JPH02285049A - 快削金型用鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラスチック型等の金型に用いられるシボ加
工性・磨き加工性・疲労特性の良好な硬さがＨｓで３５
〜５５級の快削金型用鋼に関するものである。

〔従来の技術〕

Ｈｓで３５〜５５級のプラスチック金型用快削鋼として
は、ＪＩＳのＳＣＭ　４４０や八ＩＳＩのＰ２ＯにＳを
０．０５０〜０．０６０％添加した鋼があるが、これら
の鋼は４０Ｉｒｒｎ以上のＭｎＳの生成により、腐食後
に酸と反応して、目視にてもわかる黒色のシミとなりシ
ボ加工性が低い。また、磨き仕上げ面においても、目視
で判別できるＭｎＳ起因の斑点が生じ磨き加工性も低い
。さらに、４０μｍ以上のＭｎＳは、疲労破壊の発生起
点や疲労亀裂伝播経路となるので、これらの鋼は疲労特
性も著しく低い。

ＭｎＳ以外の硫化物を利用した快削金型用鋼としては、
一般に ■Ｚｒの化合物ＺｒＯ□及びＺｒＮと共存する硫化物を
利用するもの（特公昭６２−３４８２８号公報）■　Ｓ
とＴｅを添加しＭｎＴｅとＭｎＳの複合硫化物を利用す
るもの（特公昭６２−４０４２０号公報）■　Ｃｅ、　
Ｌａ等の希土類元素により硫化物を形態制御するもの（
特公昭６３〜６６３８４号公報）があるが、これらの鋼
も上記のＳ添加の場合と同様に硫化物を応力集中源とし
て切削性を向上せしめる鋼であり、必ずしも、快削性、
シボ加工性、麿き加工性や疲労特性のすべてを十分に満
足するものとは言えない。

Ｓ以外の元素を用いた快削鋼としては、Ｃａ−５１Ｍ系
の酸化物を用いた鋼があるが、「電気製鋼」５５−３、
ｐ１６２〜ｐ１６８に示すようにｌＶ２Ｏ３の生成率が
９０％を超えると工具磨耗が著しく高くなり、切削性は
著しく低下する。また、Ａ７２０３の生成率が９０％未
満であってもＣａやＳｉの酸化物が多数存在し清浄度が
低下するので、シボ加工性や磨き加工性が著しく低下す
る。

このため、シボ加工性・磨き加工性・疲労特性の良好な
硬さがＨｓで３５〜５５級の快削金型用鋼の開発が望ま
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このため本発明は、従来のＪＩＳ　ＳＣＭ４４０　（０
，４Ｃ−ｌＣｒ−０，２Ｍｏ系）　、ＳＫＤ　６１　（
０，，４Ｃ−５，５Ｃｒ］、５Ｍｏ−ＩＶ系）、Ａｌ５
Ｉ　Ｐ　２０　（０，３５Ｃ−１、２５Ｃｒ　−０，４
Ｍｏ系）や　Ａｌ５Ｉ　　Ｐ　２１　（０，２０Ｃ−４
，０Ｎｉ−１，２０ＡＺ）等に代わって、シボ加工性。

磨き加工性、疲労特性の良好な硬さがＨｓで３５〜５５
級の快削金型用鋼を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、このような問題点を有利に解決するためにな
されたものであり、その要旨とするところは、下記のと
おりである。

（１）重量比で Ｃ：０．１０〜０．７０％ Ｓｉ：０．０５〜１．００％ Ｍｎ　　：　０．１０〜２．００％ Ｃｒ：１．００超〜３．５０％ ｓｏｌ、Ａｌ　：　Ｏ，ＯＯ５〜０．５％Ｎ　　：ｏ、
ｏｏ２ｏ〜０．０６０％ を基本成分として、快削性元素群 Ｂ　　：０．０００３〜０．０１％ Ｃａ　　：　０．０００５〜０．０５０’％Ｐ　　　：
０．００５〜０．１０％ のうち１種又は２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可
避不純物からなる快削金型用鋼。

（２）重量比で Ｃ：０．１０〜０．７０％ Ｓｊ：０．０５〜１．００％ Ｍｎ　　：０−１０〜２．００％ Ｃｒ：１．００超〜３．５０％ ｓｏｌ、Ａｌ　：　０．００５〜０．５％Ｎ　　：０．
００２０〜０．０６０％ を基本成分として、快削性元素群 Ｂ　　：０．０００３〜０．０１％ Ｃａ　　：　０．０００５〜０．０５０％Ｐ　　：０．
００５〜０．１０％ のうち１種又は２種以上を含有し、更に硬さ向上元素群 Ｎｉ：０．２５〜３．００％ Ｍｏ　：　０．０５〜２．ＯＯ％ ｖ：ｏ、ｏｘｏ〜２．００％ Ｎｂ：０．００５〜２．００％ のうち１種又は２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可
避不純物からなる快削金型用鋼。

〔作　用〕

快削性を向上するには、一般に切削時に被削体において ｌ）　応力集中源となるか、構成刃先を形成する介在物
による脆化作用、 ２）変形抵抗の小さい介在物が工具の潤滑剤として働く
潤滑作用、 ３）低融点化合物が切削時に一部溶融して刃先を固溶体
が保護する工具保護作用、 の増加が必要である。

本発明者らは、金型用鋼に対して、快削性を付与しつつ
、良好なシボ加工性・磨き加工性・疲労特性を得るため
に介在物や析出物に関して詳細な調査を行った。その結
果、Ｂおよび硼化物、ＣａおよびＣａ化合物、Ｐおよび
リン化物が快削性の付与に有効であり、特定範囲内の含
有ではシボ加工性・磨き加工性・疲労特性に悪影響を及
ぼさないことを知見した。そして、これらの介在物や析
出物を用いてシボ加工性・磨き加工性・疲労特性の良好
な快削金型用鋼の開発に成功したものである。

まず、快削性に関してＢ、ＣａおよびＰの含有量とドリ
ル穿孔加工時の周方向の力であるスラスト力との関係を
第１図、第２図および第３図に示す。

被削材のミクロ組織は、いづれもベイナイトと焼戻しマ
ルテンサイトの混合組織からなり、硬さはＨｓで４０〜
４４である。また、第１図、第３図より、ＢおよびＰは
、それぞれ重量比でｏ、ｏｉｏ％以下、０．１０％以下
では、含有量の増加に伴いスラスト力すなわち切削抵抗
が低下して切削性が向上している。一方、この含有量を
超えると、Ｂの場合には、粒界強度の向上のために切削
性が低くなり、Ｐの場合には、固溶体硬化のために切削
性が低くなる。さらに、炭化硼素、窒化硼素等の硼化物
や窒化リン、リン化カルシウム等のリン化物は、低融点
の微細な非晶質系析出物であるので、切削時に一部溶融
して潤滑材として働くと共に、刃先を覆い工具を保護す
る。第２図よりＣａの添加は、含有量の増加によりスラ
スト力すなわち切削抵抗が低下して、切削性が向上して
いる。尚、過度のＣａの添加は、次に述べるように、シ
ボ加工性。

磨き加工性、疲労特性を劣化せしめるので、Ｃａも上限
規制が必要になる。尚、上記のＢ、　Ｃａ、　　Ｐおよ
び鋳造時に生成するこれらの化合物による切削性向上効
果は、硬さ向上元素を含んだ鋼においても発揮される。

このため、硬さ向上元素およびＢ。

Ｃａ、　　Ｐを含む鋼は、これらの元素を含まない硬さ
の低い鋼と同等の切削性を示す。

次に、シボ加工性と磨き加工性は、プラスチック用の金
型用鋼に関して表面性状に関する重要な要求特性である
。

シボ加工とは、＃１２００までペーパー研磨後に数−〜
十数趨のダイヤモンドペースト粉で磨き、硝酸を主体と
する混合酸を用いて鋼材表面に梨地模様や支構様を腐食
し、その後にプラスチックを射出してプラスチックの表
面に梨地模様や支構様すなわちシボ模様を転写すること
である。シボ加工性の評価は、このシボ模様にムラがな
いかを目視または２０倍程度の拡大鏡観察でなされる。

大きな介在物は、研磨または腐食の時にピンホールとな
るか、射出成形時に圧縮塑性変形能が鋼材より高いため
にプラスチック表面に凸ができシボムラが生じる。Ｂ、
Ｐ、硼化物やリン化物は、細かいのでシボ加工性に悪影
響を及ぼさないが、Ｃａは過度に添加すると巨大なＣａ
酸化物を形成し、前記のようなシボムラが生じる。

磨き加工とは、＃１２００までペーパー研磨後に数−〜
十数−のダイヤモンドペースト粉で磨き、その後に、プ
ラスチックを射出してプラスチックの表面に鋼材の慶き
面を転写することである。鋼材の磨き面が良好であって
も、介在物の圧縮塑性変形能が鋼材の値より高いために
、プラスチック表面に凸ができる。この凸が、目視また
は２０倍程度の拡大鏡観察で検出されるものは、磨き加
工性が不良とみなされる。

金型でも、プラスチック射出時の加圧と離型時の大気圧
との圧力サイクルによって、疲労亀裂が発生し伝播する
。この時に開口量が０．２　ｗ以上になると、プラスチ
ック表面に目視にて検出可能な凸ができる。このため、
疲労特性は金型用鋼でも重要な特性である。生産用金型
では、ショツト数が通常１０４〜１０’回であり、この
程度のショツト数ではプラスチック表面に目視にて検出
可能な疲労亀裂起因の凸ができないことが必要である。

従来より、大きな介在物が疲労亀裂の発生起点や伝播経
路になることが知られているが、Ｃａ酸化物も過度のＣ
ａ添加により巨大化すると疲労特性が著しく低下する。

次に、本発明における成分限定理由は以下の通りである
。

Ｃは、マルテンサイト中に固溶し又は炭化物として析出
し、鋼の硬さを上昇させる効果がある。

本効果を発揮させるには、０．１０％以上の含有が必要
であるが、０．７０％を超えると金型の補修溶接性を損
なうため、含有量をＯ，ｌ　Ｏ〜０．７０％に限定した
。

Ｓｒは、安価に鋼の硬さを上昇させる元素である。

本効果を発揮させるには、０．０５％以上の含有が必要
であるが、１．００％を超えると靭性を低下させるため
含有量を０．０５〜１．００％に限定した。

Ｍｎは、安価に鋼の硬さと靭性を向上させる効果があり
、このためには、０．１０％以上の含有が必要である。

一方、２．００％を超えて含有すると、巨大なＭｎＳの
形成により溶接性が損なわれる。このため、含有量を０
．１０−２．００％に限定した。

Ｃｒは焼入性向上元素として必要であり、この効果を得
るには、１．００％超が必要である。一方３．５０％の
含有上限量を超えて含有させても、その作用効果が飽和
する。このため、含有量を１．００％超〜３．５０％に
限定した。

ｓｏｌ．Ａｌは母鋼板の製造時に脱酸元素として必要で
あり、この効果を得るには０．００５％以上が必要であ
る。一方０．５％を超える含有では鋼板の清浄度が著し
く低下する。このためＳＯｌ、ＡＩは、含有量を０．０
０５〜０．５％に限定した。

Ｎは母鋼板の製造時にＩＶＮとして析出し、オーステナ
イト粒の粗大化を防止する。細粒化に必要なＮの量とし
て、Ｏ，ＯＯ２０％以上が必要である。

一方、０．０６０％を超える含有では、巨大ＡＺＮが析
出し靭性を低下する。このため、Ｎの含有量は０、　Ｏ
Ｏ２０〜０．０６０％に限定した。

次に、快削性元素群として添加するＢ、　Ｃａ、　　Ｐ
について述べる。

これらの成分は鋼の切削性を向上させるという均等的作
用をもつので添加されるが、前記作用に所望の効果を確
保するためには、それぞれの含有量の下限量として、Ｂ
　：　Ｏ，ＯＯＯ３％、Ｃａ：０、０００５％、Ｐ：０
．００５％、が必要である。

しかし、それぞれＢ：０．０１％、Ｃａ：０．０５０％
、ｐ：ｏ、ｔｏ％の含有上限量を超えて含有させても、
その作用効果が飽和したり、靭性やシボ加工性・磨き加
工性及び溶接性を損なうために、それぞれの含有量を以
上のとおりに定めた。

更に、請求項２記載の発明において硬さ向上元素群とし
て添加するＮｉ、　Ｍｏ、　　Ｖ、　Ｎｂについて述べ
る。これらの成分は鋼の硬さを向上させるという均等的
作用をもつので添加されるが、前記作用に所望の効果を
確保するためには、それぞれの含有量の下限量として、
Ｎｉ：０．２５％、Ｍｏ；０．０５％。

Ｖ　：　０．００５％、Ｎｂ：Ｑ、００５％が必要であ
る。

しかし、それぞれ、Ｎｉ：３．００％、Ｍｏ：２．００
％、Ｖ：２．００％、Ｎｂ：２．００％の含有上限量を
超えて含有させても、その作用効果が飽和するため、そ
れぞれの含有量を以上の通りに定めた。

溶製するに際しては、電気炉、転炉のいずれであっても
良く、鋳造する際には普通造塊法、連続鋳造法、一方向
凝固法のいずれであっても良い。

また、再加熱し圧延または鍛造した後に、７５０〜１０
５０″Ｃに加熱後水または油に焼入れし、１５０〜７０
０°Ｃにて焼戻しを施すのが好ましい。

尚、７５０〜１０５０℃に加熱後続ならしを行うことも
可能であり、必要に応じて１５０〜７００°Ｃにて焼戻
しを行える。

〔実施例〕

本発明実施例と比較例の板厚、化学組成を第１表に示し
、この鋼の機械的性質を第２表に示す。

尚、鋼の溶製後、通常の方法によりスラブとなし、各ス
ラブを１０００〜１２５０°Ｃに再加熱後圧延を行った
。さらに、７５０〜９８０°Ｃに加熱後焼入れを行い、 引き続いて２００〜６５０°Ｃにて焼 戻しを行った。

■）硬さＨＢ（３０００Ｋｇｆ）は、Ｈｕｌｔｇｒｅｎ
球（１０ｎｍ球、荷重３０００Ｋｇｆ）を用いたときの
板厚中心の値。

２）シャルピー試験片はＪＩＳａ号（２ｍｍ　Ｕノツチ
）。採取位置は、板厚中心部のＣ方向。

ｕＥ＋２０°Ｃは＋２０°Ｃの衝撃値。単位は）ｃｇ　
ｆ　−ｍ　／ｃｔＡ　。

３）切屑処理性、耐工具磨耗性、シボ加工性、磨き加工
性、疲労寿命の記号は、 ◎極めて良好、Ｏ良好、Ｘ不良を示す。

４）切屑処理性は、ドリル穿孔試験の切屑長さの重量比
で評価した。

切削諸元は、工具径φ１０．２　ｔｍ、工具材種高速度
鋼、水溶性切削液、回転数６９　Ｏｒｐｍ、送り速度６
９ｍ／信ｉｎ、切削速度２６ｍ／ｗｉｎ、評価指標は切
屑長さ３０閣以下細かい切屑の重量比が８０％超を◎、
５０〜８０％を○、５０％未満を×で示す。

５）耐工具磨耗性は２枚方エンドミルの逃げ面磨耗幅で
判定した。

切削諸元は、工具径φ１’０．２ｍｍ、工具材種超硬、
水溶性切削液、回転数６９Ｏｒｐｍ、送り速度６９ＩＩ
ＩＩＩＩ／ｌｌ１ｉｎ、切削速度２６ｍ／ｍｉｎ、評価
指標は最大磨耗幅が０．２鮒になるまでの切削時間が、
２１０ｍ１ｎ超を◎、１２０〜２１ＯＩｌｌｉｎを○、
１２０ｍ１ｎ未満を×で示す。

６）シボ加工性は１００口口のサンプルに梨地シボと皮
シボを付け、プラスチックに転写し目視または２０倍の
拡大鏡観察にて調査した。シボムラの有無で評価した。

２０倍の拡大鏡にてシボムラなしを◎、目視ではシボム
ラないが２０倍の拡大鏡にてシボムラが若干有りを○、
目視してシボムラ有りを×で示す。

７）磨き加工性は、１／４　ＪＩｏｌまでダイヤモンド
粉で研磨後研磨面及びプラスチック表面を目視または２
０倍の拡大鏡で調査した。研磨面の鮮映性とプラスチッ
ク表面の平滑さで評価した。

鮮映性と平滑さがともに優れている場合を◎、２０倍の
拡大鏡観察で認められる鋼材表面のシミがあるかまたは
プラスチック表面の小さなうねりがある場合をＯ１目視
にて鋼材表面にシミがあるかまたはプラスチック表面に
うねりがある場合を×で示す。

８）疲労試験は、ＡＳＴＭ　Ｅ８１３に準じたＩＴＣＴ
試験片（機械切欠き付の疲労切欠き無し）を用いた。疲
労寿命の判定は、荷重５　ＴＯＮで切欠き先端からの疲
労亀裂長さが０．２　ｍｍになるまでの繰返し数がＮ＝
３の最小値で、３Ｘ１０’回超を◎、ｌＸｌ０’〜３Ｘ
１０’回を０１ＩＸＩＯ’回未満を×で示す。

第２表から明らかなように、本発明によるものは、切屑
処理性、耐工具磨耗性が良好であり、かつ、シボ加工性
、磨き加工性、疲労寿命がいずれも良好なレベルを示し
ている。これに対して、比較例のものは、これらの特性
をすべて満足するものはない。

〔発明の効果〕

以上詳細に述べた通りＢ、　Ｃａ、　　Ｐとその化合物
を用いることによって、シボ加工性、暦き加工性、疲労
寿命がいずれも優れた硬さがＨｓで３５〜５５級の快削
金型用鋼が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ドリル試験のスラスト力に及ぼすＢの含有量
の影響を示す図、第２図は、ドリル試験のスラスト力に
及ぼすＣａの含有量の影響を示す図、第３図は、ドリル
試験のスラスト力に及ぼすＰの含有量の影響を示す図で
ある。 第１図 第２図 Ｂ　（ｔｔｔｔ％） Ｃａ　　（ｗｔ　％　）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比で Ｃ：０．１０〜０．７０％ Ｓｉ：０．０５〜１．００％ Ｍｎ：０．１０〜２．００％ Ｃｒ：１．００超〜３．５０％ ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．５％ Ｎ：０．００２０〜０．０６０％ を基本成分として、快削性元素群 Ｂ：０．０００３〜０．０１％ Ｃａ：０．０００５〜０．０５０％ Ｐ：０．００５〜０．１０％ のうち１種又は２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可
   避不純物からなる快削金型用鋼。
2. （２）重量比で Ｃ：０．１０〜０．７０％ Ｓｉ：０．０５〜１．００％ Ｍｎ：０．１０〜２．００％ Ｃｒ：１．００超〜３．５０％ ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．５％ Ｎ：０．００２０〜０．０６０％ を基本成分として、快削性元素群 Ｂ：０．０００３〜０．０１％ Ｃａ：０．０００５〜０．０５０％ Ｐ：０．００５〜０．１０％ のうち１種又は２種以上を含有し、更に硬さ向上元素群 Ｎｉ：０．２５〜３．００％ Ｍｏ：０．０５〜２．００％ Ｖ：０．００５〜２．００％ Ｎｂ：０．００５〜２．００％ のうち１種又は２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可
   避不純物からなる快削金型用鋼。