JP6593032B2 - Steel for die casting mold - Google Patents
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Description
本発明は、ダイカスト金型用鋼に関し、さらに詳しくは、油性離型剤又は粉体離型剤を用いたダイカストに適したダイカスト金型用鋼に関する。 The present invention relates to steel for die casting molds, and more particularly, to steel for die casting suitable for die casting using an oil-based mold release agent or a powder mold release agent.
ダイカストとは、金型に溶湯を圧入し、金型内で溶湯を凝固させる鋳造方法をいう。ダイカストは、寸法精度の高い鋳物を短時間で大量に生産できるという利点がある。しかしながら、ダイカストにおいては、金型表面への離型剤の塗布と、金型への溶湯の圧入が短い時間間隔で繰り返されるため、金型は、使用中に大きな温度振幅と応力振幅に曝される。そのため、ダイカスト金型用鋼には、耐ヒートチェック性、焼入れ性、及び、高熱伝導性が主要特性として必要とされている。 Die casting refers to a casting method in which a molten metal is pressed into a mold and the molten metal is solidified in the mold. Die casting has an advantage that a casting with high dimensional accuracy can be produced in a large amount in a short time. However, in die casting, the mold is exposed to large temperature amplitude and stress amplitude during use because the mold release agent is applied to the mold surface and the molten metal is pressed into the mold at short time intervals. The Therefore, die-casting die steel is required to have heat check resistance, hardenability, and high thermal conductivity as main characteristics.
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、Ta):0.01〜2.0%、Al:0.002〜0.04%、N:0.002〜0.04%、及び、O:0.05%以下を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、かつ、1010℃〜1050℃で30分均熱後に30℃/分で焼入れし、さらに所定の温度で30時間の焼戻しをすることにより得られる金型用鋼が開示されている。
同文献には、このような組成及び熱処理によって、熱疲労特性が向上する点が記載されている。
In order to solve this problem, various proposals have heretofore been made. For example, Patent Document 1 includes, in mass%, C: 0.1 to 0.6%, Si: 0.01 to 0.8%, Mn: 0.1 to 2.5%, Cu: 0.01 to 2.0%, Ni: 0.01-2.0%, Cr: 0.1-2.0%, Mo: 0.01-2.0%, (V, W, Nb, Ta): 0. 01-2.0%, Al: 0.002-0.04%, N: 0.002-0.04%, and O: 0.05% or less, with the balance being Fe and inevitable impurities And steel for metal mold | die obtained by quenching at 30 degreeC / min after 30-minute soaking | uniform-heating at 1010 to 1050 degreeC, and also tempering for 30 hours at predetermined | prescribed temperature is disclosed.
This document describes that the thermal fatigue characteristics are improved by such a composition and heat treatment.
一般に、鋼材の耐ヒートチェック性及び焼入れ性を向上するには、適切な合金元素を多量に添加する必要がある。一方、鋼材の熱伝導度は、合金元素量が多くなるほど低下する。すなわち、耐ヒートチェック性及び/又は焼入れ性の向上は、熱伝導特性の向上とは背反の関係にある。そのため、これらを同時に達成するのは困難である。 Generally, in order to improve the heat check resistance and hardenability of steel materials, it is necessary to add a large amount of an appropriate alloy element. On the other hand, the thermal conductivity of steel materials decreases as the amount of alloy elements increases. That is, the improvement in heat check resistance and / or hardenability is contrary to the improvement in heat conduction characteristics. Therefore, it is difficult to achieve these simultaneously.
一方、離型剤は、単に金型表面への鋳物の焼付きを防止するだけでなく、金型を冷却し、ダイカストのサイクルを短縮する機能も備えている。従来、ダイカストにおいては、冷却能の大きい水溶性離型剤が用いられていた。しかし、高温の金型意匠面に水溶性離型剤を塗布すると、離型剤成分を含んだ水蒸気が多量に発生し、作業環境が悪化するという問題がある。そのため、近年、作業環境を改善するために、油性離型剤や粉体離型剤が使用されるようになってきている。 On the other hand, the mold release agent not only prevents seizure of the casting on the mold surface but also has a function of cooling the mold and shortening the die casting cycle. Conventionally, in die casting, a water-soluble release agent having a large cooling capacity has been used. However, when a water-soluble release agent is applied to a high-temperature mold design surface, there is a problem that a large amount of water vapor containing a release agent component is generated, and the working environment is deteriorated. Therefore, in recent years, oil-based release agents and powder release agents have been used to improve the working environment.
油性離型剤や粉体離型剤を使用する場合、金型の冷却は、主として金型の内部に設けられた冷却水路に冷却水を流すことにより行われる。その結果、離型剤塗布時における金型意匠面の温度振幅が小さくなるため、金型用鋼への耐ヒートチェック性の要求が少なくなる。しかし、油性離型剤や粉体離型剤を使用する場合においても、従来の金型用鋼がそのまま使用されていたため、耐ヒートチェック性が過剰品質となっていた。さらに、油性離型剤や粉体離型剤に適したダイカスト金型用鋼が提案された例は、従来にはない。 When using an oil-based mold release agent or a powder mold release agent, the mold is cooled mainly by flowing cooling water through a cooling water channel provided inside the mold. As a result, the temperature amplitude of the mold design surface at the time of applying the release agent is reduced, so that the requirement for heat check resistance to the mold steel is reduced. However, even when an oil-based mold release agent or a powder mold release agent is used, the heat check resistance is excessive because the conventional mold steel is used as it is. Furthermore, there has never been an example in which a die casting steel suitable for an oil-based mold release agent or a powder mold release agent has been proposed.
本発明が解決しようとする課題は、油性離型剤又は粉体離型剤を用いたダイカストに適したダイカスト金型用鋼を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a die casting steel suitable for die casting using an oil release agent or a powder release agent.
上記課題を解決するために本発明に係るダイカスト金型用鋼は、以下の構成を備えている。
(1)前記ダイカスト金型用鋼は、
0.13≦C≦0.25mass%、
0.02≦Si≦0.35mass%、
1.50≦Mn≦2.0mass%、
P≦0.3mass%、
0.01≦Cu≦0.25mass%、
0.01≦Ni≦0.50mass%、
1.8≦Cr≦2.4mass%、
0≦Mo≦0.47mass%、
0≦W≦0.94mass%、
0.30≦Mo+1/2W≦0.47mass%、
0.22≦V≦0.72mass%、
N≦0.02mass%、
O≦0.0100mass%、及び、
Al≦0.100mass%
を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる。
(2)前記ダイカスト金型用鋼は、焼入れ温度:900〜1030℃、焼戻し温度:550〜620℃の条件下での焼入れ・焼戻しにより硬さが30HRC以上40HRC以下となるように調質されたものからなる。
(3)前記ダイカスト金型用鋼は、焼入れ速度が最も遅くなる部位の焼入れ速度が1.0℃/min以上2.5℃/min以下となるように焼入れした時に、断面の全面がベーナイト組織、マルテンサイト組織、又は、ベーナイトとマルテンサイトの混合組織となるものからなる。
(4)前記ダイカスト金型用鋼は、熱伝導率が30W/mK以上である。
In order to solve the above-described problems, a die casting steel according to the present invention has the following configuration.
(1) The die casting steel is
0.13 ≦ C ≦ 0.25 mass%,
0.02 ≦ Si ≦ 0.35 mass%,
1.50 ≦ Mn ≦ 2.0 mass%,
P ≦ 0.3 mass%,
0.01 ≦ Cu ≦ 0.25 mass%,
0.01 ≦ Ni ≦ 0.50 mass%,
1.8 ≦ Cr ≦ 2.4 mass%,
0 ≦ Mo ≦ 0.47 mass%,
0 ≦ W ≦ 0.94 mass%,
0.30 ≦ Mo + 1 / 2W ≦ 0.47 mass%,
0.22 ≦ V ≦ 0.72 mass%,
N ≦ 0.02 mass%,
O ≦ 0.0100 mass%, and
Al ≦ 0.100 mass%
The balance consists of Fe and inevitable impurities .
(2) The die-cast die steel was tempered so that the hardness was 30 HRC or more and 40 HRC or less by quenching and tempering under conditions of quenching temperature: 900 to 1030 ° C. and tempering temperature: 550 to 620 ° C. Consists of things.
(3) When the die-casting die steel is quenched so that the quenching speed of the portion where the quenching speed is the slowest is 1.0 ° C./min or more and 2.5 ° C./min or less, the entire surface of the cross section is a bainite structure. , A martensite structure, or a mixed structure of bainite and martensite.
(4) The die cast steel has a thermal conductivity of 30 W / mK or more.
油性離型剤や粉体離型剤を用いてダイカストを行う場合、金型意匠面が曝される温度振幅は、水溶性離型剤を用いた場合に比べて小さくなる。そのため、耐ヒートチェック性を向上させる合金元素の添加量を必要最小限にすることができる。また、耐ヒートチェック性を向上させる合金元素の添加量を少なくすることにより、焼入れ性と高熱伝導性とを重視した成分バランスにすることができる。その結果、焼入れ性が向上し、より大型の金型も製作できる。また、熱伝導率が高いために、成形の1サイクルの時間を短縮できる。 When performing die casting using an oil-based mold release agent or a powder mold release agent, the temperature amplitude to which the mold design surface is exposed is smaller than that when a water-soluble mold release agent is used. Therefore, the addition amount of the alloy element that improves the heat check resistance can be minimized. Further, by reducing the addition amount of the alloy element that improves the heat check resistance, it is possible to achieve a component balance that emphasizes hardenability and high thermal conductivity. As a result, the hardenability is improved and a larger mold can be produced. Further, since the thermal conductivity is high, the time for one molding cycle can be shortened.
さらに、強度及び硬さが必要以上に高くならないため、プレハードンの状態(すなわち、焼入れ・焼戻しの状態)で意匠面を加工することができ、熱処理することなくそのまま金型として使用することが可能となる。その結果、寸法精度の向上と、製作納期の短縮が可能となる。 Furthermore, since the strength and hardness do not increase more than necessary, the design surface can be processed in a pre-hardened state (that is, quenched and tempered) and can be used as it is without being heat-treated. Become. As a result, the dimensional accuracy can be improved and the production delivery time can be shortened.
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. ダイカスト金型用鋼]
[1.1. 成分]
[1.1.1. 主構成元素]
本発明に係るダイカスト金型用鋼は、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. Steel for die casting molds]
[1.1. component]
[1.1.1. Main constituent elements]
The die casting mold steel according to the present invention contains the following elements, with the balance being Fe and inevitable impurities. The kind of additive element, its component range, and the reason for limitation are as follows.
(1) 0.13≦C≦0.25mass%:
Cは、硬さ及び強度を確保するのに必要な元素であり、Cr、Mo、W、V、Nb等の炭化物形成元素を結合して炭化物を形成する元素である。また、Cは、焼入れ時にマトリックスに固溶し、マルテンサイト組織化することによって硬さを確保する元素である。このような効果を得るためには、C量は、0.13mass%以上である必要がある。
一方、C量が過剰になると、過度に硬さが高くなり、靱性や被削性が低下する。また、マトリックス中の固溶量が過度に多くなると、熱伝導率を低下させる原因となる。従って、C量は、0.25mass%以下である必要がある。
(1) 0.13 ≦ C ≦ 0.25 mass%:
C is an element necessary for ensuring hardness and strength, and is an element that forms a carbide by combining carbide forming elements such as Cr, Mo, W, V, and Nb. C is an element that ensures hardness by solid solution in the matrix during quenching and martensite organization. In order to obtain such an effect, the C amount needs to be 0.13 mass% or more.
On the other hand, when the amount of C is excessive, the hardness is excessively increased, and the toughness and machinability are reduced. Moreover, when the amount of solid solution in a matrix increases too much, it will become the cause of reducing thermal conductivity. Therefore, the amount of C needs to be 0.25 mass% or less.
(2) 0.02≦Si≦0.35mass%:
Siは、主にマトリックスに固溶し、炭化物の析出を促進させ、2次硬化を強める元素である。このような効果を得るためには、Si量は、0.02mass%以上である必要がある。
一方、Si量が過剰になると、焼入れ性を低下させる。また、マトリックス中の固溶量が過度に多くなると、熱伝導率を低下させる原因となる。従って、Si量は、0.35mass%以下である必要がある。
(2) 0.02 ≦ Si ≦ 0.35 mass%:
Si is an element that mainly dissolves in the matrix, promotes precipitation of carbides, and enhances secondary hardening. In order to acquire such an effect, the amount of Si needs to be 0.02 mass% or more.
On the other hand, when the amount of Si becomes excessive, hardenability is lowered. Moreover, when the amount of solid solution in a matrix increases too much, it will become the cause of reducing thermal conductivity. Therefore, the amount of Si needs to be 0.35 mass% or less.
(3) 1.50≦Mn≦2.0mass%:
Mnは、焼入れ性を向上させる元素である。このような効果を得るためには、Mn量は、1.50mass%以上である必要がある。
一方、Mn量が過剰になると、熱間加工性を低下させる。また、マトリックス中の固溶量が過度に多くなると、熱伝導率を低下させる原因となる。従って、Mn量は、2.0mass%以下である必要がある。
(3) 1.50 ≦ Mn ≦ 2.0 mass%:
Mn is an element that improves hardenability. In order to acquire such an effect, the amount of Mn needs to be 1.50 mass% or more.
On the other hand, when the amount of Mn becomes excessive, hot workability is lowered. Moreover, when the amount of solid solution in a matrix increases too much, it will become the cause of reducing thermal conductivity. Therefore, the amount of Mn needs to be 2.0 mass% or less.
(4) P≦0.3mass%:
Pは、鋼中に不可避的に含まれる。Pは、粒界に偏析し、靱性を低下させる原因となる。そのため、P量は、0.3mass%以下である必要がある。
(4) P ≦ 0.3 mass%:
P is inevitably contained in the steel. P segregates at the grain boundary and causes toughness to decrease. Therefore, the amount of P needs to be 0.3 mass% or less.
(5) 0.01≦Cu≦0.25mass%:
Cuは、オーステナイトを安定化させる元素である。このような効果を得るためには、Cu量は、0.01mass%以上である必要がある。
一方、Cu量が過剰になると、熱間での加工性が低下する。また、残留オーステナイトが増加し、寸法の経年変化を引き起こす。従って、Cu量は、0.25mass%以下である必要がある。
(5) 0.01 ≦ Cu ≦ 0.25 mass%:
Cu is an element that stabilizes austenite. In order to acquire such an effect, the amount of Cu needs to be 0.01 mass% or more.
On the other hand, when the amount of Cu becomes excessive, the hot workability is lowered. Also, retained austenite increases, causing aging of the dimensions. Therefore, the amount of Cu needs to be 0.25 mass% or less.
(6) 0.01≦Ni≦0.50mass%:
Niは、オーステナイトを安定化させる元素である。このような効果を得るためには、Ni量は、0.01mass%以上である必要がある。
一方、Ni量が過剰になると、残留オーステナイト量が増加し、寸法の経年変化を引き起こす。従って、Ni量は、0.50mass%以下である必要がある。
(6) 0.01 ≦ Ni ≦ 0.50 mass%:
Ni is an element that stabilizes austenite. In order to acquire such an effect, the amount of Ni needs to be 0.01 mass% or more.
On the other hand, when the amount of Ni becomes excessive, the amount of retained austenite increases and causes aging of the dimensions. Therefore, the amount of Ni needs to be 0.50 mass% or less.
(7) 1.8≦Cr≦2.4mass%:
Crは、焼入れ性を向上させる元素である。このような効果を得るためには、Cr量は、1.8mass%以上である必要がある。
一方、Cr量が過剰になると、焼入れ温度でのオーステナイトのC固溶量が少なくなり、硬度が得られない。また、マトリックス中の固溶量が過度に多くなると、熱伝導率を低下させる原因となる。従って、Cr量は、2.4mass%以下である必要がある。
(7) 1.8 ≦ Cr ≦ 2.4 mass%:
Cr is an element that improves hardenability. In order to obtain such an effect, the Cr amount needs to be 1.8 mass% or more.
On the other hand, when the amount of Cr becomes excessive, the amount of C solid solution of austenite at the quenching temperature decreases, and the hardness cannot be obtained. Moreover, when the amount of solid solution in a matrix increases too much, it will become the cause of reducing thermal conductivity. Therefore, the Cr amount needs to be 2.4 mass% or less.
(8)0≦Mo≦0.47mass%、0≦W≦0.94mass%、
0.30≦Mo+1/2W≦0.47mass%:
Moは、2次硬化量を増加させる作用がある。WもMoと同様の効果が得られるが、Wの比重はMoの約2倍である。そのため、WによりMoと同等の効果を得るためには、Wは、Moの2倍の量を添加する必要がある。このような効果を得るためには、(Mo+1/2W)(以下、「Mo当量」という)は、0.30mass%以上である必要がある。
一方、Mo当量が過剰になると、焼入れ時に残存する炭化物量が過剰になる。従って、Mo当量は、0.47mass%以下である必要がある。
なお、Mo及びWは、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。
(8) 0 ≦ Mo ≦ 0.47 mass%, 0 ≦ W ≦ 0.94 mass%,
0.30 ≦ Mo + 1 / 2W ≦ 0.47 mass%:
Mo has the effect of increasing the secondary hardening amount. W has the same effect as Mo, but the specific gravity of W is about twice that of Mo. Therefore, in order to obtain the same effect as Mo by W, W needs to be added in an amount twice that of Mo. In order to obtain such an effect, (Mo + 1 / 2W) (hereinafter referred to as “Mo equivalent”) needs to be 0.30 mass% or more.
On the other hand, when the Mo equivalent is excessive, the amount of carbide remaining at the time of quenching is excessive. Therefore, Mo equivalent needs to be 0.47 mass% or less.
One of Mo and W may be included, or both may be included.
(9) 0.11≦V≦0.72mass%:
Vは、炭化物を形成し、結晶粒成長を抑制する作用がある。このような効果を得るためには、V量は、0.11mass%以上である必要がある。
一方、V量が過剰になると、粗大な炭化物を形成し、衝撃値を低下させる。従って、V量は、0.72mass%以下である必要がある。
(9) 0.11 ≦ V ≦ 0.72 mass%:
V forms carbides and has the effect of suppressing crystal grain growth. In order to obtain such an effect, the V amount needs to be 0.11 mass% or more.
On the other hand, when the amount of V becomes excessive, coarse carbides are formed and the impact value is lowered. Therefore, the V amount needs to be 0.72 mass% or less.
(10) N≦0.02mass%:
Nは、侵入型元素であり、マルテンサイト組織の硬さの上昇に寄与する。同じ侵入型元素のCに比べて、γ安定化能が強い。また、固溶状態で耐食性の向上に寄与する。
一方、N量が過剰になると、凝固中の窒素の濃化により窒素ガス噴出の限界を超えてしまい、インゴットにボイドを生ずる。また、マトリックス中の固溶量が過度に多くなると、熱伝導率を低下させる原因となる。従って、N量は、0.02mass%以下である必要がある。
(10) N ≦ 0.02 mass%:
N is an interstitial element and contributes to an increase in the hardness of the martensite structure. Compared to C of the same interstitial element, γ stabilization ability is strong. Moreover, it contributes to the improvement of corrosion resistance in a solid solution state.
On the other hand, when the amount of N becomes excessive, the nitrogen gas ejection limit is exceeded due to the concentration of nitrogen during solidification, and voids are generated in the ingot. Moreover, when the amount of solid solution in a matrix increases too much, it will become the cause of reducing thermal conductivity. Therefore, the N amount needs to be 0.02 mass% or less.
(11) O≦0.0100mass%:
Oは、溶鋼中に不可避的に含まれる元素である。O量が過剰になると、Al、Siと粗大な酸化物を形成して介在物となり、靱性を低下させる。従って、O量は、0.0100mass%以下である必要がある。
(11) O ≦ 0.0100 mass%:
O is an element inevitably contained in the molten steel. When the amount of O becomes excessive, coarse oxides are formed with Al and Si to become inclusions, and toughness is reduced. Therefore, the amount of O needs to be 0.0100 mass% or less.
(12) Al≦0.100mass%:
Alは、脱酸元素として不可避的に含まれる元素である。Al量が過剰になると、鋼中に粗大な酸化物を形成して介在物となり、衝撃値などを低下させる。従って、Al量は、0.100mass%以下である必要がある。
(12) Al ≦ 0.100 mass%:
Al is an element inevitably included as a deoxidizing element. When the amount of Al becomes excessive, coarse oxides are formed in the steel to become inclusions, and the impact value and the like are lowered. Therefore, the amount of Al needs to be 0.100 mass% or less.
[1.1.2. 副構成元素]
本発明に係るダイカスト金型用鋼は、上述した主構成元素に加えて、以下の1種又は2種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。
[1.1.2. Sub-constituent elements]
The die casting steel according to the present invention may further contain one or more of the following elements in addition to the main constituent elements described above. The kind of additive element, its component range, and the reason for limitation are as follows.
(13) 0.001≦Nb≦0.30mass%:
(14) 0.001≦Ta≦0.30mass%:
(15) 0.001≦Ti≦0.20mass%:
(16) 0.001≦Zr≦0.30mass%:
Nb、Ta、Ti、及び、Zrは、いずれも、炭化物や窒化物を形成し、焼入れ時の結晶粒粗大化を防止する作用がある。このような効果を得るためには、これらの元素の含有量は、それぞれ、上記の下限値以上が好ましい。
一方、これらの元素の含有量が過剰になると、粗大な炭化物や窒化物を形成し、衝撃値が低下する。従って、これらの元素の含有量は、それぞれ、上記の上限値以下が好ましい。
なお、ダイカスト金型用鋼は、これらのいずれか1種の元素を含んでいても良く、あるいは、2種以上を含んでいても良い。
(13) 0.001 ≦ Nb ≦ 0.30 mass%:
(14) 0.001 ≦ Ta ≦ 0.30 mass%:
(15) 0.001 ≦ Ti ≦ 0.20 mass%:
(16) 0.001 ≦ Zr ≦ 0.30 mass%:
Nb, Ta, Ti, and Zr all form carbides and nitrides, and have the effect of preventing crystal grain coarsening during quenching. In order to obtain such an effect, the content of these elements is preferably not less than the above lower limit value.
On the other hand, when the content of these elements is excessive, coarse carbides and nitrides are formed, and the impact value is lowered. Therefore, the content of these elements is preferably not more than the above upper limit value.
Note that the die casting steel may contain any one of these elements, or may contain two or more.
(17) 0.005≦S≦0.10mass%:
Sは、鋼中に不可避的に含まれる。また、Sは、被削性を向上させるために積極的に添加されることもある。このような効果を得るためには、S量は、0.005mass%以上である必要がある。
一方、S量が過剰になると、熱間加工性が低下する。従って、S量は、0.10mass%以下である必要がある。
(17) 0.005 ≦ S ≦ 0.10 mass%:
S is inevitably contained in the steel. Moreover, S may be positively added in order to improve machinability. In order to obtain such an effect, the amount of S needs to be 0.005 mass% or more.
On the other hand, when the amount of S becomes excessive, hot workability decreases. Therefore, the amount of S needs to be 0.10 mass% or less.
(18) 0.01≦Se+Te≦0.15mass%:
Se及びTeは、いずれも、被削性を改善する。このような効果を得るためには、Se及びTeの総量は、0.01mass%以上が好ましい。
一方、Se及びTeの総量が過剰になると、熱間加工性が低下する。従って、Se及びTeの総量は、0.15mass%以下が好ましい。
なお、Se及びTeは、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。
(18) 0.01 ≦ Se + Te ≦ 0.15 mass%:
Both Se and Te improve machinability. In order to obtain such an effect, the total amount of Se and Te is preferably 0.01 mass% or more.
On the other hand, when the total amount of Se and Te is excessive, hot workability is reduced. Therefore, the total amount of Se and Te is preferably 0.15 mass% or less.
One of Se and Te may be included, or both may be included.
(19) 0.01≦Pb+2Bi≦0.15mass%:
Pb及びBiは、いずれも、被削性を改善する。このような効果を得るためには、Pb+2Biは、0.01mass%以上が好ましい。
一方、Pb+2Biが過剰になると、熱間加工性が低下する。従って、Pb+2Biは、0.15mass%以下が好ましい。
なお、Pb及びBiは、いずれか一方が含まれていても良く、あるいは、双方が含まれていも良い。また、Biは、Pbの1/2の量でPbと同等の効果が得られる。これは、Biは、Pbよりも融点が低く、また密度が低いため、同体積にするために必要な重量が小さくなるためである。
また、ダイカスト金型用鋼は、S、(Se、Te)、及び(Pb、Bi)の内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。
(19) 0.01 ≦ Pb + 2Bi ≦ 0.15 mass%:
Both Pb and Bi improve machinability. In order to obtain such an effect, Pb + 2Bi is preferably 0.01% by mass or more.
On the other hand, when Pb + 2Bi becomes excessive, hot workability deteriorates. Therefore, Pb + 2Bi is preferably 0.15 mass% or less.
One of Pb and Bi may be included, or both may be included. In addition, Bi has the same effect as Pb in an amount 1/2 that of Pb. This is because Bi has a lower melting point and lower density than Pb, so that the weight required for the same volume is reduced.
In addition, the die casting steel may contain one of S, (Se, Te), and (Pb, Bi), or may contain two or more.
[1.2. 硬さ]
本発明に係るダイカスト金型用鋼は、耐ヒートチェック性を向上させる元素の含有量を必要最小限にしているため、強度及び硬さが必要以上に高くならない。そのため、プレハードンの状態(すなわち、焼入れ・焼戻しの状態)で意匠面を加工することができ、熱処理することなくそのまま金型として使用することが可能である。その結果、寸法精度が向上し、製作納期も短縮することができる。
具体的には、組成及び焼入れ・焼戻しの条件を最適化することによって、硬さが30HRC以上40HRC以下となるように調質することができる。
[1.2. Hardness]
The die-casting die steel according to the present invention minimizes the content of elements that improve heat check resistance, so that the strength and hardness do not become higher than necessary. Therefore, the design surface can be processed in a pre-hardened state (that is, in a quenched / tempered state), and can be used as a mold as it is without being heat-treated. As a result, the dimensional accuracy can be improved and the production delivery time can be shortened.
Specifically, by optimizing the composition and quenching / tempering conditions, the hardness can be tempered to be 30 HRC or more and 40 HRC or less.
[1.3. 組織]
本発明に係るダイカスト金型用鋼は、耐ヒートチェック性を向上させる元素の含有量を必要最小限にしているため、熱伝導性を犠牲にすることなく、焼入れ性を高くすることができる。そのため、複雑な形状を有する素材であっても、焼入れ・焼戻しにより、断面の全面を望ましい組織にすることができる。
具体的には、組成を最適化することによって、焼入れ速度が最も遅くなる部位の焼入れ速度が1.0℃/min以上2.5℃/min以下となるように焼入れした時であっても、部材の断面の全面を、ベーナイト組織、マルテンサイト組織、又は、ベーナイトとマルテンサイトの混合組織にすることができる。
[1.3. Organization]
The die-casting die steel according to the present invention minimizes the content of elements that improve the heat check resistance, so that the hardenability can be increased without sacrificing thermal conductivity. Therefore, even if it is a raw material which has a complicated shape, the whole surface of a cross section can be made into a desired structure | tissue by hardening and tempering.
Specifically, by optimizing the composition, even when quenching so that the quenching speed of the part where the quenching speed becomes the slowest is 1.0 ° C./min to 2.5 ° C./min, The entire cross-sectional surface of the member can be a bainite structure, a martensite structure, or a mixed structure of bainite and martensite.
[1.4. 熱伝導率]
本発明に係るダイカスト金型用鋼は、耐ヒートチェック性を向上させる元素の含有量を必要最小限にしているため、焼入れ性を犠牲にすることなく、熱伝導性を高くすることができる。具体的には、組成を最適化することによって、熱伝導率を30W/mK以上にすることができる。
[1.4. Thermal conductivity]
The die-casting die steel according to the present invention minimizes the content of elements that improve the heat check resistance, so that the thermal conductivity can be increased without sacrificing the hardenability. Specifically, the thermal conductivity can be increased to 30 W / mK or more by optimizing the composition.
[1.5. 用途]
上述したように、本発明に係るダイカスト金型用鋼は、耐ヒートチェック性を向上させる合金元素の添加量を必要最小限にし、焼入れ性と高熱伝導性とを重視した成分バランスになっている。そのため、本発明に係るダイカスト金型用鋼は、特に、油性離型剤又は粉体離型剤を用いたダイカストに適している。
[1.5. Application]
As described above, the die casting steel according to the present invention has a component balance that emphasizes hardenability and high thermal conductivity by minimizing the amount of alloy elements added to improve heat check resistance. . Therefore, the die casting steel according to the present invention is particularly suitable for die casting using an oil-based mold release agent or a powder mold release agent.
[2. 作用]
油性離型剤や粉体離型剤を用いてダイカストを行う場合、金型意匠面が曝される温度振幅は、水溶性離型剤を用いた場合に比べて小さくなる。そのため、耐ヒートチェック性を向上させる合金元素の添加量を必要最小限にすることができる。また、耐ヒートチェック性を向上させる合金元素の添加量を少なくすることにより、焼入れ性と高熱伝導性とを重視した成分バランスにすることができる。その結果、焼入れ性が向上し、より大型の金型も製作できる。また、熱伝導率が高いために、成形の1サイクルの時間を短縮できる。
[2. Action]
When die casting is performed using an oil-based mold release agent or a powder mold release agent, the temperature amplitude to which the mold design surface is exposed is smaller than when a water-soluble mold release agent is used. Therefore, the addition amount of the alloy element that improves the heat check resistance can be minimized. Further, by reducing the addition amount of the alloy element that improves the heat check resistance, it is possible to achieve a component balance that emphasizes hardenability and high thermal conductivity. As a result, the hardenability is improved and a larger mold can be produced. Further, since the thermal conductivity is high, the time for one molding cycle can be shortened.
さらに、強度及び硬さが必要以上に高くならないため、プレハードンの状態(すなわち、焼入れ・焼戻しの状態)で意匠面を加工することができ、熱処理することなくそのまま金型として使用することが可能となる。その結果、寸法精度の向上と、製作納期の短縮が可能となる。 Furthermore, since the strength and hardness do not increase more than necessary, the design surface can be processed in a pre-hardened state (that is, quenched and tempered) and can be used as it is without being heat-treated. Become. As a result, the dimensional accuracy can be improved and the production delivery time can be shortened.
(実施例1〜5、参考例6、実施例7〜11、参考例12〜14、実施例15〜20、比較例1〜3)
[1. 試料の作製]
表1に示す化学成分を有する原料を真空誘導炉にて溶製し、50kgのインゴットを得た。次に、インゴットを熱間鍛造し、60mm角の棒材を得た。熱間鍛造後、棒材の焼き鈍しを行った。
(Examples 1-5, Reference Example 6, Examples 7-11, Reference Examples 12-14, Examples 15-20, Comparative Examples 1-3)
[1. Preparation of sample]
Raw materials having chemical components shown in Table 1 were melted in a vacuum induction furnace to obtain 50 kg of ingot. Next, the ingot was hot forged to obtain a 60 mm square bar. After hot forging, the bar was annealed.
[2. 試験方法]
[2.1. 硬さ]
焼鈍し後の棒材から1辺10mmの立方体のブロックを切り出し、焼入れ及び焼戻しを行った。焼入れ温度は、組成に応じて、900〜1030℃とした。また、焼戻し温度は、組成に応じて、550〜620℃とした。
焼戻し後の試験片の測定面と接地面とを#400まで研磨し、ロックウェルCスケールにより硬さを測定した。
[2. Test method]
[2.1. Hardness]
A cubic block having a side of 10 mm was cut out from the bar after annealing, and quenched and tempered. The quenching temperature was 900 to 1030 ° C. depending on the composition. Moreover, tempering temperature was 550-620 degreeC according to the composition.
The measurement surface and the ground contact surface of the test piece after tempering were polished up to # 400, and the hardness was measured by Rockwell C scale.
[2.2. 熱伝導率]
焼鈍し後の棒材からφ10×1mmの試験片を切り出し、焼入れ及び焼戻しを行った。焼戻し後の試験片を用いて、レーザーフラッシュ法により熱伝導率を測定した。
[2.2. Thermal conductivity]
A test piece of φ10 × 1 mm was cut out from the bar after annealing, and quenched and tempered. Using the test piece after tempering, the thermal conductivity was measured by a laser flash method.
[2.3. 焼入れ性]
焼鈍し後の棒材からφ4mm×10mmの試験片を作製した。試験片を焼入れ温度に保持した後、冷却速度を変化させて試験片の焼入れを行った。焼入れ温度は、組成に応じて、900〜1030℃とした。
焼入れ後の試験片を縦に切断し、試験片の中心部の硬さと組織を確認した。冷却速度と組織の関係から、ベイナイト組織が得られる最も遅い冷却速度を求め、これを焼入れ性の指標とした。
[2.3. Hardenability]
A test piece of φ4 mm × 10 mm was produced from the bar after annealing. After holding the test piece at the quenching temperature, the cooling rate was changed to quench the test piece. The quenching temperature was 900 to 1030 ° C. depending on the composition.
The test piece after quenching was cut longitudinally to confirm the hardness and structure of the center of the test piece. From the relationship between the cooling rate and the structure, the slowest cooling rate at which a bainite structure can be obtained was obtained and used as an index of hardenability.
[2.4. サイクルタイム]
焼戻し後の棒材からφ60×50mmの試験片を切り出し、焼入れ及び焼戻しを行った。次に、焼戻し後の試験片の表面に熱電対を取り付けた。そして高周波加熱で試験片表面の温度を50℃から250℃まで加熱した後、試験片を水冷し、試験片表面の温度が50℃まで下がる時間(サイクルタイム)を測定した。
[2.4. Cycle time]
A test piece of φ60 × 50 mm was cut out from the tempered rod, and quenched and tempered. Next, a thermocouple was attached to the surface of the test piece after tempering. And after heating the temperature of a test piece surface from 50 degreeC to 250 degreeC by high frequency heating, the test piece was water-cooled and the time (cycle time) for the temperature of a test piece surface to fall to 50 degreeC was measured.
[3. 結果]
表2に、焼入れ温度、焼戻し温度、硬さ、熱伝導率、サイクルタイム、及び焼入れ性を示す。表2より、以下のことがわかる。
[3. result]
Table 2 shows the quenching temperature, tempering temperature, hardness, thermal conductivity, cycle time, and hardenability. Table 2 shows the following.
(1)比較例1〜3は、従来よく使われている熱間ダイス鋼である。硬さ、焼入れ性、及び熱伝導率をバランスさせる必要があるため、熱伝導率と焼入れ性に特化した鋼種特性になっていない。
(2)実施例1〜5、参考例6、実施例7〜11、参考例12〜14、実施例15〜20は、比較例1〜3に比べて、焼入れ性が同等以上であり(すなわち、より遅い冷却速度で、全面ベイナイト組織が得られ)、硬さが低く、かつ、熱伝導率が高くなっている。さらに、実施例1〜5、参考例6、実施例7〜11、参考例12〜14、実施例15〜20のサイクルタイムは、比較例1〜3と比べて約2秒短い。表2より、実施例1〜5、参考例6、実施例7〜11、参考例12〜14、実施例15〜20は、油性離型剤や粉体離型剤を用いたダイカスト金型に適していることがわかる。
(1) Comparative Examples 1 to 3 are hot die steels that are often used in the past. Since it is necessary to balance hardness, hardenability, and thermal conductivity, the steel grade characteristics are not specific to thermal conductivity and hardenability.
(2) Examples 1-5, Reference Example 6, Examples 7-11, Reference Examples 12-14, and Examples 15-20 have comparable hardenability compared to Comparative Examples 1-3 (ie, The bainite structure is obtained at a slower cooling rate), and the hardness is low and the thermal conductivity is high. Furthermore, the cycle times of Examples 1 to 5, Reference Example 6, Examples 7 to 11, Reference Examples 12 to 14, and Examples 15 to 20 are about 2 seconds shorter than those of Comparative Examples 1 to 3. From Table 2 , Examples 1 to 5, Reference Example 6, Examples 7 to 11, Reference Examples 12 to 14, and Examples 15 to 20 are die casting molds using an oil-based release agent or a powder release agent. It turns out that it is suitable.
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 scope of the present invention.
本発明に係るダイカスト金型用鋼は、Al合金やMg合金のダイカストに用いられる金型に使用することができる。 The die casting steel according to the present invention can be used for a die used for die casting of an Al alloy or an Mg alloy.
Claims (4)
(1)前記ダイカスト金型用鋼は、
0.13≦C≦0.25mass%、
0.02≦Si≦0.35mass%、
1.50≦Mn≦2.0mass%、
P≦0.3mass%、
0.01≦Cu≦0.25mass%、
0.01≦Ni≦0.50mass%、
1.8≦Cr≦2.4mass%、
0≦Mo≦0.47mass%、
0≦W≦0.94mass%、
0.30≦Mo+1/2W≦0.47mass%、
0.22≦V≦0.72mass%、
N≦0.02mass%、
O≦0.0100mass%、及び、
Al≦0.100mass%
を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる。
(2)前記ダイカスト金型用鋼は、焼入れ温度:900〜1030℃、焼戻し温度:550〜620℃の条件下での焼入れ・焼戻しにより硬さが30HRC以上40HRC以下となるように調質されたものからなる。
(3)前記ダイカスト金型用鋼は、焼入れ速度が最も遅くなる部位の焼入れ速度が1.0℃/min以上2.5℃/min以下となるように焼入れした時に、断面の全面がベーナイト組織、マルテンサイト組織、又は、ベーナイトとマルテンサイトの混合組織となるものからなる。
(4)前記ダイカスト金型用鋼は、熱伝導率が30W/mK以上である。 Die-cast die steel with the following configuration.
(1) The die casting steel is
0.13 ≦ C ≦ 0.25 mass%,
0.02 ≦ Si ≦ 0.35 mass%,
1.50 ≦ Mn ≦ 2.0 mass%,
P ≦ 0.3 mass%,
0.01 ≦ Cu ≦ 0.25 mass%,
0.01 ≦ Ni ≦ 0.50 mass%,
1.8 ≦ Cr ≦ 2.4 mass%,
0 ≦ Mo ≦ 0.47 mass%,
0 ≦ W ≦ 0.94 mass%,
0.30 ≦ Mo + 1 / 2W ≦ 0.47 mass%,
0.22 ≦ V ≦ 0.72 mass%,
N ≦ 0.02 mass%,
O ≦ 0.0100 mass%, and
Al ≦ 0.100 mass%
The balance consists of Fe and inevitable impurities .
(2) The die casting mold steel was tempered so that the hardness was 30 HRC or more and 40 HRC or less by quenching and tempering under the conditions of quenching temperature: 900 to 1030 ° C. and tempering temperature: 550 to 620 ° C. Consists of things.
(3) When the die-casting die steel is quenched so that the quenching speed of the portion where the quenching speed is the slowest is 1.0 ° C./min or more and 2.5 ° C./min or less, the entire surface of the cross section is a bainite structure. , A martensite structure, or a mixed structure of bainite and martensite.
(4) The die cast steel has a thermal conductivity of 30 W / mK or more.
0.001≦Ta≦0.30mass%、
0.001≦Ti≦0.20mass%、及び、
0.001≦Zr≦0.30mass%
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に記載のダイカスト金型用鋼。 0.001 ≦ Nb ≦ 0.30 mass%,
0.001 ≦ Ta ≦ 0.30 mass%,
0.001 ≦ Ti ≦ 0.20 mass%, and
0.001 ≦ Zr ≦ 0.30 mass%
The die casting steel according to claim 1, further comprising at least one element selected from the group consisting of:
0.01≦Se+Te≦0.15mass%、及び、
0.01≦Pb+2Bi≦0.15mass%
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に記載のダイカスト金型用鋼。 0.005 ≦ S ≦ 0.10 mass%,
0.01 ≦ Se + Te ≦ 0.15 mass%, and
0.01 ≦ Pb + 2Bi ≦ 0.15 mass%
The die casting steel according to claim 1 or 2, further comprising at least one element selected from the group consisting of:
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