JP3365624B2 - 被削性および熱処理性に優れた工具鋼およびそれを用いた金型 - Google Patents

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、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】自動車メーカー等では、価格競争に打ち
勝ち収益を確保するために、これまであらゆる分野での
コスト低減を実施してきた。その分野は金型関連までに
もおよび、コスト低減のため、プレス金型で成形される
製品の製作工程の短縮や金型製作数の削減、更には、金
型の加工方法や工具の開発等、種々の低減施策が実施さ
れてきた。

【０００３】このような金型において、従来より使用さ
れる金型材、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、更に、焼入れ性に優れかつ
靭性を確保するためＣｒ含有量が多い材料が求められて
おり、例えば、ＪＩＳ Ｇ４４０４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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の傾向と
しては、切削加工工数を圧縮させる様々な動きが激しく
なってきている。もともと造形技術の中でも、高コスト
である切削加工は、塑性加工の進歩により更にその高コ
スト性が鮮明となり、それに対抗する形で、ＣＢＮ、コ
ーティング工具の開発、高速切削機の出現、ＮＣアルゴ
リズムの進歩等の新技術の開拓が進んできている。この
流れに呼応して、被削性を改善した工具鋼としては、Ｓ
ＫＤ１１近似組成にＳを添加する快削工具鋼が存在す
る。しかし、切削様式は多彩に存在し、単なるＳ添加だ
けではエンドミル、フライス、ドリル等の様々な切削様
式や切削条件に対応しない。

【０００５】更に、高速切削機の出現で６０ＨＲＣの焼
入れ焼戻し状態での加工が出来るという報告が相次いで
いる。しかし、まだまだ荒加工等で切削は困難な状態に
なっている。高硬度材の被削性は上記のようなＳＫＤ１
１にＳを添加しただけのものでは向上せず、炭化物の存
在自体を減らす必要があるためである。

【０００６】また、切削と同様、熱処理時の変寸も問題
となっている。この熱処理変寸が大きいと取りしろを多
くしなければならず、結果として仕上げ加工工数を引き
上げるからである。ＳＫＳ３は低合金工具鋼でＳＫＤ１
１より格段に被削性が良好だが、焼入性が悪く油焼入れ
になるためそりが発生しやすくなる。また、１９８０年
代に開発された８％Ｃｒ系ダイス鋼は焼入性は良好であ
るが、熱処理変寸や経年変形が起きやすく、結果的に削
り難いＳＫＤ１１の熱処理変寸が良好となっている。

【０００７】つまりそれぞれ一長一短があり、熱処理特
性がＳＫＤ１１並みで被削性はＳＫＳ３並みの工具鋼が
望まれているのが現状である。とくに熱処理性において
はＳＫＤ１１と同一熱処理炉に混載が出来ることが熱処
理作業の合理化の点で強く望まれている。そこで、本発
明は、靭性等の機械的性質を低下させずに、被削性と熱
処理特性の両者が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】発明者らは、靭性や耐摩
耗性といった基本的な機械的特性の維持を鑑みた上で、
被削性と熱処理性の改善に要求される基本条件を見直し
た。

【０００９】まず、工具鋼を削る際の様々な切削様式を
検討し、チッピングタイプの損傷と熱的損傷の２つに分
別できることが判明した。そして、この両者が１つの工
具の別部位に同時に形成される方法として、特定の条件
下でのスクウェアーエンドミルで実現できることを掴ん
だ。具体的には刃先は機械的損傷、被削材とのあたりが
終了する境界部には熱的損傷が発生することを突きとめ
た。この方法で両者の損傷機構を低減化する快削化手法
を種々検討した。

【００１０】その結果、工具鋼に存在する一次炭化物の
低減は機械的損傷を防ぎ、Ｓ添加が熱的損傷を防ぐこと
を見いだした。そして、この両者の効果を同時に発現さ
せることで幅広い切削様式、切削条件に対応させること
を考え、その効果の達成に最適な工具鋼を見いだすに至
った。

【００１１】すなわち、本発明は、質量％で、（Ｃｒ＋
５．９×Ｃ）の値が９．１以上１２．５以下となり、か
つ（Ｃｒ−４．２×Ｃ）が５以下で（Ｃｒ−６．３×
Ｃ）が２．２８５以上となる関係式を満たし、Ｓｉ：
０．１〜０．６％、ＭｏまたはＷの１種あるいは２種を
（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．６〜１．２５％、Ｖ：０〜
０．５％未満を含有した工具鋼である。好ましくはこれ
らに加え、Ｍｎ：０．１〜１．２％、更にはＳ：０．１
２％以下、Ｃａ：１００ｐｐｍ以下を含有し、残部がＦ
ｅおよび不可避の不純物からなる工具鋼である。あるい
は更に、Ｎｉ：１％以下、Ａｌ：０．６％以下を含有す
る工具鋼である。

【００１２】そして、焼入れ後のＣｒのマトリックス偏
析幅が質量で１％以下、または、５００℃以上の焼戻し
によりその最高焼戻し硬さが５７ＨＲＣ以上である工具
鋼である。加えて、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、線膨張率換算で０．１％
以下でかつ、４９０℃での焼戻しで熱処理変寸が０以下
である工具鋼であって、これら本発明の工具鋼を５５Ｈ
ＲＣ以上の硬さに調質し、切削加工を行うことで作製し
た金型である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の特徴は、ＳＫＤ１１と近
似された熱処理特性と、かつＳＫＳ３並みの被削性を同
時に有した工具鋼を達成したところにある。以下、本発
明の工具鋼を見いだすに至った詳細について説明する。

【００１４】炭化物量を減少させる領域で、ディファク
トスタンダードの工具鋼であるＳＫＤ１１とほぼ同じ熱
処理が出来る成分設計を行った。同一の熱処理特性を得
るには、焼入れ時に基地に固溶させる組成をＳＫＤ１１
に近づけることを基本方針とした。図１はサーモカルク
によって決定した成分設計線図の全体、図２は本発明に
相当する領域を拡大した成分設計線図である。（Ａ）線
は焼入れ時のＳＫＤ１１と同一固溶Ｃ量が得られる添加
成分平面上の線を示す。同様に（Ｂ）線はＳＫＤ１１と
の同一固溶Ｃｒ量線を示す。両者とも途中で折れ曲がっ
ているのは、（Ｃ）線以上から炭化物が残留するため合
金元素が炭化物に取られてしまい、添加成分を多くしな
いと基地の固溶元素を同一に維持できないためである。

【００１５】（Ａ）、（Ｂ）の２つの線は基本的には、
ＳＫＤ１１の組成でしか交わらないので、同一焼入れ温
度でマトリックス組成をＳＫＤ１１と同一にすることは
不可能である。しかし、それでも（Ｃ）線以上では
（Ａ）、（Ｂ）線が接近しているのでＳＫＤ１１に近似
した基地組成となる。ただし、この線を更に接近させよ
うとして添加Ｃ、Ｃｒ量を上げてゆくと、残留炭化物量
が多くなり、チッピングタイプの工具摩耗が促進され被
削性が劣化する。また耐久性の面でも疲労破壊が起こり
やすくなるために、応力集中の起こりやすい金型への使
用も限定される。この相反関係を実験的に明らかにし、
被削性が優れ、熱処理特性がＳＫＤ１１に近似した領域
こそが図２に図示されている本発明の工具鋼である。

【００１６】また近年、熱処理特性の中で特に重要視さ
れてきたのが、熱処理変寸である。金型の品質は、耐久
性もさることながら、最近では形状精度が特に注目視さ
れてきており、ＳＫＤ１１はこの点でも評価が高い。こ
の熱処理変寸の制御に関する考え方を以下に示す。

【００１７】この熱処理変寸挙動の原理図を図３に示
す。焼入れままでは、主体となっているマルテンサイト
組織中に固溶するＣによって結晶格子が押し広げられ、
膨張する。焼戻し温度を上げてゆくと、低、中温領域
（図３（Ａ）域）ではセメンタイトが析出して寸法変化
が収縮傾向となる。高温域では、２次硬化とほぼ同じ温
度で変寸率が最大になる。この最大値が発生するのは、
この最大値の低温側（図３（Ｂ）域）と高温側（図３
（Ｃ）域）で主に起こる２つの機構による。低温側では
残留オーステナイトの分解が温度を上げるとより多くな
り、膨張傾向が発生する。最大値よりも高温側ではＭ_７
Ｃ_３、Ｍ_２３Ｃ_６系の炭化物の析出・凝集によりマルテ
ンサイト中の固溶Ｃ量が低下してゆくため、収縮傾向が
発生する。

【００１８】この（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の機構を用い
てＳＫＤ１１は硬さを維持しながら（Ｂ）、（Ｃ）間で
起こる変寸を押さえる組成となっており、マトリックス
組成をＳＫＤ１１に近似化した本発明の発想の源泉はこ
こにある。そのため、ＳＫＤ１１の主要合金元素のＣ、
Ｃｒだけでなく、図３にも示されているような、セメン
タイト析出を制御するＳｉ、Ｍ_７Ｃ_３、Ｍ_２３Ｃ_６系炭
化物の析出を制御するＭｏ、Ｗの最適化も行っている。

【００１９】また、本発明の成分系では平衡状態図上で
は一次炭化物が晶出し難い成分域であるため、急冷凝
固、あるいは１１００〜１４００℃程度の拡散焼鈍を行
い、一次炭化物を消失あるいは減少させる処置を行うと
更なる被削性向上につながる。

【００２０】これに加えて、Ｓ添加による熱処理変寸の
作用を検討した。その結果、Ｓ添加が０．１２％を超え
ると、熱処理変寸が大きくなることを見いだした。従来
はこのような報告がなかったが、その原因はＳ添加を多
用する快削鋼系では、熱処理変寸は問題視され難いこと
が考えられる。一方、工具鋼系では残留炭化物が多いた
め、変寸を拘束する作用が働いてＳの変寸に対する効果
を検出できなかったものと推定される。これにより、変
寸の少ない０．１２％以下の組成に調整する必要性があ
ることを見いだした。

【００２１】次に、本発明の熱処理・表面処理性につい
て述べておく。本発明は、Ｃ含有量の抑制による耐摩耗
性の不足が生じた場合にも対処すべく、表面処理性をも
十分に確保するものである。表面処理には浸炭、窒化、
ＰＶＤ、ＣＶＤ処理があるが、この中で処理母材の性質
よっては処理が困難となるのはＣＶＤ処理である。この
処理は、１０００℃程度の状態で気化された成膜元素を
化学的に材料表面に析出させる。そのため、実質的には
材料の熱処理と同様、焼入不足、熱処理変寸大きい等の
問題が浮上する。

【００２２】つまり、熱処理性の代表的指標である焼入
れ性は、あらゆる表面処理装置への適用を可能にすべく
付与するものであるが、焼入れ性の良好なＳＫＤ１１に
近似して組成を用いているため、十分満足いくものとな
っている。この他、焼入れ焼戻し時の熱処理変寸量をＳ
ＫＤ１１と同等な特性とすることが工業上の利便性を高
めるとして、マトリックスのＣ，Ｃｒ組成をＳＫＤ１１
に近づけるため、図２に示す領域を採用することが重要
である。ＳＫＤ１１は熱処理変寸の少ない鋼としてゲー
ジ鋼にも採用されている。

【００２３】ＳＫＤ１１が低熱処理変寸特性を有するの
は、高温焼き戻し領域での硬さの維持をほぼ固溶Ｃｒの
みでセメンタイト析出を抑制させる方法を採用している
ことに起因している。つまり、高温焼き戻しができる高
速度工具鋼等のＭｏ、Ｗ、Ｖを積極的に添加している２
次硬化鋼は、２次硬化時におこる残留オーステナイトの
分解によって生成されるフレッシュマルテンサイトがな
かなか焼戻し収縮を起こさないため、高い熱処理変寸が
発生してしまう。

【００２４】しかし、Ｃｒで同様な効果を狙った場合、
フレッシュマルテンサイト中に速やかにＭ_７Ｃ_３等のＣ
ｒ系炭化物が析出し、焼き戻しマルテンサイト化が速や
かに起こるため、マルテンサイト中の固溶Ｃ量を減らし
極端な膨張を抑制でき、これがＳＫＤ１１の低熱処理変
寸性の原因である。熱処理変寸は熱処理前の仕上げ加工
の取りしろの量を左右するため被削性と同様、加工能率
を左右する重要な因子となっている。

【００２５】いずれにせよ、固溶Ｃ、Ｃｒ量をＳＫＤ１
１に近似させることにより、ＣＶＤ等の熱処理変寸が問
題となる表面処理の変寸や、焼入れ性、硬さ、経年変寸
ともにＳＫＤ１１と実用上同一とみなせる特性となる。
これによりＳＫＤ１１と同一炉での混載が可能になるた
め、表面処理作業コストの大幅な合理化を行える。

【００２６】ＣＶＤ等の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、特にＣＶＤ表面処理にて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。本発明の工具鋼は、そ
の固溶Ｃ量が０．４％以上を達成しているので十分な成
膜が可能である。これらに基いて、本発明の工具鋼を構
成する元素およびその含有量の限定理由について述べ
る。

【００２７】Ｃ，ＣｒはＳＫＤ１１との類似性、焼入れ
直後の残留炭化物量が５（mass％）以下という観点か
ら、図１、図２に示した領域を採用している。具体的に
は１０００℃から１０５０℃の焼入れ直後の組織中に
て、例えばサーモカルクによる計算で未固溶の炭化物の
存在量が５（mass％）以下であることが被削性の向上に
好ましいとするものである。

【００２８】ＳＫＤ１１の熱処理特性は、焼き戻し温度
が４９０℃以下の領域では圧延方向での熱処理変寸がマ
イナスとなり、それよりも高い焼戻し温度ではプラスに
転じる特徴をもつ。また、この４９０℃よりも高い焼戻
し温度での最大の熱処理変寸量が０．１％以下でプラス
の値となることが特徴であるが、更に、これらの焼戻し
領域で５７〜６０ＨＲＣの硬さを確保出来る熱処理条件
が存在するという特徴も合わせ持っている。

【００２９】これらをすべての特徴を満足出来る成分域
が図１、２に示した成分域ということになる。４９０℃
以下で必ずマイナスの変寸を経験し、それよりも高い温
度でプラスに転じる特性は、焼戻し温度を少しずつ上げ
て処理すると、どこかの条件で必ず熱処理変寸がゼロに
なる条件が存在するということであるから、変寸をゼロ
に近づける処理を熱処理条件で見いだすことが可能にな
る。このこともＳＫＤ１１が技術の高い熱処理業者に支
持され、ディファクトスタンダード化されてきた背景で
あり、ここで示したＣ、Ｃｒのバランスが特に重要とな
る。

【００３０】Ｓｉも基本的にはＳＫＤ１１（Ｓｉ＝０．
２５（mass％））との類似性を基本に設定した。ただ、
Ｓｉは、元来、脱酸剤およ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。一方、過
多の含有はセメンタイト析出を抑制するため、結果的に
５００〜５５０℃の焼戻し領域で熱処理変寸が大きくな
る原因となる。このため、Ｓｉの含有量は、０．１〜
０．６％とした。

【００３１】Ｍｎも基本的にはＳＫＤ１１（Ｍｎ＝０．
４（mass％））との類似性を基本に設定している。Ｍｎ
は、焼入性向上のために含有するが、０．１％未満では
焼入硬さを安定して得るためには不十分である。一方、
多すぎると溶接性を劣化させる原因となり、更に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。ただし、Ｍｎは高価なＣｒやＭｏ
等と置換できる経済的な元素でもあるが、ＣｒやＭｏ等
の効果が十分発揮され、Ｓの添加のない場合にはＭｎを
無添加としても良い。

【００３２】ＭｏおよびＷもＳＫＤ１１（Ｍｏ＝０．８
５（mass％））と同等であることを基本としている。Ｍ
ｏおよびＷは焼入性を向上する。更に、焼戻しを高温側
で行っても軟化が急におこらなくなる。そのため、硬さ
の調整が簡単になる。Ｗの原子量はＭｏの約２倍である
ため、Ｍｏ１％の含有量はＷ２％の含有量と等しい効果
を有し、（Ｍｏ＋１／２Ｗ）量でその効果を表すことが
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。（Ｍｏ＋１
／２Ｗ）量でどちらの成分を優先して使うかは経済性を
考慮して判断すればよい。しかし、基本的にＷ置換はフ
レームハード性を劣化させるのでＭｏを加えるのが好ま
しい。

【００３３】（Ｍｏ＋１／２Ｗ）の添加量が０．６％未
満では高温焼戻しでの硬さの低下が急激になり、硬さの
コントロールが難しくなる。一方、過多の添加量では、
マルテンサイト中の炭化物の析出・凝集を遅滞させ５０
０〜５５０℃での焼戻しで熱処理変寸が大きくなった
り、マルテンサイトの焼戻しの遅滞化に伴う、オーステ
ナイト分解の遅滞化のため十分焼戻ししたと思っていて
も不安定なオーステナイトが残留し、型作製後の使用中
に経年変寸が発生するため、０．６〜１．２５％とし
た。好ましくは０．６〜１．１０％である。

【００３４】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Ｖを含有してもよい。Ｖも
基本的にはＳＫＤ１１（Ｖ＝０．２５（mass％））と同
等にすることを基本とした。Ｖは工具鋼に必要な軟化抵
抗を増大させる元素であり、好ましい含有量は０．０５
％以上であるが、Ｖ系炭化物を形成し被削性を低下させ
る原因となるので、０．５％未満とした。

【００３５】Ｓは、脆化元素の代表として溶接、高硬度
鋼の分野では忌み嫌われる元素であるが、快削効果があ
るため、炭化物量を減らし靭性を向上させている分添加
が可能になる。そのため熱処理変寸が大きくなることを
考慮して、０．１２％までなら許容される。なお、上記
の効果を得るに好ましい含有量は０．００５％以上であ
り、更に好ましくは０．０２％以上である。

【００３６】Ｃａは、機械的性質の低下や組織の変質を
伴わない、理想的な快削元素である。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
が切削熱で溶けだし、刃先に保護膜を形成するためであ
る。しかし、蒸気圧が高いため溶鋼中から抜け出しやす
く、添加技術上１００ｐｐｍ程度までが現状の技術的レ
ベルである。なお、上記の効果を得るに好ましくは１０
ｐｐｍ以上である。

【００３７】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のもとに０．２％以下の含有が
可能である。また不可避不純物の総量は０．５％以下が
好ましい。ただし、靭性・溶接性が必要ならＮｉは１％
以下、好ましくは０．０１〜１％添加し、耐摩耗性付与
が更に必要な場合Ａｌを０．６％以下、好ましくは０．
０１〜０．６％添加して、窒化硬さを上げることも可能
である。加えて、その他求められる効果に則して、Ｐ
ｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｂｅ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｔｉ
のうちの１種または２種以上を０．２％以下なら含有し
ても基本特性を変えることはない。

【００３８】なお、本発明では、本効果の更なる向上に
おいて、焼入後の状態を調整することが有効である。つ
まり、焼入れ後のマルテンサイト組織中に固溶するＣお
よびＣｒ含有量をＳＫＤ１１と近似させること、そし
て、焼入れ直後の残留炭化物重量を５（mass％）以下と
することである。この焼入れ直後の残留炭化物量は、鋼
材製造工程によっても低減が可能である。粉末法、溶解
直後の鋼塊に１１００℃以上で１〜１０時間程度の熱処
理を行う、すなわちソーキング法、鋼塊の小型化や、急
冷凝固法を採用することでも焼入れ直後の残留炭化物量
を５（mass％）以下とすることができる。加えて、焼入
れ後のＣｒのマトリックス偏析幅を質量％で１％以下に
することも被削性の向上に好ましいものである。

【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
優れた被削性の達成に加え、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のみに
フレームハード等を実施しても良く、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。例えば本発明の工具鋼を５５ＨＲＣ以上の
硬さに調質し、切削加工を行うことで作製した金型、い
わゆるプリハードン金型である。

【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）まず、１００ｋｇ高周波炉を使用して材料
を溶解し、表１に示す化学組成を有したインゴットを作
製した。なお、比較材１はＳＫＤ１１相当材である。次
に、鍛造比が５程度になるように熱間圧延をし、冷却
後、８５０℃で４時間保持の焼鈍を実施した。

【００４２】

【表１】

【００４３】次に、圧延方向と長手方向が一致するよう
に直径１０ｍｍ長さ８０ｍｍの試験片を各２１本作製
し、それぞれ長さ測定を行った。次にその内の各１０本
を真空加熱炉を用いて１０２５℃に加熱保持後、不活性
ガスでガス冷却焼入れを実施した。更に５３０℃、１時
間で焼戻しを２回実施した。得られた試験片の硬さを測
定したところ、比較例２、３は５７ＨＲＣ以上は出なか
った。つぎに５７ＨＲＣ以上がでた材料の長さ方向の長
さを測定し、あらかじめ計っておいた焼入れ前の長さを
基準にして寸法変化率を算出し、０．１％を超えるもの
が何本発生したかを調べた。結果を表２に示す。

【００４４】

【表２】

【００４５】表２より、本発明はすべて変寸が０．１％
以下であった。比較例においては、４、５、６に０．１
％を超えるものが発生した。

【００４６】次に５３０℃での変寸が０．１％以下だっ
たものに加え、比較例４、５について、残りの焼鈍状態
のものを用いて、各１０本を真空加熱炉で１０２５℃に
加熱保持後、不活性ガスでガス冷却焼入れを実施した。
更に４９０℃、１時間で焼戻しを２回実施した。その
後、試験片の長さ方向の長さを測定し、あらかじめ計っ
ておいた焼入れ前の長さを基準にして寸法変化率を算出
した。それらの中で寸法変化がプラス側に膨張したもの
が何本発生したかを調べた。結果を表３に示す。

【００４７】

【表３】

【００４８】これより、比較例５はプラス側に膨張する
ため変寸調整が困難となってしまうが、全ての本発明例
と比較例１は上記表２の結果に加え、プラス側に膨張し
ていないため変寸が調整しやすく、ＳＫＤ１１と同等の
熱処理扱いが可能となることが分かる。

【００４９】（実施例２） 次に、被削性の評価を行なった。まず、表１に示す素材
の中で実施例１で変寸挙動がＳＫＤ１１と同等とみなせ
る材料（本発明例と参考材１〜１４および比較例１）に
比較例４を加えたものを、硬さ２４ＨＲＣ以下の焼きな
まし状態にし、スクエアエンドミルでの被削性の評価を
行った。なお、切削試験は表４に示す条件で行なった。
表５に示す結果より、全ての本発明例は工具寿命（刃先
摩耗０．３ｍｍ）が１０ｍ以上の高い被削性を示す。し
かし、比較例１、４はクロム系炭化物が原因で被削性が
悪い。

【００５０】

【表４】

【００５１】

【表５】

【００５２】次に、変寸挙動がＳＫＤ１１と同等とみな
せる材料（本発明例と参考材１〜１４および比較例１）
に比較例４を加えたものにて、１０３０℃の焼入れと５
００℃以上の焼戻しにより硬さ５７〜６０ＨＲＣに調質
した供試材を作製し、スクエアエンドミルでの被削性の
評価を行った。切削条件は表６に示す。表７に示す試験
結果より、全ての本発明例は工具寿命（刃先摩耗０．１
ｍｍ）が良く被削性も高いが、比較例１、４は被削性が
悪いことが分かる。

【００５３】

【表６】

【００５４】

【表７】

【００５５】（実施例３）表１に示す材料のうち、本発
明材で被削性が比較的劣っていた本発明例１、２と熱処
理特性では良好である比較材１、そして比較材４につい
て、そのインゴット状態で１１６０℃で１０時間のソー
キングを行い、焼きなまし後、１０３０℃の焼入れ、５
００℃以上の焼戻しにて５７ＨＲＣに調整したものにつ
き、被削性試験を行った。条件は表８に示す条件で刃先
摩耗が０．１ｍｍになる切削距離を寿命とした。また、
マトリックスの偏析状態を評価するために焼入れままの
材料でのＥＰＭＡで１ｍｍの線上Ｃｒの特性Ｘ線を検出
し、炭化物でない場所のＣｒ変化幅を２σとして統計解
析もおこなった。両者の結果を表９に示す。

【００５６】

【表８】

【００５７】

【表９】

【００５８】表９より、焼入れままのＣｒ偏析幅が１％
以下である本発明材は、先の実施例２よりも更に寿命が
向上しているが、比較材１、４はＣｒ偏析幅が１％を超
えることもあって、工具の寿命向上が大きく望めない結
果となった。

【００５９】

【発明の効果】以上、本発明によれば、ＳＫＤ１１に比
べ焼きなまし状態の被削性が優れ、焼き入れ焼戻し時の
材料性能上においても、靭性、溶接性が高い鋼材を提供
することができる。更に熱処理変寸や、焼入れ性、焼戻
し温度に対する硬さの変化がＳＫＤ１１と近似された特
性を持つため、ＳＫＤ１１と同じ炉に混載ができ、生産
性、条件出しが不要となる。加えて、焼入れ焼戻し後の
被削性もＳＫＤ１１に比べ格段に高く、ＣＶＤのような
鋼中の固溶Ｃ量に左右される表面処理でも膜特性の劣化
がないため、耐摩耗性に優れる金型基材としても高い製
造容易性があることから、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】本発明の効果を説明する図である。

【図２】本発明の効果を説明する図１の詳細図である。

【図３】熱処理変寸の挙動を説明する図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−93043（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−78199（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−285050（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−241144（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−250154（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−58254（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−181548（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−115545（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−73171（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−120333（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−125204（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−131182（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−78198（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−223144（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−279704（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％で、（Ｃｒ＋５．９×Ｃ）の値が
   ９．１以上１２．５以下となり、かつ（Ｃｒ−４．２×
   Ｃ）が５以下で（Ｃｒ−６．３×Ｃ）が２．２８５以上
   となる関係式を満たし、Ｓｉ：０．１〜０．６％、Ｍｏ
   またはＷの１種あるいは２種を（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：
   ０．６〜１．２５％、Ｖ：０〜０．５％未満を含有する
   ことを特徴とする被削性および熱処理性に優れた工具
   鋼。
2. 【請求項２】 質量％で、（Ｃｒ＋５．９×Ｃ）の値が
   ９．１以上１２．５以下となり、かつ（Ｃｒ−４．２×
   Ｃ）が５以下で（Ｃｒ−６．３×Ｃ）が２．２８５以上
   となる関係式を満たし、Ｓｉ：０．１〜０．６％、Ｍ
   ｎ：０．１〜１．２％、ＭｏまたはＷの１種あるいは２
   種を（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．６〜１．２５％、Ｖ：
   ０．５％未満を含有し、残部がＦｅおよび不可避の不純
   物からなることを特徴とする被削性および熱処理性に優
   れた工具鋼。
3. 【請求項３】 質量％で、（Ｃｒ＋５．９×Ｃ）の値が
   ９．１以上１２．５以下となり、かつ（Ｃｒ−４．２×
   Ｃ）が５以下で（Ｃｒ−６．３×Ｃ）が２．２８５以上
   となる関係式を満たし、Ｓｉ：０．１〜０．６％、Ｍ
   ｎ：０．１〜１．２％、ＭｏまたはＷの１種あるいは２
   種を（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．６〜１．２５％、Ｖ：
   ０．５％未満、Ｓ：０．１２％以下を含有し、残部がＦ
   ｅおよび不可避の不純物からなることを特徴とする被削
   性および熱処理性に優れた工具鋼。
4. 【請求項４】 質量％で、（Ｃｒ＋５．９×Ｃ）の値が
   ９．１以上１２．５以下となり、かつ（Ｃｒ−４．２×
   Ｃ）が５以下で（Ｃｒ−６．３×Ｃ）が２．２８５以上
   となる関係式を満たし、Ｓｉ：０．１〜０．６％、Ｍ
   ｎ：０．１〜１．２％、ＭｏまたはＷの１種あるいは２
   種を（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．６〜１．２５％、Ｖ：
   ０．５％未満、Ｓ：０．１２％以下、Ｃａ：１００ｐｐ
   ｍ以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避の不純物から
   なることを特徴とする被削性および熱処理性に優れた工
   具鋼。
5. 【請求項５】 質量％で、Ｎｉ：１％以下を含有するこ
   とを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の被
   削性および熱処理性に優れた工具鋼。
6. 【請求項６】 質量％で、Ａｌ：０．６％以下を含有す
   ることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載
   の被削性および熱処理性に優れた工具鋼。
7. 【請求項７】 焼入れ後のＣｒのマトリックス偏析幅が
   質量％で１％以下であることを特徴とする請求項１ない
   し６のいずれかに記載の被削性および熱処理性に優れた
   工具鋼。
8. 【請求項８】 ５００℃以上の焼戻しにより、その最高
   焼戻し硬さが５７ＨＲＣ以上であることを特徴とする請
   求項１ないし７のいずれかに記載の被削性および熱処理
   性に優れた工具鋼。
9. 【請求項９】 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、線膨張率換算で０．１％以
   下でかつ、４９０℃での焼戻しで熱処理変寸が０以下で
   あることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記
   載の被削性および熱処理性に優れた工具鋼。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし９のいずれかの工具鋼
    を５５ＨＲＣ以上の硬さに調質し、切削加工を行うこと
    で作製したことを特徴とする金型。