JP2686075B2 - プラスチツク成形プリハードン金型用鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、極めて優れた鏡面仕上性と被切削性を有
し、かつ優れた靭性を兼備した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。 〔従来の技術〕 高級プラスチック成形金型用鋼としては、 （１）鏡面仕上性が良く、ピンホールやその他微細ピッ
トの発生しないこと、 （２）シボ加工性が良いこと、 （３）耐食、耐発錆性が良いこと、 （４）強度、耐摩耗性が良く、靭性が高いこと、 （５）被切削性が良いこと、 などが要求される。 しかし、近年型の製作期間の短縮や、型の形状複雑化
による薄肉隅角部からの折損への対策が重要な顧客要求
として強く提起され、優れた被切削性と靭性を兼備した
型用鋼の開発が課題となった。 従来、この種用途の型材して特公昭53−23764号、特
公昭59−37744号に開示されたプラスチック成形金型用
鋼が知られている。この金型用鋼は、鏡面仕上性、被切
削性の点では、ほぼ満足できる特性を有するものの、近
年特に強く要求されている被切削性と靭性の兼備という
点では不十分な点があった。 また、本発明者の１人が特開昭60−204869号として鏡
面仕上性、シボ加工性、更に靭性が特に優れた型用鋼を
提供していたが、該型用鋼は被切削性の点で必ずしも十
分な特性を有しないものであった。 〔発明が解決しようとする問題点〕 以上説明のように従来、型用鋼の被切削性を高めるこ
とは逆に靭性の低下を招くことにつながり、両者の特性
を兼備させることは容易ではなかった。 本発明は、上記高級プラスチック成形金型用鋼として
の諸要求性質を同時に満たす型用鋼の提供を目的とする
ものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は重量％でC 0.07〜0.16％、Si 0.60％以下、M
n 0.60〜1.50％、Ni 2.50〜3.50％、Al 0.30〜1.40％、
Cu 1.80〜2.50％、残部Feおよび不可避的不純物よりな
り、不可避的不純物であるＳが0.004％以下であること
を特徴とするプラスチック成形プリハードン金型用鋼、
あるいは該金型用鋼にCr 0.60％以下、Mo、Ｗを単独ま
たは複合で1/2W＋Mo 0.10〜0.70％を適宜添加せしめた
プラスチック成形プリハードン金型用鋼である。 以下、本発明をさらに詳細に説明する。 本発明鋼は低Ｃ−中〜低Mn−Ni−Mo（Ｗ）−高Cu−Al
系を基本成分とする合金であり、焼入により均一な上部
ベイナイト組織を生成し、さらに500℃以上の高温焼も
どしにより、低Ｃのベイナイト地にCu−Fe固溶体、Ni−
Al金属間化合物、Mo（Ｗ）炭化物を析出させ、時効（析
出）硬化による強度を付与するとともに、適度に脆化を
生じさせ、良好な被切削性を付与するとともに、使用時
の型薄肉部からの折損に対する適度の靭性を保持させる
ものである。また、Cr、Mo、Ｗ、Cu、Niの含有、またＳ
量の低めへの限定により優れた耐食、耐発錆性が得ら
れ、また低Ｃでもマルテンサイト化しにくく放電加工に
よる硬化が少なく、この点でも仕上加工が容易である。 本発明の最も基本的事項は、逆にCuを高め（1.80〜2.
50％）に限定することにより、従来困難であった優れた
被切削性と低い切削面アラサを兼備させることに成功し
たことにある。また、好ましくはアルミナ系介在物の生
成傾向や靭性の過度の低下を抑制するため、Al量を中程
度ないし低め（0.30〜0.90％）に限定し、鏡面仕上性と
靭性を兼備させるものである。 本発明鋼は、ＨRC37ないしそれ以上の硬さのプリハー
ドン（調質）状態（焼入後400℃以上の焼もどし）で供
給され、そのまま型彫加工→研磨加工、さらに硬度の鏡
面仕上やシボ加工処理を施して使用されるものである。 したがって、ユーザーでの熱処理を要せず、きわめて
良好な被切削性とプラスチック成形型として薄肉部をと
もなう複雑形状の型に加工された場合にも使用中の薄肉
隅角部などからの割れを生ぜず、また、高い硬さと均一
なマトリックス、本質的に優れた鋼質の清浄性とあいま
って極めて優れた鏡面仕上性、シボ加工性をもたらし、
また、へたり、摩耗の懸念を要せず、長寿命を得ること
を可能にする新しいプラスチック成形金型用鋼である。 〔作用〕 次に本願発明鋼の成分限定の理由について述べる。 Ｃは本願発明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−F
e、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質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。また、放電加工面の硬化をまねき研
磨仕上工数の増加をまねくなどの弊害をまねくので0.16
％以下とし、低すぎるとフェライト析出をまねき、かつ
十分な焼もどし（時効）硬さが得られないので0.70％以
上とする。望ましくは0.1％以上である。 Mnは本願発明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。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
1.50％以下とし、低すぎると上記添加の効果が得られな
いので0.60％以上とする。 Siは使用時の雰囲気に対する耐食性を高めるために目
的、用途により添加される。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。 Niは本願発明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、さらに焼もどし（時効）の際、
Ni−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2.50％以上
とする。 Crは本願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、用途により添加される。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狙い
とする本願発明鋼としての特性を維持するため0.60％以
下とする。 Ｗ、Moは本願発明鋼の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、本願発明鋼の強度を形成するた
め、また、使用時の雰囲気に対する耐食性を高めるた
め、目的、用途により添加される。一般的にはMo単独添
加とするが、目的、用途によりMo、Ｗ複合添加あるいは
単独添加が施されるものである。 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 0.70％以下と
し、低すぎると上記添加の効果が得られないので、1/2W
＋Moで0.10％以上とする。 Cuは本願発明鋼の焼もどし（時効）処理において、Fe
−Cu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願発
明鋼の極めて優れた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の最も重要な添加元素の一つであ
り、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。 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
本願発明鋼の極めて優れた被切削性を形成させるため
の、また所要硬さを得るための重要な添加元素である。
また、窒化時の窒化硬さを上昇させる硬化をもたらす。
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1.40％以下、好ましくは0.90
％以下とし、低すぎると上記添加の効果が得られないの
で0.30％以上とする。 Ｓは硫化物系介在物を形成し、孔食やピットの原因と
なり、最高度の鏡面肌を得るためにはS 0.004％以下に
限定される。 〔実施例〕 以下、本発明を実施例に基づき説明する。 第１表に本発明鋼の実施例と従来鋼の化学組成を示
す。従来鋼Ｋは本発明者の１人が既に特開昭60−204869
号として提案している鏡面仕上肌、シボ加工肌が得ら
れ、かつ靭性がとくに優れ、使用時の薄肉隅角部などか
らの折損を生じない型用鋼のＳを制限したものである。 従来鋼ＬはSCM440である。 第２表に本発明鋼のＨRC39前後に熱処理したもののエ
ンドミルによる切削の場合の従来鋼Ｌ（SCM440〈ＨRC3
5〉）を基準とした被切削性（工具寿命）指数および切
削面の最大面アラサ比を示す。 本願発明鋼はSCM440（ＨRC35.1）よりも高硬度である
にもかかわらず、被切削性が明らかに優れており、また
切削面アラサも格段に細かく、以後の研磨加工の工数低
減に効果が大きいことを示している。 第３表は本発明鋼の断面寸法50mmt×150mmw鍛伸材に
つき、ＨRC38前後に焼もどしした後、試験片を鍛伸方向
に対し、平行（Ｌ）および直角（Ｔ）方向に採取して引
張試験およびシャルピー衝撃試験（2mmμノッチ）を行
なった結果を示す。 本願発明鋼は靭性の特に優れた従来鋼Ｋに対比すれ
ば、引張試験における伸び、絞り値およびシャルピー衝
撃値は低く、これが切削時の切粉の剪断による削除を容
易にし、これにより被切削性や切削面のアラサが従来鋼
Ｋのそれよりも優れており、また従来鋼Ｌ（SCM440）に
対して被切削性が大きく高められている。 Al量の少ない本発明高Ａ、Ｃ、Ｅは伸び、絞りおよび
シャルピー衝撃値の極端な低下はなく、複雑形状や薄肉
部を有する型として使用しても折損を生ぜず、良好な被
切削性を兼備している点に特徴がある。 一方、Al量の特に高い本発明鋼Ｊの場合には、被切削
性は良好であるが、引張試験における伸び、絞り値やシ
ャルピー衝撃値、特にＴ方向のそれが低く、複雑形状や
薄肉の隅角部を有する型に適用の場合、欠損や折損を生
じる場合がある。 第４表に本願発明鋼の塩水雰囲気中における耐発錆試
験結果を示す。試料は25mm×25mmで、ペーパーバフ鏡面
仕上の後、塩水雰囲気中に２時間放置した場合の発錆個
数をカウントし、本発明鋼Ｊのそれを100として比で示
したものである。 本願発明鋼はAlを含まない超鏡面仕上用鋼としての従
来鋼Ｋには及ばないが、Alを少なくしていくと腐食孔発
生の原因となるAl₂O₃系非金属介在物の多量の生成を生
ぜず、従来鋼Ｋに準ずる耐発錆個数特性を示す。本発明
鋼ＪはAl量が多く、アルミナ系介在物の形成傾向が相対
的に大きく、このため発錆特性が相対的に劣っている。
なお、Ｓ量が相対的に高い比較鋼Ｉの場合、硫化物系介
在物がやや増加し、発錆個数比が相対的にやや多い。 第５表は本発明鋼の鏡面仕上性（耐ピット性）を対比
したものである。試料は50mm角で、ＨRC38に焼入焼もど
し処理後、グラインダー→ペーパー→ダイヤモンドコン
パウンド研磨の方式で鏡面仕上を行ない、10倍の拡大鏡
を用いて微細なピット発生個数をカウントしたものであ
る。 本発明鋼ＪはAl量が高く、アルミナ系介在物の発生傾
向が相対的に多くなり、ピットもAlの低い本発明鋼より
発生しやすいことがわかる。なお、Ｓ量が相対的に高い
比較鋼Ｉの場合、硫化物系介在物がやや増加し、ピット
個数が相対的にやや多い。 〔発明の効果〕 以上に詳述したように、本願発明鋼は基地組成、基地
組織および析出（時効）生成物の適切な組合せにより、
ＨRC38以上の硬さでも特に良好な被切削性を保持すると
ともに優れた鏡面仕上性、耐孔食性、耐放電硬化性、シ
ボ加工性を有しており、また適度の延性を備えているた
め、使用時過酷な応力を受ける型用途においても薄肉コ
ーナー部などから折損を生じず、優れた型寿命をもたら
すプラスチック成形プリハードン（たとえばＨRC36〜4
1）金型材料を提供するもので、工業上非常に有益であ
る。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．重量％でC 0.07〜0.16％、Si 0.60％以下、Mn 0.60
   〜1.50％、Ni 2.50〜3.50％、Al 0.30〜1.40％、Cu 1.8
   0〜2.50％、残部Feおよび不可避的不純物よりなり、不
   可避的不純物であるＳが0.004％以下であることを特徴
   とするプラスチック成形プリハードン金型用鋼。 ２．重量％でC 0.07〜0.16％、Si 0.60％以下、Mn 0.60
   〜1.50％、Ni 2.50〜3.50％、Cr 0.60％以下、Al 0.30
   〜1.40％、Cu 1.80〜2.50％、残部Feおよび不可避的不
   純物よりなり、不可避的不純物であるＳが0.004％以下
   であ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．重量％でC 0.07〜0.16％、Si 0.60％以下、Mn 0.60
   〜1.50％、Ni 2.50〜3.50％、Mo、Ｗを単独または複合
   で1/2W＋Mo 0.10〜0.70％、Al 0.30〜1.40％、Cu 1.80
   〜2.50％、残部Feおよび不可避的不純物よりなり、不可
   避的不純物であるＳが0.004％以下であることを特徴と
   するプラスチック成形プリハードン金型用鋼。 ４．重量％でC 0.07〜0.16％、Si 0.60％以下、Mn 0.60
   〜1.50％、Ni 2.50〜3.50％、Cr 0.60％以下、Mo、Ｗを
   単独または複合で1/2W＋Mo 0.10〜0.70％、Al 0.30〜1.
   40％、Cu 1.80〜2.50％、残部Feおよび不可避的不純物
   よりなり、不可避的不純物であるＳが0.004％以下であ
   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。