KR101688759B1

KR101688759B1 - 금형용 강 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101688759B1
Application number: KR1020157022755A
Authority: KR
Inventors: 류우이치로오 스가노; 다카아키 세키야마; 야스히로 호소다; 히토시 가타오카
Original assignee: 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2016-12-21
Also published as: JP5648947B1; US10196719B2; TWI500781B; KR20150110716A; US20160010189A1; WO2014132868A1; CN105026595A; EP2963137B1; TW201441387A; JPWO2014132868A1; CN108624826A; EP2963137A1; EP2963137A4

Abstract

금형용 강으로서의 기본 특성을 만족시킨 후에, 우수한 내발청성과 열전도성을 양립한 금형용 강 및 그 제조 방법을 제공한다. 질량％로, C:0.07∼0.15％, Si:0 초과∼0.8％ 미만, Mn:0 초과∼1.0％, P:0.05％ 미만, S:0.02％ 미만, Ni:0 초과∼0.5％, Mo와 W는 단독 또는 복합으로 (Mo＋1/2W):0 초과∼0.8％ 미만, V:0 초과∼0.15％ 미만, Cu:0.25∼1.5％를 함유하고, 잔량부는 Fe, Cr 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강이며, 상기 Cr의 함유량이 4.9％ 초과, 또한 5.3％ 이하이며, 경도가 30∼42HRC인 금형용 강이다. 불가피적 불순물인 Al은 0.1％ 미만, N은 0.06％ 미만, O는 0.0055％ 미만으로 규제하는 것이 바람직하다. 상기한 경도는, 켄칭과, 530℃ 이상의 템퍼링에 의해 얻을 수 있다.

Description

금형용 강 및 그 제조 방법 {DIE STEEL AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은 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 기타 미세 피트의 발생 경향이 작은 것,

(2) 크림프 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 유지 보수와 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 강하게 요구되고 있다. 또한, 금형용 강의 열전도성의 향상은, 가열과 냉각을 반복하는 플라스틱 성형에 있어서, 그 열 사이클을 단축하여 생산성을 높이기 위한 중요한 개선 특성이다.

따라서, 본 출원인은, 질량％(이하, ％라고 표기)로, C:0.07∼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:2.9∼4.9％, Mo와 W는 단독 또는 복합으로 (Mo＋1/2W):0 초과∼0.8％ 미만, V:0 초과∼0.15％ 미만, Cu:0.25∼1.8％를 함유하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강이며, 경도가 30∼42HRC인 내발청성 및 열전도성이 우수한 금형용 강을 제안하였다(특허문헌 1).

또한, C:0.03％∼0.25％, Si:0.01％∼0.40％, Mn:0.10％∼1.50％, P:≤0.30％, S:≤0.050％, Cu:0.05％∼0.20％, Ni:0.05％∼1.50％, Cr:5.0％∼10.0％, Mo:0.10％∼2.00％, V:0.01％∼0.10％, N:≤0.10％, O:≤0.01％, Al≤0.05％이며, 또한 다음 식 (Cr＋Mo)≤10％ 및 7≤(Cr＋3.3Mo)를 만족시키고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 플라스틱 성형 금형용 강이 제안되어 있었다(특허문헌 2).

국제 공개 제2012/090562호 팸플릿 일본 특허 출원 공개 제2010-024510호 공보

특허문헌 1의 금형용 강은, 내발청성 및 열전도성이 우수한 것이다. 그러나, 내발청성에 대해서는, 고습도의 환경하에서 장시간 방치한 후의 발청의 절대량은 적었지만, 그 발청량에 이르는 과정에서, 방치의 초기로부터 발청하기 시작하는 경향이 있었다. 또한, 특허문헌 2의 금형용 강도, 내발청성에 대해, 방치의 초기로부터 발청하기 시작하는 경향이 있었다. 실제로, 금형의 보관 중에는, 그 보관 환경의 온도나 습도가 높으면, 방치로부터 수십분에서 발청하기 시작하는 경우가 있었다. 따라서, 비교적 단시간의 방치로 평가한 경우에는, 발청의 절대량은 적다고 해도, 그 발청량은 다른 금형용 강에 비해 많은 결과로 될 수 있어, 개선의 여지가 있었다.

본 발명의 목적은, 우수한 열전도성과 내발청성을 겸비한 금형용 강을 제공하는 것이다. 그리고, 내발청성에 대해서는, 장시간의 방치로 발청량이 적은 것에 더하여, 방치의 초기에서는 발청 자체를 억제하여, 발청의 개시를 늦출 수 있는 금형용 강과, 이 금형용 강을 얻는 데 바람직한 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자는, 특허문헌 1의 금형용 강의 성분 조성에 대해 재검토하였다. 그 결과, 상기 성분 조성의 범위 밖에는, 우수한 열전도성을 유지한 채로, 상기에 의한 가일층의 내발청성의 향상을 달성할 수 있는 성분 조성이 있는 것을 밝혀내고, 본 발명에 도달하였다.

즉, 본 발명은, 질량％로, C:0.07∼0.15％, Si:0 초과∼0.8％ 미만, Mn:0 초과∼1.0％, P:0.05％ 미만, S:0.02％ 미만, Ni:0 초과∼0.5％, Mo와 W는 단독 또는 복합으로 (Mo＋1/2W):0 초과∼0.8％ 미만, V:0 초과∼0.15％ 미만, Cu:0.25∼1.5％를 함유하고, 잔량부는 Fe, Cr 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강이며, 상기 Cr의 함유량이 4.9％ 초과, 또한 5.3％ 이하이며, 경도가 30∼42HRC인 것을 특징으로 하는 금형용 강이다. 불가피적 불순물인 Al은 0.1％ 미만, N은 0.06％ 미만, O는 0.0055％ 미만으로 규제하는 것이 바람직하다.

그리고, 바람직하게는, 상기한 강의 조성에 있어서, 질량％에 의한 하기의 식 1에 의한 값이 1.70 이하를 만족시키고, 또한 식 2에 의한 값이 6.90 이하를 만족시키는 금형용 강이다.

여기서, [] 괄호 내는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타낸다.

또한, 본 발명은, 질량％로, C:0.07∼0.15％, Si:0 초과∼0.8％ 미만, Mn:0 초과∼1.0％, P:0.05％ 미만, S:0.02％ 미만, Ni:0 초과∼0.5％, Mo와 W는 단독 또는 복합으로 (Mo＋1/2W):0 초과∼0.8％ 미만, V:0 초과∼0.15％ 미만, Cu:0.25∼1.5％를 함유하고, 잔량부는 Fe, Cr 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강이며, 상기 Cr의 함유량이 4.9％ 초과, 또한 5.3％ 이하인 강을, 켄칭과, 530℃ 이상의 온도에 의한 템퍼링에 의해, 경도를 30∼42HRC로 조정하는 것을 특징으로 하는 금형용 강의 제조 방법이다. 불가피적 불순물인 Al은 0.1％ 미만, N은 0.06％ 미만, O는 0.0055％ 미만으로 규제하는 것이 바람직하다.

그리고, 바람직하게는, 상기한 강의 조성에 있어서, 질량％에 의한 하기의 식 1에 의한 값이 1.70 이하를 만족시키고, 또한 식 2에 의한 값이 6.90 이하를 만족시키는 금형용 강의 제조 방법이다.

여기서, [] 괄호 내는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타낸다.

본 발명이라면, 열전도성이 우수한 금형용 강을 제공할 수 있다. 그리고, 내발청성에 대해서는, 장시간의 방치로 발청량이 적은 것에 더하여, 방치의 초기에서는 발청 자체의 개시를 늦출 수 있는 금형용 강을, 높은 재현성을 가지고 실현할 수 있다. 따라서, 금형의 기술 향상에 있어서 유효한 기술로 된다.

본 발명의 특징은, 특허문헌 1의 금형용 강을 구성하는 원소종에 대해, 방치 초기의 발청성에 큰 영향을 미치는 원소종을 특정할 수 있었던 점에 있다. 즉, S, Cr은, 최종적인 발청의 절대량에 더하여, 그 발청의 개시 시기(방치 후, 언제의 시점에서 녹이 발생하기 시작하는 것인지)에도 큰 영향을 미치고 있는 것을 발견하였다. 또한, Mn도, 상기 발청의 개시 시기에 큰 영향을 미치는 원소종인 것을 발견하였다. 그리고, 이들 원소종의 특정에 의해, 특허문헌 1의 금형용 강의 성분 조성을 재검토함으로써, 우수한 열전도성을 유지하고, 또한 상기한 가일층의 내발청성을 달성할 수 있었다. 이하, 본 발명의 구성 요건에 대해 설명한다.

·C:0.07∼0.15％

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

그러나, 첨가량의 증가에 수반하여, 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. 하한에 대해, 바람직하게는 0.08％ 이상, 보다 바람직하게는 0.10％ 이상이다. 상한에 대해, 바람직하게는 0.13％ 이하, 보다 바람직하게는 0.12％ 이하이다.

·Si:0 초과∼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 저감시키면 기계적 특성의 이방성이 경감되고, 줄무늬 형상 편석도 저감되어, 우수한 경면 가공성이 얻어진다. 따라서, 본 발명에서는 0.8％ 미만으로 한다. 하한에 대해, 바람직하게는 0.1％ 이상, 보다 바람직하게는 0.15％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.20％ 이상이다. 0.25％ 이상이, 특히 바람직하다. 상한에 대해, 바람직하게는 0.6％ 이하, 보다 바람직하게는 0.5％ 이하이다.

·Mn:0 초과∼1.0％

Mn은, 켄칭성을 높이고, 또한 페라이트의 생성을 억제하고, 적합한 켄칭 템퍼링 경도를 부여하는 원소이다. 그러나, 본 발명의 금형용 강을 구성하는 원소종 중에서도, Mn은 열전도성에의 영향도가 크고, 지나치게 많으면 금형용 강의 열전도성이 크게 열화된다. 본 발명의 금형용 강은, 후술하는 Cr의 증량에 의해 열전도성이 열화된다. 따라서, Mn의 상한 관리는 특히 중요하다. 또한, 지나치게 많으면 열전도성을 현저하게 손상시킬 뿐만 아니라, 후술하는 S와 결합하여 비금속 개재물 MnS를 생성하여, 녹이나 핀 홀 발생의 요인으로도 된다. MnS는, 발청의 기점으로 되어, 발청의 개시를 빠르게 하는 큰 요인이다. 따라서, 이 점에 있어서도 Mn의 상한 관리는 특히 중요하다. 또한 기지의 점도를 높여 피절삭성을 저하시키므로, 1.0％ 이하로 한다. 하한에 대해, 바람직하게는 0.1％ 이상, 보다 바람직하게는 0.2％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.3％ 이상이다. 상한에 대해, 바람직하게는 0.9％ 이하, 보다 바람직하게는 0.8％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.6％ 이하이다.

·P:0.05％ 미만

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

·S:0.02％ 미만

S는, 첨가하지 않는 경우라도, 강 중에 불가피적으로 포함되는 원소이다. 그리고, 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 기점으로 되고, 이것은 발청의 개시를 빠르게 하는 큰 요인으로 되어, 본 발명강에 있어서의 중요한 특성인 내발청성이나 연마 마무리성을 크게 열화시킨다. 따라서, 본 발명에서는, MnS의 형성량을 저감시키기 위해, Mn의 상한을 특별히 규제하고 있다. 그리고, S는 첨가하는 경우라도, 0.02％ 미만으로 한정할 필요가 있다. 0.01％ 이하가 바람직하다. 또한, 바람직한 하한은 0.005％이다.

·Ni:0 초과∼0.5％

Ni도, 본 발명강의 켄칭성을 높이고, 또한 페라이트의 생성을 억제한다. 그리고, 본 발명강의 내발청성을 향상시키는 원소이다. 그러나, Mn과 마찬가지로, Ni도 열전도성에의 영향도가 크고, 지나치게 많으면 열전도율을 크게 저하시킨다. 따라서, Cr을 증량하는 본 발명의 금형용 강에 있어서, Ni의 상한 관리도 중요하다. 또한, 기지의 점도를 높여 피절삭성도 저하시킨다. 따라서, Ni는 0.5％ 이하로 한다. 하한에 대해, 바람직하게는 0.1％ 이상, 보다 바람직하게는 0.15％ 이상이다. 상한에 대해, 바람직하게는 0.3％ 이하, 보다 바람직하게는 0.2％ 이하이다.

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

Mo, W는, 템퍼링 처리 시에 미세 탄화물을 석출, 응집시켜, 본 발명강의 강도를 향상시킨다. 또한, 템퍼링 시의 연화 저항을 크게 한다. 그리고 Cr과 마찬가지로, 기지에 고용됨으로써, 본 발명강의 내발청성을 높이는 원소이므로, 단독 또는 복합으로 함유하는 원소이다. 또한, Mo나 W의 일부는, 금형 표면의 산화 피막 중에 일부 고용됨으로써, 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. W는, Mo와 마찬가지의 효과를 나타내지만, 그 효과를 동일한 첨가량으로 비교한 경우, Mo의 절반이다. 따라서, 본 발명에서는, Mo와 W는 (Mo＋1/2W)의 관계식으로 정의되는 단독 또는 복합량으로 0.8％ 미만으로 하였다. 하한에 대해, 바람직하게는 0.1％ 이상, 보다 바람직하게는 0.3％ 이상이다. 상한에 대해, 바람직하게는 0.6％ 이하, 보다 바람직하게는 0.5％ 이하이다.

·V:0 초과∼0.15％ 미만

V는, 템퍼링 연화 저항을 높임과 함께, 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. 하한에 대해, 바람직하게는 0.03％ 이상, 보다 바람직하게는 0.05％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.07％ 이상이다. 상한에 대해, 바람직하게는 0.13％ 이하, 보다 바람직하게는 0.10％ 이하이다.

·Cu:0.25∼1.5％

Cu는, 템퍼링 처리 시에 Fe-Cu 고용체를 석출, 응집시키고, 본 발명강의 강도를 향상시키는 원소이다. 그러나 지나치게 많으면, 현저하게 열간 가공성을 저하시킨다. 그리고, 발청의 개시를 늦추는 데 유효하게 작용하는 원소이다. 단, Mn 및 Ni와 마찬가지로, 열전도성에의 영향도가 큰 원소이며, 지나치게 많으면 열전도율도 크게 저하되어, 본 발명강의 열전도성이 열화된다. 따라서, Cu의 상한 관리도 중요하다. 따라서, 본 발명의 Cu는 0.25∼1.5％로 한다. 하한에 대해, 바람직하게는 0.40％ 이상, 보다 바람직하게는 0.70％ 이상이다. 상한에 대해, 바람직하게는 1.2％ 이하, 보다 바람직하게는 1.0％ 이하이다.

·Cr:4.9 초과∼5.3％

그리고, 이상의 원소종을 함유하고, 잔량부가 Fe, Cr 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 금형용 강에 있어서, 본 발명에서는, 상기 Cr의 함유량을 조정하는 것이 중요하다. Cr은, 절대적인 발청량의 저감에 더하여, 발청의 개시 자체를 늦추기 위해, 중요한 원소이다. Cr은, 템퍼링 처리에 의해 미세 탄화물을 석출, 응집시키고, 본 발명강의 강도를 높이는 원소이다. 그리고 한편으로는, 기지에 충분량을 고용함으로써, 최종적인 발청량을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 발청의 개시 자체를 늦출 수 있어, 본 발명강의 내발청성을 높이는 원소이다. 특허문헌 1에 있어서, Cr은 단순히 최종적인 발청량을 저감시키는 원소로서 인식하고 있었다. 그러나, 본 발명자는, Cr량을 증가시키는 것이, 또한 발청의 개시를 늦춰, 초기의 발청을 억제할 수 있는 것을 발견하였다. 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 4.9 초과∼5.3％로 한다. 하한에 대해, 바람직하게는 5.0％ 이상이다. 상한에 대해, 바람직하게는 5.2％ 이하이다.

·바람직하게는, Al:0.1％ 미만

불가피적 불순물인 Al은, 통상, 용제 시의 탈산 원소로서 사용된다. 그리고, 경도를 조정 후의 상태에 있는 본 발명강에 있어서는, 그 강 중에 Al₂O₃가 많이 존재하면 경면 가공성이 열화된다. 또한, 금형용 강의 조직 중에 불가피적인 개재물의 존재량(불가피적 불순물량)이 증가함으로써, 녹이 조기에 발생하기 쉽다고 생각된다. 따라서, 본 발명의 Al은 0.1％ 미만으로 규제하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.05％ 미만이다. 더욱 바람직하게는, 0.01％ 미만이다.

·바람직하게는, N(질소):0.06％ 미만

불가피적 불순물인 N은, 강 중에 질화물을 형성하는 원소이다. 질화물은 과다하게 형성되면, 금형의 인성, 피삭성 및 연마성을 현저하게 열화시킨다. 또한, 금형용 강의 조직 중에 불가피적인 개재물의 존재량(불가피적 불순물량)이 증가함으로써, 녹이 조기에 발생하기 쉽다고 생각된다. 따라서, 강 중의 N은 낮게 규제하는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명에서는, N을 0.06％ 미만으로 규정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.03％ 미만이며, 더욱 바람직하게는 0.01％ 이하이다.

·바람직하게는, O(산소):0.0055％ 미만

불가피적 불순물인 O는, 강 중에 산화물을 형성하는 원소이다. 과다한 산화물은, 냉간에서의 소성 가공성 및 연마성을 현저하게 열화시키는 요인으로 된다. 또한, 금형용 강의 조직 중에 불가피적인 개재물의 존재량(불가피적 불순물량)이 증가함으로써, 녹이 조기에 발생하기 쉽다고 생각된다. 그리고 본 발명에서는, 특히 상기한 Al₂O₃의 형성을 억제하는 것이 중요하다. 따라서, 본 발명의 O는, 0.0055％ 미만으로 규제하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.0030％ 미만이다.

·바람직하게는, 하기의 식 1에 의한 값이 1.70 이하를 만족시키고, 또한 식 2에 의한 값이 6.90 이하를 만족시킨다[[] 괄호 내는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타냄].

강도나 연화 저항, 피삭성 등의 기본 특성을 만족시킨 후에는, 본 발명의 특징인 우수한 내발청성 및 열전도성을 달성하기 위해서는, 본 발명강을 구성하는 많은 원소종의 함유량을 앞에 나온 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, 특허문헌 1에서는, 강의 구성 원소의 개개에 대해, 그 내발청성 및 열전도성에 대한 영향의 정도를 조사하고, 중회귀 분석에 의해 각 구성 원소의 영향도를 상호 계수로서 나타냈다. 그리고, 금회, 본 발명자가 가일층의 검토를 진행시킨 결과, 열전도율을 손상시키지 않고, 또한 발청의 개시 자체를 늦추기 위해서는, 각 구성 원소의 비율을 더욱 최적화할 수 있는 여지가 있는 것을 발견하였다.

즉, 본 발명강의 발청 개시의 타이밍을 늦추는 효과와, 우수한 열전도율을 밸런스 좋게 만족시키기 위한 지표이며, 이 양 특성의 밸런스에 대한 각 구성 원소의 영향도를 일괄적으로 평가할 수 있는 유효한 파라미터이다. 그리고, 이 파라미터는, 이하의 새로운 식 1, 식 2로 상호적으로 표기할 수 있다.

식 1, 식 2에 있어서, 상기 양 특성의 밸런스의 향상에 작용하는 원소의 계수는 마이너스로 표기되어 있다. 또한, 상기 양 특성의 밸런스의 저하에 작용하는 원소의 계수는 플러스로 표기되어 있다. 그리고, 각각의 계수의 절댓값이 클수록, 그 영향도는 크다. 그리고, 본 발명강의 경우, 식 1의 값이 1.70 이하의 조건을 만족시키는 것이, 상기 양 특성의 밸런스의 유지에 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.65 이하, 더욱 바람직하게는 1.60 이하이다. 또한, 식 2의 값이 6.90 이하의 조건을 만족시키는 것이, 상기 양 특성의 밸런스의 유지에 바람직하다. 보다 바람직하게는 6.80 이하, 더욱 바람직하게는 6.70 이하이다. 본 발명에서는, 이들 식 1, 식 2의 값 중, 어느 하나의 값이 상기 조건을 만족시키면, 상기 양 특성의 밸런스의 유지 효과는 발휘된다. 그리고, 양쪽의 식의 값이 상기 조건을 만족시키면, 상기 유지 효과는 보다 유효하게 발휘된다.

·금형용 강의 경도는 30∼42HRC이다.

금형용 강의 경도가 지나치게 낮으면, 금형 제작 시의 경면 가공성이 저하된다. 그리고, 금형 제품으로서의 내마모성도 저하된다. 한편, 금형용 강의 경도가 지나치게 높으면, 금형 제작 시의 피절삭성이 저하된다. 그리고, 금형 제품으로서의 인성도 저하된다. 따라서, 본 발명의 금형용 강의 경도는 30∼42HRC로 한다. 하한에 대해, 바람직하게는 35HRC 이상이다. 상한에 대해, 바람직하게는 40HRC 이하이다. 본 발명의 금형용 강은, 켄칭 템퍼링 열처리에 의해 상기 경도로 조정된 후, 금형 형상으로 절삭 가공되는, 소위 프리하든강으로서의 사용이 가능하다.

그리고, 본 발명강은, 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 저감시킬 수 있는 고온에서의 템퍼링이 유리한 것은, 상기한 바와 같다. 본 발명의 금형용 강은, 우수한 내발청성과 열전도성과 함께, 상기한 템퍼링 특성도 겸비한, 최적의 성분 조성으로 조정되어 있다. 또한, 이때의 켄칭 온도에 대해서는, 특별한 설정은 필요로 하지 않는다. 예를 들어 900℃ 이상의 온도로부터의 켄칭을 적용할 수 있다.

실시예 1

소정의 성분 조성으로 조정한 용강을 주조하여, 10톤의 강괴를 제작하였다. 성분 조성을 표 1에 나타낸다. 비교강 B는, 특허문헌 1에 상당하는, Cr이 4.9％ 이하인 금형용 강이다.

다음으로, 이들 강괴를 1100℃로 가열 후, 단조하여, 두께 650㎜×폭 1000㎜의 강재로 하고, 이것에 950℃로부터의 공냉에 의한 켄칭 처리와, 템퍼링 처리를 행하여 경도를 조정하였다. 그 결과, 본 발명강 A 및 비교강 B에 있어서, 강재 중의 잔류 응력을 저감시키는 데 유리한 560℃의 고온 템퍼링에서 37HRC의 경도가 얻어졌다. 계속해서, 경도를 조정한 후의 각각의 강재를 가공하여, 5㎜×10㎜×15㎜의 내발청성 평가용과, 직경 10㎜×두께 1㎜의 열전도성 평가용의 2개의 치수 형상의 시험편을 채취하였다. 그리고, 이들 시험편에 대해, 이하의 시험을 실시하였다.

(내발청성의 평가)

내발청성 평가용의 시험편에, 실제의 금형이 보관되는 환경을 상정한 조건으로서, 온도 40℃, 습도 87％의 발청 환경의 분위기에서 폭로 시험을 행하였다. 그리고, 폭로 개시로부터 10분, 20분, 30분, 60분, 120분이 경과한 때의, 시험편의 표면에 발생한 녹의 정도를 확인하여, 방치의 초기로부터의 녹의 발생 상황을 평가하였다. 녹의 정도의 확인은, 시험편의 10㎜×15㎜의 표면에 대해, 그 중앙부의 265㎛×350㎛의 영역에 발생한 녹의 면적률([녹의 면적/중앙부의 영역의 면적]×100)을 산출하였다. 녹을 확인하는 영역을 중앙부로 한 것은, 시험편의 단부는 가공 흠집 등의 존재에 의해 녹이 발생하기 쉬우므로, 성분 조성 이외의 녹의 발생 요인을 최대한 배제하기 위함이다.

(열전도성의 평가)

열전도성 평가용의 시험편의 열전도율을, 레이저 플래시법에 의해 측정하였다. 레이저 플래시법이라 함은, 시험편의 표면에 레이저광을 조사한 때의 온도 상승량으로부터, 시험편의 열확산율이나 열전도율을 구하는 방법을 말한다. 열전도율을 구한 결과를, 녹의 면적률의 산출 결과와 함께, 표 2에 나타낸다.

표 2의 결과로부터, 성분 조성이 최적으로 조정된 본 발명강 A는, 비교강 B와 마찬가지로, 30W/m/K를 초과하는 열전도율이며, 우수한 열전도성을 달성하고 있었다. 그리고, 내발청성에 대해, 본 발명강 A는, 장시간의 방치 시험이 종료되었을 때의 최종의 발청량이 적은 것에 더하여, 시험 개시로부터 초기의 시점에서는, 발청 자체가 발생하고 있지 않은 결과로 되었다. 이에 반해, 비교강 B의 경우, 열전도성이 우수하고, 최종의 발청량도 충분히 허용할 수 있는 것이었지만, 시험 개시의 초기로부터 녹이 발생하기 시작하는 결과였다.

실시예 2

소정의 성분 조성으로 조정한 용강을 주조하여, 10㎏의 강괴를 제작하였다. 실시예 1에 비해 강괴의 중량(용강량)을 작게 한 것은, 강괴가 커지면 조직 중에 불가피적인 개재물의 존재량(불가피적 불순물량)이 증가하는 것 등에 의해 녹이 발생하기 쉽다고 생각되어, 성분 조성 이외의 녹의 발생 요인을 최대한 배제하기 위함이다. 성분 조성을 표 3에 나타낸다. 비교강 1은 특허문헌 1에, 비교강 2∼4는 특허문헌 2에 상당하는 금형용 강이다.

다음으로, 이들 강괴를 1150℃로 가열 후, 단조하여, 단면의 치수가 30㎜×30㎜인 강재로 하고, 이것을 860℃에서 어닐링 처리하였다. 그리고, 각각의 어닐링 처리재를 가공하여, 10㎜×10㎜×10㎜의 경도 평가용과, 5㎜×8㎜×15㎜의 내발청성 평가용과, 직경 10㎜×두께 2㎜의 열전도성 평가용의 3개의 치수 형상의 시험편을 채취하였다. 그리고, 이들 시험편에 대해, 이하의 시험을 실시하였다.

(경도의 평가)

경도 평가용의 시험편을 사용하여, 이것에 950℃로부터의 공냉에 의한 켄칭 처리와, 템퍼링 처리를 행하였다. 템퍼링 처리는, 시험편 중의 잔류 응력을 저감시키는 데 유리한 고온 템퍼링으로서, 550℃에서 2시간의 조건으로 하였다. 상기 템퍼링 처리 후의 시험편에 있어서, 본 발명강 1∼4는, 35HRC 이상의 경도를 달성하였다.

(내발청성의 평가)

내발청성 평가용의 시험편에, 상기 경도의 평가 시와 동일한 조건의 켄칭 템퍼링 처리를 행하였다. 그리고, 실시예 1과 마찬가지로, 온도 40℃, 습도 87％의 발청 환경의 분위기에서 폭로 시험을 행하였다. 그리고, 폭로 개시로부터 10분, 20분, 30분, 60분, 120분, 240분이 경과한 때의, 시험편의 표면에 발생한 녹의 정도를 확인하여, 방치의 초기로부터의 녹의 발생 상황을 평가하였다. 녹의 정도의 확인은, 시험편의 8㎜×15㎜의 표면에 대해, 그 중앙부의 265㎛×350㎛의 영역에 발생한 녹의 상기 면적률을 산출하였다. 녹을 확인하는 영역을 중앙부로 한 것은, 시험편의 단부는 가공 흠집 등의 존재에 의해 녹이 발생하기 쉬우므로, 성분 조성 이외의 녹의 발생 요인을 최대한 배제하기 위함이다.

(열전도성의 평가)

열전도성 평가용의 시험편에, 상기 경도의 평가 시와 동일한 조건의 켄칭 템퍼링 처리를 행하였다. 그리고, 상기 켄칭 템퍼링 처리 후의 시험편의 열전도율을, 실시예 1과 마찬가지로, 레이저 플래시법에 의해 측정하였다. 열전도율을 구한 결과를, 550℃의 템퍼링 경도, 녹의 면적률의 산출 결과와 함께, 표 4에 나타낸다.

표 4의 결과를, 실시예 1(표 2)의 결과와 비교하면, 녹의 발생의 진행은 전체적으로 느렸다. 이 이유는, 본 발명강 1∼4의 성분 조성에 있어서, 그 식 1의 값이 1.70 이하를 만족시키고, 또한 식 2의 값이 6.90 이하를 만족시키고 있는 것에 기인한다. 그리고, 최초의 강괴를 작게 함으로써, 개재물 등의 성분 조성 이외의 녹의 발생 요인이 배제된 것에도 기인하는 것이라고 생각된다. 그리고, 표 4에 있어서, 발청 면적률(％)의 란의 「＜0.01％」의 기재는, 녹의 발생 자체는 확인할 수 있었지만, 그 정도가 작고, 면적률의 산출이 어려웠던 것을 나타낸다.

표 4의 결과로부터, 성분 조성이 최적으로 조정된 본 발명강 1∼4는, 30W/m/K를 초과하는 열전도율에 더하여, 시험 개시의 초기로부터 발청이 억제되어 있다고 하는 우수한 내발청성을 달성하였다. 그리고, 식 1, 식 2의 값에 있어서, 각각의 값이 낮게 조정되어 있는 본 발명강 1, 4가, 상기 열전도율과 내발청성의 밸런스가 우수하였다.

한편, 비교강 1은, Cr이 낮은 금형용 강이다. 그리고, 30W/m/K를 초과하는 열전도율을 달성하고 있었다. 단, 본 발명강에 비해, 발청 환경에 폭로 후 30분의 시점에서 녹이 확인되었다.

비교강 2, 3, 4는, Cu가 낮은 금형용 강이다. 그 중, 비교강 3, 4는, 열전도율은 양호하였지만, 발청 환경에 폭로 후 30분의 시점에서 녹이 확인되고, 폭로 후 120분의 시점에서 정량할 수 있을 정도의 녹으로 진전하였다. 또한, 비교강 2는, Mo가 높고, 열전도율도 30W/m/K의 값을 하회하였다.

비교강 5는, 비교강 2, 3, 4에 비해 Cu가 더 낮은 금형용 강이다. 그리고, Ni가 높고, 또한 Cr도 낮으므로, 내발청성이 저하되고, 발청 환경에 폭로 후 60분의 시점에서 정량할 수 있을 정도의 녹이 발생하였다. 또한, 열전도율도 30W/m/K의 값을 하회하였다.

비교강 6, 7, 8은, Cr이 높은 금형용 강이다. 그리고, 내발청성은 양호하였지만, 열전도율이 30W/m/K의 값을 하회하였다. 또한, 비교강 7, 8에 있어서는, 550℃의 템퍼링에서 30HRC의 경도를 달성할 수 없었다(연화 저항이 저하되었다).

본 발명강은, 그 금형용으로서의 기본 특성도 만족시키고 있으므로, 플라스틱 성형용 금형 외에, 고무 성형용이나, 소로트 생산에 사용하는 열간 가공용, 다이캐스트용 등의 금형에도 적용이 가능하다.

Claims

질량％로, C:0.07∼0.15％, Si:0 초과∼0.8％ 미만, Mn:0 초과∼1.0％, P:0.05％ 미만, S:0.02％ 미만, Ni:0 초과∼0.5％, Mo와 W는 단독 또는 복합으로 (Mo＋1/2W):0 초과∼0.8％ 미만, V:0 초과∼0.15％ 미만, Cu:0.25∼1.5％를 함유하고, 잔량부는 Fe, Cr 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강이며, 상기 Cr의 함유량이 4.9％ 초과, 또한 5.3％ 이하이며, 경도가 30∼42HRC이고,
강의 조성은, 질량％에 의한 하기의 식 1에 의한 값이 1.70 이하를 만족시키고, 또한 식 2에 의한 값이 6.90 이하를 만족시키는 것을 특징으로 하는, 금형용 강.

여기서, [] 괄호 내는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타낸다.
삭제
제1항에 있어서, 질량％로, 불가피적 불순물인 Al은 0.1％ 미만, N은 0.06％ 미만, O는 0.0055％ 미만으로 규제하는 것을 특징으로 하는, 금형용 강.
질량％로, C:0.07∼0.15％, Si:0 초과∼0.8％ 미만, Mn:0 초과∼1.0％, P:0.05％ 미만, S:0.02％ 미만, Ni:0 초과∼0.5％, Mo와 W는 단독 또는 복합으로 (Mo＋1/2W):0 초과∼0.8％ 미만, V:0 초과∼0.15％ 미만, Cu:0.25∼1.5％를 함유하고, 잔량부는 Fe, Cr 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강이며, 상기 Cr의 함유량이 4.9％ 초과, 또한 5.3％ 이하인 강을, 켄칭과, 530℃ 이상의 온도에 의한 템퍼링에 의해, 경도를 30∼42HRC로 조정하고,
강의 조성은, 질량％에 의한 하기의 식 1에 의한 값이 1.70 이하를 만족시키고, 또한 식 2에 의한 값이 6.90 이하를 만족시키는 것을 특징으로 하는, 금형용 강의 제조 방법.

여기서, [] 괄호 내는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타낸다.
삭제
제4항에 있어서, 질량％로, 불가피적 불순물인 Al은 0.1％ 미만, N은 0.06％ 미만, O는 0.0055％ 미만으로 규제하는 것을 특징으로 하는, 금형용 강의 제조 방법.