(57)【要約】【課題】延伸し難い介在物（ＣａＳｅ）を切削時のチップブレーカーとして利用し、耐ヒートチェック性および機械的性質の異方性の軽減を図り、被削性および靱性を兼備し、異方性の小さい熱間工具鋼を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．１５〜０．６％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜０．７％、Ｃｒ：１．５〜６．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％、Ｃａ：０．０００３〜０．１％、Ｓｅ：０．０００３〜０．１％、を含有し、かつ、Ｗ，Ｍｏの１種または２種が、Ｍｏ／Ｗ：０．５〜２．５、Ｖ，Ｎｂの１種または２種が、Ｖ／Ｎｂ：０．１〜２．０、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする快削熱間工具鋼。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．１５〜０．６％、
Ｓｉ：０．１〜１．５％、
Ｍｎ：０．１〜０．７％、
Ｃｒ：１．５〜６．０％、
Ｎｉ：０．０５〜１．２％、
Ｃａ：０．０００３〜０．１％、
Ｓｅ：０．０００３〜０．１％、
を含有し、かつ、Ｗ，Ｍｏの１種または２種が、Ｍｏ／Ｗ：０．５〜２．５、Ｖ，Ｎｂの１種または２種が、Ｖ／Ｎｂ：０．１〜２．０、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする快削熱間工具鋼。
【請求項２】
請求項１に加えて、Ｓ：０．０２％以下を含有させたことを特徴とする快削熱間工具鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被削性に優れた熱間工具鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱間金型において、耐ヒートチェック性、耐割れ性は重要な特性であり、これらの特性を高めるためには、靱性の向上が必須である。一方で、最近、金型コスト低減および製作期間短縮の観点から被削性の向上が求められているが、靱性と被削性は、一般的に相反する特性であり、両者を兼備する熱間工具鋼の開発が望まれている。それらの開発の一つとして、例えば特開昭５３−１６３１５号公報（特許文献１）は、ＳとＺｒを複合添加することにより、Ｓ単独添加による効果を上回る被削性の向上、硫化物の延伸の抑制を図っている。また、特開昭５７−１３１５５号公報（特許文献２）は、ＳとＴｅを複合添加することにより、介在物の粒状化を促進し、介在物起因による鋭角コーナー部での応力集中に伴う初期破壊防止を図っている。
【０００３】
また、特開昭５７−７３１７０号公報（特許文献３）は、Ｓ、Ｔｅ、Ｓｅおよび希土類元素の複合添加により、被削性の向上および非金属介在物の粒状化を図っている。また、特開平１−８２５３号公報（特許文献４）は、ＳとＰｂの複合添加による被削性の向上を図っている。さらに、特開平１０−６０５８５号公報（特許文献５）は、Ｓ、Ｔｅ、Ｃａを適量添加することにより、硫化物系介在物が微細化かつ球状化し、耐ヒートチェック性の低下抑制を図っている。
【０００４】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開昭５３−１６３１５号公報）
（２）特許文献２（特開昭５７−１３１５５号公報）
（３）特許文献３（特開昭５７−７３１７０号公報）
（４）特許文献４（特開平１−８２５３号公報）
（５）特許文献５（特開平１０−６０５８５号公報）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１の場合は、ＳとＺｒを複合添加することにより、Ｓ単独添加による効果を上回る被削性の向上、硫化物の延伸の抑制を図っているが、衝撃値の異方性が大きい。また、特許文献２の場合は、ＳとＴｅの複合添加によるものであるが、硫化物の延伸を完全に抑制するには問題がある。また、特許文献３の複合添加は、硫化物のアスペクト比改善に効果があるが、衝撃値の異方性の軽減、ヒートチェックなどの点で課題が残る。また、特許文献４の低融点のＰｂ添加はヒートチェックなどの高温特性を劣化させる。さらに、特許文献５の場合は、衝撃値の異方性の点で課題が残る。
【０００６】
上述したような問題を解消するために発明者らは鋭意開発を進めた結果、延伸し難い介在物（ＣａＳｅ）を切削時のチップブレーカーとして利用し、耐ヒートチェック性および機械的性質の異方性の軽減を図り、被削性および靱性を兼備し、異方性の小さい熱間工具鋼を提供するものである。その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．１５〜０．６％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜０．７％、Ｃｒ：１．５〜６．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％、Ｃａ：０．０００３〜０．１％、Ｓｅ：０．０００３〜０．１％、を含有し、かつ、Ｗ，Ｍｏの１種または２種が、Ｍｏ／Ｗ：０．５〜２．５、Ｖ，Ｎｂの１種または２種が、Ｖ／Ｎｂ：０．１〜２．０、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする快削熱間工具鋼。
（２）前記（１）に加えて、Ｓ：０．０２％以下を含有させたことを特徴とする快削熱間工具鋼である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成分組成の限定理由について述べる。
Ｃ：０．１５〜０．６％
Ｃは、焼入焼戻時の硬さを向上させる重要な元素であるが、しかし、０．１５％未満ではその効果が十分でなく、また、０．６％を超えると靱性を低下させることから、その範囲を０．１５〜０．６％とする。
Ｓｉ：０．１〜１．５％
Ｓｉは、製鋼時脱酸剤として有用であり、耐酸化性および焼入性を向上させる元素である。しかし、０．１％未満ではその効果が十分でなく、１．５％を超えると熱伝導性の低下および靱性が低下することから、その範囲を０．１〜１．５％とした。
【０００８】
Ｍｎ：０．１〜０．７％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として有用であり、また、焼入性を向上させる元素である。しかし、０．１％未満ではその効果が十分でなく、０．７％を超えると硫化物形成（Ｍｎ，Ｃａ）Ｓによる靱性を低下させることから、その範囲を０．１〜０．７％とした。
Ｃｒ：１．５〜６．０％
Ｃｒは、耐食性および硬質炭化物を形成し耐摩耗性並びに焼入性を向上させる元素である。しかし、１．５％未満ではその効果が十分でなく、６．０％を超えると高温軟化抵抗性が低下し靱性も低下させることから、その範囲を３．５〜６．０％とした。
【０００９】
Ｎｉ：０．０５〜１．２％
Ｎｉは、靱性を向上させる有用な元素である。しかし、０．０５％未満ではその効果が十分でなく、１．２％を超えると被削性が低下することから、その範囲を０．０５〜１．２％とした。
Ｃａ：０．０００３〜０．１％
Ｃａは、本発明の最大の特徴とするＣａＳｅを形成し被削性を向上させる。しかし、０．０００３％未満ではその効果が十分でなく、０．１％を超えると靱性を低下させることから、その範囲を０．０００３〜０．１％とした。望ましくは０．００１０〜０．０５％とする。
【００１０】
Ｓｅ：０．０００３〜０．１％
Ｓｅは、Ｃａと同様に、本発明の最大の特徴とするＣａＳｅを形成し被削性を向上させる。しかし、０．０００３％未満ではその効果が十分でなく、０．１％を超えると靱性を低下させることから、その範囲を０．０００３〜０．１％とした。望ましくは０．００１０〜０．０５％とする。
Ｍｏ／Ｗ：０．５〜２．５
Ｍｏ、Ｗは、硬質炭化物を形成し耐摩耗性を向上させ、かつ焼入性、高温軟化抵抗性および高温強度を向上させる。しかし、Ｍｏ／Ｗが０．５未満ではその効果が十分でなく、２．５を超えると靱性を低下させることから、その範囲を０．５〜２．５とした。
【００１１】
Ｖ／Ｎｂ：０．１〜２．０
Ｖ、Ｎｂは、硬質炭化物を形成し耐摩耗性を向上させ、かつ結晶粒微細化させる。しかし、Ｖ／Ｎｂが０．１未満ではその効果が十分でなく、２．０を超えると靱性の低下および熱処理歪みが大きくなることから、その範囲を０．１〜２．０とした。
Ｓ：０．０２％以下
Ｓは、硫化物形成（Ｍｎ，Ｃａ）Ｓによる靱性を低下させる。従って、その上限を０．０２％とした。
【００１２】
Ｏ：２０ｐｐｍ以下
Ｏは、ＣａＳｅ形成を阻害するＣａＯ形成を抑制するために、不可避的不純物として低ければ低い方が良い。特に、その上限を３０ｐｐｍとした。望ましくは２０ｐｐｍとする。  このように、Ｃａ、Ｓｅを添加することによりＣａＳｅを形成させる最適範囲を定め、一方、ＣａＳｅ形成を阻害する合金元素であるＭｎ、ＳおよびＯを制限して、Ｃａ、Ｓｅが他元素との化合物を生成することを抑制したものである。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明について実施例をもって具体的に説明する。
１００ｋｇ真空誘導溶解炉で鋼塊を溶製し、表１に示す化学成分を有する各種鋼をインゴットに鋳造し、角５０Ｈ×１００Ｗに鍛伸（加熱温度１２００℃）し、焼鈍後、その試験片を粗加工後焼入焼戻して仕上げ加工し、各種試験材に供した。その結果を表１に示す。表１に示す各種性能試験は以下の通りである。
（１）被削性試験
試験片：５０Ｈ×１００Ｗ×２００Ｌ、焼鈍硬さ８０〜９０ＨＲＢ
試験条件：ＳＫＨ１５製φ８ドリル、深さ１０ｍｍ穿孔するのに要する時間で評価した。
【００１４】
（２）シャルピー衝撃試験
試験片：５０Ｈ×１００ＷのＬ方向（鍛伸方向）、Ｔ方向（Ｌ方向の垂直方向）１０×１０×５５Ｌ、焼入焼戻硬さ４５ＨＲＣ、１０Ｒ２ｍｍＵノッチ
（３）ヒートチェック試験
試験片：φ４０×１００Ｌ、焼入焼戻硬さ４５ＨＲＣ
試験条件：６５０℃←→室温の加熱冷却を２０００回繰返し、試験片表面に生じたクラックの平均長さで評価した。
【００１５】
【表１】
2004300558.tif 000002
【００１６】
表１に示すように、Ｎｏ．１〜６は本発明例であり、Ｎｏ．７〜１０は比較例である。比較例Ｎｏ．７はＳｉ、Ｃａ、Ｓｅ量が低いために、被削性が悪い。比較例Ｎｏ．８はＣ、Ｃｒ，Ｃａ、Ｏ量が高く、Ｍｏ＋１／２Ｗが低いために、衝撃値比（Ｔ／Ｌ）および耐ヒートチェック性が悪い。比較例Ｎｏ．９はＣ量が低く、Ｓｉ、Ｓ量が高く、また、Ｍｏ＋１／２Ｗが高く、かつ、Ｖ＋１／２Ｎｂが低いために、衝撃値比（Ｔ／Ｌ）および耐ヒートチェック性が悪い。比較例Ｎｏ．１０はＭｎ、Ｎｉ、Ｓｅ、Ｏ量が高く、Ｃｒ量が低く、かつＶ＋１／２Ｎｂが高いために、衝撃値Ｌ方向、衝撃値比（Ｔ／Ｌ）および耐ヒートチェック性が悪い。これに対し、本発明例であるＮｏ．１〜６はいずれの特性にも優れていることが判る。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による延伸し難い介在物（ＣａＳｅ）を切削時のチップブレーカーとして利用し、耐ヒートチェック性および機械的性質の異方性の軽減を図り、被削性および靱性を兼備し、異方性の小さい熱間工具鋼を提供できる極めて優れた効果を奏するものである。
【手続補正書】
【提出日】平成15年4月3日(2003.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
【実施例】
以下、本発明について実施例をもって具体的に説明する。
１００ｋｇ真空誘導溶解炉で鋼塊を溶製し、表１に示す化学成分を有する各種鋼をインゴットに鋳造し、角５０Ｈ×１００Ｗに鍛伸（加熱温度１２００℃）し、焼鈍後、その試験片を粗加工後焼入焼戻して仕上げ加工し、各種試験材に供した。その結果を表１に示す。表１に示す各種性能試験は以下の通りである。
（１）被削性試験
試験片：５０Ｈ×１００Ｗ×２００Ｌ、焼鈍硬さ８０〜９０ＨＲＢ
試験条件：ＳＫＨ５１製φ８ドリル、深さ１０ｍｍ穿孔するのに要する時間で評価した。