(57)【要約】【課題】  被削性や耐摩耗性といった他の必要特性を阻害せずに、優れた変寸抑制特性と高硬度特性、耐カジリ性を達成した冷間ダイス鋼を提供する。【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．７〜１．６％未満、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０５％未満（０％を含む）、Ｓ：０．０１〜０．１２％、Ｃｒ：７．０〜１３．０％、ＭｏまたはＷの１種あるいは２種を（Ｍｏ＋Ｗ／２）：０．５〜１．７％、Ｖ：０．７％未満（０％を含む）、Ｎｉ：０．３〜１．５％、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．１〜０．５％を含む鋼であって、その断面組織中に観察される炭化物分布は、円相当径で５．０〜１０．０μｍの炭化物が面積率で０．５％以下、５．０μｍ未満の炭化物が面積率で３．０％以上の冷間ダイス鋼である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．７〜１．６％未満、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０５％未満（０％を含む）、Ｓ：０．０１〜０．１２％、Ｃｒ：７．０〜１３．０％、ＭｏまたはＷの１種あるいは２種を（Ｍｏ＋Ｗ／２）：０．５〜１．７％、Ｖ：０．７％未満（０％を含む）、Ｎｉ：０．３〜１．５％、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．１〜０．５％を含む鋼であって、その断面組織中に観察される炭化物分布は、円相当径で５．０〜１０．０μｍの炭化物が面積率で０．５％以下、５．０μｍ未満の炭化物が面積率で３．０％以上であることを特徴とする変寸抑制特性および耐カジリ性に優れた冷間ダイス鋼。
【請求項２】
質量％で、Ｎｉ／Ａｌ：１〜３．５を満たすことを特徴とする請求項１に記載の変寸抑制特性および耐カジリ性に優れた冷間ダイス鋼。
【請求項３】
質量％で、（Ｃｒ−４．２×Ｃ）：５以下かつ、（Ｃｒ−６．３×Ｃ）：１．４以上の関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の変寸抑制特性および耐カジリ性に優れた冷間ダイス鋼。
【請求項４】
質量％で、０．３％以下のＮｂを含有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の変寸抑制特性および耐カジリ性に優れた冷間ダイス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型材料、特に家電、携帯電話や自動車関連部品を成形する金型材料に適した冷間ダイス鋼に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷間ダイス鋼にはＪＩＳ  ＳＫＤ１１が多用されているが、一部ではこれに対して、新たに被削性、靭性、二次硬化硬さを向上させる試みがなされている。例えば、Ｃ，Ｃｒの添加量を調整することでＳＫＤ１１のマトリックス（基地）組成を極力維持しながら未固溶炭化物を減らし、被削性や靭性を改良した１０％ＣｒＳＫＤ（特許文献１参照）と呼ばれるもの、ＳＫＤ１１のマトリックス組成を極力維持しながら未固溶炭化物量を減らした上に、更にＭｏ量を高めることで二次硬化能を高めた８％ＣｒＳＫＤ（特許文献２参照）と呼ばれるものがある。
【特許文献１】特開平１１−２７９７０４号公報
【特許文献２】特開平０１−０１１９４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の手法は、冷間ダイス鋼に求められる諸特性を向上するのに有効なものである。しかし、これらはいずれも焼戻し時に生じる変寸が大きいところに課題があり、つまり、焼戻しの二次硬化領域にて発生する膨張量が大きいことから、熱処理後の加工工数の増加に繋がるものである。
【０００４】
この焼戻し時の膨張変寸の発生は、先に施された焼入れ時の残留応力の解放（残留オーステナイトの分解）が原因であって、これは、従来、二次硬化を期待して添加されるＭｏ等が形成する焼戻し炭化物の析出により促進されるものである。また、残留オーステナイトは、造塊時に形成され、もとより存在する未固溶の一次炭化物によって拘束されれば、その焼戻し時の分解は抑制されるが、一次炭化物は被削性の劣化要因となることから低減することが好ましく、これによってやはり残留オーステナイトの分解は促進され、変寸は助長される。
【０００５】
近年、金型加工業においては、加工技術の発達により、熱処理前の加工工数こそ激減してはいるが、熱処理後の加工、調整の工数は以前よりあまり変化しておらず、特にこの熱処理後の工程改善が急務となっている。そこで本発明は、焼入れ、焼戻し時に発生する変寸を抑制することで、金型製作工数を依然として引き上げていた熱処理後の加工、調整工程を削減でき、加えて耐カジリ性にも優れることから、特に金型材料に適した冷間ダイス鋼を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
まず、本発明者らは、冷間ダイス鋼の焼戻し時において、その求められる諸特性の全てを維持するためには根本的な抑制が難しい変寸を、逆に相殺手段を検討することで抑制する手法について検討した。加えて、焼戻し時のマトリックスに起こる組織状態を詳細に調査し、焼戻し炭化物そのものには二次硬化への寄与度が薄いことも突きとめた。そして、変寸を抑制できかつ、硬度も上昇できる新たな手段を見いだしたことに加え、その組織中の炭化物分布をも見直したことで、耐カジリ性およびその他の特性をも十分に備えた冷間ダイス鋼を達成できる手段を突きとめ、本発明に到達した。
【０００７】
すなわち、本発明は、質量％で、Ｃ：０．７〜１．６％未満、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０５％未満（０％を含む）、Ｓ：０．０１〜０．１２％、Ｃｒ：７．０〜１３．０％、ＭｏまたはＷの１種あるいは２種を（Ｍｏ＋Ｗ／２）：０．５〜１．７％、Ｖ：０．７％未満（０％を含む）、Ｎｉ：０．３〜１．５％、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．１〜０．５％を含む鋼であって、その断面組織中に観察される炭化物分布は、円相当径で５．０〜１０．０μｍの炭化物が面積率で０．５％以下、５．０μｍ未満の炭化物が面積率で３．０％以上の変寸抑制特性および耐カジリ性に優れた冷間ダイス鋼である。
【０００８】
好ましくは、質量％で、Ｎｉ／Ａｌ：１〜３．５を満たす上記の冷間ダイス鋼であり、あるいはさらに、質量％で、（Ｃｒ−４．２×Ｃ）：５以下かつ、（Ｃｒ−６．３×Ｃ）：１．４以上の関係を満たす冷間ダイス鋼である。また、０．３％以下のＮｂを含有することも望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明であれば、熱処理変寸および変形が少なくなるため、熱処理後の手直しによる仕上げ加工が低減／省略できることから、金型製造のコスト低減が可能になる。さらに、金型製作の納期短縮や、より複雑な形状の金型の熱処理にも対応の可能性が広がることに加え、耐カジリ性にも優れるため、産業上極めて有益な技術となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の特徴は、冷間ダイス鋼に求められる諸特性の維持に係り根本的な抑制が難しい変寸を、逆に相殺することで抑制する手法を採用したところにある。しかも、その熱処理硬化挙動を詳細に見直すことで突きとめた、二次硬化能の不足についても、変寸の抑制と同時にその二次硬化能をも補う手段であって、その結果、被削性や耐摩耗性といった他の必要特性をも阻害せずに、優れた変寸抑制特性と高硬さを達成できる手段を見いだしたところにある。
【００１１】
すなわち、本発明は、一次炭化物を低減し、諸特性を満足できる範囲で、できるだけ変寸の発生を抑制し得る成分組成を基に、適正量のＮｉ，Ａｌを添加し、しかも、それに応じた適正量のＣｕをも添加した、変寸制御特性および高硬度特性に優れた冷間ダイス鋼である。
【００１２】
本発明のＮｉ，Ａｌは、それらが金属間化合物を形成し、上記工具鋼の二次硬化領域での焼戻し時（時効時）に析出することで、収縮方向の変寸に働くことから、残留オーステナイトの分解による上記の膨張を相殺することができる。そして、このＮｉ−Ａｌ系金属間化合物を工具鋼の二次硬化領域温度でこそ析出させることが、上記の相殺効果を発揮する上で重要であって、そのための作用効果を有するＣｕ量の調整も適正に行なうものである。
【００１３】
さらに、本発明者らは、特に膨張変寸の問題が多発する、残留オーステナイトの分解と焼戻し炭化物の析出する高温焼戻し時の熱処理において、そのマトリックスがどのような組織変化を呈しているのかを、透過型電子顕微鏡による観察を利用して詳細に調査した。その結果、変寸を促進する焼戻し炭化物については、耐摩耗性の向上にこそ大きく寄与するものの、特に二次硬化の寄与要因として従来考えられてきた微細な炭化物の析出はほとんど確認されず、二次硬化の程度はマトリックス側の要因によるところが大きいことを知見した。
【００１４】
本発明が採用するＮｉ−Ａｌ系金属間化合物の場合、それらは析出強化元素としての二次硬化作用も有することから、上記の変寸相殺作用に加えて、二次硬化作用をも更に補完し、よって、被削性や耐摩耗性といった他の必要特性を阻害せずに、優れた耐変寸特性と高硬度特性を達成できるのである。
【００１５】
この金属間化合物による析出強化は、従来、マルエージング鋼等への適用が多く見られる手段であるが、０．２（質量％）以上のＣを含む工具鋼の分野、特に本発明の対象とするような冷間工具鋼の分野では使用されてこなかった。本発明では、その変寸相殺特性に加えて、工具鋼自体に考えられてきた焼戻し炭化物による二次硬化作用が実は薄いものであることをも知見し、このような金属間化合物の利用にまで着目できたものであるが、それであっても、そのＮｉやＡｌ個々には工具鋼の要求特性を阻害する作用もあることから、工具鋼の成分組成、そしてＣｕとの相互かつ適正な合金設計が必要となる。
【００１６】
次に、焼入れ時に発生する変寸について述べると、その程度は焼入れ時のマトリックス中の固溶Ｃ量に左右され、すなわち、マルテンサイト組織中に固溶するＣによって結晶格子が押し広げられ、膨張するものである。従来鋼の場合は、その焼入れ時の固溶Ｃ量がＳＫＤ１１にならって０．６（質量％）の付近になるように全体の合金設計がされているが、本発明の冷間工具鋼は、その固溶Ｃ量を下げ、０．５３％付近を目標にした成分設計を行っている。
【００１７】
そして、これをＣｕ，Ｎｉ，Ａｌという固溶Ｃ量を低下させる元素の添加によっても達成しており、焼入れ時の膨張を抑制する設計則としている。このような固溶Ｃ量を達成するに好ましい要件は、本発明の基本組成とＣｕ，Ｎｉ，Ａｌ量の適正な添加量に加えて、冷間ダイス鋼全体としての添加Ｃ，Ｃｒ量を（Ｃｒ−４．２×Ｃ）：５以下かつ（Ｃｒ−６．３×Ｃ）：１．４以上に調整することと、これに加えて、後述の、組織中の炭化物分布をも最適に調整することが重要である。
【００１８】
これらをまとめた概念図が図１である。本発明の冷間工具鋼は、ＳＫＤ１１よりも大きな二次硬化が起こるのにも関わらず、より変寸を抑えることが可能なものであることを示している。本発明の要点は、（１）焼入れ時の固溶Ｃ量を減少させることと、（２）Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｌの添加により二次硬化時のマトリックスの体積変化を相殺するという２点が同時に満たされているところである。（１）についての考え方は、固溶Ｃ量を汎用焼入れ温度である１０３０℃前後で０．５３％前後にすることが産業上最も重要である。（２）についての考え方は、ＣｕとＮｉの添加により、熱間、冷間加工性の劣化が懸念されるが、それを防止可能なレベルでかつ最大の析出強化を引き起こすバランスに調整することが重要である。
【００１９】
以下、本発明の冷間工具鋼を構成する成分組成について説明する。なお、各元素の含有量を示す％の表記は、質量％である。
Ｃは一部が基地中に固溶して強度を付与し、一部は炭化物を形成することで耐摩耗性や耐焼付き性を高める重要な元素である。ここで、鋼中のＣが固溶Ｃと炭化物になる割合は主にＣｒとの相互作用で決まるため、ＣはＣｒとの相互作用を認識して同時に規定することが必須である。しかし、被削性と熱処理変形安定性の両者をバランスよく満たす実用的な冷間ダイス鋼とするためにも、Ｃの成分範囲は単独において０．７〜１．６％未満とする。好ましくは、０．９〜１．３％である。
【００２０】
Ｓｉは本発明の冷間ダイス鋼にとって重要な元素である。Ｓｉは通常、脱酸剤として０．３％程度が添加されるが、本発明では焼入れ時の膨張を抑えた成分設計としている結果として焼入れ硬さの低下が懸念されるので、焼戻し時の４９０℃付近までの軟化現象を抑制するために通常よりも高い０．５％以上とすることが重要である。なお、過多の含有はデルタフェライトの形成を起こすため、上限を３．０％とする。好ましくは、０．９〜２．０％である。
【００２１】
ＭｎもＳｉと同様、脱酸剤として使用され、最低でも０．１％を含有する。しかし、過度に含有すると切削性を阻害するので、上限を３．０％に規定した。好ましくは、０．１〜１．０％である。
【００２２】
Ｃｒは焼入れ性を高めるとともに、炭化物を形成するのに欠かせない元素である。ここで、Ｃの時に同様、鋼中のＣｒが固溶Ｃｒと炭化物になる割合はＣとの相互作用によって決まるため、やはりその含有量はＣとの相互作用を認識して同時に規定することが必須である。しかし、被削性と熱処理変形安定性の両者をバランスよく満たす実用的な冷間ダイス鋼とするためにも、Ｃｒの成分範囲は単独において７．０〜１３．０％とする。好ましくは、８．０〜１１．０％である。
【００２３】
ＭｏとＷは同様の作用効果を付与し、その程度は原子量の関係から（Ｍｏ＋Ｗ／２）で規定することができる。Ｍｏ，Ｗは工具鋼の二次硬化を担う元素とされ、特にバイト、ドリル等の小物製品への適用で高硬度を必要とする高速度工具鋼に多く添加される。本発明においても、Ｍｏ，Ｗは二次硬化を発揮するマトリックス状態に大きく寄与するものであることから添加を必要とするが、０．５％より少ないと十分な効果が得られず、一方、これらの元素は上記の通り変寸を助長することから、冷間金型等の大物製品にとって過多の添加はよくない。よって、本発明の冷間ダイス鋼では（Ｍｏ＋Ｗ／２）で０．５〜１．７％と規定した。好ましくは、０．７５〜１．５％である。
【００２４】
ＡｌはＮｉと結合してＮｉ３ＡｌもしくはＮｉＡｌといったＮｉ−Ａｌ系金属間化合物を形成し、析出による二次硬化を担う。また、この析出反応によりマトリックスが収縮するため、工具鋼における二次硬化時の膨張反応を相殺し、その結果、変寸を抑制する、本発明にとっての重要元素である。しかし、０．１％より少ないと十分な効果は得られず、一方、０．５％を超える過多のＡｌは著しいデルタフェライトの形成を起こすので、０．１〜０．５％に規定する。好ましくは、０．１５〜０．４５％である。
【００２５】
Ｎｉは、上記の通り、Ａｌと結合してＮｉ−Ａｌ系金属間化合物を形成・析出し、二次硬化と変寸の抑制を同時に達成する、本発明にとっての重要元素である。また、後述のＣｕを含有する本発明の冷間ダイス鋼にとって赤熱脆性を抑える有益な元素でもある。しかし、０．３％より少ないと十分な効果は得られず、一方、１．５％を超える過多の含有はＦｅ中のＣの固溶限を上げ、焼鈍状態の加工性を阻害するため、０．３〜１．５％とした。好ましくは、０．５〜１．３％である。
【００２６】
さらには、Ｎｉ／Ａｌ：１〜３．５の関係を満たすよう、Ｎｉ，Ａｌ量を調整することで、金属間化合物の形成に参加しない、マトリックス中のＮｉ，Ａｌ量を調整することができる。特に金属間化合物の析出後において、マトリックス中のＮｉ量を低減できるので、熱処理（時効）後の被削性を良好に保つことができる。好ましくは、Ｎｉ／Ａｌ：２．５〜３．５％である。
【００２７】
Ｃｕは、そのＣｕ金属相が約４８０℃以上から析出し始め、これが金属間化合物の析出核になることから、本来はより高温で析出する上記のＮｉ−Ａｌ系金属間化合物をちょうど工具鋼の二次硬化温度付近で析出させることを可能にする。よって、本発明のＮｉ−Ａｌ系金属間化合物の析出による変寸相殺効果および二次硬化を最大限に発揮できる。しかし、Ｃｕは多量に添加すると赤熱脆性が起こるため、本発明では０．１〜１．０に規定することが重要である。好ましくは、０．２〜０．８％である。
【００２８】
Ｓは被削性を向上させる有益な、本発明の冷間ダイス鋼にとっての必須元素である。しかし、過多に含有すると靭性を低下させるので、０．０１〜０．１２％とした。好ましくは、０．０３〜０．０９％である。
【００２９】
Ｎｂは組織中の炭化物の分布を均一化し、熱処理変形を小さくする働きがあることから、本発明の冷間ダイス鋼にとっては、その含有の好ましい元素である。特に０．０３％以上の含有が好ましいが、その含有により形成されるＭＸ化合物の量が多すぎると被削性を害するので、０．３％以下の含有が望ましい。
【００３０】
また、以下の元素は下記の範囲内であれば本発明鋼に含まれてもよい。
Ｐは靭性を阻害する元素であることから、０．０５％未満、好ましくは０．０２％以下に規制する。Ｖは焼入れ性の向上の上で添加することができるが、被削性を阻害する元素であることから、含有する場合であっても０．７％未満、好ましくは０．５％以下に制限する。
【００３１】
本発明は、以上を満たす冷間ダイス鋼であって、残部は実質的にＦｅとする鋼とすることができる。例えば上述の元素種以外はＦｅと他の元素は総計で２０％以下、１０％以下、５％以下といった冷間ダイス鋼や、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される冷間ダイス鋼であれば、優れた変寸抑制特性と二次硬化を同時に達成できる。
【００３２】
ただし、冷間ダイス鋼は、硬さを維持するだけでは、その一方で必要とされる耐カジリ性の確保が難しい。そこで本発明の冷間ダイス鋼では、良好な熱処理変寸特性に加え、この耐カジリ性も確保するために、組織中の炭化物、より具体的には“１．５次”と呼ばれる炭化物の分布制御を行っている。
【００３３】
つまり、凝固過程中に発生する１次炭化物は、大きいもので数百μｍ程度の径にまで成長する巨大炭化物であるが、耐カジリ性にはあまり有効性を発揮しない。そして、本発明の成分組成にある冷間ダイス鋼においては、その発生し得る量域にて、カジリ特性への影響度は少ない。一方、上記の凝固完了後、冷却中に析出する１．５次炭化物は、耐カジリ性に有効であり、適切な炭化物分布に制御するとその有効性が増す。
【００３４】
図２に、冷間ダイス鋼の断面組織に観察される炭化物分布の、その画像解析例を示す。まず、本発明の炭化物分布に相当する（ａ）は、耐カジリ性を向上させるために、製造工程中に熱処理等を施して、旧結晶粒界により多くの炭化物が分散する組織状態に調整したものであって、その頻度は、比較例（ｂ）よりも多いことが分かる。すなわち、このような（ａ）の組織状態は、凝固等で不均一に形成された１．５次炭化物が一度固溶して、再析出することにより、その炭化物粒径の均一性が高まった状態のものである。
【００３５】
そして、金型等の成形工具においては、被加工材の成形時に発生するカジリ不良は、その被加工材と金型の原子が拡散により交換されることが本質的原因であるから、ダイス鋼においては、そのような現象が特に起りやすい結晶粒界上に多く炭化物を配置することで、これを防止する効果がある。そして、このような炭化物分布は、耐カジリ性の向上に有効である１．５次炭化物であっても、そのうちの大きいものは規制することが、上記の均一な炭化物分布を達成するのに必要であることを、本発明者らは、突きとめたのである。
【００３６】
ここで、１次と１．５次の炭化物をサイズで分別することは難しいが、本発明の効果を再現するにあたっては、その円相当径による１０．０μｍ以下のものを１．５次炭化物とみなし、調整すればよい。そして、この定義から分析を行った、断面組織中の炭化物粒径毎が占める面積の結果を図３に示すと、本発明例（ａ）のものは、５．０〜１０．０μｍの炭化物がほとんど発生していない。そして、この粒径域の炭化物面積の合計を被検面積で割った値（Ｓａ値）は０．５面積％以下であり、このＳａ値以下に維持することで上記炭化物の粒径の均一性、すなわち優れた耐カジリ性を保証できる。ただし、５．０μｍ未満の１．５次炭化物の面積率（Ｓｂ値）は、少なくとも３．０面積％以上の確保が必要である。このような本発明の炭化物分布は、上記の成分調整に併せて、製造工程に係る所定の熱処理、熱間加工処理等を適用することで、実現できる。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例により本発明の効果を説明する。
（実施例１）
大気中の高周波誘導溶解により、表１に示す残部Ｆｅおよび不可避的不純物の組成に調整した本発明Ｎｏ．１〜３、比較例Ｎｏ．１〜９の、断面寸法８０×８０ｍｍのインゴットを得た。ここで比較例Ｎｏ．４はＪＩＳ  ＳＫＤ１１、比較例Ｎｏ．５は１０％ＣｒＳＫＤ、比較例Ｎｏ．６は８％ＣｒＳＫＤと呼称される材料である。本発明Ｎｏ．３と比較例Ｎｏ．１は、同成分組成の試料について、下記の拡散焼鈍処理を行ったものと、そうでないものである。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
まず、これらのインゴットのうち、本発明Ｎｏ．１〜３については１１７０℃×３時間の拡散焼鈍処理を行った。そして、比較例Ｎｏ．１〜９についてはそのままとして、これら全てのインゴットに熱間加工を施し、断面寸法１５ｍｍ×１５ｍｍの線状素材とした。そして、７８０℃×３時間の焼鈍処理後に８ｍｍφ×８０ｍｍＬの熱処理試験片と、１０ｍｍ角のカジリ試験片（炭化物解析用試験片）を作製した。熱処理試験片については、あらかじめ長手方向の寸法の測定を行った。
【００４０】
寸法の測定が終了した熱処理試験片については、その次に１０３０℃の焼入れ（気圧０．５０６ＭＰａの窒素冷却）と、続く２回の、それぞれの試料が二次硬化を起こす高温焼戻しを行なって硬さを６０〜６３ＨＲＣ前後に調質し、その状態で再び寸法の測定を行った。それぞれの試料における熱処理前後での寸法変化量、すなわち二次硬化時の変寸量を図４に示す。
【００４１】
図４より、比較例Ｎｏ．８は膨張量が最も多く、変寸が大きい。これはＭｏを過多に含有するためである。比較例Ｎｏ．７，９はＭｏ当量（Ｍｏ＋Ｗ／２）が１．０％辺りの適度に調整されてこそいるが、やはり０．０５％程度の膨張を起こしている。これに対し、適正量のＮｉ，Ｃｕ，Ａｌが添加された本発明Ｎｏ．１〜３および比較例Ｎｏ．１〜６は、熱処理変寸が０．０１％以下に抑制されており、二次硬化領域でのＮｉ−Ａｌ系金属間化合物の析出反応による膨張の相殺が作用していることが分かる。
【００４２】
（実施例２）
次に、焼鈍処理後の熱処理試験片より、図５に示す形状のテストピースを作製した。なお、図５の矢印（１）（正面図左から２．５ｍｍ）、矢印（２）（同５．０ｍｍ）、矢印（３）（同７．５ｍｍ）の位置におけるクリアランス（隙間寸法）は０．５ｍｍである。そして、実施例１に同じ熱処理を行なった後に、改めて同位置のクリアランスを測定して、それらの変化量から下記の計算式による“ねじれ量”を求めた。
ねじれ量＝｜[(１)〜(３)の平均変化量]
−[(１)もしくは(３)のうちの、上記平均量から最も離れた方の値]｜
【００４３】
計算したねじれ量の結果を図６に示す。比較例Ｎｏ．８のねじれ量が最も大きいが、これはマルテンサイトへの固溶Ｃ量が多く、未固溶炭化物量も多いことから、マトリックスの膨張と未固溶炭化物の拘束によって生じる内部歪が大きいことによるものである。そして、未固溶炭化物の少ない比較例Ｎｏ．８，９であっても大きなねじれが発生しているが、Ｎｉ−Ａｌ系金属間化合物の析出によりマトリックスの内部歪が相殺されている本発明Ｎｏ．１〜３および比較例Ｎｏ．１〜７は、ねじれ量も少ないことが分かる。しかも適量のＮｂを含む本発明Ｎｏ．２、比較例Ｎｏ．６は、±０．０００１ｍｍ以下の測定精度においてねじれが確認されない良好な結果を得た。
【００４４】
（実施例３）
１０ｍｍ角×１００ｍｍ長に加工した、上記のカジリ試験片について、その四隅のうちの１つを５Ｒに加工し、＃１０００で表面仕上げて、テストピースに仕上げた。なお、焼入れ焼戻しの条件は実施例１，２に従う。そして、このテストピースを図７の装置の通りにセットして、５９０Ｎハイテン材の曲げ試験を行った。試験条件は以下の通りである。
【００４５】
被加工材      ；５９０Ｎハイテン材、２５０×４０×１．６ｍｍ
成形速度      ；４０ｓｐｍ
しわ抑え力    ；２．２ｔ
ストローク長さ；６０ｍｍ
潤滑条件      ；ダイヤモンドＰＡ９２０ワーク塗布後、布でふき取り供試
ショット数    ；２回行い、その２回目の状態でカジリ有無を判定
【００４６】
また、カジリ試験片については、上記に同様の焼入れ焼戻しを行った１０ｍｍ角のものを、５％ナイタール腐食後、４０００倍の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて被検面積４９６０μｍ２に亘る炭化物の分布状況を観察した。そして、その観察による写真から０．１〜１０．０μｍの円相当径にあたる炭化物を抽出し、既述のＳａ値（５．０〜１０．０μｍの炭化物）、Ｓｂ値（５．０μｍ未満の炭化物）を算出した。円相当径が０．１μｍ未満のものは、特定が難しく、今回の測定からは外した。結果は、表１に併せて記載している。
【００４７】
カジリ試験の結果を表２に示す。カジリが発生しなかったのは本発明Ｎｏ．１〜３のみであり、本発明Ｎｏ．３に同一組成の比較例Ｎｏ．４であっても、その炭化物分布のＳａ値が高いために、カジリが発生している。つまり、本発明の成分組成を有した冷間ダイス鋼にあって、さらに組織中の炭化物分布を最適に制御することで、優れた熱処理変寸の抑制に併せ、耐カジリ性もが向上することが判明した。
【００４８】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００４９】
耐カジリ性に優れる本発明の冷間ダイス鋼は、金型の用途にあっても、プレス成形用パンチ・ダイ、冷間鍛造パンチ・ダイ、転造ダイス、機械刃物、冷間成形ロール等の金型種の摺動部材への適用が考えられる他、ピストンリング、ポンプケーシング、シリンダ、カム、タペット、バルブ、ベアリング、燃料噴射ノズル、ギア等の自動車関連用摺動部品の材料としても適用が考えられる。また、自動車に限らず、その他車両機械や工作機械、建設機械の動力伝達系等の金属同士が接触する摺動部材への適用可能性もある。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】冷間ダイス鋼の焼戻しによる寸法および硬さの変化を示す図であって、本発明の効果を説明する図である。
【図２】本発明の冷間ダイス鋼の断面組織に観察される、炭化物分布の一例を示す図である。
【図３】本発明の冷間ダイス鋼の断面組織に測定される、炭化物分布の一例を示す図である。
【図４】冷間ダイス鋼の熱処理前後での寸法変化量を示す図である。
【図５】冷間ダイス鋼の熱処理前後でのねじれ量を測定するための、本発明の実施例で使用するテストピースを示す図である。
【図６】冷間ダイス鋼の熱処理前後でのねじれ量を示す図である。
【図７】冷間工具のカジリを評価するための、本発明の実施例で使用するパンチ装置を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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