特殊用途鋼として、工具鋼鋼材について説明します。
工具鋼は、各種刃物や工具の材料として使用される鋼材です。
工具鋼の特性として、常温・高温での硬度が高く、耐摩耗性に優れ、適度な靭性を有しています。
また、熱処理が容易で、硬さや耐摩耗性を高めるために、比較的炭素含有量の高い鋼が用いられます。
JISでは工具鋼鋼材として炭素工具鋼鋼材（JIS G 4401）、合金工具鋼鋼材（JIS G 4404）、高速度工具鋼鋼材（JIS G 4403）を規定しています。
炭素工具鋼鋼材（SK）
炭素C含有量が0.6～1.5％で、特に合金元素を添加しない工具鋼です。
炭素量によって性質・用途が決まります。
工具鋼の中で、炭素工具鋼は生産量が多く値段も安いので、工具用に広く便利に用いられています。
炭素工具鋼は、高温になると硬度が低下する為、熱の発生が比較的少ない手工具に多く使用されます。
高炭素系はセメンタイトが増加して耐摩耗性が向上する為、耐摩耗性の要求度の高い切削工具など、低炭素系は靭性を必要とするゼンマイ，タガネなどに用いられます。
セメンタイトがオーステナイト粒界に網目状に析出して非常に脆い為、通常は焼入れ前にセメンタイトを球状化する熱処理（球状化焼鈍処理）を行います。
なお、炭素工具鋼は炭素C含有量0.6%以上と規定されていますが、炭素C含有量が0.6%以上になると焼入れ後の硬さ（引張強さ）はほとんど変化せず、耐摩耗性や耐衝撃性が変化する。
機械構造用炭素鋼（SxxC材）との線引きが炭素C含有量で0.6%付近になっているのはこうしたことが背景にあると考えられます。
合金工具鋼鋼材（SKS、SKD、SKT）
炭素工具鋼（SK）は、焼入性が低く形状が複雑な場合、焼割れや変形が生じやすいです。
そこで、ニッケルNi、クロムCr、モリブデンMo、タングステンW、バナジウムVなどの合金元素を添加して、焼入性、切削性、耐摩耗性、耐衝撃性、不変形性及び耐熱性などの性質を改善・向上したものが合金工具鋼になります。
合金工具鋼は、熱処理を施すことでその性能を十分に発揮することができる為、使用する工具に適した焼入れ焼戻しを行う必要があります。
なお、 材料記号のSKの後に続く「S」、「D」、「T」は、それぞれ「S: Special」、「D： Die」、「T： TANZOU」の頭文字に相当します。
高速度工具鋼鋼材（SKH材）
高速度工具鋼（SKH）は、合金工具鋼の高温硬さを改善した鋼です。
高速度で切削して刃先が高温（約600℃）になっても軟化せず、切削能力が低下しないことから名付けられました。
High speed（高速度）の「H」をとってSKHとして分類しており、ハイスとも呼ばれます。
工具鋼の中では最も多くの合金元素（クロムCr、タングステンW、バナジウムV、モリブデンMo、コバルトCoなど）を含有しており、タングステンW系とモリブデンMo系に大別できます。
各種バイト、ドリル、スライスなどの切削工具に利用されています。
焼戻し温度が300～400℃の場合、硬さが減少しますが、600℃付近の場合、モリブデンMo、タングステンW、バナジウムVの炭化物が微細に析出することで硬くなります。
このように焼戻しで硬さを増す現象を二次硬化といいます。このように二次硬化する鋼材は、高温強度が高い為、使用環境が500℃程度の高温になるような場合に用いられます。
a) タングステンW系（SKH2、SKH3、SKH4、SKH10）
高い焼戻し軟化抵抗と高温耐摩耗性を有する鋼として、18-4-1型（18％W、4％Cr、1％V）と呼ばれるSKH2が開発され、その後、タングステンWをモリブデンMoで代替する開発が進みました。
タングステンWの大量添加で高温硬さを確保し、クロムCr添加で焼入性を向上し、コバルトCo添加でオーステナイトへの炭素Cの溶解度を高めて、焼戻し硬さ、高温硬さを高めて、切削耐久力を向上させています。
b) モリブデンMo系（SKH40、SKH50、SKH51、SKH52、SKH53、SKH54、SKH55、SKH56、SKH57、SKH58、SKH59）
タングステンW系と比較して炭化物の分布が均一で微細なため靭性が大きく、モリブデンMoの原子量がタングステンWのほぼ1/2で添加量が少なくて済むためタングステンWの一部をモリブデンMoに置き換えて使用します。
また、高温硬さはやや劣りますが、焼入れ温度が低く、密度が小さく、熱伝導率が大きく、安価なため、使用頻度が高く高速度工具鋼生産量の90％以上を占めるといわれています。
- JIS G 4401：炭素工具鋼鋼材
- JIS G 4403：高速度工具鋼鋼材
- JIS G 4404：合金工具鋼鋼材
