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JP6790610B2 - Mold steel and molding tools - Google Patents
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Description

本発明は、金型用鋼及びそれを用いた成形具に関する。成形具は、金型や金型部品の単独あるいは組み合わせで構成される。成形具は、ダイカスト、プラスチックの射出成形、ゴムの加工、各種の鋳造、温間鍛造、熱間鍛造、ホットスタンプなどに用いられる。これらの成形具は、室温よりも高温の被成形物と接触する部位を有する。 The present invention relates to a mold steel and a molding tool using the same. A molding tool is composed of a mold or a combination of mold parts alone or in combination. Molding tools are used for die casting, injection molding of plastics, rubber processing, various castings, warm forging, hot forging, hot stamping and the like. These molding tools have a portion that comes into contact with an object to be molded whose temperature is higher than room temperature.

ダイカスト、射出成形、熱間〜温間における塑性加工などに用いられる金型は、通常、素材の焼入れ・焼戻しを行い、型彫加工等により所定の形状に加工することにより製造されている。また、このような金型を用いて熱間〜温間での加工を行う際には、金型は、大きなヒートサイクルと大きな負荷を受ける。そのため、この種の金型に用いられる材料には、靱性、高温強度、耐摩耗性、耐割れ性、耐ヒートチェック性などに優れていることが求められる。しかしながら、一般に、金型用鋼において、複数の特性を同時に向上させるのは難しい。 Molds used for die casting, injection molding, hot to warm plastic working, etc. are usually manufactured by quenching and tempering the material and processing it into a predetermined shape by die carving or the like. Further, when performing hot to warm processing using such a mold, the mold receives a large heat cycle and a large load. Therefore, the material used for this type of mold is required to be excellent in toughness, high temperature strength, wear resistance, crack resistance, heat check resistance and the like. However, in general, it is difficult to improve a plurality of characteristics of mold steel at the same time.

そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献1には、質量%でC:0.1〜0.6、Si:0.01〜0.8、Mn:0.1〜2.5、Cu:0.01〜2.0、Ni:0.01〜2.0、Cr:0.1〜2.0、Mo:0.01〜2.0、V,W,Nb及びTaのうち1種類若しくは2種以上を合計で:0.01〜2.0、Al:0.002〜0.04、N:0.002〜0.04、O:0.005以下を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる金型用鋼が開示されている。
同文献には、このような材料を所定の条件下で熱処理することによって、熱疲労特性及び軟化抵抗が高くなり、これによってヒートチェック及び水冷孔割れを抑制することができる点が記載されている。
Therefore, in order to solve this problem, various proposals have been made conventionally.
For example, Patent Document 1 states that C: 0.1 to 0.6, Si: 0.01 to 0.8, Mn: 0.1 to 2.5, Cu: 0.01 to 2.0 in mass%. , Ni: 0.01 to 2.0, Cr: 0.1 to 2.0, Mo: 0.01 to 2.0, V, W, Nb and Ta, one or more of them in total: Mold steel containing 0.01 to 2.0, Al: 0.002 to 0.04, N: 0.002 to 0.04, O: 0.005 or less, and the balance consisting of Fe and unavoidable impurities. Is disclosed.
It is described in the same document that heat treatment of such a material under predetermined conditions enhances thermal fatigue characteristics and softening resistance, whereby heat check and water cooling hole cracking can be suppressed. ..

特許文献2には、質量%で、C:0.2〜0.6%,Si:0.01〜1.5%,Mn:0.1〜2.0%,Cu:0.01〜2.0%,Ni:0.01〜2.0%,Cr:0.1〜8.0%,Mo:0.01〜5.0%,VとWとNbとTaのうち1種類あるいは2種以上の合計:0.01〜2.0%,Al:0.002〜0.04%,及び、N:0.002〜0.04%を含み,残部がFe及び不可避的不純物からなる金型用鋼が開示されている。
同文献には、このような材料は焼入れ性が良好である点、及び、これを所定の条件下で熱処理することによって、所要の衝撃値が得られ、金型寿命の高寿命化が可能であり、かつ、切削加工も容易となる点が記載されている。
Patent Document 2 describes in terms of mass%, C: 0.2 to 0.6%, Si: 0.01 to 1.5%, Mn: 0.1 to 2.0%, Cu: 0.01 to 2 .0%, Ni: 0.01-2.0%, Cr: 0.1-8.0%, Mo: 0.01-5.0%, one or two of V, W, Nb, and Ta Total of seeds and above: 0.01-2.0%, Al: 0.002-0.04%, and N: 0.002-0.04%, with the balance being Fe and unavoidable impurities. Mold steel is disclosed.
According to the document, such a material has good hardenability, and by heat-treating it under predetermined conditions, a required impact value can be obtained and the life of the mold can be extended. It is described that there is, and that cutting is easy.

特許文献3には、C:0.15〜0.55質量%、Si:0.01〜2.0質量%、Mn:0.01〜2.5質量%、Cu:0.01〜2.0質量%、Ni:0.01〜2.0質量%、Cr:0.01〜2.5質量%、Mo:0.01〜3.0質量%、及び、V及びWからなる群から選ばれる少なくとも1種の総量:0.01〜1.0質量%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる型材用鋼が開示されている。
同文献には、このような材料を所定の条件下で熱処理することによって、軟化抵抗が高くなり、かつ、耐摩耗性も向上する点が記載されている。
Patent Document 3 describes C: 0.15 to 0.55% by mass, Si: 0.01 to 2.0% by mass, Mn: 0.01 to 2.5% by mass, Cu: 0.01 to 2. Select from the group consisting of 0% by mass, Ni: 0.01 to 2.0% by mass, Cr: 0.01 to 2.5% by mass, Mo: 0.01 to 3.0% by mass, and V and W. A mold steel containing at least one total amount: 0.01 to 1.0% by mass and having a balance of Fe and unavoidable impurities is disclosed.
The document describes that by heat-treating such a material under predetermined conditions, the softening resistance is increased and the wear resistance is also improved.

特許文献4には、C:0.26〜0.55重量%、Cr:2重量%未満、Mo:0〜10重量%、W:0〜15重量%(但し、WとMoとの含有量は合計で1.8〜15重量%)、(Ti、Zr、Hf、Nb、Ta):0〜3重量%、V:0〜4重量%、Co:0〜6重量%、Si:0〜1.6重量%、Mn:0〜2重量%、Ni:0〜2.99重量%、及び、S:0〜1重量%を含み、残部が鉄及び不可避的不純物からなる工具鋼が開示されている。
同文献には、このような組成にすることによって、従来の工具鋼よりも熱伝導度が高くなる点が記載されている。
Patent Document 4 describes C: 0.26 to 0.55% by weight, Cr: less than 2% by weight, Mo: 0 to 10% by weight, W: 0 to 15% by weight (however, the content of W and Mo). Is 1.8 to 15% by weight in total), (Ti, Zr, Hf, Nb, Ta): 0 to 3% by weight, V: 0 to 4% by weight, Co: 0 to 6% by weight, Si: 0 to 0 A tool steel containing 1.6% by weight, Mn: 0 to 2% by weight, Ni: 0 to 2.99% by weight, and S: 0 to 1% by weight, and the balance of which is iron and unavoidable impurities is disclosed. ing.
The document describes that such a composition results in higher thermal conductivity than conventional tool steel.

さらに、特許文献5には、質量%で0.35<C≦0.50,0.01≦Si<0.19,1.50<Mn<1.78,2.00<Cr<3.05,0.51<Mo<1.25,0.30<V<0.80,及び、0.004≦N≦0.040を含み,残部がFe及び不可避的不純物からなる金型用鋼が開示されている。
同文献には、このような組成にすることによって、金型の熱伝導率を高くすることができる点が記載されている。
Further, Patent Document 5 states that 0.35 <C ≦ 0.50, 0.01 ≦ Si <0.19, 1.50 <Mn <1.78, 2.00 <Cr <3.05 in mass%. , 0.51 <Mo <1.25, 0.30 <V <0.80, and 0.004 ≤ N ≤ 0.040, and the balance is Fe and unavoidable impurities. Has been done.
The document describes that the thermal conductivity of the mold can be increased by adopting such a composition.

金型や金型部品の単独あるいは組み合わせで構成される成形具は、室温よりも高温の被成形物と接触する部位を有するため、使用中に温度の上昇と降下という熱サイクルに曝される。用途によっては、高い圧力が付加される場合もある。この過酷な熱サイクルに耐えるため、金型や金型部品は、焼入れ・焼戻し状態で使用される。焼入れ時の加熱条件は、鋼材の組成、用途、金型の大きさ等にもよるが、1030℃で1〜3Hr程度保持する場合が多い。
一方、工業的には、焼入れ時に大きい金型と小さい金型を一緒に加熱する「混載」が一般的である。しかし、混載を行う場合において、焼入れ時の加熱条件を大きい金型に合わせると、小さい金型は過度に加熱され、結晶粒が粗大化する。
A molding tool composed of a mold or a combination of mold parts alone or in combination has a portion that comes into contact with an object to be molded having a temperature higher than room temperature, and is therefore exposed to a thermal cycle of temperature rise and fall during use. Depending on the application, high pressure may be applied. In order to withstand this harsh heat cycle, dies and mold parts are used in a hardened and tempered state. The heating conditions at the time of quenching depend on the composition of the steel material, the application, the size of the mold, and the like, but in many cases, the temperature is maintained at about 1 to 3 hours at 1030 ° C.
On the other hand, industrially, "mixed loading" in which a large mold and a small mold are heated together at the time of quenching is common. However, in the case of mixed loading, if the heating conditions at the time of quenching are adjusted to the large mold, the small mold is excessively heated and the crystal grains become coarse.

また、近年、ダイカストのサイクルタイム短縮や金型損傷軽減のため、冷却効率に優れた高熱伝導率鋼(熱伝導率λ:24〜27[W/m/K])をダイカスト金型に使う場合が増えてきている。高熱伝導率鋼は、熱伝導率を高くするために、一般的な熱間ダイス鋼のCr量(約5%)よりも大幅に低Cr化されている。
一方、低Cr鋼は、焼入れ時に残留する炭化物が少ないため、焼入れ時の結晶粒粗大化を防止するためには、焼入れ温度を低くする必要がある。しかし、複数の金型が同時に製造される場合において、一部の金型の焼入れ温度が他の金型の焼入れ温度と異なる時には、混載ができないという問題がある。
Also, in recent years, when using high thermal conductivity steel (thermal conductivity λ: 24-27 [W / m / K]) with excellent cooling efficiency for die casting in order to shorten the die casting cycle time and reduce mold damage. Is increasing. In order to increase the thermal conductivity of the high thermal conductivity steel, the Cr content of the general hot die steel is significantly lower than that of the general hot die steel (about 5%).
On the other hand, since low Cr steel has a small amount of carbides remaining during quenching, it is necessary to lower the quenching temperature in order to prevent coarsening of crystal grains during quenching. However, when a plurality of molds are manufactured at the same time, there is a problem that mixed loading cannot be performed when the quenching temperature of some molds is different from the quenching temperature of other molds.

さらに、Crを0.5mass%以下にすることで、熱伝導率λが42[W/m/K]を超える鋼も知られている。しかし、そのような鋼は高温強度と耐食性が低いため、温度サイクルに曝される金型部品に使用することは推奨されない。 Further, steels having a thermal conductivity λ of more than 42 [W / m / K] by reducing Cr to 0.5 mass% or less are also known. However, such steels have low high temperature strength and corrosion resistance and are not recommended for use in mold parts exposed to temperature cycles.

すなわち、温度サイクルに曝される金型用鋼には、
(a)必要な高温強度及び耐食性を確保できること、
(b)焼入れの生産性向上(すなわち、混載)が可能であること、
(c)サイクルタイムの短縮や金型の焼付きを軽減することが可能な程度の高い熱伝導率を有すること、及び、
(d)焼入れ時に、金型の割れを防止することが可能な程度の微細なオーステナイトを生成可能であること
が求められている。
しかし、このような要求を同時に満たす鋼が提案された例は、従来にはない。
That is, for mold steel exposed to temperature cycles,
(A) The required high-temperature strength and corrosion resistance can be ensured.
(B) It is possible to improve the productivity of quenching (that is, mixed loading).
(C) It has a high thermal conductivity that can shorten the cycle time and reduce the seizure of the mold, and
(D) At the time of quenching, it is required to be able to produce fine austenite capable of preventing the mold from cracking.
However, there has never been a proposal for a steel that simultaneously meets such requirements.

特開2008−056982号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-056982 特開2008−121032号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-120132 特開2008−169411号公報JP-A-2008-169411 特表2010−500471号公報Japanese Patent Publication No. 2010-500471 特開2011−094168号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-094168

本発明が解決しようとする課題は、高温強度及び耐食性に優れ、焼入れの生産性が高く、高熱伝導率であり、かつ、焼入れ時に微細なオーステナイト結晶粒を生成可能な金型用鋼、及び、それを用いた金型や金型部品から構成される成形具を提供することにある。 The problems to be solved by the present invention are excellent high temperature strength and corrosion resistance, high quenching productivity, high thermal conductivity, and mold steel capable of producing fine austenite crystal grains at the time of quenching. An object of the present invention is to provide a mold and a molding tool composed of mold parts using the mold.

上記課題を解決するために本発明に係る成形具は、以下の構成(1)及び(2)を備えていることを要旨とする。
(1)前記成形具は、
金型や金型部品の単独あるいは組み合わせで構成され、温度が室温より高い被成形物と直接接触する部位を含む。
(2)前記金型及び前記金型部品の少なくとも1つは、前記成形具を単独あるいは組み合わせで構成し、
0.40≦C<0.55mass%、
0.003≦Si<0.300mass%、
0.70<Mn<1.80mass%、
0.80≦Cr<2.00mass%、
0.003≦Cu<1.200mass%、
0.003≦Ni<1.380mass%、
0.500<Mo<3.500mass%、
0.64≦V<1.20mass%、及び、
0.0002≦N<0.1200mass%
を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、
0.550<Cu+Ni+Mo<3.600mass%
を満たす金型用鋼からなり、
硬さが33HRC超57HRC以下であり、
焼入れ時の旧オーステナイト結晶粒度番号が5以上であり、
レーザーフラッシュ法を用いて測定した25℃における熱伝導率λが27.0[W/m/K]超である。
In order to solve the above problems, it is a gist that the molding tool according to the present invention has the following configurations (1) and (2) .
(1) The molding tool is
It is composed of a mold or a combination of mold parts alone or in combination, and includes a part that comes into direct contact with an object to be molded whose temperature is higher than room temperature.
(2) At least one of the mold and the mold parts comprises the molding tool alone or in combination.
0.40 ≤ C <0.55 mass%,
0.003 ≤ Si <0.300 mass%,
0.70 <Mn <1.80 mass%,
0.80 ≤ Cr <2.00 mass%,
0.003 ≤ Cu <1.200 mass%,
0.003 ≤ Ni <1.380 mass%,
0.500 <Mo <3.500 mass%,
0.64 ≤ V <1.20 mass%, and
0.0002 ≤ N <0.1200 mass%
The balance consists of Fe and unavoidable impurities.
0.550 <Cu + Ni + Mo <3.600 mass%
Consists of mold steel that meets the requirements
Hardness is more than 33HRC and less than 57HRC,
The old austenite crystal grain size number at the time of quenching is 5 or more,
The thermal conductivity λ at 25 ° C. measured by the laser flash method is more than 27.0 [W / m / K].

本発明に係る金型用鋼は、
0.40≦C<0.55mass%、
0.003≦Si<0.300mass%、
0.70<Mn<1.80mass%、
0.80≦Cr<2.00mass%、
0.003≦Cu<1.200mass%、
0.003≦Ni<1.380mass%、
0.500<Mo<3.500mass%、
0.64≦V<1.20mass%、及び、
0.0002≦N<0.1200mass%
を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、
0.550<Cu+Ni+Mo<3.600mass%
を満たすことを要旨とする。
The mold steel according to the present invention is
0.40 ≤ C <0.55 mass%,
0.003 ≤ Si <0.300 mass%,
0.70 <Mn <1.80 mass%,
0.80 ≤ Cr <2.00 mass%,
0.003 ≤ Cu <1.200 mass%,
0.003 ≤ Ni <1.380 mass%,
0.500 <Mo <3.500 mass%,
0.64 ≤ V <1.20 mass%, and
0.0002 ≤ N <0.1200 mass%
The balance consists of Fe and unavoidable impurities.
0.550 <Cu + Ni + Mo <3.600 mass%
The gist is to satisfy.

本発明においては、
(a)焼戻し硬さを確保するために、C、Mo及びVの量を適正化し、
(b)高熱伝導率を確保するために、Si、Cr及びMnの量を適正化し、かつ、
(c)焼入れ性を確保するために、Cr及びMnの量を適正化した。
さらに、本発明においては、旧オーステナイト結晶粒を微細化するために、ピン止め効果(pinning effect)と引きずり効果(solute drag effect)を積極的に併用した。
すなわち、
(d)結晶粒界の移動をピン止め効果(pinning effect)により抑制するVC粒子に関するC、V、及びNの量を適正化し、
(e)結晶粒界の移動を引きずり効果(solute drag effect)により抑制する固溶元素であるCu、Ni、及びMoの量を適正化した。
その結果、本発明に係る金型用鋼は、高温強度及び耐食性に優れ、焼入れの生産性が高く、高熱伝導率であり、かつ、焼入れ時に微細なオーステナイト結晶粒を生成させることができる。
In the present invention
(A) In order to ensure tempering hardness, the amounts of C, Mo and V are optimized.
(B) In order to ensure high thermal conductivity, the amounts of Si, Cr and Mn are optimized and
(C) In order to ensure hardenability, the amounts of Cr and Mn were optimized.
Further, in the present invention, in order to refine the old austenite crystal grains, a pinning effect and a solute drag effect are positively used in combination.
That is,
(D) Optimize the amount of C, V, and N related to VC particles that suppress the movement of grain boundaries by a pinning effect.
(E) The amounts of Cu, Ni, and Mo, which are solute elements that suppress the movement of grain boundaries by the solute drag effect, were optimized.
As a result, the mold steel according to the present invention is excellent in high temperature strength and corrosion resistance, has high quenching productivity, has high thermal conductivity, and can generate fine austenite crystal grains at the time of quenching.

混載の加熱時における炉温と金型温度の推移の模式図である。It is a schematic diagram of the transition of the furnace temperature and the mold temperature at the time of heating of the mixed loading. 図2(a)は、1030℃×5Hrで加熱した後、焼入れしたCu無添加鋼(鋼A)の組織写真である。図2(b)は、1030℃×5Hrで加熱した後、焼入れしたCu添加鋼(鋼B)の組織写真である。FIG. 2A is a microstructure photograph of a Cu-free steel (steel A) hardened after heating at 1030 ° C. × 5 Hr. FIG. 2B is a microstructure photograph of Cu-added steel (steel B) hardened after heating at 1030 ° C. × 5 Hr. (Cu+Ni+Mo)量と焼入れ時のγ結晶粒度番号との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the amount of (Cu + Ni + Mo) and the γ crystal particle size number at the time of quenching. V量と焼入れ時のγ結晶粒度番号との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the amount of V and the γ crystal particle size number at the time of quenching.

以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. 金型用鋼]
本発明に係る金型用鋼は、以下のような元素を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
[1. Mold steel]
The mold steel according to the present invention contains the following elements, and the balance is composed of Fe and unavoidable impurities. The types of additive elements, their component ranges, and the reasons for their limitation are as follows.

[1.1. 主構成元素]
(1)0.38<C<0.55mass%:
焼入れ速度が遅く、かつ焼戻し温度が高い場合において、C量が少なくなるほど、33HRCを超える硬さを安定して得にくくなる。従って、C量は、0.38mass%超である必要がある。
一方、C量が過剰になると、粗大な炭化物が増加し、それが亀裂の起点となって靱性が低下する。また、残留オーステナイトが増え、それが焼戻しの際に粗大なベイナイトになるため、靱性が低下する。さらに、C量が過剰になると、溶接性が低下する。また、最高硬さが高くなりすぎて機械加工も困難となる。従って、C量は、0.55mass%未満である必要がある。C量は、好ましくは、0.54mass%未満である。
[1.1. Main constituent elements]
(1) 0.38 <C <0.55 mass%:
When the quenching speed is slow and the tempering temperature is high, the smaller the amount of C, the more difficult it is to stably obtain a hardness exceeding 33 HRC. Therefore, the amount of C needs to be more than 0.38 mass%.
On the other hand, when the amount of C becomes excessive, coarse carbides increase, which becomes the starting point of cracks and reduces toughness. Also, retained austenite increases, which becomes coarse bainite during tempering, resulting in reduced toughness. Further, if the amount of C is excessive, the weldability is lowered. In addition, the maximum hardness becomes too high, which makes machining difficult. Therefore, the amount of C needs to be less than 0.55 mass%. The amount of C is preferably less than 0.54 mass%.

(2)0.003≦Si<0.300mass%:
一般に、Si量が少なくなるほど、熱伝導率が高くなる。しかし、Si量を必要以上に低減しても、熱伝導率向上の効果が飽和傾向となり、高熱伝導率化の効果を更には得にくい。また、Si量が少なくなりすぎると、機械加工時の被削性が著しく劣化する。さらに、Si量を必要以上に低減するのは、原材料の厳選や精錬の適正化で不可能とは言えないものの、著しいコスト上昇を招く。従って、Si量は、0.003mass%以上である必要がある。Si量は、好ましくは、0.005mass%以上、さらに好ましくは、0.007mass%以上である。
(2) 0.003 ≤ Si <0.300 mass%:
Generally, the smaller the amount of Si, the higher the thermal conductivity. However, even if the amount of Si is reduced more than necessary, the effect of improving the thermal conductivity tends to be saturated, and it is more difficult to obtain the effect of increasing the thermal conductivity. Further, if the amount of Si is too small, the machinability during machining is significantly deteriorated. Furthermore, reducing the amount of Si more than necessary leads to a significant cost increase, although it cannot be said that it is impossible due to careful selection of raw materials and optimization of refining. Therefore, the amount of Si needs to be 0.003 mass% or more. The amount of Si is preferably 0.005 mass% or more, more preferably 0.007 mass% or more.

一方、Si量が過剰になると、熱伝導率の低下が大きくなる。また、本発明に係る金型用鋼は、V量が比較的多いため、鋳造時にV系の炭化物が晶出しやすく、これを後続する熱処理で固溶させる必要がある。しかし、Si量が過剰であると、このV系の晶出炭化物が大きくなりやすく、固溶させるのが難しくなる。固溶せずに残存したV系の晶出炭化物は、金型としての使用中に破壊の起点となるため、有害である。さらに、Si量が過剰になると、鋳造時に他元素の偏析が著しくなるという問題も発生しやすい。従って、Si量は、0.300mass%未満である必要がある。Si量は、好ましくは、0.230mass%未満、さらに好ましくは、0.190mass%未満である。 On the other hand, when the amount of Si becomes excessive, the decrease in thermal conductivity becomes large. Further, since the mold steel according to the present invention has a relatively large amount of V, V-based carbides are likely to crystallize during casting, and it is necessary to dissolve them in a subsequent heat treatment. However, if the amount of Si is excessive, this V-based crystallized carbide tends to become large, and it becomes difficult to dissolve it in solid solution. The V-based crystallized carbide remaining without solid solution is harmful because it becomes a starting point of fracture during use as a mold. Further, if the amount of Si is excessive, a problem that segregation of other elements becomes remarkable during casting tends to occur. Therefore, the amount of Si needs to be less than 0.300 mass%. The amount of Si is preferably less than 0.230 mass%, more preferably less than 0.190 mass%.

(3)0.70<Mn<1.80mass%:
本発明に係る金型用鋼は、Crが比較的少ない。そのため、Mn量が少ないと焼入れ性が不足し、ベイナイトの混入による靱性の低下を招く。従って、Mn量は、0.70mass%超である必要がある。Mn量は、好ましくは、0.75mass%超、さらに好ましくは、0.87mass%超である。
一方、Mn量が過剰になると、熱伝導率の低下が大きい。また、Mn量が過剰になると、鋳造時に偏析が著しくなる。従って、Mn量は、1.80mass%未満である必要がある。Mn量は、好ましくは、1.78mass%未満、さらに好ましくは、1.76mass%未満である。
(3) 0.70 <Mn <1.80 mass%:
The mold steel according to the present invention has a relatively small amount of Cr. Therefore, if the amount of Mn is small, the hardenability is insufficient, and the toughness is lowered due to the mixing of bainite. Therefore, the amount of Mn needs to be more than 0.70 mass%. The amount of Mn is preferably more than 0.75 mass%, more preferably more than 0.87 mass%.
On the other hand, when the amount of Mn is excessive, the thermal conductivity is greatly reduced. Further, if the amount of Mn is excessive, segregation becomes remarkable at the time of casting. Therefore, the amount of Mn needs to be less than 1.80 mass%. The amount of Mn is preferably less than 1.78 mass%, more preferably less than 1.76 mass%.

(4)0.80≦Cr<2.00mass%:
Cr量が少ないと、焼入れ性が不足する。また、Cr量が少ないと、耐食性が極端に悪くなる。従って、Cr量は、0.80mass%以上である必要がある。Cr量は、好ましくは、0.85mass%超、さらに好ましくは、0.90mass%超である。
一方、Cr量が過剰になると、熱伝導率の低下が大きくなる。従って、Cr量は、2.00mass%未満である必要がある。Cr量は、さらに好ましくは、1.99mass%未満である。
(4) 0.80 ≦ Cr <2.00 mass%:
If the amount of Cr is small, the hardenability is insufficient. Further, when the amount of Cr is small, the corrosion resistance becomes extremely poor. Therefore, the amount of Cr needs to be 0.80 mass% or more. The amount of Cr is preferably more than 0.85 mass%, more preferably more than 0.90 mass%.
On the other hand, when the amount of Cr becomes excessive, the decrease in thermal conductivity becomes large. Therefore, the amount of Cr needs to be less than 2.00 mass%. The amount of Cr is more preferably less than 1.9 mass%.

(5)0.003≦Cu<1.200mass%:
Cu量が少ないと、焼入れ時のγ粒界の移動を抑制する引きずり効果(solute drag effect)が乏しくなり、したがって結晶粒の粗大化(結晶粒度番号が小さくなる)を抑制する効果が得られない。また、Cu量が少ないと、(a)焼入れ性を改善する効果に乏しい、(b)Cr−Cu−Niを含有する鋼としての耐候性も発現し難い、(c)時効硬化によって硬さを増す効果にも乏しい、(d)被削性の改善効果も小さい、等の問題が生じる。さらに、Cu量を必要以上に低減するのは、原材料の厳選や各方面で研究されている精錬によるCu除去技術を適用すれば不可能ではないが、著しいコスト増を招く。従って、Cu量は、0.003mass%以上である必要がある。Cu量は、好ましくは、0.004mass%以上、さらに好ましくは、0.005mass%以上である。
(5) 0.003 ≤ Cu <1.200 mass%:
When the amount of Cu is small, the solute drag effect that suppresses the movement of γ grain boundaries during quenching becomes poor, and therefore the effect of suppressing the coarsening of crystal grains (the crystal grain size number becomes smaller) cannot be obtained. .. Further, when the amount of Cu is small, (a) the effect of improving hardenability is poor, (b) weather resistance as a steel containing Cr-Cu-Ni is difficult to be exhibited, and (c) hardness is increased by age hardening. Problems such as poor effect of increasing and (d) small effect of improving machinability occur. Furthermore, reducing the amount of Cu more than necessary is not impossible by applying the Cu removal technology by careful selection of raw materials and refining researched in various fields, but it causes a significant cost increase. Therefore, the amount of Cu needs to be 0.003 mass% or more. The amount of Cu is preferably 0.004 mass% or more, and more preferably 0.005 mass% or more.

一方、Cu量が過剰になると、(a)熱間加工時の割れが顕在化する、(b)熱伝導率が低下する、(c)コスト上昇も顕著となる、(d)被削性の改善効果や時効硬化による高硬度化も飽和に近づく、等の問題が生じる。従って、Cu量は、1.200mass%未満である必要がある。Cu量は、好ましくは、1.170mass%未満、さらに好ましくは、1.150mass%未満、さらに好ましくは、0.7mass%以下である。Cu量を0.7mass%以下とすると、引きずり効果を大きく発現させつつ、焼鈍性や熱伝導率の過度の低下を避けることができる。 On the other hand, when the amount of Cu becomes excessive, (a) cracks during hot working become apparent, (b) thermal conductivity decreases, (c) cost increases become remarkable, and (d) machinability. Problems such as an improvement effect and increasing hardness due to age hardening approaching saturation occur. Therefore, the amount of Cu needs to be less than 1.200 mass%. The amount of Cu is preferably less than 1.170 mass%, more preferably less than 1.150 mass%, still more preferably 0.7 mass% or less. When the amount of Cu is 0.7 mass% or less, the dragging effect can be greatly exhibited, and the annealing property and the excessive decrease in thermal conductivity can be avoided.

(6)0.003≦Ni<1.380mass%:
Niは、Cuと同様に引きずり効果が大きいため、焼入れ時の微細粒維持を目的として添加することができる。一方、Cuは熱間加工性を害することがあるのに対し、Niは、熱間加工性を害しないだけでなく、Cu添加による熱間加工性の劣化を回復させる効果もある。
(6) 0.003 ≤ Ni <1.380 mass%:
Since Ni has a large dragging effect like Cu, it can be added for the purpose of maintaining fine particles during quenching. On the other hand, Cu may impair hot workability, whereas Ni not only does not impair hot workability, but also has the effect of recovering the deterioration of hot workability due to the addition of Cu.

しかし、Ni量が少なくなると、(a)引きずり効果が乏しくなる、(b)焼入れ性の改善効果も小さくなる、(c)Cr−Cu−Niを含有する鋼としての耐候性も発現し難くなる、等の問題が生じる。また、Niは、Alが存在する場合にAlと結合して金属間化合物を形成し、強度を高める効果があるが、Ni量が少ないと、このような効果に乏しくなる。さらに、Niを必要以上に低減するのは、原材料の厳選で不可能ではないが、著しいコスト増を招く。従って、Ni量は、0.003mass%以上である必要がある。Ni量は、好ましくは、0.004mass%以上、さらに好ましくは、0.005mass%以上である。 However, when the amount of Ni is small, (a) the dragging effect becomes poor, (b) the hardenability improving effect becomes small, and (c) the weather resistance as a steel containing Cr-Cu-Ni becomes difficult to develop. , Etc. occur. Further, Ni has an effect of increasing the strength by combining with Al in the presence of Al to form an intermetallic compound, but when the amount of Ni is small, such an effect becomes poor. Furthermore, reducing Ni more than necessary is not impossible due to careful selection of raw materials, but it causes a significant cost increase. Therefore, the amount of Ni needs to be 0.003 mass% or more. The amount of Ni is preferably 0.004 mass% or more, and more preferably 0.005 mass% or more.

一方、Ni量が過剰になると、(a)Cu添加による熱間加工性の劣化を回復させる効果が飽和する、(b)熱伝導率の低下が顕著となる、(c)Alと結合した金属間化合物の析出による靱性の低下が顕著となる、(d)偏析も著しくなって、特性の均質化が難しくなる、等の問題が生じる。従って、Ni量は、1.380mass%未満である必要がある。Ni量は、好ましくは、1.250mass%未満、さらに好ましくは、1.150mass%未満、さらに好ましくは、0.7mass%以下である。Ni量を0.7mass%以下とすると、引きずり効果を大きく発現させつつ、焼鈍性や熱伝導率の過度の低下を避けることができる。 On the other hand, when the amount of Ni becomes excessive, (a) the effect of recovering the deterioration of hot workability due to the addition of Cu is saturated, (b) the decrease in thermal conductivity becomes remarkable, and (c) the metal bonded to Al. Problems such as a significant decrease in toughness due to precipitation of intermetallic compounds, a significant decrease in (d) segregation, and difficulty in homogenizing the properties occur. Therefore, the amount of Ni needs to be less than 1.380 mass%. The amount of Ni is preferably less than 1.250 mass%, more preferably less than 1.150 mass%, still more preferably 0.7 mass% or less. When the amount of Ni is 0.7 mass% or less, it is possible to avoid an excessive decrease in annealing property and thermal conductivity while exhibiting a large drag effect.

なお、ある程度以上のCuを含有しており、熱間加工性が著しく悪い場合、Ni量は、Cu量の0.3〜1.2倍が好ましい。
一方、Cuを含有している場合であっても、加工温度や加工方法などの適正化で割れを軽減できる時には、Ni量をCu量の0.3〜1.2倍にする必要は必ずしも無い。
When Cu is contained in a certain amount or more and the hot workability is extremely poor, the amount of Ni is preferably 0.3 to 1.2 times the amount of Cu.
On the other hand, even when Cu is contained, it is not always necessary to increase the amount of Ni to 0.3 to 1.2 times the amount of Cu when cracking can be reduced by optimizing the processing temperature and processing method. ..

(7)0.500<Mo<3.500mass%:
Moは、CuやNiと同様に比較的引きずり効果が大きいため、焼入れ時の微細粒維持を目的として添加できる。Moは、Cuのように熱間加工性を害しない利点もある。Mo量が少ないと、(a)引きずり効果が小さい、(b)2次硬化の寄与が小さく、焼戻し温度が高い場合には33HRCを超える硬さを安定して得ることが困難となる、(c)Crとの複合添加で耐食性を改善する効果も小さい、等の問題が生じる。従って、Mo量は、0.500mass%超である必要がある。Mo量は、好ましくは、0.530mass%超、さらに好ましくは、0.560mass%超である。
(7) 0.500 <Mo <3.500 mass%:
Since Mo has a relatively large dragging effect like Cu and Ni, it can be added for the purpose of maintaining fine particles during quenching. Mo also has an advantage that it does not impair hot workability like Cu. When the amount of Mo is small, (a) the dragging effect is small, (b) the contribution of secondary curing is small, and when the tempering temperature is high, it becomes difficult to stably obtain a hardness exceeding 33 HRC (c). ) The combined addition with Cr causes a problem that the effect of improving the corrosion resistance is small. Therefore, the amount of Mo needs to be more than 0.500 mass%. The amount of Mo is preferably more than 0.530 mass%, more preferably more than 0.560 mass%.

一方、Mo量が過剰になると、(a)破壊靱性が低下する、(b)素材コストの上昇も著しい、等の問題を生じる。従って、Mo量は、3.500mass%未満である必要がある。Mo量は、好ましくは、3.400mass%未満、さらに好ましくは、3.300mass%未満である。 On the other hand, when the amount of Mo is excessive, problems such as (a) a decrease in fracture toughness and (b) a significant increase in material cost occur. Therefore, the amount of Mo needs to be less than 3.500 mass%. The amount of Mo is preferably less than 3.400 mass%, more preferably less than 3.300 mass%.

(8)0.55<V<1.20mass%:
焼入れ時の微細粒維持には、固溶元素の引きずり効果と分散粒子のピン止め効果を併用する必要がある。分散粒子のVCが適量になるように、C量を考慮して、V量を適正化するのが好ましい。V量が少ないと、VC量が少なくなるため、γ結晶粒の粗大化(結晶粒度番号が小さくなる)を抑制する効果に乏しい。従って、V量は、0.55mass%超である必要がある。V量は、好ましくは、0.56mass%超、さらに好ましくは、0.57mass%超、さらに好ましくは、0.7mass%超である。V量が0.7mass%超である場合、結晶粒が、非常に微細で好ましいとされる粒度番号8以上となる。
(8) 0.55 <V <1.20 mass%:
In order to maintain fine particles during quenching, it is necessary to combine the dragging effect of solid solution elements and the pinning effect of dispersed particles. It is preferable to optimize the V amount in consideration of the C amount so that the VC of the dispersed particles becomes an appropriate amount. When the amount of V is small, the amount of VC is small, so that the effect of suppressing the coarsening of γ crystal grains (the crystal grain size number becomes small) is poor. Therefore, the amount of V needs to be more than 0.55 mass%. The amount of V is preferably more than 0.56 mass%, more preferably more than 0.57 mass%, still more preferably more than 0.7 mass%. When the amount of V is more than 0.7 mass%, the crystal grains are very fine and have a particle size number of 8 or more, which is preferable.

一方、Vを必要以上に添加しても、微細結晶粒を維持する効果が飽和する。また、V量が過剰になると、粗大な晶出炭化物(凝固時に析出するもの)が増加し、それが亀裂の起点となるため靱性が低下する。さらに、V量が多くなるほど、コスト増も著しい。従って、V量は、1.20mass%未満である必要がある。V量は、好ましくは、1.16mass%未満、さらに好ましくは、1.13mass%未満である。
本発明は、規定範囲の他の元素を含むことに加えて、V量及び(Cu+Ni+Mo)量が従来にない範囲となっており、固溶元素の引きずり効果と分散粒子のピン止め効果を積極的に併用している点が特徴である。
On the other hand, even if V is added more than necessary, the effect of maintaining fine crystal grains is saturated. Further, when the amount of V becomes excessive, coarse crystallized carbides (those that precipitate during solidification) increase, which becomes the starting point of cracks, and thus the toughness decreases. Further, as the amount of V increases, the cost increases significantly. Therefore, the amount of V needs to be less than 1.20 mass%. The amount of V is preferably less than 1.16 mass%, more preferably less than 1.13 mass%.
In the present invention, in addition to containing other elements in the specified range, the amount of V and the amount of (Cu + Ni + Mo) are in an unprecedented range, and the dragging effect of the solid solution element and the pinning effect of the dispersed particles are positive. The feature is that it is used together with.

(9)0.0002≦N<0.1200mass%:
Nもまた、分散粒子VCの量に影響する。N量が多くなるほど、VCの固溶温度が高くなる。そのため、CとVの量が同じであっても、焼入れ時の残留VCは多くなる。
N量が少ないと、焼入れ時のVC粒子が過度に少なくなる。そのため、γ結晶粒の粗大化(結晶粒度番号が小さくなること)を抑制する効果に乏しい。また、Nは、Alが存在する場合にAlN粒子を形成して結晶粒粗大化を補助的に防止する効果があるが、N量が少ないと、このような効果が小さい。従って、N量は、0.0002mass%以上である必要がある。N量は、好ましくは、0.0010mass%超、さらに好ましくは、0.0030mass%超である。
(9) 0.0002 ≦ N <0.1200 mass%:
N also affects the amount of dispersed particles VC. The larger the amount of N, the higher the solid solution temperature of VC. Therefore, even if the amounts of C and V are the same, the residual VC at the time of quenching increases.
When the amount of N is small, the amount of VC particles at the time of quenching becomes excessively small. Therefore, the effect of suppressing the coarsening of γ crystal grains (the grain size number becomes smaller) is poor. Further, N has an effect of forming AlN particles in the presence of Al to assist in preventing grain coarsening, but when the amount of N is small, such an effect is small. Therefore, the amount of N needs to be 0.0002 mass% or more. The amount of N is preferably more than 0.0010 mass%, more preferably more than 0.0030 mass%.

一方、N量が過剰になると、N添加に要する精錬の時間とコストが増加し、素材コストの上昇を招く。さらに、N量が過剰になると、粗大な窒化物、炭窒化物、あるいは炭化物が増加し、それが亀裂の起点となるため、靱性が低下する。従って、N量は、0.1200mass%未満である必要がある。N量は、好ましくは、0.1000mass%未満、さらに好ましくは、0.0800mass%未満である。 On the other hand, when the amount of N becomes excessive, the refining time and cost required for adding N increase, which leads to an increase in material cost. Furthermore, when the amount of N becomes excessive, coarse nitrides, carbonitrides, or carbides increase, which becomes the starting point of cracks, and thus the toughness decreases. Therefore, the amount of N needs to be less than 0.1200 mass%. The amount of N is preferably less than 0.1000 mass%, more preferably less than 0.0800 mass%.

(10)不可避的不純物:
本発明に係る金型用鋼は、不可避的不純物として、
P≦0.05mass%、
S≦0.003mass%、
Al≦0.10mass%、
W≦0.30mass%、
O≦0.01mass%、
Co≦0.10mass%、
Nb≦0.004mass%、
Ta≦0.004mass%、
Ti≦0.004mass%、
Zr≦0.004mass%、
B≦0.0001mass%、
Ca≦0.0005mass%、
Se≦0.03mass%、
Te≦0.005mass%、
Bi≦0.01mass%、
Pb≦0.03mass%、
Mg≦0.02mass%、又は、
REM≦0.10mass%、
が含まれていても良い。
(10) Inevitable impurities:
The mold steel according to the present invention is an unavoidable impurity.
P ≤ 0.05 mass%,
S ≤ 0.003 mass%,
Al ≤ 0.10 mass%,
W ≤ 0.30 mass%,
O ≤ 0.01 mass%,
Co ≤ 0.10 mass%,
Nb ≤ 0.004 mass%,
Ta ≤ 0.004 mass%,
Ti ≤ 0.004 mass%,
Zr ≤ 0.004 mass%,
B ≤ 0.0001 mass%,
Ca ≤ 0.0005 mass%,
Se ≤ 0.03 mass%,
Te ≤ 0.005 mass%,
Bi ≤ 0.01 mass%,
Pb ≤ 0.03 mass%,
Mg ≤ 0.02 mass% or
REM ≤ 0.10 mass%,
May be included.

本発明に係る金型用鋼は、上述した1又は2以上の元素を含んでいても良い。上記元素の含有量が上記の上限値以下である場合、その元素は、不可避的不純物として振る舞う。
一方、上記元素の一部は、上記の上限値を超えて含まれていても良い。この場合、元素の種類及び含有量に応じて、後述するような効果が得られる。
The mold steel according to the present invention may contain one or more of the above-mentioned elements. When the content of the element is not more than or equal to the above upper limit, the element behaves as an unavoidable impurity.
On the other hand, some of the above elements may be contained in excess of the above upper limit value. In this case, the effects described later can be obtained depending on the type and content of the element.

[1.2. 成分バランス]
本発明に係る金型用鋼は、上記の元素を含むことに加えて、Cu、Ni及びMoの総量が次の(a)式の関係を満たしていることを特徴とする。
0.550<Cu+Ni+Mo<3.600mass% ・・・(a)
[1.2. Ingredient balance]
The mold steel according to the present invention is characterized in that, in addition to containing the above elements, the total amount of Cu, Ni and Mo satisfies the relationship of the following formula (a).
0.550 <Cu + Ni + Mo <3.600 mass% ... (a)

引きずり効果の指標として、Cu+Ni+Moの量は、重要である。これらの元素の総量が少ないと、十分な引きずり効果がえられない。従って、これらの元素の総量は、0.550mass%超である必要がある。総量は、好ましくは、0.600mass%超、さらに好ましくは、0.700mass%超である。
一方、これらの元素の総量が過剰になると、熱間加工時の割れの顕在化、熱伝導率の低下、金属間化合物の過度の析出による靱性の低下、破壊靱性の低下などの原因となる。従って、これらの元素の総量は、3.600mass%未満である必要がある。総量は、好ましくは、3.550mass%未満、さらに好ましくは、3.500mass%未満、さらに好ましくは、2.000mass%以下である。Cu+Ni+Moの量が2.0mass%以下になると、高い熱伝導率を維持することができる。これらの元素、特にCuとNiは熱伝導率を下げる弊害が大きい。従って、結晶粒が微細、かつ高熱伝導率の状態を確保するには、まず、高Vとしてピンニング効果をメインに用い、引きずり効果を補助的に利用して微細粒を得る。次に、Cu+Ni+Moを過度に高めないことで、高熱伝導率を得る。
The amount of Cu + Ni + Mo is important as an index of the drag effect. If the total amount of these elements is small, a sufficient drag effect cannot be obtained. Therefore, the total amount of these elements needs to be greater than 0.550 mass%. The total amount is preferably more than 0.600 mass%, more preferably more than 0.700 mass%.
On the other hand, if the total amount of these elements becomes excessive, it causes the manifestation of cracks during hot working, the decrease in thermal conductivity, the decrease in toughness due to excessive precipitation of intermetallic compounds, and the decrease in fracture toughness. Therefore, the total amount of these elements needs to be less than 3.600 mass%. The total amount is preferably less than 3.550 mass%, more preferably less than 3.500 mass%, still more preferably 2.000 mass% or less. When the amount of Cu + Ni + Mo is 2.0 mass% or less, high thermal conductivity can be maintained. These elements, especially Cu and Ni, have a great effect of lowering the thermal conductivity. Therefore, in order to ensure that the crystal grains are fine and have a high thermal conductivity, first, the pinning effect is mainly used as the high V, and the drag effect is assisted to obtain fine grains. Next, high thermal conductivity is obtained by not excessively increasing Cu + Ni + Mo.

[1.3. 副構成元素]
本発明に係る金型用鋼は、上述した主構成元素に加えて、以下のような1又は2以上の元素をさらに含んでいても良い。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
[1.3. Sub-components]
The mold steel according to the present invention may further contain one or more of the following elements in addition to the above-mentioned main constituent elements. The types of additive elements, their component ranges, and the reasons for their limitation are as follows.

(1)0.30<W≦5.00mass%:
(2)0.10<Co≦4.00mass%:
本発明は、ダイカスト金型の汎用鋼であるSKD61などと比較して、MnとCrの合計量が少ないため、焼入れ性もそれほど高くない。このため、焼入れ速度が遅く、かつ高温で焼戻した場合には、33HRCを超える硬さの確保が難しい。そのような場合には、WやCoを選択的に添加し、強度確保を図れば良い。Wは、炭化物の析出によって強度を上げる。Coは、母材への固溶によって強度を上げると同時に、炭化物形態の変化を介して析出硬化にも寄与する。
(1) 0.30 <W ≦ 5.00 mass%:
(2) 0.10 <Co ≦ 4.00 mass%:
In the present invention, the total amount of Mn and Cr is smaller than that of SKD61, which is a general-purpose steel for die casting dies, and therefore the hardenability is not so high. Therefore, when the quenching speed is slow and the tempering is performed at a high temperature, it is difficult to secure a hardness exceeding 33 HRC. In such a case, W or Co may be selectively added to ensure the strength. W increases the strength by precipitation of carbides. Co increases the strength by solid solution to the base metal, and at the same time, contributes to precipitation hardening through the change of carbide morphology.

また、これらの元素は、焼入れ時のγ中に固溶して、比較的大きな引きずり効果も発揮する。VC粒子のピン止め効果と、溶質原子の引きずり効果を併せて、安定して微細なγ結晶粒を得るには、WやCoの添加が有効である。このような効果を得るためには、W量及びCo量は、それぞれ、上記の下限値を超える量が好ましい。
一方、これらの元素の量が過剰になると、特性の飽和と著しいコスト増を招く。従って、W量及びCo量は、それぞれ上記の上限値以下が好ましい。
なお、金型用鋼には、W又はCoのいずれか一方が含まれていても良く、あるいは、双方が含まれていても良い。
In addition, these elements dissolve in γ during quenching and exert a relatively large drag effect. Addition of W or Co is effective in order to stably obtain fine γ crystal grains by combining the pinning effect of VC particles and the dragging effect of solute atoms. In order to obtain such an effect, the W amount and the Co amount are preferably amounts exceeding the above lower limit values, respectively.
On the other hand, excessive amounts of these elements lead to saturation of properties and significant cost increase. Therefore, the amount of W and the amount of Co are preferably not more than the above upper limit values, respectively.
The mold steel may contain either W or Co, or may contain both.

(3)0.004<Nb≦0.100mass%:
(4)0.004<Ta≦0.100mass%:
(5)0.004<Ti≦0.100mass%:
(6)0.004<Zr≦0.100mass%:
予期せぬ設備トラブルなどによって、焼入れ加熱温度が高くなったり、あるいは、焼入れ時間が長くなった場合、本発明に係る金型用鋼の基本成分であっても、結晶粒の粗大化が懸念される。そのような場合に備えて、Nb、Ta、Ti、及び/又は、Zrを選択的に添加しても良い。これらの元素を添加すると、これらの元素が微細な析出物を形成する。微細な析出物は、γ結晶粒界の移動を抑制(ピン止め効果)するため、微細なオーステナイト組織を維持することができる。このような効果を得るためには、これらの元素の量は、それぞれ、上記の下限値を超える量が好ましい。
(3) 0.004 <Nb ≤ 0.100 mass%:
(4) 0.004 <Ta ≤ 0.100 mass%:
(5) 0.004 <Ti ≤ 0.100 mass%:
(6) 0.004 <Zr ≦ 0.100 mass%:
When the quenching heating temperature becomes high or the quenching time becomes long due to an unexpected equipment trouble or the like, there is a concern that the crystal grains may become coarse even if it is the basic component of the mold steel according to the present invention. To. In preparation for such a case, Nb, Ta, Ti, and / or Zr may be selectively added. When these elements are added, these elements form fine precipitates. Since the fine precipitate suppresses the movement of the γ grain boundary (pinning effect), the fine austenite structure can be maintained. In order to obtain such an effect, the amount of each of these elements preferably exceeds the above lower limit value.

一方、これらの元素の量が過剰になると、炭化物、窒化物、又は酸化物が過度に生成し、靱性の低下を招く。従って、これらの元素の量は、それぞれ、上記の上限値以下が好ましい。
なお、金型用鋼には、これらの元素のいずれか一種が含まれていても良く、あるいは、2種以上が含まれていても良い。
On the other hand, if the amount of these elements is excessive, carbides, nitrides, or oxides are excessively formed, resulting in a decrease in toughness. Therefore, the amount of each of these elements is preferably not more than the above upper limit value.
The mold steel may contain any one of these elements, or may contain two or more of these elements.

(7)0.10<Al≦1.50mass%:
Alは、Nと結合してAlNを形成し、γ結晶粒の成長を抑制する効果(ピン止め効果)を有する。また、Alは、Nとの親和力が高く、鋼中へのNの侵入を加速する。このため、Alを含有する鋼材を窒化処理すると、表面硬さが高くなりやすい。より高い耐摩耗性を求めて窒化処理する金型には、Alを含む鋼材を使うことが有効である。このような効果を得るためには、Al量は、0.10mass%超が好ましい。
一方、Al量が過剰になると、熱伝導率や靱性の低下を招く。従って、Al量は、1.50mass%以下が好ましい。
なお、Al量が不純物レベル(0.10mass%以下)であっても、N量によっては上記の効果が発現する場合がある。
(7) 0.10 <Al ≤ 1.50 mass%:
Al has an effect of suppressing the growth of γ crystal grains (pinning effect) by combining with N to form AlN. In addition, Al has a high affinity for N and accelerates the invasion of N into steel. Therefore, when the steel material containing Al is nitrided, the surface hardness tends to increase. It is effective to use a steel material containing Al for the mold to be nitrided for higher wear resistance. In order to obtain such an effect, the amount of Al is preferably more than 0.10 mass%.
On the other hand, if the amount of Al is excessive, the thermal conductivity and toughness are lowered. Therefore, the amount of Al is preferably 1.50 mass% or less.
Even if the amount of Al is an impurity level (0.10 mass% or less), the above effect may be exhibited depending on the amount of N.

(8)0.0001<B≦0.0050mass%:
B添加は、焼入れ性の改善策として有効である。しかし、BがBNを形成すると、焼入れ性の向上効果が無くなるため、鋼中にB単独で存在させる必要がある。具体的には、BよりもNとの親和力が強い元素で窒化物を形成させ、BとNの結合を抑制すれば良い。そのような元素としては、上述したNb、Ta、Ti、Zrなどがある。これらの元素は、不純物レベル(0.004mass%以下)で存在していてもNを固定する効果はあるが、N量によっては、不純物レベルを超える量を添加する場合もある。Bの一部が鋼中のNと結合してBNが形成されても、余剰のBが鋼中に単独で存在すれば、それが焼入れ性を高める。
(8) 0.0001 <B ≤ 0.0050 mass%:
Addition of B is effective as a measure for improving hardenability. However, when B forms BN, the effect of improving hardenability is lost, so it is necessary for B to exist alone in the steel. Specifically, the nitride may be formed with an element having a stronger affinity for N than B to suppress the bond between B and N. Examples of such elements include the above-mentioned Nb, Ta, Ti, Zr and the like. These elements have the effect of fixing N even if they are present at the impurity level (0.004 mass% or less), but depending on the amount of N, an amount exceeding the impurity level may be added. Even if a part of B is combined with N in steel to form BN, if excess B is present alone in steel, it enhances hardenability.

Bはまた、被削性の改善にも有効である。被削性を改善するには、BNを形成させれば良い。BNは、性質が黒鉛に似ており、切削抵抗を下げると同時に、切屑破砕性を改善する。さらに、鋼中にBとBNがある場合には、焼入れ性と被削性が同時に改善される。
このような効果を得るためには、B量は、0.0001mass%超が好ましい。
一方、B量が過剰になると、かえって焼入れ性が低下する。従って、B量は、0.0050mass%以下が好ましい。
B is also effective in improving machinability. In order to improve machinability, BN may be formed. BN is similar in nature to graphite, reducing cutting resistance and at the same time improving chip crushability. Further, when B and BN are present in the steel, hardenability and machinability are improved at the same time.
In order to obtain such an effect, the amount of B is preferably more than 0.0001 mass%.
On the other hand, if the amount of B is excessive, the hardenability is rather lowered. Therefore, the amount of B is preferably 0.0050 mass% or less.

(9)0.003<S≦0.050mass%:
(10)0.0005<Ca≦0.2000mass%:
(11)0.03<Se≦0.50mass%:
(12)0.005<Te≦0.100mass%:
(13)0.01<Bi≦0.50mass%:
(14)0.03<Pb≦0.50mass%:
被削性の改善には、S、Ca、Se、Te、Bi、又はPbを選択的に添加することも有効である。このような効果を得るためには、これらの元素の量は、それぞれ、上記の下限値を超える量が好ましい。
一方、これらの元素の量が過剰になると、被削性の改善効果が飽和するだけでなく、熱間加工性の劣化、衝撃値や鏡面研磨性の低下を招く。従って、これらの元素の量は、それぞれ、上記の上限値以下が好ましい。
なお、金型用鋼には、これらの元素のいずれか1種が含まれていても良く、あるいは、2種以上が含まれていても良い。
(9) 0.003 <S ≤ 0.050 mass%:
(10) 0.0005 <Ca ≦ 0.2000 mass%:
(11) 0.03 <Se ≦ 0.50 mass%:
(12) 0.005 <Te ≤ 0.100 mass%:
(13) 0.01 <Bi ≤ 0.50 mass%:
(14) 0.03 <Pb ≦ 0.50 mass%:
It is also effective to selectively add S, Ca, Se, Te, Bi, or Pb to improve the machinability. In order to obtain such an effect, the amount of each of these elements preferably exceeds the above lower limit value.
On the other hand, if the amount of these elements is excessive, not only the effect of improving machinability is saturated, but also the hot workability is deteriorated, and the impact value and the mirror polishing property are deteriorated. Therefore, the amount of each of these elements is preferably not more than the above upper limit value.
The mold steel may contain any one of these elements, or may contain two or more of these elements.

[1.4. 特性]
本発明に係る金型用鋼を適切な条件下で熱処理すると、
硬さが33HRC超57HRC以下となり、
焼入れ時の旧オーステナイト結晶粒度番号が5以上となり、かつ、
レーザーフラッシュ法を用いて測定した25℃における熱伝導率λが27.0[W/m/K]超となる。
[1.4. Characteristic]
When the mold steel according to the present invention is heat-treated under appropriate conditions,
Hardness is more than 33HRC and less than 57HRC
The old austenite crystal grain size number at the time of quenching is 5 or more, and
The thermal conductivity λ at 25 ° C. measured by the laser flash method exceeds 27.0 [W / m / K].

[1.4.1. 硬さ]
金型には、摩耗し難さや変形し難さが求められる。そのため、金型には、硬さが必要である。硬さが33HRCを超えていれば、様々な用途に適用しても、摩耗や変形の問題は起き難い。硬さは、さらに好ましくは、35HRC以上である。
一方、硬さが高すぎると、金型の仕上げ機械加工が非常に困難となるだけでなく、金型としての使用中に大割れや欠けを生じやすくなる。そのため、硬さは、57HRC以下にする必要がある。硬さは、さらに好ましくは、56HRC以下である。
この点は、金型部品も同様であり、その硬さは、上記の範囲内にあるのが好ましい。
[1.4.1. Hardness]
The mold is required to be hard to wear and hard to be deformed. Therefore, the mold needs to be hard. If the hardness exceeds 33 HRC, problems of wear and deformation are unlikely to occur even if it is applied to various applications. The hardness is more preferably 35 HRC or more.
On the other hand, if the hardness is too high, not only the finishing machining of the mold becomes very difficult, but also large cracks and chips are likely to occur during use as the mold. Therefore, the hardness needs to be 57 HRC or less. The hardness is more preferably 56 HRC or less.
This point is the same for the mold parts, and the hardness thereof is preferably within the above range.

[1.4.2. 旧オーステナイト結晶粒度番号]
金型の割れや欠けを防止するには、焼入れ時のオーステナイト結晶粒度番号を大きく(オーステナイト結晶粒を微細に)する方が良い。結晶粒度番号が小さいと亀裂が進展しやすく、割れや欠けが発生しやすくなる。従って、焼入れ時のオーステナイト結晶粒度番号は、5以上が必要である。オーステナイト結晶粒度番号は、より好ましくは、5.5以上である。製造条件を最適化すると、結晶粒度番号は、6以上、あるいは、6.5以上となる。
この点は、金型部品も同様であり、その旧オーステナイト結晶粒度番号は、上記の範囲内にあるのが好ましい。
[1.4.2. Former austenite crystal grain size number]
In order to prevent cracking and chipping of the mold, it is better to increase the austenite crystal grain number at the time of quenching (fine austenite crystal grains). If the crystal grain size number is small, cracks are likely to grow, and cracks and chips are likely to occur. Therefore, the austenite crystal particle size number at the time of quenching needs to be 5 or more. The austenite crystal particle size number is more preferably 5.5 or more. When the production conditions are optimized, the crystal grain size number becomes 6 or more, or 6.5 or more.
This point is the same for the mold parts, and the old austenite crystal particle size number is preferably within the above range.

[1.4.3. 熱伝導率]
製品を速く冷却したり、金型の低温度化や熱応力軽減で金型損傷(焼付き、割れ、摩耗)を軽減するには、金型を高熱伝導率化する必要がある。ダイカストなどに用いられる汎用鋼の25℃における熱伝導率λは、23.0〜24.0[W/m/K]である。高熱伝導率とされる鋼でもλは、27.0[W/m/K]以下であり、不十分である。製品を速く冷却したり、金型損傷を軽減するには、熱伝導率λは、27.0[W/m/K]超である必要がある。熱伝導率λは、さらに好ましくは、27.5[W/m/K]超である。製造条件を最適化すると、熱伝導率は、28.0[W/m/K]以上、あるいは、28.5[W/m/K]以上となる。
この点は、金型部品も同様であり、その熱伝導率は、上記の範囲内にあるのが好ましい。
なお、本発明において、「熱伝導率」とは、レーザーフラッシュ法を用いて測定した25℃における値をいう。
[1.4.3. Thermal conductivity]
In order to cool the product quickly and reduce mold damage (seizure, cracking, wear) by lowering the temperature of the mold and reducing thermal stress, it is necessary to increase the thermal conductivity of the mold. The thermal conductivity λ of general-purpose steel used for die casting or the like at 25 ° C. is 23.0 to 24.0 [W / m / K]. Even in steel having high thermal conductivity, λ is 27.0 [W / m / K] or less, which is insufficient. The thermal conductivity λ must be greater than 27.0 [W / m / K] in order to cool the product quickly and reduce mold damage. The thermal conductivity λ is more preferably more than 27.5 [W / m / K]. When the production conditions are optimized, the thermal conductivity becomes 28.0 [W / m / K] or more, or 28.5 [W / m / K] or more.
This point is the same for the mold parts, and the thermal conductivity thereof is preferably within the above range.
In the present invention, the "thermal conductivity" means a value at 25 ° C. measured by a laser flash method.

[2. 成形具]
本発明に係る成形具は、以下の構成を備えている。
(1)前記成形具は、
金型や金型部品の単独あるいは組み合わせで構成され、温度が室温より高い被成形物と直接接触する部位を含む。
(2)前記金型及び前記金型部品の少なくとも1つは、本発明に係る金型用鋼からなる。
(3)前記金型及び前記金型部品の少なくとも1つは、
硬さが33HRC超57HRC以下であり、
焼入れ時の旧オーステナイト結晶粒度番号が5以上であり、
レーザーフラッシュ法を用いて測定した25℃における熱伝導率λが27.0[W/m/K]超である。
[2. Molding tool]
The molding tool according to the present invention has the following configurations.
(1) The molding tool is
It is composed of a mold or a combination of mold parts alone or in combination, and includes a part that comes into direct contact with an object to be molded whose temperature is higher than room temperature.
(2) At least one of the mold and the mold parts is made of the mold steel according to the present invention.
(3) At least one of the mold and the mold parts
Hardness is more than 33HRC and less than 57HRC,
The old austenite crystal grain size number at the time of quenching is 5 or more,
The thermal conductivity λ at 25 ° C. measured by the laser flash method is more than 27.0 [W / m / K].

[2.1. 用途]
本発明に係る成形具は、温度が室温より高い被成形物を加工するために用いられる。このような加工としては、例えば、ダイカスト、プラスチックの射出成形、ゴムの加工、各種の鋳造、温間鍛造、熱間鍛造、ホットスタンプなどがある。
[2.1. Use]
The molding tool according to the present invention is used for processing an object to be molded whose temperature is higher than room temperature. Examples of such processing include die casting, injection molding of plastic, rubber processing, various castings, warm forging, hot forging, and hot stamping.

[2.2. 定義]
本発明において、「成形具」とは、
(a)温度が室温より高い被成形物と直接接触する部位がある金型、及び、
(b)温度が室温より高い被成形物と直接接触する部位がある金型部品
の単独あるいは組み合わせで構成され、被成形物を所定の形状に成形する役割を果たすものを指す。
本発明において、「金型」とは、成形具の内、金型部品、及び、被成形物と直接接触する部位がない部品(例えば、金型の締結具)以外のものを指す。例えば、ダイカストの場合、可動側と固定側にそれぞれ金型がある。金型には、キャビティやコアや入れ子と称呼されるものもある。なお、本発明において、入れ子は、後述する金型部品として扱う。
本発明において、「金型部品」とは、単独あるいは前記金型と組み合わせることで、温度が室温より高い被成形物を所定の形状に成形する役割を果たすものを指す。従って、例えば金型を留めるボルトやナットなどは、本発明にいう「金型部品」には含まれない。本発明は、高熱伝導率を特徴とし、ダイカストやホットスタンプや射出成形の製品を速く冷却することが目的の1つである。従って、溶融金属や加熱された鋼板や溶融樹脂と接触する部位のある金型部品が本発明の適用対象となる。
例えば、ダイカストの成形具の場合、金型部品としては、プランジャーチップ、スプールブッシュ、スプールコア(分流子)、射抜きピン、チルベント、入れ子などがある。これらの金型部品を、広い概念では金型と称呼することがある。
[2.2. Definition]
In the present invention, the term "molding tool" is used.
(A) A mold having a part that comes into direct contact with an object whose temperature is higher than room temperature, and
(B) Refers to a mold component having a portion that comes into direct contact with an object to be molded having a temperature higher than room temperature, alone or in combination, and playing a role of molding the object to be molded into a predetermined shape.
In the present invention, the "mold" refers to a molding tool other than a mold part and a part (for example, a mold fastener) having no part in direct contact with an object to be molded. For example, in the case of die casting, there are molds on the movable side and the fixed side, respectively. Some molds are called cavities, cores or nests. In the present invention, the nesting is treated as a mold part described later.
In the present invention, the "mold part" refers to a part that plays a role of molding an object to be molded having a temperature higher than room temperature into a predetermined shape by itself or in combination with the mold. Therefore, for example, bolts and nuts for fastening the mold are not included in the "mold parts" referred to in the present invention. One of the objects of the present invention is to have high thermal conductivity, and to quickly cool die-cast, hot-stamped, and injection-molded products. Therefore, the subject of the present invention is a mold component having a portion that comes into contact with a molten metal, a heated steel plate, or a molten resin.
For example, in the case of die casting molding tools, mold parts include a plunger tip, a spool bush, a spool core (branch element), a ejection pin, a chill vent, and a nest. These mold parts are sometimes referred to as molds in a broad concept.

被成形物は、融体又は半融体である場合と、固体である場合とがある。また、被成形物の温度は、成形具の用途により異なる。
例えば、ダイカストの場合、被成形物(溶融金属)の温度は、溶解炉中で、通常、580〜750℃である。プラスチックの射出成形の場合、被加工物(溶融プラスチック)の温度は、混練機中で、通常、70〜400℃である。ゴムの加工の場合、被成形物(未加硫ゴム)の温度は、通常、50〜250℃である。温間鍛造の場合、被成形物(鋼材)の加熱温度は、通常、150〜800℃である。熱間鍛造の場合、被成形物(鋼材)の加熱温度は、通常、800〜1350℃である。ホットスタンプの場合、被成形物(鋼板)の加熱温度は、通常、800〜1050℃である。
The object to be molded may be a melt or a semi-melt, or may be a solid. Further, the temperature of the object to be molded differs depending on the use of the molding tool.
For example, in the case of die casting, the temperature of the object to be molded (molten metal) is usually 580 to 750 ° C. in a melting furnace. In the case of injection molding of plastic, the temperature of the work piece (molten plastic) is usually 70 to 400 ° C. in a kneader. In the case of rubber processing, the temperature of the object to be molded (unvulcanized rubber) is usually 50 to 250 ° C. In the case of warm forging, the heating temperature of the workpiece (steel material) is usually 150 to 800 ° C. In the case of hot forging, the heating temperature of the object to be molded (steel material) is usually 800 to 1350 ° C. In the case of hot stamping, the heating temperature of the object to be molded (steel plate) is usually 800 to 1050 ° C.

[2.3. 金型用鋼]
本発明に係る成形具は、金型及び金型部品の全部又は一部が本発明に係る金型用鋼からなる。金型用鋼の組成、及び、適切な熱処理後に得られる特性(硬さ、旧オーステナイト結晶粒度番号、熱伝導率)の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
[2.3. Mold steel]
In the molding tool according to the present invention, all or part of the mold and the mold parts are made of the mold steel according to the present invention. The details of the composition of the mold steel and the characteristics (hardness, former austenite particle size number, thermal conductivity) obtained after appropriate heat treatment are as described above, and thus the description thereof will be omitted.

[3. 作用]
[3.1. 要求される特性]
以下では、ダイカスト金型又はその部品を例に説明する。ダイカスト金型は、焼入れ焼戻し状態で使用される。焼入れの加熱条件は、焼入れ温度:1030℃、焼入れ温度での保持時間:1〜3Hr、である場合が多い。
焼入れ加熱時、ダイカスト用鋼は、オーステナイト単相となる場合もあるが、オーステナイトと残留炭化物の混合組織となるのが一般的である。その後、冷却によってオーステナイトはマルテンサイトを主体とする組織に変態し、焼戻しとの組み合わせによって、硬さと靱性が付与される。金型には、耐エロージョン性を確保するための硬さと、耐割れ性を確保するための靱性が必要だからである。
[3. Action]
[3.1. Required characteristics]
In the following, a die casting mold or its parts will be described as an example. The die casting mold is used in a quenched and tempered state. The heating conditions for quenching are often a quenching temperature: 1030 ° C. and a holding time at the quenching temperature: 1 to 3 hours.
During quenching and heating, the die-casting steel may have a single-phase austenite, but generally has a mixed structure of austenite and residual carbides. After that, austenite is transformed into a martensite-based tissue by cooling, and in combination with tempering, hardness and toughness are imparted. This is because the mold needs to have hardness to ensure erosion resistance and toughness to ensure crack resistance.

ここで、靱性を考えると、焼入れ時のオーステナイト結晶粒度番号は大きい(オーステナイト結晶粒径が小さい)方が望ましい。この理由は、結晶粒が微細な方が亀裂が伝搬し難いため、金型の割れを抑制する効果が大きいためである。
焼入れ時のオーステナイト結晶粒度番号は、加熱温度と保持時間で決まる。オーステナイト結晶粒度番号が大きく(結晶粒が微細に)なるのは、加熱温度が低く、保持時間が短い場合である。このため、焼入れにおいては、加熱温度が過度に高くならないように、かつ、保持時間が過度に長くならないように、注意を払う。
Here, considering the toughness, it is desirable that the austenite crystal particle size number at the time of quenching is large (the austenite crystal particle size is small). The reason for this is that the finer the crystal grains, the more difficult it is for cracks to propagate, and the greater the effect of suppressing cracks in the mold.
The austenite crystal particle size number at the time of quenching is determined by the heating temperature and the holding time. The austenite grain size number becomes large (crystal grains become fine) when the heating temperature is low and the holding time is short. Therefore, in quenching, care should be taken so that the heating temperature does not become excessively high and the holding time does not become excessively long.

結晶粒の粗大化を防止するため、オーステナイト中に残留炭化物を分散させる手法が採られることもある。この場合には、C量と炭化物形成元素量を適正化させた成分系の鋼とする。残留炭化物には、オーステナイト結晶粒界の移動をピン止めで抑制する効果(pinning effect)があり、この結果、オーステナイト結晶粒の粗大化が防止される(大きな結晶粒度番号が維持される)。 In order to prevent coarsening of crystal grains, a method of dispersing residual carbides in austenite may be adopted. In this case, the steel is a component-based steel in which the amount of C and the amount of carbide-forming elements are optimized. The residual carbide has the effect of pinning the movement of the austenite grain boundaries (pinning effect), and as a result, the coarsening of the austenite grain is prevented (a large grain size number is maintained).

ここで、焼入れでは、大きい金型と小さい金型を一緒に加熱する「混載」が一般的である。混載する理由は、金型を1個ずつ処理していたのでは、生産性が上がらず高コストになるためである。図1に、混載の加熱時における炉温と金型温度の推移の模式図を示す。
上述した通り、焼入れ温度での加熱時間は、1〜3Hr程度必要である。混載時には、大きい金型がこの条件になるような炉温の保持時間を与える。そうすると、温度上昇が速い小さい金型は、最長で5Hr近くの保持を受けることになり、結晶粒が粗大化してしまう(結晶粒度番号が小さくなる)。
Here, in quenching, "mixed loading" in which a large mold and a small mold are heated together is common. The reason for mixed loading is that if the molds are processed one by one, the productivity will not increase and the cost will increase. FIG. 1 shows a schematic diagram of changes in the furnace temperature and the mold temperature during mixed loading heating.
As described above, the heating time at the quenching temperature needs to be about 1 to 3 hours. At the time of mixed loading, a large mold gives a holding time of the furnace temperature so that this condition is satisfied. Then, the small mold whose temperature rises rapidly will be held at a maximum of about 5 hours, and the crystal grains will be coarsened (the crystal grain size number will be small).

近年、ダイカストのサイクルタイム短縮や金型損傷軽減のため、冷却効率に優れた高熱伝導率鋼をダイカスト金型に使う場合が増えてきた。ダイカスト金型の汎用鋼であるSKD61の25℃における熱伝導率λは、23.0〜24.0[W/m/K]であるのに対し、高熱伝導率とされる鋼の熱伝導率λは、24.0〜27.0[W/m/K]である。このような鋼は、熱伝導率を高くするため、一般的な熱間ダイス鋼のCr量(約5%)よりも大幅に低Cr化されている。 In recent years, in order to shorten the cycle time of die casting and reduce mold damage, the use of high thermal conductivity steel having excellent cooling efficiency for die casting has increased. The thermal conductivity λ of SKD61, which is a general-purpose steel for die casting dies, at 25 ° C. is 23.0 to 24.0 [W / m / K], whereas the thermal conductivity of steel, which is considered to be high thermal conductivity, is high. λ is 24.0 to 27.0 [W / m / K]. In order to increase the thermal conductivity of such steel, the Cr content of such steel is significantly lower than that of general hot die steel (about 5%).

ところが、このような鋼は、焼入れ時に残留する炭化物が少ないか、あるいは、ほぼ無い。そこで、焼入れ時の結晶粒粗大化を防止するためには、焼入れ温度を1020℃未満に低くする必要がある。そうすると、その鋼の金型だけが他と焼入れ温度が違うため、個別に焼入れをしなければならない。つまり、大きな炉にその鋼の金型1個だけを装入して熱処理することになるため、熱処理の機会を作ることが困難となり、非常に生産性が低くなって高コスト化する。 However, such steels have little or almost no carbides remaining during quenching. Therefore, in order to prevent coarsening of crystal grains during quenching, it is necessary to lower the quenching temperature to less than 1020 ° C. Then, only the steel mold has a different quenching temperature from the others, so it must be hardened individually. That is, since only one steel mold is charged into a large furnace for heat treatment, it becomes difficult to create an opportunity for heat treatment, and the productivity becomes very low and the cost increases.

また、Crをほとんど含有しない(Cr≦0.5%)ことで、熱伝導率λが42.0[W/m/K]を超える鋼もある。しかし、そのような鋼は、高温強度と耐食性が低いため、ダイカスト金型に使うことは推奨されない。 In addition, some steels have a thermal conductivity λ of more than 42.0 [W / m / K] because they contain almost no Cr (Cr ≦ 0.5%). However, such steels have low high temperature strength and corrosion resistance and are not recommended for use in die casting dies.

以上をまとめると、低Cr量(0.5%<Cr≪5%)であり、1030℃で5Hr保持してもオーステナイト結晶粒度番号が5以上であり、その状態から焼入れ焼戻しをした場合の25℃における熱伝導率が27.0[W/m/K]を超え、実用に耐える高温強度と耐食性を持つ鋼が存在すれば、以下3点の同時実現が可能となる。
(1)焼入れ性の生産性向上(大きな金型の1030℃での焼入れに混載が可能)。
(2)ダイカストのサイクルタイムの短縮や金型の焼付きの軽減(高熱伝導率)。
(3)ダイカスト金型の割れ防止(焼入れ時の微細なオーステナイト)。
しかし、現状では、このような鋼は、存在しない。焼入れ時に粗粒化しにくい高熱伝導率鋼を求める産業界のニーズは非常に強い。
Summarizing the above, the amount of Cr is low (0.5% <Cr << 5%), the austenite crystal particle size number is 5 or more even if the temperature is maintained at 1030 ° C. for 5 hours, and 25 when quenching and tempering is performed from that state. If the thermal conductivity at ° C. exceeds 27.0 [W / m / K] and there is a steel having high temperature strength and corrosion resistance that can withstand practical use, the following three points can be realized at the same time.
(1) Improvement of hardenability productivity (can be mixedly loaded in a large mold for quenching at 1030 ° C).
(2) Shortening the cycle time of die casting and reducing seizure of molds (high thermal conductivity).
(3) Prevention of cracking of die casting mold (fine austenite during quenching).
However, at present, such steel does not exist. There is a strong need in the industry for high thermal conductivity steel that does not easily coarsen during quenching.

[3.2. 成分の最適化]
上記を実現する鋼が本発明である。焼戻し硬さを確保するためにCr、Mo及びVの量を適正化した。また、高熱伝導率を維持するために、Si、Cr及びMnの量を適正化した。また、焼入れ性を確保するために、Cr及びMnの量を適正化した。
[3.2. Ingredient optimization]
The steel that realizes the above is the present invention. The amounts of Cr, Mo and V were optimized to ensure tempering hardness. Further, in order to maintain high thermal conductivity, the amounts of Si, Cr and Mn were optimized. Further, in order to ensure hardenability, the amounts of Cr and Mn were optimized.

また、焼入れ時のオーステナイト結晶粒を微細とする(結晶粒度番号を大きくする)ため、結晶粒の粒界移動をピン止め効果(pinning effect)で抑制するVC粒子に関するC、V及びNの量を適正化した。特に、V量が重要である。
さらに、焼入れ時のオーステナイト結晶粒を微細とするために、結晶粒界の移動を引きずり効果(solute drag effect)で抑制する固溶元素であるCu、Ni及びMoの量を適正化した。特に、(Cu+Ni+Mo)量が重要である。
本発明の大きな特徴は、ピン止め効果と引きずり効果を積極的に併用したことであり、V量と(Cu+Ni+Mo)量が従来にないバランスとなっている。
In addition, in order to make the austenite crystal grains finer during quenching (increasing the grain size number), the amount of C, V, and N related to the VC particles that suppress the grain boundary movement of the crystal grains by the pinning effect can be determined. Optimized. In particular, the amount of V is important.
Further, in order to make the austenite crystal grains finer at the time of quenching, the amounts of Cu, Ni and Mo, which are solute elements that suppress the movement of the grain boundaries by the solute drag effect, were optimized. In particular, the amount of (Cu + Ni + Mo) is important.
A major feature of the present invention is that the pinning effect and the dragging effect are positively used in combination, and the amount of V and the amount of (Cu + Ni + Mo) are in an unprecedented balance.

なお、Cuを多く添加する場合には、熱間加工時の割れが顕在化しやすい。それを防止するために、Ni添加が効果を発揮する。但し、Ni添加は、金型となった場合の熱伝導率を大きく低下させない量に制限する。 When a large amount of Cu is added, cracks during hot working are likely to become apparent. In order to prevent it, the addition of Ni is effective. However, the addition of Ni is limited to an amount that does not significantly reduce the thermal conductivity of the mold.

本発明に係る金型用鋼は、1030℃で5Hr保持する焼入れでもオーステナイト結晶粒度番号が5以上となる。そのため、焼入れ焼戻し後の靱性が高く、金型の割れを防止することができる。
また、本発明に係る金型用鋼は、焼入れ焼戻し後に27.0[W/m/K]を超える熱伝導率を有するため、ダイカストのサイクルタイム短縮や焼付きの軽減を実現できる。
さらに、焼入れ焼戻し後に最大で57HRCの硬さが得られるため、ダイカストの射出による摩耗にも強い。高硬度は、ホットスタンプの金型に適用した場合にも高い耐摩耗性が得られるため、好ましい。
The mold steel according to the present invention has an austenite crystal grain size number of 5 or more even when quenched at 1030 ° C. for 5 hours. Therefore, the toughness after quenching and tempering is high, and cracking of the mold can be prevented.
Further, since the mold steel according to the present invention has a thermal conductivity exceeding 27.0 [W / m / K] after quenching and tempering, it is possible to shorten the cycle time of die casting and reduce seizure.
Further, since a maximum hardness of 57 HRC can be obtained after quenching and tempering, it is resistant to wear due to die casting injection. High hardness is preferable because high wear resistance can be obtained even when applied to a hot stamping die.

本発明に係る金型用鋼は、Crを含有するため、実用に耐える耐食性も有している。そのため、Crをほとんど含有しない(Cr≦0.5%)鋼と比べ、素材の保管中や金型としての使用中に錆が発生し難い。 Since the mold steel according to the present invention contains Cr, it also has corrosion resistance to withstand practical use. Therefore, as compared with steel containing almost no Cr (Cr ≦ 0.5%), rust is less likely to occur during storage of the material or use as a mold.

[3.3. 引きずり効果とピン止め効果の併用]
Cuを意図的に添加した鋼材は既に存在するが、そのCu添加の目的は高硬度化や被削性改善である。本発明では、Cuの強力な引きずり効果に着目した点が従来のCu添加鋼と決定的に異なる。
図2(a)に、1030℃×5Hrで加熱した後、焼入れしたCu無添加鋼(鋼A)の組織写真を示す。図2(b)に、1030℃×5Hrで加熱した後、焼入れしたCu添加鋼(鋼B)の組織写真を示す。なお、鋼Aの組成は、0.04C−0.05Si−1.58Mn−1.93Cr−1.10Mo−0.81V−0.020Nである。鋼Bは、鋼Aに1.120mass%のCuを添加したものである。
[3.3. Combined drag effect and pinning effect]
Steel materials to which Cu is intentionally added already exist, but the purpose of adding Cu is to increase hardness and improve machinability. The present invention is decisively different from the conventional Cu-added steel in that it focuses on the strong dragging effect of Cu.
FIG. 2A shows a microstructure photograph of Cu-free steel (steel A) hardened after heating at 1030 ° C. × 5 Hr. FIG. 2B shows a microstructure photograph of the Cu-added steel (steel B) hardened after heating at 1030 ° C. × 5 Hr. The composition of steel A is 0.04C-0.05Si-1.58Mn-1.93Cr-1.10Mo-0.81V-0.020N. Steel B is obtained by adding 1.120 mass% Cu to steel A.

図2は、焼入れ後に旧γ粒界を現出した組織の比較である。焼入れ温度:1030℃において、鋼Aと鋼BにはVC粒子が分散しており、VC粒子の量は、鋼Aと鋼Bでほぼ同じである。そのため、VC粒子による結晶粒界のピン止め効果(pinning effect)により、γ粒の成長が抑制される。但し、図1で模式的に示したように、1030℃での保持が5Hrにも及ぶと、VC粒子の固溶による減少によってピン止め効果が弱くなり、極めて大きな粒界移動の駆動力を止めることができなくなる。この結果、鋼Aのγ粒径が100〜200μm(結晶粒度番号で2〜4)となっていたことが図2から分かる。 FIG. 2 is a comparison of the structures in which the old γ grain boundaries appeared after quenching. Quenching temperature: At 1030 ° C., VC particles are dispersed in steel A and steel B, and the amount of VC particles is almost the same in steel A and steel B. Therefore, the growth of γ particles is suppressed by the pinning effect of the crystal grain boundaries by the VC particles. However, as schematically shown in FIG. 1, when the holding at 1030 ° C. reaches 5 hours, the pinning effect is weakened due to the decrease due to the solid solution of the VC particles, and the driving force for the extremely large grain boundary movement is stopped. You will not be able to. As a result, it can be seen from FIG. 2 that the γ particle size of the steel A was 100 to 200 μm (2 to 4 in terms of crystal particle size number).

一方、鋼Bのγ結晶粒径は、約15μm(結晶粒度番号で9程度)となっている。1030℃において、1.120%のCuは、すべてγ中に固溶している。この固溶したCuがγ粒界の移動を「溶質原子による引きずり効果(solute drag effect)」で抑制し、VC粒子によるγ粒界のピン止めと併せて、非常に微細なγ組織を維持したと判断できる。
このように、固溶したCuには強力な引きずり効果があり、分散粒子によるピン止め効果と併せることで、安定して微細粒組織が得られる。これが本発明の最大の特徴である。
On the other hand, the γ crystal grain size of steel B is about 15 μm (crystal grain size number is about 9). At 1030 ° C, 1.120% Cu is all solid solution in γ. This solid-dissolved Cu suppressed the movement of the γ grain boundaries by the "solute drag effect", and together with the pinning of the γ grain boundaries by the VC particles, maintained a very fine γ structure. Can be judged.
As described above, the solid-dissolved Cu has a strong dragging effect, and when combined with the pinning effect of the dispersed particles, a stable fine grain structure can be obtained. This is the greatest feature of the present invention.

(参考例1、実施例2〜6、参考例7〜8、実施例9〜12、参考例13、実施例14、参考例15、実施例16、参考例17、実施例18〜19、参考例20、実施例21〜25、比較例1〜5)
[1. 試料の作製]
表1に示す成分の溶鋼を50kgのインゴットに鋳込んだ後、1240℃で均質化処理を施した。そして、熱間鍛造によって60mm×45mmの矩形断面の棒状に仕上げた。
引き続き、1020℃に加熱して急冷する焼ならしと、630℃に加熱する焼戻しを施した。さらに、棒鋼を820〜900℃に加熱した後、600℃までを15℃/Hrで制御冷却し、100℃以下まで放冷し、引き続き630℃に加熱する焼鈍を行った。この棒鋼から試験片を切り出し、各種の調査に用いた。
(Reference Example 1, Examples 2 to 6, Reference Examples 7 to 8, Examples 9 to 12, Reference Example 13, Example 14, Reference Example 15, Example 16, Reference Example 17, Examples 18 to 19, Reference Example 20, Examples 21 to 25, Comparative Examples 1 to 5)
[1. Preparation of sample]
The molten steel having the components shown in Table 1 was cast into a 50 kg ingot and then homogenized at 1240 ° C. Then, it was finished into a rod shape having a rectangular cross section of 60 mm × 45 mm by hot forging.
Subsequently, normalizing was performed by heating to 1020 ° C. and quenching, and tempering was performed by heating to 630 ° C. Further, after heating the steel bar to 820 to 900 ° C., the steel bar was controlledly cooled to 600 ° C. at 15 ° C./Hr, allowed to cool to 100 ° C. or lower, and subsequently annealed to 630 ° C. A test piece was cut out from this steel bar and used for various investigations.

なお、比較例1は、ダイカスト金型の汎用鋼JIS SKD61である。比較例2は、同じく熱間ダイス鋼であるが、市販のブランド鋼である。比較例3及び4は、それぞれ、JIS SNCM439、及び、JIS SCM435である。比較例5は、高熱伝導率鋼として市販されているブランド鋼である。 Comparative Example 1 is a general-purpose steel JIS SKD61 for a die casting die. Comparative Example 2 is also a hot die steel, but is a commercially available brand steel. Comparative Examples 3 and 4 are JIS SNCM439 and JIS SCM435, respectively. Comparative Example 5 is a brand steel commercially available as a high thermal conductivity steel.

Figure 0006790610
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[2. 試験方法]
[2.1. 結晶粒度]
焼鈍後の棒鋼から切り出した15mm×15mm×25mmの小さいブロックを試験片とした。このブロックを1030℃に加熱して5Hr保持した後、50℃/minの速度で冷却してマルテンサイト変態させた。その後、腐食液で変態前の旧オーステナイト結晶粒界を現出し、結晶粒度番号を評価した。
[2. Test method]
[2.1. Crystal grain size]
A small block of 15 mm × 15 mm × 25 mm cut out from the annealed steel bar was used as a test piece. This block was heated to 1030 ° C. and held for 5 hours, and then cooled at a rate of 50 ° C./min for martensitic transformation. Then, the old austenite grain boundaries before transformation were revealed with a corrosive liquid, and the grain size numbers were evaluated.

[2.2. 硬さ]
結晶粒度番号を評価した後の小さいブロックを、580〜630℃の一般的な焼戻し温度で加熱保持し、ダイカスト金型の代表的な硬さである47HRCへの調質を試みた。焼戻し後、ロックウェル硬さを測定した。
[2.3. 熱伝導率]
焼戻した小さいブロックから直径10mm×厚さ2mmの小さい円盤状試験片を作製した。この試験片の25℃における熱伝導率λ[W/m/K]をレーザーフラッシュ法で測定した。
[2.2. Hardness]
After evaluating the crystal grain size number, the small block was heated and held at a general tempering temperature of 580 to 630 ° C., and tempering to 47HRC, which is a typical hardness of a die casting die, was attempted. After tempering, Rockwell hardness was measured.
[2.3. Thermal conductivity]
A small disk-shaped test piece having a diameter of 10 mm and a thickness of 2 mm was prepared from a small tempered block. The thermal conductivity λ [W / m / K] of this test piece at 25 ° C. was measured by a laser flash method.

[3. 結果]
[3.1. 結晶粒度番号]
表2に、結晶粒度番号を示す。図3に、(Cu+Ni+Mo)量と焼入れ時のγ結晶粒度番号との関係を示す。図4に、V量と焼入れ時のγ結晶粒度番号との関係を示す。
比較例1と比較例2の結晶粒度番号は、10程度と大きく、焼入れ時のオーステナイトは非常に微細である。比較例3は、V量と(Cu+Ni+Mo)量が共に少ないため、結晶粒度番号は、約2程度と粗大粒である。
比較例4と比較例5は、焼入れ性が悪いため、フェライトが析出した。フェライトの量は、比較例5の方が多い。フェライトがオーステナイト結晶粒界に析出すると、旧オーステナイト粒界は拡散してしまい、判別が難しくなる。このため、フェライトが析出した比較例4と比較例5の変態前のオーステナイト結晶粒度番号は、参考値である。但し、明らかに結晶粒度番号は5より小さく、2程度と判断された。
[3. result]
[3.1. Crystal grain size number]
Table 2 shows the crystal grain size numbers. FIG. 3 shows the relationship between the amount of (Cu + Ni + Mo) and the γ crystal grain size number at the time of quenching. FIG. 4 shows the relationship between the amount of V and the γ crystal grain size number at the time of quenching.
The crystal particle size numbers of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are as large as about 10, and the austenite at the time of quenching is very fine. In Comparative Example 3, since both the amount of V and the amount of (Cu + Ni + Mo) are small, the crystal particle size number is about 2, which is a coarse grain.
In Comparative Example 4 and Comparative Example 5, since the hardenability was poor, ferrite was precipitated. The amount of ferrite is larger in Comparative Example 5. When ferrite precipitates at the austenite grain boundaries, the old austenite grain boundaries diffuse, making it difficult to distinguish. Therefore, the austenite crystal particle size numbers before transformation in Comparative Example 4 and Comparative Example 5 in which ferrite is precipitated are reference values. However, the crystal particle size number was clearly smaller than 5, and it was judged to be about 2.

これに対し、参考例1、実施例2〜6、参考例7〜8、実施例9〜12、参考例13、実施例14、参考例15、実施例16、参考例17、実施例18〜19、参考例20、実施例21〜25の結晶粒度番号は、安定して5を超えている。図3及び図4に示すように、(Cu+Ni+Mo)量とV量が多いほど、結晶粒度番号が大きくなる傾向があり、引きずり効果(図3)とピン止め効果(図4)の重畳であることが分かる。 On the other hand , Reference Example 1, Examples 2 to 6, Reference Examples 7 to 8, Examples 9 to 12, Reference Example 13, Example 14, Reference Example 15, Example 16, Reference Example 17, and Examples 18 to 18 to 19. The crystal particle size numbers of Reference Example 20 and Examples 21 to 25 stably exceed 5. As shown in FIGS. 3 and 4, the larger the amount of (Cu + Ni + Mo) and the amount of V, the larger the crystal grain size number tends to be, and the drag effect (FIG. 3) and the pinning effect (FIG. 4) are superimposed. I understand.

Figure 0006790610
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[3.2. 硬さ]
表3に、焼戻し後の硬さを示す。比較例4は、焼入れ時にフェライトが析出した上、軟化抵抗が低いため、27HRC程度となり、金型に必要な硬さ:33HRC超を確保できなかった。比較例5も、焼入れ時に多量のフェライトが析出したため、HRCでは測定できない低硬度(<20HRC)となった。比較例4と比較例5をダイカストの金型部品に使うことは、焼入れ性や軟化抵抗の観点から、事実上は不可能に近いことが分かる。
比較例1と比較例2は、ダイカスト金型に使われるだけあって、47HRCへ問題なく調質できた。また、参考例1、実施例2〜6、参考例7〜8、実施例9〜12、参考例13、実施例14、参考例15、実施例16、参考例17、実施例18〜19、参考例20、実施例21〜25もすべて47HRCに調質でき、焼入れ性や軟化抵抗の観点から、ダイカスト金型への適用が可能であることを確認した。
[3.2. Hardness]
Table 3 shows the hardness after tempering. In Comparative Example 4, ferrite was precipitated during quenching and the softening resistance was low, so that the hardness was about 27 HRC, and the hardness required for the mold: 33 HRC or more could not be secured. Comparative Example 5 also had a low hardness (<20HRC) that could not be measured by HRC because a large amount of ferrite was precipitated during quenching. It can be seen that it is practically impossible to use Comparative Example 4 and Comparative Example 5 for die casting mold parts from the viewpoint of hardenability and softening resistance.
Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were only used for die casting dies, and could be tempered to 47HRC without any problem. In addition , Reference Example 1, Examples 2 to 6, Reference Examples 7 to 8, Examples 9 to 12, Reference Example 13, Example 14, Reference Example 15, Example 16, Reference Example 17, Examples 18 to 19, It was confirmed that all of Reference Example 20 and Examples 21 to 25 could be tempered to 47HRC and could be applied to a die casting mold from the viewpoint of hardenability and softening resistance.

Figure 0006790610
Figure 0006790610

[3.3. 熱伝導率]
表4に、表3に示した材料の熱伝導率を示す。比較例1は、SiとCrが多いため、熱伝導率が最も低い。比較例2は、極低Siのため、比較例1よりは高熱伝導率であるが、Crが多いためにλ≦27.0に留まっている。比較例3〜5は、低Siで、かつ、低Crであるため、λ>27.0の高熱伝導率である。
[3.3. Thermal conductivity]
Table 4 shows the thermal conductivity of the materials shown in Table 3. In Comparative Example 1, since there are many Si and Cr, the thermal conductivity is the lowest. Comparative Example 2 has a higher thermal conductivity than Comparative Example 1 due to the extremely low Si, but remains at λ ≦ 27.0 due to the large amount of Cr. Comparative Examples 3 to 5 have a high thermal conductivity of λ> 27.0 because they have low Si and low Cr.

Figure 0006790610
Figure 0006790610

[3.4. 評価の総括]
表5に、以上の調査結果の総括を示す。1030℃×5Hrで加熱した場合のオーステナイト結晶粒度番号と、焼入れ焼戻し状態の硬さと、熱伝導率とをまとめた。比較例4と比較例5は、金型に必要な焼戻し硬さ:33HRC超を得られなかった。それ以外の鋼は、比較例3を除き、47HRCに調質できた。表5中、「○」は目標達成で、良好であることを意味し、「×」は目標未達で、劣ることを意味する。
[3.4. Summary of evaluation]
Table 5 summarizes the above survey results. The austenite crystal particle size number when heated at 1030 ° C. × 5 Hr, the hardness in the quenching and tempering state, and the thermal conductivity are summarized. In Comparative Example 4 and Comparative Example 5, the tempering hardness required for the mold: 33HRC or more could not be obtained. The other steels could be tempered to 47 HRC except for Comparative Example 3. In Table 5, "○" means that the goal is achieved and is good, and "x" means that the goal is not achieved and is inferior.

比較例1〜5には、いずれかの項目に「×」がある。比較例1と比較例2は、熱伝導率が低い。比較例3〜5は、結晶粒度番号が小さい(結晶粒が大きい)。低熱伝導率の比較例1、2は、ダイカスト金型となった際に金型の損傷軽減や製品の迅速冷却が難しい。
比較例3〜5は、ダイカスト金型となった際に大割れが懸念される。また、比較例4、5は、焼入れ性が低いため、ダイカスト金型に適用すること自体が難しい。
In Comparative Examples 1 to 5, there is an "x" in any of the items. Comparative Example 1 and Comparative Example 2 have low thermal conductivity. In Comparative Examples 3 to 5, the crystal grain size number is small (the crystal grain is large). In Comparative Examples 1 and 2 having low thermal conductivity, it is difficult to reduce damage to the die and to quickly cool the product when the die is cast.
In Comparative Examples 3 to 5, there is a concern that a large crack may occur when the die-casting die is used. Further, since Comparative Examples 4 and 5 have low hardenability, it is difficult to apply them to the die casting mold itself.

これに対し、参考例1、実施例2〜6、参考例7〜8、実施例9〜12、参考例13、実施例14、参考例15、実施例16、参考例17、実施例18〜19、参考例20、実施例21〜25は、焼入れ時のオーステナイト結晶粒が粒度番号5以上と微細で、47HRCの調質状態で27[W/m/K]を超える高熱伝導率である。実際に参考例1、実施例2〜6、参考例7〜8、実施例9〜12、参考例13、実施例14、参考例15、実施例16、参考例17、実施例18〜19、参考例20、実施例21〜25をダイカスト金型に適用した場合には、下記3点を同時実現できることが期待される。
(1)焼入れ性の生産性向上(大きな金型の1030℃での焼入れに混載が可能)。
(2)ダイカストのサイクルタイムの短縮や金型の焼付きの軽減(高熱伝導率)。
(3)ダイカスト金型の割れ防止(焼入れ時の微細なオーステナイト)。
On the other hand , Reference Example 1, Examples 2 to 6, Reference Examples 7 to 8, Examples 9 to 12, Reference Example 13, Example 14, Reference Example 15, Example 16, Reference Example 17, and Examples 18 to 18. 19, Reference Example 20, and Examples 21 to 25 have fine austenite crystal grains having a particle size of 5 or more at the time of quenching, and have a high thermal conductivity of more than 27 [W / m / K] in a tempered state of 47 HRC. Actually , Reference Example 1, Examples 2 to 6, Reference Examples 7 to 8, Examples 9 to 12, Reference Example 13, Example 14, Reference Example 15, Example 16, Reference Example 17, Examples 18 to 19, When Reference Example 20 and Examples 21 to 25 are applied to the die casting mold, it is expected that the following three points can be realized at the same time.
(1) Improvement of hardenability productivity (can be mixedly loaded in a large mold for quenching at 1030 ° C).
(2) Shortening the cycle time of die casting and reducing seizure of molds (high thermal conductivity).
(3) Prevention of cracking of die casting mold (fine austenite during quenching).

Figure 0006790610
Figure 0006790610

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明に係る金型用鋼は、焼入れ時のオーステナイト結晶粒が粗大化し難く、焼戻し後には高硬度と高熱伝導率が得られるため、ダイカスト金型又はその部品に好適である。本発明に係る金型用鋼をダイカストの金型又はその部品に適用すると、金型又はその部品の割れや焼付きなどの抑制、ダイカストのサイクルタイムの短縮が実現する。 The mold steel according to the present invention is suitable for die casting dies or parts thereof because the austenite crystal grains at the time of quenching are hard to be coarsened and high hardness and high thermal conductivity can be obtained after tempering. When the mold steel according to the present invention is applied to a die casting mold or its parts, cracking or seizure of the mold or its parts can be suppressed, and the die casting cycle time can be shortened.

また、プラスチックを射出成形する金型又はその部品に適用しても、ダイカストの場合と同様の効果が得られる。
温間鍛造、亜熱間鍛造、又は熱間鍛造の金型に適用すると、金型表面の過熱を高熱伝導率によって抑制でき、かつ高温強度や靱性も十分なため、摩耗や割れを軽減できる。
高強度鋼板の成形方法であるホットスタンプ(ホットプレスやプレスクエンチとも言われる)に適用しても、高熱伝導率によるハイサイクル化、金型の摩耗や割れの抑制、の効果が得られる。
Further, even if it is applied to a mold for injection molding plastic or its parts, the same effect as in the case of die casting can be obtained.
When applied to a hot forging, subhot forging, or hot forging die, overheating of the die surface can be suppressed by high thermal conductivity, and high temperature strength and toughness are sufficient, so that wear and cracks can be reduced.
Even when applied to hot stamping (also called hot press or press quenching), which is a method for forming high-strength steel sheets, the effects of high cycle and suppression of mold wear and cracking can be obtained due to high thermal conductivity.

さらに、本発明に係る金型用鋼を表面改質(ショットブラスト、サンドブラスト、窒化、PVD、CVD、メッキ、窒化など)と組み合わせることも有効である。
本発明に係る金型用鋼を棒状や線状にし、金型又はその部品の溶接補修材として使用することもできる。あるいは、板や粉末の積層造形によって製造される金型又はその部品に適用することもできる。この場合、金型又はその部品の全体を積層造形する必要はなく、金型又はその部品の一部を積層造形により形作っても良い。また、積層造形した部位に複雑な内部冷却回路を設ければ、本発明に係る金型用鋼の高熱伝導率の効果が更に大きく発揮される。
Further, it is also effective to combine the mold steel according to the present invention with surface modification (shot blasting, sand blasting, nitriding, PVD, CVD, plating, nitriding, etc.).
It is also possible to make the mold steel according to the present invention into a rod shape or a linear shape and use it as a welding repair material for the mold or its parts. Alternatively, it can be applied to a mold or a part thereof manufactured by laminating molding of a plate or powder. In this case, it is not necessary to form the entire mold or its parts by laminating, and a part of the mold or its parts may be formed by laminating. Further, if a complicated internal cooling circuit is provided in the laminated molded portion, the effect of the high thermal conductivity of the mold steel according to the present invention can be further exerted.

Claims (14)

以下の構成(1)及び(2)を備えた成形具。
(1)前記成形具は、
金型や金型部品の単独あるいは組み合わせで構成され、温度が室温より高い被成形物と直接接触する部位を含む。
(2)前記金型及び前記金型部品の少なくとも1つは、前記成形具を単独あるいは組み合わせで構成し、
0.40≦C<0.55mass%、
0.003≦Si<0.300mass%、
0.70<Mn<1.80mass%、
0.80≦Cr<2.00mass%、
0.003≦Cu<1.200mass%、
0.003≦Ni<1.380mass%、
0.500<Mo<3.500mass%、
0.64≦V<1.20mass%、及び、
0.0002≦N<0.1200mass%
を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、
0.550<Cu+Ni+Mo<3.600mass%
を満たす金型用鋼からなり、
硬さが33HRC超57HRC以下であり、
焼入れ時の旧オーステナイト結晶粒度番号が5以上であり、
レーザーフラッシュ法を用いて測定した25℃における熱伝導率λが27.0[W/m/K]超である。
A molding tool having the following configurations (1) and (2) .
(1) The molding tool is
It is composed of a mold or a combination of mold parts alone or in combination, and includes a part that comes into direct contact with an object to be molded whose temperature is higher than room temperature.
(2) At least one of the mold and the mold parts comprises the molding tool alone or in combination.
0.40 ≤ C <0.55 mass%,
0.003 ≤ Si <0.300 mass%,
0.70 <Mn <1.80 mass%,
0.80 ≤ Cr <2.00 mass%,
0.003 ≤ Cu <1.200 mass%,
0.003 ≤ Ni <1.380 mass%,
0.500 <Mo <3.500 mass%,
0.64 ≤ V <1.20 mass%, and
0.0002 ≤ N <0.1200 mass%
The balance consists of Fe and unavoidable impurities.
0.550 <Cu + Ni + Mo <3.600 mass%
Consists of mold steel that meets the requirements
Hardness is more than 33HRC and less than 57HRC,
The old austenite crystal grain size number at the time of quenching is 5 or more,
The thermal conductivity λ at 25 ° C. measured by the laser flash method is more than 27.0 [W / m / K].
前記金型用鋼は、
0.30<W≦5.00mass%、及び/又は、
0.10<Co≦4.00mass%
をさらに含む請求項1に記載の成形具。
The mold steel is
0.30 <W ≤ 5.00 mass% and / or
0.10 <Co ≤ 4.00 mass%
The molding tool according to claim 1, further comprising.
前記金型用鋼は、
0.004<Nb≦0.100mass%、
0.004<Ta≦0.100mass%、
0.004<Ti≦0.100mass%、及び、
0.004<Zr≦0.100mass%
からなる群から選ばれるいずれか1種以上の元素をさらに含む請求項1又は2に記載の成形具。
The mold steel is
0.004 <Nb ≤ 0.100 mass%,
0.004 <Ta ≤ 0.100 mass%,
0.004 <Ti ≤ 0.100 mass%, and
0.004 <Zr ≤ 0.100 mass%
The molding tool according to claim 1 or 2, further comprising any one or more elements selected from the group consisting of.
前記金型用鋼は、
0.10<Al≦1.50mass%
をさらに含む請求項1から3までのいずれか1項に記載の成形具。
The mold steel is
0.10 <Al ≤ 1.50 mass%
The molding tool according to any one of claims 1 to 3, further comprising.
前記金型用鋼は、
0.0001<B≦0.0050mass%
をさらに含む請求項1から4までのいずれか1項に記載の成形具。
The mold steel is
0.0001 <B ≤ 0.0050 mass%
The molding tool according to any one of claims 1 to 4, further comprising.
前記金型用鋼は、
0.003<S≦0.050mass%、
0.0005<Ca≦0.2000mass%、
0.03<Se≦0.50mass%、
0.005<Te≦0.100mass%、
0.01<Bi≦0.50mass%、及び、
0.03<Pb≦0.50mass%
からなる群から選ばれるいずれか1種以上の元素をさらに含む請求項1から5までのいずれか1項に記載の成形具。
The mold steel is
0.003 <S ≤ 0.050 mass%,
0.0005 <Ca ≤ 0.2000 mass%,
0.03 <Se ≤ 0.50 mass%,
0.005 <Te ≤ 0.100 mass%,
0.01 <Bi ≤ 0.50 mass%, and
0.03 <Pb ≤ 0.50 mass%
The molding tool according to any one of claims 1 to 5, further comprising any one or more elements selected from the group consisting of.
前記金型部品は、プランジャーチップ、スプールブッシュ、スプールコア、射抜きピン、チルベント、又は、入れ子を含む請求項1から6までのいずれか1項に記載の成形具。 The molding tool according to any one of claims 1 to 6, wherein the mold component includes a plunger tip, a spool bush, a spool core, a punching pin, a chill vent, or a nest. 0.40≦C<0.55mass%、
0.003≦Si<0.300mass%、
0.70<Mn<1.80mass%、
0.80≦Cr<2.00mass%、
0.003≦Cu<1.200mass%、
0.003≦Ni<1.380mass%、
0.500<Mo<3.500mass%、
0.64≦V<1.20mass%、及び、
0.0002≦N<0.1200mass%
を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、
0.550<Cu+Ni+Mo<3.600mass%
を満たす金型用鋼。
0.40 ≤ C <0.55 mass%,
0.003 ≤ Si <0.300 mass%,
0.70 <Mn <1.80 mass%,
0.80 ≤ Cr <2.00 mass%,
0.003 ≤ Cu <1.200 mass%,
0.003 ≤ Ni <1.380 mass%,
0.500 <Mo <3.500 mass%,
0.64 ≤ V <1.20 mass%, and
0.0002 ≤ N <0.1200 mass%
The balance consists of Fe and unavoidable impurities.
0.550 <Cu + Ni + Mo <3.600 mass%
Mold steel that meets the requirements.
硬さが33HRC超57HRC以下であり、
焼入れ時の旧オーステナイト結晶粒度番号が5以上であり、
レーザーフラッシュ法を用いて測定した25℃における熱伝導率λが27.0[W/m/K]超である請求項8に記載の金型用鋼。
Hardness is more than 33HRC and less than 57HRC,
The old austenite crystal grain size number at the time of quenching is 5 or more,
The steel for molds according to claim 8, wherein the thermal conductivity λ at 25 ° C. measured by a laser flash method is more than 27.0 [W / m / K].
0.30<W≦5.00mass%、及び/又は、
0.10<Co≦4.00mass%
をさらに含む請求項8又は9に記載の金型用鋼。
0.30 <W ≤ 5.00 mass% and / or
0.10 <Co ≤ 4.00 mass%
The mold steel according to claim 8 or 9, further comprising.
0.004<Nb≦0.100mass%、
0.004<Ta≦0.100mass%、
0.004<Ti≦0.100mass%、及び、
0.004<Zr≦0.100mass%
からなる群から選ばれるいずれか1種以上の元素をさらに含む請求項8から10までのいずれか1項に記載の金型用鋼。
0.004 <Nb ≤ 0.100 mass%,
0.004 <Ta ≤ 0.100 mass%,
0.004 <Ti ≤ 0.100 mass%, and
0.004 <Zr ≤ 0.100 mass%
The mold steel according to any one of claims 8 to 10, further comprising any one or more elements selected from the group consisting of.
0.10<Al≦1.50mass%
をさらに含む請求項8から11までのいずれか1項に記載の金型用鋼。
0.10 <Al ≤ 1.50 mass%
The mold steel according to any one of claims 8 to 11, further comprising.
0.0001<B≦0.0050mass%
をさらに含む請求項8から12までのいずれか1項に記載の金型用鋼。
0.0001 <B ≤ 0.0050 mass%
The mold steel according to any one of claims 8 to 12, further comprising.
0.003<S≦0.050mass%、
0.0005<Ca≦0.2000mass%、
0.03<Se≦0.50mass%、
0.005<Te≦0.100mass%、
0.01<Bi≦0.50mass%、及び、
0.03<Pb≦0.50mass%
からなる群から選ばれるいずれか1種以上の元素をさらに含む請求項8から13までのいずれか1項に記載の金型用鋼。
0.003 <S ≤ 0.050 mass%,
0.0005 <Ca ≤ 0.2000 mass%,
0.03 <Se ≤ 0.50 mass%,
0.005 <Te ≤ 0.100 mass%,
0.01 <Bi ≤ 0.50 mass%, and
0.03 <Pb ≤ 0.50 mass%
The mold steel according to any one of claims 8 to 13, further comprising any one or more elements selected from the group consisting of.
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