(57)【要約】  ｍａｓｓ％でＮｉ；５〜１０％、Ｓｉ；０．５〜５％、Ｍｎ；０．０１〜１％、Ｃ；０．２〜２％、Ｃｒ；１〜１０％を含有し、所望により更にＣｒ；１〜１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋳鋼材であって、マルテンサイト変態完了温度（Ｍｆ点）が氷点下である、湿潤環境下における耐食性が改善され各種金型や機械部品等にも好適な鋳鋼材。
2010098256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケルＮｉ；５〜１０mass％、クロムＣｒ；１〜１０mass％、珪素Ｓｉ；０．５〜５mass％、マンガンＭｎ；０．０１〜１mass％、炭素Ｃ；０．２〜２mass％、残部が鉄Ｆｅおよび不可避不純物から構成され、マルテンサイト変態完了温度（Ｍｆ点）が氷点下であることを特徴とするマルテンサイト鋳鋼材。
【請求項２】
ニッケルＮｉ；５〜１０mass％、クロムＣｒ；１〜１０mass％、珪素Ｓｉ；０．５〜５mass％、マンガンＭｎ；０．０１〜１mass％、バナジウムＶ；０．１〜５mass％、炭素Ｃ；０．２〜２mass％、残部が鉄Ｆｅおよび不可避不純物から構成され、マルテンサイト変態完了温度（Ｍｆ点）が氷点下であることを特徴とするマルテンサイト鋳鋼材。
【請求項３】
前記マルテンサイト変態が、サブゼロ処理のみで完了する特性を有することを特徴とする、請求項１又は２のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材。
【請求項４】
前記サブゼロ処理温度が０℃〜−２００℃の温度範囲であり、ロックウェル硬さＣスケールで２０〜６０ＨＲＣの鋳放し鋳鋼材から、前記サブゼロ処理によって４５〜６５ＨＲＣの硬さに変化する特性を有することを特徴とする、請求項３記載のマルテンサイト鋳鋼材。
【請求項５】
サブゼロ処理後に行われる焼戻し処理により４０〜６０ＨＲＣの範囲の所望硬さとなるように調整可能である特性を有することを特徴とする、請求項４に記載のマルテンサイト鋳鋼材。
【請求項６】
サブゼロ処理の施された鋳鋼材を加工して所望の形状とした後、該加工品における窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中で焼戻し処理を行うことにより、製品表面を７００〜１２００ＨＶの範囲の所望硬さとなるように調整可能である特性を有することを特徴とする、請求項４に記載のマルテンサイト鋳鋼材。
【請求項７】
請求項１又は２のいずれかに記載の成分に調整された原材料を溶解し、製品に近い形状に鋳造し、得られた鋳造品に対して仕上げ加工を施し、該仕上げ加工の施された鋳造品に対して温度０℃〜−２００℃のサブゼロ処理を施し、その後、所要温度により焼戻し処理を行うことを特徴とする、マルテンサイト鋳鋼品の製造方法。
【請求項８】
請求項１又は２のいずれかに記載の成分に調整された原材料を溶解し、得られた鋳鋼材インゴットに対して温度０℃〜−２００℃のサブゼロ処理を施し、その後、所要温度で焼戻し処理を行い、該焼戻しされた鋳鋼材を加工して所望の製品を得ることを特徴とする、マルテンサイト鋳鋼品の製造方法。
【請求項９】
請求項１又は２のいずれかに記載の成分に調整された原材料を溶解し、得られた鋳鋼材インゴットに対して温度０℃〜−２００℃のサブゼロ処理を施し、該サブゼロ処理された鋳鋼材を加工して所望の形状とした後、該加工品における窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中での焼戻し処理を行うことにより所望の製品を得ることを特徴とする、マルテンサイト鋳鋼品の製造方法。
【請求項１０】
前記サブゼロ処理温度が、−５０℃以下に設定されることを特徴とする、請求項７又は８のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼品の製造方法。
【請求項１１】
前記焼戻し処理温度が、１００℃〜７００℃の温度範囲内で、製品の種類、所要特性等に応じて選定されることを特徴とする、請求項７又は８のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼品の製造方法。
【請求項１２】
前記窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中での焼戻し処理温度が、４００℃〜６００℃の温度範囲内で、製品の種類、所要特性等に応じて選定されることを特徴とする、請求項９に記載のマルテンサイト鋳鋼品の製造方法。
【請求項１３】
請求項１ないし６のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材を溶解し、仕上げ品に近似する形状として鋳込まれ、−５０℃以下のサブゼロ処理の後に仕上げ機械加工を行い、その後に窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中で焼戻し処理を行うことにより、仕上げ品表面の硬さが７００ＨＶ〜１２００ＨＶに調整されることを特徴とする、鋼板プレス加工時に使用されるロケートピン。
【請求項１４】
請求項１ないし６のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材を溶解して、所望形状の鋳型により金型を鋳造する際に、キャビティ全面に対して温度ムラを生じさせない所望形状の金属製温調管を鋳型内に予め配置して同時に鋳込んだ後に、−５０℃以下のサブゼロ処理ならびに焼戻し処理を行うことにより所望の硬さが得られることを特徴とする、温調管付きプラスチック成形用金型。
【請求項１５】
請求項１ないし６のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材を溶解して、所望形状の鋳型により金型を鋳造する際に、キャビティ全面に対して温度ムラを生じさせない所望形状の金属製温調管を鋳型内に予め配置して同時に鋳込んだ後に、−５０℃以下のサブゼロ処理ならびに焼戻し処理を行うことにより所望の硬さが得られることを特徴とする、温調管付きアルミニウムダイカスト用金型。
【請求項１６】
請求項１ないし６のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材を溶解して、仕上げ品に近似する形状として鋳込まれる際に、所望形状の溶融樹脂流路および所望形状の金属製温調管を鋳型内に予め配置して同時に鋳込んだ後に、−５０℃以下のサブゼロ処理ならびに焼戻し処理を行うことにより所望の硬さが得られることを特徴とする、樹脂流路および温調管付きホットランナー用マニホールドブロック。
【請求項１７】
請求項１ないし６のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材を溶解し、仕上げ品に近似する形状として鋳込まれ、−５０℃以下のサブゼロ処理の後に仕上げ機械加工を行い、その後に窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中で焼戻し処理を行うことにより、仕上げ品表面の硬さが７００ＨＶ〜１２００ＨＶに調整されることを特徴とする、滑り軸受け。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼入れ鋼やプリハードン鋼に匹敵する硬さを有し、湿潤環境下における耐食性にも優れた特性を発揮する安価なマルテンサイト鋳鋼材ならびにマルテンサイト鋳鋼品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種装置類及び機械類等の構成材、構造材、可動部材等には靭性を高めた鋳鉄や鋳鋼材等の素材が広く用いられる。例えば、高い精度が要求される精密装置類の架台、支持材、駆動部構成材、鋳造用金型、プラスチック類の射出成形用金型、アルミダイカスト用金型等にあっては、熱膨張係数の低い安定した特性の鋳鋼材が必要となる。特に、寒冷地や高温地域で使用される精密装置類では、熱膨張の影響を最小限に止めることが要求される。そのためには、少なくとも部分的にマルテンサイト変態を経た材料が求められている。【０００３】
このような技術的要求に応えるために、特許文献１は、耐摩耗性および耐食性に優れていてシリンダライナとしての用途に適する鋳鉄を開示している。この鋳鉄はりん（Ｐ）およびホウ素（Ｂ）を高濃度で含有させ、硬化相（ステダイト組織）を分散させることにより目的を達成している。しかし、この材料がマルテンサイト化されることはなく、十分な硬さ、例えば３０ＨＲＣ以上であるような十分な硬さを得ることは困難であるものと解される。特許文献２は、高温かつ腐食性ガス雰囲気下において優れた耐熱性ならびに耐食性を発現し、さらに耐摩耗性にも優れた鋳鉄を開示している。この材料はクロムＣｒを３０〜５０mass％のように多く含んでおり、非常に硬く、そして脆い性質を持っている。この文献２の記述によれば、焼却炉の火格子を用例としており、機械類の構成部品や金型を形成するための素材としては適していない。なお、この母材の硬さを高めるには、従来から慣用の高温熱処理（焼入れ）が必要となる。【０００４】
特許文献３の記載によれば、ニッケルＮｉ、マンガンＭｎ、珪素Ｓｉ、炭素Ｃを所定割合で含み、残部が鉄Ｆｅおよび不可避不純物からなり、マルテンサイト変態開始温度が室温付近にありマルテンサイト変態完了温度が氷点下であるマルテンサイト鋳造材を開示し、さらに、このようなマルテンサイト鋳造材を溶解して最終製品に近い形状の鋳造品を作製する製造方法を開示している。このように作製された鋳造品に対して０℃〜−２００℃によるサブゼロ（深冷）処理を施し、その後所要温度による焼戻し処理を行い、用途に応じてサブゼロ処理前または焼戻し処理後仕上げ処理を行うマルテンサイト鋳造品の製造方法を開示している。このように形成されるマルテンサイト鋳造品はサブゼロ処理のみで硬度を高めることができ、エレベータ用シーブや各種産業機械用ホイール等の用途に適する素材である。しかし、湿潤環境下における使用にも適するような耐食性に関して改良の余地があった。一方、鉄系素材にクロムＣｒを添加すると耐食性の改善に有効であることは認識されていた。しかし、鋳鉄や鋳鋼材料にクロムを添加すると、硬くて脆い炭化物が発生するため、機械類の構造材としての重要な特性、例えば延性、靭性等を損なう虞があり実用化されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２０６９８６号公報
【特許文献２】特開２００４−２７０００２号公報
【特許文献３】特開２００６−１０４５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、本出願人にかかる上述の先行特許文献３によって得られるマルテンサイト鋳造材及びマルテンサイト鋳造品において問題視されていた湿潤環境下における耐食性を改善し、射出成形用金型、プレス金型、アルミニウムダイカスト用金型等にも適用可能なマルテンサイト鋳鋼材ならびにマルテンサイト鋳鋼品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、ニッケルＮｉ；５〜１０mass％、クロムＣｒ；１〜１０mass％、珪素Ｓｉ；０．５〜５mass％、マンガンＭｎ；０．０１〜１mass％、炭素Ｃ；０．２〜２mass％、残部が鉄Ｆｅおよび不可避不純物から構成され、マルテンサイト変態完了温度（Ｍｆ点）が氷点下であるマルテンサイト鋳鋼材であることを特徴とする。さらに請求項２に記載するように、このようなマルテンサイト鋳鋼材に対してバナジウムＶ；０．１〜５mass％を含有せしめたマルテンサイト鋳鋼材であることを特徴とする。このような鋳鋼材は、請求項３に記載するように、マルテンサイト変態がサブゼロ（深冷）処理のみによって完了する特性を有することを特徴とする。【０００８】
請求項４に記載の発明は、前記サブゼロ処理温度が０℃〜−２００℃の温度範囲であり、ロックウェル硬さＣスケールで２０〜６０ＨＲＣの鋳放し鋳鋼材から、前記サブゼロ処理によって４５〜６５ＨＲＣの硬さに変化する特性を有することを特徴とする。このようにして得られるマルテンサイト鋳鋼材は、請求項５に記述するように、サブゼロ処理後に行われる焼戻し処理により４０〜６０ＨＲＣの範囲の所望硬さとなるように調整可能である特性を有するものである。【０００９】
請求項６に記載の発明は、サブゼロ処理された鋳鋼材を加工して所望の形状とした後、該加工品における窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中で焼戻し処理を行うことにより、製品表面を７００〜１２００ＨＶの範囲の所望硬さとなるように調整可能である特性を有するマルテンサイト鋳鋼材であることを特徴とする。【００１０】
請求項７に記載の発明は、上述のような成分に調整された原材料を溶解し、製品に近い形状に鋳造し、得られた鋳造品に対して仕上げ加工を施し、該仕上げ加工の施された鋳造品に対して温度０℃〜−２００℃のサブゼロ処理を施し、その後、所要温度で焼戻し処理を行うマルテンサイト鋳鋼品の製造方法であることを特徴とする。また、請求項8に記載の発明は、上述のような成分に調整された原材料を溶解し、得られた鋳鋼材インゴットに対して温度０℃〜−２００℃のサブゼロ処理を施し、その後、所要温度で焼戻し処理を行い、該焼戻しされた鋳鋼材を加工して所望の製品を得るマルテンサイト鋳鋼品の製造方法であることを特徴とする。【００１１】
さらに、請求項９に記載の発明は、上述のような成分に調整された原材料を溶解し、得られた鋳鋼材インゴットに対して温度０℃〜−２００℃のサブゼロ処理を施し、該サブゼロ処理された鋳鋼材を加工して所望の形状とした後、該加工品における窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中での焼戻し処理を行うことにより、所望の製品を得るマルテンサイト鋳鋼品の製造方法であることを特徴とする。【００１２】
請求項７または８のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼品の製造方法において、請求項１０に記載の発明は前記サブゼロ処理温度が−５０℃以下に設定されることを特徴とし、また、請求項１１に記載の発明は前記焼戻し処理温度が１００℃〜７００℃の温度範囲内において製品の種類、所要特性等に応じて選定されることを特徴とする。さらに、請求項１２に記載の発明は、請求項９に記載のマルテンサイト鋳鋼品の製造方法において、前記窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中での焼戻し温度が４００℃〜６００℃の温度範囲内において、製品の種類、所要特性等に応じて選定されることを特徴とする。【００１３】
請求項１３に記載の発明は、上述のマルテンサイト鋳鋼材を溶解し、仕上げ品に近似する形状として鋳込まれ、−５０℃以下のサブゼロ処理の後に仕上げ機械加工を行い、その後に窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中で焼戻し処理を行うことにより、仕上げ品表面の硬さが７００ＨＶ〜１２００ＨＶに調整される鋼板プレス加工時に使用されるロケートピンであることを特徴とする。【００１４】
請求項１４に記載の発明は、上述のマルテンサイト鋳鋼材を溶解して、所望形状の鋳型により金型を鋳造する際に、キャビティ全面に対して温度ムラを生じさせない所望形状の金属製温調管を鋳型内に予め配置して同時に鋳込んだ後に、−５０℃以下のサブゼロ処理ならびに焼戻し処理を行うことにより所望の硬さが得られる、温調管付きプラスチック成形用金型であることを特徴とする。また、請求項１５に記載の発明は、上述のマルテンサイト鋳鋼材を溶解して、所望形状の鋳型により金型を鋳造する際に、キャビティ全面に対して温度ムラを生じさせない所望形状の金属製温調管を鋳型内に予め配置して同時に鋳込んだ後に、−５０℃以下のサブゼロ処理ならびに焼戻し処理を行うことにより所望の硬さが得られる、温調管付きアルミニウムダイカスト用金型であることを特徴とする。【００１５】
請求項１６に記載の発明は、上述のマルテンサイト鋳鋼材を溶解して、仕上げ品に近似する形状として鋳込まれる際に、所望形状の溶融樹脂流路および所望形状の金属製温調管を鋳型内に予め配置して同時に鋳込んだ後に、−５０℃以下のサブゼロ処理ならびに焼戻し処理を行うことにより所望の硬さが得られる、樹脂流路および温調管付きホットランナー用マニホールドブロックであることを特徴とする。【００１６】
請求項１７に記載の発明は、上述のマルテンサイト鋳鋼材を溶解し、仕上げ品に近似する形状として鋳込まれ、−５０℃以下のサブゼロ処理の後に仕上げ機械加工を行い、その後に窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中で焼戻し処理を行うことにより、仕上げ品表面の硬さが７００ＨＶ〜１２００ＨＶに調整される、滑り軸受けであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により特定された成分比によって得られるマルテンサイト鋳鋼材は、従来の手法によって必須とされていた高温加熱による焼入れ処理を経ずに、０℃以下の温度で行われるサブゼロ処理のみによりマルテンサイト組織への変態が可能である。サブゼロ処理によるマルテンサイト変態は、処理温度にのみ依存し、保持時間とは直接関係しないものと解され、対象物の実態温度がマルテンサイト変態完了温度（Ｍｆ点）以下になっていればそれ以上の変態進行はない。また、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材にあっては所要量のクロムＣｒが添加されているが、添加量を十分に検討した結果、硬くて脆い炭化物の発生が抑制されており、機械類の構成材料として重要な特性、例えば延性、靭性等の低下を齎すこと無しに、特に湿潤環境下における耐食性が大幅に改善されている。【００１８】
マルテンサイト変態は、対象となる鋳鋼品がＭｆ点に達すれば完了することになり、鋳鋼品の肉厚の差や冷却速度の差等による硬さのばらつきはほとんど生じない。したがって、予め予想される形状および寸法に近似する形状として鋳込んだ後の簡潔な仕上げ加工によって仕上げ品形状とする、いわゆるニアネットシェイプ造形が適用可能である。したがって、軽微な仕上げ処理によって所望の製品が得られることになり、工程数削減ならびに製品歩留まりの向上等の観点から有利である。また、８００℃〜１２００℃のような高温度による焼入れ処理が不要となることから大幅な省エネルギー効果が期待できる。このような焼入れのための高温加熱に要するエネルギーは、特に大形部材を大量に製造するようなケースにあっては膨大なものとなるため、本発明が省エネルギーに資する効果は大きい。化石燃料消費量低減が実現される結果、地球温暖化の元凶とされる二酸化炭素排出量削減にも大きく寄与することが期待される。【００１９】
従来からの高温加熱による焼入れ処理は、製品に対して予測を超える熱歪や熱変形をもたらす可能性が大であり、焼入れ処理後における大幅な仕上げ加工や追加修正が必要となる可能性が高かった。しかし、本発明で採用するサブゼロ処理にあっては、このような不都合はほとんど生じない。そのため、鋳造および仕上げ加工をした後にサブゼロ処理によりマルテンサイト変態が完了するから、その後の修正加工は不要であるかまたは極めて軽微な作業で足り、工程数および所要工数の削減、ひいては製造コストの大幅な削減が可能となる。なお、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材は、マルテンサイト変態させた後焼き戻しを行ない、必要な加工を行うことも可能である。【００２０】
本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材により焼き戻し処理後に加工を行う「処理後加工」の用途例として、銅合金のプレートや摺動部に用いられるウェアプレート、半導体ウェハ研磨用ラップ板、挟み、ニッパー、剃刀刃、包丁・ナイフ等汎用刃物、シュレッダー・裁断機等の事務用機械刃物、リード線用カッター、プラスチックストランド切断加工用ペレタイザー回転刃、粉砕機・紙加工機等の産業用機械の刃物、射出成形用金型、土木・建設機械部品、水車・ポンプ等流体機械のインペラやランナー等が挙げられる。【００２１】
また、サブゼロ処理以前に加工を行う「処理前加工」の用途例を挙げれば、プレス用金型、射出成形用金型、アルミダイカスト用金型、所定レベル以上の硬さや精度が要求される治具類、歯車類、車両用足回り部品やシャフト等の鍛造製品、軌条走行車両用の部品、アイボルト、工作機械のベッド及び摺動部材、精米機や脱穀機等農業用機械器具類の部品、建設機械類の爪部および切削部等、草刈機、除雪機等の刃または固定刃、無限軌道（キャタピラ）用部品などに応用することができる。【００２２】
また、保護管付き電熱ヒーター、各種センサ類、温度調節配管等の所要部材を鋳包む用途としては、プラスチックの溶融混練用押出機のバレル、スクリュー、加熱または冷却により精確な温度制御を必要とする射出成形用金型等に利用可能である。さらに、直管はもとより、曲折した温度調節用配管を鋳込む用途としては、黒体炉、ＰＶＤ・ＣＶＤ・ドライエッチング・ウエットエッチング等の炉体、プラズマ発生装置、半導体加工装置用炉体、半導体マスク製造用ステッパー、アライナー、精密加工装置の摺動面の精密温度調節機構、シリンダライナー、エンジンブロックなどの各種エンジン部品の温調配管または潤滑油配管等がある。これらの冷却、温度調節、潤滑等の各種配管が容易に鋳込めることから、製造および加工の各工程において、大幅な工数低減、歩留まりの向上、使用エネルギーの節減が可能となる効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るマルテンサイト鋳鋼品の製造方法の主要工程を示すフロー図である。
【図２】マルテンサイト鋳鋼品へのニッケル配合量の変化に伴うサブゼロ処理温度とロックウェル硬さの関係を示すグラフである。
【図３】マルテンサイト鋳鋼品へのクロム配合量の変化に伴うサブゼロ処理温度とロックウェル硬さの関係を示すグラフである。
【図４】マルテンサイト鋳鋼品への珪素配合量の変化に伴うサブゼロ処理温度とロックウェル硬さの関係を示すグラフである。
【図５】マルテンサイト鋳鋼品への炭素配合量の変化に伴うサブゼロ処理温度とロックウェル硬さの関係を示すグラフである。
【図６】マルテンサイト鋳鋼品へのバナジウム配合量の変化に伴うサブゼロ処理温度とロックウェル硬さの関係を示すグラフである。
【図７】マルテンサイト鋳鋼品へのニッケル配合量の変化に伴う焼戻し処理温度とロックウェル硬さの関係を示すグラフである。
【図８】マルテンサイト鋳鋼品へのクロム配合量の変化に伴う焼戻し処理温度とロックウェル硬さの関係を示すグラフである。
【図９】マルテンサイト鋳鋼品への珪素配合量の変化に伴う焼戻し処理温度とロックウェル硬さの関係を示すグラフである。
【図１０】マルテンサイト鋳鋼品への炭素配合量の変化に伴う焼戻し処理温度とロックウェル硬さの関係を示すグラフである。
【図１１】マルテンサイト鋳鋼品へのバナジウム配合量の変化に伴う焼戻し処理温度とロックウェル硬さの関係を示すグラフである。
【図１２】市販の金型用鋼材Ａ及び市販の金型用ステンレス鋼材Ｂに対する水道水流水による腐食試験結果を示す鋼材表面写真である。
【図１３】クロム配合量を２％及び３％とした本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材に対する水道水流水による腐食試験結果を示す鋳鋼材表面写真である。
【図１４】市販の金型用ステンレス鋼材Ｂの表面に生成した酸化皮膜のＸＰＳによる分析結果を示す図である。
【図１５】クロム配合量を２％とした本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材の表面に生成した酸化皮膜のＸＰＳによる分析結果を示す図である。
【図１６】本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材（開発材）と市販の金型用鋼材Ａとの摩耗試験による摩耗痕幅の変化を示すグラフである。
【図１７】本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材（開発材）と市販の金型用鋼材Ａとの摩耗試験による摩耗量の変化を示すグラフである。
【図１８】本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材（窒化処理済み）と市販の金型用ステンレス鋼材Ｂとの硬さ分布の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材の内容および特性、並びにこのようなマルテンサイト鋳鋼品の製造方法について開示する。本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材は、図１に示すフロー図におけるステップＳ１のように、原材料の成分調整および溶解が行われる。組成比は、ニッケルＮｉ；５〜１０mass％、好ましくは５〜９mass％、クロムＣｒ；１〜１０mass％、好ましくは２〜８mass％、珪素Ｓｉ；０．５〜５mass％、好ましくは１〜２．５mass％、マンガンＭｎ；０．０１〜１mass％、好ましくは０．０５〜０．５mass％、炭素Ｃ；０．２〜２mass％、好ましくは０．３〜０．８mass％、残部が鉄Ｆｅとなるように成分調整したもの（請求項１に対応）、さらにこれらに対してバナジウムＶ；０．１〜２mass％を加えたもの（請求項２に対応）とし、例えば高周波誘導炉等の周知の溶解装置により溶解する（ステップＳ１）。
【００２５】
このように成分調整および溶解工程を経て得られる溶湯は、予め用意されているインゴット用鋳型に所定量注湯され、鋳放しにおいて２０〜６０ＨＲＣの鋳鋼材が得られる（ステップＳ２）。得られた鋳鋼材に対しては、いずれかの段階で、硬さを高めるためのサブゼロ処理、並びに最終製品において好ましい硬さにするための焼戻し処理を行う必要がある。そこで、先にサブゼロ処理および焼戻し処理を行った後に設計寸法および仕様に従って機械加工を行う「処理後加工１」を実施するか、先にサブゼロ処理および設計寸法および仕様に従って機械加工を行った後に焼戻し処理を行う「処理後加工２」を実施するか、または設計寸法および仕様に従って予め機械加工を行った後にサブゼロ処理を行う「処理前加工」を実施するかが選択される（ステップＳ３）。
【００２６】
「処理後加工１」が選択された場合は、鋳鋼材インゴットに対して０℃〜−２００℃の温度、好ましくは−５０℃〜−８０℃でのサブゼロ（深冷）処理（ステップＳ４）を施してマルテンサイト変態を生起させ、その後焼戻しにより機械加工に適する硬さ４０〜６０ＨＲＣの鋳鋼材とする（ステップＳ５）。このように硬さの調整された鋳鋼材を設計仕様に合わせて機械加工を実行する（ステップＳ６）。
【００２７】
ステップＳ３において「処理後加工２」が選択された場合は、鋳鋼材インゴットに対して０℃〜−２００℃の温度、好ましくは−５０℃〜−８０℃でのサブゼロ処理（ステップＳ７）を施してマルテンサイト変態を生起させる。このようにして得られた鋳鋼材を設計仕様に合わせて機械加工を実行する（ステップＳ８）。その後、４００℃〜６００℃で焼戻し処理を行なう（ステップＳ９）。さらに、４００℃〜６００℃で窒化処理を行なうことにより、硬さ７００〜１２００ＨＶ鋳鋼品を得る（ステップＳ１３）。この際、ステップＳ９およびステップＳ１３の処理を同時に行なうことが可能である。また、ステップＳ６あるいはステップＳ１２の処理の後に前記ステップＳ１３の窒化処理を行なうことは任意である。
【００２８】
また、ステップＳ３においてニアネットシェイプである「処理前加工」が選択された場合は、設計仕様に合わせて最終製品に近い形状とする機械加工（ステップＳ１０）を加えた後に熱処理が行われる。この場合は、機械加工が行われた鋳鋼品に対して０℃〜−２００℃の温度範囲におけるサブゼロ処理を行い、所望硬さ（例えば４５〜６５ＨＲＣ）とする（ステップＳ１１）。その後、必要に応じて最適硬さ（例えば、４０〜６０ＨＲＣ）となるように硬さ調整を行うと共に靭性を付与するための焼戻し処理が行われる（ステップＳ１２）。
【００２９】
上述の組成比範囲によって得られた鋳鋼材は、マルテンサイト変態完了温度（Ｍｆ点）が氷点下となっている。したがって、工業上容易に実現可能な冷熱源である通常の冷凍機によって達成可能な、例えば−５０℃〜−８０℃の温度範囲におけるサブゼロ処理が可能であり、簡易な工程ならびに低減されたエネルギー消費とも相俟って低コストによるマルテンサイト鋳鋼品を得ることができる。また、従来技術における通常の焼入れ処理は８００℃〜１２００℃程度の高温で行う必要があるため、鋳造品の熱容量に応じて多大の熱エネルギーが必要となり、特に大型製品にあっては膨大な熱量を要していた。しかし、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材では焼入れ処理に要する大量の熱エネルギーが節減できる効果がある。
【００３０】
本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材の組成について、改めて検討する。下記の表１は、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材のサブゼロ処理ならびに焼戻し処理を実施した際の硬さ（ＨＲＣ）変化例を示すデータである。最左端欄は、ニッケルＮｉ、クロムＣｒ、珪素Ｓｉ、炭素Ｃ、バナジウムＶそれぞれの配合比を示している。また、最上欄横方向では、左から鋳放し（２０℃；１列）、サブゼロ（処理）温度（−５０、−８０、−１９６℃の３列）、焼戻し（処理）温度（２００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃の５列）を示す。そして右端５列は、左端に示した各成分に対する他成分の配合割合をそれぞれ示すものである。
【００３１】
【表１】
2010098256.tif 000003
【００３２】
図２は、クロムＣｒ；２．０ｍａｓｓ％、珪素Ｓｉ；１．５ｍａｓｓ％、炭素Ｃ；０．５ｍａｓｓ％、バナジウムＶ；０．０ｍａｓｓ％に固定して、ニッケルＮｉ；６．５ｍａｓｓ％（白抜き菱形付きグラフ）、ニッケルＮｉ；７．５ｍａｓｓ％（□印付きグラフ、以下「□グラフ」のように略記）、ニッケルＮｉ；８．５ｍａｓｓ％（△グラフ）およびニッケルＮｉ；１０．０ｍａｓｓ％（○グラフ）にした場合のサブゼロ処理温度と硬さの関係を図示したグラフである。
【００３３】
図３は、ニッケルＮｉ；７．５ｍａｓｓ％、珪素Ｓｉ；１．５ｍａｓｓ％、炭素Ｃ；０．５ｍａｓｓ％、バナジウムＶ；０．０ｍａｓｓ％に固定して、クロムＣｒ；０．０ｍａｓｓ％（白抜き菱形グラフ）、クロムＣｒ；１．０ｍａｓｓ％（□グラフ）、クロムＣｒ；１．５ｍａｓｓ％（△グラフ）、クロムＣｒ；２．０ｍａｓｓ％（○グラフ）、クロムＣｒ；３．０ｍａｓｓ％（黒菱形グラフ）、クロムＣｒ；５．０ｍａｓｓ％（■グラフ）、クロムＣｒ；７．０ｍａｓｓ％（▲グラフ）、クロムＣｒ；９．０ｍａｓｓ％（●グラフ）およびクロムＣｒ；１１．０ｍａｓｓ％（米印グラフ）にした場合のサブゼロ処理温度と硬さの関係を図示したグラフである。
【００３４】
図４は、ニッケルＮｉ；７．５mass％、クロムＣｒ；２．０mass％、炭素Ｃ；０．５mass％、バナジウムＶ；０．０mass％に固定して、珪素Ｓｉ；０．１５mass％（白抜き菱形グラフ）、珪素Ｓｉ；１．０mass％（□グラフ）、珪素Ｓｉ；１．５mass％（△グラフ）、珪素Ｓｉ；２．０mass％（○グラフ）および珪素Ｓｉ；２．５mass％（黒菱形グラフ）にした場合のサブゼロ処理温度と硬さの関係を図示したグラフである。
【００３５】
図５は、ニッケルＮｉ；７．５mass％、クロムＣｒ；２．０mass％、珪素Ｓｉ；１．５mass％に固定して、バナジウムＶを０．５mass％含有させた炭素Ｃ；０．４mass％（白抜き菱形グラフ）、バナジウムＶを０．５mass％含有させた炭素Ｃ；０．５mass％（□グラフ）、バナジウムＶを０．２mass％含有させた炭素Ｃ；０．６mass％（△グラフ）、バナジウムＶを０．５mass％含有させた炭素Ｃ；０．６５mass％（○グラフ）およびバナジウムＶを０．５mass％含有させた炭素Ｃ；０．８mass％（黒菱形グラフ）にした場合のサブゼロ処理温度と硬さの関係を図示したグラフである。
【００３６】
図６は、クロムＣｒ；２．０mass％、珪素Ｓｉ；１．５mass％に固定して、ニッケルＮｉを７．５mass％、炭素Ｃを０．６mass％含有させたバナジウムＶ；０．２mass％（白抜き菱形グラフ）、ニッケルＮｉ；８．０mass％、炭素Ｃ；０．５mass％含有させた０．３mass％バナジウムＶ（□グラフ）およびニッケルＮｉ；７．５mass％、炭素Ｃ；０．５mass％含有させたバナジウムＶ；０．５mass％（△グラフ）にした場合のサブゼロ処理温度と硬さの関係を図示したグラフである。
【００３７】
図７は、クロムＣｒ；２．０mass％、珪素Ｓｉ；１．５mass％、炭素Ｃ；０．５mass％、バナジウムＶ；０．０mass％に固定して、ニッケルＮｉ；６．５mass％（白抜き菱形グラフ）、ニッケルＮｉ；７．５mass％（□グラフ）、ニッケルＮｉ；８．５mass％（△グラフ）およびニッケルＮｉ；１０．０mass％（○グラフ）にした場合の焼戻し処理温度と硬さの関係を図示したグラフである。本鋳鋼材は焼戻し処理前に、予め−８０℃のサブゼロ処理を施している。
【００３８】
図８は、ニッケルＮｉ；７．５mass％、珪素Ｓｉ；１．５mass％、炭素Ｃ；０．５mass％、バナジウムＶ；０．０mass％に固定して、クロムＣｒ；０．０mass％（白抜き菱形グラフ）、クロムＣｒ；１．０mass％（□グラフ）、クロムＣｒ；１．５mass％（△グラフ）、クロムＣｒ；２．０mass％（○グラフ）、クロムＣｒ；３．０mass％（黒菱形グラフ）、クロムＣｒ；５．０mass％（■グラフ）、クロムＣｒ；７．０mass％（▲グラフ）、クロムＣｒ；９．０mass％（●グラフ）およびクロムＣｒ；１１．０mass％（米印グラフ）にした場合の焼戻し処理温度と硬さの関係を図示したグラフである。本鋳鋼材は焼戻し処理前に、予め−８０℃のサブゼロ処理を施している。
【００３９】
図９は、ニッケルＮｉ；７．５mass％、クロムＣｒ；２．０mass％、炭素Ｃ；０．５mass％、バナジウムＶ；０．０mass％に固定して、珪素Ｓｉ；０．１５mass％（白抜き菱形グラフ）、珪素Ｓｉ；１．０mass％（□グラフ）、珪素Ｓｉ；１．５mass％（△グラフ）、珪素Ｓｉ；２．０mass％（○グラフ）および珪素Ｓｉ２．５mass％（黒菱形グラフ）にした場合の焼戻し処理温度と硬さの関係を図示したグラフである。本鋳鋼材は焼戻し処理前に、予め−８０℃のサブゼロ処理を施している。
【００４０】
図１０は、ニッケルＮｉ；７．５mass％、クロムＣｒ；２．０mass％、珪素Ｓｉ；１．５mass％に固定して、バナジウムＶを０．５mass％含有させた炭素Ｃ；０．４mass％（白抜き菱形グラフ）、バナジウムＶを０．５mass％含有させた炭素Ｃ；０．５mass％（□グラフ）、バナジウムＶを０．２mass％含有させた炭素Ｃ；０．６mass％（△グラフ）、バナジウムＶを０．５mass％含有させた炭素Ｃ；０．６５mass％（○グラフ）およびバナジウムＶを０．５mass％含有させた炭素Ｃ；０．８mass％（黒菱形グラフ）にした場合の焼戻し処理温度と硬さの関係を図示したグラフである。本鋳鋼材は焼戻し処理前に、予め−８０℃のサブゼロ処理を施している。
【００４１】
図１１は、クロムＣｒ；２．０mass％、珪素Ｓｉ；１．５mass％に固定して、ニッケルＮｉ；７．５mass％、炭素Ｃ；０．６mass％含有させたバナジウムＶ；０．２mass％（白抜き菱形グラフ）、ニッケルＮｉ；８．０mass％、炭素Ｃを０．５mass％含有させたバナジウムＶ；０．３mass％（□グラフ）およびニッケルＮｉ；７．５mass％、炭素Ｃ；０．５mass％を含有させたバナジウムＶ；０．５mass％（△グラフ）にした場合の焼戻し処理温度と硬さの関係を図示したグラフである。本鋳鋼材は焼戻し処理前に、予め−８０℃のサブゼロ処理を施している。
【００４２】
本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材の優位性を検証するために、ほぼ同一の用途に適用される市販材との対比を同一条件下で行った。図１２は、市販の金型用鋼材Ａ（Ｎｉ−Ｃｕ−Ａｌ系）（図Ａ）および市販の金型用ステンレス鋼材Ｂ（１３％Ｃｒ系）（図Ｂ）をそれぞれ水道水による流水中に１００時間浸漬した後の外観を示す写真である。金型用ステンレス鋼材Ｂでは付着物由来の僅かな錆が観察されるのに対し、金型用鋼材Ａでは表面全体に発錆が確認された。
【００４３】
図１３は、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材による試料の表面写真である。組成は、ニッケルＮｉ；７．５mass％、珪素Ｓｉ；１．５mass％、炭素Ｃ；０．５mass％、バナジウムＶ；０．０mass％に固定して、図（Ａ）がクロムＣｒ；２．０mass％、図（Ｂ）がクロムＣｒ；３．０mass％となるように溶製したマルテンサイト鋳鋼材を予め−８０℃のサブゼロ処理を施した後に切断し、水道水による流水中に１００時間浸漬した試料の表面写真である。鋳造時に生じる酸化層が存在する側面に錆が発生しているが、鋳鋼材中心部の発錆は見られない。したがって、本発明に係るクロムＣｒ含有のマルテンサイト鋳鋼材では、元来耐食性に優れているとされる金型用ステンレス鋼材Ｂと同等の良好な耐食性を有するものと解される。
【００４４】
本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材の特性と対比するために、市販材である金型用ステンレス鋼材Ｂに生成された酸化皮膜についてＸ線光電子分光分析（ＸＰＳまたはＥＳＣＡ）分析を行った結果は以下の通りである。図１４は、金型用ステンレス鋼材Ｂについて、アルゴンＡｒスパッタにより材料表面から中心部に向かってエッチングを繰返しながら、ＸＰＳによって分析した結果を、炭素Ｃ、酸素Ｏ、鉄Ｆｅ、クロムＣｒ、珪素Ｓｉ、および銅Ｃｕの順に並べた出力図面である。ごく表面層に良好な耐食性を示すクロムＣｒの酸化物が生成しているのが観察できる。
【００４５】
本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材表面に形成される酸化皮膜を観察した結果は以下の通りである。図１５は、ニッケルＮｉ；７．５mass％、クロムＣｒ；２．０mass％、珪素Ｓｉ；１．５mass％、炭素Ｃ；０．５mass％、バナジウムＶ；０．０mass％を含むように溶製した鋳鋼材について、予め−８０℃のサブゼロ処理を施した後に、アルゴンＡｒスパッタにより材料表面から中心部に向かってエッチングを繰返しながら、ＸＰＳによって分析した結果を、炭素Ｃ、酸素Ｏ、鉄Ｆｅ、クロムＣｒ、ニッケルＮｉおよび珪素Ｓｉの順に並べた出力図面である。前述の金型用ステンレス鋼材Ｂの場合と同様に、ごく表面層に良好な耐食性を示すクロムＣｒの酸化物が生成しているのが観察できる。図１４と図１５との比較から、クロムＣｒを２mass％添加した本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材は、良好な耐食性を示す金型用ステンレス鋼材Ｂと同等の良好な耐食性を示す皮膜が生成されているものと解される。
【００４６】
また、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材の耐摩耗性を確認するためにボールオンディスク摩耗試験機による摩耗試験を行った。試料鋳鋼材（開発材）は、各成分の含有量を、ニッケルＮｉ；７．５mass％、クロムＣｒ；２．０mass％、珪素Ｓｉ；１．５mass％、炭素Ｃ；０．５mass％、バナジウムＶ；０．０mass％となるように溶製した後、−８０℃のサブゼロ処理、さらに６００℃の焼戻し処理を施した。比較対象として前述の金型用鋼材Ａを使用して同様の摩耗試験を行った。図１６は両試料表面に形成される摩耗痕幅（単位μｍ）を縦軸、温度変化を横軸として常温から約７００℃の温度範囲にわたり測定したグラフである。この試験の結果から、常温域から４００℃までは摩耗痕幅が小さくなる優れた耐摩耗性を示し、さらに６００℃程度までの高温域でもほぼ同等の耐摩耗性を有することが確認された。
【００４７】
図１７は比較対象である金型用鋼材Ａと本発明に係る試料鋳鋼材（開発材）とをボールオンディスク摩耗試験により摩耗量〔ｍｇ〕を測定し、縦軸を摩耗量、横軸を温度として試験結果を表わしたグラフである。この試験結果によれば、被試験鋳鋼材は常温から４００℃までの温度範囲において明らかに摩耗量が少ないことを示している。このような摩耗試験から、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材は、市販材である金型用鋼材Ａより部分的に優れており、約５００℃以上より高温域においても安定していることが確認された。
【００４８】
図１８は、市販材である金型用ステンレス鋼材Ｂに対して、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材（窒化処理済み）の硬さ分布の関係を、硬さ（ＨＶ０．０５）を縦軸、表面からの距離（ｍｍ）を横軸として図示したグラフである。本発明に係る鋳鋼材の組成を、ニッケルＮｉ；７．５mass％、珪素Ｓｉ；１．５mass％、炭素Ｃ；０．５mass％、バナジウムＶ；０．５mass％に固定して、クロムＣｒ；２.０mass％（●グラフ）、クロムＣｒ；５mass％（○グラフ）、クロムＣｒ；７mass％（▲グラフ）、クロムＣｒ；９mass％（△グラフ）にした場合におけるそれぞれの窒化処理後の硬さ分布を表わしている。
【００４９】
このグラフから明らかなように、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材（下記条件により窒化処理済み）は、市販材である金型用ステンレス鋼材Ｂには僅かに劣るものの、実用に際して十分な表面硬さが得られていることが確認できた。なお、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材に対しては、予め−８０℃のサブゼロ処理を施した後に、市販材である金型用鋼材と共に雰囲気可変の真空チャンバー内に設置し、炉内混合ガス比（窒素Ｎ２；水素Ｈ２＝１；１）および７９８Ｐａ（６Ｔｏｒｒ）のガス圧力の雰囲気に保ちながら、５２０℃で３時間、所望の電圧を印加する表面処理、すなわちグロー放電により加熱とイオン注入を行うイオン窒化処理を行った。
【実施例１】
【００５０】
鋼板プレス用ロケートピン
自動車ボディなど厚みのある鋼板により大型部材をプレス加工する際は、予め鋼板の位置決めを行いかつ固定するためのロケートピンが不可欠となる。このロケートピンの硬さは４５〜５５ＨＲＣが要求される。加えて、プレス加工時に発生する粉末化した鋼板材等による汚れを洗浄するために使用する噴流水に起因する腐食に耐え得る耐食性が求められる。【００５１】
従来は、鋼材を機械加工後焼入れおよび焼戻した後、耐食耐磨耗性に優れた表面処理を施すことにより要求性能を満たすロケートピンを製造していた。しかし、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材ではニアネットシェイプを採用することにより機械加工が低減され、硬化させるための焼入れ処理が不要になりサブゼロ処理のみとなる。さらに、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材自体が耐食耐磨耗性を併せ持つことに加え、窒素雰囲気中で焼戻し処理を施すことにより表面をさらに硬化させることも可能であるため、従来製品に対して大幅なコストダウンが可能となる。
【実施例２】
【００５２】
耐食性に優れたプラスチック成形用加熱冷却管付き温調金型
本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材は、完成品の所望形状に近い形状の鋳型を用いた鋳込みを行う、いわゆるニアネットシェイプ造形によりプラスチックの射出成形用金型を得ることができる。この種の金型では、所望範囲の温度調節が可能であれば成形品の表面性状を大幅に改善し得ることが知られている。このような温度調節は、通常、金型内に設けられた温調用配管に対して外部の温調機から水または熱媒体油を循環させることによって行われる。しかし、従来の鋼材を使用する金型にあっては、作製された金型に対して外部からドリル加工を行う、いわゆる後加工により温調用配管を形成しなければならなかった。したがって、直線状の温調配管のみとなり、キャビティに沿って精密な温度調節を行う任意形状の温調配管を得ることはできず、温度ムラを的確に解消することはできなかった。【００５３】
さらに、プラスチック成形用金型材料は、プラスチック材料を高温で溶融させることに起因するプラスチック材料の分解ガスによる腐食にも耐え得る耐食性も併せ持つ必要がある。例えば、成形加工時の溶融温度が３００℃以上となるような比較的高い融点を持つ樹脂材料、あるいは溶融時に腐食性のガスが発生する樹脂材料、あるいは溶融温度と熱分解温度が近接する樹脂材料などの成形用金型では、強度や靱性に代表される機械的特性、表面性状や加工精度に代表される機械加工性のみならず耐食性に優れた金型用鋼材を使用する必要があった。【００５４】
これに対して、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材は、鋳型内に配置された金属管を鋳込むようにして任意形状の温調配管が形成でき、キャビティ全面に対して温度ムラの生じない射出成形用金型を得ることができる。さらに、本鋳鋼材を用いることにより、市販の耐食性に優れた金型用鋼材を金型材料として用いた場合と同等以上の耐食性を備えた射出成形用金型を得ることができる。本実施例においては、所望形状に曲げ加工された温調配管を鋳型内に配置し、鋳鋼溶湯（Ｎｉ；７．５mass％、Ｃｒ；２mass％、；Ｓｉ１．５mass％、Ｃ；０．５mass％）を注湯することにより、所望部位に温調管の埋設された射出成形用金型が得られた。温調管の素材は、当然ながらかかる注湯によって損傷や変形を被らない材質を選ぶ必要がある。本実施例では所望形状の内部構造あるいは所望寸法の内径を持つ鋼管を使用したが、前記条件を考慮してその他適宜材質の金属管を使用することができる。
【実施例３】
【００５５】
耐酸化性に優れたアルミニウムダイカスト用金型
本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材は、完成品の所望形状に近い形状の鋳型を用いた鋳込みをする、いわゆるニアネットシェイプ造形によりアルミニウムダイカスト用金型を得ることができる。この種の金型では、所望範囲の温度調節が可能であれば成形品の寸法精度や生産性、さらには金型寿命を大幅に改善し得ることが知られている。このような温度調節は、通常、金型内に設けられた温調用配管に対して外部の温調機から水または熱媒体油を循環させることによって行われる。しかし、従来の鋼材を使用する金型にあっては、作製された金型に対して外部からドリル加工を行う、いわゆる後加工により温調用配管を形成しなければならなかった。したがって、直線状の温調配管のみとなり、キャビティに沿って精密な温度調節を行う任意形状の温調配管を得ることはできず、所望温度を維持しながら冷却温度ムラを的確に解消することはできなかった。【００５６】
このような温調用配管による改善以外では、概ね７００℃といわれるアルミニウム合金溶湯との反応性を低下させるような耐食性および耐酸化性に優れた金型用鋼材を用いる方法、あるいは耐食性および耐酸化性に優れた表面処理を施すことにより金型寿命を伸ばす試みが多数行われている。さらに近年の材料技術の進歩により、所望範囲の温度調節を行うことによりサイクルタイムの短縮に代表される生産性の向上のみならず、アルミニウムダイカスト成形品の金属組織をより一層緻密にすることが可能となり、加えて概ね７００℃といわれるアルミニウム合金溶湯と当該金型表面が接触することにより生じるアルミニウム溶湯側に金型表面が溶解する現象、すなわち溶損を抑制することが可能になるという報告がなされている。当該報告と共に、従来の金型用鋼材と比較して２倍の熱伝導率を付与することにより所望範囲の温度調節を可能にする金型用鋼材の製品化が図られている。【００５７】
これに対して、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材は、鋳型内に配置された金属管を鋳込むようにして任意形状の温調配管が形成でき、所望温度を維持しつつキャビティ全面に対して温度ムラの生じないアルミニウムダイカスト用金型を得ることができる。さらに、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材を用いることにより、市販の耐食性および耐酸化性に優れた金型用鋼材あるいは耐食性および耐酸化性に優れた表面処理と同等の特性を併せ持つアルミニウムダイカスト用金型を得ることができる。本実施例においては、所望形状に曲げ加工された温調管を鋳型内に配置し、鋳鋼溶湯（ニッケルＮｉ；７．５mass％、クロムＣｒ；３mass％、珪素Ｓｉ；１．５mass％、炭素Ｃ；０．５mass％）を注湯することにより、所望部位に対して所望形状の温調管が埋設されたアルミニウムダイカスト用金型が得られた。温調管の素材は、当然ながら溶融アルミ素材の注湯によって損傷や変形を被らない材質を選ぶ必要がある。本実施例では所望形状の内部構造あるいは所望寸法の内径を持つ鋼管を使用したが、前記条件を考慮して他の金属管を使用することができる。
【実施例４】
【００５８】
ホットランナー用マニホールドブロック
本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材は、鋳型内に所望形状の配管類を配置することにより、所望の内部構造を持つ製品が製造可能となる。本発明に係る製造方法により、所望形状の溶融樹脂流路および温調配管等を内蔵したホットランナー用マニホールドブロックを得ることができる。プラスチック成形加工により生産される成形品には、目的の形状を持つ製品部以外にも、射出時に溶融樹脂の流路として機能していたスプルーおよびランナーと呼ばれる不要部分が発生する。この不要部分を製品部とともに固化物として取り出した後、再利用するかあるいは廃棄する方式をコールドランナーと呼んでいる。このコールドランナー金型では、溶融樹脂流路の形状および配置の自由度が大きい反面、不要物を排出することによる環境負荷の増大への対応が課題となっている。このような不要部分を発生させない方法として、溶融樹脂の流路全体を当該樹脂の溶融温度に保持しつつ、溶融樹脂を製品部と分離するための機構を内蔵させた金型部品、いわゆるホットランナーシステムが普及しており、プラスチック成形加工分野における低コスト化、省資源化に寄与可能である。【００５９】
このホットランナーシステムの主要構成部品であるマニホールドブロックは、高粘度の溶融樹脂を高速で通過させることによる圧力損失を低減することが可能な所望形状の流路加工が必要となる。しかし、機械加工による流路形成では、直線を基本とする単純形状の加工にとどめるか、あるいは所望形状に予め加工した部材を接合する高コストの方法を選択することが求められていた。さらに、ホットランナー用マニホールドブロックは、プラスチック材料を高温で溶融させることに起因するプラスチック材料の分解ガスに対する耐食性をも備えている必要がある。例えば、成形加工時の溶融温度が３００℃以上となる比較的高い融点を持つ樹脂材料、溶融時に腐食性のガスが発生する樹脂材料、あるいは溶融温度と熱分解温度が近接する樹脂材料などを加工する金型内に組み込まれる場合には、強度や靱性に代表される機械的特性、表面性状や加工精度に代表される機械加工性のみならず耐食性に優れた鋼材を使用する必要があった。【００６０】
これに対して、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材は、鋳型内に配置された金属管を鋳込むようにして圧力損失を低減できる所望形状の溶融樹脂流路が形成でき、さらに温度調節用配管および加熱ヒーター等の機能部材を同時に鋳込むことにより、温調機能を内蔵する温度ムラの生じないホットランナー用マニホールドブロックを得ることができる。さらに、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材を用いることにより、市販の耐食性に優れた鋼材を用いた場合に匹敵する耐食性を併せ持つホットランナー用マニホールドブロックを得ることができる。
【実施例５】
【００６１】
プレス金型用滑り軸受け
自動車ボディなど厚みのある鋼板により大型部材をプレス加工する金型には、金型内の可動部および金型の動作方向を規制するための滑り軸受けが使用されている。この滑り軸受けは、鋼板加工時に生じるプレス圧力等に起因する各種応力に耐えうる強度と共に、特に摺動面における耐食耐磨耗性に代表される総合的な耐久性が強く求められる。従来は、コストも含めた全ての要求性能を単一の材料で満足させることが困難であるため、銅合金表面に黒鉛を埋め込んだ専用部材を組み合わせるなど、摺動面にのみ耐磨耗性および耐食性に優れた部材を組み合わせることにより要求に応えていた。これに対して、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材では、本鋳鋼材自体が耐食耐磨耗性を併せ持つことに加え、窒素雰囲気中で焼戻しすることにより表面をさらに硬化させることが可能になることから摺動専用部材が不要となる。さらに、本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材ではサブゼロ処理のみで好適な耐摩耗性が得られるため、従来の部材における耐磨耗性発現に必要であった硬化処理としての焼入れ処理が不要になるため大幅なコストダウンが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材は、所定割合の組成比の鋳鋼材を用いて製品を鋳造し、仕上げ加工後、焼入れ処理を行うことなしに氷点下の温度に冷却するサブゼロ処理によって十分な硬さを得ることができる。また、上記組成比によって得られる鋳鋼材インゴットを焼き戻した後製品として加工し、その後サブゼロ処理を行うことも可能である。【００６３】
したがって、鋳造品として所定範囲以上の硬さを必要とする広範な用途、例えばプレス型、射出成形用金型、所定レベル以上の硬さや精度が要求される治具類、歯車類、車両用足回りやシャフト等の鍛造品、軌条走行用車両の車輪、アイボルト、工作機械のベッド及び摺動部材、精米機、脱穀機等農業用機械器具類の部品、建設機械類の爪部および切削部等、草刈機、除雪機等の固定刃などに応用することができる。【００６４】
また、焼き戻し処理後に加工する用途としては、銅合金のプレートや摺動部に用いられるウェアプレート、水車・ポンプ等流体機械のインペラやランナー等が挙げられる。また、保護管付き電熱ヒーター、熱電対や測温抵抗その他の各種センサ類、温度調節配管等を鋳包む用途としては、プラスチックの溶融混練用押出機のバレル、スクリュー、冷却および過熱の組み合わせにより精確な温度制御を行う射出成形用金型等への活用が期待できる。これら応用範囲において従来は膨大な熱エネルギーを要していた焼入れ処理が不要となり、大幅な省エネルギーが可能となる。したがって、環境破壊に大きな影響を及ぼすとされる二酸化炭素排出削減にも大きな効果が期待できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年12月22日(2010.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明に係るマルテンサイト鋳鋼材により焼き戻し処理後に加工を行う「処理後加工」の用途例として、銅合金のプレートや摺動部に用いられるウェアプレート、半導体ウェハ研磨用ラップ板、はさみ、ニッパー、剃刀刃、包丁・ナイフ等汎用刃物、シュレッダー・裁断機等の事務用機械の刃物、リード線用カッター、プラスチックストランド切断加工用ペレタイザー回転刃、粉砕機・紙加工機等の産業用機械の刃物、射出成形用金型、土木・建設機械部品、水車・ポンプ等流体機械のインペラやランナー等が挙げられる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
図９は、ニッケルＮｉ；７．５mass％、クロムＣｒ；２．０mass％、炭素Ｃ；０．５mass％、バナジウムＶ；０．０mass％に固定して、珪素Ｓｉ；０．１５mass％（白抜き菱形グラフ）、珪素Ｓｉ；１．０mass％（□グラフ）、珪素Ｓｉ；１．５mass％（△グラフ）、珪素Ｓｉ；２．０mass％（○グラフ）および珪素Ｓｉ；２．５mass％（黒菱形グラフ）にした場合の焼戻し処理温度と硬さの関係を図示したグラフである。本鋳鋼材は焼戻し処理前に、予め−８０℃のサブゼロ処理を施している。
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月22日(2011.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケルＮｉ；５〜１０mass％、クロムＣｒ；１〜１０mass％、珪素Ｓｉ；０．５〜５mass％、マンガンＭｎ；０．０１〜１mass％、炭素Ｃ；０．２〜２mass％、残部が鉄Ｆｅおよび不可避不純物から構成され、マルテンサイト変態完了温度（Ｍｆ点）が氷点下であることを特徴とするマルテンサイト鋳鋼材。
【請求項２】
ニッケルＮｉ；５〜１０mass％、クロムＣｒ；１〜１０mass％、珪素Ｓｉ；０．５〜５mass％、マンガンＭｎ；０．０１〜１mass％、バナジウムＶ；０．１〜５mass％、炭素Ｃ；０．２〜２mass％、残部が鉄Ｆｅおよび不可避不純物から構成され、マルテンサイト変態完了温度（Ｍｆ点）が氷点下であることを特徴とするマルテンサイト鋳鋼材。
【請求項３】
前記マルテンサイト変態が、サブゼロ処理のみで完了する特性を有することを特徴とする、請求項１又は２のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材。
【請求項４】
前記サブゼロ処理温度が０℃〜−２００℃の温度範囲であり、ロックウェル硬さＣスケールで２０〜６０ＨＲＣの鋳放し鋳鋼材から、前記サブゼロ処理によって４５〜６５ＨＲＣの硬さに変化する特性を有することを特徴とする、請求項３記載のマルテンサイト鋳鋼材。
【請求項５】
サブゼロ処理後に行われる焼戻し処理により４０〜６０ＨＲＣの範囲の所望硬さとなるように調整可能である特性を有することを特徴とする、請求項４に記載のマルテンサイト鋳鋼材。
【請求項６】
サブゼロ処理の施された鋳鋼材を加工して所望の形状とした後、該加工品における窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中で焼戻し処理を行うことにより、製品表面を７００〜１２００ＨＶの範囲の所望硬さとなるように調整可能である特性を有することを特徴とする、請求項４に記載のマルテンサイト鋳鋼材。
【請求項７】
請求項１又は２のいずれかに記載の成分に調整された原材料を溶解し、製品に近い形状に鋳造し、得られた鋳造品に対して仕上げ加工を施し、該仕上げ加工の施された鋳造品に対して温度０℃〜−２００℃のサブゼロ処理を施し、その後、１００℃〜７００℃の温度範囲内で焼戻し処理を行うことを特徴とする、マルテンサイト鋳鋼品の製造方法。
【請求項８】
請求項１又は２のいずれかに記載の成分に調整された原材料を溶解し、得られた鋳鋼材インゴットに対して温度０℃〜−２００℃のサブゼロ処理を施し、その後、１００℃〜７００℃の温度範囲内で焼戻し処理を行い、該焼戻しされた鋳鋼材を加工して所望の製品を得ることを特徴とする、マルテンサイト鋳鋼品の製造方法。
【請求項９】
請求項１又は２のいずれかに記載の成分に調整された原材料を溶解し、得られた鋳鋼材インゴットに対して温度０℃〜−２００℃のサブゼロ処理を施し、該サブゼロ処理された鋳鋼材を加工して所望の形状とした後、該加工品における窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中での焼戻し処理を行うことにより所望の製品を得ることを特徴とする、マルテンサイト鋳鋼品の製造方法。
【請求項１０】
前記サブゼロ処理温度が、−５０℃以下に設定されることを特徴とする、請求項７又は８のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼品の製造方法。
【請求項１１】
前記焼戻し処理温度が、１００℃〜７００℃の温度範囲内で、製品の種類、４０〜６０ＨＲＣの製品硬さに応じて選定されることを特徴とする、請求項７又は８のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼品の製造方法。
【請求項１２】
前記窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中での焼戻し処理温度が、４００℃〜６００℃の温度範囲内で、製品の種類、７００〜１２００ＨＶの製品硬さに応じて選定されることを特徴とする、請求項９に記載のマルテンサイト鋳鋼品の製造方法。
【請求項１３】
請求項１ないし６のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材よりなり、窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中で焼戻し処理を行うことで、仕上げ品表面の硬さが７００ＨＶ〜１２００ＨＶに調整されることを特徴とする、鋼板プレス加工時に使用されるロケートピン。
【請求項１４】
請求項１ないし６のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材よりなり、所望形状の鋳型により金型を鋳造する際に、キャビティ全面に対して温度ムラを生じさせない所望形状の金属製温調管を鋳型内に予め配置して同時に鋳込んだ後に、−５０℃以下のサブゼロ処理ならびに焼戻し処理を行うことにより４０〜６０ＨＲＣの範囲の硬さが得られることを特徴とする、温調管付きプラスチック成形用金型。
【請求項１５】
請求項１ないし６のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材よりなり、所望形状の鋳型により金型を鋳造する際に、キャビティ全面に対して温度ムラを生じさせない所望形状の金属製温調管を鋳型内に予め配置して同時に鋳込んだ後に、−５０℃以下のサブゼロ処理ならびに窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中で焼戻し処理を行うことにより７００〜１２００ＨＶの範囲の硬さが得られることを特徴とする、温調管付きアルミニウムダイカスト用金型。
【請求項１６】
請求項１ないし６のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材よりなり、仕上げ品に近似する形状として鋳込まれる際に、所望形状の溶融樹脂流路および所望形状の金属製温調管を鋳型内に予め配置して同時に鋳込んだ後に、−５０℃以下のサブゼロ処理ならびに焼戻し処理を行うことにより４０〜６０ＨＲＣの範囲の硬さが得られることを特徴とする、樹脂流路および温調管付きホットランナー用マニホールドブロック。
【請求項１７】
請求項１ないし６のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材よりなり、窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中で焼戻し処理を行うことで、仕上げ品表面の硬さが７００ＨＶ〜１２００ＨＶに調整されることを特徴とする、滑り軸受け。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項７に記載の発明は、上述のような成分に調整された原材料を溶解し、製品に近い形状に鋳造し、得られた鋳造品に対して仕上げ加工を施し、該仕上げ加工の施された鋳造品に対して温度０℃〜−２００℃のサブゼロ処理を施し、その後、１００℃〜７００℃の温度範囲内で焼戻し処理を行うマルテンサイト鋳鋼品の製造方法であることを特徴とする。また、請求項８に記載の発明は、上述のような成分に調整された原材料を溶解し、得られた鋳鋼材インゴットに対して温度０℃〜−２００℃のサブゼロ処理を施し、その後、１００℃〜７００℃の温度範囲内で焼戻し処理を行い、該焼戻しされた鋳鋼材を加工して所望の製品を得るマルテンサイト鋳鋼品の製造方法であることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項７または８のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼品の製造方法において、請求項１０に記載の発明は前記サブゼロ処理温度が−５０℃以下に設定されることを特徴とし、また、請求項１１に記載の発明は、前記焼戻し処理温度が１００℃〜７００℃の温度範囲内において製品の種類、４０〜６０ＨＲＣの製品硬さに応じて選定されることを特徴とする。さらに、請求項１２に記載の発明は、請求項９に記載のマルテンサイト鋳鋼品の製造方法において、前記窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中での焼戻し処理温度が４００℃〜６００℃の温度範囲内において、製品の種類、７００〜１２００ＨＶの製品硬さに応じて選定されることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項１３に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材よりなり、窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中で焼戻し処理を行うことで、仕上げ品表面の硬さが７００ＨＶ〜１２００ＨＶに調整される鋼板プレス加工時に使用されるロケートピンであることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
請求項１４に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材よりなり、所望形状の鋳型により金型を鋳造する際に、キャビティ全面に対して温度ムラを生じさせない所望形状の金属製温調管を鋳型内に予め配置して同時に鋳込んだ後に、−５０℃以下のサブゼロ処理ならびに焼戻し処理を行うことにより４０〜６０ＨＲＣの範囲の硬さが得られる、温調管付きプラスチック成形用金型であることを特徴とする。また、請求項１５に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材よりなり、所望形状の鋳型により金型を鋳造する際に、キャビティ全面に対して温度ムラを生じさせない所望形状の金属製温調管を鋳型内に予め配置して同時に鋳込んだ後に、−５０℃以下のサブゼロ処理ならびに窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中で焼戻し処理を行うことにより７００〜１２００ＨＶの範囲の硬さが得られる、温調管付きアルミニウムダイカスト用金型であることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項１６に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材よりなり、仕上げ品に近似する形状として鋳込まれる際に、所望形状の溶融樹脂流路および所望形状の金属製温調管を鋳型内に予め配置して同時に鋳込んだ後に、−５０℃以下のサブゼロ処理ならびに焼戻し処理を行うことにより４０〜６０ＨＲＣの範囲の硬さが得られる、樹脂流路および温調管付きホットランナー用マニホールドブロックであることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項１７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のマルテンサイト鋳鋼材よりなり、窒素の表面富化を生ぜしめる雰囲気中で焼戻し処理を行うことで、仕上げ品表面の硬さが７００ＨＶ〜１２００ＨＶに調整される、滑り軸受けであることを特徴とする。
【国際調査報告】
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