KR101312822B1 - Die steel and manufacturing method using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금형강에 내녹청성을 부여하고, 더불어 HRC 38 이상의 경도와, 11J/cm2 이상 수준의 V노치 샤르피 충격값(CVN impact energy)을 동시에 확보함으로써, 금형의 사용수명과 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 금형강 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 금형강은 중량%로, C : 0.03~0.09%, Si : 0.2~0.9%, Mn : 1.3~1.7%, Cr : 4.5~6.0%, Mo : 0.5~2.5, W : 0.5~2.0%, Ni : 2.5~3.5%, Cu : 0.7~1.5%, Al : 0.7~1.5%, Nb : 0.01~0.1%, S : 0초과~0.006%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 베이나이트와 마르텐사이트의 혼합 조직으로 이루어지고, 하기 식을 만족한다.
7.5≤[Cr]+2{[[Mo]+0.5[W]}
이러한 구성에 의하여, 금형의 사용수명을 크게 연장시킬 수 있고, 인성이 우수하여 금형의 취급 시에 발생될 수 있는 코너부의 균열이 저감될 수 있다.The present invention imparts rust resistance to the mold steel, and simultaneously secures hardness of HRC 38 or more and V notch Charpy impact energy of 11 J / cm 2 or more, thereby greatly increasing the service life and productivity of the mold. It is related with the mold steel which can be improved, and its manufacturing method. Mold steel according to the present invention by weight%, C: 0.03-0.09%, Si: 0.2-0.9%, Mn: 1.3-1.7%, Cr: 4.5-6.0%, Mo: 0.5-2.5, W: 0.5-2.0 %, Ni: 2.5 ~ 3.5%, Cu: 0.7 ~ 1.5%, Al: 0.7 ~ 1.5%, Nb: 0.01 ~ 0.1%, S: over 0 ~ 0.006%, balance Fe and other unavoidable impurities It consists of a mixed structure of knight and martensite, and satisfies the following formula.
7.5≤ [Cr] +2 {[[Mo] +0.5 [W]}
By such a configuration, the service life of the mold can be greatly extended, and the toughness can be reduced, so that the cracks at the corners which can be generated during handling of the mold can be reduced.
Description
본 발명은 금형강 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 내녹청성이 우수한 금형강 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a mold steel and a manufacturing method thereof, and more particularly to a mold steel excellent in rust resistance and a manufacturing method thereof.
일반적으로 플라스틱의 성형 등에 사용되는 금형강은 금형으로 가공한 후에 열처리하는 강종과, 금형강을 열처리한 후에 금형으로 가공하는 강종으로 크게 대별된다. 과거에는 전자에 해당하는 탄소강이나 저합금강이 다수 사용되어 왔으나, 경도, 인성 등의 물성이 떨어져 수명이 짧은 문제로 인하여 최근에는 후자에 해당하는 석출경화형 금형강이 주로 사용되고 있다.In general, mold steel used for molding plastics is roughly divided into steel grades which are heat treated after being processed into molds and steel grades which are processed into molds after heat treatment of the mold steels. In the past, a number of carbon steels or low alloy steels corresponding to the former have been used, but due to problems of short lifespan due to poor physical properties such as hardness and toughness, precipitation hardening mold steels corresponding to the latter are mainly used.
이와 같이, 플라스틱 성형용 금형에 주로 사용되는 석출경화형 금형강은 금형의 제작기간의 단축과 사용수명을 향상시키기 위하여, 피삭성 뿐만 아니라 경도와 인성이 우수해야 하지만, 이러한 경도와 인성은 서로 상반되는 성질이기 때문에 우수한 경도와 인성을 동시에 확보하는 것이 용이하지 않은 문제가 있다.As such, the precipitation hardening mold steel mainly used in the mold for plastic molding has to be excellent in hardness and toughness as well as machinability in order to shorten the manufacturing time and improve the service life of the mold. Because of its properties, it is not easy to ensure excellent hardness and toughness at the same time.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 일본공개특허 제1993-255732호, 제1995-278743호 및 제1997-021351호 및 한국공개특허 제2000-0057043호 등에 개시된 바와 같이 많은 연구가 진행되어 왔다.In order to solve this problem, many studies have been conducted as disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication Nos. 193-255732, 1995-278743 and 1997-021351, and Korean Patent Publication No. 2000-0057043.
이와 같이, 비록 경도 및 인성이 충분할 경우에도 플라스틱 금형강의 사용 환경에 의한 단점, 즉 금형을 냉각시키기 위하여 사용하는 냉각수에 의한 다량의 수증기에 의한 습한 환경으로 인한 금형 표면에 발생하는 녹(rust), 그리고 냉각수가 흐르는 냉각 구멍(hole)에 두꺼운 녹이 발생됨에 의해 금형의 냉각능 저하가 발생하는 경우가 빈번하다. 녹 발생으로 인한 냉각능 저하에 의한 제품 불량 발생, 그리고 특히 표면에 발생한 녹은 금형의 표면 미관을 해친다. 뿐만 아니라, 발생한 녹에 의한 플라스틱 재료의 표면 광택 저하 및 제품의 결함 등을 초래한다. 특히 표면에 발생한 녹 제거를 위한 수작업에 의한 잉여 작업의 필요성은 생산성 증대에 큰 장애가 되고, 제조 비용 상승의 원인이 되고 있다.Thus, even if the hardness and toughness is sufficient, the disadvantages caused by the use environment of the plastic mold steel, that is, rust generated on the surface of the mold due to the humid environment by a large amount of water vapor by the cooling water used to cool the mold, In addition, a decrease in the cooling capacity of the mold is often caused by the occurrence of thick rust in the cooling holes through which the cooling water flows. Product defects are caused by deterioration of cooling ability due to rust generation, and especially the surface aesthetics of the molten mold generated on the surface. In addition, the surface rust of the plastic material caused by the rust generated, product defects and the like. In particular, the necessity of the redundant work by manual work for removing the rust generated on the surface is a major obstacle to the increase in productivity, causing a rise in manufacturing costs.
본 발명은 합금성분의 조정과, 용체화 처리, 시효 처리 등의 공정 조건을 제어하여 금형강에 내녹청성을 부여하고, 더불어 HRC 38 이상의 경도와, 11J/cm2 이상 수준의 V노치 샤르피 충격값(CVN impact energy)을 동시에 확보함으로써, 금형의 사용수명과 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 금형강 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention controls the process conditions such as adjustment of the alloying components, solution treatment, and aging treatment to impart rust resistance to the mold steel, and also have hardness of HRC 38 or higher and V notch Charpy impact of 11 J / cm 2 or higher. It is an object of the present invention to provide a mold steel and a method for manufacturing the same, which are capable of greatly improving the service life and productivity of the mold by simultaneously securing the value (CVN impact energy).
본 발명에 따른 금형강은 중량%로, C : 0.03~0.09%, Si : 0.2~0.9%, Mn : 1.2~1.7%, Cr : 4.5~6.0%, Ni : 2.5~3.5%, Cu : 0.7~1.5%, Al : 0.5~1.5%, Nb : 0.01~0.1%, S : 0초과~0.006%이하, 및 Mo : 0.5~2.5%와 W : 0.5~2.0% 중 적어도 1종, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 베이나이트와 마르텐사이트의 혼합 조직으로 이루어지고, 하기 식을 만족한다.Mold steel according to the present invention by weight%, C: 0.03 ~ 0.09%, Si: 0.2 ~ 0.9%, Mn: 1.2 ~ 1.7%, Cr: 4.5 ~ 6.0%, Ni: 2.5 ~ 3.5%, Cu: 0.7 ~ 1.5%, Al: 0.5 ~ 1.5%, Nb: 0.01 ~ 0.1%, S: over 0 ~ 0.006%, and Mo: 0.5 ~ 2.5% and W: 0.5 ~ 2.0% of at least one, balance Fe and other unavoidable It contains impurities and consists of a mixed structure of bainite and martensite, and satisfies the following equation.
7.5≤[Cr]+3.3{[[Mo]+0.5[W]}7.5≤ [Cr] +3.3 {[[Mo] +0.5 [W]}
그리고, 상기 금형강은 [Mo]+[W] 값이 1.0~4.5 범위를 만족할 수 있다.In addition, the mold steel may satisfy a [Mo] + [W] value of 1.0 to 4.5.
또한, 상기 금형강은 중량%로, B : 0.001~0.01%를 더 포함할 수 있다.In addition, the mold steel may further include B: 0.001% to 0.01% by weight.
더욱이, 상기 금형강은 중량%로, Sn:0.001~0.06%를 더 포함할 수 있다.Moreover, the mold steel may further include Sn: 0.001 to 0.06% by weight.
게다가, 상기 금형강은 중량%로, Co:0초과~0.01%이하를 더 포함할 수 있다.In addition, the mold steel may further include Co: greater than 0 to 0.01% by weight.
또한, 상기 금형강은 중량%로, Ca:0초과~0.01%이하 및 Mg:0초과~0.005%이하에서 선택된 적어도 1종을 더 포함할 수 있다.In addition, the mold steel may further include at least one selected from a weight% of Ca: more than 0 to 0.01% or less and Mg: more than 0 to 0.005% or less.
본 발명에 따른 금형강의 제조방법은 중량%로, C : 0.03~0.09%, Si : 0.2~0.9%, Mn : 1.2~1.7%, Cr : 4.5~6.0%, Ni : 2.5~3.5%, Cu : 0.7~1.5%, Al : 0.5~1.5%, Nb : 0.01~0.1%, S : 0초과~0.006%이하, 및 Mo : 0.5~2.5%와 W : 0.5~2.0% 중 적어도 1종, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 베이나이트와 마르텐사이트의 혼합 조직으로 이루어지고, 하기 식을 만족하는 슬라브를 전기 슬래그 용해(ESR)를 통해 재용해시키는 단계; 상기 슬라브를 열간 가공하는 단계; 상기 슬라브를 서냉한 후 용체화 처리를 통해 가열하는 단계; 및 상기 용체화 처리 후 공냉하는 단계;를 포함한다.Manufacturing method of the mold steel according to the present invention by weight%, C: 0.03 ~ 0.09%, Si: 0.2 ~ 0.9%, Mn: 1.2 ~ 1.7%, Cr: 4.5 ~ 6.0%, Ni: 2.5 ~ 3.5%, Cu: 0.7 to 1.5%, Al: 0.5 to 1.5%, Nb: 0.01 to 0.1%, S: over 0 to 0.006% and Mo: 0.5 to 2.5% and W: 0.5 to 2.0% of at least one, balance Fe and Re-dissolving a slab containing other unavoidable impurities, consisting of a mixed structure of bainite and martensite, and satisfying the following formula through electric slag dissolution (ESR); Hot working the slab; Slow cooling the slabs and heating them through a solution treatment; And air-cooling after the solution treatment.
7.5≤[Cr]+3.3{[[Mo]+0.5[W]}7.5≤ [Cr] +3.3 {[[Mo] +0.5 [W]}
이때, 상기 용체화 처리를 통해 가열하는 단계에서, 오스테나이트 영역까지 가열하고, 재가열 시 오스테나이트 변태 완료점(Ac3)보다 높은 온도까지 가열하여 유지할 수 있다.At this time, in the heating step through the solution treatment, it can be heated to the austenite region, and heated and maintained to a temperature higher than the austenite transformation complete point (Ac3) when reheating.
본 발명에 의하면, 합금성분의 조정과, 용체화 처리, 시효 처리 등의 공정 조건을 제어하여 HRC 38 이상의 경도와 11J/cm2 이상 수준의 V노치 샤르피 충격값을 동시에 확보함으로써, 금형의 사용수명을 크게 연장시킬 수 있고, 인성이 우수하여 금형의 취급 시에 발생될 수 있는 코너부의 균열이 저감될 수 있다.According to the present invention, by controlling the process conditions, such as the adjustment of the alloying components, solution treatment, aging treatment and the like to secure the hardness of HRC 38 or more and V notch Charpy impact value of 11J / cm 2 or more at the same time, the service life of the mold Can be greatly extended, and the toughness can be reduced, so that the crack in the corner portion which can be generated during handling of the mold can be reduced.
특히 합금 성분 조정에 의한 내녹청성 개선에 의한 금형 표면의 청정성, 그리고 냉각능의 향상으로 인하여 플라스틱의 성형을 고속으로 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 전기 슬래그 용해(ESR, Electro Slag Remelting)에 의한 청정성과, 균일조직이 함께 어울려 우수한 경면성을 가지며, 더불어 제반 성질도 구비한 금형강을 얻을 수 있다.In particular, the plastic surface can be formed at a high speed due to the improvement of the cleanliness of the mold surface and the cooling ability by improving the rust resistance by adjusting the alloy composition, and also the cleanliness due to electro slag remelting (ESR). And a homogeneous structure can be obtained together to obtain a mold steel having excellent mirror properties and also having various properties.
도 1은 본 발명의 제조방법의 열처리 패턴을 나타낸 도면.
도 2는 [Cr]+3.3{[[Mo]+0.5[W]}에 따른 발명강과 비교강의 경도와 인성의 변화를 나타낸 그래프.
도 3은 [Cr]+3.3{[[Mo]+0.5[W]}에 따른 발명강과 비교강의 수돗물 침지 시험 시 녹 발생 분율 변화를 나타낸 그래프.
도 4는 발명강과 비교강의 수돗물 침지 시험 시 발생한 녹을 나타내는 사진.
도 5는 발명강과 비교강의 시효 열처리 후 미세조직을 나타낸 사진.1 is a view showing a heat treatment pattern of the manufacturing method of the present invention.
2 is a graph showing changes in hardness and toughness of the inventive steels and the comparative steels according to [Cr] +3.3 {[[Mo] +0.5 [W]}.
Figure 3 is a graph showing the change in rust generation fraction during the tap water immersion test of the invention steel and the comparative steel according to [Cr] + 3.3 {[[Mo] + 0.5 [W]}.
Figure 4 is a photograph showing the rust generated during the tap water immersion test of the invention and comparative steel.
Figure 5 is a photograph showing the microstructure after aging heat treatment of the inventive steel and the comparative steel.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 하기에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to embodiments of the present invention and other details necessary for those skilled in the art to understand the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in various different forms within the scope of the claims, and thus the embodiments described below are merely exemplary, regardless of expression.
본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 발명은 금형 제조를 위해 사용되는 재료인 금형강 및 그 제조방법에 관한 것이고, 특히 플라스틱 제품을 성형하는 금형을 만들기 위한 금형강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 금형강 표면 및 금형 내부의 냉각 구멍(hole)에 녹이 발생하는 것을 방지하는 내녹청성을 부여하고, 동시에 충분한 경도 및 인성을 확보하여, 금형강의 수명의 대폭 연장이 가능한 내녹청성이 우수한 석출경화형 금형강에 관한 것이다.The present invention relates to a mold steel, which is a material used for manufacturing a mold, and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a mold steel for producing a mold for molding a plastic product, and a method for manufacturing the same. The present invention relates to a precipitation hardening mold steel having excellent rust resistance, which gives rust resistance to prevent rust from being formed, secures sufficient hardness and toughness, and can greatly extend the life of the mold steel.
이하, 본 발명의 금형강에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the mold steel of this invention is demonstrated in detail.
본 발명자들은 금형강의 제반 성질이 우수하면서, 특히 냉각수로 사용하는 수돗물에서 내녹청성이 우수하며, HRC 38 이상의 경도와 11J/cm2 이상의 V노치 샤르피 충격값(CVN absorbed energy)을 동시에 확보하기 위한 연구 및 실험을 거듭하여 본 발명을 완성시켰다.The inventors of the present invention have excellent properties of the mold steel, particularly rust resistance in tap water used as cooling water, and at the same time to secure the hardness of HRC 38 or more and the V notch Charpy impact value of 11 J / cm 2 or more. The research and experiment were repeated to complete the present invention.
그 결과로 본 발명은 저탄소를 포함하고, 내녹청성을 확보하기 위하여 일정량 이상의 Cr을 포함하고, Cr의 내녹청성 향상을 보조해주는 역할로 내녹청성에 우수한 Mo, W를 포함한다. 그리고, 경도 확보를 위해서 Ni-Al 금속간 화합물과 첨가된 Cr, Mo의 일부를 탄화물을 분산 석출시키며, Nb 탄질화물 석출에 의해 결정립 성장을 억제하여 미세화시킨다. 또한, 용체화 처리와 시효 처리 등의 공정 조건을 최적화하여 베이나이트와 마르텐사이트의 혼합 조직을 생성함으로써, 내녹청성이 우수한 석출경화형 금형강을 제조할 수 있다.As a result, the present invention contains low carbon, contains a certain amount of Cr to secure rust resistance, and includes Mo and W excellent in rust resistance as a role of assisting the improvement of rust resistance of Cr. In order to secure the hardness, carbides are dispersed and precipitated with Ni-Al intermetallic compounds and a part of the added Cr and Mo, and the grain growth is suppressed and refined by Nb carbonitride precipitation. In addition, the precipitation hardening type steel having excellent rust resistance can be produced by optimizing process conditions such as solution treatment and aging treatment to produce a mixed structure of bainite and martensite.
이에 의하여 금형의 사용 또는 보관 중 표면에서의 녹의 발생을 크게 억제함으로써, 표면 녹으로 인한 플라스틱 사출품의 표면 품질 문제를 크게 감소시키고, 금형 관리 비용을 크게 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 제조 비용 절감 및 경도, 충격인성의 확보에 의한 사용수명을 크게 향상시키고, 플라스틱의 성형을 고속으로 수행할 수 있다.Thereby, by greatly suppressing the occurrence of rust on the surface during use or storage of the mold, it is possible to greatly reduce the surface quality problems of the plastic injection molded product due to the surface rust, and to significantly reduce the mold management cost. Accordingly, the service life can be greatly improved by reducing the manufacturing cost and securing the hardness and impact toughness, and molding of plastic can be performed at high speed.
먼저, 본 발명의 성분 한정 이유에 대하여 설명한다.(이하, 중량%는 간단히 %로 표기함)First, the reasons for limiting components of the present invention will be described.
탄소(C)는 가열 후 강제 냉각에 의해 담금질성을 높이고, 강도와 경도를 상승시키며, 석출에 의한 시효 경화에 기여하는 원소로서, 본 발명에서는 Cr, Mo, Nb 등과의 탄화물 형성을 위한 반응에 의해 주로 소비된다. C의 함량이 0.09를 초과하면 냉각 시 조대한 탄화물을 형성하여 인성을 저하시키거나, 이들 형성된 조대 탄화물은 절삭시 공구 마모를 증가시키며, 특히 내녹청성 확보에 가장 중요한 Cr과 결합하여 기지 내의 Cr 고용량을 감소시켜 내녹청성을 저하시킨다. C의 함량이 0.03% 미만이면 강제 냉각 후 경도가 낮기 때문에 시효에 의한 석출경화가 이루어지더라도 목표로 하는 HRC 38 이상의 경도를 얻을 수 없는 제약이 있다. 따라서, C의 함량은 0.03~0.09%로 한정한다. Carbon (C) is an element that enhances hardenability, increases strength and hardness by forced cooling after heating, and contributes to aging hardening by precipitation. In the present invention, carbon (C) is used in the reaction for forming carbides with Cr, Mo, Nb, etc. Mainly consumed by When the C content exceeds 0.09, coarse carbides form on cooling to reduce toughness, or these coarse carbides increase tool wear during cutting, especially in combination with Cr, which is most important for securing rust resistance, Decreases the high capacity to reduce rust resistance. If the content of C is less than 0.03%, since hardness is low after forced cooling, even if precipitation hardening by aging is performed, there is a limitation that a hardness of HRC 38 or higher can not be obtained. Therefore, the content of C is limited to 0.03 to 0.09%.
규소(Si)는 제강 과정에서 탈산제로 첨가되어, 일부가 강 중에 고용되어 담금질성 및 경도를 향상시키는 원소로서, 시효 처리 시 조대 탄화물의 형성을 억제하여 입계 탄화물 석출에 의한 충격인성의 급격한 저하를 방지한다. 소재의 질량이 큰 경우에는 Mn 단독으로는 용체화 처리 시 경도 조절이 곤란하기 때문에, 강 중에 0.2% 이상 첨가시켜야 한다. 다만, Si의 함량이 0.9%를 초과하면 편석이 발생하거나 장시간동안 시효 처리시 탄화물의 흑연화를 조장하여 인성이 크게 저하되는 문제가 있고, 특히 기계 가공성의 열화를 초래하기 때문에, Si의 함량은 0.2~0.9%로 한정한다. Silicon (Si) is an element that is added as a deoxidizer during steelmaking, and is partially dissolved in steel to improve hardenability and hardness.It suppresses the formation of coarse carbides during aging treatment, thereby rapidly decreasing impact toughness due to precipitation of grain boundary carbides. prevent. When the mass of the material is large, Mn alone is difficult to control the hardness during the solution treatment, and therefore 0.2% or more should be added to the steel. However, when the content of Si exceeds 0.9%, segregation may occur or the graphitization of carbides may be greatly reduced during aging treatment for a long time, leading to a significant decrease in toughness. In particular, the content of Si may cause deterioration of machinability. It is limited to 0.2-0.9%.
망간(Mn)은 C와 함께 담금질성을 높이고 시효 처리 후 경도와 내마모성을 향상시키는 원소로서, 페라이트의 형성을 억제하고 마르텐사이트의 형성을 조장한다. 본 발명에서 목표로 하는 경도 및 내마모성을 얻기 위해서는 1.2% 이상 첨가해야 하나, Mn의 함량이 1.7%를 초과하면 베이나이트의 과도한 미세화로 인하여 피삭성 및 열간가공성이 감소하므로, Mn의 함량은 1.2~1.7%로 한정한다.Manganese (Mn), together with C, improves hardenability and improves hardness and wear resistance after aging treatment. It suppresses the formation of ferrite and promotes the formation of martensite. In order to achieve the target hardness and wear resistance in the present invention, at least 1.2% should be added. However, when the Mn content exceeds 1.7%, the machinability and hot workability are reduced due to excessive refining of bainite, so the Mn content is 1.2 to Limited to 1.7%.
크롬(Cr)은 내식성 향상 특히 내녹청성 개선이 필수 불가결한 원소로, 첨가 시 담금질성을 높이고, 경도, 내식성 향상시키는 원소이다. 일반적으로 냉각 시 페라이트 및 펄라이트의 형성을 억제하고, 저온조직인 마르텐사이트와 베이나이트의 형성을 조장하며, 심부 경도를 향상시키는 효과가 있다. 특히 강의 내녹청성의 확보를 위해서는 적어도 4.5% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, Cr의 함량이 6.0%를 초과하면 고온에서 페라이트상을 형성하여, 용체화 열처리 시 오스테나이트와 페라이트의 2상역 구간에서 용체화 열처리가 되어, 상온까지 냉각이 되어도 상온에 페라이트상이 형성되어 금형강의 필수 요소 중 하나인 경도의 균일성 저하를 초래하고, 특히 기계적 가공시 불균일한 경도로 인한 가공성의 저하를 야기시키기 때문에, Cr의 함량은 4.5~6.0%로 한정한다.Chromium (Cr) is an element in which the improvement of corrosion resistance, in particular, the improvement of rust resistance is indispensable, is an element that improves hardenability when added, and improves hardness and corrosion resistance. In general, it is effective to inhibit the formation of ferrite and pearlite during cooling, to promote the formation of martensite and bainite, which is a low temperature structure, and to improve core hardness. In particular, it is preferable to add at least 4.5% or more to secure the rust resistance of the steel. However, if the Cr content exceeds 6.0%, the ferrite phase is formed at high temperature, and the solution heat treatment is performed in the two-phase region of austenite and ferrite during the solution heat treatment, and the ferrite phase is formed at room temperature even when cooled to room temperature. The content of Cr is limited to 4.5 to 6.0% because it causes a decrease in the uniformity of hardness, which is one of the essential elements of steel, and in particular, causes a decrease in workability due to uneven hardness in mechanical processing.
몰리브덴(Mo)은 강의 내식성을 향상시키는 원소로, 기지 고용에 의한 조직의 경도 및 시효 처리 시 탄화물 석출에 의한 경화 목적, 나아가 고인성을 얻기 위해 첨가하는 원소이다. 이러한 Cr, W와 함께 내녹청성, 고용 강화에 의한 경도, 및 인성 등의 개선을 위해서는 0.5% 이상 첨가하는 것이 바람직하지만, Mo의 함량이 2.5%를 초과하면 Cr과 동일하게 고온에서의 페라이트 형성으로 강의 경도 불균일 및 가공성 저하를 초래하고, 또 과도한 첨가는 제조 비용이 증가시키므로 Mo의 함량은 0.5~2.5로 한정한다.Molybdenum (Mo) is an element that improves the corrosion resistance of steel, and is an element added to obtain the purpose of hardening by carbide precipitation during the hardness and aging treatment of the matrix by known solid solution and to obtain high toughness. It is preferable to add 0.5% or more with Cr and W to improve rust resistance, hardness due to solid solution strengthening, and toughness. However, when the content of Mo exceeds 2.5%, ferrite is formed at high temperature as Cr. As a result, the hardness nonuniformity and workability decrease of the steel, and excessive addition increases the manufacturing cost, so the content of Mo is limited to 0.5 to 2.5.
텅스텐(W)은 Cr, Mo등과 더불어 대표적인 내식성 향상원소, 그 효과를 나타내기 위해서는 0.5% 이상 첨가하는 것이 바람직하지만, W의 함량이 2.0%를 초과하는 경우, 탄소와 결합하여 텅스텐 카바이드를 형성하여 가공성을 저해한다. 또한, 고온 용체화 처리시 페라이트 상을 형성하여, 상온에서 조직의 불균일을 초래한다. 따라서, W의 함량은 0.5~2.0%로 한정한다.Tungsten (W), along with Cr, Mo, etc., is a typical corrosion resistance improving element, and in order to show the effect, it is preferable to add 0.5% or more.However, when the content of W exceeds 2.0%, it is combined with carbon to form tungsten carbide. Impairs workability. In addition, the ferrite phase is formed during the high temperature solution treatment, resulting in non-uniformity of the tissue at room temperature. Therefore, the content of W is limited to 0.5 to 2.0%.
니켈(Ni)은 경도, 인성 및 포토에칭성(photoetching) 향상 원소로서, 그 일부가 Cu와 균질한 고용체를 형성함으로써 열간가공에 있어 적열취성을 방지하고, 시효 처리시 Ni-Al 금속간 화합물(Ni3Al 등)을 석출시키며, 상기 Ni-Al 금속간 화합물 석출시 핵으로 작용하는 ε-상을 Cu와 함께 구성하므로, 2.5% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, Ni의 함량이 3.5%를 초과하면 피삭성이 저하되고, 열전도율 저하 및 사출 성형 사이클이 증가하는 문제가 있기 때문에, Ni의 함량은 2.5~3.5%로 한정한다.Nickel (Ni) is an element that improves hardness, toughness, and photoetching, and forms a homogeneous solid solution with Cu in part to prevent red-brittle brittleness during hot working. Ni 3 Al, etc.) are precipitated, and the ε-phase which acts as a nucleus when the Ni-Al intermetallic compound is precipitated together with Cu is preferably added at 2.5% or more. However, when the content of Ni exceeds 3.5%, the machinability is lowered, the thermal conductivity is lowered and the injection molding cycle is increased, so the content of Ni is limited to 2.5 to 3.5%.
구리(Cu)는 시효 처리시 ε-Cu 금속간 화합물로 석출되어 석출경화를 가져오는 동시에 내식성 및 피삭성 향상에 유효한 원소이다. Cu는 0.7% 이상 첨가하는 것이 바람직하나, Cu의 함량이 1.5%를 초과하면 열간 가공성이 저하되어 입자계 균열의 원인이 되고, 표면 결함을 유발시키므로, Cu의 함량은 0.7~1.5%로 한정한다.Copper (Cu) is an element effective in improving corrosion resistance and machinability while causing precipitation hardening as an ε-Cu intermetallic compound during aging treatment. It is preferable to add more than 0.7% of Cu. However, if the content of Cu exceeds 1.5%, the hot workability is lowered, which causes grain cracking, and causes surface defects. Therefore, the Cu content is limited to 0.7 to 1.5%. .
알루미늄(Al)은 시효 처리시 Ni와 결합하여 Ni-Al 금속간 화합물을 형성하여 석출경화를 현저하게 하여 경도를 증가시키고, Al 질화물을 형성하여 용체화 처리 시 오스테나이트 결정립의 조대화를 억제하고, 하부 베이나이트의 형성을 조장하여 인성을 증가시키므로 0.5% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, Al의 함량이 1.5%를 초과하면 산화 개재물 형성으로 인해 표면 결함을 발생시키고, 그 밖의 원소의 탄화물과의 밸런스가 무너지게 되어 인성, 피삭성 및 경면성이 저하되기 때문에, Al의 함량은 0.5~1.5%로 한정한다.Aluminum (Al) combines with Ni during aging to form Ni-Al intermetallic compounds to increase precipitation hardening to increase hardness, and to form Al nitrides to inhibit coarsening of austenite grains during solution treatment. It is preferable to add 0.5% or more since it promotes the formation of lower bainite to increase toughness. However, when the content of Al exceeds 1.5%, surface defects occur due to the formation of oxidation inclusions, and the balance between carbides of other elements is broken, which decreases toughness, machinability and specularity. It is limited to 0.5-1.5%.
니오븀(Nb)은 탄소 또는 질소와 결합하여 탄질화물을 형성하여 경도 및 내마모성을 향상시킬 뿐만 아니라, 이러한 Nb 탄질화물 분산에 의해 오스테나이트 결정립을 미세화시켜 인성을 향상시키고, 경질의 조대한 AlN 개재물 형성을 억제하여 경면성을 개선시키므로 0.01% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, Nb의 함량이 0.1%를 초과하면 시효 처리시 과다한 Nb 탄질화물 석출에 의해 피삭성이 저하되고, 중심부에 편석되어 Nb 질화물의 군집대를 형성하여 경면성이 저하되기 때문에, Nb의 함량은 0.01~0.1%로 한정한다.Niobium (Nb) combines with carbon or nitrogen to form carbonitrides to improve hardness and wear resistance, as well as to refine the austenite grains by dispersing such Nb carbonitrides to improve toughness and form hard coarse AlN inclusions. It is preferable to add 0.01% or more in order to suppress and improve mirroring property. However, when the content of Nb exceeds 0.1%, machinability is degraded due to excessive Nb carbonitride precipitation during aging treatment, and segregation at the center forms a cluster of Nb nitrides, thereby reducing the specularity. It is limited to 0.01 to 0.1%.
황(S)은 MnS계 개재물을 생성시켜 피삭성을 향상시키는 원소이지만, 연마 시 MnS계 개재물의 탈락에 의해 표면 결함을 초래하거나, 염소계 플라스틱의 경우 표면부식의 기점으로 작용한다. 그리고, 조대한 유화물계 개재물 형성으로 인해 인성 및 경면성을 저하시키므로, 본 발명에서는 0초과~0.006% 이하로 관리한다.Sulfur (S) is an element that improves machinability by generating MnS inclusions, but causes surface defects by dropping of MnS inclusions during polishing, or acts as a starting point of surface corrosion in the case of chlorine-based plastics. In addition, in the present invention, the toughness and the specularity are reduced due to the formation of coarse emulsion-based inclusions.
보론(B)은 담금질성 향상 원소로서, 냉각시 강의 미세조직을 균일화하고, 경도를 향상시키며, 본 발명의 낮은 S함량에 기인한 피삭성의 부족을 개선시켜 주므로, 0.001% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, B의 함량이 0.01%를 초과하면 열간가공시 입계에 B 질화물이나 금속간 화합물의 다량 석출로 인해 열간 가공성 및 보수 용접성을 저하시키며, 베이나이트 변태를 지연시킬 수 있기 때문에, B의 함량은 0.001~0.01%로 한정한다.Boron (B) is an quenchability improving element, and it is preferable to add 0.001% or more, since it minimizes the microstructure of the steel upon cooling, improves the hardness, and improves the lack of machinability due to the low S content of the present invention. . However, when the content of B exceeds 0.01%, hot workability and repair weldability may be reduced due to the large precipitation of B nitride or intermetallic compound at the grain boundary during hot working, and the content of B may be delayed due to bainite transformation. It is limited to 0.001 to 0.01%.
주석(Sn)은 본 발명이 목표로 하는 내녹청성을 확보하기 위해 필수 원소로, 0.001% 이상이 필요하다. 다만, 첨가량이 0.06%를 초과하면 내식성이 저하된다. 또한, 담금질 가열 시에 표면 산화가 불균일하게 되어, 연마성을 악화시키기 때문에, 0.06% 이하로 한다.Tin (Sn) is an essential element in order to secure the rust resistance to which the present invention aims, and requires 0.001% or more. However, when addition amount exceeds 0.06%, corrosion resistance will fall. Moreover, since surface oxidation becomes nonuniform at the time of quenching heating, and worsen abrasive property, it is made into 0.06% or less.
코발트(Co)는 인성 및 내식성을 향상시키는 원소로서, 탄소 또는 질소와 결합하여 탄질화물을 형성하여 경도 및 내마모성을 향상시킬 뿐만 아니라, 이러한 Co 탄질화물 분산에 의해 오스테나이트 결정립을 미세화시켜 인성을 향상시킨다. 다만, 과다 함유되면 고가의 비용이 소요되고, 최종 조직에 잔류 오스테나이트를 증가시켜 경도의 편차를 초래할 수 있으므로, 본 발명에서는 0초과~0.01% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.Cobalt (Co) is an element that improves toughness and corrosion resistance, and combines with carbon or nitrogen to form carbonitrides to improve hardness and abrasion resistance, as well as to refine toughness of austenite grains by dispersing Co carbonitride. Let's do it. However, excessively high cost is required, and since the residual austenite may be increased in the final structure to cause variation in hardness, the present invention is preferably managed at more than 0 to 0.01% or less.
칼슘(Ca)은 열간가공에 의한 가공방향으로의 MnS계 개재물의 연신을 방지하여 피삭성을 향상시키는 원소로서, MnS 개재물은 고온에서 점성이 크기 때문에 열간 가공을 거친 강재의 경우 MnS계 개재물이 그 가공 방향으로 연신되어 피삭성 열화 및 기계적 특성의 이방성이 생기는 원인이 되는 바, Ca이 첨가되는 경우 MnS계 개재물의 형상 변형에 대한 저항성이 높아져 구형을 유지하고, MnS계 개재물이 균일하고 미세화되기 때문에 연마시 응력 집중에 의한 균열 발생이 저감되어 피삭성이 향상되고 절삭 공구의 수명이 연장되는 것이다. 다만, Ca의 함량이 0.01%를 초과하면 CaS 개재물이 다량 생성되어 인성이 저하될 수 있고, 산화물의 형성으로 경면성이 저하될 수 있기 때문에, 본 발명에서는 MnS계 개재물의 형상을 최적 제어하여 피삭성, 인성을 향상시키기 위하여 0초과~0.01% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.Calcium (Ca) is an element that improves machinability by preventing stretching of MnS inclusions in the processing direction by hot working. MnS inclusions have high viscosity at high temperatures, so MnS inclusions Stretching in the processing direction causes deterioration of machinability and anisotropy of mechanical properties. When Ca is added, resistance to shape deformation of MnS inclusions is increased to maintain spherical shape, and MnS inclusions are uniform and fine. Cracking due to stress concentration during polishing is reduced to improve machinability and extend the life of the cutting tool. However, when the Ca content exceeds 0.01%, a large amount of CaS inclusions may be generated to reduce toughness, and the mirror property may decrease due to the formation of oxides. Thus, in the present invention, the shape of the MnS-based inclusions may be optimally controlled. In order to improve machinability and toughness, it is preferable to manage to more than 0 to 0.01% or less.
마그네슘(Mg)은 Al보다 산소 친화력이 크기 때문에 강중에 Al2O3와 같은 산화물의 생성을 억제하고, MgO계 산화물을 형성하며, 이때, MgO계 산화물은 응집되기 어렵고, 강중에 잔류해도 조대화되기 쉬운 Al 산화물에 비해 개재물의 미세화를 도모하여 경면성을 향상시킬 뿐만 아니라, 절삭시 공구의 표면에 보호 피막을 형성하여 피삭성도 향상시키는 원소로서, Mg의 함량이 0.005%를 초과하면 열간 가공성 및 경면성이 감소될 수 있으므로, 본 발명에서는 0초과~0.005% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.Magnesium (Mg) has a greater oxygen affinity than Al, thus suppressing the formation of oxides such as Al 2 O 3 in steel and forming MgO-based oxides. At this time, MgO-based oxides are less likely to aggregate and coarsen even when remaining in steel. Compared to Al oxide, which is easy to be used, it is possible to make the inclusion finer and improve the specularity, and to form a protective film on the surface of the tool during cutting to improve the machinability. When the Mg content exceeds 0.005%, hot workability and Since the specularity can be reduced, it is preferable to manage it to more than 0 to 0.005% or less in the present invention.
이때, 본 발명에 따른 금형강은 7.5≤[Cr]+3.3{[[Mo]+0.5[W]}의 관계식을 만족시키는 것이 바람직하다. 이는 상기 관계식의 값이 7.5 미만이면 내식성이 불충분하여 수돗물에서 쉽게 녹이 발생한다. 하지만, 상기의 값이 증가할수록 내식성은 증가하나, 고합금으로 인하여 기계 가공성이 저하되고 인성이 감소할 수 있다.At this time, the mold steel according to the present invention preferably satisfies the relational expression of 7.5≤ [Cr] +3.3 {[[Mo] +0.5 [W]}. If the relationship is less than 7.5, the corrosion resistance is insufficient, so that rust is easily generated in tap water. However, as the above value increases, the corrosion resistance increases, but the machinability may decrease due to the high alloy and the toughness may decrease.
그리고 본 발명에 따른 금형강은 1.0≤[Mo]+[W]≤4.5 관계식을 만족시키는 것이 바람직한 바, 이는 상기 관계식의 값이 1.0 이하의 경우, Cr의 함량이 4.5~6%이면, Cr 단독에 의한 내식성 향상의 효과가 불충분하여 녹이 쉽게 발생할 수 있다. 그리고, 상기 관계식의 값이 증가할수록 내식성에 증가하는 효과는 있으나, 그 값이 4.5을 초과하는 경우, 고온에서 페라이트상이 형성되어 용체화 처리가 2상역, 즉, 오스테나이트와 페라이트 역에서 열처리가 되어 금형강의 미세조직 불균일이 발생된다. 다시 말하면, 시효 처리 후에서 잔류 페라이트가 존재하여 경도의 편차를 초래하고, 특히 기계 가공시 위치에 따른 가공성의 편차가 발생한다.
And the mold steel according to the present invention preferably satisfies the relationship 1.0≤ [Mo] + [W] ≤4.5, which means that when the value of the relation is 1.0 or less, if the content of Cr is 4.5-6%, Cr alone The effect of improving the corrosion resistance is insufficient, and rust may easily occur. And, as the value of the relation increases, there is an effect of increasing the corrosion resistance, but if the value exceeds 4.5, the ferrite phase is formed at a high temperature so that the solution treatment is heat-treated in the two-phase region, that is, austenite and ferrite region Microstructure unevenness of the mold steel occurs. In other words, residual ferrite is present after the aging treatment, resulting in a variation in hardness, in particular a variation in machinability depending on the position during machining.
본 발명의 금형강은 상기 성분들을 포함하면서 잔부 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어진다. 그리고 필요에 따라 본 발명의 금형강의 특성 향상을 위해 합금원소가 더 첨가될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서 밝히지 않은 합금원소가 첨가되었다고 하여 본 발명의 범위에서 제외되는 것으로 해석되지 않음은 물론이다.The mold steel of the present invention comprises the above components and consists of the balance Fe and other unavoidable impurities. And alloy elements may be further added to improve the properties of the mold steel of the present invention, if necessary, it is not interpreted to be excluded from the scope of the present invention that the alloy element is not disclosed in the embodiment of the present invention. .
한편, 시효경화 열처리 전에는 마르텐사이트 조직의 경우 변태 시 형성된 마르텐사이틱 페라이트가 탄소 및 합금원소를 고용하여 경도는 높으나 매우 취화되어 있다. 하지만, 베이나이트 조직은 마르텐사이트와 동일한 페라이트가 기지 조직이나, 베이나이트 형성 시 마르텐사이트와 다르게 내부에 고용된 탄소나 합금원소가 미세한 탄화물의 형태로 석출된 조직으로, 템퍼링이 진행된 마르텐사이트와 유사한 조직이다. 비록 마르텐사이트보다는 경도의 감소가 발생하지만, 베이나이트에서 형성된 페라이트는 마르텐사이트에서 보다 쉽게 변형될 수 있어 외부 충격을 쉽게 흡수할 수 있다. 이에 따라, 기본 미세조직이 마르텐사이트와 베이나이트의 혼합 조직에 의해 시효 경화 후에도 경도의 손실 없이 인성이 향상될 수 있다. 그리고, 용체화 처리 후 냉각 시 제품의 크기에 관계없이 냉각에 의한 균열을 방지할 수 있다. On the other hand, before aging hardening heat treatment, martensitic ferrite formed during transformation in the case of martensitic structure employs carbon and alloying elements so that the hardness is high but very brittle. However, the bainite structure is a structure in which the same ferrite as the martensite is known as the matrix structure, but in the form of fine carbides of carbon or alloying elements dissolved therein, unlike martensite in the formation of bainite, it is similar to the tempered martensite. Organization. Although a decrease in hardness occurs than martensite, the ferrite formed in bainite can be more easily deformed in martensite and thus can easily absorb external impacts. Accordingly, the toughness of the basic microstructure can be improved without loss of hardness even after age hardening by the mixed structure of martensite and bainite. In addition, during cooling after the solution treatment, cracks due to cooling can be prevented regardless of the size of the product.
이하, 본 발명의 고경도 및 고인성 석출경화형 금형강의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the high hardness and high toughness precipitation hardening mold steel of this invention is demonstrated in detail.
본 발명의 제조방법은 상술한 성분계와 같이 조성되는 강괴를 전기 슬래그 용해(ESR, Electro Slag Remelting)에 의해 고청정 특수 재용해하여 청정도를 확보하고, 분괴압연을 하거나 열간단조 후 평압연을 실시하는 등 열간 가공한다. 이후, 재가열 시 오스테나이트 변태 완료점(Ac3) 이상인 높은 온도까지 가열하여, 용체화 처리를 수행하고, 상온까지 냉각한 후에 다시 석출물이 형성되는 온도에서 적절한 시간 시효 열처리를 행하면, 내녹청성이 우수한 석출경화형 금형강을 제조할 수 있다.In the manufacturing method of the present invention, the steel ingot formed as in the above-described component system is specially re-dissolved by electroslag remelting (ESR, Electro Slag Remelting) to secure cleanliness, to perform clean rolling, or to perform flat rolling after hot forging. Etc. Hot processing. Subsequently, when reheating, the solution is heated to a high temperature equal to or higher than the austenite transformation complete point (Ac3), subjected to a solution treatment, cooled to room temperature, and then subjected to an appropriate time aging heat treatment at a temperature at which precipitates are formed again. Precipitation hardening mold steel can be manufactured.
먼저, 금속을 전기로 또는 진공유도로나 대기유도로를 이용하여 상술한 성분계와 같이 조성되는 강괴를 주조하고, 상기 주조된 강괴를 청정도 확보를 위해 재용해시키는 전기 슬래그 용해(ESR) 과정을 수행한다. 그리고, 분괴압연을 하거나 열간단조후 평압연을 실시하여 열간 가공을 수행하게 된다. 열간 가공에 의해 일정 크기의 제품을 제조한 후에 냉각 시 열응력 및 변태응력에 의한 균열을 방지하기 위하여 서냉을 한다.First, using the electric furnace or vacuum induction or atmospheric induction to cast a steel ingot formed as in the above-described component system, and performs the electric slag melting (ESR) process to re-dissolve the cast ingot to ensure cleanliness do. Then, hot rolling is performed by performing rolling or by flat rolling after hot forging. After manufacturing a certain size of product by hot working, slow cooling is performed to prevent cracking due to thermal stress and transformation stress during cooling.
그리고, 서냉하여 제조된 제품의 경도와 인성을 부여하기 위하여, 석출 경화형 금형강의 경우 통상적으로 도 1에 나타낸 것과 같이 용체화 처리를 통해 오스테나이트 영역까지 가열하는 바, 이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 재가열 시 오스테나이트 변태 완료점(Ac3)보다 높은 온도까지 가열하여 유지하게 된다. 상기 용체화 처리 후에는 공냉하여 상온까지 냉각한다. 이는 상기 금형강의 경우, 경화능이 우수하여 공냉하여도 페라이트의 형성없이 마르텐사이트와 베이나이트 혼합 조직이 형성되기 때문이다. 상기 냉각 후에는 도 1에 표시한 바와 같이 석출 경화형 금형강의 합금원소인 Ni, Al이 금속간 화합물로 석출하는 적절한 온도에서 시효 처리를 하여 석출경화형 금형강에서 요구하는 38 이상이 경도와 11J/cm2 이상의 인성을 동시에 확보한다.And, in order to impart the hardness and toughness of the product produced by slow cooling, in the case of precipitation hardening mold steel is typically heated to the austenite region through the solution treatment as shown in Figure 1, where shown in Figure 1 Likewise, the reheating is maintained by heating to a temperature higher than the austenite transformation point Ac3. After the solution treatment, the solution is cooled by air to room temperature. This is because, in the case of the mold steel, martensite and bainite mixed structure are formed without formation of ferrite even when air-cooled because of excellent hardenability. After the cooling, as shown in FIG. 1, aging treatment is performed at an appropriate temperature at which Ni and Al, which are alloy elements of the precipitation hardening mold steel, precipitate out of the intermetallic compound, and 38 or more required in the precipitation hardening mold steel have hardness and 11 J / cm. Secure two or more toughness at the same time.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
하기 표 1과 같이 조성되는 석출경화형 금형강을 제조한 후, 이를 가열하여 오스테나이트의 형성이 완료되는 변태 완료점(Ac3)인 870℃ 이상의 온도에서 30분 이상 용체화 처리한 후, 공냉 및 수냉으로 냉각하여 시편을 제작하고, 이들 시편을 10mm 두께의 표준 샤르피 V노치(Charpy V-Notch) 시편의 형상으로 가공하였다. 그리고, 시효 처리시 발생 가능한 시편의 재질 편차를 최소화하기 위하여 시효에 의하여 석출 경화가 발생하는 온도인, 300~650℃에서 정밀 제어가 가능한 염욕(온도제어범위:±3℃)을 이용하여 1~30시간의 시효 처리 후, 최종적으로 V노치 샤르피 시편을 재가공하여 상온에서 충격시험을 행하였으며, 로크웰 경도(HRC)를 측정하였다. 여기서, 상기 충격시험은 동일 온도에서 3번씩 하였고, 경도 측정은 5번 측정하여, 그 값들의 평균치를 구하였다.After preparing the precipitation hardening mold steel composition as shown in Table 1, after heating the solution at a temperature of 870 ℃ or more at the transformation completion point (Ac3) of the formation of austenite is completed for 30 minutes or more, air-cooled and water-cooled The specimens were prepared by cooling the specimens, and the specimens were processed into shapes of standard Charpy V-Notch specimens having a thickness of 10 mm. In order to minimize the material variation of the specimen during aging treatment, the temperature of precipitation hardening by aging, which can be precisely controlled at 300 to 650 ° C., is used in a salt bath (temperature control range: ± 3 ° C.) After 30 hours of aging, the V notched Charpy specimens were finally reworked and subjected to an impact test at room temperature. Rockwell hardness (HRC) was measured. Here, the impact test was performed three times at the same temperature, the hardness measurement was measured five times, the average value of the values were obtained.
도 2는 발명강과 비교강을 도 1의 방법으로 시효 열처리를 한 후 측정한 경도(HRC), V노치 샤르피 충격값을 나타내었다. 비교강과 발명강의 경도 및 V노치 샤르피 충격값을 PREN 지수로 나타내었다. 비교강과 발명강의 경우 대부분 경도는 38HRC 이상의 값을 얻을 수 있고, V노치 샤르피 충격값도 11J/cm2 이상의 값을 나타낸다(도 2에 표시한 화살표는 비교강을 표시). 이는 석출 경화형 금형강에서 요구하는 기본 조건을 충족한 것으로 금형강으로 사용 가능함을 의미한다.Figure 2 shows the hardness (HRC), V notch Charpy impact value measured after aging heat treatment of the invention steel and comparative steel in the method of FIG. The hardness and V notch Charpy impact values of the comparative steel and the inventive steel are expressed in PREN index. In the case of the comparative steel and the invention steel, the hardness can be obtained in the value of 38HRC or more, and the V notch Charpy impact value also indicates the value of 11 J / cm 2 or more (the arrow shown in FIG. 2 indicates the comparative steel). This means that the basic conditions required by the precipitation hardening mold steel can be used, and the mold steel can be used.
본 발명에서 강조하는 내녹청성은 다음의 방법으로 측정하였다. 발명강과 비교강을 금형강 제조 공정에 맞게 열처리-시효 경화 열처리를 행한 후 시편을 적절한 두께를 갖는 50㎜x50㎜의 크기로 절단한 후, 1㎛까지 정밀 연마하였다. 연마 후 상온의 수돗물에 24시간 침적 후 표면에 발생한 녹(rust)의 면적을 단위 면적으로 환산하여 측정하였다.The rust resistance highlighted in the present invention was measured by the following method. The inventive steel and the comparative steel were subjected to heat treatment-aging hardening heat treatment according to the mold steel manufacturing process, and then the specimens were cut to a size of 50 mm x 50 mm having an appropriate thickness, and then precisely ground to 1 m. After grinding for 24 hours, the area of rust generated on the surface after immersion in tap water at room temperature was measured.
도 3은 내녹청성을 나타내는 지수인 Cr+3.3{[Mo]+0.5[W]} (단위 중량 %)에 따른 녹 발생 면적을 나타낸 것이다. 녹 발생 분율은 PREN 지수 값이 증가할수록 크게 감소한다. 그 값이 7.5 이상을 나타내는 발명강의 경우 비교강 2보다 녹 발생 분율이 50% 감소한 우수한 내녹청성을 나타낸다.3 shows the rust generation area according to Cr + 3.3 {[Mo] +0.5 [W]} (unit weight%), which is an index indicating rust resistance. The rust generation fraction decreases significantly as the PREN index value increases. In the case of the invention steel having a value of 7.5 or more, the rust generation fraction is 50% lower than that of the comparative steel 2, which shows excellent rust resistance.
도 4는 수돗물에서 24시간 침지한 후 녹이 발생한 표면을 나타낸 대표적인 사진(화살표 녹)이다. 일부 비교강의 경우 유사 경도 수준에서 우수한 V노치 샤르피 충격값을 보이나, 내녹청성은 매우 열위함을 알 수 있다.Figure 4 is a representative photograph (arrow rust) showing the surface where rust occurred after immersion in tap water for 24 hours. Some comparative steels show excellent V notch Charpy impact values at similar hardness levels, but the rust resistance is very inferior.
그리고, 도 5는 비교강과 발명강의 미세조직으로 PREN 지수 값이 매우 높아 내녹청은 매우 우수하나, 비교강의 경우, 고온에서 페라이트와 오스테나이트 2상 영역의 확장에 의한 시효 열처리 후에서 페라이트 상이 잔존함(화살표 표시)을 알 수 있다.In addition, Figure 5 is a microstructure of the comparative steel and the invention steel has a very high PREN index value rust resistance is very excellent, but in the case of the comparative steel, the ferrite phase remains after aging heat treatment by expansion of the ferrite and austenite two-phase region at high temperature (Arrow sign).
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.The scope of the present invention is defined by the following claims. The scope of the present invention is not limited to the description of the specification, and all variations and modifications falling within the scope of the claims are included in the scope of the present invention.
Claims (8)
7.5≤[Cr]+3.3{[[Mo]+0.5[W]}By weight%, C: 0.03-0.09%, Si: 0.2-0.9%, Mn: 1.2-1.7%, Cr: 4.5-6.0%, Ni: 2.5-3.5%, Cu: 0.7-1.5%, Al: 0.5- 1.5%, Nb: 0.01-0.1%, S: greater than 0 to 0.006% or less, Mo: 0.5-2.5% and W: 0.5-2.0% of at least one, balance Fe and other unavoidable impurities, bainite A mold steel composed of a mixed structure of martensite and satisfying the following formula, but having a value of [Mo] + [W] of 1.0 to 4.5.
7.5≤ [Cr] +3.3 {[[Mo] +0.5 [W]}
상기 금형강은 중량%로, B : 0.001~0.01%를 더 포함하는 금형강.The method of claim 1,
The mold steel is in weight percent, B: mold steel further comprising 0.001 to 0.01%.
상기 금형강은 중량%로, Co:0초과~0.01%이하를 더 포함하는 금형강.The method of claim 1,
The mold steel is by weight%, Co: more than 0 to 0.01% of the mold steel further comprises.
상기 금형강은 중량%로, Ca:0초과~0.01%이하 및 Mg:0초과~0.005%이하에서 선택된 적어도 1종을 더 포함하는 금형강.The method of claim 1,
The mold steel is a mold steel further comprising at least one selected from a weight% of Ca: greater than 0 to 0.01% and less than Mg: greater than 0 to 0.005%.
상기 슬라브를 열간 가공하는 단계;
상기 슬라브를 서냉한 후 용체화 처리를 통해 가열하는 단계; 및
상기 용체화 처리 후 공냉하는 단계;를 포함하는 금형강의 제조방법.
7.5≤[Cr]+3.3{[[Mo]+0.5[W]}By weight%, C: 0.03-0.09%, Si: 0.2-0.9%, Mn: 1.2-1.7%, Cr: 4.5-6.0%, Ni: 2.5-3.5%, Cu: 0.7-1.5%, Al: 0.5- 1.5%, Nb: 0.01-0.1%, S: greater than 0 to 0.006% or less, Mo: 0.5-2.5% and W: 0.5-2.0% of at least one, balance Fe and other unavoidable impurities, bainite Re-dissolving a slab made of a mixed structure of and martensite and satisfying the following formula, but having an [Mo] + [W] value ranging from 1.0 to 4.5 through electric slag dissolution (ESR);
Hot working the slab;
Slow cooling the slabs and heating them through a solution treatment; And
And cooling the air after the solution treatment.
7.5≤ [Cr] +3.3 {[[Mo] +0.5 [W]}
상기 용체화 처리를 통해 가열하는 단계에서, 오스테나이트 영역까지 가열하고, 재가열 시 오스테나이트 변태 완료점(Ac3)보다 높은 온도까지 가열하여 유지하는 금형강의 제조방법.The method of claim 7, wherein
In the step of heating through the solution treatment, heating to the austenite region, the method of manufacturing a mold steel to be heated and maintained to a temperature higher than the austenite transformation complete point (Ac3) when reheating.
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