JP2018083980A - Hot die steel used for die casting having an excellent thermal conductivity at high temperature and a long life, and manufacturing method thereof - Google Patents

Hot die steel used for die casting having an excellent thermal conductivity at high temperature and a long life, and manufacturing method thereof Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hot die steel used for die casting having an excellent thermal conductivity at high temperature and a long life, and a manufacturing method thereof.SOLUTION: The hot die steel contains, relative to the total amount, 0.35 to 0.45 wt.% of carbon(C), 0.20 to 0.30 wt.% of silicon(Si), 0.30 to 0.40 wt.% of manganese(Mn), 0.50 to 1.20 wt.% of nickel(Ni), 1.5 to 2.2 wt.% of chromium(Cr), 2.0 to 2.6 wt.% of molybdenum(Mo), 0.0001 to 1.0 wt.% of tungsten(W), more than 0 and 0.40 wt.% or less of titanium(Ti), 0.30 to 0.50 wt.% of vanadium(V), 0.0001 to 0.003 wt.% of boron(B), 0.005 to 0.02 wt.% of copper(Cu) and the balance being Fe and inevitable impurities. Furthermore, the hot die steel preferably contains 0.02 to 0.08 wt.% of aluminum(Al), 0.005 to 0.06 wt.% of nitrogen(N), 0.001 to 0.006 wt.% of phosphorus(P) and 0.0001 to 0.002 wt.% of sulfur(S).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、高温熱伝導度に優れた長寿命ダイカスト(die−casting)用熱間金型鋼およびその製造方法に関し、より具体的には、自動車部品などを生産するに際して使用されるダイカストに適用できるもので、高温熱伝導度および耐久性に優れた熱間金型鋼とこれを製造する方法に関する。   The present invention relates to a long-life die-casting hot die steel excellent in high-temperature thermal conductivity and a method for producing the same, and more specifically, can be applied to die-casting used in producing automobile parts and the like. In particular, the present invention relates to a hot mold steel excellent in high-temperature thermal conductivity and durability and a method for producing the same.

熱間金型鋼は、合金元素として、鉄のほか、特に、炭素、クロム、タングステン、シリコン、ニッケル、モリブデン、マンガン、バナジウムおよびコバルトを異なる量で含む合金の金型鋼である。熱間金型鋼から、特に、ダイカスト、押出またはダイ鍛造時に、材料の成形のために適した、熱間金型鋼対象物が製造できる。この金型の例としては、高い加工温度で特別な機械的強度特性を有しなければならない押出ダイ、鍛造金型、ダイカストモールド、プレスダイまたはこれと類似のものがある。   Hot mold steel is a mold steel of an alloy containing different amounts of carbon, chromium, tungsten, silicon, nickel, molybdenum, manganese, vanadium and cobalt in addition to iron as an alloy element. Hot mold steel objects suitable for forming materials can be produced from hot mold steel, in particular during die casting, extrusion or die forging. Examples of such dies are extrusion dies, forging dies, die casting molds, press dies or the like that must have special mechanical strength properties at high processing temperatures.

金型鋼、特に、熱間金型鋼およびこれらで製造された鋼対象物の重要な機能は、技術的プロセスに使用する時、前に導入された、またはプロセス自体に生じた熱の十分な放出を保証することである。   The important function of mold steels, in particular hot mold steels and the steel objects made with them, is that when used in a technical process, sufficient release of heat previously introduced or generated in the process itself. It is to guarantee.

熱間金型鋼で製造される熱間金型は、高い加工温度で高い機械的安定性とともに、良好な熱伝導率および高い耐熱摩耗性を有しなければならない。熱間金型鋼の他の重要な特性は、十分な硬度および強度とともに、高い使用温度における優れた硬度および耐摩耗性である。   Hot molds made of hot mold steel must have good thermal conductivity and high thermal wear resistance along with high mechanical stability at high processing temperatures. Other important properties of hot mold steel are excellent hardness and wear resistance at high service temperatures as well as sufficient hardness and strength.

金型の製造のために使用される熱間金型鋼の高い熱伝導率は、多くの用途において非常に重要であるが、その理由は、これが著しいサイクル時間の短縮につながるからである。工作物の熱間成形のための熱間成形装置の作動は比較的多くの費用を要するため、サイクル時間の短縮によって多くの費用が節減できる。また、熱間金型鋼の高い熱伝導率はダイカスト時に好ましいが、その理由は、それに使用されるモールドが非常に高くなった熱耐久性によってはるかに長い寿命を有するからである。金型を製造するためにたびたび使用される金型鋼は、通常、室温で約18〜24W/mKの熱伝導率を有する。   The high thermal conductivity of the hot mold steel used for mold manufacture is very important in many applications because it leads to significant cycle time reduction. Since the operation of hot forming equipment for hot forming of workpieces is relatively expensive, much cost can be saved by shortening the cycle time. Also, the high thermal conductivity of hot mold steel is preferred during die casting because the mold used for it has a much longer life due to the very high thermal durability. Mold steels often used to make molds typically have a thermal conductivity of about 18-24 W / mK at room temperature.

一方、熱間成形用金型鋼として用いられたSTD61は、高温熱伝導度が28W/mK未満と熱伝導度が低いため、高温作業中の素材の部位に応じた温度差による膨張率の差からヒートチェック亀裂の発生頻度が高く、それにより金型の寿命が減少し、生産製品の冷却速度を十分に高められず、高い冷却速度を必要とするホットスタンピング製品の品質低下および生産性の減少を誘発する問題点があった。また、高温で摩耗抵抗性を維持する析出相が低い硬度のクロムカーバイド系であるので、高温で摩耗抵抗性が低い問題点があった。   On the other hand, STD61 used as a hot forming mold steel has a high thermal conductivity of less than 28 W / mK and a low thermal conductivity. Therefore, from the difference in expansion coefficient due to the temperature difference according to the part of the material during the high temperature operation. The frequency of heat check cracks is high, which reduces the life of the mold, does not sufficiently increase the cooling rate of the product, and reduces the quality and productivity of hot stamping products that require a high cooling rate. There was a problem to induce. In addition, since the precipitation phase that maintains wear resistance at high temperatures is a chromium carbide system having low hardness, there is a problem that wear resistance is low at high temperatures.

最近、自動車産業の環境配慮・高燃費の傾向により軽量化を達成するために軽量非鉄金属の使用が増加しており、これを成形するためのダイカスト用金型鋼の需要が増加しているが、韓国国内で使用されるダイカスト用熱間金型鋼市場は日立等の海外先進企業が占有しており、価格帯は高く形成されているが、長寿命ダイカストを製造するに際して、金型鋼の熱伝導度または耐久性などが満足すべき水準には及ばない問題点がある。   Recently, the use of lightweight non-ferrous metals has been increasing in order to achieve weight reduction due to environmental considerations and high fuel consumption trends in the automobile industry, and the demand for mold steel for die casting to form this has increased. The hot die steel market for die casting used in Korea is occupied by overseas advanced companies such as Hitachi and the price range is high, but when manufacturing long-life die casting, the thermal conductivity of die steel Or there is a problem that durability does not reach a satisfactory level.

本発明は、熱間金型鋼をなす組成とその製造条件を最適化することにより、高温熱伝導度および高温耐久性に優れて長寿命のダイカストを製造できる熱間金型鋼を提供する。   The present invention provides a hot mold steel that is capable of producing a long-life die casting having excellent high temperature thermal conductivity and high temperature durability by optimizing the composition of the hot mold steel and its manufacturing conditions.

本発明の一実施形態によれば、全重量に対して、炭素(C)0.35〜0.45重量%、ケイ素(Si)0.20〜0.30重量%、マンガン(Mn)0.30〜0.40重量%、ニッケル(Ni)0.50〜1.20重量%、クロム(Cr)1.5〜2.2重量%、モリブデン(Mo)2.0〜2.6重量%、タングステン(W)0.0001〜1.0重量%、チタン(Ti)0超過0.40重量%以下、バナジウム(V)0.30〜0.50重量%、ホウ素(B)0.0001〜0.003重量%および銅(Cu)0.005〜0.02重量%を含み、残りはFeおよび不可避不純物を含む、熱間金型鋼に関する。   According to one embodiment of the present invention, carbon (C) 0.35 to 0.45 wt%, silicon (Si) 0.20 to 0.30 wt%, manganese (Mn) 0. 30 to 0.40 wt%, nickel (Ni) 0.50 to 1.20 wt%, chromium (Cr) 1.5 to 2.2 wt%, molybdenum (Mo) 2.0 to 2.6 wt%, Tungsten (W) 0.0001 to 1.0 wt%, Titanium (Ti) 0 excess 0.40 wt% or less, Vanadium (V) 0.30 to 0.50 wt%, Boron (B) 0.0001 to 0 Relates to hot mold steel containing 0.003 wt% and copper (Cu) 0.005 to 0.02 wt%, the balance containing Fe and inevitable impurities.

本発明において、前記熱間金型鋼は、アルミニウム(Al)0.02〜0.08重量%をさらに含んでもよい。
本発明において、前記熱間金型鋼は、窒素(N)0.005〜0.06重量%をさらに含んでもよい。
本発明において、前記熱間金型鋼は、リン(P)0.001〜0.006重量%および硫黄(S)0.0001〜0.002重量%をさらに含んでもよい。
本発明において、前記熱間金型鋼をなす炭素、ケイ素、マンガン、クロム、モリブデンおよびニッケルそれぞれの含有量の値を下記式(1)に代入する場合、その値が25以上であってもよい:
In the present invention, the hot mold steel may further include 0.02 to 0.08 wt% of aluminum (Al).
In the present invention, the hot mold steel may further include 0.005 to 0.06 wt% of nitrogen (N).
In the present invention, the hot mold steel may further include 0.001 to 0.006 wt% phosphorus (P) and 0.0001 to 0.002 wt% sulfur (S).
In the present invention, when the content values of carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum, and nickel forming the hot mold steel are substituted into the following formula (1), the value may be 25 or more:

F(C)×F(Si)×F(Mn)×F(Cr)×F(Mo)×F(Ni) 式(1)
(ただし、上記式(1)中、
F(C)=0.37−0.39×(0.12^炭素含有量(%));
F(Si)=0.7×ケイ素含有量(%)+1;
F(Mn)=3.35×マンガン含有量(%)+1;
F(Cr)=2.16×クロム含有量(%)+1;
F(Ni)=0.36×ニッケル含有量(%)+1;および
F(Mo)=3×モリブデン含有量(%)+1であってもよい。)。
F (C) × F (Si) × F (Mn) × F (Cr) × F (Mo) × F (Ni) Formula (1)
(However, in the above formula (1),
F (C) = 0.37-0.39 × (0.12 ^ carbon content (%));
F (Si) = 0.7 × silicon content (%) + 1;
F (Mn) = 3.35 × manganese content (%) + 1;
F (Cr) = 2.16 × chromium content (%) + 1;
F (Ni) = 0.36 × nickel content (%) + 1; and F (Mo) = 3 × molybdenum content (%) + 1. ).

本発明において、前記熱間金型鋼をなす炭素、ケイ素、マンガン、クロム、モリブデンおよびニッケルそれぞれの含有量の値を上記式(1)に代入する場合、その値が30以上であってもよい。
本発明において、前記熱間金型鋼をなすモリブデンおよびタングステンそれぞれの含有量の値を下記式(2)に代入する場合、その値が2以上3以下であってもよい:
In the present invention, when the values of the contents of carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum and nickel forming the hot mold steel are substituted into the above formula (1), the value may be 30 or more.
In the present invention, when the respective content values of molybdenum and tungsten constituting the hot mold steel are substituted into the following formula (2), the value may be 2 or more and 3 or less:

モリブデン含有量(%)+0.5×タングステン含有量(%) 式(2)
本発明において、前記熱間金型鋼をなすチタンおよびバナジウムそれぞれの含有量の値を下記式(3)に代入する場合、その値が0.4以上0.5以下であってもよい:
チタン含有量(%)+バナジウム含有量(%) 式(3)
本発明において、前記熱間金型鋼をなすクロム、モリブデンおよびタングステンそれぞれの含有量の値を下記式(4)に代入する場合、その値が9以上であってもよい:
Molybdenum content (%) + 0.5 x tungsten content (%) Formula (2)
In the present invention, when the respective content values of titanium and vanadium forming the hot mold steel are substituted into the following formula (3), the value may be 0.4 or more and 0.5 or less:
Titanium content (%) + vanadium content (%) Formula (3)
In the present invention, when the values of the contents of chromium, molybdenum and tungsten constituting the hot mold steel are substituted into the following formula (4), the value may be 9 or more:

クロム含有量(%)+3.3×{モリブデン含有量(%)+0.5×タングステン含有量(%)} 式(4)
本発明において、前記金型鋼は、ダイカスト(die casting)用であってもよい。
Chromium content (%) + 3.3 × {Molybdenum content (%) + 0.5 × Tungsten content (%)} Equation (4)
In the present invention, the mold steel may be used for die casting.

本発明の他の実施形態によれば、全重量に対して、炭素(C)0.35〜0.45重量%、ケイ素(Si)0.20〜0.30重量%、マンガン(Mn)0.30〜0.40重量%、ニッケル(Ni)0.50〜1.20重量%、クロム(Cr)1.5〜2.2重量%、モリブデン(Mo)2.0〜2.6重量%、タングステン(W)0.0001〜1.0重量%、チタン(Ti)0超過0.40重量%以下、バナジウム(V)0.30〜0.50重量%、ホウ素(B)0.0001〜0.003重量%および銅(Cu)0.005〜0.02重量%を含み、残りはFeおよび不可避不純物を含む鋼塊を製造するステップと、
前記鋼塊を鍛造して金型素材を製造するステップと、
前記金型素材をクエンチング(quenching)するステップと、
前記クエンチングの後、テンパリング(tempering)するステップとを含む、熱間金型鋼の製造方法に関する。
According to another embodiment of the present invention, carbon (C) 0.35 to 0.45 wt%, silicon (Si) 0.20 to 0.30 wt%, manganese (Mn) 0 based on the total weight. .30 to 0.40 wt%, nickel (Ni) 0.50 to 1.20 wt%, chromium (Cr) 1.5 to 2.2 wt%, molybdenum (Mo) 2.0 to 2.6 wt% Tungsten (W) 0.0001 to 1.0 wt%, Titanium (Ti) 0 excess 0.40 wt% or less, Vanadium (V) 0.30 to 0.50 wt%, Boron (B) 0.0001 to Producing a steel ingot comprising 0.003% by weight and copper (Cu) 0.005-0.02% by weight, the remainder comprising Fe and inevitable impurities;
Forging the steel ingot to produce a mold material;
Quenching the mold material;
And a step of tempering after the quenching.

本発明において、前記鋼塊は、アルミニウム(Al)0.02〜0.08重量%をさらに含んでもよい。
本発明において、前記鋼塊は、窒素(N)0.005〜0.06重量%をさらに含んでもよい。
本発明において、前記鋼塊は、リン(P)0.001〜0.006重量%および硫黄(S)0.0001〜0.002重量%をさらに含んでもよい。
In the present invention, the steel ingot may further include 0.02 to 0.08 wt% of aluminum (Al).
In the present invention, the steel ingot may further include 0.005 to 0.06% by weight of nitrogen (N).
In the present invention, the steel ingot may further include 0.001 to 0.006% by weight of phosphorus (P) and 0.0001 to 0.002% by weight of sulfur (S).

本発明において、前記鋼塊を鍛造する前に、エレクトロスラグ再溶解(Electro−slag remelting、ESR)工程を行うステップをさらに含んでもよい。
本発明において、前記エレクトロスラグ再溶解工程は、アルゴンガス雰囲気下で行われてもよい。
本発明において、前記鋼塊を鍛造する前に、鋼塊を800〜1300℃の温度で予備熱処理するステップをさらに含んでもよい。
In the present invention, an electro-slag remelting (ESR) process may be further performed before forging the steel ingot.
In the present invention, the electroslag remelting step may be performed in an argon gas atmosphere.
In the present invention, the steel ingot may be further preliminarily heat-treated at a temperature of 800 to 1300 ° C. before forging the steel ingot.

本発明において、前記鍛造は、5S以上の鍛造比で行われてもよい。
本発明において、前記鍛造は、850〜1300℃の温度下で行われてもよい。
本発明において、前記クエンチングは、900〜1030℃の温度下で行われてもよい。
本発明において、前記テンパリングは、500〜630℃の温度下で行われてもよい。
本発明において、前記テンパリングは、580〜600℃の温度下で一次テンパリングするステップとと、
550〜590℃の温度下で二次テンパリングするステップとを含むことができる。
本発明において、前記二次テンパリングした後、610〜630℃の温度下で三次テンパリングするステップをさらに含んでもよい。
In the present invention, the forging may be performed at a forging ratio of 5S or more.
In the present invention, the forging may be performed at a temperature of 850 to 1300 ° C.
In the present invention, the quenching may be performed at a temperature of 900 to 1030 ° C.
In the present invention, the tempering may be performed at a temperature of 500 to 630 ° C.
In the present invention, the tempering includes primary tempering at a temperature of 580 to 600 ° C., and
Secondary tempering at a temperature of 550 to 590 ° C.
In the present invention, after the secondary tempering, a step of tertiary tempering at a temperature of 610 to 630 ° C. may be further included.

本発明で提供する熱間金型鋼は、高温熱伝導度に優れて高温で素材の温度差が少なく発生するので、ヒートチェック(heat−checking)特性に優れる。したがって、本発明に係る熱間金型鋼をダイカストに用いる場合、前記ダイカストを用いて生産される製品の冷却速度が速くて生産される製品の物性が向上し、冷却時間が短縮されて生産性を向上させることができる。
さらに、本発明で提供する熱間金型鋼は、高温耐久性にも優れ、前記熱間金型鋼を用いて製造されるダイカストが長寿命の特性を有することができる。
The hot mold steel provided in the present invention is excellent in heat-checking characteristics because it has excellent high-temperature thermal conductivity and generates a small temperature difference between materials at high temperatures. Therefore, when the hot die steel according to the present invention is used for die casting, the product produced using the die casting has a high cooling rate, the physical properties of the produced product are improved, and the cooling time is shortened to increase the productivity. Can be improved.
Furthermore, the hot mold steel provided by the present invention is excellent in high temperature durability, and a die cast produced using the hot mold steel can have a long life characteristic.

実験例1において、実施例3で製造された熱間金型鋼について各温度毎に熱伝導度を測定してその結果を示すものである。In Experimental Example 1, the thermal conductivity of the hot die steel produced in Example 3 is measured at each temperature and the result is shown. 実験例2において、実施例2、3〜5および10と、比較例2および4で製造された熱間金型鋼の硬度に対する降伏強度の値をグラフで示すものである。In Experimental example 2, the value of the yield strength with respect to the hardness of the hot metal mold | die manufactured by Example 2, 3-5, and 10 and the comparative examples 2 and 4 is shown with a graph. 実験例2において、実施例2、3〜5および10と、比較例2および4で製造された熱間金型鋼の硬度に対する引張強度の値をグラフで示すものである。In Experimental example 2, the value of the tensile strength with respect to the hardness of the hot mold steel manufactured in Examples 2, 3-5, and 10 and Comparative Examples 2 and 4 is shown by a graph. 実験例2において、実施例2、3〜5および10と、比較例2および4で製造された熱間金型鋼の硬度に対する衝撃エネルギーの値をグラフで示すものである。In Experimental example 2, the value of the impact energy with respect to the hardness of the hot mold steel manufactured in Examples 2, 3 to 5 and 10 and Comparative Examples 2 and 4 is shown by a graph. 実験例3において、実施例12、比較例7および8で製造された熱間金型鋼について温度による熱伝導度の変化を測定した結果をグラフで示すものである。In Experimental example 3, the result of having measured the change of the heat conductivity by temperature about the hot die steel manufactured in Example 12 and Comparative Examples 7 and 8 is shown with a graph. 実験例3において、実施例12、比較例7および8で製造された熱間金型鋼について硬度に対するシャルピーUノッチ衝撃エネルギーの値をグラフで示すものである。In Experimental example 3, the value of the Charpy U-notch impact energy with respect to hardness is shown with a graph about the hot die steel manufactured in Example 12 and Comparative Examples 7 and 8. FIG. (a)および(b)はそれぞれ、実験例5において、実施例3および比較例9で製造された熱間金型鋼の表面粒子写真を撮影した結果を示すものである。(A) and (b) show the results of taking surface particle photographs of the hot mold steel produced in Example 3 and Comparative Example 9 in Experimental Example 5, respectively. 実験例6において、実施例3と同一の工程で熱間金型鋼を製造するものの、クエンチング温度を多様に調節して、クエンチング温度による熱間金型鋼の強度を評価した結果をグラフで示すものである。In Experimental Example 6, although hot mold steel is manufactured in the same process as in Example 3, the results of evaluating the strength of the hot mold steel by the quenching temperature by variously adjusting the quenching temperature are shown in a graph. Is. 実験例7において、実施例3と同一の工程で熱間金型鋼を製造するものの、クエンチング温度およびテンパリング温度を多様に調節した結果、最終的に製造された熱間金型鋼の組織写真を示すものである。In Experimental Example 7, although hot mold steel is manufactured in the same process as in Example 3, as a result of various adjustments of quenching temperature and tempering temperature, a structural photograph of the finally manufactured hot mold steel is shown. Is. 実験例8において、前記実施例1および3と同一の工程で熱間金型鋼を製造するものの、テンパリング温度を多様に調節して、テンパリング温度による熱間金型鋼の強度を評価した結果をグラフで示すものである。In Experimental Example 8, although hot mold steel is manufactured in the same process as in Examples 1 and 3, the results of evaluating the strength of the hot mold steel according to the tempering temperature by variously adjusting the tempering temperature in a graph. It is shown.

以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は種々の異なる形態に変形可能であり、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野における平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the embodiment of the present invention can be modified into various different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiment described below. In addition, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those having average knowledge in the art.

以下、本発明の一実施形態に係る熱間金型鋼について説明する。
本実施形態に係る熱間金型鋼は、必須元素として、炭素(C)、ケイ素(Si)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、ホウ素(B)および銅(Cu)を含み、残りはFe(鉄)、微細元素および不可避不純物からなる。本実施形態による熱間金型鋼は、不可避不純物として、リン(P)、硫黄(S)、アルミニウム(Al)、窒素(N)および酸素(O)を含む。この本明細書において、質量で定義されたすべてのパーセンテージは、重量で定義されたものとそれぞれ同じである。以下、前記熱間金型鋼の成分組成およびその数値限定に対する理由について説明する。
Hereinafter, hot mold steel according to an embodiment of the present invention will be described.
The hot mold steel according to the present embodiment includes carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), nickel (Ni), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W) as essential elements. Titanium (Ti), vanadium (V), boron (B) and copper (Cu) are contained, and the remainder is composed of Fe (iron), fine elements and inevitable impurities. The hot die steel according to the present embodiment contains phosphorus (P), sulfur (S), aluminum (Al), nitrogen (N) and oxygen (O) as inevitable impurities. In this specification, all percentages defined by mass are the same as those defined by weight. Hereinafter, the component composition of the hot mold steel and the reason for the numerical limitation will be described.

炭素(C)
炭素(C)は、鋼の強度を調節するのに必要な必須元素であって、固溶強化で基材の強度を高め、焼入れ性に影響を与える元素である。また、熱処理により炭化物を形成する。前記炭素含有量が0.35重量%未満の場合、硬度および強度が低くなり、硬化能が減少して均一な断面硬度を得ることができず、前記炭素含有量が0.45重量%を超える場合、硬度が飽和しやすく、同時に、炭化物量は過度になって、疲労強度および衝撃値を悪化させる。したがって、本発明の熱間金型鋼は、前記炭素を0.35〜0.45重量%で含むことが好ましい。
Carbon (C)
Carbon (C) is an essential element necessary for adjusting the strength of steel, and is an element that increases the strength of the base material by solid solution strengthening and affects the hardenability. Also, carbide is formed by heat treatment. When the carbon content is less than 0.35% by weight, the hardness and strength are low, the curability is reduced, and uniform cross-sectional hardness cannot be obtained, and the carbon content exceeds 0.45% by weight. In this case, the hardness tends to saturate, and at the same time, the amount of carbide becomes excessive to deteriorate the fatigue strength and impact value. Therefore, it is preferable that the hot mold steel of the present invention contains 0.35 to 0.45% by weight of the carbon.

ケイ素(Si)
ケイ素(Si)は、鋼の被削性を調節するのに必要な必須元素であって、セメンタイトの生成を抑制し、高温で炭化物の生成を促進させて熱伝導度を大きく増加させる元素である。前記ケイ素含有量が0.20重量%未満であれば、STD61の切削性と同じまたはより高い切削性を保証しにくくなり、前記ケイ素含有量が0.30重量%を超えると、熱伝導度の大きな減少が生じる。したがって、本発明の熱間金型鋼は、前記ケイ素を0.20〜0.30重量%で含むことが好ましい。
Silicon (Si)
Silicon (Si) is an essential element necessary to adjust the machinability of steel, and is an element that suppresses the formation of cementite and promotes the formation of carbides at high temperatures to greatly increase the thermal conductivity. . If the silicon content is less than 0.20 wt%, it becomes difficult to ensure the same or higher machinability as STD61, and if the silicon content exceeds 0.30 wt%, the thermal conductivity A big decrease occurs. Therefore, it is preferable that the hot die steel of the present invention contains the silicon in an amount of 0.20 to 0.30% by weight.

マンガン(Mn)
マンガンは、変態動作(硬化能)を向上させるための必須元素であって、焼入れ性に最も高い効果を奏する元素である。前記Mn含有量が0.30重量%未満であれば、変態点減少および微細構造精製の効果が不十分で硬度や衝撃値を確保しにくい。前記Mn含有量が0.40重量%を超えると、衝撃値がさらに減少するだけでなく、高い熱伝導度もほとんど維持できない。したがって、本発明の熱間金型鋼は、前記マンガンを0.30〜0.40重量%で含むことが好ましい。
Manganese (Mn)
Manganese is an essential element for improving the transformation operation (hardening ability), and is the element having the highest effect on hardenability. If the Mn content is less than 0.30% by weight, the effect of reducing the transformation point and refining the microstructure is insufficient and it is difficult to secure hardness and impact value. When the Mn content exceeds 0.40% by weight, not only the impact value is further reduced, but also high thermal conductivity can hardly be maintained. Therefore, it is preferable that the hot die steel of the present invention contains 0.30 to 0.40% by weight of the manganese.

ニッケル(Ni)
前記ニッケル(Ni)は、靭性を向上させ、硬化能を向上させるだけでなく、高温での安定性を向上させる元素である。前記ニッケル含有量が0.50重量%未満であれば、硬度および強度の増加に応じて必要な、靭性低下を防止できる靭性の向上効果が減少し、前記ニッケル含有量が1.20重量%を超えると、残留オーステナイトが生成されて組織が不安定で使用中に変形が発生することがあり、切削加工性が減少し、非経済的である。したがって、本発明の熱間金型鋼は、前記ニッケルを0.50〜1.20重量%で含むことが好ましい。
Nickel (Ni)
The nickel (Ni) is an element that not only improves toughness and hardenability, but also improves stability at high temperatures. If the nickel content is less than 0.50% by weight, the effect of improving toughness that can prevent toughness reduction can be reduced as the hardness and strength increase, and the nickel content is reduced to 1.20% by weight. If it exceeds, retained austenite is generated, the structure is unstable, and deformation may occur during use, cutting workability is reduced and it is uneconomical. Therefore, it is preferable that the hot die steel of the present invention contains the nickel at 0.50 to 1.20% by weight.

クロム(Cr)
前記クロム(Cr)は、硬化能を向上させ、複合炭化物を生成して硬度、強度、焼戻し軟化抵抗性および耐摩耗性を向上させる元素である。前記クロム含有量が1.5重量%未満であれば、硬化能の向上効果が減少して均一な断面硬度を得にくく、モリブデン、バナジウムなどとの複合炭化物の生成が減少して焼戻し軟化抵抗性が減少し、強度および耐酸化性に対する向上効果が少なくなる。反面、前記クロム含有量が2.2重量%を超えると、熱伝導度が減少し、硬度、引張強度および降伏強度の特性も急激に低下する。したがって、本発明の熱間金型鋼は、前記クロムを1.5〜2.2重量%で含むことが好ましい。
Chrome (Cr)
The chromium (Cr) is an element that improves the hardenability and produces a composite carbide to improve hardness, strength, temper softening resistance, and wear resistance. If the chromium content is less than 1.5% by weight, the effect of improving the hardenability is reduced, it is difficult to obtain uniform cross-sectional hardness, and the formation of composite carbides with molybdenum, vanadium, etc. is reduced and temper softening resistance. Decreases, and the improvement effect on strength and oxidation resistance decreases. On the other hand, when the chromium content exceeds 2.2% by weight, the thermal conductivity is decreased, and the properties of hardness, tensile strength and yield strength are rapidly decreased. Therefore, it is preferable that the hot die steel of the present invention contains 1.5 to 2.2% by weight of the chromium.

モリブデン(Mo)
前記モリブデンは、モリブデンカーバイドのような炭化物を形成して高温硬度と強度を向上させ、また、焼戻しの際、高温で二次硬化現象を起こして高温強度を増加させ、粒界に存在するリンと結合して、焼戻し熱処理時にリンによる焼戻し脆性を防止する元素である。前記モリブデン含有量が2.0重量%未満であれば、焼戻し脆性を抑制する効果が減少し、二次硬化現象が低くなって、高温での硬度および強度が減少する。そして、2.6重量%を超えると、モリブデンによる効果が減少するだけでなく、非経済的である。したがって、本発明の熱間金型鋼は、前記モリブデンを2.0〜2.6重量%で含むことが好ましい。
Molybdenum (Mo)
The molybdenum forms carbides such as molybdenum carbide to improve high temperature hardness and strength, and during tempering, it causes secondary hardening phenomenon at high temperature to increase high temperature strength, and phosphorus existing at grain boundaries. It is an element that combines to prevent temper embrittlement by phosphorus during tempering heat treatment. If the molybdenum content is less than 2.0% by weight, the effect of suppressing temper embrittlement is reduced, the secondary hardening phenomenon is lowered, and the hardness and strength at high temperature are reduced. If it exceeds 2.6% by weight, not only the effect of molybdenum is reduced, but also uneconomical. Therefore, it is preferable that the hot die steel of the present invention contains 2.0 to 2.6% by weight of the molybdenum.

タングステン(W)
前記タングステンは、炭化物の析出(析出硬化)で強度を増加させるために添加可能な選択的元素である。前記タングステン含有量が0.0001重量%未満であれば、前記強度増加の効果が小くなり、前記タングステン含有量が1.0重量%を超えると、効果の飽和と費用の大きな上昇をもたらす。したがって、本発明の熱間金型鋼では、前記タングステンを0.0001〜1.0重量%で含むことが好ましい。
Tungsten (W)
Tungsten is an optional element that can be added to increase the strength of carbide precipitation (precipitation hardening). If the tungsten content is less than 0.0001% by weight, the effect of increasing the strength is small, and if the tungsten content exceeds 1.0% by weight, the effect is saturated and the cost is greatly increased. Therefore, it is preferable that the hot mold steel of the present invention contains the tungsten in an amount of 0.0001 to 1.0% by weight.

チタン(Ti)
チタン(Ti)は、最も強い析出相を生成する元素であって、オーステナイトで溶解度が低く、組織の微細化効果を示す元素である。本発明の熱間金型鋼では、前記チタンを0超過0.40重量%以下で含むことが、硬度および強度の物性の向上に好ましく、より好ましくは0.10〜0.40重量%で含むことができ、さらに好ましくは0.15〜0.40重量%で含むことができる。
Titanium (Ti)
Titanium (Ti) is an element that generates the strongest precipitation phase, and is an austenite that has a low solubility and shows an effect of refining the structure. In the hot die steel of the present invention, it is preferable to contain the titanium in excess of 0 to 0.40% by weight or less in order to improve the physical properties of hardness and strength, and more preferably 0.10 to 0.40% by weight. And more preferably 0.15 to 0.40% by weight.

バナジウム(V)
バナジウム(V)は、鉄に置換固溶(solid solution)して引張強度を増加させ、不溶性炭化物を作って高温硬度を高め、焼戻し抵抗性を増大させる元素であって、特に、高温で安定した析出相を微細に生成してオーステナイト粒子の成長を抑制する効果を示す。前記バナジウム含有量が0.30重量%未満であれば、効果がわずかであり得、前記バナジウム含有量が0.50重量%を超えると、結晶粒の微細化現象が目立って硬化能が低下するので、均一な断面硬度を得ることができず、非経済的である。したがって、本発明の熱間金型鋼は、バナジウムを0.30〜0.50重量%で含むことが好ましい。
Vanadium (V)
Vanadium (V) is an element that increases the tensile strength by making a solid solution in iron, increases the high-temperature hardness by forming insoluble carbides, and increases the tempering resistance. This shows the effect of suppressing the growth of austenite particles by finely forming a precipitated phase. If the vanadium content is less than 0.30% by weight, the effect may be slight. If the vanadium content exceeds 0.50% by weight, the crystal grain refinement phenomenon is conspicuous and the curability decreases. Therefore, uniform cross-sectional hardness cannot be obtained, which is uneconomical. Therefore, it is preferable that the hot die steel of the present invention contains vanadium at 0.30 to 0.50% by weight.

ホウ素(B)
ホウ素は、極微量の添加でも粒界偏析(Grain Boundary Segregation)によって焼入れ(Quenching)特性を大きく向上させ、他の元素であるマンガン、クロム、ニッケルなどのような成分の焼入れ特性も向上させる効果があるのに対し、ホウ素の焼入れ特性の向上効果は、炭素量が増加すれば減少する傾向を示す。本発明の熱間金型鋼は、前記ホウ素を0.0001〜0.003重量%で含むことが好ましい。
Boron (B)
Boron has the effect of greatly improving the quenching characteristics by grain boundary segregation even when added in a very small amount, and also improving the quenching characteristics of other elements such as manganese, chromium, and nickel. In contrast, the effect of improving the quenching characteristics of boron tends to decrease as the carbon content increases. The hot mold steel of the present invention preferably contains 0.0001 to 0.003% by weight of the boron.

銅(Cu)
前記銅(Cu)は、屑鉄中に含まれて入る元素であって、0.02重量%を超えて添加すると、熱間鍛造時に表面割れ現象などが発生して鍛造性を減少させるので、本発明の熱間金型鋼では、前記銅を0.02重量%以下、好ましくは0.005〜0.02重量%の含有量で含むことが好ましい。
Copper (Cu)
The copper (Cu) is an element contained in scrap iron, and if added over 0.02% by weight, surface cracking phenomenon occurs during hot forging and the forgeability is reduced. In the hot die steel of the invention, the copper is preferably contained in a content of 0.02% by weight or less, preferably 0.005 to 0.02% by weight.

リン(P)
リンは、強度を増加させるのに一部寄与するが、0.006重量%を超える場合、溶接性が悪化する問題がある。したがって、本発明では、0.006重量%以下に限定し、好ましくは0.001〜0.006重量%が好ましい。
Phosphorus (P)
Phosphorus partially contributes to increasing the strength, but if it exceeds 0.006% by weight, there is a problem that weldability deteriorates. Therefore, in this invention, it limits to 0.006 weight% or less, Preferably 0.001-0.006 weight% is preferable.

硫黄(S)
硫黄(S)は、代表的な不可避不純物であって、本発明では、0.0001〜0.002重量%が好ましい。
Sulfur (S)
Sulfur (S) is a typical inevitable impurity, and in the present invention, 0.0001 to 0.002% by weight is preferable.

アルミニウム(Al)および窒素(N)
アルミニウムおよび窒素は、製鋼中に含まれる不純物であって、最大限に低減させなければならないが、ホウ素を添加して粒界偏析を得るための場合には、鋼の性質に害を及ぼさない範囲以下で適量を添加すると、アルミニウム−窒素−ホウ素間の緩衝作用が生じ得る。前記のように、焼入れ性の向上に寄与する結晶粒界に偏析する固溶ホウ素量が確保されたことから、本発明の熱間金型鋼において、アルミニウムは、0.02〜0.08重量%で含むことが好ましく、窒素は、0.005〜0.06重量%で含むことが好ましい。
Aluminum (Al) and Nitrogen (N)
Aluminum and nitrogen are impurities contained in steelmaking and must be reduced to the maximum. However, when boron is added to obtain grain boundary segregation, the range does not harm steel properties. When an appropriate amount is added below, a buffering action between aluminum, nitrogen and boron can occur. As described above, since the amount of solid solution boron segregating at the grain boundaries contributing to the improvement of hardenability is secured, in the hot die steel of the present invention, aluminum is 0.02 to 0.08% by weight. Preferably, nitrogen is contained at 0.005 to 0.06% by weight.

本発明では、上述した熱間金型鋼の成分を除き、残りは実質的に鉄(Fe)からなる。
前記残りは、実質的に鉄(Fe)からなるというのは、本発明の作用効果を阻害しない限り、不可避不純物をはじめとして他の微量元素を含むものまで本発明の範囲に含まれることを意味する。
本発明において、前記熱間金型鋼は、その組成中、特に、クロム含有量を特定範囲に調節することにより、高温で高い熱伝導度を有し、強度および硬度も非常に優れた熱間金型鋼を提供することができる。
一方、本発明において、前記金型鋼をなす炭素、ケイ素、マンガン、クロム、モリブデンおよびニッケルそれぞれの含有量の値を下記式(1)に代入する場合、その値が25以上であることが好ましい。
In the present invention, except for the components of the hot mold steel described above, the remainder is substantially made of iron (Fe).
That the remainder consists essentially of iron (Fe) means that it includes the inevitable impurities and other trace elements as long as the effects of the present invention are not impaired. To do.
In the present invention, the hot mold steel has a high thermal conductivity at a high temperature and a very excellent strength and hardness by adjusting the chromium content to a specific range in the composition. Shape steel can be provided.
On the other hand, in the present invention, when the content values of carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum, and nickel forming the mold steel are substituted into the following formula (1), the value is preferably 25 or more.

F(C)×F(Si)×F(Mn)×F(Cr)×F(Mo)×F(Ni) 式(1)
ただし、上記式(1)で使用される各因子の定義は次の通りである。
F(C)=0.37−0.39×(0.12^炭素含有量(%));
F(Si)=0.7×ケイ素含有量(%)+1;
F(Mn)=3.35×マンガン含有量(%)+1;
F(Cr)=2.16×クロム含有量(%)+1;
F(Ni)=0.36×ニッケル含有量(%)+1;および
F(Mo)=3×モリブデン含有量(%)+1であってもよい。
F (C) × F (Si) × F (Mn) × F (Cr) × F (Mo) × F (Ni) Formula (1)
However, the definition of each factor used by said Formula (1) is as follows.
F (C) = 0.37-0.39 × (0.12 ^ carbon content (%));
F (Si) = 0.7 × silicon content (%) + 1;
F (Mn) = 3.35 × manganese content (%) + 1;
F (Cr) = 2.16 × chromium content (%) + 1;
F (Ni) = 0.36 × nickel content (%) + 1; and F (Mo) = 3 × molybdenum content (%) + 1.

本発明において、上記式(1)から得られる値は、理想臨界直径(単位はinch)で、できるだけ早く冷却させた時に焼入れされる最大直径を意味するもので、その値が高いほど、一定の冷却速度で深部までマルテンサイトで作れる製品の大きさが大きくなるので、製品の生産に有利である。したがって、本発明では、製造される熱間金型鋼の熱伝導度、強度および硬度などを考慮し、前記製品の生産性も考慮する時、上記式(1)から得られる値は25以上であることが好ましく、より好ましくは26以上、さらに好ましくは30以上であってもよい。   In the present invention, the value obtained from the above formula (1) is the ideal critical diameter (unit is inch), which means the maximum diameter that is quenched when cooled as quickly as possible. Since the size of the product that can be made from martensite to the deep part at a cooling rate increases, it is advantageous for production of the product. Therefore, in the present invention, when considering the thermal conductivity, strength, hardness and the like of the hot mold steel to be manufactured, and considering the productivity of the product, the value obtained from the above formula (1) is 25 or more. Preferably, it may be 26 or more, more preferably 30 or more.

また、本発明では、前記熱間金型鋼の組成中、モリブデンおよびタングステンそれぞれの含有量の値を下記式(2)に代入する場合、その値が2以上3以下であることが好ましい。   Moreover, in this invention, when substituting the value of each content of molybdenum and tungsten in following formula (2) in the composition of the said hot die steel, it is preferable that the value is 2 or more and 3 or less.

モリブデン含有量(%)+0.5×タングステン含有量(%) 式(2)
本発明で提供する新規な上記式(2)は、高温強度および耐腐食性を調節する要因であって、上記式の値が2未満または3を超える場合、十分な高温強度および耐腐食性を確保しにくく、前記熱間金型鋼を用いてダイカストを製造する場合、寿命が短くなり得る。
Molybdenum content (%) + 0.5 x tungsten content (%) Formula (2)
The new formula (2) provided by the present invention is a factor for adjusting the high temperature strength and corrosion resistance. When the value of the above formula is less than 2 or more than 3, sufficient high temperature strength and corrosion resistance are obtained. It is difficult to ensure, and when die casting is produced using the hot mold steel, the life can be shortened.

また、本発明では、前記熱間金型鋼の組成中、チタンおよびバナジウムそれぞれの含有量の値を下記式(3)に代入する場合、その値が0.4以上0.5以下であることが好ましい。   Moreover, in this invention, when the value of each content of titanium and vanadium is substituted into following formula (3) in the composition of the said hot die steel, the value may be 0.4 or more and 0.5 or less. preferable.

チタン含有量(%)+バナジウム含有量(%) 式(3)
本発明で提供する新規な上記式(3)は、炭化物関連の高温熱伝導度を調節する要因であって、上記式の値が0.4未満または0.5を超える場合、十分な高温熱伝導度を確保しにくく、本発明に係る熱間金型鋼で製造されるダイカストを用いた製品の品質や生産速度にも影響を及ぼすことがある。
Titanium content (%) + vanadium content (%) Formula (3)
The new formula (3) provided in the present invention is a factor for adjusting the high temperature thermal conductivity related to carbide, and when the value of the formula is less than 0.4 or exceeds 0.5, It is difficult to ensure conductivity, and it may affect the quality and production speed of products using die casting manufactured with the hot die steel according to the present invention.

また、本発明において、前記熱間金型鋼の組成中、クロム、モリブデンおよびタングステンそれぞれの含有量の値を下記式(4)に代入する場合、その値が9以上であることが好ましい。   Moreover, in this invention, when substituting the value of each content of chromium, molybdenum, and tungsten in following formula (4) in the composition of the said hot die steel, it is preferable that the value is 9 or more.

クロム含有量(%)+3.3×{モリブデン含有量(%)+0.5×タングステン含有量(%)} 式(4)
本発明で提供する上記式(4)は、高温での腐食抵抗性を調節する要因で、上記式の値が9未満の場合、十分な高温腐食性を確保しにくい。したがって、本発明では、上記式(4)から得られる値は、9以上であることが好ましく、より好ましくは9.5以上、さらに好ましくは10以上であってもよい。
Chromium content (%) + 3.3 × {Molybdenum content (%) + 0.5 × Tungsten content (%)} Equation (4)
The above formula (4) provided by the present invention is a factor for adjusting the corrosion resistance at high temperatures. When the value of the above formula is less than 9, it is difficult to ensure sufficient high temperature corrosivity. Therefore, in the present invention, the value obtained from the above formula (4) is preferably 9 or more, more preferably 9.5 or more, and even more preferably 10 or more.

本発明において、前記のような組成を有する熱間金型鋼は、高温耐久性および高温熱伝導度に優れて高温で素材の温度差が少なく発生するので、ヒートチェック(heat−checking)特性に優れる。したがって、本発明に係る前記熱間金型鋼をダイカストに適用する場合、前記ダイカストの寿命が長くなり、また、前記ダイカストを用いて生産される製品の冷却速度が速くなって生産される製品の物性が向上し、冷却時間が短縮されて生産性を向上させることができる。   In the present invention, the hot die steel having the composition as described above is excellent in high temperature durability and high temperature thermal conductivity, and generates a small temperature difference of the material at high temperature, so that it has excellent heat-checking characteristics. . Therefore, when the hot mold steel according to the present invention is applied to die casting, the life of the die casting is prolonged, and the physical properties of the product produced by increasing the cooling rate of the product produced using the die casting. As a result, the cooling time is shortened and productivity can be improved.

以下、上述のような鋼の成分を用いた熱間金型鋼の製造方法について説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the hot die steel using the above steel components will be described.

本発明では、まず、上記の組成を有する鋼塊を製造することができる。人為的な熱源として、例えば、電気炉、真空誘導炉および大気誘導炉のうちの1つを用いて金属を溶かした後、製鋼作業時に発生する酸素、水素、窒素などのガスを効果的に除去して鋼塊を製造することができる。   In the present invention, first, a steel ingot having the above composition can be produced. As an artificial heat source, for example, one of an electric furnace, a vacuum induction furnace, and an atmospheric induction furnace is used to melt metal, and then effectively remove gases such as oxygen, hydrogen, and nitrogen that are generated during steelmaking operations. Thus, a steel ingot can be manufactured.

本発明において、前記鋼塊は、必須元素として、炭素(C)、ケイ素(Si)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、チタン(Ti)、バナジウム(V)およびホウ素(B)を含み、残りはFe(鉄)、微細元素および不可避不純物として、例えば、リン(P)、硫黄(S)、アルミニウム(Al)、窒素(N)および酸素(O)を含む。好ましくは、前記鋼塊は、炭素(C)0.35〜0.45重量%、ケイ素(Si)0.20〜0.30重量%、マンガン(Mn)0.30〜0.40重量%、ニッケル(Ni)0.50〜1.20重量%、クロム(Cr)1.5〜2.2重量%、モリブデン(Mo)2.0〜2.6重量%、タングステン(W)0.0001〜1.0重量%、チタン(Ti)0超過0.4重量%以下、バナジウム(V)0.30〜0.50重量%、ホウ素(B)0.0001〜0.003重量%および銅(Cu)0.005〜0.02重量%を含み、残りはFeおよび不可避不純物を含むことができ、追加的に、アルミニウム(Al)0.02〜0.08重量%、窒素(N)0.005〜0.06重量%、リン(P)0.001〜0.006重量%および硫黄(S)0.0001〜0.002重量%をさらに含んでもよい。   In the present invention, the steel ingot includes, as essential elements, carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), nickel (Ni), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium ( Ti), vanadium (V) and boron (B), the remainder being Fe (iron), fine elements and inevitable impurities such as phosphorus (P), sulfur (S), aluminum (Al), nitrogen (N) And oxygen (O). Preferably, the steel ingot is carbon (C) 0.35 to 0.45 wt%, silicon (Si) 0.20 to 0.30 wt%, manganese (Mn) 0.30 to 0.40 wt%, Nickel (Ni) 0.50-1.20 wt%, Chromium (Cr) 1.5-2.2 wt%, Molybdenum (Mo) 2.0-2.6 wt%, Tungsten (W) 0.0001- 1.0 wt%, titanium (Ti) 0 excess 0.4 wt% or less, vanadium (V) 0.30 to 0.50 wt%, boron (B) 0.0001 to 0.003 wt% and copper (Cu ) 0.005-0.02% by weight, the remainder may contain Fe and inevitable impurities, in addition, aluminum (Al) 0.02-0.08% by weight, nitrogen (N) 0.005 -0.06 wt%, phosphorus (P) 0.001-0.006 wt% and sulfur S) 0.0001 to 0.002 may further comprise a weight percent.

本発明において、前記鋼塊の組成中、各成分毎の含有量限定の理由は、前記熱間金型鋼の組成に記載されたところと重複し、以下、その詳細な記載を省略する。   In the present invention, in the composition of the steel ingot, the reason for limiting the content for each component overlaps with that described in the composition of the hot mold steel, and the detailed description thereof will be omitted below.

本発明では、前記のように鋼塊が用意されると、選択的に、エレクトロスラグ再溶解(Electro−slag remelting、ESR)工程を行って鋼塊を精錬することができる。   In the present invention, when the steel ingot is prepared as described above, the steel ingot can be refined selectively by performing an electro-slag remelting (ESR) process.

また、本発明では、前記エレクトロスラグ再溶解工程の際、不活性ガス雰囲気下で行うことができ、好ましくは、アルゴンガス雰囲気下で行った方が、空気中から溶解した窒素による窒化物の形成によって素材の靭性が低下するのを防止することができる。ただし、本発明において、前記エレクトロスラグ再溶解工程は、当該技術分野で一般的に使用される方法、あるいは通常の技術者が前記方法から自明に変更できる範囲内で行われてもよく、ガス雰囲気以外の具体的な工程条件は特に制限しない。   Further, in the present invention, the electroslag remelting step can be performed in an inert gas atmosphere, and preferably performed in an argon gas atmosphere to form nitride by nitrogen dissolved from the air. Therefore, it can prevent that the toughness of a raw material falls. However, in the present invention, the electroslag remelting step may be performed within a range that can be changed from a method generally used in the technical field, or a normal engineer can obviously change from the method, and a gas atmosphere. Specific process conditions other than are not particularly limited.

本発明では、前記エレクトロスラグ再溶解工程後に得られたエレクトロスラグ再溶解鋼塊を製造しようとする規格の形状にするための工程である鍛造を行う前に、予備熱処理を行うことができる。   In the present invention, preliminary heat treatment can be performed before forging, which is a process for obtaining a standard shape to be manufactured of the electroslag remelting steel ingot obtained after the electroslag remelting process.

本発明において、前記予備熱処理の温度は特に制限はないが、好ましくは800〜1300℃であってもよい。前記予備熱処理の温度が800℃未満の場合、鍛造中の温度下落によって作業が難しく、前記予備熱処理の温度が1300℃を超える場合、過熱によって高温脆化現象が発生することがある。   In the present invention, the temperature of the preliminary heat treatment is not particularly limited, but may preferably be 800 to 1300 ° C. When the temperature of the preliminary heat treatment is less than 800 ° C., the operation is difficult due to a temperature drop during forging, and when the temperature of the preliminary heat treatment exceeds 1300 ° C., a high temperature embrittlement phenomenon may occur due to overheating.

また、本発明において、前記予備熱処理は、1150〜1300℃の温度下で15〜25時間一次熱処理するステップと、1100〜1200℃の温度下で8〜13時間二次熱処理するステップとを含むことができる。   In the present invention, the preliminary heat treatment includes a step of primary heat treatment at a temperature of 1150 to 1300 ° C. for 15 to 25 hours and a step of secondary heat treatment at a temperature of 1100 to 1200 ° C. for 8 to 13 hours. Can do.

本発明では、前記予備熱処理後、鋼塊を鍛造して金型素材に製造することができる。具体的には、前記熱処理された鋼塊を850〜1300℃の温度下で鍛造して鋼塊の鋳造組織を破壊し、凝固時に生じる鋼塊内部の気孔を圧着および除去して内部品質を向上させ、金型素材の形状を作ることができる。本発明において、前記鍛造工程の実行温度が850℃未満の場合、鍛造作業中に変形が難しくて亀裂が発生し、1300℃を超えると、過熱による高温脆化現象が発生して亀裂が発生することがある。   In the present invention, after the preliminary heat treatment, the steel ingot can be forged to produce a mold material. Specifically, the heat-treated steel ingot is forged at a temperature of 850 to 1300 ° C. to destroy the cast structure of the steel ingot, and the internal quality of the steel ingot is reduced by pressure bonding and removal to improve the internal quality. The shape of the mold material can be made. In the present invention, when the execution temperature of the forging process is less than 850 ° C., deformation is difficult during the forging operation and cracks occur. When the temperature exceeds 1300 ° C., high temperature embrittlement due to overheating occurs and cracks occur. Sometimes.

また、本発明では、前記鍛造工程の際、鍛造比は5S以上であることが好ましく、より好ましくは5〜10Sであってもよい。本発明では、5S以上の鍛造比で鋼塊を鍛造することにより、鋼塊の内部に存在する気孔を圧下して消滅させることにより、最終的には金型鋼の組織を微細に形成することができる。しかし、前記鍛造比が5S未満の場合、金型鋼の組織が粗大化して靭性が脆弱になり、このような金型鋼をダイカストに適用する場合、生産される製品の品質も悪化することがある。一方、前記鍛造比が10Sを超える場合、鋳造鋼塊の限られた大きさと鍛造プレスの作業範囲において問題になり得るので、本発明では、5〜10Sの鍛造比で鍛造工程を行うことが好ましい。   In the present invention, in the forging step, the forging ratio is preferably 5S or more, and more preferably 5 to 10S. In the present invention, by forging the steel ingot at a forging ratio of 5S or more, the pores existing in the steel ingot are reduced and eliminated, and finally the microstructure of the mold steel can be formed finely. it can. However, when the forging ratio is less than 5S, the structure of the mold steel becomes coarse and the toughness becomes weak, and when such mold steel is applied to die casting, the quality of the produced product may deteriorate. On the other hand, when the forging ratio exceeds 10S, it may cause a problem in the limited size of the cast steel ingot and the working range of the forging press. Therefore, in the present invention, it is preferable to perform the forging process at a forging ratio of 5 to 10S. .

本発明では、前記のように鍛造工程によって得られた金型素材の球状化熱処理を行うことができる。前記鍛造工程によって金型素材の微細組織と結晶粒が粗大で不均一になる。したがって、本発明では、球状化熱処理により金型素材の不均一な結晶粒と微細組織を再結晶化させ、微細化させて均一化させることにより、後工程のクエンチングおよびテンパリングで良好な要求性質を得ることができる。   In the present invention, the spheroidizing heat treatment of the mold material obtained by the forging process as described above can be performed. The forging process makes the microstructure and crystal grains of the mold material coarse and non-uniform. Therefore, in the present invention, by recrystallizing the non-uniform crystal grains and microstructure of the mold material by spheroidizing heat treatment, and making it fine and uniform, good required properties in the subsequent quenching and tempering Can be obtained.

本発明において、前記球状化熱処理の実行温度は、650〜850℃であることが好ましい。前記球状化熱処理の実行温度が650℃未満の場合、再結晶および結晶粒が不均一になって、球状化熱処理後も微細組織が不均一であり、前記球状化熱処理の実行温度が850℃を超えると、結晶粒が粗大化して、後のクエンチングおよびテンパリング工程で目的の性質を得にくいことがある。   In this invention, it is preferable that the execution temperature of the said spheroidization heat processing is 650-850 degreeC. When the execution temperature of the spheroidizing heat treatment is less than 650 ° C., recrystallization and crystal grains become non-uniform, and the microstructure is non-uniform even after the spheroidizing heat treatment, and the execution temperature of the spheroidizing heat treatment is 850 ° C. If it exceeds, the crystal grains become coarse and it may be difficult to obtain the desired properties in the subsequent quenching and tempering steps.

本発明では、前記のような球状化熱処理の後、10〜30℃/hrの冷却速度で、200〜300℃の冷却終了温度まで冷却する工程を行うことができる。前記冷却する方法は特に制限はないし、油冷、空冷および水冷のうちのいずれか1つによると良い。   In the present invention, after the spheroidizing heat treatment as described above, a step of cooling to a cooling end temperature of 200 to 300 ° C. can be performed at a cooling rate of 10 to 30 ° C./hr. The cooling method is not particularly limited, and may be any one of oil cooling, air cooling, and water cooling.

本発明では、前記冷却工程の後、金型素材を熱処理するクエンチング(quenching)工程を行うことができる。本発明において、前記クエンチング実行温度は、900〜1030℃であることが好ましく、より好ましくは940〜1030℃であってもよい。クエンチング実行温度が900℃未満の場合、添加された合金元素の固溶効果が小さく、組織の均質化効果が低下することがあり、クエンチング実行温度が1030℃を超える場合、粒子の粗大化によって金型素材の硬度が急激に低下することがある。   In the present invention, after the cooling step, a quenching step of heat-treating the mold material can be performed. In this invention, it is preferable that the said quenching execution temperature is 900-1030 degreeC, More preferably, 940-1030 degreeC may be sufficient. When the quenching execution temperature is less than 900 ° C., the solid solution effect of the added alloying element is small and the homogenization effect of the structure may be reduced. When the quenching execution temperature exceeds 1030 ° C., the particles become coarse As a result, the hardness of the mold material may be drastically reduced.

また、本発明では、前記クエンチング工程の後、高圧の加速冷却器を用いて、0.5℃/s以上、好ましくは0.5〜3.0℃/sの冷却速度で、80〜100℃の冷却終了温度まで急冷する工程を追加的に行うことにより、最終的に製造される金型鋼の強度をさらに向上させることができる。   In the present invention, after the quenching step, a high-pressure accelerated cooler is used, and the cooling rate is 0.5 ° C./s or more, preferably 0.5 to 3.0 ° C./s, and 80 to 100 By additionally performing the step of rapidly cooling to the cooling end temperature of 0 ° C., the strength of the finally produced mold steel can be further improved.

さらに、本発明では、前記のように急冷された金型素材をテンパリング(tempering)する工程を行うことができる。本発明において、前記テンパリング実行温度は500〜630℃であった方が、鋼の脆性を改善し、残留応力を除去し、また、微細炭化物の生成によって所定の強度と衝撃靭性を得ることができる。前記テンパリング実行温度が500℃未満の場合、温度が低くて残留応力が残存し、脆性を有するマルテンサイトの靭性改善効果が少なく、前記テンパリング実行温度が630℃を超える場合、硬度が急激に低下することがある。   Furthermore, in the present invention, a step of tempering the mold material that has been quenched as described above can be performed. In the present invention, when the tempering execution temperature is 500 to 630 ° C., the brittleness of the steel can be improved, the residual stress can be removed, and the predetermined strength and impact toughness can be obtained by the formation of fine carbides. . When the tempering execution temperature is less than 500 ° C., the temperature is low, residual stress remains, the toughness improvement effect of martensite having brittleness is small, and when the tempering execution temperature exceeds 630 ° C., the hardness decreases rapidly. Sometimes.

また、本発明では、急冷された金型素材を、580〜600℃の温度下で3〜6時間一次テンパリングした後、550〜590℃の温度下で3〜6時間二次テンパリングし、610〜630℃の温度下で1〜4時間三次テンパリングすることができる。   In the present invention, the rapidly cooled mold material is first tempered at a temperature of 580 to 600 ° C. for 3 to 6 hours, and then secondarily tempered at a temperature of 550 to 590 ° C. for 3 to 6 hours. Tertiary tempering can be performed at a temperature of 630 ° C. for 1 to 4 hours.

本発明において、前記一次テンパリングによって、金型素材の組織中の残留オーステナイトは除去され、微細炭化物が形成され、マルテンサイトのテンパリングによって前記金型素材の強度が向上できる。
また、本発明では、前記二次テンパリングによって、金型素材の組織中の微細炭化物が形成され、フレッシュ(fresh)マルテンサイトのテンパリングによって前記金型素材の強度がより向上できる。
さらに、本発明では、前記三次テンパリングによって、金型素材の硬度を精密に調節することができる。
In the present invention, residual austenite in the structure of the mold material is removed by the primary tempering, fine carbide is formed, and the strength of the mold material can be improved by tempering of martensite.
In the present invention, fine carbides in the structure of the mold material are formed by the secondary tempering, and the strength of the mold material can be further improved by tempering of fresh martensite.
Furthermore, in the present invention, the hardness of the mold material can be precisely adjusted by the tertiary tempering.

ただし、前記一次、二次および三次テンパリング工程を行った後は、それぞれ油冷、空冷および水冷のうちのいずれか1つの冷却方法を利用して、80℃以下の温度まで冷却することにより、均一で微細な炭化物またはマルテンサイト組織を形成することができる。   However, after the primary, secondary, and tertiary tempering steps are performed, each of the oil cooling, air cooling, and water cooling is used to cool to a temperature of 80 ° C. or less, thereby uniform. And a fine carbide or martensite structure can be formed.

また、本発明では、選択的に、前記のようにテンパリングされた金型素材を検査することができる。前記のような工程により得られた金型素材について不健全部があるかを検査し、不健全部がある場合、除去し、出荷することができる。
上述のように検査する工程が完了すると、本発明に係る熱間金型鋼を得ることができる。本発明で製造された熱間金型鋼は、自動車部品の製造などに使用されるダイカスト用に使用できる。
In the present invention, the mold material tempered as described above can be selectively inspected. It is possible to inspect whether or not there is an unhealthy part in the mold material obtained by the process as described above. If there is an unhealthy part, it can be removed and shipped.
When the step of inspecting as described above is completed, the hot mold steel according to the present invention can be obtained. The hot die steel manufactured by the present invention can be used for die casting used for manufacturing automobile parts.

本発明は、特定の組成を有する鋼塊を対象として、特定の工程条件下で熱間金型鋼を製造することにより、最終的には、高温熱伝導度および高温耐久性に優れた熱間金型鋼を製造することができる。本発明で製造された熱間金型鋼は、長期間使用が可能で環境に優しく、前記金型鋼から製造される製品の生産品質および生産速度をすべて高めることができる。   The present invention aims at producing a hot die steel under a specific process condition for a steel ingot having a specific composition, and finally, a hot metal excellent in high temperature thermal conductivity and high temperature durability. Shape steel can be manufactured. The hot mold steel manufactured according to the present invention can be used for a long period of time and is environmentally friendly, and can improve all the production quality and production speed of products manufactured from the mold steel.

以下、具体的な実施例を通じて本発明をより具体的に説明する。下記の実施例は本発明の理解のための例示に過ぎず、本発明の範囲がこれに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically through specific examples. The following examples are merely illustrative for understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

実施例
[実施例1〜12および比較例1〜8]
まず、下記の表1および表2に示す組成を有する鋼塊を用意した後、アルゴンガス雰囲気下でエレクトロスラグ再溶解工程を行い、1180℃で5.2Sの鍛造比で鍛造して金型素材を製造した後、800℃で球状化熱処理を行った。以後、下記表3に示された条件でクエンチング、急速冷却および三次テンパリング工程を行って熱間金型鋼を製造した。
Examples [Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 8]
First, after preparing a steel ingot having the composition shown in Table 1 and Table 2 below, an electroslag remelting step is performed in an argon gas atmosphere, and forging is performed at a forging ratio of 5.2 S at 1180 ° C. After manufacturing, spheroidizing heat treatment was performed at 800 ° C. Thereafter, hot die steel was manufactured by performing quenching, rapid cooling and tertiary tempering processes under the conditions shown in Table 3 below.

[実験例1]熱伝導度評価
前記実施例3で製造された金型鋼について各温度毎に熱伝導度を測定して、その結果を下記表4および図1に示した。
[Experimental Example 1] Thermal conductivity evaluation The thermal conductivity of the mold steel produced in Example 3 was measured at each temperature, and the results are shown in Table 4 and FIG.

前記の表4および図1に示されるように、本発明により製造された熱間金型鋼は、常温以上で30W/mK以上の熱伝導率を示し、100℃以上の高温では略35W/mK以上の熱伝導率を示し、600〜700℃の非常に高温でも31W/mK以上の熱伝導率を示している。
これにより、本発明に係る熱間金型鋼は、高温熱伝導度に優れていることが分かる。
As shown in Table 4 and FIG. 1 above, the hot die steel produced according to the present invention exhibits a thermal conductivity of 30 W / mK or higher at room temperature or higher, and approximately 35 W / mK or higher at a high temperature of 100 ° C. or higher. The thermal conductivity is 31 W / mK or higher even at a very high temperature of 600 to 700 ° C.
Thereby, it turns out that the hot metal mold | die steel which concerns on this invention is excellent in high temperature thermal conductivity.

[実験例2]物性評価
クロムおよびチタン含有量の変化による強度変化を確認するために、前記実施例2、3〜5および10と、比較例2および4で製造された熱間金型鋼の硬度に対する降伏強度および引張強度の値を図2および図3にグラフで示し、硬度に対する衝撃エネルギーの値を図4にグラフで示した。
[Experimental Example 2] Evaluation of physical properties In order to confirm the change in strength due to the change in the chromium and titanium contents, the hardness of the hot die steels produced in Examples 2, 3 to 5 and 10 and Comparative Examples 2 and 4 were compared. The yield strength and tensile strength values with respect to are shown graphically in FIGS. 2 and 3, and the impact energy values with respect to hardness are graphically shown in FIG.

図2および図3に示されるように、クロム含有量が本発明の範囲に属する実施例2、3〜5および10の場合、硬度、降伏強度(Yield Strength)および引張強度(Tensile Strength)が非常に高い結果を示すが、クロムの含有量が本発明の範囲を外れる比較例2および4の場合、硬度および降伏強度が著しく低い値を有することが分かる。また、実施例10の場合、実施例2および3〜5よりも硬度および降伏強度が非常に高いことが分かる。   As shown in FIGS. 2 and 3, in Examples 2, 3 to 5 and 10, in which the chromium content falls within the scope of the present invention, the hardness, the yield strength, and the tensile strength are very high. In Comparative Examples 2 and 4, where the chromium content is outside the scope of the present invention, the hardness and the yield strength are remarkably low. Moreover, in the case of Example 10, it turns out that hardness and yield strength are very higher than Examples 2 and 3-5.

図4に示されるように、クロム含有量が本発明の範囲に属する実施例2、3〜5および10の場合、衝撃エネルギーが非常に低いのに対し、クロム含有量が本発明の範囲を外れる比較例2および4の場合、衝撃エネルギーが非常に高い値を有することが分かる。また、実施例10の場合、実施例2および3〜5よりも衝撃エネルギーがさらに低いことが分かる。   As shown in FIG. 4, in Examples 2, 3 to 5 and 10 in which the chromium content is within the scope of the present invention, the impact energy is very low, whereas the chromium content is outside the scope of the present invention. In Comparative Examples 2 and 4, it can be seen that the impact energy has a very high value. Moreover, in the case of Example 10, it turns out that impact energy is still lower than Example 2 and 3-5.

[実験例3]物性評価
前記実施例12、比較例7および8で製造された熱間金型鋼について温度による熱伝導度の変化を測定して、その結果を図5に示し、ヒートチェックの実行結果は下記の表5に示し、靭性評価結果は図6に示している。
[Experimental Example 3] Physical Property Evaluation The change in thermal conductivity with temperature was measured for the hot mold steels produced in Example 12 and Comparative Examples 7 and 8, and the results are shown in FIG. The results are shown in Table 5 below, and the toughness evaluation results are shown in FIG.

ただし、ヒートチェック評価条件は、700℃で13秒加熱後、12秒冷却を1,000回繰り返した後、平均亀裂長さ(mm)と最高亀裂長さ(mm)を測定した。また、靭性評価は、規格NADCAにより、Uノッチ衝撃靭性20J/cm以上で評価した。
However, the heat check evaluation conditions were that after heating at 700 ° C. for 13 seconds and cooling for 12 seconds 1,000 times, the average crack length (mm) and the maximum crack length (mm) were measured. In addition, the toughness was evaluated according to the standard NADCA with a U-notch impact toughness of 20 J / cm 2 or more.

図5および図6に示されるように、実施例12の熱間金型鋼が、比較例7および8の熱間金型鋼より熱伝導度および衝撃靭性の特性が著しく優れていることが分かる。
また、前記表5に示されるように、ヒートチェック特性も、実施例12が比較例7より著しく優れており、比較例8とは同等以上の水準を有することが分かる。
As shown in FIGS. 5 and 6, it can be seen that the hot mold steel of Example 12 has significantly superior thermal conductivity and impact toughness characteristics than the hot mold steels of Comparative Examples 7 and 8.
Further, as shown in Table 5 above, it can be seen that the heat check characteristics of Example 12 are remarkably superior to those of Comparative Example 7 and have a level equal to or higher than that of Comparative Example 8.

[実験例4]エレクトロスラグ再溶解条件の評価
前記実施鋼1の鋼塊について、それぞれ空気(20トン注入)またはアルゴンガス(100kg注入)下でエレクトロスラグ再溶解工程を行った。前記鋼塊の溶解状態の素材と、空気またはアルゴンガス雰囲気下でエレクトロスラグ再溶解工程の実行後に得られた鋼塊中の水素、酸素および窒素の含有量を評価して、その結果を下記の表6に示した。
[Experimental Example 4] Evaluation of electroslag remelting condition The steel ingot of the steel example 1 was subjected to an electroslag remelting step under air (20 ton injection) or argon gas (100 kg injection), respectively. The steel ingot dissolved material and the content of hydrogen, oxygen and nitrogen in the steel ingot obtained after the electroslag remelting step in air or argon gas atmosphere were evaluated. Table 6 shows.

前記表6に示されるように、熱間金型鋼を製造するために、エレクトロスラグ再溶解工程を行うに際して、アルゴンガス雰囲気下で行った場合、鋼塊素材において、窒素含有量が溶解状態に比べてやや増加したが、空気を注入した場合には、空気中から溶解した窒素の相当量が窒化物を形成したことが分かった。   As shown in Table 6, when the electroslag remelting process is performed in an argon gas atmosphere to produce hot mold steel, the nitrogen content in the steel ingot material is higher than that in the molten state. Although it increased slightly, it was found that when air was injected, a considerable amount of nitrogen dissolved from the air formed nitrides.

[実験例5]鍛造比条件の評価
鍛造比による効果の差を比較するために、前記実施例3で製造された熱間金型鋼を用意し、前記実施例3と同一の工程で熱間金型鋼を製造するものの、鍛造比を3.2Sとして鍛造を行って製造された熱間金型鋼を比較例9として用意した。前記実施例3と比較例9の熱間金型鋼の表面粒子写真を撮影した結果を下記のように図7(a)および(b)に示した。
[Experimental Example 5] Evaluation of Forging Ratio Conditions In order to compare the difference in effect due to the forging ratio, the hot mold steel manufactured in Example 3 was prepared, and the hot metal was manufactured in the same process as in Example 3. Although a mold steel was manufactured, a hot mold steel manufactured by forging with a forging ratio of 3.2 S was prepared as Comparative Example 9. The results of taking surface particle photographs of the hot mold steels of Example 3 and Comparative Example 9 are shown in FIGS. 7A and 7B as follows.

図7(a)に示されるように、実施例3の熱間金型鋼は、粒子サイズがASTM#7以上と、密な構造を有することが分かるが、比較例9の熱間金型鋼は、粒子サイズがASTM#2.5程度と、粒子が粗大化したことを確認することができた。   As shown in FIG. 7 (a), it can be seen that the hot mold steel of Example 3 has a dense structure with a particle size of ASTM # 7 or more, but the hot mold steel of Comparative Example 9 is It was confirmed that the particle size was about ASTM # 2.5 and the particles became coarse.

[実験例6]クエンチング温度条件の評価
クエンチング温度条件による強度変化を評価するために、前記実施例3と同一の工程で熱間金型鋼を製造するものの、クエンチング温度を940℃、970℃、1000℃、1030℃および1060℃に調節した。クエンチング温度による最終的に製造された熱間金型鋼の強度を評価して、その結果を下記図8に示した。
[Experimental Example 6] Evaluation of quenching temperature condition In order to evaluate the strength change due to the quenching temperature condition, a hot mold steel was manufactured in the same process as in Example 3, but the quenching temperature was 940 ° C, 970. ℃, 1000 ℃, 1030 ℃ and 1060 ℃。 The strength of the finally produced hot mold steel according to the quenching temperature was evaluated, and the result is shown in FIG. 8 below.

図8に示されるように、クエンチング温度が940℃、970℃および1000℃に上昇するほど、強度も増加する傾向を示し、1030℃で最も優れた強度を示したが、1060℃で強度が急激に減少することが分かる。   As shown in FIG. 8, as the quenching temperature increased to 940 ° C., 970 ° C., and 1000 ° C., the strength also tended to increase, and the most excellent strength was exhibited at 1030 ° C., but the strength was increased at 1060 ° C. It turns out that it decreases rapidly.

[実験例7]クエンチング温度およびテンパリング温度条件の評価
クエンチング温度およびテンパリング温度条件による強度変化を評価するために、前記実施例3と同一の工程で熱間金型鋼を製造するものの、クエンチング温度を1000℃、1020℃および1040℃に調節し、テンパリングは1ステップで行うものの、実行温度はそれぞれ400℃、550℃および625℃に調節した。クエンチング温度およびテンパリング温度による最終的に製造された熱間金型鋼の組織写真を下記図9に示した。
[Experimental Example 7] Evaluation of quenching temperature and tempering temperature conditions In order to evaluate the strength change due to the quenching temperature and tempering temperature conditions, a hot mold steel was manufactured in the same process as in Example 3, but quenching was performed. The temperature was adjusted to 1000 ° C., 1020 ° C. and 1040 ° C., and tempering was performed in one step, but the running temperatures were adjusted to 400 ° C., 550 ° C. and 625 ° C., respectively. The structure photograph of the finally produced hot die steel according to the quenching temperature and the tempering temperature is shown in FIG. 9 below.

図9に示されるように、クエンチングを1000℃および1020℃で行い、テンパリングを550℃で行った場合、熱間金型鋼の組織粒子が微細で、安定した構造を有することが分かるが、クエンチングを1040℃で行った場合、テンパリングを550℃で行っていても熱間金型鋼の粒子が粗大化して、組織が不規則な構造を有することが分かる。
したがって、前記実験例6および7によれば、クエンチングを940〜1030℃で行うことが、熱間金型鋼の組織を緻密にして強度および靭性を高められて好ましいことが分かる。
As shown in FIG. 9, when quenching is performed at 1000 ° C. and 1020 ° C. and tempering is performed at 550 ° C., it can be seen that the structure particles of the hot mold steel are fine and have a stable structure. When the ching is performed at 1040 ° C., it can be seen that even when tempering is performed at 550 ° C., the particles of the hot mold steel are coarsened and the structure has an irregular structure.
Therefore, according to Experimental Examples 6 and 7, it is understood that quenching is preferably performed at 940 to 1030 ° C. because the structure of the hot mold steel is made dense and strength and toughness are improved.

[実験例8]テンパリング温度条件の評価
テンパリング温度条件による強度変化を評価するために、前記実施例1および3と同一の工程で熱間金型鋼を製造するものの、テンパリングは1ステップで行い、その実行温度を0℃、400℃、500℃、550℃、565℃、580℃、600℃、625℃および650℃に調節した。テンパリング温度による最終的に製造された熱間金型鋼の強度を評価して、その結果を下記図10に示した。
[Experimental Example 8] Evaluation of Tempering Temperature Conditions In order to evaluate the strength change due to the tempering temperature conditions, hot mold steel is manufactured in the same process as in Examples 1 and 3, but the tempering is performed in one step. The running temperature was adjusted to 0 ° C, 400 ° C, 500 ° C, 550 ° C, 565 ° C, 580 ° C, 600 ° C, 625 ° C and 650 ° C. The strength of the finally produced hot die steel according to the tempering temperature was evaluated, and the result is shown in FIG. 10 below.

図10に示されるように、テンパリングを500〜600℃の温度下で行った場合、強度が最大になることが分かるが、テンパリング実行温度が600℃を超えると、硬度が急激に減少することが分かる。   As shown in FIG. 10, it can be seen that when tempering is performed at a temperature of 500 to 600 ° C., the strength is maximized. However, when the tempering execution temperature exceeds 600 ° C., the hardness may rapidly decrease. I understand.

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で多様な修正および変形が可能であることは、当技術分野における通常の知識を有する者にとっては自明であろう。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention described in the claims. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible.

Claims (23)

全重量に対して、炭素(C)0.35〜0.45重量%、ケイ素(Si)0.20〜0.30重量%、マンガン(Mn)0.30〜0.40重量%、ニッケル(Ni)0.50〜1.20重量%、クロム(Cr)1.5〜2.2重量%、モリブデン(Mo)2.0〜2.6重量%、タングステン(W)0.0001〜1.0重量%、チタン(Ti)0超過0.40重量%以下、バナジウム(V)0.30〜0.50重量%、ホウ素(B)0.0001〜0.003重量%および銅(Cu)0.005〜0.02重量%を含み、残りはFeおよび不可避不純物を含む、熱間金型鋼。   Carbon (C) 0.35 to 0.45 wt%, silicon (Si) 0.20 to 0.30 wt%, manganese (Mn) 0.30 to 0.40 wt%, nickel ( Ni) 0.50-1.20% by weight, chromium (Cr) 1.5-2.2% by weight, molybdenum (Mo) 2.0-2.6% by weight, tungsten (W) 0.0001-1. 0 wt%, titanium (Ti) 0 excess 0.40 wt% or less, vanadium (V) 0.30 to 0.50 wt%, boron (B) 0.0001 to 0.003 wt%, and copper (Cu) 0 Hot mold steel containing 0.005 to 0.02% by weight with the balance containing Fe and inevitable impurities. 前記熱間金型鋼は、アルミニウム(Al)0.02〜0.08重量%をさらに含む、請求項1に記載の熱間金型鋼。   The hot mold steel according to claim 1, wherein the hot mold steel further includes 0.02 to 0.08 wt% of aluminum (Al). 前記熱間金型鋼は、窒素(N)0.005〜0.06重量%をさらに含む、請求項1または請求項2に記載の熱間金型鋼。   The hot mold steel according to claim 1 or 2, wherein the hot mold steel further contains 0.005 to 0.06 wt% of nitrogen (N). 前記熱間金型鋼は、リン(P)0.001〜0.006重量%および硫黄(S)0.0001〜0.002重量%をさらに含む、請求項1から請求項3の何れか一項に記載の熱間金型鋼。   4. The hot mold steel according to claim 1, further comprising 0.001 to 0.006 wt% phosphorus (P) and 0.0001 to 0.002 wt% sulfur (S). 5. Hot mold steel as described in. 前記熱間金型鋼をなす炭素、ケイ素、マンガン、クロム、モリブデンおよびニッケルそれぞれの含有量の値を下記式(1)に代入する場合、その値が25以上である、請求項1から請求項4の何れか一項に記載の熱間金型鋼:
F(C)×F(Si)×F(Mn)×F(Cr)×F(Mo)×F(Ni) 式(1)
(ただし、上記式(1)中、
F(C)=0.37−0.39×(0.12^炭素含有量(%));
F(Si)=0.7×ケイ素含有量(%)+1;
F(Mn)=3.35×マンガン含有量(%)+1;
F(Cr)=2.16×クロム含有量(%)+1;
F(Ni)=0.36×ニッケル含有量(%)+1;および
F(Mo)=3×モリブデン含有量(%)+1であってもよい)。
The values of carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum and nickel constituting the hot die steel are substituted into the following formula (1), and the value is 25 or more. Hot mold steel according to any one of the following:
F (C) × F (Si) × F (Mn) × F (Cr) × F (Mo) × F (Ni) Formula (1)
(However, in the above formula (1),
F (C) = 0.37-0.39 × (0.12 ^ carbon content (%));
F (Si) = 0.7 × silicon content (%) + 1;
F (Mn) = 3.35 × manganese content (%) + 1;
F (Cr) = 2.16 × chromium content (%) + 1;
F (Ni) = 0.36 × nickel content (%) + 1; and F (Mo) = 3 × molybdenum content (%) + 1).
前記熱間金型鋼をなす炭素、ケイ素、マンガン、クロム、モリブデンおよびニッケルそれぞれの含有量の値を上記式(1)に代入する場合、その値が30以上である、請求項5に記載の熱間金型鋼。   The heat according to claim 5, wherein when the values of the contents of carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum and nickel constituting the hot mold steel are substituted into the above formula (1), the value is 30 or more. Inter-mold steel. 前記熱間金型鋼をなすモリブデンおよびタングステンそれぞれの含有量の値を下記式(2)に代入する場合、その値が2以上3以下である、請求項1から請求項6の何れか一項に記載の熱間金型鋼:
モリブデン含有量(%)+0.5×タングステン含有量(%) 式(2)。
When the content values of molybdenum and tungsten constituting the hot mold steel are substituted into the following formula (2), the value is 2 or more and 3 or less, according to any one of claims 1 to 6. Hot mold steel described:
Molybdenum content (%) + 0.5 × tungsten content (%) Formula (2).
前記熱間金型鋼をなすチタンおよびバナジウムそれぞれの含有量の値を下記式(3)に代入する場合、その値が0.4以上0.5以下である、請求項1から請求項7の何れか一項に記載の熱間金型鋼:
チタン含有量(%)+バナジウム含有量(%) 式(3)。
Any one of claims 1 to 7, wherein when the content values of titanium and vanadium forming the hot mold steel are substituted into the following formula (3), the value is 0.4 or more and 0.5 or less. Hot mold steel according to item 1:
Titanium content (%) + Vanadium content (%) Formula (3).
前記熱間金型鋼をなすクロム、モリブデンおよびタングステンそれぞれの含有量の値を下記式(4)に代入する場合、その値が9以上である、請求項1から請求項8の何れか一項に記載の熱間金型鋼:
クロム含有量(%)+3.3×{モリブデン含有量(%)+0.5×タングステン含有量(%)} 式(4)。
The value according to any one of claims 1 to 8, wherein when the values of the contents of chromium, molybdenum and tungsten forming the hot mold steel are substituted into the following formula (4), the value is 9 or more. Hot mold steel described:
Chromium content (%) + 3.3 × {molybdenum content (%) + 0.5 × tungsten content (%)} Equation (4).
前記熱間金型鋼は、ダイカスト(die−casting)用である、請求項1から請求項9の何れか一項に記載の熱間金型鋼。   The hot mold steel according to any one of claims 1 to 9, wherein the hot mold steel is for die-casting. 全重量に対して、炭素(C)0.35〜0.45重量%、ケイ素(Si)0.20〜0.30重量%、マンガン(Mn)0.30〜0.40重量%、ニッケル(Ni)0.50〜1.20重量%、クロム(Cr)1.5〜2.2重量%、モリブデン(Mo)2.0〜2.6重量%、タングステン(W)0.0001〜1.0重量%、チタン(Ti)0超過0.40重量%以下、バナジウム(V)0.30〜0.50重量%、ホウ素(B)0.0001〜0.003重量%および銅(Cu)0.005〜0.02重量%を含み、残りはFeおよび不可避不純物を含む鋼塊を製造するステップと、
前記鋼塊を鍛造して金型素材を製造するステップと、
前記金型素材をクエンチング(quenching)するステップと、
前記クエンチングの後、テンパリング(tempering)するステップとを含む、熱間金型鋼の製造方法。
Carbon (C) 0.35 to 0.45 wt%, silicon (Si) 0.20 to 0.30 wt%, manganese (Mn) 0.30 to 0.40 wt%, nickel ( Ni) 0.50-1.20% by weight, chromium (Cr) 1.5-2.2% by weight, molybdenum (Mo) 2.0-2.6% by weight, tungsten (W) 0.0001-1. 0 wt%, titanium (Ti) 0 excess 0.40 wt% or less, vanadium (V) 0.30 to 0.50 wt%, boron (B) 0.0001 to 0.003 wt%, and copper (Cu) 0 Producing a steel ingot comprising 0.005 to 0.02 wt%, the remainder comprising Fe and inevitable impurities;
Forging the steel ingot to produce a mold material;
Quenching the mold material;
And a step of tempering after the quenching.
前記鋼塊は、アルミニウム(Al)0.02〜0.08重量%をさらに含む、請求項11に記載の熱間金型鋼の製造方法。   The method for producing hot die steel according to claim 11, wherein the steel ingot further includes 0.02 to 0.08 wt% of aluminum (Al). 前記鋼塊は、窒素(N)0.005〜0.06重量%をさらに含む、請求項11または請求項12に記載の熱間金型鋼の製造方法。   The said steel ingot is a manufacturing method of the hot die steel of Claim 11 or Claim 12 which further contains nitrogen (N) 0.005-0.06 weight%. 前記鋼塊は、リン(P)0.001〜0.006重量%および硫黄(S)0.0001〜0.002重量%をさらに含む、請求項11から請求項13の何れか一項に記載の熱間金型鋼の製造方法。   14. The steel ingot according to claim 11, further comprising 0.001 to 0.006 wt% phosphorus (P) and 0.0001 to 0.002 wt% sulfur (S). Manufacturing method for hot mold steel. 前記鋼塊を鍛造する前に、エレクトロスラグ再溶解(Electro−slag remelting、ESR)工程を行うステップをさらに含む、請求項11から請求項14の何れか一項に記載の熱間金型鋼の製造方法。   The manufacturing of hot die steel according to any one of claims 11 to 14, further comprising performing an electro-slag remelting (ESR) process before forging the steel ingot. Method. 前記エレクトロスラグ再溶解工程は、アルゴンガス雰囲気下で行われる、請求項15に記載の熱間金型鋼の製造方法。   The method for producing hot die steel according to claim 15, wherein the electroslag remelting step is performed in an argon gas atmosphere. 前記鋼塊を鍛造する前に、鋼塊を800〜1300℃の温度で予備熱処理するステップをさらに含む、請求項11から請求項16の何れか一項に記載の熱間金型鋼の製造方法。   The method for producing hot die steel according to any one of claims 11 to 16, further comprising a step of pre-heating the steel ingot at a temperature of 800 to 1300 ° C before forging the steel ingot. 前記鍛造は、5S以上の鍛造比で行われる、請求項11から請求項17の何れか一項に記載の熱間金型鋼の製造方法。   The method for producing hot die steel according to any one of claims 11 to 17, wherein the forging is performed at a forging ratio of 5S or more. 前記鍛造は、850〜1300℃の温度下で行われる、請求項11から請求項18の何れか一項に記載の熱間金型鋼の製造方法。   The method for producing hot die steel according to any one of claims 11 to 18, wherein the forging is performed at a temperature of 850 to 1300 ° C. 前記クエンチングは、900〜1030℃の温度下で行われる、請求項11から請求項19の何れか一項に記載の熱間金型鋼の製造方法。   The method for producing hot mold steel according to any one of claims 11 to 19, wherein the quenching is performed at a temperature of 900 to 1030 ° C. 前記テンパリングは、500〜630℃の温度下で行われる、請求項11から請求項20の何れか一項に記載の熱間金型鋼の製造方法。   The said tempering is a manufacturing method of the hot die steel as described in any one of Claim 11 to 20 performed under the temperature of 500-630 degreeC. 前記テンパリングは、580〜600℃の温度下で一次テンパリングするステップと、
550〜590℃の温度下で二次テンパリングするステップとを含む、請求項11から請求項21の何れか一項に記載の熱間金型鋼の製造方法。
The tempering includes primary tempering at a temperature of 580 to 600 ° C .;
The method for producing hot die steel according to any one of claims 11 to 21, comprising a step of secondary tempering at a temperature of 550 to 590 ° C.
前記二次テンパリングの後、610〜630℃の温度下で三次テンパリングするステップをさらに含む、請求項22に記載の熱間金型鋼の製造方法。   The method for producing hot die steel according to claim 22, further comprising a step of tertiary tempering at a temperature of 610 to 630 ° C after the secondary tempering.
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