JP2001294974A

JP2001294974A - 被削性に優れ熱処理変寸が小さい工具鋼およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001294974A
Application number: JP2000110731A
Authority: JP
Inventors: Yukio Abe; 行雄阿部; Kunichika Kubota; 邦親久保田; Isao Tamura; 庸田村; Yoshihiro Kada; 善裕加田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2001-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】被削性に優れ熱処理変寸が小さい工具鋼を提
供する。【解決手段】質量%で、C:0.55〜0.75%、Si:0.1〜0.6
%、Mn:0.1〜1.2%、Cr:6.8〜8.0%、MoまたはWの1種また
は2種を(Mo+1/2W):1.0%未満、V:1.0%以下、S:0.2%以下
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、断
面組織中に占める面積20μm²以上の炭化物の面積率が3%
以下の工具鋼であって、断面組織、具体的には焼入れ後
の断面組織における円相当径0.3μm以上の炭化物の数が
1mm²あたり40000個以上かつ、その16000μm²の断面組織
範囲×10ヶ所での標準偏差/平均が0.3以下の工具鋼であ
る。Ca:100ppm以下、Ni:1.0%以下を含有してもよい。そ
して、上記組成を有する鋳塊または熱間加工後の鋼片に
対し、1100〜1280℃の範囲でソーキングを行う工具鋼の
製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車、家庭電化製
品、農機具等に使用される鋼板の打抜き、曲げ、絞り、
あるいはトリミング用の金型等に使用される工具鋼に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車や家庭電化製品といった部品の製
造には打抜き等の加工が用いられる。加工に使用される
工具材、特に冷間加工用金型材には、耐摩耗性付与のた
め炭化物を多量に含み、さらに焼入れ性に優れかつ靭性
を確保するためにＣｒ含有量が多い材料が求められてお
り、例えばＪＩＳＧ４４０４規定の合金工具鋼鋼材であ
るＳＫＤ１１等の高Ｃ−高Ｃｒ系鋼が使用されている。
また、耐摩耗性を特に必要としない場合はＳＫＳ３とい
った低合金鋼も油焼入れ後３００℃以下での焼戻しで調
質し使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年自動車
メーカー等では、価格競争に打ち勝つためにこれまであ
らゆる分野でコスト低減を実施し、金型関連では金型製
作工数の削減も必要となった。一方、全体的な社会の流
れとして多品種少量生産への移行があり、その点からも
金型にも如何にその早く作れるかが重要視されてきてい
る。そこで、金型材といった工具鋼には切削加工工数短
縮のために被削性の向上が、また焼入れ焼戻し後の仕上
加工代および工数短縮のために熱処理前後での形状変
化、つまり熱処理変寸の低減が求められている。

【０００４】この場合、ＳＫＤ１１では、熱処理変寸が
小さく、使用時の耐摩耗性が良好な反面、鋼材からの加
工による形状出しでは切削加工時間を短縮するという要
求に満足できなくなってきた。

【０００５】低合金鋼のＳＫＳ３では、ＳＫＤ１１に比
べ被削性が良好であるが、油焼入れを必要とし近年重要
視されてきている環境面で好ましくない。加えて、工具
鋼が工業上必要とされる５７ＨＲＣ以上の硬さを得るに
は約３００℃以下の低温での焼戻しが必要となり、耐摩
耗性付与のため行われる表面処理や、形状出しに用いら
れる放電加工ができないといった問題点がある。

【０００６】その他として、特に鋼板の打抜き、曲げ、
絞りあるいはトリミング等に使用される金型では、三次
元的に変化している製品の形状を成形する金型にて割れ
が頻発するようになり、その使用される工具鋼には溶接
補修等に対応できる要求も高まってきた。

【０００７】以上、従来より金型等に適用されてきた工
具鋼には、最近において求められる機械的特性について
各々一長一短がある。そこで本発明は、靭性や耐摩耗性
といった機械的性質を低下させず、被削性に優れ熱処理
変寸が小さい工具鋼、さらには溶接性、熱処理・表面処
理特性にも優れた工具鋼を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、靭性や耐
摩耗性といった基本的な特性の維持を鑑みた上で、熱処
理変寸の低減や溶接性及び被削性の改善に要求される基
本条件を見直した。本発明者らは、工具鋼の基本成分で
あるＣ含有量を減少しても良好な機械的性質、特に硬さ
及び靭性を得るに充分な成分及び組成を見いだし、組成
や炭化物量の適正化によって被削性の向上や熱処理変寸
の低減を図った。そして、引き続き検討を行った結果、
焼入れ後の炭化物分布の適正化により熱処理変寸が小さ
くなることを見いだした。

【０００９】すなわち、本発明の第１として、質量％
で、Ｃ：０．５５〜０．７５％、Ｓｉ：０．１〜０．６
％、Ｍｎ：０．１〜１．２％、Ｃｒ：６．８〜８．０
％、ＭｏまたはＷの１種または２種を（Ｍｏ＋１／２
Ｗ）：１．０％未満、Ｖ：１．０％以下、Ｓ：０．２％
以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からな
り、断面組織中に占める面積２０μｍ^２以上の炭化物の
面積率が３％以下の工具鋼であって、断面組織、具体的
には本発明の第２として、焼入れ後の断面組織における
円相当径０．３μｍ以上の炭化物の数が１ｍｍ^２あたり
４００００個以上かつ、その１６０００μｍ^２の断面組
織範囲×１０ヶ所での標準偏差／平均が０．３以下の工
具鋼である。

【００１０】さらに、本発明の第３として、第１または
第２の発明に対し質量比でＣａ：１００ｐｐｍ以下を含
有する工具鋼である。さらに、本発明の第４として、第
１ないし第３のいずれかの発明に対し５００℃以上の焼
戻しにより発生する熱処理変寸が、焼入れ前基準・線膨
張換算で０．１５％以下の工具鋼である。さらに、本発
明の第５として、第１ないし第４のいずれかの発明に対
し５００℃以上の焼戻しによりその最高硬さが５７ＨＲ
Ｃ以上の工具鋼である。さらに、本発明の第６として、
第１ないし第５のいずれかの発明に対し質量％でＮｉ：
１．０％以下を含有する工具鋼である。

【００１１】また、被削性に優れ熱処理変寸が小さい工
具鋼を製造するにあたり、適正な炭化物量、形態、分布
とするための製造方法を検討した結果、ソーキングが効
果を有することも見いだした。

【００１２】すなわち、本発明の第７として、質量％
で、Ｃ：０．５５〜０．７５％、Ｓｉ：０．１〜０．６
％、Ｍｎ：０．１〜１．２％、Ｃｒ：６．８〜８．０
％、ＭｏまたはＷの１種または２種を（Ｍｏ＋１／２
Ｗ）：１．０％未満、Ｖ：１．０％以下、Ｓ：０．２％
以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からな
る鋳塊または熱間加工後の鋼片に対し、１１００〜１２
８０℃の範囲でソーキングを行うことを特徴とする被削
性に優れ熱処理変寸が小さい工具鋼の製造方法である。

【００１３】さらに、本発明の第８として、第７の発明
に対し鋳塊または熱間加工後の鋼片が、質量比でＣａ：
１００ｐｐｍ以下を含有する工具鋼の製造方法である。
さらに、本発明の第９として、第７または第８の発明に
対し鋳塊または熱間加工後の鋼片が、質量％でＮｉ：
１．０％以下を含有する工具鋼の製造方法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の特徴は、工具鋼の基本成
分であるＣ含有量を減少しても良好な機械的性質、特に
硬さ及び靭性を得るに十分な成分及び組成を見いだし、
適正な炭化物量及びその分布、形態の適正化により被削
性が優れ、熱処理変寸が小さく、さらには溶接性、熱処
理・表面処理特性にも優れた工具鋼を見いだしたところ
にある。

【００１５】焼戻しにより発生する熱処理変寸について
は、仕上加工工数の低減のため、焼入れ前基準・線膨張
換算で０．１５％以下、好ましくは０．１０％未満とす
ることが望ましい。熱処理変寸を低減するには、焼入れ
時の基地固溶成分の調整の他に、炭化物による拘束効果
の利用がある。

【００１６】この拘束効果は、主として焼入れ時におけ
る未固溶炭化物量が多く、大きい方が、その効果が大き
くなるが、これは被削性を悪化させることになる。ま
た、個々の炭化物が分散し、炭化物が疎となる部分を減
らすことでも熱処理変寸は小さくなる。炭化物が疎とな
る部分とは、図１に示すミクロ組織において、縞状偏析
の間の炭化物が少ない領域のことである。これを図２の
ように炭化物を均一に分散させることで疎の部分を減ら
し、これによって熱処理変寸は低減される。

【００１７】以上より、被削性が良好でかつ炭化物の拘
束効果により熱処理変寸を小さくするために、本発明者
らは、主として一次炭化物などの大きな炭化物を減ら
し、炭化物を分散させることで変寸の低減を達成した。
つまり、断面組織中に占める面積２０μｍ^２以上の炭化
物の面積率が３％以下の工具鋼であって、断面組織、具
体的には焼入れ後の断面組織における円相当径０．３μ
ｍ以上の炭化物の数が１ｍｍ^２あたり４００００個以上
かつ、その１６０００μｍ^２の断面組織範囲×１０ヶ所
での標準偏差／平均が０．３以下の工具鋼である。

【００１８】次に被削性について述べる。被削性に関与
する材料の組織的要因の一つに組織中の炭化物がある。
硬質粒子である炭化物が組織中に存在すると、そのアブ
レッシブ摩耗により切削工具の摩耗が促進され、工具寿
命の低下、つまり被削性が悪くなる。そこで、被削性の
向上には炭化物を無くすことが望ましく、鋼中のＣ及び
Ｃｒ含有量を下げることでこれを達成することはできる
が、完全に炭化物を無くす領域まで下げると熱処理変寸
の増大を招く。また、工具鋼が工業上必要とする耐摩耗
性を備える上で重要な５７ＨＲＣ以上の硬さを得るに困
難となってしまう。

【００１９】組織中の炭化物について、その被削性に悪
影響を及ぼすのは主に凝固にて晶出する一次炭化物など
の粗大な炭化物である。そこで、耐摩耗性を考え５７Ｈ
ＲＣ以上の焼入れ焼戻し硬さが得られ、一次炭化物など
の粗大な炭化物を少なくする工具鋼組成として検討した
結果、そのためにはＣが０．５５％以上、Ｃｒが６．８
％以上が望ましい。

【００２０】また、被削性は快削元素であるＳを添加
し、ＭｎＳ等の硫化物を生成させることでより向上す
る。ただし、硫化物が多すぎると靭性低下を招くためＳ
含有量は０．２％以下が望ましい。これら述べた炭化
物、硫化物形態にすることにより被削性は焼なまし状態
だけでなく、５７ＨＲＣ以上の焼入れ焼戻し状態におい
ても向上する。

【００２１】次に溶接性について述べる。本発明におい
て、溶接性が優れる、あるいは溶接可能というのは、規
定の予熱、後熱処理を行うＪＩＳＺ３１５８のＹ形状試
験にて溶接割れが認められないことを指す。予熱は一般
的に溶接時の高温割れ防止のために行い、後熱は低温割
れの防止を目的とする。

【００２２】一般に金型はその製造途中または使用中の
状況により形状変更や補修のために溶接が実施される
が、合金鋼は溶接時の割れを防止するために高温に予熱
した状態で実施される。特にＣｒ等を含む場合は４５０
〜５５０℃以上に予熱後溶接するのが一般的であるが、
本発明ではこの予熱温度を下げてもＪＩＳＺ３１５８の
Ｙ形状試験にて溶接割れが認められない。これによって
溶接での作業性が向上する。

【００２３】また高Ｃ，Ｃｒ鋼では溶接後の後熱も重要
になるが、溶接熱影響部の硬さを下げることで後熱にお
ける加熱温度、時間を低くすることができる。特に熱影
響部のコントロールにはＣ量を０．７５％以下にするこ
ととＣｒ量を６．８％以上にすることが望ましい。

【００２４】次に表面処理性について述べる。表面処理
温度でのオーステナイト組織中に固溶するＣ量は十分な
膜厚を有するＭＸ型化合物（ＴｉＣ，ＶＣ等）の生成に
重要である。つまり固溶Ｃは表面処理においてＭＸ型化
合物を生成するために、その鋼材から供給すべく必要と
なり、その最適量は表面処理温度に保持する前のマルテ
ンサイト組織中に固溶するＣ量による。その固溶Ｃ量の
調整をすべく、本発明の工具鋼はそのＣ含有量を０．５
５％以上としている。

【００２５】これらのことを踏まえ、本発明での成分の
限定理由について述べる。Ｃは焼入れ性を向上し、熱処
理後の硬さを維持するために必要である。またＣは耐摩
耗性付与のため行われる表面処理において十分な膜厚を
有するＭＸ型化合物（ＴｉＣ，ＶＣ等）の生成に重要で
ある。耐摩耗性を達成すべく熱処理後の硬さを５７ＨＲ
Ｃ以上に確保し、ＣＶＤ処理や塩浴法といった表面処理
において十分なＭＸ型炭化物の膜厚を確保するためには
０．５５％以上の含有量が必要である。またＣはＣｒ，
Ｍｏ，Ｗ，Ｖと結合して炭化物を形成し、耐摩耗性や焼
戻し軟化抵抗を向上させる。添加量が過多になると靭性
を低下させ、溶接性を劣化させる。また炭化物量増加に
より被削性が低下するのでＣ量は０．５５〜０．７５％
とした。

【００２６】Ｓｉは脱酸剤及び鋳造性改善の目的で含有
するが、これを低減化すると靭性が向上する。しかし被
削性も劣化するため０．１％以上が必要である。過多の
含有は溶接性を阻害する原因となり、またマトリックス
の成分偏析も激しくなる。また経年変形も大きくなるた
めＳｉの含有量は０．１〜０．６％とした。

【００２７】Ｍｎは焼入れ性向上のために含有するが、
０．１％未満では焼入れ硬さを安定して得るには不十分
である。一方、多すぎると溶接性を劣化させる原因とな
り、さらにＳｉと同様マトリックスの成分偏析も激しく
なるので０．１〜１．２％とした。

【００２８】ＣｒはＣと結合して炭化物を生成し耐摩耗
性を向上するとともに、焼入れ性を増す効果、そしてＣ
ＶＤ処理や塩浴法などによる複雑形状への表面処理後の
冷却中におこる一種の焼き割れ現象を防止する効果があ
る。しかし、多すぎるとＣｒ炭化物の増加による靭性及
び被削性低下の原因となる。さらに固液共存温度幅が大
きくなり鋳造欠陥発生の危険度が増し、実質的に製造性
に困難が生じる原因となる。よってＣｒの含有量は６．
８〜８．０％とした。

【００２９】ＭｏおよびＷは焼入れ性を向上する。ま
た、Ｃと結合して硬い炭化物を形成し、耐摩耗性を向上
させる。ＭｏとＷにおいては、その各特性に与える効果
が同様のものが多い。この場合、Ｍｏは重量比にてＷの
１／２相当で同程度の効果度を得ることができるため、
その効果を得るに含有させるＭｏ，Ｗ量は（Ｍｏ＋１／
２Ｗ）で表すことが可能である。本発明ではＭｏ，Ｗの
１種または２種を含有させることができ、つまりＭｏの
全含有量を２倍のＷ含有量で置き換え使用してもよく、
Ｍｏの一部をそれに相当するＷ量に置き換え使用しても
よい。過多の添加量ではＭｏ，Ｗ系炭化物の晶出量が多
くなり被削性及び靭性を劣化させ、経年変形の増加も招
くので１．０％未満とした。好ましくは０．６％以上で
ある。

【００３０】Ｖは工具鋼に必要な軟化抵抗を増大させる
元素であるが、過多の含有は凝固時に巨大なＶ系炭化物
を晶出し、溶接性と被削性を低下させる原因となるので
１．０％以下とした。好ましくは０．０５％以上であ
る。

【００３１】Ｓは被削性を高める硫化物生成に必要な元
素である。添加しすぎると靭性や溶接性の低下を招くの
で０．２％以下とした。好ましくは０．０１％以上であ
る。

【００３２】Ｃａは機械的性質の低下を伴わない快削元
素である。その快削機構は鋼中に微量に分散している酸
化物を低融点化させ、これが切削熱で溶け出し、刃先に
保護膜を形成するものである。また、硫化物の鍛伸方向
への延伸を抑え、鍛伸垂直方向の靭性低下を抑制する効
果がある。しかし、蒸気圧が高いため溶鋼中から抜けや
すく、添加技術上難しいことから１００ｐｐｍ程度まで
が現状の技術的レベルである。なお、上記効果を得るた
めに好ましくは１０ｐｐｍ以上である。

【００３３】Ｎｉは焼入れ性と衝撃遷移温度を上げるこ
とによる靭性向上が認められる元素であるが、本合金系
では特に高Ｃ量域での靭性維持による効果で溶接性劣化
を防止でき、実用上に操業可能な表面処理領域を広げる
方向に作用する。しかし、被削性を劣化させるため、好
ましくは１．０％以下とする。なお、上記効果を得るた
めに好ましくは０．００５％以上、さらに好ましくは
０．０１％以上とする。

【００３４】また、本発明の工具鋼はその他求められる
効果に則して、上記の成分組成にＰｂ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂ
ｉ，Ｉｎ，Ｂｅ，Ｃｅ，Ｚｒ，Ｔｉのうちの１種または
２種以上を合計で０．２％以下なら含有しても問題はな
い。その他、希土類は本発明の工具鋼における被削性を
向上する目的で合計０．２％以下の含有が可能である。
また、不可避的不純物の総量は０．５％以下が好まし
い。そして、耐摩耗性付与がさらに必要な場合、Ａｌを
０．５％以下添加して窒化硬さを上げることも可能であ
る。

【００３５】次にソーキングの効果について述べる。こ
れまで述べたように、本発明の組成および炭化物の量、
分布、形態により、被削性は良好なままで熱処理変寸の
低減が達成でき、さらには溶接性、熱処理・表面処理特
性にも優れた工具鋼を得ることができる。炭化物の量、
分布、形態の適正化においては、その状態を造塊方法や
製造工程における熱間加工での加工中、または冷却過程
にて制御・調整することが可能であるが、ソーキングを
行うことでもその制御・調整が可能であることを見いだ
した。

【００３６】一般には、造塊工程での凝固にて発生する
成分偏析により、ＣまたはＣｒ等の炭化物形成元素が不
均一に分布する。また、粗大な一次炭化物がネット状に
形成される（図３の（ａ））。この状態で熱間加工を行
うと成分偏析は縞状の偏析となり、炭化物分布に不均一
が生じる。また、粗大な一次炭化物も残る（図３の
（ｂ））。

【００３７】これに対しソーキングを行うと、不均一で
あったＣｒ等の炭化物形成元素が拡散し、均一な分布と
なり、また、粗大な一次炭化物が固溶する（図３の
（ｃ））。そして、続いて行われるソーキングの冷却過
程もしくは次工程の熱間加工工程において微細な炭化物
が均一に、多く析出することとなる（図３の（ｄ））。
よって、後の焼入れ時における未固溶炭化物の疎の部分
が少なくなり、熱処理変寸の低減が得られる。また、ソ
ーキングにより粗大な一次炭化物を固溶させることよ
り、被削性及び溶接性のさらなる向上も達成できる。

【００３８】これらの効果は鋳塊または熱間加工後の鋼
片に対し、１１００〜１２８０℃の範囲でソーキングを
行うことで得られる。温度が低すぎるとソーキングによ
る一次炭化物の固溶が不十分であり、逆に温度が高すぎ
ると一次炭化物付近の溶融により逆に一次炭化物が粗大
化したり熱間加工性を悪化させたりする。

【００３９】以上に述べた本発明の工具鋼であれば、優
れた溶接性の付与に加えて従来のＳＫＤ１１と同等の熱
処理条件である１０００~１０５０℃からの焼き入れ、
５００℃以上の焼戻しによっても５７ＨＲＣ以上の硬さ
が確保できる。そして、その５７ＨＲＣ以上の硬さにて
優れた被削性を有することから、焼入れ焼戻し状態での
形状加工を行なう、いわゆるプリハードン工具・金型へ
の適用が可能な工具鋼である。加えて、塩浴法やＣＶＤ
処理といった表面処理性にも優れるものである。

【００４０】また、本発明の工具鋼を金型等に使用した
場合は、その求められる機能に応じて必要な部位にのみ
フレームハード等を実施してもよく、製作工数あるいは
必要特性を考慮して硬さを得るための熱処理方法を選択
すればよい。

【００４１】

【実施例】次に本発明の実施例について詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例により何等限定されるもの
ではない。（実施例１）高周波炉により表１に示す化学組成の合金
を溶解し、所定の鋼塊を製作した。

【００４２】

【表１】

【００４３】比較鋼１はＪＩＳ−ＳＫＤ１１相当材であ
る。次に鋼塊を鍛造比５にて鍛造して鋼材に仕上げ、焼
なましを行なった。そして、本発明鋼４〜８および比較
鋼４，５，７，８は表１に示す温度でソーキングを行っ
た。なお、本発明鋼４は本発明鋼３とほぼ同等組成の素
材に対しソーキングを行ったものである。

【００４４】次に真空炉で１０３０℃に加熱保持後、ガ
ス加圧冷却を行い、５３０℃×１ｈの焼戻しを２回行っ
て試料とし、その試料の炭化物量の測定を行った。ま
ず、試料の切断面を研磨後、１０％ナイタール液で腐食
し、２００倍の顕微鏡にてその切断面２ｍｍ^２の範囲の
画像をコンピューターに取り込み、画像解析ソフトを用
いて２０μｍ^２以上の炭化物の面積率を求めた。結果を
表２に示す。

【００４５】

【表２】

【００４６】本発明鋼は、切断面に占める面積２０μｍ
^２以上の炭化物の面積率が３％以下となっている。ま
た、本発明鋼３に対し、ほぼ同等組成でソーキングを行
った本発明鋼４は２０μｍ^２以上の炭化物量が少なくな
っている。

【００４７】さらに、１０００倍の顕微鏡にて１６００
０μｍ^２の範囲の画像を１０視野コンピューターに取り
込み、円相当径で０．３μｍ以上の炭化物の数を求め
た。１０視野は、試料の連続した領域を鍛造方向に垂直
に移動させて取り込みを行った。解析結果を表２に併せ
て示す。

【００４８】本発明鋼は、円相当径０．３μｍ以上の炭
化物の数が１ｍｍ^２当たり４００００個以上であり、炭
化物数の標準偏差／平均、つまりバラツキも小さくなっ
ている。本発明鋼３，４より、このバラツキはソーキン
グによっても小さくなることが分かる。

【００４９】次に上記焼なまし材、ソーキングを行なっ
たものはそのソーキング後の焼きなまし材より直径１０
ｍｍ、長さ８０ｍｍの試験片を各１０本製作し、同条件
の焼入れ焼戻しを行なった（真空炉で１０３０℃に加熱
保持後、ガス加圧冷却を行い、５３０℃×１ｈの焼戻し
を２回行った）。そして、長手方向の寸法を測って焼入
れ前基準での寸法変化を評価した。表３に０．１５％を
超える変寸が発生した本数を示す。

【００５０】

【表３】

【００５１】本発明鋼は、変寸が０．１５％以下であ
り、ＪＩＳ−ＳＫＤ１１に相当する比較鋼１とほぼ同等
の熱処理特性を示す。０．１０％以上の変寸が発生した
本数については、本発明鋼４はソーキングにより炭化物
分布のバラツキが小さくなっているため、ほぼ同等成分
の本発明鋼３より少なくなっている。しかし、比較鋼２
〜６はＣ，Ｃｒ量のバランスや円相当径０．３μｍ以上
の炭化物量が少ない等において、変寸が大きくなってい
る。比較鋼３は炭化物分布のバラツキが大きいため、変
寸が大きくなっている。また、比較鋼４はＭｏ量が、比
較鋼５はＳｉ量が多いため、変寸が大きい。

【００５２】（実施例２）次に被削性評価を行った。表
１の成分の焼きなまし状態の素材、ソーキングを行なっ
たものはそのソーキング後の焼きなまし状態の素材より
５０ｍｍ×１００ｍｍ×２００ｍｍの試験片を製作し、
表４の条件にてスクエアエンドミルでの被削性評価を行
った。被削性は、工具の刃先部の摩耗が０．３ｍｍに達
するまでの切削長を工具寿命として評価した。結果を表
５に示す。

【００５３】

【表４】

【００５４】

【表５】

【００５５】本発明鋼は優れた被削性を示す。一方、比
較鋼１，６，７は２０μｍ^２以上の炭化物量が多いた
め、被削性が悪くなっている。また、比較鋼８はＶ量が
多いため、被削性が悪い。

【００５６】さらに、表１の成分の焼きなまし状態の素
材、ソーキングを行なったものはそのソーキング後の焼
きなまし状態の素材を真空炉で１０３０℃に加熱保持、
ガス加圧冷却にて焼入れ、５００℃以上の焼戻しにより
約５８ＨＲＣに調質し、表６の条件にて被削性評価を行
った。被削性は、工具の刃先部の摩耗が０．１ｍｍに達
するまでの切削長を工具寿命として評価した。結果を表
７に示す。

【００５７】

【表６】

【００５８】

【表７】

【００５９】本発明鋼は焼入れ焼戻し材でも良好な被削
性であるのに対し、比較鋼は被削性が劣る。

【００６０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明であれば、Ｓ
ＫＤ１１と比較して工具鋼の基本成分であるＣ含有量を
減少しても適正な組成及び炭化物、硫化物量のバランス
により良好な機械的性質、特に硬さ及び靭性を確保する
ことができ、被削性に優れ、熱処理変寸が小さい工具鋼
とすることができる。これにより、金型の製作効率向上
およびそれによるコスト低減が期待できる。本発明によ
る工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】組織中の炭化物を説明する金属ミクロ組織写真
である。

【図２】組織中の炭化物を説明する金属ミクロ組織写真
である。

【図３】組織中の炭化物を説明する模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｃ 38/46 Ｃ２２Ｃ 38/46 (72)発明者加田善裕島根県安来市安来町2107番地２日立金属株式会社安来工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：０．５５〜０．７５％、
Ｓｉ：０．１〜０．６％、Ｍｎ：０．１〜１．２％、Ｃ
ｒ：６．８〜８．０％、ＭｏまたはＷの１種または２種
を（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：１．０％未満、Ｖ：１．０％以
下、Ｓ：０．２％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可
避的不純物からなり、断面組織中に占める面積２０μｍ
^２以上の炭化物の面積率が３％以下の工具鋼であって、
断面組織における円相当径０．３μｍ以上の炭化物の数
が１ｍｍ^２あたり４００００個以上かつ、その１６００
０μｍ^２の断面組織範囲×１０ヶ所での標準偏差／平均
が０．３以下であることを特徴とする被削性に優れ熱処
理変寸が小さい工具鋼。
【請求項２】焼入れ後の断面組織における円相当径
０．３μｍ以上の炭化物の数が１ｍｍ^２あたり４０００
０個以上かつ、その１６０００μｍ^２の断面組織範囲×
１０ヶ所での標準偏差／平均が０．３以下であることを
特徴とする請求項１に記載の被削性に優れ熱処理変寸が
小さい工具鋼。
【請求項３】質量比で、Ｃａ：１００ｐｐｍ以下を含
有することを特徴とする請求項１または２に記載の被削
性に優れ熱処理変寸が小さい工具鋼。
【請求項４】５００℃以上の焼戻しにより発生する熱
処理変寸が、焼入れ前基準・線膨張換算で０．１５％以
下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
に記載の被削性に優れ熱処理変寸が小さい工具鋼。
【請求項５】５００℃以上の焼戻しによりその最高硬
さが５７ＨＲＣ以上であることを特徴とする請求項１な
いし４のいずれかに記載の被削性に優れ熱処理変寸が小
さい工具鋼。
【請求項６】質量％で、Ｎｉ：１．０％以下を含有す
ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載
の被削性に優れ熱処理変寸が小さい工具鋼。
【請求項７】質量％で、Ｃ：０．５５〜０．７５％、
Ｓｉ：０．１〜０．６％、Ｍｎ：０．１〜１．２％、Ｃ
ｒ：６．８〜８．０％、ＭｏまたはＷの１種または２種
を（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：１．０％未満、Ｖ：１．０％以
下、Ｓ：０．２％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可
避的不純物からなる鋳塊または熱間加工後の鋼片に対
し、１１００〜１２８０℃の範囲でソーキングを行うこ
とを特徴とする被削性に優れ熱処理変寸が小さい工具鋼
の製造方法。
【請求項８】鋳塊または熱間加工後の鋼片が、質量比
でＣａ：１００ｐｐｍ以下を含有することを特徴とする
請求項７に記載の被削性に優れ熱処理変寸が小さい工具
鋼の製造方法。
【請求項９】鋳塊または熱間加工後の鋼片が、質量％
でＮｉ：１．０％以下を含有することを特徴とする請求
項７または８に記載の被削性に優れ熱処理変寸が小さい
工具鋼の製造方法。