CN104245984A - 模具用钢材的制造方法、模具用钢材、模具用预硬原材料的制造方法以及模具用预硬原材料 - Google Patents

模具用钢材的制造方法、模具用钢材、模具用预硬原材料的制造方法以及模具用预硬原材料 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种模具用钢材的制造方法，其具备下述工序：准备经过真空精炼后的、具有下述成分组成的钢液A的第一工序，含有C：0.005～0.1质量％、Ni：1.0～5.0质量％、Cr：3.0～8.0质量％、Mo：超过0且2.0质量％以下、Cu：超过0且3.5质量％以下、和Al：超过0且2.0质量％以下，O的量为0.005质量％以下、N的量为0.03质量％以下；对前述钢液A进行熔渣精炼、分别降低该钢液A中的O的量和N的量而得到钢液B的第二工序；和铸造前述钢液B的第三工序。

Description

模具用钢材的制造方法、模具用钢材、模具用预硬原材料的制造方法以及模具用预硬原材料
技术领域
本发明涉及模具用钢材(mold steel)的制造方法以及模具用钢材，该模具用钢材为最适于成型要求高品质的表面性状的产品、例如塑料产品等的模具的钢材，特别是调整到预硬状态(prehardened state)时的研磨性(polishability)优异。并且涉及模具用预硬原材料(prehardened mold material)的制造方法以及模具用预硬原材料。
背景技术
塑料产品等的成型中，很多情况下，模具的表面形状直接转印到成型品的表面，确定最终产品的表面性状。因此，对于用于成型要求表面平滑、美观的产品的模具而言，要求将其雕模面精加工为镜面。而例如成型塑料产品的模具的主流是，准备预先调整了硬度的预硬钢，对其表面实施切削、研磨等机械加工，精加工为雕模面。因此，这种模具所使用的模具用钢材需要优异的研磨性，特别是要求预硬状态下的研磨性优异。
本发明中，“研磨性”指的是关于模具用钢材的被加工性的，研磨工序中的氧化物、氮化物的脱落所导致的针孔产生得到抑制，可以将其表面精加工为极其光滑的镜面状态的性质。
本申请人提出的含有C：0.005～0.1质量％、Si：1.5质量％以下、Mn：2.0质量％以下、Cr：3.0质量％以上且不足8.0质量％、Ni：4.0质量％以下、Al：0.1～2.0质量％、Cu：3.5质量％以下、Mo：0.1～1质量％的模具用钢材(日本专利第3351766号公报)，向其中添加有超过0.001质量％且0.02质量％以下的Mg的模具用钢材(日本特开2004-091840号公报)，通过其特别的成分组成，淬火回火(quenching and tempering)后的马氏体组织得到最合适地调整，即使为超过38HRC的高硬度的预硬状态，也发挥优异的研磨性。并且，关于该优异的研磨性，通过将不可避免地混入到钢中的O(氧)限制为0.003质量％以下、N(氮)限制为0.02质量％以下，组织中的氧化物、氮化物降低而进一步提高。
发明内容
发明要解决的问题
上述日本专利第3351766号公报和日本特开2004-091840号公报(以下也称为“两篇文献”)的模具用钢材的成分组成，是即使为高硬度的预硬状态、也可以达成优异的研磨性的有用的成分组成。并且，对于具有该成分组成的模具用钢材而言，上述的降低O和N是重要的。若O、N的量高，则Al2O3、AlN等Al夹杂物(Al inclusion)在组织中增加。并且若在精加工中它们脱落，则形成针孔而研磨性劣化。因此，上述两篇文献中，作为可以降低O和N的模具用钢材的制造方法的一例，公开了利用真空熔化炉进行的熔解、成分调整的手法。
对于真空熔解而言，进行熔解于钢液中的O(氧)的去除(脱氧、deoxidation)和N(氮)的去除(脱氮、denitrification)的真空精炼的能力优异，适于制造O的量和N的量低的钢材。
理论上，无论处理量如何，上述两篇文献的模具用钢材的O的量和N的量都能够通过真空熔解来调整。
但是，实际操作中，若应该处理的钢液的量例如增加到数十吨，则用于通过真空熔解中的精炼作用来降低O和N的真空处理时间延长，成为制造成本增大的原因。
另外，若可以确立与以往相比进一步降低模具用钢材中含有的O的量和N的量的制造方法，则在进一步提高模具用钢材的研磨性上值得期待。
因此，本发明的目的在于，提供可以短时间内有效地制造O的量和N的量极低、组织中的夹杂物降低、研磨性优异的模具用钢材的模具用钢材的制造方法。
另外，本发明的目的在于，提供O的量和N的量极低、组织中的夹杂物降低、研磨性优异的模具用钢材。
另外，本发明的目的在于，提供可以短时间内有效地制造O的量和N的量极低、组织中的夹杂物降低、研磨性优异的模具用预硬原材料的模具用预硬原材料的制造方法。
另外，本发明的目的在于，提供O的量和N的量极低、组织中的夹杂物降低、研磨性优异的模具用预硬原材料。
用于解决问题的方案
本发明人等对于具有上述两篇文献的成分组成的模具用钢材的制造方法、特别是对承担脱氧和脱氮的熔解工序的改良进行了研究。
其结果发现，通过在作为以往的手法的真空精炼的后工序组合可以有效地去除钢液中的氧化物、氮化物的熔渣精炼，(例如即使通过一次熔解来处理吨级别的钢液的实际操作中)，也可以稳定地降低精炼后的钢液中的O和N，铸造后能够得到夹杂物的形成得到进一步抑制的模具用钢材，从而达成了本发明。
即，用于解决上述问题的具体的技术方案如下所述。
<1>一种模具用钢材的制造方法，其具备下述工序：准备经过真空精炼后的、具有下述成分组成的钢液A的第一工序，含有C：0.005～0.1质量％、Ni：1.0～5.0质量％、Cr：3.0～8.0质量％、Mo：超过0且2.0质量％以下、Cu：超过0且3.5质量％以下、和Al：超过0且2.0质量％以下，O的量为0.005质量％以下、N的量为0.03质量％以下；对前述钢液A进行熔渣精炼、分别降低该钢液A中的O的量和N的量而得到钢液B的第二工序；和铸造前述钢液B的第三工序。
<2>根据<1>所述的模具用钢材的制造方法，其中，前述钢液B含有S：超过0且0.05质量％以下。
<3>根据<1>或<2>所述的模具用钢材的制造方法，其中，前述钢液B中，O的量为0.001质量％以下、N的量为0.01质量％以下。
<4>根据<1>～<3>中任一项所述的模具用钢材的制造方法，其中，前述钢液B含有S：超过0且0.05质量％以下、前述钢液A含有Mn：超过0且2.0质量％以下。
<5>根据<1>～<4>中任一项所述的模具用钢材的制造方法，其中，前述第二工序中，向前述熔渣精炼后的前述钢液A中添加S而得到前述钢液B。
<6>根据<1>～<5>中任一项所述的模具用钢材的制造方法，其中，前述第一工序中，向通过真空精炼而O的量降低到0.005质量％以下、N的量降低到0.03质量％以下的钢液中，以前述钢液A中的Al的量超过0且2.0质量％以下添加Al，准备前述钢液A。
<7>根据<1>～<6>中任一项所述的模具用钢材的制造方法，其中，前述钢液A中的O的量超过0.0010质量％且0.005质量％以下、前述钢液B中的O的量为0.0010质量％以下。
<8>根据<1>～<7>中任一项所述的模具用钢材的制造方法，其中，前述第二工序中，向前述钢液A中以前述钢液B中的Mg的量超过0且0.02质量％以下添加Mg。
<9>根据<8>所述的模具用钢材的制造方法，其中，前述Mg的添加通过对前述钢液A使用含有MgO的熔渣进行熔渣精炼、和向前述钢液A中添加Mg合金中的至少一者来进行。
<10>一种模具用预硬原材料的制造方法，其通过<1>～<9>中任一项所述的模具用钢材的制造方法制造模具用钢材，对所制造的模具用钢材实施热加工，得到原材料，对该实施了热加工后的原材料实施退火，对实施了退火的原材料实施淬火回火。
<11>一种模具用预硬原材料的制造方法，其通过<1>～<9>中任一项所述的模具用钢材的制造方法制造模具用钢材，对所制造的模具用钢材实施热加工，得到原材料，对该实施了热加工后的冷却中的原材料直接实施淬火，对该直接实施了淬火的原材料实施回火。
<12>一种模具用钢材，其通过<1>～<7>中任一项所述的模具用钢材的制造方法制造，其含有C：0.005～0.1质量％、Si：超过0且3.0质量％以下、Mn：超过0且2.0质量％以下、S：0.05质量％以下(包括未添加)、Ni：1.0～5.0质量％、Cr：3.0～8.0质量％、Mo：超过0且2.0质量％以下、Cu：超过0且3.5质量％以下、Al：0.1～1.5质量％、Co：1.0质量％以下(包括未添加)，O的量限制为0.001质量％以下、N的量限制为0.01质量％以下，剩余部分由Fe和不可避的杂质组成。
<13>一种模具用钢材，其通过<8>或<9>所述的模具用钢材的制造方法制造，其含有C：0.005～0.1质量％、Si：超过0且3.0质量％以下、Mn：超过0且2.0质量％以下、S：0.05质量％以下(包括未添加)、Ni：1.0～5.0质量％、Cr：3.0～8.0质量％、Mo：超过0且2.0质量％以下、Cu：超过0且3.5质量％以下、Al：0.1～1.5质量％、Co：1.0质量％以下(包括未添加)、Mg：超过0且0.02质量％以下，O的量限制为0.001质量％以下、N的量限制为0.01质量％以下，剩余部分由Fe和不可避的杂质组成。
<14>一种模具用预硬原材料，其通过<10>或<11>所述的模具用预硬原材料的制造方法制造，其含有C：0.005～0.1质量％、Si：超过0且3.0质量％以下、Mn：超过0且2.0质量％以下、S：0.05质量％以下(包括未添加)、Ni：1.0～5.0质量％、Cr：3.0～8.0质量％、Mo：超过0且2.0质量％以下、Cu：超过0且3.5质量％以下、Al：0.1～1.5质量％、Co：1.0质量％以下(包括未添加)、Mg：0.02质量％以下(包括未添加)，O的量限制为0.001质量％以下、N的量限制为0.01质量％以下，剩余部分由Fe和不可避的杂质组成。
发明的效果
根据本发明，可以提供能够短时间内有效地制造O的量和N的量极大降低、组织中的夹杂物降低、研磨性优异的模具用钢材的模具用钢材的制造方法。
另外，根据本发明，可以提供O的量和N的量极大降低、组织中的夹杂物降低、研磨性优异的模具用钢材。
另外，根据本发明，可以提供能够短时间内有效地制造O的量和N的量极大降低、组织中的夹杂物降低、研磨性优异的模具用预硬原材料的模具用预硬原材料的制造方法。
另外，根据本发明，可以提供O的量和N的量极大降低、组织中的夹杂物降低、研磨性优异的模具用预硬原材料。
附图说明
图1为表示实施例中铸造试样No.1的钢液B(熔渣精炼后)得到的钢锭(本发明例)的组织的光学显微镜照片。
图2为表示实施例中铸造试样No.4的钢液B(熔渣精炼后)得到的钢锭(本发明例)的组织的光学显微镜照片。
图3为表示实施例中暂且铸造试样No.7的钢液B(熔渣精炼后)得到钢锭、将该钢锭真空电弧重熔而得到的钢锭(本发明例)的组织的光学显微镜照片。
具体实施方式
本说明书中，表示各成分的量(含有比率)的“质量％”有时仅记载为“％”。
本说明书中，使用“～”表示的数值范围表示包括“～”前后记载的数值分别作为最小值和最大值的范围。
另外，本说明书中，以单位“HRC”表示的硬度表示JIS G 0202中规定的洛氏硬度。
以下对本发明的模具用钢材的制造方法、模具用预硬原材料的制造方法、模具用钢材、模具用预硬原材料进行详细说明。
[模具用钢材的制造方法、模具用预硬原材料的制造方法]
本发明的模具用钢材(以下也仅称为“钢材”)的制造方法具备下述工序：准备经过真空精炼后的、具有下述成分组成的钢液A的第一工序，含有碳(以下也称为“C”)：0.005～0.1质量％、镍(以下也称为“Ni”)：1.0～5.0质量％、铬(以下也称为“Cr”)：3.0～8.0质量％、钼(以下也称为“Mo”)：超过0且2.0质量％以下、铜(以下也称为“Cu”)：超过0且3.5质量％以下、和铝(以下也称为“Al”)：超过0且2.0质量％以下，氧(以下也称为“O”)的量为0.005质量％以下、氮(以下也称为“N”)的量为0.03质量％以下；对前述钢液A进行熔渣精炼(slag refining)、分别降低该钢液A中的O的量和N的量而得到钢液B的第二工序；和铸造前述钢液B的第三工序。
本发明的模具用钢材的制造方法根据需要还可以具备其它工序。
根据本发明的模具用钢材的制造方法，由于对于本来O的量和N的量少的钢液A进而实施熔渣精炼，因此可以将钢液中的O的量和N的量有效降低至极低的量(即钢液的脱氧和脱氮的效率优异)。由此，可以制造组织中的夹杂物(例如氧化物、氮化物。以下相同)降低了的模具用钢材。
所得到的模具用钢材由于组织中的夹杂物降低，因此研磨性优异。进而切削性也优异。
因此，根据本制造方法，可以以钢液量多的实际操作的规模、短时间内有效地制造本来研磨性(polishability)、切削性(machinability)优异的成分组成(例如以上述两篇文献为代表的成分组成)的模具用钢材。
另外，根据上述制造方法，在上述两篇文献中记载的成分组成中，可以进一步降低O和N(例如可以将O的量限制为0.001％以下、将N的量限制为0.01％以下)，因此可以进一步提高研磨性、切削性。
由以上可知，本发明的模具用钢材的制造方法，作为制造用于成型具有高品质的表面性状的产品的模具中使用的钢材的方法是合适的，对于模具产业而言是有用的技术。
以下对第一～第三工序进行说明。
<第一工序>
第一工序为准备经过真空精炼后的、具有下述成分组成的钢液A的工序，含有C：0.005～0.1质量％、Ni：1.0～5.0质量％、Cr：3.0～8.0质量％、Mo：超过0且2.0质量％以下、Cu：超过0且3.5质量％以下、和Al：超过0且2.0质量％以下，O的量为0.005质量％以下、N的量为0.03质量％以下。钢液A中的各成分的量的优选范围如后文所述。
该第一工序中，可以使用预先准备的上述钢液A，也可以在每次模具用钢材的制造中制造上述钢液A。
制造上述钢液A时，该制造例如可以通过日本专利第3351766号公报和日本特开2004-091840号公报中记载的真空精炼的方法进行。
通常，模具用钢材的成分组成通过在熔解前的铁源调制原料或者向熔解了的钢液中投入原料来调整。而若这些铁源、原料含有不少杂质，则其成为增加钢材中的O、N的主要原因之一。
由此，本制造方法中，在后述的承当脱氧和脱氮的根本任务的第二工序(熔渣精炼)之前，预先准备构成模具用钢材的至少主要元素的量得到调整、并且通过真空精炼而O、N预先降低了的钢液A(第一工序)。
具体而言，第一工序中准备的钢液A中，O的量为0.005％以下，N的量为0.03％以下。
O的量优选为0.003％以下。另外，N的量优选为0.02％以下。
第一工序中准备的钢液A中，Al不仅为最终的模具用钢材的构成元素，而且在第二工序中作为脱氧剂、脱氮剂发挥功能而被消耗。因此，作为第一工序中准备的钢液中的Al的量，容许比模具用钢材所需要的量多的量。
因此，使第一工序中准备的钢液A中的Al的量为2.0％以下。
并且该时点的Al的量，若含有对于第二工序中的脱氧和脱氮而言充分的量，则无需特别的下限。
钢液A中的Al的量优选为0.1％以上。
作为第一工序优选的方式，为向通过真空精炼而O的量降低到0.005质量％以下、N的量降低到0.03质量％以下的钢液中，以前述钢液A中的量为Al：超过0且2.0质量％以下添加Al，准备前述钢液A的方式。
该方式中，可以对真空精炼的脱气效果(具体内容如后所述)、精炼效率几乎没有影响地向钢液中添加Al。
该方式中，进而通过钢液A中稍微残留的O、N和所添加的Al，可以形成Al夹杂物。而该Al夹杂物可以通过第二工序的熔渣精炼来去除，因此进而作为本制造方法整体，可以更有效地降低O的量和N的量。
与上述相关，第一工序中的Al的添加时期可以在结束真空精炼之后，但是优选为实质上的脱气结束的真空精炼的末期(例如通过真空精炼，钢液中的O的量降低到0.005质量％以下、N的量降低到0.03质量％以下的阶段以后)。
通过真空精炼进行的脱氧和脱氮主要通过钢液中的C和O的反应、该反应伴随的沸腾进行(以下这些作用也称为“脱气效果”、“脱气”)。
因此，若在真空精炼之前添加大量的Al，则该Al与脱气之前的O、N首先形成夹杂物，精炼效率有可能降低。
因此，若在真空精炼的末期添加Al，则首先对本来的脱气效果没有影响。并且真空精炼的末期添加的Al与仍然残留于钢液中的少量的O、N结合，一部分在作为第二工序的熔渣精炼前的钢液中形成Al夹杂物。
另外，作为后述的第二工序的熔渣精炼，通过将钢液中的夹杂物引入到熔渣中，进行钢液的脱氧和脱氮。
由此，若在熔渣精炼前的钢液中事先添加Al，则可以省略添加效率差的从熔渣上面添加Al。并且若Al夹杂物事先形成则熔渣精炼的效率提高。进而，过渡到熔渣精炼时，若经过将钢液转移到其它容器的工序，则通过其出钢时有力地搅拌钢液的作用，可以使所添加的Al遍布钢液的全部区域，并且所形成的Al夹杂物也浮起，因此第二工序中的精炼效率进一步提高。并且，若第二工序中的熔渣预先投入到第一工序中的真空精炼的末期和前述出钢时的至少一者时的钢液，则可以事先加热(进而熔融)熔渣，也可以搅拌熔渣，因此第二工序中的精炼效果进一步提高。
第一工序为通过真空精炼来制造钢液A的工序的情况下，真空精炼的时间优选为60分钟以上，更优选为90分钟以上。
对真空精炼时间的上限没有特别限制，从生产率的观点考虑，真空精炼时间优选为180分钟以下，更优选为150分钟以下。
而本发明的制造方法中，通过设置后述的第二工序，可以缩短真空精炼的时间(优选为180分钟以下，更优选为150分钟以下)。
第一工序中准备的钢液A的成分组成如上所述，该成分组成也可以含有硅(以下也称为“Si”)：超过0且3.0％以下。
另外，该钢液A的成分组成也可以含有锰(以下也称为“Mn”)：超过0且2.0％以下。
另外，该钢液A的成分组成也可以含有钴(以下也称为“Co”)：超过0且1.0％以下。
另外，该钢液A的成分组成也可以含有硫(以下也称为“S”)：超过0且0.05质量％以下。
另外，作为该钢液A的成分组成，也可以为除了O的量和N的量之外，与后述的模具用钢材的成分组成相同的组成。
<第二工序>
第二工序为对前述钢液A进行熔渣精炼、降低该钢液A中的O的量和N的量而得到钢液B的工序。
所得到的钢液B中，O的量优选为0.001％以下。
所得到的钢液B中，N的量优选为0.01％以下。
本发明中，熔渣精炼指的是使钢液与熔渣接触来进行的方式的精炼。作为上述熔渣，可以从以往已知的制钢用熔渣适当选择来使用。
真空精炼由于通过上述脱气效果来进行脱氧和脱氮，因此对于与Al等结合而以夹杂物状态存在的O、N的去除而言效率差。
由此，若将短时间的处理时间内经过真空精炼的钢液直接铸造而形成钢材，则其中含有的Al量的一部分形成Al夹杂物，难以将O的量、N的量降低到极微量。其结果，若缩短真空精炼的处理时间，则真空精炼后的钢液中残留不少的O、N有可能与此时添加的Al结合而在铸造后的钢材中形成大量的Al夹杂物。
另一方面，如后文所述，对于本发明的模具用钢材中的Al的量，为了使Al发挥硬度的提高效果、软化阻力的提高效果，以与Ni形成金属间化合物为前提来调整。
因此认为，成分组成的调整仅取决于真空精炼的以往的钢材中，即使真空精炼后的钢液中的Al量为目标量，铸造后，实际上一部分Al也会形成Al夹杂物(也就是说，相对于Al的量，O的量和N的量提高)，而不能充分发挥本来的硬度、软化阻力。进而也认为，由于Al夹杂物的存在，而不能发挥本来的优异的研磨性。
因此，为了使铸造后的模具用钢材中的Al形成金属间化合物而不是夹杂物，应该在熔解工序中，不仅降低处于气体成分的状态的O、N，而且积极地降低形成Al夹杂物的状态的O、N(也就是说，Al夹杂物其自身)。
本发明中，对于通过真空精炼而处于气体成分的状态的O和N降低了的钢液A，进而实施熔渣精炼作为第二工序，由此有效地将钢液中的Al夹杂物引入到熔渣中，从而可以去除该Al夹杂物。由此，可以进一步降低钢液A中的O的量和N的量。
并且，对于残留于钢液中的气体成分的O和N而言，熔渣精炼前含有的Al的一部分发挥作为脱氧剂、脱氮剂的功能，在熔渣精炼的过程中将该气体成分转变为Al夹杂物，可以有效地去除所产生的Al夹杂物。
由以上的结果可知，利用真空精炼的上述两篇文献的手法中，钢材中的O的限制量容许至0.003％，若为上述第一工序和第二工序组合而成的本发明，则脱氧能力稳定地提高，可以例如以0.001％以下的低的限制值管理O的量。
另外，根据本发明，钢材中的N也可以例如以0.01％以下的低的限制值管理。
需要说明的是，本发明中，若第二工序中得到的钢液B中的Al量低于钢材的目标量，则此时添加缺少量即可。
第二工序中，从更有效地得到利用熔渣精炼实现的效果(O的量和N的量的降低效果)的观点考虑，熔渣精炼的时间优选为20分钟以上，更优选为40分钟以上，进一步优选为50分钟以上。
对熔渣精炼的时间的上限没有特别限制，从生产率的观点考虑，熔渣精炼的时间优选为180分钟以下，更优选为120分钟以下，特别优选为90分钟以下。
第二工序中得到的钢液B优选含有S：超过0且0.05质量％以下。
由此，可以形成该S与钢液B中的其它元素结合而成的硫化物，进而可以进一步提高所制造的钢材的切削性。
此时，钢液B中的S的量优选为0.003％以上，更优选为0.004％以上。
另外，从抑制硫化物的粗化、提高耐蚀性的观点考虑，钢液B中的S的量优选为0.05％以下，更优选为0.01％以下。
钢液B含有S：超过0且0.05质量％以下的情况的特别优选的方式为第一工序中准备的钢液A含有Mn：超过0且2.0质量％以下的方式。
该方式中，也可以使钢液B含有Mn：超过0且2.0质量％以下，由此，第二工序之后，可以形成S与Mn结合而成的硫化物，进而可以进一步提高所制造的钢材的切削性。
钢液B含有S：超过0且0.05质量％以下的情况下，该S可以预先含有在钢液A(熔渣精炼前)，也可以在熔渣精炼中或熔渣精炼后(优选熔渣精炼后)添加到钢液A。
第二工序中，优选向熔渣精炼后的钢液A添加S而得到钢液B。
由此，可以对利用熔渣精炼实现的效果(O的量和N的量的降低效果)几乎没有影响地向钢液中添加S。
该方式中，更优选向熔渣精炼后的钢液A中，以前述钢液B中的S的量超过0且0.05质量％以下添加S。
另外，作为第二工序中的O的量降低的一例，可列举出钢液A中的O的量超过0.0010质量％且0.005质量％以下、钢液B中的O的量为0.0010质量％以下的例子。
第二工序中，可以向前述钢液A中添加Mg(更优选向前述钢液A中，以前述钢液B中的Mg的量超过0且0.02质量％以下添加Mg)。
通过添加Mg，在第二工序中去除含有Al2O3的Al夹杂物，另一方面，可以使所残留的微少量的Al2O3的夹杂物形态转变为MgO系的微细氧化物。由此，可以进一步提高钢材的研磨性。
另外，通过添加Mg，形成MgS系的微细夹杂物，可以进一步提高钢材的切削性。
需要说明的是，Mg为容易蒸发的元素，若以金属Mg的形态投入到钢液则有可能立即进行气化。
因此，第二工序中，向前述钢液A中添加Mg的情况下，优选通过对钢液A使用含有MgO的熔渣进行熔渣精炼、和向钢液A中添加Mg合金中的至少一者来进行。
使用含有MgO的熔渣进行熔渣精炼的情况下，熔渣精炼中该MgO被还原，将通过该还原而产生的Mg添加到钢液A。
关于第二工序中得到的钢液B的成分组成，可以为除了O的量和N的量之外，与钢液A相同的成分组成。
钢液B的成分组成中也可以含有Si：超过0且3.0％以下。
另外，钢液B的成分组成也可以含有Mn：超过0且2.0％以下。
另外，钢液B的成分组成也可以含有Co：超过0且1.0％以下。
另外，作为钢液B的成分组成，也可以为与后述的模具用钢材的成分组成相同的组成。
<第三工序>
第三工序为铸造第二工序中得到的钢液B(成分组成得到调整的钢液)的工序。通过该第三工序，能够得到钢锭(模具用钢材)。
作为铸造的手法，除了使用铸锭模的普通铸锭法之外，还有连续铸造法、对暂且铸造后的钢锭实施的真空电弧重熔法、电渣重熔法等，对其手法没有限定。
第三工序中得到的钢锭可以直接用作模具用钢材。
另外，第三工序中得到的钢锭可以根据需要进而经过下述其它工序后用作模具用钢材。
本发明的模具用钢材的制造方法根据需要还可以具备其它工序。
作为其它工序，可列举出对于第三工序中得到的钢锭实施锻造、轧制等热加工的工序。通过上述工序，可以精加工为所希望形状的模具用钢材。
另外，形成预硬状态的模具用钢材(模具用预硬原材料)的情况下，例如可以在热加工后对实施了退火的原材料实施淬火后、或者对热加工后的冷却中的原材料直接实施淬火后，实施规定的回火。由此，例如可以得到35HRC以上、38HRC以上的模具用预硬原材料。
铸造后的钢锭(模具用钢材)组织中的夹杂物的分布状况反映到经过上述工序得到的预硬状态的模具用钢材(模具用预硬原材料)的组织中。
由此，作为模具用钢材，制造O的量和N的量低、组织中的夹杂物微细且少量的钢锭，对该钢锭在适当条件下进行加工以及热处理，由此能够得到研磨性优异的模具用预硬原材料。
即，本发明中的第一模具用预硬原材料的制造方法，为通过上述本发明的模具用钢材的制造方法制造模具用钢材，对所制造的模具用钢材实施热加工(hot working)，得到原材料，对该实施了热加工后的原材料实施退火(annealing)，对实施了退火的原材料实施淬火回火(quenching and tempering)的制造方法。
另外，本发明中的第二模具用预硬原材料的制造方法，为通过上述本发明的模具用钢材的制造方法制造模具用钢材，对所制造的模具用钢材实施热加工，得到原材料，对该实施了热加工后的冷却中的原材料直接实施淬火，对该直接实施了淬火的原材料实施回火的制造方法。
根据第一和第二的模具用预硬原材料的制造方法，能够得到与通过上述本发明的模具用钢材的制造方法得到的效果相同的效果。
特别是根据第一和第二的模具用预硬原材料的制造方法，可以短时间内有效地制造为预硬状态且表现出优异的研磨性的模具用预硬原材料。
[模具用钢材、模具用预硬原材料]
本发明的模具用钢材含有C：0.005～0.1质量％、Si：超过0且3.0质量％以下、Mn：超过0且2.0质量％以下、S：0.05质量％以下(包括未添加)、Ni：1.0～5.0质量％、Cr：3.0～8.0质量％、Mo：超过0且2.0质量％以下、Cu：超过0且3.5质量％以下、Al：0.1～1.5质量％、和Co：1.0质量％以下(包括未添加)，(以及优选Mg：超过0且0.02质量％以下)，O的量限制为0.001质量％以下、N的量限制为0.01质量％以下，剩余部分由Fe和不可避的杂质组成。
根据本发明的模具用钢材，通过O的量和N的量极低，组织中的夹杂物降低。由此，与以往的模具用钢材(例如上述两篇文献中记载的模具用钢材)相比，研磨性、切削性进一步提高。
本发明的模具用钢材可通过已述的本发明的模具用钢材的制造方法合适地制造。
另外，本发明的模具用钢材的成分组成的具体说明如后文所述。
本发明的模具用预硬原材料含有C：0.005～0.1质量％、Si：超过0且3.0质量％以下、Mn：超过0且2.0质量％以下、S：0.05质量％以下(包括未添加)、Ni：1.0～5.0质量％、Cr：3.0～8.0质量％、Mo：超过0且2.0质量％以下、Cu：超过0且3.5质量％以下、Al：0.1～1.5质量％、Co：1.0质量％以下(包括未添加)、Mg：0.02质量％以下(包括未添加)，O的量限制为0.001质量％以下、N的量限制为0.01质量％以下，剩余部分由Fe和不可避的杂质组成。
根据本发明的模具用预硬原材料，能够得到与本发明的模具用钢材相同的效果。特别是本发明的模具用预硬原材料为预硬状态且表现出优异的研磨性。
本发明的模具用预硬原材料可通过已述的本发明的模具用预硬原材料的制造方法合适地制造。
另外，本发明的模具用预硬原材料的成分组成的具体说明如后文所述。
[模具用钢材和模具用预硬原材料的成分组成]
接着说明对于达成优异的研磨性而言优选的模具用钢材和模具用预硬原材料的成分组成(质量％)。
以下有时将模具用钢材和模具用预硬原材料总称为“原材料”。
另外，有时将本发明的模具用钢材的制造方法和本发明的模具用预硬原材料的制造方法总称为“本发明的制造方法”。
·C：0.005～0.1％
C是防止铁素体的生成，对于提高硬度、强度而言有效的元素。
但是，若过多则形成碳化物，成为切削时的工具磨耗增长的原因。另外，由于基体中的Cr量减少，因此耐蚀性劣化。
由此，原材料中的C的量优选为0.005～0.1％。
C的量更优选为0.01％以上。
另一方面，C的量更优选为0.08％以下。
·Si：超过0且3.0％以下
Si通常作为熔解工序中的脱氧剂使用。
并且，通过含有Si，原材料的基体的硬度提高，切削性改善，但是另一方面，韧性降低。
因此，考虑到这些作用的平衡，原材料中的Si的量优选为3.0％以下。Si的量更优选为2.0％以下，进一步优选为1.5％以下。
另一方面，Si的量更优选为0.05％以上，进一步优选为1.0％以上。
·Mn：超过0且2.0％以下
Mn与Si同样地作为脱氧剂使用。并且，Mn具有提高淬火性而阻止铁素体生成的作用。
另外，原材料含有充分量的S的情况下，是形成MnS系的硫化物而提高切削性的元素。
但是，若原材料中Mn过多，则组织的延展性增大，切削性降低。
由此，原材料中的Mn的量优选为2.0％以下。Mn的量更优选为1.0％以下。
另一方面，Mn的量更优选为0.1％以上。
·S：0.05％以下
S与Mn、后述的Mg结合而形成硫化物，切削性提高。
但是，若过多则助长硫化物的粗化，而粗大的硫化物容易形成点腐蚀的起点，因此耐蚀性劣化。
由此，即使添加S的情况下，原材料中的S的量也优选为0.05％以下。S的量更优选为0.01％以下。
另一方面，添加S的情况下，原材料中的S的量优选为0.003％以上，更优选为0.004％以上。
·Ni：1.0～5.0％
Ni具有降低相变点而使淬火冷却时的马氏体相变均匀进展的作用。另外，还具有与后述的Al形成金属间化合物而析出，提高硬度、软化阻力的作用。
但是，若过多则生成奥氏体，使切削性劣化。
由此，原材料中的Ni的量优选为1.0～5.0％。
Ni的量更优选为2.0％以上。
另一方面，Ni的量更优选为3.8％以下。
·Cr：3.0～8.0％
Cr是对于赋予耐蚀性而言有效的元素，并且是为了得到切削性优异的组织而需要进行限制的元素。
Cr不足约3％、以及超过约8％时，在淬火冷却时的马氏体相变之前，助长先共析铁素体的析出，因此切削性降低。而该先共析铁素体的析出成为接着残留的奥氏体相变为马氏体时的相变应变的主要原因，切削性进一步降低。
由此，原材料中的Cr的量优选为3.0～8.0％。
Cr的量更优选为3.5％以上。
另一方面，Cr的量更优选为7.0％以下，进一步优选为5.0％以下。
·Mo：超过0且2.0％以下
Mo是固溶于基体中而强化钝态覆膜、对于提高耐蚀性而言极其有效的元素。另外，通过与C结合而形成微细的复合碳化物，具有抑制Cr为主体形成的M7C3型的碳化物的粗化的显著效果，对韧性的提高、针孔的降低发挥作用。
但是，若过多则形成大量的碳化物，增加切削或精加工时的工具磨耗。
由此，原材料中的Mo的量优选为2.0％以下。Mo的量更优选为1.5％以下。
另一方面，Mo的量更优选为0.1％以上，进一步优选为0.5％以上。
·Cu：超过0且3.5％以下
Cu生成固溶有少量的Fe的固溶体(ε相)，与上述Ni同样地有助于析出硬化。
但是，若过多则韧性、热加工性降低。
由此，原材料中的Cu的量优选为3.5％以下。Cu的量更优选为1.5％以下，进一步优选为1.0％以下。
另一方面，Cu的量更优选为0.3％以上。
·Al：0.1～1.5％
Al如上所述具有与Ni形成金属间化合物而析出，提高硬度、软化阻力的作用。
但是，若过多则形成粗大且硬的氧化物系夹杂物，成为切削、精加工时的工具磨耗的原因。另外，也成为镜面研磨性、褶皱加工性(crepability)劣化的原因。
由此，原材料中的Al的量优选为0.1～1.5％。
Al的量更优选为0.5％以上。
另一方面，Al的量更优选为1.2％以下。
·Co：1.0％以下(包括未添加)
本发明的原材料中还可以添加1.0％以下的Co。
在处理吨级别的钢液的实际操作中，即使不添加，模具用钢材也可能含有0.5％程度以下的Co。而Co固溶于基体中而提高二次硬化性和耐蚀性，并且抑制Cr为主体形成的M7C3型的碳化物的粗化，使该碳化物和NiAl金属间化合物在基体中微细地析出，从而改善韧性。
·O：0.001％以下
O是不可避免地存在于原材料中而形成氧化物的元素。氧化物使得用于制造原材料的冷塑性加工性、用于精加工模具表面的研磨性降低。
由此，原材料中的O优选将上限限制为0.001％。更优选为0.0005％以下。而该原材料中的降低到极微量的O的量可以通过上述本发明的制造方法稳定且有效地达成。
·N：0.01％以下
N是不可避免地存在于原材料中而形成氮化物的元素。特别是含有Al的本发明的原材料的情况下，所形成的AlN氮化物使钢材的韧性、切削性和研磨性显著劣化。由此，本发明的原材料中的N优选限制为0.01％以下。更优选限制至0.005％以下，进一步优选限制至0.002％以下。
钢中的N的固溶度受Cr的量极大的支配。也就是说，熔解工序中，通过Cr量的增加而钢液中的N的固溶度增加。例如1500℃的钢液中，Cr量为约2％时的N的固溶极限为220ppm左右，而若Cr量为约3％则N的固溶极限增加至280ppm左右。而若Cr量为约5％则固溶极限增加至超过300ppm。
因此，对于含有3.0％以上的Cr的本发明原材料而言，用于将其N量降低到上述限制值内的熔解方法是重要的。而该降低到极微量的N量可以通过上述本发明的制造方法稳定且有效地达成。
·Mg：0.02％以下
对于成型大型且表面品质高的产品的模具的实用化而言，对于其雕模面要求例如#3000以上的高等级的镜面加工表面，由此模具用钢材需要优异的研磨性。
但是，若钢材中存在大量的块状且容易聚集的Al2O3系的粗大的夹杂物，则其在镜面研磨中脱落，由此产生可以容易地肉眼确认程度的针孔，成型产品的表面品质劣化。
因此，添加到钢材中的Mg由于与O的亲和力大于Al，与钢中的O结合而形成MgO系氧化物，抑制成为研磨性劣化的原因的Al2O3的形成。并且，MgO系夹杂物难以聚集，即使残留于钢中，与钢中容易聚集、粗化的Al2O3相比，也可以实现夹杂物的微细化效果。
另外，Mg与S结合而形成MgS系夹杂物。
以往，对于含有Mn的钢种类而言，通过组织中析出MnS而切削性提高。
但是，MnS难以微细化，因此若为了提高切削性而添加大量的Mn和S，则产生起因于硫化物的针孔，研磨性劣化。与此相对，MgS系夹杂物由于容易微细、分散化，少量添加就可以生成、分布成为磨削屑的切断起点的硫化物。
但是，Mg若添加到与本成分体系中的O和S相称以上，则热加工性劣化。
由以上可知，本发明中，Mg优选添加0.02％以下。进一步优选添加0.005％以上。而对于含有Al的本发明的原材料而言，该适量的Mg量的添加可以通过上述本发明的制造方法稳定且有效地达成。
实施例
以下通过实施例对本发明进行具体说明，但是本发明不被这些实施例所限定。
[本发明例]
(第一工序)
分别准备下述表1所示试样No.1～7的钢液A。
表1中的成分组成(质量％)为由钢液A采集的试样的成分组成。
具体而言，对调整到了规定成分组成的25t钢液，在1kPa以下的真空度下实施约120分钟的真空精炼，准备钢液A(第一工序)。
期间，在真空精炼的末期确认钢液中的O和N降低(具体而言，钢液中的O的量降低到0.005质量％以下、N的量降低到0.03质量％以下)后，向钢液中添加Al和CaO熔渣。
接着，将真空精炼结束后的钢液(钢液A)转移到熔渣精炼用浇包。
(第二工序)
对转移到熔渣精炼用浇包的钢液A实施使用CaO熔渣的熔渣精炼约60分钟。向实施了上述熔渣精炼后的钢液添加S(硫)，得到钢液B(以上第二工序)。
上述熔渣精炼中，对于试样No.4而言，向熔渣中进一步加入MgO。
另外，上述熔渣精炼中，对于试样No.5及6而言，贯通CaO熔渣，向钢液中投入Ni-Mg合金。
(第三工序)
分别铸造试样No.1～6的钢液B，制造模具用钢材(第三工序)。
试样No.1～6的钢液B的成分组成(也就是说，铸造后的模具用钢材的成分组成)如表1所示。
对于试样No.7而言，对暂且铸造钢液B得到的钢锭实施真空电弧重熔法，制造模具用钢材(以下也称为“真空电弧重熔后的模具用钢材”)。表1中，对于试样No.7，记载钢液B的成分组成且一并记载真空电弧重熔后的模具用钢材的成分组成。
(以往例)
分别铸造试样No.1～7的钢液A，制造模具用钢材(以往例)。
这些以往例相当于未实施熔渣精炼、利用仅使用真空熔化炉的成分调整的以往的模具用钢材的制造方法。
～表1的说明～
·No.1～No.7中，未添加Co。
·No.1～No.3和No.7中，未添加Mg。
·No.1～No.7中，Fe的量“Bal.”(Balance)表示由100质量％减去表1中的各成分和不可避免的杂质的总量(质量％)而得到的量。
如表1所示，根据本发明的制造方法得到的钢液B的成分组成与相当于以往的制造方法的钢液A的成分组成相比，脱氧(O的量降低)和脱氮(N的量降低)进行至极微量。
例如钢液A(以及铸造钢液A得到的模具用钢材)中的O的量为十几ppm的水平，而钢液B(以及铸造钢液B得到的模具用钢材)中的O的量为数ppm的极微量的水平。
对于试样No.7的模具用钢材(真空电弧重熔后)而言，与试样No.7的钢液B相比，O的量和N的量进一步降低。
另外，对于任意一钢液而言，Al量都维持0.8％(目标值)或0.9％。
另外，本发明例的模具用钢材中，与以往例的模具用钢材相比，钢锭组织中的夹杂物少、并且夹杂物微细。
图1为表示铸造试样No.1的钢液B(熔渣精炼后)得到的钢锭(本发明例)的组织的光学显微镜照片。
图2为表示铸造试样No.4的钢液B(熔渣精炼后)得到的钢锭(本发明例)的组织的光学显微镜照片。
图3为表示暂且铸造试样No.7的钢液B(熔渣精炼后)得到钢锭、将该钢锭真空电弧重熔而得到的钢锭(本发明例)的组织的光学显微镜照片。
图1～3中，组织中主要以黑点确认的物质为夹杂物。
特别是图3(试样No.7)中，夹杂物少并且夹杂物微细。
试样No.1～7的钢锭组织中的夹杂物的分布状况也反映到之后经过热加工、热处理得到的预硬状态的模具用原材料的组织。即，预硬状态的模具用原材料的组织中，夹杂物也少并且夹杂物也微细。
如以上所述，根据本发明，达成具有日本专利第3351766号公报和日本特开2004-091840号公报的成分组成的模具用原材料的优异研磨性并且可以期待研磨性进一步提高。
通过参照将日本申请2012-073095的公开的全部内容引入于本说明书。
对于本说明书中记载的全部文献、专利申请、和技术标准而言，与具体且分别记载的情况同等程度地，通过参照将各文献、专利申请、和技术标准引入于本说明书中。

Claims (14)

1.一种模具用钢材的制造方法，其具备下述工序：
准备经过真空精炼后的、具有下述成分组成的钢液A的第一工序，含有C：0.005～0.1质量％、Ni：1.0～5.0质量％、Cr：3.0～8.0质量％、Mo：超过0且2.0质量％以下、Cu：超过0且3.5质量％以下、和Al：超过0且2.0质量％以下，O的量为0.005质量％以下、N的量为0.03质量％以下；
对所述钢液A进行熔渣精炼、分别降低该钢液A中的O的量和N的量而得到钢液B的第二工序；和
铸造所述钢液B的第三工序。
2.根据权利要求1所述的模具用钢材的制造方法，其中，所述钢液B含有S：超过0且0.05质量％以下。
3.根据权利要求1或2所述的模具用钢材的制造方法，其中，所述钢液B中，O的量为0.001质量％以下、N的量为0.01质量％以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的模具用钢材的制造方法，其中，所述钢液B含有S：超过0且0.05质量％以下、所述钢液A含有Mn：超过0且2.0质量％以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的模具用钢材的制造方法，其中，所述第二工序中，向所述熔渣精炼后的所述钢液A中添加S而得到所述钢液B。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的模具用钢材的制造方法，其中，所述第一工序中，向通过真空精炼而O的量降低到0.005质量％以下、N的量降低到0.03质量％以下的钢液中，以所述钢液A中的Al的量超过0且2.0质量％以下添加Al，准备所述钢液A。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的模具用钢材的制造方法，其中，所述钢液A中的O的量超过0.0010质量％且0.005质量％以下、
所述钢液B中的O的量为0.0010质量％以下。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的模具用钢材的制造方法，其中，所述第二工序中，向所述钢液A中以所述钢液B中的Mg的量超过0且0.02质量％以下添加Mg。
9.根据权利要求8所述的模具用钢材的制造方法，其中，所述Mg的添加通过对所述钢液A使用含有MgO的熔渣进行熔渣精炼、和向所述钢液A中添加Mg合金中的至少一者来进行。
10.一种模具用预硬原材料的制造方法，其通过权利要求1～9中任一项所述的模具用钢材的制造方法制造模具用钢材，对所制造的模具用钢材实施热加工，得到原材料，对该实施了热加工后的原材料实施退火，对实施了退火的原材料实施淬火回火。
11.一种模具用预硬原材料的制造方法，其通过权利要求1～9中任一项所述的模具用钢材的制造方法制造模具用钢材，对所制造的模具用钢材实施热加工，得到原材料，对该实施了热加工后的冷却中的原材料直接实施淬火，对该直接实施了淬火的原材料实施回火。
12.一种模具用钢材，其通过权利要求1～7中任一项所述的模具用钢材的制造方法制造，
其含有C：0.005～0.1质量％、Si：超过0且3.0质量％以下、Mn：超过0且2.0质量％以下、S：0.05质量％以下且包括未添加、Ni：1.0～5.0质量％、Cr：3.0～8.0质量％、Mo：超过0且2.0质量％以下、Cu：超过0且3.5质量％以下、Al：0.1～1.5质量％、和Co：1.0质量％以下且包括未添加，
O的量限制为0.001质量％以下、N的量限制为0.01质量％以下，
剩余部分由Fe和不可避的杂质组成。
13.一种模具用钢材，其通过权利要求8或9所述的模具用钢材的制造方法制造，
其含有C：0.005～0.1质量％、Si：超过0且3.0质量％以下、Mn：超过0且2.0质量％以下、S：0.05质量％以下且包括未添加、Ni：1.0～5.0质量％、Cr：3.0～8.0质量％、Mo：超过0且2.0质量％以下、Cu：超过0且3.5质量％以下、Al：0.1～1.5质量％、Co：1.0质量％以下且包括未添加、和Mg：超过0且0.02质量％以下，
O的量限制为0.001质量％以下、N的量限制为0.01质量％以下，
剩余部分由Fe和不可避的杂质组成。
14.一种模具用预硬原材料，其通过权利要求10或11所述的模具用预硬原材料的制造方法制造，
其含有C：0.005～0.1质量％、Si：超过0且3.0质量％以下、Mn：超过0且2.0质量％以下、S：0.05质量％以下且包括未添加、Ni：1.0～5.0质量％、Cr：3.0～8.0质量％、Mo：超过0且2.0质量％以下、Cu：超过0且3.5质量％以下、Al：0.1～1.5质量％、Co：1.0质量％以下且包括未添加、和Mg：0.02质量％以下且包括未添加，
O的量限制为0.001质量％以下、N的量限制为0.01质量％以下，
剩余部分由Fe和不可避的杂质组成。
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