JP5043529B2 - 鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼 - Google Patents
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Description
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、特に鋼中S、N、O含有量についてその規制を緩和して製造を容易にし、製造費用を抑えるとともに、合金元素含有量を適正化することで、非金属介在物の生成を厳しく制限することなく優れた鏡面性を実現することを目的とする。
Cは焼入性を向上させる元素であり、目的の硬度を得るためにも0.20%以上の添加とする。また、多すぎると溶接が困難になるとともに、硬さが高くなり過ぎて被削性を低下させるので、0.40%以下とする。
Siは製鋼工程における脱酸剤として使われ、被削性を向上させる効果もあるが、多すぎると靭性を低下させるため1.0%以下とする。
Mnは、焼入れ性を向上させ強度を高める効果があり、0.5%以上は必要である。また、多すぎると靭性を低下させるため2.0%以下とする。なお、同様の理由で下限を0.7%、上限を1.3%とするのが望ましい。
これらの元素は金型の焼入れ性を高め、硬さ、靱性を向上させるのに有効である。しかし、それぞれ上限値を越えて含有させてもその効果は小さく、鏡面性や被削性を悪化させる要因となり、いたずらにコスト増を招くため、各合金元素の含有量は上述の範囲とする。なお、同様の理由で、Niにおいて下限を1.1%とするのが望ましく、Crにおいて下限を1.1%とするのが望ましい。
Vは結晶粒の微細化に効果があり、焼戻し軟化抵抗を高める効果がある。多すぎると被削性及び靭性の低下を招くため0.10%以下とする。なお、上記作用を十分に得るために、下限を0.02%とする。
CuはNi、Alとともに微細析出による析出硬化をもたらすとともに、被削性向上にも有効であるため含有させる。上記作用を得るためには、0.25%以上は必要である。また、結晶粒のバラつきを抑制し、鏡面性を向上させるため上限を0.35%とする。
Sは、粗大な硫化物系介在物を形成した場合には研磨時のピンホール発生の原因となり、鏡面性を低下させるので、0.030%以下とする。
O、NはそれぞれAl等と結合し非金属介在物を形成し、鏡面性に加えて被削性をも低減させるため、Oで30ppm%以下、Nで0.02%以下とする。
Alは脱酸剤として添加されるが、Al2O3系介在物が鋼中に残留し被削性や鏡面性を悪化させる原因となるため、0.1%以下とする。
硬さ:28〜32HRC
本発明鋼は、使用条件から選ばれる適当な硬さ(HRC28〜32)の範囲に焼入、焼戻しが行われ、最後に仕上げ加工が施されることによりプリハードン鋼として供される。硬さがHRC28より低いと型寿命が低下し、また、硬さがHRC32より高いと被削性および靭性が低下してくるので、本発明鋼の硬さはHRC28〜32を目標値に設定する。
本発明のプラスチック成形金型用鋼は、常法により溶製することができる。S、O、Nを規制する製法としては、真空溶解法、電気炉溶解法、取鍋精錬法、エレクトロスラブ再溶解法などがあるが、本発明では、これらの規制値は、厳格に行う必要がなく、コストの低い製法を採用することができる。
溶製により得られる鋼塊は、必要に応じて鍛造等の加工を行い、さらに調質を行う。これらの鍛造等や調質は常法により行うことができる。ただし、調質においては、焼き入れ条件、焼戻し条件を適正に定めるのが望ましい。
焼き入れに際しては、890℃〜900℃に加熱してから水冷するのが最適である。これにより、整粒なフルベイナイト組織が得られる。整粒であるか否かは、JISG0551”鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法”によって判定することができ、光学顕微鏡観察などの測定方法を経て上記判定を行うことができる。また、フルベイナイト組織は、光学顕微鏡観察を経て上記判定を行うことができる。
このプリハードン金型用鋼は、必要に応じて切削加工、鏡面研磨が行われる。切削加工においては、良好な被削性を示し、切削加工を円滑かつ高品質に行うことができる。また、鏡面研磨によっては、非金属介在物を厳しく制限することなく優れた鏡面性を示す。
表1に各供試材の化学成分(残部Feおよびその他不可避不純物)を示す。供試材としては、本発明の成分範囲になる発明鋼と、本発明の成分範囲を外れた比較鋼とを用意した。供試材はすべて整粒なフルベイナイト組織となるように、焼入れを840℃〜900℃、焼戻しを600℃、630℃とする熱処理を施した。表2に熱処理後の硬さ測定結果および旧γ結晶粒測定結果を示す。供試材No.1〜No.4のすべてで焼戻し後の硬さが目標の28〜32HRCとなるのは、焼入れ温度が880℃および900℃、焼戻し温度が600℃の条件とした場合である。さらに、旧γ結晶粒が整粒となるのは焼入れ温度が900℃、焼戻し温度が600℃の条件とした場合である。
また、図1にNo.1とNo.4の旧γ結晶粒観察写真を、図2に結晶粒度測定結果を示す。Cu量を規定範囲としたNo.1ではNo.4よりも結晶粒のばらつきが小さく、より均一な粒度分布となっており、このことが鏡面性を向上させていると考えられる。
Claims (2)
- 質量割合で、C:0.20〜0.40%、Si:1.0%以下、Mn:0.5〜2.0%、Ni:1.0〜1.5%、Cr:1.0〜1.5%、Mo:0.2〜0.5%、V:0.02〜0.10%、Cu:0.25〜0.35%、Al:0.1%以下、S:0.030%以下、O:30ppm以下、N:0.02%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼。
- 焼き入れ条件を890℃〜900℃で加熱してから水冷とすることで、整粒かつフルべイナイト組織とし、焼戻し条件を600℃〜610℃で加熱してから炉冷とすることで、焼戻し後の硬さが28〜32HRCである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。
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