JPS6234828B2

JPS6234828B2 -

Info

Publication number: JPS6234828B2
Application number: JP2859184A
Authority: JP
Inventors: Setsuo Mishima
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1984-02-20
Filing date: 1984-02-20
Publication date: 1987-07-29
Also published as: JPS60174854A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は切削加工における仕上面粗度が小さく
優れた鏡面仕上性を有することを最大の特徴と
し、併せて優れたシボ加工性および強靭性を兼備
したプリハードンタイプのプラスチツク成形金型
用鋼に関するものである。プラスチツク成形金型用鋼としては、 (1) 被切削性が良いこと。 (2) 鏡面仕上性がよく、ピンホールやその他微細
ピツトが発生しないこと。 (3) シボ加工性が良いこと。 (4) 耐食、耐発錆性が良いこと。 (5) 強度、耐摩耗性が大きいこと。等の特性が要求されている。 (2)，(5)の点では高硬度であること。(2)，(4)の点
では鋼質が本質的に清浄になりやすい成分のもの
であること。(3)の点では焼入性が十分大きいこと
などが要求される。この場合ユーザーでの熱処理
が不要なプリハードン鋼で上記諸要求を満たすこ
とが金型精度、納期、コスト面で特に有利であ
る。従来、高硬度のプリハードン鋼には切削加工に
よる型彫りに長時間を要すと共に、切削工具の寿
命も短く工具交換の回数が増大する等の問題があ
り、これを改善するためにプリハードン鋼に快削
元素を添加することによつて被削性を向上させる
方法が採られている。そして快削元素としては
Ｓ，Se，Te，Pb，Ag等が一般に用いられる。し
かしながら十分な被削性を得るに必要な量の快削
元素を添加すると、この添加によつて上記(2)，
(3)，(4)，(5)の特性が少なからず劣化する問題が生
起していた。本発明鋼は、重量比でC0.04〜0.30％、Si0.1〜
1.5％、Mn0.2〜2.0％、Cr0.1〜3.5％、Mo0.1〜
3.0％、Cu0.2〜3.0％、S0.05〜0.20％にAl0.05〜
0.50％の添加を行い、（Ｏ＋Ｎ）を0.007〜0.012％
に低く制御したのち、Zrを0.005〜0.20％添加す
ることにより、硫化物に有効な接種作用を有する
微細なZrO₂およびZrNが多数生成して、これが硫
化物を著しく微細にさせるとともに均一に分布さ
せることにより、硫黄快削鋼で従来問題となつて
いた被削性の不均一、大きな仕上面あらさ及び機
械的性質の異方性を著しく改善するとともに、Ｃ
量を抑え熱処理により均一なベーナイト組織基地
にCu―Fe金属間化合物およびMo，Cr等の炭化
物を微細に析出させ強度と硬度を付与したことに
より、鏡面仕上性、シボ加工性を有することを最
大の特色とする。また被削性、機械的性質の異方
性を改善するため必要に応じ、Se0.05〜0.15％、
Te0.05〜0.15％、Ca0.001〜0.010％、Mg0.001〜
0.010％の添加を実施することができるものであ
る。次に成分範囲の限定理由について説明する。Ｃは本発明鋼の焼入組織を被削性、鏡面仕上性
およびシボ加工性に優れるベーナイト組織にする
ための、さらにMo，Cr炭化物による析出硬化を
もたらすための基本的添加元素である。しかして
Ｃは多過ぎると基地マルテンサイト組織化して被
削性、鏡面仕上性を減ずること、また研削工数を
著しく増大させるため0.30％以下とし、低すぎる
とフエライト生成を招き十分な焼もどし硬さが得
がたくなるので0.04％以上とする。 Siは脱酸剤として含有され、また耐酸化性、焼
入性に有効である。しかし0.1％未満では製鋼上
脱酸効果が得られず、1.5％を超えると耐酸化性
向上の効果が少なくなり被削性も劣化し実用的で
ない。 Mnは焼入性を高めまた要求かたさレベルに応
じてベーナイトかたさを調整し、フエライト生成
を防ぎ、またＳとの間にMnS系介在物を形成し
て高度の被削性を付与するための不可欠の含有元
素である。多すぎると被削性を低下させるので
2.0％以下とし、低すぎると上記の効果が得られ
ずまた熱間加工性を害するため0.2％以上とす
る。 Crは耐食性、焼入性を高め、また焼戻し時、
微細な炭化物析出をもたらし、析出硬化における
かたさ値を適度に調整する。多すぎるとフエライ
ト生成をまねくので3.5％以下とし、低すぎると
上記効果が得られないので0.1％以上とする。 Moは500℃以上の高温焼戻し処理において微細
炭化物を析出し、析出硬化をもたらし、強度を形
成するための、また使用時の雰囲気に対する耐食
性を高めるための含有元素である。多すぎると被
削性、靭性低下を招くので3.0％以下とし、低す
ぎると上記効果が得られないので0.1％以上とす
る。 Cuは500℃以上の高温焼戻し処理において析出
硬化をもたらし所要のかたさを得るための不可欠
の含有元素であり、耐食性を高め、またフエライ
ト生成を抑制する効果を有するのである。多すぎ
ると被削性を低下させるので3.0％以下とし、低
すぎると上記効果が得られないので0.2％以上と
する。Ｓは被削性向上のための不可欠な元素である。
多すぎると強靭性、納間加工性を害するので0.2
％以下とし、低すぎると上記効果が得られないの
で0.05％以上とする。 AlはZrの硫化物に対する接種作用を増大さ
せ、硫化物を微細にすることにより、被削性およ
び鏡面仕上性を改善するための元素である。しか
し0.05％未満では上記効果が少なく、また多すぎ
るとZrO₂生成量が不十分になるとともに、鋳造
時の再酸化および吸窒による被削性に有害な硬質
の非金属介在物Al₂O₃およびAlNが生成しやすく
なるため0.5％以下とする。 Zrは被削性および鏡面仕上性を改善するための
必須元素である。添加Zrは硫化物に対して有効な
接種作用を有するZrO₂又はZrNとなる。この接種
作用により硫化物の形状、寸度および分布に極め
て良好な均一性が生ずる。そしてこの均一性が被
削性、鏡面仕上性を著しく改善する。さらに
ZrO₂およびZrNの夫々70％以上を硫化物と共存さ
せることにより切削加工における工具寿命の低下
を抑えることができる。しかしZrが多すぎると上
記効果が飽和するとともに硫化物と共存せず基地
に独立して存在するZrO₂およびZrNが増大し、工
具の機械的摩耗を促進させ被削性を低下させると
共に、研摩時のピツト発生による鏡面仕上性を劣
化させるので0.20％以下とする。低すぎると上記
効果が得られないので0.005％以上とする。Ｏ，ＮはZrO₂およびZrNの構成元素であり、本
発明鋼の特色であるZr化合物ZrO₂，ZrNによる硫
化物に対する接種作用にとつて必須の元素であ
る。良好な被削性を得るにはZrO₂およびZrNの
夫々70％以上が硫化物と共存することが必要であ
り、さらに硫化物を微細化するためにはZr0.005
〜0.20％のときに（Ｏ＋Ｎ）も0.007〜0.012％と
低く厳密に制御しなければならない。（Ｏ＋Ｎ）
が0.007％未満では接種作用が十分でなく硫化物
の形状分布の不均一および硫化物の粗大化が生
じ、また粗大なZrの炭化物が基地に独立して生成
し工具寿命を短くする。（Ｏ＋Ｎ）が0.012％を超
えると硫化物と共存せずに基地に独立して存在す
る酸化物あるいは窒化物が増大し、被削性および
機械的性質を劣化させるおそれがある。 Seは被削性および耐食性を向上させる。0.15％
を超えると靭性の低下が著しく、0.03％未満では
上記効果が小さい。 TeはSe同様に被削性および耐食性を向上させ
る。0.15％を超えると靭性の低下が著しく、0.05
％未満では上記効果が小さい。 Ca，Mgの効果はZr化合物のS′deに対する接種
作用を助け、S′deの形状、分布を均一にするとと
もにCaS，MgSの生成により圧延加工時における
硫化物の延伸性を抑えることにより、機械的異方
性を改善するものである。多すぎるとCa，Mgに
よる脱酸が過度に進行するため接種効果が得られ
なくなるので夫々0.010％以下とする。低すぎる
と上記効果が得られないので夫々0.001％以上と
する。 Se，Te，Ca，Mgは、いずれも蒸気圧が高い
ので、添加にあたつてはインジエクシヨン、合金
弾、出鋼時添加等の方法によるとともに、Ca，
Mgは活性でもあるため、事前の脱酸も重要であ
り、添加前の溶鋼中の酸素含有量を60ppmいか
に規制する。以下に本発明鋼の実施例を示す。表１に供試材の化学組成（すべてFe Bal）を
示す。また硫化物と共存するZr化合物の割合を表
２に示す。

【表】

【表】第１，２図（本発明鋼Ｃ）、第３，４図（従来
鋼Ａ）は本発明鋼、従来鋼の鋳造組織を示す顕微
鏡写真である。図より本発明鋼および従来鋼ともに硫化物の分
布はほぼ一様でありかつZr化合物が硫化物と共存
していることがわかる。しかし硫化物の寸度につ
いては本発明鋼の方が従来鋼に比べ著しく微細に
なつていることがわかる。これは、Alを添加す
ることによつて得られたZrの硫化物に対する接種
効果の増大によるものである。第５図および第６図は各々本発明鋼Ｃと従来鋼
Ａの鍛造比20の材料における硫化物の形態を示す
顕微鏡写真である。本発明鋼では硫化物が極めて小さく、形状、分
布も均一で被削性、鏡面仕上性に好ましい硫化物
形態となつている。表３に本発明鋼および従来鋼の焼入焼戻し（Ｈ
_RC32）における被切削性を、従来鋼Ａの被削性
を100として指数で示したものである。しかして
指数が大きいほぼ被削性が良いことを示すもので
ある。本発明鋼は被切削性に関し、従来鋼よりも明ら
かに優れていることがわかる。第７図および第８図イ，ロ，ハ，ニ、は、それ
ぞれ従来鋼Ａおよびと本発明鋼Ｃ，Ｄ，Ｅ、の切
削試験の仕上面あらさを示すグラフである。第
７，８図より本発明鋼の仕上面あらさは著しく改
善されていることがわかる。これらは、Alおよ
びZrの添加と（Ｏ＋Ｎ）％の制御により硫化物の
分布形状が均一であるだけでなく硫化物が著しく
微細になつたことに帰因している。

【表】

【表】表４は、本発明鋼の鏡面仕上性（耐ピツト性）
を従来鋼と対比したものである。試料は50mm□で
Ｈ_RC32に焼入焼戻しし時効処理後グラインダー
→ペーパー→ダイヤモンドコンパウンド方式にて
鏡面仕上を行い、10倍の拡大鏡を用いて微細なピ
ツト発生個数をカウントしたものである。

【表】本発明鋼は極めて優れた鏡面仕上性を備えてい
ることがわかる。これは、Alを添加することに
より（Ｏ＋Ｎ）濃度を下げ非金属介在物の絶対量
を低減したことと、先に述べたAl添加により硫
化物に対する接種剤ZrO₂およびZrNが微細化する
とともに硫化物も微細化したことによるものであ
る。以上に詳述したように本発明鋼は切削加工にお
いて極めて優れた仕上面を有し、鏡面仕上性に優
れることを最大の特色とするものであり、また被
削性の向上によりユーザーでの金型作成の効率化
を図ることができるとともに、内外均一な硫化物
の微細分布によつてシボ加工性、機械的性質の改
善がなされ、発錆等の懸念を要せず、強靭性で長
寿命を有する快削性プラスチツク成型プリハード
ン金型用鋼である。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明鋼Ｃの、第３，４図は従来
鋼Ａの鋳造組織を夫々示す金属組織の顕微鏡写
真、第５図は本発明鋼Ｃの、第６図は従来鋼Ａの
鍛造比20の場合の硫化物の形態を夫々示す金属組
織の顕微鏡写真、第７図は従来鋼Ａの、第８図イ
〜ハは本発明鋼Ｃ，Ｄ，Ｅの仕上面あらさを夫々
表わすグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比でC0.04〜0.30％、Si0.1〜1.5％、
Mn0.2〜2.0％、Cr0.1〜3.5％、Mo0.1〜3.0％、
Cu0.2〜3.0％、S0.05〜0.20％、Al0.05〜0.50％、
Zr0.005〜0.20％、（Ｏ＋Ｎ）0.007〜0.012％を含
み、さらにZrの化合物ZrO₂およびZrNの夫々70％
以上が硫化物と共存し、残部不可避的不純物およ
びFeよりなることを特徴とする被削性に優れた
プラスチツク成形プリハードン金型用鋼。２重量比でC0.04〜0.30％、Si0.1〜1.5％、
Mn0.2〜2.0％、Cr0.1〜3.5％、Mo0.1〜3.0％、
Cu0.2〜3.0％、S0.05〜0.20％、Al0.05〜0.50％、
Zr0.005〜0.20％、（Ｏ＋Ｎ）0.007〜0.012％およ
びSe0.05〜0.15％、Te0.05〜0.15％の１種または
２種を含有し、さらにZrの化合物ZrO₂およびZrN
の夫々70％以上が硫化物と共存し、残部不可避的
不純物およびFeよりなることを特徴とする被削
性に優れたプラスチツク成形プリハードン金型用
鋼。３重量比でC0.04〜0.30％、Si0.1〜1.5％、
Mn0.2〜2.0％、Cr0.1〜3.5％、Mo0.1〜3.0％、
Cu0.2〜3.0％、S0.05〜0.20％、Al0.05〜0.50％、
Zr0.005〜0.20％、（Ｏ＋Ｎ）0.007〜0.012％およ
びCa0.001〜0.010％、Mg0.001〜0.010％の１種ま
たは２種を含有し、さらにZrの化合物ZrO₂およ
びZrNの夫々70％以上が硫化物と共存し、残部不
可避的不純物およびFeよりなることを特徴とす
る被削性に優れたプラスチツク成形プリハードン
金型用鋼。