(57)【要約】      （修正有）【課題】低硬度化を実現して、冷間加工や切削加工を行い易い冷間工具鋼を提供する。【解決手段】冷間工具鋼は、重量%で、0.6%≦C≦1.60%、0.10%≦Si1.20%、0.10%≦Mn≦0.60%、5.5%≦Cr≦13.0%、0.80%≦Mo+0.5W≦2.10%、0.10%≦V≦0.40%、0.0002≦O≦0.0080%、0.001≦Al≦0.10を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、変態点Ar3が750℃以上850℃以下であり、(Ar3+50℃）以上1050℃以下の温度に加熱保持する球状化焼きなまし処理の後において組織断面で観察される円相当径範囲0.1μm以上3μm以下に属する炭化物の平均円相当径が0.25μm以上0.8μm以下であり、前記球状化焼きなまし処理後におけるブリネル硬さがHB179以上HB235以下であり、且つ、JIS G 0555に規定されるB系及びC系介在物における鋼の清浄度が(dB+dC)60X400≦0.05%であり、K値＝Cr(%)-6.8XC(%)としたとき当該K値が0.1以上3.5以下である。【選択図】図１
2006193790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、０．６％≦Ｃ≦１．６０％、０．１０％≦Ｓｉ≦１．２０％、０．１０％≦Ｍｎ≦０．６０％、５．５％≦Ｃｒ≦１３．０％、０．８０％≦Ｍｏ＋０．５Ｗ≦２．１０％、０．１０％≦Ｖ≦０．４０％、０．０００２％≦Ｏ≦０．００８０％、０．００１≦Ａｌ≦０．１０を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、
変態点Ａr3が７５０℃以上８５０℃以下であり、（Ａr3＋５０℃）以上１０５０℃以下の温度に加熱保持する球状化焼きなまし処理の後において組織断面で観察される円相当径範囲０．１μｍ以上３μｍ以下に属する炭化物の平均円相当径が０．２５μｍ以上０．８μｍ以下であり、前記球状化焼きなまし処理後におけるブリネル硬さがＨＢ１７９以上ＨＢ２３５以下であり、且つ、ＪＩＳ  Ｇ ０５５５に規定されるＢ系介在物及びＣ系介在物における鋼の清浄度が（ｄＢ＋ｄＣ）６０×４００≦０．０５％であり、Ｋ値＝Ｃｒ(%)−６．８×Ｃ(%)としたとき当該Ｋ値が０．１以上３．５以下であることを特徴とする冷間工具鋼。
【請求項２】
前記鋼成分が、０．６０％≦Ｃ≦０．８０％、０．１０％≦Ｓｉ≦１．２０％、０．１０％≦Ｍｎ≦０．６０％、５．５％≦Ｃｒ≦８．５％、０．８０％≦Ｍｏ＋０．５Ｗ≦２．１０％、０．１０％≦Ｖ≦０．４０％、０．０００２％≦Ｏ≦０．００８０％、０．００１≦Ａｌ≦０．１０である請求項１に記載の冷間工具鋼。
【請求項３】
前記鋼成分が、０．９０％≦Ｃ≦１．１０％、０．８％≦Ｓｉ≦１．２０％、０．１０％≦Ｍｎ≦０．６０％、７．０％≦Ｃｒ≦９．０％、１．５０％≦Ｍｏ＋０．５Ｗ≦２．１０％、０．１０％≦Ｖ≦０．４０％、０．０００２％≦Ｏ≦０．００８０％、０．００１≦Ａｌ≦０．１０である請求項１に記載の冷間工具鋼。
【請求項４】
前記鋼成分が、１．４０％≦Ｃ≦１．６０％、０．１０％≦Ｓｉ≦０．４０％、０．１０％≦Ｍｎ≦０．６０％、１１．０％≦Ｃｒ≦１３．０％、０．８０％≦Ｍｏ＋０．５Ｗ≦１．２０％、０．１０％≦Ｖ≦０．４０％、０．０００２％≦Ｏ≦０．００８０％、０．００１≦Ａｌ≦０．１０である請求項１に記載の冷間工具鋼。
【請求項５】
鋼成分として更に、０．００３０％≦Ｎ≦０．０５００％、０．００１％≦Ｐ≦０．０４０％のうち１種または２種を含有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の冷間工具鋼。
【請求項６】
鋼成分として更に、０．０１％≦Ｃｕ≦１．０％、０．０１％≦Ｎｉ≦１．０％、０．２％≦Ｃｏ≦１．０％、０．０００３％≦Ｂ≦０．０１０％のうち１種または２種以上を含有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の冷間工具鋼。
【請求項７】
鋼成分として更に、０．００１％≦Ｓ≦０．２０％、０．００５％≦Ｓｅ≦０．１０％、０．００５％≦Ｔｅ≦０．１０％、０．０００２％≦Ｃａ≦０．０１０％、０．００５％≦Ｐｂ≦０．１０％、０．００５％≦Ｂｉ≦０．１０％のうち１種または２種以上を含有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の冷間工具鋼。
【請求項８】
鋼成分として更に、０．０１％≦Ｎｂ≦０．１２％、０．００５％≦Ｔａ≦０．１０％、０．００５％≦Ｔｉ≦０．１０％、０．００５％≦Ｚｒ≦０．１０％、０．００５％≦Ｍｇ≦０．１０％、０．００５％≦ＲＥＭ≦０．１０％のうち１種または２種以上を含有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の冷間工具鋼。
【請求項９】
前記球状化焼きなまし処理は、加熱保持後に６０℃／ｈよりも遅い冷却速度で７５０℃以下まで徐冷する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の冷間工具鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間において鍛造・プレスによって加工される冷間金型や構造部材、耐摩耗性が要求される機械部品、冷鍛パンチ・ダイス、高張力鋼板の成形型、曲げ型、冷間鍛造金型、スエージングダイス、ネジ転造ダイス、パンチ部材、スリッターナイフ、リードフレーム打抜型、ゲージ、深絞りパンチ、曲げ型パンチ、シャーブレード、ステンレス鋼の曲げ型、絞り型、圧造などの塑性加工工具、歯車用パンチ、カム部品、プレス打抜型、順送打抜き型、土砂送給装置のシールプレート、スクリュー部材、コンクリート吹付機用ロータリープレート、ＩＣ封止型、高い寸法精度が要求される精密プレス型、ＣＶＤ処理・ＰＶＤ処理・ＴＤ処理等の表面処理を行った上で使用される上記用途の金型等に用いられる冷間工具鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間金型用鋼としては、従来より、ＪＩＳ４４０４の高合金冷間ダイスの代表鋼種であるＳＫＤ１１やＳＫＤｌ２等が使用されている。これらの冷間金型用鋼は、熱間加工後（鍛造・圧延等）、オーステナイト化温度であるＡr3点からＡr3点＋５０℃までの温度範囲に加熱して徐冷する焼きなまし処理が軟化処理として施されて、冷間加工に供される。この焼なまし処理条件により得られる焼きなまし硬さは、ブリネル硬さにてＨＢ２４１〜ＨＢ２５５程度である。
【０００３】
また、特許文献１では、焼きなまし温度を従来よりも高温とすることで従来の焼きなましと比べて低硬度となることが開示されている。かかる低硬度化によって切削加工が容易になるとされているが、表２中の発明鋼の硬さはＨＶ２６２〜２７８（ＨＢ換算で約２５０〜２６５）と低硬度とは言い難い。さらに、焼きなまし温度を焼入れ温度よりも高い温度で実施すると、焼入れ焼戻し後の硬さが通常よりも低下する問題があるにも関わらず、焼入れ焼戻し後の硬さについては何ら触れられていない。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３２２４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、製造過程の納期短縮・コスト削減がますます強く求められるようになってきており、ニアネットシェイプ化や、構造部材・機械部品の作製時間の短縮を図るべく、焼きなまし材での被削性がより優れたものや冷間加工が行いやすいものといった機械加工性に優れた冷間工具鋼が要求されるようになってきている。しかし、冷間工具鋼はその成分上、焼きなましによって低硬度を得ることが困難である。
【０００６】
また、特に金型や治工具、機械部品といった耐摩耗性を必要とする用途では、その耐摩耗性の観点から、晶出した粗大な炭化物を多く含む材料が利用されているが、耐磨耗性を重視するあまり、靭性の低下といった材料特性の劣化が避けられない。一方、被削性を向上させるべく、晶出した粗大な炭化物を減少あるいは多量のＳ等の快削化元素を添加すると、工具鋼としての耐摩耗性の低下を招いてしまう。ここで、晶出した粗大な炭化物（１次炭化物）とは、円相当径で約１０μｍ以上のものを指す。
【０００７】
本発明は、上記問題を鑑みて為されたものであり、焼きなましによる低硬度化が実現可能であり、冷間加工（鍛造、プレス等）や切削加工（フライス、ドリル、エンドミル、研削、旋削）が容易な冷間工具鋼を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段・発明の効果】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る冷間工具鋼は、
重量％で、０．６％≦Ｃ≦１．６０％、０．１０％≦Ｓｉ≦１．２０％、０．１０％≦Ｍｎ≦０．６０％、５．５％≦Ｃｒ≦１３．０％、０．８０％≦Ｍｏ＋０．５Ｗ≦２．１０％、０．１０％≦Ｖ≦０．４０％、０．０００２％≦Ｏ≦０．００８０％、０．００１≦Ａｌ≦０．１０を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、
変態点Ａr3が７５０℃以上８５０℃以下であり、（Ａr3＋５０℃）以上１０５０℃以下の温度に加熱保持する球状化焼きなまし処理の後において組織断面で観察される円相当径範囲０．１μｍ以上３μｍ以下に属する炭化物の平均円相当径が０．２５μｍ以上０．８μｍ以下であり、前記球状化焼きなまし処理後におけるブリネル硬さがＨＢ１７９以上ＨＢ２３５以下であり、且つ、ＪＩＳ
Ｇ ０５５５に規定されるＢ系介在物及びＣ系介在物における鋼の清浄度が（ｄＢ＋ｄＣ）６０×４００≦０．０５％であり、Ｋ値＝Ｃｒ(%)−６．８×Ｃ(%)としたとき当該Ｋ値が０．１以上３．５以下であることを特徴とする。
【０００９】
上記本発明は、主に以下の特徴を有する。
（１）焼きなまし後の硬さを低下
焼きなまし後の硬さは、円相当径範囲０．１μｍ以上３μｍ以下に属する炭化物（以下、２次炭化物と呼ぶ）の分布状態によって主に決定されるため、当該２次炭化物の平均円相当径を０．２μｍ以上０．８μｍ以下とすることで、低硬度化を実現する。この平均円相当径の範囲は、２次炭化物のサイズを大きくしたことに相当する。すなわち、焼きなましによって生じる２次炭化物の絶対量は同じであるため、平均円相当径が大きくなれば、比較的大きな２次炭化物が疎らに存在することとなって硬さは低くなる。逆に、平均円相当径が小さくなれば、比較的小さな２次炭化物が密に存在することとなって硬さが高くなる。具体的には、２次炭化物の平均円相当径を上記の範囲とすることにより、ブリネル硬さＨＢｌ７９以上ＨＢ２３５以下の低硬度が得られ（従来材は、ブリネル硬さＨＢ２４１〜ＨＢ２５５程度）、切削加工及び冷間加工の効率を格段に向上させることが可能となる。
【００１０】
（２）２次炭化物の大きさを焼きなまし条件により制御
２次炭化物の大きさは、（Ａr3＋５０℃）以上１０５０℃以下の温度に加熱保持する球状化焼きなまし処理によって制御される。詳細には、まず、従来の焼きなまし温度（Ａr3〜Ａr3＋50℃）よりも高温（Ａr3＋50℃〜焼入れ温度（1050℃程度））に加熱保持することによって、２次炭化物をより多くマトリックス中へ固溶させる。なお、加熱保持の温度を焼入れ温度（1050℃程度）よりも低い温度とするのは、焼入れ焼戻し後の硬さを低下させないためである。その後、固溶した２次炭化物を大きく成長させるべく、６０℃／ｈよりも遅い冷却速度で７５０℃以下まで徐冷する（徐冷法）。その他の処理方法としては、650℃〜変態点Ａr1と変態点Ａr3〜1050℃との温度間において２回以上加熱冷却を繰り返す「繰り返し加熱徐冷法」、Ａr3よりも低い温度で長時間保持する「長時間加熱法」、徐冷法における徐冷途中に一定温度で保持する「等温変態法」等を挙げることができる。いずれの方法を用いても２次炭化物の大きさを制御できる。また、上記球状化焼きなましを実施する前に、Ａr1以下の温度で低温焼きなましを実施することで、焼きなまし後の硬さのバラツキを低減させたり、より低硬度を得ることが可能である。なお、金型や治工具用途として必要とされる耐摩耗性に影響を及ぼす粗大な晶出炭化物（１次炭化物）については、上記球状化焼きなまし処理を施してもその大きさや個数に大きな変化は現れない。
【００１１】
ここで、変態点「Ａｒ3」とは冷却時におけるＡ3変態点（オーステナイト化温度）を表すものであり、“ｒ”は冷却（refroidissement）を意味する。球状化焼きなまし処理において、２次炭化物をマトリックスへ十分に固溶させるべく加熱保持温度を従来よりも高温とし、且つ、その温度が焼入れ温度以下であるためには、変態点Ａr3が十分に低いことが求められる。言い換えると、変態点Ａｒ3と焼入れ温度との差が十分に大きいことが求められるのである。そのため、変態点Ａr3が750℃〜850℃となるように成分調整されることが必要とされる。Ａr3が高すぎれば、通常の焼入れ温度（1050℃程度）との差が小さくなり、焼きなまし温度を高くすることができずに２次炭化物を十分に固溶させることができない（従来の焼きなましと変わらなくなる）。他方、Ａr3が低すぎれば、２次炭化物の析出・成長に多大な時間が必須となる。なお、焼きなまし温度については、変態点Ａr3をＤＴＡ（Differential Thermal Analysis）等の装置を用いて測定し、それにより好ましい温度（Ａr3＋50℃〜焼入れ温度（1050℃程度））を決定する。
【００１２】
（３）被削性への酸化物系介在物の影響について
Ｂ系及びＣ系（特に酸化物系）の介在物（JIS G 0555に準拠）は、その量が増加すると被削性を低下させる。これらの介在物は、自身の硬さが非常に高く、マトリックスの硬さを大きく超えている。よって、切削加工時に工具刃先と接触すると、工具刃先のチッピングを発生させ、工具寿命を著しく低下させる。Ｂ系及びＣ系介在物は０に近ければ近いほど被削性に与える影響が小さくなるので、従来よりも十分な被削性を得るためには、Ｂ系及びＣ系介在物における鋼の清浄度を（ｄＢ＋ｄＣ）６０×４００≦０．０５％とする必要がある。なお、かかる清浄度は、主にＯ及びＡｌの含有量を後述の範囲とすることで得ることができる。
【００１３】
以下、本発明の各数値限定理由について説明する。
（４）０．６％≦Ｃ≦１．６０％
Ｃは、焼入れ時のマルテンサイトの硬さを高めるために必須の元素である。Ｃｒ・Ｍｏ・Ｖ等の炭化物形成元素と結合して炭化物を形成することにより、結晶粒を微細化する。また、炭化物により耐摩耗性の向上に寄与する。焼入れ焼戻し硬さにおいてＨＲＣ５５以上を実現するためには、下限以上の添加が必要である。他方、過度の添加は炭化物量が多くなりすぎて靭性の低下を招いてしまうため、上限以下の添加とする。
【００１４】
（５）０．１０％≦Ｓｉ≦１．２０％
Ｓｉは、脱酸元素として添加される。また、高温焼戻し硬さの向上に寄与するため、この効果を得るべく下限以上添加する。他方、過度の添加は、熱間加工性が低下するとともに、焼入れ焼戻し後の靭性が低下するため、上限以下の添加とする。
【００１５】
（６）０．１０％≦Ｍｎ≦０．６０％
Ｍｎは、脱酸元素として添加される。また、焼入性を高め、硬さの向上及び強度の向上に寄与するため、これらの効果を得るべく０．１０％以上添加する。他方、過度の添加は熱間加工性が低下するため、上限を０．６０％とする。
【００１６】
（７）５．５％≦Ｃｒ≦１３．０％
Ｃｒは、マトリックス中に固溶し焼入性を高め、硬さの向上に寄与するとともに、炭化物を形成して耐摩耗性を向上させる。これらの効果を得るためには下限以上の添加が必要である。他方、過度の添加は、必要以上の炭化物を形成して、焼入れ焼戻し後の靭性・被削性が低下するため、上限以下の添加とする。
【００１７】
（８）０．８０％≦Ｍｏ＋０．５Ｗ≦２．１０％
Ｍｏ及びＷは、マトリックス中に固溶し焼入性を高め、硬さの向上に寄与するとともに、炭化物を形成して耐摩耗性を向上させる。また、焼入れ焼戻しにおける軟化抵抗性を高める効果も有する。これらの効果を得るためには、Ｍｏ(%)＋０．５Ｗ(%)で記述されるＭｏ当量で下限以上の添加が必要である。他方、過度の添加は、熱間加工性・靭性・被削性が低下するため、上限以下の添加とする。
【００１８】
（９）０．１０％≦Ｖ≦０．４０％
Ｖは、安定な炭化物を形成し、結晶粒の粗大化防止に効果がある。また、微細な炭化物を形成して耐摩耗性や硬さ向上に寄与する。これらの効果を得るためには、０．１０％以上の添加が必要である。他方、過度の添加は、炭化物量の増加により被削性・熱間加工性が低下するため、上限を０．４０％とする。
【００１９】
（１０）０．０００２％≦Ｏ≦０．００８０％、０．００１≦Ａｌ≦０．１０
Ｏ及びＡｌは、鋼中に不可避的に含まれる。Ｂ系及びＣ系介在物の構成元素であり、鋼中に多量に含まれると靭性を低下させるため、上限以下にする必要がある。また、製造コストとの兼ねあいであるが、これらの元素を積極的に低減することで、安定した高い靭性を維持することが可能である。なお、過度に低下させても、製造コストの上昇を招くばかりで靭性に与える影響は飽和するため、下限以上とする。
【００２０】
（１１）変態点Ａr3が７５０℃以上８５０℃以下
変態点Ａr3が当該範囲である場合、球状化焼きなまし処理を行うＡr3＋50℃から焼入れ温度（1050℃程度）までの温度範囲が広がるため、２次炭化物を十分に固溶させるための焼きなまし温度が確保される。しかし、Ａr3が過度に高い場合、Ａr3＋50℃から焼入れ温度（1050℃程度）までの温度範囲が狭くなり、焼きなまし温度が確保されなくなる。その結果、２次炭化物の固溶量が小さくなりすぎ、被削性向上に必要な低硬度が得られない。また、Ａr3が過度に低いと、Ａr3以下の温度まで徐冷して２次炭化物を析出・成長させるのに時間がかかり、工業的には非常にコスト高となってしまう。なお、Ａr3の測定はＤＴＡ等で行うが、測定条件によってＡr3の温度は変化するため、冷却速度５℃/ｈ以上６０℃/ｈで測定した場合とする。
【００２１】
（１２）球状化焼なまし処理後における組織断面で観察される円相当径範囲０．１μｍ以上３μｍ以下に属する炭化物の平均円相当径が０．２５μｍ以上０．８μｍ以下
炭化物の平均円相当径は鋼の研磨表面にて、組織断面を画像解析することにより算出する。具体的には、走査型電子顕微鏡もしくは光学顕微鏡にて拡大観察した時の視野中に存在する円相当径範囲０．１μｍ以上３μｍ以下の炭化物全てに対してそれぞれ円相当径を算出し、その平均値により平均円相当径を求める。拡大観察は、材料表面や中心部を除いて無作為に選んだ場所において、少なくとも１ｍｍ２以上の面積を評価する必要がある。或いは、１視野中に円相当径０．１μｍ以上３μｍ以下に属する炭化物が２０個から５００個存在し、その視野を２０視野以上測定に用いた場合でも良い。０．１μｍ以上３μｍ以下に属する炭化物とは、すなわち硬さに寄与する炭化物（２次炭化物）のことである。これに属する炭化物の平均粒径が０．２５μｍ未満であると、硬さが高く、被削性向上の効果が得られない（従来の焼きなまし処理を実施した場合はこれに相当する）。他方、過度に大きいと、焼きなましの徐冷時に成長する炭化物の個数が極めて少なくなっているため、冷却過程で再生パーライトが析出しやすくなり、逆に硬さが高くなってしまうため、炭化物の平均円相当形が０．８μｍを上限とすることが必要である。
【００２２】
（１３）球状化焼なまし処理後におけるブリネル硬さがＨＢ１７９以上ＨＢ２３５以下
球状化焼なまし処理後におけるブリネル硬さをＨＢ２３５以下とすることで、従来よりも優れた被削性及び冷間加工性を得ることができる。他方、過度に低すぎると、工業的にコスト高となるため、ＨＢ１７９以上であれば良い。
【００２３】
（１４）ＪＩＳ Ｇ ０５５５に規定されるＢ系介在物及びＣ系介在物における鋼の清浄度が（ｄＢ＋ｄＣ）６０×４００≦０．０５％
Ｂ系介在物とは、加工方向に集団をなして不連続的に粒状の介在物が並んだもの（主にアルミナ等）を指し、Ｃ系介在物とは、粘性変形をしないで不規則に分散するもの（粒状酸化物など）を指す。これらの介在物は、過度に多いと被削性を低下させるため、JIS G 0555に規定される試験方法により定まるＢ系及びＣ系介在物についての鋼の清浄度を（ｄＢ＋ｄＣ）６０×４００≦０．０５％とすることで良好な被削性を得ることができる。
【００２４】
（１５）Ｋ値＝Ｃｒ(%)−６．８×Ｃ(%)としたとき当該Ｋ値が０．１以上３．５以下
Ｋ値は、適正な焼入れ温度時においてマトリックスに固溶しているＣｒ量を表す。上記範囲内においては、焼入れ焼戻しによって得られる硬さがほぼ同等であり、冷間工具鋼に要求される耐摩耗性や靭性、被削性に応じて晶出炭化物量を調整することが可能である。しかし、Ｋ値が上記範囲を外れると、焼戻しにおいて析出して硬さに寄与する２次炭化物の量が十分ではなくなるため、冷間工具鋼としての硬さを維持できなくなってしまう。図１に、Ｃ含有量とＣｒ含有量の関係を示す。紙面左下から右上に向かう直線がＫ値に係るものであり、紙面左上から右下に向かう直線が後述するＬ値に係るものである。
【００２５】
また、本発明の冷間工具鋼は、鋼成分として更に、０．００３０％≦Ｎ≦０．０５００％、０．００１％≦Ｐ≦０．０４０％のうち１種または２種を含有させることができる。
これらの元素は、鋼中に不可避的に含まれる。鋼中に多量に含まれると靭性を低下させるため、上限以下にすることが好ましい。また、製造コストとの兼ねあいであるが、これらの元素を積極的に低減することで、安定した高い靭性を維持することが可能である。なお、過度に低下させても、製造コストの上昇を招くばかりで靭性に与える影響は飽和するため、下限以上とすることが好ましい。
【００２６】
また、本発明の冷間工具鋼は、鋼成分として更に、０．０１％≦Ｃｕ≦１．０％、０．０１％≦Ｎｉ≦１．０％、０．２％≦Ｃｏ≦１．０％、０．０００３％≦Ｂ≦０．０１０％のうち１種または２種以上を含有させることができる。
これらの元素は、マトリックス中に固溶して焼入性を向上させる効果がある。靭性に関しては、衝撃遷移温度を低下させることにより靭性の向上、及びそれによって溶接性の劣化を防止する効果もある。また、Ｃｏに関しては、高温強度を向上させる効果をもつ。これらの効果を得るためには、下限以上の添加が好ましい。他方、過度の添加は効果が飽和するため、上限以下とすることが好ましい。
【００２７】
また、本発明の冷間工具鋼は、鋼成分として更に、０．００１％≦Ｓ≦０．２０％、０．００５％≦Ｓｅ≦０．１０％、０．００５％≦Ｔｅ≦０．１０％、０．０００２％≦Ｃａ≦０．０１０％、０．００５％≦Ｐｂ≦０．１０％、０．００５％≦Ｂｉ≦０．１０％のうち１種または２種以上を含有させることができる。
Ｓは、快削化元素として添加することができる。Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等の炭化物形成元素との兼ね合いであるが、被削性向上効果を得るためには０．０４％以上の添加が好ましい。過度の添加は、靭性の低下や、放電加工・切削加工後における面粗さの劣化など機械的特性も大きく低下させることになるため、上限を０．２０％とすることが好ましい。このように、被削性が重視される用途については、機械的特性とのバランスを考慮しながら添加される。一方、被削性よりも機械的特性が重視される用途については、製造コストとのバランスではあるが、Ｓ添加量を０．０２％以下、さらに好ましくは０．０１％以下とする。実操業上０．００１％以上０．０２％以下であれば、機械的特性は満足する。以上により、上記Ｓ添加量が得られる。
Ｓｅ・Ｔｅ・Ｃａ・Ｐｂ・Ｂｉについても、被削性を向上させる目的で添加することができる。Ｓｅ・Ｔｅは、Ｍｎ硫化物におけるＳの代替元素として利用することが可能である。Ｃａは、酸化物の形成あるいはＭｎ硫化物中への固溶によって、切削加工時に工具表面に保護膜を形成することで被削性を向上させる。Ｐｂ・Ｂｉは、粒界に偏析し、粒界強度を低下させて被削性を向上させる。これらの効果を得るためには、下限以上の添加が必要である。他方、過度の添加は、機械的特性の劣化を招くため、上限以下とする。
【００２８】
また、本発明の冷間工具鋼は、鋼成分として更に、０．０１％≦Ｎｂ≦０．１２％、０．００５％≦Ｔａ≦０．１０％、０．００５％≦Ｔｉ≦０．１０％、０．００５％≦Ｚｒ≦０．１０％、０．００５％≦Ｍｇ≦０．１０％、０．００５％≦ＲＥＭ≦０．１０％のうち１種または２種以上を含有させることができる。
これらの元素は、炭化物の微細化や結晶粒の微細化による靭性向上の効果を得るために添加することができる。また、ＭｇやＲＥＭは酸化物を形成し、低Ｏ化に寄与して粗大な酸化物を減少させて、靭性・被削性の向上に効果がある。これらの効果を得るためには、下限以上の添加が好ましい。他方、過度の添加は、靭性や溶接性が低下するため、上限以下とすることが好ましい。なお、ＲＥＭには希土類元素のうちの１種または２種以上を使用できる。
【００２９】
次に、請求項２に係る冷間工具鋼は、上記鋼成分を、０．６０％≦Ｃ≦０．８０％、０．１０％≦Ｓｉ≦１．２０％、０．１０％≦Ｍｎ≦０．６０％、５．５％≦Ｃｒ≦８．５％、０．８０％≦Ｍｏ＋０．５Ｗ≦２．１０％、０．１０％≦Ｖ≦０．４０％、０．０００２％≦Ａｌ≦０．００８０％とすることができる。すなわち、請求項１に係る鋼成分のうち、Ｃ・Ｓｉ・Ｃｒ・Ｍｏについて更なる限定を加えている。
冷間工具鋼として特に靭性や微細な加工が必要とされる金型においては、晶出炭化物を少なくすることが必須である。すなわち、Ｃ・Ｓｉ・Ｃｒ・Ｍｏを上記範囲に調整することにより、Ｍ７Ｃ３を主体とする晶出炭化物を極力形成させないようにする必要がある（Ｍは、Ｃｒ・Ｍｏ・Ｖ）。晶出炭化物の量は、重量％で０．０１〜５％に相当する。また、晶出炭化物の量を表す指標として、Ｌ値＝Ｃｒ(%)＋１５．５×Ｃ(%)とした場合に、１４．９≦Ｌ値≦２１．０に相当する（図１参照）。
【００３０】
次に、請求項３に係る冷間工具鋼は、上記鋼成分を、０．９０％≦Ｃ≦１．１０％、０．８％≦Ｓｉ≦１．２０％、０．１０％≦Ｍｎ≦０．６０％、７．０％≦Ｃｒ≦９．０％、１．５０％≦Ｍｏ＋０．５Ｗ≦２．１０％、０．１０％≦Ｖ≦０．４０％、０．０００２％≦Ａｌ≦０．００８０％とすることができる。すなわち、請求項１に係る鋼成分のうち、Ｃ・Ｓｉ・Ｃｒ・Ｍｏについて更なる限定を加えている。
冷間工具鋼として耐摩耗性と靭性のバランスが必要とされる金型においては、晶出炭化物をある程度の量を確保することが必要である。すなわち、Ｃ・Ｓｉ・Ｃｒ・Ｍｏを上記範囲に調整することにより、Ｍ７Ｃ３を主体とする晶出炭化物を形成させる。晶出炭化物の量は、重量％で５〜１０％に相当する。また、２１．０＜Ｌ値≦２７．０に相当する（図１参照）。
【００３１】
次に、請求項４に係る冷間工具鋼は、上記鋼成分を、１．４０％≦Ｃ≦１．６０％、０．１０％≦Ｓｉ≦０．４０％、０．１０％≦Ｍｎ≦０．６０％、１１．０％≦Ｃｒ≦１３．０％、０．８０％≦Ｍｏ＋０．５Ｗ≦１．２０％、０．１０％≦Ｖ≦０．４０％、０．０００２％≦Ａｌ≦０．００８０％とすることができる。すなわち、請求項１に係る鋼成分のうち、Ｃ・Ｓｉ・Ｃｒ・Ｍｏについて更なる限定を加えている。
冷間工具鋼として特に耐摩耗性が必要とされる金型では、晶出炭化物を多く含むことが必要である。すなわち、Ｃ・Ｓｉ・Ｃｒ・Ｍｏを上記範囲に調整することにより、Ｍ７Ｃ３を主体とする晶出炭化物を多く形成させる。晶出炭化物の量は、重量％で１０〜１５％に相当する。また、２７．０＜Ｌ値≦３７．８に相当する（図１参照）。
【実施例】
【００３２】
表１に示す発明鋼・比較鋼の成分組成の２００ｋｇの鋼材を高周波真空溶解炉で溶解した後、造塊して、得られた鋼塊を熱間鍛造して一辺７０ｍｍの角棒とした。その後、表２に示す温度で焼きなまし処理（徐冷速度１８℃／ｈ）を行った。
なお、表１中の比較鋼の組成において、本発明で規定する組成範囲を逸脱しているものには、下限を下回る場合は下向矢印（↓）、上限を上回る場合は上向矢印（↑）を付している。
【００３３】
【表１】
2006193790.tif 000003
【００３４】
発明鋼・比較鋼に対し、以下の試験及び評価を行った。結果を表２に示す。
（ａ）炭化物の測定評価
材料の研磨表面にて画像解析を行い、炭化物の平均粒径を測定した。画像解析はＳＥＭ観察写真を用いて行い、５００〜５０００のうちの適切な倍率で合計ｌｍｍ２の面積を観察した。そして、表示される視野中に存在する０．１μｍ以上３．０μｍ以下の炭化物の全てに対して、それぞれの円相当径を算出してその平均を求めた。なお、研磨表面は、ピクリン酸エタノール溶液により、０．１μｍ程度の炭化物が剥離しないで観察できる程度の深さまでエッチングがされている。
【００３５】
（ｂ）Ｂ系及びＣ系介在物量
ＪＩＳ Ｇ ０５５５に規定された試験方法により（ｄＢ＋ｄＣ）６０×４００を測定した。
【００３６】
（ｃ）被削性試験
製造した発明鋼，比較鋼から試験片を切り出し、以下の条件で被削性試験を行った。
・エンドミル加工試験条件
工具：超硬ソリッドエンドミル（φ１０ｍｍ）、６枚刃
速度：１２０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．０６ｍｍ／ｒｅｖ
切込み幅０．５ｍｍ、高さ１０ｍｍ
切削油：エアブロー
切削距離：６００００ｍｍ切削まで実施
判定：切削途中に工具折損が無ければ○、折損または火花が途中で発生した場合は×
【００３７】
（ｄ）冷間加工性
製造した発明鋼，比較鋼からの１２×１８ｍｍの試験片を切り出し、６００t油圧プレスで一気圧縮加工を試験片の高さ６０％まで実施した。各鋼において、１０個の加工後の試験片を観察し、割れが何個あったかを調べた。
【００３８】
（e）最高硬さ
焼入れ焼戻しの熱処理条件を変化させ、ロックウェルＣスケールで硬さ測定を実施した。
【００３９】
（ｆ）比摩耗量
ピンオンデイスク摩擦磨耗試験機で実施した。ピンφ８ｍｍ×２本を製造した発明鋼と比較鋼から切り出した。ディスクはＳ４５Ｃより切り出した。発明鋼・比較鋼ともに最高硬さが得られる焼入れ焼戻しを実施した。試験条件は、すべり速度１．６ｍ／ｓ、すべり距離５０００ｍ、押し付け荷重１０．５ｋｇｆ、潤滑油なしとした。試験前後のピンの重量を測定し、摩耗重量を測定した。比較鋼ｌの磨耗重量を１としたときに、他の発明鋼，比較鋼の摩耗重量を比摩耗量として評価した。
【００４０】
（ｇ）シャルピー衝撃値
製造した発明鋼・比較鋼から、１０Ｒノッチシャルピー試験片を切り出した。材料の長手方向がシャルピー試験片の長さ方向となるように向きを揃えた。熱処理は、最高硬さが得られる条件でＪＩＳ
Ｚ ２２４２に記載の方法で試験を実施した。なお、試験は室温で行った。
【００４１】
【表２】
2006193790.tif 000004
【００４２】
表２に示した試験結果によると、比較鋼１は、成分が本発明で規定する組成範囲を外れているため、Ａr3温度が低くなりすぎている。従来と同じ焼きなまし条件で熱処理を実施した場合、炭化物を十分に固溶させることができない上、炭化物を徐冷によって大きくすることもできないことから、炭化物のサイズも小さく、硬さも高い。よって、冷間加工性が悪く、１０個中８個の試験片で割れが生じた。比較鋼３は、成分が本発明で規定する組成範囲を外れているため、Ａr3温度が低くなりすぎている。また、焼きなまし温度を高温にしすぎているため、炭化物のサイズが大きく、硬さもかなり低くなって冷間加工性は良い評価であるものの、硬さが低すぎて、材料の延性が増して被削性は逆に低位となった。比較鋼４は、成分上は本発明で規定する組成範囲内であるが、Ｋ値が大きく外れている。このため、焼入れ焼戻しの熱処理で最高硬さがＨＲＣ６０以上を達成できず、冷間工具鋼として必要な硬さを得ることができない。また、硬さが低いため比摩耗量も大きい。比較鋼１４、１５、２５、２６は同様にＫ値が外れている。よって、最高硬さが低く、比摩耗量も大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】Ｃ含有量とＣｒ含有量の関係（Ｋ値，Ｌ値）を表す図
【図１】
2006193790.tif 000005