JP6528610B2

JP6528610B2 - 金型用鋼および金型

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Publication number: JP6528610B2
Application number: JP2015168946A
Authority: JP
Inventors: 直樹梅森; 河野　正道; 正道河野; 清水　崇行; 崇行清水
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2035-08-28
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Description

本発明は、金型用鋼および金型に関し、さらに詳しくは、ホットスタンプ用金型をはじめとする金型を構成するのに用いられる金型用鋼およびそのような金型に関する。

ホットスタンプ等によって鋼材をプレス成形するための金型を構成する金型用鋼においては、高い熱伝導率を有することが求められる。金型用鋼が高い熱伝導率を有していれば、金型によって鋼材の熱を高速で奪い、焼入れ性を高めることができる。また、１つの鋼材の加工を完了してから次の鋼材を導入するまでに金型を効率的に冷却することができ、加工のサイクルタイムを短くし、生産性を向上させることができる。

例えば、特許文献１に、希少元素が少ない安価な鋼でありながら、軟化抵抗が高く、かつ熱伝導率が高い、金型を構成するのに用いることができる工具鋼として、質量％で、Ｃ：０．１５〜０．５５％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ｃｒ：０．３〜１．５％、Ｍｏ：０．８〜２．０％、Ｖ＋Ｗ：０．０５〜０．５％、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、及び、Ｎｉ：０．０１〜２．０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる工具鋼が開示されている。

特開２００９−１３４６５号公報

鋼材を成形するための金型を構成する金型用鋼は、高い熱伝導率に加えて、高い硬度を有することが好ましい。高硬度を有することで、金型の耐摩耗性を高めることができるからである。しかし、Ｍｏ等の添加合金元素の量が少ないと、金型用鋼の硬度を上昇させにくく、特許文献１に示されるような合金組成では、高熱伝導率に加えて高硬度を付与することが難しい。特に、超高張力鋼（超ハイテン鋼）よりなる鋼板をプレス成形する場合等に利用されるホットスタンプにおいては、金型を構成する金型用鋼に、高いレベルで高熱伝導率と高硬度を両立することが求められる。

本発明が解決しようとする課題は、高熱伝導率と高硬度を両立することができる金型用鋼およびそのような金型用鋼よりなる金型を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る金型用鋼は、質量％で、０．５８％≦Ｃ≦０．７０％、０．０１％≦Ｓｉ≦０．３０％、０．５０％≦Ｍｎ≦２．００％、０．５％≦Ｃｒ＜２．０％、１．８％≦Ｍｏ≦３．０％、および０．０５％＜Ｖ≦０．８０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなることを要旨とする。

上記金型用鋼は、質量％で、０．００５％≦Ａｌ≦１．５％、０．０００３％≦Ｎ≦０．２０％、０．０１％≦Ｔｉ≦０．５％、０．０１％≦Ｎｂ≦０．５％、０．０１％≦Ｚｒ≦０．５％、および０．０１％≦Ｔａ≦０．５％から選択される少なくとも１種を含有してもよい。

上記金型用鋼は、質量％で、０．１０％≦Ｃｏ≦１．０％、および０．１０％≦Ｗ≦５．０％から選択される少なくとも１種を含有してもよい。

上記金型用鋼は、質量％で、０．３０％≦Ｎｉ＜１．０％、および０．３０％≦Ｃｕ≦１．０％から選択される少なくとも１種を含有してもよい。

上記金型用鋼は、質量％で、０．０１％≦Ｓ≦０．１５％、０．００１％≦Ｃａ≦０．１５％、０．０３％≦Ｓｅ≦０．３５％、０．０１％≦Ｔｅ≦０．３５％、０．０１％≦Ｂｉ≦０．５０％、および０．０３％≦Ｐｂ≦０．５０％から選択される少なくとも１種を含有してもよい。

上記金型用鋼は、焼入れ後に、５００℃以上で焼戻しを行った時の室温での硬さが５５ＨＲＣ以上、室温の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ／Ｋ以上であるとよい。

上記金型用鋼は、１０３０±２０℃で均熱後、５〜９℃／ｍｉｎの速度で冷却する焼入れと、５００℃以上での焼戻しを行った時の室温におけるシャルピー衝撃値が、２０Ｊ／ｃｍ^２以上であるとよい。

本発明に係る金型は、上記のような金型用鋼よりなることを要旨とする。

上記金型は、ホットスタンプ用金型であるとよい。

また、上記金型は、室温での硬さが５５ＨＲＣ以上であるとよい。

本発明にかかる金型用鋼は、上記成分組成を有することにより、特に、Ｃの含有量と添加合金元素のバランスにより、高熱伝導率と高硬度を両立することができる。

上記金型用鋼が、上記特定量のＡｌ、Ｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａから選択される少なくとも１種を含有する場合には、焼入れ時にピン止め粒子として働く析出物が生成されるので、金型用鋼の組織が微細粒となり、靱性が向上する。

上記金型用鋼が、上記特定量のＣｏ、Ｗから選択される少なくとも１種を含有する場合には、金型用鋼の高温強度を特に高めることができる。

上記金型用鋼が、上記特定量のＮｉ、Ｃｕから選択される少なくとも１種を含有する場合には、金型用鋼の焼入れ性が向上する。

上記金型用鋼が、上記特定量のＳ、Ｃａ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｐｂから選択される少なくとも１種を含有する場合には、金型用鋼の被削性を向上させることができる。

上記金型用鋼において、焼入れ後に、５００℃以上で焼戻しを行った時の室温での硬さが５５ＨＲＣ以上、室温の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ／Ｋ以上である場合には、金型用鋼を用いてホットスタンプ用等の金型を構成した際に、要求される高硬度と高熱伝導率を両立しやすい。

上記金型用鋼において、１０３０±２０℃で均熱後、５〜９℃／ｍｉｎの速度で冷却する焼入れと、５００℃以上での焼戻しを行った時の室温におけるシャルピー衝撃値が、２０Ｊ／ｃｍ^２以上である場合には、金型用鋼の靱性が高くなり、製造される金型において、損傷が防止されやすい。

本発明に係る金型は、上記のような金型用鋼よりなることにより、高熱伝導率と高硬度をともに備える。その結果、加工対象の鋼材や金型自体の冷却効率に優れるとともに、耐摩耗性に優れる。

上記金型が、ホットスタンプ用金型である場合には、金型が高熱伝導率と高硬度を備えることにより、高張力の鋼材に対しても、成形と焼入れを効率的に実施することができる。また、高い生産効率が得られる。

また、上記金型の室温での硬さが５５ＨＲＣ以上である場合には、特に高い耐摩耗性を得ることができる。

以下に、本発明の一実施形態にかかる金型用鋼および金型について詳細に説明する。

本発明の一実施形態にかかる金型用鋼は、以下のような元素を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる。添加元素の種類、成分比、および限定理由などは、以下のとおりである。なお、成分比の単位は、質量％である。

・０．５８％≦Ｃ≦０．７０％
Ｃは、焼入れ時に母相中に固溶し、マルテンサイト組織化することによって、金型用鋼の硬度を向上させる。また、Ｃは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等とともに、炭化物を形成することでも、金型用鋼の硬度を向上させる。

Ｃの含有量を、０．５８％≦Ｃとすることで、熱処理を経て、高硬度が獲得される。金型においては、十分な耐摩耗性を得る観点から、室温でおおむね５５ＨＲＣ以上の硬度を有することが求められるが、０．５８％≦Ｃとすることで、５５ＨＲＣ以上の高硬度が達成されやすくなる。好ましくは、０．６０％≦Ｃであるとよい。

一方、Ｃの含有量が過剰になると、粗大な炭化物が増加しやすくなる。また、γ結晶粒も増加しやすくなる。それらの結果、かえって高硬度が得られなくなる。熱処理を経て、５５ＨＲＣ以上のような高硬度を確保する観点から、Ｃ≦０．７０％とする。好ましくは、Ｃ≦０．６５％であるとよい。

・０．０１％≦Ｓｉ≦０．３０％
Ｓｉは、脱酸剤としての効果、また金型製造時の被削性を向上させる効果を有する。それらの効果を得る観点から、Ｓｉの含有量は、０．０１％≦Ｓｉとする。好ましくは、０．０５％≦Ｓｉであるとよい。

一方、Ｓｉの含有量が過剰になると、金型用鋼の熱伝導率が低下する。そこで、高熱伝導率を確保する観点から、Ｓｉ≦０．３０％とする。好ましくは、Ｓｉ≦０．１５％であるとよい。

・０．５０％≦Ｍｎ≦２．００％
Ｍｎは金型用鋼の焼入れ性を高める効果を有する。また、金型用鋼の靱性(衝撃値）を高める効果を有する。高い焼入れ性と靱性を得る観点から、Ｍｎの含有量は、０．５０％≦Ｍｎとする。好ましくは、１．００％≦Ｍｎであるとよい。

一方、Ｍｎは、金型用鋼の熱伝導率を低下させる元素である。そこで、金型用鋼として要求される熱伝導率（例えば室温で３０Ｗ／ｍ／Ｋ以上）を確保する観点から、Ｍｎ≦２．００％とする。好ましくは、Ｍｎ≦１．７０％であるとよい。

・０．５％≦Ｃｒ＜２．０％
Ｃｒも、Ｍｎと同様に、金型用鋼の焼入れ性および靱性(衝撃値）を高める効果を有する。高い焼入れ性と靱性を得る観点から、Ｃｒの含有量は、０．５％≦Ｃｒとする。好ましくは、１．０％≦Ｃｒであるとよい。

一方、Ｃｒも、Ｍｎと同様に、金型用鋼の熱伝導率を低下させてしまう。そこで、金型用鋼として要求される熱伝導率（例えば室温で３０Ｗ／ｍ／Ｋ以上）を確保する観点からＣｒ＜２．０％とする。好ましくは、Ｃｒ≦１．６％であるとよい。

・１．８％≦Ｍｏ≦３．０％
Ｍｏは、二次析出炭化物を形成することで、硬度を高めるのに寄与する。また、焼入れ性を向上させる効果も有する。５５ＨＲＣ以上のような金型用鋼として要求される高硬度と、焼入れ性を確保する観点から、Ｍｏの含有量は、１．８％≦Ｍｏとされる。好ましくは、２．０％≦Ｍｏであるとよい。

一方、Ｍｏの含有量が多すぎても、粗大なＭｏ炭化物が多く析出することで、かえって高硬度が得られなくなる。また、固溶Ｃの量が少なくなることでも、金型用鋼の硬度が低下する。加えて、Ｍｏは高価な金属であることから、材料コストが高くなってしまう。５５ＨＲＣ以上のような、金型用鋼として要求される高硬度と焼入れ性を確保し、製造コストを抑制する観点から、Ｍｏの含有量は、Ｍｏ≦３．０％とされる。好ましくは、Ｍｏ≦２．５％であるとよい。

・０．０５％＜Ｖ≦０．８０％
Ｖは焼入れ時の結晶粒の粗大化を抑制するピン止め粒子を生成する。結晶粒の粗大化が抑制される結果、靱性(衝撃値）が向上される。０．０５％＜Ｖとすることで、焼入れ時の結晶粒の粗大化が効果的に抑制され、靱性が高められる。好ましくは、０．３０％≦Ｖであるとよい。

一方、Ｖの含有量が多くなりすぎると、粗大な炭化物が多く析出する。すると、粗大な炭化物が亀裂の起点となることで、かえって金型用鋼の靱性(衝撃値）が低下する。そこで、靱性を確保する観点から、Ｖ≦０．８０％とされる。好ましくは、Ｖ≦０．７０％であるとよい。

本実施形態にかかる金型用鋼は、上記所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖを含有し、残部は、Ｆｅと不可避的不純物よりなる。ここで、不可避的不純物としては、以下のような元素が想定される。つまり、Ａｌ＜０．００５％、Ｎ＜０．０００３％、Ｐ＜０．０５％、Ｓ＜０．０１％、Ｃｕ＜０．３０％、Ｎｉ＜０．３０％、Ｗ＜０．１０％、Ｏ＜０．０１％、Ｃｏ＜０．１０％、Ｎｂ＜０．０１％、Ｔａ＜０．０１％、Ｔｉ＜０．０１％、Ｚｒ＜０．０１％、Ｂ＜０．００１％、Ｃａ＜０．００１％、Ｓｅ＜０．０３％、Ｔｅ＜０．０１％、Ｂｉ＜０．０１％、Ｐｂ＜０．０３％、Ｍｇ＜０．０２％、ＲＥＭ＜０．１０％等が想定される。

本実施形態にかかる金型用鋼は、上述した必須元素に加えて、さらに、以下の元素から選択される１種または２種以上の元素を任意に含有していてもよい。各元素の成分比、限定理由などは、次のとおりである。

・０．００５％≦Ａｌ≦１．５％、０．０００３％≦Ｎ≦０．２０％、０．０１％≦Ｔｉ≦０．５％、０．０１％≦Ｎｂ≦０．５％、０．０１％≦Ｚｒ≦０．５％、０．０１％≦Ｔａ≦０．５％
Ａｌ、Ｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａは、焼入れ時の結晶粒の粗大化を抑制するピン止め粒子として作用する析出物を生成する。焼入れ時に結晶粒の粗大化が抑制されることで、金型用鋼の靱性(衝撃値）が向上される。各元素の含有量の下限値は、ピン止め効果を発揮できるだけの量の析出物が得られる含有量として規定されている。上限値は、析出物が凝集し、ピン止め粒子として効果的に機能しなくなるのを抑制する観点から規定されている。

・０．１０％≦Ｃｏ≦１．０％、０．１０％≦Ｗ≦５．０％
ＣｏやＷは、金型用鋼の強度、特に高温強度の向上に効果を有する。含有量の下限値は、強度向上に効果を有する含有量として規定され、上限値は、熱伝導率の低下の抑制と、製造コスト抑制の観点から規定されている。

・０．３０％≦Ｎｉ＜１．０％、０．３０％≦Ｃｕ≦１．０％
ＮｉおよびＣｕはともに、金型用鋼中でオーステナイトを安定に生成させ、パーライトの生成を遅延させることで、焼入れ性を向上させる効果を有する。各元素の含有量の下限値は、焼入れ性向上の効果が得られる含有量として規定され、上限値は、熱伝導率の低下の抑制と、製造コスト抑制の観点から規定されている。さらに、Ｎｉについては、上記上限値を超えて含有させると、残留オーステナイトの増長につながり、高硬度を得にくくなる。

・０．０１％≦Ｓ≦０．１５％、０．００１％≦Ｃａ≦０．１５％、０．０３％≦Ｓｅ≦０．３５％、０．０１％≦Ｔｅ≦０．３５％、０．０１％≦Ｂｉ≦０．５０％、０．０３％≦Ｐｂ≦０．５０％
Ｓ、Ｃａ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｐｂはいずれも、金型用鋼の被削性を向上させる効果を有する。各元素の含有量の下限値は、被削性改善の効果が得られる含有量として規定されている。一方、上記各元素を過剰に添加すると、介在物が多く生成し、その介在物が亀裂の起点となって、靱性(衝撃値）の低下につながるため、そのような事態を回避する観点から、含有量の上限値が規定されている。

本実施形態にかかる金型用鋼は、上記のような必須元素と、必要に応じて添加元素を含有してなることにより、熱処理を経て、高硬度と高熱伝導率を両立する材料となる。金型用鋼、特にホットスタンプ用の金型を構成する鋼材は、例えば、室温で５５ＨＲＣ以上の高硬度と、室温で３０Ｗ／ｍ／Ｋ以上の高熱伝導率を有することが望ましく、本実施形態にかかる金型用鋼は、このような高硬度と高熱伝導率を達成できるものである。好ましくは、焼入れと、５００℃以上での焼戻しを行った状態で、室温における硬度が５５ＨＲＣ以上、室温における熱伝導率が３０Ｗ／ｍ／Ｋ以上となるとよい。

本実施形態にかかる金型用鋼においては、特に、Ｃと添加合金元素の含有量のバランスの効果により、高硬度と高熱伝導率の両立が達成されている。Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒをはじめとする合金元素の含有量が多くなると、硬度を上昇させることはできるが、熱伝導率が低下してしまう。これらの元素を含む添加金属元素の含有量を上記のように調整することで、高硬度と高熱伝導率が両立される。また、高価な添加元素の含有量が少ないことで、金型用鋼の製造コストが抑制される。

ホットスタンプ（ホットプレス、ホットスタンピングとも称する）は、鋼板をオーステナイト変態温度域まで加熱した後、金型内で、成形とともに焼入れを行い、高強度化を図るものである。ホットスタンプを用いれば、冷間加工では十分な成形性を得ることができない超高張力鋼（超ハイテン鋼）等の加工も行いやすい。ホットスタンプにおいて、用いる金型の熱伝導率が低いと、加熱された鋼板の熱を金型によって奪う速度が遅くなり、鋼板の焼入れに長い時間がかかってしまう。また、鋼板を成形して金型から取り出した後、金型を十分に放冷し、次の鋼板を金型に導入するまでにも長い時間がかかってしまうので、加工のサイクルタイムが長くなり、生産性が低くなってしまう。金型が十分に放冷されていない状態で次の鋼板を加工すると、その鋼板の温度を十分に下げることができず、焼入れ性が下がってしまう。しかし、金型が室温でおおむね３０Ｗ／ｍ／Ｋ以上の熱伝導率を有していれば、焼入れを効率的に行うとともに、加工のサイクルタイムを短くし、高い生産性をもってホットスタンプを実施することができる。

また、ホットスタンプ用金型をはじめとする金型において、硬度が低いと、成形中に金型に摩耗が生じ、金型が損傷しやすくなる。金型がおおむね５５ＨＲＣ以上の硬度を有していれば、超高張力鋼を成形するホットスタンプにおいても、高い耐摩耗性を得ることができる。

本金型用鋼は、高硬度と高熱伝導率に加え、高い靱性、つまり高い衝撃値を備えていることが好ましい。靱性が高いほど、金型において、割れ等の損傷が発生するのを抑制することができる。例えば、１０３０±２０℃で均熱後、５〜９℃／ｍｉｎの速度で冷却する焼入れと、５００℃以上での焼戻しを行った時の室温におけるシャルピー衝撃値が、２０Ｊ／ｃｍ^２以上であるとよい。上記温度での均熱の好適な長さとしては、４５±１５分を例示することができる。シャルピー衝撃値は、ＪＩＳ３号衝撃試験片（２ｍｍＵノッチ）を用いたシャルピー衝撃試験によって評価すればよい。

本実施形態にかかる金型用鋼においては、必須成分元素に加え、各種の任意成分元素を添加することで、高硬度、高熱伝導率に加え、靱性（衝撃値）、高温強度、高焼入れ性、被削性の向上を図ることができる。特に、高い焼入れ性を有することで、大型の金型を製造する場合にも、高強度、高靱性を得ることができるので、製造する金型のサイズに制限が生じにくくなる。

上記のように、本実施形態にかかる金型用鋼は、高硬度と高熱伝導率を有することにより、ホットスタンプをはじめとする鋼材のプレス加工に使用する金型を構成するのに、好適に用いることができる。しかし、これらに限られず、樹脂やゴム材料の成形等、種々の用途の金型を構成するのに用いることができる。

以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。

表１に示す成分組成（単位：質量％）を有する金型用鋼をそれぞれ作製した。具体的には、各組成比を有する鋼を真空誘導炉で溶製した後、インゴットを鋳造した。得られたインゴットを熱間鍛造し、その後、球状化焼きなましを行って、各試験に供した。

このようにして得られた各金型用鋼よりなるブロックの中心付近から試験片を切り出し、硬さ測定、熱伝導率測定、シャルピー衝撃値測定、結晶粒評価、高温硬さ測定、被削性評価の各試験を行った。以下に、試験方法を説明する。

＜硬さ測定＞
φ５０ｍｍ×１５ｍｍの試験片を用いて、１０３０℃で４５分間均熱後に、３０℃／ｍｉｎの速度で冷却して、焼入れを行った。その後、５００〜６００℃で１時間均熱後に空冷する焼戻しを２回実施した。そして、断面を切断後に、切断面を平面研磨し、ロックウェルＣスケール（ＨＲＣ）によって硬さを室温にて測定し、焼戻し時の温度範囲において得られた最高硬さを記録した。最高硬さが５５ＨＲＣ以上の場合を良好「○」とし、５５ＨＲＣ未満の場合を不良「×」とした。

＜熱伝導率測定＞
上記硬さ測定において、最高硬さが得られた状態の試験片から、φ１０ｍｍ×２ｍｍの領域を切り出し、熱伝導率測定用の試験片とした。この試験片に対し、熱伝導率λ（Ｗ／ｍ／Ｋ）を、レーザーフラッシュ法によって測定した。熱伝導率が３０Ｗ／ｍ／Ｋ以上の場合を良好「○」とし、３０Ｗ／ｍ／Ｋ未満の場合を不良「×」とした。

＜シャルピー衝撃値測定＞
金型用鋼の靱性を評価するため、シャルピー衝撃値を測定した。φ５０ｍｍ×７０ｍｍの金型用鋼の１／２Ｒ位置から、１０ｍｍ×１０ｍｍ×５５ｍｍの試験片を切り出し、熱処理を行った。熱処理としては、１０３０℃で４５分間の均熱後に、５℃／ｍｉｎ、７℃／ｍｉｎ、９℃／ｍｉｎの３通りの速度で冷却して焼入れを行った。そして、上記硬さ測定において、最高硬さが得られた焼戻し温度で、１時間均熱して空冷する処理を２回行った。そして、ＪＩＳ３号衝撃試験片（２ｍｍＵノッチ）を採取し、ＪＩＳＺ２２４２に従い、シャルピー衝撃試験を行い、最低衝撃値を測定した。焼入れ時の冷却速度が５〜９℃／ｍｉｎの全ての試験片において、シャルピー衝撃値が２０Ｊ／ｃｍ^２以上の場合を良好「○」とし、いずれか１つの冷却速度でも２０Ｊ／ｃｍ^２未満の場合を不良「×」とした。なお、表２中の最低衝撃値は、３とおりの冷却速度のうち、最も低い衝撃値が得られた際の測定値を示している。

＜結晶粒評価＞
焼入れによる結晶粒の粗大化の有無を判定するため、結晶粒の評価を行った。φ５０ｍｍ×１５ｍｍの試験片を用いて、１０５０℃で５時間均熱後に、３０℃／ｍｉｎの速度で冷却して、焼入れを行った。その試験片の断面を切断し、研磨、腐食を行い、４５０ｍｍ^２の面積の領域を顕微鏡にて観察した。その領域における最大粒径を、ＪＩＳＧ０５５１に規定されている粒度番号で評価した。粒度番号が４番以上の場合を良好「○」、４番未満の場合を不良「×」とした。

＜高温硬さ測定＞
高温強度を評価するため、高温硬さの測定を行った。φ５０ｍｍ×１５ｍｍの試験片を用いて、１０３０℃で４５分間均熱後に、３０℃／ｍｉｎの速度で冷却して、焼入れを行った。その後、上記硬さ測定において最高硬さが得られた温度で１時間均熱後に空冷する焼戻しを２回実施した。その後、φ１０ｍｍ×５ｍｍの高温硬さ試験片を採取した。その試験片の断面を研磨後、試験片をヒータにより加熱し、ＪＩＳＺ２２４４に準拠して、ビッカース硬さを測定した。５００℃における高温硬さが４５０ＨＶとなった場合を良好「○」とし、４５０ＨＶ未満の場合を不良「×」とした。

＜被削性評価＞
硬さ２４ＨＲＣ以下の焼きなまし状態にある試験片において、インサート式超硬チップ（ノンコート、φ３２ｍｍ）を用いて、下記の切削条件で、エンドミル加工を行った。そして、切削工具寿命までの切削距離を測定した。切削距離が９ｍ以上１５ｍ未満の場合を良好「○」とし、１５ｍ以上の場合を特に良好「◎」とした。切削条件は、切削速度：１５０ｍ／ｍｉｍ、送り量：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み：１ｍｍ×４ｍｍ、切削方向：ダウンカット、冷却方式：エアブロー、とした。工具寿命の判断は、最大工具摩耗量が２５０μｍを超えた時とした。

＜結果＞
表１に、各実施例および比較例にかかる金型用鋼の成分組成を示す。また、表２に、上記各試験の結果を示す。

比較例１においては、Ｃの含有量が少なすぎることと対応して、硬さ（最高硬さおよび５００℃硬さ）が低くなっている。一方、比較例２においては、Ｃの含有量が多すぎる。この場合にも、硬さ（最高硬さおよび５００℃硬さ）が低くなっている。つまり、Ｃの含有量が多すぎても少なすぎても、十分な高硬度を得ることができない。

比較例３においては、Ｓｉの含有量が多すぎることに対応して、熱伝導率が低くなっている。

比較例４においては、Ｍｎの含有量が少なすぎることに対応して、シャルピー衝撃値が低くなっている。一方、比較例５においては、Ｍｎの含有量が多すぎることに対応して、熱伝導率が低くなっている。

比較例６においては、Ｃｒの含有量が少なすぎることに対応して、シャルピー衝撃値が低くなっている。また、高温硬さが低くなっており、これは、炭化物が少ないために、十分な高温強度が得られないことに対応している。一方、比較例７においては、Ｃｒの含有量が多すぎることに対応して、熱伝導率が低くなっている。

比較例８においては、Ｍｏの含有量が少なすぎることに対応して、硬さ（最高硬さおよび５００℃硬さ）が低くなっている。一方、比較例９において、Ｍｏの含有量が多すぎる場合にも、硬さが低くなってしまっている。つまり、Ｍｏの含有量が多すぎても少なすぎても、十分な高硬度を得ることができない。

比較例１０においては、Ｖの含有量が少なすぎることに対応して、結晶粒が粗大になっている。さらに、結晶粒の粗大化に伴って、シャルピー衝撃値および高温硬さが低くなっている。一方、比較例１１においては、Ｖの含有量が多すぎ、この場合にも、粗大な炭化物が多く析出し、シャルピー衝撃値が低くなっている。

これら比較例にかかる各金型用鋼に対し、本発明の実施例にかかる金型用鋼はいずれも、５５ＨＲＣ以上の高硬度を有し、３０Ｗ／ｍ／Ｋの高熱伝導率を有している。加えて、シャルピー衝撃値、結晶粒、高温硬さ、被削性のいずれにおいても、良好な評価が得られている。被削性については、Ｓ、Ｃａ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｐｂを含有する実施例２１〜２７で、特に優れた結果が得られている。

以上、本発明の実施形態、実施例について説明した。本発明は、これらの実施形態、実施例に特に限定されることなく、種々の改変を行うことが可能である。

Claims

質量％で、
０．５８％≦Ｃ≦０．７０％、
０．０１％≦Ｓｉ≦０．３０％、
０．５０％≦Ｍｎ≦２．００％、
０．５％≦Ｃｒ＜２．０％、
１．８％≦Ｍｏ≦３．０％、および
０．０５％＜Ｖ≦０．８０％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする金型用鋼。
さらに、質量％で、
０．００５％≦Ａｌ≦１．５％、
０．０００３％≦Ｎ≦０．２０％、
０．０１％≦Ｔｉ≦０．５％、
０．０１％≦Ｎｂ≦０．５％、
０．０１％≦Ｚｒ≦０．５％、および
０．０１％≦Ｔａ≦０．５％
から選択される少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１に記載の金型用鋼。
さらに、質量％で、
０．１０％≦Ｃｏ≦１．０％、および
０．１０％≦Ｗ≦５．０％
から選択される少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の金型用鋼。
さらに、質量％で、
０．３０％≦Ｎｉ＜１．０％、および
０．３０％≦Ｃｕ≦１．０％
から選択される少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の金型用鋼。
さらに、質量％で、
０．０１％≦Ｓ≦０．１５％、
０．００１％≦Ｃａ≦０．１５％、
０．０３％≦Ｓｅ≦０．３５％、
０．０１％≦Ｔｅ≦０．３５％、
０．０１％≦Ｂｉ≦０．５０％、および
０．０３％≦Ｐｂ≦０．５０％
から選択される少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の金型用鋼。
焼入れ後に、５００℃以上で焼戻しを行った時の室温での硬さが５５ＨＲＣ以上、室温の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ／Ｋ以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の金型用鋼。
１０３０±２０℃で均熱後、５〜９℃／ｍｉｎの速度で冷却する焼入れと、５００℃以上での焼戻しを行った時の室温におけるシャルピー衝撃値が、２０Ｊ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする請求項６に記載の金型用鋼。
請求項１から７のいずれか１項に記載の金型用鋼よりなることを特徴とする金型。
ホットスタンプ用金型であることを特徴とする請求項８に記載の金型。
室温での硬さが５５ＨＲＣ以上であることを特徴とする請求項８または９に記載の金型。