D2 工具鋼の焼入れ：空気焼入れサイクルを段階ごとに

目指すもの

D2 は高炭素・高クロムの冷間工具鋼です（公称で約 1.5% C、12% Cr）。正しく硬化させると 58–62 HRC が得られ、研磨摩耗への耐性のための硬いクロム炭化物を多数含み、空気硬化するため、あらゆる工具鋼の中でも最も低い部類の変形を示します。

サイクル

1. 予熱 — ゆっくり均一化します。通常は約 650 °C 付近、次に約 820 °C 付近の段階で行います。D2 の低い熱伝導率と高い合金含有量は熱衝撃を厳しく罰します。冷たい工具を、熱いオーステナイト化炉へ直接入れては決してなりません。
2. オーステナイト化 — 通常は 1010–1045 °C の領域で行い、約 1030 °C が広く使われる作業点です。この範囲でより高い温度にすると、より多くの炭化物が溶解します。硬さと耐摩耗性は上がりますが、結晶粒成長、残留オーステナイト、割れのリスクもともに上がります。断面が均一化し、意図した炭化物の溶解が完了するのに必要な時間だけ保持します。
3. 焼入れ — 空気または高圧ガスで行います（真空炉が標準的な実務です）。D2 の焼入性は十分に高いため、ほとんどの断面は静止空気で硬化します。要件は均一に冷却することであり、粒界炭化物を析出させるような、ゆっくりした不均一な冷却を避けることです。薄い縁が塊より先行してしまわないよう、中断して均一化します。
4. 焼戻し — 最低二回。 焼戻しの間には室温まで（あるいは手で触れて温かい程度まで手短に）冷却します。一回目の焼戻しは残留オーステナイトを変換し、焼入れ応力を緩和します。二回目の焼戻しは、一回目が生み出した新しいマルテンサイトを焼戻しします。二回目の焼戻しを省略することが、典型的な D2 の誤りです。温度の選択が最終硬さを決めます。

焼戻し領域（目安）	結果
約 200 °C	最大硬さに近い、およそ 60–62 HRC のクラス
約 500–540 °C	二次硬化の領域。硬さが維持され、靭性と安定性が向上

後に PVD コーティングや窒化を行う金型では、焼戻しはコーティング工程の温度を安全に上回らなければなりません。二次硬化の領域が存在するのは、部分的にはこのためです。

寸法変化

D2 は硬化によってわずかに成長します。数百分の一パーセント程度の変化が一般に報告されていますが、正確な動きはオーステナイト化温度と残留オーステナイトのレベルに依存します。精密な金型は硬化後に仕上げ研削すべきであり、研削代を残しておきます。また、高精度の作業では、仕上げ前に組織を安定させるためのサブゼロ工程（残留オーステナイトのガイドを参照）が有益です。

避けるべき失敗モード

• 長時間の雰囲気中での保持の間の脱炭。真空、塩浴、または保護雰囲気を使い、表面硬さを確認します。
• 過熱。粗大な結晶粒と炭化物の液化は、焼戻しでは取り除けません。
• 残された EDM 損傷。硬化した D2 上の再凝固層は割れやすいため、それを取り除き、EDM の後に応力除去を行います。

近縁鋼種との対比における D2

D2 は高クロム冷間鋼種のファミリーの中に位置します。D3 はさらに多くの炭素と炭化物を含みますが、靭性と焼入性を犠牲にします。D2 は依然として汎用の選択肢であり、耐摩耗性と、大断面を空気中で硬化できる能力とのバランスが取れているためです。研磨摩耗ではなく欠けが破損モードである場合は、より低炭素の耐衝撃鋼種や Cr-Mo-V 鋼種が、D2 から離れる通常のステップとなります。折損する刃先への答えは、より高い硬さではありません。