製品紹介

山陽のダイカスト金型用鋼シリーズ
Sanyo Special Steel’s Tool Steels for Die Casting

1. はじめに汎用規格材であっても品質ばらつきは従前よりも大幅に低減しており、寿命の安定化に貢献している。

近年、自動車の燃費向上や電子機器部品の小型化、多機

このような背景の中、海外ではダイカスト金型の安定し能化を目的に、軽さ、電磁波シ−ルド性、放熱性、リサイた寿命を得るための受け入れ標準が作られており、良く知クル性等に優れるアルミ合金やマグネシウム合金を車体やられているのは北米ダイカスト協会（North American。これらは主にDie Casting Association）が定めている品質標準（以下、ダイカスト（Die Casting）と呼ばれる方法で製造されてNADCA規格と呼ぶ）である7）。ここでまず、NADCA規格いる。ダイカストとは、金型の中に溶融または半凝固状のについて説明する。

筐体に適用する事例が増えてきている

1）-5）

金属を高速・高圧で注入し、迅速に凝固させ成形する、高2. NADCA規格について

い生産性を持った鋳造方法であり、より薄肉で複雑な形状をした製品、より均質で精密な製品を製造するため、様々な特殊ダイカスト法が開発されてきている6）。さらに、生NADCA規格では、化学成分および二次溶解の有無によっ産性向上を目的に部品成形ピッチの短縮化が進むなど、ダて、表1に示すようにGrade AからGrade Fまでの6鋼種をイカスト技術が進歩しているのに応じて、金型にかかる負規定している。また成分以外に、下記の材料品質について荷は増大しており 、汎用熱間工具鋼であるJIS-SKD61なそれぞれ基準が設定されている。

どの規格鋼では対応できないケースが出てきている。その（1）焼なまし状態での硬さ（HBW）ため、各材料メーカーにおいて、より高品位な鋼種開発が（2）介在物清浄度（ASTM E45, A法）進められている。

（3）超音波探傷試験（ASTM A681 S1.1）

6）

また、金型が突発的に短寿命となったり、寿命までの期（4）結晶粒度（ASTM E112）間が安定化せずばらついていると金型の作製計画が立てに（5）焼なまし組織状態くいことから、安定した特性が得られることも求められて（6）ミクロ偏析度合いいる。そのため製造工程での不純物濃度、非金属介在物お（7）シャルピー衝撃試験（2mm-Vノッチ）

よび偏析の低減、圧鍛方法の改善を行うことで、靱性の向その他、焼入焼戻し処理時の熱処理品質による項目や方上、異方性の低減など品質の安定化も図られてきており、法、焼入焼戻し後のミクロ組織状態についても規定や基準

表1 NADCA成分規格

57(mass%)

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山陽のダイカスト金型用鋼シリーズが設定されている。

④QDN1-R（高靭性タイプ、二次溶解材）
QDN1-Rは、従来のSKD61を大きく上回る靭性と、同3. 山陽のダイカスト金型用鋼シリーズの特長程度の高温強度を兼ね備えた高品位の熱間工具鋼である。
ダイカスト金型や入れ子に適している。（NADCA Grade

当社ではSKD61をベースとした独自のダイカスト金型E登録）用鋼シリーズを開発しており、前項で紹介したNADCA規格と照らし合わせながら、各鋼種の特性について以下に紹⑤QDN（高靭性タイプ）介する。

QDNは、SKD61に比べて焼入性が高く、更に靭性、耐山陽のダイカスト用鋼シリーズの位置付けを図1に示

ヒートチェック性および耐アルミ溶損性に優れた鋼種であす。ダイカスト用鋼シリーズは、QD61、QD61-R、QDX-る。通常の金型はもちろん比較的大型の金型においても、

HARMOTEX 、QDN1-R、QDN、QDH、QHZの7種類からな安定した特性が得られる。（NADCA Grade F規格の類似る。シリーズの内、QD61、QD61-R、QDX-HARMOTEX 、成分鋼、特性はGrade F規格に適合）ⓇⓇ

QDN1-R、QDNは、NADCAに定められている成分範囲に
適 合 若 し く は 類 似 す る 鋼 種 で あ り、 ま た 各 鋼 種 と も、⑥QDH（高強度タイプ）

Grade毎に定められているミクロ組織やシャルピー規格な

QDHは、従来のSKD61クラスの優れた靭性に加え､3Crどの材料品質に関わる評価項目に適合する鋼種である。

-3Mo鋼（SKD7）並みの高温引張強さと優れた耐軟化抵抗性を兼ね備えた高性能熱間ダイス鋼である。ダイカスト
鋳造中に非常に負荷がかかる、精密型や高Siアルミダイカスト型等に適している。
⑦QHZ（高強度・高靭性マトリックスハイス）
QHZは、SKH51クラスの高強度に加え、炭化物の微細化と基地組織（マトリックス）の改善によって優れた靱性を兼ね備えたマトリックスハイスである。高温強度が高く、耐Al用損性にも優れるため、ダイカストスリーブや鋳抜きピン、高Siアルミダイカスト型等に適している。

図1

4. ダイカスト金型用鋼の材料特性

ダイカスト金型用鋼の位置付け

4.1. 焼入焼戻硬さ特性①QD61（プレミアムH13タイプ）
一般的なSKD61では、ミクロ偏析や焼なまし組織のバ

図2に、各鋼種の焼入焼戻硬さ特性を示す。いずれの鋼ラツキにより安定した特性が得られないことがあった。

種もダイカスト金型の代表的な硬さ域である45〜48HRC

QD61は、当社の有する高清浄度鋼製造技術に加え、熱処を焼戻条件の調整で得ることができる。なお、高強度タイ理技術を駆使することで、品質の高位安定化を達成していプのQHZは他よりも高い焼入温度が必要である。

る。（NADCA Grade A規格に相当）②QD61-R（高品位H13タイプ、二次溶解材）
QD61-R は、QD61に二次溶解プロセスであるESRを適用した鋼種であり、更に清浄度が向上し、偏析も低減するため、均質性が高く、またQD61よりも高い靭性を有する鋼種である。（NADCA Grade B規格に相当）③QDX-HARMOTEXⓇ（高強度高靭性タイプ、二次溶解材）
QDX-HARMOTEXⓇは、SKD61の靭性および高温強度の両方を改善させた鋼種であり、優れた耐ヒートチェック性を有している。またESR適用鋼種であるため、均質性に優れている。（NADCA Grade C規格に相当）
図258

焼入焼戻硬さ特性

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4.2. 靭性
図3に、NADCA規 格 に 基 づ く シ ャ ル ピ ー 衝 撃 試 験（2mm-Vノッチ、45HRC、T方向L面ノッチ）の結果を示す。
合金成分および製造条件の最適化により、各鋼種ともNADCA規格に規定されている平均値下限および最小値下限 の い ず れ を も 上 回 る 靭 性 を 有 し て い る。 ま た、Q D N , Q D X - H A R M O T E X Ⓡ , Q D N1- R は、Q D61- R（SKD61-ESR材）よりも更に優れた靭性を有している。
図4に、QDH,QHZの衝撃特性を示す。QDHはQD61と同等の靭性を有している。靭性が高いことで、金型のコーナー割れや大割れの抑制が期待できる。
4.3. 高温引張強度

図5

高温引張強度（600℃）

図5に、 各 鋼 種 の600 ℃ に お け る 引 張 強 さ を 示 す。
4.4. 軟化抵抗性

QD61に比べ、QDX-HARMOTEXⓇやQDHは高い引張強度を有しており、更にQHZは、硬さが違うものの優れた高温

図6に、48HRCに調質した各鋼種を、金型使用時の熱引張特性を有している。高温強度が高いことで、溶湯の圧影響を模して600℃に加熱保持したときの硬さ変化を示力による金型の変形やヒートチェックの発生を抑制するこす。QDHやQHZは10h加熱後も硬さ低下が少なく、非常とができ、金型補修や金型交換により生産性を阻害する頻に優れた高温軟化抵抗性を有していることが分かる。この度を少なくすることが期待される。

ことから、金型として長時間使用しても、軟化による摩耗、ヘタリ、変形が起こりにくく、またヒートチェックが抑制されることにより、金型の長寿命化が期待できる。

図3

NADCA規格に準じた衝撃特性

図6

軟化抵抗性

4.5. 熱伝導率
図7に、各鋼種の熱伝導率を示す。QDX-HARMOTEXⓇ
お よ びQDN1-Rは 優 れ た 熱 伝 導 率 を 有 し て お り、 ま た
QDN、QDHもQD61より高い熱伝導率を有している。熱伝導率は金型の冷却に関わる特性であり、高い熱伝導率であるほど金型の冷却が早くなり、金型にかかる熱負荷が抑えられる効果がある。
図4

衝撃特性

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ることができると考えられる。

図8

図7

ヒートチェック試験概略

熱伝導率5. 耐ヒートチェック性評価
実際のダイカスト金型で起こる金型損傷は、ヒートチェッ
クや溶損、焼付き等8）があるが、ヒートチェックによる損傷が金型寿命の最も多い原因となっている9）。ヒートチェッ
クはダイカスト鋳造により金型の表面が溶湯で加熱され成型後冷却されることで、熱疲労および軟化が起こり、金型表面に割れが発生する現象である。そこで、各鋼種に対してダイカスト金型に生じる熱疲労の模擬試験を行った。図8に、耐ヒートチェック性試験機の概要図を示す。試験片表面に高周波加熱（600℃×5sec保持）と水冷（50sec）

図9を1000サイクル繰返すことにより、熱疲労によって試験各鋼種の耐ヒートチェック性6. まとめ

片表面にヒートチェックが生じる。表面に生じたヒートチェックの最大深さおよび視野内の亀裂の平均深さを観察し、各鋼種の耐ヒートチェック性を評価した。

山陽のダイカスト用鋼シリーズは、ダイカスト分野にお

図9に、耐ヒートチェック性試験結果を示す。いずれのける金型への使用環境の苛酷化に対応すべく開発された鋼

鋼種もQD61よりもヒートチェックの平均深さおよび最大種群であり、表2に示すような用途での使用をターゲット

深さが浅くなっており、特にQDX-HARMOTEX およびとしている。さらに多くのユーザーの皆様のニーズにお応

QHZはQD61の深さの半分以下となっている。このことかえして、より良い材料開発を行っていく所存である。

Ⓡ

ら、特にヒートチェックが激しい金型にQDX-HARMOTEXⓇあるいはQHZを適用することでヒートチェックを抑制す※HARMOTEXは山陽特殊製鋼㈱の登録商標である。

表2 ダイカスト用鋼シリーズの用途

NADCA

鋼種
Q D 61
QD61-R
QDX-HARMOTEXQDN1-R

用途

GradeⓇ

A

汎用B

汎用C

ダイカスト金型、入れ子等、高強度、高靭性が必要な金型

E

ダイカスト金型、入れ子等、高靭性が必要な金型

QD N

（F）

大物型、スクイズ型

QD H-精密型、高 Si 系アルミ型

QH Z

-

高 Si 系アルミ型、ピン・スリーブ類60

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参考文献
1）榎学:日本ロボット学会誌,Vol.27（2009）No.1,p.24-27.
2）西直美:鋳造工学,Vol.76（2004）No.4, p.266-271.
3）牧野邦彦:表面技術,Vol.44,（1993）No.11, p.890894.
4） 佐藤健二,岡野良武,西直美,早野勇:鋳造工学,Vol.81（2009） No.1, p.24-26.
5）篠崎淳,武藤泉,小川洋,原信義:日本金属学会誌,Vol.73,（2009）No.7, p.533-541.
6）西直美:型技術,Vol.24（2009） No.4, p.40-45.
7）Special Quality Die Steel & Heat Treatment
Acceptance Criteria for Die Casting Dies, NADCA#207-2011.
8）西直美:型技術,vol.27（2012） No.3, p.18-25.
9）日原政彦:ダイカスト金型の寿命向上と対策,軽金属通信ある社,（2006）.

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