(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で
Ｃ  ：０．５〜０．８％
Ｓｉ：≦１．０％
Ｍｎ：０．２５〜１．５０％
Ｃｒ：４．０〜８．０％
Ｍｏ：１．０〜５．０％
Ｖ  ：０．１〜１．０％
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物から成り、靭性を十分に確保するために固溶化処理を施すことで一次炭化物を１％以下としたことを特徴とする靭性，耐摩耗性に優れた冷間工具鋼。
【請求項２】
重量％で
Ｃ  ：０．５〜０．８％
Ｓｉ：≦１．０％
Ｍｎ：０．２５〜１．５０％
Ｃｒ：４．０〜８．０％
Ｍｏ：１．０〜５．０％
Ｖ  ：０．１〜１．０％
並びにＷ，Ｎｉ，Ｎｂの何れか一種又は二種以上を
Ｗ  ：≦２．５％
Ｎｉ：＜１．０％
Ｎｂ：０．２〜２．０％
の範囲で含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物から成り、靭性を十分に確保するために固溶化処理を施すことで一次炭化物を１％以下としたことを特徴とする靭性，耐摩耗性に優れた冷間工具鋼。
【請求項３】
請求項１又は２の組成の冷間工具鋼を製造するに際し、１１００〜１３００℃の温度で加熱保持する固溶化処理を施すことにより、造塊時に生じた一次炭化物を固溶することを特徴とする靭性，耐摩耗性に優れた冷間工具鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は冷間用金型，切れ刃，掘削刃，ロール等の用途に用い得る靭性，耐摩耗性に優れた冷間工具鋼及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、加工対象材（被加工材）の種類，材質等に応じて各種の冷間工具鋼が用いられてきたが、近年加工の精密化，加工速度の高速化等に伴い、従来の冷間工具鋼では求められる特性を十分に満たし得なくなって来ている。
【０００３】
従来の冷間工具鋼、例えばＳＫＤ１１の場合、早期に欠け，剥離，焼付き等が発生してしまい、加工を精密に行う上で、また耐久寿命の上で不十分となって来ている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願の発明はこのような事情を背景としてなされたものである。
而して請求項１は冷間工具鋼に係り、重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％，Ｓｉ：≦１．０％，Ｍｎ：０．２５〜１．５０％，Ｃｒ：４．０〜８．０％，Ｍｏ：１．０〜５．０％，Ｖ：０．１〜１．０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物から成り、靭性を十分に確保するために固溶化処理を施すことで一次炭化物を１％以下としたことを特徴とする。
【０００５】
請求項２の冷間工具鋼は、重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％，Ｓｉ：≦１．０％，Ｍｎ：０．２５〜１．５０％，Ｃｒ：４．０〜８．０％，Ｍｏ：１．０〜５．０％，Ｖ：０．１〜１．０％、並びにＷ，Ｎｉ，Ｎｂの何れか一種又は二種以上を、Ｗ：≦２．５％，Ｎｉ：＜１．０％，Ｎｂ：０．２〜２．０％の範囲で含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物から成り、靭性を十分に確保するために固溶化処理を施すことで一次炭化物を１％以下としたことを特徴とする。
【０００６】
請求項３は冷間工具鋼の製造方法に係り、請求項１又は２の組成の冷間工具鋼を製造するに際し、１１００〜１３００℃の温度で加熱保持する固溶化処理を施すことにより、造塊時に生じた一次炭化物を固溶することを特徴とする。
【０００７】
【作用及び発明の効果】
一般に冷間工具鋼においては、鋼塊の造塊時に晶出した粗大な一次炭化物が残存している。
従来の冷間工具鋼の場合、その粗大な一次炭化物が耐摩耗性に利用されてきた。
【０００８】
しかしながら一方で鋼中にそのような粗大な一次炭化物があると靭性が阻害されてしまう。
例えば掘削刃や圧延加工に用いられるロール等の場合、使用条件によって上記一次炭化物による耐摩耗性よりも靭性不足からくる折損が特に問題となることがある。
【０００９】
工具の摩耗態様は必ずしも一様ではなく、相手材（被加工材）の硬さ等に応じて異なったものとなる。
例えば被加工材が比較的軟らかい材料である場合、工具と被加工材との凝着に起因する摩耗（凝着摩耗）が支配的となる。
【００１０】
このような態様の摩耗に対しては一次炭化物に起因する耐摩耗性はそれほど寄与せず、むしろ一次炭化物の存在による靭性低下に基づく折損が問題となるのであり、また一次炭化物がそのような形態の摩耗に対してそれほど働かないことから、全体としての耐摩耗性が不足してしまう。
【００１１】
そこでこのような粗大な一次炭化物を鋼中から無くすことが考えられるが、単に一次炭化物を無くしただけでは冷間工具鋼に求められる耐摩耗性の要求を満たすことができない。
【００１２】
ここにおいて本発明は、鋼塊の造塊時に生じた一次炭化物が焼入れ，焼戻し後に残存しないように若しくは極微量となるようにＣ量を低量とし、また、炭化物を形成するＣｒ，Ｍｏ，Ｖ等の各成分量を適正化して、最終的に残存する粗大な一次炭化物を１％以下の微量となしたもので、これにより冷間工具鋼の靭性を高め得てその強度，耐久性を効果的に高めることができる。
【００１３】
また造塊時に晶出した一次炭化物を、その後の処理によって微細な二次炭化物として再析出させ得、その二次炭化物による二次硬化によって耐摩耗性、特に上記凝着摩耗に対する耐摩耗性を確保することができる。
このような凝着摩耗に対しては一次炭化物よりもむしろその後に晶出する微細な二次炭化物析出による二次硬化が効果的に働く。
【００１４】
本発明においては、必要に応じてＷ，Ｎｉ，Ｎｂの一種若しくは二種以上を上記範囲で含有させることができる（請求項２）。
尚Ｗ，Ｎｉ，Ｎｂを含有させる場合において、Ｗ≧０．５％，Ｎｉ：≧０．５％とすることが望ましい。
【００１５】
請求項３の製造方法は、冷間工具鋼を製造するに際し、熱間加工の前の段階で若しくは熱間加工の途中の段階又は熱間加工の後の段階で、即ち最終的に冷間工具鋼を得る過程の何れかの段階で１１００〜１３００℃の温度で加熱保持する固溶化処理を施すもので、このような処理を施すことで、鋼塊の造塊時に晶出した粗大な一次炭化物を、高温域でオーステナイト単相域としてマトリックス中にほぼ完全に固溶させることができ、最終的に冷間工具鋼中における一次炭化物をゼロないし１％以下とすることができる。
また併せて冷却過程で微細な二次炭化物を晶出させ得、耐摩耗性向上に寄与せしめることができる。
【００１６】
ここで焼入れ，焼戻し後の微細炭化物の二次析出による二次硬化に寄与するのは主としてＭＣ炭化物である。ＭＣ炭化物は他の炭化物（Ｍ７Ｃ３，Ｍ６Ｃ）に比べて非常に硬度が高く、耐摩耗性に有効である。
このＭＣ炭化物はＣ，Ｃｒ，Ｍｏ等の適正化により、また一次炭化物の完全固溶により析出し易くなる。
【００１７】
次に本発明における各化学成分及び製造条件の限定理由を以下に詳述する。
Ｃ：０．５〜０．８％
Ｃは基地の硬さを高めるとともに二次炭化物を形成して二次硬化させるための重要な元素である。
Ｃが０．５％より少ないと基地の硬さが低下し、冷間工具鋼として要求される耐摩耗性が不足してしまう。
逆に０．８％を越えると鋼塊を熱間加工する前後の何れかの段階で１１００〜１３００℃の温度で加熱保持する固溶化処理をした時に一次炭化物が残存してしまい、靭性の低下を招いてしまう。
【００１８】
Ｓｉ：≦１．０％
Ｓｉは脱酸材として、また焼戻し軟化抵抗を高める上で、更に耐摩耗性や耐へたり性を高める上で有用である。
但し１．０％を越えて添加すると基地の靭性が低下する。またオーステナイト単相域が少なくなるので、固溶化処理の温度管理条件が厳しくなる。
【００１９】
Ｍｎ：０．２５〜１．５０％
Ｍｎは脱酸材として、また焼入れ性を向上させて基地を強化する上で有用である。
但し０．２５％より少ないと効果がなく、逆に１．５０％を越えると熱間加工性を阻害してしまう。
【００２０】
Ｃｒ：４．０．〜８．０％
Ｃｒは基地中に固溶して軟化抵抗を高める。また焼入れ性を向上させ、析出物として鋼の硬さを向上させる効果がある。その効果は４．０％以上の添加で現れる。
しかし８．０％を越えて添加すると、凝固時の一次炭化物が増加し、固溶化処理での固溶が困難となる。
【００２１】
Ｍｏ：１．０〜５．０％
Ｍｏは焼戻し軟化抵抗を向上させる効果がある。
但し５．０％を越えると凝固時に形成される一次炭化物が増大し、固溶化処理時のＭ６ＣやＭ２Ｃ型の一次炭化物の固溶化が困難となる。
一方１．０％より少ないとＭｏ添加の効果が得られない。
【００２２】
Ｖ：０．１〜１．０％
ＶはＣと結合し、焼戻し時にＭＣ型の二次炭化物を発生させて二次硬化に寄与し、耐摩耗性を高める。また耐焼付き性を向上させるとともに結晶粒微細化の効果がある。
但し１．０％を越えると凝固時に形成される一次炭化物が増大し、固溶化処理時のＭＣ型の一次炭化物の固溶化が困難となる。
逆に０．１％より少ないとＶ添加の効果が得られない。
【００２３】
Ｎｂ：０．２〜２．０％
ＮｂはＣと結合してＭＣ型の二次炭化物を焼戻し時に発生させ二次硬化に寄与する。また結晶粒微細化の効果がある。
但し２．０％を越えると凝固時に晶出する一次炭化物が増大し、固溶化処理時の一次炭化物の固溶化が困難となる。
一方０．２％より少ないとＮｂ添加による効果が期待できない。
【００２４】
Ｗ：≦２．５％
Ｗは焼戻し軟化抵抗を向上させる。但し２．５％を越えると凝固時に形成される一次炭化物が増大し、凝固時に晶出するＭ６ＣやＭ２Ｃ型の一次炭化物の、固溶化処理での固溶が困難になる。
このＷの含有量は０．５％以上とすることが望ましい。
これよりも少ないとＷ添加による十分な効果が得られ難い。
【００２５】
Ｎｉ：＜１．０％
Ｎｉは基地に固溶して靭性を高める効果がある。但し１．０％以上含有させてもその割に効果が小さく、経済的に不利であり、また切削性が劣化する。
Ｎｉは、これを積極的に添加する場合において０．５％以上とすることが望ましい。
【００２６】
１１００〜１３００℃での加熱保持による固溶化処理
この固溶化処理は鋳造時（造塊時）に晶出した一次炭化物をオーステナイト単相域で固溶させて拡散晶出させるもので、この場合１１００℃より低い温度では固溶化処理の効果が小さく、長時間の処理を必要として不経済である。
逆に１３００℃を超える温度では炭化物の液相線を越え、液体化する可能性が高い。また炉の損傷等を招いて不経済である。
【００２７】
但しこの固溶化処理の温度はオーステナイト単相域を外れないよう鋼材の炭化物の液相線等により個別に決定される。
また処理時間は一次炭化物の大きさ，デンドライト間隔等により適宜決定されるが、概ね５〜３０時間の処理時間が実用的には適当である。
【００２８】
この固溶化処理においては、残存する一次炭化物を１％以下とすることが望ましい。
この固溶化処理では、造塊時に生じた一次炭化物を完全固溶することが望ましいが、実用的には１％以下でも十分な靭性を確保することができる。
【００２９】
但し本発明ではＣ量を低量化しているため、固溶化処理時において一次炭化物が１％を越えて多く残存すると、その後の冷却過程での二次硬化に有効に寄与するＣの不足を招く。
また一次炭化物中に合金元素が濃化するため、二次硬化に寄与する合金元素の不足を招く。
これらの理由によって、固溶化処理に際し一次炭化物を１％以下とすることが望ましい。
【００３０】
【実施例】
次に本発明の実施例を以下に詳述する。
表１に示す組成材を高周波誘導加熱にて２００ｋｇ溶解し、１００〜１２０ｍｍφの鋼塊とした。
次に表面の黒皮を切削除去した後、真空炉で表２に示す温度，時間で固溶化処理を行い、その後８５ｍｍ（巾）×２２ｍｍ（厚み）の板に鍛造した。そしてこれを８７０℃で３時間保持後、１５℃／時の冷却速度で６００℃まで冷却し、その後空冷の条件で焼鈍し処理を行って軟化させた。
【００３１】
【表１】
0003846008.tif 000002
【００３２】
そしてこれよりシャルピー衝撃試験片，大越式摩耗試験片を、それぞれ長手方向に対して直角方向より採取して粗加工を行った後、表２の条件で焼入れ，焼戻し処理を行い、続いて精加工して試験に供した。結果が表２に示してある。
尚焼入れ，焼戻し処理，シャルピー衝撃試験，大越式摩耗試験は以下の条件に従って行った。
【００３３】
＜焼入れ，焼戻し処理＞
焼入れ，焼戻し温度：表２に示す温度
焼入れ条件：焼入れ温度に３０分保持後油冷
焼戻し条件：焼戻し温度に１時間保持後空冷する処理を２回繰り返した。
【００３４】
＜シャルピー衝撃試験＞
１０×１０×５５ｍｍ，１０Ｒノッチのシャルピー衝撃試験片にてシャルピー衝撃値を求めた。
【００３５】
＜大越式摩耗試験＞
試験用のローター（相手材）１０及び試験片１２を図１に示す形状に作成した。尚ローター（相手材）１０はＳＣＭ４１５の焼鈍し材（硬さＨＶ１５０）を使用し、また試験片１２は焼入れ，焼戻し後に図１ａ）に示す形状に加工した。ここで試験片１２は＃４００のエメリー紙で研磨仕上げしたものを使用した。
そして図１に示す試験条件、即ちすべり速度２．３７ｍ／ｓｅｃ，摩擦距離２００ｍ，荷重６４．７Ｎの下で大越式摩耗試験を実施し、摩耗量を摩耗痕の幅から算出し摩耗量を求めた。
【００３６】
【表２】
0003846008.tif 000003
【００３７】
尚、表２中発明例１２は発明例１の組成の鋼を固溶化処理しなかったものであり、また比較例１３は発明例１に対してＣ量を高くしたもので、残存一次炭化物が増大している。
また比較例１４，１５は従来用いられている冷間工具鋼であり、この内比較例１４は代表鋼種ＳＫＤ１１である。
表２中の比摩耗量は、この比較例１４の摩耗量を基準として（１として）求めたものである。
【００３８】
表２の結果から明らかなように比較例１４，比較例１５の場合一次炭化物量が多く、靱性が劣っている。
また比較例１３のものは、Ｃ量が多いことに伴って比較例１４，比較例１５程ではないが一次炭化物の量が多く、これに伴って低い靱性値を示している。
【００３９】
一方発明例１２は、組成的には本発明の条件を満たしているが、このものは固溶化処理を施しておらず、そのために一次炭化物の量が固溶化処理を行ったものに比べて高い値を示している。そしてこれに伴って靱性値が他の本発明例のものに比べて低い値を示している。
【００４０】
これに対してそれ以外の本発明例のものは、それぞれ固溶化処理によって一次炭化物量が何れも１．０％以下と少なく、靱性値も高い値を示している。
更に低Ｃ量にも拘らず、摩耗試験での摩耗量は比較例のものに比べて殆ど多くなっていない。
【００４１】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において、種々変更を加えた態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例の効果を確認するために行った摩耗試験の条件を説明するための説明図である。
【図１】
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