CN105960475B - 热作工具材料以及热作工具的制造方法 - Google Patents

热作工具材料以及热作工具的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供热作工具材料以及热作工具的制造方法，所述热作工具材料具有对制作热作工具时的淬火回火组织的细化有效的退火组织。一种热作工具材料，该热作工具材料具有退火组织、被淬火回火来使用，其中，该热作工具材料具有通过上述淬火而能够被调整为马氏体组织的成分组成，该热作工具材料的退火组织的截面中的铁素体晶粒具有如下的粒径分布：在以铁素体晶粒的截面积为基准的筛上物累计分布中，累计截面积为总截面积的90％时的粒径以圆当量直径计为25μm以下。而且，涉及对上述热作工具材料进行淬火回火的热作工具的制造方法。

Description

热作工具材料以及热作工具的制造方法
技术领域
本发明涉及对压制模、锻模、压铸模、挤出工具等多种热作工具最合适的热作工具材料以及使用其的热作工具的制造方法。
背景技术
热作工具由于一边与高温的被加工材料、硬质的被加工材料接触一边使用，因此需要具备能够耐受冲击的韧性。而且，以往对于热作工具材料，使用例如为JIS钢种的SKD61系合金工具钢。另外，应最近的进一步的韧性提高的要求，提出了改良了SKD61系合金工具钢的成分组成的合金工具钢(专利文献1～3)。
热作工具材料通常以硬度低的退火状态供给至热作工具的制造商。然后，供给至制造商的热作工具材料被机械加工成热作工具的形状之后，通过淬火回火被调节至规定的使用硬度。另外，通常在被调节至该使用硬度之后，进行精机械加工。有时根据情况对退火状态的热作工具材料先进行淬火回火，然后结合上述精机械加工，从而机械加工成热作工具的形状。淬火是如下的操作：将退火状态的热作工具材料(或者，该热作工具材料被机械加工之后的热作工具材料)加热至奥氏体温度区域，对其进行骤冷，由此使组织发生马氏体相变。因此，热作工具材料的成分组成通过淬火而能够被调整为马氏体组织。
然而已知，热作工具的韧性可通过使马氏体相变后的热作工具的组织变得微细来提高。具体而言，是使热作工具的组织中被确认到的原奥氏体粒径变得微细。而且，作为使该原奥氏体粒径变得微细的方法，在淬火前的热作工具材料阶段，对其退火组织预先进行操作是有效的，例如，提出了如下的方法：将退火组织制成如下的“金相组织：其混杂有碳化物致密区域A和碳化物稀疏区域B，以10000倍观察时，所述碳化物致密区域A在100μm2中圆当量直径0.1～0.5μm的碳化物个数形成有300个以上，所述碳化物稀疏区域B在100μm2中圆当量直径0.1～0.5μm的碳化物个数比该区域A少100个以上”(专利文献4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平2-179848号公报
专利文献2：日本特开2000-328196号公报
专利文献3：国际公开第2008/032816号小册子
专利文献4：日本特开2007-056289号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献4是对热作工具的组织的细化有效的方法。若对专利文献4的热作工具材料进行淬火，则能够将热作工具的组织中的原奥氏体粒径晶粒细化为基于JIS-G-0551(ASTM-E112)的粒度号为No.9.0(平均粒径为18μm左右)(粒度号变得越大，粒径变得越小)。但是，为了实现该晶粒细化，需要将淬火前的金相组织调整为具有复杂的碳化物分布的退火组织。
本发明的目的在于，通过调整退火组织中的不同于碳化物分布的因素，提供具有对制成热作工具时的组织的细化有效的退火组织的热作工具材料以及热作工具的制造方法。
用于解决问题的方案
本发明为一种热作工具材料，该热作工具材料具有退火组织、被淬火回火来使用，其中，该热作工具材料具有能够通过上述淬火而被调整为马氏体组织的成分组成，该热作工具材料的退火组织的截面中的铁素体晶粒具有如下的粒径分布：在以铁素体晶粒的截面积为基准的筛上物累计分布中，累计截面积为总截面积的90％时的粒径以圆当量直径计为25μm以下。
而且，本发明涉及对上述本发明的热作工具材料进行淬火回火的热作工具的制造方法。优选为如下的热作工具的制造方法：对本发明的热作工具材料进行淬火回火，使热作工具的组织中的原奥氏体粒径为基于JIS-G-0551的粒度号为No.9.0以上。
发明的效果
根据本发明能够使热作工具的组织中可被确认的原奥氏体粒径变得微细。
附图说明
图1是本发明例的热作工具材料A的截面组织的光学显微镜照片(a)以及由电子背散射衍射(以下，记为EBSD)得到的晶界图(b)。
图2是比较例的热作工具材料B的截面组织的光学显微镜照片(a)以及由EBSD得到的晶界图(b)。
图3是表示分布于热作工具材料A、B的截面组织中的铁素体晶粒的粒径分布的图。
图4是本发明例的热作工具材料C的截面组织的光学显微镜照片(a)以及由EBSD得到的晶界图(b)。
图5是比较例的热作工具材料D的截面组织的光学显微镜照片(a)以及由EBSD得到的晶界图(b)。
图6是表示分布于热作工具材料C、D的截面组织中的铁素体晶粒的粒径分布的图。
具体实施方式
本发明人对存在于热作工具的淬火回火组织中的原奥氏体粒径产生影响的、热作工具材料的退火组织中的因素进行了调查。其结果，发现该因素中除了退火组织中的碳化物的分布状态以外，还有铁素体晶粒的分布状态。而且发现，通过使该铁素体晶粒成为规定的粒径分布，能够使热作工具的淬火回火组织中的原奥氏体粒径变得微细，从而实现了本发明。下面，对本发明的各构成特征进行说明。
(1)本发明的热作工具材料是具有退火组织、被淬火回火来使用的热作工具材料，其是具有能够通过上述淬火而被调整为马氏体组织的成分组成的热作工具材料。
退火组织是通过退火处理而得到的组织，优选如下的组织：硬度例如以布氏硬度计被软化为150～230HBW左右。而且，通常为：铁素体相组织；该铁素体相中混合有珠光体、渗碳体(Fe3C)的组织。而且，上述铁素体相构成退火组织中的“铁素体晶粒”。在热作工具材料的情况下，例如如SKD61系合金工具钢那样，还有在上述铁素体晶粒的晶粒内、晶界处存在Cr、Mo、W、V等的碳化物的组织。本发明中，优选为珠光体、渗碳体少的退火组织。珠光体、渗碳体会使热作工具材料的机械加工性大幅劣化。
因此，本发明的热作工具材料优选具有例如其截面组织中的80％面积以上可被确认为铁素体晶粒的退火组织。更优选为90％面积以上。此时，存在于铁素体晶粒的晶粒内、晶界处的上述Cr、Mo、W、V等的碳化物与珠光体、渗碳体等相比，对机械加工性的影响小，包含在铁素体晶粒的面积中。
对于具有退火组织的热作工具材料，通常将由钢锭或者对钢锭进行开坯加工得到的钢坯而成的原材料作为起始物料，对其进行各种热加工、热处理而制成规定的钢材，对该钢材实施退火处理，精加工成块状。而且，如上所述，以往将通过淬火回火而显现马氏体组织的原材料用于热作工具材料。马氏体组织对于奠定各种热作工具的绝对的韧性的基础而言是必要的组织。作为这样的热作工具材料的原材料，例如各种热作工具钢是代表性的。热作工具钢能够在其表面温度被升温至大致200℃以上的环境下使用。而且，例如可以代表性地将属于JIS-G-4404的“合金工具钢钢材”的标准钢种、其它已提出的钢种应用于热作工具钢的成分组成。另外，可以根据需要添加除上述热作工具钢中规定以外的元素种类。
而且，只要是退火组织经过淬火回火而显现马氏体组织的原材料，则通过使该退火组织满足后述(2)的必要条件，就能够实现本发明的热作工具组织的细化效果。因此，为了实现本发明的热作工具组织的细化效果，无需特别规定原材料的成分组成。
然而，对于奠定热作工具的绝对的机械特性的基础而言，例如，作为显现马氏体组织的成分组成，优选具有以质量％计包含C：0.30～0.50％、Cr：3.00～6.00％的热作工具钢的成分组成。另外，进而在提高热作工具的绝对的韧性方面，优选具有包含V：0.10～1.50％的热作工具钢的成分组成。而且，作为一个具体例子，优选具有如下的成分组成：C：0.30～0.50％、Si：2.00％以下、Mn：1.50％以下、P：0.0500％以下、S：0.0500％以下、Cr：3.00～6.00％、基于关系式(Mo+1/2W)的Mo和W中的1种或2种：0.50～3.50％、V：0.10～1.50％、余量为Fe和杂质。
·C：0.30～0.50质量％(以下，简称为“％”)
C是一部分固溶于基体中而赋予强度、一部分形成碳化物从而提高耐磨耗性、耐咬死(seizure)性的热作工具材料的基本元素。另外，将作为间隙原子而固溶的C和Cr等与C亲和性大的代位原子一起添加时，还可以期待I(间隙原子)-S(代位原子)效果(起到溶质原子的拖拽阻力的作用、使热作工具高强度化的作用)。但是，过度的添加导致韧性、高温强度的降低。因此，优选为0.30～0.50％。更优选为0.34％以上。另外，更优选为0.40％以下。
·Si：2.00％以下
Si是制钢时的脱氧剂，过多时，导致在淬火回火后的工具组织中生成铁素体。因此，优选使其为2.00％以下。更优选为1.00％以下。进一步优选为0.50％以下。另一方面，Si具有提高材料的切削性的效果。为了得到该效果，优选添加0.20％以上。更优选为0.30％以上。
·Mn：1.50％以下
Mn过多时，提高基体的粘度，从而降低材料的切削性。因此，优选使其为1.50％以下。更优选为1.00％以下。进一步优选为0.75％以下。另一方面，Mn具有提高淬透性、抑制工具组织中的铁素体的生成、得到适当的淬火回火硬度的效果。另外，通过以非金属夹杂物的MnS的形式存在，对于切削性的提高具有大的效果。为了得到这些效果，优选添加0.10％以上。更优选为0.25％以上。进一步优选为0.45％以上。
·P：0.0500％以下
P是通常即使不添加也会不可避免地包含于各种热作工具材料中的元素。而且是在回火等热处理时在原奥氏体晶界处偏析而使晶界脆化的元素。因此，为了提高热作工具的韧性，包括添加的情况在内，优选限制为0.0500％以下。
·S：0.0500％以下
S是通常即使不添加也会不可避免地包含于各种热作工具材料中的元素。而且是在热加工前的原材料阶段使热加工性劣化、使热加工中的原材料产生裂纹的元素。因此，为了提高上述热加工性，优选限制为0.0500％以下。另一方面，S具有与上述Mn键合而以非金属夹杂物MnS的形式存在从而提高切削性的效果。为了得到该效果，优选添加0.0300％以上。
·Cr：3.00～6.00％
Cr是提高淬透性而且形成碳化物，对于基体的强化、耐磨耗性、韧性的提高有效的热作工具材料的基本元素。但是，过度的添加导致淬透性、高温强度的降低。因此，优选使其为3.00～6.00％。而且，更优选为5.50％以下。进一步优选为5.00％以下。特别优选为4.50％以下。另外，更优选为3.50％以上。本发明中由于得到了热作工具组织的细化带来了韧性提高的效果，因此可降低该效果部分的Cr。此时，例如通过使Cr成为5.00％以下、进而成为4.50％以下，能够实现热作工具的高温强度的进一步提高。
·基于关系式(Mo+1/2W)的Mo和W中的1种或2种：0.50～3.50％
对于Mo和W，为了通过回火而使微细碳化物析出或者凝聚从而赋予强度、提高软化阻力，可以以单独或组合的方式添加。对于此时的添加量，由于W的原子量是Mo的约2倍，因此能够用由关系式(Mo+1/2W)定义的Mo当量一起规定(当然，可以仅添加任一者，也可以同时添加两者)。而且，为了得到上述效果，优选以基于关系式(Mo+1/2W)的值计添加0.50％以上。更优选为1.50％以上。进一步优选为2.00％以上。但是，过多时，导致切削性、韧性的降低，因此优选以基于关系式(Mo+1/2W)的值计添加3.50％以下。更优选为3.00％以下。进一步优选为2.50％以下。
·V：0.10～1.50％
V具有形成碳化物从而强化基体、提高耐磨耗性、回火软化阻力的效果。而且，分布于退火组织中的V的碳化物起到抑制淬火加热时的奥氏体晶粒的粗大化的“钉扎颗粒(pinning particles)”的作用，有助于韧性的提高。为了得到这些效果，优选添加0.10％以上。而且，本发明中，从进一步推进热作工具组织的细化方面出发，优选添加V。更优选为0.30％以上。进一步优选为0.50％以上。但是，过多时，导致切削性的降低、碳化物自身的增加造成的韧性的降低，因此优选使其为1.50％以下。更优选为1.00％以下。进一步优选为不足0.80％。
而且，除了上述元素种类以外，也可以含有下述元素种类。
·Ni：0～1.00％
Ni是提高基体的粘度从而使切削性降低的元素。因此，优选使Ni的含量为1.00％以下。更优选为不足0.50％，进一步优选为不足0.30％。另一方面，Ni是抑制工具组织中的铁素体生成的元素。另外，其是对于以下而言有效的元素：与C、Cr、Mn、Mo、W等一起赋予工具材料优异的淬透性，即使在淬火时的冷却速度缓慢的情况下，也形成马氏体主体的组织，从而防止韧性的降低。而且，还改善基体的本征韧性，因此本发明中也可以根据需要来添加。添加时，优选添加0.10％以上。
·Co：0～1.00％
Co由于降低韧性，因此优选使其为1.00％以下。另一方面，Co在热作工具的使用中，在其升温时的表面形成极其致密且密合性良好的保护氧化覆膜。该氧化覆膜防止与对象材料之间的金属接触，抑制工具表面的温度上升，并且带来优异的耐磨耗性。因此，Co也可以根据需要来添加。添加时，优选添加0.30％以上。
·Nb：0～0.30％
Nb由于导致切削性的降低，因此优选使其为0.30％以下。另一方面，Nb具有形成碳化物、强化基体、提高耐磨耗性的效果。另外，具有提高回火软化阻力，并且与V同样地抑制晶粒的粗大化、有助于韧性的提高的效果。因此，Nb也可以根据需要添加。添加时优选添加0.01％以上。
Cu、Al、Ca、Mg、O(氧)、N(氮)是有可能以不可避的杂质的形式残留于钢中的元素。本发明中，优选使这些元素尽可能地低。然而另一方面，为了得到夹杂物的形态控制、其它的机械特性、以及提高制造效率等附加的作用效果，也可以含有少量。此时，若为Cu≤0.25％、Al≤0.040％、Ca≤0.0100％、Mg≤0.0100％、O≤0.0100％、N≤0.0300％的范围，则能够充分允许，为本发明的优选的限制上限。Al更优选为0.025％以下。
(2)本发明的热作工具材料的退火组织的截面中的铁素体晶粒具有如下的粒径分布：在以铁素体晶粒的截面积为基准的筛上物累计分布中，累计截面积为总截面积的90％时的粒径以圆当量直径计为25μm以下。
本发明人在具有退火组织的热作工具材料被加热至淬火温度(奥氏体温度区域)并被骤冷这样的一系列的淬火工序中确认了由退火组织生成马氏体组织为止的举动。首先，在热作工具材料向淬火温度被加热的过程中，从温度达到A1点时起，在退火组织中的铁素体晶粒的晶界处优先地开始析出“新的奥氏体晶粒”。接着，在热作工具材料达到淬火温度并保持规定时间的过程中，整个退火组织实质上被替换为新的奥氏体晶粒。而且，通过对保持为淬火温度之后的热作工具材料进行冷却，金相组织发生马氏体相变，从而成为上述新的奥氏体晶粒的晶界被确认为“原奥氏体晶界”的马氏体组织，淬火结束。在该原奥氏体晶界处形成的“原奥氏体粒径”的分布状况(粒径值)即便在接下来的回火之后的金相组织(即，完成的热作工具的组织)中实质上也能得到维持。
因此，为了使热作工具的组织变得微细、即为了减小组织中的原奥氏体粒径，只要在上述淬火工序中使在铁素体晶粒的晶界处析出的新的奥氏体晶粒维持为微细即可。而且，为此，在新的奥氏体晶粒析出之后，以不使其大幅生长的方式进行抑制即可。于是，本发明人经过深入研究，结果发现，在淬火加热前的阶段，若将热作工具材料的退火组织的铁素体晶粒调整为微细，则在上述淬火工序中能够抑制新的奥氏体晶粒的生长。即，该原理在于，通过使淬火加热前的退火组织中的铁素体晶粒变得微细，使铁素体晶粒的晶界密度变大。若使铁素体晶粒的晶界密度变大，则在淬火加热时，析出奥氏体晶粒的晶界(析出点)变得多且致密。而且，由此，多且致密地析出的奥氏体晶粒彼此的距离足够近，因此抑制彼此的生长。其结果，在将保持为淬火温度之后的热作工具材料冷却时，上述奥氏体晶粒在保持微细的状态下被冷却，因此在淬火后的组织中可被确认到的原奥氏体粒径细小、能够得到微细的组织。
然后，本发明人对热作工具材料的退火组织中的铁素体晶粒的细化进一步反复进行了研究。其结果发现，通过进行细化直至使该退火组织的截面中的铁素体晶粒的粒径成为如下的粒径分布，能够使上述析出点变得足够多且致密，所述粒径分布为：在以铁素体晶粒的截面积为基准的筛上物累计分布中，以累计截面积为总截面积的90％时的基于圆当量直径的粒径计为25μm以下。优选为20μm以下的粒径分布。而且，由此查明，将淬火后的组织中的原奥氏体粒径不仅能够晶粒细化为No.9.0的粒度号，而且还能够晶粒细化为No.10.0(以平均粒径计为13μm左右)这样的超过No.9.0的粒度号。而且确认了，该被细化的原奥氏体粒径在接下来的回火后实质上也能得到维持。
此处，对本发明在铁素体晶粒的粒径的评价中使用的上述“粒径分布”的测定方法进行说明。首先，需要对热作工具材料的截面组织进行显微镜观察，从而由位于该截面上的铁素体晶粒的聚集体识别每个铁素体晶粒。该识别方法中，例如能够利用EBSD(电子背散射衍射分析)。EBSD是指，进行结晶性试样的取向解析的方法。由此，截面组织中的每个晶粒可被识别为“具有同一取向的单元”，即，能够使晶粒的晶界变得突出。其结果，能够将铁素体晶粒的聚集体区分为一个个铁素体晶粒。图1的(b)是对于后述实施例中评价的热作工具材料A的截面组织，由其的EBSD得到的晶界图的一个例子。此时，图1的(b)是对EBSD的衍射图案进行解析从而示出取向差15°以上的大角度晶界的图。而且，图1的(b)中，被细线划分为多个的一个个区域为铁素体晶粒。
接着，对于由晶界图得到的上述铁素体晶粒，使用图像分析软件求出其各个铁素体晶粒的粒径(截面积)，将其值换算为圆当量直径。然后，使用由该换算得到的各个铁素体晶粒的圆当量直径，制作基于它们的存在比率的粒径分布。此时，存在比率的基准以晶粒的截面积为基准。而且，粒径分布采用以晶粒的粒径小的一侧为零的“筛上物”的累计分布。即，本发明在评价中使用的粒径分布由以晶粒的累计截面积(％)为纵轴、以晶粒的圆当量直径为横轴的“不断上升的累计分布图”表示。图3是基于该筛上物累计分布的粒径分布的一个例子。
然后，根据上述要点在掌握铁素体晶粒的粒径分布的基础上，通过该粒径分布确认累计截面积为总截面积的90％时(所谓的d90)的铁素体晶粒的圆当量直径。在图3的情况下，上述d90的值为19μm和31μm。而且，在本发明的情况下，若该d90的值为25μm以下，则淬火加热时的新的奥氏体晶粒的析出点足够多且致密。然后在淬火回火之后，根据前文所述的原理能够稳定地得到原奥氏体粒径例如为No.9.0以上的微细的组织。
需要说明的是，从得到本发明的热作工具组织的细化效果的角度考虑，上述d90的值越小越好，不必设定其下限。但是，作为在实际操作中可实现的值，其下限例如为10μm左右。
通常，对于具有退火组织的热作工具材料，将由钢锭或者对钢锭进行开坯加工得到的钢坯而成的原材料作为起始物料，对其进行各种热加工、热处理而制成规定的钢材，对该钢材进行退火处理并进行精加工。而且，根据原材料的大小例如应用提高上述热加工时的加工比(例如，5以上的加工比)以及缩短其热加工时的实际加工时间(例如，20分钟以内)、减少在热加工的中途进行的再加热的次数(例如，不进行再加热自身)等而能够实现本发明的热作工具材料的退火组织。而且，对热加工后的钢材进行的退火处理可设为使其处理温度为奥氏体相变点以上或者为奥氏体相变点附近的温度的通常的条件。
(3)本发明的热作工具的制造方法为对上述本发明的热作工具材料进行淬火和回火的制造方法。
通过对本发明的热作工具材料进行淬火，能够减小其马氏体相变后的淬火组织中的原奥氏体晶粒的粒径。而且，该原奥氏体晶粒的粒径即使在接下来的回火之后实质上也能得到维持。因此，通过对本发明的热作工具材料进行淬火回火，能够提高热作工具的韧性。关于韧性的提高的程度，例如在基于L方向、2mmU型切口的条件的夏比冲击试验中能够稳定地实现50(J/cm2)以上的夏比冲击值。
而且，关于原奥氏体晶粒的粒径，例如可以使其为基于JIS-G-0551的粒度号为No.9.0以上。优选为No.9.5以上。更优选为No.10.0以上。基于JIS-G-0551的粒度号可视为等价于基于国际标准ASTM-E112的粒度号。
在确认淬火回火后的组织中的原奥氏体晶粒时，可用回火前的“淬火时”的组织进行该确认。其理由在于，在淬火时的组织的情况下，不析出微细的回火碳化物，容易确认原奥氏体晶粒。而且，该淬火时的原奥氏体晶粒的粒径即便在回火之后也能得到维持。
本发明的热作工具材料通过淬火和回火而被制备成具有规定硬度的马氏体主体的组织(例如，包括一部分含贝氏体的组织)，被制造为热作工具的制品。然后，这期间，上述热作工具材料通过切削、穿孔等各种机械加工等而被制造成热作工具的形状。关于该机械加工的时机，优选在淬火回火前的、硬度低的热作工具材料的状态(即，退火状态)下进行。在此情况下，在淬火回火后也可以进行精机械加工。另外，也可以根据情况，在进行淬火回火后的预硬状态下，将上述机械加工与该精机械加工合并在一起进行。
淬火和回火的温度根据原材料的成分组成、目标硬度等而不同，淬火温度优选为大致1000～1100℃左右，回火温度优选为大致500～650℃左右。例如，在作为热作工具钢的代表钢种的SKD61的情况下，淬火温度为1000～1030℃左右，回火温度为550～650℃左右。优选使淬火回火硬度为50HRC以下。更优选为48HRC以下。另外，优选使其为40HRC以上。更优选为42HRC以上。
实施例1
准备具有表1的成分组成的原材料A、B(厚度50mm×宽度50mm×长度100mm)。需要说明的是，原材料A、B是属于JIS-G-4404的标准钢种的热作工具钢SKD61。接着，将这些原材料加热至作为热作工具钢的通常的热加工温度的1000℃，进行热加工。此时，对于原材料A，将热加工时的加工比(截面积比)设为7S的实心件锻造，对于原材料B，将同一加工比设为3S的实心件锻造。然后，对原材料A、B均不进行热加工中的再加热，以5分钟的实际加工时间结束热加工。然后，对结束该热加工的钢材进行860℃的退火，制作与原材料A、B的顺序对应的热作工具材料A、B(硬度为190HBW)。
表1
质量％
C Si Mn P S Cr M.o V Fe※
0.38 1.00 0.44 0.0070 0.0030 5.23 1.21 0.88 余量
※包含杂质(Cu≤0.25％、Al≤0.040％、Ca≤0.0100％、
Mg≤0.0100％、0≤0.0100％、N≤0.0300％)
观察退火处理后的热作工具材料A、B的截面组织。观察到的截面为热作工具材料的中心部，是与其热加工方向(即，材料的长度方向)平行的面。观察用光学显微镜(倍率200倍)进行，观察到的截面积为0.16mm2(400μm×400μm)。观察结果，热作工具材料A、B的截面组织几乎整体被铁素体相占据，铁素体晶粒占观察到的截面面积的99％以上。
接着，确认了热作工具材料A、B的截面组织中的铁素体晶粒的分布状况。首先，对于上述截面积为0.16mm2的截面组织，解析倍率为200倍的EBSD图案，得到由15°以上的取向差的大角度晶界划分的晶界图。关于该EBSD图案的解析，使用附属于扫描电子显微镜(CarlZeiss ULTRA55)上的EBSD装置(测定间隔为1.0μm)。将热作工具材料A的晶界图示于图1的(b)。将热作工具材料B的晶界图示于图2的(b)。图1、2中还示出了截面组织的光学显微镜照片(a)(倍率为200倍)。然后，根据前述要点，使用图像分析软件，求出由上述晶界图得到的每个铁素体晶粒的粒径(截面积)，换算为圆当量直径。然后，确认了基于该圆当量直径的铁素体晶粒的粒径分布。
将热作工具材料A、B的粒径分布示于图3。图3中，纵轴为铁素体晶粒的累计截面积(％)，横轴为铁素体晶粒的圆当量直径。而且，由图3的结果可知，关于累计截面积为总截面积的90％(d90)的圆当量直径，热作工具材料A为19μm，热作工具材料B为31μm。
然后，对观察截面组织之后的热作工具材料A、B进行始于1030℃的淬火和630℃的回火(目标硬度43HRC)，得到与热作工具材料A、B的顺序对应的、具有马氏体组织的热作工具A、B。然后，对于各个热作工具A、B，测定为其中心位置的、与上述热加工方向(即，材料的长度方向)平行的面的组织中的原奥氏体粒径，以基于JIS-G-0551(ASTM-E112)的粒度号进行评价。其结果，热作工具B的粒度号为No.8.0，与此相对，热作工具A为粒度号No.10.0的细粒。然后，对热作工具A、B实施夏比冲击试验(L方向，2mmU型切口)，结果热作工具B的冲击值为48J/cm2，与此相对，热作工具A的冲击值为53J/cm2，韧性提高。将以上结果总结示于表2。
表2
实施例2
准备具有表3的成分组成的热作工具钢的原材料C、D(厚度50mm×宽度50mm×长度100mm)。接着，将这些原材料加热至1000℃，进行热加工。此时，对原材料C不进行热加工中的再加热，对原材料D在中途进行1次再加热。然后，对于原材料C、D，均进行热加工时的加工比(截面积比)为7S的实心件锻造，均以5分钟的实际加工时间(不包括再加热时间)结束热加工。然后，对结束该热加工的钢材进行860℃的退火，制作与原材料C、D的顺序对应的、热作工具材料C、D(硬度为190HBW)。
表3
质量％
C Si Mn P S Cr Mo V Fe※
0.36 0.36 0.62 0.0060 0.0023 4.10 2.38 0.72 余量
※包含杂质(Cu≤0.25％、Al≤0.040％、Ca≤0.0100％、
Mg≤0.0100％、0≤0.0100％、N≤0.0300％)
然后，对热作工具材料C、D的截面组织以与实施例1相同的要点进行观察，得到由EBSD解析得到的晶界图。将热作工具材料C的晶界图示于图4的(b)。将热作工具材料D的晶界图示于图5的(b)。图4、5中还示出了截面组织的光学显微镜照片(a)(倍率为200倍)。热作工具材料C、D的截面组织整体几乎被铁素体相占据，铁素体晶粒占观察到的截面面积的99％以上。然后，将热作工具材料C、D的铁素体晶粒的粒径分布示于图6。由图6的结果可知，关于累计截面积为总截面积的90％(d90)的圆当量直径，热作工具材料C为22μm，热作工具材料D为44μm。
然后，对观察截面组织之后的热作工具材料C、D进行始于1030℃的淬火和650℃的回火(目标硬度43HRC)，得到与热作工具材料C、D的顺序对应的、具有马氏体组织的热作工具C、D。然后，对于各个热作工具C、D，测定为其中心位置的、与上述热加工方向(即，材料的长度方向)平行的面的组织中的原奥氏体粒径，以基于JIS-G-0551(ASTM-E112)的粒度号进行评价。其结果，热作工具D的粒度号为No.6.5，与此相对，热作工具C为粒度号No.10.0的细粒。然后，对热作工具C、D实施夏比冲击试验(L方向，2mmU型切口)，结果热作工具D的冲击值为47J/cm2，与此相对，热作工具C的冲击值为51J/cm2，韧性提高。将以上结果总结示于表4。
表4

Claims (5)

1.一种热作工具材料，该热作工具材料具有退火组织、被淬火回火来使用，其特征在于，
所述热作工具材料具有能够通过所述淬火而被调整为马氏体组织的成分组成，作为所述能够被调整为马氏体组织的成分组成，具有以质量％计包含C：0.30～0.50％、Cr：3.00～6.00％、V：0.10～1.50％的热作工具钢的成分组成，
所述退火组织的截面中的铁素体晶粒具有如下的粒径分布：在以该铁素体晶粒的截面积为基准的筛上物累计分布中，累计截面积为总截面积的90％时的粒径以圆当量直径计为25μm以下。
2.根据权利要求1所述的热作工具材料，其特征在于，作为所述能够被调整为马氏体组织的成分组成，具有以质量％计C：0.30～0.50％、Si：2.00％以下、Mn：1.50％以下、P：0.0500％以下、S：0.0500％以下、Cr：3.00～6.00％、基于关系式(Mo+1/2W)的Mo和W中的1种或2种：0.50～3.50％、V：0.10～1.50％、Ni：0～1.00％、Co：0～1.00％、Nb：0～0.30％、余量为Fe和杂质的成分组成。
3.一种热作工具的制造方法，其特征在于，对权利要求1或2中所述的热作工具材料进行淬火回火。
4.根据权利要求3所述的热作工具的制造方法，其特征在于，进行所述淬火回火，使热作工具的组织中的原奥氏体粒径基于JIS-G-0551的粒度号为No.9.0以上。
5.根据权利要求3所述的热作工具的制造方法，其特征在于，所述热作工具为压制模、锻模、压铸模或挤出工具。
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