JPWO2016208571A1 - 高速度工具鋼鋼材の製造方法、高速度工具鋼製品の製造方法および高速度工具鋼製品 - Google Patents

Abstract

高速度工具鋼製品の組織中の炭化物を増やすことができる高速度工具鋼鋼材の製造方法と、高速度工具鋼製品の製造方法および高速度工具鋼製品を提供する。溶鋼を鋳造して、鋼塊を得る鋳造工程と、この鋳造工程で得た鋼塊を１１２０℃を超える温度に加熱した後、熱間加工して、中間素材を得る分塊工程と、この分塊工程で得た中間素材を９００〜１１２０℃の温度に加熱した後、熱間加工して、高速度工具鋼鋼材を得る仕上工程と、を具備する高速度工具鋼鋼材の製造方法である。また、さらに、この仕上工程で得た高速度工具鋼鋼材に焼鈍を行う焼鈍工程を具備する高速度工具鋼鋼材の製造方法である。そして、上記の製造方法で得た高速度工具鋼鋼材に焼入れおよび焼戻しを行う高速度工具鋼製品の製造方法と、高速度工具鋼製品である。

Description

本発明は、切削工具、切断工具、金型等の高速度工具鋼製品に用いられる高速度工具鋼鋼材の製造方法と、高速度工具鋼製品の製造方法および高速度工具鋼製品に関するものである。

従来、高速度工具鋼は優れた耐摩耗性を有してることから、エンドミル、ドリル、タップ、ミーリングカッターといった切削工具や、帯鋸といった切断工具は、その材料に高速度工具鋼鋼材が用いられている。また、プレスや鍛造等の塑性加工用の金型にも、その材料に高速度工具鋼鋼材が用いられているものがある（特許文献１〜３参照）。

高速度工具鋼鋼材は、通常、所定の成分組成に調整された溶鋼を鋳造して得た鋼塊を出発材料として（鋳造工程）、これに様々な熱間加工や熱処理を行って、所定の寸法の鋼材に仕上げられる。このとき、上記の熱間加工の工程において、鋼塊は、まず、熱間加工されて、スラブ、ブルーム、ビレット、シートバー等の形状の中間素材に分塊加工される（分塊工程）。そして、この中間素材が、さらに、熱間加工されて、製品形状に応じた形状の鋼材に仕上げられる（仕上工程）。鋼材の形状は、これより製造される製品がエンドミル、ドリル、タップ等であるなら、例えば、断面の直径や一辺が５〜５０ｍｍ程度の棒状であるし、帯鋸刃等であるなら、例えば、断面の直径や一辺が１〜５ｍｍ程度の線状である。

そして、高速度工具鋼鋼材は、通常、硬さの低い焼鈍状態で、切削工具等の製品の作製メーカーに供給される。作製メーカーに供給された高速度工具鋼鋼材は、製品の形状に機械加工された後に、焼入れ焼戻しによって所定の使用硬さに調整される。また、使用硬さに調整された後に、仕上げの機械加工を行うことが一般的である。帯鋸の場合、線状の高速度工具鋼鋼材は、胴材と溶接されてから、機械加工（刃付け加工）および焼入れ焼戻しが行われる。

特開２０１３−２１３２７７号公開 特開平１１−００６０４２号公報 特開平４−１１１９６２号公報

高速度工具鋼製品の優れた耐摩耗性は、その組織中に形成されている炭化物の存在が大きく寄与している。この点において、特許文献１〜３による高速度工具鋼製品も、優れた耐摩耗性を有している。そして、この組織中の炭化物の形成量を増やすことで、高速度工具鋼製品の耐摩耗性をさらに向上させることができる。
本発明の目的は、高速度工具鋼製品の組織中の炭化物を増やすことができる高速度工具鋼鋼材の製造方法と、高速度工具鋼製品の製造方法および高速度工具鋼製品を提供することである。

本発明は、質量％で、Ｃ：０．５０〜２．２０％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．００％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００４０％以下、Ｃｒ：３．００〜７．００％、（Ｗ＋２Ｍｏ）の関係式によるＷおよびＭｏのうちの１種または２種：５．００〜３０．００％、Ｖ：０．６０〜５．００％、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成を有する高速度工具鋼鋼材の製造方法であって、
溶鋼を鋳造して、鋼塊を得る鋳造工程と、
この鋳造工程で得た鋼塊を１１２０℃を超える温度に加熱した後、熱間加工して、中間素材を得る分塊工程と、
この分塊工程で得た中間素材を９００〜１１２０℃の温度に加熱した後、熱間加工して、上述の成分組成を有する高速度工具鋼鋼材を得る仕上工程と、
を具備する高速度工具鋼鋼材の製造方法である。
そして、上記の高速度工具鋼鋼材が、さらに、質量％で、Ｃｏ：１０．００％以下、Ａｌ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１５０％以下のうちの１種または２種以上を含む成分組成を有する高速度工具鋼鋼材の製造方法である。
また、さらに、上記の仕上工程で得た上述の成分組成の高速度工具鋼鋼材に焼鈍を行う焼鈍工程を具備する高速度工具鋼鋼材の製造方法である。

また、本発明は、上記の高速度工具鋼鋼材の製造方法によって製造された高速度工具鋼鋼材に、焼入れおよび焼戻しを行う高速度工具鋼製品の製造方法である。そして、本発明は、質量％で、Ｃ：０．５０〜２．２０％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．００％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００４０％以下、Ｃｒ：３．００〜７．００％、（Ｗ＋２Ｍｏ）の関係式によるＷおよびＭｏのうちの１種または２種：５．００〜３０．００％、Ｖ：０．６０〜５．００％、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成を有する高速度工具鋼製品であって、断面組織に占める、最大長が０．４０μｍ以上のＭＣ炭化物の面積率が３．８％以上であり、最大長が０．４０μｍ以上のＭ_６Ｃ炭化物の面積率が６．８％以上の高速度工具鋼製品である。
そして、上記の高速度工具鋼製品が、さらに、質量％で、Ｃｏ：１０．００％以下、Ａｌ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１５０％以下のうちの１種または２種以上を含む成分組成を有する高速度工具鋼製品である。

本発明によれば、高速度工具鋼製品の組織中の炭化物を増やすことができる。

本発明の高速度工具鋼製品の一例について、その断面組織の反射電子線（ＢＳＥ；Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）画像を示す図である。 中間素材を仕上加工する時の中間素材の加熱温度と、製品の断面組織中にあるＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物の面積率との関係を示す図である。

（１）本発明の高速度工具鋼鋼材の製造方法は、質量％（以下、単に「％」と記す。）で、Ｃ：０．５０〜２．２０％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．００％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００４０％以下、Ｃｒ：３．００〜７．００％、（Ｗ＋２Ｍｏ）の関係式によるＷおよびＭｏのうちの１種または２種：５．００〜３０．００％、Ｖ：０．６０〜５．００％、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成を有する高速度工具鋼鋼材の製造方法である。また、上記の高速度工具鋼鋼材が、さらに、Ｃｏ：１０．００％以下、Ａｌ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１５０％以下のうちの１種または２種以上を含む成分組成を有する高速度工具鋼鋼材の製造方法である。
本発明に係る高速度工具鋼鋼材（製品を含む）の成分組成は、従来の高速度工具鋼鋼材のそれを含むものである。この成分組成には、ＪＩＳ−Ｇ−４４０３の「高速度工具鋼鋼材」に規格されている、ＳＫＨ５１のような、汎用鋼種も含まれている。以下、成分組成について、説明する。

・Ｃ：０．５０〜２．２０％
Ｃは、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖと結合して炭化物を形成し、製品の耐摩耗性を向上する元素である。しかし、多すぎると、靭性が低下する。よって、後述するＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ量とバランスさせた上で、０．５０〜２．２０％とする。好ましくは１．００％以上である。より好ましくは１．１０％以上である。また、好ましくは１．５０％以下である。より好ましくは１．３０％以下である。さらに好ましくは１．２５％以下である。

・Ｓｉ：０．１０〜１．００％
Ｓｉは、通常、溶解工程における脱酸剤として使用される。そして、材料の被削性を高める効果がある。しかし、多すぎると、製品の靭性が低下する。よって、Ｓｉは、０．１０〜１．００％とする。好ましくは０．２５％以上である。より好ましくは０．４０％以上である。また好ましくは０．８０％以下である。より好ましくは０．６０％以下である。

・Ｍｎ：０．１０〜１．００％
Ｍｎは、Ｓｉと同様、脱酸剤として使用される。そして、焼入性を高めて、製品に適度の焼入れ焼戻し硬さを付与する効果がある。しかし、多すぎると、焼入れ焼戻し後の組織中に残留オーステナイトが多くなり、靭性を低下させる。よって、Ｍｎは、０．１０〜１．００％とする。好ましくは０．１５％以上である。より好ましくは０．２０％以上である。また、好ましくは０．７５％以下である。より好ましくは０．５０％以下である。さらに好ましくは０．４５％以下である。

・Ｐ：０．０２５％以下
Ｐは、通常、添加しなくても、各種の高速度工具鋼鋼材に不可避的に含まれ得る元素である。そして、焼戻し等の熱処理時に旧オーステナイト粒界に偏析して粒界を脆化させる元素である。したがって、製品の靭性を維持するために、添加する場合も含めて、０．０２５％以下に規制する。

・Ｓ：０．００４０％以下
Ｓは、通常、添加しなくても、各種の高速度工具鋼鋼材に不可避的に含まれ得る元素である。そして、多過ぎると、熱間加工前の鋼塊や中間素材時において、その熱間加工性を劣化させ、熱間加工中の鋼塊や素材に割れを生じさせる元素である。また、鋼材が後述するＣａを含むときには、Ｃａと結合して、Ｃａ単体が発揮する熱間加工性の向上効果を阻害する要因ともなる。よって、Ｓは、低減すべき元素であり、０．００４０％以下に規制する。好ましくは０．００２０％以下、より好ましくは０．００１０％以下である。

・Ｃｒ：３．００〜７．００％
Ｃｒは、焼入性を高め、また炭化物を形成して、製品の耐摩耗性を向上するのに有効な元素である。また、耐酸化性を付与する元素である。但し、多過ぎると、靱性や高温強度の低下を招く。よって、Ｃｒは、３．００〜７．００％とする。好ましくは３．５０％以上である。より好ましくは４．００％以上である。また、好ましくは５．５０％以下である。より好ましくは５．００％以下である。

・（Ｗ＋２Ｍｏ）の関係式によるＷおよびＭｏの１種または２種：５．００〜３０．００％
ＷおよびＭｏは、Ｃと結合して炭化物を形成し、製品に耐摩耗性や耐焼付き性を付与する元素である。また、焼戻し時の二次硬化作用が大きく、高温強度も付与できる元素である。このとき、ＷおよびＭｏは、単独または複合で含有させることができる。また、このときの含有量は、ＭｏがＷの約１／２の原子量であることから、（Ｗ＋２Ｍｏ）の関係式で定義されるＷ当量で一緒に規定できる。そして、上記の効果を得るために、（Ｗ＋２Ｍｏ）の関係式による値で、５．００％以上とする。好ましくは１０．００％以上である。より好ましくは１５．００％以上である。さらに好ましくは１７．００％以上である。
しかし、多すぎると、鋼塊または中間素材の時点における熱間加工性を阻害する。よって、（Ｗ＋２Ｍｏ）の関係式による値で、３０．００％以下とする。好ましくは２５．００％以下である。より好ましくは２２．００％以下である。さらに好ましくは２０．００％以下である。

・Ｖ：０．６０〜５．００％
Ｖは、Ｃと結合して硬質の炭化物を形成し、製品の耐摩耗性の向上に寄与する元素である。しかし、多すぎると、製品の靭性が低下する。よって、Ｖは、０．６０〜５．００％とする。好ましくは１．００％以上である。より好ましくは１．５０％以上である。さらに好ましくは２．００％以上である。特に好ましくは２．５０％以上である。また、好ましくは４．００％以下である。より好ましくは３．５０％以下である。さらに好ましくは３．００％以下である。

本発明に係る高速度工具鋼鋼材において、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃａは、鋼中に残留する可能性のある元素である。そして、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃａは、以下の効果の面で、必要に応じて含有してもよい。
・Ｃｏ：１０．００％以下
Ｃｏは、基地中に固溶して、製品の強度や耐熱性を向上させる。但し、多過ぎると、製品の靱性を低下させる。よって、１０．００％以下のＣｏを含有することができる（０％を含む）。好ましくは５．００％以下である。より好ましくは３．００％以下である。さらに好ましくは２．００％以下である。なお、Ｃｏは、無添加の場合でも、例えば、０．１０％未満を含み得る場合がある。そして、Ｃｏを含有する場合、好ましくは０．１０％以上である。

・Ａｌ：０．３０％以下
Ａｌは、鋳造組織を均一微細にして、鋼塊の熱間加工性を向上させる効果を有する。但し、多過ぎると、組織中にアルミナ系介在物を多く形成して、製品の靱性を低下させる。よって、０．３０％以下のＡｌを含有することができる。好ましくは０．２５％以下である。より好ましくは０．２０％以下である。なお、Ａｌを含有する場合、好ましくは０．０２％以上である。より好ましくは０．０６％以上である。さらに好ましくは０．０８％以上である。特に好ましくは０．１０％以上である。

・Ｃａ：０．０１５０％以下
Ｃａは、後述するＭＣ炭化物の絶対量を増やす効果を有し、製品の耐摩耗性の向上に有効な元素である。そして、上述のＡｌと同様、鋳造組織を均一微細にして、鋼塊の熱間加工性を向上する効果も有する。しかし、多すぎると、多くのＣａが酸化物系の介在物を形成して、清浄度を低める。よって、０．０１５０％以下のＣａを含有することができる。好ましくは０．０１３０％以下である。より好ましくは０．０１２０％以下である。さらに好ましくは０．０１００％以下である。なお、Ｃａを含有する場合、好ましくは０．００５０％以上である。より好ましくは０．００６０％以上である。さらに好ましくは０．００７０％以上である。

また、本発明に係る高速度工具鋼鋼材において、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）は、不純物として鋼中に残留する可能性のある元素である。そして、これらの元素はできるだけ低い方が好ましい。
・Ｎ：０．０１００％以下
Ｎは、鋼中に不可避的に存在する元素である。Ｎが多すぎると、組織中に多くの窒化物系の介在物が形成されて、製品の品位を下げる。よって、好ましくは０．０１００％以下に規制する。より好ましくは０．００６０％以下、さらに好ましくは０．００５０％以下、特に好ましくは０．００２０％以下に規制する。

・Ｏ：０．００４０％以下
Ｏは、鋼中に不可避的に存在する元素である。Ｏが多すぎると、組織中に多くの酸化物系の介在物が形成されて、製品の品位を下げる。よって、好ましくは０．００４０％以下に規制する。より好ましくは０．００３０％以下、さらに好ましくは０．００２０％以下である。

（２）本発明の高速度工具鋼鋼材の製造方法は、溶鋼を鋳造して、鋼塊を得る鋳造工程を含むものである。
通常、高速度工具鋼鋼材が、所定の成分組成に調整された溶鋼を鋳造して得た鋼塊を出発材料にして製造されることは、先述の通りである。そして、本発明の場合、この鋼塊を得る手法は、インゴットケースを使用した普通造塊法の他に、連続鋳造法や、一旦鋳造後の鋼塊に実施する真空アーク再溶解法やエレクトロスラグ再溶解法である等、その手法を問わない。これについて、「鋼塊（ｉｎｇｏｔ）」とは、例えば、ＪＩＳ−Ｇ−０２０３「鉄鋼用語（製品及び品質）」において、「溶鋼を鋼塊用鋳型（インゴットケース）に鋳込み凝固させたもの、又は連続鋳造された鋼片。通常は、熱間加工又は鍛造による後工程で、半製品又は製品に加工される（真空アーク又はエレクトロガススラグ法で再溶解され、鋳造された鋼塊を含む）。」と定義されている。
また、上記の鋼塊には、例えば、一定の温度および時間で保持する均熱処理（ソーキング処理）を、必要に応じて行ってもよい。

（３）本発明の高速度工具鋼鋼材の製造方法は、上述した（２）の鋳造工程で得た鋼塊を１１２０℃を超える温度に加熱した後、熱間加工して、中間素材を得る分塊工程を含むものである。
本発明に係る高速度工具鋼鋼材の成分組成が、ＳＫＨ５１等の汎用鋼種のそれを含むものであることは、上述の通りである。そして、本発明の特徴は、このような汎用的な成分組成を含む高速度工具鋼材の製造工程において、その熱間加工工程の条件を調整することで、成分組成を特別に変更しなくても、高速度工具鋼製品の組織中の炭化物を増やすことができ、高速度工具鋼製品の耐摩耗性を向上できる点にある。

高速度工具鋼製品の耐摩耗性を向上させるには、その焼入れ焼戻し組織中に形成されている炭化物の量を増やすことが有効である。そして、この炭化物のうちでも、バナジウムを多く含む「ＭＣ炭化物」、および、タングステンやモリブデンを多く含む「Ｍ_６Ｃ炭化物」は、硬質であり、耐摩耗性の向上効果に優れている。従って、高速度工具鋼製品の組織中の、特にＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物を増やすことは、高速度工具鋼製品の耐摩耗性を向上させるのに効果的である。そして、従来の高速度工具鋼製品においては、その成分組成を特別に変更しなくても、上記の熱間加工工程の条件を見直すことで、製品の組織中の炭化物を増量できる余地があることを、本発明者は知見した。

通常、高速度工具鋼鋼材の製造方法は、その熱間加工工程において、上述した（２）の鋳造工程で得た鋼塊を分塊加工する「分塊工程」と、この分塊工程で得た中間素材を鋼材の形状に仕上加工する「仕上工程」とを経てなるものである。なお、上記の「中間素材」は、例えば、ＪＩＳ−Ｇ−０２０３「鉄鋼用語（製品及び品質）」で定義されている「鋼片（ｓｅｍｉ−ｆｉｎｉｓｈｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔ）」の状態と解釈することができる。ＪＩＳ−Ｇ−０２０３において、「鋼片」とは、「鋼塊を圧延若しくは鍛造することによって、又は連続鋳造によって得られる、長さ方向に一定の断面形状をもつ半製品。一般には、次の工程で熱間圧延又は熱間鍛造を行って、仕上げ製品に加工することを意図したもの。断面の形状及び寸法によってスラブ、ブルーム、ビレット、シートバーなどに分類される。」と定義されている。
そして、上記の熱間加工工程において、従来、その熱間加工温度は、上記の分塊工程から仕上工程までを通して、同じ温度範囲の、一連の熱間加工温度で管理されていた。そして、その熱間加工温度は、例えば、特許文献１の熱間加工温度が１１６０℃であり、特許文献３の熱間加工温度が１１５０℃であるように、高く設定されていた。

これに対して、本発明の高速度工具鋼鋼材の製造方法では、その熱間加工工程における上記の「分塊工程」と「仕上工程」とで、その際の加工温度を別けて管理するものである。そして、まず、分塊工程の加工温度について説明すると、分塊工程は、鋼塊の鋳造組織中にある共晶型の粗大なＭＣ炭化物を破砕する役割を担う。そして、鋼塊の鋳造組織中にある共晶型のＭ_２Ｃ炭化物を分解して、Ｍ_６Ｃ炭化物に調整する役割を担う。よって、組織中のＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物を増やすためには、上記の分塊工程で、その際の加工温度を、共晶型ＭＣ炭化物の破砕およびＭ_２Ｃ炭化物の分解が十分に進むだけの、高い温度にすることが効果的である。そして、本発明では、この分塊工程での加工温度（つまり、鋼塊の温度）を、１１２０℃を超える温度とするために、分塊加工前の鋼塊を１１２０℃を超える温度に加熱する。好ましくは１１３０℃以上である。鋼塊の加熱温度の上限は、特に設ける必要はない。但し、鋼塊の加熱に掛かるコスト等を考えれば、１１６０℃以下とするのが効率的である。好ましくは１１５０℃以下、より好ましくは１１４０℃以下である。
分塊工程で加工温度を上げることは、鋼塊の塑性加工性を高く維持できる点でも好ましい。通常、鋼塊は、後述する中間素材（鋼片）よりも、その断面積が大きい。よって、分塊加工が行われるときの鋼塊には、後述の仕上加工が行われるときの中間素材よりも、優れた塑性加工性が求められる。分塊工程での加工温度が低すぎると、分塊加工中の鋼塊が割れることが懸念される。

通常、分塊加工中の鋼塊の温度は、その分塊加工の開始から徐々に低下していく。そして、分塊加工が終了したときには、鋼塊（つまり、中間素材）の温度が１１２０℃以下になっているかも知れない。この場合であっても、分塊加工の開始温度が１１２０℃を超えていることで、本発明の分塊工程の効果は発揮される。そして、分塊加工の温度は、その加工の終了温度を９００℃以上に維持することが好ましい。または、分塊加工の開始から終了に亘って、分塊加工の温度が１１２０℃を超えて維持されていることが好ましい。これによって、鋼塊の塑性加工性を維持できて、鋼塊を所定の寸法の中間素材にすることが容易になる。また、鋼塊に大きな加工比を付与することが容易になる。
分塊加工中の鋼塊の温度を９００℃以上の温度（または、１１２０℃を超える温度）に維持するには、例えば、鋼塊の温度が９００℃（または、１１２０℃）の近くまで降温してきたときに、分塊加工を中断して、鋼塊を加熱炉に入れる等して、鋼塊を再加熱することができる。そして、この再加熱後の鋼塊が、所定の寸法の中間素材になるまで（鋼塊に所定の加工比を付与できるまで）、分塊加工を繰り返すことができる。

（４）本発明の高速度工具鋼鋼材の製造方法は、上述した（３）の分塊工程で得た中間素材を９００〜１１２０℃の温度に加熱した後、熱間加工して、上述した成分組成の高速度工具鋼鋼材を得る仕上工程を含むものである。
仕上工程は、分塊工程で得た中間素材を熱間加工して、中間素材を鋼材に仕上加工する工程である。この仕上加工によって、中間素材は、製品形状に応じた形状の、所定の寸法の高速度工具鋼鋼材に仕上げられる。これについて、「鋼材（ｓｔｅｅｌ ｐｒｏｄｕｃｔ）」とは、例えば、ＪＩＳ−Ｇ−０２０３「鉄鋼用語（製品及び品質）」において、「圧延、鍛造、引抜き、鋳造など各種の方法で所要の形状に加工された鋼の総称。鋼塊及び鋼片は含まない。」と定義されている。そして、本発明に関する高速度工具鋼鋼材の形状は、これより製造される製品がエンドミル、ドリル、タップ等であるなら、例えば、断面の直径や一辺が５〜５０ｍｍ程度の棒状であるし、帯鋸刃等であるなら、例えば、断面の直径や一辺が１〜５ｍｍ程度の線状である。
また、仕上工程は、分塊工程で組織中に付与したＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物を球状化する工程である。そして、本発明においては、ＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物の増量に寄与する重要な工程である。

仕上工程において、（３）の分塊工程で得た中間素材に行う仕上加工の加工温度（つまり、中間素材の温度）を、分塊工程のときと同じ「１１２０℃を超える温度」にすると、その仕上加工前の中間素材の加熱中に、そして、仕上加工中に、中間素材の組織中にあるＭＣ炭化物やＭ_６Ｃ炭化物が基地であるオーステナイト組織に溶け込んで、ＭＣ炭化物やＭ_６Ｃ炭化物の量が減少する。そして、この結果、同じ成分組成を有する高速度工具鋼製品のなかでも、その組織中のＭＣ炭化物やＭ_６Ｃ炭化物の量が異なって、かつ、その量が少なくなって、製品の耐摩耗性が低下する。よって、本発明では、仕上加工の温度を１１２０℃以下に制限するために、仕上加工前の中間素材の加熱温度を１１２０℃以下に制限する。好ましくは１１１５℃以下である。より好ましくは１１１０℃以下である。

なお、上述した分塊加工中の鋼塊の温度と同様、仕上加工中の中間素材の温度も、通常、その仕上加工の開始から徐々に低下していく。そして、仕上加工中に、中間素材の温度が低くなりすぎると、中間素材の塑性加工性が低下して、中間素材を所定の寸法の鋼材にすることが難しくなる。よって、仕上加工前の中間素材の加熱温度は９００℃以上とする。そして、仕上加工の温度は、その加工の開始から終了に亘って、１１２０〜９００℃の間に維持することが好ましい。または、仕上加工の温度は、その加工の終了温度を９００〜１０５０℃に維持することが好ましい。これによって、中間素材の塑性加工性を維持できて、中間素材を所定の寸法の鋼材にすることが容易になる。
仕上加工中の中間素材の温度を９００℃以上の温度に維持するには、例えば、中間素材の温度が９００℃の近くまで降温してきたときに、仕上加工を中断して、中間素材を加熱炉に入れる等して、中間素材を再加熱することができる。そして、この再加熱後の中間素材が、所定の寸法の鋼材に仕上がるまで、仕上加工を繰り返すことができる。

（５）さらに、本発明の高速度工具鋼鋼材の製造方法は、（４）の「仕上工程」で得た鋼材に焼鈍を行う「焼鈍工程」を含むことが好ましい。
上記の仕上工程で得た鋼材に焼鈍を行うこと自体は、通常の工程である。この焼鈍工程によって、製品形状に機械加工する際の、機械加工性を付与することができる。また、熱間加工後の鋼材から残留応力を除去することができる。なお、一般的に、焼鈍温度は、高くても８７０℃程度であるところ、焼鈍温度が高すぎると、鋼材組織中のＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物の基地中への固溶が進みやすい。よって、焼鈍温度は９００℃以下とすることが好ましい。また、焼鈍温度は８６０℃以上とすることが好ましい。

（６）本発明の高速度工具鋼製品の製造方法は、上記した各工程を含む本発明の高速度工具鋼鋼材の製造方法によって製造された高速度工具鋼鋼材に、焼入れおよび焼戻しを行うものである。
本発明の高速度工具鋼鋼材の製造方法によって製造された高速度工具鋼鋼材は、焼入れ焼戻しによって、所定の硬さに調製されて、高速度工具鋼製品に整えられる。そして、この間において、高速度工具鋼鋼材は、切削や穿孔といった各種の機械加工によって、高速度工具鋼製品の形状に整えられる。この機械加工は、焼入れ焼戻し前の、硬さが低い状態（焼鈍状態）で行うことが好ましい。この場合、焼入れ焼戻し後に仕上げの機械加工を行ってもよい。

焼入れおよび焼戻しの温度は、高速度工具鋼鋼材の成分組成や、狙いとする硬さ等によって異なるが、焼入れ温度は概ね１１７０〜１２２０℃程度、焼戻し温度は概ね５５０〜５９０℃程度であることが好ましい。例えば、ＳＫＨ５１に代表される高速度工具鋼の場合、焼入れ温度は１１８０〜１２１０℃程度、焼戻し温度は５５０〜５８０℃程度である。焼入れ焼戻し硬さは６９ＨＲＣ以下とすることが好ましい。また、６４ＨＲＣ以上とすることが好ましい。

ＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物のうちでも、その大きさが、高速度工具鋼製品の断面組織における最大長で０．４０μｍ以上のものは、耐摩耗性の向上効果が大きい。そして、従来の高速度工具鋼製品の場合、その断面組織に占める、最大長が０．４０μｍ以上のＭＣ炭化物の面積率は、多くても３．０％程度であり、最大長が０．４０μｍ以上のＭ_６Ｃ炭化物の面積率は、多くても６．０％程度であった。
これに対して、本発明の高速度工具鋼製品の製造方法によれば、高速度工具鋼製品の断面組織に占める、最大長が０．４０μｍ以上のＭＣ炭化物の面積率を３．８％以上に増量することができる。好ましくは４．０％以上に増量することができる。このとき、このＭＣ炭化物の面積率の上限については、特に設定することを要しない。但し、９．０％以下が現実的である。
そして、本発明の高速度工具鋼製品の製造方法によれば、高速度工具鋼製品の断面組織に占める、最大長が０．４０μｍ以上のＭ_６Ｃ炭化物の面積率を６．８％以上に増量することができる。好ましくは７．０％以上に増量することができる。このとき、このＭ_６Ｃ炭化物の面積率の上限については、特に設定することを要しない。但し、１２．０％以下が現実的である。

高速度工具鋼製品の断面組織に占める、最大長が０．４０μｍ以上のＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物の面積率の測定要領を説明しておく。
まず、高速度工具鋼製品から、断面を観察する試料を採取する。観察する断面は、製品の作業部位（切削工具や切断工具の場合、刃先部であり、金型の場合、型彫面である。）とすることができる。
次に、この観察する断面を鏡面に研磨してから、この研磨後の断面組織を、倍率２０００倍の走査型電子顕微鏡で観察する。そして、この観察した断面組織を、１視野あたりの画素数が１２６０×９６０ピクセル（面積６３μｍ×４８μｍ）の反射電子線（ＢＳＥ；Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）画像として取り込み、この画像を１０視野分準備する。ＢＳＥ画像は、断面組織に含まれるＣ、Ｗ、Ｍｏ、ＶおよびＦｅ等の組成の違いを表示でき、ＭＣ炭化物とＭ_６Ｃ炭化物とをコントラストの濃淡で明瞭に識別できるものである。図１は、後述する実施例で評価した高速度工具鋼製品Ａ１の断面組織のＢＳＥ画像の一例である。図１において、基地中に確認される粒状の分散物が炭化物である。そして、これら粒状の分散物のなかで、濃色で示されているのが「ＭＣ炭化物（符号１）」であり、淡色で示されているのが「Ｍ_６Ｃ炭化物（符号２）」である。
そして、これらのＢＳＥ画像から、画像解析ソフトウェアを用いて、最大長が０．４０μｍ以上のＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物を抽出して、１０視野分の合計の断面組織に占める、これら炭化物の面積率をそれぞれ求めることができる。

所定の成分組成に調整した溶鋼を準備し、この溶鋼を鋳造して、高速度工具鋼の鋼塊を作製した。鋼塊の成分組成を表１に示す。

まず、鋼塊に分塊加工を行った。つまり、鋼塊を１１３０℃に加熱して、これを熱間加工し、断面寸法が１３５ｍｍ×１３５ｍｍの中間素材（鋼片）を得た。なお、加工温度は、鋼塊の表面温度とした。また、上記の熱間加工中に、鋼塊の再加熱は行わなかった。そして、熱間加工の終了温度は１０４９℃であった。
次に、上記の分塊加工で得た中間素材に仕上加工を行った。つまり、中間素材を表２に示すそれぞれの温度に加熱して、これを熱間加工し、断面寸法が直径１１ｍｍの棒状の高速度工具鋼鋼材Ａ１〜Ａ６およびＢ１〜Ｂ４に仕上げた。なお、加工温度は、中間素材の表面温度とした。また、仕上げの熱間加工中に、中間素材の再加熱は行わなかった。そして、仕上げの熱間加工の終了温度は１０００〜１０４０℃の範囲であった。

上記の高速度工具鋼鋼材に８７０℃の焼鈍を実施した後に、この焼鈍後の高速度工具鋼鋼材を１１９０℃に加熱して３０分間保持し、焼入れを行った。そして、焼入れ後の高速度工具鋼鋼材に、５６０℃で１時間保持する焼戻しを２回繰り返して（狙い硬さ６５．５ＨＲＣ）、高速度工具鋼製品Ａ１〜Ａ６およびＢ１〜Ｂ４を作製した。
そして、この高速度工具鋼製品の断面組織に占める、最大長が０．４０μｍ以上のＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物の面積率を、上述の測定要領に従って、測定した。このとき、観察した断面は、その棒状の中心線を含む縦断面とした。そして、観察した断面は、上記の縦断面の、高速度工具鋼製品（鋼材）の表面側から中心線に向かって「直径／８」入った位置とした。画像解析ソフトウェアには、オリンパス株式会社製ソフトウェア「ＳＣＡＮＤＩＵＭ」を用いた。結果を表２に示す。また、高速度工具鋼製品Ａ１の断面組織のＢＳＥ画像を、図１に示す。

本発明例の高速度工具鋼製品Ａ１〜Ａ６は、鋼塊を１１２０℃を超える温度に加熱してから分塊加工を行ったことに加えて、その分塊加工後の仕上加工で、ＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物が基地中に固溶し難い温度で熱間加工したものである。そして、断面組織に占める、最大長が０．４０μｍ以上のＭＣ炭化物の面積率は３．８％以上であり、Ｍ_６Ｃ炭化物の面積率は６．８％以上であった。
これに対して、比較例の高速度工具鋼製品Ｂ１〜Ｂ４は、鋼塊を１１２０℃を超える温度に加熱して分塊加工を行ってから、その後の仕上加工で、ＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物が基地中に固溶し易い温度で熱間加工したものである。そして、断面組織に占める、最大長が０．４０μｍ以上のＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物の面積率は、高速度工具鋼製品Ａ１〜Ａ６に比べて、少なかった。

図２は、表２の結果について、仕上加工時における中間素材の加熱温度（つまり、加工開始温度）と、高速度工具鋼製品の断面組織中に占める、最大長が０．４０μｍ以上のＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物の面積率との関係を示したものである。図２より、仕上加工時の加工温度を低くすることで、断面組織に占めるＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物を増量できることがわかる。

所定の成分組成に調整した溶鋼を準備し、この溶鋼を鋳造して、高速度工具鋼の鋼塊１、２を作製した。鋼塊１、２の成分組成を表３に示す。

上記の鋼塊１、２を１１４０℃に加熱して、これに分塊加工を行った。そして、断面寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍの中間素材（鋼片）を得た。このとき、分塊加工中に、鋼塊の再加熱は行わなかった。そして、分塊加工の終了温度（鋼塊の表面温度）は１０８０℃であった。
なお、上記の分塊加工においては、鋼塊１、２の加熱温度（つまり、分塊加工の開始温度）を１０８０℃に低めたものにも行った。その結果、分塊加工中の鋼塊の先端が割れて、分塊加工を進めることができなかった。そして、健全な最終形状の中間素材を得られなかったことから、この時点で、以降の実験を中止した。

次に、鋼塊の加熱温度を１１４０℃とした分塊加工で得た中間素材を、表４の温度に加熱して、これに鍛伸による仕上加工を行った。そして、鋼塊１、２の番号順に対応する、断面形状が２０ｍｍ×２０ｍｍの矩形の棒材でなる高速度工具鋼鋼材１、２を作製した。このとき、仕上加工中に、中間素材の再加熱は行わなかった。そして、仕上加工の終了温度（中間素材の表面温度）は１０１０℃であった。
そして、上記の高速度工具鋼鋼材１、２に８７０℃の焼鈍を実施した後に、この焼鈍後の高速度工具鋼鋼材１、２を１１９０℃に加熱して３０分間保持し、焼入れを行った。そして、焼入れ後の高速度工具鋼鋼材１、２に、５６０℃で１時間保持する焼戻しを２回繰り返して（狙い硬さ６５．５ＨＲＣ）、高速度工具鋼鋼材（鋼塊）１、２の番号順に対応する、高速度工具鋼製品１、２を作製した。

高速度工具鋼製品１、２の断面組織に占める、最大長が０．４０μｍ以上のＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物の面積率を、上述の測定要領に従って、測定した。このとき、観察した断面は、その棒状の中心線を含む縦断面とした。そして、観察した断面は、上記の縦断面の、高速度工具鋼製品（鋼材）の表面側から中心線に向かって「辺長さ／８」入った位置とした。結果を表４に示す。
また、上述の要領により採取した「辺長さ／８」の位置を試験面として、高速度工具鋼製品１、２に大越式摩耗試験を実施した。試験条件として、相手材はＳＣＭ４１５の焼ならし材（硬さ１８３ＨＢＷ）、荷重は６４．７Ｎ（６．６ｋｇｆ）、摩擦距離は４００ｍ、試験速度は０．９７ｍ／ｓとした。そして、この条件による試験を、それぞれの高速度工具鋼製品で３回実施して、比摩耗量を測定し、その比摩耗量の平均値を求めた。この比摩耗量の値が小さい程、耐摩耗性に優れることを意味する。結果を表４に示す。

本発明例の高速度工具鋼製品１は、断面組織に占める、最大長が０．４０μｍ以上のＭＣ炭化物の面積率は３．８％以上であり、Ｍ_６Ｃ炭化物の面積率は６．８％以上であった。そして、分塊加工時における鋼塊の加熱温度を上げたことに起因して、鋼塊の鋳造組織中にある共晶型のＭ_２Ｃ炭化物の分解が促進されたと思われ、Ｍ_６Ｃ炭化物の面積率は９．０％以上にまで増加した。
これに対して、比較例の高速度工具鋼製品２は、分塊加工時における鋼塊の加熱温度は高かったものの、その後の仕上加工における中間素材の加熱温度も高かったことから、中間素材の組織中にあったＭＣ炭化物やＭ_６Ｃ炭化物が基地に溶け込んだと思われ、高速度工具鋼製品における上記のＭＣ炭化物およびＭ_６Ｃ炭化物の面積率は、高速度工具鋼製品１に比べて、少なかった。
そして、高速度工具鋼製品１の比摩耗量の値は、高速度工具鋼製品２のそれに比べて小さく、高速度工具鋼製品１の耐摩耗性が、高速度工具鋼製品２よりも優れていることを示した。

１ ＭＣ炭化物
２ Ｍ_６Ｃ炭化物

Claims (6)

1. 質量％で、Ｃ：０．５０〜２．２０％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．００％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００４０％以下、Ｃｒ：３．００〜７．００％、（Ｗ＋２Ｍｏ）の関係式によるＷおよびＭｏのうちの１種または２種：５．００〜３０．００％、Ｖ：０．６０〜５．００％、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成を有する高速度工具鋼鋼材の製造方法であって、
   溶鋼を鋳造して、鋼塊を得る鋳造工程と、
   前記鋳造工程で得た鋼塊を１１２０℃を超える温度に加熱した後、熱間加工して、中間素材を得る分塊工程と、
   前記分塊工程で得た中間素材を９００〜１１２０℃の温度に加熱した後、熱間加工して、前記成分組成を有する高速度工具鋼鋼材を得る仕上工程と、
   を具備することを特徴とする高速度工具鋼鋼材の製造方法。
2. 前記高速度工具鋼鋼材が、さらに、質量％で、Ｃｏ：１０．００％以下、Ａｌ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１５０％以下のうちの１種または２種以上を含む成分組成を有することを特徴とする請求項１に記載の高速度工具鋼鋼材の製造方法。
3. さらに、前記仕上工程で得た前記成分組成の高速度工具鋼鋼材に焼鈍を行う焼鈍工程を具備することを特徴とする請求項１または２に記載の高速度工具鋼鋼材の製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の高速度工具鋼鋼材の製造方法によって製造された高速度工具鋼鋼材に、焼入れおよび焼戻しを行うことを特徴とする高速度工具鋼製品の製造方法。
5. 質量％で、Ｃ：０．５０〜２．２０％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．００％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００４０％以下、Ｃｒ：３．００〜７．００％、（Ｗ＋２Ｍｏ）の関係式によるＷおよびＭｏのうちの１種または２種：５．００〜３０．００％、Ｖ：０．６０〜５．００％、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成を有する高速度工具鋼製品であって、断面組織に占める、最大長が０．４０μｍ以上のＭＣ炭化物の面積率が３．８％以上であり、最大長が０．４０μｍ以上のＭ_６Ｃ炭化物の面積率が６．８％以上であることを特徴とする高速度工具鋼製品。
6. 前記高速度工具鋼製品が、さらに、質量％で、Ｃｏ：１０．００％以下、Ａｌ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１５０％以下のうちの１種または２種以上を含む成分組成を有することを特徴とする請求項５に記載の高速度工具鋼製品。

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