの含有量は、好ましくは０．０３５質量％以下とする。
　「Ｓ：０．００９質量％以下」
　Ｓは、溶鋼中に不可避的に含まれる元素であり、不純物である。Ｓは、Ｍｎと結合することにより、ＭｎＳを形成し、Ｓ含有量が多く、ＭｎＳ非金属介在物として残留すると、鏡面研磨の際、ピンホールの原因となる。このため、Ｓの含有量は、好ましくは０．００９質量％以下とする。
　「Ｏ：２５ｐｐｍ以下」
　Ｏは、溶鋼中に不可避的に含まれる元素であり、不純物である。Ｏは、Ａｌと結合し、Ａｌ２Ｏ３を形成するが、Ａｌ２Ｏ３非金属介在物として残留すると、ピンホールの原因となる。このため、Ｏの含有量は、好ましくは２５ｐｐｍ以下とする。
　「鋼材中に存在する非金属介在物：円相当径で粒径が２５μｍ以上のものの数が５個／２００ｍｍ２以下、円相当径で粒径が１０乃至２４μｍのものの数が２５個／２００ｍｍ２以下」
　非金属介在物の数が多いと、粗大なピンホールの発生率が高くなる。具体的には、非金属介在物は、粒径が円相当径で２５μｍ以上では、介在物自身の脱落等によるピンホールが発生しやすく、また、粒径が円相当径で１０乃至２４μｍでは、研磨時に非金属介在物を起点とした傷がピンホールとして発生することがある。このため、非金属介在物の数は、円相当径で粒径が２５μｍ以上のものの数が５個／２００ｍｍ２以下、円相当径で粒径が１０乃至２４μｍのものの数が２５個／２００ｍｍ２以下とする。より好ましくは、円相当径で、粒径が２５μｍ以上のものの数が３個／２００ｍｍ２以下、円相当径で粒径が１０乃至２４μｍのものの数が２０個／２００ｍｍ２以下とする。なお、非金属介在物の個数は、試験片を、無腐食で、光学顕微鏡により観察することにより、求めることができる。即ち、観察面の検鏡面積２００ｍｍ２を１００倍に拡大して観察し、粒径が２５μｍ以上の大きな非金属介在物、及び粒径が１０乃至２４μｍの小さな非金属介在物の数を、画像解析により測定することによって、各粒径範囲に属する非金属介在物の数を求めることができる。
　次に、本発明のプラスチック金型用鋼の製造方法の一例について説明する。上述の組成を有するプラスチック金型用鋼は、電気炉等で媒溶剤などを使用しながら、溶解し、インゴットを作成する。更に好ましくは、インゴットの表面手入れをした後に、更に、二次溶解し、インゴットを作成することにより、低コストで非金属介在物の生成を抑制することができる。熱間鍛造又は熱間圧延時は、例えば、材料を１０００乃至１２００℃まで加熱し、熱間加工した後、材料目などの炭化物析出温度域である４００乃至１０００℃における冷却速度を５乃至１０℃／分、マルテンサイト変態温度域である１００℃乃至４００℃における冷却速度を２００℃／ｈ以下とすることで、材料目の発生を抑制すると共に、適正なマルテンサイト組織に制御する。
　以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して、具体的に説明する。下記表１に示す組成の実施例及び比較例の材料を、電気炉又は誘導溶解炉にて溶解し、２ｔのインゴットを作成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１乃至１０及び比較例１乃至４は、その後、ＶＡＲ（真空アーク溶解）又はＥＳＲ（エレクトロスラグ再溶解）により溶解し、インゴットを作成した。また、比較例５は、ＩＦ（誘導溶解炉）にて溶解した後、更にＥＳＲ及びＶＡＲを行い、インゴットを作成した。なお、ＶＡＲの場合、真空度は３０ｍＴｏｒｒ以下である。ＥＳＲにおいては、塩基度が１．０～２．０のスラグを使用した。実施例及び比較例のインゴットを、１０００乃至１２００℃に加熱した後、２００ｍｍ×２００ｍｍの平角に鍛造し、４００乃至１０００℃の冷却速度を３乃至１０℃／ｍｉｎ、１００℃乃至４００℃の冷却速度を２００℃／ｈ以下で冷却し、焼なましを行った。この製造条件（溶解方法）を、下記表２に示す。
　次いで、この材料から、顕微鏡組織観察用試験片、粗さ試験片、塩水噴霧試験片、及び光沢度試験片を採取した。各試験片の採取後、焼入れ処理（１０００℃乃至１１００℃）、高温焼戻し処理（４５０℃乃至５５０℃）を実施し、硬さを４８乃至５４ＨＲＣに調質した。顕微鏡組織観察用試験片は厚さ１５ｍｍ×幅２０ｍｍ×長さ３０ｍｍの大きさに採取し、２０ｍｍ×３０ｍｍの観察面を、＃８０乃至＃１５００までの研磨紙で磨き、仕上げは３μｍのダイヤモンド砥粒を用いて、約６０秒間磨いた。この試験片を、ピクラールで腐食し、光学顕微鏡にて観察面の検鏡面積２００ｍｍ２を１００倍にて観察し、撮影した。撮影した写真にて画像解析を行い、図１に示すように、材料目の最大長さ、及び面積率を測定した。その結果を下記表２に合わせて示す。
　非金属介在物の個数は、顕微鏡組織観察用試験片を、無腐食で、光学顕微鏡により、観察面の検鏡面積２００ｍｍ２を１００倍に拡大して観察することにより、求めた。粒径が２５μｍ以上の大きな非金属介在物、及び粒径が１０乃至２４μｍの小さな非金属介在物の数を、画像解析にて測定した。その結果を下記表２に合わせて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　また、粗さ試験片は厚さ１５ｍｍ×幅３５ｍｍ×長さ４０ｍｍの部分を採取し、３５ｍｍ×４０ｍｍの測定面を＃８０乃至＃１５００までペーパーにて磨き、仕上げは３μｍのダイヤ砥粒を用いて約６０秒磨いた。そして、ＪＩＳ　Ｂ０６３３に準拠して粗さを測定した。また、測定数はｎ＝５である。材料目による表面の凹凸はＲａで評価し、０．０２μｍ以下を合格（○）とした。また、表面のうねりはＰｔで評価し、０．３０μｍ以下を合格（○）とした。それ以外を不合格（×）とした。その結果を、下記表３に示す。
　塩水噴霧試験は、直径１８ｍｍ×長さ１５ｍｍの円柱状試験片を採取し、ＪＩＳ　Ｚ２３７１に準拠して、発錆状態を評価した。４時間後の腐食面積率が３０％以下、且つ８時間後の腐食面積率が５０％以下の場合を合格（◎）、４時間後の腐食面積率が３１％以上５０％未満、且つ８時間後の腐食面積率が５０％以下の場合を合格（○）とした。それ以外を不合格（×）とした。その結果を、下記表３に合わせて示す。
　ピンホールは、顕微鏡組織観察用試験片を、無腐食で、マイクロスコープにより、観察面の検鏡面積２００ｍｍ２を１００倍に拡大して観察した。ピンホールの大きさ及び発生数を画像解析にて測定した。円相当径で１０乃至２４μｍのピンホール発生数が２０個以下、かつ円相当径で２５μｍ以上のピンホール発生数が１個以下を合格（◎）、円相当径で１０乃至２４μｍのピンホール発生数が２０個以下、かつ円相当径で２５μｍ以上のピンホール発生数が２乃至４を合格（○）とした。それ以外を不合格（×）とした。その結果を、下記表３に合わせて示す。
　更に、鏡面性は、光沢度にて評価した。その結果を下記表３に合わせて示す。厚さ１５ｍｍ×幅３５ｍｍ×長さ４０ｍｍの試験片を採取し、３５ｍｍ×４０ｍｍの測定面を＃８０～＃１５００の研磨紙で研磨し、仕上は３μｍのダイヤモンド砥粒を使用して、約１８０秒間研磨した。光沢度は、その試験片の測定面を、紫外可視近赤外分光光度計にて計測し、反射受光した光の割合を測定した。測定範囲は可視光とし、可視光の波長が４００乃至７００ｎｍの範囲で平均値が５０％以上の光沢度の場合を合格（◎）、光沢度が４９乃至４５％を（○）、光沢度が４４％以下を（×）と評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示すように、比較例１と、比較例３乃至５は、材料目の最大長さが１０００μｍ以上であるので、表面の凹凸Ｒａが０．０２μｍを超え、不合格（×）であると共に、光沢度も不合格（×）であった。
　比較例１乃至３と、比較例５は、材料目の面積率が２．０％以上であるので、表面のうねりＰｔが０．３０μｍを超えて不合格（×）であり、光沢度も不合格（×）であった。
　実施例１乃至６は、請求項１乃至３を満たし、粗さ及びピンホール発生数が合格範囲内であり、光沢度が５０％以上と合格（◎）であった。
　実施例８は、請求項３の範囲から外れるものの、請求項１及び請求項２を満たすので、粗さ及びピンホール発生数が合格（◎）であり、光沢度が５０％以上と合格（◎）であった。
　実施例７は、請求項１乃至３を満たすものの、請求項２に規定された粒径が２５μｍ以上の非金属介在物の数が、上限値（５個）近傍であるため、粗さは合格（○）であるものの、ピンホール発生数が合格範囲内（○）、光沢度が４５乃至４９％で合格範囲（○）というように、これらの評価は、実施例１乃至６及び８の（◎）よりも低かった。実施例９及び実施例１０は請求項１及び請求項３を満たしているが、請求項２からは外れるため、粗さは合格（○）であるものの、ピンホール発生数が合格範囲内（○）、光沢度が４５乃至４９％で合格範囲（○）というように、これらの評価は、実施例１乃至６及び実施例８の（◎）よりも低かった。
　即ち、請求項１を満足する実施例は、表面の凹凸Ｒａ及びうねりＰｔは合格であり、鏡面性が高く、更に、請求項２及び３を満足する実施例は、光沢度、ピンホール発生数、塩水噴霧試験結果も優れたものであった。
　よって、本発明の高鏡面プラスチック金型用鋼は、鏡面性が要求されるプラスチック金型用鋼として好適に用いることができる。

Claims (3)

  1. Ｃ：０．２０乃至０．５０質量％、Ｃｒ：１０．５０乃至２０．００質量％を含有する鋼材であり、前記鋼材中に存在する炭化物密集帯であって、この密集帯を構成する炭化物の粒径が円相当径で５μｍ以上、炭化物間距離が３０μｍ以下であり、この炭化物密集帯の面積が１０００μｍ２以上であるものを材料目としたときに、この材料目の最大長さが１０００μｍ以下、かつ材料目の面積率が２．０％以下であることを特徴とする高鏡面プラスチック金型用鋼。
  2. 前記鋼材は、更に、Ｓ：０．００９質量％以下、Ｏ：２５ｐｐｍ以下を含有し、前記鋼材中に存在する非金属介在物は、円相当径で粒径が２５μｍ以上のものの数が５個／２００ｍｍ２以下であり、かつ円相当径で粒径が１０乃至２４μｍのものの数が２５個／２００ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１に記載の高鏡面プラスチック金型用鋼。
  3. 前記鋼材は、更に、Ｓｉ：０．３０乃至１．３０質量％、Ｍｎ：０．３０乃至１．５０質量％、Ｍｏ：０．０５乃至０．５０質量％、Ｖ：０．０５乃至０．５０質量％、Ａｌ：０．０３５質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高鏡面プラスチック金型用鋼。
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