(57)【要約】【課題】  本発明は、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等を多く含む冷間工具鋼の焼なまし方法、特に焼なまし状態での切削性と冷鍛性を大幅に向上させる焼なまし方法を提供する。【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．７〜１．６％、Ｃｒ：５．０〜１３．０％、ＭｏおよびＷの内の１種または２種以上を、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．５〜４．０％、ＶおよびＮｂの内の１種または２種以上を、Ｖ＋１／２Ｎｂ：０．１〜３．０％を少なくとも含有する冷間工具鋼において、当該冷間工具鋼の焼なましの際に、９００〜９８０℃の範囲内の温度に加熱、保持した後に、１５℃／ｈ以下の冷却速度で５００〜６００℃まで徐冷する工具鋼の焼なまし方法。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．７〜１．６％、
Ｃｒ：５．０〜１３．０％、
ＭｏおよびＷの内の１種または２種以上を、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．５〜４．０％、ＶおよびＮｂの内の１種または２種以上を、Ｖ＋１／２Ｎｂ：０．１〜３．０％を少なくとも含有する冷間工具鋼において、当該冷間工具鋼の焼なましの際に、９００〜９８０℃の範囲内の温度に加熱、保持した後に、１５℃／ｈ以下の冷却速度で５００〜６００℃まで徐冷することを特徴とする工具鋼の焼なまし方法。
【請求項２】
請求項１に記載の保持温度が９２０〜９６０℃であることを特徴とする工具鋼の焼なまし方法。
【請求項３】
請求項１に記載の冷却速度を１０℃／ｈ以下とすることを特徴とする工具鋼の焼なまし方法。
【請求項４】
請求項１に記載の徐冷の終点温度を５００〜５５０℃とすることを特徴とする工具鋼の焼なまし方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等を多く含む冷間工具鋼の焼なまし方法に関し、特に、焼なまし状態での切削性と冷鍛性を大幅に向上させる焼なまし方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高合金工具鋼の軟化焼鈍法として、例えば特開平６−３２２４３９号公報（特許文献１）に開示されているように、Ｃｒを１５〜２１ｗｔ％、Ｃを７≦Ｃｒ％／Ｃ％−０．２Ｖ％≦１１の比率で含み、更に、Ｖ３．５ｗｔ％以下、（Ｗ＋２Ｍｏ）８ｗｔ％以下の１種または２種以上を含んでなる高合金工具鋼を焼鈍するに際して、９７０℃〜１１９０℃の範囲内の温度に加熱した後、６０℃／Ｈｒ以下の冷却速度で６５０℃以下の温度まで徐冷することを特徴とする高合金工具鋼の軟化焼鈍方法が提案されている。しかしながら、これはハイスには有効であるが、冷間工具鋼では保持温度が高すぎて、結晶粒の粗大化や、炭化物の粗大化を招き機械的特性を劣化させる。また、６０℃／Ｈｈの冷却速度は速すぎるため、軟化硬化が充分得られないという問題がある。
【０００３】
また、工具鋼粉末の焼鈍方法として、特開昭６３−２３８２０１号公報（特許文献２）に開示されているように、アトマイズ法により製造した工具鋼粉末を真空中または不活性ガス中で、（Ｔｍ−８０℃）〜（Ｔｍ−３０℃）（Ｔｍ：液相線温度）の間の温度に１０分以上６０分以内加熱し、その後、（Ａｃ1 −２０℃）〜（Ａｃ1 −８０℃）の間の温度に２時間以上保持することから成る、圧縮性に優れた鋼粉末を製造する工具鋼粉末の焼鈍方法が提案されている。しかしながら、これはアトマイズ法による工具鋼粉末に関するものである。
【０００４】
また、文献などで紹介されている既知の従来法として、軟化による被削性改善を狙った熱処理として、完全焼なましが行なわれているが、一般にこの完全焼なましは、均一なオーステナイト組織を得るため、Ａｃ1 点よりも３０〜５０℃高い温度、ダイス鋼では８５０℃程度で行なわれる。その後、冷却時には、５００〜６００℃まで炉冷して、その後空冷する方法がとられている。
【０００５】
もう一つは、球状化焼なましであって、高Ｃ鋼の冷間工具鋼や軸受鋼ではネット状のセメンタイトをフェライト基地に溶け込ませて球状炭化物を分散させる球状化焼なましが実施されている。この球状化焼なましは、Ａｃ1 点よりも高い温度（８３０〜８８０℃）に保持して、冷却を１０〜３０℃／ｈで約６００℃まで徐冷するのが一般的である。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３２２４３９号公報
【特許文献２】特開昭６３−２３８２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したような従来の方法の場合は、冷間工具鋼では焼なまし硬さの軟化は不十分であり、切削性不良を起こす場合がある。さらに、ネット状炭化物の残留により冷鍛時の割れが発生しやすくなり、冷鍛性が問題となる場合が見られた。この発生頻度は、冷間工具鋼の中でも、より高Ｃ、かつ合金元素量の多いものが高くなる傾向がある。また、ネット状の炭化物の溶け込みが不十分なために、焼入時の変形や焼き割れの原因になったり、機械的特性において靱性や疲労強度が劣化し金型使用中の早期欠損につながる場合も危惧されるのが現状である。
【０００８】
上述したような現状のもとに、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖを多く含む冷間工具鋼は、マトリックスに多量に炭化物が分散したミクロ組織を有する。これらの工具鋼は、通常８５０℃前後で焼なまし処理が行なわれるが、焼なましによる硬度の低下が不十分であり、切削性不良による加工時間および工具費用の上昇や、塑性加工における冷鍛性不良による被加工材の割れ発生などが問題となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、熱処理パターンを見直し、充分に軟化させることで、切削性改善や冷鍛性の向上などの効果が得られることを見出した。すなわち、晶出炭化物の融合粗大化と析出炭化物のマトリックスへの溶け込みを促進して微細炭化物の無いフェライトにするため保持温度を高く設定する。また、パーライト変態を完了させるために徐冷から炉冷へ移行する温度を低く、かつ徐冷速度は二次炭化物の再析出を抑えるため遅く設定することにより完成したものである。これによって、冷間工具鋼を安定して９５ＨＲＢ以下に軟化することが出来る焼なまし方法の課題に対応することが可能となった。
【００１０】
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．７〜１．６％、Ｃｒ：５．０〜１３．０％、ＭｏおよびＷの内の１種または２種以上を、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．５〜４．０％、ＶおよびＮｂの内の１種または２種以上を、Ｖ＋１／２Ｎｂ：０．１〜３．０％を少なくとも含有する冷間工具鋼において、当該冷間工具鋼の焼なましの際に、９００〜９８０℃の範囲内の温度に加熱、保持した後に、１５℃／ｈ以下の冷却速度で５００〜６００℃まで徐冷することを特徴とする工具鋼の焼なまし方法。
【００１１】
（２）前記（１）に記載の保持温度が９２０〜９６０℃であることを特徴とする工具鋼の焼なまし方法。
（３）前記（１）に記載の冷却速度を１０℃／ｈ以下とすることを特徴とする工具鋼の焼なまし方法。
（４）前記（１）に記載の徐冷の終点温度を５００〜５５０℃とすることを特徴とする工具鋼の焼なまし方法にある。
【発明の効果】
【００１２】
以上述べたように、本発明により切削性改善による切削時間の短縮、工具使用量の削減および冷鍛性の改善による不良率の低減などを図ることが出来る優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る化学成分組成の限定理由について述べる。
Ｃ：０．７〜１．６％
Ｃは、焼入、焼戻しにより十分なマトリックス硬さを与えると共に、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖなどと結合して炭化物を形成し、耐摩耗性を与える。しかし、過剰に添加すると、凝固時に粗大炭化物が多く析出し、靱性を阻害する。一方、十分な二次硬化硬さを得るためには、０．７％が必要である。従って、その範囲を０．７〜１．６％とした。
【００１４】
Ｃｒ：５．０〜１３．０％
Ｃｒは、焼入性を高めるとともに、焼戻し軟化抵抗を高める。この効果を得るためには、５．０％以上必要である。しかし、凝固時にＣと結合して巨大一時炭化物を形成し易く、過剰に添加すると靱性を劣化させる。従って、その範囲を５．０〜１３．０％とした。
【００１５】
ＭｏおよびＷの内の１種または２種以上を、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．５〜４．０％、
Ｍｏ、Ｗは、微細な炭化物を形成し、二次硬化に寄与し、耐軟化抵抗性を改善する元素である。ただし、その効果はＭｏの方がＷよりも２倍強く、同じ効果を得るにはＷはＭｏの２倍必要である。Ｍｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）で少なくとも０．５％必要である。しかし、過剰添加は靱性の低下を招くため、その上限を４．０％とした。
【００１６】
ＶおよびＮｂの内の１種または２種以上を、Ｖ＋１／２Ｎｂ：０．１〜３．０％
Ｖ、Ｎｂは、二次硬化に有効であり、Ｃと硬い炭化物を形成して耐摩耗性に寄与するとともに結晶粒を微細化する。Ｖ当量（Ｖ＋１／２Ｎｂ）で少なくとも０．１％必要である。しかし、過剰添加は靱性の低下を招くため、その上限を３．０％とした。
【００１７】
焼なましの際の保持温度：９００〜９８０℃                                      工具鋼の焼なましに際し、保持温度を９００℃以上としたのは、晶出した一次炭化物を融合させ粗大化するとともに、析出した２次炭化物のマトリックスへの溶け込みを促進させ、微細炭化物の少ないマトリックスにすることで、軟化の効果を最大限に高める。しかし、９８０℃を超えるとその効果は飽和することから、その範囲を９００〜９８０℃とした。望ましくは９２０〜９６０℃とする。
【００１８】
１５℃／ｈ以下の冷却速度
保持した後に、１５℃／ｈ以下の冷却速度で徐冷する理由は、マトリックスに溶け込んだ、２次炭化物が冷却過程で再析出して、硬化してしまうのを回避する。また、オーステナイトから、パーライト変態域を短時間で通過すると、硬化を伴うベイナイト変態、マルテン変態が起こり、十分に焼きなまし硬さを低下させることができない。従って、その上限を１５℃／ｈとした。望ましくは１０℃／ｈ以下とする。
【００１９】
５００〜６００℃まで徐冷
６００℃を超えると、パーライト変態が未完了な部分が残存してしまい、これがベイナイト変態やマルテン変態を起こし、硬化してしまう。従って、その上限を６００℃とした。また、５００〜６００℃とすることで、徐冷の際の析出炭化物を抑える。望ましくは５００〜５５０℃とする。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１に示す鋼種Ａ〜Ｃを、それぞれ１ｔ真空溶解炉にて出鋼し、圧延してφ３０の棒材を製造した。その棒材を、表２に示す。所定の焼なまし条件にて熱処理を行ない、焼なまし硬さをロックウェル硬度計（Ｂスケール）にて測定した。その結果を表２に示す。Ｎｏ．１〜９は本発明例であり、Ｎｏ．１０〜１８は比較例である。本発明例Ｎｏ．１〜９では、全ての鋼種で焼なまし硬さが９５．０ＨＲＢ以下が得られた。一方、比較例のＮｏ．１０〜１８では、焼なまし硬さはいずれも９５．０ＨＲＢを超え、本発明例と同鋼種間で比べると、焼なまし硬さが２〜４近く改善されていた。これにより、切削性の大幅な改善が期待できることが判る。
【００２１】
【表１】
2005171309.tif 000002
【００２２】
【表２】
2005171309.tif 000003
【００２３】
さらに、焼なまし後の材料をφ３０×５Ｌにそれぞれ切断し、深絞りプレス試験機によって外径φ２８、内径φ２４×２０Ｌのカップ状に冷間加工した。この試験における外観上の割れ発生個数を表３に示す。本発明例では、いずれの鋼種においても、比較例に比べて大幅に割れ発生個数は低減されており、本発明の焼なましによって、冷鍛性が大幅に改善されることが判る。
【００２４】
【表３】
2005171309.tif 000004
特許出願人  山陽特殊製鋼株式会社
代理人  弁理士    椎  名    彊