JPH042744A - 高耐食高耐摩耗性工具部品材料 - 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、ＩＣモールド用金型、エンジニアリングプラ
スチック成形用金型、およびプラスチック成形用スクリ
ュ部品などの高耐食高耐摩耗性が要求される用途のうち
、特に高度の耐食、耐摩耗性が必要とされる工具、部品
材料に関するものである。

〔従来の技術〕

従来ＩＣモールド用金型など、高摩耗性が要求される用
途の工具には特開昭６３−１６９３５８号や特開昭６２
−２９４１４９号に記載された粉末冶金法を用いた高Ｃ
高Ｃｒ系の材料が使用されている。

また、充填材入りエンジニアリングプラスチックの成形
用部品には、５ＫＤ１１など高Ｃ１３Ｃｒ系の冷間工具
鋼、あるいは特開昭６４−７５６５３号に記載されたス
クリュ材などが転用されている。

さらに、より耐摩耗性が必要とされる用途には、特公昭
５４−２８８２１号、特公昭５４−２８８２２号、特開
昭６２−１２４２５９号、特開昭６２−１２４２６０号
、特開昭６２−１２４２６１号等に記載された焼結合金
工具鋼が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した従来鋼は、工具および部品材料として有用なも
のではあるが、未だ以下に述べるような問題点を有して
いる。

■５ＫＤＩＩなどの高Ｃ１３Ｃｒ系の冷間工具鋼や高速
度工具鋼について、 まず、上記の１３Ｃｒ系の冷間工具鋼や高速度工具鋼で
は、エンジニアリングプラスチック中に含有されるガラ
ス繊維（ＳｉＣ，）、その他の硬質のフィラーによる摩
耗作用に対して、耐摩耗性が必ずしも十分ではなく、ま
た成形中に発生する腐食性のガスにより腐食摩耗を起し
、使用寿命が短いという問題点がある。

■特開昭６２−２９４１４９号、特開昭６３−１６９３
５８号および特開昭６４−７５６５３号に開示された材
料について、これらの合金は、高Ｃ高Ｃｒ糸の粉末冶金
法によるものであり、前述した腐食摩耗作用に対しては
抵抗力が強く、優れた高寿命を示している。しかし、エ
ンジニアリングプラスチック中に含まれる硬質粒子は近
年は、用途により増大して行く傾向に有り、上記材料で
は耐摩耗性が不足するという問題点も生じている。

■特公昭５４−２８８２１号、特公昭５４−２８８２２
号、特開昭６２−１２４２５９号、特開昭６２−１２４
２６０号、特開昭６２１２４２６１号に記載された焼結
合金工具鋼について、これらの合金工具鋼は、多量の硬
質炭化物を有する高速度工具鋼に、さらにＴｉ、Ｖ、Ｚ
ｒ、Ｎｂ、Ｈｆ。

Ｔａの窒化物、炭化物または炭窒化物を分散させた焼結
合金である。これらの合金工具鋼は、母材に存在する硬
質の炭化物と、さらに加えた窒化物、炭化物および炭窒
化物により優れた耐摩耗性を示すものである。

しかし、プラスチック成形用工具あるいは部品として使
用した場合、基地の耐食性が不足し、腐食摩耗作用によ
り短寿命となる欠点も生じている。

本発明は、以上の状況をもとに、従来鋼よりも優れた耐
摩耗性を有し、かつ特開昭６２−２９４１４９号、特開
昭６３−１６９３５８号および特開昭６４−７５６５３
号に記載された合金並みの耐食性を有し、さらに特公昭
５４−２８８２１号、特公昭５４−２８８２２号、特開
昭６２−１２４２５９号、特開昭６２−１２４２６０号
、特開昭６２−１２４２６１号に記載された焼結合金と
同等以上の耐摩耗性を有する工具および部品材料の提供
を目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、上記目的を達成するべく特開昭６３−１６
９３５８号に記載された工具および部品材料をベースに
種々の検討を行なった。

まず、耐摩耗性を向上させるためには、摩耗作用を抑制
する働きが大きい炭化物、窒化物、炭窒化物を基質中に
適量分散させることで優れた耐摩耗性を付与することに
した。

また、本発明の工具、部品材料（以下本発明材料と記す
）は、Ｗ、Ｍｏ、Ｖを適宜添加することにより、これら
が特殊炭化物を形成し、高度の耐摩耗性を与える基礎を
構成する。

次に耐食性は、基地中に固溶するＣｒ量によって左右さ
れるので、Ｃｒ含有量を増大させることにより耐食性の
向上が可能である。しかし、ＣｒはＣと結合し、炭化物
を形成し易いので、上記合金並みの耐食性を有するため
には、ＣとＣｒの配合比をＣｒ／Ｃ≧６．０に調整する
必要があることが判明した。

さらに、耐食性を向上させるためには、望ましくは本発
明材料にＷ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏを適宜添加せしめ
ると、耐食性が無添加の場合と比較して、より一層の耐
食性の向上がなされるという結果も得た。

本発明は以上の知見に基づきなされたものであり、第１
発明は重量％で、Ｃ２，０〜３．５％、Ｓｉ２．０％以
下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ　１５．０−３０．０％、
Ｖ　０．５〜１０，０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純
物からなり、ＣｒとＣの配合比Ｃｒ／Ｃが６．０以上で
ある合金にＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒化物
、炭化物または炭窒化物の１種または２種以上からなる
硬質粒子を合計で２〜１２％、均一に分散せしめたこと
を特徴とする高耐食高耐摩耗性工具部品材料である。

さらに第２発明は、重量％で、Ｃ２，０〜３．５％、Ｓ
ｉ２．０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ　１５．０−
３０．０％、■０．５〜１０．０％、ＷとＭＯの１種ま
たは２種を１７２Ｗ十ＭＯで０．５〜５．０％、残部Ｆ
ｅおよび不可避的不純物からなり、ＣｒとＣの配合比Ｃ
ｒ／Ｃが６．０以上である合金にＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ
、Ｈｆ、Ｔａの窒化物、炭化物または炭窒化物の１種ま
たは２種以上からなる硬質粒子を合計で２〜１２％、均
一に分散せしめたことを特徴とする高耐食高耐摩耗性工
具部品材料である。

第３＠明は、重量％で、Ｃ２，０〜３．５％、Ｓｉ２．
０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ　１５．０−３０．
０％、Ｖ　０．５〜１０，０％、これにＮｉ　２．０％
以下、Ｃｏ　０．５０−８．００％およびＣｕ　Ｏ，５
０〜４．００％の１種または２種以上を含有し、残部Ｆ
ｅおよび不可避的不純物からなり、ＣｒとＣの配合比Ｃ
ｒ／Ｃが６．０以上である合金にＴｉ。

Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒化物、炭化物または炭
窒化物の１種または２種以上からなる硬質粒子を合計で
２〜１２％、均一に分散せしめたことを特徴とする高耐
食高耐摩耗性工具部品材料である。

そして第４発明は、重量％で、Ｃ２，０〜３．５％、Ｓ
ｉ２．０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ　１５．０−
３０．０％、Ｖ　０．５〜１０，０％、ＷとＭｏの１種
または２種を１／２Ｗ＋Ｍｏで０．５〜５．０％、これ
にＮｉ　２．０％以下、Ｃ００，５０−８，００％およ
びＣｕ　Ｏ，５０−４，００％の１種または２種以上を
含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、Ｃｒ
とＣの配合比Ｃｒ／Ｃが６．０以上である合金にＴｉ、
Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒化物、炭化物または炭
窒化物の１種または２種以上からなる硬質粒子を合計で
２〜１２％、均一に分散せしめたことを特徴とする高耐
食高耐摩耗性工具部品材料である。

本発明は、前述のごとく多量の高硬度の炭化物が存在す
る母材中にさらに、窒化物、炭化物または炭窒化物の１
種または２種以上からなる硬質粒子を均一に分散させる
ことにより、ＩＣモールド樹脂中に含有するＳｉ０２粒
子や、エンジニアリングプラスチックを強化する目的で
適宜添加されているガラス繊維などの摩耗作用に対して
、優れた耐摩耗性を有するものである。

また、本発明材料は、Ｃｒ含有量を増大させるとともに
、さらにＣｒとＣの配合比を調整することにより、本願
発明のベースとなった従来の工具、部品材料またはそれ
以上の耐食性も付与し、高耐食、高耐摩耗工具、部品材
料として用いた場合、長期間の使用に耐え得る材料が得
られた。

〔作用〕

次に本発明材料の成分限定理由を詳細に説明する。

Ｃは、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ等と結合し、硬質炭化物を形
成して、さらに添加するＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ。

Ｈｆ、Ｔａの窒化物、炭化物または炭窒化物と炭素を含
む複合化合物を形成し、本発明材料の特徴であるすぐれ
た耐摩耗性を付与するための重要な元素である。しかし
、２．０％未満では上記効果を十分に発揮できず、また
、３．５０％を越えると靭性が低下するのでＣは２．０
〜３．５０％とする。

Ｓｉは、本発明材料の低温域での焼もどしにおける焼も
どし硬さを高め、また用途により耐酸化性を一層高める
ために添加される。多すぎると靭性を低下させるので２
．０％以下とする。

Ｍｎは、脱酸剤として用いられ、同時に焼入性を高める
効果がある。多すぎると焼入時に安定な残留オーステナ
イト量を増大させ、また被切削性を低下させるので２．
０％以下とする。

Ｃｒは、Ｃと結合して硬質炭化物を形成し、耐摩耗性を
向上させ、一部は基地に固溶して耐食性を向上させる極
めて重要な元素である。３０．０％を越えるとＣ量との
関係により、焼入焼もどしにおける最高硬さが低下し、
また靭性も低下する。

１５．０％以下とすると上記添加の効果が得られないの
で１５．０％以上３０．０％以下とする。

ＷおよびＭＯは、Ｃと結合して炭化物を形成して、主に
焼入焼もどし硬さの上昇に効果がある。

０．５％未満では上記添加の効果がなく、５．０％を越
えると焼なましにおける硬さの低下が困難となり、被加
工性が悪くなるので１７２Ｗ＋Ｍｏで０．５〜５．０％
とする。

■は、Ｃと結合して本発明材料の基質中にＭＣ型の硬質
炭化物を形成し、これ自身も耐摩耗性を向上させるが、
さらに基質中に添加するＴｉ、Ｖ。

Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒化物、炭化物または炭窒化
物と反応することにより、焼結時の結合性を増大させる
重要な元素である。多すぎるとＣとのバランスおよび他
の炭化物形成元素Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒとの配合比により、焼
入性を低下させるので１０００％以下とする。また、０
．５％未満では、上記添加の効果が得られないので０．
５％以上１０．０％以下とする。

Ｃｏは基地中に固溶して本発明材料の耐食性を向上させ
る。０．５％未満では上記添加の効果が得られず、８．
０％を越えると靭性の低下が見られるので０．５％以上
８．０％以下とする。

Ｎｉは、Ｃｒを１５％以上含む鋼の不動態化電流の山を
低くする作用があり、本発明材料を不動態化し易くする
作用がある。特にＮｉは還元性の敵であるＨ、　Ｓ　Ｏ
，やＨＣＩに対して耐食性を向上させる元素である。２
．０％を越えると焼なまし時の硬さが低下せず、被切削
性に悪影響を及ぼすので２．０％以下とする。

Ｃｕは、耐食性を良好にする元素であるが、４．０％を
を越えると靭性が低下し、また０、５％未満では上記添
加の効果が得られないので０．５％以上４．０％以下と
する。

Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒化物、炭化物ま
たは炭窒化物の１種または２種以上を基質中に均一に分
散せしめることにより、基質中のその他の硬質炭化物（
Ｃｒ炭化物など）とあいまって、極めて良好な耐摩耗性
を示す。しかし、１２．０％を越えると基質との結合性
に問題があり、靭性が著しく低下する。また、２．０％
末滴では上記添加の効果が得られないので２．０％以上
１２，０％以下とする。

〔実施例〕

次に実施例と図面に基づいて、本発明をさらに詳細に説
明する。

第１表に示す本発明材料であるＡ−０までの組成の粉末
をアトマイズ装置により製造した。この粉末をさらに粉
砕して２５０ｍｅｓｈ以下に分級した後、ＴｉＮ、Ｔｉ
Ｃ，ＺｒＣＮ、ＶＣ，ＮｂＣ，ＨｆＣ。

ＴａＣ等の硬質粒子の粉末を第１表に示す割合で混合し
た。

さらに、上記粉末の酸素含有量と等量の炭素粉末を添加
し、混合して乾燥後、冷間静水圧プレスで成形した。こ
の成形体を真空中で焼結したのち、熱間静水圧プレスで
真密度化させた。

このようにして得られた試料を焼なましを行なった後、
試験片に加工してＨＲＣ６４狙いで焼入焼もどしを施し
、この試験片を用いてスラリー摩耗試験および各種酸へ
の浸漬腐食試験を行なった。また、特開昭６３−１６９
３５８号に記載の材料を比較鋼Ｐ。

特開昭６２−１２４２５９号に記載の工具鋼を比較鋼Ｑ
、および５ＫＤ１１を従来鋼Ｒとして同時にテストした
。

さらに、第１表に耐食性の目安となるＣｒ／Ｃの値を同
時に記載した。

スラリー摩耗試験は、第１図に示す要領て、ＳｉＣ２：
　１０００ｃｃとＨ２Ｃ：　７００ｃｃを混合したスラ
リー中で、５ｍｍｔＸ１０ｍｍＷＸ２０ｍｍΩの試験片
を治具に設置して、８００ｐｐｍの回転数で８ｈｒ回転
させて摩耗させたときの摩耗減量を測定し、その結果を
第２表に示す。また、第２表には同時に各々の試験片の
硬さを併記した。本発明材料は、硬質の炭化物とさらに
添加したＴｉＮ等の硬質粒子とがあいまって、比較鋼Ｐ
、Ｑおよび従来１ｉｉＩＲと比較して、摩耗減量が大幅
に減少しており、優れた耐摩耗性を示している。

なかでもＭｏ、Ｖを多量に添加した基質に１０％程度Ｔ
ｉＮ等を添加した試料Ｅ、試料Ｆ、試料Ｈが、最も耐摩
耗性が良好であるという結果が得られた。

また第２表に、１０％Ｈ２Ｓｏ４，１０％ＨＣＩ、　１
０％ＨＮＯ，の各種酸溶液に各々の試験片を同じ条件で
浸漬し、そのときの腐食減量を従来鋼Ｒを１００として
、腐食減量比として指数で表した。

本発明材料は、多量のＣｒを含有させることにより、比
較鋼Ｐ、　Ｑと比較して耐食性が大幅に向上しているこ
とがわかる。しかし、単にＣｒ量を増大させても炭化物
を形成してしまえば、耐食性の向上には効果はなく、基
地中の有効Ｃｒ量により耐食性は左右される。

よって、実施例においてもＣｒ／Ｃ値が高くなれば、酸
化性の酸である１０％ＨＮＯ，に対する腐食減量比は小
さくなっている。１０％Ｈ，Ｓ　Ｏ，，１０％ＨＣＩに
対する耐食性はＣｒ／Ｃを上げただけでは効果は少なく
、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕを合わせて添加すること
により、大幅な改善がなされている。ＷおよびＭｏはＣ
と結合して炭化物を形成し、これによって基地中のＣｒ
量が増加し、よって耐食性が良好となる。

また、Ｍｏは基地に固溶した場合においても、Ｃｒが形
成する不動態被膜を強固にする働きがある。Ｃｏ、Ｎｉ
も基地に固溶したＭＯと同様な働きがあり、１０％Ｈ，
ＳＯ４および１０％ＨＣＩに対する耐食性を向上させる
。Ｃｕの場合は、ＨＣＩに対する耐食性を向上させるが
、一方で耐Ｈ，Ｓ　Ｏ，に対しては耐食性を悪くする結
果を得ているので、用途によりＣｕの添加は注意が必要
である。

第２図に、本発明材料Ｆおよび比較鋼Ｐの金属顕微鏡組
織写真を示す。本発明材料の試料Ｆは、硬質のＣｒ系炭
化物（ＨＶ１４５０）と、やや着色しているＴ　ｉ　Ｎ
　（ＨＶ１９５０）および黒色を呈するＴ　ｉ　Ｃ（Ｂ
Ｙ３２００）が存在するのが認められる。それに対して
、比較鋼ＭはＣｒ系炭化物（ＨＶ１４５０）が主体に存
在しているのが認められ、本発明材料の耐摩耗性が優れ
ていることが明瞭である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の工具部品材料は耐食性と耐
摩耗性を兼ね備えた材料で、特に摩耗作用に対して、大
なる抵抗力を示すよう改善したものである。したがって
本発明は、プラスチック成形時に発生するガスによる腐
食作用に対する耐食性はもちろん、近年増大してきたエ
ンジニアリングプラスチックに強化材として、添加され
ているガラス繊維やフィラーによる摩耗作用に対する耐
摩耗性を十分に有し、ＩＣモールド用金型、エンジニア
リングプラスチック成形用金型、プラスチック成形用部
品などの工具および部品として用いた場合、大幅な長寿
命が達成できる工具部品材料である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、スラリー摩耗試験方法を示す概念図、第２図
は本発明材料の試料Ｆと比較鋼Ｐの金属顕第１図 ズラグ摩炭試′験・墳靴睨ト図 比蚊荊ｐ 手 続 補 正 書（方式） １、事件の表示 平成　２年特許願第１０４０９３号 ２、発明の名称 高耐食高耐摩耗性工具部品材料 ３、補正をする者 事件との関係 特 許 出頴人 住 所 東京都千代田区丸の内二丁＠１番２号 ５、補正の対象 補正の内容 １、明細書第１９頁９行目ｒ〜顕微鋺組織写真」の次に
「の模式図」と加入する。 ２、同書、第２０頁１３行目「〜組織写真」の次に「の
模式図」と加入する。 ３、図面第２図を別紙の通り補正する。 以 上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　重量％で、Ｃ２．０〜３．５％、Ｓｉ２．０％以下
   、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ１５．０〜３０．０％、Ｖ０
   ．５〜１０．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から
   なり、ＣｒとＣの配合比Ｃｒ／Ｃが６．０以上である合
   金にＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒化物、炭化
   物または炭窒化物の１種または２種以上からなる硬質粒
   子を合計で２〜１２％、均一に分散せしめたことを特徴
   とする高耐食高耐摩耗性工具部品材料。 ２　重量％で、Ｃ２．０〜３．５％、Ｓｉ２．０％以下
   、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ１５．０〜３０．０％、Ｖ０
   ．５〜１０．０％、ＷとＭｏの１種または２種を１／２
   Ｗ＋Ｍｏで０．５〜５．０％、残部Ｆｅおよび不可避的
   不純物からなり、ＣｒとＣの配合比Ｃｒ／Ｃが６．０以
   上である合金にＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒
   化物、炭化物または炭窒化物の１種または２種以上から
   なる硬質粒子を合計で２〜１２％、均一に分散せしめた
   ことを特徴とする高耐食高耐摩耗性工具部品材料。 ３　重量％で、Ｃ２．０〜３．５％、Ｓｉ２．０％以下
   、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ１５．０〜３０．０％、Ｖ０
   ．５〜１０．０％、これにＮｉ２．０％以下、Ｃｏ０．
   ５０〜８．００％およびＣｕ０．５０〜４．００％の１
   種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不
   純物からなり、ＣｒとＣの配合比Ｃｒ／Ｃが６．０以上
   である合金にＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒化
   物、炭化物または炭窒化物の１種または２種以上からな
   る硬質粒子を合計で２〜１２％、均一に分散せしめたこ
   とを特徴とする高耐食高耐摩耗性工具部品材料。 ４　重量％で、Ｃ２．０〜３．５％、Ｓｉ２．０％以下
   、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ１５．０〜３０．０％、Ｖ０
   ．５〜１０．０％、ＷとＭｏの１種または２種を１／２
   Ｗ＋Ｍｏで０．５〜５．０％、これにＮｉ２．０％以下
   、Ｃｏ０．５０〜８．００％およびＣｕ０．５０〜４．
   ００％の１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび
   不可避的不純物からなり、ＣｒとＣの配合比Ｃｒ／Ｃが
   ６．０以上である合金にＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、
   Ｔａの窒化物、炭化物または炭窒化物の１種または２種
   以上からなる硬質粒子を合計で２〜１２％、均一に分散
   せしめたことを特徴とする高耐食高耐摩耗性工具部品材
   料。