专利名称：机械加工性优异的塑料注射成型模具用钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及作为塑料注射成型用模具材料使用的模具用钢，尤其涉及机械加工性优异、可以缩短模具的制作时间，并且可以节省模具制作成本、机械加工性优异的塑料注射成型模具用钢。
背景技术：
以往，作为塑料注射成型模具用钢，主要使用S55C、SCM4系列、SNCM4系列，以及它们的改良类型。
尤其是最近的塑料注射成型模具用钢的开发动向，强调缩短模具的制作时间以及根据用途配备的材料的功能性。而且，对应该提高模具制作者和模具使用者在使用上的方便性的要求正在增加。因此，为了满足所述要求，必须开发新的模具用钢种类。
这里，所谓的“模具在使用上的方便性”，是指节省模具的制作成本、缩短制作时间所必须的特性。例如焊接修补性优异、机械加工性或被切削性优异、腐蚀加工性优异、可以得到像镜面那样的光滑加工面等。
除此之外，最近在对塑料注射成型模具要求精密化、复杂化、大型化的同时，另一方面，要求更短的制作交货期。为此，迫切要求缩短加工时间、缩短修补时间等。
但是，现有的S55C、SCM4系列、SNCM4系列、以及它们的改良类型，不能充分满足所述的要求。
发明内容
本发明的目的是，为了满足有关塑料注射成型模具用钢的所述种种要求，提供机械加工性和焊接修补性优异的塑料注射成型模具用钢。
为了实现所述目的，本发明的机械加工性优异的塑料注射成型模具用钢，由以重量％(wt％)计， C0.10～0.30wt％、Si0.40～0.70wt％、Mn0.90～1.50wt％、S0.005～0.020wt％、Cr1.0～2.5wt％、Ni0.10～0.50wt％、Mo0.20～0.5wt％、V0.001～0.20wt％，其余是Fe的合金组分构成。
图1是表示比较本发明模具用钢和现有的模具用钢的机械加工性(或被切削性)的曲线图。
具体实施例方式
以下，对构成本发明的塑料注射成型模具用钢的基本的合金成分的作用及对含量范围的限定理由，作如下说明。
1.C0.10～0.30wt％碳是获得淬火和回火后要求的硬度和耐磨性所必不可缺少的成分。为了得到塑料注射成型模具用钢所要求的充分强度，钢中必须存在大于等于0.10wt％的碳。但是，如果碳的含量超过0.3wt％，即存在过多的碳，则机械加工性恶化，在大型的钢块中，由于偏析会产生腐蚀斑。因此，必须限制碳的含量小于等于0.3wt％。
2.Si0.40～0.70wt％Si是作为脱氧剂使用的元素。如果钢中的Si的存在量太少，淬火和回火后的机械加工性变差。为此，需要使Si含量的最小限度为0.40wt％。
但是，如果含量超过0.7wt％存在过多的硅，在模具的使用温度下，韧性值降低。为此，需要限制其小于等于0.7wt％。
3.Mn0.90～1.50wt％和Si同样，Mn也是作为脱氧剂使用的元素。Mn在确保淬火性的提高和淬火、回火后要求的硬度方面是必须的。为了获得要求的硬度，在钢中必须含有大于等于0.9wt％的Mn。但是，如果超过1.5wt％存在过多的Mn，则机械加工性下降，淬火时容易引起裂纹。为此，需要限制其小于等于1.50wt％。
4.S0.005～0.020wt％S在凝固时与Mn结合生成MnS非金属夹杂物。因此，通过在机械加工时作为应力集中部位发挥作用，或发挥润滑作用而起到提高机械加工性的效果。为了充分发挥这样的效果，必须含有大于等于0.05wt％的S。但是，如果S过量存在，则在制作大型钢块时，因MnS分布不均匀，不仅增加机械性质的异向性，还有害于放电加工的加工性。为此，需要限制其小于等于0.020wt％。
5.Cr1.0～2.5wt％Cr通过形成碳化物而发挥强化基体组织、提高耐磨性的作用。另外，Cr是与Mn一起确保淬火性的非常重要的元素。为了得到相应的效果，必须含有大于等于1.0wt％的Cr。但是，如果超过2.5wt％存在过多的Cr，会导致机械加工性和耐腐蚀加工性下降。为此，需要限制其小于等于2.5wt％。
6.Ni0.10～0.50wt％Ni通过扩大奥氏体区域而发挥提高淬火性的作用。但是，如果过多地含有Ni，会降低淬火和回火后的机械加工性。为此，需要限制其小于等于0.50wt％。优选的是0.10～0.50wt％。
7.Mo0.20～0.50wt％Mo与Cr同样通过形成碳化物而发挥强化基体组织、提高耐磨性的作用。另外，在确保淬火性方面其也是重要的成分。但是，过多量的Mo会使高温韧性下降。为此，需要限制其小于等于0.50wt％。优选的是0.20～0.50wt％。
8.V0.001～0.20wt％V通过形成细微的碳化物而发挥将结晶颗粒细微化、提高韧性和强度的作用。但是，超过0.20wt％存在过多的V，与提高韧性和强度的效果相比，更多的增加了制造成本。为此，需要限制其小于等于0.20wt％。优选的是0.001～0.20wt％。
实施例为了比较以往作为塑料注射成型模具用材料广泛使用的SCM4系列、改良的SNCM4系列的模具用钢和本发明的模具用钢的特性，由下述说明的制作工序来制作这些模具用钢。
首先，用电炉熔解具有表1记载的合金组成的钢材，用真空精炼炉精炼，铸造25吨的钢块。然后，将所述钢块在1170℃加热，以大于等于4的锻造比进行锻造，制成宽1200mm，厚430mm的角材。此时，锻造结束时的温度是850℃，锻造结束后在880℃加热进行常化处理。
淬火时为了给予同样的冷却条件，在除去锻造氧化皮的状态下，进行淬火和回火的热处理。
表1
表2
测定淬火和回火后的机械特性和机械加工性。热处理的目标表面硬度是肖氏硬度HS 39～45。
在常温下进行机械特性试验，结果示于表3。
表3
如表3所示，确认本发明的模具用钢和现有的SCM4系列、改良的SNCM4系列的钢具有几乎同等水平的强度和韧性。
另外，机械加工性的试验结果在图1显示。
用于机械加工性(被切削性)试验的装备、工具和试验条件如下。
装备三菱公司制的M101机械加工中心(Machining Center)。
切削工具使用立铣刀(OSG公司生产的钴高速工具钢(HISS)ENCC-EMS、切削刀刃4个、立铣刀直径10mm)，切削现有的模具用钢和本发明的模具用钢，测定此时的工具的磨耗量(立铣刀的切削刀刃的磨耗量)。
此时，切削速度15米/分钟，传送速度95毫米/分钟，切入量Ad5mm/Rd6mm，切削油使用水溶性切削油。
如图1所示，可以确认，与工具对现有的模具用钢的磨耗量相比，工具对本发明的模具用钢的磨耗量非常少。
工具的磨耗量少，可以反证机械加工性(被切削性)优异。
这样，可以知道，本发明的模具用钢与现有的模具用钢相比机械性质相同，同时其机械加工性(被切削性)非常优异。
本发明的模具用钢与现有的SCM4系列、改进SNCM4系列的模具钢具有几乎相同的机械性质，同时其具有优异的机械加工性。因此，使用本发明的钢制作塑料注射成型模具时，可以取得缩短模具的加工时间和修补时间的效果。另外，由此可以缩短制作交货期。
权利要求
1.一种机械加工性优异的塑料注射成型模具用钢，其特征为，由以重量％计，C0.10％～0.30％、Si0.40％～0.70％、Mn0.90％～1.50％、S0.005％～0.020％、Cr1.0％～2.5％、Ni0.10％～0.50％、Mo0.20％～0.5％、V0.001％～0.20％，其余是Fe的合金组分构成。
全文摘要
本发明涉及机械加工性优异的塑料注射成型模具用钢，其由以重量％计，C0.10％～0.30％、Si0.40％～0.70％、Mn0.90％～1.50％、S0.005％～0.020％、Cr1.0％～2.5％、Ni0.10％～0.50％、Mo0.20％～0.5％、V0.001％～0.20％，其余是Fe的合金组分构成。本发明的模具用钢与现有的SCM4系列、改良的SNCM4系列的模具钢具有几乎相同的机械性质，同时其具有优异的机械加工性。因此，使用本发明的钢制作塑料注射成型模具时，可以取得缩短模具的加工时间和修补时间的效果。另外，由此可以缩短制作交货期。
文档编号C22C38/46GK1576382SQ20041006187
公开日2005年2月9日 申请日期2004年6月25日 优先权日2003年6月26日
发明者金大中 申请人:斗山重工业株式会社