CN1173067C - 热工具钢 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热工具钢，它含有C：0.10～0.70%、Si：0.10～0.80%、Mn：0.30～1.00%、P：0.007～0.020%、Cr：3.00～7.00%、W和Mo单独或复合(1/2W+Mo)：0.20～12.00%、V：0.10～3.00%、Ni：0.05～0.80%、Co：6.50%以下、S：0.150%以下，余量基本上由Fe和不可避免的杂质构成。另外，非金属夹杂物的纯净度是0.020%以下，退火时，粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的面积率是0.004%以下。通过上述技术措施，改善了热工具钢的耐热裂性和耐熔损性，同时显著提高切削性。

Description

热工具钢
技术领域
本发明涉及用于热锻造模具、挤出模具和压铸模具等的热工具钢，特别涉及控制碳化物和非金属夹杂物，提高切削性、耐热裂性和耐熔损性的热工具钢。
背景技术
以往，曾经公开过通过提高非金属夹杂物的纯净度改善热工具钢的韧性的技术(日本第2809622号专利、第61331/1999号发明专利申请公开公报)。另外，还有人提出了通过增加夹杂物的个数、使夹杂物的形状成为球状来改善切削性的技术(电气制钢64卷3号第191～201页的图2和图4、日本第61331/1999号、第60585/1998号发明专利申请公开公报)。但是，上述的现有技术是根据JISGO555或ASTM E45-76等标准来评价夹杂物，因而呈规定了夹杂物的种类和数量，还不能定量评价夹杂物的大小。
还有人曾提出了通过调整组成来改善切削性的技术(日本第60585/1998号、第217147/1997号、第358040/1992号和第269603/1999号发明专利申请公开公报)。此外，有人还提出了通过改善组织，提高切削性的技术方案(热处理39卷5号第225～226页、日本第2809622号发明专利)。
但是，这些公知技术没有考虑碳化物和非金属夹杂物的大小，因而它们都是牺牲了其它性能而只改善了切削性。
发明内容
本发明的目的是，通过适当限定碳化物和非金属夹杂物的大小，提供在改善耐热裂性和耐熔损性的同时显著提高切削性的热工具钢。
本发明的热工具钢，其特征在于，含有C：0.10～0.70质量％、Si：0.10～0.80质量％、Mn：0.30～1.00质量％、P：0.007～0.020质量％、Cr：3.00～7.00质量％、W和Mo单独或复合(1/2W+Mo)：0.20～12.00质量％、V：0.10～3.00质量％、Ni：0.05～0.80质量％、S：0.150质量％以下，余量基本上由Fe和不可避免的杂质构成，非金属夹杂物的纯净度(JISG055)是，dA60×400在0.020％以下、dB60×400在0.020％以下、dC60×400在0.020％以下、d(A+B+C)在0.045％以下，同时，在退火时，粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的面积率是0.004％以下。此外，还可以含有Co：6.50质量％以下。
在该热工具钢中，优选的是，退火时粒径1.0μm以下的碳化物和非金属夹杂物的面积率是10.5％以上。
另外，在该热工具钢中，优选的是，淬火回火时，粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的面积率是0.004％以下。
此外，在该热工具钢中，优选的是，淬火回火时，粒径1.0μm以下的碳化物和非金属夹杂物的面积率是0.038％以上。
本发明的热工具钢通过以下所述构成，可以进一步发挥本发明的效果，即，C：0.35～0.40质量％、Si：0.55～0.65质量％、Mn：0.35～0.45质量％、P：0.007～0.010质量％、Cr：4.60～5.00质量％、W和Mo单独或复合(1/2W+Mo)：1.60～1.80质量％、V：0.40～0.60质量％、Ni：0.08～0.15质量％、S：0.005质量％以下，余量基本上由Fe和不可避免的杂质构成，非金属夹杂物的纯净度(JISG055)是，以dA60×400计在0.0％以下、以dB60×400计为0.0％以下、以dC60×400计在0.0％以下、以d(A+B+C)计在0.0％以下，同时，在退火时，粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的面积率是0.004％以下。
本发明通过适当限定碳化物和非金属夹杂物的大小，改善了耐热裂性和耐熔损性，提高了切削性。但是，由于钢材组成的原因，切削性明显恶化，为了改善耐热裂性和耐熔损性以及切削性这两方面的性能，本发明在减轻夹杂物的钢中，对于同时改善切削性以及耐热裂性和耐熔损性的碳化物和夹杂物的大小进行了限定。即，不改变热工具钢的主要成份，通过限定杂质的纯净度，控制夹杂物的形态，通过前热处理控制碳化物的形状和数量，从而可以同时提高切削性及耐热裂性和耐熔损性。
具体实施方式
下面进一步详细地说明本发明。当减少夹杂物时，耐热裂性可得到改善。但是，取决于钢材的成份，改善的效果并不一样，而且切削性显著恶化。因此，耐热裂性和切削性两者难以兼顾。本发明人发现，如果控制碳化物和非金属夹杂物的粒径，就可以兼顾耐热裂性和切削性。
作为延长工具寿命的方法，以往人们都知道，夹杂物数量越多，切削性越好。但本发明人发现，在硬度超过45HRC的调质钢中，不管夹杂物量如何，有的场合切削性好，有的场合切削性差。因此，本发明人认为，在纯净度良好的状态下，通过适当控制碳化物和非金属夹杂物的粒径和量，可以在不损害其它性能的情况下改善切削性。
碳化物和非金属夹杂物粒径较大的钢，切削性恶化，1.0μm以下的微小碳化物和非金属夹杂物越多，改善效果越大。
另外，与纸共熔晶碳化物相比，析出到基体中的碳化物的改善效果较大。作为非金属夹杂物，与Al2O3相比，B系氮化物和B系氧化物、MnS、AlN等微小且长宽比在1.3以下的粒子具有延长切削刀具寿命的效果、改善切削刀具寿命波动的效果以及改善耐熔损性和耐热裂性的效果。而且，粗大的非金属夹杂物和碳化物使得耐熔损性和耐热裂性显著恶化。
为了得到改善切削性、减轻其波动以及耐熔损性、耐热裂性和耐疲劳性都得到满足的热工具钢，重要的是，使碳化物和非金属夹杂物的尺寸变得微小，碳化物和非金属夹杂物的分布十分均匀，除了公知的文献中所记载的夹杂物的量以外，通过控制夹杂物的大小，可以减轻切削性的波动，改善耐熔损性和耐热裂性。
对于耐熔损性和耐热裂性来说，存在对初期热裂不产生影响的碳化物和非金属夹杂物的粒径范围，对耐熔损性和耐热裂性产生影响的是粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物。因此，在本发明中，减少粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的量，增加改善切削性效果较大的粒径1.0μm以下的碳化物和非金属夹杂物。
碳化物和非金属夹杂物的形态和量的控制，可以通过在退火处理之前在1050～1190℃下加热1分钟～20小时进行固溶处理，然后控制炉冷、空冷、油冷等冷却条件来实现。
下面说明本发明的热工具钢的组成限定依据和夹杂物的限定依据。
热工具钢的组成：
C：0.10～0.70质量％、优选的是0.35～0.40质量％
C在淬火加热时固溶到基体中，提供所需要的淬火硬度，另外，在回火时与特殊碳化物形成元素形成特殊碳化物，通过这种特殊碳化物析出，赋给回火时的软化抗力和高温强度。此外，C形成残留碳化物，提供高温下的耐磨性，具有防止淬火加热时晶粒粗大化的作用。C过多时，碳化物量增加过度，不能保持热工具所需要的韧性，而且引起高温强度降低，因此将其限定在0.70质量％以下，其含量过低时，不能得到上述添加效果，因而将其限定为0.10质量％以上。优选的是，C含量为0.35～0.40质量％。
Si：0.10～0.80质量％、优选的是0.55～0.65质量％
Si不足0.10质量％时，不发生显微偏析，而切削性恶化；另外，Si超过0.80质量％时，带状偏析严重，切削刀具的刀刃卷刃，韧性降低，因而将Si含量限定为0.10～0.80质量％，优选的是0.55～0.65质量％。
Mn：0.30～1.00质量％、优选的是0.35～0.45质量％
Mn固溶在基体中，提高淬透性的效果很大。为了获得其添加效果，Mn的添加量必需在0.30质量％以上。Mn的添加量超过1.00质量％时，退火硬度过高，切削性降低，而且A1相变点过度降低。因此，Mn的添加量为0.30～1.00质量％，优选的是0.35～0.45质量％。
P：0.007～0.020质量％、优选的是0.007～0.010质量％
P在凝固时偏析于晶界，对于提高热加工后的带状部的偏析度是必不可少的。作为维持本发明特征的良好切削性能的基本元素，P含量必需在0.007质量％以上。但P添加过多时，韧性降低，为了抑制韧性的降低，P的上限值规定为0.020质量％，优选的是0.007～0.010质量％。
Cr：3.00～7.00质量％、优选的是4.60～5.00质量％
Cr是提供作为工具所必需的淬透性的最重要的元素。另外，Cr提高耐氧化性并使A1相变点上升，而且形成残留碳化物，抑制淬火加热时晶粒粗大化，还可以提高耐磨性，回火时析出特殊碳化物，改善升温时的软化抗力，具有提高高温强度的效果，其添加量应在3.00质量％以上。Cr过多时，过度形成Cr碳化物，反而引起高温强度降低，因而Cr量应在7.00质量％以下，优选的是4.60～5.00质量％。
W和Mo：0.20质量％≤(1/2W+Mo)≤12.00质量％、优选的是1.60质量％≤(1/2W+Mo)≤1.80质量％
W和Mo形成特殊碳化物，通过形成残留碳化物，可以防止淬火加热时组织粗大化，另外，回火时析出微小的特殊碳化物，提高回火软化抗力和高温强度，因而是最重要的添加元素。而且，W和Mo具有提高A1相变点的作用。W提高高温强度和耐磨性的作用特别大，而Mo在韧性方面比W更为有利。Mo和W过多时，形成粗大的碳化物，导致韧性过度降低，因而，W和Mo单独或复合添加时，(1/2W+Mo)应在0.20质量％以上、12.00质量％以下。
V：0.10～3.00质量％、优选的是0.40～0.60质量％
V是强碳化物形成元素，形成残留碳化物，使晶粒微小化的效果较大，而且可以提高高温下的耐磨性。此外，回火时在基体中析出微小的碳化物，通过与W和Mo共同添加，提高600～650℃以上高温区的强度的效果很大，而且具有提高A1相变点的作用。V添加过多时，形成粗大的碳化物，导致韧性降低，因而其上限值定为3.00％以下。为了获得V的添加效果，V的含量必需在0.10质量％以上。优选的含量范围是0.40～0.60质量％。
Ni：0.05～0.80质量％、优选的是0.08～0.15质量％
Ni固溶于基体中，提高韧性而且提高淬透性，因而应添加0.05质量％以上。Ni过多时，退火硬度过高，切削性降低，而且引起A1相变点过度降低，偏析显著恶化，因而将Ni的上限值定为0.80质量％。优选的含量范围是0.08～0.15质量％。
Co：6.50质量％以下
Co固溶于基体中，具有提高高温强度的作用，因而可以根据需要含有。另外，Co提高淬火加热时奥氏体中的碳化物的固溶极限，增加回火时的特殊碳化物的析出量，而且，提高升温时析出碳化物的凝集抗力，因此还具有改善高温强度性能的作用。此外，由于工具使用时的升温，Co在表面上形成致密的附着力良好的氧化膜，具有提高高温下的耐磨性和耐烧焊性的作用。Co过多时，韧性降低，因而在含有Co的场合，其含量应在6.50质量％以下。
S：0.150质量％以下、优选的是0.005质量％以下
S形成MnS等硫化物，在热加工方向上延伸分布，引起T方向的韧性降低。因此，为了维持T方向的韧性，S的上限值应在0.150质量％以下，优选的是0.005质量％以下。
As、Sn、Sb、Cu、B和Bi在凝固时富集于晶界处，提高热加工后的带状偏析度，致使T方向的韧性降低，另外，在热处理时偏析于奥氏体晶界处或者存在于基体中，使得韧性降低。而且，Pb在热加工方向上延伸分布，使得T方向的韧性降低。
由于上述原因，As、Sn、Sb、Cu、B、Pb和Bi的含量应限制在特别低的水平，本发明人经过研究发现，这些元素合计量在0.13％以下时，即使含有这些杂质元素，也可以达到本发明的目的。对于各个成份来说，希望其含量限度分别为：As0.005％以下、Sn0.003％以下、Sb0.0015％以下、Cu0.08％以下、B0.0005％以下、Pb0.0002％以下、Bi0.0001％以下。
其它的杂质元素还有Ti、Al和N等。其中，Nb和Ti是强碳化物形成元素，通过晶粒的微小化以及回火时析出凝集抗力大的微小碳化物，具有提高在65℃以上高温区域的软化抗力和高温强度的作用。但是，Nb和Ti过多时，形成粗大的难以固溶的碳化物，导致韧性降低，因而它们各自的含量必需在0.5％以下。
另外，N固溶于基体和碳化物中，用于使晶粒微小化，提高韧性。而且，N是奥氏体形成元素，即使在低C的情况下，也能防止淬火加热时残留铁素体，是具有良好韧性的合金组成成份。但是N在Cr等热工具钢的合金成份范围内具有含量极限，因而N必需在0.20质量％以下。
夹杂物
根据JISG0555规定的纯净度，A系夹杂物是粘性变形夹杂物，包括MnS和硅酸盐等。这些A系夹杂物使耐热裂性和耐熔损性显著恶化，因而，A系夹杂物必需在0.020％以下，最好是0％。B系夹杂物在加工方向上形成集团，以不连续的粒状夹杂物形态排列，包括氧化铝和碳氮化物等。此外，C系夹杂物不发生粘性变形，呈不规则的分散形态，包括粒状氧化物和碳氮化物。这些B系夹杂物和C系夹杂物使得切削性恶化，因而其含量必需分别在0.020％以下，最好是0％。而且，这些夹杂物之和d(A+B+C)必须在0.045％以下。
在本发明中，dA60×400＝0.020％以下、dB60×400＝0.020％以下、dC60×400＝0.020％以下、d(A+B+C)＝0.045％以下。
碳化物和非金属夹杂物
在非金属夹杂物较少的情况下，粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的面积率在退火状态下为0.004％以下时，可以改善退火状态下的切削性。此外，粒径1.0μm以下的碳化物和非金属夹杂物的面积率在退火状态下为10.5％以上时，可以进一步提高其切削性。
同样，在非金属夹杂物较少的情况下，粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的面积率在淬火回火状态下为0.004％以下时，可以同时提高耐熔损性、耐热裂性和切削性。此外，粒径1.0μm以下的碳化物和非金属夹杂物的面积率在淬火回火状态下为0.038％以上时，可以进一步提高其耐熔损性、耐热裂性和切削性。
这样，粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的面积率在0.004％以下时，可以减轻切削刀具寿命的波动。这样的大尺寸的碳化物和非金属夹杂物在与切削刀具冲撞时，使得刀具的刀刃发生缺损，因而使用寿命产生波动。
如上所述，对于切削性来说，非金属夹杂物的大小是个问题，但是，按照以往的JISG0555或ASTM E45-76评价夹杂物时，只评价其种类和个数，即使按这些标准评价的结果为良好时，也不能表明夹杂物是微小的。
粒径1.0μm以下的碳化物和非金属夹杂物在偏析带上存在越多，工具的寿命越长。碳化物和非金属夹杂物的面积率在退火状态下是10.5％以上、在淬火回火状态下是0.038％以上时，切削性良好。
粒径1.0μm以下的微小碳化物所产生的效果，不仅仅限于碳化物，非金属夹杂物也是同样。为了生成粒径1.0μm以下的微小夹杂物，优选的是，将Ti、Zr、Ca、Al、Si、B、O和N中的1种以上分别添加0.0010～0.0001质量％，通过Al2O3，生成B系氮化物或B系氧化物、MnS和AlN等微小的、长宽比为1.3以下的非金属夹杂物。
另外，按照JISG0555规定的纯净度将非金属夹杂物的纯净度限定为dA60×400＝0％、dB60×400＝0％、dC60×400＝0％，可以显著改善耐热裂性。
下面，通过与本发明范围以外的比较例进行比较，具体地说明本发明的实施例的效果。
用10kg真空熔化炉(VIF)熔炼下面表1和表2中所示组成的热工具钢，用锻造装置将所得到的铸锭锻造成40×80×250mm大小，然后在830℃下退火。碳化物和非金属夹杂物的形态和数量的控制，是通过在1015～1240℃加热1分钟至20小时、然后炉冷、空冷或油冷来实现的。
表1
  SKD61 C Si Mn P S Cr Mo V W Co Ni Ti Al B N   1/2W+Mo
以往例   ①   0.38   0.95   0.38  0.0020  0.018  4.95  1.32  0.53  0.004  0.001  0.13  0.003  0.007  0.003  0.004   1.32
  ②   0.38   0.95   0.40  0.0018  0.014  5.00  1.33  0.53  0.004  0.002  0.13  0.002  0.005  0.003  0.003   1.33
③ 0.39 0.98 0.40 0.0015 0.008 5.01 1.28 0.54 0.003 0.001 0.15 0.003 0.006 0.002 0.004 1.28
  ④   0.40   0.98   0.39  0.0012  0.009  4.98  1.30  0.55  0.002  0.001  0.14  0.003  0.006  0.003  0.004   1.30
  ⑤   0.39   0.97   0.38  0.0008  0.004  4.95  1.29  0.54  0.004  0.000  0.15  0.001  0.008  0.003  0.003   1.29
  ⑥   0.40   1.00   0.40  0.0005  0.001  5.04  1.27  0.55  0.002  0.000  0.15  0.001  0.007  0.003  0.002   1.27
比较例   1   0.20   0.80   0.30  0.0060  0.023  6.50  1.00  0.20  1.000  0.000  0.08  0.003  0.006  0.003  0.004   1.50
  2   0.64   0.70   0.35  0.0073  0.033  5.80  1.60  2.30  4.000  0.002  0.09  0.002  0.008  0.001  0.003   3.60
3 0.52 0.50 0.70 0.0070 0.066 4.50 1.00 0.10 1.000 0.000 0.05 0.003 0.007 0.003 0.004 1.50
  4   0.30   0.30   0.65  0.0100  0.001  4.80  2.00  2.30  2.000  0.500  0.10  0.003  0.005  0.001  0.004   3.00
  5   0.40   0.10   0.80  0.0110  0.150  3.40  4.00  3.00  4.000  6.500  0.80  0.003  0.006  0.001  0.003   6.00
  6   0.10   0.80   1.00  0.0110  0.150  7.00  1.00  3.00  1.200  6.500  0.30  0.001  0.006  0.003  0.004   1.60
表2
C Si Mn P S Cr Mo V W Co Ni Ti Al B N 1/2W+Mo
  实施例     7   0.18   0.67   0.80  0.0070  0.001  6.50  1.20  0.10  2.700  2.300  0.50  0.001  0.008  0.003  0.003     2.55
    8   0.20   0.60   0.30  0.0100  0.007  3.50  4.00  2.50  3.100  0.000  0.10  0.003  0.007  0.003  0.004     5.55
    9   0.30   0.65   0.95  0.0200  0.008  6.60  0.50  2.50  2.800  1.300  0.05  0.001  0.007  0.001  0.004     1.90
    10   0.45   0.50   0.30  0.0200  0.009  4.50  3.00  0.50  1.700  2.300  0.06  0.001  0.005  0.002  0.003     3.85
    11   0.52   0.48   0.34  0.0080  0.006  3.20  1.50  0.10  0.900  4.000  0.08  0.003  0.006  0.003  0.004     1.95
    12   0.61   0.40   0.70  0.0087  0.010  6.80  2.30  2.70  0.600  1.200  0.10  0.003  0.006  0.003  0.004     2.60
    13   0.65   0.30   0.32  0.0100  0.014  5.40  4.00  1.80  2.400  0.300  0.40  0.002  0.008  0.003  0.003     5.20
    14   0.70   0.10   0.30  0.0007  0.012  3.00  6.00  0.10  1.800  0.000  0.05  0.003  0.007  0.003  0.004     6.90
    15   0.35   0.55   0.35  0.0011  0.001  4.60  1.60  0.40  0.000  0.000  0.08  0.003  0.008  0.003  0.003     1.60
16 0.37 0.60 0.40 0.0080 0.003 4.80 1.70 0.50 0.000 0.000 0.13 0.001 0.010 0.001 0.004 1.70
    17   0.40   0.65   0.45  0.0070  0.005  5.00  1.80  0.60  0.000  0.000  0.15  0.002  0.015  0.001  0.004     1.80
另外，所有的熔炼材料的非金属夹杂物的纯净度都在JISdA0.005％以下、d(B+C)0.020％以下，碳化物和非金属夹杂物的长宽比是1.3～1.0。
材料的评价是，在980～1080℃加热30分钟使之固溶，然后淬火，在500～670℃加热2小时回火，该回火工序重复2次。这样，将硬度调整为43±1HRC，以SKD61材料的性能为50而指数化，比较其性能。
1.0μm以下的碳化物和非金属夹杂物的测定按下面所述进行，即，对于退火材料，将抛光后的试样放入苦味酸+3％硝酸溶液中浸渍，露出金相组织，对于淬火回火材料，将抛光后的试样用草酸腐蚀，露出金相组织。用SEM(扫描电子显微镜)将该金相组织放大4000倍照相，通过图像分析测定面积率和平均粒径。另外，分散度是根据碳化物和非金属夹杂物的密集程度比非偏析部的面积率大30％以上的场所的距离来评价。
粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的测定，是用草酸腐蚀，然后用1000倍的照相进行1mm2视野内的图像分析来进行。
碳化物和非金属夹杂物的测定结果示于下面的表3和表4以及表5和表6中。
表3
  SKD61                  退火材料                 淬火回火材料
  超过1.0μm   1.0μm以下   合计   超过1.0μm    1.0μm以下   合计
  以往例   ①     0.037     10.5   10.537     0.100     0.018   0.057
  ②     0.032     11.0   11.032     0.037     0.020   0.047
③ 0.028 11.7 11.728 0.032 0.015 0.038
  ④     0.026     15.0   15.026     0.028     0.010   0.040
  ⑤     0.003     32.0   32.003     0.002     0.038   0.413
  ⑥     0.001     14.0   14.001     0.003     0.410   0.118
比较例   1     0.005     17.0   17.005     0.006     0.222   0.057
  2     0.012     21.0   21.012     0.008     0.800   0.808
  3     0.009     27.4   27.409     0.004     1.200   1.204
  4     0.006     23.0   23.006     0.003     0.400   0.403
  5     0.007     22.0   22.007     0.001     0.100   0.101
  6     0.003     10.2   10.203     0.01     0.035   0.036
表4
                 退火材料               淬火回火材料
  超过1.0μm   1.0μm以下   合计   超过1.0μm   1.0μm以下   合计
实施例   7     0.004     9.5   9.504     0.002     0.032   0.032
  8     0.002     8.4   8.402     0.002     0.028   0.030
  9     0.002     10.4   10.402     0.001     0.012   0.013
  10     0.003     8.7   8.703     0.001     0.008   0.009
11 0.001 12.0 12.001 0.003 0.007 0.010
  12     0.004     13.2   13.204     0.004     0.042   0.046
  13     0.001     15.2   15.201     0.002     0.046   0.048
  14     0.001     13.5   13.501     0.003     0.042   0.045
  15     0.000     10.5   10.500     0.000     0.042   0.042
  16     0.000     12.3   12.300     0.000     0.054   0.054
  17     0.000     10.5   10.500     0.000     0.048   0.048
表5
SKD61                     非金属夹杂物
    dA     dB     dC     合计
  以往例 ①     0.030     0.015     0.012     0.057
②     0.028     0.012     0.007     0.047
③ 0.018 0.022 0.008 0.048
④     0.022     0.027     0.021     0.070
⑤     0.018     0.008     0.008     0.034
⑥     0.015     0.004     0.003     0.022
比较例 1     0.043     0.023     0.310     0.376
2     0.018     0.023     0.024     0.065
3     0.018     0.016     0.007     0.041
4     0.017     0.010     0.009     0.036
5     0.012     0.012     0.010     0.034
6     0.007     0.009     0.002     0.018
表6
                     非金属夹杂物
    dA     dB     dC     合计
实施例     7     0.005     0.012     0.004     0.021
    8     0.020     0.007     0.009     0.036
    9     0.012     0.007     0.012     0.031
    10     0.018     0.009     0.018     0.045
11 0.007 0.002 0.007 0.016
    12     0.009     0.004     0.009     0.022
    13     0.002     0.020     0.012     0.034
    14     0.004     0.004     0.020     0.028
    15     0.000     0.000     0.000     0.000
    16     0.000     0.000     0.000     0.000
    17     0.000     0.000     0.000     0.000
退火材料的切削性评价，是使用直径10mm的高速钢制的立铣刀按照转速520rpm、进给速度74mm/分钟、切削加工时的进刀量为10×1mm的条件切削来进行的，求出到发生折损时的寿命，将以往例的SKD①的寿命作为100，用指数表示。所述的10×1mm表示，试验材料和立铣刀在立铣刀的长度方向上接触10mm，在立铣刀的轴向上接触1mm，在试验材料的断面上进刀10×1mm的区域进行切削加工，因此，在试验材料的侧面上形成宽1mm、深10mm的凹部。
另外，淬火回火材料的切削性评价是，将钢材调质处理成48HRC，使用在直径10mm的粉末刀头高速钢上涂覆TiAlN的两刃瓣的立铣刀(MMCコベルコ公司制造VA-2SS直径6mm)，按照转速1062rpm、进给速度212mm/分钟、切削加工时的进刀量为9×0.6mm的条件切削上述钢材，求出该立铣刀开始熔损时的寿命。将以往例的SKD61①的寿命作为100，用指数表示。
热裂试验是，通过高频感应加热方式加热直径30mm、长度50mm的试验材料，在表面温度达到650℃时浇水，冷却至50℃，如此反复进行1000次，测定裂纹的平均长度(μm)。然后，将以往例的SKD61①的寿命作为100，用指数表示。
熔损性的评价使用在压铸中通常使用的铝合金(JIS ADC12)。该JIS ADC12是汽车(变速箱类)和家电产品的压铸制品使用的铝合金，其组成为Al-0.43％Zn-0.20％Mn-10.85％Si-2.00％Cu-1.01％Fe-0.24％Mg。将该铝合金放入容器内加热至650℃使之熔化，把直径5mm、长度30mm的实施例和比较例的试片放入该熔液内以500rpm的转速旋转，搅拌ADC12熔液，保持该状态20分钟，然后取出上述试片，用氢氧化钠除去附着在试片上的铝合金，根据试片使用前和使用后的重量差测定试片的损耗量(g)。将以往例的SKD61①的寿命作为100，用指数表示。
这些切削性、耐熔损性和耐热裂性的评价结果示于下面的表7和表8中。
表7
  SKD61             切削性 耐熔损性 耐热裂性
退火材料(10HRC) 淬火材料(48HRC)
  以往例   ①     100     100     100     100
  ②     102     104     100     102
③ 105 103 102 104
  ④     103     107     101     106
  ⑤     123     102     98     98
  ⑥     120     104     104     99
比较例   1     100     100     100     95
  2     97     98     102     101
  3     102     99     98     104
  4     103     102     99     99
  5     100     98     97     101
  6     180     186     217     180
表8
             切削性 耐熔损性 耐热裂性
退火材料(10HRC) 淬火材料(48HRC)
  实施例   7     180     190     210     184
  8     182     184     207     191
  9     180     180     214     197
  10     183     181     218     194
  11     218     180     213     184
  12     223     228     222     243
  13     220     232     223     254
  14     216     251     200     280
  15     304     332     220     333
  16     332     301     260     345
  17     340     351     320     380
以往例的SKD①～⑥，虽然改善了熔炼时作为原料配合的废钢配合率，提高了纯净度，但耐热裂性、耐熔损性和切削性没有得到改善。另外，比较例1～6虽然成份组成落入本发明的权利要求所规定的范围内，但退火材料的粒径超过1.0μm的碳化物和夹杂物如果没有达到0.004％以下，则无法改善耐热裂性、耐熔损性和切削性。
与此相对，如实施例7～17所示，在满足本发明的权利要求1时，其退火材料和淬火回火材料的切削性、耐熔损性和耐热裂性与保有夹杂物的SKD61①相比提高1.8倍以上。
另外，如实施例11～17所示，若满足本发明的权利要求2，则其退火材料的切削性、耐熔损性和耐热裂性与保有夹杂物的SKD61①相比提高2.0倍以上。但是，无法得到淬火回火材料的切削性和耐热裂性的改善效果。
此外，当满足本发明的权利要求3和4时，如实施例12～17所示，其退火材料和淬火回火材料的切削性、耐熔损性和耐热裂性与保有夹杂物的SKD61①相比提高2.0倍以上。
当夹杂物为0％时，如实施例15～17所示，其退火材料和淬火回火材料的切削性、耐熔损性和耐热裂性与保有夹杂物的SKD61①相比提高3.2倍以上。
如上所述，采用本发明可以显著提高热工具钢的切削性、耐熔损性和耐热裂性。

Claims (6)

1.热工具钢，其特征在于，含有C：0.10～0.70质量％、Si：0.10～0.80质量％、Mn：0.30～1.00质量％、P：0.007～0.020质量％、Cr：3.00～7.00质量％、W和Mo单独或复合(1/2W+Mo)：0.20～12.00质量％、V：0.10～3.00质量％、Ni：0.05～0.80质量％、S：0.150质量％以下，余量基本上由Fe和不可避免的杂质构成，非金属夹杂物的纯净度(JISG0555)是，dA60×400在0.020％以下、dB60×400在0.020％以下、dC60×400在0.020％以下、d(A+B+C)在0.045％以下，同时，在退火时，粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的面积率是0.004％以下。
2.权利要求1所述的热工具钢，其特征在于，还含有Co：6.50质量％以下。
3.权利要求1或2所述的热工具钢，其特征在于，退火时粒径1.0μm以下的碳化物和非金属夹杂物的面积率是10.5％以上。
4.权利要求1或2所述的热工具钢，其特征在于，淬火回火时，粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的面积率是0.004％以下。
5.权利要求1或2所述的热工具钢，其特征在于，淬火回火时，粒径1.0μm以下的碳化物和非金属夹杂物的面积率是0.038％以上。
6.权利要求1所述的热工具钢，其特征在于，含有C：0.35～0.40质量％、Si：0.55～0.65质量％、Mn：0.35～0.45质量％、P：0.007～0.010质量％、Cr：4.60～5.00质量％、W和Mo单独或复合(1/2W+Mo)：1.60～1.80质量％、V：0.40～0.60质量％、Ni：0.08～0.15质量％、S：0.005质量％以下，余量基本上由Fe和不可避免的杂质构成，非金属夹杂物的纯净度(JISG0555)是，dA60×400为0.0％、dB60×400为0.0％、dC60×400为0.0％、d(A+B+C)为0.0％。
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