(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．１５〜０．４５％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：１５．３〜２５％、Ｎｉ：４．０％以下、Ｍｏ：３．０％以下およびＮ：０．０５〜０．２０％を含有し、ただしＣ＋Ｎ：０．５０％未満であって、残部が不可避の不純物およびＦｅからなる合金組成を有するプラスチック成形金型用鋼。
【請求項２】
請求項１に記載の合金成分に加えて、Ｖ：１．０％以下を含有するプラスチック成形金型用鋼。
【請求項３】
請求項１または２に記載の合金成分に加えて、Ｓ：０．４％以下を含有するプラスチック成形金型用鋼。
【請求項４】
硬さをＨＲＣ４４以下に調整したプリハードン型のものである請求項１ないし３のいずれかの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、プラスチックの成形用金型、とくにポリ塩化ビニルのような、金型を腐食する傾向のあるプラスチック材料の成形に使用する金型材料として好適な金型用鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチック成形金型の製造する材料として、耐食性を要求される場合には、ＪＩＳ鋼のＳＵＳ６３０系、ＳＵＳ４２０Ｊ２系、あるいは、ＤＩＮ１・２３１６鋼（0.38C-16Cr-1Mo-Fe）などが使用されて来た。
【０００３】
ＳＵＳ６３０系のものは材料費が高い上に、溶体化処理後の被削性が劣り、金型への加工コストも嵩む。  ＳＵＳ４２０Ｊ２系の鋼は、硬くて加工しにく、しかも耐食性はあまりよくない。  ＤＩＮ１・２３１６鋼は、これらＪＩＳ鋼よりも被削性は優れているが、耐食性に関しては不満である。  このような次第で、耐食性と被削性とを兼ね備えたプラスチック金型用鋼の出現が要望されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、このような要望に応え、耐食性と被削性とがバランスよく改善されたプラスチック金型用鋼、とくにプリハードン型のものを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラスチック成形金型用鋼は、重量％で、Ｃ：０．１５〜０．４５％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：１５．３〜２５％、Ｎｉ：４．０％以下、Ｍｏ：３．０％以下およびＮ：０．０５〜０．２０％を含有し、ただしＣ＋Ｎ：０．５０％未満であって、残部が不可避の不純物およびＦｅからなる合金組成を有する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明のプラスチック成形金型用鋼は、上記の基本的合金組成に加えて、下記の成分の一方または両方を、任意に含有することができる。
【０００７】
１）Ｖ：１．０％以下、および
２）Ｓ：０．４％以下。
【０００８】
このプラスチック成形金型用鋼は、プリハードン鋼として、すなわち焼入れ・焼戻した状態で切削加工して金型する材料として好適であって、この場合の硬さは、ＨＲＣ４４以下に調整することが適切である。  それにより、金型の強度を確保する上で必要な硬さを保つとともに、機械加工を支障なく行なうことができる。  とくに好ましい硬さの範囲は、ＨＲＣ３０〜３５である。
【０００９】
本発明の鋼は、マルテンサイト系ステンレス鋼に比較的多量のＮを添加した形の合金組成を特徴とする。  適量のＮの存在がマルテンサイト系ステンレスの耐食性を高め、しかも他の特性を損なわうことはないという事実の発見が、本発明の基礎にある。  この点を含め、本発明のプラスチック成形金型用鋼の合金組成を上記のように選択した理由を、以下に説明する。
【００１０】
Ｃ：０．１５〜０．４５％
マルテンサイト系ステンレス鋼の強度を確保するために、Ｃが少なくとも０．１５％存在しなければならない。  一方、プレハードン鋼として使用するためには、Ｃが０．４５％以下でなければならず、これを超えると、焼入れ・焼戻し後の硬さをＨＲＣ４４以下に調整することは困難である。
【００１１】
Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは鋼の脱酸のため添加する。  １．０％を超えて添加すると靭性を低下させ、鋼が金型用材料として不適当なものになる。
【００１２】
Ｍｎ：２．０％以下
ＭｎはＳｉと同様に、脱酸のために添加する。  ２．０％を超えると、オーステナイトが残留してマルテンサイト組織が維持できなくなる。
【００１３】
Ｃｒ：１５．３〜２５％
いうまでもなく、Ｃｒはステンレス鋼とするために必須の元素であって、金型用鋼として十分な耐食性を得るために、１５．３％以上の添加を要する。上限２５％は、マルチンサイト組織を確保するための限界である。
【００１４】
Ｎｉ：４．０％以下
鋼の焼入れ性を高く保つ目的で、適量のＮｉを添加する。  ４．０％を超えると、オーステナイト組織が残留してマルテンサイト組織が得難くなる。
【００１５】
Ｍｏ：３．０％以下
耐食性を向上させるため、ＣｒとともにＭｏを添加する。  この効果は０．０１％程度の少量の添加から認められる。  Ｍｏは高価な材料であるから、コストを高くしないよう、３．０％以内の添加に止める。
【００１６】
Ｎ：０．０５〜０．２０％、ただしＣ＋Ｎ：０．５％未満
上述したように、マルテンサイト系ステンレスに比較的多量のＮを存在させることにより、耐食性を効果的に改善することができる。  この事実は、耐食性向上のためにＣｒやＭｏの量を増大させるという常套手段をとらないで済むこと、従って被削性を犠牲にしないで済むこと、を意味する。  Ｎの添加による耐食性改善効果は、０．０５％程度の少量から認められる。  ０．２０％を超える添加は、通常の製鋼手段では困難である。  Ｃ＋Ｎを０．５％未満に止めるという条件は、焼入れ・焼戻し時の硬さがＨＲＣ４４以下であって、プレハードン鋼としての使用が困難にならないように設けたものである。
【００１７】
任意に添加する元素は、それぞれ下記の働きがあり、組成範囲の限定理由は次のとおりである：
Ｖ：１．０％以下
鋼の強度を高めるので、必要に応じてＶを適量添加する。  上限は、機械加工性の観点から定めた。
【００１８】
Ｓ：０．４％以下
被削性の一層の向上を望むときに、適量添加する。  過大に存在すると靭性を低下させるから、０．４％以内の添加量を選ぶ。
【００１９】
【実施例】
表１に示す合金組成のプラスチック金型用鋼を７０トン電気炉で溶製し、ＡＯＤ炉で精錬して、４．６トンのインゴットにした。  これを熱間のプレス加工により金型材とする一方、一部の材料は３０mm径の丸棒に熱間圧延し、諸特性を調べるサンプルとした。
【００２０】
表  １    重量％  残部Ｆｅ
0003965779.tif 000002
比較例１：ＤＩＮ１．２３１６
比較例２：ＳＵＳ６３０
比較例３：ＳＵＳ４２０Ｊ２
【００２１】
上記の各鋼を１０３０℃で焼入れし、６００℃で焼戻しした。  それらのサンプルの硬さを測定するとともに、耐食性および被削性を、つぎのようにして評価した。
【００２２】
〈耐食性〉
１％ＨＣｌ水溶液に入れ、室温で２４時間浸漬した後、腐食減量を測定する。結果は、比較例１(DIN1.2316)の値を基準値１００としたときの、相対値で表した。  数字が小さい方が耐食性が高い。
【００２３】
〈被削性〉
下記の条件でドリル切削を行ない、１０００mm寿命切削速度を算出する。
工    具：  ハイスφ５mm
送    り：  ０．１３mm/rev.
切削速度：  ２〜１５m/min.
やはり比較例１を基準にとって、相対値で示した。  数字が大きいほど被削性がすぐれている。
【００２４】
表  ２
0003965779.tif 000003
＊基準
【００２５】
【発明の効果】
本発明の金型用鋼は、プレハードン硬さが４４以下、好ましい実施態様では３５以下であって、焼入れ・焼戻し状態で十分に切削加工できる。  耐食性、被削性とも在来の金型用鋼よりすぐれているから、精密な加工を必要とし、かつ腐食性のプラスチック材料の成形、とくに射出成形を行なう金型を製造する材料として好適である。