(57)【要約】【課題】鏡面仕上げ性および被削性を兼備し、かつ金型製作時のトラブルの原因となる発錆が生じないプラスチック金型用鋼を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：１．０〜６．０％、Ｃｕ：１．０〜６．０％、必要に応じて、上記鋼に、さらに、Ａｌ：０．０５％以下、Ｎ：０．０２％以下の１種または２種を満足し、かつＳ：０．０５％以下、残部Ｆｅからなるプラスチック金型用鋼。【選択図】　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．２０％、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：０．１〜２．０％、
Ｃｒ：１．０〜６．０％、
Ｃｕ：１．０〜６．０％、
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするプラスチック金型用鋼。
【請求項２】
質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．２０％、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：０．１〜２．０％、
Ｃｒ：１．０〜６．０％、
Ｃｕ：１．０〜６．０％、
を含有し、さらに、
Ａｌ：０．０５％以下、
Ｎ：０．０２％以下
の１種または２種を満足し、かつ、Ｓ：０．０５％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするプラスチック金型用鋼。
【請求項３】
請求項１記載の鋼に、さらに、Ｗ、Ｍｏの１種または２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．０１〜１．０％、Ｖ、Ｎｂの１種または２種が、Ｖ＋１／２Ｎｂ：０．０１〜１．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするプラスチック金型用鋼。
【請求項４】
請求項２記載の鋼に、さらに、Ｗ、Ｍｏの１種または２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．０１〜１．０％、Ｖ、Ｎｂの１種または２種が、Ｖ＋１／２Ｎｂ：０．０１〜１．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするプラスチック金型用鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３０〜５０ＨＲＣの硬さを有し、鏡面仕上げ性および被削性に優れたプラスチック金型用鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラスチック金型用鋼は、鏡面仕上げ性を高めるため、高硬度かつ均質組織が望ましい。一方、プラスチック製品を成形するための金型材料として、プリハードン金型鋼材の適用が知られている。このプリハードン金型鋼材とは、通常の鋼に適用される焼なまし−機械加工−焼入れによる強度（硬さ）の向上という工程をとらず、所定の硬さに調整した鋼材を機械加工して、焼入れ処理を行わないで金型等として使用されるものである。そのため、金型等の製品として使用可能な強度および耐摩耗性を確保できる高い硬さであっても、かつ被削性に優れるという相反する特性が求められている。このように、鏡面仕上げ性と被削性は、一般的に相反する特性であり、両者を兼備するプラスチック金型用鋼の開発が望まれてきた。
【０００３】
上述したような特性を有する材料として、例えば特許文献１に開示されているように、Ｎｉ−Ｃｕ−Ａｌ析出硬化系プラスチック金型用鋼で、４０ＨＲＣ前後の均一硬さが得られる。また、０．０５〜０．３ｗｔ％Ｓを含み、ＭｎＳ硫化物が被削性の向上に寄与すると言うものである。また、特許文献２には、特許文献１において、Ｓを０．０１５ｗｔ％以下に制限し、鏡面性に悪影響を及ぼすＭｎＳを著しく低減させており、鏡面性が良好であるという特徴を有する。また、特許文献３は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ａｌ析出硬化系プラスチック金型用鋼で、金型保管中や水溶性切削油が付着した状態で放置されても発錆しない程度の耐食性を有するものである。さらに、特許文献４は、特許文献３と同様の成分系で、組織を調整することにより被削性が良好であるという特徴を有するものがそれぞれ知られている。
【０００４】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開昭５５−２８３８４号公報）
（２）特許文献２（特開昭６０−６７６４１号公報）
（３）特許文献３（特開平１１−１４０５９１号公報）
（４）特許文献４（特開２０００−２９７３５３号公報）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のＮｉ−Ｃｕ−Ａｌ析出硬化型は、鏡面性を低下させる硬質介在物ＡｌＮが生成し易く、特許文献１では、硬質介在物ＡｌＮ、延伸介在物ＭｎＳが鏡面仕上げ時にスジ状の凹部となり、鏡面性を低下させる。また、特許文献２では、特許文献１で開示された技術より被削性が劣るし、硬質介在物ＡｌＮが鏡面性に悪影響を及ぼす場合がある。また、特許文献３は、鏡面性と被削性との関係については、上記特許文献１や２と同じであるが、鏡面性と被削性を兼備していないという欠点がある。さらに、特許文献４では、ＡｌＮまたはＭｎＳが鏡面性に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、時効硬化に必須とされてきたＮｉ、Ａｌを無添加とし、ＣｒおよびＣｕ析出により硬化させることを見出した。また、被削性の向上に必須とされてきたＳを無添加とし、Ｃｕ添加によるマトリックス脆化を利用し、切削時の切り屑破壊効果を得ることにより、鏡面仕上げ性および被削性を兼備し、かつ金型製作時のトラブルの原因となる発錆が生じないプラスチック金型用鋼を提供するものである。その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：１．０〜６．０％、Ｃｕ：１．０〜６．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするプラスチック金型用鋼。
【０００７】
（２）質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：１．０〜６．０％、Ｃｕ：１．０〜６．０％を含有し、さらに、Ａｌ：０．０５％以下、Ｎ：０．０２％以下の１種または２種を満足し、かつ、Ｓ：０．０５％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするプラスチック金型用鋼。
【０００８】
（３）前記（１）記載の鋼に、さらに、Ｗ、Ｍｏの１種または２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．０１〜１．０％、Ｖ、Ｎｂの１種または２種が、Ｖ＋１／２Ｎｂ：０．０１〜１．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするプラスチック金型用鋼。
（４）前記（２）記載の鋼に、さらに、Ｗ、Ｍｏの１種または２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．０１〜１．０％、Ｖ、Ｎｂの１種または２種が、Ｖ＋１／２Ｎｂ：０．０１〜１．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするプラスチック金型用鋼である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成分組成の限定理由について述べる。
Ｃ：０．０１〜０．２０％
Ｃは、硬さ、焼入れ性を確保するに必要な元素であるが、その含有量が０．０１％未満では十分な強度を確保することができない。一方、０．２０％を超えると被削性、靱性および溶接性を低下させることから、０．０１〜０．２０％に限定した。
Ｓｉ：２．０％以下
Ｓｉは、溶製時の脱酸剤として使用されるが、一方、靱性を低下させることから、その上限を２．０％とした。
【００１０】
Ｍｎ：０．１〜２．０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、溶製時の脱酸剤として使用されるが、一方、靱性および被削性を低下させることから、その上限を２．０％とした。
Ｃｒ：１．０〜６．０％
Ｃｒは、Ｃｕ析出硬化を高める元素で焼入れ性、被削性および耐食性を向上させる元素である。しかし、６．０％を超えると過剰の靱性により被削性が劣化することから、１．０〜６．０％とした。
【００１１】
Ｃｕ：１．０〜６．０％
Ｃｕは、時効時のＣｕ析出硬化および被削性を向上させる。本発明の最大の特徴をもつ元素である。しかし、１．０％未満ではその効果が十分でなく、また、６．０％を超えると靱性および熱間加工性を低下させることから、その範囲を１．０〜６．０％とした。
Ｗ、Ｍｏの１種または２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．０１〜１．０％
Ｗ、Ｍｏは、硬さを確保する元素で、Ｍｏ当量が０．０１％未満では硬さを確保するに十分でなく、また、１．０％を超えると、その効果が飽和することから、その範囲を０．０１〜１．０％とした。
【００１２】
Ｖ、Ｎｂの１種または２種が、Ｖ＋１／２Ｎｂ：０．０１〜１．０％
Ｖ、Ｎｂは、硬さを確保する元素で、Ｖ当量が０．０１％未満では硬さを確保するに十分でなく、また、１．０％を超えると、その効果が飽和することから、その範囲を０．０１〜１．０％とした。
Ｓ：０．０５％以下
Ｓは、ＭｎＳ低減による鏡面性確保するため、極力低減させることが望ましいことから、その上限を０．０５％とした。
【００１３】
Ａｌ：０．０５％以下、Ｎ：０．０２％以下
Ａｌは、製鋼での脱酸効果を促進する元素である。また、ＮとＡｌＮを形成し、結晶粒微細化に寄与する元素でもある。しかし、Ａｌ、Ｎの両方が、それぞれ０．０５％、０．０２％を超えると、粗大なＡｌＮが生成し、鏡面性に悪影響を及ぼすことから、Ａｌの上限を０．０５％、Ｎの上限を０．０２％とし、少なくと一種を満足すれば、片方は不純物として、それ以上含有されていても良い。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１に示す供試材を１００ｋｇ真空誘導加熱炉にて溶解し、インゴットに鋳造し、１３００℃に加熱して角１００×１００×１００ｍｍに鍛伸し、１０００℃で容体化処理し、５００〜６００℃の時効処理後、試験片を作製した。その実施例に用いた供試材の化学成分を表１に示す。その評価として、被削性試験はハイス製φ５ｍｍのエンドミルを用い、回転数１９００ｒｐｍ、切削速度３０ｍ／ｓ、エアブローのみの条件下で、工具折損までの切削距離を測定した。また、鏡面性評価としては、自動研磨装置で研磨を行った後、鏡面加工面のピンホールの個数を計測し、ピンホールの個数が特に少ないものから、優れる；◎、良い；○、劣る；×とした。さらに、発錆性試験は、この発錆性を評価するため、５０ｐｐｍＮａＣｌを用いて、３５℃−１６ｈの塩水噴霧試験を行った。発錆が少ないものから、優れる；◎、良い；○、劣る；×とした。その結果を表に示す。
【００１５】
【表１】
2004137521.tif 000002
【００１６】
表１に示すように、Ｎｏ．１〜７は本発明鋼であり、Ｎｏ．１は請求項１に対応する例であり、Ｎｏ．２、３、６、７は請求項２に対応する例であり、Ｎｏ．４は請求項３に対応する例であり、また、Ｎｏ．５は請求項４に対応する例である。Ｎｏ．８〜１２は比較鋼である。Ｎｏ．８はＣｒ成分添加量が低いために発錆が発生した。Ｎｏ．９はＣｕ成分添加量が低いために被削性が劣る。Ｎｏ．１０は同じくＣｕ成分添加量が低いために時効硬さが劣り、かつＳ成分添加が高いために鏡面仕上げ性が劣る。さらに、Ｎｏ．１１はＣｒが高いために発錆性は優れているが、しかし、Ａｌ、Ｎが高いために鏡面仕上げ性が劣ることが判る。また、Ｎｏ．１２もＡｌ、Ｎが高いために鏡面仕上げ性が劣る。これに対し、本発明例でＮｏ．１〜７のいずれも優れていることが判る。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により鏡面性および被削性に優れ、かつ耐食性にも優れたプラスチック金型用鋼が得られ、Ｎｉを使用しないことからコスト削減に大きく寄与したプラスチック金型用鋼である。