JPH02285050A - 高硬度快削金型用鋼 - Google Patents

高硬度快削金型用鋼

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JPH02285050A
JPH02285050A JP10618689A JP10618689A JPH02285050A JP H02285050 A JPH02285050 A JP H02285050A JP 10618689 A JP10618689 A JP 10618689A JP 10618689 A JP10618689 A JP 10618689A JP H02285050 A JPH02285050 A JP H02285050A
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JP
Japan
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steel
free
hardness
cutting
workability
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JP10618689A
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English (en)
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Hidetaka Chiba
千葉 秀隆
Ryota Yamaba
山場 良太
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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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、ガラス樹脂入りプラスチック射出成形用やプ
レス用等の金型に用いられる鏡面加工性層き加工性・疲
労特性・熱疲労特性の良好な硬さがHsで50〜70級
の高硬度快削金型用鋼に関するものである。
〔従来の技術〕
Hsで50〜70級のプラスチック金型用鋼としては、
JISの5KD61(0,4Cl5i−5Cr  1.
25Mo−IV)や5KDII(1,5C12Cr−I
Mo −0,4V)相当材があるが、これらの金型用鋼
は高硬度であり、一般に切削性が低い。
この種類の鋼材で、所定の切削効率を得るには、■硫化
物やpbを用いて鋼材自身に快削性を付与する方法(特
公昭63−66384号公報)、■切削後、金属間化合
物、Cu合金相の析出熱処理を施す方法(特開昭61−
163248号公報)、■セラミックスやサーメットの
ような高グレード切削工具を使用する方法、 等があるが、必ずしも、鋼材自身が高硬度・快削性・鏡
面加工性・磨き加工性・疲労特性・熱疲労特性を十分に
満足するとは言えない。
このため、鏡面加工性・磨き加工性・疲労特性・熱疲労
特性の良好な硬さがHsで50〜70級の高硬度快削金
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 SKD 61 (0
,4clsi−5Cr−1,25Mo−IV)やSKD
 11 (1,5C−12Cr −lMo−0,4V)
等に代わッテ、鏡面加工性・磨き加工性・疲労特性・熱
疲労特性の良好な硬さがHsで50〜70級の高硬度快
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:0.10〜1.00% Si:0.05〜1.50% Mn:0.10〜2.00% Cr  : 2.00〜9.50% Ni:0.25〜5.00% sob、 Al : 0.60〜1.5%N   :0
.0015〜0.060%を基本成分として、快削性元
素群 B  :O,0003〜0.01% Ca  : 0.0005〜0.050%P  :o、
oos〜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
避不純物からなる高硬度快削金型用鋼。
(2)重量比で C:0.10〜1.00% Si:0.05〜1.50% Mn  : 0.10〜2.00% Cr:2.00〜9.50% Ni:0.25〜5.00% sol、A1 : 0.60〜1.5%N  :O,0
015〜0.060% 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 Mo  : 0.05〜3.00% W:0.05〜2.00% V:0.010〜2.00% Nb:0.005〜0.50% Co  : 0.25〜3.00% のうち1種又は2種以上を含有し、残部Feおよび不可
避不純物からなる高硬度快削金型用鋼。
〔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 1)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材として働く
潤滑作用、 3)低融点化合物が切削時に二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
、高硬度および良好な鏡面加工性・磨き加工性・疲労特
性・熱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
よびカルシウム化合物、Pおよびリン化物が有効である
ことを知見し、これらの介在物や析出物を用いて、鏡面
加工性・磨き加工性・疲労特性・熱疲労特性の良好な高
硬度快削冷型用鋼の開発に成功したものである。
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。被削材は、いづれも焼戻しマルテンサイ
トを主体として一部ペイナイトからなるミクロ組織を呈
し、その硬さはHsで57〜61である。第1図、第3
図より、BおよびPは、それぞれ重量比で0.010%
以下、0.10%以下では、含有量の増加に伴シ1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、窒化リン、リン化カルシウム等のリン化物や炭
化硼素、窒化硼素等の硼化物は、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
て働くとともに、刃先を覆い工具を保護する。また、こ
れらの析出物は、高硬度金属間化合物や高硬度合金相の
析出核ともなる。
また、第2図よりCaの添加は、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。但し、過度のCaの添加は、次に述べるように、
鏡面加工性・磨き加工性・疲労特性・熱疲労特性を劣化
せしめるので、Caも上限規制が必要になる。尚、前記
のリン化物、硼化物およびカルシウム化合物は鋳造時に
生成するものである。
鏡面加工性・磨き加工性は、精密なプラスチック用金型
用鋼の表面性状に関して重要な特性である。
鏡面仕上げ加工とは、面切削後#1200までペーパー
研磨し、その後、径がIn以下のダイヤモンドペースト
粉で磨き、鋼材表面を鏡のように仕上げる。この加工性
の評価は、鏡面の表面での粗さの程度と写る像の歪み具
合でなされる。鏡面性を満足するには、介在物を減少し
かつ微細化する必要がある。
磨き加工の場合には、最終仕上げ研磨時のダイヤモンド
ペースト粉の径が鏡面仕上げの時に比べ粗く数μm〜十
数μmである。磨き加工とは、鋼材表面を磨いた後に、
プラスチックを射出してプラスチック表面に、鋼材の磨
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、介在物があると、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
れないことが必要であり、介在物を減少しかつ微細化す
る必要がある。
成形と離形時の応力差による疲労亀裂や成形→冷却→離
形→成形の熱サイクルによる熱亀裂は、プラスチック表
面に凸に転写される。このため、金型でも、疲労特性と
熱疲労特性が要求される。
疲労特性に関しては、介在物を少なくし微細化すること
が有効であり、また熱疲労特性に関しては介在物や炭化
物を少なくし微細化することが有効である。
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、1.00%を超えると金型の補修溶接性を損
なうため、含有量を0.10〜1.00%に限定した。
Si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、1.50%を超えると靭性を低下させるため
含有量を0.05〜1.50%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
. l O〜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2.00%が必要である。一方、9.50%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2.00〜9.50%に限定し
た。
sol、AIは厚鋼板の製造時に脱酸元素として必要で
あるばかりでなく金属間化合物形成元素として必要であ
り、この効果を得るには0.60%以上が必要である。
一方1.5%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、klは、含有量を0.60〜
1.5%に限定した。
Nは厚鋼板の製造時にAfN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、0.0015%以上が必要である。一方、0.06
0%を超える含有では、巨大A7Nが析出し靭性を低下
する。このため、Nの含有量は0.0015〜0.06
0%に限定した。
Niは硬度と靭性を確保するために必要であり、この効
果を得るには0.25%が必要である。一方、5.00
%の含有上限量を超えて含有させても、その作用効果が
飽和し経済的でない。このため、Niの含有量は、0.
25〜5.00%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
 : 0.0003%、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:0.10%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Mo、 W、  v、 Nb、 Co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、Mo:0.05%、W:0.05%、V:0.
010%、Nb:0.005%。
Go : 0.25%が必要である。
しかし、それぞれ、Mo:3.00%、W:2.00%
、v:2.oo%、Nb:0.50%、Co:3.00
%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。
再加熱し圧延または鍛造した後に850〜1100°C
に加熱後水または油に焼入れし、150〜700°Cに
て焼戻しを施すのが好ましい。尚、850〜1100°
Cに加熱復燐ならしを施し、必要に応じて150〜70
0°Cにて焼戻すことも可能である。
〔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1050〜1250°Cに再加熱後圧延を行った
。さらに、880〜1070°Cに加熱後焼入れし、3
00〜650°Cにて焼戻しを行った。
注1)硬さHB (3000Kgf)は、Hultgr
en球(10mm球、荷重3000Kgf)を用いた時
の板厚中心の値。
Hs−50〜70を満足するには、1IB=341〜5
17が必要である。
2)シャルピー試験片はJIS 5号(5rrtm 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kgfm
/cffl。
3)耐工具磨耗性、鏡面加工性、磨き加工性、疲労特性
、熱疲労特性の記号は、 ◎極めて良好、○良好、X不良 を示す。
4)耐工具磨耗性は2枚方エンドミルの逃げ面摩耗幅で
判定した。
切削諸元は、工具径φ10.2mm、工具材種超硬、水
溶性切削液、回転数69Orpm、送り速度69ffI
Il/1lin1切削速度26m/min。
評価指標は最大磨耗幅が0.2胴になるまでの切削時間
が、180m1n超を◎、120〜180IlinをO
130min未満を×で示す。
5)鏡面加工性は174μmまでダイヤモンド粉で研磨
後研摩面を目視または20倍の拡大鏡観察で調査し、そ
の後表面粗さを調査した。
◎、O1×の評価基準を下表に示す。
6)磨き加工性は3μmまでダイヤモンド粉で研磨後研
摩面およびプラスチック表面を目視または20倍の拡大
鏡観察で調査した。評価はシボムラの有無で行った。
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○、
目視にてはシボムラ有りを×で示す。
7)疲労試験は、ASTM E8134ζ準じたITC
T試験片(機械切欠き付)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鴫になるまでの繰返し数がN=3
の最小値で、3X10’回超を◎、lXl0’〜3X1
0’回をO11×lO4回未満を×で示す。
8)熱疲労試験はASTM E8131TCT試験片(
機械切欠き付)を用いた。
30°Cと400°Cとを60秒間隔で各30秒保持し
、機械切欠き先端からの熱亀裂の発生・進展を観察。3
X10’回超を◎、lX10’〜3X10’回を○、l
Xl0’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、耐工
具磨耗性が良好であり、かつ、鏡面加工性、磨き加工性
、疲労特性、熱疲労特性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、鏡面加工性、磨き加工性、疲労特性
、熱疲労特性がいずれも優れた硬さがHsで50〜70
級の高硬度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含有量の影響を示す図であ
る。 第1図 第2図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量比で C:0.10〜1.00% Si:0.05〜1.50% Mn:0.10〜2.00% Cr:2.00〜9.50% Ni:0.25〜5.00% sol.Al:0.60〜1.5% N:0.0015〜0.060% 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
    避不純物からなる高硬度快削金型用鋼。
  2. (2)重量比で C:0.10〜1.00% Si:0.05〜1.50% Mn:0.10〜2.00% Cr:2.00〜9.50% Ni:0.25〜5.00% sol.Al:0.60〜1.5% N:0.0015〜0.060% 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 Mo:0.05〜3.00% W:0.05〜2.00% V:0.010〜2.00% Nb:0.005〜0.50% Co:0.25〜3.00% のうち1種又は2種以上を含有し、残部Feおよび不可
    避不純物からなる高硬度快削金型用鋼。
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