以下、本発明を実施形態に基づいて更に� ��細に説明する。

 本発明者は、まず、従来のJIS SKD11やマト リックスハイスを素材に用いた冷間プレス用 金型において、PVD処理によって形成されたTiN 皮膜が損傷して、カジリが発生する原因を鋭 意探求した。

 探求の結果、TiN皮膜にカジリが発生する� ��因は、母材となる冷間金型用鋼に生成され� ��粗大なCr系炭化物であり、そのCr系炭化物が 起点となって、カジリが発生することを見出 した。そのCr系炭化物によるTiN皮膜の損傷の� ��カニズムは、図1に示す通りである。

 まず、図1(a)に示すように、母材となる冷 間金型用鋼1の表面に硬質皮膜処理を施すこ� �で、表面にTiN皮膜2を形成した冷間プレス用� ��型を準備する。この冷間金型用鋼1が、JIS S KD11やマトリックスハイスを素材として形成� �れている場合、母材である冷間金型用鋼1の� ��面には粗大なCr系炭化物3が析出している。� ��の冷間プレス用金型を用いてプレス成形す� ��際に、図1(b)に示すように、被成形物が矢印 方向に摺動すると、TiN皮膜2にはクラック4が� ��生する。このクラック4が発生する部位は、 TiN皮膜2の下方の母材にCr系炭化物3が析出し� �いる部位である。更に、被成形物を摺動す� �と、図1(c)に示すように、そのクラック4が起 点となって、TiN皮膜2に剥離が生じ、カジリ� �発生する。

 以上説明したように、TiN皮膜のカジリ発� ��の原因はCr系炭化物である。本発明者は、� �のCr系炭化物の生成を抑制することで、TiN皮 膜の剥離を防止でき、金型寿命が極端に短く なるといった問題を発生することを抑制でき ることを見出した。

 母材となる冷間金型用鋼の表面に析出す� ��粗大なCr系炭化物3の生成を抑制して、PVD処� ��によって形成したTiN皮膜の寿命を長くする� ��めには、鋼中のCの含有量とCrの含有量を低� ��させれば良い。しかし、Cの含有量を低減さ せ過ぎると、冷間金型用鋼の表面に、TD処理� ��よるVC皮膜や、CVD処理によるTiC皮膜を形成� �ることが難しくなる。そこで、本発明では� �Cの含有量を0.5~0.7質量%、Crの含有量を5.0~7.0� �量%とした上で、それらの含有量の積を規定� ��ることによって、冷間金型用鋼の表面に粗� ��なCr系炭化物3を析出させず、且つ一方で、� ��要とする十分な厚みのVC皮膜やTiC皮膜を形� �することを可能とした。

 また、本発明では、Si、Cr、Mo、W、V、Alと いったフェライト生成元素からなるパラメー タと、Mn、Cu、Niといったオーステナイト生成 元素からなるパラメータも規定した。

 Si、Cr、Mo、W、V、Alといったフェライト生 成元素の合計含有量が多過ぎた場合、冷間金 型用鋼の硬さと靭性のバランスが崩れると共 に、切削加工仕上げ面精度も悪化する。そこ で、本発明では、フェライト生成元素により 規定されるパラメータ(FP)を数式化し、その� �を満足するようにフェライト生成元素の合� �含有量を規定することで、冷間金型用鋼の� �さと靭性のバランスを良好にする共に、切� �加工仕上げ面精度も向上させた。

 また、Mn、Cu、Niといったオーステナイト� ��成元素の合計含有量が多過ぎた場合、残留� ��ーステナイトが多くなることにより熱処理� ��寸量のばらつきが増大すると共に、切削時� ��工具寿命が短くなる。そこで、本発明では� ��オーステナイト生成元素により規定される� ��ラメータ(AP)を数式化し、その式を満足する ようにオーステナイト生成元素の合計含有量 を規定することで、鋼中の残留オーステナイ トを少なくして熱処理変寸量のばらつきを減 少させると共に、切削時の工具寿命を長くし た。

 以下、本発明の冷間金型用鋼中の化学成� ��の含有量の範囲限定理由について、元素毎� ��詳細に説明する。尚、本明細書中に記載す� ��%は全て質量%を示す。

 C:0.5~0.7%
 Cは、硬さ及び耐摩耗性を確保し、HAZ軟化の 抑制にも寄与する元素である。また、金型母 材の表面に、TD処理によるVC皮膜や、CVD処理� �よるTiC皮膜といった炭化物皮膜を形成する� �合、Cの含有量が少ないと皮膜の厚さが薄く� ��るなどの問題もある。これらを勘案し、上� ��作用を有効に発揮させるためにCの含有量の 下限を0.5%とした。また、その下限は0.55%であ ることが好ましい。但し、その含有量が過剰 であると、粗大なCr系炭化物が生成して、PVD� ��理で形成されるTiN皮膜が剥離し易くなる。� ��た、Cの含有量が過剰であると、残留オース テナイトが増加し、高温で焼戻処理を行わな いと所望の硬さが得られないほか、焼戻処理 後に膨張するなどして変寸が大きくなる。更 に、Cの含有量が過剰であると靭性にも悪影� �を及ぼす。よって、Cの含有量の上限を0.7%と した。また、その上限は0.65%であることが好� ��しい。

 Cr:5.0~7.0%
 Crは、所定の硬さを確保するために有用な� �素である。詳しくは、Crの含有量が少な過ぎ ると、焼入性が不足してベイナイトが一部生 成するため、硬さが低下し、耐摩耗性を確保 することができない。更に、Crは金型の耐食� ��を確保するためにも有用な元素である。そ� ��でCrの含有量の下限を5.0%とした。また、そ� ��下限は5.5%であることが好ましい。但し、そ の含有量が過剰であると、粗大なCr系炭化物� ��多量に生成して、PVD処理で形成されるTiN皮� ��が剥離し易くなる。また、Crの含有量が過� �であると、熱処理後の収縮によって硬質皮� �の耐久性が低下する。更に、Crの含有量が過 剰であると靭性にも悪影響を及ぼす。そこで Crの含有量の上限を7.0%とした。また、その上 限は6.5%であることが好ましい。

 Si:0.5~2.0%
 Siは、製鋼時の脱酸元素として有用であり� �硬さの向上と被削性確保に寄与する元素で� �る。また、Siはマトリックスのマルテンサイ トの焼戻し軟化を抑え、HAZ軟化の抑制に有用 である。このような作用を有効に発揮するた め、Siの含有量の下限を0.5%とした。その含有 量は、好ましくは1.0%以上、より好ましくは1. 2%以上である。但し、その含有量が過剰であ� ��と靭性が低下する。また、偏析が大きくな� ��、熱処理後の変寸が大きくなる。よってSi� �含有量の上限を2.0%とした。その含有量は、� ��ましくは1.85%以下である。

 Mn:0.1~2.0%
 Mnは、焼入性確保に有用な元素である。し� �し、その含有量が過剰であると、残留オー� �テナイトが増加するため、高温で焼戻処理� �行わないと所望の硬さが得られなくなるほ� �、靭性も低下する。これらを勘案して、Mnの 含有量を0.1~2.0%の範囲に定めた。Mnの含有量� �下限は、好ましくは0.15%であり、その上限は 、好ましくは1.0%、より好ましくは0.5%、更に� ��ましくは0.35%である。

 Al:0.001~0.010%
 Alは、脱酸剤として有用な元素である。し� �し、含有量が0.001%未満であると、その効果� �十分に得ることはできない。従って、Alの含 有量の下限を0.001%とした。その下限は好まし くは0.002%である。一方、Al ₂ O ₃ や粗大なAlNといったAl系介在物は、切削中に� ��しれの原因となり、切削仕上げ面精度を低� ��させるため、Alの含有量の上限を0.010%とし� �。その上限は、好ましくは0.008%である。

 Cu:0.25~1.00%
 Cuは、ε-Cuの析出強化による硬さ向上を図る ために必要な元素であり、HAZ軟化の抑制にも 寄与する。但し、その含有量が過剰であると 、靭性が低下し、また、鍛造割れが発生し易 くなる。そこでCuの含有量の上限を1.00%とし� �。また、その上限は0.80%であることが好まし い。また、Cuの含有量の下限は0.25%である。� �た、その下限は0.30%であることが好ましい。

 Ni:0.25~1.00%
 Niは、Ni ₃ AlなどのAl-Ni系金属間化合物の析出強化によ� �硬さ向上を図るために必要な元素であり、HA Z軟化の抑制にも寄与する。また、NiはCuと併� ��することにより、Cuの過剰添加による熱間� �性を抑制し、鍛造時の割れを防止すること� �できる。但し、その含有量が過剰であると� �残留オーステナイトが増加して高温で焼戻� �理をしないと所定の硬さを確保できないほ� �、熱処理後に膨張してしまう。また、Niの含 有量が過剰であると、靭性も低下する。これ らを勘案して、Niの含有量を0.25~1.00%の範囲に 定めた。Niの含有量の下限は、好ましくは0.30 %であり、その上限は、好ましくは0.80%である 。

 N:0.003~0.025%
 Nは、Alと共にAlN析出物を形成して、焼入時� ��結晶粒粗大化を防止して、優れた靭性を達� ��するために重要な元素である。優れた靭性� ��達成するためにNの含有量の下限を0.003%とし た。その下限は0.004%であることが好ましい。 また、Nの含有量の上限を0.025%とした。その� �限は0.017%であることが好ましい。

 Mo+0.5W:0.5~3.0%
 MoとWは、何れもM ₃ C型炭化物、M ₆ C型炭化物を形成するほか、Ni ₃ Mo系金属間化合物などを形成し、析出強化に� ��与する元素である。但し、これらの含有量� ��過剰であると、前記の炭化物などが過剰に� ��成し、靭性の低下を招くほか、熱処理後の� ��寸が大きくなる。そこで、Mo+0.5×Wの式に当� ��はめた場合のMoとWの合計含有量を0.5~3.0%の� �囲に定めた。Mo単独の含有量も、0.5~3.0%の範� ��が好ましい。また、W単独の含有量は、2.0%� �下(0%を含む)であることが好ましい。即ち、M oが必須元素、Wが選択元素である。但し、W単 独の含有量の下限は、0.02%であることがより� ��ましい。また、Mo単独の含有量の下限は0.7%� ��上限は2.5%であることが更に好ましい。W単� �の含有量の下限は0.05%、上限は1.5%であるこ� �が更に好ましい。

 P:0より大きく0.05%以下
 Pは、溶解原料中に不可避的に存在する元素 であり、靭性を阻害する元素である。そのた め、Pの含有量の上限を0.05%とした。その上限 は、好ましくは0.02%である。なお、Pの含有量 は少ないほど好ましいが、不可避的に含まれ ているため、実質的にその下限は0.005%程度と なる。

 S:0より大きく0.1%以下
 Sは、被削性確保に有用な元素である。被削 性確保の観点からはSを、好ましくは0.002%以� �、より好ましくは0.004%以上の含有量とする� �とが推奨される。しかし、その含有量が過� �であると溶接割れが発生する。そこでSの含� ��量の上限を0.1%とした。Sの含有量の上限は� �好ましくは0.07%、より好ましくは0.05%、更に� ��ましくは0.025%である。

 O:0より大きく0.005%以下
 Oは、溶鋼中に含まれる元素で、不可避的に 鋼中に含まれる。Oの含有量が高いと、Si、Al� ��どと反応し、酸化物系の介在物を形成する� ��そのため、Oの含有量の上限を0.005%とした。 その上限は、好ましくは0.003%、より好ましく は0.002%である。なお、Oの含有量は少ないほ� �好ましいが、不可避的に含まれてくるため� �実質的にその下限は0.0005%程度である。

 更に、本発明は、先に説明した各数式を� ��足することを必須要件としている。尚、各� ��式に示す[ ]は、各元素の含有量(質量%)を示 す。

 [C]×[Cr]≦4
 上記数式は、粗大なCr系炭化物の生成抑制� �目的として設定した数式である。Cの含有量� ��Crの含有量の積が4を超えると、硬質皮膜の� ��久性が低下するほか、熱処理後の変寸が大� ��くなる。尚、粗大なCr系炭化物の生成抑制� �、熱処理後の変寸抑制の観点からは、Cの含� ��量とCrの含有量の積は出来るだけ小さいこ� �が好ましいが、CやCrの添加による上記作用� �有効に発揮させることなども勘案すると、� �の積の下限は、概ね0.8であることが好まし� �。

 FP=[Si]/5+[Cr]/5+2×[Mo]+[W]+2×[V]+10×[Al]≦5.0
 上記数式は、Si、Cr、Mo、W、V、Alといったフ ェライト生成元素の合計含有量をパラメータ 化し規定した数式である。このパラメータ(FP )が、5.0より大きくなると、冷間金型用鋼の� �さと靭性のバランスが崩れると共に、切削� �工仕上げ面精度も悪化する。このパラメー� �(FP)は、4.8以下であることがより好ましい。S i、Crなど本発明にかかる冷間金型用鋼に必須 で含有される元素の下限値から定まるFP値2.11 が実質的な本パラメータ(FP)の下限値である� �

 AP=[Mn]+3×([Cu]+[Ni])≦2.5
 上記数式は、Mn、Cu、Niといったオーステナ� ��ト生成元素の合計含有量をパラメータ化し� ��定した数式である。このパラメータ(AP)が、 2.5より大きくなると、残留オーステナイトが 多くなり、熱処理変寸量のばらつきが増大す ると共に、切削時の工具寿命が短くなる。こ のパラメータ(AP)は、2.3以下であることがよ� �好ましい。Mn、Cu、Niの下限値から定まるAP値 1.6が実質的に本パラメータ(AP)の下限値であ� �。

 本発明の冷間金型用鋼中の基本成分に関� ��る要件は以上の通りである。残部は鉄及び� ��可避的不純物を含む。不純物としては、例� ��ば、Sn、Pbなどが挙げられる。また、本発明 では、他の特性改善を目的として、更に以下 の選択成分を含有させても良い。

 V:0~0.5%
 Vは、VCなどの炭化物を形成して硬さ向上に� ��与するほか、HAZ軟化の抑制に有効な元素で� ��る。また、母材表面に、ガス窒化、塩溶窒� ��、プラズマ窒化などの窒化処理を施して拡� ��硬化層を形成する場合に、表面硬さの向上� ��硬化層深さの上昇に有効な元素である。こ� ��ような作用を有効に発揮させるためには、V の含有量は、概ね0.05%以上添加することが好� ��しい。但し、その含有量が過剰であると、� ��溶C量が低下し、母相であるマルテンサイト 組織の硬さ低下を招くほか、靭性が低下する 。そこでVの含有量の上限を0.5%とした。Vの含 有量の上限は、好ましくは0.4%、より好まし� �は0.3%である。

 Ti、Zr、Hf、Ta、Nbからなる群から選択される 少なくとも1種の元素:合計0.5%以下
 これらの元素は、何れも窒化物形成元素で� ��り、これら元素の窒化物及びAlNの微細分散� ��に寄与し、その結果、結晶粒の粗大化を防� ��して靭性の向上に寄与する元素である。以� ��のような作用を有効に発揮させるため、概� ��、Tiを0.01%以上、Zrを0.02%以上、Hfを0.04%以上� ��Taを0.04%以上、Nbを0.02%以上、含有させるこ� �が好ましい。但し、これらの合計含有量が� �剰であると、固溶C量が低下してマルテンサ� ��トの硬さ低下を招く。そこでこれらの元素� ��合計含有量を0.5%以下とした。これらの元素 の合計含有量は、好ましくは0.4%以下、更に� �ましくは0.3%以下である。尚、これらの元素� ��、単独で含有させても良く、2種以上を併せ て含有させても良い。

 Co:10%以下
 Coは、Ms点を高め、残留オーステナイトの低 減化に有効な元素であり、これにより硬さを 向上させることができる。この作用を有効に 発揮させるため、Coの含有量を、概ね、1%以� �とすることが好ましい。但し、その含有量� �過剰であると、コストなどの上昇を招くた� �、上限を10%とした。Coの含有量の上限は、好 ましくは5.5%である。ここで、Ms点とは、変態 温度(相変化の起こる温度で、変態が温度範� �にわたって起こるときは、変態が開始する� �度、又は終了する温度)の一つであり、冷却� ��間にオーステナイトがマルテンサイトに変� ��し始める温度のことを意味する。

 以上記載した要件を満足した冷間金型用� ��を用いて、冷間プレス用金型が製造される� ��この冷間プレス用金型の製造方法の一例を� ��明すると、例えば、本発明の冷間金型用鋼� ��溶製後、熱間鍛造してから、焼鈍(例えば、 約700℃で7時間保持した後、約17℃/hrの平均冷 却速度で約400℃まで炉冷した後、放冷)を行� �て軟化した後、切削加工などによって所定� �形状に粗加工を行ってから、950~1150℃の温度 で焼入処理し、更に400~530℃で焼戻処理を行� �て所望の硬さを付与することで、冷間プレ� �用金型を製造する。