JP2003268486A - Tool steel for hot working - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide tool steel for hot working which, as refined steel after the heat treatment, is improved not only in resistances to heat checks and melt loss but also in machinability by improving the internal structure, hence can remarkably improve tool life and its dispersion when machined for producing a metal mold by direct carving, and can be given and good finished plane by ultramicro-machining, thus decreasing the lapping time. <P>SOLUTION: In this refined tool steel for hot working having a hardness of 45 HRC or higher, the cleanness of non-metallic inclusions is JIS dA 0.005% or lower and is d (B+C) 0.0020% or lower; the same orientation of martensite is in the range of 17-33%; and the structure is a mixture comprising lath martensite as the main constituent and 10-30% lens-like or butterfly-type martensite. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、硬度が４５ＨＲＣ
を超える調質熱間工具鋼に関し、更に詳述すれば、熱間
鍛造金型、押出型又はダイカスト金型等に使用され、熱
処理組織を制御してヒートチェック性、溶損性及び被削
性を向上させた熱間工具鋼に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention has a hardness of 45 HRC.
With regard to heat-treated hot work tool steels that exceed the above, in more detail, it is used in hot forging dies, extrusion dies, die casting dies, etc., and heat-checking property, melt damage and machinability by controlling the heat treatment structure. It relates to a hot work tool steel having improved heat resistance.

【０００２】[0002]

【従来の技術】金型用の熱間工具鋼としては、ヒートチ
ェック性及び耐溶損性が必要である。これらの両特性を
改善するために、従来、組成の改善が図られている。し
かし、被削性は、これらの両特性と相反する性質である
ため、この被削性とヒートチェック性及び溶損性との双
方を改善し、両立することは難しい。2. Description of the Related Art As a hot work tool steel for dies, it is necessary to have heat checkability and erosion resistance. In order to improve both of these characteristics, the composition has been conventionally improved. However, since machinability is a property that contradicts both of these properties, it is difficult to improve both machinability and heat check properties and melt damage properties, and make them compatible.

【０００３】近時のセラミック工具及びＣＢＮ工具の発
展に伴い、従来、硬度が４５ＨＲＣを超えるため、研削
加工により仕上げ加工されていたような高硬度材料を、
切削加工に置き換えて生産性を向上させる試みがなされ
ている。熱処理後の調質材料を切削加工することにより
金型を製造することができれば、納期の短縮及びコスト
の軽減が可能である。この切削加工により金型を製造す
ることは、硬度４２ＨＲＣ以下で使用されるプラスチッ
ク成形用金型鋼では一般化されている。With the recent development of ceramic tools and CBN tools, since the hardness exceeds 45 HRC, high hardness materials that have been finished by grinding are used.
Attempts have been made to improve productivity by replacing with cutting. If a die can be manufactured by cutting the heat-treated tempered material, it is possible to shorten the delivery time and reduce the cost. Manufacturing a die by this cutting process is generalized in a plastic molding die steel used with a hardness of 42 HRC or less.

【０００４】しかし、硬度が４５ＨＲＣを超える調質さ
れた高硬度鋼では、切削加工しようとすると、工具寿命
が短くなるのに加え、工具寿命のバラツキが大きくなる
という問題点がある。この工具寿命のバラツキがある
と、金型の製造を無人化運転するための障害となるた
め、工具寿命のバラツキの低減は、解決しなければなら
ない重要な技術的課題である。However, in the case of high-quality hardened steel having a hardness of more than 45 HRC, when cutting is attempted, not only the tool life becomes short, but also the tool life varies greatly. This variation in tool life is an obstacle to unmanned operation of die manufacturing, so reducing the variation in tool life is an important technical issue that must be resolved.

【０００５】更に、金型製作の短納期化を実現するため
に、高速切削加工も検討されている。しかし、４００ｍ
／分以上の切削速度になると著しく工具寿命が短くな
り、また工具寿命のバラツキが大きくなるため、高硬度
材での試作品は多数報告があるものの、金型製造産業全
体の主流技術とはなっていない。このような背景から、
今までの多くの研究で行われている工具寿命及び切り屑
の改善を目的とした被削性の改善ではなく、工具寿命の
バラツキを少なくすることが望まれている。Further, in order to realize a short delivery time of die manufacturing, high-speed cutting is also under study. But 400m
If the cutting speed is more than 1 minute / minute, the tool life will be significantly shortened and the tool life will vary greatly. Therefore, although many prototypes of high hardness materials have been reported, it is not the mainstream technology for the entire die manufacturing industry. Not not. Against this background,
It is desired to reduce the variation in tool life rather than the improvement in machinability aimed at improving tool life and chips, which has been conducted in many studies to date.

【０００６】また、金型の仕上げ切削加工を実施する場
合には、仕上げ面粗さが悪いため、現状ではラッピング
研磨加工を更に実施する必要がある。このため、仕上げ
面を改善することは、ラッピング研磨加工時間を短くす
ることにつながり、ひいては、金型製造の納期短縮とコ
ストダウンにもなるため、極めて重要な課題である。Further, when the finishing cutting of the die is carried out, since the finished surface roughness is bad, it is necessary to further carry out the lapping polishing work at present. Therefore, improving the finished surface leads to shortening the lapping / polishing processing time, which in turn shortens the delivery time and cost of the die manufacturing, which is an extremely important issue.

【０００７】上述の金型の切削加工については、切削加
工条件に関する提案が多数なされている（特開平１１−
１７０１０２号公報、特開平１１−１８８５０１号公
報）。しかし、金型素材面から切削加工性を向上させる
ことは、被削材の組成及び快削成分の影響についての調
査が多くなされているものの、組織面から切削性を改善
した技術は未だ提案されていない。Regarding the above-mentioned cutting of the die, many proposals have been made regarding cutting conditions (Japanese Patent Laid-Open No. 11-
170102, JP-A-11-188501). However, in order to improve the machinability from the mold material side, although many studies have been conducted on the influence of the composition of the work material and the free-cutting component, a technique for improving the machinability from the structure side has not been proposed yet. Not not.

【０００８】なお、組織制御に関するものには、超強力
鋼に代表されるように、延性及び靭性を害さずに高強度
化を目指すために、ラスマルテンサイト組織の微細化を
指向してきたが、反面被削性の劣化が助長されてしまう
という問題点がある。Regarding the microstructure control, as typified by super-strength steel, the aim has been to refine the lath martensite microstructure in order to achieve high strength without impairing ductility and toughness. On the other hand, there is a problem that deterioration of machinability is promoted.

【０００９】近時、マルテンサイト基地組織でのパケッ
トサイズを大きくすることにより、被削性、耐食性、鏡
面性、及び靭性を改善する技術が提案されている（特開
平１２−５４０６８号公報）。しかし、硬度が４５ＨＲ
Ｃ以上では、パケットサイズを大きくしても、工具寿命
の改善効果が見込まれない上に、切削工具寿命のバラツ
キが大きく、切削後の仕上げ面を悪化させるという問題
点がある。また、極端な粒の粗大化は、ヒートチェック
性を低下させてしまう。Recently, there has been proposed a technique for improving machinability, corrosion resistance, specularity, and toughness by increasing the packet size in the martensite matrix structure (Japanese Patent Laid-Open No. 12-54068). However, the hardness is 45HR
If it is C or more, there is a problem that even if the packet size is increased, the effect of improving the tool life is not expected, and the life of the cutting tool varies greatly, which deteriorates the finished surface after cutting. In addition, the excessive coarsening of the particles deteriorates the heat checkability.

【００１０】また、上部ベーナイト組織を主体とするプ
レハードン鋼材について、被削性の改善が図られている
（熱処理第３９巻５号第２２５〜２２６頁、特開平１２
−５４０６８号公報）。しかし、このような組織を安定
して得るには、熱処理工程での冷却速度のコントロール
が不可欠であり、多大な熱処理工数が必要であるという
欠点がある。Further, the machinability of a pre-hardened steel material mainly composed of an upper bainite structure has been improved (heat treatment Vol. 39, No. 5, pp. 225 to 226, JP-A-12).
-54068). However, in order to stably obtain such a structure, it is indispensable to control the cooling rate in the heat treatment step, and there is a drawback that a large number of heat treatment steps are required.

【００１１】また、低合金網であるＳＣＭ系では、金属
間化合物を析出させて硬さを確保する技術が提案されて
いる（特開平２−１７９８４５号公報）。しかし、この
公報に記載された金属組織は、６０％以上のフェライト
と残部のパーライトからなる２相組織であり、４５ＨＲ
Ｃ以上の高硬度を得ることができない上に、熱間工具鋼
の重要特性であるヒートチェック性と耐溶損性がないた
め、熱間工具鋼として、十分な特性を備えているとはい
えない。In addition, in the SCM system which is a low alloy network, a technique has been proposed in which an intermetallic compound is deposited to secure hardness (Japanese Patent Laid-Open No. 2-179845). However, the metallic structure described in this publication is a two-phase structure consisting of 60% or more of ferrite and the balance of pearlite,
It cannot be said that it has sufficient properties as a hot work tool steel because it cannot obtain a high hardness of C or higher and does not have the heat checkability and erosion resistance which are important properties of the hot work tool steel. .

【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、内部組織を改善することにより、熱処理後
の調質鋼において、ヒートチェック性及び溶損性を改善
すると共に、被削性を改善して直彫りにより金型を製造
する際の切削加工時の工具寿命及び寿命のバラツキを著
しく改善することができ、また超微小切削加工した場合
の仕上げ面が良好で、ラッピング加工時間を短縮するこ
とができる熱間工具鋼を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems. By improving the internal structure, the heat-checking property and the melt damage property of heat-treated steel after heat treatment are improved, and the machinability is improved. It is possible to improve the tool life and the variation of the tool life during cutting when directly manufacturing a die by direct engraving. Also, the finished surface is excellent after ultra-fine cutting and the lapping time It is an object of the present invention to provide a hot work tool steel capable of shortening.

【００１３】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明に係る熱間工具鋼
は、Ｃ：０．２８乃至０．５５質量％、Ｓｉ：０．１５
乃至０．８０質量％、Ｍｎ：０．４０乃至０．８５質量
％、Ｐ：０．０２０質量％以下、Ｓ：０．０１８質量％
以下、Ｃｒ：２．５乃至５．７質量％、Ｍｏ：１．４乃
至２．８質量％、Ｖ：０．２０乃至０．９０質量％、
Ｗ：０．０１乃至１．６５質量％、Ｃｏ：０．０３乃至
０．８９質量％、Ｎｉ：０．０１乃至１．６５質量％を
含有し、残部が実質的にＦｅ及び不可避的不純物からな
り、不可避的不純物のＮを０．００９質量％以下、Ｔｉ
を０．００３質量％以下、Ｂを０．０１２質量％以下に
規制し、非金属介在物の清浄度がＪＩＳ ｄＡ０．００
５％以下で、ｄ（Ｂ＋Ｃ）０．０２０％以下であると共
に、熱処理後のマルテンサイト組織の方向性が１７乃至
３３％、好ましくは２２．３乃至２８．３％の範囲にあ
ることを特徴とする。The hot work tool steel according to the present invention comprises C: 0.28 to 0.55 mass% and Si: 0.15.
To 0.80 mass%, Mn: 0.40 to 0.85 mass%, P: 0.020 mass% or less, S: 0.018 mass%
Hereinafter, Cr: 2.5 to 5.7 mass%, Mo: 1.4 to 2.8 mass%, V: 0.20 to 0.90 mass%,
W: 0.01 to 1.65% by mass, Co: 0.03 to 0.89% by mass, Ni: 0.01 to 1.65% by mass, the balance being substantially Fe and unavoidable impurities In addition, N as an unavoidable impurity is 0.009 mass% or less,
Of 0.003 mass% or less and B of 0.012 mass% or less, and the cleanliness of non-metallic inclusions is JIS dA0.00
It is 5% or less and d (B + C) is 0.020% or less, and the orientation of the martensite structure after heat treatment is in the range of 17 to 33%, preferably 22.3 to 28.3%. And

【００１４】この熱間工具鋼においては、ラスマルテン
サイトを主体として、レンズ状又はバタフライ型のマル
テンサイトを１０乃至３０％、好ましくは１０乃至２０
％混在させた組織を有することが好ましい。In this hot work tool steel, lath martensite is mainly contained, and lens-shaped or butterfly-type martensite is 10 to 30%, preferably 10 to 20.
% It is preferable to have a mixed structure.

【００１５】更に、この熱間工具鋼は、マルテンサイト
を主体とする組織を有し、このマルテンサイト組織を構
成するパケットサイズがオーステナイト粒が７３μｍ以
下（結晶粒番号で４番以上）、好ましくは３０μｍ以下
（結晶粒番号で８番以上）のサイズを有することが好ま
しい。これにより、ヒートチェック性、仕上げ面粗さ
性、工具寿命、及びその寿命バラツキ性に優れた熱間工
具鋼を得ることができる。Further, the hot work tool steel has a structure mainly composed of martensite, and the packet size of the martensite structure is such that austenite grains are 73 μm or less (crystal grain number is 4 or more), preferably. It is preferable to have a size of 30 μm or less (crystal grain number 8 or more). This makes it possible to obtain a hot work tool steel having excellent heat checkability, finished surface roughness, tool life, and life variability.

【００１６】更にまた、この熱間工具鋼において、Ｃ含
有量を［Ｃ］、Ｖ含有量を［Ｖ］、Ｍｏ含有量を［Ｍ
ｏ］、Ｗ含有量を［Ｗ］（いずれも質量％）としたと
き、１００×［Ｃ］−２２×［Ｖ］−３．４×［Ｍｏ］
−１．７×［Ｗ］の式の値が２０未満、好ましくは１８
以下であることが好ましい。これにより、溶損性、ヒー
トチェック性、及び切削工具寿命のバラツキを改善する
ことができる。Furthermore, in this hot work tool steel, the C content is [C], the V content is [V], and the Mo content is [M].
o] and W content are [W] (both are% by mass), 100 × [C] -22 × [V] -3.4 × [Mo]
The value of the expression −1.7 × [W] is less than 20, preferably 18
The following is preferable. As a result, it is possible to improve the melting property, the heat check property, and the variation in the life of the cutting tool.

【００１７】４５ＨＲＣを超えるプレハードン鋼におい
ては、切削加工における切削工具の寿命が短くて寿命の
バラツキが大きく、仕上げ面が悪い等の問題点がある。
しかし、本発明者等の研究により、この切削工具の寿命
が短い原因が金属組織にあることと、切削加工時の抵抗
が高いことにあることが判明した。また、本発明者等
は、４５ＨＲＣを超える高硬度鋼において、切削工具寿
命のバラツキが大きい原因が、切削時の切削抵抗の変動
が大きいことに起因することを見いだした。そして、本
発明者等はこれらを軽減する方法としてマルテンサイト
の方向性が重要であることを見いだした。このマルテン
サイトの方向性が１７乃至３３％の範囲になるように制
御することにより、即ち、マルテンサイト組織の１７乃
至３３％が同一方向に向くようにすることにより、被削
性のバラツキを軽減したり、ヒートチェックでのクラッ
クの進展を抑制することができる。また、超微細加工に
おける仕上げ面の粗さを細かくするためには、結晶粒を
微細化させ、マルテンサイトの方向を制御することが重
要である。Prehardened steels exceeding 45 HRC have problems that the cutting tool has a short life in cutting, the life varies widely, and the finished surface is poor.
However, studies by the present inventors have revealed that the short life of the cutting tool is due to the metal structure and the high resistance during cutting. Further, the present inventors have found that in high hardness steels exceeding 45 HRC, the large variation in the cutting tool life is due to the large variation in cutting resistance during cutting. Then, the present inventors have found that the directionality of martensite is important as a method for reducing these. By controlling the directionality of this martensite to be in the range of 17 to 33%, that is, by making 17 to 33% of the martensite structure to face in the same direction, the variation in machinability is reduced. Or, it is possible to suppress the development of cracks in the heat check. Further, in order to make the roughness of the finished surface fine in the ultrafine processing, it is important to make the crystal grains fine and control the direction of martensite.

【００１８】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明について、更に詳細
に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail below.

【００１９】組成について Ｃ：０．２８乃至０．５５質量％ Ｃは焼入れ加熱時に基地に固溶して必要な焼入れ硬さを
与え、また焼もどし時特殊炭化物形成元素との間に特殊
炭化物を形成して析出し、焼もどしにおける軟化抵抗と
高温強度を与え、また残留炭化物を形成して高温での耐
摩耗性を付与し、焼入れ加熱時の結晶粒の粗大化を防ぐ
作用を有する。Ｃが多すぎると炭化物量が過度に増加
し、熱間工具としての必要な靭性が保持できず、また高
温強度の低下も招く。また、被削性を改善するために
は、バタフライマルテンサイトが多量に生成し過ぎては
いけない。このため、Ｃの上限値は０．５５質量％であ
る。Ｃが低すぎると、ラスマルテンサイトが多くなり、
上記添加効果が得られないので、下限値を０．２８質量
％とする。 Composition : C: 0.28 to 0.55% by mass C is a solid solution in the matrix at the time of quenching and heating to give a required quenching hardness, and at the time of tempering, a special carbide is formed between the special carbide forming element. It forms and precipitates, imparts softening resistance and high-temperature strength in tempering, forms residual carbides and imparts wear resistance at high temperatures, and has an effect of preventing coarsening of crystal grains during quenching and heating. If the amount of C is too large, the amount of carbides increases excessively, the toughness required as a hot tool cannot be maintained, and the high temperature strength also decreases. In order to improve machinability, too much butterfly martensite should not be produced. Therefore, the upper limit of C is 0.55% by mass. If C is too low, the amount of lath martensite increases,
Since the above addition effect cannot be obtained, the lower limit value is set to 0.28% by mass.

【００２０】Ｓｉ：０．１５乃至０．８０質量％ Ｓｉは製造上脱酸元素として使用されるものであり、ま
た用途に応じ耐酸化性及び５００〜６００℃以下での焼
もどし軟化抵抗を高め、またＡ１変態点を上げるため
に、添加される。Ｓｉが少なすぎると上述の効果が得ら
れず、また多すぎると靭性低下を招き、また熱電導性を
過度に低下させるので、Ｓｉは０．１５乃至０．８０質
量％とする。Si: 0.15 to 0.80% by mass Si is used as a deoxidizing element in the production, and increases the oxidation resistance and the temper softening resistance at 500 to 600 ° C. or lower depending on the application. Also, it is added to raise the A1 transformation point. If the amount of Si is too small, the above-mentioned effect cannot be obtained, and if the amount of Si is too large, the toughness is lowered and the thermal conductivity is excessively lowered, so Si is set to 0.15 to 0.80 mass%.

【００２１】Ｍｎ：０．４０乃至０．８５質量％ Ｍｎは基地に固溶して焼入れ性を高める効果が大きい。
しかし、Ｍｎ含有量が多すぎると焼なまし硬さを過度に
高くし、被切削性を低下させ、またＡ１変態点を過度に
低くする。このため、Ｍｎ含有量は０．４０乃至０．８
５質量％とする。Mn: 0.40 to 0.85 mass% Mn has a great effect of enhancing the hardenability by forming a solid solution in the matrix.
However, if the Mn content is too high, the annealing hardness becomes excessively high, the machinability deteriorates, and the A1 transformation point becomes excessively low. Therefore, the Mn content is 0.40 to 0.8.
5% by mass.

【００２２】Ｐ：０．０２０質量％以下 Ｐは、凝固時粒界に偏析し、熱間加工後の縞状部の偏析
を高めて靭性を低下させ、また熱処理時にオーステナイ
ト結晶粒界に偏析したり、更に基地に存在して靭性の水
準を低下させるため、０．０２０質量％以下、望ましく
は、０．０１５％以下とする。P: 0.020 mass% or less P segregates at grain boundaries during solidification, enhances segregation of striped portions after hot working to reduce toughness, and segregates at austenite grain boundaries during heat treatment. Or, in order to further exist in the matrix and lower the level of toughness, the content is made 0.020 mass% or less, preferably 0.015% or less.

【００２３】Ｓ：０．０１８質量％以下 ＳはＭｎＳ等の硫化物を形成し、熱間加工方向に伸びて
分布し、Ｔ方向の靭性の低下をまねく。本発明の特徴で
ある優れたＴ方向の靭性を維持させるための限界とし
て、Ｓは０．０１８質量％以下とする。S: 0.018% by mass or less S forms sulfides such as MnS and is distributed by being stretched in the hot working direction, leading to a decrease in toughness in the T direction. As a limit for maintaining the excellent T-direction toughness, which is a feature of the present invention, S is set to 0.018 mass% or less.

【００２４】Ｃｒ：２．５乃至５．７質量％ Ｃｒは工具として必要とされる焼入れ性を与えるために
最も重要な元素である。また、Ｃｒは、耐酸化性及びＡ
１変態点の上昇を抑制し、更に残留炭化物を形成して焼
入れ加熱時の結晶粒の粗大化を抑制し、更にまた耐摩耗
性を高め、焼もどし時特殊炭化物を析出して昇温時の軟
化抵抗を改善し、高温強度を高めるなどの効果を与える
ために添加される。Ｃｒ含有量が多すぎるとＣr炭化物
を過度に形成し、かえって高温強度の低下をもたらす。
このため、Ｃｒ含有量は２．５乃至５．７質量％とす
る。Cr: 2.5 to 5.7 mass% Cr is the most important element for providing the hardenability required for tools. Also, Cr is oxidation resistance and A
(1) It suppresses the rise of the transformation point, further suppresses the coarsening of crystal grains during the heating by quenching by forming residual carbides, further enhances the wear resistance, precipitates special carbides during tempering, and raises the temperature during heating. It is added to improve the softening resistance and enhance the high temperature strength. If the Cr content is too high, Cr carbides are excessively formed, which rather lowers the high temperature strength.
Therefore, the Cr content is 2.5 to 5.7 mass%.

【００２５】Ｍｏ：１．４乃至２．８質量％ Ｗ：０．０１乃至１．６５質量％ Ｍｏ及びＷは特殊炭化物を形成するもので、残留炭化物
形成により、焼入れ加熱時の組織粗大化を防止し、また
焼もどし時に微細な特殊炭化物を析出し、焼もどし軟化
抵抗と高温強度を高めるために最も重要な添加元素であ
る。また、Ｍｏ及びＷは、マルテンサイトの無方向化を
実現するために重要な元素であり、微細な炭化物が析出
する最低値が、Ｗの場合は０．０１質量％以上、Ｍｏの
場合は１．４質量％以上である。また、Ｗの場合に１．
６５質量％を超え、Ｍｏの場合に２．８質量％を超える
と、炭化物が粗大化し、マルテンサイトの無方向化に効
果がない。Mo: 1.4 to 2.8% by mass W: 0.01 to 1.65% by mass Mo and W form special carbides. The formation of residual carbides causes coarsening of the structure during quenching and heating. It is the most important additive element for preventing and precipitating fine special carbides during tempering to enhance temper softening resistance and high temperature strength. Further, Mo and W are important elements for realizing the non-direction of martensite, and the minimum value for precipitation of fine carbides is 0.01% by mass or more in the case of W and 1 in the case of Mo. 4 mass% or more. Also, in the case of W, 1.
If it exceeds 65 mass% and if it exceeds 2.8 mass% in the case of Mo, the carbides are coarsened and there is no effect on the non-directionalization of martensite.

【００２６】Ｖ：０．２０乃至０．９０質量％ Ｖは強力な炭化物形成元素であり、残留炭化物を形成し
て結晶粒微細化の効果が大きく、また高温での耐摩耗性
向上を与える。また、焼もどし時に、微細な炭化物を基
地中に析出させ、Ｗ及びＭｏとの共同添加により、６０
０〜６５０℃以上の高温域での強度を高める効果が大き
く、またＡ１変態点を高める効果を与える。Ｖは上記効
果を得るために添加されるが、多すぎると粗大な炭化物
を形成し、靭性の低下をまねくので０．９質量％以下と
する。また、Ｍｏ及びＷと同様に、マルテンサイトの無
方向化を実現するには、０．２０質量％以上含有させる
必要がある。V: 0.20 to 0.90% by mass V is a strong carbide forming element, forms a residual carbide and has a large effect of refining crystal grains, and also provides improved wear resistance at high temperatures. Also, during tempering, fine carbides are precipitated in the matrix, and by joint addition with W and Mo, 60
It has a large effect of increasing the strength in a high temperature range of 0 to 650 ° C. or higher and also has an effect of increasing the A1 transformation point. V is added in order to obtain the above effect, but if it is too much, coarse carbides are formed and the toughness is lowered, so it is made 0.9% by mass or less. Further, similar to Mo and W, in order to realize non-directionalization of martensite, it is necessary to contain 0.20 mass% or more.

【００２７】Ｎｉ：０．０１乃至１．６５質量％ Ｎｉは基地に固溶して靭性を高め、また焼入性を高める
ために添加される。Ｎｉ含有量が多すぎると、焼なまし
硬さを過度に高くし、被切削性を低下させ、またＡ１変
態点の過度の低下をまねくため、１．６５質量％以下と
する。また、Ｎｉを０．０１質量％以上添加すると、結
晶粒界の炭化物の粗大化を阻止できるため、マルテンサ
イトの無方向化に寄与する。Ni: 0.01 to 1.65% by Mass Ni is added to form a solid solution in the matrix to enhance the toughness and enhance the hardenability. When the Ni content is too large, the annealing hardness is excessively increased, the machinability is deteriorated, and the A1 transformation point is excessively decreased. Therefore, the Ni content is set to 1.65% by mass or less. Further, when Ni is added in an amount of 0.01 mass% or more, coarsening of carbides at crystal grain boundaries can be prevented, which contributes to the non-direction of martensite.

【００２８】Ｃｏ：０．０３乃至０．８９質量％ Ｃｏは基地に固溶して高温強度を高める作用を有する。
また、焼入加熱時のオーステナイト中への炭化物の固溶
限を高め、焼もどし時の特殊炭化物の析出量を増加さ
せ、また昇温時の析出炭化物の凝集抵抗を高め、この面
からも高温強度特性を改善する効果を与える。また、工
具の使用時の昇温により表面に緻密な密着性の酸化被膜
を形成させ、高温での耐摩耗性、耐焼付性を高める効果
を与える。Ｃｏは上記目的のために目的、用途により添
加されるが、多すぎると靭性を低下させるので０．８９
質量％以下とする。Ｃｏは、Ｎｉと同様に０．０３質量
％以上添加すると、結晶粒界の炭化物の粗大化を阻止で
きため、マルテンサイトの無方向化に寄与する。Co: 0.03 to 0.89 mass% Co has a function of forming a solid solution in the matrix to enhance high temperature strength.
It also increases the solid solubility limit of carbides in austenite during quenching and heating, increases the precipitation amount of special carbides during tempering, and increases the agglomeration resistance of precipitated carbides during temperature increase. Gives the effect of improving strength characteristics. Further, the temperature rises during the use of the tool to form a dense and adherent oxide film on the surface, which has the effect of enhancing wear resistance and seizure resistance at high temperatures. Co is added for the above purpose depending on the purpose and application, but if it is too much, it lowers the toughness.
It should be less than or equal to mass%. Co, like Ni, when added in an amount of 0.03 mass% or more can prevent coarsening of carbides at crystal grain boundaries, and thus contributes to non-direction of martensite.

【００２９】Ｎ：０．００９質量％以下 ＮはＡｌＮなどを析出し、機械的性質を悪化させるた
め、０．００９％以下とする。N: 0.009% by mass or less N precipitates AlN or the like and deteriorates mechanical properties, so N is 0.009% by mass or less.

【００３０】Ｔｉ：０．００３質量％以下 Ｔｉは、ＴｉＮを生成し、被削性と機械的性質を悪化さ
せるため、０．００３％以下とする。Ti: 0.003% by mass or less Since Ti forms TiN and deteriorates machinability and mechanical properties, it is set to 0.003% by mass or less.

【００３１】Ｂ：０．０１２質量％以下 Ｂは、ＢＮを生成し、機械的性質を悪化させるため、
０．００３％以下とする。B: 0.012% by mass or less B forms BN and deteriorates mechanical properties.
It is made 0.003% or less.

【００３２】介在物について 硬さが４５ＨＲＣを超える調質材では、非金属介在物の
清浄度がＪＩＳ ｄＡ０．００５％以上ｄ（Ｂ＋Ｃ）
０．０２０％以上と、ｄＡとｄ（Ｂ＋Ｃ）の両介在物の
いずれかが高くなると、非金属介在物が多くなるため
に、工具刃先を欠けさせ、工具寿命のバラツキが大きく
なる。このような介在物がある状態でのマルテンサイト
組織の制御は、工具寿命のバラツキを改善することがで
きない。しかし、介在物が少ない状態では、成分及びマ
ルテンサイト（ベーナイト）方向を制御することによ
り、工具寿命のバラツキの改善効果が得られる。Inclusions In a heat-treated material having a hardness of more than 45 HRC, the cleanliness of non-metallic inclusions is JIS dA 0.005% or more d (B + C).
If either of the inclusions dA and d (B + C) is higher than 0.020%, the non-metallic inclusions increase, the tool cutting edge is chipped, and the variation in tool life increases. Controlling the martensite structure in the presence of such inclusions cannot improve the variation in tool life. However, in a state where there are few inclusions, the effect of improving the variation in tool life can be obtained by controlling the composition and the direction of martensite (bainite).

【００３３】組織について 特開平１２−５４０６８号公報に開示されている低Ｃの
マルテンサイト系ステンレス鋼では、ラスマルテンサイ
トを生成し、被削性と、耐食性、鏡面性及び靭性を改善
する組織が提案されている。しかし、本願発明者等の研
究では、高Ｃ％量である熱間工具鋼では、バタフライ
型、レンズ型、ラス型が混在したマルテンサイト組織を
生成している。そして、偏析部では、バタフライ型又は
レンズ型マルテンサイトと炭化物が多く生成し、これに
より、工具寿命が短かくなり、工具寿命のばらつきが大
きくなり、ヒートチェック性が著しく悪化する。 Structure Regarding the low C martensitic stainless steel disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 12-54068, a structure that forms lath martensite and improves machinability, corrosion resistance, specularity and toughness is obtained. Proposed. However, according to a study by the inventors of the present application, a martensite structure in which a butterfly type, a lens type, and a lath type are mixed is generated in a hot tool steel having a high C% content. Then, in the segregation portion, a large amount of butterfly type or lens type martensite and carbides are generated, which shortens the tool life, increases the tool life variation, and significantly deteriorates the heat checkability.

【００３４】更に、耐溶損性を向上させるためには、低
Ｃ％のラスマルテンサイト組織が有効である。この低Ｃ
％のマルテンサイト組織にするためには、基地中のＣ量
を低減する必要があるので、炭化物生成元素であるＭ
ｏ，Ｖ及びＷの含有量を規定する必要がある。本発明者
等は、組成を種々変更して耐溶損性を調べ、それを多変
量解析（重回帰分析）した結果、そのＣ含有量を
［Ｃ］、Ｖ含有量を［Ｖ］、Ｍｏ含有量を［Ｍｏ］、Ｗ
含有量を［Ｗ］（いずれも質量％）としたとき、２０＞
１００×［Ｃ］−２２×［Ｖ］−３．４×［Ｍｏ］−
１．７×［Ｗ］の不等式を満足することにより、耐溶損
性を向上できることを見いだした。従って、１００×
［Ｃ］−２２×［Ｖ］−３．４×［Ｍｏ］−１．７×
［Ｗ］は２０未満、更に好ましくは１８以下であること
が好ましい。Further, a low C% lath martensite structure is effective for improving the melting resistance. This low C
%, It is necessary to reduce the amount of C in the matrix in order to obtain a martensite structure of M.
It is necessary to specify the contents of o, V and W. The present inventors have conducted various multi-variate analysis (multi-regression analysis) on various corrosion resistances by changing the composition, and as a result, the C content is [C], the V content is [V], and the Mo content is contained. [Mo], W
When the content is [W] (each is% by mass), 20>
100x [C] -22x [V] -3.4x [Mo]-
It was found that the erosion resistance can be improved by satisfying the inequality of 1.7 × [W]. Therefore, 100 ×
[C] -22x [V] -3.4x [Mo] -1.7x
[W] is preferably less than 20, and more preferably 18 or less.

【００３５】更に、ラスマルテンサイトを主体とし、レ
ンズ状又はバタフライ型マルテンサイトを１０乃至３０
％、好ましくは１０乃至２０％混在させた組織にする
と、１００％ラスマルテンサイトよりも、工具寿命を延
長することができる。Further, lath martensite is mainly used, and lens-shaped or butterfly type martensite is used in an amount of 10 to 30.
%, Preferably 10 to 20% mixed, the tool life can be extended as compared with 100% lath martensite.

【００３６】また、清浄度が高い熱間工具鋼において、
マルテンサイトの結晶方位の方向性を１７乃至３３％、
好ましくは２２．３乃至２８．３％に揃えることによ
り、切削工具の寿命のバラツキを抑制することができる
のに加え、工具寿命自体を向上させることができ、更
に、ヒートチェック性を向上させることができる。更
に、セルを小さくし、マルテンサイトの結晶方位を１７
乃至３３％、好ましくは２２．３乃至２８．３％に揃え
ることにより、微小切削加工において、仕上げ面を著し
く綺麗にする効果がある。Further, in hot work tool steel having high cleanliness,
The direction of the crystal orientation of martensite is 17 to 33%,
Preferably, by setting the content to be 22.3 to 28.3%, it is possible to suppress the variation in the life of the cutting tool, improve the tool life itself, and further improve the heat checkability. You can Furthermore, the cell is made smaller and the crystal orientation of martensite is set to 17
% To 33%, preferably 22.3 to 28.3%, there is an effect of making the finished surface remarkably beautiful in the fine cutting process.

【００３７】組織の主体をマルテンサイトにすることに
より、切削時の抵抗を軽減し、被削性を向上させること
ができる。By using martensite as the main constituent of the structure, the resistance during cutting can be reduced and the machinability can be improved.

【００３８】また、マルテンサイトの結晶方位の同一方
向性を１７乃至３３％に揃えて、比較的靭性が低いレン
ズ状又はバタフライ型マルテンサイトを１０乃至３０％
混在させた組織にすることにより、工具寿命のバラツキ
を改善することができると共に、ヒートチェック性を著
しく改善できる。Further, the same direction of crystal orientation of martensite is set to 17 to 33%, and lens-like or butterfly type martensite having relatively low toughness is set to 10 to 30%.
By using a mixed structure, it is possible to improve the variation in tool life and significantly improve heat checkability.

【００３９】更に、偏析部にある炭化物は、少ない方が
良く、介在物を極力少なくする必要がある。Further, it is preferable that the amount of carbide in the segregated portion is small, and it is necessary to reduce inclusions as much as possible.

【００４０】上述のごとく、結晶方位を揃える方法とし
ては、ラスマルテンサイト化する方法がある。ラスマル
テンサイトは、殆ど同じ結晶方位のものが多数隣接して
生成する傾向があり、これらのラスマルテンサイトが合
体した粒界は小傾角粒界を形成させる。As described above, as a method of aligning the crystal orientation, there is a method of forming lath martensite. Lath martensite tends to be formed adjacent to a large number of lath martensites having almost the same crystal orientation, and a grain boundary formed by combining these lath martensites forms a low-angle grain boundary.

【００４１】また、マルテンサイトの方向性、即ち、同
一方向のマルテンサイト量の測定方法は以下のとおりで
ある。即ち、鋼材の圧延方向に垂直の断面において、そ
の中心と鋼材表面とから試料を切り出し、腐食して金属
組織を出現させ、４００倍の光学顕微鏡で金属組織を観
察し、各試料について１０箇所の写真撮影を行う。そし
て、図３に示すように、各写真において、長さ７ｃｍの
横線と、長さ５ｃｍの縦線とを、夫々５本等間隔で引
き、図１に示すように、各線分上において、セル内のマ
ルテンサイト組織の方向が、罫線から左右±５．０°以
内に入るマルテンサイト部の線分上の長さを測定し、こ
れを全長（例えば、横線の場合は７ｃｍ）で除して、同
一方向に並ぶマルテンサイト組織の比率を求める。The directionality of martensite, that is, the method of measuring the amount of martensite in the same direction is as follows. That is, in a cross section perpendicular to the rolling direction of the steel material, a sample is cut out from the center and the steel material surface, corroded to cause a metal structure to appear, and the metal structure is observed with a 400 × optical microscope. Take a photo. Then, as shown in FIG. 3, in each photograph, a horizontal line having a length of 7 cm and a vertical line having a length of 5 cm are drawn at equal intervals of 5, respectively, and as shown in FIG. Measure the length on the line segment of the martensite part where the direction of the martensite structure inside falls within ± 5.0 ° from the ruled line, and divide this by the total length (for example, 7 cm for a horizontal line) , Find the ratio of martensite structures lined up in the same direction.

【００４２】又は、以下のようにして、マルテンサイト
組織の方向性を定義しても良い。先ず、図３に示す碁盤
目のように均等に格子をつけ、同一方向に±５°以内の
角度で整列するマルテンサイト部の長さを測定する。こ
の測定方向に対し±５°以内で傾斜するものは、同一方
向とみなす。そして、図１に示すように、測定長さ
（Ｌ）において、この測定方向と平行な（±５°以内
で）マルテンサイト組織の長さ、即ちＡ１とＡ２との和
を求め、これを測定長さＬで除すことにより、マルテン
サイトの方向性が、｛（Ａ１＋Ａ２）／Ｌ｝×１００の
比率により定義される。なお、Ａ１とＡ２の結晶粒にお
いて、マルテンサイトの方向が測定方向と同一（±５°
以内で）であり、Ｂ１の結晶粒においては、マルテンサ
イトの方向が測定方向と同一ではなかったとする。従っ
て、この比率は、一般的には、｛（マルテンサイト組織
の方向が測定方向に対し±５°以内の同一性をもつ組織
の長さ）／（測定長さ）｝×１００と表すことができ
る。Alternatively, the directionality of the martensite structure may be defined as follows. First, a grid is evenly provided as in a grid shown in FIG. 3, and the lengths of martensite portions aligned in an angle of ± 5 ° in the same direction are measured. Those that incline within ± 5 ° with respect to this measurement direction are regarded as the same direction. Then, as shown in FIG. 1, at the measurement length (L), the length of the martensite structure parallel to the measurement direction (within ± 5 °), that is, the sum of A1 and A2 is obtained, and this is measured. Dividing by the length L, the orientation of martensite is defined by the ratio {(A1 + A2) / L} × 100. In the crystal grains of A1 and A2, the direction of martensite was the same as the measurement direction (± 5 °
It is assumed that the direction of martensite is not the same as the measurement direction in the crystal grain of B1. Therefore, this ratio is generally expressed as {(the length of the structure in which the direction of the martensite structure has an identity within ± 5 ° with respect to the measurement direction) / (measurement length)} × 100. it can.

【００４３】全てのセルが同一方向であれば、図２に示
すように、マルテンサイトの方向性は、０％か、又は１
００％になり、２５％前後であれば、例えば、１７乃至
３３％であれば、ほぼ等方性であるといえる。この場合
に、マルテンサイトの結晶方向と平行に切削すると、被
削性が向上する。しかし、垂直に切削すると、切削抵抗
が高くなり、仕上面が悪くなった上に、寿命が低下す
る。切削加工はマルテンサイト組織の方向と関係なしに
切削することが必要である。安定した寿命を得るために
は、あらゆる角度でマルテンサイトの方向性が同等であ
ることが重要である。これを実現するためには、結晶粒
が微細なほど好ましく、これによりマルテンサイト組織
が等方性となりやすい。If all the cells have the same direction, the directionality of martensite is 0% or 1 as shown in FIG.
It can be said that it is almost isotropic when it is around 00% and around 25%, for example, 17 to 33%. In this case, cutting in parallel with the crystal direction of martensite improves machinability. However, when cut vertically, the cutting resistance is increased, the finished surface is deteriorated, and the life is shortened. The cutting process needs to be performed regardless of the direction of the martensite structure. In order to obtain a stable life, it is important that the orientation of martensite is the same at all angles. In order to realize this, the finer the crystal grains are, the better, and the martensite structure tends to be isotropic.

【００４４】熱処理を実施すると、マルテンサイト又は
ベイナイトの組織となる。このときの結晶方向は、１μ
ｍ以下の微細な炭化物及び介在物を核として決まる。ま
た、ベイナイト組織は結晶粒界に沿って生成する傾向が
あり、同一方向に偏る傾向にある。図２に示すように、
同一方向に偏ると、Ａ接線のように１００％になるか、
又はＢ接線のように０％となる。この場合に、Ａ方向に
一方向に切削加工する場合は、被削性が良好であるが、
Ｂ方向のように垂直となる場合は、著しく被削性が悪化
する。特に、マルテンサイトの方向が切削方向と垂直と
なると、仕上げ面が悪くなる。このため、マルテンサイ
ト組織の無方向化を図る必要がある。When heat treatment is carried out, a martensite or bainite structure is formed. The crystal direction at this time is 1μ
It is determined by using fine carbides and inclusions of m or less as nuclei. Further, the bainite structure tends to be generated along the grain boundaries and tends to be biased in the same direction. As shown in FIG.
If it is biased in the same direction, it will be 100% like A tangent,
Or it becomes 0% like the tangent to B. In this case, the machinability is good when cutting in one direction in the A direction,
When it is vertical as in the B direction, machinability deteriorates significantly. In particular, when the direction of martensite is perpendicular to the cutting direction, the finished surface becomes poor. Therefore, it is necessary to make the martensite structure non-directional.

【００４５】このマルテンサイト組織の無方向化を実現
するためには、マルテンサイト析出サイトを多数つくる
必要がある。このためには、微細な介在物及び炭化物を
均一に分散させることが重要である。従来の鋼材は、無
方向化組織とすることを考慮に入れていないため、どう
しても工具寿命がばらつく要因となってしまっている。
このマルテンサイト組織の無方向化のために、マルテン
サイトの方向性を示す比率｛（マルテンサイト組織の方
向が測定方向に対し±５°以内の同一性をもつ組織の長
さ）／（測定長さ）｝×１００を３３％以下、好ましく
は２８．３％以下にする。一方、このマルテンサイトの
方向性を示す比率｛（マルテンサイト組織の方向が測定
方向に対し±５°以内の同一性をもつ組織の長さ）／
（測定長さ）｝×１００が１７％未満であると、切削し
やすい面と切削しにくい面ができ、仕上面に段差ができ
る上に、工具が突発的な損傷を受けやすい。このため、
マルテンサイトの方向性を示す比率｛（マルテンサイト
組織の方向が測定方向に対し±５°以内の同一性をもつ
組織の長さ）／（測定長さ）｝×１００は、１７％以
上、好ましくは２２．３％以上にする。In order to realize the non-oriented martensite structure, it is necessary to form a large number of martensite precipitation sites. For this purpose, it is important to uniformly disperse fine inclusions and carbides. Since the conventional steel materials do not take into consideration the non-oriented structure, the tool life inevitably becomes a factor.
In order to make this martensite structure non-oriented, the ratio indicating the directionality of martensite {(the length of the structure where the direction of the martensite structure is within ± 5 ° to the measurement direction) / (measurement length S)} × 100 is 33% or less, preferably 28.3% or less. On the other hand, the ratio indicating the directionality of this martensite {(the length of the structure where the direction of the martensite structure has an identity within ± 5 ° with respect to the measurement direction) /
When (measured length)} × 100 is less than 17%, a surface that is easy to cut and a surface that is difficult to cut are formed, a step is formed on the finished surface, and the tool is easily damaged suddenly. For this reason,
The ratio indicating the directionality of martensite {(the length of the structure in which the direction of the martensite structure has an identity within ± 5 ° with respect to the measuring direction) / (measured length)} × 100 is 17% or more, preferably Is 22.3% or more.

【００４６】結晶粒の大きさ また、硬さが４５ＨＲＣを超える鋼材の場合、ミクロ偏
析と炭化物又は介在物が多量にある状態で結晶粒を粗大
化させても、切削工具寿命延長の改善効果がなく、切削
工具寿命のバラツキが大きい。これに対し、介在物が少
量である材料において、結晶粒を７５μｍ以下（４番）
と微細化すると、被削性の著しい改善効果が認められ
る。これらの原因は、結晶粒等により、マルテンサイト
及びベーナイトの方向性が変わることにより、ミクロ的
な段差が発生し、工具の刃先がチッピングすることにあ
る。結晶粒が７５μｍ以下であると、ミクロ的な段差発
生を抑制することができるため、仕上面向上と切削工具
寿命の延長効果がある。また、結晶粒を４２μｍ以下
（６番以上）に微細化（特に３０μｍ以下：８番以上）
すると、ヒートチェック性を改善でき、被削性のバラツ
キを抑制し、安定した切削工具の寿命が得られる上に、
被削性自体の改善が認められる。更に、結晶粒が３０μ
ｍ以下（結晶粒度：８番以上）の微細な結晶粒であると
仕上げ面が綺麗になる。 Size of Crystal Grain In addition, in the case of a steel material having a hardness exceeding 45 HRC, even if the crystal grains are coarsened with a large amount of microsegregation and carbides or inclusions, the effect of improving the life of the cutting tool is improved. There is a large variation in the life of the cutting tool. On the other hand, in the material with a small amount of inclusions, the crystal grain is 75 μm or less (No. 4).
When it is refined, a remarkable improvement effect of machinability is recognized. The cause of these is that the directionality of martensite and bainite changes due to crystal grains and the like, so that a microscopic step is generated and the cutting edge of the tool is chipped. When the crystal grains are 75 μm or less, it is possible to suppress the occurrence of microscopic step differences, which has an effect of improving the finished surface and extending the life of the cutting tool. Also, the crystal grains are refined to 42 μm or less (6 or more) (especially 30 μm or less: 8 or more).
Then, heat checkability can be improved, variation in machinability can be suppressed, and a stable cutting tool life can be obtained.
Improvement of machinability itself is recognized. Furthermore, the crystal grain is 30μ
If it is a fine crystal grain of m or less (grain size: 8 or more), the finished surface becomes beautiful.

【００４７】偏析等の軽減には、前熱処理として、高温
ソーキング等が実施されている。しかし、高温ソーキン
グを実施すると、焼入焼戻し後の結晶粒が粗大化してし
まうため、４５ＨＲＣを超える鋼材の場合は、被削性が
悪化する。更に、偏析部のＣ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等の元素
が非偏析部に拡散し、高Ｃ％で析出するレンズ型やバタ
フライ型のマルテンサイトが全面に生成し、ＨＲＣ４５
を超える材料では切削時の抵抗が高くなり、被削性が逆
に悪化する。To reduce segregation and the like, high temperature soaking or the like is carried out as a pre-heat treatment. However, when high-temperature soaking is performed, the crystal grains after quenching and tempering become coarse, so in the case of a steel material exceeding 45 HRC, machinability deteriorates. Furthermore, elements such as C, Cr, Mo, and V in the segregated portion diffuse into the non-segregated portion, and lens-type or butterfly-type martensite that precipitates at a high C% is formed on the entire surface.
If it exceeds, the resistance at the time of cutting becomes high and the machinability deteriorates.

【００４８】前熱処理を実施しないで、ミクロ偏析、炭
化物及び介在物が多量にある状態で結晶粒を粗大化させ
ても、工具寿命の延長が少ない上に、工具寿命のバラツ
キが大きくなる。これに対し、炭化物及び介在物が少量
である材料において、結晶粒を６番以上に微細化（特に
９番以上）させると、工具寿命のバラツキを抑えること
ができ、この工具寿命のバラツキは、平均すると、介在
物があって結晶粒を粗大化させた材料よりも著しく改善
される。また、介在物が少ない材料の結晶粒を微細化す
ると、仕上げ面も良好となる。Even if the crystal grains are coarsened in the state where there are a large amount of microsegregation, carbides and inclusions without carrying out the pre-heat treatment, the tool life is not extended much and the tool life varies greatly. On the other hand, in a material having a small amount of carbides and inclusions, if the crystal grains are refined to have a grain size of 6 or more (particularly 9 or more), the variation in tool life can be suppressed, and the variation in tool life is On average, this is a significant improvement over materials with inclusions and grain coarsening. Further, if the crystal grains of the material with few inclusions are made fine, the finished surface becomes good.

【００４９】最適な結晶粒度は、９番以上である。しか
し、結晶粒を微細化しすぎると、クラックの進展が速く
なり、ヒートチェック性が悪くなる。また、結晶粒の粗
大化は割れ等の生じさせる原因となる。The optimum grain size is 9 or more. However, if the crystal grains are made too fine, the progress of cracks becomes fast and the heat check property becomes poor. Further, the coarsening of crystal grains causes cracks and the like.

【００５０】なお、介在物が少量である状態で結晶粒を
粗大化させると、切削工具寿命及び切削工具寿命のバラ
ツキを抑えることが可能である。しかし、その反面、下
記表１（井上：１９８９年４月金属臨時増刊号第６８
頁）にあるように、結晶粒の粗大化は、割れの発生原因
となるため、靭性が要求される工具鋼には適用できな
い。特に、熱間工具鋼で靭性が要求されるアルミニウム
押出ダイス、冷間刃物、熱間プレス型、アルミニウムダ
イキャスト型、押出用ステム等においては、下記表２に
示すように、粒径を微細化することが重要である。If the crystal grains are coarsened with a small amount of inclusions, it is possible to suppress the cutting tool life and variations in the cutting tool life. However, on the other hand, Table 1 below (Inoue: April 1989, Metals Special Issue No. 68)
As shown in the page), coarsening of crystal grains causes cracks and cannot be applied to tool steels that require toughness. In particular, in aluminum extrusion dies, cold knives, hot press dies, aluminum die cast dies, extrusion stems, etc., which require toughness in hot work tool steel, as shown in Table 2 below, the grain size is reduced. It is important to.

【００５１】[0051]

【表１】 [Table 1]

【００５２】[0052]

【表２】 [Table 2]

【００５３】熱処理について 高Ｃ高Ｃｒ系の熱間工具鋼において、前熱処理を高温で
実施すると、偏析部のＣ、Ｃｒ，Ｍｏ、Ｖ等の元素が非
偏析部に拡散し、高Ｃ％で析出するレンズ型及びバタフ
ライ型のマルテンサイトが全面に生成し、硬度がＨＲＣ
４５を超える材料では切削時の抵抗が高くなり、被削性
を逆に悪化させ、溶損性、ヒートチェック性、及び靭性
が低下する。 Heat Treatment In a high C, high Cr hot work tool steel, when pre-heat treatment is carried out at a high temperature, elements such as C, Cr, Mo and V in the segregated portion are diffused in the non-segregated portion, resulting in high C%. Lens-type and butterfly-type martensite that precipitates are formed on the entire surface, and the hardness is HRC.
If the material exceeds 45, the resistance at the time of cutting becomes high, the machinability is adversely deteriorated, and the melt damage property, heat check property, and toughness deteriorate.

【００５４】[0054]

【実施例】以下、本発明の実施例の効果について、本発
明の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明す
る。供試材の組成及びマルテンサイトの方向性等を下記
表３及び表４に示す。なお、表４において、「式」欄
は、マルテンサイト指数を示す式１００×Ｃ（％）−２
２×Ｖ（％）−３．４×Ｍｏ（％）−１．７×Ｗ（％）
の値である。この表３及び表４に示す組成を有する各供
試材を１０ｋｇＶＩＦ炉（真空誘導加熱炉）にて溶製
し、鋳塊を４０×８０×２５０ｍｍの形状になるように
鍛造し、８３０℃で焼きなまし処理した。また、全ての
溶製材は、非金属介在物の清浄度がＪＩＳ ｄＡ０．０
０５％以下で、ｄ（Ｂ＋Ｃ）０．０２０％以下であり、
炭化物のアスペクト比が１．３〜１．０である。なお、
表４の介在物の欄において、「あり」とは、焼きなまし
材において、非金属介在物の清浄度が、ＪＩＳ ｄＡ
０．００５％以下、ｄ（Ｂ＋Ｃ）０．０２０％以下のい
ずれかの条件を満たさない場合であり、「なし」とは、
焼きなまし材における非金属介在物の清浄度が、ＪＩＳ
ｄＡ０．００５％以下であると共に、ｄ（Ｂ＋Ｃ）
０．０２０％以下である場合である。EXAMPLES The effects of the examples of the present invention will be specifically described below in comparison with comparative examples that depart from the scope of the present invention. Tables 3 and 4 below show the composition of the sample material and the orientation of martensite. In Table 4, the “Formula” column is a formula showing the martensite index, 100 × C (%) −2.
2 x V (%)-3.4 x Mo (%)-1.7 x W (%)
Is the value of. Each test material having the composition shown in Table 3 and Table 4 was melted in a 10 kg VIF furnace (vacuum induction heating furnace), and the ingot was forged into a shape of 40 × 80 × 250 mm, and at 830 ° C. It was annealed. In addition, the cleanliness of non-metallic inclusions is JIS dA0.0 for all ingots.
05% or less, d (B + C) 0.020% or less,
The aspect ratio of the carbide is 1.3 to 1.0. In addition,
In the column of inclusions in Table 4, "Yes" means that the cleanliness of the non-metallic inclusions in the annealed material is JIS dA.
When none of 0.005% or less and d (B + C) 0.020% or less is satisfied, “none” means
The cleanliness of non-metallic inclusions in annealed materials is JIS
dA is 0.005% or less, and d (B + C)
This is the case when it is 0.020% or less.

【００５５】[0055]

【表３】 [Table 3]

【００５６】[0056]

【表４】 [Table 4]

【００５７】素材の評価は、９８０〜１０５０℃×３０
分焼き入れ後、５００〜６７０℃×２時間×２回焼戻処
理をし、硬さを４６ＨＲＣに調整し、ＳＫＤ６１の素材
の性能を５０として指数化し、この指数により、切削工
具寿命、仕上げ面粗さ、ヒートチェック性、及び溶損性
を比較した。また、工具寿命のバラツキは、切削工具寿
命のバラツキの割合を百分率で評価した。Evaluation of the material is 980 to 1050 ° C. × 30
After the partial quenching, 500-670 ° C x 2 hours x 2 times tempering treatment, adjusting the hardness to 46HRC, indexing the performance of the material of SKD61 as 50, cutting tool life, finished surface The roughness, heat checkability, and meltability were compared. The tool life variation was evaluated by the percentage of the cutting tool life variation.

【００５８】被削性の評価は、直径１０ｍｍのハイスの
ＴｉＮコーティングエンドミルにて、回転速度５２０ｒ
ｐｍ、送り４０ｍｍ／分、切り込み軸方向１５ｍｍで、
半径方向０．５ｍｍで、乾式にて側面加工を実施し、２
ｍにて工具の損耗状態を判断し、工具の寿命は、折損又
は溶融するまで実施した。また、仕上げ面粗さは、表面
粗さのＲｚの値により評価した。The machinability was evaluated by using a high speed TiN coating end mill with a diameter of 10 mm and a rotation speed of 520 r.
pm, feed 40 mm / min, cutting axial direction 15 mm,
Radial direction is 0.5mm and dry side processing is performed.
The wear state of the tool was judged at m, and the tool life was carried out until it was broken or melted. Further, the finished surface roughness was evaluated by the value of Rz of the surface roughness.

【００５９】結晶粒は、ＪＩＳＧＯ５５１による結晶粒
度試験方法と同番の附属書４の規定による交差線分によ
る判定法によった。The crystal grains were determined according to the grain size test method according to JIS GO551 and the determination method based on the intersection line segment according to the same number as in Annex 4.

【００６０】ヒートチェック試験は、直径３０ｍｍ、長
さ５０ｍｍの供試材を高周波誘導加熱にて加熱し、表面
温度が６５０℃に達したときに水をかけ、５０℃まで冷
やす処理を、１００回繰り返し、クラックの長さを測定
した。In the heat check test, a test material having a diameter of 30 mm and a length of 50 mm is heated by high frequency induction heating, water is applied when the surface temperature reaches 650 ° C., and the treatment is cooled to 50 ° C. 100 times. Repeatedly, the crack length was measured.

【００６１】溶損性の評価は、ダイキャストで一般的に
使用されるＡＤＣ１２を６５０℃に加熱した容器内で、
直径５ｍｍ、長さ３０ｍｍの素材を５００ｒｐｍで撹拌
して２０分間保持し、素材の損耗量を測定した。The evaluation of melting resistance was carried out in a container in which ADC12 generally used in die casting was heated to 650 ° C.
A material having a diameter of 5 mm and a length of 30 mm was stirred at 500 rpm and held for 20 minutes to measure the amount of wear of the material.

【００６２】これらの試験結果を下記表５に示す。The results of these tests are shown in Table 5 below.

【００６３】[0063]

【表５】 [Table 5]

【００６４】表３及び表４に示すようなＪＩＳ規格での
ＳＫＤ６１の成分、Ｓｉ及びＭｏ等の成分、介在物量
が、請求項１から外れると、表５のＳＫＤ６１及び比較
例１のように、切削工具の平均寿命を向上させる効果及
び切削工具の寿命のバラツキを抑制する効果がない。し
かし、これらが請求項１を満足すると、実施例９乃至１
９のように、切削工具寿命の向上効果及びそのバラツキ
抑制効果により、工具寿命のバラツキが１／２以下、工
具寿命が１．６倍以上になる。When the components of SKD61, the components such as Si and Mo, and the amount of inclusions in the JIS standard as shown in Tables 3 and 4 deviate from Claim 1, as shown in SKD61 and Comparative Example 1 of Table 5, It has neither the effect of improving the average life of the cutting tool nor the effect of suppressing the variation in the life of the cutting tool. However, when these satisfy claim 1, the embodiments 9 to 1
As described in No. 9, due to the effect of improving the life of the cutting tool and the effect of suppressing the variation, the variation in the tool life is 1/2 or less and the tool life is 1.6 times or more.

【００６５】更に、請求項２を満足することにより、即
ち、実施例１１〜１８のように、レンズ状又はバタフラ
イ型マルテンサイトを１０〜３０％混在させると、実施
例９、１９よりも更に工具寿命のバラツキと平均工具寿
命を２０％以上改善でき、現行材料と比べて工具寿命の
バラツキを１／２．８以下、平均寿命を２．０倍以上に
向上させることができる。Further, when the second aspect is satisfied, that is, when the lens-shaped or butterfly martensite is mixed in an amount of 10 to 30% as in Examples 11 to 18, the tool is more than in Examples 9 and 19. The variation in life and the average tool life can be improved by 20% or more, and the variation in tool life can be improved by 1 / 2.8 or less and the average tool life can be increased by 2.0 times or more as compared with the current material.

【００６６】更にまた、請求項３を満足し、結晶粒を７
３μｍ以下に制限することにより、実施例１１〜１８に
示すように、更に被削性を改善することができる。ま
た、４２μｍ以下とすると、実施例１３〜１７のよう
に、被削性のバラツキを３．６倍以上向上させることが
できる。その上、耐ヒートチェック性が１．８倍以上向
上する。更に、３０μｍ以下とすると、更に切削後の仕
上面が実施例１３〜１５のように、２倍以上向上する。Further, the third aspect is satisfied, and the crystal grain is 7
By limiting the thickness to 3 μm or less, the machinability can be further improved as shown in Examples 11 to 18. When the thickness is 42 μm or less, the variation in machinability can be improved by 3.6 times or more as in Examples 13 to 17. In addition, the heat check resistance is improved 1.8 times or more. Furthermore, when the thickness is 30 μm or less, the finished surface after cutting is further improved by a factor of 2 or more as in Examples 13 to 15.

【００６７】また、２０＞１００×［Ｃ］−２２×
［Ｖ］−３．４×［Ｍｏ］−１．７×［Ｗ］の不等式を
満足することにより、実施例１０〜１５のように、耐溶
損性が１．７倍向上する。更に、前記式の値を１８以下
にすると、耐溶損性が２倍以上向上する。20> 100 × [C] −22 ×
By satisfying the inequality of [V] -3.4 × [Mo] -1.7 × [W], the melt damage resistance is improved 1.7 times as in Examples 10 to 15. Further, if the value of the above formula is 18 or less, the melt damage resistance is more than doubled.

【００６８】[0068]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
非金属介在物の清浄度をＪＩＳ ｄＡ０．００５％以下
で、ｄ（Ｂ＋Ｃ）で０．０２０％以下とすることによ
り、また、マルテンサイトの方向性を１７乃至３３％の
範囲に限定することにより、工具寿命を延長できると共
に、切削工具寿命のバラツキを抑制し、耐溶損性とヒー
トチェック性を向上させることができる。As described in detail above, according to the present invention,
By setting the cleanliness of non-metallic inclusions to JIS dA 0.005% or less and d (B + C) 0.020% or less, and limiting the directionality of martensite to the range of 17 to 33%. In addition, the tool life can be extended, variation in the cutting tool life can be suppressed, and melting resistance and heat checkability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明におけるマルテンサイトの方向性の計算
方法を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a method of calculating the directionality of martensite in the present invention.

【図２】同じくマルテンサイトの方向性を説明する図で
ある。FIG. 2 is a diagram similarly illustrating the directionality of martensite.

【図３】本発明における同一方向のマルテンサイトの量
の測定方法を説明する金属顕微鏡写真である。FIG. 3 is a metallurgical micrograph for explaining the method for measuring the amount of martensite in the same direction according to the present invention.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 Ｃ：０．２８乃至０．５５質量％、Ｓ
ｉ：０．１５乃至０．８０質量％、Ｍｎ：０．４０乃至
０．８５質量％、Ｐ：０．０２０質量％以下、Ｓ：０．
０１８質量％以下、Ｃｒ：２．５乃至５．７質量％、Ｍ
ｏ：１．４乃至２．８質量％、Ｖ：０．２０乃至０．９
０質量％、Ｗ：０．０１乃至１．６５質量％、Ｃｏ：
０．０３乃至０．８９質量％、Ｎｉ：０．０１乃至１．
６５質量％を含有し、残部が実質的にＦｅ及び不可避的
不純物からなり、不可避的不純物のＮを０．００９質量
％以下、Ｔｉを０．００３質量％以下、Ｂを０．０１２
質量％以下に規制し、非金属介在物の清浄度がＪＩＳ
ｄＡ０．００５％以下で、ｄ（Ｂ＋Ｃ）０．０２０％以
下であると共に、熱処理後のマルテンサイト組織の方向
性が１７乃至３３％の範囲にあることを特徴とする熱間
工具鋼。1. C: 0.28 to 0.55% by mass, S
i: 0.15 to 0.80 mass%, Mn: 0.40 to 0.85 mass%, P: 0.020 mass% or less, S: 0.0.
018 mass% or less, Cr: 2.5 to 5.7 mass%, M
o: 1.4 to 2.8% by mass, V: 0.20 to 0.9
0% by mass, W: 0.01 to 1.65% by mass, Co:
0.03 to 0.89% by mass, Ni: 0.01 to 1.
65% by mass, the balance consisting essentially of Fe and unavoidable impurities, N of 0.009% by mass or less of unavoidable impurities, 0.003% by mass or less of Ti, and 0.012 of B.
The cleanliness of non-metallic inclusions is regulated to JIS according to JIS standard.
dA 0.005% or less, d (B + C) 0.020% or less, and the directionality of the martensitic structure after heat treatment is in the range of 17 to 33%. 【請求項２】 ラスマルテンサイトを主体として、レン
ズ状又はバタフライ型のマルテンサイトを１０乃至３０
％混在させた組織を有することを特徴とする請求項１に
記載の熱間工具鋼。2. Lath martensite as a main component, and lens-shaped or butterfly-type martensite of 10 to 30
% The hot work tool steel according to claim 1, having a mixed structure. 【請求項３】 マルテンサイトを主体とする組織を有
し、このマルテンサイト組織を構成するパケットサイズ
がオーステナイト粒が７３μｍ以下（結晶粒番号で４番
以上）のサイズを有することを特徴とする請求項２に記
載の熱間工具鋼。3. A structure having martensite as a main component, and a packet size of the martensite structure is such that austenite grains have a size of 73 μm or less (crystal grain number is 4 or more). Item 3. The hot work tool steel according to item 2. 【請求項４】 前記マルテンサイト組織を構成するパケ
ットサイズがオーステナイト粒が３０μｍ以下（結晶粒
番号で８番以上）のサイズを有することを特徴とする請
求項３に記載の熱間工具鋼。4. The hot work tool steel according to claim 3, wherein the martensite structure has a packet size in which austenite grains have a size of 30 μm or less (crystal grain number is 8 or more). 【請求項５】 Ｃ含有量を［Ｃ］、Ｖ含有量を［Ｖ］、
Ｍｏ含有量を［Ｍｏ］、Ｗ含有量を［Ｗ］（いずれも質
量％）としたとき、２０＞１００×［Ｃ］−２２×
［Ｖ］−３．４×［Ｍｏ］−１．７×［Ｗ］の不等式を
満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１
項に記載の熱間工具鋼。5. The C content is [C], the V content is [V],
When Mo content is [Mo] and W content is [W] (both are mass%), 20> 100 × [C] −22 ×
5. The inequality of [V] -3.4 × [Mo] -1.7 × [W] is satisfied, and any one of claims 1 to 4 is characterized.
Hot work tool steel according to item.