JPH025813B2

JPH025813B2 -

Info

Publication number: JPH025813B2
Application number: JP15415581A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ito; Yoshitomo Hitachi; Noryoshi Shibata; Takeshi Kato
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1981-09-29
Filing date: 1981-09-29
Publication date: 1990-02-06
Also published as: JPS5855553A

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

本発明は、プラスチツク成形金型用鋼の改良に
関する。

【従来の技術】

一般に成形用工具鋼は、高い靭性と耐摩耗性を
もつべきことはいうまでもないが、プラスチツク
成形金型用鋼においては、被削性をはじめとする
加工性もすぐれていることが必要である。従来、鋼の被削性を向上させるために、Ｓ，
Se，Te，あるいはBi，Caなどの元素を添加する
ことが行なわれている。これらは、靭性にとつて
はマイナスにはたらくので、その含有量は適切に
えらばなければならない。Ｓは最も代表的な被削
性改善元素であつて、主としてMnS系の介在物
を形成してこの目的をはたす。しかし、この硫化
物系介在物はその形態が問題であつて、加工によ
り一定方向に延伸された形で存在すると、材料の
機械的性質の異方性を高くし、好ましくない。

【発明が解決しようとする課題】

本発明の目的は、上記のような事情にかんが
み、被削性改善元素としてＳを含有する工具鋼に
おいて、すぐれた靭性を達成しながらも靭性を中
心とする機械的特性の異方性が低い材料、とくに
プラスチツク成形金型用鋼を提供することにあ
る。

【課題を解決するための手段】

このような要望をみたす本発明のプラスチツク
成形金型用鋼は、後記するような工具鋼として必
要な合金元素とともに、Ｓ：0.035〜0.40％およ
びZr：0.001〜0.5％を含有し、残余が実質的にFe
からなる組成を有し、鋼中に存在する長径2μ以
上の硫化物系介在物のうち、少なくとも80％が長
短径化10以下であつて、Zr（Ｃ，Ｎ）の占める面
積率が0.4％以下であり、硬さがHRC18以上であ
ることを特徴とする。工具鋼として必要な合金元素とその添加量につ
いて記せば、代表的にはつぎのようなグループが
挙げられる。 (1) Ｃ：0.40〜1.5％、Si：0.10〜2.5％および
Mn：0.1〜2.5％この合金成分を含有する代表的な鋼は、
S55Cである。 (2) Ｃ：0.30〜0.60％、Si：0.10〜2.0％、Mn：
0.1〜2.0％、Cr：0.2〜2.0％およびMo：0.05〜
1.0％この組成をもつ鋼は、SCM440である。 (3) Ｃ：0.20〜0.50％、Si：0.10〜2.0％、Mn：
0.10〜2.5％、Cr：1.5〜3.5％、Mo：0.10〜1.5
％およびＶ：0.01〜0.50％いわゆる「Cr−Mo−Ｖ鋼」の一部が、これ
に該当する。 (4) Ｃ：0.30〜0.90％、Si：0.10〜1.5％、Mn：
0.10〜1.5％、Cr：6.5〜15％、Mo：0.01〜1.50
％およびＶ：0.01〜1.0％「Cr−Mo−Ｖ鋼」の他の一部が、この組成
を有する。 (5) Ｃ：0.95〜2.0％、Si：0.10〜2.0％、Mn：
0.10〜2.5％、Cr：9.0〜15％、Mo：0.20〜1.5％
およびＶ：0.01〜1.0％これはSKD11鋼の組成である。 (6) Ｃ：0.10〜0.25％、Si：0.10〜1.0％、Mn：
0.40〜2.0％、Ni：2.0〜4.0％、Mo：0.05〜1.0
％、Cu：0.50〜1.5％およびAl：0.50〜1.5％いわゆる「3Ni−1Cu−Al鋼」が、これに属
する。 (7) Ｃ：0.10％以下、Si：0.30％以下、Mn：0.30
％以下、Ni：10.0〜25％、Cr：7.0％以下、
Mo：3.0〜15％、Co：5.0〜25％、Al：0.01〜
1.0％、Ti：1.0％以下、Ｂ：0.20％以下および
Ca：0.10％以下「マルエージ鋼」がこれに該当する。

【作用】

一般に被削性と靭性とは両立し難い特性であ
り、両方ともすぐれた工具鋼をつくることは、こ
れまで困難とされていた。発明者らは、適量の被
削性改善元素Ｓに加えて特定量のZrを併用する
ことによつて、硫化物系介在物の形態を調節する
ことを企てて研究した結果、Zrの存在にともな
つて必然的に生成するZr（Ｃ，Ｎ）が被削性を大
いに損なうことを知り、その量を規制することに
よつて、被削性と靭性の両方ともすぐれた工具鋼
を実現することができた。Ｓの含有量0.005〜0.40％は、主として所期の
被削性改善効果が得られる限度と、鋼の清浄度と
の調和により決定されるが、Zr量との関連もあ
る。 Zrの添加量0.001〜0.5％の下限は、前述の硫化
物系介在物の形態調節の作用が認められる最少限
度であり、上限は、Zr（Ｃ，Ｎ）多量の生成にも
とづく被削性および熱間加工性の低下を避ける見
地からの値である。どちらも、前記のＳ量との関
連において決定された。硫化物系介在物の形態についていえば、これが
鋼の機械的性質の異方性に大いに影響することは
知られているが、工具鋼とくに型用鋼の実用特性
とくに靭性との関係は未知であつたので、発明者
らは多数の実験により詳細に調査した。その結
果、硫化物系介在物のうち長径2μ以上の大型の
ものが強度異方性を左右すること、大型であつて
も長短径比が10以内で極端に展伸されていないな
らば実質上悪影響はないこと、そしてこのような
大型であまり長くない硫化物系介在物が全硫化物
系介在物中の個数にして80％以上の大勢を占めて
いれば、実用上望ましい等方性が実現することを
見出したわけである。鋼中の硫化物系介在物（主としてMnS）が加
工により展伸されてひも状になりやすいことはす
でに知られているが、Zrを含有する鋼において
は、ZrがMnS中に固溶し、その結果、硫化物系
介在物は比較的よく球形に保たれることを発明者
らは見出した。上記したような硫化物系介在物の
形態は、Ｓ：0.005〜0.4％とZr：0.001〜0.5％の
範囲内の、両者の適切な添加量の組み合わせによ
つて実現する。適切な量比は、実験により容易に
決定できる。 Zr（Ｃ，Ｎ）すなわちZrの炭化物および窒化物
は、きわめて硬いものであるから切削バイトの刃
先を著しく摩耗させ、上述のとおり被削性を損
う。実用上許容できる限度は、鋼材の切断面にお
けるその面積率にして0.40％であることが、発明
者らの研究により明らかになつた。 Zrを添加して利用した上でZr（Ｃ，Ｎ）の面積
率を低く抑えるには、鋼の溶製に当つてこれら炭
窒化物の生成を避けるよう配慮すべきである。
Zrは活性の強い金属であつて、Ｎ，Ｃ，Ｏとく
にＮと結合しやすいから、添加時に大気中のN₂
と反応しないよう、ArをキヤリアガスとするZr
粉末のランスインジエクシヨンのような添加手段
をとることが推奨される。そのほかの工具鋼として必要な添加元素が本発
明のプラスチツク成形金型用鋼において果たすそ
れぞれの役割は、従来の工具鋼に関して知られて
いるところと基本的に異なるものではないが、本
発明の特徴との関連において以下に説明する。Ｃ：工具鋼とくに型用鋼としての硬さおよび耐
摩耗性を確保するため、使用目的に応じて含有
量をえらぶ。過大な存在は靭性を低下させる。 Si：溶製時の脱酸効果に加えて、基地の強化に
役立つので、本発明の鋼には比較的多量に含有
させる。ただし、多すぎれば靭性と高温での軟
化抵抗性を低下させ、地疵を多くする。また、
被削性にとつても好ましくない。 Mn：溶製時の脱酸・脱硫効果のほか、焼入性
の向上に有効であり、これも本発明では比較的
多量に使用する。限界を与えるものは、被削性
の低下と、結晶性の粗大化に起因する靭性の低
下である。 Ni：基地の強靭化と焼入性の確保に効果的で
あり、鋼の用途に応じて必要量添加する。しか
し、被削性の点からは限度がある。 Cr：基地を強化し、焼入性、耐摩耗性、耐酸
化性の確保に役立つから、これも使用目的によ
り積極的に加える。靭性と被削性の両方への悪
影響が、実用上の限度を画する。 Co：やはり基地の強化、高温での軟化抵抗性
を与える上で有効である。もつとも、あまり多
く添加すると靭性が低くなり、また経済的にも
不利になる。 Mo，ＷおよびＶ：これらはいずれも強力な炭
化物形成元素であつて、耐摩耗性、熱処理硬さ
および高温での焼きもどし軟化抵抗性を得るの
に有用である。これも多量の添加は、靭性を低
下させるとともに製造を困難にし、被削性の点
からも実用性を失なわせる。 Cu：析出硬化を助長し、耐摩耗性の確保に有
効である。しかし多量の存在は、靭性にとつて
好ましくない。 Al：溶製時の脱酸剤としてはたらくほか、結
晶粒の微細化を通して靭性を向上させ、また析
出硬化による熱処理硬さと耐摩耗性の確保に有
効である。しかし、あまり多量に加えると地疵
が多くなるので、おのずから限度がある。 Ti：結晶粒を微細化し、靭性を高める。ただ
し、Alと同様に過大な存在な地疵の増加を招
くばかりか、かえつて靭性をも損なう。本発明の鋼は、上記の各組成においてすでに被
削性のよいことが利点であるが、さらに高度の被
削性を望む場合には、所定量のＳに加えて、
Pb：0.30％以下、Se：0.30％以下、Bi：0.30％以
下、Te：0.15％以下およびCa：0.01％以下の１
種または２種以上を含有させることができる。

【実施例】

第１表に示す合金組成の鋼を溶製した。（数値
は重量％であつて、残部は実質的にFeである。）
これらは、既存の工具鋼と、それを基本組成とし
Ｓ量およびZr量を調整した本発明の鋼とからな
る。各供試材に対して所要の熱処理を施し、硬さを
はかり、硫化物系介在物の形状とZr（Ｃ，Ｎ）の
面積率とをしらべるとともに、衝撃値の縦横比を
測定した。次に、各供試材から実用金型を製作
し、その加工性を評価した。以上の結果をまとめて、第２表に示す。評価
は、実用金型製作時の加工のしやすさと加工所要
時間（たとえば被削性では、切削している時間＋
工具交換や切粉処理のための時間）を総合したも
のであつて、生産性の値は、同じ加工作業に要す
る時間を比較し、比較例（２種あるときは代表的
な方）のそれを１としたときに、実施例では同じ
時間内にどのくらい作業がはかどるかという比で
示した。第２表にみるとおり、本発明の実施例は比較例
にくらべて、、機械的性質の異方性が低く、加工
性に関しては被削性はもちろん、鏡面仕上げ性、
シボ加工性ともすぐれており、プラスチツク成形
金型材料に対する要求をみたしている。加工性が
よいのは硫化物系介在物のうち比較的球状に近い
ものが大部分を占めているからであつて、介在物
が展伸されていると、一定の仕上げまでに要する
時間が長くなるばかりか、鏡面加工やシボ加工を
行なつたときにキズとしてあらわれる可能性が高
い。

【表】

【発明の効果】

本発明のプラスチツク成形金型用鋼は、硫化物
系介在物の形態を規制することによつて、靭性を
中心とする機械的性質の異方性を低くするととも
に、Zr（Ｃ，Ｎ）の面積率を一定限度以下に抑え
ることによつて、被削性をはじめとする加工性を
向上させることができた。従つてこの鋼は、プラスチツク成形金型用鋼と
してすぐれた材料である。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.40〜1.5％、Si：0.10〜2.5％および
Mn：0.10〜2.5％とともに、Ｓ：0.035〜0.40％お
よびZr：0.001〜0.5％を含有し、残余が実質的に
Feからなる組成を有し、鋼中に存在する長径2μ
以上の硫化物系介在物のうち少なくとも80％が長
短径比10以下であつて、Zr（Ｃ，Ｎ）の占める面
積率が0.4％以下であり、硬さがHRC18以上であ
ることを特徴とするプラスチツク成形金型用鋼。２Ｃ：0.30〜0.60％、Si：0.10〜2.0％、Mn：
0.1〜2.0％、Cr：0.2〜2.0％およびMo：0.05〜1.0
％とともに、Ｓ：0.035〜0.40％およびZr：0.001
〜0.5％を含有し、残余が実質的にFeからなる組
成を有し、鋼中に存在する長径2μ以上の硫化物
系介在物のうち少なくとも80％が長短径比10以下
であつて、Zr（Ｃ，Ｎ）の占める面積率が0.4％以
下であり、硬さがHRC18以上であることを特徴
とするプラスチツク成形金型用鋼。３Ｃ：0.20〜0.50％、Si：0.10〜2.0％、Mn：
0.10〜2.5％、Cr：1.5〜3.5％、Mo：0.10〜1.5％
およびＶ：0.01〜0.50％とともに、Ｓ：0.035〜
0.40％およびZr：0.001〜0.5％を含有し、残余が
実質的にFeからなる組成を有し、鋼中に存在す
る長径2μ以上の硫化物系介在物のうち少なくと
も80％が長短径比10以下であつて、Zr（Ｃ，Ｎ）
の占める面積率が0.4％以下であり、硬さが
HRC18以上であることを特徴とするプラスチツ
ク成形金型用鋼。４Ｃ：0.30〜0.90％、Si：0.10〜1.5％、Mn：
0.10〜1.5％、Cr：6.5〜15％、Mo：0.01〜1.50％
およびＶ：0.01〜1.0％とともに、Ｓ：0.035〜
0.40％およびZr：0.001〜0.5％を含有し、残余が
実質的にFeからなる組成を有し、鋼中に存在す
る長径2μ以上の硫化物系介在物のうち少なくと
も80％が長短径比10以下であつて、Zr（Ｃ，Ｎ）
の占める面積率が0.4％以下であり、硬さが
HRC18以上であることを特徴とするプラスチツ
ク成形金型用鋼。５Ｃ：0.95〜2.0％、Si：0.10〜2.0％、Mn：
0.10〜2.5％、Cr：9.0〜15％、Mo：0.20〜1.5％お
よびＶ：0.01〜1.0％とともに、Ｓ：0.035〜0.40
％およびZr：0.001〜0.5％を含有し、残余が実質
的にFeからなる組成を有し、鋼中に存在する長
径2μ以上の硫化物系介在物のうち少なくとも80
％が長短径比10以下であつて、Zr（Ｃ，Ｎ）の占
める面積率が0.4％以下であり、硬さがHRC18以
上であることを特徴とするプラスチツク成形金型
用鋼。６Ｃ：0.10〜0.25％、Si：0.10〜1.0％、Mn：
0.40〜2.0％、Ni：2.0〜4.0％、Mo：0.05〜1.0％、
Cu：0.50〜1.5％およびAl：0.50〜1.5％とともに、
Ｓ：0.035〜0.40％およびZr：0.001〜0.5％を含有
し、残余が実質的にFeからなる組成を有し、鋼
中に存在する長径2μ以上の硫化物系介在物のう
ち少なくとも80％が長短径比10以下であつて、
Zr（Ｃ，Ｎ）の占める面積率が0.4％以下であり、
硬さがHRC18以上であることを特徴とするプラ
スチツク成形金型用鋼。７Ｃ：0.10％以下、Si：0.30％以下、Mn：0.30
％以下、Ni：10.0〜25％、Cr：7.0％以下、Mo：
3.0〜15％、Co：5.0〜25％、Al：0.01〜1.0％、
Ti：1.0％以下、Ｂ：0.20％以下およびCa：0.10
％以下とともに、Ｓ：0.035〜0.40％およびZr：
0.001〜0.5％を含有し、残余が実質的にFeからな
る組成を有し、鋼中に存在する長径2μ以上の硫
化物系介在物のうち少なくとも80％が長短径比10
以下であつて、Zr（Ｃ，Ｎ）の占める面積率が0.4
％以下であり、硬さがHRC18以上であることを
特徴とするプラスチツク成形金型用鋼。