KR100256351B1 - 사출몰드용 후판강재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출몰드 소재에 적합한 후판강재의 제조방법에 관한 것으며, 그 목적은 연속주조에 의해 제조되면서도 내부품질 및 가공성이 우수한 사출몰드용 후판강재의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은 사출몰드용 강재의 제조방법에 있어서, 중량 %로, C:0.48 ~ 0.54%, Si:0.15 ~0.35%, Mn: 0.68 ~ 0.74%, P: 0.015% 이하, S: 0.002% 이하, Sol-Al: 0.015 ~ 0.040%, 나머지 Fe 및 기타불가피한 불순물로 조성되는 강연루 슬라브를 형성비 0.7 이상의 강압하로 조압연한 다음, 550 ~ 600℃의 온도범위에서 서냉유지한 후 통상의 방법으로 소준처리함을 포함하여 구성되는 사출몰드용 후판강재의 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

사출몰드용 후판강재의 제조방법

제1도는 본 발명재와 비교재에 대한 중심부 조직사진.

본 발명은 사출몰드 소재에 적합한 후판강재의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 연속주소에 의해 제조되면서도 내부품질 및 가공성이 우수한 사출몰드용 후판강재의 제조방법에 관한 것이다.

최근 가전 및 각종산업기기 부품중 많은 양이 플라스틱 사출품으로 대체되고 있다. 이에 따라 플라스틱 사출용 금형, 즉 몰드는 플라스틱 사출품의 정도를 결정하는 중요한 요소로서, 내부품질이 양호해야할 뿐 아니라 치수문제에 따른 평탄도, 이방향성, 경도 및 절삭성 등 제특성이 우수해야 할 필요가 있다.

종래에는 사출용 몰드소재로 주로 전로 또는 전기로를 이용하여 조괴(ingot making)를 제조한 후 단조를 행한 단조제품들이 사용되어 왔으나, 차츰 사출품의 수요급증에 따른 대량생산 및 제조가격을 감소키 위해 연속주조에 의한 제조방법이 시도되고 있다.

그러나, 종래의 연속주조에 의한 몰드용 후판 소재는 중심편석, 압연시 미압착으로 내부결함발생, 수소집적으로 내무 미세크랙발생 및 두께방향으로 불균일한 조직형성 등에 의해 몰드 자체의 수명이 짧거나 사용이 불가능한 문제가 있었다. 특히, 연속주조에 의해 몰드용 후판재를 제조하는 경우 강중의 불순원소 및 잔류 비금속 개재물의 제어가 곤란하여 내부품질에 치명적인 영향을 주는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 연속주조에 의해서도 내부품질 및 가공성이 우수한 사출몰드용 후판강재를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 사출몰드용 강재의 제조방법에 있어서, 중량 %로, C:0.48 ~ 0.54%, Si:0.15 ~0.35%, Mn: 0.68 ~ 0.74%, P: 0.015% 이하, S: 0.002% 이하, Sol-Al:0.015~0.040%, 나머지 Fe 및 기타불가피한 불순물로 조성되는 강연주 슬라브를 형성비 0.7이상의 강압하로 압연한 다음, 550 ~ 600℃의 온도범위에서 서냉이 되도록 밀폐된 공간에서 적어도 32시간 유지한 후, 통상의 방법으로 소준처리하여 잔류수소함량이 0.2ppm이하가 되도록 하는 사출몰드용 후판강재의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 부합되는 용강중에 함유되는 탄소성분은 0.48 ~ 0.54중량%(이하, 단지 '%'라 함)로 함유됨이 바람직한데, 몰드용 소재에 필요한 경도(Hv)는 약 198 ~ 220정도로서 탄소함량이 0.48% 이하인 경우에는 경도가 낮고, 0.54% 이상인 경우에는 충분한 경도는 얻을 수 있으나 수요가에서 열처리사용시 절삭가공성이 나빠져 바람직하지 않다.

또한, 상기 규소는 용강중에 함유되어 탈산역할을 하는 원소로서 그 함량이 0.15% 미만이면 탈산력이 적어져 산소 등의 비금속개재물이 증가하여 강의 청정성을 저하시키며, 0.35% 이상이면 탈산에는 유리하나 경도가 급격히 증가되어 오히려 절삭가공성이 떨어지므로 규소함량은 0.15 - 0.35% 로 조절함이 바람직하다.

또한, 상기 망간은 몰드용소재의 경도를 향상시키는 원소로서, 그 함량은 0.68 - 0.74% 로 제한하는 것이 바람직한데, 그 이유는 망간함량이 0.68% 이하로 되면 경도가 몰드소재에 적합한 적정수준에 이르지 못하고, 0.74% 이상으로 되면 너무 경도가 높아져 바람직하지 않기 때문이다.

강중인은 연속주조시 타 성분보다 용융점이 낮아 P 편석의 주된 원인으로 작용하여 주조시 중심부에 집적되어 내부품질을 열화시키기 때문에 본 발명에서는 인의 함량율 0.015% 이하로 제한함이 바람직하다.

또한, 황은 인성분과 동일하게 유해한 원소로서, 연속 주조시 표면크랙, 내부크랙 및 중심편석을 유발할 수 있으며 가공성을 대폭감소시키기 때문에 가능한 극저관리가 요구되는데 본 발명에서는 황의 함량을 0.02% 이하로 제한함이 바람직하다.

상기 가용성의 알루미늄(Sol-Al)은 내부조직의 세밀화를 꾀하는 원소로서, 다음에 설명될 열처리법의 조직균질화 처리를 위한 최대의 효과와 가공시 연삭성 및 경면성을 유지키 위하여 본 발명에서는 가용성 Al의 함량을 0.015 - 0.04%로 제한함이 바람직하다.

상기와 같은 조성을 갖는 용강은 통상의 방법으로 전로정련, 노외정련, 탈가스처리 등을 통해 처리된 다음 연속주조에 의해 슬라브로 제조된다. 구체적으로 예를들면, 내부품질에 극히 유해한 황 성분을 최대한 감소시키기 위하여 Al 생석회를 투입하여 황을 제거시킬 수 있는 전로내 상부 슬래그조성으로 황을 최대한 제거시키고, 탈유직전에 황의 강중의 유입을 방지할 수 있도록 슬래그배재를 실시하고, 전로에서의 강버블링을 실시하여 불순원소의 최대 감소시킨 다음 뾰족한 형상의 MnS개재물을 구상화처리 위해 파우더 인젝션(Ca-Si)을 실시하여 미세 구상화된 CaS로 제어한다. 또한, 강중에 잔류된 수소가스는 압연제품이후에도 스스로 내부크랙유발을 하므로 제강제조에서도 최대한 제거를 위하여 고진공에서의 탈가스처리를 20 분이상 실시하는 방법이 바람직하다.

또한, 연속주조에서는 중심편석을 최대 감소시키기 위하여 용강응고 직전의 전자교반장치를 실시하여 낮은 응고점을 가진 불순원소[P,S]를 슬라브내부에 균일하게 분포하므로서 중심편석을 최소화시킨 스라브(SLAB)를 제조한다.

이렇게 제조된 연주슬라브는 종래의 전로 또는 전기로를 이용한 단조제품에 비하여 내부품질의 수준은 동등 또는 그 이하이지만, 이후 후속되는 본 발명의 압연공정 및 서냉에 의해 종래의 단조제품보다 우수한 특성이 발휘되는데 이를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 조압연공정에서는 상기 강슬라브를 하기와 같이 정의되는 형상비가 0.7 이상인 압하율로 저속강압하한다.

여기서, r : 압연롤의 반경(㎜)

h₀: 압연슬라브 두께(㎜)

h₁: 출측슬라브 두께(㎜)

본 발명에서는 상기한 조건으로 강슬라브를 저속 강압하하므로서, 소재의 중심부까지 압착을 유도하여 수소등의 확산을 유도하여 내부품질을 개선하고자 하는 것이다. 따라서, 조압연시 형상비가 0.7 이하로 되면 후판소재의 중심부까지 압하가 되지 못하고 중심부에 존재하는 기공이 연신만된 상태로 존재하기 때문에 이들 기공들은 수소흡장능 역할을 하게 되어 결국 수소유기균열이 전파될 수 있기 때문에 바람직하지 않다.

이렇게 강압하된 후에는 후판소재에 잔류되어 있는 수소가 충분히 확산되어 외부로 빠져나갈 수 있도록 서냉유지해야만 한다. 수소는 550 ~ 600℃의 온도에서 확산 팽창계수가 가장 크기 때문에 본 발명에서는 서냉온도를 550 ~ 600℃의 범위로 제한한다. 상기 서냉유지는 적어도 32 시간 이상되어야 바람직하며, 보다 바람직하게는 72 시간 이상되도록 하는 것이다.

이렇게 강압하, 서냉을 거치게 되면 본 발명에 의한 후판소재에는 잔류 수소함량이 약 0.2ppm 이하로 되어 우수한 내부품질을 갖는 몰드용 후판강재가 얻어질수 있다.

이후, 본 발명에 의한 몰드용 후판소재는 통상의 소준(normalizing)처리, 예를들면, 약 890℃에서 2 시간 정도 열처리하여 내부조직 균일화, 즉 두께방향으로 균일한 조직을 얻을 수 있어 균일한 경도분포와 우수한 가공성을 갖게 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

통상의 전로정련, 노외정련을 거쳐 탈가스처리를 한 다음 연속주조를 통해 하기표 1과 같은 조성을 갖는 슬라브를 제조하였다. 하기표 1 에서 종래재는 기존의 S50C 단조품이다.

이하, 상기표1의 발명 비교 슬라브를 조압연롤 반경이 1193 ㎜ 인 조압연기에서 하기표 2 와 같은 압연조건을 조압연한 다음 최종두께가 약 100 ㎜ 가 되도록 마무리 압연을 실시하였다. 그리고, 마무리 압연된 각 후판에 대하여 하기표 2 와 같은 냉각조건으로 피트(pit)에서 서냉한 후, 모두 590℃에서 약 2 시간동안 소준처리를 행하였다. 이렇게 제조된 후판에 대한 잔류수소함량을 측정하고 이를 하기표 2에 나타내었다.

또한, 상기와 같이 제조된 발명재, 비교재 및 종래재에 대하여 경도, 내부크랙 발생여부, 평탄도, 및 절삭성을 평가하고 그 결과를 하기표 3에 나타내었다.

상기 내부크랙발생여부는 JIS G0801에 의한 초음파탐상법을 이용하여 평가하였다.

또한, 발명재(1)과 비교재(1)의 중심부를 절단하여, 각각의 매크로(macro)조직을 관찰하고 그 결과를 제 1 도에 나타내었다.

상기 표 1 내지 3 에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조성 및 제조조건범위를 만족하는 발명재(1-6)의 경우에는 비교재(1-4)에 비하여 표면 및 중심부의 경도가 균일하고 소재가 매우 평탄함은 물론 절삭가공성이 양호함을 알 수 있다.

특히, 본 발명재의 경우 종래의 단조품인 종래재보다도 동등이상의 품질을 보유하면서 대량생산이 가능함을 알 수 있다.

한편, 제 1 도에서도 나타난 바와 같이 본 발명재(1)는 비교재(1)에 비하여 연속주조시 적절한 강압하 및 서냉조건에 의해 내부에 균열이 없을 뿐만 아니라 이방성이 개선되어 몰드용 소재로 최적임을 확인할 수 있었다.

Claims (1)

1. 사출몰드용 강재의 제조방법에 있어서, 중량%로, C:0.48-0.54%, Si:0.15-0.35%, Mn:0.68-0.74%, P:0.015% 이하, S:0.002%이하, Sol-Al:0.015-0.040%, 나머지 Fe 및 기타불가피한 불순물로 조성되는 강연주 슬라브를 형성비 0.7이상의 강압하로 압연한 다음, 550-600℃의 온도범위에서 서냉이 되도록 밀폐된 공간에서 적어도 32시간 유지한 후, 통상의 방법으로 소준처리하여 잔류수소함량이 0.2ppm이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 사출몰드용 후판강재의 제조방법.