JP5912231B2 - プラスチック成形金型用鋼 - Google Patents
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Description
C は、必要な硬さを確保して焼入性を向上させる効果があり、そのためには、0.05%以上の添加が必要である。ただし、過度の添加は、被削性の低下を招くため、0.20%を上限とする。
Siは、溶製時の脱酸剤であるとともに焼入性を高める効果があり、そのためには、Siは0.30%以上の添加が必要である。ただし、過剰な添加は、CrやMo等の偏析を助長し、靭性の低下を招くため、2.00%を上限とする。望ましくは0.40〜1.50%である。ただし、表1の本発明鋼のNo.7の記載に基づきSiの下限値は0.52%とするので、Siは0.52〜2.00%とする。
Mnは、必要な硬さを確保して焼入性を向上させる効果があり、そのためには、0.50%以上の添加が必要である。ただし、過剰な添加は、靭性の低下を招くため、2.50%を上限とする。
Cuは、時効硬化熱処理により時効硬化をおこす元素である。Cu添加により、Ni量が少なくても時効硬化を起こすことが知られており、原材料費を低減させるためにもCu添加が望ましい。硬さの観点からの効果を得るためには、0.50%以上の添加が望ましい。ただし、過剰な添加は、熱間加工性を害するため、2.00%を上限とする。ただし、表1の本発明鋼のNo.2の記載に基づきCuの下限値は0.68%とするので、Cuは0.68〜2.00%とする。
Niは、時効硬化鋼として必須の元素であり、Alの添加も必須の元素である。Niは、硬さの観点からの効果を得るためには、2.00%以上の添加が必要である。ただし、過剰な添加は、加工性の低下を招くため、4.00%を上限とする。
Crは、Mnと同様、必要な硬さを確保して焼入性を向上させる効果があり、そのためには、0.50%以上の添加が必要である。しかし、過剰な添加は被削性の低下を招くため、3.00%を上限とする。望ましくは0.70%〜2.30%とする。
Moは、硬さ得るために必要な元素であり、さらに組織調整のために添加することができる元素である。そのような効果を得るためには、0.01%以上の添加が必要である。ただし、過剰な添加は、炭化物の形成を促進して被削性の低下を招くため、2.00%を上限とする。
Alは、脱酸作用を有する元素であり、さらにNiと同時に添加することで、時効硬化が得られる元素である。Alは硬さの観点からの効果を得るためには、0.50%以上の添加が必要である。しかし、過剰な添加は靭性の低下を招くため、2.00%を上限とする。
S、NおよびOの3元素は、鋼中に不可避的に含まれる元素である。これらの元素は他の元素と結合して硫化物や酸化物や窒化物を形成する。特にAl酸化物とAl窒化物が形成されると問題になる場合が多い。これらの化合物は鋼中に介在物として存在し、シャルピー衝撃値の低下、被削性の低下、鏡面性の低下などの様々な特性を劣化させる原因となる。そこで、これらの化合物を減らすためには、鋼中に含まれるこれらの元素の量を減少させることが必要である。そこで、Sは0.030以下、N は0.015%以下、Oは0.01%以下が必要である。製造コストとの兼ね合いであるが、望ましくは、N:0.01%以下、O:0.005%以下とするのが良い。
C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、Cuはいずれも焼入性を向上させる元素である。Fの値が12.0よりも小さい場合、固溶化処理において、オーステナイト化温度まで加熱後、冷却しているときに粒界炭化物が多量に発生し、鏡面性および耐割れ性が悪化する。そのため、F≧12.0とする必要がある。
表1に示したNo.2、No.4〜7の組成からなる本発明鋼と、これらと比較する比較例のNo.8〜14の組成からなる比較鋼について、それぞれ100kgの真空誘導溶解炉にて溶製し、平均径190mmの鋳塊にそれぞれ鋳込んだ。これらの鋳塊を15mm×15mmの角材(以下、「角15mm」という。)に鍛伸し、時効硬さが39〜41HRCとなるよう、溶体化処理を840℃〜900℃、焼戻しを520℃〜560℃で行い、次いで後述する形状に機械加工して供試材とし、各供試材の特性についてそれぞれ試験した。なお、表1における本発明鋼のNo.2、No.4〜7のFの値は、12.0以上であり、請求項1を満足している。表1における比較鋼のNo.8〜14のFの値は、12.0未満であり、請求項1に係る発明を満足していない。
(1)ミクロ組織観察は角15mmで、長さ15mmの試験片の中心部における、縦150μm、横100μmの範囲において、長さ3μm以上の粒界炭化物が観測されるかどうかを観察し、粒界炭化物が60個以上(1μm2当たり0.004個以上)観測されなければ、良いの◎とし、粒界炭化物が60個以上観測されれば、悪いの×として評価した。なお、図は顕微鏡写真によるミクロ組織の代表例であり、図1の(a)は出願時のNo.1の本発明鋼を示し、粒界炭化物は見られないが、図1の(b)はNo.9の比較鋼を示し、粒界炭化物が見られる。
表2に示すように、No.2、No.4〜7の発明鋼はいずれの鋼種もミクロ観察結果は◎で、衝撃値は56.7〜70.8J/cm2であった。これに対して、No.8〜14の比較鋼はミクロ観察結果は×で、衝撃値は10.8〜30.4J/cm2であった。
Claims (1)
- 質量% で、C:0.05〜0.20%、Si:0.52〜2.00%、Mn:0.50〜2.50%、Cu:0.68〜2.00%、Ni:2.00〜4.00%、Cr:0.50〜3.00%、Mo:0.01〜2.00%、Al:0.50〜2.0%0、S:0.030%以下、N:0.015%以下、O:0.01%以下を含有し、かつ、F(C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、Cu)=0.5C+0.7Si+5.1Mn+0.4Ni+2.2Cr+3Mo+0.4Cuの値がF≧12.0を満たし、残部Feおよび不可避不純物からなり、39〜41HRCの硬さを有し、結晶粒界に現出している長さ3μm以上の粒界炭化物が1μm2当たり0.004個未満であることを特徴とするプラスチック成型用に使用するための金型用鋼。
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