(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．６０〜１．２０％、Ｓｉ：０．２０〜３．００％、Ｍｎ：０．２０〜３．００％、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｒ：３．０％以下、２Ｍｏ＋Ｗ：０．１〜８．０％、Ｖ：０．０５〜２．０％、Ｓ：０．０５〜０．３５％を含有し、残部が実質的にＦｅであり、（１＋０．６２Ｓｉ）（１＋４．１Ｍｎ）（１＋２．３Ｃｒ）（１＋５．２Ｍｏ）（１＋０．５２Ｎｉ）＞１００の条件を満たすことを特徴とするＨＲＣ４７．５以上の硬さのプレハードン状態で加工できるプレハードン用冷間工具鋼。
【請求項２】
Ｃ：０．６０〜１．２０％、Ｓｉ：０．２０〜３．００％、Ｍｎ：０．２０〜３．００％、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｒ：３．０％以下、２Ｍｏ＋Ｗ：０．１〜８．０％、Ｖ：０．０５〜２．０％、Ｓ：０．０５〜０．３５％含有し、さらにＮｂ：０．０２〜２．０％およびＴａ０．０２〜２．０％の１種または２種を含有し、残部が実質的にＦｅであり、（１＋０．６２Ｓｉ）（１＋４．１Ｍｎ）（１＋２．３Ｃｒ）（１＋５．２Ｍｏ）（１＋０．５２Ｎｉ）＞１００の条件を満たすことを特徴とするＨＲＣ４７．５以上の硬さのプレハードン状態で加工できるプレハードン用冷間工具鋼。
【請求項３】
Ｃ：０．６０〜１．２０％、Ｓｉ：０．２０〜３．００％、Ｍｎ：０．２０〜３．００％、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｒ：３．０％以下、２Ｍｏ＋Ｗ：０．１〜８．０％、Ｖ：０．０５〜２．０％、Ｓ：０．０５〜０．３５％を含有し、さらにＣａ：０．０００２〜０．０２％およびＴｅ：０．００５〜０．０２７％の１種または２種を含有し、残部が実質的にＦｅであり、（１＋０．６２Ｓｉ）（１＋４．１Ｍｎ）（１＋２．３Ｃｒ）（１＋５．２Ｍｏ）（１＋０．５２Ｎｉ）＞１００の条件を満たすことを特徴とするＨＲＣ４７．５以上の硬さのプレハードン状態で加工できるプレハードン用冷間工具鋼。
【請求項４】
Ｃ：０．６０〜１．２０％、Ｓｉ：０．２０〜３．００％、Ｍｎ：０．２０〜３．００％、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｒ：３．０％以下、２Ｍｏ＋Ｗ：０．１〜８．０％、Ｖ：０．０５〜２．０％、Ｓ：０．０５〜０．３５％含有し、さらにＮｂ：０．０２〜２．０％およびＴａ：０．０２〜２．０％の１種または２種ならびにＣａ：０．０００２〜０．０２％およびＴｅ：０．００５〜０．０２７％の１種または２種を含有し、残部が実質的にＦｅであり、（１＋０．６２Ｓｉ）（１＋４．１Ｍｎ）（１＋２．３Ｃｒ）（１＋５．２Ｍｏ）（１＋０．５  ２Ｎｉ）＞１００の条件を満たすことを特徴とするＨＲＣ４７．５以上の硬さのプレハードン状態で加工できるプレハードン用冷間工具鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼戻し温度が４５０℃以上で焼戻し効果が生じ、ＨＲＣ４７．５以上の硬さのプレハードン状態で加工することができる被削性に優れ、かつフレームハードによる硬さの優れたプレハードン用冷間工具鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷間工具鋼としてＪＩＳのＳＫ、ＳＫＳ鋼が使用されていた。しかし、従来使用していたＪＩＳのＳＫ、ＳＫＳ鋼は、焼入れ性が劣っていたので、高硬度で使用する場合には焼入れを油冷以上の焼入れ冷却速度で焼入れする必要があった。また上記ＪＩＳのＳＫ、ＳＫＳ鋼は、高温焼戻しをすると硬さの低下が大きくなるので、通常低温焼戻しを行っていた。その結果、焼入れの残留応力が大きくなるとともに、低温焼戻しをするため残留応力が開放されず、ワイヤカット時に歪みが生じたり、ワレが発生したりしてワイヤカット加工をすることができなかった。
【０００３】
また、現在プレハードン鋼の最高硬さは、ＨＲＣ４０程度でこれ以上の硬さでは通常切削加工性が悪く、プレハードンにしたことによる粗加工工程の省略のメリットが相殺してしまうため、実用化されなかった。これによりプレハードン鋼の適用範囲は限定されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高温焼戻しをしても硬さの低下が大きくなく、ワイヤカット時に発生する歪み量が小さく、ＨＲＣ４７．５以上の硬さのプレハードン状態でも加工ができる被削性に優れ、さらにプレームハード硬さの高いプレハードン用冷間工具鋼を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＨＲＣ４７．５以上の硬さのプレハードン状態で加工できるプレハードン用冷間工具鋼においては、重量％で、Ｃ：０．６０〜１．２０％、Ｓｉ：０．２０〜３．００％、Ｍｎ：０．２０〜３．００％、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｒ：３．０％以下、２Ｍｏ＋Ｗ：０．１〜８．０％、Ｖ：０．０５〜２．０％、Ｓ：０．０５〜０．３５％を含有し、残部が実質的にＦｅであ残部が実質的にＦｅであり、（１＋０．６２Ｓｉ）（１＋４．１Ｍｎ）（１＋２．３Ｃｒ）（１＋５．２Ｍｏ）（１＋０．５２Ｎｉ）＞１００の条件を満たするものとしたことである。
【０００６】
さらに、本発明のＨＲＣ４７．５以上の硬さのプレハードン状態で加工できるプレハードン用冷間工具鋼においては、重量％で、Ｃ：０．６０〜１．２０％、Ｓｉ：０．２０〜３．００％、Ｍｎ：０．２０〜３．００％、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｒ：３．０％以下、２Ｍｏ＋Ｗ：０．１〜８．０％、Ｖ：０．０５〜２．０％、Ｓ：０．０５〜０．３５％を含有し、残部が実質的にＦｅである冷間工具鋼にＮｂ：０．０２〜２．０％、および／またはＴａ：０．０２〜２．０％ならびにＣａ：０．０００２〜０．０２％および／またはＴｅ：０．００５〜０．０２７％の１種または２種以上を添加し、（１＋０．６２Ｓｉ）（１＋４．１Ｍｎ）（１＋２．３Ｃｒ）（１＋５．２Ｍｏ）（１＋０．５２Ｎｉ）＞１００の条件を満たするものとしたことである。
【０００７】
【作用】
本発明のプレハードン用冷間工具鋼は、成分組成をＣ：０．６０〜１．２０％、Ｓｉ：０．２０〜３．００％、Ｍｎ：０．２０〜３．００％、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｒ：３．０％以下、２Ｍｏ＋Ｗ：０．１〜８．０％、Ｖ：０．０５〜２．０％、Ｓ：０．０５〜０．３５％、残部が実質的にＦｅとし、（１＋０．６２Ｓｉ）（１＋４．１Ｍｎ）（１＋２．３Ｃｒ）（１＋５．２Ｍｏ）（１＋０．５２Ｎｉ）＞１００の条件を満たしたことにより、パーライト焼入性およびベイナイト焼入性を改善し、徐冷焼入れにより高硬度を達成するとともに、高温焼戻し時の２次析出によりＨＲＣ４７．５以上を達成することができる。また、ワイヤカット加工後の歪み量を低減させることができる。
【０００８】
さらに、上記鋼にＮｂ：０．０２〜２．０％およびＴａ：０．０２〜２．０％の１種または２種を含有させることにより、結晶粒の成長を抑制することができ、さらに上記鋼にＳ：０．０５〜０．３５％またはＳ：０．０５〜０．３５％ならびにＣａを０．０００２〜０．０２％および／またはＴｅを０．００５〜０．０２７％を含有させることにより、現状のＨＲＣ４０レベルのプレハードン鋼並の被削性を確保することができる。
【０００９】
また、本発明の冷間工具鋼は、焼入れ後高温焼戻しをすることにより硬度がＨＲＣ４７．５以上になり、また現状のＨＲＣ４０レベルのプレハードン鋼並の被削性を確保することができるので、用途をプレハードン用とすることができる。
【００１０】
次に、各成分を限定した理由を説明する。
Ｃ：０．６０〜１．２０％
Ｃは、焼入れ状態の硬さ、特にフレームハード時の硬さを確保するために含有させる元素で、０．６０％より少ないと硬さを確保することができず、また１．２０％を超えると一次炭化物量が多くなりすぎるとともに焼入れ残留オーステナイトが増加して硬さが低下するので、その含有量を０．６０〜１．２０％とした。
【００１１】
Ｓｉ：０．２０〜３．００％
Ｓｉは、パーライトおよびベイナイト焼入れ性の向上および高温焼戻硬さの増大させるために含有させる元素で、０．２０％より少ないと焼入れ性の向上および高温焼戻硬さが不十分になり、また３．００％を超えると靱性が低下するとともに残留オーステナイトが増加して硬さが低下するので、その含有量を０．２０〜３．００％とした。
【００１２】
Ｍｎ：０．２０〜３．００％
Ｍｎは、パーライトおよびベイナイト焼入れ性の向上並びにＭｎＳ生成させるための元素で、０．２０％より少ないと焼入れ性の向上およびＭｎＳ生成元素量が不十分になり、また３．００％を超えると靱性が低下すので、その含有量を０．２０〜３．００％とした。
【００１３】
Ｎｉ：３．０％以下
Ｎｉは、焼入れ性を向上させるために含有させる元素で、３．０％を超えると残留オーステナイトが増加して必要な硬さを確保するのが困難となり、また靱性も低下するので、その含有量を３．０％以下とした。
【００１４】
Ｃｒ：３．０％以下
Ｃｒは、焼入れ性および高温焼戻し硬さを向上させるために含有させる元素で、３％を超えると難固溶炭化物（Ｃｒ7 Ｃ3 ）を形成してフレームハード性を低下し、高硬度炭化物が多くなることによって被削性が低下するので、その含有量を３．０％以下とした。
【００１５】
２Ｍｏ＋Ｗ：０．１０〜８．０％
ＭｏおよびＷは、ベイナイト焼入れ性を向上および高温焼戻し硬さを増大するために含有させる元素で、０．１０％より少ないとベイナイト焼入れ性を向上および高温焼戻し硬さを増大する効果がなく、８．０％を超えると難固溶の一次炭化物量が増大して焼入れ温度を上昇し、フレームハード硬さを低下するので、その含有量を０．１０〜８．０％とした。
【００１６】
Ｖ：０．０５〜２．０％
Ｖは、高温焼戻硬さを増大し、結晶粒の粗大化を防止するために含有させる元素で、０．０５％より少ないと結晶粒の粗大化を防止する効果がなく、また２．０％を超えると難固溶の一次炭化物量が増大して焼入れ温度を上昇し、靱性が低下するので、その含有量を０．０５〜２．０％とした。
Ｓ：０．０５〜０．３５％
Ｓは、被削性を向上させるために含有させる元素で、０．０５％より少ないと被削性をが改善されず、０．３５％を超えると靱性、硬さおよび熱間加工性を低下するので、その含有量を０．０５〜０．３５％とした。
【００１７】
Ｎｂ、Ｔａ：０．０２〜２．０％
結晶粒の成長を抑制するために含有させる元素で、０．０２％より少ないと結晶粒の成長を抑制効果がなく、また２．０％を超えると難固溶の一次炭化物量が増大して焼入れ温度を上昇し、フレームハード硬さおよび被削性が低下するので、その含有量を０．０２〜２．０％とした。
Ｃａ：０．０００２〜０．０２％
ＭｎＳに固溶してＭｎＳの形態を変化させ、靱性の劣化を抑制し、高硬度状態での被削性を向上（特に、超硬工具で顕著）するために含有させる元素で、０．０００２％より少ないとその効果がなく、０．０２％を超えると靱性が低下するので、その含有量を０．０００２〜０．０２％とした。
【００１８】
Ｔｅ：０．００５〜０．０２７％
ＭｎＳの形態を変化させ、靱性の劣化を抑制するとともに被削性を向上させるために含有させる元素で、０．００５％より少ないとその効果がなく、０．０２７％を超えると靱性および熱間加工性が低下するので、その含有量を０．００５〜０．０２７％とした。
【００１９】
Ｐ＝（１＋０．６２Ｓｉ）（１＋４．１Ｍｎ）（１＋２．３Ｃｒ）（１＋５．２Ｍｏ）（１＋０．５２Ｎｉ）＞１００
Ｐは、高温焼戻し硬さおよびワイヤカット加工後の歪み量に影響するもので、１００以下では必要な高温焼戻し硬さを確保することができず、またワイヤカット加工後の歪み量を低減させることができないので、その値を１００を超える値とした。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について説明する。
表１の成分組成の本発明の実施例鋼および比較例鋼を通常の溶製法によって製造した。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
上記表１の組成の本発明の実施例鋼および比較例鋼を表２の条件で熱処理して試験片とし、これらの試験片の硬さ、抗折力、超硬工具切削長さおよびワイヤカット後の歪み量（指数）ならびにフレームハード硬さを測定し、その結果を表２に記載した。
【００２３】
なお、フレームハード硬さは、図１に示したように５０ｍｍ×２００ｍｍ×１５０ｍｍの寸法のものを焼入れ焼戻しして表２に示す硬さにして試験片とし、これらの試験片を３００℃に予熱した後、酸素圧力１．０kgf/cm2 、アセチレン圧力０．１７kgf/cm2 のガス圧で加熱し、その後測定した。
また、ワイヤカット後の歪み量は、図２に示したように４０ｍｍ×２００ｍｍ×１５０ｍｍの寸法のものを焼入れ焼戻しして試験片とし、これをワイヤカットした後、ａ−ｂ間を測定し、その歪み量を比較例の１２の鋼の歪み量を１００とした指数で表した。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
本発明の実施例１〜７は、焼入および焼戻し後の硬さＨＲＣ４７．５以上であり、抗折力２８０Ｋｇｆ／ｍｍ2 以上、超硬工具切削長さ１７００ｍｍ以上、フレームハード硬さＨＲＣ６０．５以上およびワイヤカット後の歪み量の指数が２５以下と冷間工具鋼に必要なすべての条件を満たしていた。
【００２６】
しかし、比較例のものは、いずれも全ての条件を満たしていなかった。すなわち、比較例１０は、Ｃの含有量が本発明の下限より少なく、またＣｒの含有量が本発明の上限を超えており、そのためフレームハード硬さが劣っている。比較例１１は、本発明の必須成分であるＶ並びにＭｏおよびＷのいずれも含有しておらず、Ｐ値が低く、またＳの含有量が本発明の下限以下であり、そのため硬さ及びフレームハード硬さが劣っており、またワイヤカット後の歪み量もやや劣っている。
【００２７】
比較例１２は、本発明の必須成分であるＭｏおよびＷのいずれも含有しておらず、またＰ値が低く、更に比較例１３は、Ｃｒの含有量が本発明の上限を超えており、２Ｍｏ＋Ｗの含有量が本発明の下限以下であり、またＰ値が低く、いずれも超硬工具切削長さ、フレームハード硬さ及びワイヤカット後の歪み量が劣っている。
【００２８】
比較例１４は、ＣおよびＣｒの含有量が本発明の上限を超えており、Ｓの含有量が本発明の下限以下であり、そのため硬さ、超硬工具切削長さおよびワイヤカット後の歪み量が劣っている。比較例１５は、Ｃｒの含有量が本発明の上限を超えており、そのため超硬工具切削長さおよびワイヤカット後の歪み量が劣っている。比較例１６は、ＶおよびＳの含有量が本発明の下限以下であり、超硬工具切削長さが劣っている。
【００２９】
本発明は、上記以外の点においても実施例に限定されることなく、要旨を変更しない範囲において種々の変更をすることが出来ることはもちろんである。
【００３０】
【本発明の効果】
本発明は、上記成分組成にしたことにより、次のような優れた効果を奏する。
（１）徐冷焼入れにより高硬度を達成することができ、また高温焼戻し時の２次析出によ    りＨＲＣ４７．５以上にすることができる。
（２）ＨＲＣは４７．５以上であるが、その被削性は現状のＨＲＣ４０レベルのプレハー    ドン鋼の被削性と同程度である。
（３）焼入れ焼戻し後にワイヤカット加工しても、歪みが大きく生じたり、ワレが発生し    たりすることがないので、ワイヤカット加工ができる。
（４）フレームハード面の硬さと靱性が優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】フレームハード硬さを測定するための加熱方法および測定位置を説明するための図である。
【図２】ワイヤカット後の歪み量を測定するためのワイヤカットの形状および測定位置を説明するための図である。
【図１】
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【図２】
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