TW201636432A - 冷加工工具及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種耐磨耗性優異的冷加工工具及其製造方法。本發明的冷加工工具具有可藉由淬火調整為麻田散鐵組織的成分組成且具有麻田散鐵組織，且所述冷加工工具的硬度為58 HRC以上，圓當量直徑為5 μm以上的碳化物佔所述冷加工工具的剖面組織的面積率為4.0面積%以上，以固溶於冷加工工具的組織中的碳量的質量比於所述冷加工工具整體所含有的碳量的質量比中所佔的比率表示的碳固溶率為75.0%以上。另外，本發明的冷加工工具的製造方法對於獲得所述的冷加工工具而言較佳。

Description

冷加工工具及其製造方法

本發明是有關於一種壓製模具或鍛造模具、輥壓模、金屬切斷用的刀具之類的多種冷加工工具、及其製造方法。

冷加工工具由於是一面與硬質的被加工材接觸一面使用，因此必須具備可耐受該接觸的耐磨耗性。此外，先前冷加工工具材料例如使用作為JIS-G-4404的規格鋼種的SKD10或SKD11系的合金工具鋼（非專利文獻1）。

冷加工工具材料通常以由鋼塊或對鋼塊進行分塊加工而得的鋼片形成的原材料作為起始材料，對其進行各種熱加工或熱處理來製成特定的鋼材，並對該鋼材進行退火處理，而精加工成例如塊狀。此外，冷加工工具材料通常以硬度低的退火狀態向冷加工工具的製作商供給。向製作商供給的冷加工工具材料被機械加工成冷加工工具的形狀後，藉由淬火回火調整為特定的使用硬度。另外，調整為使用硬度後，通常進行精加工的機械加工。視情形亦存在如下情況：先對退火狀態的冷加工工具材料進行淬火回火，然後與所述的精加工的機械加工一併成批地進行機械加工而使其成為冷加工工具的形狀。

所謂淬火是將退火狀態的冷加工工具材料（或該冷加工工具材料經機械加工後的冷加工工具材料）加熱為沃斯田鐵溫度範圍，並將其驟冷，藉此使組織發生麻田散鐵變態的作業。因此，冷加工工具材料的成分組成成為可藉由淬火調整為麻田散鐵組織者。此外，淬火回火後的冷加工工具具有麻田散鐵組織。再者，此時亦存在冷加工工具的組織中含有麻田散鐵組織以外的變韌鐵組織或殘留沃斯田鐵組織等的情形。

此外，已知冷加工工具的耐磨耗性可藉由提高淬火回火後的組織的基質（matrix）的硬度、或對該基質中賦予未固溶碳化物而提高。所謂基質是自冷加工工具的組織中去除碳化物而得的組織的部分。所謂未固溶碳化物是於淬火步驟中未固溶於基質中的大的碳化物。對此，提出有使最大粒徑為20 μm以下的未固溶碳化物均勻分佈於淬火回火後的組織中而成的冷加工工具（專利文獻1）。另外，提出有對淬火回火後的組織中的殘留沃斯田鐵量進行適度調整（專利文獻2），或對固溶於基質中的Cr量、Mo量進行適度調整（專利文獻3、4）而提高冷加工工具的硬度的方法。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平05-156407號公報 [專利文獻2]日本專利特開2000-73142號公報 [專利文獻3]日本專利特開2005-325407號公報 [專利文獻4]日本專利特開2014-145100號公報 [非專利文獻]

[非專利文獻1]「JIS-G-4404（2006）合金工具鋼鋼材」、JIS手冊（1）鋼鐵I，一般財團法人日本規格協會，2013年1月23日，p.1652-1663

[發明所欲解決之課題]專利文獻1～專利文獻4的冷加工工具的耐磨耗性優異。然而，即便為此種冷加工工具，雖然具有充分的硬度，且於淬火回火後的組織中存在充分量的未固溶碳化物，但亦存在無法獲得所期待的耐磨耗性的情形。 本發明的目的在於提供一種耐磨耗性優異的冷加工工具及其製造方法。 [解決課題之手段]

本發明是具有可藉由淬火調整為麻田散鐵組織的成分組成且具有麻田散鐵組織的冷加工工具，且 該冷加工工具的硬度為58 HRC以上， 圓當量直徑（equivalent circle diameter）為5 μm以上的碳化物佔該冷加工工具的剖面組織的面積率為4.0面積%以上， 以固溶於冷加工工具的組織中的碳量的質量比於該冷加工工具整體所含有的碳量的質量比中所佔的比率表示的碳固溶率為75.0%以上。 較佳為所述的碳固溶率為80.0%以上。

另外，本發明是一種冷加工工具的製造方法，其包括： 鑄造步驟，將具有可藉由淬火調整為麻田散鐵組織的成分組成、溫度處於該成分組成中的（熔點+90℃）至（熔點+110℃）的溫度範圍內的鋼水注入鑄模中，以固相-液相共存區域的冷卻時間成為60分鐘以內的冷卻時間冷卻所述注入鑄模中的鋼水而獲得原材料； 熱加工步驟，對所述原材料進行熱加工，將所述結束熱加工的原材料冷卻至產生麻田散鐵變態的溫度，而獲得使原材料的組織麻田散鐵化而成的鋼材； 退火步驟，對所述鋼材進行退火處理而獲得冷加工工具材料；及 淬火回火步驟，對所述冷加工工具材料進行淬火回火而獲得具有麻田散鐵組織、硬度為58 HRC以上的冷加工工具。 [發明的效果]

藉由本發明，可提高冷加工工具的耐磨耗性。

本發明者對影響到冷加工工具的耐磨耗性的因子進行了調查。其結果，發現固溶於淬火回火後的組織中的碳量大幅影響到冷加工工具的耐磨耗性。此外，發現即便於具有相同的成分組成的冷加工工具中，將冷加工工具的硬度及其組織中的未固溶碳化物的分佈狀態調整為最佳、並且進而亦將固溶於組織中的碳量調整為最佳而得的冷加工工具的耐磨耗性亦優異。以下，對本發明的各構成要件進行說明。

（1）本發明的冷加工工具具有可藉由淬火調整為麻田散鐵組織的成分組成，且具有麻田散鐵組織。 通常，冷加工工具是對具有退火組織的冷加工工具材料進行淬火回火而製作。所謂退火組織是藉由退火處理而得的組織，例如為以布氏硬度（Brinell hardness）計軟化至150 HBW～230 HBW左右的組織。此外，通常是鐵氧體相、或於鐵氧體相中混合有波來鐵（pearlite）或雪明碳鐵（cementite）（Fe₃ C）的組織。另外，通常在冷加工工具材料的退火組織中存在C與Cr、Mo、W、V等結合而成的碳化物。 如上所述，先前此種冷加工工具材料使用藉由淬火回火而表現出麻田散鐵組織的原材料。麻田散鐵組織是為各種冷加工工具的絕對性的機械特性奠定基礎的方面所必需的組織。並且，淬火回火後的冷加工工具具有麻田散鐵組織。再者，如上所述，此時亦存在冷加工工具的組織中含有麻田散鐵組織以外的變韌鐵組織或殘留沃斯田鐵組織等的情形。

此種冷加工工具（冷加工工具材料）例如使用各種冷加工工具鋼。冷加工工具鋼是於其表面溫度大致達到200℃以下的環境下使用。此外，此種冷加工工具鋼的成分組成例如可應用存在於JIS-G-4404的「合金工具鋼鋼材」中的規格鋼種、或其他被提出者。另外，亦可於所述冷加工工具鋼中視需要而添加規定以外的元素種類。此外，只要為將退火組織淬火回火而表現出麻田散鐵組織的原材料，並且藉由使用該原材料所製作的冷加工工具的硬度、或其經淬火回火的組織滿足下文所述的（2）～（4）的要件便可達成本發明的「耐磨耗性的提高效果」。

再者，為了以高水準獲得本發明的「耐磨耗性的提高效果」，較佳為在表現出麻田散鐵組織的成分組成中，預先確定下文所述的冷加工工具的硬度、或冷加工工具的組織中的碳化物、以及有助於固溶於該組織中的碳量的調整的C及Cr、Mo、W、V的碳化物形成元素的含量。具體而言，為如下成分組成：以質量%計，含有C：1.30%～2.40%、Cr：8.0%～15.0%、Mo及W單獨或複合計為（Mo+1/2W）：0.50%～3.00%、V：0.10%～1.50%。此外，本發明的冷加工工具的成分組成可設為含有所述元素種類的鋼的成分組成。另外，本發明的冷加工工具的成分組成可含有所述元素種類，將剩餘部分設為Fe及雜質。構成本發明的冷加工工具的較佳的成分組成的各種元素如以下所述。

·C：1.30質量%～2.40質量%（以下僅表述為「%」） C是冷加工工具的基本元素，其一部分固溶於基質中而對基質賦予硬度，一部分藉由形成碳化物而提高耐磨耗性、耐燒傷性。另外，於將作為侵入型原子而固溶的C以及Cr等與C的親和性大的取代型原子一併添加的情形時，亦可期待I（侵入型原子）-S（取代型原子）效果（以抗溶質原子的拖曳的形式發揮作用，將冷加工工具高強度化的作用）。但過度添加會導致由未固溶碳化物的過度增加引起的韌性的降低。因此C的含量設為1.30%～2.40%。較佳為1.40%以上。另外，較佳為1.80%以下。

·Cr：8.0%～15.0% Cr是提高淬火性的元素。另外，Cr是形成碳化物而對提高耐磨耗性有效果的元素。此外，亦是有助於耐回火軟化性的提高的冷加工工具的基本元素。但過度添加會形成粗大的未固溶碳化物而導致韌性的降低。因此，Cr的含量設為8.0%～15.0%。較佳為14.0%以下。另外，較佳為9.0%以上。更佳為11.0%以上。

·Mo及W以單獨或複合計（Mo+1/2W）：0.50%～3.00% Mo及W是藉由回火使微細碳化物析出或凝聚而對冷加工工具賦予強度的元素。Mo及W可單獨或複合添加。此外，由於此時的添加量中W為Mo的約2倍的原子量，因此可藉由以式（Mo+1/2W）所定義的Mo當量一併規定（當然，可僅添加任一者，亦可一併添加兩者）。此外，為了獲得所述效果，設為以值（Mo+1/2W）計添加0.50%以上。較佳為0.60%以上。但若過多，則會導致可切削性、韌性的降低，因此設為以值（Mo+1/2W）計為3.00%以下。較佳為2.00%以下。更佳為1.50%以下。

·V：0.10%～1.50% V是形成碳化物而具有強化基質、提高耐磨耗性、耐回火軟化性的效果的元素。此外，分佈於退火組織中的所述碳化物作為抑制淬火加熱時的沃斯田鐵晶粒的粗大化的“釘紮粒子”發揮作用，亦有助於提高韌性。為了獲得該些效果，而將V設為0.10%以上。較佳為0.20%以上。另外，V是對於退火組織中形成固溶碳化物而言有效的元素。所謂固溶碳化物是在淬火步驟中固溶於基質中的小的碳化物。此外，於本發明的情形時，藉由該固溶碳化物固溶於基質中，而可如下文所述增加固溶於冷加工工具的組織中的碳量。因此，為此本發明的冷加工工具亦可添加0.60%以上的V。但若過多，則會導致可切削性、由碳化物自身的增加引起的韌性的降低，因此設為1.50%以下。較佳為1.00%以下。

此外，本發明的冷加工工具的成分組成除了所述元素種類以外，亦可含有下述的元素種類。 ·Si：2.00%以下 Si是製鋼時的脫氧劑，但若過多，則淬火性降低。另外，淬火回火後的冷加工工具的韌性會降低。因此，Si的含量較佳為設為2.00%以下。更佳為1.50%以下。進而較佳為0.80%以下。另一方面，Si具有固溶於工具組織中而提高冷加工工具的硬度的效果。為了獲得該效果，較佳為添加0.10%以上。

·Mn：1.50%以下 Mn若過多，則會提高基質的黏性，降低材料的可切削性。因此，較佳為設為1.50%以下。更佳為1.00%以下。進而較佳為0.70%以下。另一方面，Mn是沃斯田鐵形成元素，具有提高淬火性的效果。另外，藉由以非金屬介在物的MnS的形式存在，對提高可切削性具有大的效果。為了獲得該些效果，較佳為添加0.10%以上。更佳為0.20%以上。

·P：0.050%以下 P是通常即便不添加亦會不可避免地含有於各種冷加工工具中的元素。此外，P是於回火等熱處理時偏析於先前沃斯田鐵晶界而使晶界脆化的元素。因此，為了提高冷加工工具的韌性，較佳為亦包含添加的情形在內而限制於0.050%以下。更佳為0.030%以下。

·S：0.0500%以下 S是通常即便不添加亦會不可避免地含有於各種冷加工工具中的元素。此外，S是於熱加工前的原材料時使熱加工性劣化而使熱加工中產生裂紋的元素。因此，為了提高該熱加工性，較佳為限制於0.0500%以下。更佳為0.0300%以下。另一方面，S具有藉由與所述的Mn結合、以非金屬介在物的MnS的形式存在而提高可切削性的效果。為了獲得該效果，亦可添加超過0.0300%。

·Ni：0%以上且1.00%以下 Ni是提高基質的黏性而降低可切削性的元素。因此，較佳為將Ni的含量設為1.00%以下。更佳為低於0.50%，進而較佳為低於0.30%。另一方面，Ni是抑制工具組織中的鐵氧體的生成的元素。另外，Ni亦為具有以下效果的元素：對冷加工工具材料賦予優異的淬火性，即便為淬火時的冷卻速度緩慢的情形時亦可形成麻田散鐵主體的組織，而防止韌性降低。進而，Ni亦會改善基質本質上的韌性，因此在本發明中可視需要而添加。於添加的情形時，較佳為添加0.10%以上。

·Nb：0%以上且1.50%以下 由於Nb會導致可切削性降低，因此較佳為設為1.50%以下。另一方面，Nb具有形成碳化物而提高基質的強化、耐磨耗性的效果。另外，Nb在提高耐回火軟化性的同時，與V同樣地具有抑制晶粒的粗大化而有助於提高韌性的效果。因此，Nb可視需要而添加。於添加的情形時，較佳為添加0.10%以上。

於本發明的冷加工工具的成分組成中，Cu、Al、Ca、Mg、O（氧）、N（氮）是有例如以雜質的形式殘留於鋼中的可能性的元素。於本發明中，該些元素儘量低者為佳。然而，另一方面，為了獲得介在物的形態控制、或其他機械特性、以及提高製造效率等附加作用效果，亦可含有少量該些元素。於該情形時，只要為Cu≦0.25%、Al≦0.25%、Ca≦0.0100%、Mg≦0.0100%、O≦0.0100%、N≦0.0500%的範圍，則可充分容許，是本發明的較佳的限制上限。關於N，更佳的限制上限為0.0300%。

（2）本發明的冷加工工具的硬度為58 HRC以上。 冷加工工具的硬度是為冷加工工具的絕對性的耐磨耗性奠定基礎的要件。此外，於本發明的冷加工工具的情形時，將硬度設為58 HRC以上。較佳為60 HRC以上。再者，關於硬度的上限，無需特別設置規定。但現實而言，可達成的硬度為66 HRC左右。更現實而言為63 HRC左右。 冷加工工具的硬度是組織中的各種要件綜合發揮作用所表現者。此外，所述的「各種要件」例如為存在於組織中的各種碳化物、介在物的分佈狀況，另外，為基質中的各種構成元素的固溶量、成分偏析的程度。因此，即便為具有相同的成分組成、具有相同的硬度的冷加工工具，若所述的「各種要件」的程度不同，則該些冷加工工具所具有的耐磨耗性不同。另外，發現於本發明的情形時，所述的「各種要件」中，只要將下文所述的（3）的要件「圓當量直徑為5 μm以上的碳化物佔冷加工工具的剖面組織的面積率」、及（4）的要件「以固溶於冷加工工具的組織中的碳量的質量比於冷加工工具整體所含有的碳量的質量比中所佔的比率表示的碳固溶率」調整為最佳，則可以更高水準發揮具有58 HRC以上的硬度的冷加工工具的耐磨耗性。

（3）本發明的冷加工工具是圓當量直徑為5 μm以上的碳化物佔其剖面組織的面積率為4.0面積%以上者。 通常，於冷加工工具材料的退火組織中存在C與Cr、Mo、W、V等結合而成的碳化物。該碳化物包括在以下的淬火步驟中不固溶於基質中的大的「未固溶碳化物」、與於以下的淬火步驟中固溶於基質中的小的「固溶碳化物」。並且，未固溶碳化物殘留於淬火回火後的組織中而有助於提高冷加工工具的耐磨耗性。 此外，於本發明的冷加工工具的情形時，於所述淬火回火後的剖面組織中，圓當量直徑為「5 μm以上」的碳化物尤其對提高耐磨耗性的貢獻大。並且，藉由將該圓當量直徑為5 μm以上的碳化物佔冷加工工具的剖面組織的面積率設為4.0面積%以上，可進一步提高具有58 HRC以上的硬度的冷加工工具的耐磨耗性。較佳為5.0面積%以上。更佳為6.0面積%以上。進而較佳為7.0面積%以上。 但若該碳化物的面積率過大，則冷加工工具的韌性降低。因此，較佳為將該碳化物的面積率的上限設為20.0面積%。更佳為將15.0面積%設為上限。

再者，於本發明中，所述的「剖面組織」並非指限於麻田散鐵組織的部分的剖面組織。即，若冷加工工具的剖面組織除了麻田散鐵組織以外亦含有變韌鐵組織或殘留沃斯田鐵組織等其他組織，則是指亦包括該其他組織在內的“整體而言的”剖面組織。

對冷加工工具的剖面組織中的碳化物的圓當量直徑及面積率的測定方法進行說明。 首先，藉由例如倍率200倍的光學顯微鏡觀察冷加工工具的剖面組織。此時，所觀察的剖面可設為構成冷加工工具的作業面（於模具的情形時為刻模面）附近的部分。然後，於該剖面中，例如使用鑽石拋光液將剖面積為15 mm×15 mm的切斷面研磨成鏡面。該研磨成鏡面的剖面較佳為於進行觀察前以未固溶碳化物與基質的邊界變得明瞭的方式，預先使用各種方法進行腐蝕。

繼而，對所述觀察而得的光學顯微鏡照片進行圖像處理，進行以碳化物與基質的邊界（例如藉由所述的腐蝕而得的著色部與未著色部的邊界）作為閾值的二值化處理，獲得表示分佈於剖面組織的基質中的碳化物的二值化圖像。此種二值化處理可藉由已知的圖像解析軟體等進行。 然後，對所述獲得的二值化圖像進一步進行圖像處理，藉此可求出剖面組織中所觀察的碳化物的圓當量直徑。此外，於本發明中，提取圓當量直徑為5 μm以上的碳化物，求出該些碳化物佔所觀察的視野的面積的面積率即可。再者，於確認本發明的效果時，藉由光學顯微鏡進行觀察的視野面積為每1個視野877 μm×661 μm（=0.58 mm² ）即可。此外，將該1個視野的觀察在所述的剖面積為15 mm×15 mm的切斷面中的10個視野進行，對各視野求出的面積率進行平均即可。

（4）本發明的冷加工工具是以固溶於冷加工工具的組織中的碳量的質量比佔其整體所含有的碳量的質量比的比率表示的碳固溶率為75.0%以上者。 固溶碳化物固溶於淬火時的基質中而增加固溶於淬火回火後的組織中的碳量。此外，於淬火回火後，結果即便於具有相同硬度的冷加工工具中，固溶於組織中的碳量佔其整體的碳含量的比率多的冷加工工具的耐磨耗性進一步提高。即，上述的「圓當量直徑為5 μm以上」的未固溶碳化物本身對提高冷加工工具的耐磨耗性有效。然而，此種大的碳化物不易均勻地分佈於冷加工工具的組織中，通常於冷加工工具的剖面組織中以條紋狀分佈（參照圖1）。

因此，於本發明中，藉由增加固溶於冷加工工具的組織中的碳量的比率，可強化該組織的基質本身。結果，即便於上述未固溶碳化物相對較少的區域亦可提高耐磨耗性。此外，於本發明的冷加工工具的情形時，藉由將以相對於其“整體而言的”碳量（質量%），其“固溶於組織中的“碳量（質量%）所佔的比率表示的「碳固溶率」設為75.0%以上，可進一步提高具有58 HRC以上的硬度的冷加工工具的耐磨耗性。較佳為80.0%以上。更佳為85.0%以上。再者，若所述的碳固溶率過大，則可形成碳化物的碳減少，上述「圓當量直徑為5 μm以上的碳化物的面積率」與該「固溶於組織中的碳量」的最佳平衡容易破壞。另外，難以維持冷加工工具的「58 HRC以上」的硬度本身。因此，所述的碳固溶率較佳為設為95.0%以下。更佳為設為93.0%以下。進而較佳為設為90.0%以下。

再者，於本發明中，所謂碳固溶的所述「冷加工工具的組織」並非指限於麻田散鐵組織的部分的組織。即，若冷加工工具的組織除了麻田散鐵組織以外亦含有變韌鐵組織或殘留沃斯田鐵組織等其他組織，則是指亦包括該其他組織在內的“整體而言的”組織。

對冷加工工具的組織中的「固溶於組織中的碳量」的測定方法進行說明。 首先，自冷加工工具的作業面（於模具的情形時為刻模面）附近採集試樣。此時，若對作業面實施表面處理或被覆處理，或者作業面產生氧化皮或脫碳等，則去除該些影響部分而採集試樣。然後，藉由切削加工或粉碎法等將該採集而得的試樣製成微粉狀，自其中採集0.5 g的分析用試樣。然後，藉由硫磷酸水溶液於不加熱的情況下將該分析用試樣溶解，將冷加工工具的組織整體中的「僅基質」的部分溶解。

繼而，藉由孔徑0.3 μm的玻璃過濾器過濾溶解有分析用試樣的所述的水溶液。然後，使用燃燒-紅外線吸收法對殘留於該玻璃過濾器上的「溶解殘渣」與玻璃過濾器一併進行分析，測定溶解殘渣中的碳量，此即為冷加工工具的組織中「構成碳化物的碳量」。然後，以於所述的0.5 g的分析用試樣中所佔的質量比（質量%）表示該溶解殘渣中的碳量，由冷加工工具整體的碳含量的質量比（質量%）減去該值，則所得值為固溶於冷加工工具的組織中的碳量的質量比（質量%）。再者，該固溶於組織中的碳量亦可包括在所述的過濾中通過玻璃過濾器的孔徑的「構成極微細的碳化物的碳量」。但已確認該情況並不影響本發明的效果。 然後，根據該「質量%」彼此所表示的所述的固溶於組織中的碳量與冷加工工具整體的碳含量，並藉由[（固溶於組織中的碳量/冷加工工具整體的碳含量）×100（%）]的關係式，可求出本發明的所述的「碳固溶率」。

為了獲得本發明的冷加工工具的組織，有效的是預先調整該淬火回火前的冷加工工具材料的退火組織。即，預先於冷加工工具材料的退火組織中賦予大的未固溶碳化物，另一方面，預先大量賦予小的固溶碳化物。例如，於冷加工工具材料的剖面組織中，圓當量直徑為0.4 μm以下的微細的碳化物於淬火時容易固溶，對增加固溶於冷加工工具的組織中的碳量有效。 此外，此種冷加工工具材料可藉由於成為起始材料的鋼塊的製作階段適當管理其凝固步驟的進行情況而達成。例如，重要的是調整將要注入鑄模前的「鋼水的溫度」。藉由將注入鑄模時的鋼水的溫度管理為低溫，例如藉由於冷加工工具材料的熔點+100℃左右（例如，熔點+90℃至熔點+110℃）的溫度範圍內進行管理，可抑制碳化物的粗大化。此外，藉由例如以使注入鑄模的鋼水迅速通過其固相-液相的共存區域的方式進行冷卻，例如藉由於60分鐘以內的冷卻時間內進行冷卻，可抑制結晶出的碳化物的粗大化。

此外，本發明的冷加工工具的組織可藉由於所述的獲得冷加工工具材料的步驟中，於進行該退火處理前的階段、即結束對材料形狀的熱加工時的冷卻過程中進行「充分冷卻（sufficient cooling）」而達成。所謂充分冷卻是如下作業：將結束熱加工後的原材料（鋼材）「充分」冷卻至產生麻田散鐵變態的溫度而使其組織麻田散鐵化，而並不於該原材料的溫度高的狀態下直接轉移至其後的用以進行退火處理的加熱步驟。藉由該充分冷卻，固溶於熱加工中的組織中的碳化物形成元素於麻田散鐵變態時以微細的碳化物的形式析出。結果，於退火處理後的冷加工工具材料的組織中，可進一步使所述的「小的固溶碳化物」變得微細。然後，該微細的固溶碳化物於淬火時非常易於固溶，而可增加固溶於冷加工工具的組織中的碳量。 所述的充分冷卻溫度理論上而言為「麻田散鐵變態點」以下的溫度。但只要為熱加工後的原材料的組織發生麻田散鐵變態的溫度即可。現實而言，例如，亦包括上述的作為JIS-G-4404的規格鋼種的SKD10或SKD11在內，於具有所述（1）所述的成分組成的原材料中，大致為300℃以下。較佳為200℃以下。

另外，本發明的冷加工工具是對退火狀態的冷加工工具材料進行淬火回火而製作。此時，淬火回火的溫度根據原材料的成分組成、目標硬度等而有所不同，較佳為淬火溫度大致為950℃～1100℃左右，回火溫度大致為150℃～600℃左右。例如，於上述的作為JIS-G-4404的規格鋼種的SKD10或SKD11的情形時，淬火溫度為1000℃～1050℃左右，回火溫度為180℃～540℃左右。再者，降低淬火溫度對降低能量成本具有效果。就該方面而言，較佳的淬火溫度的上限為1040℃。更佳的上限為1030℃。

本發明的冷加工工具藉由對冷加工工具材料進行切削或穿孔等各種機械加工等而可整理成該形狀。此時，機械加工的時機較佳為於淬火回火前材料的硬度低的狀態（即，退火狀態）下進行。於該情形時，於淬火回火後可進行精加工的機械加工。另外，視情形亦可於進行淬火回火後的頂硬材料的狀態下，與所述的精加工的機械加工一併成批地進行機械加工而精加工為冷加工工具的形狀。 [實施例1]

對調整為特定的成分組成的鋼水（熔點：約1400℃）加以鑄造，準備表1的原材料1、原材料2。原材料1、原材料2是作為JIS-G-4404的規格鋼種的冷加工工具鋼SKD10。再者，於原材料1、原材料2中，未添加Cu、Al、Ca、Mg、O、N（但包括Al作為溶解步驟中的脫氧劑而添加的情形），Cu≦0.25%、Al≦0.25%、Ca≦0.0100%、Mg≦0.0100%、O≦0.0100%、N≦0.0500%。於向鑄模注水前，將鋼水的溫度調整為1500℃。然後，藉由分別變更原材料1、原材料2中鑄模的尺寸，而於向鑄模注水後，將原材料1中固相-液相的共存區域的冷卻時間設為45分鐘，將原材料2中固相-液相的共存區域的冷卻時間設為168分鐘。

[表1]   質量% ※含有雜質

繼而，將該些原材料加熱為1160℃而進行熱加工，進行熱加工後放置冷卻，而獲得厚度25 mm×寬度500 mm×長度1000 mm的鋼材。再者，於進行熱加工後的冷卻中，原材料1進行冷卻至170℃的充分冷卻。原材料2轉移至其後的用以進行退火處理的加熱步驟直至達到300℃為止。然後，對該鋼材進行860℃的退火處理，而製作冷加工工具材料1、冷加工工具材料2（硬度約190 HBW）。然後，對該些冷加工工具材料1、冷加工工具材料2進行淬火回火，而製作具有麻田散鐵組織的冷加工工具1、冷加工工具2。將淬火溫度設為1030℃。另外，回火溫度以硬度成為60 HRC的方式自480℃～540℃的範圍中選擇。

首先，測定圓當量直徑為5 μm以上的碳化物佔冷加工工具1、冷加工工具2的剖面組織的面積率。測定面是假定實際的冷加工工具的作業面位於該鋼材的內部，設為自表面沿寬度方向進入1/4內部的位置、且自表面沿厚度方向進入1/2內部的位置的切斷面。再者，該切斷面設為鋼材的長度方向、即平行於熱加工的延伸方向（碳化物的延伸方向）的橫向（transverse direction，TD）面。 自所述切斷面選取剖面積為15 mm×15 mm的切斷面，使用鑽石拋光液將該切斷面研磨成鏡面。繼而，以碳化物與基質的邊界變得明瞭的方式，藉由電解研磨腐蝕該經研磨的切斷面的退火組織。然後，藉由倍率200倍的光學顯微鏡觀察該腐蝕後的切斷面。圖1、圖2依序表示冷加工工具1、冷加工工具2各自的淬火回火後的微組織的一例（碳化物以淡色的分佈表示）。然後，將每1個視野的視野面積為877 μm×661 μm（=0.58 mm² ）的受檢面拍攝10個視野的量。

然後，對拍攝而得的光學顯微鏡照片進行圖像處理，進行以碳化物與基質的邊界、即由所述的腐蝕而得的著色部與未著色部的邊界作為閾值的二值化處理，獲得表示分佈於剖面組織的基質中的碳化物的二值化圖像。然後，藉由進一步進行圖像處理，提取圓當量直徑為5 μm以上的碳化物，求出由該碳化物的10個視野的平均值而得的面積率。將結果示於表2。再者，該些一系列的圖像處理及解析使用美國國立衛生研究所（National Institute of Health，NIH）提供的開源圖像處理軟體ImageJ（http://imageJ.nih.gov/ij/）。

繼而，求出冷加工工具1、冷加工工具2的「碳固溶率」。試樣的採集位置與所述的碳化物的測定位置同樣，設為自表面沿寬度方向進入1/4內部的位置、且自表面沿厚度方向進入1/2內部的位置。首先，對該測定位置進行切削加工，採集微粉狀的0.5 g的分析用試樣。然後，藉由硫磷酸水溶液於不加熱的情況下將該分析用試樣溶解後，藉由孔徑0.3 μm的玻璃過濾器過濾溶解後的水溶液。然後，使用燃燒-紅外線吸收法對殘留於玻璃過濾器上的「溶解殘渣」與玻璃過濾器一併進行分析，測定溶解殘渣中的碳量。然後，自表1所示的冷加工工具整體的碳含量的質量比（質量%）減去該溶解殘渣中的碳量的質量比（質量%），求出固溶於組織中的碳量的質量比（質量%）。然後，根據該些值求出所述的碳固溶率。將固溶於冷加工工具1、冷加工工具2的組織中的碳量的質量比（質量%）、及所述的碳固溶率（%）示於表2。

[表2]

對冷加工工具1、冷加工工具2的耐磨耗性進行評價。分別由冷加工工具1、冷加工工具2製作3根直徑8 mm×長度5 mm的銷，供於耐磨耗試驗。試驗方法採用依照ASTM G99-05的藉由摩擦磨耗試驗機（A&D公司製造的EFM-III-1020）進行的銷對盤（Pin-On-Disk）試驗。試驗的樣態如圖3所示，一面以荷重460 N將所製作的銷（冷加工工具）1壓抵於盤（對偶材料）2上，一面以相對速度0.42 m/s使盤2旋轉。試驗環境設為室溫、乾式。盤2採用氧化鋁研磨石（鋼鋁石研磨粒#46，樹脂結合材料）。 然後，銷1於旋轉的盤2上的同一軌道滑動，於其滑動距離達到377 m時，測定該銷1的減少體積，求出比磨耗量[=減少體積/（荷重×滑動距離）]。然後，對將同樣的耐磨耗試驗進行3次求出的比磨耗量進行平均，設為各冷加工工具的比磨耗量。將結果示於圖4。

根據圖4，即便為具有相同的硬度的冷加工工具，本發明的冷加工工具的比磨耗量亦較少，耐磨耗性亦有所提高。 冷加工工具1於其剖面組織中具有足量的「圓當量直徑為5 μm以上的碳化物」。並且，固溶於組織中的碳量亦多，碳固溶率提高，以組織的整體評價的耐磨耗性提高。 冷加工工具2於其剖面組織中亦具有足量的「圓當量直徑為5 μm以上的碳化物」。然而，固溶於組織中的碳量少，碳固溶率與冷加工工具1相比較低，以組織的整體評價的耐磨耗性亦低於冷加工工具1。 [實施例2]

對調整為特定的成分組成的鋼水（熔點：約1400℃）加以鑄造，準備表3的原材料3、原材料4。原材料3、原材料4是作為JIS-G-4404的規格鋼種的冷加工工具鋼SKD11。再者，於原材料3、原材料4中，未添加Cu、Al、Ca、Mg、O、N（但包括Al作為溶解步驟中的脫氧劑而添加的情形），Cu≦0.25%、Al≦0.25%、Ca≦0.0100%、Mg≦0.0100%、O≦0.0100%、N≦0.0500%。於向鑄模注水前，將鋼水的溫度調整為1500℃。然後，藉由分別變更原材料3、原材料4中鑄模的尺寸，而於向鑄模注水後，將原材料3中固相-液相的共存區域的冷卻時間設為45分鐘，將原材料4中固相-液相的共存區域的冷卻時間設為168分鐘。

[表3]   質量% ※含有雜質

繼而，將該些原材料加熱為1160℃進行熱加工，進行熱加工後放置冷卻，而獲得厚度79 mm×寬度560 mm×長度1500 mm的鋼材。再者，於進行熱加工後的冷卻中，原材料3進行冷卻至170℃的充分冷卻。原材料4轉移至其後的用以進行退火處理的加熱步驟直至達到300℃為止。然後，對該鋼材進行860℃的退火處理，而製作冷加工工具材料3、冷加工工具材料4（硬度約190 HBW）。然後，對該些冷加工工具材料3、冷加工工具材料4進行淬火回火，而製作具有麻田散鐵組織的冷加工工具3、冷加工工具4。將淬火溫度設為1030℃。另外，回火溫度以硬度成為60 HRC的方式自480℃～540℃的範圍中選擇。

首先，測定圓當量直徑為5 μm以上的碳化物佔冷加工工具3、冷加工工具4的剖面組織的面積率。此時的測定要領與實施例1相同。圖5、圖6依序表示冷加工工具3、冷加工工具4各自的淬火回火後的微組織的一例（碳化物以淡色的分佈表示）。然後，對該些微組織進行與實施例1相同的圖像處理，提取圓當量直徑為5 μm以上的碳化物，將求出由該碳化物的10個視野的平均值而得的面積率的結果示於表4。

繼而，求出冷加工工具3、冷加工工具4的「碳固溶率」。試樣的採集位置設為與所述的碳化物的測定位置同樣的位置。然後，按照與實施例1相同的要領，測定該位置中的所述的「溶解殘渣中的碳量」，自表3所示的冷加工工具整體的碳含量的質量比（質量%）減去該溶解殘渣中的碳量的質量比（質量%），求出固溶於組織中的碳量的質量比（%）。然後，根據該些值求出所述的碳固溶率。將固溶於冷加工工具3、冷加工工具4的組織中的碳量的質量比（質量%）、及所述的碳固溶率（%）示於表4。

[表4]

對冷加工工具3、冷加工工具4的耐磨耗性進行評價。分別由冷加工工具3、冷加工工具4製作3根直徑8 mm×長度5 mm的銷，供於耐磨耗試驗。試驗方法及樣態等與實施例1相同（參照圖3）。然後，對進行3次所述的耐磨耗試驗求出的比磨耗量[=減少重量/（荷重×滑動距離）]進行平均，設為各冷加工工具的比磨耗量。將結果示於圖7。

根據圖7，即便為具有相同的硬度的冷加工工具，本發明的冷加工工具的比磨耗量亦較少，耐磨耗性亦有所提高。冷加工工具3於其剖面組織中具有足量的「圓當量直徑為5 μm以上的碳化物」。並且，固溶於組織中的碳量亦多，碳固溶率提高，以組織的整體評價的耐磨耗性提高。冷加工工具4於其剖面組織中亦具有足量的「圓當量直徑為5 μm以上的碳化物」。然而，固溶於組織中的碳量少，碳固溶率與冷加工工具3相比較低，以組織的整體評價的耐磨耗性亦低於冷加工工具3。

1‧‧‧銷（冷加工工具）
2‧‧‧盤（對偶材料）

圖1是表示本發明例的冷加工工具的剖面組織的光學顯微鏡照片，是表示分佈於剖面組織中的碳化物的一例的圖。 圖2是表示比較例的冷加工工具的剖面組織的光學顯微鏡照片，是表示分佈於剖面組織中的碳化物的一例的圖。 圖3是表示實施例中進行的耐磨耗試驗的樣態的示意圖。 圖4是對本發明例及比較例的冷加工工具的耐磨耗性進行說明的圖表。 圖5是表示本發明例的冷加工工具的剖面組織的光學顯微鏡照片，是表示分佈於剖面組織中的碳化物的一例的圖。 圖6是表示比較例的冷加工工具的剖面組織的光學顯微鏡照片，是表示分佈於剖面組織中的碳化物的一例的圖。 圖7是對本發明例及比較例的冷加工工具的耐磨耗性進行說明的圖表。

Claims (3)

1. 一種冷加工工具，其特徵在於：其具有可藉由淬火調整為麻田散鐵組織的成分組成且具有麻田散鐵組織，且 所述冷加工工具的硬度為58 HRC以上， 圓當量直徑為5 μm以上的碳化物佔所述冷加工工具的剖面組織的面積率為4.0面積%以上， 以固溶於所述冷加工工具的組織中的碳量的質量比於所述冷加工工具整體所含有的碳量的質量比中所佔的比率表示的碳固溶率為75.0%以上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的冷加工工具，其中所述碳固溶率為80.0%以上。
3. 一種冷加工工具的製造方法，其特徵在於包括： 鑄造步驟，將具有可藉由淬火調整為麻田散鐵組織的成分組成、溫度處於所述成分組成中的（熔點+90℃）至（熔點+110℃）的溫度範圍內的鋼水注入鑄模中，以固相-液相共存區域的冷卻時間成為60分鐘以內的冷卻時間冷卻注入鑄模中的所述鋼水而獲得原材料； 熱加工步驟，對所述原材料進行熱加工，將結束熱加工的所述原材料冷卻至產生麻田散鐵變態的溫度，而獲得使所述原材料的組織麻田散鐵化而成的鋼材； 退火步驟，對所述鋼材進行退火處理而獲得冷加工工具材料；及 淬火回火步驟，對所述冷加工工具材料進行淬火回火而獲得具有麻田散鐵組織、硬度為58 HRC以上的冷加工工具。