KR101545417B1

KR101545417B1 - 내발청성 및 열전도성이 우수한 금형용 강 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101545417B1
Application number: KR1020137015973A
Authority: KR
Inventors: 다이시로오 후쿠마루; 마리코 후쿠마루; 류우이치로오 스가노; 히데시 나카츠
Original assignee: 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2015-08-18
Also published as: EP2660348B1; JPWO2012090562A1; JP5534482B2; CN103282530A; EP2660348A4; EP2660348A1; KR20130091351A; CN103282530B; WO2012090562A1

Abstract

금형용 강으로서의 기본 특성을 만족한 후에, 더욱 우수한 내발청성과 열전도성을 양립한 금형용 강 및 그 제조 방법을 제공한다. 질량％로, C:0.07 내지 0.15％, Si:0 초과 내지 0.8％ 미만, Mn:0 초과 내지 1.5％ 미만, P:0.05％ 미만, S:0.06％ 미만, Ni:0 초과 내지 0.9％ 미만, Cr:2.9 내지 4.9％, Mo와 W는 단독 또는 복합으로(Mo＋1/2W):0 초과 내지 0.8％ 미만, V:0 초과 내지 0.15％ 미만, Cu:0.25 내지 1.8％를 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강이며, 경도가 30 내지 42HRC인 금형용 강이다. 불가피적 불순물인 Al은 0.1％ 미만, N은 0.06％ 미만, O는 0.005％ 미만으로 규제하는 것이 바람직하다. 상기한 경도는, 켄칭과, 530℃ 이상의 템퍼링에 의해 얻을 수 있다.

Description

내발청성 및 열전도성이 우수한 금형용 강 및 그 제조 방법{DIE STEEL HAVING SUPERIOR RUSTING RESISTANCE AND THERMAL CONDUCTIVITY, AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 우수한 내발청성과 열전도성을 겸비하고, 주로 플라스틱 성형 용도에 최적인 금형용 강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 특히 플라스틱 성형에 사용되는 금형용 강에는, 주로,

(1) 경면 마무리성이 좋고, 핀 홀이나 그 밖의 미세 피트의 발생 경향이 작은 것,

(2) 시보 가공성이 좋은 것,

(3) 강도, 내마모성, 인성이 좋은 것,

(4) 피절삭성이 좋은 것,

(5) 내식성, 내발청성이 좋은 것,

(6) 열전도성이 좋은 것

등이 요구된다.

그 중에서도, 내발청성과 열전도성의 향상은, 최근의 금형용 강에 있어서 중요한 요구 특성으로 되어 있다. 즉, 생산의 짬이나 메인터넌스와 같은 금형 미사용 시에는, 결로에 의해 금형 표면에 녹이 발생하는 문제가 있다. 금형 표면에 녹이 발생하면, 다시 사용을 개시할 때에는 연마 등의 녹을 떨어뜨리는 공정이 필수로 되어, 생산성 저하의 요인으로 된다. 따라서, 금형용 강에는 내발청성의 향상이 많이 요구되고 있다. 또한, 금형용 강의 열전도성의 향상은, 가열과 냉각을 반복하는 플라스틱 성형에 있어서, 그 열사이클을 단축하여 생산성을 높이기 위한 중요한 개선 특성이다.

플라스틱 성형에 사용되는 금형용 강으로서는, 질량％(이하, ％로 표기)로, C:0.075 내지 0.15％, Si:1.0％ 이하, Mn:1 내지 3％, Cr:2 내지 5％, Ni:1 내지 4％(단, Mn＋Cr＋Ni≥6), Mo와 W는 단독 또는 복합으로(Mo＋1/2W):0.1 내지 1.0％, P:0.015％ 이하, S:0.02％ 이하, 잔량부 Fe 및 불순물로 이루어지는 합금 강이 제안되어 있다(특허문헌 1).

또한, C:0.10 내지 0.25％, Si:1.00％ 이하, Mn:2.00％ 이하, Ni:0.60 내지 1.50％, Cr:1.00 초과 내지 2.50％, Mo와 W는 단독 또는 복합으로(Mo＋1/2W):1.00％ 이하, V:0.03 내지 0.15％, Cu:0.50 내지 2.00％, S:0.05％ 이하를 함유하고, Al은 0.10％ 이하, N은 0.06％ 이하, O는 0.005％ 이하로 규제되고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물의 조성으로 이루어지는 금형용 강이 제안되어 있다(특허문헌 2).

일본 특허 출원 공표 제2001-505617호 공보 일본 특허 출원 공개 제2007-146278호 공보

2 내지 5％의 Cr을 포함하는 특허문헌 1의 금형용 강은, 내발청성이 우수한 것이다. 그러나 열전도율이 낮으므로, 성형 조건에 따라서는 열사이클 시간이 증가하여, 생산성을 낮출 우려가 있었다. 한편, Cr이 2.5％ 이하인 특허문헌 2의 금형용 강은, 높은 열전도율을 갖고, 열사이클 시간의 단축이 가능하다. 그러나 특허문헌 1의 금형용 강에 비해, 내발청성의 향상에 여지가 있는 것이다. 이와 같이, 열전도성과 내발청성은 상반되는 특성이므로, 이들 특성을 높은 레벨로 겸비한 금형용 강의 제공이 요망되고 있었다.

본 발명의 목적은, 우수한 열전도성과 내발청성을 겸비한 금형용 강과, 이 금형용 강을 얻는 데 바람직한 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자는, 금형용 강의 성분 조성에 대해 재검토하였다. 그 결과, 종래의 금형용 강을 구성하고 있었던 많은 원소종이라도, 그들은 내발청성과 열전도성에 대하여 상호적이고 또한 복잡하게 작용하고 있는 것을 확인하였다. 그리고 상기한 양 특성을 겸비시키는 것을 목적으로 하여, 많은 원소종 중에서도 특히 영향도가 큰 인자를 추출하는 동시에, 이들의 함유량의 사이에는 최적인 관계가 있는 것도 밝혀냄으로써, 본 발명에 도달하였다.

즉, 본 발명은, 질량％로, C:0.07 내지 0.15％, Si:0 초과 내지 0.8％ 미만, Mn:0 초과 내지 1.5％ 미만, P:0.05％ 미만, S:0.06％ 미만, Ni:0 초과 내지 0.9％ 미만, Cr:2.9 내지 4.9％, Mo와 W는 단독 또는 복합으로(Mo＋1/2W):0 초과 내지 0.8％ 미만, V:0 초과 내지 0.15％ 미만, Cu:0.25 내지 1.8％를 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강이며, 경도가 30 내지 42HRC인 것을 특징으로 하는 내발청성 및 열전도성이 우수한 금형용 강이다. 불가피적 불순물인 Al은 0.1％ 미만, N은 0.06％ 미만, O는 0.005％ 미만으로 규제하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 질량％로, C:0.07 내지 0.15％, Si:0 초과 내지 0.8％ 미만, Mn:0 초과 내지 1.5％ 미만, P:0.05％ 미만, S:0.06％ 미만, Ni:0 초과 내지 0.9％ 미만, Cr:2.9 내지 4.9％, Mo와 W는 단독 또는 복합으로(Mo＋1/2W):0 초과 내지 0.8％ 미만, V:0 초과 내지 0.15％ 미만, Cu:0.25 내지 1.8％를 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강을, 켄칭과, 530℃ 이상의 온도에 의한 템퍼링에 의해, 경도를 30 내지 42HRC로 조정하는 것을 특징으로 하는 내발청성 및 열전도성이 우수한 금형용 강의 제조 방법이다. 불가피적 불순물인 Al은 0.1％ 미만, N은 0.06％ 미만, O는 0.005％ 미만으로 규제하는 것이 바람직하다.

그리고 바람직하게는, 상기한 강의 조성이, 질량％에 의한 하기의 수학식 1 및 수학식 2에 의한 값으로 각각 100 이상을 만족하는 금형용 강 및 그 제조 방법이다.

[수학식 1]

[수학식 2]

여기서, [] 괄호 내는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타낸다.

본 발명이면, 종래 개개의 금형용 강으로밖에 달성할 수 없었던 우수한 내발청성과 열전도성을, 높은 재현성을 갖고 동시에 실현할 수 있다. 따라서, 금형의 기술 향상에 있어서 유효한 기술로 된다.

본 발명의 특징은, 금형용 강의 구성 원소로서, 내발청성 및 열전도성에 큰 영향을 미치는 원소종을 특정할 수 있었던 점에 있다. 즉, C, S, Ni, Cr, Mo, W는 내발청성에 큰 영향을 미치고, C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, W, Cu는 열전도성에 큰 영향을 미치는 원소종이다. 이 특정에 의해, 우수한 내발청성을 갖는 특허문헌 1에 기재된 금형용 강에 대해서는, C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, W, Cu량을 재검토함으로써, 열전도성의 향상을 달성할 수 있다. 또한, 우수한 열전도성을 갖는 특허문헌 2에 기재된 금형용 강에 대해서는, C, S, Ni, Cr, Mo, W의 함유량을 재검토함으로써, 내발청성의 향상을 달성할 수 있다.

그리고 본 발명의 다른 특징은, 상기한 특정할 수 있었던 원소종의, 내발청성 및 열전도성의 각각에 부여하는 영향도도 정량화할 수 있었던 점에 있다. 이 영향도의 정량화에 의해, 조정의 목표로 해야 하는 금형용 강의 최적인 성분 조성은 보다 명확해지므로, 내발청성과 열전도성의 가일층의 향상을 달성할 수 있다. 이하, 구성 요건마다 설명한다.

·C:0.07 내지 0.15％

C는, 켄칭성을 높이고, 또한 템퍼링에 있어서는, Cr, Mo(W), V 탄화물의 석출에 의한 조직 강화를 초래하는 원소이며, 후술하는 30 내지 42HRC의 켄칭 템퍼링 경도를 유지하기 위해 필요한, 기본적 첨가 원소이다. 그리고 절삭 가공 시 등에 발생하는 가공 변형을 억제하기 위해서는, 강 중의 잔류 응력을 저감해 두는 것이 바람직하고, 이것을 위해서는 상기한 템퍼링 온도는 높게 할 수 있는 것이 필요하다. 따라서, 본발명강에서는, 예를 들어 530℃ 이상의 템퍼링에서도 30HRC 이상의 경도를 안정적으로 달성할 수 있을 만큼의, 충분한 C량을 첨가하는 것이 중요하다.

그러나 첨가량의 증가에 수반해서는, Cr 탄화물의 형성에 의해 기지 중의 고용 Cr이 감소하면, 내발청성이 저하되므로, 본 발명에서는 0.15％ 이하로 한다. 한편, 고용 Cr은 금형용 강의 열전도율을 낮추는 큰 요인으로 되므로, Cr 탄화물을 형성하는 C는, 지나치게 적으면 금형용 강의 열전도성을 열화시킨다. 그리고 필요한 경도도 얻어지지 않게 되므로, 0.07％ 이상으로 한다. 바람직하게는, 0.08％ 이상 및/또는 0.13％ 이하이다. 보다 바람직하게는, 0.1％ 이상 및/또는 0.12％ 이하이다. 0.1％ 이하가, 더욱 바람직하다.

·Si:0 초과 내지 0.8％ 미만

Si는, 예를 들어 플라스틱 성형 시의 피성형재로부터 발생하는 가스 등, 금형 사용 시의 분위기에 대한 내식성을 높이는 원소이다. 그러나 지나치게 많으면 금형용 강이 갖는 열전도율이 현저하게 저하되고, 열전도성이 열화된다. 또한, Si를 저감하면 기계적 특성의 이방성이 경감되고, 줄무늬 형상 편석도 저감되어, 우수한 경면 가공성이 얻어진다. 따라서, 본 발명에서는 0.8％ 미만으로 한다. 바람직하게는, 0.1％ 이상 및/또는 0.6％ 이하이다. 보다 바람직하게는, 0.15％ 이상 및/또는 0.5％ 이하이다. 더욱 바람직하게는, 0.2％ 이상이다. 0.25％ 이상이, 특히 바람직하다.

·Mn:0 초과 내지 1.5％ 미만

Mn은, 켄칭성을 높이고, 또한 페라이트의 생성을 억제하고, 알맞은 켄칭 템퍼링 경도를 부여하는 원소이다. 그러나 지나치게 많으면 열전도성을 현저하게 손상시킬 뿐만 아니라, 후술하는 S와 결합하여 비금속 개재물 MnS를 생성하여, 녹이나 핀 홀 발생의 요인으로도 된다. 또한 기지의 점도를 높여 피절삭성을 저하시키므로, 1.5％ 미만으로 한다. 바람직하게는, 0.1％ 이상 및/또는 1.0％ 이하이다. 보다 바람직하게는, 0.2％ 이상 및/또는 0.8％ 이하이다. 0.3％ 이상이, 더욱 바람직하다.

·P:0.05％ 미만

P는, 지나치게 많으면 열간 가공성이나 인성을 저하시키는 원소이다. 따라서, 본 발명에서는, 0.05％ 미만으로 한다. 바람직하게는, 0.03％ 이하이다.

·S:0.06％ 미만

S는, 비금속 개재물의 MnS로서 존재시킴으로써, 피절삭성의 향상에 큰 효과가 있다. 그러나 다량의 MnS의 존재는, 기계적 특성, 특히 인성의 이방성을 조장하는 등, 금형 자체의 성능을 저하시키는 요인으로 된다. 그리고 MnS는 녹이나 핀 홀 발생의 기점으로도 되고, 이것은 본발명강에 있어서의 중요한 특성인 내발청성이나 연마 마무리성을 크게 열화시킨다. 따라서, S는 첨가하는 경우라도, 0.06％ 미만으로 한정한다. 0.035％ 이하가 바람직하다. 또한, 바람직한 하한은 0.005％ 이상이다.

·Ni:0 초과 내지 0.9％ 미만

Ni도, 본발명강의 켄칭성을 높이고, 또한 페라이트의 생성을 억제한다. 그리고 본발명강의 내발청성을 향상시키는 원소이다. 그러나 지나치게 많으면 열전도율을 저하시킬 뿐만 아니라, 기지의 점도를 높여 피절삭성도 저하시킨다. 따라서, Ni는 0.9％ 미만으로 한다. 바람직하게는, 0.1％ 이상 및/또는 0.6％ 이하이다. 보다 바람직하게는 0.15％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.2％ 이상이다.

·Cr:2.9 내지 4.9％

Cr은, 템퍼링 처리에 의해 미세 탄화물을 석출, 응집시켜, 본발명강의 강도를 높이는 원소이다. 그리고 한편으로는, 기지에 고용함으로써, 본발명강의 내발청성을 높이는 원소이다. 또한 질화 처리를 행하는 경우에는, 질화층의 경도를 높이는 효과도 갖는다. 그러나 지나치게 많으면, 상기한 고용 Cr량이 증가하여, 열전도율을 현저하게 저하시킬 뿐만 아니라, 연화 저항도 저하시킨다. 따라서, 본 발명의 Cr은 2.9 내지 4.9％로 한다. 바람직하게는, 3.5％ 이상 및/또는 4.8％ 이하이다. 3.8％ 이상이, 더욱 바람직하다.

·Mo와 W는 단독 또는 복합으로(Mo＋1/2W):0 초과 내지 0.8％ 미만

Mo, W는, 템퍼링 처리 시에 미세 탄화물을 석출, 응집시켜, 본발명강의 강도를 향상시킨다. 또한, 템퍼링 시의 연화 저항을 크게 한다. 그리고 Cr과 마찬가지로, 기지에 고용함으로써, 본발명강의 내발청성을 높이는 원소이므로, 단독 또는 복합으로 함유하는 원소이다. 또한, Mo나 W의 일부는, 금형 표면의 산화 피막 중에 일부 고용함으로써, 금형 사용 중의, 예를 들어 플라스틱으로부터 발생하는 부식성 가스에 대한 내식성을 향상시키는 작용 효과도 갖는다. 그러나 지나치게 많으면, 피절삭성의 저하를 초래한다. 그리고 상기한 고용량이 증가하면, 열전도율을 현저하게 저하시킨다. 따라서, 본 발명에서는, Mo와 W는 (Mo＋1/2W)의 관계식으로 정의되는 단독 또는 복합량으로 0.8％ 미만으로 하였다. 바람직하게는, 0.1％ 이상 및/또는 0.6％ 이하이다. 더욱 바람직하게는, 0.3％ 이상 및/또는 0.5％ 이하이다.

·V:0 초과 내지 0.15％ 미만

V는, 템퍼링 연화 저항을 높이는 동시에, 결정립의 조대화를 억제하여, 인성의 향상에 기여한다. 또한, 경질의 탄화물을 미세하게 형성하여, 내마모성을 향상시키는 효과가 있다. 그러나 지나치게 많으면 피절삭성의 저하를 초래하므로 0.15％ 미만으로 하였다. 바람직하게는, 0.03％ 이상 및/또는 0.10％ 이하이다. 보다 바람직하게는, 0.05％ 이상이며, 더욱 바람직하게는, 0.07％ 이상이다.

·Cu:0.25 내지 1.8％

Cu는, 템퍼링 처리 시에 Fe―Cu 고용체를 석출, 응집시켜, 본발명강의 강도를 향상시키는 원소이다. 그러나 지나치게 많으면, 현저하게 열간 가공성을 저하시킨다. 그리고 열전도율도 저하시켜, 본발명강의 열전도성이 열화된다. 따라서, 본 발명의 Cu는 0.25 내지 1.8％로 한다. 바람직하게는, 0.4％ 이상 및/또는 1.5％ 이하이다. 보다 바람직하게는, 0.7％ 이상이며, 더욱 바람직하게는, 1.0％ 이상이다.

·Al:0.1％ 미만

불가피적 불순물인 Al은, 통상, 용제 시의 탈산 원소로서 사용된다. 그리고 경도를 조질 후의 상태에 있는 본발명강에 있어서는, 그 강 중에 Al₂O₃가 많이 존재하면 경면 가공성이 열화된다. 따라서, 본 발명의 Al은 0.1％ 미만으로 규제하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.05％ 미만이다.

·N(질소):0.06％ 미만

불가피적 불순물인 N은, 강 중에 질화물을 형성하는 원소이다. 질화물은 과다하게 형성되면, 금형의 인성, 피삭성 및 연마성을 현저하게 열화시킨다. 따라서, 강 중의 N은 낮게 규제하는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명에서는, N을 0.06％ 미만으로 규정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.03％ 미만이다.

·O(산소):0.005％ 미만

불가피적 불순물인 O는, 강 중에 산화물을 형성하는 원소이다. 과다한 산화물은, 냉간에서의 소성 가공성 및 연마성을 현저하게 열화시키는 요인으로 된다. 그리고 본 발명에서는, 특히 상기한 Al₂O₃의 형성을 억제하는 것이 중요하다. 따라서, 본 발명의 O는, 상한을 0.005％로 규제하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.003％ 미만이다.

·바람직하게는, 하기의 수학식 1 및 수학식 2에 의한 값이 각각 100 이상을 만족한다{[] 괄호 내는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타냄}.

[수학식 1]

[수학식 2]

강도나 연화 저항, 피삭성 등의 기본 특성을 만족한 후에, 또한 본 발명의 특징인 우수한 내발청성 및 열전도성을 달성하기 위해서는, 본발명강을 구성하는 많은 원소종의 함유량을 상기한 성분 범위 내로 조정할 필요가 있다. 그러나 내발청성 및 열전도성에 미치는 영향의 정도는, 이들 개개의 원소에서 다르다. 따라서, 기본 특성을 유지하여, 더욱 우수한 내발청성과 열전도성을 양립시키기 위해서는, 구성 원소종의 함유량을 상호적으로 관리하는 것이 유효하다.

따라서, 본발명강의 구성 원소의 개개에 대해, 그 내발청성 및 열전도성에 대한 영향의 정도를 조사하였다. 그 결과, 내발청성에 대해서는, Cr, Mo 및 W, Ni의 순서로 그 향상 효과가 크고, 반대로 S, C는, 이 순서로 상기 특성을 저하시키는 것을 밝혀냈다. 또한, 열전도성에 대해서는, C의 함유에 의한 향상 효과가 크고, Si, Ni, Mn, Cr, Cu, Mo 및 W는, 이 순서로 상기 특성을 저하시키는 것을 밝혀냈다. 그리고 이들 원소의 함유량을 변수로 하였을 때의 중회귀분석을 행함으로써, 상기한 영향도를 적확한 상호 계수로서 나타낼 수 있었다.

즉, 본발명강의 내발청성에 관한 구성 원소의 영향도는, 이하의 수학식 1로 상호적으로 표기할 수 있다. 이때, 상기 특성의 향상 원소의 계수는 플러스로, 그리고 상기 특성의 저하 원소의 계수는 마이너스로 표기되고, 각각의 절대값이 클수록, 그 영향도는 크다. 그리고 본발명강의 경우, 수학식 1의 값이 100 이상인 것이, 내발청성의 가일층의 향상에 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 값이 105 이상이다.

그리고 본발명강의 열전도성에 관한 구성 원소의 영향도는, 이하의 수학식 2로 상호적으로 표기할 수 있다. 이때, 상기 특성의 향상에 작용하는 원소의 계수는 플러스로, 그리고 상기 특성의 저하에 작용하는 원소의 계수는 마이너스로 표기되고, 각각의 절대값이 클수록, 그 영향도는 크다. 그리고 본발명강의 경우, 수학식 2의 값이 100 이상인 것이, 열전도성의 가일층의 향상에 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 값이 105 이상이다.

·금형용 강의 경도는 30 내지 42HRC이다.

소재의 경도가 지나치게 낮으면, 금형 제작 시의 경면 가공성이 저하된다. 그리고 금형 제품으로서의 내마모성도 저하된다. 한편, 소재의 경도가 지나치게 높으면, 금형 제작 시의 피절삭성이 저하된다. 그리고 금형 제품으로서의 인성도 저하된다. 따라서, 본 발명의 금형용 강의 경도는 30 내지 42HRC로 한다. 바람직하게는, 35HRC 이상 및/또는 40HRC 이하이다. 본 발명의 금형용 강은, 켄칭 템퍼링 열처리에 의해 상기 경도로 조질된 후, 금형 형상으로 절삭 가공되는, 소위 조기 경화 강으로서의 사용이 가능하다.

그리고 본발명강은, 상기한 30HRC 이상, 나아가서는 35HRC 이상의 경도가, 530℃ 이상의 고온의 템퍼링에서도 안정적으로 달성할 수 있다. 540℃ 이상의 템퍼링에서도 달성이 가능하다. 절삭 가공 시 등에 발생하는 가공 변형을 억제하기 위해서는, 강 중의 잔류 응력을 저감할 수 있는 고온에서의 템퍼링이 유리한 것은, 상기한 바와 같다. 본 발명의 금형용 강은, 우수한 내발청성과 열전도성과 함께, 상기한 템퍼링 특성도 겸비한, 최적인 성분 조성으로 조정되어 있다. 또한, 이때의 켄칭 온도에 대해서는, 특별한 설정은 필요로 하지 않는다. 예를 들어 900℃ 이상의 온도로부터의 켄칭을 적용할 수 있다.

제1 실시예

진공 용해로에서 소정의 성분 조성으로 조정한 10㎏의 강괴를 용제하였다. 성분 조성을 표 1에 나타낸다. 표 1에는, 본 발명에 의한 수학식 1, 2의 값도 병기하였다. 종래강 1, 2는, 각각 특허문헌 1, 2에 상당하는 것이다.

다음으로, 이들 강괴를 1150℃에서 단조하여, 두께 30㎜×폭 30㎜의 강재로 하고, 이것을 860℃에서 어닐링 처리하였다. 그리고 각각의 어닐링 처리재로부터, 10㎜×10㎜×10㎜의 경도 평가용과, 5㎜×8㎜×15㎜의 내발청성 평가용과, 직경 10㎜×두께 1㎜의 열전도성 평가용의 3개의 치수 형상의 강편을 가공하였다. 그리고 이들 강편에 소정의 켄칭 템퍼링 처리를 행한 것에 대해, 이하의 시험을 실시하였다.

(경도의 평가)

10㎜×10㎜×10㎜의 강편을 사용하여, 이것에 950℃로부터의 가스 냉각에 의한 켄칭 처리를 행하였다. 그리고 템퍼링 처리는, 강 중의 잔류 응력을 저감하는 데 유리한 고온 템퍼링으로서, 550℃에서 2시간의 조건으로 하였다. 경도의 결과를 표 2에 나타낸다. 본발명강은, 550℃의 템퍼링에서도 30HRC 이상의 경도를 달성하고, 바람직한 것에서는 35HRC 이상의 경도를 달성하였다.

(내발청성의 평가)

5㎜×8㎜×15㎜의 강편을 사용하여, 이것에 상기한 바와 마찬가지의 켄칭 처리를 행하였다. 템퍼링 처리는, 경도가 34 내지 36HRC(목표 경도 35HRC)로 되도록, 540℃ 내지 580℃의 적정 온도에서 2시간의 조건으로 하였다. 그리고 이 템퍼링 처리 후의 시험편에, 온도 80℃, 습도 90％의 분위기에서 24시간의 폭로 시험을 행하고, 8㎜×15㎜의 표면에 발생한 녹의 면적률[100×녹 발생 면적(㎟)/시험편의 표면적(㎟)]을 산출하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.

(열전도성의 평가)

직경 10㎜×두께 1㎜의 강편을 사용하여, 이것에 상기한 바와 마찬가지의 켄칭 처리를 행하였다. 템퍼링 처리는, 상기한 바와 마찬가지의, 경도가 34 내지 36HRC(목표 경도 35HRC)로 되도록, 540℃ 내지 580℃의 적정 온도에서 2시간의 조건으로 하고, 내발청성의 평가용 시험편과 함께 처리하였다. 그리고 템퍼링 처리 후의 시험편에 대하여, 레이저 플래시법에 의해 열전도율을 측정하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.

표 3의 결과로부터, 성분 조성이 최적으로 조정된 본발명강 1 내지 6은, 종래강 1, 2에 비해 우수한 내발청성과 열전도율의 양립을 달성하고 있다. 그리고 수학식 1의 값이 100 이상인 본발명강 3 내지 6에서는, 녹의 발생이 확인되지 않았다. 한편, Si가 높은 비교강 1, Ni가 높은 비교강 3은, 열전도율이 대폭으로 저하되어 있다. 본발명강에 가까운 성분 조성을 가진 비교강 2라도, Ni가 높고, 열전도율이 낮다. Cr이 낮은 비교강 3은, 내발청성도 저하되어 있다.

제2 실시예

성분 조성을 변화시킨 것 이외는, 상기한 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 10㎏의 강괴를 용제하였다. 성분 조성을 표 4에 나타낸다. 표 4에는, 표 1과 마찬가지로, 본 발명에 의한 수학식 1, 2의 값도 병기하였다.

다음으로, 이들 강괴를, 상기한 제1 실시예와 동일한 조건에서 단조하고, 어닐링 처리를 행하였다. 그리고 각각의 어닐링 처리재로부터, 10㎜×10㎜×10㎜의 경도 평가용과, 5㎜×8㎜×15㎜의 내발청성 평가용과, 직경 10㎜×두께 1㎜의 열전도성 평가용의 3개의 치수 형상의 강편을 가공하였다. 그리고 이들 강편에 소정의 켄칭 템퍼링 처리를 행한 것에 대해, 이하의 시험을 실시하였다.

(경도의 평가)

10㎜×10㎜×10㎜의 강편을 사용하여, 이것에 제1 실시예와 동일한 조건의 켄칭 처리를 행하였다. 그리고 템퍼링 처리는, 제1 실시예의 550℃에서 2시간의 조건과, 580℃에서 2시간의 조건의, 2조건을 실시하였다. 경도의 결과를 표 5에 나타낸다. 또한, 표 5에는, 제1 실시예에서 평가한 본발명강 2, 3, 5, 6과, 비교강 1 내지 3, 종래강 1, 2의 결과도 아울러 나타낸다. 본발명강은, 550℃의 템퍼링에 더하여, 580℃의 템퍼링에서도 30HRC 이상의 경도를 달성하고, 바람직한 것에서는 35HRC 이상의 경도를 달성하였다. 또한, V가 조금 낮은 본발명강 22는, 580℃의 템퍼링에서 경도가 30HRC를 하회하였다. 한편, C량이 적은 비교강 4는, 550℃, 580℃의 양쪽의 템퍼링에서 30HRC를 달성하지 않았다.

(내발청성의 평가)

5㎜×8㎜×15㎜의 강편을 사용하여, 이것에 제1 실시예의 내발청성의 평가 시와 동일한 조건의 켄칭 및 템퍼링 처리와, 폭로 시험을 행하였다. 그리고 시험 전의 시험편의 질량과, 시험 후의 녹을 떨어뜨린 시험편의 질량을 측정하여, 질량의 감소율[100×시험편의 감소량(g)/시험 전의 시험편의 질량(g)]을 산출하였다. 결과를 표 6에 나타낸다. 또한, 표 6에는, 제1 실시예에서 평가한 종래강 2의 결과도 병기해 둔다.

(열전도성의 평가)

직경 10㎜×두께 1㎜의 강편을 사용하여, 이것에 제1 실시예의 열전도성의 평가 시와 동일한 조건의 켄칭 및 템퍼링 처리와, 열전도율의 측정을 하였다. 결과를 표 6에 나타낸다. 또한, 표 6에는, 제1 실시예에서 평가한 종래강 2의 결과도 병기해 둔다.

표 6의 결과로부터, 본발명강 7 내지 22는, 우수한 내발청성과 열전도율을 갖고 있고, 이들의 양립을 달성하고 있다. 본발명강 10은, C량이 높지만, 수학식 1의 값이 높고, 내발청성이 양호하다. 한편, Si가 높은 비교강 5, 6은, 열전도율이 낮다. Cr이 낮은 비교강 7은, 녹의 발생에 의한 질량의 감소량이 많고, 내발청성이 저하되어 있다.

제3 실시예

아크 용해로에서 표 7의 성분 조성으로 조정한 10t의 강괴를 용제하였다. 표 7에는, 표 1과 마찬가지로, 본 발명에 의한 수학식 1, 2의 값도 병기하였다.

다음으로, 이들 강괴를 코깅하여, 단면적이 6500㎠인 각재로 하였다. 그리고 이 각재로부터, 5㎜×8㎜×15㎜의 내발청성 평가용과, 직경 10㎜×두께 1㎜의 열전도성 평가용의 2개의 치수 형상의 강편을 채취하여, 제2 실시예와 동일한 조건에 의한, 내발청성과 열전도성의 평가를 행하였다. 결과는, 표 8과 같다.

표 8의 결과로부터, 본발명강 23은, 우수한 내발청성과 열전도율의 양립을 달성하고 있는 것을 알 수 있다.

본발명강은, 그 금형용으로서의 기본 특성도 만족하고 있으므로, 플라스틱 성형용 금형 이외에, 고무 성형용이나, 소 로트 생산에 사용하는 열간 가공용, 다이캐스트용 등의 금형에도 적용이 가능하다.

Claims

질량％로, C:0.07 내지 0.15％, Si:0 초과 0.8％ 미만, Mn:0 초과 1.5％ 미만, P:0.05％ 미만, S:0.06％ 미만, Ni:0 초과 0.9％ 미만, Cr:3.5 내지 4.9％, Mo와 W는 복합으로(Mo＋1/2W):0 초과 0.8％ 미만, V:0 초과 0.15％ 미만, Cu:0.25 내지 1.8％를 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강이며,
강의 조성은, 질량％에 의한 하기의 수학식 1 및 수학식 2에 의한 값이 각각 100 이상을 만족하고,
경도가 30 내지 42HRC인 것을 특징으로 하는, 내발청성 및 열전도성이 우수한 금형용 강.
[수학식 1]

[수학식 2]

여기서, [] 괄호 내는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타낸다.
삭제
제1항에 있어서, 불가피적 불순물인 Al은 0.1％ 미만, N은 0.06％ 미만, O는 0.005％ 미만으로 규제하는 것을 특징으로 하는, 내발청성 및 열전도성이 우수한 금형용 강.
질량％로, C:0.07 내지 0.15％, Si:0 초과 0.8％ 미만, Mn:0 초과 1.5％ 미만, P:0.05％ 미만, S:0.06％ 미만, Ni:0 초과 0.9％ 미만, Cr:3.5 내지 4.9％, Mo와 W는 복합으로(Mo＋1/2W):0 초과 0.8％ 미만, V:0 초과 0.15％ 미만, Cu:0.25 내지 1.8％를 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강을, 켄칭과, 530℃ 이상의 온도에 의한 템퍼링에 의해, 경도를 30 내지 42HRC로 조정하고,
강의 조성은, 질량％에 의한 하기의 수학식 1 및 수학식 2에 의한 값이 각각 100 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는, 내발청성 및 열전도성이 우수한 금형용 강의 제조 방법.
[수학식 1]

[수학식 2]

여기서, [] 괄호 내는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타낸다.
삭제
제4항에 있어서, 불가피적 불순물인 Al은 0.1％ 미만, N은 0.06％ 미만, O는 0.005％ 미만으로 규제하는 것을 특징으로 하는, 내발청성 및 열전도성이 우수한 금형용 강의 제조 방법.