NACHITECHNICALREPORT
Materials

15B3

Vol.

Feb/2008■ 新商品・適用事例紹介
FM ALLOY

マテリアル事業
機械工具
プレシジョン
機能部品「耐食・鏡面プラスチック金型用鋼PROVA400」
FM ALLOY"PROVA 400 ---Anticorrosive,Mirror-surface
Finish Die Steel for Plastic Molding"〈キーワード〉プラスチック金型用鋼・マルテンサイト系ステンレス鋼・耐食性・鏡面性

マテリアル事業部／技術開発部

田 嶋 良 樹 Yoshiki Tajima
島 谷 祐 司 Yuji Shimatani
吉 本 隆 志 Takashi Yoshimoto「FM ALLOY」は、NACHIの商標登録です。

FM ALLOY「耐食・鏡面プラスチック金型用鋼 PROVA400」

要1.高品質・高性能の旨

NACHIマテリアル事業は、従来の高速度工具鋼金型材料に応えてに並ぶ新材料として、「ＦＭ ＡＬＬＯＹ」のブ（ハイス）プラスチックは、私たちが生活をしていく中で、もはランド名で高機能、高品質、高付加価値材料の開や欠かせない存在になっている。その用途や大きさは、

プラスチック金発を推進し、精密型用鋼「ＤＵＲＯ」、デジタル家電、光学製品、家庭用品、白物家電から、機能部品材料「ＥＸＥＯ」をシリー型用鋼「ＰＲＯＶＡ」、自動車部品など極めて多様である。

※1※2

ズ化し、新たな用途展開をすすめている。
プラスチック金型用鋼PROVA400は、新特殊溶

金型材質としては、例えば、表1のように製品用途や解設備をはじめとしたNACHI独自の製造プロセス樹脂の種類、金型ライフなどにあわせて様々である。

により、非金属介在物を極限まで低減して、耐食性その中でも、光学レンズなど成形されたプラスチックと鏡面性を合わせ持つ「ＦＭ ＡＬＬＯＹ」シリーズの製品に高度な鏡面性が要求される場合、金型材種一翼を担う新材種である。の選択はとりわけ重要である。

Abstract
NACHI Material Division has developed a newmaterial called FM ALLOY that has high performance, high quality and high added value thatrivals the conventional High Speed Steel（HSS）.
FM ALLOY Series consist of DURO for precisiondies, PROVA for die steel for plastic molding andEXEO for functional part materials, being appliedfor various new purposes.
PROVA, die steel for plastic molding is a new material in FM ALLOY Series with the minimal nonmetal inclusion and anticorrosive, mirror-surface
finish characteristics which are achieved with useof a new, special melting equipment and NACHIexclusive manufacturing processes.

1

プラスチック製品の成形には金型が用いられるが、耐食・鏡面プラスチック金型用鋼PROVA400は、この鏡面性要求に対応するため、特殊溶解など独自の新製法を確立し、非金属介在物を極限まで低減させ、耐食性を合わせ持つ。

図1 プラスチック成形金型の一例（左:液晶導光板金型、右:レンズ金型）
表1

代表的なプラスチック成型金型材料とその用途例

材種系統

代表材種

使用硬さ
鏡面度（HRC）

SCM改良鋼PX520-30

#3000

析出硬化鋼

NAK80

38-42

透明ケース､OA機器#8000 ※3
（シボ性､放電加工性重視）

SUS420J2 PROVA400
改良鋼
STAVAX

50-55#14000

用途例
自動車､家電
（溶接性､加工性重視）

レンズ、液晶導光板、携帯電話筐体(耐食・鏡面性重視)

2. 耐食・鏡面プラスチック金型用鋼
PROVA400の特長

PROVA400は、表2のとおりJIS SUS420J2改良鋼に属する。

1）優れた鏡面性※4

PROVA400は、鏡面研磨面に見られるピンホールの主要因となる非金属介在物を極限まで低減する

表2 PROVA400の納入状態、化学成分主要化学成分（wt%）

ことにより、ピンホール 発 生 量が極めて少ない 。

SiV

PROVA400および市販されているSUS420J2改良

PROVA400
焼鈍材 220HB以下0.4 0.9 0.4 13.5 微量 微量（JIS SUS420J2改良） プリハードン 29〜35HRC

鋼 のピンホール 比 較 写 真を、図 2に示 す 。市 販

NACHI材種記号
（JIS）

納入状態

CMn CrMo

一般にSUS420J2改良プラスチック型用鋼は、SUS420J2改良鋼はピンホールが多数見られたが、PROVA400はほとんど確認されなかった。

・マルテンサイト系ステンレス鋼のため、耐食性に優れる

ここで市販SUS420J2改良鋼に見られたピンホー

・非金属介在物が少ない高清浄度鋼のため、鏡面ルについての解析例を図3､4に示す。ピンホールには硫化物系や酸化物系の介在物元素が確認され、仕上性に優れる
・熱処理硬さ53HRCが得られるため、耐摩耗性に優れる

良好な鏡面を得るためには、いかに非金属介在物の低減が重要であるかがわかる。

といった特長を持つ。
PROVA400は、上記特長よりさらなる鏡面性、耐食性、被切削性などを追求している。
試験片は焼入れ焼もどし材（53HRC）

PROVA400

図3

市販SUS420J2改良鋼ピンホールのEPMA結果（酸化物系介在物と推定）

図4

市販SUS420J2改良鋼ピンホールのEPMA結果（硫化物系介在物と推定）

0.1mm

市販 SUS420J2 改良鋼

0.1mm：ピンホール
研磨条件:エメリーペーパー #400→#800→#1500
ダイヤモンドペースト3μm→1μm

図2PROVA400および市販SUS420J2改良鋼の鏡面性比較

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.

15B32

FM ALLOY「耐食・鏡面プラスチック金型用鋼 PROVA400」

2）優れた耐食性

3）優れた被切削性

PROVA400および市販SUS420J2改良鋼2材種PROVA400および市販SUS420J2改良鋼2材種について、硫酸水溶液中での腐食減量を比較したについて、ボールエンドミルによるポケット加工時のものを、図5に示す。PROVA400の耐食性は、市販刃先摩耗量を比較したものを、図6に示す。PROVA材に較べ40〜55%優れる。この要因については未400の刃先摩耗量は市販材に較べ20〜40%優れて解明な部分もあるが、PROVA400は介在物以外のまた工具おり、工具1本での金型切削距離が伸び、不純物についても徹底して低減しているため、この費用も抑えることができる。

ような結果が得られたと考えている。

試験条件

24.0

使用工具（ボールエンドミル）：
GSﾐﾙﾎﾞｰﾙR3×9×80×φ6 2GSR3-1
切削条件加工点での切削速度：42m/min（回転数:7,900min ）送り速度：920mm/min（送り量:0.058mm/t）
切り込み：切り込みap=0.12mm×2pass ﾋﾟｯｸﾌｨｰﾄﾞPf=0.3mm
切削油剤：水溶性ｴﾏﾙｼﾞｮﾝ
試験機械：松浦FX-5被削材（試験片）：40×40×200 焼入れ焼もどし材（53HRC）

腐食減量[mg/cm2･h]2017.41010.6

加工イメージ

ボールエンドミル
被削材

良PROVA400

市販材A

市販材B

試験片は焼入れ焼もどし材（53HRC）
試験液:5%硫酸水溶液、試験液温度:40℃、侵漬時間:5時間

図5

試験後の
被削材

ap=0.12mm

0PROVA400および他社SUS420J2改良鋼の耐食性比較

Pf=0.3mm

試験結果

逃げ面摩耗量［mm］

市販材B
市販材A0.10

PROVA400
0.05

良0.000

図63204060
切削長（m）

80100

PROVA400および市販SUS420J2改良鋼の被切削性比較

4）機械的性質

5)物理的性質

PROVA400および市販SUS420J2改良鋼2材種

PROVA400および市販SUS420J2改良鋼2材種

シャルピー衝撃試験（衝撃値）、引張試について、について、熱膨張係数、熱伝導率、比熱を測定した験（引張強さ、伸び、絞り）を行なった結果を、図7に結果を、表3に示す。各特性ともPROVA400と市販2示す。PROVA400の衝撃値は、市販材に較べ25%

材 種 の 間 に 大 差 は な い 。このことから、市 販〜40%優れており、靱性が高いことがわかる。引張SUS420J2改良鋼製金型をPROVA400製に変更さ

強さは硬さに依存するためPROVA400と市販材2材れる場合には、金型冷却、成形サイクルなど、金型種の間に差はないが、伸び、絞りは市販材に較べ設計および成形条件は変更の必要がないと考える。

15%〜70%優れており、延性が高いことがわかる。
試験片は焼入れ焼もどし材（53HRC）、φ20圧延丸鋼の圧延方向より採取

衝撃値
50

良 50

伸び良1312403730301210998720

PROVA400

市販材A6

市販材B5

引張強さ
20001950

良1930

絞り1940PROVA400市販材B

363130
絞り[%]

1800

市販材A

40

良1900
引張強さ[N/mm2]

1211伸び[%]衝撃値[J/cm2］

常温､4号衝撃試験片（JIS Z 2202 金属材料衝撃試験片）

1700

2016001500

PROVA400

市販材A

図710市販材B

11PROVA400

市販材A

市販材B

PROVA400および市販SUS420J2改良鋼の機械的性質比較

表3 PROVA400および市販SUS420J2改良鋼の物理的性質比較
試験片は焼入れ焼もどし材（53HRC）

熱膨張係数

熱伝導率
熱膨張係数（×10-6／K）

比熱
比熱（J/kg･K）

熱伝導率（W/m･K）

30〜100℃ 30〜200℃ 30〜300℃ 30〜400℃ 30〜500℃

PROVA400

10.9

11.4

11.8

12.212.5

常温 100℃ 200℃ 300℃ 400℃ 500℃

市販材A

11.0

11.7

11.9

12.3

12.8PROVA400 20.6 21.6 23.2 24.5 25.4 26.0

PROVA400

455

市販材B

10.911.511.9

12.212.6

市販材A

19.6 20.5 21.9 23.2 24.2 25.3

市販材A

465

市販材B

20.6 21.5 23.1 24.0 24.9 25.6

市販材B457

常温

常温は26〜28℃の範囲

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15B3

4

FM ALLOY「耐食・鏡面プラスチック金型用鋼 PROVA400」

3.耐食・鏡面プラスチック金型用鋼

PROVA400の用途とユーザー評価（用途）

PROVA400は金型に耐食性、耐摩耗性が要求さに対し、PROVA400は、金型を2個削っても刃先のれる場合や、成形される樹脂に鏡面性が要求される摩耗が僅か（工具寿命には至らず）で、PROVA400

場合に最適な材種である。表4にPROVA400に適しの工具寿命は、市販SUS420J2改良鋼比2倍以上とた樹脂の例および成形製品例を示す。

いう評価であった。
次に金型のフラットな面を、試験的に鏡面研磨い（ユーザー評価）

ただいた後の研磨面状態を、図10に示す。白く見え

PROVA400および市販SUS420J2改良鋼についる斑点がピンホールである。市販SUS420J2改良鋼のて、図8のようなプラスチック容器成形金型をユーザー

研磨面には、大きさ10μm前後のピンホールが多数確に試作いただき、加工性および鏡面性について比ピンホールが認されたが、PROVA400の研磨面には、較評価いただいた。表5に示す条件にてボールエンほとんど見られなかった。この結果からPROVA400

ドミル切削加工（粗加工）後の刃先摩耗状況を、図の鏡面性が優れているということを、ユーザーに認9に示す。市販SUS420J2改良鋼は、金型を1個削っ識していただいた。

た時点で刃先摩耗が大きい（工具寿命と判定）の表4 PROVA400の用途例
・難燃剤添加樹脂や、ＰＶＣなど塩素系の腐食しやすい樹脂の成形金型 ----- 耐食性
・熱硬化性樹脂や、ガラス入り樹脂などの成形金型 ----- 耐摩耗性・高度の透明性を要する、光学系や医療系部品などの成形金型 ----- 鏡面性
成形樹脂

成形製品例

ＰＶＣ、ＰＳ、ＰＥ、ＰＦ、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＰＰ、ＥＰ、難燃剤添加光学レンズ、メガネ／コンタクトレンズ、ＰＥＴボトル、携帯電話筐体など

金型例

成形製品例

PROVA400 金型を2個加工後

市販SUS420J2改良鋼 金型を1個加工後摩耗大0.1mm

図8 プラスチック容器成形金型

図9 金型を粗加工後の刃先摩耗状況（寸法52×45×25、硬さ48HRC）

回転/送り周速

市販SUS420J2改良鋼

PROVA400

表5 切削条件（粗加工）
S4300rpm F520 81m/min

0.1mm

一刃送り XYピッチ Zピッチ 切削時間 切削長0.06

1.50.278分

19m

使用工具：超硬ﾎﾞｰﾙｴﾝﾄﾞﾐﾙ（R3.0×12.0 刃長12 ｼｬﾝｸφ6）

0.1mm
研磨条件:砥石 #600→#800
エメリーペーパー #600→#800→#1000
ダイヤモンドペースト6μm5

図10 鏡面研磨後の研磨面状態

0.1mm：ピンホール

4.耐食・鏡面プラスチック金型用鋼

PROVA400の熱処理と製造可能寸法・型種（熱処理）（製造可能寸法・型種）

PROVA400の推奨熱処理条件を、表6に示す。ま

PROVA400の製造可能寸法と型種を、表7に示す。

た熱処理硬さを、図11に示す。低温焼もどし180〜

表7に記載されていない寸法、型種については別

200℃、高温焼もどし450〜500℃において硬さ52〜途相談となる。

54HRCが得られる。

表7 標準製造可能寸法と型種（詳細は別途ご相談願います）

表6 熱処理推奨条件

単位（mm）

焼入れ ・予熱：600〜850℃
・焼入れ：1000〜1050℃（通常1020〜1030℃）
・保持時間：被熱処理材が中心部まで十分に加熱されるまで（目安30分／25mm）
焼もどし ・最低焼もどし温度：180℃
・焼もどし回数：最低2回
耐食性重視の場合、180〜400℃の範囲で焼もどし。
放電加工割れを防止する場合、490〜510℃の範囲で焼もどし。
経年変化を重視する場合は、サブゼロ処理を実施。

PROVA400

硬さ[HRC]

5550

JIS−SUS420J24540

熱処理条件:1030℃×60min真空炉焼入､N2冷却（130kPa）

35
焼入れ 200 250 300 350 400 450 500 550
焼もどし温度[℃]のまま

図11

PROVA400の熱処理硬さ

PROVA400の熱処理変寸を、図12に示す。均質1.焼鈍材（硬さ220HB以下）
丸鋼 黒皮／旋削品
外径φ： 13 〜 180
長さＬ ：3000 〜5000
平角鋼 黒皮／旋削品 グループ①
厚さｔ ： 55 〜 150
幅 ｗ ： 120 〜 150
長さＬ ：1000 〜4000
平角鋼 黒皮／旋削品 グループ②厚さｔ ： 15 〜 45
幅 ｗ ： 105 〜 205
長さＬ ：2000 〜4000
２．
プリハードン材（硬さ29〜35HRC）
丸鋼 黒皮／旋削品
外径φ： 20 〜 180
長さＬ ：3000 〜5000
平角鋼 黒皮／旋削品 グループ①
厚さｔ ： 55 〜 150
幅 ｗ ： 120 〜 150
長さＬ ：1000 〜4000
平角鋼 黒皮／旋削品 グループ②厚さｔ ： 15 〜 45
幅 ｗ ： 105 〜 205
長さＬ ：2000 〜4000

化処理により、変寸量は少なくなっている。
熱処理条件:1030℃×60min真空炉焼入､N2冷却（130kPa）
試験片寸法:φ50×150L

寸法変化[%]+0.10+0.05

径方向+0.00

長さ方向

−0.05
−0.100100

図12200300
400
焼もどし温度[℃]

500

600

PROVA400の熱処理変寸

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.

15B365. プラスチック製品のハイレベル化に「FM ALLOY」ブランドの高機能・高品質・高付「FM ALLOY」
として、既報の精密型用鋼DURO

加 価 値 材 料 とし て 、プラスチック 金 型 用 鋼シリーズやプラスチック金型用鋼PROVA400の開発

PROVA400は、発売開始以来、鏡面性、被切削性、で得られた高清浄度鋼技術は、疲労寿命などの特性耐食性において好評を得ている。

向上にも貢献する。この技術を機能部品用材料「ＥPROVA400が今後プラスチック成形に関する金ＸＥＯ」シリーズ新材種の開発に応用し、工作機械の型業界および射出成形業界の要望に応えると同時スピンドルや射出成形機のスクリューなどの用途に展に、プラスチック製品のハイレベル化に貢献できれば開していく。

幸いである。

用語解説

関連記事※1 FM ALLOY
NACHI新材料のブランド名。独自の新製法により、高機能化・高特性化を実現したミクロ制御合金。

1）吉田直純・島谷祐司・吉本隆志：FM ALLOY「精密型用鋼DURO」、
NACHI TECHNICAL REPORT、Vol.14 B4、October（2007）※2 PROVA
ポルトガル語で、「耐える」、「証しとなる」という意味。過酷な腐食環境でも鏡面性を失わない耐久力のある材料をイメージして名付けた。
※3 シボ性自動車のダッシュボードやパソコンのキーボードなど、プラスチック成形を品の表面肌にシボ肌（皮革・木目・岩目・砂目・なし地・幾何学模様）
プラ型の肌をエッチング（腐食）やショットなどでシボ状にする得るため、が、その際の加工性をいう。
※4 ピンホール
材料を研磨した際に、研磨面に見られる微小な孔。鏡面性を得る上での阻害要因となる。

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.15B3

February / 2008〈発行〉 2008年2月20日
株式会社 不二越 開発本部 開発企画部
富山市不二越本町1-1-1 〒930-8511
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