(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で（以下同じ）、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．２０〜０．３５％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１３％以下、Ｃｕ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．２０％以下、Ｃｒ：１．００〜３．００％、Ｍｏ：０．２０〜１．００％、ＶおよびＮｂのうちの１種または２種：０．０５〜０．３０％、ｓ−Ａｌ：０．０３％以下、Ｏ：０．００３％以下、Ｎ：０．０２０％以下ならびに介在物：０．１０％以下を含有し、残部が実質的にＦｅからなり、硬さが２７〜３７ＨＲＣであることを特徴とする耐ヒートチェック性に優れたダイカスト金型用プリハードン鋼。
【請求項２】
Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．２０〜０．３５％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１３％以下、Ｃｕ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．２０％以下、Ｃｒ：１．００〜３．００％、Ｍｏ：０．２０〜１．００％、ＶおよびＮｂのうちの１種または２種：０．０５〜０．３０％、ｓ−Ａｌ：０．０３％以下、Ｏ：０．００３％以下、Ｎ：０．０２０％以下、介在物：０．１０％以下ならびにＢ：０．０００２〜０．００２０％を含有し、残部が実質的にＦｅからなり、硬さが２７〜３７ＨＲＣであることを特徴とする耐ヒートチェック性に優れたダイカスト金型用プリハードン鋼。
【請求項３】
Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．２０〜０．３５％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１３％以下、Ｃｕ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．２０％以下、Ｃｒ：１．００〜３．００％、Ｍｏ：０．２０〜１．００％、ＶおよびＮｂのうちの１種または２種：０．０５〜０．３０％、ｓ−Ａｌ：０．０３％以下、Ｏ：０．００３％以下、Ｎ：０．０２０％以下ならびに介在物：０．１０％以下を含有し、更にＣａ：０．０００５〜０．０１０％、Ｓｅ：０．０１〜０．１５％、Ｔｅ：０．０１〜０．１５％およびＺｒ：０．００３〜０．２０％のうちの１種または２種以上を含有し、残部が実質的にＦｅからなり、硬さが２７〜３７ＨＲＣであることを特徴とする耐ヒートチェック性に優れたダイカスト金型用プリハードン鋼。
【請求項４】
Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．２０〜０．３５％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１３％以下、Ｃｕ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．２０％以下、Ｃｒ：１．００〜３．００％、Ｍｏ：０．２０〜１．００％、ＶおよびＮｂのうちの１種または２種：０．０５〜０．３０％、ｓ−Ａｌ：０．０３％以下、Ｏ：０．００３％以下、Ｎ：０．０２０％以下、介在物：０．１０％以下ならびにＢ：０．０００２〜０．００２０％を含有し、更にＣａ：０．０００５〜０．０１０％、Ｓｅ：０．０１〜０．１５％、Ｔｅ：０．０１〜０．１５％およびＺｒ：０．００３〜０．２０％のうちの１種または２種以上を含有し、残部が実質的にＦｅからなり、硬さが２７〜３７ＨＲＣであることを特徴とする耐ヒートチェック性に優れたダイカスト金型用プリハードン鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイカスト金型用プリハードン鋼、詳細には硬さが２７〜３７ＨＲＣであるダイカスト金型用プリハードン鋼である。
【０００２】
【従来の技術】
ダイカストに用いる金型は、通常鋼を機械加工および放電加工によって製造されているので、金型用鋼には、機械加工における被削性が優れていることが要求されている。さらに冷却と加熱が繰り返されるため、ヒートチェック性が優れていることが要求されている。また補修、設計変更、組み立て等において溶接される場合があるので、溶接性にも優れていること、硬さ、耐力、靱性等の金型に必要な一般的な性質が優れていること等も要求されている。
そのため、従来のダイカスト金型は、ＪＩＳのＳＫＤ６１の熱間ダイス鋼を金型の形状に加工後、焼入れおよび焼戻しをして使用されていた。
【０００３】
しかし、最近、ダイカスト製品は多様化し、一型当たりの生涯生産量が減る傾向にあり、これにあわせた金型のコストの低下および短期納入が要求されている。特に金型のコストの低下が強く求められた結果、金型の生涯生産量により金型用鋼を使い分けるようになってきた。
【０００４】
そのため、生涯生産量が少ない（２〜３万ショット）金型には、Ｃ：０．２０％、Ｓｉ：０．３０％、Ｍｎ：１．６０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％、Ｃｕ：０．２５％以下、Ｎｉ：０．２５％以下、Ｃｒ：２．３０％、Ｍｏ：０．４０、Ｖ：０．１０％および介在物０．２７０％を含有し、残部ＦｅからなるＣｒ−Ｍｏ鋼を焼入れ焼戻しして硬さを３３ＨＲＣ程度にしたプリハードン鋼が使用されるようになってきた。
しかし、このＣｒ−Ｍｏ鋼のプリハードン鋼を用いて作製した金型は、材料の被削性が優れており、また加工のみで後の焼入れ焼戻しを必要としないので、コストは低下するが、少量生産用の金型としても耐ヒートチェック性が悪く、金型寿命が短過ぎるという欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来のＣｒ−Ｍｏ鋼のプリハードン鋼と比較して被削性が大幅に低下することなく、耐ヒートチェック性を大幅に改善、すなわち金型寿命を大幅に長くすることができるダイカスト金型用プリハードン鋼を提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者らは、耐ヒートチェック性に優れたダイカスト金型用プリハードン鋼の成分組成について鋭意研究したところ、上記従来のＣｒ−Ｍｏ鋼のプリハードン鋼のＳ含有量を０．０１３％以下に下げるとともに、介在物含有量を０．１０％以下に下げると、被削性をそれほど大幅に低下することなく、耐ヒートチエック性を大幅に改善することができること、すなわち金型の寿命を大幅に長くすることができること等の知見を得た。
本発明は、これらの知見に基づいて発明をされたものである。
【０００７】
すなわち、本発明の耐ヒートチェック性に優れたダイカスト金型用プリハードン鋼においては、成分組成がＣ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．２０〜０．３５％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１３％以下、Ｃｕ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．２０％以下、Ｃｒ：１．００〜３．００％、Ｍｏ：０．２０〜１．００％、ＶおよびＮｂのうちの１種または２種：０．０５〜０．３０％、ｓ−Ａｌ：０．０３％以下、Ｏ：０．００３％以下、Ｎ：０．０２０％以下ならびに介在物：０．１０％以下を含有し、必要に応じて更にＣａ：０．０００５〜０．０１０％、Ｓｅ：０．０１〜０．１５％、Ｔｅ：０．０１〜０．１５％およびＺｒ：０．００３〜０．２０％のうちの１種または２種以上を含有し、残部が実質的にＦｅからなり、硬さが２７〜３７ＨＲＣであるものとすることである。
【０００８】
また、本発明の耐ヒートチェック性に優れたダイカスト金型用プリハードン鋼においては、成分組成がＣ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．２０〜０．３５％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１３％以下、Ｃｕ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．２０％以下、Ｃｒ：１．００〜３．００％、Ｍｏ：０．２０〜１．００％、ＶおよびＮｂのうちの１種または２種：０．０５〜０．３０％、ｓ−Ａｌ：０．０３％以下、Ｏ：０．００３％以下、Ｎ：０．０２０％以下、介在物：０．１０％以下ならびにＢ：０．０００２〜０．００２０％を含有し、必要に応じて更にＣａ：０．０００５〜０．０１０％、Ｓｅ：０．０１〜０．１５％、Ｔｅ：０．０１〜０．１５％およびＺｒ：０．００３〜０．２０％のうちの１種または２種以上を含有し、残部が実質的にＦｅからなり、硬さが２７〜３７ＨＲＣであるものとすることである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の耐ヒートチェック性に優れたダイカスト金型用プリハードン鋼の成分およびその含有量を上記のように特定した理由を説明する。
Ｃ：０．１０〜０．３０％
Ｃは、焼入れ焼戻し後に必要な硬さを得るために含有させる元素である。その効果を得るためには０．１０％、好ましくは０．１６％より多く含有させる必要があるが、０．３０％、好ましくは０．２０％を超えると溶接割れ感受性が高くなり、また硬さが高くなり過ぎて図１に示すように被削性を低下させるので、その含有量を０．１０〜０．３０％とする。好ましい含有量は０．１６〜０．２０％である。
【００１０】
Ｓｉ：０．２０〜０．３５％
Ｓｉは、鋼の製造時に脱酸剤として、また焼入性および被削性を高くするために含有させる元素である。それらの効果を得るためには０．２０％以上含有させる必要があるが、０．３５％、好ましくは０．３０％を超えると溶接割れ感受性が高くなり、また図２に示すようにヒートチェック性も低下させるので、その含有量を０．２０〜０．３５％とする。好ましい含有量は０．２０〜０．３０％である。
【００１１】
Ｍｎ：０．５０〜２．００％
Ｍｎは、鋼の製造時に脱酸剤として、さらに焼入性を高くするとともに、ＭｎＳを形成して被削性を向上し、また溶接時の母材側の硬さを低くして溶接割れを抑えるために含有させる元素である。それらの効果を得るためには０．５０％以上、好ましくは１．２０％以上含有させる必要があるが、２．００％を超えると被削性を低下させるので、その含有量を０．５０〜２．００％とする。好ましい含有量は１．２０〜２．００％である。
Ｐ：０．０２０％以下
Ｐは、鋼の靱性および溶接性を低下させるので少ないほう好ましいが、０．０２０％以下であれば、靱性および溶接性に与える影響が小さいので、その含有量を０．０２０％以下とする。
【００１２】
Ｓ：０．０１３％以下
Ｓは、微量でも、好ましくは０．００３％以上含有すると被削性を向上させるが、多くなると図３に示すようにヒートチェック性を低下させるので、その含有量を０．０１３％以下とする。好ましい含有量は０．００３〜０．０１３％である。
Ｃｕ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．２０％以下
ＣｕおよびＮｉは、本発明のダイカスト金型用プリハードン鋼に必要な元素ではない。そのため、原料から混入する不純物のＣｕ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．２０％以下とする。
【００１３】
Ｃｒ：１．００〜３．００％
Ｃｒは、焼入性を高くするために含有させる元素である。その効果を得るためには１．００％以上、好ましくは１．６０％以上含有させる必要があるが、３．００％、好ましくは２．２０％を超えると被削性、溶接性および熱間加工性を低下させるとともに、コストを高くするので、その含有量を１．００〜３．００％とする。好ましい含有量は１．６０〜２．２０％である。
【００１４】
Ｍｏ：０．２０〜１．００％
Ｍｏは、焼入性を高くするとともに、６００℃以上での焼戻し軟化抵抗性を確保するために含有させる元素である。それらの効果を得るためには０．２０％以上、好ましくは０．３０％以上含有させる必要があるが、１．００％、好ましくは０．５０％を超えると被削性を低下させるとともに、コストを高くするので、その含有量を０．２０〜１．００％とする。好ましい含有量は０．３０〜０．５０％である。
【００１５】
ＶおよびＮｂのうちの１種または２種：０．０５〜０．３０％
ＶおよびＮｂは、焼戻し軟化抵抗性を確保するとともに、結晶粒を微細化させるために含有させる元素である。それらの効果を得るためには０．０５％以上、好ましくは０．０８％以上含有させる必要があるが、０．３０％、好ましくは０．１５％を超えると被削性および靱性を低下させるとともに、コストを高くするので、その含有量を０．０５〜０．３０％とする。好ましい含有量は０．０８〜０．１５％である。
【００１６】
ｓ−Ａｌ：０．０３％以下
Ａｌは、脱酸剤として添加する元素であるが、その脱酸生成物のＡｌ２Ｏ３  が被削性を低下させるので、その含有量を０．０３％以下とする。
Ｏ：０．００３％以下
Ｏは、不純物であり、脱酸剤として添加するＡｌと化合し生成するＡｌ２Ｏ３  が被削性を低下させるので、その含有量を０．００３％以下とする。
【００１７】
Ｎ：０．０２０％以下
Ｎは、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｌ等と結合して炭窒化物を生成し、被削性を低下させるので、その含有量を０．０２０％以下とする。
介在物：０．１０％以下
介在物は、酸化物、炭窒化物等である。この介在物は、多くなると図４に示すように耐ヒートチェック性が悪くなるが、０．１０％以下にすると耐ヒートチェック性が上記従来のＣｒ−Ｍｏ鋼のプリハードン鋼のような介在物量が多い鋼と比較して大幅に改善されるので、その含有量を０．１０％以下とする。
【００１８】
Ｂ：０．０００２〜０．００２０％
Ｂは、大型のダイカスト金型に用いる大きな鋼材等の焼入性を高めるために含有させる元素である。その効果を得るためには０．０００２％以上含有させる必要があるが、０．００２０％を超えると焼入性を高める効果が飽和し、かつ溶接割れ感受性を低下させるので、その含有量を０．０００２〜０．００２０％とする。
【００１９】
Ｃａ：０．０００５〜０．０１０％、Ｓｅ：０．０１〜０．１５％
Ｔｅ：０．０１〜０．１５％、Ｚｒ：０．００３〜０．２０％
Ｃａ、Ｓｅ、ＴｅおよびＺｒは、被削性を向上させるとともに、硫化物（ＭｎＳ）を球状化させて靱性を等方性にするために含有させる元素である。それらの効果を得るためにはＣａを０．０００５％以上、ＳｅおよびＴｅを０．０１以上ならびにＺｒを０．００３％以上含有させる必要があるが、Ｃａが０．０１０％、ＳｅおよびＴｅが０．１５％ならびにＺｒが０．２０％を超えると、靱性、硬さ、熱間加工性および耐ヒートチェック性を低下させるので、それらの含有量を上記のとおりとする。
【００２０】
次に、硬さを２７〜３７ＨＲＣに特定する理由を説明する。
硬さを２７ＨＲＣ以上にするのは、ダイカスト金型として必要な強度を確保するためである。また硬さを３７ＨＲＣ以下にするのは、被削性を確保するためである。硬さが３７ＨＲＣより高くなると被削性が低下して切削加工の能率が低下し、金型のコストを上昇させるからである。
【００２１】
次に、本発明の耐ヒートチェック性に優れたダイカスト金型用プリハードン鋼の製造方法について説明をする。
本発明の耐ヒートチェック性に優れたダイカスト金型用プリハードン鋼は、真空誘導溶解炉、アーク式電気炉、再溶解炉（ＥＳＲ、ＶＡＲ）等を用いてこの種の鋼と同じ方法で溶製し、普通の方法で鋳塊、連続鋳造片とし、分塊鍛造または分塊圧延、鍛造または圧延などによって鋼材とし、その後８５０〜９５０℃付近で適正時間加熱した後空冷して焼入れをし、５５０〜６５０℃付近で適正時間加熱した後空冷して焼戻しをすること等によって製造することができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１
下記表１に示す本発明例および比較例のダイカスト金型用プリハードン鋼を真空脱ガス溶解炉で溶製し、造塊した後、インゴットを鍛造し、その後約９５０℃から空冷して焼入れをした後、６００℃で７時間加熱後空冷して焼戻しをして４００ｍｍ×１０００ｍｍ×１７００ｍｍの鋼材を製造した。この鋼材から試験片を切り出し、ロックウエル硬さを測定するとともに、下記方法で耐ヒートチェック性および被削性を測定した。その結果を下記表２に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
耐ヒートチェック性
耐ヒートチェックは、試験片を２０℃から７００℃に加熱し、その後７００℃から２０℃に冷却することを１，０００回繰り返したときのヒートチェックの最大クラック深さで示した。
被削性
被削性は、回転数１３３ｒｐｍ、送り速度４００ｍｍ／ｍｉｎ、周速度１５８ｍ／ｍｉｎ、切り込み３ｍｍおよび切削油なしの条件で縦フライス加工機による連続切削加工によって行い、刃の摩耗が０．２ｍｍになるまでの切削距離を測定した。
介在物量
介在物量は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５５（１９７７）    鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方法  により測定した。
【００２５】
【表２】
0003570712.tif 000003
【００２６】
実施例２
下記表３に示すようにＣ、ＳｉまたはＳの含有量を変更し、他の成分組成を一定にした本発明例および比較例のダイカスト金型用プリハードン鋼を上記実施例１と同様に真空脱ガス溶解炉で溶製し、造塊した後、インゴットを鍛造し、その後約９５０℃から空冷して焼入れをし、その後硬さが３２ＨＲＣになるように６００℃付近から空冷する焼戻しをして４００ｍｍ×１０００ｍｍ×１７００ｍｍの鋼材を製造した。この鋼材から試験片を切り出し、上記方法で、介在物量、耐ヒートチェック性および被削性を測定した。その結果を下記表３および図１〜図４に示す。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
表２の結果によると、本発明例は、耐ヒートチェック性を表す最大クラック深さが１９９〜３８６μｍであり、被削性を示す工具寿命が１８，４１０〜２３，９７０ｍｍであった。
これに対して、本発明よりＳおよび介在物の含有量が多い上記従来のＣｒ−Ｍｏ鋼のプリハードン鋼である比較例１は、被削性を示す工具寿命が本発明例よりやや優れているが、耐ヒートチェック性を表す最大クラック深さが本発明例の４．７倍以上であり、型寿命実績も本発明例  Ｎｏ．３の２分の１であった。
【００２９】
さらに、本発明よりＣ、Ｓｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＶの含有量が多いが、硬さを本発明と同様にした比較例２は、耐ヒートチェック性を表す最大クラック深さおよび型寿命実績が本発明例よりやや優れているが、被削性を示す工具寿命が本発明例の１２分の１以下であった。
また、本発明よりＣ、Ｓｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＶの含有量が多く、また硬さも本発明より高くした比較例３は、耐ヒートチェック性を表す最大クラック深さおよび型寿命実績が本発明例より優れていたが、被削性を示す工具寿命が本発明例の３５分の１以下であった。
なお、比較例２および３は、ダイカスト金型用鋼として普通に用いられているＪＩＳのＳＫＤ６１の成分組成と同じである。
【００３０】
表３および図１の結果によると、Ｃ含有量は、被削性の観点から０．３０％以下が適当であることが分かる。
さらに、表３および図２の結果によると、Ｓｉ含有量は、耐ヒートチェック性の観点から０．３５％以下が適当であり、また被削性の観点から０．２０％以上が適当であることが分かる。
また、表３および図３の結果によると、Ｓ含有量は、耐ヒートチェック性の観点から０．０１３％以下が適当であり、また被削性の観点から０．００３％以上が好ましいことが分かる。
また、表３および図４の結果によると、介在物含有量は、耐ヒートチェック性の観点から０．１０％以下が好ましいことが分かる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のダイカスト金型用プリハードン鋼は、上記構成にしたことにより、従来の上記Ｃｒ−Ｍｏ鋼のプリハードン鋼と比較すると、被削性がやや低下しているが、耐ヒートチエック性が大幅に改善されるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｃ含有量と最大クラック深さおよび工具寿命の関係を示すグラフである。
【図２】Ｓｉ含有量と最大クラック深さおよび工具寿命の関係を示すグラフである。
【図３】Ｓ含有量と最大クラック深さおよび工具寿命の関係を示すグラフである。
【図４】介在物含有量と最大クラック深さの関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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