(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：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．９０〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｕ：０．２５％以下、Ｎｉ：０．２５％以下、Ｃｒ：１．００〜２．５０％、Ｍｏ：０．２０〜０．６０％、Ｖ：０．０５〜０．２０％、Ｂ：０．００２０％以下、S-Ａｌ：０．０３５％以下、Ｏ：０．００３０％以下、Ｎ：０．０２００％以下並びにＣａ：０．０００５〜０．００５０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、Ａｌ系介在物が主としてＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 からなり、かつこの介在物が凝集したクラスター状の介在物の長手方向の長さが１５０μｍ以下であることを特徴とするプラスチック成形金型用鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック成形金型用鋼、詳細には鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチックの成形に用いる金型は、通常鋼を機械加工または放電加工によって製造されているので、プラスチック成形金型用鋼には、機械加工における被削性が優れていると共に、放電加工後の表面の平滑性が優れていることが要求されている。更に補修、設計変更、組み立てなどにおいて溶接される場合があるため、溶接性も優れていることが要求されている。また金型表面の形状が成形したプラスチック製品の表面に現れるので、硬さ、耐力、靱性などの金型に必要な一般的な性質が優れているほか、鏡面性を低下するピンホール、微細なピット及び凹凸が少ないことが要求されている。
【０００３】
従来、プラスチック金型用鋼として、Ｃ：０．１０〜０．２５％、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．５０〜２．５０％、Ｍｏ：０．０５〜１．００％、Ｖ：０．０１〜０．１０％、Ａｌ：０．００５〜０．０８０％、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０％、Ｎ：０．００６０％以下、及びＯ：０．００５０％以下を含むと共に、Ｓ：０．０４〜０．０７％、Ｚｒ：０．０５〜０．１５％、Ｃａ：０．００１〜０．０５％、及びＰｂ：０．１０〜０．３０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種の被削性向上元素を含むプラスチック金型用プリハード鋼が知られている（特開昭６２─１４９８１１号公報）。
【０００４】
また、本出願人が開発したＣ：０．０５〜０．２５％、Ｓｉ：０．２０〜０．４０％、Ｍｎ：０．２５〜２．０％、ｓ−Ａｌ：０．０１０〜０．０３０％、Ｏ：０．００２０％以下を含有し、さらに必要に応じてＣｒ：０．１〜３．０％、Ｍｏ：０．５〜１．０％、Ｖ：０．０５〜０．６％の１種または２種以上を含有し、また必要に応じてＳ：０．００１〜０．１０％、Ｐｂ：０．０３〜０．２％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１０％、Ｚｒ：０．００３〜０．２％及びＢｉ：０．０１〜０．２０％の１種または２種以上を含有し、残部がＦｅ及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成形金型用鋼が知られている（特開平１１─１５８５７９号公報）。
【０００５】
しかし、上記特開昭６２─１４９８１１号公報に記載されているプラスチック成形プリハード金型用鋼は、Ａｌを多く含有しているため、Ａｌ2 Ｏ3 系の介在物の量が多いので、これらが研磨する際に脱落してピンホールや微細なピットの原因となり、またこのクラスターが硬いために凹凸の原因となり、鏡面性がそれほど良くないという問題があった。  また、上記特開平１１─１５８５７９号公報に記載されているプラスチック成形金型用鋼も、介在物が凝集したクラスタの数が上記公報のものより少ないが、大きいため、これらが研磨する際に脱落してピンホールや微細なピットの原因となり、またこのクラスターが硬いために凹凸の原因となり、鏡面性がそれほど良くないという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来のプラスチック成形金型用鋼と同等の金型に必要な一般的な性質を有すると共に、従来のものよりピンホール、微細なピット及び凹凸が少ない鏡面性に優れたプラスチック成形金型用鋼を提供することを課題としている。
【０００７】
【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、プラスチック成形金型用鋼の鏡面性を低下する介在物の形態、形状等について鋭意研究していたところ、従来のプラスチック成形金型用鋼の介在物は、Al2O3-MgO （スピネル）系介在物が数珠状に凝集したクラスター状であること、このクラスター状介在物は長さが１５０μｍ以上になることもあること、このように長いものは研磨の際に落下し、ピンホールや微細なピットを生成すること、Al2O3-MgO 系介在物は硬いため、研磨の際周囲より研磨されないため、研磨面に凹凸を生成しやすいこと、Ｃａを添加すると介在物がＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 系の介在物となり、この介在物は凝集しても大きなクラスターにならないため、研磨する際に落下し難いこと、ＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 系の介在物は、Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ系介在物より柔らかく研磨の際周囲と同様に研磨されやすいため、研磨面に凹凸が生成し難い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。
【０００８】
すなわち、本発明のプラスチック成形金型用鋼においては、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．９０〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｕ：０．２５％以下、Ｎｉ：０．２５％以下、Ｃｒ：１．００〜２．５０％、Ｍｏ：０．２０〜０．６０％、Ｖ：０．０５〜０．２０％、Ｂ：０．００２０％以下、S-Ａｌ：０．０３５％以下、Ｏ：０．００３０％以下、Ｎ：０．０２００％以下並びにＣａ：０．０００５〜０．００５０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、Ａｌ系介在物を主としてＣａＯ−ＡｌＯ3 からなるものとし、かつこの介在物が凝集したクラスターの長手方向の長さを１５０μｍ以下にしたことである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のプラスチック成形金型用鋼について詳細に説明する。
先ず、本発明のプラスチック成形金型用鋼のＡｌ系介在物を特定した理由を説明する。  本発明において、Ａｌ系介在物を主としてＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 系介在物にするのは、ＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 系介在物は分散され易く、凝集して大きなクラスターにならないため、研磨する際に落下し難いので、鏡面性を低下するピンホールや微細なピットを生成し難くなるからであり、またＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 系介在物は柔らかいため、研磨の際周囲と同様に研磨されるので、研磨面に鏡面性を低下する凹凸を生成し難くなるからである。
また、本発明において、ＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 系介在物が凝集したクラスター状の介在物の長手方向の長さを１５０μｍ以下にするのは、長くなると研磨する際に落下して鏡面性を低下するピンホールや微細なピットを生成するが、その長さが１５０μｍ以下、好ましくは１１０μｍ以下になれば、ピンホールや微細なピットになり難くいからである。
【００１０】
次に、本発明のプラスチック成形金型用鋼の成分組成を特定した理由を説明する。Ｃ：０．１０〜０．３０％
Ｃは、硬さを高くするので、そのために含有させる元素である。必要な硬さ（２８５ＨＢ程度）を得るためには０．１０％以上、好ましくは０．１３％以上含有させる必要があるが、その量が多くなると溶接が困難になると共に、硬さが高くなり過ぎて被削性を低下させるので、０．３０％以下、好ましくは０．２４％以下にする。
【００１１】
Ｓｉ：０．０５〜１．５０％
Ｓｉは、溶製時の脱酸剤であると共に焼入性を高めるので、それらのために含有させる元素である。それらの作用効果を得るためには０．０５％以上、好ましくは０．２５％以上含有させる必要があるが、多くなると靱性を低下させるので、１．５０％以下、好ましくは１．３５％以下にする。
【００１２】
Ｍｎ：０．９０〜２．０％
Ｍｎは、溶製時の脱酸剤であると共に焼入性を高めるので、それらのために含有させる元素である。それらの作用効果を得るためには０．９０％以上、好ましくは１．０５％以上含有させる必要があるが、多くなると靱性を低下させるので、２．０％以下、好ましくは１．６％以下にする。
【００１３】
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、不純物であり、溶接性を低下させると共に、靱性及び疲労強度を低下させるので、０．０３０％以下、好ましくは０．００１５％以下にする。
【００１４】
Ｓ：０．０１００％以下
Ｓは、不純物であり、ＭｎＳとなって研磨時のピンホールの発生の原因となり、鏡面性を低下させるので、０．０１００％以下、好ましくは０．００５０％以下にする。
【００１５】
Ｃｕ：０．２５％以下、Ｎｉ：０．２５％以下
Ｃｕ及びＮｉは、本発明のプラスチック成形金型用鋼には必要な元素でなく、溶解原料から混入する不純物であり、また多くなると焼入性を高めて硬くなり過ぎて被削性を低下させるので、通常の不純物程度の０．２５％以下にする。
【００１６】
Ｃｒ：１．０〜２．５０％
Ｃｒは、焼入性を高めると共に６００℃以上における焼戻し軟化抵抗を高めるので、それらのために含有させる元素である。それらの作用効果を得るためには１．０％以上、好ましくは１．１％以上含有させる必要があるが、多くなると硬くなり過ぎて被削性を低下させるので、２．５０％以下、好ましくは２．４０％以下にする。
【００１７】
Ｍｏ：０．２０〜０．６０％
Ｍｏは、焼入性を高めると共に６００℃以上における焼戻し軟化抵抗を高めるので、それらのために含有させる元素である。それらの作用効果を得るためには０．２０％以上、好ましくは０．２６％以上含有させる必要があるが、多くなると硬くなり過ぎて被削性を低下させるので、０．６０％以下、好ましくは０．５５％以下にする。
【００１８】
Ｖ：０．０５〜０．２０％
Ｖは、結晶粒を微細化して靱性を向上させると共に焼戻し軟化抵抗を高めるので、それらのために含有させる元素である。それらの作用効果を得るためには０．０５％以上、好ましくは０．０７％以上含有させる必要があるが、多くなると被削性を低下させると共に靱性を低下させるので、０．２０％以下、好ましくは０．１８％以下にする。
【００１９】
Ｂ：０．００２０％以下
Ｂは、溶接感受性を高くするので、少ないほうが好ましいが、０．００２０％以下、好ましくは０．００１０％以下であれば影響が少ないので、０．００２０％以下、好ましくは０．００１０％以下にする。
【００２０】
ｓ−Ａｌ：０．０３５％以下
Ａｌは、溶製時の脱酸剤として含有させる元素であるが、酸化物となってAl2O3-MgO 系介在物を生成し、これが凝集して大きなクラスターを形成し、研磨の際に落下してピンホールや微細なピットを生成すると共に、Al2O3-MgO 系介在物は硬いために研磨の際周囲より研磨されないため、研磨面に凹凸を生成させるので、０．００３５％以下、好ましくは０．００２５％以下にする。
【００２１】
Ｏ：０．００３０％以下
Ｏは、不純物であり、Ａｌ等と化合してAl2O3-MgO 系介在物を生成し、これが凝集して大きなクラスターを形成し、研磨の際に落下してピンホールや微細なピットを生成すると共に、Al2O3-MgO 系介在物は硬いために研磨の際周囲より研磨されないため、研磨面に凹凸を生成させるので、０．００３０％以下、好ましくは０．００１５％以下にする。
【００２２】
Ｎ：０．０２００％以下
Ｎは、Ｃ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ等と結合して窒化物を形成して結晶粒を微細にするが、窒化物がピンホールの原因となり、また熱間加工性も劣化させるので、０．０２００％以下にする。
【００２３】
Ｃａ：０．０００５〜０．００５０％
Ｃａは、酸化物となってＡｌ系介在物と結合してＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 系の介在物となるが、この介在物は凝集して大きなクラスターになり難いので、研磨する際に落下し難く、またＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 系の介在物は、柔らかく研磨の際周囲と同様に研磨されるため、研磨面に凹凸が生成し難くなるので、これらのために含有させる元素である。これらの作用効果を得るには０．０００５％以上、好ましくは０．００１０％以上含有する必要があるが、多くなると介在物自身が粗大化してしまうので、その含有量を０．００５０％以下、好ましくは０．００４５％以下にする。
【００２４】
次に、本発明のプラスチック成形金型用鋼の製造方法について説明する。
本発明のプラスチック成形金型用鋼は、Ａｌ系介在物が主としてＣａＯ−ＡｌＯ3 であり、かつこの介在物が凝集したクラスター状の介在物の長手方向の長さが１５０μｍ以下にしたものであるが、一例として次のような方法によって製造することができる。
本発明のプラスチック成形金型用鋼は、まず溶解原料を通常のアーク炉溶解法で溶解し、Ａｌ合金を添加して脱酸し、溶鋼のみ取鍋精錬炉に移した後溶鋼を加熱してＣａＯ及びＣａＦ2 を投入してスラグとし、合金の成分組成を調整し、その後ＣａＳｉを投入することによって介在物をＣａＯ−ＡｌＯ3 として溶製し、鋳造等をして製造することができる。
【００２５】
以下、本発明の実施例を説明する。
【実施例】
下記表１に示す本発明の実施例及び比較例のプラスチック成形金型用鋼を通常のアーク炉溶解法で溶解し、Ａｌ合金を添加して脱酸し、溶鋼のみ取鍋精錬炉に移した後溶鋼を加熱してＣａＯ及びＣａＦ2 を投入してスラグとし、合金の成分組成を調整し、その後ＣａＳｉを投入して溶製を終了し、鋳造してインゴットにした。その後鍛造成形した後、焼入れ焼戻し処理を施して供試材とした。この供試材から試験片を切り出し、介在物の長手方向の最大長さを下記方法で測定すると共に、Ａｌ系化合物の形態をＥＰＭＡで分析した。  介在物の長手方向の最大長さ：試験片を顕微鏡観察して１５ｍｍ×２０ｍｍの視野で介在物の長手方向の最大長さを測定し、４０視野の平均値として求めた。
【００２６】
【表１】
0004626092.tif 000002
【００２７】
上記供試材から試験片を切り出し、鏡面加工をした後ブリネル硬さ試験機で硬さを測定し、また下記方法で鏡面加工面のピンホールの数及び大きさを測定した。その結果を下記表２に示す。
ピンホールの数及び大きさ：試験片の鏡面加工面を顕微鏡観察して１５ｍｍ×２０ｍｍの視野でピンホールの数及び大きさ（長手方向の径）を測定し、４０視野の平均値として求めた。
【００２８】
【表２】
0004626092.tif 000003
【００２９】
表２の結果によると、本発明の実施例は、硬さが比較例のものと同程度であったが、鏡面加工面のピンホールの平均個数が４個と３個であり、また大きさの平均値が１３０μｍと１００μｍであった。
これに対して、Ａｌ系介在物の形態が本発明と異なり、またクラスターの最大長さが本発明の範囲外である比較例は、硬さが実施例と同程度であったが、鏡面加工面のピンホールの平均個数が１０〜１８個であり、また大きさの平均値が２４０〜２８０μｍであった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のプラスチック成形金型用鋼は、上記構成にしたことにより、従来のプラスチック成形金型用鋼と同等の金型に必要な一般的な性質を有すると共に、ピンホールや微細なピットが少なく、かつ研磨面の凹凸が少なくなるため、鏡面性が特に優れたものとなるという効果を奏する。