(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．３％、
Ｓｉ：≦１．０％、
Ｍｎ：０．１〜０．４％、
Ｎｉ：１．０〜４．０％、
Ｃｒ：０．１〜５．０％、
Ａｌ：０．３〜１．５％、
Ｃｕ：０．３〜１．５％、
Ｓ：０．０５〜０．２％、
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、Ｍｎ／Ｓ≦２．０、介在物硬さを３００〜５００ＨＶになるように調整したことを特徴とする被削性および鏡面性に優れた金型用鋼。
【請求項２】
請求項１記載の成分組成に、さらにＳｅおよびＴｅの１種または２種を０．５％以下含有させたことを特徴とする被削性および鏡面性に優れた金型用鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被削性および鏡面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として、炭素鋼や低炭素構造用鋼が多く使用されているが、近年はプラスチック金型用鋼には被削性、鏡面性、耐食性、肉盛溶接性、シボ加工性および靱性などの様々な特性が要求されて来ている。これらの特性のうち、特に被削性および鏡面性は相反する特性であり、品質および金型コストの点で、これらの特性を両立する金型用鋼の開発が望まれてきた。
【０００３】
上述した要請から、例えば特開昭６３−１８３１５８号公報のように、Ｃ：０．０８〜０．１７％、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．５０〜１．２０％、Ｎｉ：２．５０〜３．５０％、Ａｌ：０．８５〜１．５０％、Ｃｕ：１．８０〜２．５０％、Ｓ：０．０５〜０．１６％、残部Ｆｅおよび通常の不純物よりなるプラスチック成形プリハードン金型用鋼や、特開昭６０−６７６４１号公報のように、Ｃ：０．０５〜０．１８％、Ｓｉ：０．１５〜１．０％、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｎｉ：２．５〜３．５％、Ａｌ：０．５〜１．５％、Ｃｕ：０．７〜１．７％、Ｍｏ：０．１〜０．４％、Ｓ：０．０１５％以下残部Ｆｅおよび不純物からなり、溶接後時効を行った場合も溶着鋼および溶接熱影響部が母材部と同様に均一なフォートエッチング加工が可能であり、かつ鏡面性が良好であるＭｎ−Ｎｉ−Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｏ系時効硬化性プラスチック金型用鋼が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開昭６３−１８３１５８号公報の場合は、ＭｎＳを含有し、被削性に優れるが、鏡面性の点で不十分である。また、特開昭６０−６７６４１号公報の場合は、Ｓ上限値を規制し、良好な鏡面性および均一なフォートエッチング性を有しているが、被削性の点で不十分であるという問題がある。このように、被削性の向上に寄与するＭｎＳは、金型を鏡面に仕上げたときのスジ状の凹部となり、鏡面性を著しく劣化させる。一方、ＭｎＳを含有しない金型用鋼は、被削性が悪く、金型コストが高くなると言う問題がある。
【０００５】
【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、Ｃｒ、Ｓｅ、Ｔｅを添加することによって、硫化物を硬質化させ、鏡面性と被削性の両立を図る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：０．０１〜０．３％、Ｓｉ：≦１．０％、Ｍｎ：０．１〜０．４％、Ｎｉ：１．０〜４．０％、Ｃｒ：０．１〜５．０％、Ａｌ：０．３〜１．５％、Ｃｕ：０．３〜１．５％、Ｓ：０．０５〜０．２％、を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、Ｍｎ／Ｓ≦２．０、介在物硬さを３００〜５００ＨＶになるように調整したことを特徴とする被削性および鏡面性に優れた金型用鋼。
（２）前記（１）記載の成分組成に、さらにＳｅおよびＴｅの１種または２種を０．５％以下含有させたことを特徴とする被削性および鏡面性に優れた金型用鋼である。
【０００６】
【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：０．０１〜０．３％
Ｃは、焼入れ性確保に必要な強度を高めるための基本的な元素であり、０．０１％未満では十分な強度を確保することが出来ず、また、０．３％を超える添加は切削性、靱性および溶接性を低下させることから、その範囲を０．０１〜０．３％とした。
Ｓｉ：≦１．０％
Ｓｉは、溶製時の脱酸作用を有し、焼入れ性のために添加する。しかし、過剰の添加は靱性を低下させることから、その上限を１．０％とした。
【０００７】
Ｍｎ：０．１〜０．４％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、溶製時の脱酸作用を有し、しかも、焼入れ性確保のために添加する。しかし、０．１％未満ではその効果が得られず、また、過剰の添加は切削性および靱性を低下させるので、その上限を０．４％とした。
Ｎｉ：１．０〜４．０％
Ｎｉは、時効硬さの確保およびシボ加工性を向上させるために必要な元素である。しかし、１．０％未満ではその効果が得られず、また、過剰の添加は熱伝導率および被削性を低下させることから、その上限を４．０％とした。好ましくは２．５〜３．５％とする。
【０００８】
Ｃｒ：０．１〜５．０％
Ｃｒは、耐食性および介在物の硬質化を図り、強度向上に役立つ元素である。従って、その効果を得るためには０．１％以上必要である。しかし、過剰の添加は、被削性を低下させることから、その上限を５．０％とした。好ましくは、１．０〜３．０％とする。
Ａｌ：０．３〜１．５％
Ａｌは、時効硬さを確保し、かつ被削性を向上させる元素である。しかし、０．３％未満ではその効果が得られず、また、過剰の添加は靱性を低下させるので、その上限を１．５％とした。好ましくは、０．５〜１．０％とする。
【０００９】
Ｃｕ：０．３〜１．５％
Ｃｕは、時効硬さを確保し、かつ被削性を向上させる元素である。しかし、０．３％未満ではその効果が得られず、また、過剰の添加は靱性および熱間加工性を低下させるので、その上限を１．５％とした。好ましくは、０．５〜１．０％とする。
Ｓ：０．０５〜０．２％
Ｓは、被削性を向上させる元素である。しかし、０．０５％未満ではその効果が得られず、また、過剰の添加は鏡面性および耐食性を劣化させるので、その上限を０．２％とした。
【００１０】
Ｍｎ／Ｓ≦２．０
Ｍｎ／Ｓは、ＭｎＳ単体形成を防止するために規制したもので、その上限を２．０とする。
介在物硬さを３００〜５００ＨＶ
介在物硬さを３００〜５００ＨＶとしたのは、鏡面仕上げ性を確保のために３００ＨＶ以上とする。しかし、５００ＨＶを超えるとシボ加工時のむら防止をすることが出来ないことから、その上限を５００ＨＶとした。
【００１１】
ＳｅおよびＴｅの１種または２種を０．５％以下
ＳｅおよびＴｅは、Ｃｒと共に添加することにより、ＭｎＳをＣｒＳ、Ｃｒ（Ｓ，Ｓｅ）、Ｃｒ（Ｓ，Ｔｅ）のいずれかの硬質介在物とする。すなわち、ＣｒＳ介在物中に固溶し、介在物の硬質を確保する元素である。これにより４００ＨＶを確保することができる。しかし、０．５％を超えると靱性が低下することから、その上限を０．５％とした。望ましくは、０．３％以下とする。
上述したように、本発明は、Ｍｎ／Ｓを規制し、かつ、Ｃｒ，Ｓｅ，Ｔｅを添加することによって、ＭｎＳをＣｒＳ、Ｃｒ（Ｓ，Ｓｅ）、Ｃｒ（Ｓ，Ｔｅ）、Ｃｒ（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）のいずれかの硬質介在物とする。一方、マトリックスと介在物間の硬度差を小さくすることによって、鏡面仕上げ時に介在物のみが先に研磨されてスジ状の凹形状になるのを防ぐものである。
【００１２】
【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に示す化学成分組成を有する鋼を２００ｋｇ真空誘導加熱溶解炉にて溶製し、インゴットに鋳造し、１１００℃に加熱後、幅１００ｍｍ×長さ１００ｍｍ×高さ１００ｍｍの角に鍛伸し、溶体化、時効処理して供試材に供した。その供試材を被削性試験片および鏡面性評価用試験片とした。その結果を表１に示す。なお、被削性試験および鏡面性評価試験は、以下の通りである。
【００１３】
本発明に係る被削性試験としては、
（切削条件）
エンドミル：φ５、２枚刃
回転数：１９００ｒｐｍ
切削速度：０．３ｍ／ｓ
切り込み：１ｍｍ
加工形態：溝加工
冷却方法：エアブロー
（評価方法）エンドミル折損までの切削長
【００１４】
本発明に係る鏡面性評価試験としては、自動研磨装置を用いて湿式ペーパーにて、＃１８０→＃３２０→＃８００→＃１２００を行い、引続き、ダイヤモンドペースト３μｍ→ダイヤモンドペースト１μｍの順にて鏡面仕上げを行った。その結果、実体顕微鏡を用いて被検面積１ｍｍ2 中のピット数を測定し、目視にて評価した。その結果が表１のピット数および鏡面性である。鏡面性については、○は良好、×は鏡面性が悪い状態を示す。なお、表１に示す介在物の形態については、従来のＭｎＳが置換されてＣｒＳとなり、Ｓｅ、Ｔｅが固溶してＣｒ（Ｓ，Ｓｅ）、Ｃｒ（Ｓ，Ｔｅ）、Ｃｒ（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）が形成され、硬さが向上し、また、鏡面仕上性も向上するものである。
【００１５】
【表１】
0003736751.tif 000002
【００１６】
表１に示すように、Ｎｏ．１〜４は、本発明例であり、Ｎｏ．５〜６は、比較例である。比較例Ｎｏ．５は、Ｍｎが高く、また、Ｍｎ／Ｓが高い値であることから、介在物の形態がＭｎＳであり、そのために介在物硬さが低く、ピット数が多く、かつ鏡面性が悪い。また、比較例Ｎｏ．６は、Ｓが低く、Ｍｎ／Ｓが高い値であることから、介在物の形態がＭｎＳであり、そのために介在物硬さが低く、切削長が短く、しかも鏡面性が悪いことが判る。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるＭｎ／Ｓを規制し、かつＣｒ、Ｓｅ、Ｔｅを添加することによって、ＭｎＳを硬質介在物とし、かつマトリックスと介在物間の硬度差を小さくすることによって、鏡面仕上げ時に介在物のみが先に研磨されてスジ状の凹形状になることを防ぐことにより、被削性と鏡面性を両立させたプラスチック金型用鋼を製造することが可能としたことは工業的に極めて優れた効果を奏するものである。