KR101051241B1 - 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 탄소(C) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 실리콘(Si) : 0.20 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 0.80 ~ 1.00 중량%, 인(P) : 0.015 중량% 이하, 황(S) : 0.005 ~ 0.010 중량%, 크롬(Cr) : 1.00 ~ 1.21 중량%, 니켈(Ni) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 바나듐(V) : 0.03 ~ 0.05 중량%, 보론(B) : 0.002 ~ 0.004 중량%, 티타늄(Ti) : 0.020 ~ 0.035 중량% 및 질소(N) : 0.01 중량% 이하를 포함하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 인고트를 주조하는 단계; 상기 인고트를 가열로에서 가열하여 업세팅하는 단계; 및 상기 업세팅된 강재를 재가열하고 자유단조하여 단조재를 형성하는 단계;를 포함한다.

Description

경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING PLASTIC DIE STEEL WITH IMPROVED UNIFORMITY HARDNESS DISTRIBUTION AND MECHANICAL STRENGTH}

본 발명은 금형강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강재 내에서 티타늄(Ti) 질화물 형성을 통하여 고용 보론(B)을 형성하여, 종래의 플라스틱 성형용 강괴와 동등 이상의 기계적 특성을 나타내며 경도 균일성이 우수한 플라스틱 성형 금형강 및 그 제조방법에 관한 것이다.

플라스틱 성형 금형용 강은 금형 제작시 가공이 용이해야 하고, 특히 건 드릴(gun drill) 가공성이 우수해야 한다. 건 드릴(gun drill) 가공성은 금형 내외부 경도 균일성이 높을수록 유리하다.

따라서 금형용강에 일반적으로 필요한 성질을 가지면서 경도 균일성이 우수한 플라스틱 성형용 금형강에 대한 개발이 요구된다.

본 발명은 플라스틱 성형용 금형강이 1000MPa 이상의 항복강도(YS), 1100MPa 이상의 인장강도(TS) 및 13% 이상의 연신율(EL) 확보는 물론 경도 균일성이 우수하도록 합금성분의 조성비를 제공함과 동시에, 이러한 금형강을 제조할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기의 제조 방법을 통해 제조된 금형강을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강은 탄소(C) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 실리콘(Si) : 0.20 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 0.80 ~ 1.00 중량%, 인(P) : 0.015 중량% 이하, 황(S) : 0.005 ~ 0.010 중량%, 크롬(Cr) : 1.00 ~ 1.21 중량%, 니켈(Ni) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 바나듐(V) : 0.03 ~ 0.05 중량%, 보론(B) : 0.002 ~ 0.004 중량%, 티타늄(Ti) : 0.020 ~ 0.035 중량% 및 질소(N) : 0.01 중량% 이하를 포함하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 것을 특징으로 한다.

상기 티타늄(Ti) 및 질소(N)는, 『Ti(wt%)≥N(wt%)×3.14』의 식을 만족하도록 포함하는 것이 더 바람직하다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강 제조방법은, 탄소(C) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 실리콘(Si) : 0.20 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 0.80 ~ 1.00 중량%, 인(P) : 0.015 중량% 이하, 황(S) : 0.005 ~ 0.010 중량%, 크롬(Cr) : 1.00 ~ 1.21 중량%, 니켈(Ni) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 바나듐(V) : 0.03 ~ 0.05 중량%, 보론(B) : 0.002 ~ 0.004 중량%, 티타늄(Ti) : 0.020 ~ 0.035 중량% 및 질소(N) : 0.01 중량% 이하를 포함하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 인고트를 주조하는 단계; 상기 인고트를 가열로에서 가열하여 업세팅하는 단계; 및 상기 업세팅된 강재를 재가열하고 자유단조하여 단조재를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 단조재 형성 단계 이후에 단조재를 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강의 제조방법에 따르면, 플라스틱 성형용 금형강이 1000MPa 이상의 항복강도(YS), 1100MPa 이상의 인장강도(TS) 및 13% 이상의 연신율(EL)을 확보할 수 있음은 물론 경도 균일성이 우수하도록 합금성분 및 제조방법을 제시함으로써, 소입성 및 강도를 증가시키고, 경도 균일성이 우수한 플라스틱 성형용 금형강을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강의 제조 방법을 설명하기 위해 공정 순서를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 최초 인고트와 최종 금형강의 형상을 나타낸 도면이다.
도 3은 열처리 단계를 순서대로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예 1 ~ 3에 따른 금형강의 항복강도(YS), 인장강도(TS) 및 연신율(EL)을 비교한 그래프이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예 1 ~ 3에 따른 금형강의 경도 균일성을 비교한 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강 및 그 제조방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강

본 발명에 따른 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강은, 탄소(C) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 실리콘(Si) : 0.20 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 0.80 ~ 1.00 중량%, 인(P) : 0.015 중량% 이하, 황(S) : 0.005 ~ 0.010 중량%, 크롬(Cr) : 1.00 ~ 1.21 중량%, 니켈(Ni) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 바나듐(V) : 0.03 ~ 0.05 중량%, 보론(B) : 0.002 ~ 0.004 중량%, 티타늄(Ti) : 0.020 ~ 0.035 중량% 및 질소(N) : 0.01 중량% 이하를 포함하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 구성을 가질 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강에 포함되는 각 합금 성분의 역할 및 그 함량 조성비에 대해 설명하기로 한다.

탄소(C)

본 발명에서 탄소(C)는 경도를 확보하기 위하여 첨가된다.

상기 탄소(C)는 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.25 ~ 0.35 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 탄소(C)가 0.25 중량% 미만으로 첨가되면 필요한 경도를 만족시킬 수 없으며, 상기 탄소(C)의 함량이 0.35 중량%를 초과하면 경도의 과도한 상승으로 인해 기계가공성이 저하되는 문제점이 있다.

실리콘(Si)

본 발명에서 실리콘(Si)은 정련 초기에 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한 실리콘(Si)은 고용강화 효과도 가진다.

상기 실리콘(Si)은 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.20 ~ 0.35 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 0.20 중량% 미만이면 상기의 실리콘 첨가효과가 미미하며, 실리콘(Si)의 함량이 0.35 중량%를 초과하면 강중에 규산염이 생성되어 기계가공성을 저하시킬 뿐만 아니라, 표면경면성을 해치게 되는 문제점이 있다.

망간(Mn)

본 발명에서 망간(Mn)은 강 중의 유황과 결합하여 MnS를 형성시켜 FeS 형성을 억제시켜 적열취성을 방지하며 경화능을 향상시켜 경도균일성을 높이기 위해 첨가된다.

상기 망간은 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.80 ~ 1.00 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 망간(Mn)이 0.80 중량% 미만으로 첨가되면 고용강화 효과 및 경화능 향상 효과가 불충분하다. 또한, 상기 망간(Mn)의 함량이 1.00 중량%를 초과하면 기계가공성을 크게 저하시키는 문제점이 있다.

인(P), 황(S)

인(P)은 강도를 증가시키기 위해 첨가된다. 다만, 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.015 중량%를 초과하여 첨가되면 용접성이 악화되는 문제가 있으므로, 인(P)의 첨가량을 0.015 중량% 이하의 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

황(S)은 가공성을 증대시키기 위하여 첨가된다. 황(S)의 함량이 0.005 중량% 미만이면 가공성이 불충분해지고, 0.010 중량%를 초과하여 첨가되면 강의 용접성을 저해할 수 있다. 따라서, 황(S)은 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.005 ~ 0.010 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.

크롬(Cr)

크롬(Cr)은 소입성을 증가시키고 탄화물을 만들어 내충격성을 증대시키는 원소로써 Mn 함량의 저감에 따른 소입성을 보상하고, Mo, V 등과 복합 화합물 형성에 의한 템퍼링 저항성을 증대시킨다.

상기 크롬은 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 1.00 ~ 1.21 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 크롬(Cr)이 1.00 중량% 미만으로 첨가되면 상기 첨가 효과가 불충분하다. 또한, 상기 크롬(Cr)의 함량이 1.21 중량%를 초과하면 기계가공성이 저하되는 문제점이 있다.

니켈(Ni)

니켈(Ni)은 인성 및 경화능을 향상시키는 역할을 한다.

니켈(Ni)의 함량이 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.20 중량% 미만 첨가되면 니켈(Ni)의 첨가 효과가 불충분하고, 0.40 중량%를 초과할 경우 적열취성 유발 등의 문제점이 있다. 따라서, 니켈(Ni)의 함량은 0.20 ~ 0.40 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.

몰리브덴(Mo)

본 발명에서 몰리브덴(Mo)은 경화능 및 내마모성을 향상시킨다. 그 함유량이 0.20 중량% 미만으로는 그 효과가 충분하지 않고, 0.40 중량%를 초과하면 취성이 발생되는 문제점이 생기므로, 그 함량을 0.20 ~ 0.40 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다.

바나듐(V)

바나듐(V)은 탄화물을 석출하여 강도 향상에 기여하고 경화능을 향상시키는 원소이다. 다만, 이러한 바나듐(V)은 그 함량이 증가될수록, 강도의 상승에는 기여하나 취성이 발생되는 문제점이 있다.

이러한 이유로, 본 발명에서의 바나듐(V)의 함량은 0.03 ~ 0.05 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다.

티타늄(Ti), 보론(B), 질소(N)

본 발명에서 티타늄(Ti)은 질소(N)와 결합하여 TiN 석출물을 형성하여 인성을 향상시키는 역할을 한다.

상기 티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.020 ~ 0.035 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.020 중량% 미만이면 상기의 티타늄(Ti) 첨가효과가 미미하고, 티타늄(Ti)의 함량이 0.035 중량%를 초과하면 질소(N)와 결합하지 못한 고용 티타늄(Ti)이 탄소(C)와 결합하여 탄화물을 형성하게 되어 인성을 저하시키는 문제점이 발생한다.

보론(B)은 페라이트의 핵생성 억제를 통해 강의 경화능을 향상시키며, BN으로서 석출되면 고용 N을 저하시켜서 인성을 향상시키는 원소이다. 강도와 인성의 밸런스를 양호하게 하기 위해서 첨가량을 0.002 ~ 0.004 중량％로 첨가함이 바람직하다.

질소(N)는 불가피하게 포함되는 원소로 질화물을 형성시키나 질소(N)량이 증가함에 따라 질화물 수가 증가하거나 사이즈가 커지는 경향이 있어 경면연마성을 저하시키는 문제점이 있으므로, 본 발명에서는 질소(N)의 함량을 0.010 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 금형강은 『Ti(wt%)≥N(wt%)×3.14』의 식을 만족하도록 상기 성분을 함유함이 바람직하다. 보론(B)의 상기 경화능 향상 효과는 고용 보론(B)량으로 5ppm 이상이면 얻어질 수 있는데, 티타늄(Ti)의 함량이 상기보다 적게 함유하게 되면, TiN 등의 질화물 형성이 불충분하게 되고, 결과적으로 BN 으로서 석출량이 증가하게 되어 고용 보론(B)량을 5ppm 이상 확보하기 어렵게 된다.

금형강의 제조 방법

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강의 제조 방법을 설명하기 위해 공정 순서를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 도시된 고강도 구조용 강재의 제조 방법은 크게 인고트 주조 단계(S100), 업세팅 단계(S200), 단조재 형성 단계(S300)를 포함하고, 선택적으로 열처리 단계(S400)를 포함할 수 있다.

도 2는 최초 인고트와 최종 금형강의 형상을 나타낸 도면이다.

인고트 주조 단계(S100)

본 인고트 주조 단계(S100)는, 탄소(C) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 실리콘(Si) : 0.20 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 0.80 ~ 1.00 중량%, 인(P) : 0.015 중량% 이하, 황(S) : 0.005 ~ 0.010 중량%, 크롬(Cr) : 1.00 ~ 1.21 중량%, 니켈(Ni) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 바나듐(V) : 0.03 ~ 0.05 중량%, 보론(B) : 0.002 ~ 0.004 중량%, 티타늄(Ti) : 0.020 ~ 0.035 중량% 및 질소(N) : 0.01 중량% 이하를 포함하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 인고트를 주조하는 단계이다.

업세팅 단계(S200)

본 업세팅 단계(S200)는, 재료를 상하 방향으로 압축하여 높이를 줄이고 단면을 넓히는 단계이다. 상기 인고트 주조 단계(S100)에서 주조된 인고트를 가열로에서 가열을 하고, 업세팅을 실시하여 인고트 수지상 조직을 최소화하고, 내부결함을 방지한다.

업세팅 단계는, 3차에 걸쳐서 실시할 수 있다. 1차 업세팅은 인고트(10)를 상면(11)이 위를 향하도록 세운 후, 상면(11)을 압축하는 단계이고, 2차 업세팅은 상기 1차 업세팅된 강재를 측면이 위를 향하도록 눕힌 후, 측면을 압축하는 단계이며, 3차 업세팅은 상기 2차 업세팅된 강재를 상기 측면과 직교하는 다른 측면이 위를 향하도록 회전한 후, 압축하는 단계이다. 3차 업세팅까지 실시하는 것은 주조조직의 파쇄와 응고시 생기는 인고트 내부의 기공을 압착하여 제거하는데 유리하기 때문이다.

단조재 형성 단계(S300)

본 단조재 형성 단계(S300)는 업세팅된 강재를 재가열하여 자유단조하는 단계로서, 이에 의해 원하는 모양을 만들 수 있게 된다.

단조재 형성 단계는 1150 ~ 1250℃의 온도에서 행해지는 것이 바람직하다. 1150℃ 미만의 온도에서는 내부 응력이 잔류할 수 있는 문제점이 있고, 1250℃를 초과하게 되면 재질이 변할 수 있게 된다.

열처리 단계(S400)

본 발명의 금형강 제조방법에서 단조재를 형성한 이후에 단조재를 열처리하는 단계를 포함할 수 있는데, 노멀라이징(normalizing), 1차 템퍼링(tempering), 퀀칭(quenching) 및 2차 템퍼링(tempering)의 순으로 이루어질 수 있다.

도 3은 열처리 단계를 순서대로 나타낸 도면이다.

노멀라이징(normalizing)은 최종형상으로 나온 제품의 조직을 미세화하고, 균질하게 하기 위한 공정으로서, 850 ~ 950℃의 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 노멀라이징 온도가 850℃보다 낮으면 고용 용질 원소들의 재고용이 어려워 강도의 확보가 어려워지고, 반면에 노멀라이징 온도가 950℃보다 높아지면 결정립의 성장이 일어나 저온 인성을 해치게 되는 문제점이 생긴다.

1차 템퍼링(tempering)은 내부응력을 제거하기 위한 공정으로서, 550 ~ 650℃의 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 템퍼링 온도가 550℃보다 낮으면 템퍼링의 효과가 저조하여 인성의 확보가 어렵고, 650℃보다 높으면 강도의 확보가 어렵게 된다.

퀀칭(quenching)은 요구조건에 맞는 강도와 경도를 부여하기 위한 공정으로, 800 ~ 900℃의 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 퀀칭 온도가 800℃보다 낮으면 고용용질 원소들의 재고용이 어려워 강도의 확보가 어렵고, 900℃보다 높으면 결정립 성장이 일어나 저온인성을 해치기 때문이다.

2차 템퍼링(tempering)은 상기 퀀칭 단계 후 수냉하여 내부응력을 제거하기 위한 공정으로서, 550 ~ 650℃의 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 템퍼링 온도가 550℃보다 낮으면 템퍼링의 효과가 저조하여 인성의 확보가 어렵고, 650℃보다 높으면 강도의 확보가 어렵게 된다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명에 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

1. 금형강의 제조

실시예 및 비교예 1 ~ 3에 따른 금형강에 적용되는 합금 조성은 다음의 표 1과 같다.

[표 1]

상기 표 1에 기재된 사항은 실시예 및 비교예 1 ~ 3에 따른 조성을 갖는 금형강의 합금설계안으로 진공 유도 가열(VIM: Vacuum Induction Melting)을 이용하여 제조된 강종에 대한 화학성분을 나타낸 것이다. 비교예 1은 시판되고 있는 제품에 대한 화학성분을 나타낸 것이다.

진공 유도 가열로 제조된 인고트를 1150 ~ 1250℃에서 가열하여 자유 단조를 실시한 후, 850 ~ 950℃에서 노멀라이징 및 550 ~ 650℃에서 템퍼링 열처리를 실시하였다. 그 후, 목표 경도를 얻기 위해 800 ~ 900℃에서 퀀칭 및 550 ~ 650℃에서 템퍼링 열처리를 실시하였다.

2. 물성 평가

상기의 과정을 통해 얻은 실시예와 비교예의 금형강에 대한 기계적 물성 및 경도분포 비교 결과를 도 4 내지 도 6에 나타내었다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예 1 ~ 3에 따른 금형강의 항복강도(YS), 인장강도(TS) 및 연신율(EL)을 비교한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예의 경우 항복강도(YS : Yield Strength)는 1091MPa이며, 인장강도(TS : Tensile Strength)는 1145MPa이며, 연신율(EL : Elongation)은 14.0%이어서, 다른 금형강에 비하여 기계적 강도가 우수함을 확인할 수 있다. 특히, 비교예 3의 경우에는 나머지에 비하여 현저히 기계적 강도가 떨어짐이 확인된다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예 1 ~ 3에 따른 금형강의 경도 균일성을 비교한 그래프이다.

도 5는 표면으로부터의 거리에 따른 경도를 나타낸 것이며, 이에 대한 표준편차(standard deviation)를 나타낸 그래프가 도 6이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 실시예의 경우 경도에 대한 STDEV(Stand Deviation)가 0.6 이하로 경도 균일성이 우수한 것을 볼 수 있다. 반면, 비교예 1 및 2의 경우에는 실시예에 비하여 경도 균일성이 상대적으로 떨어진다는 것이 확인된다. 비교예 3의 경우에는 경도 균일성은 우수하나, 상기에서 살펴보았듯이 기계적 강도가 낮다.

즉, 실험의 결과 본 발명의 바람직한 실시예의 금형강만이 기계적 강도와 경도 균일성이 함께 우수한 것으로 나타났음을 확인할 수 있다.

이러한 본 발명은 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

S100 : 인고트 주조 단계
S200 : 업세팅 단계
S300 : 단조재 형성 단계
S400 : 열처리 단계
10 : 인고트 20 : 최종 형상의 금형강
11 : 상면 12 : 하면
13 : 압탕부

Claims (12)

1. 탄소(C) : 0.25 ~ 0.35 중량%, 실리콘(Si) : 0.20 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 0.80 ~ 1.00 중량%, 인(P) : 0.015 중량% 이하, 황(S) : 0.005 ~ 0.010 중량%, 크롬(Cr) : 1.00 ~ 1.21 중량%, 니켈(Ni) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 바나듐(V) : 0.03 ~ 0.05 중량%, 보론(B) : 0.002 ~ 0.004 중량%, 티타늄(Ti) : 0.020 ~ 0.035 중량% 및 질소(N) : 0.01 중량% 이하를 포함하고, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 인고트를 주조하는 단계;
   상기 인고트를 가열로에서 가열하여 업세팅하는 단계;
   상기 업세팅된 강재를 재가열하고 자유단조하여 단조재를 형성하는 단계; 및
   850 ~ 950℃의 온도에서 행해지는 노멀라이징(normalizing), 550 ~ 650℃의 온도에서 행해지는 1차 템퍼링(tempering), 800 ~ 900℃의 온도에서 행해지는 퀀칭(quenching) 및 550 ~ 650℃의 온도에서 행해지는 2차 템퍼링(tempering)의 순으로 이루어지는 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 인고트는,
   티타늄(Ti)과 상기 질소(N)의 중량%가 하기의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강의 제조방법.
   Ti(wt%)≥N(wt%)×3.14
   
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4. 제1항에 있어서,
   상기 업세팅 단계는,
   인고트를 세워 상하 방향으로 압축하는 1차 업세팅 단계;
   상기 1차 업세팅된 강재를 눕혀 측면을 압축하는 2차 업세팅 단계; 및
   상기 2차 업세팅된 강재를 돌려 상기 측면에 직교하는 다른 측면을 압축하는 3차 업세팅 단계;로 되는 것을 특징으로 하는 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강의 제조방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 단조재 형성 단계는,
   1150 ~ 1250℃의 온도에서 행해지는 것을 특징으로 하는 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강의 제조방법.
   
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