JPH11279702A - 耐溶損性に優れたアルミニウムダイカスト金型用鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 アルミニウムのダイカストに使用する金型、
給湯管、中子、入れ子ピン等の部品を製造する金型用鋼
において、耐アルミニウム溶損性が高められたものを提
供すること。 【解決手段】 基本的な合金組成として、重量％で、
Ｃ：０．１０％超過０．５０％以下、Ｓｉ：２．０％以
下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｃｒ：３．０％超過１５．０
％以下、Ｍｏ：８．０％以下、Ｖ：３．０％以下および
Ｓ：０．０３０％超過０．１５％以下を含有し、残部が
Ｆｅおよび不可避の不純物である合金組成を有し、ま
た、次のグループの添加成分を１種類または２種類以
上、任意に添加することができる。（１）およびＺｒの
１種または２種、（２）Ｎｉ、Ｃｕ、およびＣｏの１種
または２種以上、（３）Ｗ、（４）Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、
およびＡｌの１種または２種以上、（５）Ｂおよび
（６）ＲＥＭ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウムのダ
イカストに使用する給湯管、および金型、中子、入子ピ
ン等の金型構成部分の材料とする鋼の改良に関し、耐ア
ルミニウム溶損性に優れたアルミニウムダイカスト金型
用鋼を提供する。

【０００２】以下の記述においては、上記のダイカスト
に関連する部品を、「金型」の語で代表させる。 「ア
ルミニウム」の語は、いうまでもなくアルミニウム合金
を包含する。

【０００３】

【従来の技術】アルミニウムのダイカスト金型を製作す
る材料としては、従来、ＪＩＳのＳＫＤ６１やＳＫＤ
８、あるいはＤＩＮの１．２８６６のような熱間工具鋼
が使用されて来た。

【０００４】ダイカスト関連部品において、高温のアル
ミニウム溶湯が高速で接触する給湯管、湯口近傍の金型
段差部、入子ピンなどは、溶損や焼付きが生じやすい。
溶損が進むと、給湯が困難になったり、ダイカスト製
品の離型が困難になったりする。 また、製品の寸法精
度が低下し、はなはだしくなると凸部欠陥が生じる。こ
の問題に対処するため、金型の溶損を受けやすい部分に
軟窒化処理、塩浴軟窒化処理などの表面処理を施すこと
がある。 しかし、形成できる表面処理層の厚さには限
度があり、金型の使用につれて表面処理層が少しずつ失
われることは避けがたい。 表面処理層が残存している
うちは耐溶損性が発揮できるが、消失した後は母材の溶
失が進むので、表面処理によって金型寿命を延長しよう
としても、おのずから限界がある。 このようなわけ
で、表面処理を行なうにしても、やはり金型材料の耐ア
ルミニウム溶損性を高めることが望ましい。

【０００５】発明者らは、耐アルミニウム溶損性の高い
金型用鋼の合金組成を追求して研究の結果、意外なこと
に、Ｓ量をある範囲内で高く選ぶことによって、耐アル
ミニウム溶損性が高まることを見出した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、発明
者らが得た上記の新しい知見を活用し、耐アルミニウム
溶損性が高められた金型の製造を可能にするアルミニウ
ムダイカスト金型用鋼を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の耐溶損性に優れ
たアルミニウムダイカスト金型用鋼は、基本的な合金組
成としては、重量で、Ｃ：０．１０％超過０．５０％以
下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｃｒ：
３．０％超過１５．０％以下、Ｍｏ：８．０％以下、
Ｖ：３．０％以下およびＳ：０．０３０％超過０．１５
％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避の不純物であ
る合金組成を有する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の耐溶損性に優れたアルミ
ニウムダイカスト金型用鋼は、上記の基本的な合金組成
に加えて、次のグループの添加成分を１種類または２種
類以上、任意に添加した合金組成をとることができ
る。。

【０００９】（１）Ｃａ：０．００３０％およびＺｒ：
０．２０％以下の１種または２種、（２）Ｎｉ：４．０
％、Ｃｕ：３．０％以下およびＣｏ：１５．０％以下の
１種または２種以上、（３）Ｗ：５．０％以下、（４）
Ｎｂ：２．０％、Ｔｉ：２．０％、Ｔａ：４．０以下お
よびＡｌ：１．０％以下の１種または２種以上、（５）
Ｂ：０．０１０％以下、および（６）ＲＥＭ：０．５０
％以下。

【００１０】本発明のアルミニウムダイカスト金型用鋼
の合金組成を上記のように定めた理由は、下記のとおり
である。

【００１１】Ｃ：０．１０％超過０．５０％以下 Ｃは、硬さと耐摩耗性を与える必須の成分であって、熱
間工具鋼として十分な硬さと耐摩耗性を確保するために
は、０．１０％を超える添加が必要である。一方、大量
の添加は加工性の低下を招くので、０．５０％以下を上
限とする。

【００１２】Ｓｉ：２．０％以下 Ｓｉは脱酸剤として必要な元素であるが、過大になると
靭性が低くなるから、２．０％までの添加にとどめる。

【００１３】Ｍｎ：３．０％以下 Ｍｎも脱酸元素として役立つほか、焼入性と硬さの確保
のため必要である。過度に添加すると加工性を低下させ
るので、３．０％の限度を設けた。

【００１４】Ｃｒ：３．０％超過１５．０％以下 Ｃｒは炭化物を形成し、基地の強化と耐摩耗性を向上さ
せるために必要な成分である。 この効果を明瞭に得る
ためには、３．０％を超える添加を要する。しかし、過
度の添加は加工性の低下をもたらす。 １５．０％が、
この観点から見た上限である。

【００１５】Ｍｏ：８．０％以下 Ｍｏも、Ｃｒと同様に炭化物の形成を通じて、基地を強
化し、耐摩耗性を向上させる役割を果たす。 添加量が
過大になると、加工性が低下する。 そこで、８．０％
を上限値として設定した。

【００１６】Ｖ：３．０％以下 Ｖもまた炭化物を形成して、基地の強化と耐摩耗性の向
上を図るために、適量添加する。 加工性を損なわない
ように、３．０％以下の添加量を選択する。

【００１７】Ｓ：０．０３０％超過０．１５％以下 通常の熱間工具鋼においては、Ｓ量は０．０３％が上限
になっている。 これは、加工時の割れを防ぐとか、金
型使用時の割れに配慮した合金設計によるものであり、
この上限を超えるＳ量の採用は試みられたことがなかっ
た。 本発明は比較的多量のＳをあえて添加し、それに
よってダイカスト金型の耐アルミニウム溶損性を改善す
るという、予期し得なかった効果を得たものである。
ただし、添加量を増大して行ったとき、この効果は次第
に飽和するし、靭性が低下するから、０．１５％を限度
とする。

【００１８】前記した５個のグループの、任意に添加す
る元素の作用と組成範囲の限定理由は、次のとおりであ
る。

【００１９】Ｃａ：０．００３０％以下およびＺｒ：
０．２０％以下の１種または２種 ＣａもＺｒも、ともに硫化物（主としてＭｎＳ）に作用
し、微細化（Ｃａ）または球状化（Ｚｒ）し、靭性を向
上させるので、適量を添加するとよい。 しかし、過大
に添加しても効果が飽和するし、Ｚｒは熱間加工性を低
下させるから、Ｃａは０．００３０％、Ｚｒは０．２０
％を、それぞれ上限とする。

【００２０】Ｎｉ：４．０％、Ｃｕ：３．０％以下およ
びＣｏ：１５．０％以下の１種または２種以上 いずれも基地の強化に役立つほか、Ｎｉは焼入れ性を高
める。 それぞれの上限を定めた理由は、Ｎｉは金型製
造時の加工性を低下させること、Ｃｕは耐衝撃性や金型
製造時の熱間加工性を低下させること、そしてＣｏもま
た加工性を低下させることである。

【００２１】Ｗ：５．０％以下 Ｗは炭化物を生成し、基地の強化と耐摩耗性の向上に有
効であり、この効果はＭｏのそれに似ている。 したが
って、Ｍｏの一部をＷで置き換えることができる。 た
だし、過大な量を添加すると加工性が損なわれるから、
上限値５．０％の範囲内に止める。

【００２２】Ｎｂ：２．０％、Ｔｉ：２．０％、Ｔａ：
４．０以下およびＡｌ：１．０％以下の１種または２種
以上 Ｎｂ、ＴｉおよびＴａは微細な炭化物を生成し、またＡ
ｌは微細な窒化物を生成し、いずれも結晶粒の微細化を
通じて、耐衝撃性を向上させる。 大量に添加しても効
果は飽和するから、それぞれ上記の限度内で添加するの
が得策である。

【００２３】Ｂ：０．０１０％以下 Ｂは一般に焼き入れ性を向上させる元素であり、本発明
の合金においても、その効果が認められる。 しかし、
多量に添加すると、熱間加工性や靭性を損なうから、
０．０１０％以下の添加量とする。

【００２４】ＲＥＭ：０．５０％以下 ＲＥＭは、ＯやＰのような不純物を固定して基地の清浄
度を高め、耐衝撃性を向上させる。 添加量が過大にな
ると地疵が発生し、これは金型にとって不都合であるか
ら、上限値０．５０％を超えないようにする。

【００２５】

【実施例】容量１５０kgの真空誘導炉で、表１（ＳＫＤ
６１系）、表２（ＳＫＤ８系）および表３（ＤＩＮ１．
２８８６系）に示す合金組成をもつ、３種類の系統の熱
間工具鋼を溶製した。

【００２６】 表 １ （ＳＫＤ６１系） No. Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｃｒ Ｍｏ Ｖ Ｓ その他 実施例 １ 0.37 0.90 0.44 5.31 1.20 0.86 0.032 ２ 0.37 0.91 0.45 5.30 1.20 0.84 0.052 ３ 0.38 0.91 0.46 5.32 1.23 0.85 0.103 ４ 0.39 0.89 0.44 5.29 1.21 0.85 0.137 ５ 0.38 0.88 0.46 5.29 1.20 0.85 0.035 Ca 0.0016 ６ 0.37 0.90 0.45 5.30 1.23 0.86 0.035 Ni 2.08 ７ 0.39 0.91 0.44 5.33 1.21 0.86 0.037 Nb 1.2 ８ 0.38 0.90 0.45 5.32 1.22 0.85 0.034 Ta 2.6 ９ 0.39 0.89 0.46 5.29 1.20 0.84 0.036 B 0.006 10 0.37 0.92 0.45 5.31 1.21 0.84 0.034 Ca 0.0011 Ni 0.52 W 2.4 Nb 0.05 B 0.003 REM 0.43 比較例 11 0.38 0.92 0.46 5.33 1.21 0.86 0.001 12 0.38 0.92 0.46 5.30 1.22 0.85 0.012 表 ２ （ＳＫＤ８系） No. Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｃｒ Ｍｏ Ｗ Ｖ Ｃｏ Ｓ その他 実施例 21 0.41 0.35 0.32 4.45 0.39 4.19 2.03 4.03 0.038 22 0.40 0.36 0.34 4.47 0.41 4.21 2.02 4.05 0.055 23 0.40 0.36 0.33 4.45 0.41 4.19 2.01 4.04 0.098 24 0.39 0.34 0.34 4.44 0.42 4.20 2.05 4.03 0.133 25 0.40 0.36 0.34 4.43 0.40 4.21 2.03 4.00 0.040 Zr 1.2 26 0.40 0.34 0.33 4.43 0.40 4.19 2.02 4.01 0.039 Cu 0.85 27 0.39 0.36 0.34 4.44 0.40 4.20 2.01 4.04 0.041 Ti 1.1 28 0.41 0.35 0.35 4.47 0.41 4.20 2.04 4.00 0.039 Al 0.3 29 0.40 0.09 0.33 4.46 0.39 4.20 2.03 4.02 0.040 REM 0.15 30 0.41 0.34 0.31 4.46 0.40 4.19 2.04 4.02 0.040 Zr 0.08 Ni 0.26 Ta 3.3 B 0.007 REM 0.08 比較例 31 0.39 0.34 0.33 4.45 0.40 4.21 2.05 4.04 0.001 32 0.39 0.35 0.33 4.42 0.42 4.20 2.00 4.01 0.010 表 ３ （１．２８８６系） No. Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｃｒ Ｍｏ Ｖ Ｃｏ Ｓ 実施例 41 0.16 0.18 0.23 10.32 5.18 0.48 10.03 0.035 42 0.15 0.20 0.23 10.30 5.21 0.51 9.08 0.051 43 0.15 0.20 0.24 10.25 5.20 0.50 10.05 0.104 44 0.15 0.21 0.23 10.20 5.17 0.50 10.02 0.136 比較例 45 0.16 0.19 0.21 10.23 5.22 0.48 9.07 0.001 46 0.15 0.20 0.25 10.27 5.23 0.52 10.00 0.010 得られたインゴットを１２００℃に加熱して鍛造し、幅
１１０mm、厚さ４５mmの板材に圧延した。 焼鈍をへた
材料から、径１０．７mm、長さ６５mmの円柱状試験片を
切り出した。 各試験片に対し、表４に示す条件で焼入
れ・焼戻しを行ない、それぞれの目標硬さに調質した。

【００２７】 表 ４ 鋼 種 焼入れ 焼戻し 目標硬さＨＲＣ ＳＫＤ６１系 １０３０℃ ６１５〜６２５℃ ４５ ＳＫＤ８系 １１７５℃ ６６０〜６７０℃ ４５ １．２８８６系 １０５０℃ ６１５〜６２５℃ ４８ 調質した試験片を径１０mm、長さ６０mmに精加工し、ア
ルミニウム溶損試験に供した。 アルミニウム溶損試験
は、下記の条件で、試験片の下半分３０mmを溶湯中に浸
漬し、試験片の中心が直径３０mmの円を描くように回転
させてることによって行なった。 アルミニウム合金：Ｂ３９０（Ａｌ−１７Ｓｉ−４．５
Ｃｕ） 溶湯温度：７５０℃ 回転数：２００rpm 浸
漬時間：３０分間 浸漬終了後、引き上げた試験片を飽和カセイソーダ水溶
液に入れ、付着しているアルミニウム合金を除去してか
ら、重量を測定した。 耐アルミニウム溶損性を、下記
の溶損率で評価した。 溶損率＝(浸漬前重量−浸漬後重量)／(浸漬前φ１０x３
０Ｌ部重量)×100 溶損率を、調質後の硬さとともに、表５ないし表７に示
す。

【００２８】 表 ５ （ＳＫＤ６１系） No. 硬さＨＲＣ 溶損率(％) No. 硬さＨＲＣ 溶損率(％) 実施例 実施例 １ ４５．０ ４７ ８ ４５．１ ４７ ２ ４４．９ ４１ ９ ４５．７ ４６ ３ ４５．２ ３４ 10 ４５．０ ４１ ４ ４５．１ ３２ ５ ４５．３ ４５ 比較例 ６ ４５．０ ４３ 11 ４５．１ ６２ ７ ４５．２ ４１ 12 ４５．０ ５４ 表 ６ （ＳＫＤ８系） No. 硬さＨＲＣ 溶損率(％) No. 硬さＨＲＣ 溶損率(％) 実施例 実施例 21 ４５．３ ２８ 28 ４５．１ ２６ 22 ４５．１ ２５ 29 ４５．０ ２５ 23 ４５．０ ２２ 30 ４４．８ ２４ 24 ４４．８ ２１ 25 ４５．２ ２９ 比較例 26 ４４．９ ２７ 31 ４４．８ ４１ 27 ４５．０ ２７ 32 ４４．９ ３６ 表 ７ （１．２８８６系） No. 硬さＨＲＣ 溶損率(％) No. 硬さＨＲＣ 溶損率(％) 実施例 比較例 41 ４８．０ １８ 45 ４８．３ ３０ 42 ４８．９ １６ 46 ４７．８ ２５ 43 ４７．９ １５ 44 ４８．１ １５ 上記の各系統の鋼について、実施例および比較例の溶損
率とＳ含有量との関係をグラフに表すと、図１のように
なる。 本発明に従って、Ｓ量を０．３％超過に高め、
好ましくは０．５〜０．１％にしたものは、顕著な溶損
率の改善が見られる。

【００２９】

【発明の効果】本発明のアルミニウムダイカスト金型用
鋼は、在来の熱間工具鋼に比べて明瞭に改善された耐ア
ルミニウム溶損性を有する。 この材料をアルミニウム
ダイカストの金型各種部品、とくに給湯管、中子、入れ
子ピンなど高温のアルミニウム溶湯が高速で当たる部品
の製造に使用すれば、金型の寿命を伸ばし、補修のイン
ターバルを長くとることができる。 それにより、長期
にわたって製品の寸法精度を高く保つことができる。
ダイカスト製品のコストの低減に寄与することはもちろ
んである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例および比較例における、合金
のＳ含有量と溶損率との関係を示すグラフ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量で、Ｃ：０．１０％超過０．５０％
   以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｃ
   ｒ：３．０％超過１５．０％以下、Ｍｏ：８．０％以
   下、Ｖ：３．０％以下およびＳ：０．０３０％超過０．
   １５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避の不純物
   である合金組成を有する耐溶損性に優れたアルミニウム
   ダイカスト金型用鋼。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の合金成分に加えて、さ
   らにＣａ：０．００３０％およびＺｒ：０．２０％以下
   の１種または２種を添加した合金組成を有する耐溶損性
   に優れたアルミニウムダイカスト金型用鋼。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の合金成分に加
   えて、さらにＮｉ：４．０％、Ｃｕ：３．０％以下およ
   びＣｏ：１５．０％以下の１種または２種以上を添加し
   た合金組成を有する耐溶損性に優れたアルミニウムダイ
   カスト金型用鋼。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の合
   金成分に加えて、さらにＷ：５．０％以下を添加した合
   金組成を有する耐溶損性に優れたアルミニウムダイカス
   ト金型用鋼。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の合
   金成分に加えて、さらにＮｂ：２．０％、Ｔｉ：２．０
   ％、Ｔａ：４．０以下およびＡｌ：１．０％以下の１種
   または２種以上を添加した合金組成を有する耐溶損性に
   優れたアルミニウムダイカスト金型用鋼。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載の合
   金成分に加えて、さらにＢ：０．０１０％以下を添加し
   た合金組成を有する耐溶損性に優れたアルミニウムダイ
   カスト金型用鋼。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の合
   金成分に加えて、さらにＲＥＭ：０．５０％以下を添加
   した合金組成を有する耐溶損性に優れたアルミニウムダ
   イカスト金型用鋼。