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JP6416624B2 - Method for cutting cold tool steel and method for producing cold mold material - Google Patents

Method for cutting cold tool steel and method for producing cold mold material Download PDF

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JP6416624B2 JP2014531621A JP2014531621A JP6416624B2 JP 6416624 B2 JP6416624 B2 JP 6416624B2 JP 2014531621 A JP2014531621 A JP 2014531621A JP 2014531621 A JP2014531621 A JP 2014531621A JP 6416624 B2 JP6416624 B2 JP 6416624B2
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Description

本発明は、工具材料、特に家電、携帯電話や自動車関連部品を成形する冷間金型材料に適した冷間工具鋼の切削方法、及びその切削方法を用いた冷間金型材料の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a cutting method for cold tool steel suitable for tool materials, particularly cold mold materials for molding home appliances, mobile phones and automobile-related parts, and a method for producing cold mold materials using the cutting methods. It is about.

室温での板材の曲げ、絞り、抜きなどのプレス成形に用いられる冷間工具では、その耐摩耗性を向上するために、焼入れ焼戻しにより60HRC以上の硬さに調整した鋼素材が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。このような高硬度の鋼素材は、焼入れ焼戻し後に工具形状に切削加工することが困難である。そのため、通常は、硬さの低い焼鈍状態で粗加工を行った後に、60HRC以上の使用硬さに調整する。この場合、粗加工後の形状が、焼入れ焼戻しにより熱処理変形することから、焼入れ焼戻し後には、その変形分を修正するための再度の仕上げ切削加工を施して最終工具形状に整えられる。焼入れ焼戻しによる工具の熱処理変形の主な原因は、焼鈍状態ではフェライト組織であった鋼素材がマルテンサイト組織へと変態することで体積が膨張するためである。   In cold tools used for press forming such as bending, drawing, and punching of plate materials at room temperature, a steel material adjusted to a hardness of 60 HRC or higher by quenching and tempering has been proposed in order to improve its wear resistance. (For example, see Patent Documents 1 to 3). Such a hard steel material is difficult to cut into a tool shape after quenching and tempering. Therefore, normally, after roughing in an annealed state with low hardness, the working hardness is adjusted to 60 HRC or higher. In this case, since the shape after the rough machining is heat-treated and deformed by quenching and tempering, after the quenching and tempering, the final tool shape is adjusted by performing another finish cutting for correcting the deformation. The main cause of heat treatment deformation of the tool by quenching and tempering is that the volume of the steel material expands due to the transformation of the steel material that was a ferrite structure into a martensite structure in the annealed state.

上記の鋼素材の他に、あらかじめ使用硬さに調整して供給されるプリハードン鋼が多く提案されている。プリハードン鋼では、最終工具形状まで一括して切削加工を行った後には、焼入れ焼戻しの必要がないため、焼入れ焼戻しに起因する工具の熱処理変形を除外でき、上記の仕上げ切削加工も省略できる有効な技術である。本技術に関しては、切削工具の母材や皮膜を改良して耐久性を向上させた切削工具を用いて、高硬度の鋼素材を切削加工する手法が知られている(例えば、特許文献4、5参照)。
また、鋼素材からのアプローチとして、焼入れした鋼素材中に存在する、被削性を低下させる未固溶の一次炭化物の量を最適化することにより、55HRCを超える焼入れ焼戻し硬さを確保しつつ優れた被削性を有する冷間工具鋼が提案されている(例えば、特許文献6参照)。一方、切削加工時の切削工具と鋼素材との間の摩擦によって生じる工具摩耗を抑制するために、融点が1200℃以下の酸化物((FeO)・SiO、FeSiOまたは(FeSi)Cr)を形成する元素を添加し、切削加工時に発生する熱により金型表面に前記酸化物を形成することで自己潤滑性を付与した冷間工具鋼も提案されている(例えば、特許文献7参照)。
In addition to the steel materials described above, many pre-hardened steels that have been adjusted to the working hardness in advance have been proposed. In pre-hardened steel, after cutting all the way to the final tool shape, there is no need for quenching and tempering, so the heat treatment deformation of the tool due to quenching and tempering can be eliminated, and the above-mentioned finishing cutting can also be omitted. Technology. Regarding this technique, there is known a method of cutting a high-hardness steel material using a cutting tool whose durability is improved by improving a base material or a film of the cutting tool (for example, Patent Document 4, 5).
In addition, as an approach from steel materials, while optimizing the amount of undissolved primary carbides in the hardened steel materials that reduce machinability, while ensuring a quenching and tempering hardness exceeding 55 HRC Cold tool steel having excellent machinability has been proposed (see, for example, Patent Document 6). On the other hand, an oxide ((FeO) 2 · SiO 2 , Fe 2 SiO 4 or (FeSi) having a melting point of 1200 ° C. or lower is used to suppress tool wear caused by friction between the cutting tool and the steel material during cutting. A cold tool steel has been proposed in which a self-lubricating property is imparted by adding an element that forms a) Cr 2 O 2 ) and forming the oxide on the mold surface by heat generated during cutting (for example, And Patent Document 7).

特開2008−189982号公報JP 2008-189982 A 特開2009−132990号公報JP 2009-132990 A 特開2006−193790号公報JP 2006-193790 A 特開2003−1504号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-1504 特開2010−115764号公報JP 2010-1115764 A 特開2001−316769号公報JP 2001-316769 A 特開2005−272899号公報JP 2005-272899 A

特許文献4、5には、硬さを60HRCとした代表的な冷間工具鋼であるSKD11を切削加工することが開示されている。しかしながら、未固溶の一次炭化物を多く形成するSKD11の切削加工においては、基地硬さを高めて60HRCの高硬度とした場合には、工具寿命が短く被削性の改善は十分ではない。   Patent Documents 4 and 5 disclose cutting of SKD11, which is a typical cold tool steel having a hardness of 60 HRC. However, in the cutting of SKD11 in which a large amount of undissolved primary carbide is formed, if the base hardness is increased to a high hardness of 60 HRC, the tool life is short and the machinability is not improved sufficiently.

一方、特許文献6に開示されるような未固溶の一次炭化物の形成量を少なく制御した冷間工具鋼や、特許文献7に開示されるような低融点酸化物を自己潤滑皮膜として利用した冷間工具鋼であっても、60HRC以上の高硬度になると工具の損傷摩耗が大きくなり被削性の改善は十分でない場合があった。   On the other hand, cold tool steel in which the formation amount of undissolved primary carbide as disclosed in Patent Document 6 is controlled to be low, and low melting point oxide as disclosed in Patent Document 7 are used as a self-lubricating film. Even in the case of cold tool steel, when the hardness becomes higher than 60 HRC, the damage and wear of the tool increases, and the machinability may not be improved sufficiently.

本発明は、上記の事情に鑑みなされたものである。このような状況のもと、60HRC以上の高い硬度の冷間工具鋼に対して、被削性を飛躍的に向上できる冷間工具鋼の切削方法、及びその切削方法を用いた冷間金型材料の製造方法が必要とされている。   The present invention has been made in view of the above circumstances. Under such circumstances, a cold tool steel cutting method capable of dramatically improving machinability for cold tool steel having a high hardness of 60 HRC or more, and a cold die using the cutting method. There is a need for a method of manufacturing the material.

本発明者等は、冷間工具鋼の被削性を向上する手法を鋭意研究した。そして、焼入れ焼戻し硬さが60HRC以上の冷間工具鋼の切削加工において、被削性を改善できる最適な冷間工具鋼の成分範囲と切削加工条件の組合せがあるとの知見を得た。本発明は、そのような最適な組み合わせを特定することで達成されたものである。   The present inventors have intensively studied methods for improving the machinability of cold tool steel. And the knowledge that there existed the combination of the optimal component range of cold tool steel and cutting conditions which can improve machinability in the cutting of the cold tool steel whose quenching and tempering hardness is 60 HRC or more was obtained. The present invention has been achieved by specifying such an optimal combination.

すなわち、第1の発明は、質量比で0.6%〜1.2%のC(炭素)を含み、硬さが60HRC以上に調整された冷間工具鋼を、金属(半金属を含む)部分の原子比率でAlが50%よりも多いAlTiの窒化物皮膜を被覆した被覆切削工具を用いて切削する冷間工具鋼の切削方法である。   That is, the first invention includes cold tool steel containing 0.6% to 1.2% C (carbon) by mass ratio and having a hardness adjusted to 60 HRC or more, including metal (including semimetal). This is a cold tool steel cutting method in which cutting is performed using a coated cutting tool coated with an AlTi nitride film in which Al is more than 50% by atomic ratio of the portion.

冷間工具鋼は、更に、質量比で3.0%以上8.0%未満のCr(クロム)を含有することが好ましい。
また、冷間工具鋼は、更に、Mo(モリブデン)およびW(タングステン)を含み、これらは、それぞれ単独の元素としてまたは複合化合物として含まれてもよい。これらMoおよびWは、(それぞれ単独の元素としてまたは複合化合物として)質量比で、{Mo量+(1/2×W量)}の値が0.5%〜2.0%の範囲となるように含有されていることが好ましい。ここで、Mo量は、Moの鋼中における質量比を、W量は、Wの鋼中における質量比を、それぞれ表す。
It is preferable that the cold tool steel further contains Cr (chromium) in a mass ratio of 3.0% or more and less than 8.0%.
Further, the cold tool steel further includes Mo (molybdenum) and W (tungsten), which may be included as a single element or as a composite compound. These Mo and W are in a mass ratio (as a single element or a composite compound, respectively), and the value of {Mo amount + (1/2 × W amount)} is in the range of 0.5% to 2.0%. It is preferable that it is contained. Here, the amount of Mo represents the mass ratio of Mo in steel, and the amount of W represents the mass ratio of W in steel.

また、冷間工具鋼は、更に、質量比で、Al(アルミニウム)を0.01%以上0.3%未満、Mn(マンガン)を0.3%〜2.0%、S(硫黄)を0.02%〜0.1%含有することが好ましい。
本発明の冷間工具鋼の切削方法では、この冷間工具鋼は、切削速度120m/min以上で切削されることが好ましい。
Further, the cold tool steel further has a mass ratio of Al (aluminum) of 0.01% or more and less than 0.3%, Mn (manganese) of 0.3% to 2.0%, and S (sulfur). It is preferable to contain 0.02%-0.1%.
In the cold tool steel cutting method of the present invention, the cold tool steel is preferably cut at a cutting speed of 120 m / min or more.

また、冷間工具鋼は、質量比で、
C:0.6%〜1.2%、
Si:0.7%〜2.5%、
Mn:0.3%〜2.0%、
S:0.02%〜0.1%、
Cr:3.0%以上5.0%未満、
MoおよびW:0.5%≦{Mo量+(1/2×W量)}≦2.0%(Mo量:Moの鋼中における質量比(質量%)、W量:Wの鋼中における質量比(質量%))、
Al:0.04%以上0.3%未満、
残部Fe(鉄)、および不可避的不純物からなることが好ましい。
この場合、上記のS、Cr、およびAlは、下記の関係式によって求められる被削性指数MPの値が0超(すなわちMP>0)である冷間工具鋼であることがより好ましい。
[関係式]
MP=21.9×S量+124.2×(Al量/Cr量)−2.1
上記関係式において、S量は、上記Sの鋼中における質量比(質量%)を、Cr量は、上記Crの鋼中における質量比(質量%)を、Alは、上記Alの鋼中における質量比(質量%)を、それぞれ表す。
これらの冷間工具鋼は、切削速度160m/min以上で切削されることが好ましい。
In addition, cold tool steel is a mass ratio,
C: 0.6% to 1.2%
Si: 0.7% to 2.5%
Mn: 0.3% to 2.0%
S: 0.02% to 0.1%,
Cr: 3.0% or more and less than 5.0%,
Mo and W: 0.5% ≦ {Mo amount + (1/2 × W amount)} ≦ 2.0% (Mo amount: mass ratio of Mo in steel (mass%), W amount: in W steel) Mass ratio (mass%) in
Al: 0.04% or more and less than 0.3%,
The balance is preferably composed of the remaining Fe (iron) and inevitable impurities.
In this case, it is more preferable that the above S, Cr, and Al are cold tool steels having a machinability index MP value of more than 0 (that is, MP> 0) obtained by the following relational expression.
[Relational expression]
MP = 21.9 × S amount + 124.2 × (Al amount / Cr amount) −2.1
In the above relational expression, the S amount is the mass ratio (mass%) of the S in the steel, the Cr amount is the mass ratio (mass%) of the Cr in the steel, and Al is the Al steel in the steel. The mass ratio (mass%) is expressed respectively.
These cold tool steels are preferably cut at a cutting speed of 160 m / min or more.

また、第2の発明は、上記の冷間工具鋼の切削方法を用いて冷間工具鋼を切削することにより冷間金型材料を製造する冷間金型材料の製造方法である。   Moreover, 2nd invention is a manufacturing method of the cold mold material which manufactures cold mold material by cutting cold tool steel using the cutting method of said cold tool steel.

本発明によれば、60HRC以上の高い硬度の冷間工具鋼の加工においても、被削性に優れ、工具寿命が長く、かつ高能率加工する冷間工具鋼の切削方法および冷間金型材料の製造方法が提供される。
よって、プリハードンの冷間工具鋼の実用化にとって欠くことのできない技術となる。
According to the present invention, a cold tool steel cutting method and a cold mold material that are excellent in machinability, have a long tool life, and perform high-efficiency machining even when machining cold tool steel having a high hardness of 60 HRC or more. A manufacturing method is provided.
Therefore, this is an indispensable technique for the practical application of pre-hardened cold tool steel.

実施例1において、本発明例の切削方法に用いた切削工具の逃げ面およびすくい面の外観を示したデジタルマイクロスコープ写真である。In Example 1, it is the digital microscope photograph which showed the external appearance of the flank and rake face of the cutting tool used for the cutting method of the example of this invention. 実施例1において、比較例の切削方法に用いた切削工具の逃げ面およびすくい面の外観を示したデジタルマイクロスコープ写真である。In Example 1, it is the digital microscope photograph which showed the external appearance of the flank and rake face of the cutting tool used for the cutting method of the comparative example. 図1Aの切削工具の表面に形成された付着物をEPMA(電子線マイクロアナライザー)分析したときの元素マップ図である。It is an element map figure when the deposit formed on the surface of the cutting tool of Drawing 1A analyzes EPMA (electron beam microanalyzer). 図1Bの切削工具の表面に形成された付着物をEPMA(電子線マイクロアナライザー)分析したときの元素マップ図である。It is an element map figure when the deposit formed on the surface of the cutting tool of Drawing 1B is analyzed by EPMA (electron beam microanalyzer). 実施例2において、本発明例及び比較例の切削方法に用いた切削工具の逃げ面およびすくい面の外観を示した電子顕微鏡写真である。In Example 2, it is the electron micrograph which showed the external appearance of the flank and rake face of the cutting tool used for the cutting method of this invention example and a comparative example. 実施例3において、本発明例及び比較例の切削方法に用いた切削工具の逃げ面およびすくい面の外観を示した電子顕微鏡写真である。In Example 3, it is the electron micrograph which showed the external appearance of the flank and rake face of the cutting tool used for the cutting method of the example of this invention and the comparative example.

本発明の特徴は、冷間工具鋼に含まれる炭素含有量を調整することで一次炭化物の形成を抑制し、更には、その加工に用いる切削工具には、Alが主体のAlTiの窒化物を被覆した被覆切削工具を適用することで60HRC以上の高硬度な冷間工具鋼においても、被削性が大幅に改善されることを見出したことにある。   The feature of the present invention is that the formation of primary carbide is suppressed by adjusting the carbon content contained in the cold tool steel, and further, the cutting tool used for the processing is made of AlTi nitride mainly composed of Al. It has been found that the machinability is greatly improved even in a cold tool steel having a high hardness of 60 HRC or higher by applying a coated cutting tool.

上記「HRC」は、押し込み硬さを表す尺度であるロックウェル硬さHR(Rockwell Hardness)を表しており、圧子:120°円錐形ダイアモンド、試験荷重:150kgfの条件でJIS B7726に準拠して下記式により求められる値である。
HR=100−500h
(h:基準荷重(10kgf)時を零点とした時の実際のへこみ深さ[mm])
また、以下において、質量比を表す「%」(質量%)を単に「%」と表記することがある。
“HRC” represents Rockwell Hardness (HR), which is a measure of indentation hardness. The following is in accordance with JIS B7726 under the conditions of indenter: 120 ° conical diamond, test load: 150 kgf. This is a value obtained by an expression.
HR = 100-500h
(H: Actual indentation depth [mm] with reference load (10 kgf) as zero point)
In the following, “%” (mass%) representing the mass ratio may be simply expressed as “%”.

まず、冷間工具鋼の見地に立って述べる。
(1)C:0.6%〜1.2%
本発明における冷間工具鋼は、Cを質量比で0.6%〜1.2%の範囲で含有する。
本発明において、冷間工具鋼の炭素(C)量を調整することは被削性を改善する上で極めて重要である。例えば、代表的な冷間工具鋼であるSKD11は1.4%〜1.6質量%の炭素を含有しているため未固溶の一次炭化物が多量に形成される。本発明者等の検討によると、SKD11の場合、一次炭化物量の面積率は8%程度であることを確認した。そして、SKD11のように硬度が高い一次炭化物が多量に存在していると、基地硬さを高めて60HRC以上の高硬度としたとき、切削工具を改良したとしても工具摩耗の進行は著しくなる。
First, it will be described from the viewpoint of cold work tool steel.
(1) C: 0.6% to 1.2%
The cold tool steel in the present invention contains C in a range of 0.6% to 1.2% by mass ratio.
In the present invention, adjusting the carbon (C) amount of the cold tool steel is extremely important for improving the machinability. For example, since SKD11, which is a typical cold tool steel, contains 1.4% to 1.6% by mass of carbon, a large amount of undissolved primary carbide is formed. According to the study by the present inventors, in the case of SKD11, it was confirmed that the area ratio of the amount of primary carbide was about 8%. If a large amount of primary carbide having a high hardness such as SKD11 is present, when the base hardness is increased to a high hardness of 60 HRC or higher, the progress of tool wear becomes significant even if the cutting tool is improved.

「一次炭化物量の面積率」とは、冷間工具鋼を切断したときの切断面に占める一次炭化物の面積率のことである。これは、光学顕微鏡で観察し、所定領域からなる1視野の組織写真を複数撮影し、各視野中における円相当径5μm以上の一次炭化物の面積率を求め、これらの平均値を算出することにより得られる値である。   The “area ratio of the amount of primary carbide” is the area ratio of primary carbide in the cut surface when the cold tool steel is cut. This is obtained by observing with an optical microscope, taking a plurality of tissue photographs of one visual field composed of a predetermined region, obtaining an area ratio of primary carbides having an equivalent circle diameter of 5 μm or more in each visual field, and calculating an average value thereof. This is the value obtained.

本発明者等は、60HRC以上の高硬度な冷間工具鋼において被削性を改善できるよう一次炭化物量を低減するべく検討した。そして、冷間工具鋼に含まれる一次炭化物量には、C含有量が強く影響することを確認した。
Cは、鋼中で炭化物を形成し、基地中に固溶することで、冷間工具鋼に硬さを付与する重要な元素である。C含有量が0.6%を下回って少なくなりすぎると、炭化物を形成して基地中に固溶するC量が低下するため、60HRC以上の硬さを付与することが困難となる。一方、C含有量が1.2%を上回って過多になると、焼入れしたときの未固溶の一次炭化物量の増加により靱性が低下しやすいこともあるが、それ以上に一次炭化物が多量に形成するため被削性の大きな低下を招く。
本発明では、C含有量を0.6%〜1.2%とすることで、冷間工具鋼に60HRC以上の硬度を付与し、かつ、未固溶の一次炭化物の面積率を5%以下まで低減することが容易となる。これにより、被削性も改善される傾向にある。
The inventors of the present invention have studied to reduce the amount of primary carbide so as to improve the machinability in a cold work tool steel having a hardness of 60 HRC or higher. And it confirmed that C content had a strong influence on the amount of primary carbide contained in cold tool steel.
C is an important element that imparts hardness to the cold tool steel by forming carbides in the steel and forming a solid solution in the matrix. If the C content is less than 0.6% and becomes too small, the amount of C that forms carbides and dissolves in the matrix decreases, so it becomes difficult to impart a hardness of 60 HRC or higher. On the other hand, if the C content exceeds 1.2%, the toughness tends to decrease due to an increase in the amount of undissolved primary carbide when quenched, but more primary carbide is formed than that. Therefore, the machinability is greatly reduced.
In the present invention, by setting the C content to 0.6% to 1.2%, the cold tool steel is given a hardness of 60 HRC or more, and the area ratio of undissolved primary carbide is 5% or less. Can be easily reduced. This tends to improve machinability.

冷間工具鋼の硬度を高めるには、C含有量を0.65%以上とすることが好ましく、更に好ましくは、0.70%以上である。また、被削性を改善するには、1.0%以下とすることが好ましく、更に好ましくは0.9%以下である。   In order to increase the hardness of the cold tool steel, the C content is preferably 0.65% or more, and more preferably 0.70% or more. Moreover, in order to improve machinability, it is preferable to set it as 1.0% or less, More preferably, it is 0.9% or less.

一次炭化物量の面積率は、4%以下とすることが好ましく、より好ましくは3%以下であり、更に好ましくは2%以下であり、特に好ましくは1%以下である。   The area ratio of the amount of primary carbide is preferably 4% or less, more preferably 3% or less, still more preferably 2% or less, and particularly preferably 1% or less.

尚、本発明における冷間工具鋼において、C以外の成分は、技術常識を基に適宜設計できるが、例えば、Si、Cr、Mn、W、Mo、Al、P、S、Ni、V、Cu、Nb等(残部、Fe)から適宜元素を選択して構成することができる。更に言えば、質量比で、Si:0.1%〜3.0%、Cr:3.0%〜9.0%、Mn:0.3%〜2.0%、{Mo量+(1/2×W量)}:0.5%〜2.0%、Al:0.5%以下、P:0.05%以下、S:0.1%以下、Ni:1.0%以下、V:1.0%以下、Cu:1.0%以下、Nb:0.5%以下、等から適宜元素を選択し、所望の含有量を設計して構成することができる。   In the cold tool steel according to the present invention, components other than C can be appropriately designed based on common technical knowledge. For example, Si, Cr, Mn, W, Mo, Al, P, S, Ni, V, Cu , Nb or the like (remainder, Fe), and an appropriate element can be selected. Further, by mass ratio, Si: 0.1% to 3.0%, Cr: 3.0% to 9.0%, Mn: 0.3% to 2.0%, {Mo amount + (1 / 2 × W amount)}: 0.5% to 2.0%, Al: 0.5% or less, P: 0.05% or less, S: 0.1% or less, Ni: 1.0% or less, V: 1.0% or less, Cu: 1.0% or less, Nb: 0.5% or less, and the like can be appropriately selected from elements, and a desired content can be designed and configured.

更に、60HRC以上の高硬度を維持しつつ、冷間工具鋼の一次炭化物の面積率を低減させるには、一次炭化物を形成し易いCr、Mo、Wの含有量について以下の範囲に制御することが好ましい。具体的には、以下の通りである。   Furthermore, in order to reduce the area ratio of the primary carbide of the cold tool steel while maintaining a high hardness of 60 HRC or more, the Cr, Mo, and W contents that easily form the primary carbide should be controlled within the following ranges. Is preferred. Specifically, it is as follows.

(2)Cr:3.0%以上8.0%未満
冷間工具鋼におけるCrは、3.0%以上8.0%未満の範囲で含有されていることが好ましい。
Crは、焼入れ焼戻し後の組織中にM炭化物を形成することで、冷間工具鋼に硬さを付与する。また、焼入加熱時に一部は未固溶炭化物として存在して、結晶粒の成長を抑制する効果がある。そして、Crが3.0%以上であると、所望量の炭化物が得られ、60HRC以上の硬さを達成しやすい。一方、Crを8.0%未満とすることで、未固溶の一次炭化物量が減少して、靱性が向上する。そして、Crを含む低融点酸化物の過多の形成を抑えることで、後述のAlによるAl保護皮膜の機能を向上することができ、被削性を著しく向上させることが可能となる。
(2) Cr: 3.0% or more and less than 8.0% It is preferable that Cr in the cold tool steel is contained in a range of 3.0% or more and less than 8.0%.
Cr imparts hardness to the cold tool steel by forming M 7 C 3 carbide in the structure after quenching and tempering. In addition, a part of the material is present as insoluble carbide during quenching heating, and has an effect of suppressing the growth of crystal grains. And when Cr is 3.0% or more, a desired amount of carbide is obtained, and it is easy to achieve a hardness of 60 HRC or more. On the other hand, by making Cr less than 8.0%, the amount of undissolved primary carbide is reduced, and toughness is improved. And by suppressing the excessive formation of the low melting point oxide containing Cr, it is possible to improve the function of an Al 2 O 3 protective film made of Al, which will be described later, and to significantly improve the machinability.

また、結晶粒の成長抑制や硬さ付与の目的で、硬質のMC炭化物を形成するVやNbを添加する場合、M炭化物を共存させることで、粗大なMC炭化物の形成を抑制する効果があり、Crが3.0%以上であることで、その効果が十分に得られ、被削性を良好になる。このため、Crは3.0質量%以上8.0質量%未満とすることが好ましい。
尚、上記の「M」は、V、Nb、Cr、W、Moなどを表す(以下同様)。
Crの含有量は、より好ましくは3.1%以上であり、更に好ましくは3.5%以上である。また、Crの含有量の上限は、好ましくは7.0%以下であり、更に好ましくは、5.0%未満であり、特に好ましくは4.8%以下である。
In addition, when V or Nb that forms hard MC carbide is added for the purpose of suppressing crystal grain growth or imparting hardness, the formation of coarse MC carbide is suppressed by coexisting M 7 C 3 carbide. There is an effect, and when Cr is 3.0% or more, the effect is sufficiently obtained and machinability is improved. For this reason, it is preferable that Cr shall be 3.0 mass% or more and less than 8.0 mass%.
Note that “M” represents V, Nb, Cr, W, Mo, and the like (the same applies hereinafter).
The Cr content is more preferably 3.1% or more, and even more preferably 3.5% or more. Further, the upper limit of the Cr content is preferably 7.0% or less, more preferably less than 5.0%, and particularly preferably 4.8% or less.

(3)MoおよびW:0.5質量%≦{Mo量+(1/2×W量)}≦2.0%
本発明における冷間工具鋼は、MoおよびWを、それぞれ単独の元素としてまたは複合化合物として、0.5質量%≦{Mo量+(1/2×W量)}≦2.0%を満たす範囲で含有することが好ましい。
(3) Mo and W: 0.5 mass% ≦ {Mo amount + (1/2 × W amount)} ≦ 2.0%
The cold tool steel according to the present invention satisfies 0.5% by mass ≦ {Mo amount + (1/2 × W amount)} ≦ 2.0% by using Mo and W as individual elements or composite compounds, respectively. It is preferable to contain in the range.

MoおよびWは、焼戻しにおいて、微細炭化物の析出強化(二次硬化)により硬さを向上させる元素である。しかし、これと同時に、焼戻しで起こる残留オーステナイトの分解を遅滞させるため、過多に含有すると、焼入れ焼戻し後の組織に残留オーステナイトが残りやすい。また、MoやWは高価な元素であるため、実用化する上では添加量を極力低減すべきである。よって、これら元素の添加量は、{Mo量+(1/2×W量)}の関係式で0.5%〜2.0%を満たす範囲とすることが好ましい。   Mo and W are elements that improve the hardness by precipitation strengthening (secondary hardening) of fine carbides during tempering. However, at the same time, since the decomposition of residual austenite that occurs during tempering is delayed, if it is excessively contained, residual austenite tends to remain in the structure after quenching and tempering. Further, since Mo and W are expensive elements, the amount of addition should be reduced as much as possible for practical use. Therefore, the addition amount of these elements is preferably in a range satisfying 0.5% to 2.0% in the relational expression of {Mo amount + (1/2 × W amount)}.

上記のうち、冷間工具鋼の被削性を向上させるのに好ましい実施形態を説明する。
本発明における冷間工具鋼は、質量比で、C:0.6%〜1.2%、Si:0.7%〜2.5%、Mn:0.3%〜2.0%、S:0.02%〜0.1%、Cr:3.0%以上5.0%未満、MoおよびW(単独または複合で):0.5%≦{Mo量+(1/2×W量)}≦2.0%、Al:0.04%〜0.3%未満、残部Fe、および不可避的不純物からなることが好ましい。
Among the above, a preferred embodiment for improving the machinability of the cold tool steel will be described.
The cold tool steel in the present invention is, by mass ratio, C: 0.6% to 1.2%, Si: 0.7% to 2.5%, Mn: 0.3% to 2.0%, S : 0.02% to 0.1%, Cr: 3.0% or more and less than 5.0%, Mo and W (single or combined): 0.5% ≦ {Mo amount + (1/2 × W amount) )} ≦ 2.0%, Al: 0.04% to less than 0.3%, the balance Fe, and unavoidable impurities.

Siは、FeやCrよりも酸化傾向が強いことに加えて、Alとコランダム系の酸化物を形成しやすい元素であるため、酸化物を低融点化するFe系酸化物やCr系酸化物の形成を抑制し、Al保護皮膜の形成を促進する作用がある。また、鋼中に固溶して、冷間工具鋼に硬さを付与する元素である。これらの効果を得るには、Siは、鋼全体に対する質量比で0.7%以上であることが好ましい。しかし、多すぎると焼入れ性や靱性が著しく低下するので、鋼全体に対する質量比で2.5%以下にすることが好ましい。更には、Siの質量比は、0.8%以上であることが好ましい。また、Siのより好ましい質量比は、2.0%以下である。Since Si is an element that tends to form a corundum oxide with Al 2 O 3 in addition to having a stronger oxidation tendency than Fe and Cr, Fe-based oxides and Cr-based oxides that lower the melting point of oxides to suppress the formation of oxides, it has the effect of promoting the formation of the Al 2 O 3 protective coating. Moreover, it is an element which solidifies in steel and gives hardness to cold tool steel. In order to acquire these effects, it is preferable that Si is 0.7% or more by mass ratio with respect to the whole steel. However, if too much, the hardenability and toughness are remarkably lowered, so the mass ratio with respect to the whole steel is preferably 2.5% or less. Furthermore, the mass ratio of Si is preferably 0.8% or more. A more preferable mass ratio of Si is 2.0% or less.

Siの含有量を上述した範囲に制御することに加えて、CrとAlの含有量をより好ましく制御した冷間工具鋼を適用することで、高融点酸化物であるAlと、高延性介在物であるMnSと、からなる複合潤滑保護皮膜が工具刃先に安定して形成されるため好ましい。具体的には、質量比で、
C:0.6%〜1.2%、Si:0.7%〜2.5%、Mn:0.3%〜2.0%、S:0.02%〜0.1%、Cr:3.0%以上5.0%未満、MoおよびW(単独または複合で):0.5%≦{Mo量+(1/2×W量)}≦2.0%、Al:0.04〜0.3%未満、残部Fe、および不可避的不純物からなり、かつ下記の関係式によって求められる被削性指数MPの値が0超である冷間工具鋼とすることが好ましい。
MP=21.9×S量+124.2×(Al量/Cr量)−2.1
〔S量:上記Sの鋼中における質量比、Cr量:上記Crの鋼中における質量比、Al:上記Alの鋼中における質量比〕
上記において、質量比で、S量が0.03%〜0.8%であって、かつAl量/Cr量の比が0.02〜0.06である場合がより好ましい。
In addition to controlling the Si content to the above-described range, by applying cold tool steel in which the Cr and Al contents are more preferably controlled, Al 2 O 3 that is a high melting point oxide, A composite lubricating protective film comprising MnS, which is a ductile inclusion, is preferable because it is stably formed on the tool edge. Specifically, by mass ratio,
C: 0.6% to 1.2%, Si: 0.7% to 2.5%, Mn: 0.3% to 2.0%, S: 0.02% to 0.1%, Cr: 3.0% or more and less than 5.0%, Mo and W (single or combined): 0.5% ≦ {Mo amount + (1/2 × W amount)} ≦ 2.0%, Al: 0.04 It is preferable to use a cold tool steel comprising less than ˜0.3%, the balance Fe, and unavoidable impurities, and having a machinability index MP value of more than 0 determined by the following relational expression.
MP = 21.9 × S amount + 124.2 × (Al amount / Cr amount) −2.1
[S amount: mass ratio of S in steel, Cr amount: mass ratio of Cr in steel, Al: mass ratio of Al in steel]
In the above, it is more preferable that the S amount is 0.03% to 0.8% by mass ratio and the ratio of Al amount / Cr amount is 0.02 to 0.06.

被削性指数MPの調整は、AlとMnSからなる複合潤滑保護皮膜を、切削加工時の工具表面に十分量形成させるための好ましい要件である。本発明の好ましい切削方法に適用する冷間工具鋼は、切削加工時に発生する熱によって高融点酸化物であるAlを切削工具の表面に形成する。Alの融点は約2050℃であり、これは切削温度よりも遥かに高いため、Alは切削工具の保護皮膜として機能する。さらに、本発明における好ましい冷間工具鋼に含まれる十分量のSは、MnSを形成する。MnSは延性に富むことに加え、Alとの馴染みが良いため、上記のAl保護皮膜上に堆積して、これらが良好な複合潤滑保護皮膜としての役割を果たす。The adjustment of the machinability index MP is a preferable requirement for forming a sufficient amount of a composite lubricating protective film composed of Al 2 O 3 and MnS on the tool surface during cutting. The cold tool steel applied to the preferable cutting method of the present invention forms Al 2 O 3 which is a high melting point oxide on the surface of the cutting tool by heat generated during the cutting process. Since the melting point of Al 2 O 3 is about 2050 ° C., which is much higher than the cutting temperature, Al 2 O 3 functions as a protective film for the cutting tool. Furthermore, a sufficient amount of S contained in the preferred cold tool steel in the present invention forms MnS. In addition to being rich in ductility, MnS is well-familiar with Al 2 O 3 , so it is deposited on the above Al 2 O 3 protective film, and these serve as a good composite lubricating protective film.

一方、冷間工具鋼の主要成分であるCrは、低融点酸化物を形成しやすい。つまり、鋼中のAl量に対して、過多に含有されるCrは、Al保護皮膜の機能を阻害する要因となりやすい。そして、この結果、AlとMnSとからなる複合潤滑保護皮膜の機能を阻害する要因となることがある。したがって、本発明に係る好ましい冷間工具鋼は、0.04%以上の十分量のAlを含有した上で、鋼中のAl量とCr量のバランス(Al/Cr)を調整することが好ましい。そして、これに見合ったS量の調整を行うことで、上記の複合潤滑保護皮膜の機能が発揮される。On the other hand, Cr, which is a main component of cold tool steel, tends to form a low melting point oxide. That is, Cr contained excessively with respect to the amount of Al in the steel tends to be a factor that hinders the function of the Al 2 O 3 protective coating. Then, as a result, it can become a factor that inhibits the function of the composite lubricating protective coating consisting of Al 2 O 3 and MnS. Therefore, the preferable cold tool steel according to the present invention preferably contains a sufficient amount of Al of 0.04% or more and adjusts the balance between the amount of Al in the steel and the amount of Cr (Al / Cr). . And the function of said composite lubrication protective film is exhibited by adjusting S amount corresponding to this.

以上の作用効果に基づいて、S、Cr、Alの自己潤滑性に及ぼす影響度の相互関係を詳細に研究した。その結果、本発明の成分組成を満たした冷間工具鋼の場合、これら3元素による上記の影響度には「21.9×S量+124.2×(Al量/Cr量)−2.1」の関係式で表される相互関係が成立し、この関係式による値を被削性指数MPとすることで、本発明の被削性を精度よく評価できることを確認した。そして、このMP値が大きくなると、本発明の高融点酸化物を用いた複合潤滑保護皮膜による被削性向上効果が発揮され、具体的には0を超えるように成分組成を調整すれば、この効果は十分に発揮される。   Based on the above effects, the interrelationship of the degree of influence on the self-lubricating properties of S, Cr, and Al was studied in detail. As a result, in the case of cold tool steel satisfying the component composition of the present invention, the above-mentioned influence degree by these three elements is “21.9 × S amount + 124.2 × (Al amount / Cr amount) −2.1. It was confirmed that the machinability of the present invention can be evaluated with high accuracy by using the machinability index MP as a value based on this relational expression. And when this MP value becomes large, the machinability improvement effect by the composite lubricating protective film using the high melting point oxide of the present invention is exhibited. Specifically, if the component composition is adjusted to exceed 0, this The effect is fully demonstrated.

上述した関係式を満たす冷間工具鋼は、切削工具の表面に十分量の複合潤滑保護皮膜が形成されるように成分設計されており、切削速度を上げることで切削温度が上昇してその効果が有効に発揮される。切削速度は、好ましくは120m/min以上であり、より好ましくは160m/min以上であり、さらに好ましくは180m/min以上であり、特に好ましくは200m/min以上である。また、切削速度を上げることで、切削に要する時間の短縮にも繋がる。   Cold tool steel that satisfies the above-mentioned relational expression is designed so that a sufficient amount of a composite lubricating protective film is formed on the surface of the cutting tool. Is effectively demonstrated. The cutting speed is preferably 120 m / min or more, more preferably 160 m / min or more, further preferably 180 m / min or more, and particularly preferably 200 m / min or more. Also, increasing the cutting speed leads to shortening of the time required for cutting.

本発明の切削方法は、加工中に酸素が提供されて酸化保護皮膜が形成され易い断続切削であるミーリング加工に適用することが好ましい。
また、酸化に必要な酸素の供給源は、切削中の大気雰囲気であるので、潤滑油の使用(乾式、湿式)に制限はない。しかし、酸化保護皮膜を形成するには、切削温度が上昇しやすい乾式であることが好ましく、これは昨今要求されている切削油フリー化に適した手法となる。
The cutting method of the present invention is preferably applied to milling, which is intermittent cutting in which oxygen is provided during processing and an oxidation protective film is easily formed.
Moreover, since the supply source of oxygen required for oxidation is the atmospheric atmosphere during cutting, there is no restriction on the use of lubricating oil (dry or wet). However, in order to form an oxidation protective film, it is preferable to use a dry method in which the cutting temperature is likely to rise, and this is a method suitable for making the cutting oil free as required recently.

次に、本発明における冷間工具鋼に含まれ得る上記以外の元素について説明する。
・V:1.0%以下で含有することが好ましい。
V(バナジウム)は、種々の炭化物を形成して、冷間工具鋼の硬さを高める効果がある。また、形成された未固溶のMC炭化物は、結晶粒の成長を抑制する効果がある。そして特に、後述のNbと複合添加することで、焼入加熱時に未固溶のMC炭化物が微細かつ均一となり、結晶粒成長を効果的に抑制する働きがある。一方、MC炭化物は硬質であり、被削性を低下させる原因となる。過多のV添加は、粗大なMC炭化物を過剰に形成して、冷間工具鋼の靱性や被削性を低下させる。そのため、Vは、添加する場合でも、1.0%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.7%以下である。
Next, elements other than those described above that can be included in the cold tool steel according to the present invention will be described.
-V: It is preferable to contain at 1.0% or less.
V (vanadium) has the effect of forming various carbides and increasing the hardness of the cold tool steel. In addition, the formed insoluble MC carbide has an effect of suppressing the growth of crystal grains. In particular, by adding it in combination with Nb, which will be described later, the MC carbide that has not been dissolved yet during quenching heating becomes fine and uniform, and has the function of effectively suppressing crystal grain growth. On the other hand, MC carbide is hard and causes a decrease in machinability. Excessive V addition excessively forms coarse MC carbides and reduces the toughness and machinability of the cold tool steel. Therefore, even when V is added, V is preferably 1.0% or less, more preferably 0.7% or less.

・Nb:0.5%以下で含有することが好ましい。
Nb(ニオブ)は、MC炭化物を形成して、結晶粒の粗大化を抑える働きがある。ただし、過多に添加すると、粗大なMC炭化物が過剰に形成されて、鋼の靱性や被削性が低下する。そのため、Nbを添加する場合、Nbは、0.5%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.3%以下である。
-Nb: It is preferable to contain at 0.5% or less.
Nb (niobium) functions to suppress the coarsening of crystal grains by forming MC carbides. However, if added excessively, coarse MC carbides are excessively formed, and the toughness and machinability of the steel are lowered. Therefore, when Nb is added, Nb is preferably 0.5% or less. More preferably, it is 0.3% or less.

・Ni:1.0%以下で含有することが好ましい。
Ni(ニッケル)は、鋼の靱性や溶接性を改善する元素である。また、焼入れ後の焼戻しではNiAlとして析出して鋼の硬さを高める効果があるので、Al量に応じて添加することは有効である。一方、Niは高価な金属であり、実用化する上では添加量を極力低減すべき元素である。本発明においては、同様に高価な金属であるCrの添加量を代表的な冷間工具鋼であるJIS−SKD11よりも大幅に低減することができるので、その分Niの添加量を上げることができる。そこで、Niを添加する場合でも、1.0%以下までなら添加してもよい。
-Ni: It is preferable to contain at 1.0% or less.
Ni (nickel) is an element that improves the toughness and weldability of steel. Moreover, since tempering after quenching has the effect of precipitating as Ni 3 Al and increasing the hardness of the steel, it is effective to add it according to the amount of Al. On the other hand, Ni is an expensive metal and is an element whose addition amount should be reduced as much as possible for practical use. In the present invention, similarly, the amount of Cr, which is an expensive metal, can be significantly reduced as compared to JIS-SKD11, which is a typical cold tool steel, so that the amount of Ni added can be increased accordingly. it can. Therefore, even when Ni is added, it may be added up to 1.0% or less.

・Cu:1.0%以下で含有することが好ましい。
Cu(銅)は、焼入れ後の焼戻しにおいてε-Cuとして析出し、鋼の硬さを高める効果がある。ただし、Cuは鋼素材の熱間脆性を引き起こす元素である。よって、Cuを添加する場合でも1.0%以下とすることが好ましい。なお、Cuによる熱間脆性を抑制するには、Niを同時に添加することも好ましい。そして、このときのCuとNiは、ほぼ同量とすることが、さらに好ましい。
Cu is preferably contained at 1.0% or less.
Cu (copper) precipitates as ε-Cu during tempering after quenching, and has the effect of increasing the hardness of the steel. However, Cu is an element that causes hot brittleness of a steel material. Therefore, even when adding Cu, it is preferable to set it as 1.0% or less. In order to suppress hot brittleness due to Cu, it is also preferable to add Ni at the same time. And it is further more preferable that Cu and Ni at this time shall be substantially the same amount.

・P:0.05%以下で含有することが好ましい。
P(リン)は、鋼中に不可避的に含有される元素である。そして、多すぎると熱間加工性や靱性を低下させる元素である。よって、本発明においては、Pの鋼中における含有率(質量比)は、0.05%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.03%以下である。
-P: It is preferable to contain 0.05% or less.
P (phosphorus) is an element inevitably contained in steel. And when too much, it is an element which reduces hot workability and toughness. Therefore, in the present invention, the content (mass ratio) of P in the steel is preferably 0.05% or less, and more preferably 0.03% or less.

次に、切削工具の見地に立って述べる。
本発明における冷間工具鋼を切削する切削工具は、金属(半金属を含む)部分の原子比率でAlが50%よりも多いAlTiの窒化物皮膜を被覆した被覆切削工具である。
本発明において、半金属とは、ホウ素、ケイ素のことをいう。
Next, I will describe from the standpoint of cutting tools.
The cutting tool for cutting cold tool steel according to the present invention is a coated cutting tool coated with an AlTi nitride film in which the atomic ratio of the metal (including metalloid) portion is greater than 50%.
In the present invention, the semimetal means boron or silicon.

冷間工具鋼に含まれる硬度が高い一次炭化物を一定量以下に制限することで、切削工具へのダメージが減少して切削工具の寿命が向上する傾向にある。しかし、基地硬さが60HRC以上もある冷間工具鋼の被削性を改善するには、更にその加工に用いる被覆切削工具の硬質皮膜が重要である。つまり、高硬度材の切削加工時には工具刃先は高温となるため切削工具に被覆する硬質皮膜には優れた耐熱性が必要である。更に、高硬度材の被削性を改善するには、切削加工中における被加工材との間で摩擦係数を小さくすることが特に重要であるとの知見を得た。
そして、各種の硬質皮膜について検討した結果、Alの含有量が多いAlTiの窒化物皮膜は、その皮膜自体の耐熱性に優れ、更には、切削加工中における被削材との摩擦係数が低下する傾向にあるとの知見を得た。具体的には、該窒化物皮膜の金属(半金属を含む)部分において、Alの含有量が50原子%よりも多いAlTiの窒化物皮膜である。より好ましいAl含有量は、60原子%以上であり、更には65原子%以上である。
また、本発明の好ましい切削方法で利用する複合潤滑保護皮膜は、切削加工時の熱によって切削工具の表面に形成されることから、切削速度を上げることが有効である。そして、Alの含有量が多いAlTiの窒化物皮膜であれば、優れた耐熱性を有し、かつ、切削加工中における被加工材との間で摩擦係数を小さくすることができる。そのため、切削速度をより上げることができて好ましい。
By limiting the primary carbide contained in the cold tool steel with a high hardness to a certain amount or less, the damage to the cutting tool is reduced and the life of the cutting tool tends to be improved. However, in order to improve the machinability of cold tool steel having a base hardness of 60 HRC or more, the hard coating of the coated cutting tool used for the machining is important. That is, when cutting a hard material, the cutting edge of the tool becomes high temperature, so that a hard film covering the cutting tool needs to have excellent heat resistance. Furthermore, in order to improve the machinability of the high-hardness material, it has been found that it is particularly important to reduce the coefficient of friction with the work material during cutting.
As a result of examining various hard films, the AlTi nitride film having a high Al content is excellent in the heat resistance of the film itself, and further, the friction coefficient with the work material during cutting is reduced. The knowledge that it is in a tendency was acquired. Specifically, it is an AlTi nitride film having an Al content of more than 50 atomic% in the metal (including metalloid) portion of the nitride film. A more preferable Al content is 60 atomic% or more, and further 65 atomic% or more.
Further, since the composite lubricating protective film used in the preferred cutting method of the present invention is formed on the surface of the cutting tool by heat during cutting, it is effective to increase the cutting speed. And if it is a nitride film of AlTi with a large content of Al, it has excellent heat resistance and can reduce the coefficient of friction with the workpiece during cutting. Therefore, it is preferable because the cutting speed can be further increased.

本発明に係るAlTiの窒化物皮膜は、XRD(X線回折)で特定される結晶構造を立方晶構造とすることで、耐久性に優れた被覆切削工具となる。硬質皮膜の結晶構造を立方晶構造とするには、金属(半金属を含む)部分におけるAl含有量を75原子%以下とすることが好ましい。本発明に係るAlTiの窒化物皮膜は、XRDで特定される結晶構造が立方晶構造であれば、他の金属(半金属を含む)元素を含有してもよい。硬質皮膜の膜厚は、1μm〜6μmであることが好ましい。
本発明に係るAl含有量が多いAlTiの窒化物皮膜は、成膜時に基材に印加する負圧のバイアス電圧の絶対値が小さい場合、結晶構造が六方晶構造となり易い傾向にある。そのため、被覆の際には基材に印加する負圧のバイアス電圧の絶対値を−90Vよりも大きくすることが好ましい。
The AlTi nitride film according to the present invention is a coated cutting tool having excellent durability by making the crystal structure specified by XRD (X-ray diffraction) a cubic structure. In order to change the crystal structure of the hard coating to a cubic structure, the Al content in the metal (including metalloid) portion is preferably 75 atomic% or less. If the crystal structure specified by XRD is a cubic structure, the AlTi nitride film according to the present invention may contain other metal (including semi-metal) elements. The film thickness of the hard coating is preferably 1 μm to 6 μm.
The AlTi nitride film having a large Al content according to the present invention tends to have a hexagonal crystal structure when the absolute value of the negative bias voltage applied to the substrate during film formation is small. Therefore, it is preferable to make the absolute value of the negative bias voltage applied to the base material larger than −90 V during coating.

切削工具に用いる基材には、硬さと靭性のバランスに優れるWC基超硬合金であることが好ましい。本発明は、60HRC以上の高硬度な冷間工具鋼の切削方法であるため、その切削加工に用いる切削工具の基材は硬度が93.0HRA以上であることが好ましい。更に好ましい硬度は、93.5HRA以上である。
硬質皮膜の被覆前には基材の表面をメタルボンバードすることが好ましい。メタルボンバードによって基材の直上に10nm以下の中間皮膜を設けておくことで、基材とAl含有量が多いAlTiの窒化物皮膜との密着性が高まる。更には、高速加工においても、優れた耐久性を発揮できる。
The base material used for the cutting tool is preferably a WC-based cemented carbide having an excellent balance between hardness and toughness. Since the present invention is a method for cutting a cold tool steel having a high hardness of 60 HRC or higher, it is preferable that the base material of the cutting tool used for the cutting has a hardness of 93.0 HRA or higher. Further preferable hardness is 93.5 HRA or more.
It is preferable to metal bombard the surface of the base material before coating with the hard coating. By providing an intermediate film having a thickness of 10 nm or less immediately above the base material by metal bombardment, adhesion between the base material and the AlTi nitride film having a high Al content is enhanced. Furthermore, excellent durability can be exhibited even in high-speed machining.

上記「HRA」は、押し込み硬さを表す尺度であるロックウェル硬さHR(Rockwell Hardness)を表しており、圧子:120°円錐形ダイアモンド、試験荷重:60kgfの条件でJIS B7726に準拠して下記式により求められる値である。
HR=100−500h
(h:基準荷重(10kgf)時を零点とした時の実際のへこみ深さ[mm])
また、以下において、質量比を表す「%」(質量%)を単に「%」と表記することがある。
The above-mentioned “HRA” represents Rockwell Hardness (HR), which is a measure of indentation hardness. The following is in accordance with JIS B7726 under the conditions of indenter: 120 ° conical diamond and test load: 60 kgf. This is a value obtained by an expression.
HR = 100-500h
(H: Actual indentation depth [mm] with reference load (10 kgf) as zero point)
In the following, “%” (mass%) representing the mass ratio may be simply expressed as “%”.

次に、冷間工具鋼の被削性を向上させるのに好ましい実施形態について説明する。
・冷間工具鋼は、質量比で、Al:0.01%以上0.3%未満、Mn:0.3%〜2.0%、S:0.02%〜0.1%を含有することが好ましい。
一次炭化物量を低減した冷間工具鋼であっても、60HRC以上の高硬度となると切削速度を速めた場合に切削加工中の潤滑特性が不十分でホーニング部に突発的なカケが発生する場合がある。そこで、本発明者等は、冷間工具鋼の成分組成に広く対応し得る被削性の向上手段を検討した。その結果、自己潤滑性の有効性に注目した。そして、特許文献7のような低融点酸化物を利用した自己潤滑性の作用効果について検討したところ、これには切削温度に依存した課題があることをつきとめた。つまり、自己潤滑性を有する低融点酸化物は、一般的に鋼素材中に大量に含まれるFeやCrを含む複合酸化物であるため、切削温度の変動によって複合酸化物の成分や形成量が大きく変動し、安定した潤滑効果を得られない。
Next, a preferred embodiment for improving the machinability of the cold tool steel will be described.
-Cold tool steel contains Al: 0.01% or more and less than 0.3%, Mn: 0.3% to 2.0%, S: 0.02% to 0.1% by mass ratio. It is preferable.
Even cold tool steel with a reduced amount of primary carbide, when the hardness becomes 60HRC or higher, when the cutting speed is increased, the lubrication characteristics during cutting are insufficient and sudden cracks occur in the honing area There is. Therefore, the present inventors have examined means for improving machinability that can widely correspond to the component composition of cold tool steel. As a result, we focused on the effectiveness of self-lubrication. And when self-lubricating action effect using the low melting point oxide like patent document 7 was examined, it discovered that this had the subject depending on cutting temperature. In other words, the low melting point oxide having self-lubricating properties is a composite oxide containing Fe and Cr that are generally contained in a large amount in a steel material. It fluctuates greatly and a stable lubricating effect cannot be obtained.

そこで、低融点酸化物を利用しないで冷間工具鋼の被削性を向上する手法を鋭意研究したところ、高融点酸化物であるAlと、高延性介在物であるMnSと、からなる複合潤滑保護皮膜を、切削加工時の熱により切削工具の表面に形成させる手法を見出した。この複合潤滑保護皮膜は、広範囲の切削温度に対応して効果が変動せず、しかもNbやVといった硬質のMC炭化物を形成する元素を添加した場合でも良好な被削性を確保できる。そして、この複合潤滑保護皮膜を形成することが可能な鋼素材の成分範囲があり、これを特定できたことで、更に被削性を向上することができる。Then, when earnestly researching a technique for improving the machinability of cold tool steel without using a low melting point oxide, Al 2 O 3 which is a high melting point oxide and MnS which is a high ductility inclusion. The method of forming the composite lubricating protective film to be formed on the surface of the cutting tool by heat during cutting was found. The effect of this composite lubricating protective film does not vary in response to a wide range of cutting temperatures, and even when an element that forms a hard MC carbide such as Nb or V is added, good machinability can be secured. And there exists the component range of the steel raw material which can form this composite lubrication protective film, and since this was able to be specified, machinability can be improved further.

Alは、切削加工時に高融点酸化物であるAlを切削工具表面に形成し、保護皮膜として機能する。そして、Alは、0.01%以上を含有することで、十分な厚さの保護皮膜が形成され、工具寿命が改善する。Alは、より好ましくは0.04%以上であり、更に好ましくは0.05%以上である。しかし、Alを多量に添加した場合は、鋼素材中にAlが介在物として多く形成されるため、鋼素材の被削性がかえって低下する。このため、Al添加量の上限は、0.3%未満とすることが好ましく、より好ましくは0.15%以下である。Al forms a high melting point oxide, Al 2 O 3 , on the cutting tool surface during cutting and functions as a protective film. And since Al contains 0.01% or more, the protective film of sufficient thickness is formed and a tool life improves. Al is more preferably 0.04% or more, and still more preferably 0.05% or more. However, when a large amount of Al is added, since much Al 2 O 3 is formed as inclusions in the steel material, the machinability of the steel material is lowered. For this reason, the upper limit of the Al addition amount is preferably less than 0.3%, more preferably 0.15% or less.

Mnは、切削工具表面に形成されたAl保護皮膜上で良好な潤滑皮膜として作用する。そして、オーステナイト形成元素であり、鋼中に固溶して焼入れ性を向上する。しかし、添加量が多すぎると焼入れ焼戻し後に残留オーステナイトが多く残り、工具使用時の経年変寸の原因となる。また、FeやCrと低融点酸化物を形成しやすいため、Al保護皮膜の機能を阻害する要因となる。よって、Mnの含有量は、0.3%〜2.0%とすることが好ましく、より好ましくは0.4%以上である。また、Mnは、より好ましくは1.5%以下である。Mn acts as a good lubricating film on the Al 2 O 3 protective film formed on the cutting tool surface. And it is an austenite formation element, and it dissolves in steel and improves hardenability. However, if the added amount is too large, a large amount of retained austenite remains after quenching and tempering, which causes aging during tool use. Further, since the easily form a Fe and Cr and a low melting oxide, is a factor that inhibits the function of the Al 2 O 3 protective coating. Therefore, the Mn content is preferably 0.3% to 2.0%, more preferably 0.4% or more. Further, Mn is more preferably 1.5% or less.

Sは、切削工具表面に形成されたAl保護皮膜上で良好な潤滑皮膜として作用する。このような潤滑作用が十分に発揮されるためには0.02%以上の添加が好ましい。Sの含有量の上限は、Sは鋼の靱性を劣化させるため、0.1%とすることが好ましい。Sの含有量は、より好ましくは0.03%以上でありる。より好ましくは0.08%以下である。S acts as a good lubricating film on the Al 2 O 3 protective film formed on the cutting tool surface. In order to sufficiently exhibit such a lubricating action, addition of 0.02% or more is preferable. The upper limit of the S content is preferably 0.1% because S deteriorates the toughness of the steel. The S content is more preferably 0.03% or more. More preferably, it is 0.08% or less.

冷間工具鋼に含まれるAl、Mn、Sを上記範囲に制御することで、切削速度が120m/min以上の高速な切削加工においても、上述した複合潤滑保護皮膜が形成されて被覆切削工具の突発的な欠けも抑制され易くなるので好ましい。
なお、本発明における切削速度とは、作業面(刃先)の速度である。つまり、刃先交換式工具であれば、インサートチップをセットしたときのインサート最外刃部の速度、ドリルやエンドミルなどの旋回工具であれば、その外周刃部の速度である。
By controlling Al, Mn, and S contained in the cold tool steel within the above range, the above-described composite lubricating protective film is formed even in high-speed cutting with a cutting speed of 120 m / min or more. It is preferable because sudden chipping is easily suppressed.
The cutting speed in the present invention is the speed of the work surface (blade edge). That is, in the case of a blade-tip replaceable tool, the speed is the speed of the outermost edge of the insert when the insert tip is set, and in the case of a turning tool such as a drill or end mill, the speed of the outer peripheral edge.

本発明の切削方法によれば、高硬度なプリハードン鋼を切削加工できるため、焼入れ焼戻しに起因する熱処理変形が除外されて仕上げ切削加工が省略できる。そのため、家電、携帯電話や自動車関連部品を成形するための冷間金型材料を従来よりも効率よく製造することができる。   According to the cutting method of the present invention, high-hardness pre-hardened steel can be cut, so that heat treatment deformation caused by quenching and tempering is excluded, and finishing cutting can be omitted. Therefore, a cold mold material for molding home appliances, mobile phones and automobile-related parts can be manufactured more efficiently than before.

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist thereof.

(実施例1)
高周波誘導溶解炉を使用して必要な材料を溶解し、表1に示す化学成分を有したインゴットを作製した。次に、このインゴットに対して、鍛造比が10程度になるように熱間鍛造を行い、冷却後、860℃で焼鈍を行った。そして、この焼鈍材に1030℃からの空冷による焼入れ処理を行った後、500℃〜540℃で2回の焼戻し処理により硬さを調整し、被削性を評価するための試験片(No.7)を作製した。
Example 1
Necessary materials were melted using a high-frequency induction melting furnace to produce ingots having chemical components shown in Table 1. Next, hot forging was performed on the ingot so that the forging ratio was about 10, and after cooling, annealing was performed at 860 ° C. And after performing the quenching process by air cooling from 1030 degreeC to this annealing material, it adjusts hardness by tempering twice at 500 to 540 degreeC, and the test piece for evaluating machinability (No. 7) was produced.

被削性試験は、高硬度材の切削に対応した刃先交換式工具として日立ツール株式会社製インサートPICOminiを用いた平面切削により実施した。インサートは、硬さ93.5HRCのWC基超硬合金を基材とした。下記のように、本発明例には、金属(半金属を含む)部分の原子比率でAlが50%よりも多いAlTi系窒化物皮膜を、比較例には、Alが50%未満のTiAl系窒化物皮膜をそれぞれ表面にコーティングしたインサート(被覆切削工具)を用いた。
切削条件は、乾式、切削速度210m/min、回転数5570rpm、送り速度2228mm/min、一刃当たりの送り量0.4mm/刃、切込み深さ0.15mm、切込み幅6mm、刃数1とした。
The machinability test was performed by plane cutting using an insert PICOmini manufactured by Hitachi Tool Co., Ltd. as a cutting edge exchangeable tool corresponding to cutting of a hard material. The insert was based on a WC-based cemented carbide with a hardness of 93.5 HRC. As described below, the present invention example includes an AlTi nitride film in which Al is more than 50% in the atomic ratio of the metal (including metalloid) portion, and the comparative example is a TiAl system in which Al is less than 50%. Inserts (coated cutting tools) each coated with a nitride film were used.
Cutting conditions were dry, cutting speed 210 m / min, rotation speed 5570 rpm, feed speed 2228 mm / min, feed amount per blade 0.4 mm / blade, depth of cut 0.15 mm, width of cut 6 mm, number of teeth 1 .

本発明例に使用したインサートにおける窒化物皮膜は、金属(半金属を含む)部分の原子比率でAlを70%、Tiを30%それぞれ含有する合金をカソード電極とするカソードアークイオンプレーティング法を用いて成膜した。ヒーターにより基材温度を450℃に加熱保持したまま、基材に‐100Vのバイアスを印加し、Nガスを導入し、アーク放電を開始して成膜した。成膜された窒化物皮膜の膜厚は、工具逃げ面側において4.5μmであった。電子プローブマイクロアナライザーの定量評価より得られた金属部分の皮膜組成は、原子比率でAlが69%、Tiが31%であった。XRD(X線回折)で特定される結晶構造は立方晶構造であった。The nitride film in the insert used in the example of the present invention is a cathode arc ion plating method in which an alloy containing 70% Al and 30% Ti is used as a cathode electrode in an atomic ratio of a metal (including a semimetal) portion. Used to form a film. While maintaining the substrate temperature at 450 ° C. with a heater, a bias of −100 V was applied to the substrate, N 2 gas was introduced, and arc discharge was started to form a film. The film thickness of the formed nitride film was 4.5 μm on the tool clearance surface side. The film composition of the metal part obtained from the quantitative evaluation by the electron probe microanalyzer was 69% Al and 31% Ti by atomic ratio. The crystal structure specified by XRD (X-ray diffraction) was a cubic structure.

比較例に使用したインサートにおける窒化物皮膜は、原子比率でAlを50%、Tiを50%それぞれ含有する合金をカソード電極とするカソードアークイオンプレーティング法を用いて成膜した。ヒーターにより基材温度を450℃に加熱保持したまま、基材に‐50Vのバイアスを印加し、Nガスを導入し、アーク放電を開始して成膜した。成膜された窒化物皮膜の膜厚は、工具逃げ面側において4.3μmであった。電子プローブマイクロアナライザーの定量評価より得られた金属部分の皮膜組成は、原子比率でTiが52%、Alが48%であった。XRD(X線回折)で特定される結晶構造は立方晶構造であった。The nitride film in the insert used in the comparative example was formed by a cathode arc ion plating method using an alloy containing 50% Al and 50% Ti as the cathode electrode in atomic ratios. While maintaining the substrate temperature at 450 ° C. with a heater, a bias of −50 V was applied to the substrate, N 2 gas was introduced, and arc discharge was started to form a film. The film thickness of the formed nitride film was 4.3 μm on the tool clearance surface side. The film composition of the metal part obtained from the quantitative evaluation by the electron probe microanalyzer was 52% Ti and 48% Al by atomic ratio. The crystal structure specified by XRD (X-ray diffraction) was a cubic structure.

被削性の評価は、試験片No.7に対して、上記の切削条件で切削距離を25mとして切削を行い、インサートにおける切削終了後の摩耗量(工具摩耗量)を光学顕微鏡を用いて実測した。これらの評価結果を表2に示す。   The evaluation of machinability is based on test piece no. 7 was cut under the above cutting conditions with a cutting distance of 25 m, and the amount of wear after the end of cutting in the insert (tool wear amount) was measured using an optical microscope. These evaluation results are shown in Table 2.

図1Aは、本発明例の切削方法に用いた切削工具の切削終了後の刃先の外観を示したデジタルマイクロスコープ写真であり、図1Bは、比較例の切削方法に用いた切削工具の切削終了後の刃先の外観を示したデジタルマイクロスコープ写真である。図1A及び図1Bにおいて、上の写真はすくい面側を、下の写真は逃げ面側を、それぞれ示している。   FIG. 1A is a digital microscope photograph showing the appearance of the cutting edge after cutting of the cutting tool used in the cutting method of the present invention, and FIG. 1B shows the end of cutting of the cutting tool used in the cutting method of the comparative example. It is the digital microscope photograph which showed the external appearance of the back blade edge | tip. 1A and 1B, the upper photograph shows the rake face side, and the lower photograph shows the flank face side.

また、図2Aは、本発明例の切削方法に用いた切削工具のすくい面側における電子プローブマイクロアナライザーによるAl、O、MnおよびSの分布の分析結果であり、図2Bは、比較例の切削方法に用いた切削工具のすくい面側における電子プローブマイクロアナライザーによるAl、O、MnおよびSの分布の分析結果である。各元素の高濃度部は薄色で示されている。図2Aおよび図2Bの左上の写真に示されるようにAlは窒化物皮膜にもともと含まれているため、Alが形成されている領域をAlの分布のみから判断することはできないが、AlとOが共に高濃度で存在している領域にAl形成されていると判断される。FIG. 2A is an analysis result of distribution of Al, O, Mn, and S by an electronic probe microanalyzer on the rake face side of the cutting tool used in the cutting method of the present invention. FIG. 2B is a cutting of the comparative example. It is the analysis result of distribution of Al, O, Mn, and S by the electronic probe microanalyzer in the rake face side of the cutting tool used for the method. The high concentration part of each element is shown in light color. As shown in the upper left photographs of FIGS. 2A and 2B, since Al is originally included in the nitride film, the area where Al 2 O 3 is formed cannot be determined from the Al distribution alone. It is judged that Al 2 O 3 is formed in a region where both Al and O are present at a high concentration.

表2、図1Aおよび図1Bから明らかな様に、本発明例で使用したインサートは比較例で使用したインサートに比べて工具摩耗量が極めて少なかった。また、本発明例で使用したインサートは、比較例で使用したインサートに見られた欠損も見られず、優れた耐摩耗性を示した。
また、図2Aおよび図2Bによれば、本発明例で使用したインサートと比較例で使用したインサートのいずれにおいても、切削終了後の刃先の表面にはO、MnおよびSが刃先の同一の領域に分布している様子が確認される。この事実から、いずれのインサートにおいても、切削の過程においてAlとMnSからなる複合潤滑保護皮膜が刃先の表面に形成されていると推測される。
さらに、窒化物皮膜中のAlの濃度が高くなると皮膜自体の耐熱性が向上するとともに、切削加工中における被削材との摩擦係数が低下する傾向にあった。これにより、本発明例の切削方法によれば、複合潤滑保護被膜とコーティング皮膜の相乗効果により、切削工具の優れた耐摩耗性を維持しながら冷間工具鋼を高速で切削できることが確認された。
As is apparent from Table 2, FIG. 1A and FIG. 1B, the amount of tool wear in the inserts used in the examples of the present invention was extremely small compared to the inserts used in the comparative examples. The inserts used in the examples of the present invention showed excellent wear resistance without the defects seen in the inserts used in the comparative examples.
Moreover, according to FIG. 2A and FIG. 2B, in any of the insert used by the example of this invention, and the insert used by the comparative example, O, Mn, and S are the same area | regions of the blade edge | tip on the surface of the blade edge | tip after completion | finish of cutting. It is confirmed that they are distributed. From this fact, in any insert, it is presumed that a composite lubricating protective film composed of Al 2 O 3 and MnS is formed on the surface of the cutting edge in the cutting process.
Further, when the concentration of Al in the nitride film is increased, the heat resistance of the film itself is improved, and the friction coefficient with the work material during cutting tends to decrease. Thus, according to the cutting method of the present invention example, it was confirmed that the cold tool steel can be cut at a high speed while maintaining the excellent wear resistance of the cutting tool by the synergistic effect of the composite lubricating protective film and the coating film. .

(実施例2)
高周波誘導溶解炉を使用して必要な材料を溶解し、表3に示す化学成分を有したインゴットを作製した。次に、これらのインゴットに対して、鍛造比が10程度になるように熱間鍛造を行い、冷却後、860℃で焼鈍を行った。そして、これらの焼鈍材に1030℃からの空冷による焼入れ処理を行った後、500℃〜540℃で2回の焼戻し処理により60HRCの硬さに調整し、被削性を評価するための試験片(No.1〜6)を作製した。
(Example 2)
Necessary materials were melted using a high-frequency induction melting furnace to produce ingots having chemical components shown in Table 3. Next, hot forging was performed on these ingots so that the forging ratio was about 10, and after cooling, annealing was performed at 860 ° C. And after performing the quenching process by air cooling from 1030 degreeC to these annealing materials, it adjusts to the hardness of 60HRC by two tempering processes at 500 to 540 degreeC, and the test piece for evaluating machinability (Nos. 1 to 6) were produced.

そして、試験片No.1〜6の組織中に分布する一次炭化物を評価した。まず、試験片の長さ方向(展伸方向)に対して平行である15mm×15mmの断面を指定して、この断面を、ダイヤモンドスラリーを用いて鏡面に研磨した。次に、この断面組織を観察したときの一次炭化物と基地との境界が明瞭になるように、10%ナイタールを用いて前記断面を腐食した。そして、この腐食後の断面を倍率200倍の光学顕微鏡で観察して、877μm×661μmの領域でなる1視野の組織写真を20視野撮影した。そして、組織写真を画像処理することで、断面組織中に観察される円相当径が5μm以上の一次炭化物を抽出し、該断面組織中に占める一次炭化物の面積率を20視野分の平均値として求めた。   And test piece No. Primary carbides distributed in 1-6 structures were evaluated. First, a 15 mm × 15 mm cross section parallel to the length direction (stretching direction) of the test piece was specified, and this cross section was polished into a mirror surface using diamond slurry. Next, the cross section was corroded using 10% nital so that the boundary between the primary carbide and the base when the cross sectional structure was observed became clear. Then, the cross section after corrosion was observed with an optical microscope having a magnification of 200 times, and 20 views of a tissue photograph of one field of view of an area of 877 μm × 661 μm were taken. Then, by processing the tissue photograph, primary carbides having an equivalent circle diameter of 5 μm or more observed in the cross-sectional structure are extracted, and the area ratio of the primary carbides in the cross-sectional structure is set as an average value for 20 fields of view. Asked.

そして、一次炭化物の分布状況を測定した後の試験片に対して、被覆切削工具で被削性を評価した。被削性試験は、高硬度材の切削に対応した刃先交換式工具として日立ツール株式会社製インサートPICOminiを用いた平面切削により実施した。インサートは、硬さ93.5HRCのWC基超硬合金を基材とした。本発明例には、金属(半金属を含む)部分の原子比率でAlが50%よりも多いAlTi系窒化物皮膜を、比較例にはAlが50%未満のTiAl系窒化物皮膜をそれぞれ表面にコーティングしたインサートを用いた。   And the machinability was evaluated with the coated cutting tool with respect to the test piece after measuring the distribution state of the primary carbide. The machinability test was performed by plane cutting using an insert PICOmini manufactured by Hitachi Tool Co., Ltd. as a cutting edge exchangeable tool corresponding to cutting of a hard material. The insert was based on a WC-based cemented carbide with a hardness of 93.5 HRC. In the example of the present invention, an AlTi nitride film having an Al ratio of more than 50% in the atomic ratio of the metal (including metalloid) portion is provided, and in the comparative example, a TiAl series nitride film having an Al content of less than 50% is provided on the surface. The coated insert was used.

本発明例に使用したインサートにおける窒化物皮膜は、原子比率でAlを70%、Tiを30%それぞれ含有する合金をカソード電極とするカソードアークイオンプレーティング法を用いて成膜した。ヒーターにより基材温度を450℃に加熱保持したまま、基材に‐100Vのバイアスを印加し、Nガスを導入し、アーク放電を開始して成膜した。成膜された窒化物皮膜の膜厚は、工具逃げ面側において4.5μmであった。電子プローブマイクロアナライザーの定量評価より得られた金属部分の皮膜組成は、原子比率でAlが69%、Tiが31%であった。XRD(X線回折)で特定される結晶構造は立方晶構造であった。
なお、硬質皮膜の被覆前には、炉内の圧力を8×10−3Pa以下に真空排気し、基材に印加する負圧のバイアス電圧を−1000Vとし、ターゲットの外周にコイル磁石を配備したカソードを用いてTiボンバードメント処理を行って10nm以下の中間皮膜を形成した。
The nitride film in the insert used in the examples of the present invention was formed using a cathode arc ion plating method in which an alloy containing 70% Al and 30% Ti in atomic ratios was used as a cathode electrode. While maintaining the substrate temperature at 450 ° C. with a heater, a bias of −100 V was applied to the substrate, N 2 gas was introduced, and arc discharge was started to form a film. The film thickness of the formed nitride film was 4.5 μm on the tool clearance surface side. The film composition of the metal part obtained from the quantitative evaluation by the electron probe microanalyzer was 69% Al and 31% Ti by atomic ratio. The crystal structure specified by XRD (X-ray diffraction) was a cubic structure.
Before the hard coating is applied, the pressure in the furnace is evacuated to 8 × 10 −3 Pa or less, the negative bias voltage applied to the substrate is set to −1000 V, and a coil magnet is provided on the outer periphery of the target. Using the prepared cathode, Ti bombardment treatment was performed to form an intermediate film of 10 nm or less.

比較例に使用したインサートにおける窒化物皮膜は、原子比率でAlを50%、Tiを50%それぞれ含有する合金をカソード電極とするカソードアークイオンプレーティング法を用いて成膜した。ヒーターにより基材温度を450℃に加熱保持したまま、基材に‐50Vのバイアスを印加し、Nガスを導入し、アーク放電を開始して成膜した。成膜された窒化物皮膜の膜厚は、工具逃げ面側において4.3μmであった。電子プローブマイクロアナライザーの定量評価より得られた金属部分の皮膜組成は、原子比率でTiが52%、Alが48%であった。XRD(X線回折)で特定される結晶構造は立方晶構造であった。
なお、硬質皮膜の被覆前には、炉内の圧力を8×10−3Pa以下に真空排気し、基材に印加する負圧のバイアス電圧を−1000Vとし、ターゲットの外周にコイル磁石を配備したカソードを用いてTiボンバードメント処理を行って10nm以下の中間皮膜を形成した。
The nitride film in the insert used in the comparative example was formed by a cathode arc ion plating method using an alloy containing 50% Al and 50% Ti as the cathode electrode in atomic ratios. While maintaining the substrate temperature at 450 ° C. with a heater, a bias of −50 V was applied to the substrate, N 2 gas was introduced, and arc discharge was started to form a film. The film thickness of the formed nitride film was 4.3 μm on the tool clearance surface side. The film composition of the metal part obtained from the quantitative evaluation by the electron probe microanalyzer was 52% Ti and 48% Al by atomic ratio. The crystal structure specified by XRD (X-ray diffraction) was a cubic structure.
Before the hard coating is applied, the pressure in the furnace is evacuated to 8 × 10 −3 Pa or less, the negative bias voltage applied to the substrate is set to −1000 V, and a coil magnet is provided on the outer periphery of the target. Using the prepared cathode, Ti bombardment treatment was performed to form an intermediate film of 10 nm or less.

切削条件は、乾式、切削速度120m/min、回転数5570rpm、送り速度2228mm/min、一刃当たりの送り量0.4mm/刃、切込み深さ0.15mm、切込み幅6mm、刃数1とした。切削距離(L)を50mとして、切削終了後の逃げ面の工具摩耗量を電子顕微鏡を用いて実測した。これらの評価結果を表4に示す。   Cutting conditions were dry, cutting speed 120 m / min, rotation speed 5570 rpm, feed speed 2228 mm / min, feed amount per blade 0.4 mm / blade, depth of cut 0.15 mm, width of cut 6 mm, number of teeth 1 . The cutting distance (L) was set to 50 m, and the amount of tool wear on the flank after cutting was measured using an electron microscope. These evaluation results are shown in Table 4.

図3は切削試験後のインサートの観察写真である。炭素含有量が多い試料片No.1は本発明例に係る冷間工具鋼よりも一次炭化物量が多くなり、早期欠損により寿命に到達した。
一方、本発明例に係る冷間工具鋼は、試料片No.1よりも炭素含有量が少なく、一次炭化物量が少なくなった。そして、本発明例に係る冷間工具鋼を、金属(半金属を含む)部分の原子比率でAlが50%よりも多いAlTiの窒化物皮膜を被覆した被覆切削工具を用いて切削加工することで工具摩耗が抑制された。たとえ冷間工具鋼の一次炭化物量が少なくても、切削加工に用いる被覆切削工具の硬質皮膜が適切でなければ、工具摩耗は抑制されないことが確認された。
本発明例の中でも、冷間工具鋼が好ましい組成範囲ある試料片No.5の切削加工では、複合潤滑保護皮膜が十分量形成されて工具摩耗が発生せず極めて良好な工具寿命であった。
試料片No.6の切削加工では、工具摩耗幅は少ない傾向にあったが、複合潤滑保護皮膜が形成されず、他の本発明例に比べて潤滑性が劣ったのでホーニング部にカケが発生した。
FIG. 3 is an observation photograph of the insert after the cutting test. Sample piece No. with high carbon content. No. 1 had a higher amount of primary carbide than the cold tool steel according to the example of the present invention, and reached its life due to early chipping.
On the other hand, the cold tool steel according to the example of the present invention has a specimen No. The carbon content was less than 1, and the amount of primary carbide was reduced. Then, the cold tool steel according to the example of the present invention is cut using a coated cutting tool coated with an AlTi nitride film having an Al ratio of more than 50% in the atomic ratio of the metal (including semimetal) portion. The tool wear was suppressed. It was confirmed that even if the amount of primary carbide in the cold tool steel is small, tool wear is not suppressed unless the hard coating of the coated cutting tool used for cutting is appropriate.
Among the examples of the present invention, the sample piece No. in which the cold tool steel has a preferable composition range. In the cutting process of No. 5, a sufficient amount of the composite lubricating protective film was formed, so that tool wear did not occur and the tool life was extremely good.
Sample piece No. In the cutting process of No. 6, the wear width of the tool tended to be small, but the composite lubrication protective film was not formed, and the lubricity was inferior compared to other examples of the present invention, so that the honing part was chipped.

(実施例3)
試料片No.5について、切削速度を変化させて被削性を評価した。使用した切削工具は実施例2と同様である。
切削条件は、乾式、切削速度160、200m/min、回転数5570rpm、送り速度2228mm/min、一刃当たりの送り量0.4mm/刃、切込み深さ0.15mm、切込み幅6mm、刃数1とした。切削距離(L)を50mとして、切削終了後の逃げ面の工具摩耗量を電子顕微鏡で実測した。これらの評価結果を表5に示す。
(Example 3)
Sample piece No. For No. 5, machinability was evaluated by changing the cutting speed. The cutting tool used is the same as in Example 2.
Cutting conditions are dry, cutting speed 160, 200 m / min, rotation speed 5570 rpm, feed speed 2228 mm / min, feed amount per blade 0.4 mm / blade, depth of cut 0.15 mm, depth of cut 6 mm, number of teeth 1 It was. The cutting distance (L) was 50 m, and the amount of tool wear on the flank after cutting was measured with an electron microscope. These evaluation results are shown in Table 5.

図4は切削試験後のインサートの観察写真である。本発明例の切削方法では、切削速度が速くなっても工具摩耗が殆ど発生しないことが確認された。一方、比較例の切削方法では、切削速度を向上させると工具摩耗が増加する傾向にあり、本発明例よりも短い切削距離で工具寿命となった。   FIG. 4 is an observation photograph of the insert after the cutting test. In the cutting method of the present invention example, it was confirmed that almost no tool wear occurred even when the cutting speed was increased. On the other hand, in the cutting method of the comparative example, the tool wear tends to increase when the cutting speed is improved, and the tool life is shortened at a cutting distance shorter than that of the present invention.

日本出願2012−181486の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
The disclosure of Japanese application 2012-181486 is incorporated herein by reference in its entirety.
All documents, patent applications, and technical standards mentioned in this specification are to the same extent as if each individual document, patent application, and technical standard were specifically and individually described to be incorporated by reference, Incorporated herein by reference.

Claims (7)

質量比で0.6%〜1.2%のCを含み、更に、質量比でCrを3.0%以上5.0%未満、Alを0.04%以上0.3%未満、Mnを0.3%〜2.0%、Sを0.02%〜0.1%含有し、硬さが60HRC以上に調整された冷間工具鋼を、基材がWC基超硬合金であり、かつ半金属を含む金属部分の原子比率でAlが50%よりも多いAlTi系の窒化物皮膜が被覆された被覆切削工具を用いて切削する冷間工具鋼の切削方法。 It contains 0.6% to 1.2% C by mass ratio, and further Cr is 3.0 % to less than 5.0% , Al is 0.04 % to less than 0.3%, and Mn is mass ratio. A cold tool steel containing 0.3% to 2.0%, 0.02% to 0.1% S and having a hardness adjusted to 60 HRC or more, the base material is a WC-based cemented carbide, And the cutting method of the cold tool steel cut | disconnected using the coating cutting tool by which AlTi nitride film with more than 50% of Al is contained by the atomic ratio of the metal part containing a semimetal. 前記冷間工具鋼は、更に、MoおよびWを質量比で、0.5%≦{Mo量+(1/2×W量)}≦2.0%(Mo量:Moの鋼中における質量比、W量:Wの鋼中における質量比)を満たす範囲で含有する請求項1に記載の冷間工具鋼の切削方法。   The cold tool steel further includes Mo and W in a mass ratio of 0.5% ≦ {Mo amount + (1/2 × W amount)} ≦ 2.0% (Mo amount: mass of Mo in steel). The cutting method for cold tool steel according to claim 1, which is contained in a range that satisfies a ratio, a W amount: a mass ratio of W in steel). 切削速度120m/min以上で切削する請求項1または請求項2に記載の冷間工具鋼の切削方法。   The method for cutting cold tool steel according to claim 1 or 2, wherein cutting is performed at a cutting speed of 120 m / min or more. 質量比で、
C:0.6%〜1.2%、
Si:0.7%〜2.5%、
Mn:0.3%〜2.0%、
S:0.02%〜0.1%、
Cr:3.0%以上5.0%未満、
MoおよびW:0.5%≦{Mo量+(1/2×W量)}≦2.0%(Mo量:Moの鋼中における質量比、W量:Wの鋼中における質量比)、
Al:0.04%以上0.3%未満、
残部Fe、および不可避的不純物からなり、硬さが60HRC以上に調整された冷間工具鋼を、半金属を含む金属部分の原子比率でAlが50%よりも多いAlTi系の窒化物皮膜が被覆された被覆切削工具を用いて切削する冷間工具鋼の切削方法。
By mass ratio,
C: 0.6% to 1.2%
Si: 0.7% to 2.5%
Mn: 0.3% to 2.0%
S: 0.02% to 0.1%,
Cr: 3.0% or more and less than 5.0%,
Mo and W: 0.5% ≦ {Mo amount + (1/2 × W amount)} ≦ 2.0% (Mo amount: mass ratio of Mo in steel, W amount: mass ratio of W in steel) ,
Al: 0.04% or more and less than 0.3%,
A cold tool steel consisting of the remaining Fe and inevitable impurities and having a hardness adjusted to 60 HRC or more is covered with an AlTi-based nitride film in which Al is more than 50% in the atomic ratio of the metal part including the metalloid. Of cold tool steel, which is cut using a coated coated cutting tool.
質量比で、
C:0.6%〜1.2%、
Si:0.7%〜2.5%、
Mn:0.3%〜2.0%、
S:0.02%〜0.1%、
Cr:3.0%以上5.0%未満、
MoおよびW:0.5%≦{Mo量+(1/2×W量)}≦2.0%(Mo量:Moの鋼中における質量比、W量:Wの鋼中における質量比)、
Al:0.04%以上0.3%未満、
残部Fe、および不可避的不純物からなり、
下記の関係式によって求められる被削性指数MPの値が0超であり、硬さが60HRC以上に調整された冷間工具鋼を、半金属を含む金属部分の原子比率でAlが50%よりも多いAlTi系の窒化物皮膜が被覆された被覆切削工具を用いて切削する冷間工具鋼の切削方法。
MP=21.9×S量+124.2×(Al量/Cr量)−2.1
〔S量:上記Sの鋼中における質量比、Cr量:上記Crの鋼中における質量比、Al:上記Alの鋼中における質量比〕
By mass ratio,
C: 0.6% to 1.2%
Si: 0.7% to 2.5%
Mn: 0.3% to 2.0%
S: 0.02% to 0.1%,
Cr: 3.0% or more and less than 5.0%,
Mo and W: 0.5% ≦ {Mo amount + (1/2 × W amount)} ≦ 2.0% (Mo amount: mass ratio of Mo in steel, W amount: mass ratio of W in steel) ,
Al: 0.04% or more and less than 0.3%,
The balance Fe, and inevitable impurities,
A cold tool steel whose machinability index MP obtained by the following relational expression is greater than 0 and whose hardness is adjusted to 60 HRC or more is less than 50% in the atomic ratio of the metal part including the semimetal. A method for cutting cold tool steel, which uses a coated cutting tool coated with a large amount of an AlTi nitride film.
MP = 21.9 × S amount + 124.2 × (Al amount / Cr amount) −2.1
[S amount: mass ratio of S in steel, Cr amount: mass ratio of Cr in steel, Al: mass ratio of Al in steel]
切削速度160m/min以上で切削する請求項4または請求項5に記載の冷間工具鋼の切削方法。   The method for cutting cold tool steel according to claim 4 or 5, wherein cutting is performed at a cutting speed of 160 m / min or more. 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の冷間工具鋼の切削方法で冷間工具鋼を切削することにより冷間金型材料を製造する冷間金型材料の製造方法。   The manufacturing method of the cold mold material which manufactures cold mold material by cutting cold tool steel with the cutting method of the cold tool steel of any one of Claims 1-6.
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