JPH07126802A - プラスチック成形プリハードン金型用鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来のプラスチック成形プリハードン金型用
鋼にはない優れた被切削性と靭性を兼ね備えた鋼を提供
することである。 【構成】 本発明は、重量％でＣ 0.08〜0.17%、Ｓi 0.
60%以下、 Ｍn 1.25〜1.70%、Ｎi 2.60〜3.50%、Ａl 0.
95〜1.50%、Ｃu 1.80〜2.50%、残部Ｆeおよび不可避的
不純物よりなることを特徴とするプラスチック成形プリ
ハードン金型用鋼である。 また本発明のプラスチック
成形プリハードン金型用鋼は、Ｍo、Ｗを単独または複
合で1/2Ｗ＋Ｍo 0.70%以下、あるいはＣr 0.50%以下を
含むことが好ましいものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、極めて優れた被切削性
を有するとともに、十分な硬さおよび靭性を有する新し
いプリハードンタイプのプラスチック成形金型用鋼に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック成形プリハードン金型用鋼
は製作期間の短縮と使用寿命の向上の観点から、被切削
性と同時に、強度、耐摩耗性に優れ適度の靭性が必要と
されるものである。しかし、これらの要求特性は相反す
る性質であり、どの特性も十分に満足のいく鋼は得られ
ていない。上述した性質をある程度満足するプラスチッ
ク成形プリハードン金型用鋼としては、ＡｌとＮｉの金
属間化合物を析出させるとともに、Ｃｕを２％程度に含
有させ、Ｆｅ−Ｃｕ固溶体を微細析出させることによっ
て硬さと被切削性を兼備した低Ｃ-Ｍn-Ｎi-Ｍo(Ｗ)-高
Ｃu-Ａl系合金が特開昭６３−１１４９４２号および特
開昭６３−１８３１５３号に提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開昭６３−
１１４９４２号に記載の合金は、金型の鏡面性の低下お
よび靭性の低下を防ぐためにＡｌを０．９％以下に制限
した合金である。この合金では、Ｃｕの添加によってあ
る程度の被切削性は確保できるものの、最近の金型製作
期間のさらなる短縮要求を満たすまでの被切削性を得る
ことはできないものである。

【０００４】また特開昭６３−１８３１５３号に記載の
合金は、上述した合金よりもＡｌを高め、さらに靭性を
高め被切削性を低下させると考えられていたＭｎを１．
２０％以下に低めて被切削性の改善を図ったものであ
る。しかし、この合金によれば被削性の向上するもの
の、靭性が低下し、精密な金型加工を行なう場合に熱応
力によって割れが発生するという問題が生ずることがわ
かった。本発明の目的は従来のプラスチック成形プリハ
ードン金型用鋼にはない優れた被切削性と靭性を兼ね備
えた鋼を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、低Ｃ-Ｍn-
Ｎi-Ｍo(Ｗ)-高Ｃu-Ａl系合金の被切削性と靭性の関係
を詳細に検討したところ、Ａｌ量を増量した被切削性優
れた鋼に対して、Ｍｎ量を増加していくと、Ａｌ増量に
よる優れた被切削性を損なうことなく靭性にも優れる合
金組成範囲が存在することを見出し本発明に到達した。
すなわち本発明は、重量％でＣ 0.08〜0.17%、Ｓi 0.60
%以下、 Ｍn 1.25〜1.70%、Ｎi 2.60〜3.50%、Ａl 0.95
〜1.50%、Ｃu 1.80〜2.50%、残部Ｆeおよび不可避的不
純物よりなることを特徴とするプラスチック成形プリハ
ードン金型用鋼である。また本発明のプラスチック成形
プリハードン金型用鋼は、Ｍo、Ｗを単独または複合で1
/2Ｗ＋Ｍo 0.70%以下、あるいはＣr 0.50%以下を含むこ
とが好ましいものである。

【０００６】

【作用】本発明の最も特徴とするところは、低Ｃ-Ｍn-
Ｎi-Ｍo(Ｗ)-高Ｃu-Ａl系のプラスチック成形プリハー
ドン金型用鋼において、Ａｌ量の増加による優れた被切
削性が、靭性を高めるＭｎを適度に増加しても損なわれ
ず、優れた被切削性と靭性を兼ね備えることができるこ
とを見出したことにある。本発明のプラスチック成形プ
リハードン金型用鋼は、ＨRＣ40ないしそれ以上の硬さ
のプリハードン(調質)状態(一般に焼入後400℃以上の焼
もどし)で供給されるものである。本発明のプラスチッ
ク成形プリハードン金型用鋼はそのまま型彫加工して研
磨加工を施し、さらに高度の鏡面仕上やシボ加工処理等
を施して使用されるものである。以下、本発明で規定す
る合金成分範囲の規定理由について詳しく説明する。

【０００７】Ａlはベイナイト変態温度を高めて望まし
い塊状上部ベイナイト組織を得やすくし、焼もどし(時
効)処理においてＮi-Ａl金属間化合物の微細析出による
析出(時効)硬化をもたらし、塊状上部ベイナイト基地と
あいまって本発明の優れた被切削性を形成させるための
もっとも重要な元素の一つである。またＡｌは所要硬さ
を得るための添加元素でもある。また、Ａｌは窒化時の
窒化硬さを上昇させる効果をもたらすものである。多す
ぎるとアルミナ系介在物の生成量が増加し、鏡面仕上性
を低下させ、また耐孔食性を低下させ、さらに延性の過
度の低下をまねくので1.50%以下とし、低すぎると被切
削性が低下するため0.95%以上とする。

【０００８】ＭｎはＡｌの増量による優れた被切削性を
低下することなく、靭性を高めることを可能にする元素
であり、本発明の最も重要な元素の一つである。Ｍｎは
基地の靭性を高める元素であり、さらには鋼のベイナイ
ト焼入性を高め、またフェライトの生成を抑制し、適度
の焼入焼もどし(時効)硬さを与えるために添加されるも
のである。多すぎると靭性が高くなりすぎ、Ａｌ添加に
よって得られる優れた被切削性を保つことができなくな
るため1.70%以下とする。また少ないとＡｌ添加による
靭性の劣化をＭｎで補うことができないため1.25%以上
とする。

【０００９】Ｃは低Ｃ-Ｍn-Ｎi-Ｍo(Ｗ)-高Ｃu-Ａl系の
プラスチック成形プリハードン金型用鋼の焼入組織を被
切削性の良好な塊状上部ベイナイト組織に保ち、かつ焼
もどしにおけるＣu-Ｆe固溶体、Ｎi-Ａl金属間化合物や
Ｍo、Ｗ炭化物の析出に基づく析出硬化をもたらすため
の基地を与えるための基本的添加元素である。多すぎる
と基地をマルテンサイト組織化して被切削性を減じ、ま
た過度の炭化物を形成して被切削性を低下させる。その
ため本発明においてはＣは0.08〜0.17%に規定した。Ｓi
は使用時の雰囲気に対する耐食性を高めるために添加さ
れる。多すぎるとフェライトの生成をまねき、また被切
削性を低下させるので0.60%以下とする。

【００１０】Ｎiはベイナイト焼入性を高め、またフェ
ライトの生成を抑制し、さらに焼もどし(時効)の際、Ｎ
i-Ａl金属間化合物を析出させ、所要の硬さを得るとと
もに延性を適度に低下させ、被切削性の向上を得るため
に添加される。多すぎるとベイナイト変態温度を低下さ
せ、ベイナイト組織を過度に微細化させ、また基地の粘
さを上げて被切削性を低下させるので3.50%以下とし、
低すぎると上記添加の効果が得られないので2.60%以上
とする。

【００１１】Ｃuは本発明鋼の焼もどし(時効)処理にお
いて、Ｆe-Ｃu固溶体の微細析出による析出(時効)硬化
をもたらし、塊状上部ベイナイト基地とあいまって本発
明鋼の基本的な被切削性を形成させるための、また所要
の硬さを得るため元素である。また優れた耐食性をもた
らすものである。多すぎると熱間加工性を低下させ、ま
たベイナイトを微細化させ、かえって被切削性を低下さ
せるので2.50%以下とし、低すぎると上記添加の効果が
得られないので1.80%以上とする。

【００１２】Ｃrは本発明鋼の耐食性を高め、また窒化
時の硬さを高め、さらに研磨加工時あるいは金型保管時
の発錆を抑制するため、目的、用途により添加してもよ
い。多すぎるとベイナイト組織を微細化し、とくに高い
被切削性を維持するため0.50%以下とする。Ｗ、Ｍoは本
発明鋼の500℃を越える高温焼もどし(時効)処理におい
て、微細炭化物を析出し、析出(時効)硬化をもたらし、
また使用時の雰囲気に対する耐食性を高める作用を有す
る元素であり、目的、用途により添加してもよい。本用
途の場合、多量の添加は必要なく、多すぎると被切削性
の低下をまねくので、1/2Ｗ＋Ｍoで0.70%以下とし、上
記添加の効果を特に得ようとする場合には、好ましくは
1/2Ｗ＋Ｍoで0.10%以上とする。

【００１３】

【実施例】表１に示す化学成分を有する本発明鋼および
比較鋼を製造した。これらの鋼を880℃で焼入後、550℃
で熱処理して得られた試料の硬さおよびシャルピー衝撃
値を表２に示す。また、被切削性を評価するためにJIS
SKH59のCo含有高速度工具鋼製のエンドミルを用いた切
削試験を行ないエンドミルの逃げ面の摩耗量を測定し、
０．３mmまで摩耗が進行するまでの切削距離を、JIS SC
M440に相当する比較鋼Ｏを100とする指標で評価した。
この結果も表２に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】表２に示すように、比較鋼Ｏに比べて低Ｃ
-Ｍn-Ｎi-Ｍo(Ｗ)-高Ｃu-Ａl系を基本とする本発明鋼Ａ
ないしＬおよび比較鋼Ｍ、Ｎは被切削性に優れ、また硬
さも高いものとなっている。比較鋼Ｍは、本発明鋼より
もＭｎの少ない鋼であり、被切削性は本発明と同等であ
るが、シャルピー衝撃値が本発明に比べて著しく小さ
く、靭性に劣るものであることがわかる。また、比較鋼
Ｎは本発明よりもＡｌの少ない鋼であり、比較鋼Ｏより
も被切削性は優れるものの、本発明の鋼に比べて被切削
性に劣るものであることがわかる。このような比較鋼
Ｏ、Ｍ、Ｎに対して、本発明鋼は被切削性に優れるだけ
でなく、靭性が高く、硬さも高いというプラスチック成
形プリハードン金型用鋼として極めて優れたものである
ことがわかる。

【００１７】

【発明の効果】本発明鋼は従来のプラスチック成形プリ
ハードン金型用鋼にはない優れた被削性と靭性を兼ね備
えており、金型製作時間の短縮のためには欠くことので
きない鋼となる。また本発明鋼は靭性が高いため、金型
加工に伴う熱応力によっても割れが発生しにくく、より
精密な金型加工を行なうのに特に適したものとなり、工
業的価値は極めて大きいものである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％でＣ 0.08〜0.17%、Ｓi 0.60%以
   下、 Ｍn 1.25〜1.70%、Ｎi 2.60〜3.50%、Ａl 0.95〜
   1.50%、Ｃu 1.80〜2.50%、残部Ｆeおよび不可避的不純
   物よりなることを特徴とするプラスチック成形プリハー
   ドン金型用鋼。
2. 【請求項２】 重量％でＣ 0.08〜0.17%、Ｓi 0.60%以
   下、 Ｍn 1.25〜1.70%、Ｎi 2.60〜3.50%、Ｍo、Ｗを単
   独または複合で1/2Ｗ＋Ｍo 0.70%以下、Ａl 0.95〜1.50
   %、Ｃu 1.80〜2.50%、残部Ｆeおよび不可避的不純物よ
   りなることを特徴とするプラスチック成形プリハードン
   金型用鋼。
3. 【請求項３】 重量％でＣ 0.08〜0.17%、Ｓi 0.60%以
   下、 Ｍn 1.25〜1.70%、Ｎi 2.60〜3.50%、、Ｃr 0.50%
   以下、Ａl 0.95〜1.50%、Ｃu 1.80〜2.50%、残部Ｆeお
   よび不可避的不純物よりなることを特徴とするプラスチ
   ック成形プリハードン金型用鋼。
4. 【請求項４】 重量％でＣ 0.08〜0.17%、Ｓi 0.60%以
   下、 Ｍn 1.25〜1.70%、Ｎi 2.60〜3.50%、、Ｃr 0.50%
   以下、Ｍo、Ｗを単独または複合で1/2Ｗ＋Ｍo0.70%以
   下、Ａl 0.95〜1.50%、Ｃu 1.80〜2.50%、残部Ｆeおよ
   び不可避的不純物よりなることを特徴とするプラスチッ
   ク成形プリハードン金型用鋼。