(57)【要約】【課題】溶融または半溶融のマグネシウムを溶融マグネシウムに対する高い耐溶損性、優れた高温強度と長寿命を有する射出成形機部品用材料を提供。【解決手段】質量％で、C ： 0.6〜2.5 ％、Si：0.1 〜1.5 ％、Mn：0.5 ％以下、Cr： 3.5〜5.5 ％、Ni： 0.3％以下、Mo： 0.1〜10％、W ： 0.1〜15％、Ｖ：1.0 〜6.0 ％、Co：15％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、さらには焼入焼戻し後の炭化物面積率が 5〜25％であり、その上、焼入焼戻し後の硬さが 55 〜72HRC であり、かつ、該焼入焼戻し後の炭化物面積率のうちＶを主体としたMC型炭化物の面積率が 2〜20％であり、かつ、MC型炭化物の等価円直径の最大値が 2〜10μm である。【選択図】図１
2006144098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、C ：0.6 〜2.5 ％、Si：0.1 〜1.5 ％、Mn：0.5 ％以下、Cr：3.5 〜5.5 ％、Ni：0.3 ％以下、Mo：0 .1〜10％、W ：0.1 〜15％、Ｖ：1.0 〜6.0 ％、Co：0.1 〜15％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、さらには焼入焼戻し後の炭化物面積率が5 〜25％であり、その上、焼入焼戻し後の硬さが55〜72HRC であり、かつ、該焼入焼戻し後の炭化物面積率のうちＶを主体としたMC型炭化物の面積率が2 〜20％であり、かつ、該MC型炭化物の等価円直径（各MC型炭化物の面積を円面積としたときの各円直径）の最大値が2 〜10μm であることを特徴とするマグネシウム合金の射出成形機部品用材料。
【請求項２】
質量％で、C ：0.7 〜2.0 ％、Si：0.3 〜0.4 ％、Mn：0.2 〜0.5 ％、Cr：3.9 〜4.2 ％、Ni：0.3 ％以下、Mo：4 .5〜5.4 ％、W ：1.5 〜10.4％、Ｖ：1.3 〜4.9 ％、Co：0.3 〜9.8 ％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、さらには焼入焼戻し後の炭化物面積率が5 〜23％であり、その上、焼入焼戻し後の硬さが58〜68HRC であり、かつ、該焼入焼戻し後の炭化物面積率のうちＶを主体としたMC型炭化物の面積率が2 〜17％であり、かつ、該MC型炭化物の等価円直径（各MC型炭化物の面積を円面積としたときの各円直径）の最大値が 3〜10μm であることを特徴とするマグネシウム合金の射出成形機部品用材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は比較的高温状態で使用されるマグネシウム合金の射出成形機部品用材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム合金の成形加工は現在ダイキャスト法が広く普及しているが、最近の新技術として、作業環境の改善や成形加工効率を高めるため、射出成形法の適用が試みられている。比較的高温状態で使用される信頼性の高いマグネシウム合金の射出成形機を得るためには、射出成形機用スクリューやシリンダ部材は、長期間安定していることが必要である。そのため、これら部材に対しては、溶融マグネシウム合金との接触による腐食摩耗に強いことや、溶融マグネシウム射出成形温度の 600〜650 ℃でも硬度が保たれ、強度と耐摩耗性を確保できることが求められる。このような特性を持つ材料として、JIS 規格 SKD61などの熱間工具鋼がこれまで使用されてきた。しかしながら、JIS 規格 SKD61などの熱間工具鋼は耐溶損性の面で必ずしも十分と言える性能を保持しておらず、特許文献１ではさらに性能を向上させた鋼種が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３２７２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示するこれら開発鋼種をもってしても、高い高温抗折強度、高温でのマグネシウム耐溶損性をを持っているとは言い難かった。
本発明の課題はかかる従来技術の課題を解決した、溶融マグネシウムに対する高い耐溶損性、優れた高温強度と長寿命を有する、比較的高温状態で使用される溶融または半溶融のマグネシウム合金の射出成形機部品用材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このため本発明は、質量％で、C ：0.6 〜2.5 ％、Si：0.1 〜1.5 ％、Mn：0.5 ％以下、Cr：3.5 〜5.5 ％、Ni：0.3 ％以下、Mo：0 .1〜10％、W ：0.1 〜15％、Ｖ：1.0 〜6.0 ％、Co：0.1 〜15％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、さらには焼入焼戻し後の炭化物面積率が5 〜25％であり、その上、焼入焼戻し後の硬さが55〜72HRC であり、かつ、該焼入焼戻し後の炭化物面積率のうちＶを主体としたMC型炭化物の面積率が2 〜20％であり、かつ、該MC型炭化物の等価円直径（各MC型炭化物の面積を円面積としたときの各円直径）の最大値が2 〜10μm であることを特徴とするマグネシウム合金の射出成形機部品用材料によって上述の本発明の課題を解決した。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の材料の上記組成および炭化物分布形態により、溶融マグネシウムに対する高い耐溶損性、優れた高温強度と長寿命を有する、比較的高温状態で使用される溶融または半溶融のマグネシウム合金の射出成形機部品用材料を提供するものとなった。
【０００６】
好ましくは、前記マグネシウム合金の射出成形機部品用材料は、質量％で、C ：0.7 〜2.0 ％、Si：0.3 〜0.4 ％、Mn：0.2 〜0.5 ％、Cr：3.9 〜4.2 ％、Ni：0.3 ％以下、Mo：4 .5〜5.4 ％、W ：1.5 〜10.4％、Ｖ：1.3 〜4.9 ％、Co：0.3 〜9.8 ％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、さらには、焼入焼戻し後の炭化物面積率が5 〜23％であり、その上、焼入焼戻し後の硬さが58〜65HRC であり、かつ、該焼入焼戻し後の炭化物面積率のうちＶを主体としたMC型炭化物の面積率が2 〜17％であり、かつ、該MC型炭化物の等価円直径（各MC型炭化物の面積を円面積としたときの各円直径）の最大値が 3〜10μm であってもよい。
【０００７】
以下に本発明で規定する成分と炭化物形態の限定理由及びその作用について説明する。  C ：0.6 〜2.5 ％
C はＦｅマトリックス中に固溶してマルテンサイト変態を促進する元素であり、焼入性確保のためには不可欠な元素である。さらに、Fe、Ｃｒ、Mo、Ｗ、Ｖなどの元素と結合して硬質の複合炭化物を形成し、高温強度を高めるとともに耐摩耗性を向上するためにも必要不可欠の元素である。その効果を発揮するためには、最低0.6 ％以上の含有量が必要である。しかしながら、多すぎる含有は炭化物の過度な粗大化をもたらし靱性の低下が著しくなるため、上限を2.5 ％とする。なお、好ましくは下限を 0.7％、上限を 2.0％とするのが望ましい。
Si：0.1 〜1.5 ％
Siは鋼の溶解・精錬を行う際に脱酸剤として使用され、その結果、得られた鋼は不純物としてSiを不可避的に含有することになる。また、SiはFeマトリックスに固溶し、マトリックスの硬度を高める作用がある。その効果を発揮するためには最低0.1 ％以上の添加が必要である。しかしながら、過度の添加は靱性の低下をもたらす。そのため、上限を1.5 ％として限定する。なお好ましくは下限を0.3 ％、上限を0.4 ％とするのが望ましい。
【０００８】
Mn：0.5 ％以下
MnはSiと同様に脱酸剤として使用され、焼入性の向上に寄与する。しかしながら過度の添加は靱性を悪化させたり、熱間加工性を低下させる。したがって、その含有量は 0.5％以下に限定する。好ましくは下限を 0.2％、上限を 0.5％とするのが望ましい。
Cr：3.5 〜5.5 ％
Crは焼入性を高めるとともに、耐酸化性や高温での耐食性を向上させると同時に、C と結合して複合炭化物を形成し焼入性を高める重要な添加元素である。その効果を発揮するためには最低 3.5％の添加が必要である。しかしながら過度の添加は、炭化物量の増量をまねき、靱性や熱間加工性を悪化させる。したがって、その含有量を 5.5％に限定する。なお、好ましくは下限を 3.9％、上限を 4.2％とするのが望ましい。
【０００９】
Ni：0.3 ％以下
Niは不可避不純物として含まれることになるが、多すぎる場合は、耐溶損性を低下させる。したがって、その現有量を 0.3％以下に規制する。
Mo：0.1 〜10％
Moはマトリックス中に固溶して高温強度を高めるとともに、複合炭化物を形成し耐摩耗性を向上させる。また溶融マグネシウムに対する耐溶損性を向上させる重要な元素である。その効果を発揮するためには最低 0.1％の添加が必要である。しかしながら、過度の添加は、炭化物量を増し靱性の低下をもたらすうえ、製造工程である鍛造、圧延といった熱間加工工程で加工困難をまねく。そのため、10％以下に規制する。好ましくは下限を 4.5％、上限を 5.4％とするのが望ましい。
【００１０】
W ：0.1 〜15％
W はMo同様、マトリックス中に固溶して高温強度を高めるとともに、複合炭化物を形成し耐摩耗性を向上させる。また溶融マグネシウムに対する耐溶損性を向上させる有用な元素である。その効果を発揮するためには最低 0.1％の添加が必要である。しかしながら、過度の添加は、炭化物量を増し靱性の低下をもたらすうえ、製造工程である鍛造、圧延といった熱間加工工程で加工困難をまねく。そのため、15％以下に規制する。好ましくは下限を 1.5％、上限を10.4％とするのが望ましい。
Ｖ：1.0 〜6.0 ％
ＶはC と結合して極めて硬質なMC型とよばれる炭化物を形成し、高温強度や耐摩耗性の向上に大きく寄与する元素である。その効果を発揮するためには最低 1.0％の添加が必要である。しかしながら、過度の添加は、炭化物量を増し靱性の低下をもたらすうえ、製造工程における加工困難をまねく。そのため、6.0 ％以下に規制する。好ましくは下限を 1.3％、上限を 4.9％とするのが望ましい。
【００１１】
Co：0.1 〜15％以下
Coはマトリックス中に固溶して高温強度を向上させる。その効果を発揮するためには最低 0.1％の添加が必要である。しかしながら、過度の添加はマトリックスの靱性低下をもたらすうえ、製造工程における加工困難を招く。そのため、15％以下に規制する。なお好ましくは下限を 0.3％、上限を 9.8％とするのが望ましい。
焼入焼戻し後の炭化物面積率： 5〜25％
一般に高合金鋼は、材料中に炭化物を含有し、これにより高温における高い耐摩耗性と強度を付与している。ちなみに、前述の従来材JIS  SKD61などの熱間工具鋼は、炭化物を多く含まない。したがって、その効果を発揮するためには、最低 5％以上の焼入焼戻し後の炭化物面積率が得られるよう組成調整が必要である。しかしながら、炭化物面積率を増すと靱性が低下する上、本発明にともなう実験により、マグネシウム耐溶損性を損なうことが見出されたので、その上限を25％に規定する。なお、好ましくは 5〜23％である。
【００１２】
焼入焼戻し後の硬さ：55〜72HRC 
一般に高合金鋼は、多量の合金元素によりマトリックスの硬さを高めることができる。一方、前述の従来材JIS  SKD61は、これらを比較的多く含まず、その焼入焼戻し後の硬さは55HRC に達しない。したがって、その効果を発揮するためには、適切な熱処理を実施し、焼入焼戻し後の硬さを55HRC 以上とする。しかしながら、硬度を増すと、靱性が低下するため、上限を72HRC に規定する。なお、好ましくは58〜68HRC である。
【００１３】
焼入焼戻し後のMC型炭化物の面積率：2 〜20％
前述したとおり、一般に高合金鋼は、材料中に多量の炭化物を含有し、これにより高温における高い耐摩耗性と強度を付与している。炭化物面積率の中でもとりわけＶ元素を主体としたM 焼入焼戻し後のMC型炭化物は非常に硬質で高温における高い耐摩耗性を付与する。したがって、その効果を発揮するためには、最低2 ％以上のMC型炭化物の面積率が得られるよう組成調整が必要である。しかしながら、MC型炭化物の面積率を過度に増すと、靱性が低下する上、被研削性が劣化し部品加工が困難となる。そのため上限を20％に規定する。なお、好ましくは 2〜17％である。
焼入焼戻し後のMC型炭化物の等価円直径の最大値：2 〜10μm 
前述したとおり、Ｖ元素を主体としたMC型炭化物は非常に硬質で高温における高い耐摩耗性を付与する。しかしながら、MC型炭化物は量を増すと粗大化しやすく、粗大なMC型炭化物は被研削性を一層悪化させるため、ある大きさに制御することが有用である。また、本発明者らは、MC型炭化物量が同じである場合、MC型炭化物をある程度微細化した材料の方が、溶融マグネシウムに対する耐溶損性の面で有利であることを実験により見出した。一方、MC型炭化物サイズが小さすぎると、耐摩耗性が低下することから、MC型炭化物の等価円直径の最大値を2 〜10μm に規定する。なお、好ましくは 3〜10μm である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。本発明を実施するための最良の形態のマグネシウム合金の射出成形機部品用材料は、質量％で、C ：0.6 〜2.5 ％、Si：0.1 〜1.5 ％、Mn：0.5 ％以下、Cr：3.5 〜5.5 ％、Ni：0.3 ％以下、Mo：0 .1〜10％、W ：0.1 〜15％、Ｖ：1.0 〜6.0 ％、Co：0.1 〜15％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、さらには焼入焼戻し後の炭化物面積率が5 〜25％であり、その上、焼入焼戻し後の硬さが55〜72HRC であり、かつ、該焼入焼戻し後の炭化物面積率のうちＶを主体としたMC型炭化物の面積率が2 〜20％であり、かつ、該MC型炭化物の等価円直径（各MC型炭化物の面積を円面積としたときの各円直径）の最大値が2 〜10μm とした。
本発明による材料は、規定された組成となるよう各成分を調整して溶製することが可能である。本発明は溶融方法を特に限定するものではないが、MC型炭化物の等価円直径を規定のサイズに制御するため、必要に応じて特殊溶解（真空溶解、ESR など）を実施するものである。これにより得られた材料を所定の形状へ加工する工程においても、特にその方法を限定するものではない。
【実施例１】
【００１５】
以下に本発明の実施例を詳細に説明する。表１に示す組成と炭化物形態を有する試験材を真空誘導溶解炉により50kg鋼塊に溶製した。溶製した各鋼塊は、熱間鍛造によりφ20の棒鋼とした。この棒材から採取した試験片に所定の焼入焼戻し処理を施した。
【表１】
2006144098.tif 000003
【００１６】
まず、各試験材の高温での抗折強度を測定するため、焼入焼戻しした試験片について温度 650℃での高温抗折強度試験を行った。図１にその結果を示す。本発明鋼Ａ〜Ｅは、従来材である、比較鋼Ｆ〜Ｈ、従来鋼Ｉ（ SKD61），従来鋼Ｊ（特許文献１に開示する従来材）に比べ、高い高温抗折強度を示す。さらに、各試験材の耐溶損性を評価するために、自作溶損試験機による溶損試験を行った。溶融状態のマグネシウム合金中で、試験片を回転させながら、100 時間あたりの溶損率を求めた。なお溶損率は次の式にて求めた。
溶損率（％）＝試験後の試験片重量（ｇ）／試験前の試験片重量（ｇ）×１００
図２に耐溶損性の試験結果を示す。本発明鋼Ａ〜Ｅは、比較鋼Ｆ〜Ｈ、従来鋼Ｉ，従来鋼Ｊに比べ高いマグネシウム耐溶損性を示す。
同様に、MC炭化物のサイズを変えて、溶損比の評価を行った。なお溶損比は次の式にて求めた。
溶比率（％）＝試験後の試験片重量（ｇ）／試験前の試験片重量（ｇ）×１００
その結果を図３に示す。MC型炭化物の等価円直径の最大値を 2〜10μm に制御した発明鋼材料Ｂ，Ｅは、それ以外の比較鋼Ｆ，Ｇのサイズのものに比べ高いマグネシウム耐溶損性を示す。
【００１７】
上記組成および炭化物分布形態により、本発明を実施するための最良の形態では、 JIS SKD61又は特許文献１に開示する従来材よりも溶融マグネシウムに対する高い耐溶損性、優れた高温強度と長寿命を有する、比較的高温状態で使用される溶融または半溶融のマグネシウム合金の射出成形機部品用材料を提供するものとなった。従ってマグネシウム合金の射出成形機部品用材料として使用した場合、著しく寿命を延長できるため産業上極めて有用である。本発明材により製作された部品に対し、その表面の一部または全部に、例えば窒化処理、炭化処理などの、表面硬化処理を施すことにより、部品の耐摩耗性、耐溶損性をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】焼入焼戻しした試験片について温度 650℃での高温抗折強度試験を行った結果、各試験材の高温抗折力値を示すグラフ。
【図２】溶損試験結果から求めた各供試材の溶損率を、従来鋼Ｉの溶損率を１として相対化した溶損率（溶損比とよぶ）を示すグラフ。
【図３】図２の溶損試験結果のうちMC型炭化物面積率がほぼ等しい鋼種B,E,F,G の４鋼種について、MC炭化物等価円直径最大値とマグネシウム耐溶損性（鋼種I の溶損率を１とした時の相対値−溶損比とよぶ）の関係を示すグラフ。
【図１】
2006144098.tif 000004
【図２】
2006144098.tif 000005
【図３】
2006144098.tif 000006