JPH0215117A - プラスチック成形用プレハードン金型鋼の製造方法 - Google Patents

プラスチック成形用プレハードン金型鋼の製造方法

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JPH0215117A
JPH0215117A JP63165494A JP16549488A JPH0215117A JP H0215117 A JPH0215117 A JP H0215117A JP 63165494 A JP63165494 A JP 63165494A JP 16549488 A JP16549488 A JP 16549488A JP H0215117 A JPH0215117 A JP H0215117A
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俊典 横幕
Yoshio Yamazaki
山崎 善夫
Masao Hozen
保前 正夫
Takeshi Kashiwagi
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Nippon Koshuha Steel Co Ltd
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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/001—Heat treatment of ferrous alloys containing Ni

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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】 産栗上■赳貝分団 本発明は、プラスチック成形用プレハードン金型鋼の製
造方法に関し、詳しくば、HRC35〜45としてなる
被削性、靭性及び鏡面性にすぐれるプラスチック成形用
プレハードン金型鋼の製造方法に関する。
l米少狡査 プラスチック成形用プレハードン金型鋼には、成形対象
である樹脂、成形品の用途等に応じて、硬さ、鏡面性、
耐食性等が要求されるのみならず、金型加工の点から被
削性が要求される。特に、HRC35以上の高硬度金型
は加工が困難であるので、被削性の改善が強く要望され
ている。
HRC35〜45の析出硬化型金型鋼としては、既に、
特開昭52−65557号公報、特開昭55−2838
4号公報、特開昭61−117256号公報等に記載さ
れているように、鋼の被削性を改善するための合金元素
としてCuを用いており、更に、硬さを確保するために
、Cuに加えて、MOlCr、Mn等の析出硬化や焼入
れ性を向上させる元素を相当量加えており、その結果と
して、靭性の低下を避けることができない。
また、従来、プラスチック成形用プレハードン金型鋼の
製造においては、被削性を付与するために、通常、Sが
増量されている。しかし、Sの増量は、金型鋼の靭性を
低下させると共に、鏡面性をも劣化させるので、その添
加量には自ずから限度がある。更に、上記した従来の金
型鋼は、いずれも、所要の硬さを確保するために、オー
ステナイト域から冷却して、その金属組織をマルテンサ
イト又はベイナイトとしている。
しかしながら、近年においては、プラスチック成形品の
種類や用途も多様化し、複雑な形状の成形品が増加して
おり、他方、成形圧の上昇もあって、靭性の低い前記し
た従来のプレハードン金型鋼は、欠は等を生じて、十分
な寿命をもたない。
が ゛ しようとする 本発明者らは、上記した問題を解決するために鋭意研究
した結果、プラスチック金型用プレバトン鋼の製造にお
いて、合金元素の選択及び添加量を最適に選択制御する
と共に、金型組織をフェライト及びマルテンサイト(又
はヘイナイ1〜)の相組織とし、又は、鋼中のMnSの
アスペクト比を制御することによって、HPO35〜4
5であって、しかも、靭性、被削性及び鏡面性のすべて
を備えたプラスチック成形用プレハードン鋼金型鋼を得
ることができることを見出して、本発明に至ったもので
ある。
従って、本発明は、)(RC35〜45であって、しか
も、靭性、被削性及び鏡面性のすべてを備えたプラスチ
ック成形用プレハ−ドン金型鋼を提供することを目的と
する。
課題を解決するだめの手段 本発明によるプラスチック成形用プレハ−ドン金型鋼の
製造方法は、重量%で (a+ G   0.05〜0.20%、Si0.10
〜1.0%、 Mn  1.0〜2.0%、 S   0.03〜0.30%、 Ni3.5〜5.0%、 Cr  0.20〜1.00%、 Mo0.30%、 7Bo、7o〜1.50%、及び Cu0.30%以下を含有し、更に、 (b)V   0.05〜0.30%、及びNb0.0
5〜0.15% よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有し
、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を溶体化処理及び
時効処理を施して、HRC35〜45としてなる被削性
、靭性及び鏡面性にすぐれるプラスチック成形用プレハ
ードン金型鋼を得るものである。
先ず、本発明鋼における化学成分の限定理由を説明する
。
本発明においては、溶体化温度又は二相域温度から空冷
して、マルテンサイト (又はへイナイ日に基づく硬さ
を確保するために、Cは、0.05%以上を添加するこ
とか必要である。しかし、過多に添加するときは、Cr
、Mo、VXNb等の炭化物を過剰に形成して、靭性と
被削性を概するので、添加量は0.20%以下とする。
Siは、焼入れ性を高めて、硬さを高くすると同時に、
熔解時の脱酸剤としても不可欠であって、かかる観点か
ら、少なくとも0.10%の添加を必要とする。しかし
、過多に添加するときは、硬質の酸化物5i02を生成
して、被削性を阻害するので、添加量の上限を1.0%
とする。
Mnは、焼入れ性を高めて硬さを大きくすると同時に、
鋼に被削性を付与する介在物MnSを形成させるために
、1.0%以上の添加を必要とする。
しかし、2.0%を越えて過多に添加するときは、焼入
れ硬さが高ずぎて、被削性と靭性を劣化させる。
本発明において、Sば、前述したように、Mnと結合し
てMnSを生成し、鋼にずくれた被削性を付与する重要
な元素の一つであって、かかる効果を有効に得るために
、少なくとも0.030%を添加する。しかし、過多に
添加するときば、靭性と鏡面性とを劣化させるので、添
加量は0.30%以下とする。
Niも、本発明において、硬化析出と強靭化の二2の目
的を達成するために、重要な元素である。
即ち、Niば、時効中にAlと結合し、微細な金属間化
合物を形成して、強度を確保するために、少なくとも2
.5%の添加を必要とする。更に、鋼中に固溶させて、
強靭性を高めるためには、1.0%以上を添加すること
が必要である。しかし、5゜0%を越える過多量の添加
は、残留オーステナイト量の増加によって、有効な強度
上昇を達成し得ないうえに、被削性を害し、更に、鋼の
製造費用をも高める。
Crは、焼入れ性を確保するために、0.2%以上添加
する必要がある。しかし、1.00%を越える過多量の
添加は、セメンタイト中へのCrの固溶や、Cr炭化物
の形成が顕著となって、被削性を著しく阻害する。
Moは、時効処理によって、微細な炭化物を形成し、N
1−Af金属間化合物と共に、強度を確保するために、
0.10%以上を添加することが必要である。しかし、
添加量が0.3%を越えるときは、炭化物の生成が増大
し、被削性を低下させる。
Allは、前述したように、Niとの間に微細な金属間
化合物を形成し、本発明において、時効硬化に必須の元
素であって、Ni量との関係がら、0.7%以上を添加
することが必要である。しかし、1.5%を越えて過多
に添加するときは、硬質の酸化物AI。03を生成して
、被削性を害する。
Cuは、靭性を阻害する要因となると共に、熱間加工性
を阻害するので、可能な限りに少ないのがよいが、製鋼
上、ある程度、Cuを含有することは避けられない。本
発明においては、含有量は、0.30%以下は許容され
る。
■及びNbは、本発明においては、鋼に硬さと靭性とを
付与するために添加される重要な元素である。これらの
元素は、MOと同様に、時効処理によって微細な炭化物
を生成して、硬さを向上させる効果を有するが、Moと
異なって、同時に結晶粒を微細化して、靭性を高めると
共に、鏡面性をも向上させる効果を有する。本発明にお
いては、かかる効果を有効に得るために、■を0.05
%以上又はNbを0.05%以上添加することが必要で
ある。しかし、これらの元素のいずれについても、過多
量の添加は、炭化物量の増大のために、結晶粒の微細化
による靭性の向上効果を相殺するので、添加量の上限は
、■については0.3%、Nbについては0.15%と
する。尚、■及びNbは、上記範囲内において、複合添
加してもよい。
本発明によるプレハードン金型鋼は、上述した化学成分
を有する鋼に従来の通常の85’O〜9゜0℃での溶体
化処理及び500〜600℃での時効処理を施すことに
よって、HRC3’5〜45を有すると共に、被削性、
靭性及び鏡面性にすぐれる。
しかしながら、本発明によれば、上述した化学成分を有
する鋼をおよそ700〜800℃のオーステナイト・フ
エライトニ相域温度にて加熱処理することによって、フ
ェライト面積分率を25〜75%、残部をマルテンサイ
ト又はベイナイトの二相とし、その後、500〜600
 ’Cで時効処理を施すことによって、又はオーステナ
イト域における熱間加工に際して、鍛造加熱温度を11
40〜1200℃にすること、及び据込鍛造を併用する
ことによって、鋼中のMnSのアスペクト比(短軸長を
a、長軸長をbとするとき、b / a )を2.5〜
10の範囲内とし、その後、溶体化処理及び時効処理を
施すことによって、靭性及び鏡面性を阻害することなく
、被削性を一層顕著に改善することができる。
プレハードン金型鋼の金属組織において、およそ800
℃以下で加熱処理を行ない、フェライト面積分率を25
%以上、残部をマルテンサイト又はベイナイトの二相と
するごとによって、通常熱処理鋼と同等の硬さを有しな
がら、被削性を向上させることができる。しかし、およ
そ700°C以下で加熱処理を行った場合には、フェラ
イト面積分率が75%を越え、HRC35以上の硬さを
得ることができない。
また、鋼中のMnSのアスペクト比が2.5よりも小さ
いときは、靭性が低く、他方、10を越えても、被削性
の改善の効果が飽和する。しかし、上記のように、2.
5〜10の範囲とすることによって、靭性及び鏡面性を
阻害することなく、被削性を一層顕著に改善することが
できる。
特に、本発明によれば、上記の二つの処理による被削性
の向上効果は、それぞれ全く独立した機構によるもので
あるから、これらを組み合わせて、鋼中のMnSのアス
ペクト比をオーステナイト域における熱間加工過程にて
2,5〜10の範囲内とし、その後、オーステナイト・
フエライト二相域温度にて加熱処理して、フェライト面
積分率を25〜75%、残部をマルテンサイト又はヘイ
ナイ1〜〇二相に制御し、更にその後に、時効処理を施
すことによって、靭性及び鏡面性を損なうことなく、被
削性を一層向上させることができる。
見所p四果 以上のように、本発明によれば、従来の通常の溶体化処
理及び時効処理によって、靭性、被削性及び鏡面性にす
ぐれるプラスチック成形用プレハードン金型鋼を得るこ
とができる。しかし、本発明に従って、所定の化学成分
を有する鋼を二相域別熱によって所定のフェライト・マ
ルテンサイト(又はベイナイト)組織とすることによっ
て、又は熱間加工時にMnSのアスペクI・比を所定の
範囲内とすることによって、その被削性を一層向上させ
ることができる。これら二相域別熱とMnSのアスペク
ト比制御とを組み合わせれば、更に、被削性を向上させ
ることができる。
331ご((リ− 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定されるものではない。
実施例1及び2 第1表に示す化学成分を有する鋼のそれぞれについて、
通常のオーステナイト域溶体化及び時効処理を施して、
プレハードン金型鋼を得た。これらについて、金属組織
、21Uノツチシヤルピー衝撃値(室温)及び工具寿命
を第2表に示す。ここに、工具寿命は、直径IQmmの
エンドミル切削における逃げ面摩耗幅が0.211とな
る切削長さで評価し、本発明鋼1の工具寿命を1とする
相対寿命にて示す(以下、同じ)。
本発明鋼は、通常の熱処理によって、所要の硬さを確保
しつつ、極めてずくれた靭性を有しており、工具寿命に
ついても、比較鋼と同等又はそれ以上である。
実施例3及び4 第1表における鋼1の溶体化処理を二相域で行なってプ
レハードン金型鋼を得た。金属組織、フェライト面積分
率、2 tm Uノツチシャルピー衝撃値(室温)及び
工具寿命を第3表に示す。フェライト面積分率が25%
よりも少ないときは、工具寿命は、通常の溶体化処理の
場合と殆ど変わらず、他方、75%を越えるときは、所
要硬さを得ることができない。これに対して、本発明に
従って、フェライト面積分率を25〜75%の範囲内と
することによって、所要硬さと良好な靭性を備えるのみ
ならず、工具寿命が更に向」ニしている。
実施例5及び6 第1表における鋼1に通常の溶体化処理を施して、Mn
Sのアスペクト比の種々異なるプレバトン金型鋼を得た
。金属組織、フェライト面積分率、2龍Uノツチシヤル
ピー衝撃値(室温〉及び工具寿命を第4表に示す。
比較例7によるアスペクト比2.1の鋼は、工具寿命に
はすぐれるものの、衝撃値が第2表比較例1〜3に示す
従来鋼よりも小さい。他方、比較例8によるアスペクト
比13.9の鋼においては、靭性の向上がほぼ飽和して
おり、特に、このように、アスペクト比を大きくする必
要がないことを示す。
しかし、本発明に従って、アスペクト比を2.5〜10
の範囲とすることによって、実施例5及び6にのられる
ように、衝撃値及び工具寿命のいずれにおいでも、従来
鋼である比較鋼1〜3と同等又はそれ以上である。
特許出願人 株式会社神戸製鋼所 同  日本高周波鋼業株式会社 代理人 弁理士  牧 野 逸 部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%で (a)C0.05〜0.20%、 Si0.10〜1.0%、 Mn1.0〜2.0%、 S0.03〜0.30%、 Ni3.5〜5.0%、 Cr0.20〜1.00%、 Mo0.10〜0.30%、 Al0.70〜1.50%、及び Cu0.30%以下を含有し、更に、 (b)V0.05〜0.30%、及び Nb0.05〜0.15% よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有し
    、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を溶体化処理及び
    時効処理を施して、HRC35〜45としてなる被削性
    、靭性及び鏡面性にすぐれるプラスチック成形用プレハ
    ードン金型鋼の製造方法。
  2. (2)重量%で (a)C0.05〜0.20%、 Si0.10〜1.0%、 Mn1.0〜2.0%、 S0.03〜0.30%、 Ni3.5〜5.0%、 Cr0.20〜1.00%、 Mo0.10〜0.30%、 Al0.70〜1.50%、及び Cu0.30%以下を含有し、更に、 (b)V0.05〜0.30%、及び Nb0.05〜0.15% よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有し
    、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼をオーステナイト
    ・フエライト二相域温度にて加熱処理することによつて
    、フェライト面積分率を25〜75%、残部をマルテン
    サイト又はベイナイトの二相とし、その後、時効処理を
    施して、HRC35〜45としてなる被削性、靭性及び
    鏡面性にすぐれるプラスチック成形用プレハードン金型
    鋼の製造方法。
  3. (3)重量%で (a)C0.05〜0.20%、 Si0.10〜1.0%、 Mn1.0〜2.0%、 S0.03〜0.30%、 Ni3.5〜5.0%、 Cr0.20〜1.00%、 Mo0.10〜0.30%、 Al0.70〜1.50%、及び Cu0.30%以下を含有し、更に、 (b)V0.05〜0.30%、及び Nb0.05〜0.15% よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有し
    、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼をオーステナイト
    域において熱間加工するに際して、MnSのアスペクト
    比を2.5〜10の範囲内とし、その後、溶体化処理及
    び時効処理を施して、HRC35〜45としてなる被削
    性、靭性及び鏡面性にすぐれるプラスチック成形用プレ
    ハードン金型鋼の製造方法。
  4. (4)重量%で (a)C0.05〜0.20%、 Si0.10〜1.0%、 Mn1.0〜2.0%、 S0.03〜0.30%、 Ni3.5〜5.0%、 Cr0.20〜1.00%、 Mo0.10〜0.30%、 Al0.70〜1.50%、及び Cu0.30%以下を含有し、更に、 (b)V0.05〜0.30%、及び Nb0.05〜0.15% よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有し
    、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼をオーステナイト
    域において熱間加工するに際して、MnSのアスペクト
    比を2.5〜10の範囲内とし、その後、オーステナイ
    ト・フエライト二相域温度にて加熱処理することによつ
    て、フェライト面積分率を25〜75%、残部をマルテ
    ンサイト又はベイナイトの二相とし、更に、その後、時
    効処理を施して、HRC35〜45としてなる被削性、
    靭性及び鏡面性にすぐれるプラスチック成形用プレハー
    ドン金型鋼の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104264060A (zh) * 2014-10-23 2015-01-07 山西百一机械设备制造有限公司 一种高冲击韧性、高热稳定性热挤压模具钢及其制备方法
WO2023272873A1 (zh) * 2021-06-30 2023-01-05 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 塑料模具钢板及其生产方法

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