JPH08165542A - 溶接性に優れたプラスチック成形金型用鋼 - Google Patents

溶接性に優れたプラスチック成形金型用鋼

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JPH08165542A
JPH08165542A JP33156594A JP33156594A JPH08165542A JP H08165542 A JPH08165542 A JP H08165542A JP 33156594 A JP33156594 A JP 33156594A JP 33156594 A JP33156594 A JP 33156594A JP H08165542 A JPH08165542 A JP H08165542A
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JP
Japan
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steel
plastic molding
molding die
weldability
value
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JP33156594A
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English (en)
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Jiro Ichikawa
二朗 市川
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】溶接性が良好で溶接補修に際して予熱を必要と
せず、しかも所要の硬さが得られるとともに原料配合の
自由度が高く、経済性に優れたプラスチック成形金型用
鋼を提供する。 【構成】プラスチック成形金型用鋼の組成を、重量%で
C:0.10〜0.25%,Si:0.25超〜0.3
5%,Mn:1.20〜2.20%,P:≦0.020
%,S:0.01〜0.05%,Cr:1.60〜3.
00%,Mo:0.03〜2.00%,V:0.01〜
0.40%,B:≦0.002%,残部実質的にFeか
ら成り且つ次式BH値=326+847.3(C%)+
18.3(Si%)−8.6(Mn%)−12.5(C
r%)≦460を満足する組成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はプラスチック成形金型
用鋼に関し、詳しくは溶接性に優れたプラスチック成形
金型用鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】プラスチック成形金型においては、金型
製作時の加工の誤りや設計変更等に対応するために肉盛
溶接による補修を行うことが少なくない。従来、かかる
プラスチック成形金型、特に比較的大型のプラスチック
成形金型用材料としてはS55C等の一般構造用鋼やS
CM445等の中低炭素鋼が用いられていた。
【0003】而してこれら材料から成るプラスチック成
形金型の場合、溶接に際して溶接割れ防止のために予熱
(250〜350℃)を行うことが必要とされ、また場
合によって後熱を必要とするものもある。
【0004】しかしながら溶接に際してこのような予
熱,後熱を施すとなると専用の加熱炉が必要となった
り、加熱に長時間を要したり、予熱後の高温状態の金型
に対して溶接作業を行うことが必要で作業性が悪い等の
問題が生じ、その解決が望まれていた。
【0005】またプラスチック成形金型用鋼としては、
焼入性が良好で尚且つ鏡面加工性,シボ加工性に優れ、
更に被削性においても優れていることが要求される。
【0006】このようなことから,本発明者等は溶接に
際して予熱,後熱を必要としない溶接補修性に優れたプ
ラスチック成形金型用プレハードン鋼を開発し、提案を
行っている(特開平3−177536号)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この特開平3−177
536号の発明のプラスチック成形金型用鋼は、Siの
含有量を0.25%以下の少ない量に規制すると同時
に、不純物としてのP,Bを一定以下に規制し、またS
を適量存在させるとともに、溶接時に最大の応力がかか
る溶接境界部の母材側の硬さBH値を所定値以下に抑制
し、併せて焼入性向上元素の添加量を多くすることによ
って溶接性の向上,プラスチック成形金型用鋼として必
要な硬さと加工性を確保した点を特徴とするものであ
る。
【0008】しかしながらSiは鉄鋼材料では極めて広
く使用されている元素であり、その含有量を0.25%
以下に規制した場合、鋼の特定の特性が良好となるもの
の、プラスチック成形金型用鋼の製造に当って原料配合
上の制約が大きく、経済性を損なう問題も一方において
内包している。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願の発明はこのような
事情を背景としてなされたものである。而して本願の発
明は、プラスチック成形金型用鋼の組成を、重量%で
C:0.10〜0.25%,Si:0.25超〜0.3
5%,Mn:1.20〜2.20%,P:≦0.020
%,S:0.01〜0.05%,Cr:1.60〜3.
00%,Mo:0.03〜2.00%,V:0.01〜
0.40%,B:≦0.002%,残部実質的にFeか
ら成り且つ下記式 BH値=326+847.3(C%)+18.3(Si
%)−8.6(Mn%)−12.5(Cr%)≦460 を満足する組成となしたことを特徴とする(請求項
1)。
【0010】ここで、上記成分に加えて選択元素として
Cu,Niの何れか1種又は2種を、Cu:≦1.0
%,Ni:≦2.0%の範囲で含有させることができ、
更に他の選択元素としてZr,Pb,Te,Ca,Bi
の何れか1種又は2種以上を、Zr:0.003〜0.
2%,Pb:0.03〜0.20%,Te:0.01〜
0.15%,Ca:0.0005〜0.010%,B
i:0.01〜0.20%の範囲で含有させることがで
きる。
【0011】
【作用】本発明は、添加可能なSiの量を多くすること
によって原料配合上の制約を緩和しつつ、尚且つ特開平
3−177536号のプラスチック成形金型用鋼と同
様、溶接に際して予熱,後熱を必要としない溶接性に優
れたプラスチック成形金型用鋼を得るべくなされたもの
で、Siの含有量の上限を0.35%まで拡大し(下限
は0.25%超)、且つこれを許容するための他の合金
成分の添加量及び添加量バランスを適正化したことを骨
子とする。
【0012】而して本発明によれば、Siを多く含有さ
せることができることからプラスチック成形金型用鋼の
製造に当って原料配合の自由度、即ち使用可能な原料の
自由度が高まって経済性が高まるとともに、溶接性,焼
入性等の特性に優れたプラスチック成形金型用鋼を得る
ことができる。
【0013】次に上記合金成分の働きと含有量の限定理
由を詳述する。 C:0.10〜0.25% Cは組織と硬さを調整するための基本的な添加元素であ
る。Cは熱処理残留応力を除去するための600℃程度
の焼戻しにおいて所要の硬さを確保するために(望まし
くはHRC25以上、より望ましくは28以上)0.1
0%以上必要である。一方0.25%を超えて含有させ
ると、下記Siの含有量の下で溶接性の低下を招き、ま
た組織がマルテンサイト組織化して被削性が低下する。
従って上限を0.25%とする。
【0014】Si:0.25超〜0.35% Siは脱酸作用,耐酸化性,焼入性,基地硬さを高める
点で有効な成分である。但し0.25%以下では原料配
合面で経済性が悪いため0.25%を超える量とする。
一方0.35%より多くなると靱性,溶接性が低下する
ため上限を0.35%とする。
【0015】Mn:1.20〜2.20% Mnは脱酸作用のため、またベーナイト組織を得るため
の焼入性,基地硬さの向上のため、更にSと結合して被
削性を付与するための成分として有効な成分である。ま
たMnは一定量以上添加することによって溶接性を高め
る働きも有する。但しそのためには1.20%以上含有
させる必要がある。一方2.20%を超えると溶接性と
被削性が低下するため上限を2.20%とする。
【0016】P:≦0.020% Pは溶接割れ感受性にとって有害であり、その上限を
0.020%とする必要がある。
【0017】S:0.01〜0.05% SはMnと結合して被削性を付与し、また溶接割れ防止
にも有効である。但し多過ぎると靱性,熱間加工性が低
下する。本発明ではSを0.01〜0.05%の範囲で
含有させることが必要である。
【0018】Cr:1.60〜3.00% Crは耐酸化性,ベーナイト組織を得るための焼入性,
焼戻時の微細炭化物析出による硬さ確保に有効な成分で
ある。またCrを1.60%以上とすることによって良
好な溶接性を確保することができる。他方3.00%を
超えて多く含有させると組織がマルテンサイト組織化し
て硬さが過剰となり、被削性が低下する。
【0019】Mo:0.03〜2.00% Moは焼入性を高めるとともに600℃以上での焼戻軟
化抵抗性を与える。そのための必須添加量として0.0
3%以上が必要である。一方2.00%を超えて含有さ
せると被削性が低下するとともにコストアップを招くの
で上限を2.00%とする。
【0020】V:0.01〜0.40% Vは焼戻時の微細炭化物析出による硬さ確保の上で、ま
た結晶粒を微細化する上で有効な成分であり、本発明で
は0.01%以上含有させる。但し0.40%を超えて
含有させると被削性,靱性が低下するとともに溶接性が
低下してしまう。
【0021】B:≦0.002% Bは溶接割れ感受性にとって有害であり、0.002%
以下に規制する必要がある。
【0022】Cu:≦1.0% Ni:≦2.0% Cu及びNiは必要な硬さを得るために加えられる成分
で何れも本発明において選択添加元素である。ここでC
uは500℃以上での焼戻しにおいて析出硬化により硬
さを得るために有効であり、一方多過ぎると熱間加工性
を害する。そこで本発明では上限を1.0%とする。N
iは焼入性向上に寄与する元素で2.0%以下の範囲で
含有させる。この上限を超えると被削性が悪くなる。
【0023】Zr:0.003〜0.2% Pb:0.03〜0.20% Te:0.01〜0.15% Ca:0.0005〜0.010% Bi:0.01〜0.20% これらの成分は何れも被削性を高めるために有効な成分
である。このうちZrは硫化物の展伸を抑えて靱性を向
上させる作用もするが、0.2%を超えるとむしろ被削
性が低下する。また他の各元素は上記上限値を超えると
地傷やブラックスポットを発生させるため、各上限値以
下の範囲で含有させる。
【0024】BH値=326+847.3(C%)+1
8.3(Si%)−8.6(Mn%)−12.5(Cr
%)≦460 ここでBH値は溶接時に最大応力が加わる溶接境界部の
母材側の硬さ(Hv)の値で、それぞれ括弧内の合金成
分の関数として表される。
【0025】本発明者は、溶接境界部の母材側の硬さB
H値がHvで460を境として溶接割れ率が急激に変化
し、Hvが460を超えると溶接割れ率が急激に高まる
事実を確認し、先の特許願(特開平3−177536
号)において開示している。
【0026】本発明におけるBH値の規定はこれに沿っ
たものであって、BH値を460以下に抑えることによ
って溶接割れを抑制でき、予熱,後熱を行わなくてもプ
ラスチック成形金型に対し良好に溶接補修を行うことが
可能となる。
【0027】上記式に現れているようにBH値はCとS
iの増大につれて高くなり、また逆にMn,Cr量の増
大に応じて値が低くなる。本発明はSiの含有量を上記
特開平3−177536号の鋼種よりも高くしており、
その点で溶接性については悪化する傾向となるが、一方
でCの上限値を下げ且つMn及びCrの添加量の下限値
を高めており、Siの増量による溶接性への悪影響をそ
れらによって解消している点に特徴がある。
【0028】
【実施例】次に本発明の実施例を以下に詳述する。表1
に示す組成の鋼を溶製及び鍛造した後、以下の条件で熱
処理を施し、試験片を作製してJIS−Z3158に規
定する斜めY型溶接割れ試験を実施した。その結果が硬
さとともに表2に示してある。
【0029】〈熱処理条件〉 焼入れ 870〜950℃ 焼戻し 620℃
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】表に示す結果から、本発明例の鋼種の場合
溶接性が良好で、しかも高い硬度が得られることが分か
る。尚、以上はあくまで本発明の具体例であって、本発
明は他の態様で実施することも可能である。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、プラスチック成形金型
用鋼を製造するに当って、合金成分としてのSiを多く
含有させることが可能となり、金型用鋼の製造に当って
原料配合の自由度が高まって経済性が良好となるととも
に、溶接性,焼入性等の特性に優れたプラスチック成形
金型用鋼を得ることができる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で C :0.10〜0.25% Si:0.25超〜0.35% Mn:1.20〜2.20% P :≦0.020% S :0.01〜0.05% Cr:1.60〜3.00% Mo:0.03〜2.00% V :0.01〜0.40% B :≦0.002% 残部実質的にFeから成り且つ下記式 BH値=326+847.3(C%)+18.3(Si
    %)−8.6(Mn%)−12.5(Cr%)≦460 を満足する組成を有する溶接性に優れたプラスチック成
    形金型用鋼。
  2. 【請求項2】 重量%で C :0.10〜0.25% Si:0.25超〜0.35% Mn:1.20〜2.20% P :≦0.020% S :0.01〜0.05% Cr:1.60〜3.00% Mo:0.03〜2.00% V :0.01〜0.40% B :≦0.002% に加えてCu,Niの何れか1種又は2種を Cu:≦1.0% Ni:≦2.0% の範囲で含有し、残部実質的にFeから成り且つ下記式 BH値=326+847.3(C%)+18.3(Si
    %)−8.6(Mn%)−12.5(Cr%)≦460 を満足する組成を有する溶接性に優れたプラスチック成
    形金型用鋼。
  3. 【請求項3】 重量%で C :0.10〜0.25% Si:0.25超〜0.35% Mn:1.20〜2.20% P :≦0.020% S :0.01〜0.05% Cr:1.60〜3.00% Mo:0.03〜2.00% V :0.01〜0.40% B :≦0.002% に加えてZr,Pb,Te,Ca,Biの何れか1種又
    は2種以上を Zr:0.003〜0.2% Pb:0.03〜0.20% Te:0.01〜0.15% Ca:0.0005〜0.010% Bi:0.01〜0.20% の範囲で含有し、残部実質的にFeから成り且つ下記式 BH値=326+847.3(C%)+18.3(Si
    %)−8.6(Mn%)−12.5(Cr%)≦460 を満足する組成を有する溶接性に優れたプラスチック成
    形金型用鋼。
  4. 【請求項4】 重量%で C :0.10〜0.25% Si:0.25超〜0.35% Mn:1.20〜2.20% P :≦0.020% S :0.01〜0.05% Cr:1.60〜3.00% Mo:0.03〜2.00% V :0.01〜0.40% B :≦0.002% に加えてCu,Niの何れか1種又は2種を Cu:≦1.0% Ni:≦2.0% の範囲で含有するとともにZr,Pb,Te,Ca,B
    iの何れか1種又は2種以上を Zr:0.003〜0.2% Pb:0.03〜0.20% Te:0.01〜0.15% Ca:0.0005〜0.010% Bi:0.01〜0.20% の範囲で含有し、残部実質的にFeから成り且つ下記式 BH値=326+847.3(C%)+18.3(Si
    %)−8.6(Mn%)−12.5(Cr%)≦460 を満足する組成を有する溶接性に優れたプラスチック成
    形金型用鋼。
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