(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．５〜０．７％、Ｃｒ：５．０〜７．０％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０．００１〜０．０１０％、Ｃｕ：０．２５〜１．００％、Ｎｉ：０．２５〜１．００％、Ｎ：０．００３〜０．０２５％、Ｍｏ＋０．５×Ｗ：０．５〜３．０％、Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｏ：０．００５％以下（０％を含まない）を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であって、
且つ、［Ｃ］×［Ｃｒ］≦４という要件を満足し、
更に、ＦＰ（フェライト生成元素からなるパラメータ）が、［Ｓｉ］／５＋［Ｃｒ］／５＋２×［Ｍｏ］＋［Ｗ］＋２×［Ｖ］＋１０×［Ａｌ］≦５．０という要件を満足し、
ＡＰ（オーステナイト生成元素からなるパラメータ）が、［Ｍｎ］＋３×（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）≦２．５という要件を満足することを特徴とする冷間金型用鋼。
但し、上式で［  ］は、各元素の含有量（質量％）を示す。
【請求項２】
更に、Ｖ：０．５％以下（０％を含む）を含有する請求項１記載の冷間金型用鋼。
【請求項３】
更に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂからなる群から選択される少なくとも１種の元素を、合計０．５％以下含有する請求項１または２記載の冷間金型用鋼。
【請求項４】
更に、Ｃｏを１０％以下含有する請求項１乃至３のいずれかに記載の冷間金型用鋼。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の冷間金型用鋼を用いて得られる冷間プレス用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用鋼板や家電用鋼板などを、冷間等でプレス成形（打ち抜き、曲げ、絞り、トリミングなど）する際に用いられる冷間プレス用金型の素材として有用な冷間金型用鋼と、その冷間プレス用金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用鋼板や家電用鋼板などのプレス成形に用いられる冷間プレス用金型は、鋼板の高強度化に伴い、その寿命の改善が求められている。特に自動車用鋼板では、環境問題が考慮され、自動車の燃費を向上するために、引っ張り強度が５９０ＭＰａ以上のハイテン鋼板が採用されることが多くなってきており、今後その需要が益々高くなることが予想されている。
【０００３】
そのハイテン鋼板をプレス成形するにあたり、表面処理を施された冷間プレス用金型の表面皮膜が、早期に損傷することで、型カジリやカジリと呼ばれるプレス成形時に焼きつく現象が発生し、冷間プレス用金型の金型寿命が極端に短くなるといった問題の発生が増加している。
【０００４】
冷間プレス用金型は、母材となる冷間金型用鋼の表面に硬質皮膜処理を施すことで製造される。母材となる冷間金型用鋼は、一般に、焼鈍→切削加工→焼入焼戻処理という工程を経て製造される。
【０００５】
冷間金型用鋼として、従来から、ＪＩＳ  ＳＫＤ１１などの高Ｃ高Ｃｒの合金工具鋼や、更に耐摩耗性が改善されたＪＩＳ  ＳＫＨ５１などの高速度工具鋼が汎用されている。これらの工具鋼では、Ｃｒ系炭化物やＭｏ、Ｗ、Ｖ系炭化物の析出硬化により硬度の向上を図っている。更には、ＪＩＳ  ＳＫＨ５１が含有するＣ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖなどの合金元素を低減することで、靭性、耐摩耗性の両方を向上させたマトリックスハイスと呼ばれる低合金高速度工具鋼も、冷間金型用鋼に使用されている。また、これら冷間金型用鋼の更なる特性の改善を図ったものとして特許文献１に記載の技術や、特許文献２に記載の技術も提案されている。
【０００６】
特許文献１には、被削性や耐摩耗性といった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、耐カジリ性を得ることを目的として、適正量のＮｉやＡｌを添加し、それに応じた適正量のＣｕを添加すると共に、更にＣ及びＣｒの含有量を調整して組織中の炭化物分布を微細に分散した冷間ダイス鋼が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、従来のマトリックスハイスより焼き入れ温度を低くしても、熱処理後の硬さ、靭性などの特性が従来のマトリックスハイスと同程度の特性が得られることを目的として、焼き戻し状態でＭ２３Ｃ６型炭化物が２〜５ｖｏｌ％生成する組織を有し、かつＭＣ型炭化物及びＭ６Ｃ型炭化物の少なくともいずれかが分散析出した焼入れ焼戻し組織を有する合金工具鋼が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１６９６２４号公報
【特許文献２】特開２００４−１６９１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
冷間プレス用金型は、母材となる冷間金型用鋼の表面に硬質皮膜処理を施すことで製造される。この硬質皮膜処理としては、熱拡散によってＶＣでなる皮膜を形成するＴＤ処理、主にＴｉＣでなる皮膜を形成するＣＶＤ処理、主にＴｉＮでなる皮膜を形成するＰＶＤ処理等がある。これらの硬質皮膜処理は、金型ユーザーやプレスメーカーの事情に応じて適宜採用されている。そのため、何れの硬質皮膜処理にも対応することができる冷間金型用鋼が開発されることが求められている。また、当然のことではあるが、冷間プレス用金型には、硬さや靭性、熱処理変寸といった基本特性を確保することも求められている。
【００１０】
更には、冷間プレス用金型には、切削加工中のむしれ発生といった問題もある。むしれが発生すると切削仕上げ面粗さが大きくなるため、熱処理後のラッピング作業が困難となり、更には金型寿命の低減を招く。また、切削工具寿命も短くなり、製造コストが増大する。これらの問題を解消するためには、問題の発生原因であるＡｌ系介在物(Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ）の析出を抑制する必要があるが、Ａｌ系介在物を析出する元素であるＡｌの含有量を低減すると、逆に、硬さ低下、靭性低下、熱処理変寸量の増大といった基本特性に悪影響を及ぼすおそれがある。よって、これらの基本特性を確保した上で、切削仕上げ面粗さや切削工具寿命といった面でも問題がない冷間プレス用金型が開発されることが待ち望まれている。
【００１１】
本発明は、これら従来の問題を解決せんとしてなされたもので、硬さ、靭性、熱処理変寸といった求められる基本特性を備えた上に、様々な硬質皮膜処理にも対応することができ、更には、切削仕上げ面粗さや切削工具寿命といった面でも問題のない冷間プレス用金型の素材として有用な冷間金型用鋼と、その冷間プレス用金型を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１記載の発明は、質量％で、Ｃ：０．５〜０．７％、Ｃｒ：５．０〜７．０％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０．００１〜０．０１０％、Ｃｕ：０．２５〜１．００％、Ｎｉ：０．２５〜１．００％、Ｎ：０．００３〜０．０２５％、Ｍｏ＋０．５×Ｗ：０．５〜３．０％、Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｏ：０．００５％以下（０％を含まない）を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であって、且つ、［Ｃ］×［Ｃｒ］≦４という要件を満足し、更に、ＦＰ（フェライト生成元素からなるパラメータ）が、［Ｓｉ］／５＋［Ｃｒ］／５＋２×［Ｍｏ］＋［Ｗ］＋２×［Ｖ］＋１０×［Ａｌ］≦５．０という要件を満足し、ＡＰ（オーステナイト生成元素からなるパラメータ）が、［Ｍｎ］＋３×（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）≦２．５という要件を満足することを特徴とする冷間金型用鋼である。
但し、上式で［  ］は、各元素の含有量（質量％）を示す。
【００１３】
請求項２記載の発明は、更に、Ｖ：０．５％以下（０％を含む）を含有する請求項１記載の冷間金型用鋼である。
【００１４】
請求項３記載の発明は、更に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂからなる群から選択される少なくとも１種の元素を、合計０．５％以下含有する請求項１または２記載の冷間金型用鋼である。
【００１５】
請求項４記載の発明は、更に、Ｃｏを１０％以下含有する請求項１乃至３のいずれかに記載の冷間金型用鋼である。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の冷間金型用鋼を用いて得られる冷間プレス用金型である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の冷間金型用鋼を冷間プレス用金型の素材に用いることで、硬さ、靭性、熱処理変寸といった求められる基本特性を備えた上に、様々な硬質皮膜処理にも対応することができ、更には、切削仕上げ面粗さや切削工具寿命といった面でも問題のない冷間プレス用金型を得ることができる。また、その冷間金型用鋼を用いて得られる冷間プレス用金型は、特に、引っ張り強度が５９０ＭＰａ以上のハイテン鋼板の成形用として好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施形態に基づいて更に詳細に説明する。
【００１９】
本発明者は、まず、従来のＪＩＳ  ＳＫＤ１１やマトリックスハイスを素材に用いた冷間プレス用金型において、ＰＶＤ処理によって形成されたＴｉＮ皮膜が損傷して、カジリが発生する原因を鋭意探求した。
【００２０】
探求の結果、ＴｉＮ皮膜にカジリが発生する原因は、母材となる冷間金型用鋼に生成される粗大なＣｒ系炭化物であり、そのＣｒ系炭化物が起点となって、カジリが発生することを見出した。そのＣｒ系炭化物によるＴｉＮ皮膜の損傷のメカニズムは、図１に示す通りである。
【００２１】
まず、図１（ａ）に示すように、母材となる冷間金型用鋼１の表面に硬質皮膜処理を施すことで、表面にＴｉＮ皮膜２を形成した冷間プレス用金型を準備する。この冷間金型用鋼１が、ＪＩＳ  ＳＫＤ１１やマトリックスハイスを素材として形成されている場合、母材である冷間金型用鋼１の表面には粗大なＣｒ系炭化物３が析出している。この冷間プレス用金型を用いてプレス成形する際に、図１（ｂ）に示すように、被成形物が矢印方向に摺動すると、ＴｉＮ皮膜２にはクラック４が発生する。このクラック４が発生する部位は、ＴｉＮ皮膜２の下方の母材にＣｒ系炭化物３が析出している部位である。更に、被成形物を摺動すると、図１（ｃ）に示すように、そのクラック４が起点となって、ＴｉＮ皮膜２に剥離が生じ、カジリが発生する。
【００２２】
以上説明したように、ＴｉＮ皮膜のカジリ発生の原因はＣｒ系炭化物である。本発明者は、このＣｒ系炭化物の生成を抑制することで、ＴｉＮ皮膜の剥離を防止でき、金型寿命が極端に短くなるといった問題を発生することを抑制できることを見出した。
【００２３】
母材となる冷間金型用鋼の表面に析出する粗大なＣｒ系炭化物３の生成を抑制して、ＰＶＤ処理によって形成したＴｉＮ皮膜の寿命を長くするためには、鋼中のＣの含有量とＣｒの含有量を低減させれば良い。しかし、Ｃの含有量を低減させ過ぎると、冷間金型用鋼の表面に、ＴＤ処理によるＶＣ皮膜や、ＣＶＤ処理によるＴｉＣ皮膜を形成することが難しくなる。そこで、本発明では、Ｃの含有量を０．５〜０．７質量％、Ｃｒの含有量を５．０〜７．０質量％とした上で、それらの含有量の積を規定することによって、冷間金型用鋼の表面に粗大なＣｒ系炭化物３を析出させず、且つ一方で、必要とする十分な厚みのＶＣ皮膜やＴｉＣ皮膜を形成することを可能とした。
【００２４】
また、本発明では、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ａｌといったフェライト生成元素からなるパラメータと、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉといったオーステナイト生成元素からなるパラメータも規定した。
【００２５】
Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ａｌといったフェライト生成元素の合計含有量が多過ぎた場合、冷間金型用鋼の硬さと靭性のバランスが崩れると共に、切削加工仕上げ面精度も悪化する。そこで、本発明では、フェライト生成元素からなるパラメータ（ＦＰ）を数式化し、その式を満足するようにフェライト生成元素の合計含有量を規定することで、冷間金型用鋼の硬さと靭性のバランスを良好にする共に、切削加工仕上げ面精度も向上させた。
【００２６】
また、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉといったオーステナイト生成元素の合計含有量が多過ぎた場合、残留オーステナイトが多くなることにより熱処理変寸量のばらつきが増大すると共に、切削時の工具寿命が短くなる。そこで、本発明では、オーステナイト生成元素からなるパラメータ（ＡＰ）を数式化し、その式を満足するようにオーステナイト生成元素の合計含有量を規定することで、鋼中の残留オーステナイトを少なくして熱処理変寸量のばらつきを減少させると共に、切削時の工具寿命を長くした。
【００２７】
以下、本発明の冷間金型用鋼中の化学成分の含有量の範囲限定理由について、元素毎に詳細に説明する。尚、本明細書中に記載する％は全て質量％を示す。
【００２８】
Ｃ：０．５〜０．７％
Ｃは、硬さ及び耐摩耗性を確保し、ＨＡＺ軟化の抑制にも寄与する元素である。また、金型母材の表面に、ＴＤ処理によるＶＣ皮膜や、ＣＶＤ処理によるＴｉＣ皮膜といった炭化物皮膜を形成する場合、Ｃの含有量が少ないと皮膜の厚さが薄くなるなどの問題もある。これらを勘案し、上記作用を有効に発揮させるためにＣの含有量の下限を０．５％とした。また、その下限は０．５５％であることが好ましい。但し、その含有量が過剰であると、粗大なＣｒ系炭化物が生成して、ＰＶＤ処理で形成されるＴｉＮ皮膜が剥離し易くなる。また、Ｃの含有量が過剰であると、残留オーステナイトが増加し、高温で焼戻処理を行わないと所望の硬さが得られないほか、焼戻処理後に膨張するなどして変寸が大きくなる。更に、Ｃの含有量が過剰であると靭性にも悪影響を及ぼす。よって、Ｃの含有量の上限を０．７％とした。また、その上限は０．６５％であることが好ましい。
【００２９】
Ｃｒ：５．０〜７．０％
Ｃｒは、所定の硬さを確保するために有用な元素である。詳しくは、Ｃｒの含有量が少な過ぎると、焼入性が不足してベイナイトが一部生成するため、硬さが低下し、耐摩耗性を確保することができない。更に、Ｃｒは金型の耐食性を確保するためにも有用な元素である。そこでＣｒの含有量の下限を５．０％とした。また、その下限は５．５％であることが好ましい。但し、その含有量が過剰であると、粗大なＣｒ系炭化物が多量に生成して、ＰＶＤ処理で形成されるＴｉＮ皮膜が剥離し易くなる。また、Ｃｒの含有量が過剰であると、熱処理後の収縮によって硬質皮膜の耐久性が低下する。更に、Ｃｒの含有量が過剰であると靭性にも悪影響を及ぼす。そこでＣｒの含有量の上限を７．０％とした。また、その上限は６．５％であることが好ましい。
【００３０】
Ｓｉ：０．５〜２．０％
Ｓｉは、製鋼時の脱酸元素として有用であり、硬さの向上と被削性確保に寄与する元素である。また、Ｓｉはマトリックスのマルテンサイトの焼戻し軟化を抑え、ＨＡＺ軟化の抑制に有用である。このような作用を有効に発揮するため、Ｓｉの含有量の下限を０．５％とした。その含有量は、好ましくは１．０％以上、より好ましくは１．２％以上である。但し、その含有量が過剰であると靭性が低下する。また、偏析が大きくなり、熱処理後の変寸が大きくなる。よってＳｉの含有量の上限を２．０％とした。その含有量は、好ましくは１．８５％以下である。
【００３１】
Ｍｎ：０．１〜２．０％
Ｍｎは、焼入性確保に有用な元素である。しかし、その含有量が過剰であると、残留オーステナイトが増加するため、高温で焼戻処理を行わないと所望の硬さが得られなくなるほか、靭性も低下する。これらを勘案して、Ｍｎの含有量を０．１〜２．０％の範囲に定めた。Ｍｎの含有量の下限は、好ましくは０．１５％であり、その上限は、好ましくは１．０％、より好ましくは０．５％、更に好ましくは０．３５％である。
【００３２】
Ａｌ：０．００１〜０．０１０％
Ａｌは、脱酸剤として有用な元素である。しかし、含有量が０．００１％未満であると、その効果は十分に得ることはできない。従って、Ａｌの含有量の下限を０．００１％とした。その下限は好ましくは０．００２％である。一方、Ａｌ２Ｏ３や粗大なＡｌＮといったＡｌ系介在物は、切削中にむしれの原因となり、切削仕上げ面精度を低下させるため、Ａｌの含有量の上限を０．０１０％とした。その上限は、好ましくは０．００８％である。
【００３３】
Ｃｕ：０．２５〜１．００％
Ｃｕは、ε−Ｃｕの析出強化による硬さ向上を図るために必要な元素であり、ＨＡＺ軟化の抑制にも寄与する。但し、その含有量が過剰であると、靭性が低下し、また、鍛造割れが発生し易くなる。そこでＣｕの含有量の上限を１．００％とした。また、その上限は０．８０％であることが好ましい。また、Ｃｕの含有量の下限は０．２５％である。また、その下限は０．３０％であることが好ましい。
【００３４】
Ｎｉ：０．２５〜１．００％
Ｎｉは、Ｎｉ３ＡｌなどのＡｌ−Ｎｉ系金属間化合物の析出強化による硬さ向上を図るために必要な元素であり、ＨＡＺ軟化の抑制にも寄与する。また、ＮｉはＣｕと併用することにより、Ｃｕの過剰添加による熱間脆性を抑制し、鍛造時の割れを防止することもできる。但し、その含有量が過剰であると、残留オーステナイトが増加して高温で焼戻処理をしないと所定の硬さを確保できないほか、熱処理後に膨張してしまう。また、Ｎｉの含有量が過剰であると、靭性も低下する。これらを勘案して、Ｎｉの含有量を０．２５〜１．００％の範囲に定めた。Ｎｉの含有量の下限は、好ましくは０．３０％であり、その上限は、好ましくは０．８０％である。
【００３５】
Ｎ：０．００３〜０．０２５％
Ｎは、Ａｌと共にＡｌＮ析出物を形成して、焼入時の結晶粒粗大化を防止して、優れた靭性を達成するために重要な元素である。優れた靭性を達成するためにＮの含有量の下限を０．００３％とした。その下限は０．００４％であることが好ましい。また、Ｎの含有量の上限を０．０２５％とした。その上限は０．０１７％であることが好ましい。
【００３６】
Ｍｏ＋０．５Ｗ：０．５〜３．０％
ＭｏとＷは、何れもＭ３Ｃ型炭化物、Ｍ６Ｃ型炭化物を形成するほか、Ｎｉ３Ｍｏ系金属間化合物などを形成し、析出強化に寄与する元素である。但し、これらの含有量が過剰であると、前記の炭化物などが過剰に生成し、靭性の低下を招くほか、熱処理後の変寸が大きくなる。そこで、Ｍｏ＋０．５×Ｗの式に当てはめた場合のＭｏとＷの合計含有量を０．５〜３．０％の範囲に定めた。Ｍｏ単独の含有量も、０．５〜３．０％の範囲が好ましい。また、Ｗ単独の含有量は、２．０％以下（０％を含む）であることが好ましい。即ち、Ｍｏが必須元素、Ｗが選択元素である。但し、Ｗ単独の含有量の下限は、０．０２％であることがより好ましい。また、Ｍｏ単独の含有量の下限は０．７％、上限は２．５％であることが更に好ましい。Ｗ単独の含有量の下限は０．０５％、上限は１．５％であることが更に好ましい。
【００３７】
Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）
Ｐは、溶解原料中に不可避的に存在する元素であり、靭性を阻害する元素である。そのため、Ｐの含有量の上限を０．０５％とした。その上限は、好ましくは０．０２％である。
【００３８】
Ｓ：０．１％以下（０％を含まない）
Ｓは、被削性確保に有用な元素である。被削性確保の観点からはＳを、好ましくは０．００２％以上、より好ましくは０．００４％以上の含有量とすることが推奨される。しかし、その含有量が過剰であると溶接割れが発生する。そこでＳの含有量の上限を０．１％とした。Ｓの含有量の上限は、好ましくは０．０７％、より好ましくは０．０５％、更に好ましくは０．０２５％である。
【００３９】
Ｏ：０．００５％以下（０％を含まない）
Ｏは、溶鋼中に含まれる元素で、不可避的に鋼中に含まれる。Ｏの含有量が高いと、Ｓｉ、Ａｌなどと反応し、酸化物系の介在物を形成する。そのため、Ｏの含有量の上限を０．００５％とした。その上限は、好ましくは０．００３％、より好ましくは０．００２％である。
【００４０】
更に、本発明は、先に説明した各数式を満足することを必須要件としている。尚、各数式に示す［  ］は、各元素の含有量（質量％）を示す。
【００４１】
［Ｃ］×［Ｃｒ］≦４
上記数式は、粗大なＣｒ系炭化物の生成抑制を目的として設定した数式である。Ｃの含有量とＣｒの含有量の積が４を超えると、硬質皮膜の耐久性が低下するほか、熱処理後の変寸が大きくなる。尚、粗大なＣｒ系炭化物の生成抑制や、熱処理後の変寸抑制の観点からは、Ｃの含有量とＣｒの含有量の積は出来るだけ小さいことが好ましいが、ＣやＣｒの添加による上記作用を有効に発揮させることなども勘案すると、この積の下限は、概ね０．８であることが好ましい。
【００４２】
ＦＰ＝［Ｓｉ］／５＋［Ｃｒ］／５＋２×［Ｍｏ］＋［Ｗ］＋２×［Ｖ］＋１０×［Ａｌ］≦５．０
上記数式は、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ａｌといったフェライト生成元素の合計含有量をパラメータ化し規定した数式である。このパラメータ（ＦＰ）が、５．０より大きくなると、冷間金型用鋼の硬さと靭性のバランスが崩れると共に、切削加工仕上げ面精度も悪化する。このパラメータ（ＦＰ）は、４．８以下であることがより好ましい。
【００４３】
ＡＰ＝［Ｍｎ］＋３×（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）≦２．５
上記数式は、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉといったオーステナイト生成元素の合計含有量をパラメータ化し規定した数式である。このパラメータ（ＡＰ）が、２．５より大きくなると、残留オーステナイトが多くなり、熱処理変寸量のばらつきが増大すると共に、切削時の工具寿命が短くなる。このパラメータ（ＡＰ）は、２．３以下であることがより好ましい。
【００４４】
本発明の冷間金型用鋼中の基本成分に関する要件は以上の通りである。残部は鉄及び不可避的不純物である。また、本発明では、他の特性改善を目的として、更に以下の選択成分を含有させても良い。
【００４５】
Ｖ：０．５％以下（０％を含む）
Ｖは、ＶＣなどの炭化物を形成して硬さ向上に寄与するほか、ＨＡＺ軟化の抑制に有効な元素である。また、母材表面に、ガス窒化、塩溶窒化、プラズマ窒化などの窒化処理を施して拡散硬化層を形成する場合に、表面硬さの向上や硬化層深さの上昇に有効な元素である。このような作用を有効に発揮させるためには、Ｖの含有量は、概ね０．０５％以上添加することが好ましい。但し、その含有量が過剰であると、固溶Ｃ量が低下し、母相であるマルテンサイト組織の硬さ低下を招くほか、靭性が低下する。そこでＶの含有量の上限を０．５％とした。Ｖの含有量の上限は、好ましくは０．４％、より好ましくは０．３％である。
【００４６】
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂからなる群から選択される少なくとも１種の元素：合計０．５％以下
これらの元素は、何れも窒化物形成元素であり、これら元素の窒化物及びＡｌＮの微細分散化に寄与し、その結果、結晶粒の粗大化を防止して靭性の向上に寄与する元素である。以上のような作用を有効に発揮させるため、概ね、Ｔｉを０．０１％以上、Ｚｒを０．０２％以上、Ｈｆを０．０４％以上、Ｔａを０．０４％以上、Ｎｂを０．０２％以上、含有させることが好ましい。但し、これらの合計含有量が過剰であると、固溶Ｃ量が低下してマルテンサイトの硬さ低下を招く。そこでこれらの元素の合計含有量を０．５％以下とした。これらの元素の合計含有量は、好ましくは０．４％以下、更に好ましくは０．３％以下である。尚、これらの元素は、単独で含有させても良く、２種以上を併せて含有させても良い。
【００４７】
Ｃｏ：１０％以下
Ｃｏは、Ｍｓ点を高め、残留オーステナイトの低減化に有効な元素であり、これにより硬さを向上させることができる。この作用を有効に発揮させるため、Ｃｏの含有量を、概ね、１％以上とすることが好ましい。但し、その含有量が過剰であると、コストなどの上昇を招くため、上限を１０％とした。Ｃｏの含有量の上限は、好ましくは５．５％である。
【００４８】
以上記載した要件を満足した冷間金型用鋼を用いて、冷間プレス用金型が製造される。この冷間プレス用金型の製造方法の一例を説明すると、例えば、本発明の冷間金型用鋼を溶製後、熱間鍛造してから、焼鈍（例えば、約７００℃で７時間保持した後、約１７℃／ｈｒの平均冷却速度で約４００℃まで炉冷した後、放冷）を行って軟化した後、切削加工などによって所定の形状に粗加工を行ってから、９５０〜１１５０℃の温度で焼入処理し、更に４００〜５３０℃で焼戻処理を行って所望の硬さを付与することで、冷間プレス用金型を製造する。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本実施例では、表１に記載した計２６種の成分組成の鋼種（Ｎｏ．１は、冷間金型用鋼として従来から用いられているＪＩＳ  ＳＫＤ１１）を用い、真空誘導溶解炉で１５０ｋｇのインゴットを溶製した後、９００〜１１５０℃に加熱し、４０ｍｍＴ×７５ｍｍＷ×約２０００ｍｍＬの板を鍛造し、その後、約６０℃／ｈｒの平均冷却速度で徐冷を行った。１００℃以下の温度まで冷却した後、再び、約８５０℃の温度まで加熱し、約５０℃／ｈｒの平均冷却速度で徐冷を行った（焼鈍）。以上のようにして得られた焼鈍材を用いて、以下の種々の試験を行った。
【００５０】
（１）最大硬さの測定
前記した焼鈍材から、２０ｍｍＴ×２０ｍｍＷ×１５ｍｍＬサイズの試験片を切り出して硬さ測定用試験片とし、この試験片に、「焼入処理：１０３０℃で１２０分間加熱→空冷→焼戻処理：４５０〜５２０℃で１８０分間保持→放冷」という熱処理を施した。焼戻温度を４５０〜５２０℃範囲内で変化させたときの硬さをビッカーズ硬度計（ＡＫＡＳＨＩ社製の規格ＡＶＫ、荷重５ｋｇ）で測定し、その最大硬さを調べた。本試験では、測定で得られた最大硬さが６５０ＨＶ以上のものを合格とした。その試験結果を表２に示す。
【００５１】
（２）シャルピー衝撃値の測定（靭性の測定）
上記した焼鈍材に対し、「焼入処理：１０３０℃で１２０分間加熱→空冷→焼戻処理：４５０〜５２０℃で１８０分間保持→空冷または放冷」という熱処理を施した。次に、図２に示すような、１０ｍｍＲのＲノッチ部を有する試験片を切り出して靭性測定用試験片（シャルピー衝撃試験片）とした。この試験片を用いてシャルピー衝撃試験を実施し、室温での吸収エネルギー（シャルピー衝撃値）を測定した。シャルピー衝撃試験片は各の鋼種毎に３本ずつ採取し、これらの平均値をシャルピー衝撃値とした。本試験では、測定で得られたシャルピー衝撃値が２０Ｊ以上のものを合格とした。その試験結果を表２に示す。
【００５２】
（３）切削仕上げ面粗さの調査
前記した焼鈍材を試験体とし、ボールエンドミルで仕上げ加工を行い、切削仕上げ面粗さを調べた。試験条件は以下の通りである。
機械：ＭＯＲＩ（ＢＴ４０、５．５ｋｗ）
工具：三菱  ＳＲＦＨ３０Ｓ３２Ｍ  φ３０
チップ：三菱  ＳＲＦＴ３０  ＶＰ１０ＭＦ  φ３０
突出長：１１８ｍｍ
切削方向：ダウンカット
切削速度：２５０ｍｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３１ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：Ａｄ０．３ｍｍ、Ｒｄ０．７ｍｍ
切削油：なし（エアブロー）
加工距離：２５７．１ｍ
【００５３】
切削仕上げ面粗さＲａは、試験体の１０ｍｍの長さ範囲を５箇所調査して得られた値の平均値とした。本試験では、試験で得られた切削仕上げ面粗さＲａが０．４０ｍｍ以下のものを合格とした。その試験結果を表２に示す。
【００５４】
（４）切削工具寿命の判定
前記した焼鈍材を試験体とし、高送りカッタによる粗加工を行い、切削工具の寿命を調査した。試験条件は以下の通りである。
機械：ＯＫＫ（ＢＴ５０、７．５ｋｗ）
工具：三菱  ＡＪＸ１４８Ｒ５０３ＳＡ４２Ｓ  φ５０
チップ：ＪＯＭＷ１４０５２０ＺＤＳＲ−ＦＴ  ＶＰ１５ＴＦ
切削速度：１０ｍ／ｍｉｎ
送り量：１．０ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：Ａｄ１ｍｍ、Ｒｄ３５ｍｍ
突出長：８０ｍｍ
切削油：なし（エアブロー）
寿命判定：工具摩耗、チッピング
【００５５】
切削工具寿命は、ＪＩＳ  ＳＫＤ１１を素材とした試験体（Ｎｏ．１）を用いて粗加工を行ったときの切削工具の寿命を「１」とした場合、各々の試験体を用いて粗加工を行ったときの切削工具の寿命が、ＳＫＤ１１を素材とした試験体（Ｎｏ．１）を用いて粗加工を行ったときの切削工具の寿命の何倍になるかで判定した。この判定値が４．０以上になるものを合格とした。その試験結果を表２に示す。
【００５６】
（５）最大熱処理変寸量の測定
前記した焼鈍材から、４０ｍｍＴ×７５ｍｍＷ×１００ｍｍＬのブロックを、焼鈍材毎に６個ずつ切り出して最大熱処理変寸量測定用の試験体とし、この試験体に、図３に示すような条件で熱処理を施した。最大熱処理変寸量は、６個の試験体の熱処理前後の寸法変化量から求めた。試験体毎に直交する３方向（ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向）の寸法変化量を夫々求め、得られた３方向×６個の絶対値のうち最大の数値を、最大熱処理変寸量とした。本試験では、この最大熱処理変寸量が０．０８以下のものを合格とした。その試験結果を表２に示す。
【００５７】
【表１】
0005276330.tif 000002
【００５８】
【表２】
0005276330.tif 000003
【００５９】
表１及び表２に記載したように、各化学成分の含有量、Ｃの含有量とＣｒの含有量の積、フェライト生成元素からなるパラメータ、オーステナイト生成元素からなるパラメータの全てが本発明の要件を満足する発明例であるＮｏ．７〜９、１１、１５〜２０は、最大硬さ、シャルピー衝撃値、切削仕上げ面粗さ、切削工具寿命、最大熱処理変寸量の全てが合格判定基準の範囲内となった。これに対し、本発明の要件を１つでも満たさない比較例であるＮｏ．１〜６、１０、１２〜１４、２１〜２６は、合格判定基準を最低１つは外し、何らかの不具合を有している。
【００６０】
Ｎｏ．１〜６、１０、１２〜１４、２１〜２６の比較例は、前記した本発明の要件のうち、１つ或いは２つ以上の要件を外すことで、何らかの不具合を有しているが、前記に記載した要件毎に特徴のあるものを比較例とした。以下、本発明に規定した要件毎に該当する比較例を説明する。
【００６１】
Ｃの含有量とＣｒの含有量が多過ぎる比較例がＮｏ．１とＮｏ．２、逆にＣの含有量とＣｒの含有量が少な過ぎる比較例がＮｏ．３とＮｏ．４である。これらの含有量が多過ぎる比較例、少な過ぎる比較例ともに、シャルピー衝撃値（靭性）、切削仕上げ面粗さ、切削工具寿命、最大熱処理変寸量の全て、或いは何れかで合格判定基準を外れた。
【００６２】
Ｓｉの含有量が多過ぎる比較例がＮｏ．２１、逆に少な過ぎる比較例がＮｏ．１である。特にその含有量が過剰であるＮｏ．２１では、靭性が大きく低下し、シャルピー衝撃値で合格判定基準を外れた。また、合格判定基準の範囲内ではあるが、熱処理後の変寸が比較的大きくなった。
【００６３】
Ｍｎの含有量が多過ぎる比較例がＮｏ．２２である。この比較例では、靭性が大きく低下し、シャルピー衝撃値で合格判定基準を外れた。更に、切削工具寿命、最大熱処理変寸量でも合格判定基準を外れている。
【００６４】
Ａｌの含有量が多過ぎる比較例がＮｏ．１０、逆に少な過ぎる比較例がＮｏ．６である。Ａｌ含有量が多過ぎる比較例のＮｏ．１０では、ボールエンドミルで仕上げ加工をした際にむしれが発生し、切削仕上げ面精度が悪化した。また、少な過ぎる比較例のＮｏ．６では、シャルピー衝撃値で合格判定基準を外れた。
【００６５】
Ｃｕの含有量が多過ぎる比較例がＮｏ．２３、逆に少な過ぎる比較例がＮｏ．５である。その含有量が過剰であるＮｏ．２３では、靭性が低下し、シャルピー衝撃値で合格判定基準を外れた。更に、切削工具寿命、最大熱処理変寸量でも合格判定基準を外れている。一方、含有量が少な過ぎる比較例のＮｏ．５でも、シャルピー衝撃値、最大熱処理変寸量で合格判定基準を外れた。
【００６６】
Ｎｉの含有量が多過ぎる比較例がＮｏ．２３、逆に少な過ぎる比較例がＮｏ．１である。その含有量が過剰であるＮｏ．２３では、シャルピー衝撃値、最大熱処理変寸量で合格判定基準を外れた。また、切削工具寿命でも合格判定基準を外れている。
【００６７】
Ｍｏ＋０．５Ｗから求められる数値が小さ過ぎる比較例がＮｏ．２４であり、その数値が本発明の範囲内ではあるが、境界値である最大の３．０％にあたる事例がＮｏ．２５である。Ｎｏ．２４では、最大硬さとシャルピー衝撃値で合格判定基準を外れた。また、Ｎｏ．２５では、他の要件を外した影響はあるが、シャルピー衝撃値が低下している。
【００６８】
Ｖの含有量が多過ぎる比較例がＮｏ．２６である。この比較例のＮｏ．２６では、Ｖの含有量が過剰であったため、靭性が低下し、シャルピー衝撃値で合格判定基準を外れた。また、切削仕上げ面粗さでも合格判定基準を外れた。
【００６９】
Ｃの含有量とＣｒの含有量の積が多過ぎる比較例が、Ｎｏ．１とＮｏ．２である。Ｎｏ．１とＮｏ．２は、この影響で、切削工具の寿命が著しく短くなったと共に、熱処理後の変寸が大きくなった。
【００７０】
Ｎの含有量が多過ぎる比較例がＮｏ．２７である。その結果、靭性が低下し、シャルピー衝撃値で合格判定基準を外れた。
【００７１】
フェライト生成元素からなるパラメータが大き過ぎる比較例が、Ｎｏ．１〜４とＮｏ．２５である。この影響で、これらの比較例では、靭性のバランスが崩れたり、切削加工仕上げ面精度が悪化したりしている。特にこの要件のみを外したＮｏ．２５では、靭性が大きく低下し、シャルピー衝撃値で合格判定基準を外れた。
【００７２】
オーステナイト生成元素からなるパラメータが大き過ぎる比較例が、Ｎｏ．２〜５、Ｎｏ．１２、１３、２２、２３である。この影響で、これらの比較例では、残留オーステナイトが多くなり、熱処理変寸量が増大すると共に、切削時の工具寿命が短くなっている。特にこの要件のみを外したＮｏ．１２とＮｏ．１３では、切削工具寿命と最大熱処理変寸量のみで合格判定基準を外れている。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】Ｃｒ系炭化物によるＴｉＮ皮膜の損傷のメカニズムを示すもので、（ａ）は元の冷間プレス用金型を示す縦断面図、（ｂ）は冷間プレス用金型のＴｉＮ皮膜にクラックが発生した状態を示す縦断面図、（ｃ）はそのクラックが起点となってＴｉＮ皮膜に剥離が発生した状態を示す縦断面図である。
【図２】実施例のシャルピー衝撃値の測定で用いたシャルピー衝撃試験片を示す説明図である。
【図３】実施例最大熱処理変寸量の測定で用いた試験体に、熱処理を施す際の熱処理条件を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…冷間金型用鋼
２…ＴｉＮ皮膜
３…Ｃｒ系炭化物
４…クラック
【図１】
0005276330.tif 000004
【図２】
0005276330.tif 000005
【図３】
0005276330.tif 000006