KR101007417B1 - 다이 캐스트용 열간 공구 강철 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중량％로, C：0.1∼0.3％, Si：0.1∼1.5％, Mn：0.3∼2％, Cr：6∼12％, P：0.05％ 이하, S：0.01％ 이하, Mo：1∼3％, V：0.5∼1.5％, s-Al：0.005∼0.025％, N：0.005∼0.025％, O：0.005％ 이하, 나머지 Fe 및, 불가피적 불순물을 함유하는 강철을, 담금질한 후, 500℃ 이하의 온도에서 템퍼링하여 얻어지는 다이 캐스트용 열간 공구 강철을 제공한다.

강철, 다이 캐스트, 열간 공구, 경도, 금형

Description

다이 캐스트용 열간 공구 강철{Hot working die steel for die-casting}

본 발명은 다이 캐스트 금형(金型)에 사용되는 열간 공구 강철에 관한 것으로, 자세하게는 다이 캐스트 금형의 큰 균열의 주원인인 수냉공(water-cooling hole)의 균열을 억제하여, 다이 캐스트 제품 제조의 높은 사이클화에 대응 가능한 다이 캐스트용 열간 공구 강철에 관한 것이다. 본 발명에 따른 다이 캐스트용 열간 공구 강철은 특히 알루미늄 다이 캐스트 금형의 재료로서 적합하게 사용할 수 있다.

알루미늄 다이 캐스트 금형에서는, 열 피로에 의해 캐비티 면에 금(crack)(히트 체크(Heat Check))이 발생하는 것이 종래부터 문제시되어 왔다. 이 히트 체크라는 것은, 틀을 연 후 캐비티 면에 냉각수를 가했을 때, 캐비티 면의 급속한 냉각과 가열상태의 내부의 온도차에 의해, 캐비티 면에 인장 응력이 발생하고, 그 반복에 따른 열 피로에 의해 캐비티 면에 틈이 발생하는 현상이다.

이 히트 체크에 대해서는, 금형의 경도를 높이는 것이 유리하다고 알려져 있다.

한편, 최근에는 알루미늄 다이 캐스트 제품의 제조 사이클의 단축화(높은 사 이클화)에 대한 요청이 높아지고 있다. 이를 실현시키기 위해, 금형의 틀을 잠그는 시간의 단축화를 목적으로 하여, 금형 내의 알루미늄 주조 제품에 대한 수냉을 강화시키는 경향이 있다. 이 수냉 강화는, 구체적으로는, 수냉공을 캐비티 면에 근접시키는 것에 의해 실시되고 있다. 이 경우, 알루미늄 제품 주조시에 수냉공 표면에 발생하는 열 응력이 증대되고, 수냉공으로부터 균열이 발생하는 현상이 문제시된다.

이러한 수냉공의 균열은, 주조시에 반복하여 부하되는 열 응력에 의해서만 발생하는 것이 아니라, 열 응력에서 기인하는 균열과 수냉공 표면에 발생하는 녹에서 기인하는 응력 부식 균열의 복합적인 지연 파괴 현상이라고 여겨지고 있다.

이 수냉공의 균열은 금형의 경도가 높을수록 발생하기 쉽다. 따라서, 이러한 수냉공의 균열에 대해서는, 금형의 경도를 낮추는 것이 유리하다.

즉, 금형 경도를 높이면 히트 체크에 대해서는 유리해지지만, 수냉공의 균열에 대해서는 불리해지고, 또한, 반대로 금형 경도를 낮추면 수냉공의 균열에 대해서는 유리해지는 한편, 히트 체크에 대해서는 불리해져, 히트 체크에 대한 내성이 악화되어 버린다.

상기 수냉공의 균열을 억제하는 관점에서, 금형 경도를 HRC 45∼40으로 해두는 것이 바람직하다.

현재의 알루미늄 다이 캐스트 금형으로서는, JIS-SKD61로 대표되는 5Cr계 열간 공구 강철이 주로 사용되고 있다. 최근에는 캐비티 면에 발생하는 히트 체크를 억제하기 위해 그 사용 경도가 높아지고 있어, 알루미늄 다이 캐스트 제품 제조의 높은 사이클화에 따라 금형의 수냉공에서 균열이 발생할 위험성이 증대되고 있다.

상기 JIS-SKD61의 경우, C를 0.4％ 정도 함유하고 있어, 담금질(quenching) 상태에서의 경도는 예를 들면 HRC53 정도이다.

그래서 수냉공으로부터의 균열을 억제하는 목적으로 그 경도를 HRC45 이하로 저하시키기 위해서는, 600℃ 이상의 고온에서의 어닐링(annealing)을 실시하는 것이 필요하다. 그런데 이렇게 고온에서 어닐링을 실시하면, 강철의 내식성이 현저하게 저하되어 버린다.

이 재료는 Cr를 5％ 정도 포함하고 있어, 본래 내식성이 양호한 재료이다. 그러나, 600℃ 이상의 고온에서 어닐링을 실시하면, 함유되어 있는 Cr의 대부분이 이 고온 템퍼링(tempering)에 의해 Cr 탄화물로 석출되어 버려, 강철에 함유되어 있는 Cr가 내식성 향상에 기여하지 않게 된다.

어느 쪽도, 현재 알루미늄 다이 캐스트 금형으로 주로 이용되고 있는 JIS-SKD61로 대표되는 열간 공구 강철로는, 수냉공의 균열 문제를 양호하게 해결할 수 없다.

수냉공의 균열 문제와 캐비티 면에 있어서의 히트 체크 문제 중 어느 쪽도 양호하게 해결하기 위해서는, 수냉공 내에서 발생하는 녹을 방지하는 동시에 수냉공이 존재하는 금형 내부의 경도를 낮추고, 한편으로 히트 체크가 발생하는 금형의 캐비티 면의 경도를 높이는 것이 효과적이라고 생각된다. 그러나 그러한 특성을 충족시키는 재료는 아직 제공되고 있지 않다.

또한, 하기 참고문헌 1에는, 다이 캐스트 금형의 수냉공 내경(inside diameter) 표면을 금형 표면보다 낮은 경도로 하는 것에 의해, 수냉공의 균열 방지와 금형 표면의 히트 체크에 대한 내성을 양립시키는 수법에 대한 발명이 개시되어 있다.

이 참고문헌 1에 개시된 강철은 종래부터 이용되고 있는 JIS-SKD61를 담금질, 템퍼링에 의해 높은 경도로 조질(調質)한 후, 수냉공 표면을 유도 가열, 버너 가열, 레이저 가열 등으로 국부적으로 낮은 경도로 템퍼링시키고 있다.

이 참고문헌 1에 개시된 것으로는, 어떤 방법에서도 국부적인 가열이 필요하고, 수냉공의 직경을 버너가 들어갈 정도의 크기로 할 필요가 있는 등, 수냉공의 형상에 제약이 있다는 문제가 있다.

[참고문헌 1］일본 공개특허공보 평6-315753호

본 발명은 상술한 바와 같은 사정을 배경으로, 히트 체크에 대한 내성이 뛰어난 동시에 수냉공(water-cooling hole)의 균열을 양호하게 억제할 수 있는 다이 캐스트용 열간 공구 강철을 제공하는 것을 목적으로 하여 이루어진 것이다.

본 발명자들은, 상기 문제를 검토하기 위하여 예의 연구한 결과, 이하에 나타나는 다이 캐스트용 열간 공구 강철에 의해 상기 목적을 달성할 수 있다는 것을 발견하였고, 이에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 주로 하기와 같은 항목과 관련되어 있다.

1. 중량％로, C：0.1∼0.3％, Si：0.1∼1.5％, Mn：0.3∼2％, Cr：6∼12％, P：0.05％ 이하, S：0.01％ 이하, Mo：1∼3％, V：0.5∼1.5％, s-Al：0.005∼0.025％, N：0.005∼0.025％, O：0.005％ 이하, 나머지 Fe 및, 불가피적 불순물을 함유하는 강철을, 담금질한 후, 500℃ 이하의 온도에서 템퍼링하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 다이 캐스트용 열간 공구 강철.

2. 항목 1에 있어서, 중량％로, Ni：2％ 이하 및 Cu：1％ 이하로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 다이 캐스트용 열간 공구 강철.

3. 항목 1 또는 항목 2에 있어서, 중량％로, Co：5％ 이하를 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 다이 캐스트용 열간 공구 강철.

4. 항목 1 내지 항목 3 중 어느 한 항목에 있어서, 중량％로, Ti：0.2％ 이하, Zr：0.2％ 이하 및 Nb：0.2％ 이하로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 다이 캐스트용 열간 공구 강철.

본 발명에 따른 다이 캐스트용 열간 공구 강철은 C의 함유량을 적게 하는 한편, Cr, Mo 함유량이 많은 동시에 적정화되어 있으며, 이것에 의해 다이 캐스트 금형으로 사용할 때 수냉공(water-cooling hole)으로부터의 균열을 효과적으로 억제할 수 있고, 또한, 그 다이 캐스트 금형에 히트 체크에 대한 뛰어난 내성을 부여할 수 있다. 본 발명에 따른 다이 캐스트용 열간 공구 강철은, 특히 알루미늄 다이 캐스트 금형의 재료로서 적합하게 사용할 수 있다.

Cr은 내식성을 개선시키는 원소로 알려져 있는 것이다. 그러나 통상의 JIS-SKD61에서는, 사용 경도로 조질할 때 상술한 바와 같이 600℃ 이상의 고온에서 템 퍼링되기 때문에, 내식성을 개선시키기 위한 Cr가 탄화물로 석출되어 버려, 그 효과가 대부분 없어져 버린다. 한편, Cr 탄화물이 석출되지 않는 정도까지 템퍼링시켜 온도를 저하시키면, 경도가 50HRC 이상으로 매우 단단해져, 다이 캐스트용 금형으로서 사용할 때, 수냉공으로부터의 균열이 발생하기 쉬워진다.

그렇다고는 하지만, C 함유량을 저감시키는 것에 의해, 500℃ 이하의 저온에서 템퍼링시켜 목적으로 하는 경도를 얻을 수는 있다. 그러나 이 경우, 캐비티 면의 경도까지 저하되어 버려, 히트 체크에 대한 내성이 악화되어 버리는 문제를 일으킨다.

여기에 있어서, 본 발명에 따른 다이 캐스트용 열간 공구 강철에서는 C 함유량을 저감시키는 동시에 Mo를 적당량 첨가하고 있다.

C 함유량을 저감시키는 것에 의해, 500℃ 이하의 저온 템퍼링으로 수냉공의 균열이 발생하기 어려운 HRC45 이하의 경도를 얻을 수 있다.

또한, Mo를 적당량 첨가하는 것에 의해, 다이 캐스트용 금형으로 사용할 때, 다이 캐스트시의 용탕(溶湯)(예를 들면, 알루미늄 용탕)으로부터의 열을 이용하여 금형 캐비티 면을 부분적으로 단단하게 할 수 있다.

구체적으로, 첨가한 Mo는, 다이 캐스트 제품의 주조를 위해 금형이 사용될 때, 용탕으로부터의 열로 캐비티 면이 가열되는 것에 의해(알루미늄 용탕의 경우에는, 600∼650℃ 정도) 탄화물로 석출되어, 캐비티 면의 경도를 부분적으로 단단하게 하는 기능을 한다.

즉, 본 발명에 따른 다이 캐스트용 열간 공구 강철은, 캐비티 면의 경도가 금형 사용 중에 시효경화(age-hardening)에 의해 단단해지는 효과를 갖는다. 이 효과에 의해, 캐비티 면에 있어서의 히트 체크가 양호하게 억제된다.

즉, 본 발명에 따른 다이 캐스트용 열간 공구 강철은, 다이 캐스트용 금형으로 사용될 때, 용탕으로부터의 열로 그 캐비티 면이 시효경화되는 현상을 교묘하게 이용할 수 있으며, 그 결과, 내부에 대해서는 경도를 낮게 유지하고, 한편 캐비티 면에 대해서는 그 경도를 부분적으로 높게 한 금형을 얻을 수 있다. 이 점에 의해, 본 발명에 따른 다이 캐스트용 열간 공구 강철은 종래의 것에 비해 뛰어난 효과를 갖고 있다.

본 발명에서는 또한, 내식성 원소로서의 Cr가 JIS-SKD61에 비해 많이 첨가되어 있다. 본 발명에서는, 담금질 처리 후에 500℃ 이하의 저온에서 어닐링(annealing)이 이루어지기 때문에, 첨가한 Cr는 탄화물로서 석출되지 않고, 매트릭스에 고용(固溶)된 상태로 있어, 강철의 내식성 향상에 효과적으로 작용한다. 즉, 이 Cr의 내식성 향상 기능에 의해, 본 발명에 따른 다이 캐스트용 열간 공구 강철을 다이 캐스트용 금형으로 사용할 때에는, 수냉공에서의 녹의 발생이 억제되어, 그 녹에서 기인한 응력 부식 균열을 수반하는 수냉공의 균열이 양호하게 억제된다.

또한, 본 발명에 따른 다이 캐스트용 열간 공구 강철을 다이 캐스트용 금형으로 사용할 때에는, 금형의 캐비티 면이, Mo 탄화물의 석출에 의한 2차 경화(시효경화)에 의해 히트 체크에 대한 내성을 확보할 수 있는 HRC45 이상의 경도로 경화된다.

이어서, 본 발명에 있어서의 각 화학성분의 한정이유를 이하에 상술한다. 또한, 이하에서 '％'는 '중량％'를 의미한다.

C：0.1∼0.3％

C는 금형의 성능 중 중요한 경도나 내마모성을 확보하기 위해 필요한 원소이다.

통상의 열간 공구 강철에서는 0.4％ 정도의 C가 함유되어 있지만, 본 발명에서는 500℃ 이하의 저온 템퍼링으로 HRC45 이하의 경도를 얻을 수 있도록, C 함유량을 통상의 열간 공구 강철에 비해 저감시키고 있으며, 그 범위는 0.1∼0.3％, 바람직하게는 0.15∼0.25％이다.

Si：0.1∼1.5％

Si는 강철 제조시의 탈산(脫酸) 원소로서 필요한 원소이다.

또한, 그 함유량을 높이는 것으로, 피삭성 및 템퍼링 연화 저항성을 향상시킬 수 있다.

단, 그 첨가량이 많은 경우에는 충격값 인성(toughness)이 저하된다는 점에서, 그 첨가범위를 0.1∼1.5％, 바람직하게는 0.1∼0.5％로 한다.

Mn：0.3∼2％

Mn는 담금질성 및 경도의 확보를 위해 필요한 성분으로, 그 첨가량을 0.3％ 이상으로 하였다.

또한, Mn를 과잉으로 첨가하면 담금질성이 너무 높아지고, 담금질을 할 때에 잔류 γ가 다량으로 생성되어 충격값이 저하되거나, 어닐링하여도 경도가 저하되지 않는 경우가 있기 때문에, 그 상한을 2％로 하였다. 또한, Mn의 첨가량의 상한치는 1％로 하는 것이 바람직하다.

Cr：8∼12％

Cr는 담금질성을 향상시키는 동시에 수냉공의 내식성을 개선시키는 원소이다.

내식성 향상의 효과를 얻기 위해서는, 8％ 이상을 첨가하는 것이 바람직하다.

그러나 다량으로 첨가하면, 템퍼링 연화 저항을 저하시켜 금형 성능을 저하시킨다. 이 때문에 그 상한은 12％로 하였다. 또한, Cr의 함유량의 상한치는 10％로 하는 것이 바람직하다.

P：≤0.05％

P는 충격값을 저하시키기 때문에 저감시키는 것이 원소이며, 불가피적으로 함유하는 경우 0.05％ 이하로 저감시키는 것이 바람직하다.

S：≤0.01％

S는 MnS를 형성하여 충격값을 저하시키기 때문에 저감시키는 것이 바람직한 원소이다.

불가피적으로 함유하는 경우에는 0.01％ 이하로 저감시키는 것이 바람직하다.

Mo：1∼3％

Mo는 탄화물을 형성하여 기지의 강화나 내마모성을 향상시키기 때문에, 또한, 담금질성 확보를 위해 필요하다.

또한, 본 발명에 따른 다이 캐스트용 열간 공구 강철을 다이 캐스트용 금형으로 사용했을 때, 이 Mo 탄화물은 용탕으로부터의 열에 의해(알루미늄 용탕의 경우에는 600℃ 부근) 석출되어, 금형의 경도를 증가시킨다.

본 발명에서는, 수냉공의 균열을 방지하기 위해 담금질 템퍼링 후의 금형 경도를 HRC45 이하로 하고 있지만, 다이 캐스트 중에 캐비티 면이 온도 상승하여(알루미늄 다이 캐스트의 경우에는, 600℃ 부근) HRC45 이상의 경도를 얻을 수 있어, 히트 체크에 대한 내성을 개선시킬 수 있다.

이러한 효과를 얻기 위해서는, 1％ 이상의 첨가가 필요하고, 1.5％ 이상을 첨가하는 것이 바람직하다.

단, 과잉으로 첨가하여도 그 효과는 포화되어 경제적으로 불리해지기 때문에, 첨가의 상한을 3％로 한다. 또한, Mo의 첨가량의 상한치는 2.5％로 하는 것이 바람직하다.

V：0.5∼1.5％

V는 템퍼링시에 탄화물을 형성하여 석출시키는 것에 의해, 기지의 강화나 내마모성을 향상시키는 원소이다.

또한, 담금질 가열시에는 미세한 탄화물 형성에 의해, 결정입자가 굵고 커지는 것을 억제하여, 충격값의 저하를 억제하는 효과를 갖는다.

이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.5％ 이상의 첨가가 필요하다.

한편, 과잉으로 첨가하면, 응고시에 탄질화물로써 굵고 큰 결정물을 생성시켜 인성(toughness)을 저하시키기 때문에, 상한을 1.5％로 하였다. 또한, V의 첨가량의 상한치는 1％로 하는 것이 바람직하다.

s-Al：0.005∼0.025％

Al는 강철 제조시에 탈산 원소로서 작용하는 것 이외에, 강철 중의 N과 결합하여 질화물로서 미세 분산되어, 담금질 가열시에 결정입자가 굵고 커지는 것을 억제하는 원소이다.

이러한 효과를 얻기 위해, 0.005％ 이상의 첨가가 필요하다.

그러나 다량으로 첨가하여도 그 효과가 포화되기 때문에, 상한을 0.025％로 하였다.

N：0.005∼0.025％

N는 강철 중의 Al나 V와 결합하여 질화물을 형성시키고, 미세하게 분산되는 것에 의해 담금질 가열시에 결정입자가 굵고 커지는 것을 억제하여, 충격값 저하를 방지하는데 유효한 원소이다.

이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.005％ 이상의 첨가가 필요하다.

그러나 다량으로 첨가하여도 그 효과가 포화되므로, 그 상한을 0.025％로 하였다.

O：≤0.005％

O는 산화물계 개재물을 형성하여, 충격값을 저하시킨다. 충격값의 저하를 억제하기 위해서는, O함유량을 0.005％ 이하로 할 필요가 있다.

Ni：≤2％, Cu：≤1％

Ni 및 Cu는 담금질성을 높이는 동시에 기지의 강인화에 유효하기 때문에, 필요에 따라 첨가할 수 있다.

단, 과도하게 첨가한다 하더라도 그 효과가 포화되고, 또한 경제적으로 불리해지기 때문에, 각각 상한을 2％와 1％로 한다.

Co：≤5％

Co는 고용 강화에 의해 강도를 향상시키는 원소로, 필요에 따라 첨가할 수 있다.

그러나 과도하게 첨가한다 하더라도 그 효과가 포화되고 경제적으로 불리해지기 때문에, 그 상한을 5％로 하였다.

Ti：≤0.2％, Zr：≤0.2％, Nb：≤0.2％

모두 Ti(CN), Zr(CN), Nb(CN) 및 이들의 복합 탄질화물을 형성하고 미세하게 석출시켜, 담금질 가열시에 결정입자가 굵고 커지는 것을 방지하는 원소이다. 결정입자를 미세화시키고 인성을 확보하고 싶은 경우에, 필요에 따라 첨가할 수 있다.

그러나 과잉으로 첨가하면, 응고시에 굵고 큰 탄질화물로서 정출되어 오히려 충격값을 저하시키기 때문에, 그 상한을 각각 0.2％로 하였다.

또한, 이들이 복합 첨가되는 경우에는, 그 합계가 0.5％ 이하가 되는 것이 바람직하다.

발명을 실시하기 위한 바람직한 형태

이어서, 본 발명의 실시형태를 이하에 상술한다.

이하에, 본 발명을 본 발명에 따른 강철과 비교예에 따른 강철에 기초하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.

표 1에 나타낸 각 조성의 강철을, 150㎏의 진공 고주파 유도노에서 용해시키고, 얻어진 잉곳(ingot)을 1200℃에서 60×60㎜의 단면의 각봉(角棒)으로 단조(鍛造)하였다.

이 각봉을 500㎜ 길이로 절단한 후, 1030℃로 가열한 후에 기름 담금질을 하 였다.

그 후, 450℃×1h의 조건에서의 템퍼링을 2회 실시하였다. 템퍼링을 실시한 각 각봉에 대해, 1/4H부(표면과 중심부의 절반 부위)의 경도 측정, 2㎜ U넛치 시험편에 의한 T방향(각봉의 폭 방향)의 샤르피 충격시험(Charpy impact test), 1/4H부로부터 10×10×10㎜의 블록을 잘라내고, 표면을 사포(emery paper)로 연마한 후 20℃의 공업용수 속에 24h 용융 아연도금하여 녹의 발생을 확인하는 내식성 시험을 각각 실시하였다.

또한, 내식성의 평가는 녹 발생이 없었던 것을 ○로 하고, 녹이 발생된 것을 ×라고 평가하였다.

또한, 알루미늄 다이 캐스트 제품 주조를 반복 실시했을 때의 열이력을 시뮬레이션화하기 위해, 상기 450℃에서 템퍼링을 실시한 각 각봉에 대해, 고주파 가열로 실온에서부터 650℃로 4초간 가열한 후 수냉을 실시하는 것을 1사이클로 하고, 이것을 1000사이클 반복하여, 그 후의 표면의 경도를 측정하였다.

이상과 같은 평가결과를 표 2에 나타내었다.

또한, 표 1의 발명 강철 No.2를 1030℃로 가열한 후, 기름 담금질를 실시하고, 450℃×1h의 조건에서 2회 템퍼링한 것과, 종래 강철 A를 1030℃로 가열한 후, 기름 담금질을 실시하고 450℃×1h의 조건에서 2회 템퍼링한 것, 또한 종래 강철 A를 630℃×1h의 조건에서 2회 템퍼링한 것 각각에 대해서, 수냉공의 균열 감수성(sensitivity)의 지표로서의 내지연 파괴 특성을 평가하였다.

여기서, 내지연 파괴 특성의 평가는 하기와 같이 실시하였다.

즉, 0.1R의 환상(環狀) 절단자국(notch)을 갖는 시험편의 절단자국부에 공업용수를 적하시켜(녹을 발생시키기 위해), 휨 응력(bending stress)과 파괴시간의 관계를 조사하였다.

그리고, 정(靜) 휨 응력(0h 파단응력)과 200h로 파단하는 응력의 비를 비교하는 것에 의해, 내지연 파괴 특성을 평가하였다.

또한, 실온에서부터 650℃로 4초간 가열한 후 수냉을 실시하는 것을 1사이클로 하여, 이것을 10000사이클 반복한 후, 표면에 발생하는 히트 크랙의 길이를 측정하여, 히트 체크에 대한 내성의 지표로서 평가하였다.

이상과 같은 평가결과를 표 3에 나타낸다.

또한, 표 3에 있어서, 내지연 파괴 특성의 목표치는 0.7 이상으로 하였다.

No.	템퍼링 온도(℃)	경도 (HRC)	히트체크에 대한 내성	내지연 파괴특성
			최대 히트크랙 길이(㎛)	200h 파단응력 비
2	450	42	120	0.98
A	450	53	123	0.65
	630	42	253	0.91

표 2의 결과에 나타나 있는 바와 같이, 발명강철 No.1∼No.11은 450℃ 템퍼링 하에서 HRC 40∼44의 경도였으며, 또한 650℃의 반복 가열 후의 경도에서는 HRC 46∼49를 나타내어, 경도가 단단해지고 있다.

또한, 450℃의 저온 템퍼링이기 때문에 Cr 탄화물이 거의 석출되지 않아, 모두 양호한 내식성을 나타내고 있다.

이에 대해, 비교강철 a는 C가 0.05％로, 본 발명의 하한치인 0.1％보다 낮고, 이 때문에 450℃ 템퍼링에 있어서 HRC36의 경도밖에 가지지 않으며, 650℃ 반복 가열 후의 경도도 HRC42로 낮아, 히트 체크에 대한 내성이 양호하지 않다.

비교강철 b는 반대로 C가 0.38％로, 본 발명의 상한치인 0.3％보다 많고, 이 때문에 450℃ 템퍼링 후의 경도가 HRC53로 높고, 충격값이 낮다.

비교강철 c는 Si 함유량이 2％로, 본 발명의 상한치인 1.5％보다 높아, 충격값이 낮다.

비교강철 d는 Mn 함유량이 2.5％로, 본 발명의 상한치인 2％보다 높아, 충격값이 낮다.

비교강철 e는 불순물로서의 P 함유량이 0.08％로, 본 발명의 상한치인 0.05％보다 높아, 역시 충격값이 낮다.

또한, 비교강철 f는 마찬가지로 불순물로서의 S 함유량이 0.05％로, 본 발명의 상한치인 0.01％보다 높으며, 이 때문에 충격값이 낮다.

비교강철 g는 Cr 함유량이 5.1％로, 본 발명의 하한치인 6％보다 낮으며, 이 때문에 내식성이 낮다.

비교강철 h는 반대로 Cr 함유량이 13.5％로, 본 발명의 상한치인 12％보다 높으며, 이 때문에 충격값이 낮다.

비교강철 i는 Mo 함유량이 0.6％로, 본 발명의 하한치인 1％보다 낮으며, 이 때문에 650℃의 반복 가열을 실시하여도 경도가 충분히 증가하지 않는다. 이것은, 히트 체크에 대한 내성이 충분하지 않은 것을 의미한다.

비교강철 j는 V 함유량이 0.3％로, 본 발명의 하한치인 0.5％보다 낮으며, 이 때문에 결정입자가 굵고 커지는 현상이 발생하여 충격값이 낮다.

비교강철 k는 s-Al 함유량이 0.003％로, 본 발명의 하한치인 0.005％보다 낮으며, 이 때문에 결정입자가 굵고 커지는 현상이 발생하여 충격값이 낮다.

비교강철 l는 N 함유량이 0.002％로, 본 발명의 하한치인 0.005％보다 낮으며, 마찬가지로 결정입자가 굵고 커지는 현상이 발생하여 충격값이 낮다.

비교강철 m는 O 함유량이 0.008％로, 본 발명의 상한치인 0.005％보다 높으며, 이 때문에 개재물(介在物)이 많아져 충격값이 낮다.

이어서, 종래강철 A는 JIS-SKD61로, 이것은 450℃ 템퍼링 하에서는 경도가 HRC53이지만, 650℃ 반복 가열 후의 경도가 HRC47로 저하되어 있다. 또한, 내식성도 좋지 않다.

이어서, 표 3에 있어서, 발명강철 No.2는 450℃의 저온 템퍼링에서의 경도는 낮지만, 경도가 높은 종래강철 A의 450℃ 템퍼링재와 비교하였을 때 동등한 히트 체크에 대한 내성 및 뛰어난 내지연 파괴 특성을 갖고 있다.

또한, 종래강철 A를 630℃의 고온 템퍼링한 같은 경도의 것과 비교하였을 때, 저온 템퍼링 때문에 내식성이 높고, 히트 체크에 대한 내성에 있어서도 우수하였다.

이상과 같이, 발명강철은, 종래 상반되는 성질이었던 수냉공의 균열을 억제하는 특성과 히트 체크에 대한 내성의 양 특성을 갖추고 있다는 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명의 구체적인 실시형태에 대해서 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 개선 및 변형이 가능하다.

본 출원은, 2005년 11월 30일에 출원한 일본특허출원 제2005-346156호에 기초하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조 내용으로 포함된다.

본 발명에 따른 다이 캐스트용 열간 공구 강철은 C의 함유량을 적게 하는 한편, Cr, Mo 함유량이 많은 동시에 적정화되어 있으며, 이것에 의해 다이 캐스트 금형으로 사용할 때 수냉공으로부터의 균열을 효과적으로 억제할 수 있고, 또한, 그 다이 캐스트 금형에 히트 체크에 대한 뛰어난 내성을 부여할 수 있다. 본 발명에 따른 다이 캐스트용 열간 공구 강철은, 특히 알루미늄 다이 캐스트 금형의 재료로서 적합하게 사용할 수 있다.

Claims (8)

1. 중량％로,

   C：0.1∼0.3％,

   Si：0.1∼1.5％,

   Mn：0.3∼2％,

   Cr：8∼12％,

   P：0.05％ 이하,

   S：0.01％ 이하,

   Mo：1∼3％,

   V：0.5∼1.5％,

   s-Al：0.005∼0.025％,

   N：0.005∼0.025％,

   O：0.005％ 이하,

   나머지 Fe 및,

   불가피적 불순물을 함유하는 강철을, 담금질한 후, 500℃ 이하의 온도에서 템퍼링(tempering)하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 다이 캐스트용 열간 공구 강철.
2. 제1항에 있어서,

   중량％로,

   Ni：0% 초과 내지 2％ 이하 및

   Cu：0% 초과 내지 1％ 이하로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 다이 캐스트용 열간 공구 강철.
3. 제1항에 있어서,

   중량％로,

   Co：0% 초과 내지 5％ 이하를 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 다이 캐스트용 열간 공구 강철.
4. 제2항에 있어서,

   중량％로,

   Co：0% 초과 내지 5％ 이하를 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 다이 캐스트용 열간 공구 강철.
5. 제1항에 있어서,

   중량％로,

   Ti：0% 초과 내지 0.2％ 이하,

   Zr：0% 초과 내지 0.2％ 이하 및

   Nb：0% 초과 내지 ：0.2％ 이하로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 다이 캐스트용 열간 공구 강철.
6. 제2항에 있어서,

   중량％로,

   Ti：0% 초과 내지 0.2％ 이하,

   Zr：0% 초과 내지 0.2％ 이하 및

   Nb：0% 초과 내지 0.2％ 이하로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 다이 캐스트용 열간 공구 강철.
7. 제3항에 있어서,

   중량％로,

   Ti：0% 초과 내지 0.2％ 이하,

   Zr：0% 초과 내지 0.2％ 이하 및

   Nb：0% 초과 내지 0.2％ 이하로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 다이 캐스트용 열간 공구 강철.
8. 제4항에 있어서,

   중량％로,

   Ti：0% 초과 내지 0.2％ 이하,

   Zr：0% 초과 내지 0.2％ 이하 및

   Nb：0% 초과 내지 0.2％ 이하로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 다이 캐스트용 열간 공구 강철.