JP2866113B2

JP2866113B2 - 耐食性金型用鋼

Info

Publication number: JP2866113B2
Application number: JP21026789A
Authority: JP
Inventors: 康森山; 高志山口
Original assignee: NIPPON CHUTANKO KK
Current assignee: NIPPON CHUTANKO KK
Priority date: 1989-08-15
Filing date: 1989-08-15
Publication date: 1999-03-08
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: JPH0375333A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、金型用鋼に関し、特に種々のプラスチック
製品（自動車用部品、精密機械部品、家庭用又は各種勧
業用の電気機器部品）などを成型するための金型用素材
で、しかも成型時に金型の腐食が問題となる難燃樹脂、
塩化ビニール、ABS樹脂、ポリアセタールなどの成型用
としての、金型用鋼で、更に詳しくはH_RC35〜45の硬さ
を有すると共に被削性、耐摩耗性、耐加工時変形性に優
れた成型用金型用鋼に係るものである。

（従来の技術）金型、特にプラスチック成型用金型は、電気機器、精
密機器部品、自動車、化粧品容器、カメラボディ、各種
エンプラ製品（ギア等）、レンズ等各種プラスチック成
型品の需要増大を背景として、その生産量が急速に伸び
ており、技術的にも量産化、精密化の傾向が著しい。

特に昨今では、使用するプラスチックの種類も増加
し、中には腐食性を有するプラスチックの成型により腐
食による金型の寿命低下も起るようになっている。この
問題に対しては、硬質クロムメッキでの対応や、JIS S
KD11といったステンレス系の金型用鋼が使用されている
が、このような従来の方法によると、寸法精度の問題
や、寿命、製作工程の増加、納期などの点で不具合を生
じているのが現状である。特にSKD11は、巨大炭化物の
析出のために、鏡面加工性や耐摩耗性はあるものの、被
削性などが著しく劣ることや、又靭性が劣り、ノッチ部
や尖鋭加工部が比較的簡単に衝撃的にこわれることなど
の問題点があった。

（発明が解決しようとする課題）本発明は以上のような問題点を解決するものであっ
て、基本的にはCr量の大量添加によって耐食性を維持
し、鋼中の炭素量を著しく低減せしめ、焼入れ後、高温
に於ける焼戻しによって金属間化合物や炭化物の析出に
よる硬さの上昇を図り、所定の硬さを確保すると共に金
型の切削加工時の耐変形性や設計変更時の溶接に対する
耐溶接割れ性などの優れた金型用鋼を提供することを目
的とするものである。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため本発明は、重量比でC:0.03〜
0.12％、Si:0.3％以下、Mn:1.5％以下、Cr:8.0〜14.0
％、Mo:0.1〜1.0％、Ni:2.5〜3.5％、Al:0.5〜1.5％を
含有し、更に必要に応じて0.2〜3.0％のCu、0.05〜0.3
％のＶの単独又は両方を含み、残部がFe及び不可避的不
純物より成る化学成分を有し、実質的に焼戻しベイナイ
トと低炭素焼戻しマルテンサイトから成り、且つ、微細
な金属間化合物及び炭・窒化物を析出させたことを特徴
とする鋼で、硬さH_RC35〜45を確保することを要旨とす
る耐食性金型用鋼である。

本発明鋼は、基本的には、低炭素ベイナイト及びマル
テンサイトであり、この組織の良好な切削性を生かすと
共に、冷却時の歪みによる残留応力も、高温に於ける焼
戻し焼鈍によって、焼戻し組織となり、殆んど開放され
てしまうため、あとの精密金型にする際の切削工程で、
残留応力に起因する歪みの発生が、少いと云う利点があ
り、更に、この焼鈍によって、焼入れ時に固溶したNiと
Alの微細な金属間化合物の析出や、更に、Mo,V,Crなど
の炭・窒化物の析出や、Cu−Fe金属間化合物の析出によ
る硬度の上昇を狙い、又Mnの含有量を適正にし、Moを添
加することで、熱間加工時の未再結晶域を拡大し、再結
晶によるオーステナイト粒度を適正粒度とすることでシ
ボ加工性、鏡面仕上性を付与したものである。

次に、本発明鋼の成分範囲を限定した理由について述
べる。

Ｃは、本発明の基本的組織である低炭素ベイナイト及
び低炭素マルテンサイトを得るためや、Mo,Cr,Vなどを
結合して炭・窒化物を形成し、硬さを確保するための基
本元素であり、これらの目的のために必要な下限量は、
0.03％である。又過度に多くなると焼入れ後の硬さが過
度に大きくなりCrの焼入れ性とも相俟って焼割れを生じ
易くなったり、又、耐食性元素であるCrと結合して、Cr
の巨大炭化物を生成し、耐食性を劣化させると同時に切
削性や鏡面仕上性も著しく劣化させる。又溶接性も著し
く損う。この限界が0.12％であり、これを上限とした。

Siは脱酸元素であるが、本発明鋼は基本的に0.5〜1.5
％のAlを含有するため精練上の脱酸は充分である。従っ
て、むしろSiO₂などの介在物となり易いSiは、シボ加工
性や鏡面仕上性確保の上で、少い方が望ましい。0.3％
以下としたのはこれを超える量の場合、鋼の清浄性が確
保されにくく、シボ加工性、鏡面仕上性に劣る結果を招
く可能性が大きいからである。

Mnは、焼入れ性を高め、又要求される硬さレベルに応
じて硬さを調整し、フェライトの生成を抑制する。しか
し多量に含有すると被削性、彫刻性を害するのでその上
限を1.5％とした。

Crは耐食性を高める元素で、本発明鋼の基本元素であ
る。8.0％未満では耐食性が充分でなく、14％までの添
加で金型用鋼としての耐食性は充分である。これを超え
て添加しても耐食性はそれ程向上せずむしろ経済的観点
からマイナス面が大きい。従って上限を14％とした。

Moは、500℃以上の高温焼戻しにおいて微細炭化物を
析出して析出硬化をもたらし、又、焼入れの際のフェラ
イトの析出を抑制してベイナイト組織化を促進する。
又、使用時の雰囲気に対する耐食性、特に孔食を防止す
るのに有効な元素である。多すぎると、被削性、靭性の
低下を招くので1.0％以下とし、低すぎると、上記効果
が得られないので、下限を0.1％とした。

Niは、変態点を下げ、冷却時にベイナイト組織及びマ
ルテンサイト組織を均一に晶出させる目的と、Alとの金
属間化合物を造って焼鈍時鋼中にこれを析出させ、硬化
させる目的で添加するが、2.5％未満ではこの効果が充
分でなく、3.5％を超えてもその効果は添加量の割りに
は顕著にならず、経済的でない。従って、2.5〜3.5％と
した。

Alは溶解精練時の脱酸元素としての働きと、Niとの結
合により、金属間化合物を析出させ硬化をまたらすため
に添加する。添加量が0.5％未満では、充分な析出硬化
を得ることができず、又1.5％を超えても、Niとのバラ
ンス上析出硬化に効用が期待できないこと、又、Al₂O₃
などの非金属介在物となって、鏡面加工性や、シボ加工
性も劣化させることで、限界値を0.5〜1.5％とした。

又本発明鋼は、これらの基本元素の他にCu,Vを添加し
ても同様な効果が得られるがCuは0.2％以上でその溶解
度との関係から効果が現われ、焼鈍時にCu−Feの金属間
化合物を析出し、硬化に寄与する。その効果は、Cuの量
に応じて増加するが、３％を超えても、その効果は添加
量の割合い程には期待ができない。従って限界量は0.2
〜3.0％とした。

Ｖは、微細炭・窒化物として焼戻し焼鈍時に析出し、
析出硬化現象により、鋼を硬化させる。この効果を充分
に生かせる最低添加量は0.05％であり、従って下限を0.
05％としたが、多すぎると炭・窒化物を粗大化し、幅荒
れによる鏡面仕上性を低下させて問題である。この上限
が0.3％である。

金型材料は、最終的には機械切削による金型としての
工作を行うが、この際、特に精巧な仕上げを要するため
切削性のよいことが必要である。

本発明では基本的に切削性を良好にするための手段と
して基地組織を低炭素のベイナイト及びマルテンサイト
としており、焼入れままでの硬さは極力抑制している。
これはこの状態での粗切削を容易にすることが１つの目
的であり、又、焼割れを防止する意味がある。これら低
炭素ベイナイト及びマルテンサイトの中でMo,Vなどの炭
・窒化物やNi−Al,Cu−Feなどの金属間化合物による析
出硬化を期待するのであるが、この場合硬さに上限があ
り、又、その硬さ迄でないと切削性が良好でない。この
硬さの上限がH_RC45であり、これを超える硬さでは切削
性が著しく劣化する。

一方、金型は使用耐用回数向上のためには、耐摩耗性
が必要であり、金型市場の要求は、これに応じて硬さを
上昇させる傾向にある。

従って、本発明の金型鋼はその耐摩耗性から最低硬さ
をH_RC35とした。

本発明による金型鋼は、焼戻し析出時効硬化鋼であ
り、原則としてはプレハードン時効硬化熱処理して使用
に供される。即ち、本発明による金型鋼は、上記の化学
成分を有する鋼片又は鋳片を、圧延か鍛造による熱間加
工を施した後、焼入れし、次いでほゞ500〜600℃の温度
に焼戻し処理を施すことによって製造する。

このようにして得られる金型鋼は、前記の理由によっ
てH_RC35以上を有すると共に被削性、耐食性と共に耐摩
耗性に優れている。

以下に実施例によって本発明を説明する。

（実施例）第１表に示す化学成分を有する鋼を、50kg真空溶解炉
で溶製し、120mmφのインゴットに鋳造した後、25mm厚
に圧延した。その後、1020℃に１時間加熱してから油冷
し（焼入れ）、540℃１時間加熱後空冷した（焼戻
し）。表中No.1〜No.6は本発明対象鋼であり、No.7〜N
o.12は比較例である。

本発明例No.1〜No.6はいずれも本発明の目的とする硬
さを充分に満足している。添付第１図は、本発明例No.5
の鋼について、前記焼入れ処理後、各温度（横軸）に１
時間の焼戻しを行った試料の、それぞれの焼戻し温度
と、硬度（H_RC）との関係を示したもので、500℃近辺か
ら硬度が上昇し、540℃で析出硬化がピークに達してい
ることがわかる。また、第２図は同No.5鋼の540℃焼戻
し後の100倍拡大顕微鏡写真であり、焼戻し低炭素ベイ
ナイト及びマルテンサイト組織に金属間化合物及び炭窒
化物（黒い斑点）が析出していることがわかる。

比較例No.7〜No.10は、いずれも本発明の硬さの範囲
を外れている。

また、比較例のNo.11は従来鋼のJIS SCM4の例で硬さ
がH_RC42の鋼であり、この鋼の被削性を100として本発明
鋼の被削性を指数として示しているが、本発明鋼のNo.
2,No.3は152,148といずれも高い値となっている。

比較例No.12は、SUS420 J2相当鋼であり、本発明例と
の耐食性の比較を行ったものである。すなわち、表の右
端欄のSbCl₂5％溶液中で浸漬試験を行ったときの腐食減
量の比較を示している。これから明らかのように、本発
明鋼No.2,No.3は、31,34と低く、耐食性が優れているこ
とがわかる。

（発明の効果）以上説明したように本発明は炭素含有量を低くし、M
n,Mo,Ni,Al,Cu,Vなどの各種成分の調整を行うことによ
り、被削性と耐食性に優れ、かつ、適当な硬さを有する
もので、プラスチック金型等の金型用鋼として好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼の焼戻し温度と硬度との関係を示す
図、第２図は本発明鋼の100倍拡大顕微鏡金属組織写真
である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比でC:0.03〜0.12％、Si:0.3％以下、
Mn:1.5％以下、Cr:8.0〜14.0％、Mo:0.1〜1.0％、Ni:2.
5〜3.5％、Al:0.5〜1.5％を含有し残部Fe及び不可避的
不純物より成る化学成分を有し、実質的に焼戻しベイナ
イトと低炭素焼戻しマルテンサイト組織から成り、且つ
微細な炭・窒化物及び金属間化合物を析出させたことを
特徴とする硬さH_RC35〜45の範囲にある耐食性金型用
鋼。
【請求項２】重量比でC:0.03〜0.12％、Si:0.3％以下、
Mn:1.5％以下、Cr:8.0〜14.0％、Mo:0.1〜1.0％、Ni:2.
5〜3.5％、Al:0.5〜1.5％を含有し、更にCuを0.2〜3.0
％、Ｖを0.05〜0.3％の範囲で１種又は２種を含み残部F
e及び不可避的不純物より成る化学成分を有することを
特徴とする請求項１記載の耐食性金型用鋼。