TWI577807B

TWI577807B - 熱加工工具及其製造方法

Info

Publication number: TWI577807B
Application number: TW105104680A
Authority: TW
Inventors: Yousuke Nakano
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2017-04-11
Also published as: US10494688B2; JP6156670B2; JPWO2016136401A1; US20170342517A1; EP3263730A1; EP3263730B1; CN107208219A; WO2016136401A1; EP3263730A4; TW201632638A

Description

熱加工工具及其製造方法

本發明是有關於一種壓模、鍛模、壓鑄模（die cast mould）、擠壓工具等多種熱加工工具及其製造方法。

熱加工工具是一面與高溫的被加工材料或硬質的被加工材料接觸一面使用，故必須具備可耐受衝擊的韌性。而且，以前對於熱加工工具材料，例如一直使用作為日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）鋼種的SKD61系的合金工具鋼。另外，應對最近的進一步提高韌性的要求，對於熱加工工具材料，提出有將所述SKD61系的合金工具鋼的成分組成改良所得的合金工具鋼材料（專利文獻1、專利文獻2）。

熱加工工具是藉由以下方式製作：將硬度低的退火狀態的熱加工工具材料機械加工成熱加工工具的形狀後，對其進行淬火回火而調整為既定的使用硬度。另外，通常於調整為所述使用硬度後，進行精飾的機械加工。視情形不同，有時亦對所述熱加工工具材料先進行淬火回火後（調整為所謂預硬化（preharden）材料的狀態後），結合所述精飾的機械加工，而機械加工成熱加工工具的形狀。所謂淬火是指如下作業：將退火狀態的熱加工工具材料（或將該熱加工工具材料加以機械加工後的熱加工工具材料）加熱至沃斯田鐵溫度範圍並保持，將其急遽冷卻，由此使組織變態為麻田散鐵。因此，熱加工工具材料的成分組成可藉由淬火而調整為麻田散鐵組織。而且，於經淬火後的麻田散鐵組織中，於加熱至所述沃斯田鐵溫度範圍並保持的過程中生成的沃斯田鐵晶粒的粒界是以「舊沃斯田鐵粒界」的形式被確認到。由該舊沃斯田鐵粒界所形成的「舊沃斯田鐵粒徑」的分佈狀況於隨後經回火後的金屬組織（即已完成的熱加工工具的組織）中亦實質上得以維持。

再者，於此種熱加工工具的態樣中，已知熱加工工具的韌性可藉由減少其成分組成中所含的P、S、O、N等不可避免的雜質的含量來提高。其中，P為於淬火回火後的麻田散鐵組織中的舊沃斯田鐵粒界偏析，使該粒界脆化而使熱加工工具的韌性大幅度地降低的元素。因此，已提出將熱加工工具材料（即熱加工工具）中的P含量限制於例如0.020質量%以下（專利文獻3）。另外，已知熱加工工具的韌性可藉由減小所述麻田散鐵組織中的舊沃斯田鐵粒徑來提高（專利文獻3）。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平2-179848號公報 [專利文獻2]日本專利特開2000-328196號公報 [專利文獻3]日本專利特開2003-268486號公報

[發明所欲解決之課題]

對於淬火回火後的熱加工工具的韌性提高而言，減少熱加工工具所含的P含量非常有效。然而，若藉由精煉步驟等將熱加工工具材料中的P除去，則消耗大量的能量。而且另一方面，藉由該精煉步驟等來除去P亦成為使P含量高的低級塑膠的使用促進停滯的要因。如此，於熱加工工具的領域中，應減少的P為對環境的負荷大的元素。

本發明的目的在於提供一種即便提高熱加工工具所含的P含量的容許量亦可維持充分的韌性的熱加工工具。 [解決課題之手段]

本發明為一種熱加工工具，具有可藉由淬火而調整為麻田散鐵組織的成分組成，且具有淬火回火後的麻田散鐵組織，並且所述成分組成含有超過0.020質量%且為0.050質量%以下的P，所述淬火回火後的麻田散鐵組織中的舊沃斯田鐵粒的粒徑以依據JIS-G-0551的結晶粒度編號為No.9.5以上，所述舊沃斯田鐵粒的粒界的P濃度為1.5質量%以下。較佳為所述成分組成更含有0.0250質量%以下的Zn的熱加工工具。

而且，本發明是一種熱加工工具的製造方法，其為具有麻田散鐵組織的熱加工工具的製造方法，且對具有可藉由淬火而調整為麻田散鐵組織的成分組成的熱加工工具材料進行淬火回火，並且所述熱加工工具材料的成分組成含有超過0.020質量%且為0.050質量%以下的P，進行所述淬火回火後的麻田散鐵組織中的舊沃斯田鐵粒的粒徑以依據JIS-G-0551的結晶粒度編號為No.9.5以上，且所述舊沃斯田鐵粒的粒界的P濃度為1.5質量%以下。較佳為所述熱加工工具材料的成分組成更含有0.0250質量%以下的Zn的熱加工工具的製造方法。 [發明的效果]

根據本發明，可充分維持含有超過0.020質量%且為0.050質量%以下的P的熱加工工具的韌性。

本發明者對即便熱加工工具材料所含的P含量高亦可充分維持熱加工工具的韌性的方法進行了研究。結果發現，由含有P所致的熱加工工具的韌性劣化的要因之一與淬火回火後的麻田散鐵組織中的向舊沃斯田鐵粒界的P偏析有關，調整舊沃斯田鐵粒徑對於抑制所述向舊沃斯田鐵粒界的P偏析「直接」發揮功能。而且，藉由明確地找出充分發揮該向舊沃斯田鐵粒界的「P偏析的抑制效果」、由此即便P含量高亦可充分維持熱加工工具的韌性的「P容許量」與「舊沃斯田鐵粒徑」的具體關係量，而達成了本發明。以下對本發明的各構成要件加以說明。

（1）本發明的熱加工工具「具有可藉由淬火而調整為麻田散鐵組織的成分組成，且具有淬火回火後的麻田散鐵組織」。通常，熱加工工具是對退火狀態的熱加工工具材料進行淬火回火而製作。該具有退火組織的熱加工工具材料是將鋼塊或對鋼塊進行分塊加工所得的鋼片的原材料作為起始材料，對其進行各種熱加工或熱處理而製成既定的鋼材，對該鋼材進行退火處理，並精飾成例如塊體（block）形狀。而且如上文所述，以前對於熱加工工具材料，一直使用藉由淬火回火而表現出麻田散鐵組織的原材料。麻田散鐵組織為對各種熱加工工具的絕對韌性奠定基礎所必需的組織。作為此種熱加工工具（即熱加工工具材料）的原材料，例如具代表性的是各種熱加工工具鋼。熱加工工具鋼是於將其表面溫度升溫至大致200℃以上的環境下使用。而且，對於該熱加工工具鋼的成分組成，例如可代表性地應用JIS-G-4404的「合金工具鋼鋼材」中的標準鋼種或其他提案的成分組成。另外，視需要亦可添加或含有所述熱加工工具鋼中規定以外的元素種。

而且，關於所述本發明的「P偏析的抑制效果」，若為退火組織經淬火回火而表現出麻田散鐵組織的原材料，則隨後可藉由該淬火回火組織滿足後述（3）的要件而達成所述「P偏析的抑制效果」。因此，為了達成本發明的所述效果，除了設定用以使本發明的P偏析的抑制效果有意義的熱加工工具的P含量的「容許值（下限值）」以外，無需特別指定所述原材料的成分組成。然而，於對熱加工工具的絕對機械特性奠定基礎的方面而言，例如作為表現出所述麻田散鐵組織的一成分組成，較佳為具有以質量%計而含有C：0.30%～0.50%及Cr：3.00%～6.00%、且含有後述P的熱加工工具鋼的成分組成。而且，於提高熱加工工具的絕對韌性的方面而言，較佳為具有更含有V：0.10%～1.50%的熱加工工具鋼的成分組成。或者，於含有Mo或W的情形時，於提高熱加工工具的絕對韌性的方面而言，較佳為具有含有Mo及W單獨或以複合計（Mo+1/2W）：3.50%以下的熱加工工具鋼的成分組成。此時，於對熱加工工具賦予強度及軟化阻抗的方面而言，所述（Mo+1/2W）的值更佳為設定為0.50%以上。而且具體而言，較佳為具有含有C：0.30%～0.50%、Si：2.00%以下、Mn：1.50%以下、S：0.0500%以下、Cr：3.00%～6.00%、Mo及W單獨或以複合計（Mo+1/2W）：0.50%～3.50%以及V：0.10%～1.50%，且含有後述P的成分組成。藉由提高熱加工工具的基本韌性值，本發明的P偏析的抑制效果與之協同發揮作用，可獲得韌性更優異的熱加工工具。關於可構成本發明的熱加工工具的成分組成的各種元素，如以下般說明。

·C：0.30質量%～0.50質量%（以下僅表述作「%」） C為熱加工工具的基本元素，一部分於基底中固熔而賦予強度，一部分形成碳化物由此提高耐磨損性或抗黏連性。另外，作為侵入型原子而固熔的C與Cr等和C親和性大的置換型原子一併添加的情形時，亦可期待I（侵入型原子）-S（置換型原子）效果（作為溶質原子的拖曳阻抗而發揮作用，使熱加工工具高強度化的作用）。然而，過度的添加會導致韌性或熱加工強度降低。因此，較佳為設定為0.30%～0.50%。更佳為0.34%以上。另外，更佳為0.40%以下。

·Si：2.00%以下 Si為製鋼時的脫氧劑，但若過多則導致淬火回火後的工具組織中生成肥粒鐵（ferrite）。因此，較佳為設定為2.00%以下。更佳為1.00%以下。進而佳為0.50%以下。另一方面，Si有提高材料的切削性的效果。為了獲得該效果，較佳為添加0.20%以上。更佳為0.30%以上。

·Mn：1.50%以下 Mn若過多則會提高基底的黏度，而使材料的切削性降低。因此，較佳為設定為1.50%以下。更佳為1.00%以下。進而佳為0.75%以下。另一方面，Mn有提高淬火性而抑制工具組織中生成肥粒鐵，從而獲得適度的淬火回火硬度的效果。另外，藉由以非金屬夾雜物的MnS的形式存在，而於提高切削性的方面有大的效果。為了獲得該些效果，較佳為添加0.10%以上的Mn。更佳為0.25%以上。進而佳為0.45%以上。

·S：0.0500%以下 S為通常即便不添加亦可能不可避免地含有於各種熱加工工具中的元素。而且，S為於熱加工工具的原材料時使熱加工性劣化，使熱加工中的原材料產生破損的元素。因此，為了提高所述熱加工性，較佳為限制於0.0500%以下。另一方面，S有與所述Mn結合而以非金屬夾雜物的MnS的形式存在，由此提高切削性的效果。為了獲得該效果，較佳為添加0.0300%以上。

·Cr：3.00%～6.00% Cr為提高淬火性，並且形成碳化物而於強化基底或提高耐磨損性的方面有效果的元素。而且，Cr亦為有助於提高回火軟化阻抗及高溫強度的熱加工工具的基本元素。然而，過度的添加反而會導致高溫強度降低。另外亦導致淬火性降低。因此，較佳為設定為3.00%～6.00%。而且，更佳為5.50%以下。另外，更佳為3.50%以上。進而佳為4.00%以上。尤佳為4.50%以上。

·Mo及W單獨或以複合計（Mo+1/2W）：0.50%～3.50% Mo及W為藉由回火而使微細碳化物於組織中析出或凝聚，對熱加工工具賦予強度及軟化阻抗的元素。Mo及W可單獨或複合添加。而且關於此時的添加量，由於W為Mo的約2倍的原子量，故可由（Mo+1/2W）的式子所定義的Mo當量來一起規定。當然，可僅添加任一者，亦可兩者均添加。而且，為了獲得所述效果，較佳為以（Mo+1/2W）的值計而添加0.50%以上。更佳為1.50%以上。進而佳為2.50%以上。然而，若過多則會導致切削性或韌性降低，故以（Mo+1/2W）的值計而較佳為3.50%以下。更佳為2.90%以下。

·V：0.10%～1.50% V形成碳化物，有強化基底或提高耐磨損性、回火軟化阻抗的效果。而且，分佈於退火組織中的所述V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」而發揮作用，有助於提高韌性。為了獲得該些效果，較佳為添加0.10%以上。更佳為0.30%以上。進而佳為0.50%以上。然而，若過多則會導致切削性降低、或由碳化物自身的增加所致的韌性降低，因此較佳為設定為1.50%以下。更佳為1.00%以下。進而佳為0.70%以下。

本發明的熱加工工具的成分組成可設定為含有所述元素種、且含有後述P的鋼的成分組成。另外，亦可含有所述元素種且含有後述P，並且將剩餘部分設定為Fe及雜質。而且，除了所述元素種以外，亦可含有下述元素種。 ·Ni：0%～1.00% Ni為提高基底的黏度而使切削性降低的元素。因此，Ni的含量較佳為設定為1.00%以下。更佳為小於0.50%，進而佳為小於0.30%。另一方面，Ni為抑制工具組織中生成肥粒鐵的元素。另外，Ni為用以與C、Cr、Mn、Mo、W等一併對工具材料賦予優異的淬火性，即便於淬火時的冷卻速度緩慢的情形時亦形成麻田散鐵主體的組織，而防止韌性降低的有效元素。進而，亦改善基底的本質韌性，故本發明中亦可視需要而添加。於添加的情形時，較佳為添加0.10%以上。

·Co：0%～1.00% Co使熱加工工具的韌性降低，故較佳為設定為1.00%以下。另一方面，Co於熱加工工具的使用中，於其升溫時的表面上形成極為緻密且密接性良好的保護氧化皮膜。該氧化皮膜防止與對象材料之間的金屬接觸，抑制工具表面的溫度上升，並且亦帶來優異的耐磨損性。因此，Co亦可視需要而添加。於添加的情形時，較佳為添加0.30%以上。

·Nb：0%～0.30% Nb導致切削性降低，故較佳為設定為0.30%以下。另一方面，Nb形成碳化物，有強化基底或提高耐磨損性的效果。另外，亦有提高回火軟化阻抗，並且與V同樣地抑制結晶粒的粗大化，有助於提高韌性的效果。因此，Nb亦可視需要而添加。於添加的情形時，較佳為添加0.01%以上。

本發明的熱加工工具的成分組成中，Cu、Al、Ca、Mg、O（氧）、N（氮）例如為可能作為不可避免的雜質而殘留於鋼中的元素。本發明中，該些元素的含量較佳為儘可能低。然而另一方面，為了獲得控制夾雜物的形態或其他機械特性、以及提高製造效率等附加的作用效果，亦可少量含有。於該情形時，若為Cu≦0.25%、Al≦0.025%、Ca≦0.0100%、Mg≦0.0100%、O≦0.0100%、N≦0.0300%的範圍則可充分容許，此為本發明的較佳限制上限。

（2）本發明的熱加工工具於所述成分組成中，「含有超過0.020%且為0.050%以下的P」。如上文所述，熱加工工具的韌性劣化的要因之一在於由含有該P所致的麻田散鐵組織中的向舊沃斯田鐵粒界的P偏析。因此，以前的熱加工工具的情況下，將P含量限制於例如0.020%以下（專利文獻3）。然而於此種背景下，若即便提高P含量的容許值，具體而言即便P含量超過0.020%，亦可將熱加工工具的韌性維持於以前的水準，則可削減使P含量減少所耗費的能量等，可減輕對環境的負荷。另外，若可將熱加工工具的韌性提高至超過以前的水準，則亦可有助於熱加工工具自身的特性提高。因此，本發明中，將對象限定為含有「超過0.020%的P」的熱加工工具，並對可充分維持該熱加工工具的韌性的方法進行了研究，結果於可削減所述能量等的方面具有大的意義。較佳為將所述對象限定為含有「0.025%以上的P」的熱加工工具。然而，若P的含量過多，則如後述，難以有效地發揮本發明的P偏析的抑制效果。因此，P含量是設定為0.050%以下。較佳為小於0.040%。更佳為0.035%以下。

（3）本發明的熱加工工具於其淬火回火後的麻田散鐵組織中，「舊沃斯田鐵粒的粒徑以依據JIS-G-0551的結晶粒度編號為No.9.5以上，且該舊沃斯田鐵粒的粒界的P濃度為1.5質量%以下」。首先，本發明者為了把握舊沃斯田鐵粒界的P偏析對熱加工工具的韌性的影響程度，而對作為用以評價所述韌性的具體指標的「韌性值（例如夏比衝擊值）」、與作為用以評價P偏析的具體指標的「粒界P濃度（即舊沃斯田鐵粒界的P濃度）」之關係進行了調查。結果發現，該些熱加工工具的韌性值與粒界P濃度之間有關聯，即便為總體的P含量相同的熱加工工具，若粒界P濃度不同，則熱加工工具的韌性值亦產生差異。而且發現，並非減少熱加工工具總體的P含量，而是只有以所述粒界P濃度為目標並降低該粒界P濃度才會直接作用於熱加工工具的韌性值的提高。

圖1為表示SKD61製的熱加工工具（淬火回火硬度：43HRC）的夏比衝擊值與粒界P濃度（即舊沃斯田鐵粒界的P濃度）之關係的圖表。圖表中描畫的是後述實施例中評價的熱加工工具A1、熱加工工具B1、熱加工工具C1、熱加工工具D1及熱加工工具A2、熱加工工具B2、熱加工工具C2、熱加工工具D2。而且，圖表下的尺度（measure）表示總體具有既定的P含量（0.009%、0.020%、0.025%）的熱加工工具具有圖表的粒界P濃度時的舊沃斯田鐵粒徑（平均結晶粒徑）。以SKD61為標準的P含量的容許上限值為0.030%。然而以前的熱加工工具中，該P含量實際上如專利文獻3般，通常考慮到韌性的降低而減少至小於0.010%。另外，如專利文獻3般，以前的熱加工工具的舊沃斯田鐵粒徑以依據JIS-G-0551的結晶粒度編號為No.8.0左右（平均結晶粒徑為20 μm～30 μm左右）。而且，本發明者對此種以前的熱加工工具進行了調查，結果2 mmU型缺口夏比衝擊試驗的衝擊值超過70（J/cm² ），相對於此，其粒界P濃度為大致小於1.0質量%的水準（圖1的熱加工工具A1）。

而且發現，若使所述以前的熱加工工具的P含量增加，則與該增加量相關而熱加工工具的韌性值降低。即，對於使圖1所示的以前的熱加工工具A1的P含量由「小於0.010%」增加至「超過0.020%」值、另一方面所述舊沃斯田鐵粒徑仍維持以前的「以結晶粒度編號為No.8.0左右」的熱加工工具B1而言，所述粒界P濃度上升至「2.0質量%以上」的水準。而且，隨著該粒界P濃度的上升，韌性值亦降低至低於70（J/cm² ）的水準，從而難以維持以前的熱加工工具A1的韌性。然而，即便為P含量超過0.020%的“韌性值低”的熱加工工具B1，若可將其粒界P濃度抑制於以前的水準以下、例如「1.5質量%以下」，則可維持P含量小於0.020%的以前的熱加工工具的韌性水準。較佳為將粒界P濃度抑制於「1.0質量%以下」。

因此，本發明者為了確定對所述熱加工工具的粒界P濃度造成影響的因素，而對熱加工工具的粒界P濃度、與舊沃斯田鐵粒徑之關係進行了調查。結果關注到以下情況：即便為總體的P含量相同的熱加工工具，若減小所述舊沃斯田鐵粒徑，則作為P的偏析點（site）的舊沃斯田鐵粒界的體積亦增大。而且發現，若舊沃斯田鐵粒界的體積增大，則即便於具有相同P含量的熱加工工具之間，於該舊沃斯田鐵粒界的位置測定到的P濃度亦經稀釋，粒界P濃度降低，即，發揮本發明的P偏析的抑制效果，從而可提高韌性。而且，於具有可藉由淬火而調整為麻田散鐵組織的成分組成的各種熱加工工具中，對總體的P含量超過0.020%時有效地發揮本發明的P偏析的抑制效果的條件進行了研究，結果發現，有效的是將所述舊沃斯田鐵粒徑設定為以依據JIS-G-0551的結晶粒度編號為「No.9.5以上」的小徑。再者，所述結晶粒度編號越變大，舊沃斯田鐵粒徑越變小。而且，No.9.5的結晶粒度編號相當於平均結晶粒徑為15 μm左右。

由圖1得知，於總體的P含量超過0.020%的熱加工工具中，若將其舊沃斯田鐵粒徑設定為以平均結晶粒徑計為大致15 μm以下（即，若設定為以結晶粒度編號為No.9.5以上），則可將粒界P濃度抑制於1.5質量%以下，可將夏比衝擊值維持於以前的70（J/cm² ）的水準。較佳為將舊沃斯田鐵粒徑設定為以結晶粒度編號為No.10.0以上的小徑。該No.10.0以上的舊沃斯田鐵粒徑尤其於熱加工工具的P含量為0.025%以上時為較佳條件。依據JIS-G-0551的結晶粒度編號可與依據作為國際標準的美國材料與試驗協會（American Society for Testing and Materials，ASTM）-E112的結晶粒度編號視為等價。而且，關於該些結晶粒度編號，以下僅簡單地表述作「No.」。再者，關於該舊沃斯田鐵粒徑的結晶粒度編號，無需特別上限，但現實的是No.12.0（平均結晶粒徑為6 μm左右）。更現實的是No.11.5（平均結晶粒徑為7.5 μm左右）。測定所述舊沃斯田鐵粒徑的熱加工工具的位置可設定為需求韌性的位置。例如可設定為模具或夾具等各種熱加工工具的作業面（與對象材料接觸的表面）、或其他表面的位置。另外，亦可設定為各種熱加工工具的內部或形成於該內部的孔或槽等的表面（內面）的位置。

另外，本發明中，所述舊沃斯田鐵粒的粒界P濃度是利用歐傑電子光譜分析裝置（AES）來測定。於利用X射線光電子光譜分析裝置（EDX）或X射線微分析儀（EPMA）進行測定的情形時，通常其測定區域的一邊寬至約1 μm左右，亦可能測量到不少舊沃斯田鐵粒界的周邊（即粒內）的P量。就此方面而言，若利用歐傑電子光譜分析裝置進行測定，則所述測定區域的一邊是設定為約10 nm左右，最適於以舊沃斯田鐵粒界為目標的P濃度的測定。首先，於測定粒界P濃度的熱加工工具的位置，對熱加工工具進行粒界破壞，使斷裂面露出。繼而，利用歐傑電子光譜分析裝置對該斷裂面中確認到的相當於舊沃斯田鐵粒界的位置（參照圖4）進行分析，自其面積成為3 μm×3 μm的測定區域中收集各元素的歐傑電子光譜（參照圖5）。繼而，可根據所得的各元素的波峰強度比對P濃度進行定量分析，作為所述粒界P濃度。

對於以前的「舊沃斯田鐵粒徑的小徑化」而言，已知其自身作用於麻田散鐵組織的微細化，結果韌性提高。然而於本發明中，作用於熱加工工具的韌性提高的「舊沃斯田鐵粒徑的小徑化」如上所述，作用於在舊沃斯田鐵粒界偏析的P的稀釋化，且其作用與以前的僅由「麻田散鐵組織的微細化」所帶來的作用不同。再者，通常於淬火回火後的熱加工工具中，將所述舊沃斯田鐵粒徑縮小至No.13.0以上並不容易。而且，在不容易實現所述舊沃斯田鐵粒徑的小徑化的情況下，若僅總體的P含量增加，則舊沃斯田鐵粒界的P濃度的稀釋存在極限，難以充分發揮本發明的P偏析的抑制效果。而且，例如難以維持所述70（J/cm² ）的夏比衝擊值的水準。因此，本發明的熱加工工具可含有的P的上限設定為0.050%。

（4）較佳為本發明的熱加工工具於其成分組成中「更含有0.0250%以下的Zn」。 Zn為可藉由含有於所述（1）及（2）中說明的成分組成的熱加工工具中而使熱加工工具的韌性提高的元素。藉此，可彌補由P含量的增加所致的韌性的劣化。較佳為含有超過0.0025%，由此可充分獲得該韌性的提高效果。更佳為0.0030%以上。然而，若過度含有Zn，則於舊沃斯田鐵粒界等產生極度的Zn偏析，反而可能成為使韌性劣化的要因。因此，即便於含有Zn的情形時，上限亦較佳為設定為0.0250%。更佳為0.0200%以下，進而佳為0.0150%以下。

（5）本發明的熱加工工具的製造方法是對具有所述（1）、（2）及（4）中說明的成分組成的熱加工工具材料「進行淬火回火」。用於製造本發明的熱加工工具的熱加工工具材料藉由淬火及回火而被製備成具有既定硬度的麻田散鐵組織，並被調整為熱加工工具的產品。而且，所述熱加工工具材料是藉由切削或穿孔等各種機械加工等而被調整為熱加工工具的形狀。關於所述機械加工的時序，較佳為於淬火回火前的、材料的硬度低的狀態（即退火狀態）下進行。於該情形時，亦可於淬火回火後進行精飾的機械加工。另外，視情形不同，亦可於進行淬火回火後的預硬化材料的狀態下，結合所述精飾的機械加工而一次性機械加工成熱加工工具的形狀。

所述淬火及回火的溫度視原材料的成分組成或目標硬度等而不同，淬火溫度較佳為大致1000℃～1100℃左右，回火溫度較佳為大致500℃～650℃左右。例如於作為熱加工工具鋼的代表鋼種的SKD61的情況下，淬火溫度為1000℃～1030℃左右，回火溫度為550℃～650℃左右。淬火回火硬度較佳為設定為50 HRC以下。關於該淬火回火硬度，較佳為40 HRC～50 HRC。更佳為48 HRC以下。

另外，為了更有效率地獲得本發明的「於舊沃斯田鐵粒界偏析的P的稀釋化」的作用效果，除了所述「舊沃斯田鐵粒徑的小徑化」以外，有效的是對熱加工前的原材料於1200℃～1350℃的高溫下進行長時間的（例如10小時以上的）均質化處理。關於該均質化處理的溫度，較佳為1230℃以上。另外，較佳為1300℃以下，更佳為1270℃以下。而且，進行所述均質化處理後的所述熱加工有效的是設定為將其加工比（剖面積比）設為7S以上的實體冶煉（「S」為表示實體冶煉的記號）。所謂實體冶煉，是指將實體（即所述原材料）冶煉，減少其剖面積且增加長度的情形的熱加工。而且，較佳為將藉由該熱加工而剖面積減少的原材料的橫剖面的剖面積A、與該熱加工後剖面積減少的橫剖面的剖面積a之比A/a所表示的「冶煉成形比」設為所述「7S以上」。而且，優選的是不進行該熱加工中的再加熱，而以短的實際加工時間來完成熱加工。藉由高溫長時間的所述均質化處理，可使來源於原材料的凝固組織的不均勻的P分佈變均勻。進而，藉由加工比高的所述熱加工，可使因均質化處理而變粗大的沃斯田鐵粒徑變微細。而且，可於熱加工剛完成後使組織中的P的偏析點增加，可抑制於熱加工後的冷卻中P再次偏析的情況。藉由該些條件，可更有效地抑制P於淬火回火後的舊沃斯田鐵粒界上濃縮的情況。 [實施例]

準備具有表1的成分組成的作為JIS-G-4404的標準鋼種的熱加工工具鋼SKD61製的原材料A、原材料B、原材料C、原材料D（厚度70 mm×寬度70 mm×長度100 mm）。再者，原材料A為將P減少至0.010%的以前的原材料。所有原材料中，不添加Cu、Al、Ca、Mg、O、N（然而，Al包括於溶解步驟中作為脫氧劑而添加的情況），Cu≦0.25%、Al≦0.025%、Ca≦0.0100%、Mg≦0.0100%、O≦0.0100%、N≦0.0300%。

[表1] 質量% ※包含雜質

對該些原材料於1250℃下實施10小時均質化處理。繼而，將該實施均質化處理後的原材料加熱至作為熱加工工具鋼的通常的熱加工溫度的1150℃，對該經加熱的原材料進行熱加工。此時，進行將熱加工時的加工比（剖面積比）設為2S的實體冶煉，不進行熱加工中的再加熱，以5分鐘的實際加工時間完成熱加工。另外，作為其他熱加工，進行將熱加工時的加工比（剖面積比）設為7S以上的實體冶煉，不進行熱加工中的再加熱，以5分鐘的實際加工時間完成熱加工。繼而，對完成了熱加工的鋼材進行860℃的退火，製作將所述熱加工時的加工比設為2S的熱加工工具材料A1、熱加工工具材料B1、熱加工工具材料C1、熱加工工具材料D1以及將所述加工比設為7S以上的熱加工工具材料A2、熱加工工具材料B2、熱加工工具材料C2、熱加工工具材料D2。繼而，對該些熱加工工具材料A1～熱加工工具材料D1及熱加工工具材料A2～熱加工工具材料D2進行自1030℃起的淬火、及630℃的回火（目標硬度43 HRC），製作具有麻田散鐵組織的熱加工工具A1～熱加工工具D1及熱加工工具A2～熱加工工具D2。

自所述熱加工工具A1～熱加工工具D1及熱加工工具A2～熱加工工具D2中分別採取夏比衝擊試片（L方向，2 mmU型缺口），實施夏比衝擊試驗。繼而，以依據JIS-G-0551（ASTM-E112）的結晶粒度編號來測定該些夏比衝擊試片的組織中的舊沃斯田鐵粒徑。另外，利用場發射式歐傑電子光譜分析裝置（FE-AES）來測定該些熱加工工具的舊沃斯田鐵粒界的P濃度（粒界P濃度）。首先，自所述熱加工工具A1～熱加工工具D1及熱加工工具A2～熱加工工具D2中分別採取直徑3.0 mm×長度20.0 mm的試樣。於該試樣的圓周部，加工出深度0.5 mm的「缺口」。繼而，將該試樣於設定為高真空的FE-AES的裝置內利用液體氮冷卻至-196℃後，使其斷裂而破壞粒界。繼而，自該粒界經破壞的斷裂面中選擇出於舊沃斯田鐵粒界處破壞的位置，收集成為3 μm×3 μm的面積的區域的歐傑電子光譜。然後，根據該所收集的歐傑電子光譜對P濃度進行定量分析，作為粒界P濃度。將粒界P濃度的分析結果示於表2中。

[表2]

熱加工工具A1為以前的熱加工工具。而且，考慮到韌性的降低，而將其P含量減少至小於0.010%，夏比衝擊值為70 J/cm² 以上。另外，熱加工工具A2亦為將P含量減少至小於0.010%的熱加工工具。為了降低熱加工工具的P含量，需要大量的能量。相對於此種熱加工工具，熱加工工具B1、熱加工工具C1、熱加工工具D1為使熱加工工具A1的P含量增加而超過0.020%的熱加工工具。而且，隨著P含量的增加，粒界P濃度增加，夏比衝擊值降低至小於70 J/cm² 。

熱加工工具B2為本發明的熱加工工具，為保持熱加工工具B1的P含量而使舊沃斯田鐵粒徑縮小至以結晶粒度編號為No.9.5的熱加工工具。而且，粒界P濃度降低至以前的熱加工工具A1的水準，夏比衝擊值上升至70 J/cm² 以上。另外，熱加工工具C2、熱加工工具D2亦為本發明的熱加工工具，分別為保持熱加工工具C1、熱加工工具D1的P含量而將舊沃斯田鐵粒徑縮小至以結晶粒度編號為No.9.5以上的熱加工工具。而且，相對於熱加工工具B2，更含有適當量的Zn，由此與由所述粒界P濃度的降低所帶來的效果互相結合，夏比衝擊值上升至約80 J/cm² 。

作為分析粒界P濃度的所述斷裂面的一例，將利用掃描式電子顯微鏡（2000倍）觀察熱加工工具A1的斷裂面的圖像、及表示該圖像的P濃度的元素匹配圖示於圖2中。另外，將利用掃描式電子顯微鏡（2000倍）觀察熱加工工具B1的斷裂面的圖像、及表示該圖像的P濃度的元素匹配圖示於圖3中。位於各圖的上側的掃描式電子顯微鏡圖像中，斷裂面平滑的部分相當於「粒界破壞部（舊沃斯田鐵粒界）」。而且，位於各圖下側的元素匹配圖中，由紅色的區域所表示的部分為「P元素濃化的部分（P濃度高的部分）」。由圖2與圖3的比較得知，於圖3（熱加工工具B1）的粒界破壞部，P元素的濃化明顯，粒界P濃度高。而且，對於該圖3的縮小舊沃斯田鐵粒徑的本發明的熱加工工具B2而言，其斷裂面的粒界P濃度降低至圖2（熱加工工具A1）的水準。

無

圖1為表示SKD61製的熱加工工具（淬火回火硬度：43HRC）的夏比衝擊值與舊沃斯田鐵粒界的P濃度之關係的圖表。圖2為實施例中評價的熱加工工具A1的斷裂面組織的掃描式電子顯微鏡圖像、及表示該圖像中的P濃度的元素匹配圖。圖3為實施例中評價的熱加工工具B1的斷裂面組織的掃描式電子顯微鏡圖像、及表示該圖像中的P濃度的元素匹配圖。圖4為熱加工工具的斷裂面組織的掃描式電子顯微鏡圖像，為表示斷裂面中確認到的舊沃斯田鐵粒界的一例的圖。圖5為表示於熱加工工具的斷裂面中，利用歐傑電子光譜分析裝置對相當於舊沃斯田鐵粒界的位置進行分析時收集的歐傑電子光譜的一例的圖。

Claims

一種熱加工工具，具有可藉由淬火而調整為麻田散鐵組織的成分組成，且具有淬火回火後的麻田散鐵組織，並且所述熱加工工具的特徵在於：所述成分組成含有超過0.020質量%且為小於0.040質量%的磷，所述淬火回火後的麻田散鐵組織中的舊沃斯田鐵粒的粒徑以依據日本工業標準-G-0551的結晶粒度編號為No.9.5以上，所述舊沃斯田鐵粒的粒界的磷濃度為1.5質量%以下。
如申請專利範圍第1項所述的熱加工工具，其中所述成分組成更含有0.0250質量%以下的鋅。
一種熱加工工具的製造方法，其為具有麻田散鐵組織的熱加工工具的製造方法，且對具有可藉由淬火而調整為麻田散鐵組織的成分組成的熱加工工具材料進行淬火回火，並且所述熱加工工具的製造方法的特徵在於：所述熱加工工具材料的成分組成含有超過0.020質量%且為小於0.040質量%的磷，進行所述淬火回火後的麻田散鐵組織中的舊沃斯田鐵粒的粒徑以依據日本工業標準-G-0551的結晶粒度編號為No.9.5以上，且所述舊沃斯田鐵粒的粒界的磷濃度為1.5質量%以下。
如申請專利範圍第3項所述的熱加工工具的製造方法，其中所述熱加工工具材料的成分組成更含有0.0250質量%以下的鋅。