(57)【要約】【課題】焼入れ性が良好で所要の衝撃値が得られ、金型寿命を高寿命化し得るとともに、球状化焼鈍性も良好で切削加工が容易な質量５００ｋｇ以上の大型の金型に適用される金型用鋼を提供する。【解決手段】金型用鋼を、質量％で、C：0.2〜0.6％，Si：0.01〜1.5％，Mn：0.1〜2.0％，Cu：0.01〜2.0％，Ni：0.01〜2.0％，Cr：0.1〜8.0％，Mo：0.01〜5.0％，VとWとNbとTaのうち１種類あるいは２種以上の合計：0.01〜2.0％，Al：0.002〜0.04％，N：0.002〜0.04％，残部Fe及び不可避的不純物の組成を有するものとする。また一定の条件で球状化焼鈍処理した後のＨＶ，２種類の焼入れ条件下での焼入れ、及び焼戻し処理した後のシャルピー衝撃値ＣＨ２ｍｍＵ１，ＣＨ２ｍｍＵ１０との比率Ｒを          ＨＶ≦２００・・・式（１）          ０．６≦Ｒ・・・式（２）          Ｒ＝（ＣＨ２ｍｍＵ１/ＣＨ２ｍｍＵ１０）・・・式（３）  を満たすものとする。【選択図】        図１
2008121032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
C：0.2〜0.6％
Si：0.01〜1.5％
Mn：0.1〜2.0％
Cu：0.01〜2.0％
Ni：0.01〜2.0％
Cr：0.1〜8.0％
Mo：0.01〜5.0％
VとWとNbとTaのうち１種若しくは２種以上の合計：0.01〜2.0％
Al：0.002〜0.04％
N：0.002〜0.04％
残部Fe及び不可避的不純物の組成を有する、質量が５００ｋｇ以上の大型の金型に適用される金型用鋼であって、該鋼にて作製した球状化焼鈍用の１１ｍｍ×１１ｍｍ×６０ｍｍの角棒を、以下の焼鈍条件で球状化焼鈍処理したのちのＨＶが以下の式（１）を満たし、
また前記鋼にて作製し、前記焼鈍条件で球状化焼鈍処理した後の衝撃試験用の１１ｍｍ×１１ｍｍ×６０ｍｍの角棒を、下記の焼入れ条件で焼入れした後、更に５５０℃〜６００℃の条件で焼き戻してロックウェルＣスケール硬さを４５±０．５に硬さ調整した後に、該角棒から作製したＪＩＳ  ３号の衝撃試験片（２ｍｍのＵノッチ）を用いたシャルピー衝撃試験による下記のＲ，ＣＨ２ｍｍＵ１，ＣＨ２ｍｍＵ１０が下記式（２），（３）を満たすことを特徴とする球状化焼鈍性及び焼入れ性に優れた金型用鋼。
ＨＶ≦２００・・・式（１）
０．６≦Ｒ・・・式（２）
Ｒ＝（ＣＨ２ｍｍＵ１/ＣＨ２ｍｍＵ１０）・・・式（３）
但し
(イ)焼鈍条件：室温から４時間かけて８６０℃まで加熱した後、８６０℃に４時間保持し、その後室温までの冷却に際し５５０℃までを１５℃／時間の冷却速度で冷却。
(ロ)ＨＶ：室温において測定したビッカース硬さで、３００ｇの負荷を１０秒間与えた場合に計測される値。
(ハ)焼入れ条件：室温から４時間かけて１０３０℃まで加熱した後、１０３０℃に１時間保持し、その後５５０℃までを３０℃／分の冷却速度で冷却した後、室温までを１０℃／分と１℃／分の各冷却速度で冷却。
(ニ)ＣＨ２ｍｍＵ１：焼入れ時に５００℃以下の温度での冷却を１℃／分で冷却した試験片の室温におけるシャルピー衝撃試験での衝撃値[Ｊ/ｃｍ２]
(ホ)ＣＨ２ｍｍＵ１０：焼入れ時に５００℃以下の温度での冷却を１０℃／分で冷却した試験片の室温におけるシャルピー衝撃試験での衝撃値[Ｊ/ｃｍ２]
（但し各衝撃値は前記シャルピー衝撃試験によって得られた吸収エネルギー[Ｊ]を断面積で割った値で、試験片を採取する鋼材の部位と試験片の切り出し方向及びノッチ作製の方向は同じ）
【請求項２】
請求項１において、質量％で
Co：0.01〜2.0％
を更に含有していることを特徴とする球状化焼鈍性及び焼入れ性に優れた金型用鋼。
【請求項３】
請求項１，２の何れかにおいて、質量％で
Ti：0.005〜0.5％
Zr：0.005〜0.5％
の１種又は２種を更に含有することを特徴とする球状化焼鈍性及び焼入れ性に優れた金型用鋼。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、質量％で
B：0.0002〜0.02％
を更に含有することを特徴とする球状化焼鈍性及び焼入れ性に優れた金型用鋼。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、質量％で
S：0.005〜0.5％
Ca：0.0005〜0.5％
Se：0.005〜0.5％
Te：0.005〜0.5％
Bi：0.005〜0.5％
Pb：0.005〜0.5％
のうちの１種又は２種以上を更に含有することを特徴とする球状化焼鈍性及び焼入れ性に優れた金型用鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラスチックやゴムの射出成形金型，ダイカスト金型，熱間鍛造金型等に用いられる金型用鋼に関し、特に質量が５００ｋｇ以上の大型の金型に適用される球状化焼鈍性及び焼入れ性に優れた金型用鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラスチックやゴムの射出成形金型やダイカスト金型，熱間鍛造金型等によって成形される個々の部品が大型化してきており、これに伴って成形用の金型も大型化してきている。
このような金型の大型化に伴って金型用鋼の焼入れ性及び球状化焼鈍性が大きな問題となる。
【０００３】
金型用鋼の焼入れ性と金型寿命とは密接に関係しており、焼入れ性が低いと焼入れ処理したときに十分に焼きが入らず、金型の衝撃値が低くなる。而して衝撃値が低くなると金型の割れや欠損が生じ易くなり、また例えばダイカスト金型では繰り返し加わる加熱と冷却とによる熱疲労によってヒートチェックが発生し易くなり、その結果として金型寿命が短くなってしまう。
【０００４】
金型寿命が短くなれば、金型を頻繁に交換する必要に迫られ、その結果金型１個あたりの成形可能な個数が少なくなって、製品１個あたりのコストが必然的に高くなってしまう。
また金型用鋼には希少元素を多量に使用することから、金型の作製数が増加すれば省資源にも逆行することになるとともに、金型の作製数が増えることによって、金型の製造に到るまでの鋼の溶解工程や熱処理工程が増加し、環境への負荷も増大する。
【０００５】
金型用鋼における焼入れ性の問題は、質量が５００ｋｇ以上の大型の金型のための金型用鋼で特に大きな問題となる。
このような大型の金型の場合、焼入れ処理したときに表面部は冷却速度が速いために焼きが入り易いが、芯部については冷却速度が遅くなるために焼きが入り難く、焼入れが不十分となり易い。焼入れが不十分であれば衝撃値が低くなって、必然的に金型寿命が低下してしまう。
【０００６】
焼入れ性が不十分な金型用鋼の焼入れ性を高める手法として、従来一般に用いられている手法は焼入れ性向上元素を積極的に添加する方法である。焼入れ性向上元素の添加によって変態点（マルテンサイト変態点）が低下して焼入れ性が向上し、そして焼入れ後の組織が微細化して衝撃値は高くなる。
一方、焼入れ性向上元素を積極的に多く添加した場合、その反射的な効果として球状化焼鈍性が悪化する。
【０００７】
金型の製作においては、削ったり孔を開けたりといった切削加工が必要となる。そのため被切削材（金型の素材である金型用鋼）は、切削加工に先立って球状化焼鈍処理を行い、素材を軟化させた状態とした上で、切削加工メーカーにて所要の切削加工を行う。
その場合、球状化焼鈍性の悪い素材は軟化処理後も硬いために被削性が非常に悪く、切削加工のための所要時間が長くなる等、切削に要するコストが増大する問題をもたらす。
従って金型の素材となる金型用鋼には、焼入れ性と併せて球状化焼鈍性も強く求められる。
ここで球状化焼鈍とは、焼鈍時に鋼の中の炭化物（Fe３C）を微細な球状とする組織調整のための処理である。
【０００８】
ところが金型用鋼における焼入れ性と球状化焼鈍性とは互いに相反する関係にあり、焼入れ性を高めれば球状化焼鈍性は悪化し、また一方球状化焼鈍性を高めれば焼入れ性が悪化するといった関係にある。
【０００９】
従来、質量５００ｋｇ未満の小型の金型にあっては辛うじてその両者を充足することが可能であったが、質量５００ｋｇ以上の大型の金型のための金型用鋼の場合、金型焼入時における表面部分と芯部との冷却速度の差が、小型の金型に比べて非常に大きくなるため、芯部までを含めた全体の金型の焼入れ性と球状化焼鈍性とを共に充足するといったことが困難であった。
【００１０】
例えばダイカスト金型に用いられる鋼の一般的な球状化焼鈍条件は、８００〜９５０℃の温度域で２〜５時間加熱した後、１５℃／時間の冷却速度で冷却する、というものである。球状化焼鈍炉の操業条件や生産性はこれを基準とすることが多い。
従ってダイカスト金型に用いられる鋼では、このような一般的な条件によって容易に切削できる硬さまで軟化できることが必須の条件である。
【００１１】
しかるに質量５００ｋｇ以上の大型の金型に用いられる金型用鋼の場合、十分な焼入れ性を確保しつつ上記条件で十分に軟化させることのできる球状化焼鈍性を付与することが従来困難であった。
このような状況はダイカスト金型だけでなく、プラスチックやゴムの射出成形金型，熱間鍛造金型に用いられる鋼についても基本的に同様の状況にある。
【００１２】
尚、本発明に対する先行技術として下記特許文献１，特許文献２，特許文献３に開示されたものがある。
しかしながらこれらの特許文献には本願発明の特徴的な構成については開示されていない。
【００１３】
【特許文献１】特開平７−１７３５７２号公報
【特許文献２】特開２００３−３１３６３５号公報
【特許文献３】特開平６−２５６８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ここにおいて本発明は以上のような事情を背景とし、焼入れ性が良好で所要の衝撃値が得られ、金型寿命を高寿命化し得るとともに、球状化焼鈍性も良好で切削加工が容易な質量５００ｋｇ以上の大型の金型に適用される金型用鋼を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
而して請求項１のものは、質量％で、C：0.2〜0.6％，Si：0.01〜1.5％，Mn：0.1〜2.0％，Cu：0.01〜2.0％，Ni：0.01〜2.0％，Cr：0.1〜8.0％，Mo：0.01〜5.0％，VとWとNbとTaのうち１種若しくは２種以上の合計：0.01〜2.0％，Al：0.002〜0.04％，N：0.002〜0.04％残部Fe及び不可避的不純物の組成を有する、質量が５００ｋｇ以上の大型の金型に適用される金型用鋼であって、該鋼にて作製した球状化焼鈍用の１１ｍｍ×１１ｍｍ×６０ｍｍの角棒を、以下の焼鈍条件で球状化焼鈍処理したのちのＨＶが以下の式（１）を満たし、また前記鋼にて作製し、前記焼鈍条件で球状化焼鈍処理した後の衝撃試験用の１１ｍｍ×１１ｍｍ×６０ｍｍの角棒を、下記の焼入れ条件で焼入れした後、更に５５０℃〜６００℃の条件で焼き戻してロックウェルＣスケール硬さを４５±０．５に硬さ調整した後に、該角棒から作製したＪＩＳ  ３号の衝撃試験片（２ｍｍのＵノッチ）を用いたシャルピー衝撃試験による下記のＲ，ＣＨ２ｍｍＵ１，ＣＨ２ｍｍＵ１０が下記式（２），（３）を満たすことを特徴とする。
ＨＶ≦２００・・・式（１）
０．６≦Ｒ・・・式（２）
Ｒ＝（ＣＨ２ｍｍＵ１/ＣＨ２ｍｍＵ１０）・・・式（３）
但し、
(イ)焼鈍条件：室温から４時間かけて８６０℃まで加熱した後、８６０℃に４時間保持し、その後室温までの冷却に際し、５５０℃までを１５℃／時間の冷却速度で冷却。
(ロ)ＨＶ：室温において測定したビッカース硬さで、３００ｇの負荷を１０秒間与えた場合に計測される値。
(ハ)焼入れ条件：室温から４時間かけて１０３０℃まで加熱した後、１０３０℃に１時間保持し、その後５５０℃までを３０℃／分の冷却速度で冷却した後、室温までを１０℃／分と１℃／分の各冷却速度で冷却。
(ニ)ＣＨ２ｍｍＵ１：焼入れ時に５００℃以下の温度での冷却を１℃／分で冷却した試験片の室温におけるシャルピー衝撃試験での衝撃値[Ｊ/ｃｍ２]
(ホ)ＣＨ２ｍｍＵ１０：焼入れ時に５００℃以下の温度での冷却を１０℃／分で冷却した試験片の室温におけるシャルピー衝撃試験での衝撃値[Ｊ/ｃｍ２]
（但し各衝撃値は前記シャルピー衝撃試験によって得られた吸収エネルギー[Ｊ]を断面積で割った値で、試験片を採取する鋼材の部位と試験片の切り出し方向及びノッチ作製の方向は同じ）
【００１６】
請求項２のものは、請求項１において、質量％で、Co：0.01〜2.0％を更に含有していることを特徴とする。
【００１７】
請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、質量％で、Ti：0.005〜0.5％，Zr：0.005〜0.5％の１種又は２種を更に含有することを特徴とする。
【００１８】
請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、質量％で、B：0.0002〜0.02％を更に含有することを特徴とする。
【００１９】
請求項５のものは、請求項１〜４の何れかにおいて、質量％で、S：0.005〜0.5％，Ca：0.0005〜0.5％，Se：0.005〜0.5％，Te：0.005〜0.5％，Bi：0.005〜0.5％，Pb：0.005〜0.5％のうちの１種又は２種以上を更に含有することを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００２０】
以上のように本発明は、鋼に添加する元素を上記のように調整した上で、球状化焼鈍性の指標としての所定の熱処理後のＨＶを２００以上、焼入れ性を表す衝撃値の比率Ｒを０．６以上となしたもので、本発明によれば、５００ｋｇ以上の大型の金型に求められる所要の焼入れ性と球状化焼鈍性とを共に付与することができ、金型の製造コストを安価に抑えつつ金型寿命を高寿命化し得て、１個当りの金型に要するコストを低減し、従ってまた金型を用いて成形される部品のコストを低減することができる。
【００２１】
尚、本発明において１１ｍｍ×１１ｍｍ×６０ｍｍの角棒を用いて球状化焼鈍性を調べ、また焼入れ性の指標としての衝撃値の比率を規定している理由は、このサイズの角棒を用いることで焼入れ速度が制御し易いとともに、外面が曲面の円柱よりも平面の角柱の方が硬さが測定し易く、更に衝撃試験片とほぼ同じサイズであることによる。
また衝撃試験のための熱処理においてロックウェルＣスケール硬さを４５±０．５に調整しているのは、この硬さが金型として使われる硬さ（ＨＲＣ３８〜５２）の代表値であることによる。
【００２２】
また焼入れ性の指標として、５５０℃以下の温度での冷却を１０℃／分と１℃／分の各冷却速度で冷却したときの衝撃値ＣＨ２ｍｍＵ１０とＣＨ２ｍｍＵ１との比率をとっているのは、実生産での焼入れ速度が、５００ｋｇ以上の大型の金型の場合１℃／分程度、小さい金型で１０℃／分程度の速度となることによる。つまりは大型の金型における表面部の焼入れ速度と芯部の焼入れ速度がほぼこの程度の焼入れ速度となることによる。
【００２３】
またこれら異なった冷却速度で焼入れしたときの衝撃値の比率をもって焼入れ性の評価をしているのは、表面部と芯部との焼入れ性の相違で全体の焼入れ性の評価を行うためであり、またその比率であるＲを０．６以上としているのは、焼入れ性の悪い鋼種ではＲが０．６以下になることが多いことによる。理想なのはＲ＝１となることであるが、そうした鋼種は実際上存在しないし、仮に存在したとしてもそのときには球状化焼鈍性が著しく悪化する。
尚、上記焼入れ処理後の５５０℃〜６５０℃での焼戻し処理は、通常その焼戻し温度に１〜３０時間保持することによって行う。
【００２４】
次に本発明における各化学成分の限定理由を以下に詳述する。
Cは鋼の強度調整に必須の元素である。プラスチックやゴムの射出成形，ダイカスト，鍛造などに用いられる金型としての必要強度を確保するため、本発明においては質量で0.2％〜0.6％添加する。添加量は金型に要求される強度に応じて決定するが、多くの場合0.25％〜0.5％が適当である。
【００２５】
Siは地鉄中に固溶し、炭化物の生成挙動を介して衝撃値に影響を及ぼす。高衝撃値化のためには低Siが良いが、過度の低減は生産コストを増すばかりでなく特性向上の実益にも乏しい。一方被削性を向上させるには高Si化が有効である。衝撃値・製造コスト・被削性のバランスから、本発明においては質量で0.01％〜1.5％とする。好ましい範囲は0.05％〜1.5％である。
【００２６】
Mnは焼入れ性の向上元素として必須である。ただし、過度の添加はAc1変態点を下げるだけでなく、球状化焼鈍性を著しく阻害し、被削性に優れた軟質な状態を創製しにくくする。焼入れ性の向上効果・変態点・焼鈍性などのバランスから、本発明においては質量で0.1％〜2.0％とする。好ましい範囲は0.40％〜1.6％である。
【００２７】
Cuは地鉄中に単独析出して、鋼の高強度化に寄与する。ただし、過度の添加は熱間加工性を劣化させるため避けるべきである。強度と熱間加工性のバランスから、本発明においては質量で0.01％〜2.0％とする。好ましい範囲は0.04％〜1.2％である。
【００２８】
Niは焼入れ性を向上する元素として有用である。ただし、過度の添加はAc1変態点を下げるだけでなく、球状化焼鈍性を著しく阻害し、被削性に優れた軟質な状態を創製しにくくする。焼入れ性の向上効果・変態点・焼鈍性などのバランスから、本発明においては質量で0.01％〜2.0％とする。好ましい範囲は0.04％〜1.2％である。
【００２９】
Crは焼入れ性を向上するだけでなく、炭化物を形成して鋼を高強度化する元素として有用である。ただし、過度の添加は軟化抵抗を下げ、高温での使用中にヘタリやすくなる(疲労強度の低下)。強度と軟化抵抗のバランスから、本発明においては質量で0.1％〜8.0％とする。好ましい範囲は0.4％〜6.0％である。
【００３０】
Moは焼入れ性を向上するだけでなく、炭化物を形成して鋼を高強度化する元素として有用である。特に、軟化抵抗を高める効果が大きい。ただし、過度の添加は球状化焼鈍性を劣化させる。軟化抵抗と球状化焼鈍性のバランスから、本発明においては質量で0.01％〜5.0％とする。好ましい範囲は0.20％〜3.5％である。
【００３１】
VとWとNbとTaは、炭化物を形成して鋼を高強度化する元素として有用である。ただし、過度の添加は球状化焼鈍性の低下を招くだけでなく、凝固時の晶出炭化物を増すことになり、本鋼が工具や金型となった場合の衝撃値を大きく低下させる。鋼に対するこれらの元素の作用はほぼ同じであるため、強度と球状化焼鈍性のバランスから、本発明においてはこれらの元素のうち１種若しくは２種以上の合計が質量で0.01％〜2.0％となるようにする。好ましい範囲は0.10％〜1.2％である。
【００３２】
Alは窒化物を形成して、焼入れにおける結晶粒の粗大化を防止する元素である。ただし、過度の添加は特性の飽和と製造コストの増大を招くだけでなく、介在物であるアルミナを増すことになり、本鋼が工具や金型となった場合の衝撃値を大きく低下させる。結晶粒の粗大化を防止する効果と衝撃値のバランスから、本発明においては質量で0.002％〜0.04％とする。好ましい範囲は0.007％〜0.03％である。
【００３３】
NはAlNを形成して、焼入れにおける結晶粒の粗大化を防止する元素である。ただし、過度の添加は特性の飽和と製造コストの増大を招くのみである。結晶粒の粗大化を防止する効果と製造コストのバランスから、本発明においては質量で0.002％〜0.04％とする。好ましい範囲は0.007％〜0.03％である。
【００３４】
選択添加元素としてのCoは地鉄中に固溶し、炭化物の生成挙動を介して衝撃値に影響を及ぼす。高衝撃値化のためには低Coが良いが、過度の低減は高温での強度を低下させる。一方、過度の添加では高温強度の飽和と生産コストの増大を招くのみである。衝撃値・高温強度・製造コストのバランスから、本発明においては質量で0.01％〜2.0％とする。
【００３５】
選択添加元素としてのTiは、TiNやTiCを形成して焼入れにおける結晶粒の粗大化を防止する元素である。ただし、過度の添加は特性の飽和と製造コストの増大を招く。また、比較的に粗大に析出するTiNやTiCは、本鋼が金型となった場合の衝撃値を大きく低下させる。結晶粒の粗大化を防止する効果・製造コスト・材質などのバランスから、本発明においては質量で0.005％〜0.5％とする。
【００３６】
選択添加元素としてのZrは、ZrNやZrCを形成して焼入れにおける結晶粒の粗大化を防止する元素である。ただし、過度の添加は特性の飽和と製造コストの増大を招く。また、比較的に粗大に析出するZrNやZrCは、本鋼が金型となった場合の衝撃値を大きく低下させる。結晶粒の粗大化を防止する効果・製造コスト・材質などのバランスから、本発明においては質量で0.005％〜0.5％とする。
【００３７】
選択添加元素としてのBは、オーステナイト結晶粒界に偏析してフェライト相の析出を抑制する元素であり、鋼の焼入れ性を著しく高める。ただし、過度の添加は特性の飽和と製造コストの増大を招き、実益に乏しい。焼入れ性を向上する効果と製造コストのバランスから、本発明においては質量で0.0002％〜0.02％とする。
【００３８】
選択添加元素としてのSは、MnSを形成して、鋼の被削性を向上する元素である。ただし、過度の添加は特性の飽和と製造コストの増大を招く。また、比較的に粗大に晶出するMnSは、本鋼が工具や金型となった場合の衝撃値を大きく低下させる。被削性を向上する効果・製造コスト・材質などのバランスから、本発明においては質量で0.005〜0.5％とする。
【００３９】
選択添加元素としてのCaは被削性を向上する元素である。また、鋼中の非金属介在物の形態を変化させて鋼の熱間加工性を向上させる元素でもある。ただし、過度の添加は特性の飽和と製造コストの増大を招く。被削性や熱間加工性を向上する効果・製造コスト・材質などのバランスから、本発明においては質量で0.0005％〜0.50％とする。
【００４０】
選択添加元素としてのSeは被削性を向上する元素である。ただし、過度の添加は多量のSe化合物を生じさせることになり、鋼の熱間加工性や衝撃値を低下させる。被削性を向上する効果・製造コスト・材質などのバランスから、本発明においては質量で0.005％〜0.50％とする。
【００４１】
選択添加元素としてのTeは被削性を向上する元素である。ただし、過度の添加は多量のTe化合物を生じさせることになり、鋼の熱間加工性や衝撃値を低下させる。被削性を向上する効果・製造コスト・材質などのバランスから、本発明においては質量で0.005％〜0.50％とする。
【００４２】
選択添加元素としてのBiは被削性を向上する元素である。ただし、過度の添加は鋼中に分散するBi粒子を増すことになり、鋼の熱間加工性や衝撃値を低下させる。被削性を向上する効果・製造コスト・材質などのバランスから、本発明においては質量で0.005％〜0.50％とする。
【００４３】
選択添加元素としてのPbは被削性を向上する元素である。ただし、過度の添加は鋼中に分散するPb粒子を増すことになり、鋼の熱間加工性や衝撃値を低下させる。被削性を向上する効果・製造コスト・材質などのバランスから、本発明においては質量で0.005％〜0.50％とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
次に本発明の実施形態を以下に詳述する。
表１に示す化学成分の鋼を溶製して３１０ｍｍ×６５０ｍｍ×４５００ｍｍのブロック状素材を得、そしてこの素材の中心付近から、素材の高さ方向に１１ｍｍ×１１ｍｍ×６０ｍｍの角棒を試験片として切り出した。尚試験片には、後のシャルピー衝撃試験時の亀裂が素材の長手方向に進展するようにノッチを設けた。
【００４５】
そして図１（イ）に示しているように室温から８６０℃まで４時間かけて加熱し、その後８６０℃に４時間保持した後に室温まで冷却し、その際５５０℃の温度までを１５℃／時間の冷却速度で冷却する球状化焼鈍処理を行い、その焼鈍処理後の試験片のビッカース硬さを測定して、これを球状化焼鈍性の指標とした。
【００４６】
また衝撃試験に供する試験片については、更に図１（ロ）に示す焼入れ条件で焼入れ処理した。即ち、室温から４時間かけて１０３０℃まで加熱し、その後１０３０℃に１時間保持した後に、５５０℃の温度まで３０℃／分の冷却速度で冷却し、更に５５０℃以下の温度においては１０℃／分と１℃／分の２種類の冷却速度でそれぞれ室温まで冷却した。
【００４７】
そして引き続いて各試験片を５５０℃〜６５０℃の範囲内の加熱温度まで加熱し且つ所定時間保持する焼戻しを行って、ロックウェルＣスケール硬さを４５±０．５に硬さ調整し、そしてそれら試験片を最終的にＪＩＳ  ３号のシャルピー衝撃試験片（２ｍｍのＵノッチ）に加工してシャルピー衝撃試験を行い、１０℃／分と１℃／分とで各冷却した試験片についてのそれぞれのシャルピー衝撃値ＣＨ２ｍｍＵ１０，ＣＨ２ｍｍＵ１とを求め、そしてそれら衝撃値の値の比率Ｒを求めた。
【００４８】
これらの結果が表１に併せて示してある。
表１中、球状化焼鈍性については、球状化焼鈍処理後のビッカース硬さが２００を超えている鋼は被削性に問題を生じるものであり、球状化焼鈍性の評価を「×」として表している。
【００４９】
【表１】
2008121032.tif 000003
2008121032.tif 000004
2008121032.tif 000005
【００５０】
表１の結果において、比較例１では合金成分については本発明の条件を満たしているものの、Ｒの値が本発明の下限値である０．６よりも小さく、焼入れ性の点で不十分である。
また比較例２は、焼入れ性については十分であるが球状化焼鈍性が悪く、本発明の条件を満たさないものである。
【００５１】
更に比較例３〜７では、Ｒが０．６未満であるか、或いは０．６以上である場合には球状化焼鈍性に問題のあるものである。つまりこの比較例３〜７を見て分るように、球状化焼鈍性を確保しているものは焼入れ性が不十分であり、また一方焼入れ性を満たすものについては球状化焼鈍性が不十分となっている。
【００５２】
これに対して各実施例ではＲが何れも０．６以上であり、尚且つ球状化焼鈍性も十分で、合金成分の最適化によって球状化焼鈍性と焼入れ性を高いレベルでバランスさせ得ている。
【００５３】
次に、表１に示した鋼のうち０．６≦Ｒとなったものを対象として、質量が約１００ｋｇ（小型）と約５００ｋｇ（大型）のダイカスト金型を作製し、金型寿命を評価した。
ここでは焼鈍状態にある鋼材から粗加工されたダイカスト金型を１０３０℃に加熱し、６０分保持した後に衝風焼入（冷却）を行った。風速は２０ｍｍ／秒である。
【００５４】
引き続き金型に対して５７５〜６０５℃の範囲内の温度に加熱して、その加熱温度に２時間保持する焼戻しを２回繰返し行ってＨＲＣ４５±０．５に硬さ調整した後、ダイカスト金型に仕上げ精加工した。
【００５５】
これらの金型を型締力２４００ｔのダイカストマシーンに入子として組み付け、鋳造試験を行った。湯材はＡＤＣ１２で湯温(溶解保持炉内)は６８０℃である。１サイクル７２秒の鋳造を実施し、発生したヒートチェックの鋳造品表面への転写が顕著となった時点(ショット数)を金型寿命と判定した。結果が表２に示してある。尚、寿命判定は以下の基準で行った。
×：６０００以下（ショット数。以下同じ）
▲：６０００以上，かつ１００００未満
○：１００００以上，かつ１５０００未満
◎：１５０００でも問題なし
【００５６】
【表２】
2008121032.tif 000006
【００５７】
表２の結果から、Ｒが大きいほど金型寿命は良好となる傾向が認められ、０．６≦Ｒであった各実施例においては１００００ショット以上でもヒートチェックは問題となっていない。「◎」の金型は更に使用が可能である。焼入時に芯部の冷却速度が小さくなる５００ｋｇの大型の金型においても良好な結果が得られている。
【００５８】
一方Ｒが０．６未満の比較例は、金型が１００ｋｇと小さい（焼入時の冷却速度が大きい）場合には、比較的良い結果も得られているが、焼入時に芯部の冷却速度が小さくなる５００ｋｇの大型の金型においてはヒートチェックが早期に発生し、金型寿命は短くなっている。
このように本実施例のものは、球状化焼鈍性と焼入れ性とが高いレベルでバランスしていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】（イ）球状化焼鈍処理の際の処理条件を示す図である。（ロ）焼入れ処理の際の処理条件を示す図である。
【図１】
2008121032.tif 000007