[发明专利]工具钢的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及工具钢的制造方法。

背景技术

对工具钢进行退火、淬火、回火的热处理方法被大量地提出。一般是通过反复相变而实现晶粒直径的微细化。作为其示例有如下方法：在热加工后冷却至马氏体、贝氏体相变区域，其后在Ac3点以上完全使之发生奥氏体相变，进行退火后，再淬火、回火的热处理方法。

另外，退火状态下的金属组织，被认为越是尽量使碳化物均一地分散的金属越为优选。例如，含有C：0.10～2.0％的工具钢，是能够用于以金属模具为首的很多工具的钢。因此，需要对工具钢以最佳的热处理条件进行热处理而调整金属组织和机械的特性。

而且，为了更经济高效地得到期望的金属组织和机械的特性，也提出在热锻所代表的热加工的冷却途中过渡到下一工序的热处理的提案。

例如，作为制造含有C为0.25～0.55％的中碳钢的方法，有特开2000-204414号(参照专利文献1)。该提案公开，从锻炼到冷却的途中在珠光体相变温度区域使珠光体相变发生，再以Ac3点以上的温度实施一次以上的正火为处理后，加热至Ac3点以上的温度并淬火，其后实施一次以上回火，由此制造强度、韧性均优异的中碳钢。

【专利文献1】特开2000-204414号公报

为了采用上述的专利文献1所示的热处理方法而使晶粒微细化，如果进行到正火处理，则能够得到使晶粒微细的效果。

在专利文献1的方法中，因为从锻炼的冷却途中进行珠光体化正理，所以在被热处理的材料的晶界会析出网状的碳化物。在晶界析出的网状的碳化物经其后的淬火回火仍会继续残留，从而产生阻碍韧性这样的问题点。因此，在专利文献1的方法中，出于消除网状碳化物和利用相变实现晶粒微细化的目的，而必须实施正火处理。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种不需要正火处理就能够使晶粒微细化的工具钢中间原料的制造方法，和使用由此得到的工具钢中间原材的工具钢的制造方法。

本发明鉴于上述的课题而做。

本发明者们对于热加工后的冷却条件进行锐意研究的结果发现，在冷却过程中有以下的两个重点。

重点1：900℃附近的强制冷却，

重点2：在比珠光体鼻部温度低的温度区域进行等温保持。

作为上述重点1和2的效果如下：

重点1的900℃附近的强制冷却，能够抑制在热加工时固溶的碳在其冷却过程中作为网状的碳化物在晶界析出。通过900℃附近的强制冷却，具有不需要用于消除网状碳化物的正火处理这样的效果。

重点2的在比珠光体鼻部低的温度区域，由于过冷效果致使碳化物的核生成密度高，碳的扩散缓慢，因此可以微细地析出碳化物。另外，通过长时间保持，能够使奥氏体完全地扩散相变而成为铁素体和碳化物析出组织。在铁素体和碳化物析出组织的状态下进行淬火回火，具有使晶粒微细的效果。

组合上述的重点1和重点2的结论，可以成为在使晶粒微细上最佳的淬火回火前的工具钢中间原材。而且还发现，使用所述工具钢中间原材进行淬火、回火，能够使工具钢的晶粒直径微细。

即，本发明是一种工具钢的制造方法，其包括如下工序：将含有0.10～2.0％的C的工具钢原材加热到1050～1250℃进行热加工的热加工工序；在所述热加工工序结束后，以空冷以上的冷却速度进行冷却直至所述工具钢原材的表面温度成为500～700℃的冷却工序；在所述热加工冷却工序后，将所述工具钢原材放入加热炉，在400～700℃的温度进行加热、保持的第一加热保持工序；接着所述第一加热保持工序，将所述工具钢原材加热，将工具钢原材温度提高到珠光体鼻部和比该珠光体鼻部低100℃的温度之间的温度区域，并在所述珠光体鼻部和比珠光体鼻部低100℃的温度之间的温度区域进行加热、保持的第二加热保持工序；在所述第二加热保持工序后进行冷却，形成具有在铁素体组织中有碳化物析出的金属组织的工具钢中间原材的工序；对所述工具钢中间原材进行淬火、回火的工序。

优选的工具钢原材的化学组成为如下组成：以质量％计含有Si：2.0％以下、Mn：2.0％以下、Cr：1.0～15.0％、Mo：10.0％以下，还含有从Ni：4.0％以下、V：4.0％以下、W：20.0％以下、Co：10.0％以下中选出的任一种以上，余量实质上是Fe和不可避免的杂质。