知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特許7172275ホットスタンプ用金型用鋼、ホットスタンプ用金型およびその製造方法
(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】
(24)【登録日】2022-11-08
(45)【発行日】2022-11-16
(54)【発明の名称】ホットスタンプ用金型用鋼、ホットスタンプ用金型およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20221109BHJP
C22C 38/24 20060101ALI20221109BHJP
C21D 9/00 20060101ALI20221109BHJP
C22C 38/46 20060101ALN20221109BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 301H
C22C38/24
C21D9/00 M
C22C38/46
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2018153423
(22)【出願日】2018-08-17
(65)【公開番号】P2020026567
(43)【公開日】2020-02-20
【審査請求日】2021-07-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000005083
【氏名又は名称】日立金属株式会社
(72)【発明者】
【氏名】平重 貴之
(72)【発明者】
【氏名】福元 志保
【審査官】河野 一夫
(56)【参考文献】
【文献】中国特許出願公開第１０２６０５２６１（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０８８９５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１０４５１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－１７２９４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－００９２５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１１９１７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０５３０２３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ ３８／００
Ｃ２２Ｃ ３８／２４
Ｃ２１Ｄ ９／００
Ｃ２２Ｃ ３８／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量％で、Ｃ：０．４５～０．６５％、Ｓｉ：０．１～０．４％、Ｍｎ：０．１～０．６％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：２．０～４．０％、Ｍｏ：１．２～３．２％、Ｖ：０．３～０．８％、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成を有することを特徴とするホットスタンプ用金型用鋼。
【請求項2】
質量％で、Ｃ：０．４５～０．６５％、Ｓｉ：０．１～０．４％、Ｍｎ：０．１～０．６％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：２．０～４．０％、Ｍｏ：１．２～３．２％、Ｖ：０．３～０．８％、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成を有し、硬さが４５～５５ＨＲＣ、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とするホットスタンプ用金型。
【請求項3】
作業面に窒化層を有することを特徴とする請求項２に記載のホットスタンプ用金型。
【請求項4】
請求項１に記載のホットスタンプ用金型用鋼に、１０２０～１０８０℃の焼入れ温度および６００～６５０℃の焼戻し温度による焼入れ焼戻しを行い、硬さが４５～５５ＨＲＣ、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるホットスタンプ用金型を得ることを特徴とするホットスタンプ用金型の製造方法。
【請求項5】
前記焼入れ焼戻しを行った後に、さらに、作業面に窒化処理を行うことを特徴とする請求項４に記載のホットスタンプ用金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ホットスタンプ用金型用鋼、ホットスタンプ用金型およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、自動車の軽量化と衝突安全性向上を目的に、引張強さが１ＧＰａを超える超高張力鋼板のニーズが高まっている。しかし、引張強さが１．２ＧＰａ以上の鋼板を冷間プレスで成形しようとすると、成形荷重やスプリングバックの増大、成形性などの問題が発生する。そこで、最近ではホットスタンプ（ホットプレス、もしくはホットスタンピングとも称する）工法が注目されている。ホットスタンプ工法では、鋼板をオーステナイト温度以上に加熱後、プレス成形し、金型を下死点で保持し急冷して焼入れする。
【0003】
ホットスタンプ工法の利点として、金型で急冷するダイクエンチングによる焼入れによって、１．５ＧＰａ程度の引張強さを持つ超高張力鋼板の成形品が得られることが挙げられる。また、スプリングバックがほとんど生じないなど成形性が優れているという利点も挙げられる。
しかし、ホットスタンプ工法は生産性が低いという問題がある。つまり、ダイクエンチングのための下死点保持などに時間が必要となるため、生産性が低くなる。その対策として、高熱伝導率の金型が求められている。これは、ダイクエンチングでは鋼板の熱を金型に吸収させているが、金型の熱伝導率が高いほど、下死点保持の時間が短縮されて生産性が高くなるからである。
また、ホットスタンプ用金型では、耐摩耗性を高めるために高硬度が求められている。
しかし、ホットスタンプ工法は生産性が低いという問題がある。つまり、ダイクエンチングのための下死点保持などに時間が必要となるため、生産性が低くなる。その対策として、高熱伝導率の金型が求められている。これは、ダイクエンチングでは鋼板の熱を金型に吸収させているが、金型の熱伝導率が高いほど、下死点保持の時間が短縮されて生産性が高くなるからである。
また、ホットスタンプ用金型では、耐摩耗性を高めるために高硬度が求められている。
【0004】
したがって、ホットスタンプ用金型用鋼では、金型にしたときに高硬度と高熱伝導率とを合わせ持つことが求められる。一般に、高硬度の金型を得るには金型用鋼の合金量を増やす必要があるが、合金量が多くなると金型の熱伝導率が下がるという問題があり、硬度と熱伝導率とはトレードオフの関係にある。そこで、合金量を制御することで最適な成分組成が検討されている。例えば、特許文献１および特許文献２では、硬さと熱伝導率との両立を図った金型用鋼の成分組成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１７－４３８１４号公報
【文献】特開２０１８－２４９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１、２の金型用鋼は、ホットスタンプ用として有用である。しかし、金型用鋼の焼入れ焼戻し特性（焼戻し硬さ）や、場合によっては、ホットスタンプ用金型の作業面が窒化処理されて使用されること等を考えたときに、従来の金型用鋼の場合、硬度が不足する場合があった。
本発明の目的は、ホットスタンプ工法に適した、高硬度と高熱伝導率とを合わせ持つ金型を作製することができる金型用鋼と、ホットスタンプ用金型およびその製造方法を提供することである。
本発明の目的は、ホットスタンプ工法に適した、高硬度と高熱伝導率とを合わせ持つ金型を作製することができる金型用鋼と、ホットスタンプ用金型およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
かかる実状に鑑み、本発明者は鋭意研究を行った結果、合金量を制御することでホットスタンプ用に最適な金型用鋼を見いだした。そして、上記の金型用鋼を用いることで、高硬度および高熱伝導率を達成できるホットスタンプ用金型と、その製造方法を見いだした。
【0008】
すなわち、本発明は、質量％で、Ｃ：０．４５～０．６５％、Ｓｉ：０．１～０．４％、Ｍｎ：０．１～０．６％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：２．０～４．０％、Ｍｏ：１．２～３．２％、Ｖ：０．３～０．８％、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成を有するホットスタンプ用金型用鋼である。
【0009】
また、本発明は、質量％で、Ｃ：０．４５～０．６５％、Ｓｉ：０．１～０．４％、Ｍｎ：０．１～０．６％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：２．０～４．０％、Ｍｏ：１．２～３．２％、Ｖ：０．３～０．８％、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成を有し、硬さが４５～５５ＨＲＣ、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるホットスタンプ用金型である。好ましくは、上記のホットスタンプ用金型の作業面に、窒化層を有するホットスタンプ用金型である。
【0010】
そして、本発明は、上記の金型用鋼に、１０２０～１０８０℃の焼入れ温度および６００～６５０℃の焼戻し温度による焼入れ焼戻しを行うホットスタンプ用金型の製造方法である。好ましくは、上記の焼入れ焼戻しを行った後に、さらに、ホットスタンプ用金型の作業面に窒化処理を行うホットスタンプ用金型の製造方法である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、ホットスタンプ用に最適な金型用鋼が得られる。また、この金型用鋼を用いることで、高硬度と高熱伝導率とを併せ持つホットスタンプ用金型と、その製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明例および比較例の金型用鋼を焼入れ後、５００～６５０℃で焼戻して作製した金型の一例について、その焼戻し温度毎の硬度を示すグラフ図である。
【図2】本発明例および比較例の金型用鋼を焼入れ後、５０ＨＲＣの硬さに焼戻して作製した金型の一例について、その熱伝導率を示すグラフ図である。
【図3】本発明例の金型用鋼を焼入れ後、５００～６５０℃で焼戻して作製した金型の一例について、その焼戻し温度毎の硬度を示すグラフ図である。
【図4】本発明例および比較例の金型用鋼を焼入れ後、４５ＨＲＣの硬さに焼戻して作製した金型の一例について、その熱伝導率を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の特徴は、ホットスタンプ用金型が、金型用鋼に焼入れ焼戻しを行って作製されることや、場合によっては、その作業面に窒化処理を行って作製されることを考えたときに、ホットスタンプ用金型の高硬度と高熱伝導率とを同時に達成するのに最適な金型用鋼の成分組成があることをつきとめたところにある。また、上記の高硬度と高熱伝導率とを同時に達成するのに最適な焼入れ焼戻し条件をつきとめたところにある。以下に、本発明の各構成要件について説明する。
【0014】
（１）本発明のホットスタンプ用金型用鋼は、質量％（以下、単に「％」と表記する。）で、Ｃ：０．４５～０．６５％、Ｓｉ：０．１～０．４％、Ｍｎ：０．１～０．６％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：２．０～４．０％、Ｍｏ：１．２～３．２％、Ｖ：０．３～０．８％、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成を有する。
【0015】
・Ｃ：０．４５～０．６５％
Ｃは、焼入れにより素地（マトリックス）に固溶して、金型の硬さを向上させる元素である。また、後述するＣｒやＭｏ、Ｖなどの炭化物形成元素と炭化物を形成して、金型の硬さを向上させる元素である。しかし、Ｃ量が多すぎると、一次炭化物の粗大化などにより、金型の靭性が低下する。よって、Ｃは、０．４５～０．６５％とする。好ましくは０．４７％以上である。より好ましくは０．４９％以上である。また、好ましくは０．６３％以下である。より好ましくは０．６０％以下である。さらに好ましくは０．５８％以下である。
Ｃは、焼入れにより素地（マトリックス）に固溶して、金型の硬さを向上させる元素である。また、後述するＣｒやＭｏ、Ｖなどの炭化物形成元素と炭化物を形成して、金型の硬さを向上させる元素である。しかし、Ｃ量が多すぎると、一次炭化物の粗大化などにより、金型の靭性が低下する。よって、Ｃは、０．４５～０．６５％とする。好ましくは０．４７％以上である。より好ましくは０．４９％以上である。また、好ましくは０．６３％以下である。より好ましくは０．６０％以下である。さらに好ましくは０．５８％以下である。
【0016】
・Ｓｉ：０．１～０．４％
Ｓｉは、溶製工程で脱酸剤として使用される。そして、素地に固溶して金型の硬さを向上させる元素である。しかし、Ｓｉが多すぎると、溶製後において鋼中の偏析傾向が強まり、また凝固組織も粗大になって、金型の靭性低下につながる。よって、Ｓｉは、０．１～０．４％とする。好ましくは０．１４％以上である。より好ましくは０．１７％以上である。また、好ましくは０．３５％以下である。より好ましくは０．３％以下である。
Ｓｉは、溶製工程で脱酸剤として使用される。そして、素地に固溶して金型の硬さを向上させる元素である。しかし、Ｓｉが多すぎると、溶製後において鋼中の偏析傾向が強まり、また凝固組織も粗大になって、金型の靭性低下につながる。よって、Ｓｉは、０．１～０．４％とする。好ましくは０．１４％以上である。より好ましくは０．１７％以上である。また、好ましくは０．３５％以下である。より好ましくは０．３％以下である。
【0017】
・Ｍｎ：０．１～０．６％
Ｍｎは、溶製工程で脱酸剤や脱硫剤として使用される。そして、素地の強化や、焼入れ性、焼入れ焼戻し後の靭性の向上に寄与する元素である。しかし、Ｍｎが多すぎると、金型の熱伝導率が低下する。よって、Ｍｎは、０．１～０．６％とする。好ましくは０．１５％以上である。また、好ましくは０．５％以下である。より好ましくは０．４％以下である。さらに好ましくは０．３％以下である。
Ｍｎは、溶製工程で脱酸剤や脱硫剤として使用される。そして、素地の強化や、焼入れ性、焼入れ焼戻し後の靭性の向上に寄与する元素である。しかし、Ｍｎが多すぎると、金型の熱伝導率が低下する。よって、Ｍｎは、０．１～０．６％とする。好ましくは０．１５％以上である。また、好ましくは０．５％以下である。より好ましくは０．４％以下である。さらに好ましくは０．３％以下である。
【0018】
・Ｐ：０．０５％以下
Ｐは、通常、鋼中に不可避的に含まれ得る元素である。そして、Ｐが多すぎると、これが焼戻しなどの熱処理時に旧オーステナイト粒界に偏析して、金型の靭性が劣化する。よって、Ｐは、０．０５％以下に規制する。好ましくは０．０１％以下に規制する。
Ｐは、通常、鋼中に不可避的に含まれ得る元素である。そして、Ｐが多すぎると、これが焼戻しなどの熱処理時に旧オーステナイト粒界に偏析して、金型の靭性が劣化する。よって、Ｐは、０．０５％以下に規制する。好ましくは０．０１％以下に規制する。
【0019】
・Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、通常、鋼中に不可避的に含まれ得る元素である。そして、Ｓが多すぎると、鋼塊を分塊するときなどにおいて、熱間加工性が劣化する。よって、Ｓは、０．０１％以下に規制する。好ましくは０．００４％以下に規制する。
Ｓは、通常、鋼中に不可避的に含まれ得る元素である。そして、Ｓが多すぎると、鋼塊を分塊するときなどにおいて、熱間加工性が劣化する。よって、Ｓは、０．０１％以下に規制する。好ましくは０．００４％以下に規制する。
【0020】
・Ｃｒ：２．０～４．０％
Ｃｒは、素地に固溶して硬さを上昇させる元素である。また、炭化物を形成することでも硬さを上昇させる元素であり、後述するＭｏ、Ｖと同様、焼戻し時における二次硬化に寄与する元素である。
このとき、Ｃｒは、Ｍｏ、Ｖに比べて、焼戻し軟化抵抗を大きくすることができる（つまり、焼戻し温度を高くしても、二次硬化で得られた硬さの低下割合を小さくすることができる）元素である。通常、金型は、金型用鋼に焼入れ焼戻しを行って使用硬さに調整されるところ、ホットスタンプ用金型の熱伝導率を高めるためには、焼戻し温度を高くするのが効果的である。そして、本発明においては、Ｃｒの含有量を２．０％以上とすることで、焼戻し温度を高くしても（例えば、６００℃以上にしても）、高硬度を維持することができるので、同時に、熱伝導率を高くすることもできる。例えば、硬さが４５～５５ＨＲＣであり、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のホットスタンプ用金型が得られる。
また、Ｃｒの含有量を高くすることで、金型用鋼の窒化特性（窒化層の表面硬さ）を向上させることができるので、例えば、焼入れ焼戻し後の金型の作業面に、さらに窒化処理を行う場合、金型の耐摩耗性（作業面の硬さ）を向上させることができる。
Ｃｒは、素地に固溶して硬さを上昇させる元素である。また、炭化物を形成することでも硬さを上昇させる元素であり、後述するＭｏ、Ｖと同様、焼戻し時における二次硬化に寄与する元素である。
このとき、Ｃｒは、Ｍｏ、Ｖに比べて、焼戻し軟化抵抗を大きくすることができる（つまり、焼戻し温度を高くしても、二次硬化で得られた硬さの低下割合を小さくすることができる）元素である。通常、金型は、金型用鋼に焼入れ焼戻しを行って使用硬さに調整されるところ、ホットスタンプ用金型の熱伝導率を高めるためには、焼戻し温度を高くするのが効果的である。そして、本発明においては、Ｃｒの含有量を２．０％以上とすることで、焼戻し温度を高くしても（例えば、６００℃以上にしても）、高硬度を維持することができるので、同時に、熱伝導率を高くすることもできる。例えば、硬さが４５～５５ＨＲＣであり、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のホットスタンプ用金型が得られる。
また、Ｃｒの含有量を高くすることで、金型用鋼の窒化特性（窒化層の表面硬さ）を向上させることができるので、例えば、焼入れ焼戻し後の金型の作業面に、さらに窒化処理を行う場合、金型の耐摩耗性（作業面の硬さ）を向上させることができる。
【0021】
但し、Ｃｒの含有量が多すぎると、金型用鋼の合金量が多くなるということ自体によって、金型の熱伝導率を高くするのが難しくなる。よって、Ｃｒは、２．０～４．０％とする。好ましくは２．２％以上である。より好ましくは２．４％以上である。さらに好ましくは２．６％以上である。よりさらに好ましくは２．８％以上である。また、好ましくは３．８％以下である。
【0022】
・Ｍｏ：１．２～３．２％
Ｍｏは、Ｃｒと同様、素地に固溶して硬さを上昇させる元素であり、また、炭化物を形成することでも硬さを上昇させる元素であり、焼戻し時における二次硬化に寄与する元素である。また、焼入れ性を向上させる元素でもある。但し、Ｍｏ量が多すぎると、金型用鋼の合金量が多くなるということ自体によって、金型の熱伝導率が低くなる。よって、Ｍｏは、１．２～３．２％とする。好ましくは１．５％以上である。より好ましくは１．９％以上である。さらに好ましくは２．２％以上である。よりさらに好ましくは２．５％以上である。また、好ましくは３．０％以下である。
Ｍｏは、Ｃｒと同様、素地に固溶して硬さを上昇させる元素であり、また、炭化物を形成することでも硬さを上昇させる元素であり、焼戻し時における二次硬化に寄与する元素である。また、焼入れ性を向上させる元素でもある。但し、Ｍｏ量が多すぎると、金型用鋼の合金量が多くなるということ自体によって、金型の熱伝導率が低くなる。よって、Ｍｏは、１．２～３．２％とする。好ましくは１．５％以上である。より好ましくは１．９％以上である。さらに好ましくは２．２％以上である。よりさらに好ましくは２．５％以上である。また、好ましくは３．０％以下である。
【0023】
・Ｖ：０．３～０．８％
Ｖは、Ｃｒと同様、炭化物を形成することでも硬さを上昇させる元素であり、焼戻し時における二次硬化に寄与する元素である。但し、Ｖ量が多すぎると、金型用鋼の合金量が多くなるということ自体によって、金型の熱伝導率が低くなる。よって、Ｖは、０．３～０．８％とする。好ましくは０．４％以上である。
Ｖは、Ｃｒと同様、炭化物を形成することでも硬さを上昇させる元素であり、焼戻し時における二次硬化に寄与する元素である。但し、Ｖ量が多すぎると、金型用鋼の合金量が多くなるということ自体によって、金型の熱伝導率が低くなる。よって、Ｖは、０．３～０．８％とする。好ましくは０．４％以上である。
【0024】
・残部Ｆｅおよび不純物
金型用鋼の合金量が多くなると、金型の熱伝導率が低くなることを考えれば、上記の元素種以外の残部は、実質的にＦｅでなることが好ましい。但し、ここに明示しない元素種（例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）等の元素種）は、不可避的に鋼中に残留する可能性がある元素であり、これらの元素を不純物として含むことは許容される。また、Ｎｉは、金型の靭性向上に寄与する元素種として有用ではあるが、金型用鋼の合金量の増加による金型の熱伝導率の低下を抑制する点で、やはり、その含有量を低く抑えることが好ましい。そして、Ｎｉ量の規制上限として、好ましくは０．２５％が許容される。
金型用鋼の合金量が多くなると、金型の熱伝導率が低くなることを考えれば、上記の元素種以外の残部は、実質的にＦｅでなることが好ましい。但し、ここに明示しない元素種（例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）等の元素種）は、不可避的に鋼中に残留する可能性がある元素であり、これらの元素を不純物として含むことは許容される。また、Ｎｉは、金型の靭性向上に寄与する元素種として有用ではあるが、金型用鋼の合金量の増加による金型の熱伝導率の低下を抑制する点で、やはり、その含有量を低く抑えることが好ましい。そして、Ｎｉ量の規制上限として、好ましくは０．２５％が許容される。
【0025】
（２）本発明のホットスタンプ用金型は、上記の成分組成を有し、硬さが４５～５５ＨＲＣ、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
上記の成分組成を有した金型用鋼に焼入れ焼戻しを行うことで、硬さが４５ＨＲＣ以上の金型を得ることができる。なお、この硬さは、室温（常温）で測定した値である。金型の硬さを４５ＨＲＣ以上にすることで、使用時における金型に優れた耐摩耗性を付与することができる。好ましくは４８ＨＲＣ以上である。より好ましくは５０ＨＲＣ以上である。このとき、金型の硬さの上限を特定する必要はない。但し、上記の成分組成を有した金型用鋼の場合、その二次硬化のピークが概ね５００～６００℃の焼戻し温度の範囲にあるところ、３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を達成するために、焼戻し温度を高くする（例えば、６００℃以上にする）ことを考えたとき、上限が５５ＨＲＣ程度であることが現実的である。好ましくは５３ＨＲＣ以下である。より好ましくは５１ＨＲＣ以下である。
上記の成分組成を有した金型用鋼に焼入れ焼戻しを行うことで、硬さが４５ＨＲＣ以上の金型を得ることができる。なお、この硬さは、室温（常温）で測定した値である。金型の硬さを４５ＨＲＣ以上にすることで、使用時における金型に優れた耐摩耗性を付与することができる。好ましくは４８ＨＲＣ以上である。より好ましくは５０ＨＲＣ以上である。このとき、金型の硬さの上限を特定する必要はない。但し、上記の成分組成を有した金型用鋼の場合、その二次硬化のピークが概ね５００～６００℃の焼戻し温度の範囲にあるところ、３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を達成するために、焼戻し温度を高くする（例えば、６００℃以上にする）ことを考えたとき、上限が５５ＨＲＣ程度であることが現実的である。好ましくは５３ＨＲＣ以下である。より好ましくは５１ＨＲＣ以下である。
【0026】
また、上記の成分組成を有した金型用鋼に焼入れ焼戻しを行うことで、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金型を得ることができる。なお、この熱伝導率は、室温（常温）で測定した値である。金型の室温における熱伝導率を３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上にすることで、ホットスタンプ工法に使用中（例えば、１００～４００℃）の金型でも高い熱伝導率を維持することができる。好ましくは３２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。より好ましくは３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。さらに好ましくは３７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。このような熱伝導率は、上記の焼戻し温度を、例えば、６００℃以上に高くすることで、達成が容易である。
このとき、金型の硬さが４５ＨＲＣ以上を維持できているのであれば、金型の熱伝導率の上限を特定する必要はない。但し、上記の成分組成を有した金型用鋼の場合、上記の焼戻し温度を高くしていって（例えば、６００℃以上にしていって）、金型の硬さが低下していくことを考えれば、金型の硬さが４５ＨＲＣを下回るときの熱伝導率の上限が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であることが現実的である。好ましくは４７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。より好ましくは４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。
このとき、金型の硬さが４５ＨＲＣ以上を維持できているのであれば、金型の熱伝導率の上限を特定する必要はない。但し、上記の成分組成を有した金型用鋼の場合、上記の焼戻し温度を高くしていって（例えば、６００℃以上にしていって）、金型の硬さが低下していくことを考えれば、金型の硬さが４５ＨＲＣを下回るときの熱伝導率の上限が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であることが現実的である。好ましくは４７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。より好ましくは４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。
【0027】
（３）本発明のホットスタンプ用金型は、好ましくは、その作業面に窒化層を有するものである。
上述の通り、本発明のホットスタンプ用金型は、硬さが４５ＨＲＣ以上、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の、高硬度および高熱伝導率を合わせ持ったものである。そして、この金型の作業面が、さらに窒化層を有することで、金型の耐摩耗性（作業面の硬さ）を、さらに向上させることができる。なお、作業面とは、ホットスタンプ中の鋼板と接する金型の面のことである。
上述の通り、本発明のホットスタンプ用金型は、硬さが４５ＨＲＣ以上、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の、高硬度および高熱伝導率を合わせ持ったものである。そして、この金型の作業面が、さらに窒化層を有することで、金型の耐摩耗性（作業面の硬さ）を、さらに向上させることができる。なお、作業面とは、ホットスタンプ中の鋼板と接する金型の面のことである。
【0028】
（４）本発明のホットスタンプ用金型の製造方法は、上記の金型用鋼に、１０２０～１０８０℃の焼入れ温度および６００～６５０℃の焼戻し温度による焼入れ焼戻しを行うものである。
上記の成分組成を有した金型用鋼に焼入れ焼戻しを行うとき、焼入れ温度は、狙い硬さ等によって異なるが、概ね１０２０～１０８０℃とすることができる。好ましくは１０５０℃以下である。
そして、この焼入れ温度による焼入れを行った金型用鋼に、６００℃以上の高温による焼戻しを行うことで、十分な金型の硬さを維持して、かつ、金型の熱伝導率を高くすることに効果的であり、例えば、硬さが４５ＨＲＣ以上、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金型を得ることができる。このとき、４５ＨＲＣ以上の硬さを維持する上で、焼戻し温度の上限は６５０℃とすることが現実的である。好ましくは６４０℃以下である。より好ましくは６３０℃以下である。
上記の成分組成を有した金型用鋼に焼入れ焼戻しを行うとき、焼入れ温度は、狙い硬さ等によって異なるが、概ね１０２０～１０８０℃とすることができる。好ましくは１０５０℃以下である。
そして、この焼入れ温度による焼入れを行った金型用鋼に、６００℃以上の高温による焼戻しを行うことで、十分な金型の硬さを維持して、かつ、金型の熱伝導率を高くすることに効果的であり、例えば、硬さが４５ＨＲＣ以上、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金型を得ることができる。このとき、４５ＨＲＣ以上の硬さを維持する上で、焼戻し温度の上限は６５０℃とすることが現実的である。好ましくは６４０℃以下である。より好ましくは６３０℃以下である。
【0029】
本発明の金型用鋼は、焼入れ焼戻しによって所定の硬さを有したホットスタンプ用金型に整えられる。そして、この間で、金型用鋼は、切削や穿孔といった各種の機械加工等によって、ホットスタンプ用金型の形状に整えられる。この機械加工のタイミングは、焼入れ焼戻し前の硬さが低い状態（つまり、焼鈍状態）で行うことができる。そして、この場合、焼入れ焼戻し後に仕上げ加工を行ってもよい。また、場合によっては、上記の仕上げ加工も合わせて、焼入れ焼戻しを行った後のプリハードン状態で、上記の機械加工を行ってもよい。
【0030】
（５）本発明のホットスタンプ用金型の製造方法は、好ましくは、上記の焼入れ焼戻しを行った後の金型の作業面に、さらに、窒化処理を行うものである。
上述の通り、上記の成分組成を有した金型用鋼に焼入れ焼戻しを行うことで、硬さが４５ＨＲＣ以上、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金型を得ることができる。そして、上記の成分組成を有した金型用鋼は、窒化特性にも優れているので、この焼入れ焼戻しを行った後の金型の作業面に、さらに、窒化処理を行うことで、金型の耐摩耗性（作業面の硬さ）を向上させることができる。このとき、窒化処理の条件には、例えば、ガス窒化処理や塩浴窒化処理といった、既知の各種窒化処理のものを適用することができる。
上述の通り、上記の成分組成を有した金型用鋼に焼入れ焼戻しを行うことで、硬さが４５ＨＲＣ以上、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金型を得ることができる。そして、上記の成分組成を有した金型用鋼は、窒化特性にも優れているので、この焼入れ焼戻しを行った後の金型の作業面に、さらに、窒化処理を行うことで、金型の耐摩耗性（作業面の硬さ）を向上させることができる。このとき、窒化処理の条件には、例えば、ガス窒化処理や塩浴窒化処理といった、既知の各種窒化処理のものを適用することができる。
【実施例1】
【0031】
表１の成分組成を有する、１０ｋｇの鋼塊を溶製した。そして、この鋼塊を１１６０℃に加熱してハンマー鍛伸した後に放冷し、この放冷後の鋼材に８７０℃の焼鈍処理を行って、金型用鋼１～５（本発明例）および１０、１１（比較例）を作製した。
【0032】
【表1】
【0033】
＜焼戻し硬さの評価＞
金型用鋼１～５および１０、１１に、１０３０℃の焼入れ温度による焼入れを行った。このとき、冷却条件は、金型用鋼が実際のホットスタンプ用金型の大きさであるときの冷却速度を想定して、半冷時間を４０分とした（半冷時間とは、焼入れ温度から、（焼入れ温度＋室温）／２の温度までの冷却に要する時間のことである）。そして、この焼入れを行った金型用鋼に、５００～６５０℃の焼戻し温度による焼戻しを行って、金型用鋼１～５および１０、１１の順に対応した、ホットスタンプ用金型に相当する金型１～５および１０、１１を得た。焼戻しは２回実施し、それぞれの温度で２時間保持した。焼戻し温度は、２５℃刻みの、計７条件とした。そして、金型１～５および１０、１１のそれぞれについて、焼戻し温度毎に、その中心部の室温におけるロックウェル硬さ（Ｃスケール）を測定した。結果を図１に示す。
金型用鋼１～５および１０、１１に、１０３０℃の焼入れ温度による焼入れを行った。このとき、冷却条件は、金型用鋼が実際のホットスタンプ用金型の大きさであるときの冷却速度を想定して、半冷時間を４０分とした（半冷時間とは、焼入れ温度から、（焼入れ温度＋室温）／２の温度までの冷却に要する時間のことである）。そして、この焼入れを行った金型用鋼に、５００～６５０℃の焼戻し温度による焼戻しを行って、金型用鋼１～５および１０、１１の順に対応した、ホットスタンプ用金型に相当する金型１～５および１０、１１を得た。焼戻しは２回実施し、それぞれの温度で２時間保持した。焼戻し温度は、２５℃刻みの、計７条件とした。そして、金型１～５および１０、１１のそれぞれについて、焼戻し温度毎に、その中心部の室温におけるロックウェル硬さ（Ｃスケール）を測定した。結果を図１に示す。
【0034】
本発明例の金型１～５は、５００～６５０℃の焼戻し温度の全般に亘って、高い焼戻し硬さを維持した。そして、焼戻し温度を、特に金型の熱伝導率を高めるのに効果的とされる、６００℃以上に高めても、４５ＨＲＣ以上の高い焼戻し硬さを達成した。
これに対して、比較例の金型１０も、５００～６５０℃の焼戻し温度の全般に亘って、十分な焼戻し硬さを維持した。そして、６００℃の焼戻し温度でも４５ＨＲＣ以上の硬さを達成した。但し、焼戻し温度を６２５℃に高めた時点で、焼戻し硬さが４５ＨＲＣを下回った。比較例の金型１１は、焼戻し温度が５７５℃の時点で、既に、焼戻し硬さが４５ＨＲＣを下回った。
これに対して、比較例の金型１０も、５００～６５０℃の焼戻し温度の全般に亘って、十分な焼戻し硬さを維持した。そして、６００℃の焼戻し温度でも４５ＨＲＣ以上の硬さを達成した。但し、焼戻し温度を６２５℃に高めた時点で、焼戻し硬さが４５ＨＲＣを下回った。比較例の金型１１は、焼戻し温度が５７５℃の時点で、既に、焼戻し硬さが４５ＨＲＣを下回った。
【0035】
＜熱伝導率の評価＞
上記の＜焼戻し硬さの評価＞の結果を踏まえて、金型１～５および１０について、二次硬化のピークを迎える焼戻し温度（概ね５００～６００℃）よりも高温側の焼戻し温度で、焼戻し硬さが５０ＨＲＣのときの熱伝導率を測定した。測定要領は、まず、金型を直径１０ｍｍ×厚さ２ｍｍの円盤状の試験片に加工して、この試験片の熱拡散率および比熱をレーザーフラッシュ法により測定した。そして、この測定した熱拡散率および比熱の値を用いて、下記の式より室温における熱伝導率を算出した。結果を図２に示す。
熱伝導率λ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））＝ρ・α・Ｃｐ
（ρ：室温密度、α：熱拡散率、Ｃｐ：比熱）
上記の＜焼戻し硬さの評価＞の結果を踏まえて、金型１～５および１０について、二次硬化のピークを迎える焼戻し温度（概ね５００～６００℃）よりも高温側の焼戻し温度で、焼戻し硬さが５０ＨＲＣのときの熱伝導率を測定した。測定要領は、まず、金型を直径１０ｍｍ×厚さ２ｍｍの円盤状の試験片に加工して、この試験片の熱拡散率および比熱をレーザーフラッシュ法により測定した。そして、この測定した熱拡散率および比熱の値を用いて、下記の式より室温における熱伝導率を算出した。結果を図２に示す。
熱伝導率λ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））＝ρ・α・Ｃｐ
（ρ：室温密度、α：熱拡散率、Ｃｐ：比熱）
【0036】
本発明例の金型１～５は、５０ＨＲＣの高い硬さを達成した上で、３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高い熱伝導率を有していた。そして、このときの焼戻し温度が約６００℃であることから（図１参照）、この焼戻し温度をさらに高めることで、４５ＨＲＣ以上の焼戻し硬さを維持できる上で、さらなる熱伝導率の向上も期待できる。
これに対して、比較例の金型１０は、５０ＨＲＣの高い硬さを達成したものの、熱伝導率は３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）を下回っていた。そして、このときの焼戻し温度が６００℃未満であるところ（図１参照）、熱伝導率の向上のために、この焼戻し温度を高めると、４５ＨＲＣ以上の焼戻し硬さの維持が難しくなる。
これに対して、比較例の金型１０は、５０ＨＲＣの高い硬さを達成したものの、熱伝導率は３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）を下回っていた。そして、このときの焼戻し温度が６００℃未満であるところ（図１参照）、熱伝導率の向上のために、この焼戻し温度を高めると、４５ＨＲＣ以上の焼戻し硬さの維持が難しくなる。
【実施例2】
【0037】
表２の成分組成を有する、１０ｋｇの鋼塊を溶製した。そして、この鋼塊を１１６０℃に加熱してハンマー鍛伸した後に放冷し、この放冷後の鋼材に８７０℃の焼鈍処理を行って、金型用鋼６（本発明例）を作製した。
【0038】
【表2】
【0039】
＜焼戻し硬さの評価＞
金型用鋼６に、１０３０℃の焼入れ温度による焼入れを行った。このとき、冷却条件は、金型用鋼が実際のホットスタンプ用金型の大きさであるときの冷却速度を想定して、半冷時間を４０分とした。そして、この焼入れを行った金型用鋼に、５００～６５０℃の焼戻し温度による焼戻しを行って、ホットスタンプ用金型に相当する金型６を得た。焼戻しは２回実施し、それぞれの温度で２時間保持した。焼戻し温度は、２５℃刻みの、計７条件とした。そして、金型６について、焼戻し温度毎に、その中心部の室温におけるロックウェル硬さ（Ｃスケール）を測定した。結果を図３に示す。
本発明例の金型６は、５００～６５０℃の焼戻し温度の全般に亘って、高い焼戻し硬さを維持した。そして、焼戻し温度を、特に金型の熱伝導率を高めるのに効果的とされる、６００℃以上に高めても、４５ＨＲＣ以上の高い焼戻し硬さを達成した。
金型用鋼６に、１０３０℃の焼入れ温度による焼入れを行った。このとき、冷却条件は、金型用鋼が実際のホットスタンプ用金型の大きさであるときの冷却速度を想定して、半冷時間を４０分とした。そして、この焼入れを行った金型用鋼に、５００～６５０℃の焼戻し温度による焼戻しを行って、ホットスタンプ用金型に相当する金型６を得た。焼戻しは２回実施し、それぞれの温度で２時間保持した。焼戻し温度は、２５℃刻みの、計７条件とした。そして、金型６について、焼戻し温度毎に、その中心部の室温におけるロックウェル硬さ（Ｃスケール）を測定した。結果を図３に示す。
本発明例の金型６は、５００～６５０℃の焼戻し温度の全般に亘って、高い焼戻し硬さを維持した。そして、焼戻し温度を、特に金型の熱伝導率を高めるのに効果的とされる、６００℃以上に高めても、４５ＨＲＣ以上の高い焼戻し硬さを達成した。
【0040】
＜熱伝導率の評価＞
金型６に、実施例１で評価した金型１０も加えて、これら金型６、１０の二次硬化のピークを迎える焼戻し温度（概ね５００～６００℃）よりも高温側の焼戻し温度で、焼戻し硬さが４５ＨＲＣのときの熱伝導率を測定した。測定要領は、実施例１と同じとした。結果を図４に示す。
本発明例の金型６は、４５ＨＲＣの高い硬さを達成した上で、３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高い熱伝導率を有していた。これに対して、比較例の金型１０は、４５ＨＲＣの高い硬さを達成したものの、熱伝導率は３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）を下回っていた。
金型６に、実施例１で評価した金型１０も加えて、これら金型６、１０の二次硬化のピークを迎える焼戻し温度（概ね５００～６００℃）よりも高温側の焼戻し温度で、焼戻し硬さが４５ＨＲＣのときの熱伝導率を測定した。測定要領は、実施例１と同じとした。結果を図４に示す。
本発明例の金型６は、４５ＨＲＣの高い硬さを達成した上で、３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高い熱伝導率を有していた。これに対して、比較例の金型１０は、４５ＨＲＣの高い硬さを達成したものの、熱伝導率は３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）を下回っていた。
【0041】
以上の実施例の結果より、本発明であれば、高硬度と高熱伝導性とを有したホットスタンプ用金型を提供することができる。そして、このホットスタンプ用金型の作業面に窒化層を形成することで、さらなる耐摩耗性の向上が達成される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
