JPH03501752A - 成形用金型のための析出硬化型の金型用鋼と、その鋼で作られた成形用金型 - 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】 成形用金型のための析出硬化型の金型用鋼と、その鋼で作られた成形用金型 技術分野 本発明は、鋼の冶金術および金型製作に関しており、特には成形用金型、すなわ ち、プラスチックまたは、例えばアルミニウム、マグネシウム、亜鉛などの金属 を、例えば射出成形、圧縮成形、またはダイカストや押出しによって成形するた めの成形キャビティを有するタイプの金型のための析出硬化型の金型用鋼に関す る。ここで成形用金型の概念には押出し用のダイも含まれる。

発明の背景 例えば射出成形または圧縮成形によるプラスチックの成形や、例えばアルミニウ ム、マグネシウム、亜鉛などの金属のダイカストや押出しのためには、金型用鋼 で作られた金型（前者ではモールド、後者ではダイ）が用いられる。これらの金 型は屡々極めて大きく、そのキャビティは極めて複雑にデザインされている。

金型が所望の性能を発揮し、所望の使用寿命を有するためには、金型用鋼は、そ れが何の目的にどのように用いられるかによって決まる多数で様々の特性を満足 しなければならない、金型では通常、応力が大きく、それは機械的応力や熱応力 であり、また、種々の形で摩耗がある。基本的に金型用鋼は、大寸法の金型にな った場合においても、高くて一様な硬度を有すべきであるとともに、各場合の使 用に対して十分な靭性な有すべきである。

現今、普通には、Ａｌ５ＩのグレードＰ２０タイプの強靭硬化Ｗ４（０，３５％ Ｃ−０，４％５ｉ−０，８％Ｍｎ　−１，８％Ｃｒ−０，４％Ｍｏ）が、全世界 的に、プラスチック成形や亜鉛のダイカスト用の金型材料として用いられている 。この種の金型用鋼は、普通には鋼メーカーから、強靭硬化された状態すなわち 焼入れされ、高温で焼戻しされて、硬度レベルが約３３ＨＲＣになった状態で引 渡される。そのような鋼から金型が造られる。

そして、この焼入れ・焼戻しされた状態で金型が用いられるのが普通である。近 時だんだん多くなってきたもっと硬度の高い金型が要求される場合には、完成し た金型な再焼入れ・焼戻ししなければならず、それを行えば金型のクラッキング や寸法変化のリスクが増え、その問題を解決することは困難である。言い換える ならば、これらの強靭硬化鋼は、素材メーカにおいても金型メーカーおよび／ま たは金型ユーザーにおいても問題となる明らかな欠点を有している。その問題は 次のようである。

これらの鋼は、製造中のクラッキングのリスクをなくするため、特定の中間焼き なまし処理を要求されるので、素材メーカーにとって製造が面倒である。そして なお仕上時には完全な強靭硬化の処理を要求される。

これらの鋼は、より高い硬度の金型が要求されても、硬度を高める可能性が強く 制限されており、したがって、適当な金型の特性を得ることの見地からみてユー ザーの融通性を小さくしている。

所望の硬度レベルを達成する可能性を改善することは可能であって、それは、い わゆる析出硬化、すなわち簡単な熱処理（時効処理）によっての鋼の硬度の上昇 を起こさせる合金元素を鋼に添加することで可能になる。公称の組成が０．２０ ％Ｃ−０，３％５ｉ−０，３％Ｍｎ　−４％Ｎｉ−１，２％ＡＩであるＡｌ５Ｉ の標準グレードＰ２１の鋼は、このタイプの金型用鋼の１例であって、かなり以 前から知られている。

公称組成が０．１５％Ｃ−０，３％５ｉ−０，８％Ｍｎ−３，０％Ｎｉ−０，３ ％Ｍｏ−１，０％Ｃｕ−１．０％屓である鋼（米国特許第３．８２４．０９６号 ）は、類似のタイプの鋼の、かなり新しい１つの例である。これら２つの場合に おいて、アルミニウムが、後者では鋼もであるが、析出硬化のための合金として 添加されている。しかし、これらの鋼における合金元素の組合せでは、鋼は、高 温状態（オーステナイトの状態）から冷却された後、それの寸法と冷却方法に依 存して、硬いマルテンサイト（＞４０ＨＲＣ）組織、またはもっと軟らかいベイ ナイト／フェライト組織、またはそれらの混合組織を有することになる。したが ってそのような鋼は、素材メーカーによって焼戻しく時効処理）されねばならず 、通常は、時効処理されて硬度が３５〜４０　ＨＲＣになった状態で引渡しされ る。なお、これらの鋼では、析出硬化の効果が比較的に弱く、４０ＨＲＣを超え る硬度レベルは実際上、これらの鋼の析出硬化によっては達成され得ない。今日 、普通の強靭硬化鋼の前述の欠点をなくし得るような適当な低合金鋼は存在しな い、理論的には、極めて高合金のマルエージング鋼や、ある種の析出硬化ステン レス鋼が所望の特性を有し得るが、それらの鋼は、大兄の技術分野に適用される にはあまりにも高価である。

発明の詳細な説明 本発明の目的は、公知の強靭硬化鋼の前述の欠点を回避できるような、析出硬化 低合金鋼を提供することにある。そしてまた、そのような鋼の高い硬度レベルを 、鋼製金型を作ることにおいて利用するための新しい機会を開くことも本発明の 目的である。

さらに本発明の鋼は、ある種の適用、例えば押出しのための、焼きなましされた 軟らかい状態で引渡されて金型として製造された後に焼入れ・焼戻されるタイプ の鋼の代りとして用いられ得る。この場合、本磯明の鋼は、金型の完成品を普通 よりも非常に短い時間で製造できる機会を提供する。この鋼は、熱処理が簡単で あるために、熱処理のために特別な工場に送られる必要がなく、金型メーカーに よって、便利に熱処理され得る。

より特定的に言うならば、本発明は次のような特性を有する鋼に関している。

この鋼は、熱間加工、例えば鍛造や圧延の処理の温度から冷却された後には、そ の鋼の寸法が大きくても小さくても、つまり、冷却速度が遅くても速くても、比 較的に軟らかくて靭性に冨むミクロ組織を有し、そのミクロ組織は大部分がラス 状（ｌａｔｈ）マルテンサイトで成り、硬度は３０〜３８ＨＲＣの範囲にあるこ と。

この鋼は、それから、簡単な熱処理、すなわち比較的低い温度での時効処理の後 には、面倒を起こす寸法変化なしに、実質的により高い硬度、すなわち４２ＨＲ Ｃを超える硬度を示すこと。

上述の硬度の上昇を達成する能力は、熱処理後の冷却温度が遅いときには得られ ないこと。

この鋼は、プラスチック成形や金属の圧縮成形のための成形用金型として使われ る十分な靭性を有すること。

この鋼は、プラスチック成形用金型に用いられるに適するように、良好な研磨性 、光学的エツチングをされる能力、良好な放電加工性、および良好な溶接性を有 すること。

この鋼は、それが熱間加工のための鋼として用いられた場合には、良好な焼戻し 耐性を有し、普通の使用の間においては過度の時効を生じないこと。

この鋼は、それが押出しの部材として用いられた場合には、良好な高温強度と良 好な窒化可能性を有すること。

上記のような特性を有する金型用鋼は、素材メーカーでも金型メーカーや金型ユ ーザーでも問題となる公知の強靭硬化鋼の上述した欠点を回避または除去し、ま た、金型におけるより高い硬度を、場合に応じて利用できる全く新しい機会を提 供する。この鋼はなお、焼きなましされた軟らかい状態で引渡さしされる金型用 鋼が用いられるある種の応用分野において用いられて、その場合に、必要な熱処 理が簡単である故に、普通の金型用鋼の場合よりも、金型の仕上げ（製作と熱処 理）を非常に速く行える機会を提供する。

本発明による鋼は、基本的組成として、鉄以外には、０．０１〜０．１％Ｃ，ト レース〜最大２％のＳｉ。

０．３〜３．０％Ｍｎ、１〜５％Ｃｒ（ただしＭｎ＋Ｃｒの合計量は少くとも３ ％あることが望ましい）、および０．１〜１％Ｍｏを含む。さらにこの鋼は、一 般に靭性と硬化性を改善する元素としてのＮｉを含んでいる。最後にこの鋼は、 析出硬化のための元素またはその組合せ、すなわち、化合物としてのＮｉとＡＩ の組合せ、またはＮｉとＡＩの組合せとともに用いられるオプショナルとしての Ｃｕを含んでいる。鋼中のＮｉとＡＩ、およびオプショナルとしてのＣｕの量は 、１〜７％Ｎｉ、　１．６〜３．０％ＡＩ、そして１．８〜４．０％Ｃｕである 。上記で示した元素のほかには、この鋼は、はとんど鉄と、普通の量の不純物お よび付随元素だけを含む、特記がなければ、％はすべて重量％である。

望ましい量の析出硬化元素がある限りでは、本発明の範囲に入ることとして、次 のようなガイドラインが推奨される。

析出硬化元素がＮｉとＡｌの組合せにのみ基づいていて、鋼が不純物の量より多 い量のＣｕを含まないことが望ましい場合には、この鋼は、３〜７％Ｎｉと、１ ．５〜３．０％、より望ましくは１．６〜３．０％のＡ１を含む、この場合、Ｎ ｉは、鋼の所望の靭性に寄与し、かつ、ＡＩとともにＮｉと屓の化合物として析 出硬化元素として働くように鋼中に存在している。

析出硬化が、ＮｉとＡＩの組合せとともに、Ｃｕにも基づいている場合には、こ の鋼は、２〜７％Ｎｉ、　１０〜３．０％ＡＩ望ましくは１．６〜３．０％ＡＩ 、および１．０〜３．０％Ｃｕより望ましくは１．８〜４．０％Ｃｕを含んでい るのが望ましい。この場合Ｎｉは、さきに述べた第１の場合と同様に、鋼の所望 の靭性と硬化性に寄与し、かつ、Ｎｉ　−Ａｌ化合物の形で析出硬化元素として 働くように鋼中に存在する。しかし、重要なのはＮｉ、　Ｃｕおよび／または／ Ａｌだけではない。上述した合金元素のすべてが本発明の口約である特性を達成 するために極めて重要である。ただし、Ｓｉは除外してもよかろう、さらに、金 型用鋼としての所望の特性を得るためには、上記した量の上記元素の特定の組合 せが決定的に重要である。

各合金元素の主要な効果を簡単に説明するならば次のとおりである。

医１ この元素は、熱処理後の鋼の強度（硬度）および靭性のため、および鍛造のため 、すなわち、時効されていない状態の鋼での、主としてラス状マルテンサイトで ある組織のために決定的重要性をもつ、低炭素含有量（＜０．１０％）の場合に は、マルテンサイトは比較的に軟かくて靭性に冨むので、焼戻しされていない状 態のままでも極めて有用な鋼となる。より高炭素含有量の場合には、炭素含有量 の増加とともに急激にマルテンサイトの硬度が増大し、それと同時に靭性が低下 する。したがってこの場合のマルテンサイトは焼き戻しされなければならない、 鋼中の炭素含有量は０．Ｏ１〜０．１０％の範囲内とされるが、０．０３〜０． ０８％の範囲内にあるのが望ましい。

仇四皇 この元素は、本発明の鋼にとっては何ら顕著な重要性をもつものでない、しかし Ｓｉは、付随的元素（溶鋼の脱酸後の残りとしての）として存在し得る。ただし 、けい素はフェライト安定化元素であるので、鋼中に２％を超えて存在してはな らない、そして、１％Ｓｔを超えないのが望ましい。

二２ヱ之上２旦込 これらの元素は、ある程度まで同じ機能を有する。

そこで、十分な量のマンガンとクロムを加えることが、本発明の鋼では、かなり 重要なこととなっている。それは次の理由による。

ｍ−の鋼が熱間加工時に、はぼ完全にオーステナイトのミク、口組織でなければ ならないこと。

−この鋼の硬化性、すなわち、徐冷の間にフェライトに変態せずにマルテンサイ トに変態する能力が十分に高くなければならないこと。

一熱間加工に続いての冷却が遅いとき析出硬化が起こってしまうことがないため に十分なだけ、この鋼のＭｓ湿温度すなわち冷却中にマルテンサイトが生成し始 める温度が低くなければならないこと。

マンガンもクロムも、上記の３つの要件のすべてを考える限りでは、所望の効果 をもたらすが、マンガンが最も顕著な効果を及ぼす、しかし、マンガンの量が多 過ぎるならば、本発明のタイプの鋼では好ましくない脆性を生ずる傾向がある。

したがって、最適の結果が得られるようにマンガンとクロムを組合せて用いなけ ればならない０本発明の場合に適当な、これら元素の添加量は、 Ｍｎ　０．３〜３．０％ Ｃｒ　１〜５％ Ｍｎ＋Ｃｒ　≧３％ この元素は、本発明の鋼において、幾つかの理由により、特に重要なものとなっ ている。ニッケルを添加すれば、マンガンとクロムの場合の上記のような効果と 同様の所望の効果が得られるが、ニッケルはなお、自明のこととして知られるそ の働きによって、靭性特性を好ましく改善する。析出硬化をアルミニウムの添加 （上記と下記参照）によって得ようとする場合には、実際の析出硬化相はニッケ ルとアルミニウムの化合物であるので、ニッケルが所望の析出に寄与する機会を もつように、その分だけ高いニッケル含有量が必要になる。もしそうせずに、析 出硬化を銅だけの添加で（下記参照）得ようとする場合には、有効な析出硬化に ニッケルは関与しないので、この場合ニッケルは、アルミニウムがさらに加えら れた場合のようには必要とならない。

本発明によれば適当なニッケル含有量はアルミニウム／ニッケル析出の場合なら ば３〜７％ＮＬアルミニウム／ニッケルと銅の析出の場合ならば２〜７％Ｎｉで 本発明による鋼が時効処理の後に前述のように高い硬度を達成し得る１つの重要 な理由として、初期マルテンサイトの鋼の強度への寄与が有効に利用され得ると いう事実がある。熱間加工と冷却に続いて形成されるラス状マルテンサイトの強 度への最も重要な寄与は、ミクロ組織の中に転移と亜結晶粒界が高密度で存在す ることによる。このようなミクロ組織は、鋼が焼き戻しされた場合、つまり、普 通に時効処理が行われる温度範囲にその組織が置かれた場合には、分解されて軟 化する傾向がある。したがって、時効処理の間でのミクロ組織の好ましくない分 解を阻止せねばならない、ここにおいてモリブデンが最も重要な役割を果すので あり、この元素を少し添加しただけでも、約６００℃までの温度においては、上 記のような分解を大いに遅らせる働きがある。

本発明によれば、適当なモリブデン含有量は、０．１〜１．０％の範囲にある。

二五主三皇ム この元素は、ニッケルとともに、ＮｉＡ１で成る化学量論的化合物を形成する。

　ＮｉＡｌ相は、アルミニウムとニッケルの含有量が多い場合であっても、オー ステナイトに可溶であるが、マルテンサイトやフェライトの中では、微細に分散 した析出物を生成する。この析出物は強い析出硬化の効果を生ずる（すなわち、 硬度が上昇する）ものである。

析出硬化がアルミニウムとニッケルだけに基づいている場合には、適当なアルミ ニウム含有量は１．５〜３．０％、望ましくは１．６〜３．０％、より望ましく は少くとも１．７％ＡＩである。

ε この元素はオーステナイトには高度に可溶であるが、マルテンサイトやフェライ トでの可溶性は極めて限定されている。したがって、熱間加工と冷却の間におい ては、高含有度の銅が鋼中に固溶でき、その固溶状態が保たれる。マルテンサイ トを時効処理するならば、純粋な銅で成る粒子の微細に分散した析出が得られ、 その結果、強い析出硬化の効果が生ずることになる、アルミニウムの場合と同様 に、銅の含有量がある限度内で増えるとともに、この効果が増大する。この場合 、主としては、析出がこれ以外のどの合金元素に依存するものでもないので、こ の場合におけるニッケル含有量の選定においては、鋼中にアルミニウムがあって それがニッケルとの化合物として析出する場合のような重大さを有しない。

鋼中において、十分な量のアルミニウム／ニッケルと銅とを同時に用いるならば 、鋼を時効処理したときに、微細に分散したＮｉＡ１と鋼との同時析出を得るこ とが可能である。このことは、これら２つの析出効果には部分的には相互加算性 があることと、効果的時効処理のために好ましいより広い温度範囲が用いられる こととを意味する。しかし、銅を添加することの欠点として、回収されるスクラ ップの価値が下り、また、製鋼所での回収スクラップの取扱いが複雑化する。何 故ならば、銅を含んだスクラップは大抵の場合、銅を含まないグレードの鋼の原 料として、殆んど問題なしに用いられ得ることがないからである。したがって、 この見地から、本発明の鋼の実施態様としては、銅を含まないものが望ましい。

しかしながら、析出硬化が、鋼中のアルミニウム、ニッケルとともに鋼にも基づ いている場合には、鋼中の鷹当なアルミニウムおよび鋼の含有量は次の範囲にあ る。

Ａ１：１．Ｏ〜３．０％、望ましくは少くとも１．５％、より望ましくは　１． ６〜３．０％、 Ｃｕ　：　１．０〜４．０％、望ましくは少くとも１．５％、より望ましくは　 １．８〜４．０％ 隨勉処」 所望の硬度を達成するために、この鋼は、温度４００〜６００℃、時間０．５〜 ５１−１の時効処理をされる。

この鋼は、約５００℃、１〜３１〕の時効処理をされるのが望ましい０時効処理 によって硬度は、３３〜３７ＨＲＣから、４２ＨＲＣを超えるまで、または４５ ＨＲＣ以上まで、そして場合によってははるばると約５０ＨＲＣまでも上昇する ０ｗ４が熱間加工の温度から常温まで冷却されたときに得られる好ましいラス状 マルテンサイト組織は、時効処理において実質的に維持される。ここにおいてモ リブデンが、さきに述べたように、時効処理の間においてラス状マルテンサイト ミクロ組織の好ましくない分解を阻止するという最も重要な役割を果している。

したがって、鋼の適切な基本的組成を選定することと、適当な析出元素を選定す ることを組合わせることにより、時効処理したときに析出硬化による硬度が得ら れて、その硬度が、鋼が常温まで冷却されたときに得られた硬度（この硬度は、 鋼の好ましいラス状マルテンサイト・ミクロ組織の故に、比較的に高い）に加算 される、ということが可能になる。ユーザーの希望により、または焼入れ設備や その他の事情により時効処理は、金型の打抜き素材で行われてもよいし、完成し た金型で行われてもよい。

本発明のさらにある特徴、局面や利点については、以下に記している本発明によ る鋼の実施例および、達成された結果の説明から明らかになる。

図面の簡単な説明 以下における本発明による鋼の幾つかの実施例の説明と、達成された結果の説明 においては、添付の図面を参照することとする。それら図面において、第１図は 、供試鋼を４５０〜５００℃の間の種々の温度で１時間時効処理した後の硬度を 示す線図、第２図、同じ供試鋼を同じ温度で３時間時効処理した後の硬度を示す 線図、 第３図は、本発明の鋼の２００℃における衝撃強度を、時効処理後の常温におけ る硬度の関数として示す線図、 第４図は、本発明の鋼を用いて造られ得るタイプの成形用金型の典型的デザイン を示す０本図で示された金型は、プラスチックを対象物とする射出成形用金型の 片側を示す。

実施した試験の内容と結果についての所見供試鋼の組成は表１に示すとおりであ った。これらの鋼では、表に示されている元素のほか、通常の量の不純物とは付 随的元素を含み、その他は鉄であった。

含有量はすべて重量％で示されている。

表１　供試された鋼合金の化学組成（Ｗｅｉｇｈｔ％）ｍＮｏ、　ＣＳｔ　Ｍｎ 　Ｃｒ　Ｎｉ　Ｉｋｈ　ＡＩ　Ｃｕ　１．５ＡＩ＋ｃｕ１　０．０５　０．２２ 　１゜３　２．５　２．５　０．３２　０．０１　０．０１２　０．０５　０． ３６　１．６　２．５　２．６　０．３０　１．０　０．０１　１．５３　０． ０５　０．３３　１．５　２．３３．１　０．３０　１．６　０．０１　２．４ ４　０．０５　０．３４　１．４　２．４　４．２　０．３２　１．９　０．０ １　２．９５　０．０５　０．２９　１．４　２．３　５．２　０．３０　２． ３　０．０１　３．５６　０．０２　０．３０　１．３　２．３　５．３　０． ３２　２．３　０．０１　３．５？　０．０５　０．２２　１．４　２．３　２ ．６　０．３０　０．０１　１．５　１．５８　０．０５　０．２１　１．４　 ２．３　２．６　０．３２　０．０１　３．０　３．０９　０．０５　０．３２ 　１．５　２．２　３．２　０．３２　１．７　２．０　４．５５表１の鋼を、 ５０ｋｇの実施室内溶湯の形で作ってから５０ｋｇのインゴットの形に鋳造した 。それらインゴットを、約１２００℃に加熱し、断面が１２０Ｘ３０ｍｍの平ら なロッドの形に椴造した。鍛造の後、それらロッドは、室温になるまで空気中で 放冷された。

鋼Ｎｏ、１は、析出硬化用の合金元素を何ら加えない基本組成のものである。他 の鋼はすべて、析出硬化用の添加物を含んでいて、それはＡＩ　（Ｎｏ、２〜６ ）、Ｃｕ　（Ｎｏ。

７と８）、およびＡＩ　＋　Ｃｕ　（Ｎｏ、　９）の形になっている。

鍛造と、室温までの冷却の後、すべての鋼はほとんど完全なラス状マルテンサイ トのミクロ組織になっていた。すべての鋼の当初の硬度は、第１図に示すように 、３３〜３７ＨＲＣの範囲内にあった。

第１図と第２図からは、ＳＯＯ〜５５０℃、１〜３ｈの簡単な時効処理によって 硬度がかなり上昇することと、それが大部分の鋼に影響することが知られる。最 も良い値は、　１，６〜２．３％ＡＩを含む鋼Ｎｏ、　３〜６と、１．７％ＡＩ ＋　２．０％Ｃｕ　を含む鋼Ｎｏ、　９で得られている。

例えばプラスチック成形用金型のような用途のためには、靭性は、鋼の他の特性 に比べれば重要度が低い。しかしもちろん鋼は、金型として使われるときに達す る温度、すなわち、普通には室温から約２００℃の範囲内の温度において、十分 な靭性を有していなければならない、幾つかの鋼については時効処理された状態 、１つの鋼については時効処理されていない状態での、室温および２００℃にお ける衝撃強度値を表２に示しである。さらに、２００℃における衝撃強度を硬度 の関数として第３図に示しである。総括的に衝撃強度試験を示すと、本発明の鋼 では、同等の硬度を有する従来ある強靭硬化鋼と比べて、同等またはより高い靭 性があることと、硬度の増加に伴う靭性の低下は、どんな鋼においても普通に起 こる程度に起こることである。したがって、本発明の鋼の靭性は、考えられてい る使用分野において十分である 表２　時効処理後の種々の硬度のものの、室温および２００’Ｃにおける衝撃強 度（シャルピー■、横置き試験） 鋼Ｎｏ、　ＫＶ＋＋−ｒ（Ｊｏｕｌｅ）　ＫＶ＊ｏｏ＋ｃ　（Ｊｏｕｌｅ）　硬 度（ＨＲＣ）３　試験せず　５２４３ ４　３１　３６（時効せず） 第４図は、最近の自動車のプラスチックのダツシュボードを射出成形するための 金型の半分であって、このような複雑な進歩した金型に本発明の鋼が適すること を示すものである。

結果の評価と望ましい実施例 前述したように、最も良い結果が、１．６〜２．３％ＡＸを含んだｆ１４Ｎｏ、 　３〜６と、１．７％Ａｌ＋２．０％Ｃｕを含んだ鋼Ｎｏ、　９で達せられた。

さらに極めて好ましい値が、　１．０％ＡＩを含み銅を含まない鋼Ｎｏ、　２と 、そしてまた、　３．０％という量の銅を含みアルミニウムを含まない＃ＩＮ０ ．８で達せられた。これらの結果から結論として、最も望ましい硬度を達成する ためには、鋼がなお銅を含んでいてもいなくても鋼は少くとも１．６％Ａ１を含 むべきである、と言える。もし鋼が銅を全く含んでいないならば、アルミニウム の含有量は１．６％よりも多いのが望ましく、少くとも１．７％であるのが最も 望ましい。試験は２．３％Ａ１までの含有量について行われた。そして、それよ りもアルミニウムが多ければ操業すべきでないことを示す何物も見られなかった 。しかし、アルミニウムの含有量に関しての鋼の飽和を考えるならば、上限があ ることになる。この理由により上限は３．０％Ａ１とした０本発明の鋼で真っ先 に望ましいとされる組成は鋼Ｎｏ、４．５および６で代表され、そして、１ｌＮ ｏ、９が本発明の２番目に位するものの代表となる。一方、鋼Ｎｏ、　８は本発 明の定義の範囲から逸脱したものである。アルミニウムに関する限りは、その固 溶度は、同時に鋼中に存在するかもしれない銅によって影響されない、したがっ て、銅合金鋼でも非銅合金鋼の場合と同量のアルミニウムを含んでいてよい、こ の理由により、銅合金鋼における望ましいアルミニウム含有量は、やはり　１． ６〜３．０％ＡＩである。銅を添加することによって最大の効果を得るためには 、望ましい最低の銅含有量は１．８％と考えられ、上限の方は、製造技術上の理 由により　４．０％Ｃｕと考えられる。

上述の試験に基づいて、第３表および第４表により組成（内側と外側での分析の 限界値と公称の組成を示す）を示す２つの鋼種のフルスケールのチャージ（６ト ン）を行った。これらの鋼の各々から２トンのインゴットを作り、それを熱間加 工し、プラスチックの成形用金型に対応する寸法のロッドの形とした。それらロ ッドから試験片を造って、それら試験片で試験を行った。その試験の結果は、鋼 Ｎ０１４とＮｏ、　９の各々で達せられた結果を実証した。

表３ ＣＳｔ　Ｍｎ　Ｐ　Ｓ　Ｃｒ　Ｎｉ　ｈｂ　Ｃｕ　ＡＩ　Ｎ最低　、０２０　． ２０　１゜３０　．０２０２．２０４．３０．２５　１．７０望ましい最低　、 ０２５　．２５　１．３５　．０２５　２．２５　４．４０　．２８　１．７５ 公称組成、約　、０３５　．３０　１．４　２．３　４．５　．３　１．８５望 ましい最高　、０４５　．３５　１．４５　．０１５　。０３５　２．３５　４ ．６０　。３２　．１５　１．９５．０１５最高　。０６０　．４０　１．５０ ．０２０　．０４０　２．４０　４．７０　．３５　．２０　２．００表４ ＣＳｉ　Ｍｎ　Ｐ　Ｓ　Ｃｒ　Ｎｉ　ｈｋ　Ｃｕ　ＡＩ　Ｎ最低　、０２０　． ２０　１．３０　２．２０　３゜２０　．２５　１．８０１．６０望ましい最低 　、０２５　．２５　！、３５　．０１０　２．２５　３．３０　．２８　１． ９０１．６５望ましい最高　、０４５　．３５　１．４５’、０２０　．０２０ 　２．３５　３．５０　．３２　２．１０１．７５．０１５最高　、０６０　． ４０　１．５０　．０２５　２．４０　３゜６０　．３５　２．２０１．８０時 釣処理；五７ｔ　（”Ｃ） Ｚ更　友　（ＨＲＣ） 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．成形用金型の製作に用いられるための析出硬化型の金型用鋼において、金型 用鋼が、その含有量を重量％で示すと、 ０．０１〜０．１Ｃ トレース〜最大２Ｓｉ ０．３〜３．０Ｍｎ １〜５Ｃｒ ０．１〜１Ｍｏ と靱性と硬化性を改善する元素としてのＮｉと、析出硬化のための、化合物とし てのＮｉとＡｌ、および／またはＣｕを含み、ＮｉとＡｌ、および／またはＣｕ の量が、１〜７Ｎｉ １．０〜３．０Ａｌおよび／または １．０〜４．０Ｃｕ を含み、かつ、１．５×Ａｌ＋Ｃｕ≧２．０であり、残部はほとんど、鉄と、普 通にある量の不純物と付随的元素とだけであることを特徴とする、金型用鋼。 ２．Ｍｎ＋Ｃｒの合計量が少くとも３％であることを特徴とする、請求項１に記 載の金型用鋼。 ３．金型用鋼が３〜７％Ｎｉ、１．５〜３．０％Ａｌを含み、その析出硬化がＮ ｉとＡ１の存在のみに基づいており、金型用鋼がＣｕを含んでいないことを特徴 とする、請求項２に記載の金型用鋼。 ４．金型用鋼が１．６〜３．０％Ａ１を含むことを特徴とする、請求項３に記載 の金型用鋼。 ５．金型用鋼が１．７〜３．０％Ａｌを含むことを特徴とする、請求項４に記載 の金型用鋼。 ６．金型用鋼が３〜７％Ｎｉを含むことを特徴とする、請求項５に記載の金型用 鋼。 ７．金型用鋼が、 ２〜７％Ｎｉ １．０〜３．０％Ａｌ望ましくは少なくとも１．５％Ａｌ１．０〜４．０％Ｃｕ 望ましくは少なくとも１．５％Ｃｕを含み、その析出硬化が、ＮｉとＡ１との化 合物のみならずＣｕに基づくことを特徴とする、請求項２に記載の金型用鋼。 ８．金型用鋼が１．０〜３．０％Ｃｕを含むことを特徴とする、請求項７に記載 の金型用鋼。 ９．金型用鋼が１．６〜３．０％ＡＩと１．８〜４．０％Ｃｕとを含むことを特 徴とする、請求項７に記載の金型用鋼。 １０．金型用鋼が３〜７７．Ｎｉと１．７〜３．０％Ａ１とを含むことを特徴と する、請求項７に記載の金型用鋼。 １１．金型用鋼が２．５〜５％Ｎｉを含むことを特徴とする、請求項７に記載の 金型用鋼。 １２．１．５×Ａ１＋Ｃｕが少くとも３％、望ましくは少くとも４％であること を特徴とする、請求項７に記載の金型用銅。 １３．金型用鋼が最大１％のＳｉを含むことを特徴とする、請求項１ないし１２ のいずれか１項に記載の金型用鋼。 １４．金型用鋼が４〜６％Ｎｉを含むことを特徴とする、請求項３に記載の金型 用鋼。 １５．金型用鋼が２〜５％Ｎｉと２．５〜４．０％Ｃｕとを含むことを特徴とす る、請求項４に記載の金型用鋼。 １６．金型用鋼が２．５〜５％Ｎｉと１〜３％Ａ１と１．５〜３．０％Ｃｕとを 含むことを特徴とする、請求項７に記載の金型用鋼。 １７．金型用鋼が０．０２〜０．０８％、望ましくは０．０３〜０．０８％のＣ 、適当な値としては約０．０５％Ｃを含むことを特徴とする、請求項１ないし１ ６のいずれか１項に記載の金型用鋼。 １８．金型用鋼が ０．０３〜０．０８％Ｃ ２〜３％Ｃｒ ４〜５％Ｎｉ ０．１〜０．６％Ｍｏ １．７〜２．５％Ａｌ を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の金型用鋼。 １９．金型用鋼が、 ０．０３０〜０．０７０％Ｃ ０．１〜１．０％Ｓｉ １〜２％Ｍｎ ２．０〜２．５％Ｃｒ ４．２〜５．３％Ｎｉ １．７〜２．４％Ａ１および 不純物よりも多くはない量のＣｕ を含むことを特徴とする、請求項１８に記載の金型用鋼。 ２０．金型用鋼が、 ０．０３〜０．０８％Ｃ ２．０〜２．８％Ｃｒ １〜２％Ｍｎ ３〜４％Ｎｉ ０．１〜０．６％Ｍ０ １．８〜２．５％Ｃｕ １．６〜２．０９％Ａｌ を含むことを特徴とする、請求項７に記載の金型用鋼。 ２１．金型用鋼がその含有量を重量％で示すと、０／０３〜０．０８Ｃ、望まし くは約０．５Ｃ．最大１．０のＳｉ、 １〜２Ｍｎ、望ましくは約１．４Ｍｎ、２．０〜２．８Ｃｒ、望ましくは約２． ４Ｃｒ、４〜５Ｎｉ、望ましくは約４．２Ｎｉ、０．１〜０．６Ｍｏ、望ましく は約０．３Ｍｏ、最大０．５のＣｕ、望ましくは最大０．０１のＣｕ、１．６〜 ３．０Ａ１、望ましくは約１．９Ａｌを含み、残部はほとんど、鉄と、普通にあ る量の不純物と付随的元素とだけであることを特徴とする、請求項１に記載の金 型用鋼。 ２２．金型用鋼が、含有量を重量％で示すと、０．０３〜０．０８Ｃ、望ましく は約０．０５Ｃ，最大１．０のＳｉ、 １〜２Ｍｎ、望ましくは約１．５Ｍｎ、２．０〜２．８Ｃｒ、望ましくは約２． ２Ｃｒ、３〜４Ｎｉ、望ましくは約３．２Ｎｉ、０．１〜０．６Ｍｏ、望ましく は約０．３Ｍｏ、１．８〜４．０Ｃｕ、望ましくは約２．０Ｃｕ、１．６〜２． ５Ａ１、望ましくは約１．７Ａ１を含み、残部はほとんと、鉄と、普通にある量 の不純物と付随的元素とだけであることを特徴とする、請求項２１に記載の金型 用鋼。 ２３．成形用金型において、その材料として使われている鋼は含有量を重量％で 示すと、 ０．０１〜０．１Ｃ トレース〜最大２Ｓｉ ０．３〜３．０Ｍｎ １〜５Ｃｒ ０．１〜１Ｍｏ を含み、かつ靱性と硬化性を改善する元素としてのＮｉと、析出硬化のための、 化合物としてのＮｉとＡ１、および／またはＣｕを含み、ＭｉＡ１、および／ま たはＣｕの量が、 １〜７Ｎｉ １．０〜３、０Ａｌ、および／または １．０〜４．０Ｃｕ であり、かつ、１．５×Ａｌ＋Ｃｕ≧２．０であり、残部はほとんと、鉄と、普 通にある量の不純物と付随的元素とだけであり、なお、ミクロ組織における支配 的な相はラス状マルテンサイトで成り、鋼は、強度４００〜６００℃、時間０． ５〜５時間の時効処理の後に４２ＨＲＣを超える強度を有することを特徴とする 、成形用金鋼。 ２４．金型用鋼で造られた成形用金型において、金型用鋼がＨＲＣ４５を超える 硬度を有することを特徴とする、請求項２０に記載の金型用鋼で造られた成形用 金型。