特許 6985926 析出硬化型マルテンサイト系工具鋼

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6985926

(24)【登録日】2021年11月30日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】析出硬化型マルテンサイト系工具鋼

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20211213BHJP

   C22C 38/50 20060101ALI20211213BHJP

   C21D 9/00 20060101ALI20211213BHJP

   C21D 6/00 20060101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   C22C38/00 302E

   C22C38/50

   C21D9/00 M

   C21D6/00 L

【請求項の数】4

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-245960(P2017-245960)

(22)【出願日】2017年12月22日

(65)【公開番号】特開2019-112663(P2019-112663A)

(43)【公開日】2019年7月11日

【審査請求日】2020年11月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000180070

【氏名又は名称】山陽特殊製鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 隆久

(72)【発明者】

【氏名】三浦 滉大

(72)【発明者】

【氏名】澤田 俊之

【審査官】 河野 一夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０８８２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００２３１０８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭５３−１４４４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭４２−０１１１３７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０２５０２８９８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ ３８／００

Ｃ２２Ｃ ３８／５０

Ｃ２１Ｄ ９／００

Ｃ２１Ｄ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

０．００５０質量％以上１．００質量％以下のＳｉ、１０．０質量％以上２５．０質量％以下のＮｉ、０．０１質量％以上５．０質量％以下のＣｒ、３．５質量％以上７．０質量％以下のＭｏ、０．０５０質量％以上１．００質量％以下のＮｂ、０．０５０質量％以上４．０質量％以下のＡｌ、及び０．１質量％以上５．０質量％以下のＴｉを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物である析出硬化型マルテンサイト系工具鋼。

【請求項2】

０．００５０質量％以上１．００質量％以下のＳｉ、１０．０質量％以上２５．０質量％以下のＮｉ、０．０１質量％以上５．０質量％以下のＣｒ、３．５質量％以上７．０質量％以下のＭｏ、０．０５０質量％以上１．００質量％以下のＮｂ、０．０５０質量％以上４．０質量％以下のＡｌ、０．１質量％以上５．０質量％以下のＴｉ、及び２０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下のＯを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物である析出硬化型マルテンサイト系工具鋼。

【請求項3】

０．００５０質量％以上１．００質量％以下のＳｉ、１０．０質量％以上２５．０質量％以下のＮｉ、０．０１質量％以上５．０質量％以下のＣｒ、３．５質量％以上７．０質量％以下のＭｏ、０．０５０質量％以上１．００質量％以下のＮｂ、０．０５０質量％以上４．０質量％以下のＡｌ、０．１質量％以上５．０質量％以下のＴｉ、及び２０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下のＮを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物である析出硬化型マルテンサイト系工具鋼。

【請求項4】

０．００５０質量％以上１．００質量％以下のＳｉ、１０．０質量％以上２５．０質量％以下のＮｉ、０．０１質量％以上５．０質量％以下のＣｒ、３．５質量％以上７．０質量％以下のＭｏ、０．０５０質量％以上１．００質量％以下のＮｂ、０．０５０質量％以上４．０質量％以下のＡｌ、０．１質量％以上５．０質量％以下のＴｉ、２０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下のＯ、及び２０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下のＮを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物である析出硬化型マルテンサイト系工具鋼。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金型、口金等に適した析出硬化型マルテンサイト系工具鋼に関する。

【背景技術】

【0002】

工具鋼には優れた機械的特性が要求される。特開２０１６−２１６８１３公報には、工具鋼の一例としてのマルエージング鋼が開示されている。このマルエージング鋼は、強度、靱性、延性及び耐疲労特性に優れている。

【0003】

しかし、このマルエージング鋼は、多量のＣｏを含んでいる。Ｃｏは、日本国において、２０１３年に特定化学物質に指定された。外国でも、Ｃｏ含有物質に関する規制が強化されつつある。Ｃｏには、慎重な取り扱いが要求される。

【0004】

特開２０１５−９３９９１公報には、析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼が開示されている。このステンレス鋼は、Ｃｏを含まない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６−２１６８１３公報

【特許文献2】特開２０１５−９３９９１公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特開２０１５−９３９９１公報に開示されたステンレス鋼は、Ｃｏを含まないので、取り扱い性には優れる。しかしこのステンレス鋼は、強度、硬度及び耐衝撃性の点で、工具鋼には不向きである。

【0007】

本発明の目的は、Ｃｏを実質的に含有せず、しかも機械的特性に優れた析出硬化型マルテンサイト系工具鋼の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る析出硬化型マルテンサイト系工具鋼は、０．００５０質量％以上１．００質量％以下のＳｉ、１０．０質量％以上２５．０質量％以下のＮｉ、０．０１質量％以上５．０質量％以下のＣｒ、３．５質量％以上７．０質量％以下のＭｏ、０．０５０質量％以上１．００質量％以下のＮｂ、０．０５０質量％以上４．０質量％以下のＡｌ、及び０．１質量％以上５．０質量％以下のＴｉを含む。この工具鋼における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。

【0009】

好ましくは、この工具鋼におけるＮｉの含有率は、１０．０質量％以上２０．０質量％以下である。好ましくは、この工具鋼におけるＮｉの含有率は、１５．０質量％以上１８．０質量％以下である。好ましくは、この工具鋼におけるＮｂの含有率は、０．３０質量％以上１．００質量％以下である。

【0010】

他の観点によれば、本発明に係る析出硬化型マルテンサイト系工具鋼は、０．００５０質量％以上１．００質量％以下のＳｉ、１０．０質量％以上２５．０質量％以下のＮｉ、０．０１質量％以上５．０質量％以下のＣｒ、３．５質量％以上７．０質量％以下のＭｏ、０．０５０質量％以上１．００質量％以下のＮｂ、０．０５０質量％以上４．０質量％以下のＡｌ、０．１質量％以上５．０質量％以下のＴｉ、及び２０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下のＯを含む。この工具鋼における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。

【0011】

好ましくは、Ｏの含有率は、２０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下である。

【0012】

さらに他の観点によれば、本発明に係る析出硬化型マルテンサイト系工具鋼は、０．００５０質量％以上１．００質量％以下のＳｉ、１０．０質量％以上２５．０質量％以下のＮｉ、０．０１質量％以上５．０質量％以下のＣｒ、３．５質量％以上７．０質量％以下のＭｏ、０．０５０質量％以上１．００質量％以下のＮｂ、０．０５０質量％以上４．０質量％以下のＡｌ、０．１質量％以上５．０質量％以下のＴｉ、及び２０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下のＮを含む。この工具鋼における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。

【0013】

好ましくは、Ｎの含有率は、２０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下である。

【0014】

さらに他の観点によれば、本発明に係る析出硬化型マルテンサイト系工具鋼は、０．００５０質量％以上１．００質量％以下のＳｉ、１０．０質量％以上２５．０質量％以下のＮｉ、０．０１質量％以上５．０質量％以下のＣｒ、３．５質量％以上７．０質量％以下のＭｏ、０．０５０質量％以上１．００質量％以下のＮｂ、０．０５０質量％以上４．０質量％以下のＡｌ、０．１質量％以上５．０質量％以下のＴｉ、２０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下のＯ、及び２０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下のＮを含む。この工具鋼における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。

【0015】

好ましくは、Ｏの含有率は２０ｐｐｍ以上８００ｐｐｍ以下であり、Ｎの含有率は２０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下である。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る析出硬化型マルテンサイト系工具鋼は、不可避的不純物であるもの以外のＣｏを含まないにもかかわらず、機械的特性に優れる。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明に係る析出硬化型マルテンサイト系工具鋼は、Ｆｅ基合金である。本発明者らは、鋭意検討の結果、Ｓｉ、Ｎｂ及びＣｒの適正量の添加により、不可避的不純物であるもの以外のＣｏを含まないにもかかわらず、工具鋼が優れた機械的特性を発現することを見いだした。具体的には、この工具鋼は、引張強さ、硬さ及び耐衝撃性に優れている。以下、各実施形態に基づき、本発明が詳説される。

【0018】

［第一実施形態］
本実施形態に係る析出硬化型マルテンサイト系工具鋼は、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｌ及びＴｉを含む。以下、この工具鋼における各元素の役割が詳説される。

【0019】

［ケイ素（Ｓｉ）］
Ｓｉは、工具鋼の焼入れ特性を高める。Ｓｉはさらに、Ｎｉを含む金属間化合物の生成に寄与する。Ｓｉの添加により、硬度が大きい工具鋼が得られうる。この観点から、工具鋼におけるＳｉの含有率は０．００５０質量％以上が好ましく、０．０１０質量％以上がより好ましく、０．０１５質量％以上が特に好ましい。Ｓｉの過剰な添加は、引張強さ及び耐衝撃性を阻害する。引張強さ及び耐衝撃性の観点から、Ｓｉの含有率は１．００質量％以下が好ましく、０．９０質量％以下がより好ましく、０．８５質量％以下が特に好ましい。Ｓｉの含有率は、「ＪＩＳ Ｇ １２５６」の規定に準拠して測定される。

【0020】

［ニッケル（Ｎｉ）］
Ｎｉは、δフェライト相の生成を抑制する。Ｎｉはさらに、他の元素と共に、金属間化合物を析出させる。具体的な金属間化合物として、Ｎｉ−Ａｌ、Ｎｉ−Ｔｉ、Ｎｉ−Ｍｏ及びＮｉ−Ｎｂが例示される。これらの金属間化合物の時効析出により、硬度が高く、引張強さが大きく、耐衝撃性に優れた工具鋼が得られうる。Ｎｉはさらに、他の金属間化合物であるＮｉ−Ｓｉも析出させる。このＮｉ−Ｓｉは、工具鋼の高硬度に寄与しうる。これらの観点から、工具鋼におけるＮｉの含有率は１０．０質量％以上が好ましく、１３．０質量％以上がより好ましく、１５．０質量％以上が特に好ましい。Ｎｉは、オーステナイト形成元素である。Ｎｉの過剰の添加は、マルテンサイト変態を阻害し、引張強さ及び耐衝撃性を低下させることがある。引張強さ及び耐衝撃性の観点から、Ｎｉの含有率は２５．０質量％以下が好ましく、２０．０質量％以下がより好ましく、１８．０質量％以下が特に好ましい。Ｎｉの含有率は、「ＪＩＳ Ｇ １２５６」の規定に準拠して測定される。

【0021】

［クロム（Ｃｒ）］
Ｃｒは、Ｆｅ中への他の元素の固溶に寄与する。さらにＣｒは、工具鋼の耐食性にも寄与する。これらの観点から、工具鋼におけるＣｒの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．１質量％以上がより好ましく、１．０質量％以上が特に好ましい。Ｃｒは、フェライト形成元素である。Ｃｒが過剰に添加された工具鋼では、高温に保持されてもオーステナイトが生じにくい。従ってこの工具鋼では、溶体化処理によってもマルテンサイト組織が得られにくい。この工具鋼の強度は、低い。強度の観点から、Ｃｒの含有率は５．０質量％以下が好ましく、４．５質量％以下がより好ましく、４．０質量％以下が特に好ましい。Ｃｒの含有率は、「ＪＩＳ Ｇ １２５６」の規定に準拠して測定される。

【0022】

［モリブデン（Ｍｏ）］
Ｍｏは、Ｆｅ中への他の元素の固溶に寄与する。さらにＭｏは、Ｎｉとの金属間化合物を形成する。この金属間化合物は、工具鋼の高硬度に寄与する。これらの観点から、工具鋼におけるＭｏの含有率は３．５質量％以上が好ましく４．０質量％以上がより好ましく、４．５質量％以上が特に好ましい。Ｍｏが過剰に添加された工具鋼では、δフェライトが生成される。このδフェライトは、工具鋼の機械的特性を阻害する。さらに、Ｍｏが過剰に添加された工具鋼では、ＦｅとＭｏとの金属間化合物が形成される。この金属間化合物は、工具鋼の機械的特性を阻害する。機械的特性の観点から、Ｍｏの含有率は７．０質量％以下が好ましく、６．５質量％以下がより好ましく、６．０質量％以下が特に好ましい。Ｍｏの含有率は、「ＪＩＳ Ｇ １２５６」の規定に準拠して測定される。

【0023】

［ニオブ（Ｎｂ）］
Ｎｂは、Ｆｅ中への他の元素の固溶に寄与する。さらにＮｂは、Ｎｉとの金属間化合物を形成する。この金属間化合物は、工具鋼の高硬度に寄与する。これらの観点から、工具鋼におけるＮｂの含有率は０．０５０質量％以上が好ましく、０．１０質量％以上がより好ましく、０．３０質量％以上が特に好ましい。Ｎｂが過剰に添加された工具鋼では、金属間化合物の量も過剰である。過剰の金属間化合物は、工具鋼の機械的特性を阻害する。機械的特性の観点から、Ｎｂの含有率は１．００質量％以下が好ましく、０．９５質量％以下がより好ましく、０．９０質量％以下が特に好ましい。Ｎｂの含有率は、「ＪＩＳ Ｇ １２５８」の規定に準拠して測定される。

【0024】

［アルミニウム（Ａｌ）］
Ａｌは、Ｎｉとの金属間化合物を形成し、Ｔｉとの金属間化合物も形成する。これらの金属間化合物は、工具鋼の高硬度に寄与する。これらの観点から、工具鋼におけるＡｌの含有率は０．０５０質量％以上が好ましく、０．１０質量％以上がより好ましく、１．００質量％以上が特に好ましい。Ａｌが過剰に添加された工具鋼では、金属間化合物の量も過剰である。過剰の金属間化合物は、工具鋼の機械的特性を阻害する。機械的特性の観点から、Ａｌの含有率は４．０質量％以下が好ましく、３．９質量％以下がより好ましく、３．８質量％以下が特に好ましい。Ａｌの含有率は、「ＪＩＳ Ｇ １２５８」の規定に準拠して測定される。

【0025】

［チタン（Ｔｉ）］
Ｔｉは、Ｎｉとの金属間化合物を形成し、Ａｌとの金属間化合物も形成する。これらの金属間化合物は、工具鋼の高硬度に寄与する。これらの観点から、工具鋼におけるＴｉの含有率は０．１質量％以上が好ましく、１．０質量％以上がより好ましく、１．５質量％以上が特に好ましい。Ｔｉが過剰に添加された工具鋼では、金属間化合物の量も過剰である。過剰の金属間化合物は、工具鋼の機械的特性を阻害する。機械的特性の観点から、Ｔｉの含有率は５．０質量％以下が好ましく、４．０質量％以下がより好ましく、３．５質量％以下が特に好ましい。Ｔｉの含有率は、「ＪＩＳ Ｇ １２５８」の規定に準拠して測定される。

【0026】

［残部］
この工具鋼の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。この工具鋼は、Ｃｏを実質的に含まない。この工具鋼において、不可避的不純物であるＣｏの含有は、許容される。具体的には、Ｃｏの含有率は、１．０質量％未満である。不可避的不純物であるもの以外のＣｏを含まないので、この工具鋼は特定化学物質障害予防規制の対象外である。従ってこの工具鋼は、取り扱い性に優れる。合金元素（特にＳｉ、Ｎｂ及びＣｒ）の含有率が適正なので、この工具鋼は、Ｃｏを含まないにもかかわらず、引張強さ、硬さ及び耐衝撃性に優れている。

【0027】

［製造方法］
この工具鋼からなる成形体は、典型的には、鋳造法によって得られる。例えば、高周波真空溶解炉によって得られた溶湯から、成形体が得られる。高周波真空溶解炉では、溶湯の空気との接触が抑制される。この製造方法により、不純物の少ない成形体が得られる。

【0028】

［第二実施形態］
本実施形態に係る析出硬化型マルテンサイト系工具鋼は、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔｉ及びＯを含む。本実施形態に係る工具鋼におけるＳｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｌ及びＴｉの役割は、第一実施形態に係る工具鋼におけるこれらの元素の役割と同じである。本実施形態に係る工具鋼におけるＳｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｌ及びＴｉの含有率の好ましい範囲は、第一実施形態に係る工具鋼における範囲と同じである。

【0029】

本実施形態に係る工具鋼は、Ｏを含む。Ｏは、Ｓｉとの結合力に優れる。Ｓｉを含む工具鋼がさらにＯを含むことにより、工具鋼においてＯが固溶状態で均一に分散する。Ｏは、工具鋼の引張強さ及び硬さに寄与する。この観点から、工具鋼におけるＯの含有率は２０ｐｐｍ以上が好ましく、１００ｐｐｍ以上がより好ましく、１５０ｐｐｍ以上が特に好ましい。工具鋼における酸化物生成が抑制されるとの観点から、Ｏの含有率は１０００ｐｐｍ以下が好ましく、８００ｐｐｍ以下がより好ましく、５００ｐｐｍ以下が特に好ましい。Ｏの含有率は、「ＪＩＳ Ｚ ２６１３」の規定に準拠して測定される。

【0030】

この工具鋼からなる成形体は、典型的には、粉末冶金によって得られる。粉末は、水アトマイズ、ガスアトマイズ、ディスクアトマイズ等によって得られうる。粉末冶金では、材料のＯとの接触面積が、鋳造のそれと比べて大きい。粉末冶金により、適量のＯを含有する粉末が得られる。溶湯に例えばアルゴンガスが噴射されるガスアトマイズにより、適量のＯを含有する粉末が得られる。アルゴンガス雰囲気中での水アトマイズによっても、適量のＯを含有する粉末が得られる。アルゴンガス雰囲気中でのディスクアトマイズによっても、適量のＯを含有する粉末が得られる。粉末が適温にて酸化処理されることで、Ｏの含有率が調整されてもよい。これらの粉末が加圧されることで、成形体が得られる。好ましい加圧方法として、熱間等方加圧法（ＨＩＰ）が挙げられる。

【0031】

［第三実施形態］
本実施形態に係る析出硬化型マルテンサイト系工具鋼は、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔｉ及びＮを含む。本実施形態に係る工具鋼におけるＳｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｌ及びＴｉの役割は、第一実施形態に係る工具鋼におけるこれらの元素の役割と同じである。本実施形態に係る工具鋼におけるＳｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｌ及びＴｉの含有率の好ましい範囲は、第一実施形態に係る工具鋼における範囲と同じである。

【0032】

本実施形態に係る工具鋼は、Ｎを含む。Ｎは、Ｎｂ及びＣｒとの結合力に優れる。Ｎｂ及びＣｒを含む工具鋼がさらにＮを含むことにより、工具鋼においてＮが固溶状態で均一に分散する。Ｎは、工具鋼の引張強さ、硬さ及び耐衝撃性に寄与する。この観点から、工具鋼におけるＮの含有率は２０ｐｐｍ以上が好ましく、１００ｐｐｍ以上がより好ましく、１８０ｐｐｍ以上が特に好ましい。工具鋼における窒化物生成が抑制されるとの観点から、Ｎの含有率は１０００ｐｐｍ以下が好ましく、８００ｐｐｍ以下がより好ましく、５００ｐｐｍ以下が特に好ましい。Ｎの含有率は、「ＪＩＳ Ｇ １２２８」の規定に準拠して測定される。

【0033】

この工具鋼からなる成形体は、典型的には、粉末冶金によって得られる。粉末は、水アトマイズ、ガスアトマイズ、ディスクアトマイズ等によって得られうる。粉末冶金では、材料のＮとの接触面積が、鋳造のそれと比べて大きい。粉末冶金により、適量のＮを含有する粉末が得られる。溶湯に窒素ガスが噴射されるガスアトマイズにより、適量のＮを含有する粉末が得られる。窒素ガス雰囲気中での水アトマイズによっても、適量のＮを含有する粉末が得られる。窒素ガス雰囲気中でのディスクアトマイズによっても、適量のＮを含有する粉末が得られる。粉末が適温にて窒化処理されることで、Ｎの含有率が調整されてもよい。これらの粉末が加圧されることで、成形体が得られる。好ましい加圧方法として、熱間等方加圧法（ＨＩＰ）が挙げられる。

【0034】

［第四実施形態］
本実施形態に係る析出硬化型マルテンサイト系工具鋼は、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｏ及びＮを含む。本実施形態に係る工具鋼におけるＳｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｌ及びＴｉの役割は、第一実施形態に係る工具鋼におけるこれらの元素の役割と同じである。本実施形態に係る工具鋼におけるＳｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｌ及びＴｉの含有率の好ましい範囲は、第一実施形態に係る工具鋼における範囲と同じである。

【0035】

本実施形態に係る工具鋼は、Ｏ及びＮを含む。この工具鋼は、引張強さ、硬さ及び耐衝撃性に優れる。この工具鋼におけるＯの含有率は２０ｐｐｍ以上が好ましく、１００ｐｐｍ以上がより好ましく、１５０ｐｐｍ以上が特に好ましい。Ｏの含有率は１０００ｐｐｍ以下が好ましく、８００ｐｐｍ以下がより好ましく、５００ｐｐｍ以下が特に好ましい。この工具鋼におけるＮの含有率は２０ｐｐｍ以上が好ましく、１００ｐｐｍ以上がより好ましく、１８０ｐｐｍ以上が特に好ましい。Ｎの含有率は１０００ｐｐｍ以下が好ましく、８００ｐｐｍ以下がより好ましく、５００ｐｐｍ以下が特に好ましい。

【0036】

この工具鋼からなる成形体は、典型的には、粉末冶金によって得られる。粉末は、水アトマイズ、ガスアトマイズ、ディスクアトマイズ等によって得られうる。粉末冶金では、材料のＯ及びＮとの接触面積が、鋳造のそれと比べて大きい。粉末冶金により、適量のＯ及びＮを含有する粉末が得られる。溶湯に窒素ガスが噴射されるガスアトマイズにより、適量のＯ及びＮを含有する粉末が得られる。窒素ガス雰囲気中での水アトマイズによっても、適量のＯ及びＮを含有する粉末が得られる。窒素ガス雰囲気中でのディスクアトマイズによっても、適量のＯ及びＮを含有する粉末が得られる。粉末が適温にて酸化処理又は窒化処理されることで、Ｏ及びＮの含有率が調整されてもよい。これらの粉末が加圧されることで、成形体が得られる。好ましい加圧方法として、熱間等方加圧法（ＨＩＰ）が挙げられる。

【実施例】

【0037】

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。

【0038】

［実験１］
［実施例１］
高周波真空溶解炉を用いて、真空度が１．０×１０^−２Ｐａ以下の条件下で、温度が１６００℃である溶湯を得た。この溶湯から、鋳造にて鋼塊を得た。１ｔｏｎ鍛造機を用いてこの鋼塊に熱間鍛造を施し、直径が１００ｍｍであり長さが２００ｍｍである円柱材の成形体を得た。この成形体に、均質化処理を施した。この均質化処理では、成形体が１１００℃の温度下に３時間保持された。この成形体に、溶体化処理を施した。この溶体化処理では、成形体が８５０℃の温度下に１時間保持された。この成形体に、時効処理を施した。この時効処理では、成形体が４５０℃の温度下に６時間保持された。これらの処理により、実施例１の工具鋼を得た。この工具鋼は、０．０１７質量％のＳｉ、１７．１質量％のＮｉ、１．２９質量％のＣｒ、５．０質量％のＭｏ、０．８６質量％のＮｂ、３．２３質量％のＡｌ、及び２．８質量％のＴｉを含む。残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。

【0039】

［実施例２−４５及び比較例１−２９］
下記の表１−３に示される通りの組成とした他は実施例１と同様にして、実施例２−４５及び比較例１−２９の工具鋼を得た。実施例２−４５及び比較例１−１０の鋼の成分の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。比較例１１−２９の鋼には、意図的にＣｏが添加されている。

【0040】

［硬さ試験］
「ＪＩＳ Ｚ ２２４５」の規定に準拠して、各成形体のロックウェル硬さを測定した。ロックウェル硬さが５６ＨＲＣ以上をＳＳＳ、５６ＨＲＣ未満５４ＨＲＣ以上をＳＳ、５４ＨＲＣ未満５２ＨＲＣ以上をＳ、５２ＨＲＣ未満５０ＨＲＣ以上をＡ、５０ＨＲＣ未満４８ＨＲＣ以上をＢ、４８ＨＲＣ未満４６ＨＲＣ以上をＣ、４６ＨＲＣ未満４４ＨＲＣ以上をＤ、４４ＨＲＣ未満をＦとランク付けした。この結果が、下記の表１−３に示されている。

【0041】

［引張試験］
「ＪＩＳ Ｚ ２２４１」の規定に準拠して引張試験を実施し、各成形体の引張強さを測定した。引張強さが２６００Ｎ／ｍ^２以上をＳＳＳ、２６００Ｎ／ｍ^２未満２５００Ｎ／ｍ^２以上をＳＳ、２５００Ｎ／ｍ^２未満２４００Ｎ／ｍ^２以上をＳ、２４００Ｎ／ｍ^２未満２３００Ｎ／ｍ^２以上をＡ、２３００Ｎ／ｍ^２未満２２００Ｎ／ｍ^２以上をＢ、２２００Ｎ／ｍ^２未満２１００Ｎ／ｍ^２以上をＣ、２１００Ｎ／ｍ^２未満２０００Ｎ／ｍ^２以上をＤ、２０００Ｎ／ｍ^２未満をＦとランク付けした。この結果が、下記の表１−３に示されている。

【0042】

［衝撃特性］
「ＪＩＳ Ｚ ２２４２」の規定に準拠して、成形体のシャルピー衝撃値を測定した。シャルピー衝撃値が５０Ｊ／ｃｍ^２以上をＳＳＳ、５０Ｊ／ｃｍ^２未満４８Ｊ／ｃｍ^２以上をＳＳ、４８Ｊ／ｃｍ^２未満４６Ｊ／ｃｍ^２以上をＳ、４６Ｊ／ｃｍ^２未満４４Ｊ／ｃｍ^２以上をＡ、４４Ｊ／ｃｍ^２未満４２Ｊ／ｃｍ^２以上をＢ、４２Ｊ／ｃｍ^２未満４０Ｊ／ｃｍ^２以上をＣ、４０Ｊ／ｃｍ^２未満３８Ｊ／ｃｍ^２以上をＤ、３８Ｊ／ｃｍ^２未満をＦとランク付けした。この結果が、下記の表１−３に示されている。

【0043】

［総合評価］
ロックウェル硬さ、引張強さ及び衝撃値のランクのうち最も低いランクを、総合評価のランクとした。この結果が、下記の表１−３に示されている。

【0044】

【表1】

【0045】

【表2】

【0046】

【表3】

【0047】

表１−３に示されるように、各実施例の工具鋼は、総合評価に優れている。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。

【0048】

［実験２］
［実施例４６］
高周波真空溶解炉を用いて、真空度が１．０×１０^−２Ｐａ以下の条件下で、温度が１６００℃である溶湯を得た。この溶解炉の圧力を、大気圧に戻した。この溶湯に、アルゴンガスを用いたガスアトマイズを施し、粉末を得た。この粉末を円筒缶に充填し、ＨＩＰ法で固化させて成形体を得た。この成形体の表面を、ピーリングで除去した。除去後の成形体は、１００ｍｍの直径及び２００ｍｍの長さを有する。この成形体に、均質化処理を施した。この均質化処理では、成形体が１１００℃の温度下に３時間保持された。この成形体に、溶体化処理を施した。この溶体化処理では、成形体が８５０℃の温度下に１時間保持された。この成形体に、時効処理を施した。この時効処理では、成形体が４５０℃の温度下に６時間保持された。これらの処理により、実施例４６の工具鋼を得た。この工具鋼は、０．００７質量％のＳｉ、１７．３質量％のＮｉ、２．３質量％のＣｒ、４．８質量％のＭｏ、０．６０質量％のＮｂ、１．９７質量％のＡｌ、３．５質量％のＴｉ、及び５７０ｐｐｍのＯを含む。残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。

【0049】

［実施例４７−７０及び比較例３０−３５］
下記の表４及び５に示される通りの組成とした他は実施例４６と同様にして、実施例４７−７０及び比較例３０−３５の工具鋼を得た。表４及び５に示された成分の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。

【0050】

［評価］
実験１と同様の方法で、ロックウェル硬さ、引張強さ及び衝撃値を測定し、ランク付けを行った。この結果が、下記の表４及び５に示されている。

【0051】

【表4】

【0052】

【表5】

【0053】

表４及び５に示されるように、各実施例の工具鋼は、総合評価に優れている。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。

【0054】

［実験３］
［実施例７１］
高周波真空溶解炉を用いて、真空度が１．０×１０^−２Ｐａ以下の条件下で、温度が１６００℃である溶湯を得た。この溶解炉の圧力を、大気圧に戻した。この溶湯に、窒素ガスを用いたガスアトマイズを施し、粉末を得た。この粉末を円筒缶に充填し、ＨＩＰ法で固化させて成形体を得た。この成形体の表面を、ピーリングで除去した。除去後の成形体は、１００ｍｍの直径及び２００ｍｍの長さを有する。この成形体に、均質化処理を施した。この均質化処理では、成形体が１１００℃の温度下に３時間保持された。この成形体に、溶体化処理を施した。この溶体化処理では、成形体が８５０℃の温度下に１時間保持された。この成形体に、時効処理を施した。この時効処理では、成形体が４５０℃の温度下に６時間保持された。これらの処理により、実施例９６の工具鋼を得た。この工具鋼は、０．０１３質量％のＳｉ、１６．３質量％のＮｉ、０．４６質量％のＣｒ、４．４質量％のＭｏ、０．８２質量％のＮｂ、３．７０質量％のＡｌ、１．９質量％のＴｉ、７６０ｐｐｍのＯ、及び６８０ｐｐｍのＮを含む。残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。

【0055】

［実施例７２−９５及び比較例３６−３９］
下記の表６及び７に示される通りの組成とした他は実施例７１と同様にして、実施例７２−９５及び比較例３６−３９の工具鋼を得た。表６及び７に示された成分の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。

【0056】

［評価］
実験１と同様の方法で、ロックウェル硬さ、引張強さ及び衝撃値を測定し、ランク付けを行った。この結果が、下記の表６及び７に示されている。

【0057】

【表6】

【0058】

【表7】

【0059】

表６及び７に示されるように、各実施例の工具鋼は、総合評価に優れている。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。

【0060】

［実験４］
［実施例９６］
高周波真空溶解炉を用いて、真空度が１．０×１０^−２Ｐａ以下の条件下で、温度が１６００℃である溶湯を得た。この溶解炉の圧力を、大気圧に戻した。この溶湯に、窒素ガスを用いたガスアトマイズを施し、粉末を得た。この粉末に、酸化処理を施した。この酸化処理では、粉末が、温度が３００℃である大気雰囲気に保持された。この粉末を円筒缶に充填し、ＨＩＰ法で固化させて成形体を得た。この成形体の表面を、ピーリングで除去した。除去後の成形体は、１００ｍｍの直径及び２００ｍｍの長さを有する。この成形体に、均質化処理を施した。この均質化処理では、成形体が１１００℃の温度下に３時間保持された。この成形体に、溶体化処理を施した。この溶体化処理では、成形体が８５０℃の温度下に１時間保持された。この成形体に、時効処理を施した。この時効処理では、成形体が４５０℃の温度下に６時間保持された。これらの処理により、実施例９６の工具鋼を得た。この工具鋼は、０．０１３質量％のＳｉ、１６．３質量％のＮｉ、０．４６質量％のＣｒ、４．４質量％のＭｏ、０．８２質量％のＮｂ、３．７０質量％のＡｌ、１．９質量％のＴｉ、７６０ｐｐｍのＯ、及び６８０ｐｐｍのＮを含む。残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。

【0061】

［実施例９７−１４５及び比較例４０−５９］
下記の表８−１０に示される通りの組成とした他は実施例９６と同様にして、実施例９７−１４５及び比較例４０−５９の工具鋼を得た。実施例９７−１４５及び比較例４０−４９の鋼の成分の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。比較例５０−５９の鋼には、意図的にＣｏが添加されている。

【0062】

［評価］
実験１と同様の方法で、ロックウェル硬さ、引張強さ及び衝撃値を測定し、ランク付けを行った。この結果が、下記の表８−１０に示されている。

【0063】

【表8】

【0064】

【表9】

【0065】

【表10】

【0066】

表８−１０に示されるように、各実施例の工具鋼は、総合評価に優れている。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。

【産業上の利用可能性】

【0067】

本発明に係る工具鋼は、手工具、機械工具、刃物、金型、口金等、種々の用途に用いられうる。