(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で（以下同じ）、Ｃ：０．５〜１．６％、Ｓｉ：≦３．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｎｉ：４．０％以下、Ｃｒ：３．０超〜１５．０％、２Ｍｏ＋Ｗ：０．１〜８．０％、Ｓ：０．２０〜０．４０％、Ｃａ：０．０００２〜０．０２％、Ｏ：０．０００２〜０．０２％を含有し、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性冷間工具鋼。
【請求項２】
Ｃ：０．５〜１．６％、Ｓｉ：≦３．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｎｉ：４．０％以下、Ｃｒ：３．０超〜１５．０％、２Ｍｏ＋Ｗ：０．１〜８．０％、Ｓ：０．２０〜０．４０％、Ｃａ：０．０００２〜０．０２％、Ｏ：０．０００２〜０．０２％を含有し、さらにＶ：０．０５〜３．０％、Ｎｂ：０．０２〜２．０％およびＴａ：０．０２〜２．０％の１種または２種以上を含有し、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性冷間工具鋼。
【請求項３】
Ｃ：０．５〜１．６％、Ｓｉ：≦３．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｎｉ：４．０％以下、Ｃｒ：３．０超〜１５．０％、２Ｍｏ＋Ｗ：０．１〜８．０％、Ｓ：０．２０〜０．４０％、Ｃａ：０．０００２〜０．０２％、Ｏ：０．０００２〜０．０２％を含有し、さらにＴｅ：０．００５〜０．０５％、Ｐｂ：０．０５〜０．５０％、Ｓｅ：０．０２〜０．２０％およびＢｉ：０．０１５〜０．１５％の１種または２種以上を含有し、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性冷間工具鋼。
【請求項４】
Ｃ：０．５〜１．６％、Ｓｉ：≦３．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｎｉ：４．０％以下、Ｃｒ：３．０超〜１５．０％、２Ｍｏ＋Ｗ：０．１〜８．０％、Ｓ：０．２０〜０．４０％、Ｃａ：０．０００２〜０．０２％、Ｏ：０．０００２〜０．０２％を含有し、さらにＶ：０．０５〜３．０％、Ｎｂ：０．０２〜２．０％およびＴａ：０．０２〜２．０％の１種または２種以上を含有し、またＴｅ：０．００５〜０．０５％、Ｐｂ：０．０５〜０．５０％、Ｓｅ：０．０２〜０．２０％およびＢｉ：０．０１５〜０．１５％の１種または２種以上を含有し、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性冷間工具鋼。
【請求項５】
上記快削性冷間工具鋼の用途がＨＲＣ４５以上の硬さのプレハードン状態で加工することができるプレハードン用であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の快削性冷間工具鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス型などに用いる快削性に優れた冷間工具鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プレス型などの冷間工具は、冷間工具鋼を機械切削などにより製品の形状に成形した後焼入れ焼戻しをし、その後歪み取りなどの精密加工を行って製品としていた。
しかし、近年新製品開発期間やモデルチェンジ期間の短縮により金型の製作期間の短縮が要望されるようになってきており、また、切削技術も大幅に進歩してプレハードン状態で加工することができるようになってきたため、本出願人は、プレハードン状態でも加工することができる冷間工具鋼を開発して特願平７─２９０５２５号（特開平９─１１１４００号公報）として特許出願した。
【０００３】
この冷間工具鋼は、ＨＲＣ５０前後になるように焼入れ焼戻をした後、機械切削により製品の形状に成形し、その後フレームハードにより表面硬さをＨＲＣ６０以上にするものであるため、従来のものより製造時間を短縮することができるが、機械加工後にフレームハードをする必要があるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、靱性を大幅に低下することなく、ＨＲＣ４５以上の硬さのプレハードン状態で切削加工をすることができる快削性冷間工具鋼を提供することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者達は、靱性を低下することなくプレハードン状態で切削工加工をすることができる快削性冷間工具鋼について研究していたところ、Ｓ、ＣａおよびＯを複合添加すると、凝固時にＣａＯなどのＣａ酸化物が分散され、ＭｎＳの凝固時の核となることによりＭｎＳなどの非金属介在物が粗大に晶出するのが防止され、ＭｎＳが均一微細に分散され、靱性を低下することなく、被削性を改善することができるとの知見を得て本発明をなしたものである。
【０００６】
すなわち、本発明の快削性冷間工具鋼においては、Ｃ：０．５〜１．６％、Ｓｉ：≦３．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｎｉ：４．０％以下、Ｃｒ：３．０超〜１５．０％、２Ｍｏ＋Ｗ：０．１〜８．０％、Ｓ：０．２０〜０．４０％、Ｃａ：０．０００２〜０．０２％、Ｏ：０．０００２〜０．０２％を含有し、更に必要に応じてＴｅ：０．００５〜０．０５％、Ｐｂ：０．０５〜０．５０％、Ｓｅ：０．０２〜０．２０％およびＢｉ：０．０１５〜０．１５％の１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるものとすることである。
【０００７】
また、本発明の快削性冷間工具鋼においては、Ｃ：０．５〜１．６％、Ｓｉ：≦３．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｎｉ：４．０％以下、Ｃｒ：３．０超〜１５．０％、２Ｍｏ＋Ｗ：０．１〜８．０％、Ｓ：０．２０〜０．４０％、Ｃａ：０．０００２〜０．０２％、Ｏ：０．０００２〜０．０２％を含有し、更にＶ：０．０５〜３．０％、Ｎｂ：０．０２〜２．０％およびＴａ：０．０２〜２．０％の１種または２種以上を含有し、必要に応じて更にＴｅ：０．００５〜０．０５％、Ｐｂ：０．０５〜０．５０％、Ｓｅ：０．０２〜０．２０％およびＢｉ：０．０１５〜０．１５％の１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるものとすることである。
【０００８】
また、本発明の快削性冷間工具鋼においては、その用途をＨＲＣ４５以上の硬さのプレハードン状態で加工することができるプレハードン用とすることである。
【０００９】
【作用】
次に、本発明のプレハード用冷間工具鋼の成分組成および硬さを上記のように限定した理由を説明する。
Ｃ：０．５〜１．６％
Ｃは、基地の硬さを高めるとともに焼戻しにより二次炭化物を生成して耐摩耗性を確保するために含有させる元素で、０．５％より少ないと必要な硬さを確保することができず、また１．６％より多く含有させると粗大な一次炭化物の生成が原因となって靱性を低下するとともに被削性を低下するので、その含有量を０．５〜１．６％とする。
【００１０】
Ｓｉ：３．０％以下
Ｓｉは、パーライトおよびベーナイト焼入れ性を向上し、焼戻し硬さを増大させるために含有させる元素であるが、３．０％を超えて含有させると靱性が低下するので、その含有量を３．０％以下とする。
Ｍｎ：０．２〜２．０％
Ｍｎは、パーライトおよびベーナイト焼入れ性を向上し、ＭｎＳを生成させるために含有させる元素で、０．２％より少ないとＭｎＳの生成量が少なくなって被削性を向上させることができず、また２．０％を超えて含有させると残留オーステナイト生成の原因となり、靱性も低下するので、その含有範囲を０．２〜２．０％する。
【００１１】
Ｎｉ：０．４％以下
Ｎｉは、焼入性を向上させるために含有させる元素で、４．０％を超えると残留オーステナイトが増加して必要な硬さを確保するのが困難となり、また靱性も低下するので、その含有量を４．０％以下とする。
Ｃｒ：３．０超〜１５．０％
Ｃｒは、焼入れ性を向上させるために含有させる元素で、３．０％以下であるとその効果が小さく、１５．０％を超えると高硬度の炭化物が多くなって被削性を低下するので、その含有量をＣｒ：３．０超〜１５．０％とする。
【００１２】
２Ｍｏ＋Ｗ：０．１〜８．０％
ＭｏおよびＷは、ベイナイト焼入性を向上し、焼戻し硬さを高くするために含有させる元素で、０．１％より少ないとその効果が少なく、また８．０％を超えると難固溶の一次炭化物が増大して焼入温度を上昇し、靱性を低下するので、その含有量を０．１〜８．０％とする。
Ｓ：０．２０〜０．４０％
Ｓは、被削性を向上させるために含有させる元素で、０．２０％より少ないと被削性が改善されず、０．４０％を超えると靱性、硬さおよび熱間加工性を低下するので、その含有量を０．２０〜０．４０％とする。
【００１３】
Ｃａ：０．０００２〜０．０２％
Ｃａは、ＭｎＳに固溶し、また酸化物としてＭｎＳの核となることによりＭｎＳを均一微細に分散させ、靱性の劣化を抑制するとともに被削性を向上させるために含有させる元素で、０．０００２％より少ないとその効果がなく、０．０２％を超えると靱性が低下するので、その含有量を０．０００２〜０．０２％とする。
Ｏ：０．０００２〜０．０２％
Ｏは、Ｃａ酸化物を形成してＭｎＳが凝固する時の核となり、ＭｎＳがコロニー状に晶出するのを防止し、ＭｎＳを均一微細に分散させるために含有させる元素で、０．０００２より少ないとその効果がなく、０．０２％を超えると靱性が低下するので、その含有量を０．０００２〜０．０２％とする。
【００１４】
Ｖ：０．０５〜３．０％
Ｖは、高温焼戻し硬さを増大し、結晶粒の粗大化を防止するために含有させる元素で、０．０５％より少ないとその効果が少なく、３．０％を超えると難固溶の一次炭化物量が増大して焼入温度を上昇し、靱性および被削性を低下するので、その含有量を０．０５〜３．０％とする。
Ｎｂ、Ｔａ：０．０２〜２．０％
ＮｂおよびＴａは、結晶粒の成長を抑制するために含有せさる元素で、０．０２％より少ないと結晶粒の成長抑制効果がなく、２．０％を超えると難固溶の一次炭化物が増大して焼入温度を上昇し、靱性および被削性を低下するので、その含有量を０．０５〜２．０％とする。
【００１５】
Ｔｅ：０．００５〜０．０５％
Ｔｅは、ＭｎＴｅを形成させて被削性を向上させるために含有させる元素で、０．００５％より少ないとこれらの効果がなく、０．０５％を超えると靭性および熱間加工性が低下するので、その含有範囲を０．０５〜０．０５％とする。
Ｐｂ：０．０５〜０．５０％
Ｐｂは、被削性を向上させるために含有させる元素で、０．０５％より少ないとその効果がなく、０．５０％を超えると熱間衝撃性を低下するので、その含有量を０．０５〜０．５０％とする。
【００１６】
Ｓｅ：０．０２〜０．２０％
Ｓｅは、被削性を向上させるために含有させる元素で、０．０１％より少ないとその効果がなく、０．２０％を超えると靱性を低下するので、その含有量を０．０２〜０．２０％とする。
Ｂｉ：０．０１５〜０．１５％
Ｂｉは、被削性を向上させるために含有させる元素で、０．０１５％より少ないとその効果がなく、０．１５％を超えると靱性を低下するので、その含有量を０．０１〜０．１０％とする。
【００１７】
本願発明において、焼入れ焼戻しの熱処理後の硬さをＨＲＣ４５以上にしているのは、ＨＲＣ４５より低いと金型などの製品に必要な硬さにならないからである。また硬さが高くなり過ぎると金型などの製品にするための機械切削による加工が困難になるので、ＨＲＣ６３に以下するのが好ましい。
この硬さにするには、１０００〜１０５０℃に加熱した後空冷し、その後１５０℃〜６００℃で空冷することによって達成することができる。
【００１８】
本発明の快削性冷間工具鋼は、成分組成および硬さを上記構成にしたことにより、凝固時にＣａＯなどのＣａ酸化物が分散され、ＭｎＳの凝固時の核となることによりＭｎＳなどの非金属介在物が粗大に晶出するのを防止し、ＭｎＳが均一微細に分散され、靱性を大幅に低下することなく、被削性を改善することができる。
また、本発明の快削性冷間工具鋼の用途は、プレス型、曲げ型、抜き型、絞り型、ダイ、パンチ、転造ダイスなどの従来からある冷間工具鋼の用途と同様に使用することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例によって説明する。
【実施例】
下記表１に示した成分組成の本発明の実施例鋼および比較例鋼を高周波誘導炉を用いて通常の溶製法によって製造した。これらの実施例鋼および比較例鋼を球状化焼きなましをした後粗加工し被削性試験片およびシャルピー試験片を作成し、１０３０℃から空冷して焼入れした後、目標硬さのＨＲＣ６０になるように１８０〜５７０℃から空冷して焼戻をした。これらの試験片の硬さを下記表１に示す。これらの試験片の歪み取りなどの精加工をして幅５０ｍｍ、厚さ４０ｍｍ、長さ２００ｍｍの被削性試験片と幅１０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、長さ５５ｍｍで１０Ｒノッチのシャルピー試験片を作成した。
【００２０】
上記試験片を用いて被削性の試験を行い、その結果を下記表１に示す。試験方法は、上記試験片を超硬エンドミルで切削し、逃げ面摩耗０．３ｍｍとなるまでの切削長さを測定し、Ｓ、Ｃａを含有しない材料の切削長さを１００とする指数で評価した。
【００２１】
【表１】
0004352491.tif 000002
【００２２】
試験条件は、
工具：超硬エンドミル（UTi20T) ，１刃    切削幅：４．０ｍｍ
切削深さ：１．０ｍｍ                    切削速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ
送り：０．０３５ｍｍ／刃                切削油：乾式ＳＫ
【００２３】
また上記試験片を用いてシャルピー衝撃試験を行い、その結果を上記表１に示した。試験方法は、JIS B 7722  に規定する試験機を用いて JIS Z 2242 の金属材料衝撃試験方法に準拠して行った。
【００２４】
これらの結果より、本発明の実施例の快削性冷間工具鋼は、切削工具寿命が２００〜５８０で、シャルピー衝撃値は、１０．２〜１８．５であった。これに対し、比較例のものは切削工具寿命が８０〜１３０で、シャルピー衝撃値は、１０．３〜２７．８であった。本発明の快削性冷間工具鋼は、シャルピー衝撃値は、やや低下しているが、いずれも切削工具寿命が大幅に改善されており、プレハードン状態で切削加工をすることができるものであった。
【００２５】
次に、個別に比較すると、実施例のNo. １のものは、切削工具寿命が２００で、シャルピー衝撃値は、１２．３であるのに対し、ＳおよびＣａを実質的に含有しない比較例のNo. 11のものは、切削工具寿命が１００で、シャルピー衝撃値は、１９．６であった。
【００２６】
さらに、Ｃ含有量が本発明より多い比較例No. 15のものは、シャルピー衝撃値ばかりでなく、切削工具寿命も大幅に低下しており、プレハードン状態での切削加工には適さないものであった。
また、本発明の実施例のNo. １のものとＳを実質的に含有していない比較例No. 13ならびにＣａを含有していない比較例No. 14および比較例No. 17のものとを比較すると、本発明のものは切削工具寿命に大きな影響を及ぼすＣ含有量が各比較例のものより多いにもかかわらず、切削工具寿命が大幅に低下していた。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の快削性冷間工具鋼、上記構成にしたことにより、靱性を大幅に低下することなくプレハードン状態で切削加工をすることができるという優れた効果を奏する。