JP2010174319A - プラスチック成形金型用鋼およびプラスチック成形金型 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.22%〜0.35%、Si:0.01%〜0.40%、Mn:0.10%〜1.20%、P:0.030%以下、Cu:0.05%〜0.20%、Ni:0.05%〜1.00%、Cr:5.0%〜10.0%、Mo:0.10%〜1.00%、V:0.50%超〜0.80%、N:0.01%〜0.2%、O:0.0100%以下、および、Al:0.050%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる鋼とする。
【選択図】なし
Description
本金型用鋼は、以下のような元素を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる。その添加元素の種類、成分割合および限定理由などは、以下の通りである。なお、成分割合の単位は、質量%である。
Cは、強度、耐摩耗性を確保するのに必要な元素である。Cは、Cr、Mo、W、V等の炭化物形成元素と結合して炭化物を形成し、Cr、Mo、W、VとNとともに炭窒化物を形成する。Cは、焼入れ時に母相中に固溶し、マルテンサイト組織化することによって硬度を確保するためにも必要である。その効果を得るため、C含有量の下限を0.22%以上とする。C含有量の下限は、好ましくは、0.26%以上であると良い。
Siは、主に脱酸剤、または、金型製造時の被削性を向上させる元素として添加される。その効果を得るため、Si含有量の下限を0.01%以上とする。Si含有量の下限は、好ましくは、0.10%以上、より好ましくは、0.20%以上であると良い。
Mnは、焼入れ性の向上またはオーステナイトの安定化のために添加される。また、不可避的にSが含有された場合に、Mnは、靱性の低下を抑制するのに有効である。その効果を得るため、Mn含有量の下限を0.10%以上とする。
Pは、鋼中に不可避的に含まれる。Pは、結晶粒界に偏析し、靱性を低下させる原因となる。そのため、P含有量の上限は、0.030%以下とする。
Cuは、オーステナイトを安定化させる元素である。その効果を得るため、Cu含有量の下限を0.05%以上とする。
Niは、オーステナイト生成元素である。その効果を得るため、Ni含有量の下限を0.05%以上とする。
Crは、耐食性を向上させる元素である。その効果を得るため、Cr含有量の下限を5.0%以上とする。Cr含有量の下限は、好ましくは、7%以上であると良い。
Moは、耐食性を向上させる元素である。また、Cと結合することで材料の2次硬化に寄与する。その効果を得るため、Mo含有量の下限を0.10%以上とする。
Vは、C、Nと結合して炭窒化物を形成する。この炭窒化物は、焼き入れ時の結晶粒径の粗大化抑制に寄与する。その効果を得るため、V含有量の下限を0.50%超とする。V含有量の下限は、好ましくは、0.55%以上であると良い。
Nは、侵入型元素であり、マルテンサイト組織の硬さを向上させるのに寄与する。同じ侵入型元素であるCに比べ、γ安定化能が大きい。また、Nは、固溶状態で耐食性の向上に寄与する。さらに、Nは、C、Vと化合して炭窒化物を形成する。この炭窒化物は焼入れ処理時の結晶粒径の粗大化を抑制する。これらの効果を得るため、N含有量の下限を0.01%以上とする。
Oは、溶鋼中に不可避的に含まれる元素である。但し、Oが過剰になると、Si、Alと結合して粗大な酸化物を生じ、これが介在物となって、靱性、鏡面性が低下する。これを防止する観点から、O含有量の上限を0.0100%以下とする。
Alは、脱酸剤として添加される元素である。但し、Al含有量が過剰になると、粗大な窒化物が生じやすくなり、鏡面性が低下する。これを防止する観点から、Al含有量の上限を0.050%以下とする。Al含有量の上限は、好ましくは、0.020%以下であると良い。
S、Se、Te、Ca、Pb、Biは、いずれも被削性を向上させるために添加することができる。その効果を得るため、S含有量の下限を、0.001%以上とする。同様に、Se含有量の下限を、0.001%以上とする。Te含有量の下限を、0.001%以上とする。Ca含有量の下限を、0.0002%以上とする。Pb含有量の下限を、0.001%以上とする。Bi含有量の下限を、0.001%以上とする。
Ta、Ti、Zrは、C、Nと結合して炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化を抑制して鏡面性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るため、Ta含有量の下限を、0.001%以上とする。同様に、Zr含有量の下限を、0.001%以上とする。なお、Ti含有量の下限は特に限定されない。
本金型は、上述した本金型用鋼を材料として用いている。
表1に示す化学組成(質量%)の鋼を真空誘導炉で溶製した後、50kgのインゴットを鋳造した。
上述したレーザーフラッシュ法により熱伝導率を測定した。なお、後述する表2の各熱伝導率の値は、比較鋼2の熱伝導率を100としたときの値である。
また、水冷孔(直径8mm)を形成した試験片を作製し、上記水冷孔に通水(水温40℃、流量3.5リットル/分)を行い、通水後の試験片の表面を高周波加熱コイルで300℃まで加熱し、100℃までの冷却に要した時間を測定した。なお、後述する表2では、通水後1日目のデータおよび30日後のデータを示している。
貫通孔(直径8mm)を形成した試験片を作製し、上記貫通孔に通水(水温40℃、流量3.5リットル/分、24時間)後、試験片断面を写真撮影し、錆の発生面積率(%)を画像解析により測定した。
上記棒材から1辺10mmの立方体のブロックを切り出し、測定面と接地面を#400まで研磨した後、ロックウェルCスケールにより硬さを測定した。
上記棒材からJIS3号試験片が採取可能な大きさのサンプルを切り出し、上述の熱処理を行った。その後、精加工を行い、JIS3号試験片を作製し、シャルピー衝撃試験を行った。
上記棒材から50mm×45mm×12mmの板材を加工し、上述の熱処理を行った後、機械研磨により#8000まで研磨し、試験片を作製した。得られた試験片について、JIS B0633に準拠して表面粗さRyを測定した。
Claims (5)
- 質量%で、
C :0.22%〜0.35%、
Si:0.01%〜0.40%、
Mn:0.10%〜1.20%、
P :0.030%以下、
Cu:0.05%〜0.20%、
Ni:0.05%〜1.00%、
Cr:5.0%〜10.0%、
Mo:0.10%〜1.00%、
V :0.50%超〜0.80%、
N :0.01%〜0.2%、
O :0.0100%以下、および、
Al:0.050%以下を含有し、残部が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金型用鋼。 - 7≦Cr+3.3Moを満たすことを特徴とする請求項1に記載のプラスチック成形金型用鋼。
- 質量%で、
S :0.001%〜0.20%、
Se:0.001%〜0.3%、
Te:0.001%〜0.3%、
Ca:0.0002%〜0.10%、
Pb:0.001%〜0.20%、および、
Bi:0.001%〜0.30%から選択される1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載のプラスチック成形金型用鋼。 - 質量%で、
Ta:0.001%〜0.30%、
Ti:0.20%以下、および、
Zr:0.001%〜0.30%から選択される1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のプラスチック成形金型用鋼。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載のプラスチック成形金型用鋼を材料として用いたプラスチック成形金型。
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