(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、焼きなまし処理後には従来よりも低硬度であり、且つ、焼入れ焼戻し処理後には十分な硬度を有する工具鋼を得ることが可能な工具鋼の焼きなまし方法、及び工具鋼の焼きなまし材の製造方法、工具鋼の焼きなまし材、並びにそれを用いた工具鋼、工具を提供することにある。【解決手段】  上記課題を解決するため、本発明の工具鋼の焼きなまし方法では、  Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ及びＶの１種又は２種以上をカチオンとする晶出型炭化物がＦｅ系マトリックス中に分散形成されるように組成調整された工具鋼を、９００℃以上１０５０℃以下の温度範囲に加熱保持した後、冷却時において７８０℃以上８３０℃以下の温度域を６０℃／ｈ以下（より好ましくは、５０℃／ｈ以下）の平均冷却速度で徐冷する焼きなまし処理を行うことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ及びＶの１種又は２種以上をカチオンとする晶出型炭化物がＦｅ系マトリックス中に分散形成されるように組成調整された工具鋼を、９００℃以上１０５０℃以下の温度範囲に加熱保持した後、冷却時において７８０℃以上８３０℃以下の温度域を６０℃／ｈ以下の平均冷却速度で徐冷する焼きなまし処理を行うことを特徴とする工具鋼の焼きなまし方法。
【請求項２】
前記工具鋼は、前記焼きなまし処理後の硬さが、ブリネル硬さでＨＢ１７９以上ＨＢ２５５以下となるように組成調整されてなることを特徴とする請求項１に記載の工具鋼の焼きなまし方法。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．６０％以上２．５０％以下、Ｓｉ：０．１０％以上１．２０％以下、Ｍｎ：０．１０％以上１．０％以下、Ｃｒ：４．０％以上１５．０％未満、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．５０％以上３．５％以下、Ｖ：０．０２０％以上１．０％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼を、９００℃以上１０５０℃以下の温度範囲に加熱保持した後、冷却時において７８０℃以上８３０℃以下の温度域を６０℃／ｈ以下の平均冷却速度で徐冷する焼きなまし処理を行うことを特徴とする工具鋼の焼きなまし材の製造方法。
【請求項４】
前記鋼において、鋼成分としてさらに、Ｐ：０．００１％以上０．０４０％以下、Ｎ：０．００５０％以上０．０５０％以下、Ａｌ：０．００１％以上０．１０％以下、Ｏ：０．０００２％以上０．０１％以下のうちのいずれか１種または２種以上を含有する請求項３に記載の工具鋼の焼きなまし材の製造方法。
【請求項５】
前記鋼において、鋼成分としてさらに、Ｃｕ：０．０１％以上２．０％以下、Ｎｉ：０．０１％以上２．０％以下、Ｃｏ：０．２％以上１．０％以下、Ｂ：０．０００３％以上０．０１０％以下のうちのいずれか１種または２種以上を含有する請求項３または４に記載の工具鋼の焼きなまし材の製造方法。
【請求項６】
前記鋼において、鋼成分としてさらに、Ｓ：０．００１％以上０．４０％以下、Ｓｅ：０．００５％以上０．１％以下、Ｔｅ：０．００５％以上０．１０％以下、Ｃａ：０．０００２％以上０．０１０％以下、Ｐｂ：０．００５％以上０．１０％以下、Ｂｉ：０．００５％以上０．１０％以下のうちのいずれか１種または２種以上を含有する請求項３ないし５のいずれか１項に記載の工具鋼の焼きなまし材の製造方法。
【請求項７】
前記鋼において、鋼成分としてさらに、Ｎｂ：０．０１％以上０．１２％以下、Ｔａ：０．００５％以上０．１０％以下、Ｔｉ：０．００５％以上０．１０％以下、Ｚｒ：０．００５％以上０．１０％以下、Ｍｇ：０．００５％以上０．１０％以下、ＲＥＭ：０．００５％以上０．２０％以下のうちのいずれか１種または２種以上を含有する請求項３ないし６のいずれか１項に記載の工具鋼の焼きなまし材の製造方法。
【請求項８】
請求項３ないし７のいずれか１項に記載の工具鋼の焼きなまし材の製造方法により得られる工具鋼の焼きなまし材であって、ブリネル硬さがＨＢ１７９以上ＨＢ２５５以下であることを特徴とする工具鋼の焼きなまし材。
【請求項９】
請求項３ないし７のいずれか１項に記載の工具鋼の焼きなまし材の製造方法により得られる工具鋼の焼きなまし材であって、組織断面上にて観察される、粒径範囲０．１μｍ以上３μｍ以下に属する炭化物の平均径が０．２５μｍ以上０．８μｍ以下であることを特徴とする工具鋼の焼きなまし材。
【請求項１０】
請求項３ないし７のいずれか１項に記載の工具鋼の焼きなまし材の製造方法により得られる工具鋼の焼きなまし材に対し、焼入れ焼戻し処理を施すことにより得られる工具鋼であって、ロックウェルＣスケール硬さがＨＲＣ５８以上であることを特徴とする工具鋼。
【請求項１１】
請求項３ないし７のいずれか１項に記載の工具鋼の焼きなまし材の製造方法により得られる工具鋼の焼きなまし材に対し、所定の形状となるよう切削加工を行った後、焼入れ焼戻し処理を施すことにより得られる工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具鋼の焼きなまし方法、及び工具鋼の焼きなまし材の製造方法、工具鋼の焼きなまし材、並びにそれを用いた工具鋼、工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、工具の分野において、製造工程の納期短縮及びコスト削減がますます強く求められている。そのため、焼きなまし材での被削性がより優れた工具鋼が要求されている。特に金型や治工具の用途では、耐摩耗性の観点から炭化物を多く含有する難加工材が利用されるため、そのような要求は高い。被削性を向上させるためには、晶出した粗大な炭化物（１次炭化物）を減少させる方法、あるいは、多量のＳ等の快削化元素を添加する方法がある。前者の方法では工具鋼としての耐摩耗性の低下を招くため好ましくない。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以上のものをさす。すなわち、粗大で硬度の高い晶出炭化物は、金型等の耐摩耗性が要求される用途には必須のものである。また、後者の方法でも、靭性が低下するといった材料特性の劣化は避けられないため好ましくない。
【０００３】
そこで、被削性に優れた焼きなまし材を得るためには、一般的に球状化焼きなましが行われる。この焼きなまし方法は、鋼をオーステナイト化する温度域（８３０〜９００℃程度）に加熱し、微細な炭化物（二次炭化物）をある程度固溶させる。加熱後は、徐冷により固溶している炭化物（二次炭化物）を球状に析出させることによって、材料の異方性を低減させるとともに、その後の熱処理、粗加工を容易にする。このようにして得られる焼きなまし材は、低硬度となるため、一般的に難加工材とされる工具鋼であっても、加工が容易となる。
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−３２２４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の球状化焼きなましでは、十分に低硬度の焼きなまし材が得られない場合がある。また、十分な低硬度が得られても、焼入れ焼戻し後の硬度が工具として要求されるレベルを満足しない場合がある。例えば、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ことがある。このような焼入れ焼戻し後の硬度の不足は、特に金型や治工具の用途において問題となる。
【０００６】
上記特許文献１には、焼きなまし温度を従来よりも高温とすることで、従来よりも低硬度の焼きなまし材が得られることが開示されている。そして、低硬度化により切削加工が容易になるとされており、具体的には表２において発明鋼の硬さはＨＶ２６２〜２７８（ＨＢ換算で約２５０〜２６５）とされている。しかしながら、このように焼きなまし後の硬さは開示されているものの、焼入れ焼戻し後の硬さについては開示されていない。
【０００７】
本発明の課題は、焼きなまし処理後には従来よりも低硬度であり、且つ、焼入れ焼戻し処理後には十分な硬度を有する工具鋼を得ることが可能な工具鋼の焼きなまし方法、及び工具鋼の焼きなまし材の製造方法、工具鋼の焼きなまし材、並びにそれを用いた工具鋼、工具を提供することにある。
【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、本発明の工具鋼の焼きなまし方法では、
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ及びＶの１種又は２種以上をカチオンとする晶出型炭化物がＦｅ系マトリックス中に分散形成されるように組成調整された工具鋼を、９００℃以上１０５０℃以下の温度範囲に加熱保持した後、冷却時において７８０℃以上８３０℃以下の温度域を６０℃／ｈ以下（より好ましくは、５０℃／ｈ以下）の平均冷却速度で徐冷する焼きなまし処理を行うことを特徴とする。
また、上記工具鋼は、焼きなまし処理後の硬さが、ブリネル硬さでＨＢ１７９以上ＨＢ２５５以下（より好ましくは、ＨＢ１７９以上ＨＢ２３５以下）となるように組成調整されていることが好ましい。
このような焼きなまし方法を用いることによって、低硬度の焼きなまし材を得ることが可能となる。すなわち、切削加工を良好に施すことができる焼きなまし材が得られ、工具における納期の短縮化及び加工コストの低減が実現するのである。なお、数値限定理由及びその効果については後述する。
以下、本発明のより具体的な態様について説明を行う。
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の工具鋼の焼きなまし材の製造方法では、
質量％で、Ｃ：０．６０％以上２．５０％以下、Ｓｉ：０．１０％以上１．２０％以下、Ｍｎ：０．１０％以上１．０％以下、Ｃｒ：４．０％以上１５．０％未満、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．５０％以上３．５％以下、Ｖ：０．０２０％以上１．０％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼を、９００℃以上１０５０℃以下の温度範囲に加熱保持した後、冷却時において７８０℃以上８３０℃以下の温度域を６０℃／ｈ以下の平均冷却速度で徐冷する焼きなまし処理を行うことを特徴とする。
【００１０】
上記本発明によると、焼きなまし処理（球状化焼きなまし）において、従来の球状化焼きなまし温度（８３０〜９００℃程度）よりも高温である９００℃以上１０５０℃以下の温度範囲に加熱保持することによって、微細な炭化物（以下、２次炭化物という）を従来よりも多くマトリックス中へ固溶させる。その後、一定の温度範囲（７８０℃以上８３０℃以下）にて一定の速度（６０℃／ｈ以下、好ましくは５０℃／ｈ以下）で徐冷することにより、２次炭化物をより大きく球状化し、また２次炭化物の個数を減らすことができる。これによって当該焼なまし処理後に得られる硬さを従来よりも低減することが可能となる。他方、耐摩耗性に影響を及ぼす粗大な晶出炭化物（以下、１次炭化物という）については、当該焼きなまし処理によって、その大きさや個数にそれほど大きな変化は現れない。  すなわち、本発明の工具鋼の焼きなまし方法は、１次炭化物ではなくて、２次炭化物を積極的に制御して、焼きなまし処理後に得られる硬さを低減するものである。
【００１１】
加熱保持温度（球状化焼きなまし温度）を９００℃以上１０５０℃以下の温度範囲とする理由について説明する。十分な量の２次炭化物をマトリックス中へ固溶させ、上記のごとき効果を得るためには、９００℃以上の加熱保持温度が必要となる。他方、過度に高温である場合には、２次炭化物の固溶量の増大に対応して鋼中の炭化物量が減りすぎて、結晶粒が粗大化し、焼入れ焼戻し後の特性（例えば、靭性）が劣化してしまうため、上限を１０５０℃とする。球状化焼きなましでの加熱保持温度は、焼入れ温度（本発明の工具鋼では９５０℃〜１０５０℃）とも関係する。焼入れ温度は、工具鋼として要求される硬さＨＲＣ５８以上を得るために設定されている。球状化焼きなまし温度が焼入れ温度より５０℃以上も高い温度となる場合、球状化焼きなましでの必要以上の２次炭化物の固溶、１次炭化物の固溶または粗大化が発生する。この材料を適正な焼入れ温度で焼入れしても、所定の硬さを得ることはできない。望ましくは、本発明の工具鋼の焼入れ温度に対し、−５０℃〜＋２０℃の範囲で球状化焼きなましでの加熱保持温度を設定する。
【００１２】
上記温度範囲にて加熱保持した後は、２次炭化物の析出が起こりやすい変態温度域において、十分に徐冷を行う。
２次炭化物の析出が起こりやすい変態温度、すなわち２次炭化物の球状化に寄与する温度域とは、工具鋼においては、７８０℃以上８３０℃以下の温度域が該当する。
徐冷については、平均冷却速度を６０℃以下とすることで、２次炭化物をより大きく球状化し、また２次炭化物の個数を減らすことが可能となる。より好ましくは、平均冷却速度を５０℃／ｈ以下とするのがよい。なお、平均の冷却速度を規定しているので、当該要件を満たすならば、例えば、上記温度域内において一定時間の温度保持を行うことも許容される。他方、平均冷却速度の下限については、特には限定されないが、徐冷時間の長期化に伴うコストの増大を考慮して、例えば３℃／ｈ以上とすることが好ましい。
【００１３】
なお、本発明では、７８０℃以上８３０℃以下の温度域を平均冷却速度６０℃以下（好ましくは５０℃以下）で徐冷すれば足り、その他の温度域における冷却速度については特には限定されない。すなわち、加熱保持温度から８３０℃までの温度域、若しくは７８０℃未満の温度域において、例えば、冷却時間を短縮するために平均冷却速度が７０℃／ｈ以上２００℃／ｈ以下程度の急冷を行うことも可能である。
【００１４】
また、上記焼きなまし処理を行う前において、７００℃以上８００℃以下の温度で焼きなまし（以下、処理前焼きなましという）を実施することができる。この処理前焼きなましは、その後に行われる上記焼きなまし処理後の硬さのバラツキを低減させたり、より低硬度にする効果がある。当該処理前焼きなましによって得られる鋼材の硬さは、例えば、ブリネル硬さでＨＢ２５５以上ＨＢ３５０以下であることが好ましい。
【００１５】
以下、本発明における組成限定理由について説明する。
Ｃ（炭素）：０．６０％以上２．５０％以下
Ｃは、鋼の焼入性を高め、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。また、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，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、結晶粒の微細化や耐摩耗性の向上などに効果がある。これらの効果を得るとともに、焼入れ焼戻し硬さにおいてＨＲＣ５８以上を得るためには、０．６０％以上の添加が必要である。だたし、２．５０％を超えて含有させると炭化物量が多くなりすぎ、靭性の低下を招くことになる。
【００１６】
Ｓｉ（ケイ素）：０．１０％以上１．２０％以下
Ｓｉは、脱酸元素として添加され鋼中に含まれる。また、高温焼戻し硬さの向上に寄与する。こ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、過度に添加しすぎると熱間加工性が低下するとともに、焼入れ焼戻し後の靭性低下がおこるため、１．２０％を上限とする。
【００１７】
Ｍｎ（マンガン）：０．１０％以上１．０％以下
Ｍｎは、脱酸元素として添加され鋼中に含まれる。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。こ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、過度に添加しすぎると熱間加工性が低下するため、１．０％を上限とする。
【００１８】
Ｃｒ（クロム）：４．０％以上１５．０％未満
Ｃｒは、マトリックス中に固溶して焼入性を高め、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４．０％以上の添加が必要である。他方、過度に添加すると必要以上の炭化物を形成し、焼入れ焼戻し後の靭性低下や被削性低下が起こるため、１５．０％を上限とする。より好ましくは、上限を１３．０％とするのがよい。
【００１９】
Ｍｏ（モリブデン）＋１／２Ｗ（タングステン）：０．５０％以上３．５％以下
Ｍｏ，Ｗは、マトリックス中に固溶して焼入性を高め、硬さ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ある。これらの効果を得るためにはＭｏ＋１／２Ｗで０．５０％以上の添加が必要である。他方、過度に添加しすぎると熱間加工性の低下や靭性の低下、被削性の低下が起こるため、Ｍｏ＋１／２Ｗで３．５％を上限とする。なお、Ｍｏ添加と同等の効果をＷ添加で得るには、Ｍｏに対し２倍量のＷが必要であるため、ここでは組成範囲を「Ｍｏ＋１／２Ｗ」で記述されるＭｏ等量で規定している。
【００２０】
Ｖ（バナジウム）：０．０２０％以上１．０％以下
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０．０２０％以上の添加が必要である。他方、過度に添加しすぎると炭化物量あるいは炭化物サイズの増加による被削性の低下や熱間加工性の低下が起こるため、１．０％を上限とする。
【００２１】
次に、工具鋼の焼きなまし材の製造方法では、上記鋼において、鋼成分としてさらに、Ｐ（リン）：０．００１％以上０．０４０％以下、Ｎ（窒素）：０．００５０％以上０．０５０％以下、Ａｌ（アルミニウム）：０．００１％以上０．１０％以下、Ｏ（酸素）：０．０００２％以上０．０１％以下のうちのいずれか１種または２種以上を含有させることができる。これらは鋼中に不可避的に含まれる元素であり、結晶粒界への偏析や酸化物・窒化物の形成を起こす。添加量が上限値を越えると、靭性が低下することがあるので好ましくない。望ましくは低減させることが良いが、過度に低減させてもその効果は飽和するうえ、製造コストも高くなるので、下限値以上であればよい。
【００２２】
次に、工具鋼の焼きなまし材の製造方法では、上記鋼において、鋼成分としてさらに、Ｃｕ（銅）：０．０１％以上２．０％以下、Ｎｉ（ニッケル）：０．０１％以上２．０％以下、Ｃｏ（コバルト）：０．２％以上１．０％以下、Ｂ（ホウ素）：０．０００３％以上０．０１０％以下のうちのいずれか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、焼入性を向上させる効果を有する。また、衝撃遷移温度を低下させることにより靭性向上及びそれによる溶接性の劣化防止の効果も有する。また、Ｃｏは高温強度を向上させる効果も有する。ただし、各々下限値に満たない場合にはその効果に乏しく、他方、各々上限値を超えて添加されてもその効果が飽和するので好ましくない。
【００２３】
次に、工具鋼の焼きなまし材の製造方法では、上記鋼において、鋼成分としてさらに、Ｓ（硫黄）：０．００１％以上０．４０％以下、Ｓｅ（セレン）：０．００５％以上０．１％以下、Ｔｅ（テルル）：０．００５％以上０．１０％以下、Ｃａ（カルシウム）：０．０００２％以上０．０１０％以下、Ｐｂ（鉛）：０．００５％以上０．１０％以下、Ｂｉ（ビスマス）：０．００５％以上０．１０％以下のうちのいずれか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、被削性を向上させる目的で添加することができる。以下、限定理由を述べる。
【００２４】
Ｓは、Ｍｎと結合して鋼中にＭｎ硫化物を生成し、被削性を付与する元素である。この効果を得るためには０．０２％以上添加されていることが好ましい。他方、過度に添加しすぎると、靭性の低下や放電加工や切削加工後での面粗さの劣化など機械的特性を大きく低下させるため、０．４０％を上限とすることが好ましい。
なお、被削性及び機械的特性のうちのいずれかをより重視するかに応じて、より好ましいＳ添加量を規定することができる。
（１）被削性をより重視する用途の場合
良好な被削性を得るためには、Ｓ添加量が０．０２％以上であること、すなわち０．０２％以上０．４０％以下であることが好ましい。
（２）機械的特性をより重視する用途の場合
良好な機械的特性を維持するためには、Ｓ量を低減することが望ましいが、製造コストとのバランスがあるため、低減による効果が飽和する０．００１％以上で、且つ、機械的特性の劣化が小さい０．０２％以下であることが好ましい。さらに好ましくは、Ｓ含有量が０．００１％以上０．０１％以下であるのがよい。
【００２５】
Ｓｅ，Ｔｅは、上述したＭｎ硫化物におけるＳの代替元素として利用することができる。
Ｃａは、鋼中に酸化物を生成し、またＭｎ硫化物中に固溶する。これにより、切削加工時に切削工具表面上に保護膜を形成するため、被削性が向上する。
Ｐｂ、Ｂｉは粒界に偏析し、粒界強度を低下させ被削性を向上させる。
ただし、各々上記の下限値に満たない場合にはその効果に乏しい。他方、各々上記の上限値を超えて添加されると機械的特性の劣化することがあるので好ましくない。
【００２６】
次に、工具鋼の焼きなまし材の製造方法では、上記鋼において、鋼成分としてさらに、Ｎｂ（ニオブ）：０．０１％以上０．１２％以下、Ｔａ（タンタル）：０．００５％以上０．１０％以下、Ｔｉ（チタン）：０．００５％以上０．１０％以下、Ｚｒ（ジルコニウム）：０．００５％以上０．１０％以下、Ｍｇ（マグネシウム）：０．００５％以上０．１０％以下、ＲＥＭ（希土類元素）：０．００５％以上０．１０％以下のうちのいずれか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は酸化物を形成することで、低Ｏ化に寄与するとともに、粗大な酸化物を減少させ、靭性及び被削性の向上に寄与する効果がある。ただし、各々下限値に満たない場合にはその効果に乏しい。他方、各々上限値を超えて添加されると靭性の低下や溶接性の低下が起こることがあるので好ましくない。
【００２７】
なお、ＲＥＭ（希土類元素）としては、放射活性の低い元素を主体的に用いることが取り扱い上容易であり、この観点において、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる１種又は２種以上を使用することが有効である。特に上記効果のより顕著な発現と価格上の観点から、軽希土類、特にＬａあるいはＣｅを使用することが望ましい。ただし、希土類分離過程等にて不可避的に残留する微量の放射性希土類元素（例えばＴｈやＵなど）が含有されていても差し支えない。また、原料コスト低減等の観点から、ミッシュメタルやジジムなど、非分離希土類を使用することもできる。
【００２８】
次に、以上の製造方法（及び添加元素）により得られる本発明の工具鋼の焼きなまし材は、組織断面上にて観察される、粒径範囲０．１μｍ以上３μｍ以下に属する炭化物の平均粒径が０．２５μｍ以上０．８μｍ以下であることを特徴とする。ここで、組織断面上にて観察される粒径範囲０．１μｍ以上３μｍ以下に属する炭化物とは、徐冷により析出する微細な炭化物、すなわち二次炭化物に該当する（ちなみに、１次炭化物は円相当径で約１０μｍ以上である）。このような粒径範囲に属する炭化物（２次炭化物）の平均粒径が０．２５μｍ以上０．８μｍ以下であることによって良好な被削性が得られるのである。すなわち、平均粒径が０．２５μｍ未満であると、硬さが高すぎて、良好な被削性が得られないことがある（従来はこれに相当する）。他方、０．８μｍを越えた場合、徐冷時に成長する炭化物の個数が極めて少なくなるため、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ことがある。
【００２９】
炭化物の平均粒径は、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、走査型電子顕微鏡あるいは光学顕微鏡にて拡大観察した視野中に存在する上記の粒径範囲の炭化物すべてに対して、それぞれ円相当径を算出し、その平均粒径を求める。拡大観察は、無作為に選んだ場所にて、少なくとも１ｍｍ２以上の面積を評価する。
【００３０】
また、上述の焼きなまし処理が施された本発明の工具鋼の焼きなまし材では、ブリネル硬さでＨＢ２５５以下（より好ましくは、ＨＢ２３５以下）と、従来の球状化焼きなましを施した焼きなまし材よりも低硬度である。硬さと被削性の関係は、一般に硬さが低い方が被削性は優れるので、このような低硬度が得られることで、切削加工を良好に施すことが可能となり、納期の短縮化及び加工コストの低減が実現する。なお、硬さの下限値については、特には限定されないが、ＨＢ１７９未満では、焼入れ焼戻し後の硬さを確保することが困難となる場合がある。
【００３１】
次に、以上の製造方法（及び添加元素）により得られる本発明の工具鋼の焼きなまし材に対し、焼入れ焼戻し処理を施すことにより得られる工具鋼は、ロックウェルＣスケール硬さがＨＲＣ５８以上（より好ましくは、ＨＲＣ６０以上）であることを特徴とする。このような範囲の硬度が得られることによって工具（特に金型や治工具の用途）として好適に用いることが可能となる。硬さの上限については、特には限定されないが、上記の焼きなまし材の硬さからすると、例えばＨＲＣ６５が上限となる。
【００３２】
通常、焼入れ処理は、焼入れ温度が例えば９００〜１０５０℃程度で行われる。このような焼入れ温度を適用すると、焼入れ温度が本発明における焼きなまし温度（９００℃以上１０５０℃以下）を下回る場合もあるため、焼入れ時において、上記のごとく大きく球状化した２次炭化物がマトリックス中へ十分に固溶できなくなり、焼入れ焼戻し後の硬さが低下してしまう畏れがある。そこで、焼きなまし温度（上記加熱保持の温度）を焼入れ温度に対して、−５０℃〜＋２０℃とすることが好ましい。
【００３３】
以上の製造方法（及び添加元素）により得られる本発明の工具鋼の焼きなまし材に対し、所定の形状となるよう切削加工を行った後、焼入れ焼戻し処理を施すことで、良好な硬さを有する工具を得ることができる。当該工具としては、例えば、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―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を挙げることができる。
【実施例】
【００３４】
表１に示す成分組成の１３０ｋｇの鋼材を高周波真空溶解炉で溶製した後、造塊し、鋼塊を熱間鍛造して対辺６０ｍｍの角棒として、表２及び３に示す条件で球状化焼きなまし（以下、ＳＡともいう）をして発明鋼および比較鋼とした。徐冷速度は８３０℃以下７８０℃以上（またはＳＡ終了温度）の温度域の平均冷却速度とした。そして、上記発明鋼および比較鋼に対し、以下の試験および評価を行った。結果を表２及び３に示す。
【００３５】
「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、２０００〜５０００の倍率で合計１．５ｍｍ２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以下の炭化物のすべてに対して、それぞれの円相当径を算出してその平均を求めた。その結果を表２及び３に示す。なお、上記研磨表面は、ピクリン酸液により、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。
【００３６】
「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た。
（１）エンドミル加工試験条件
工具：超硬Ｍ２０（φ３２ｍｍ）
速度：１００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み幅３ｍｍ、高さ１．５ｍｍ
切削油：なし
工具寿命：横逃げ面最大摩耗量０．３ｍ到達時の切削距離
評価方法：成分Ｎｏ．が同じものでは、中段の比較例（従来の球状化焼きなましを実施）の工具寿命を１．０として相対評価した。
（２）ドリル加工試験条件
工具：ＳＫＨ５１（φ１０ｍｍ）
速度：２０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
加工深さ：２０ｍｍ（非貫通）
切削油：なし
工具寿命：穴あけ加工が不能になった時の切削距離
評価方法：成分Ｎｏ．が同じものでは、中段の比較例（従来の球状化焼きなましを実施）の工具寿命を１．０として相対評価した。
【００３７】
「硬さ評価」
製造した発明鋼、比較鋼から２０ｍｍ四方の板形状の試験片を切り出し、球状化焼きなまし後での硬さをブリネル硬度、焼入れ焼戻し後の硬さをロックウェルＣスケール硬度で測定した。焼入れ焼戻しは表２及び３中に示した温度で実施した。
【００３８】
「シャルピー衝撃試験」
製造した発明鋼、比較鋼の長手方向からきりだした１０Ｒノッチ形状のシャルピー衝撃試験片を作製し、表２及び３に示す焼入れ焼戻し温度で熱処理を実施した後、室温にて試験を実施した。それぞれ３個実施し、その平均値を示した。
【００３９】
【表１】
2005226150.tif 000003
【００４０】
【表２】
2005226150.tif 000004
【００４１】
【表３】
2005226150.tif 000005
【００４２】
すなわち、本発明に属する実施例の鋼はいずれも、球状化焼きなまし（ＳＡ）後の硬さがＨＢ２５５以下（特にはＨＢ２３５以下）と低硬度であり、且つ、焼入れ焼戻し処理後の硬さがＨＲＣ５８以上（特にはＨＲＣ６０以上）と十分な硬度を有しており、またその他の特性についても良好な結果が得られていることがわかる。また、図１は、上記の試験結果のうち、エンドミル被削性の試験における工具寿命を、球状化焼きなまし後の硬さ（ＳＡ硬さ）に対してプロットしたものである。これによると、ＳＡ硬さがＨＢ２３５以下になると工具寿命が急激に向上しているのがわかる。
【００４３】
以上、本発明の実施例を示したが、これはあくまで例示であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、当事者の知識に基づき種々の改良ないし変形を加えた態様でも実施可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】球状化焼きなまし後の硬さと工具寿命との関係を表す図
【図１】
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