KR102495092B1 - Steel for mold, and mold - Google Patents

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나오키 우메모리
시게키 히구치
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다이도 토쿠슈코 카부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 0.28 질량%≤C≤0.65 질량%, 0.01 질량%≤Si≤0.30 질량%, 1.5 질량%≤Mn≤3.0 질량%, 0.5 질량%≤Cr≤1.4 질량%, 1.9 질량%≤Mo+W/2≤4.0 질량%, 0.2 질량%≤V≤1.0 질량%, 0.01≤N≤0.10 질량%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 금형용 강에 관한 것이며, 상기 금형용 강은, 퀀칭 및 템퍼링 후의 상태에 있어서, 직경이 0.2㎛ 이하인 (Mo, W) 탄화물의 양이 1.2 질량% 이상이고, Cr 탄화물의 양에 대한 (Mo, W) 탄화물의 양의 비(질량비)가 11 이상이고, 경도 변화가 15 HRC 이하이다.In the present invention, 0.28 mass%≤C≤0.65 mass%, 0.01 mass%≤Si≤0.30 mass%, 1.5 mass%≤Mn≤3.0 mass%, 0.5 mass%≤Cr≤1.4 mass%, 1.9 mass%≤Mo+ W/2≤4.0 mass%, 0.2 mass%≤V≤1.0 mass%, 0.01≤N≤0.10 mass%, the balance being Fe and unavoidable impurities. And in the state after tempering, the amount of (Mo, W) carbides having a diameter of 0.2 μm or less is 1.2% by mass or more, and the ratio (mass ratio) of the amount of (Mo, W) carbides to the amount of Cr carbides is 11 or more, , the hardness change is less than 15 HRC.

Description

금형용 강 및 금형{STEEL FOR MOLD, AND MOLD}Steel for mold and mold {STEEL FOR MOLD, AND MOLD}

본 발명은 금형용 강 및 금형에 관한 것으로, 특히 높은 연화 저항을 나타내는 금형용 강 및 이러한 금형용 강을 이용한 금형에 관한 것이다The present invention relates to a steel for a mold and a mold, and more particularly, to a steel for a mold exhibiting high softening resistance and a mold using the steel for a mold.

"다이캐스팅(die-casting)"이란, 용융 금속을 고압 하에서 금형 캐비티에 압입함으로써, 치수 정밀도가 높은 주물을 제조하는 주조 방법을 말한다. 다이캐스팅은 상대적으로 저융점의 금속(예컨대, Al, Zn, Mg 또는 이들의 합금)으로 이루어진 주물의 제조에 이용된다."Die-casting" refers to a casting method for manufacturing castings with high dimensional accuracy by press-fitting molten metal into a mold cavity under high pressure. Die casting is used to manufacture castings made of metals with relatively low melting points (eg, Al, Zn, Mg or alloys thereof).

"핫 스탬핑(hot-stamping)"이란, 금형을 이용하여 고온으로 가열된 판재를 프레스 성형하고, 판재의 성형과 동시에, 냉각수로 냉각된 금형으로 판재를 급냉(퀀칭(quenched))하는 성형 방법을 말한다. 핫 스탬핑은 냉간 성형능이 낮고, 스프링 백이 큰 강판 (예컨대, 초고장력 강판)의 프레스 성형에 이용되고 있다."Hot-stamping" refers to a forming method in which a sheet material heated to a high temperature is press-formed using a mold, and at the same time as forming the sheet material, the sheet material is rapidly cooled (quenched) with a mold cooled with cooling water. say Hot stamping is used for press forming of a steel sheet having low cold formability and large springback (eg, ultra-high-strength steel sheet).

"테일러드 다이 퀀칭(tailored die quenching)"이란, 열원에 의해 디자인면이 부분적으로 가열된 금형을 이용하여 고온으로 가열된 판재를 프레스 성형하며, 판재의 성형과 동시에, 저온으로 유지된 디자인면으로 판재를 부분적으로 급냉(퀀칭)하는 성형 방법을 말한다. 테일러드 다이 퀀칭은, 강도 분포를 필요로 하는 부품(예컨대, 자동차의 골격을 구성하는 부품)의 프레스 성형에 이용되고 있다. "Tailored die quenching" means that a plate material heated to a high temperature is press-molded using a mold whose design surface is partially heated by a heat source, and at the same time as forming the plate material, the plate material is formed with the design surface maintained at a low temperature. It refers to a forming method in which a part of the quenching (quenching) is quenched. Tailored die quenching is used for press forming of parts requiring strength distribution (for example, parts constituting the frame of an automobile).

다이캐스팅, 핫 스탬핑, 테일러드 다이 퀀칭 등의 고온의 피(彼)가공재를 가공하는 방법에 있어서, 금형은, 사용 중에 열 사이클을 받는다. 따라서, 이러한 종류의 금형에는, 높은 연화 저항성 및 내히트체크성(heat check resistance)이 요구된다. BACKGROUND ART In a method of processing a workpiece at a high temperature such as die casting, hot stamping, and tailored die quenching, a mold is subjected to a heat cycle during use. Therefore, high softening resistance and heat check resistance are required for this type of mold.

그래서, 이러한 문제를 해결하기 위해, 종래부터 다양한 제안이 이루어지고 있다. So, in order to solve this problem, various proposals have been made conventionally.

예컨대, 특허문헌 1에는, (a) 질량%로, C: 0.30% 내지 0.45%, Si: 0.3% 초과 1.0% 이하, Mn: 0.6% 내지 1.5%, Ni: 0.6% 내지 1.8%, Cr: 1.4% 내지 2.0% 미만, Mo+W/2: 1.0% 초과 1.8% 이하, V+Nb/2: 0.2% 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, (b) 각 성분의 사이에 소정의 관계식이 성립하는 고인성 열간 공구강이 개시되어 있다.For example, in Patent Document 1, (a) in mass%, C: 0.30% to 0.45%, Si: more than 0.3% and 1.0% or less, Mn: 0.6% to 1.5%, Ni: 0.6% to 1.8%, Cr: 1.4 % to less than 2.0%, Mo+W/2: more than 1.0% and 1.8% or less, V+Nb/2: 0.2% or less, the balance consisting of Fe and unavoidable impurities, (b) between each component A high-toughness hot tool steel in which a predetermined relational expression holds is disclosed.

동(同) 문헌에는 다음의 3가지 사항: (A) 각 성분 사이의 밸런스를 최적화함으로써 연화 저항이 향상하는 점, (B) N의 양을 0.015 질량% 이하로 줄임으로써, 조대한 질화물의 형성이 억제되고 인성이 향상하는 점, 및 (C) 탄화물의 크기 및 단위 면적당 개수를 최적화함으로써 피삭성(machinability) 및 연화 저항이 향상하는 점이 기재되어 있다. In the same literature, the following three points: (A) softening resistance is improved by optimizing the balance between each component, (B) formation of coarse nitride by reducing the amount of N to 0.015% by mass or less It is described that this is suppressed and toughness is improved, and (C) machinability and softening resistance are improved by optimizing the size and number per unit area of carbides.

특허 문헌 2에는, (a) 질량%로, C: 0.34% 내지 0.40%, Si: 0.3% 내지 0.5%, Mn: 0.45% 내지 0.75%, Ni: 0% 내지 0.5% 미만, Cr: 4.9% 내지 5.5%, Mo 및 W 단독 또는 조합 (Mo+1/2W): 2.5% 내지 2.9% 및 V: 0.5% 내지 0.7%를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지지며, (b) 그의 퀀칭 시의 단면 조직은 괴상 조직(mass structure) 및 침상 조직을 포함하고, 괴상 조직 (A%)는 45 면적% 이하, 침상 조직 (B%)는 40 면적% 이하, 잔류 오스테나이트 (C%)는 5 체적% 내지 20 체적%인 열간 공구강이 개시되어 있다. In Patent Document 2, (a) in mass%, C: 0.34% to 0.40%, Si: 0.3% to 0.5%, Mn: 0.45% to 0.75%, Ni: 0% to less than 0.5%, Cr: 4.9% to less than 0.5% 5.5%, Mo and W alone or in combination (Mo+1/2W): 2.5% to 2.9% and V: 0.5% to 0.7%, the balance consisting of Fe and unavoidable impurities, (b) quenching thereof The cross-sectional structure of the city includes mass structure and acicular structure, mass structure (A%) is less than 45 area%, acicular structure (B%) is less than 40 area%, and retained austenite (C%) is 5% to 20% by volume of hot tool steel is disclosed.

동 문헌에는 다음의 3가지 사항: (A) 퀀칭 후의 조직은, 인성 및 고온 강도에 미치는 영향이 큰 점, (B) 인성의 저하를 억제하기 위해서는, 괴상 조직 및 침상 조직을 각각 소정의 면적률 이하로 저감하는 것이 바람직한 점, 및 (C) 강도 특성의 열화를 억제하는데는 잔류 오스테나이트는 적을수록 좋지만, 오스테나이트를 적당히 잔류시키면 인성이 향상하는 점이 기재되어 있다.In this document, the following three points: (A) The structure after quenching has a large effect on the toughness and high-temperature strength, (B) In order to suppress the decrease in toughness, the lumpy structure and the acicular structure are each a predetermined area ratio It is described that it is desirable to reduce to the following, and (C) that the toughness improves when austenite is adequately retained, although the smaller the retained austenite, the better for suppressing the deterioration of the strength characteristics.

특허문헌 3에는, (a) 중량%로, C: 0.25% 내지 0.55%, Si: 1.2% 이하, Mn: 1.5% 이하, Ni: 2.0% 이하, Cr: 6.0% 내지 8.0%, 1/2W+Mo: 5.0% 이하, 및 Cr/Mo≤3을 만족하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, (b) 조직면에서의 입경 0.1㎛ 이상의 미고용 탄화물의 면적률이 1% 이상이고, (c) 적어도 피가공재와의 접촉면에 질화층을 포함하고, 질화층의 표면으로부터 25㎛ 위치에서의 경도가 1,100 HV 이상인 온열간 가공용 질화 금형이 개시되어 있다.In Patent Document 3, (a) by weight, C: 0.25% to 0.55%, Si: 1.2% or less, Mn: 1.5% or less, Ni: 2.0% or less, Cr: 6.0% to 8.0%, 1/2W+ Mo: 5.0% or less, and Cr/Mo≤3 is satisfied, the balance is composed of Fe and unavoidable impurities, (b) the area ratio of undissolved carbide having a grain size of 0.1 μm or more on the texture surface is 1% or more, ( c) Disclosed is a nitrided mold for warm-temperature working, including a nitride layer on at least a contact surface with a workpiece, and having a hardness of 1,100 HV or more at a position of 25 μm from the surface of the nitride layer.

동 문헌에는 다음의 2가지 사항: (A) 질화 처리된 금형의 마모는, 금형 표면과 고온의 피가공재와의 마찰에 의해 발생되는 열에 의해 표층이 연화하여, 소성 유동을 일으키는 것이 주 요인의 하나인 점, 및 (B) 질화 처리에 의해 표면의 경도를 향상시킴과 동시에 미고용 탄화물의 양을 증가시킴으로써, 발열(heat generation)을 수반하는 마모를 상승적으로(synergistically) 개선할 수 있는 점이 개시되어 있다.In this document, the following two points: (A) One of the main causes of wear of a nitrided mold is that the surface layer is softened by the heat generated by friction between the mold surface and the high-temperature workpiece, causing plastic flow. Phosphorus point, and (B) by increasing the surface hardness by nitriding treatment and simultaneously increasing the amount of unsolidified carbide, it is disclosed that wear accompanied by heat generation can be synergistically improved. there is.

또한, 특허문헌 4에는, 중량비로 C: 0.60% 내지 0.85%, Si: 0.50% 내지 1.50%, Mn: 1.70% 내지 2.30%, Cr: 0.70% 내지 2.00%, Mo: 0.85% 내지 1.50% 및 V: 0.10% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물 원소로 이루어지는 공기-퀀칭 냉간 공구강이 개시되어 있다.Further, in Patent Document 4, C: 0.60% to 0.85%, Si: 0.50% to 1.50%, Mn: 1.70% to 2.30%, Cr: 0.70% to 2.00%, Mo: 0.85% to 1.50%, and V by weight ratio. : 0.10% or less, the remainder being Fe and unavoidable impurity elements.

동 문헌에는 다음의 3가지 사항: (A) 종래의 경우와 비교하여, C의 양과 Cr의 양을 적게 함으로써, 탄화물의 양이 저감되고, 탄화물의 입경이 미세화되고, 조각성(engravability)과 냉간 호빙성(cold hobbing property)이 개선되는 점, (B) V의 양을 0.10% 이하로 규제하면, 퀀칭성이 향상하고, 줄무늬 형상 탄화물의 형성이 방지될 수 있으며, 조각성이 개선되는 점, 및 (C) Si에는 약 200 ℃에 있어서의 템퍼 연화 저항을 부여하는 작용이 있는 점이 기재되어 있다.In this document, the following three points: (A) Compared with the conventional case, by reducing the amount of C and the amount of Cr, the amount of carbides is reduced, the grain size of carbides is refined, and the engravability and cold cold hobbing property is improved, (B) when the amount of V is regulated to 0.10% or less, hardenability is improved, formation of stripe-like carbide can be prevented, and engravability is improved; and (C) that Si has an effect of imparting temper softening resistance at about 200°C.

특허 문헌 1에 기재된 고인성 열간 공구강은 Si의 양이 많기 때문에 열전도율이 낮다. 또한, Mo+W/2의 양이 적어, 연화 저항도 낮다.The high-toughness hot tool steel described in Patent Document 1 has a low thermal conductivity because of the large amount of Si. In addition, the amount of Mo+W/2 is small, and the softening resistance is also low.

특허 문헌 2에 기재된 열간 공구강은, Cr의 양이 과잉이기 때문에, Mo 및/또는 W를 함유하는 탄화물(이하, "(Mo, W) 탄화물"이라고도 함) 전에 Cr 탄화물이 석출된다. 그 결과, Mo+W/2의 양이 적당하지만, (Mo, W) 탄화물의 석출량이 감소하고, 높은 연화 저항은 얻을 수 없다.In the hot tool steel described in Patent Document 2, since the amount of Cr is excessive, Cr carbides precipitate before carbides containing Mo and/or W (hereinafter also referred to as “(Mo, W) carbides”). As a result, although the amount of Mo+W/2 is appropriate, the amount of (Mo, W) carbides precipitated is reduced, and high softening resistance cannot be obtained.

특허 문헌 2에 기재된 열간 공구강과 유사하게, 특허 문헌 3에 기재된 온간 가공용 질화 금형도 Cr의 양이 과잉이기 때문에, 높은 연화 저항은 얻을 수 없다.Similar to the hot tool steel described in Patent Literature 2, the nitriding mold for warm working described in Patent Literature 3 also has an excessive amount of Cr, so high softening resistance cannot be obtained.

또한, 특허 문헌 4에 기재된 공기-퀀칭 냉간 공구강은 Mo+W/2의 양이 적어, 200℃를 초과하는 고온역에서의 템퍼 연화 저항이 낮다.In addition, the air-quenched cold tool steel described in Patent Document 4 has a small amount of Mo+W/2, and thus has low temper softening resistance in a high temperature range exceeding 200°C.

일본 공개특허공보 특개2016-166379Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-166379 일본 공개특허공보 특개2008-095190Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-095190 일본 공개특허공보 특개2001-073087Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-073087 일본 공개특허공보 특개평06-256895Japanese Unexamined Patent Publication No. 06-256895

본 발명의 목적은 연화 저항이 높은 금형용 강을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a steel for a mold having high softening resistance.

본 발명의 다른 목적은 높은 초기 경도 및/또는 열전도율이 높은 금형용 강을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a steel for a mold having high initial hardness and/or high thermal conductivity.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 금형용 강을 이용한 금형을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a mold using such mold steel.

전술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 금형용 강은 다음과 같은 구성을 갖는다:In order to solve the above problems, the steel for a mold according to the present invention has the following configuration:

(1) 상기 금형용 강은,(1) The steel for the mold,

0.28 질량% ≤ C ≤ 0.65 질량%,0.28 mass% ≤ C ≤ 0.65 mass%;

0.01 질량% ≤ Si ≤ 0.30 질량%,0.01 mass% ≤ Si ≤ 0.30 mass%;

1.5 질량% ≤ Mn ≤ 3.0 질량%,1.5 mass% ≤ Mn ≤ 3.0 mass%;

0.5 질량% ≤ Cr ≤ 1.4 질량%,0.5 mass% ≤ Cr ≤ 1.4 mass%;

1.9 질량% ≤ Mo+W/2 ≤ 4.0 질량%,1.9 mass% ≤ Mo+W/2 ≤ 4.0 mass%;

0.2 질량% ≤ V ≤ 1.0 질량%,0.2 mass% ≤ V ≤ 1.0 mass%;

0.01 ≤ N ≤ 0.10 질량%를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.0.01 ≤ N ≤ 0.10 mass%, the balance being Fe and unavoidable impurities.

(2) 상기 금형용 강은 퀀칭 및 템퍼링 후의 상태에 있어서,(2) The steel for the mold is in a state after quenching and tempering,

직경이 0.2㎛ 이하인 (Mo, W) 탄화물의 양이 1.2 질량% 이상이고,The amount of (Mo, W) carbides having a diameter of 0.2 μm or less is 1.2 mass% or more,

Cr 탄화물의 양에 대한 (Mo, W) 탄화물의 양의 비(ratio)(질량비)가 11 이상이고,The ratio (mass ratio) of the amount of (Mo, W) carbides to the amount of Cr carbides is 11 or more,

경도 변화가 15 HRC 이하이다.Hardness change is less than 15 HRC.

상기 금형용 강은 퀀칭 및 템퍼링 후의 상태에 있어서, The steel for the mold is in the state after quenching and tempering,

52 HRC 이상의 초기 경도 및/또는Initial hardness greater than 52 HRC and/or

실온에서 열전도율이 30 W/(m·K) 이상인 것이 바람직하다.It is preferable that the thermal conductivity at room temperature is 30 W/(m·K) or more.

본 발명에 따른 금형은 다음과 같은 구성을 갖는다:The mold according to the present invention has the following configuration:

(1) 상기 금형은 본 발명에 따른 금형용 강을 포함하고,(1) The mold includes a mold steel according to the present invention,

(2) 상기 금형은,(2) the mold,

직경이 0.2 ㎛이하인 (Mo, W) 탄화물의 양이 1.2 질량% 이상이고,The amount of (Mo, W) carbides having a diameter of 0.2 μm or less is 1.2 mass% or more,

Cr 탄화물의 양에 대한 (Mo, W) 탄화물의 양의 비(질량비)가 11 이상이고,The ratio (mass ratio) of the amount of (Mo, W) carbides to the amount of Cr carbides is 11 or more,

경도 변화가 15 HRC 이하이다.Hardness change is less than 15 HRC.

상기 금형은,The mold,

52 HRC 이상의 초기 경도 및/또는Initial hardness greater than 52 HRC and/or

실온에서 열전도율이 30 W/(m·K) 이상인 것이 바람직하다.It is preferable that the thermal conductivity at room temperature is 30 W/(m·K) or more.

Cr의 양을 상대적으로 적게하고 Mo+W/2의 양을 상대적으로 많게 함으로써, 미세한 (Mo, W) 탄화물이 다량으로 석출되고, Cr 탄화물의 석출이 억제된다. 그 결과, 연화 저항이 향상된다.By making the amount of Cr relatively small and the amount of Mo+W/2 relatively large, a large amount of fine (Mo, W) carbides are deposited, and the precipitation of Cr carbides is suppressed. As a result, softening resistance is improved.

도 1은 해트-굽힘(hat-bending)의 개략도이다.
도 2는 해트-굽힘에 의해 마모된 펀치의 표면의 외관 사진이다.
도 3은 해트-굽힘에 의해 소부된(seized) 펀치의 표면의 외관 사진이다.
1 is a schematic diagram of hat-bending.
Fig. 2 is an external photograph of the surface of a punch worn by hat-bending.
Fig. 3 is an external photograph of the surface of a punch seized by hat-bending.

이하, 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described in detail.

[1. 금형용 강][One. Steel for mold]

[1.1. 주 구성 원소][1.1. main constituent elements]

본 발명에 따른 금형용 강은 다음과 같은 원소들을 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 잉곳재 또는 적층 조형(additivie manufacturing)용의 분말일 수 있다. 추가 원소들의 종류, 그의 성분 범위 및 한정 사유는 다음과 같다.The steel for a mold according to the present invention contains the following elements, the remainder being Fe and unavoidable impurities, and may be an ingot material or powder for additive manufacturing. The types of additional elements, their composition ranges and reasons for limitation are as follows.

(1) 0.28 질량% ≤ C ≤ 0.65 질량% :(1) 0.28 mass% ≤ C ≤ 0.65 mass%:

C는 높은 경도를 얻기 위해 필요한 원소이다. C의 양이 적을 경우, 고용 C의 양 및 탄화물의 양이 적게 되고, 52 HRC 이상의 높은 경도를 얻을 수 없다. 따라서 C의 양은 0.28 질량% 이상일 필요가 있다. 잉곳재의 C의 양은, 바람직하게는 0.50 질량% 이상, 그리고 보다 바람직하게는 0.55 질량% 이상이다.C is an element required to obtain high hardness. When the amount of C is small, the amount of dissolved C and the amount of carbides become small, and a high hardness of 52 HRC or more cannot be obtained. Therefore, the amount of C needs to be 0.28% by mass or more. The amount of C in the ingot material is preferably 0.50% by mass or more, and more preferably 0.55% by mass or more.

한편, C의 양이 과잉인 경우에는, 조대한(coarse) 탄화물의 양이 증가하고, 잔류 오스테 나이트의 양도 증가하기 때문에, 52 HRC 이상의 높은 경도를 얻을 수 없다. 또한, 적층 조형법을 이용하여 금형을 제조할 때에 C의 양이 과잉인 경우에는, 적층 조형중에 금형이 깨지기 쉽다. 따라서, C의 양은 0.65 질량% 이하일 필요가 있다. 적층 조형용 분말에 있어서의 C의 양은, 바람직하게는 0.40 질량% 이하, 그리고 보다 바람직하게는 0.35 질량% 이하이다.On the other hand, when the amount of C is excessive, since the amount of coarse carbides increases and the amount of retained austenite also increases, a high hardness of 52 HRC or more cannot be obtained. In addition, when the amount of C is excessive when manufacturing a mold using the additive manufacturing method, the mold is easily broken during additive manufacturing. Therefore, the amount of C needs to be 0.65% by mass or less. The amount of C in the powder for additive manufacturing is preferably 0.40% by mass or less, and more preferably 0.35% by mass or less.

(2) 0.01 질량% ≤ Si ≤ 0.30 질량% :(2) 0.01 mass% ≤ Si ≤ 0.30 mass%:

Si의 양이 과잉인 경우에는, 열전도율이 저하된다. 열전도율이 저하되면, 고온의 피가공재를 가공할 때에 금형의 표면 온도가 과도하게 상승하고, 소부(seizure)가 발생하기 쉽다. 따라서, Si의 양은 0.30 질량% 이하일 필요가 있다. Si의 양은, 바람직하게는 0.15 질량% 이하, 그리고 보다 바람직하게는 0.10 질량% 이하이다.When the amount of Si is excessive, the thermal conductivity decreases. If the thermal conductivity is lowered, the surface temperature of the mold is excessively increased when processing a high-temperature workpiece, and seizure is likely to occur. Therefore, the amount of Si needs to be 0.30% by mass or less. The amount of Si is preferably 0.15% by mass or less, and more preferably 0.10% by mass or less.

(3) 1.5 질량% ≤ Mn ≤ 3.0 질량% :(3) 1.5 mass% ≤ Mn ≤ 3.0 mass%:

Mn의 양이 너무 적은 경우에는, 퀀칭성(quenchability)이 저하된다. 따라서 Mn의 양은 1.5 질량% 이상일 필요가 있다. Mn의 양은 바람직하게는 1.55 질량% 이상이다.When the amount of Mn is too small, quenchability is lowered. Therefore, the amount of Mn needs to be 1.5% by mass or more. The amount of Mn is preferably 1.55% by mass or more.

한편, Mn의 양이 과잉인 경우에는, 열전도율이 저하된다. 따라서 Mn의 양은 3.0 질량% 이하일 필요가 있다. Mn의 양은 바람직하게는 2.0 질량% 이하, 그리고 보다 바람직하게는 1.8 질량% 이하이다.On the other hand, when the amount of Mn is excessive, the thermal conductivity decreases. Therefore, the amount of Mn needs to be 3.0% by mass or less. The amount of Mn is preferably 2.0% by mass or less, and more preferably 1.8% by mass or less.

(4) 0.5 질량% ≤ Cr ≤ 1.4 질량% :(4) 0.5 mass% ≤ Cr ≤ 1.4 mass%:

Cr의 양이 너무 적은 경우에는 퀀칭성이 저하된다. 따라서, Cr의 양은 0.5 질량% 이상일 필요가 있다. Cr의 양은 바람직하게는 0.6 질량% 이상, 그리고 보다 바람직하게는 0.7 질량% 이상이다.When the amount of Cr is too small, hardenability falls. Therefore, the amount of Cr needs to be 0.5% by mass or more. The amount of Cr is preferably 0.6% by mass or more, and more preferably 0.7% by mass or more.

한편, Cr의 양이 과잉인 경우에는, 템퍼링 시에 Cr 탄화물이 다량으로 생성하고, (Mo, W) 탄화물의 양이 감소한다. 그 결과, 연화 저항이 저하된다. 또한, Cr의 양이 과잉인 경우에는 열전도율이 저하된다.On the other hand, when the amount of Cr is excessive, a large amount of Cr carbide is generated during tempering, and the amount of (Mo, W) carbide decreases. As a result, softening resistance is lowered. In addition, when the amount of Cr is excessive, the thermal conductivity is lowered.

또한, 과잉의 Cr을 함유하는 금형을 이용하여 고온의 피가공재를 가공하는 경우, 금형 표면에 고경도의 Cr 산화물이 생성되고, 산화물이 권입되어(entrained) 금형이 마모되기 쉽다. 또한, 금형 표면에 Cr 산화물이 불균일하게 형성되고, 피가공재(예컨대, 도금 강판)의 소부가 일어나기 쉽다.In addition, when a high-temperature workpiece is processed using a mold containing excess Cr, a high-hardness Cr oxide is generated on the mold surface, and the oxide is entrained to easily wear the mold. In addition, Cr oxide is non-uniformly formed on the surface of the mold, and seizure of the workpiece (eg, coated steel sheet) is likely to occur.

따라서, Cr의 양은 1.4 질량% 이하일 필요가 있다. Cr의 양은, 바람직하게는 1.3 질량% 이하, 그리고 보다 바람직하게는 1.2 질량% 이하이다.Therefore, the amount of Cr needs to be 1.4% by mass or less. The amount of Cr is preferably 1.3% by mass or less, and more preferably 1.2% by mass or less.

(5) 1.9 질량% ≤ Mo+W/2 ≤ 4.0 질량% :(5) 1.9 mass% ≤ Mo+W/2 ≤ 4.0 mass%:

Mo+W/2는 높은 경도 및 높은 연화 저항에 기여한다. Mo+W/2의 양이 너무 적은 경우에는, 2차 석출 탄화물의 양의 감소로 인해 52 HRC 이상의 높은 경도를 얻을 수 없다. 또한, (Mo, W) 탄화물의 양도 감소하고, 연화 저항이 저하된다. 따라서, Mo+W/2의 양은 1.9 질량% 이상일 필요가 있다.Mo+W/2 contributes to high hardness and high softening resistance. When the amount of Mo+W/2 is too small, a high hardness of 52 HRC or higher cannot be obtained due to a decrease in the amount of secondary precipitation carbides. Also, the amount of (Mo, W) carbides is reduced, and the softening resistance is lowered. Therefore, the amount of Mo+W/2 needs to be 1.9% by mass or more.

한편, Mo+W/2의 양이 과잉인 경우에는, 조대한 (Mo, W) 탄화물의 양이 증가하고, 고용 C의 양이 적게 된다. 그 결과, 52 HRC 이상의 높은 경도 및 높은 연화 저항을 얻을 수 없다. 또한, 고가의 Mo 및/또는 W의 양이 증가하기 때문에, 용융 비용도 높게 된다. 따라서, Mo+W/2의 양은 4.0 질량% 이하일 필요가 있다. Mo+W/2의 양은 바람직하게는 3.0 질량% 이하, 그리고 보다 바람직하게는, 2.7 질량% 이하이다.On the other hand, when the amount of Mo+W/2 is excessive, the amount of coarse (Mo, W) carbides increases and the amount of solid solution C decreases. As a result, high hardness of 52 HRC or more and high softening resistance cannot be obtained. In addition, since the amount of expensive Mo and/or W increases, the melting cost also becomes high. Therefore, the amount of Mo+W/2 needs to be 4.0% by mass or less. The amount of Mo+W/2 is preferably 3.0% by mass or less, and more preferably 2.7% by mass or less.

(6) 0.2 질량% ≤ V ≤ 1.0 질량% :(6) 0.2 mass% ≤ V ≤ 1.0 mass%:

V는 퀀칭 시에 있어서의 결정립의 조대화의 억제에 기여한다. V의 양이 적은 경우에는, 피닝(pinning) 입자(VC 입자)의 수가 작고, 퀀칭 시에 결정립이 조대화된다. 그 결과, 인성이 낮다. 따라서, V의 양은 0.2 질량% 이상일 필요가 있다. V의 양은, 바람직하게는 0.3 질량% 이상, 그리고 보다 바람직하게는 0.4 질량% 이상이다.V contributes to suppression of coarsening of crystal grains during quenching. When the amount of V is small, the number of pinning particles (VC particles) is small, and crystal grains are coarsened during quenching. As a result, toughness is low. Therefore, the amount of V needs to be 0.2% by mass or more. The amount of V is preferably 0.3% by mass or more, and more preferably 0.4% by mass or more.

한편, V의 양이 과잉인 경우에는, 경도를 향상시키지 않는 조대한 탄화물의 양이 증가한다. 또한, 고용 C의 양 및 (Mo, W) 탄화물의 양이 감소하기 때문에, 경도가 낮아지고, 높은 연화 저항을 얻을 수 없다. 따라서, V의 양은 1.0 질량% 이하일 필요가 있다. V의 양은, 바람직하게는 0.85 질량% 이하, 그리고 보다 바람직하게는 0.8 질량% 이하이다.On the other hand, when the amount of V is excessive, the amount of coarse carbides that do not improve the hardness increases. Also, since the amount of dissolved C and the amount of (Mo, W) carbides are reduced, the hardness is lowered and high softening resistance cannot be obtained. Therefore, the amount of V needs to be 1.0% by mass or less. The amount of V is preferably 0.85% by mass or less, and more preferably 0.8% by mass or less.

(7) 0.01 질량% ≤ N ≤ 0.10 질량% :(7) 0.01% by mass ≤ N ≤ 0.10% by mass:

N의 양이 적은 경우에는, 탄화물의 핵으로서 기능하는 미세 질화물의 양이 적게 되고, 소정의 (Mo, W) 탄화물의 양을 얻을 수 없다. 따라서, N의 양은 0.01 질량% 이상일 필요가 있다.When the amount of N is small, the amount of fine nitrides serving as nuclei of carbides becomes small, and a predetermined amount of (Mo, W) carbides cannot be obtained. Therefore, the amount of N needs to be 0.01% by mass or more.

한편, N의 양이 과잉인 경우에는, 많은 양의 조대한 질화물이 발생되고, 미세한 (Mo, W) 탄화물을 얻을 수 없다. 따라서, N의 양은 0.10 질량% 이하일 필요가 있다. N의 양은, 바람직하게는 0.05 질량% 이하이다.On the other hand, when the amount of N is excessive, a large amount of coarse nitride is generated, and fine (Mo, W) carbide cannot be obtained. Therefore, the amount of N needs to be 0.10% by mass or less. The amount of N is preferably 0.05% by mass or less.

(8) 불가피적 불순물 :(8) Inevitable impurities:

본 발명에 있어서, 이하의 원소가 이하의 상한값 미만인 경우, 이를 불가피적 불순물로 취급한다.In the present invention, when the following elements are less than the following upper limits, they are treated as unavoidable impurities.

(a) Al < 0.005 질량%,(a) Al < 0.005% by mass;

(b) P < 0.05 질량%,(b) P < 0.05 mass %;

(c) S < 0.01 질량%,(c) S < 0.01% by mass;

(d) Cu < 0.30 질량%,(d) Cu < 0.30% by mass;

(e) Ni < 0.30 질량%,(e) Ni < 0.30% by mass;

(f) O < 0.01 질량%,(f) O < 0.01% by mass;

(g) Co < 0.10 질량%,(g) Co < 0.10% by mass;

(h) Nb < 0.10 질량%,(h) Nb < 0.10% by mass;

(i) Ta < 0.10 질량%,(i) Ta < 0.10% by mass;

(j) Ti < 0.10 질량%,(j) Ti < 0.10% by mass;

(k) Zr < 0.01 질량%,(k) Zr < 0.01% by mass;

(l) B < 0.001 질량%,(l) B < 0.001% by mass;

(m) Ca < 0.001 질량%,(m) Ca < 0.001% by mass;

(n) Se < 0.03 질량%,(n) Se < 0.03% by mass;

(o) Te < 0.01 질량%,(o) Te < 0.01% by mass;

(p) Bi < 0.01 질량%,(p) Bi < 0.01% by mass;

(q) Pb < 0.03 질량%,(q) Pb < 0.03% by mass;

(r) Mg < 0.02 질량%, 및(r) Mg < 0.02% by mass, and

(s) REM < 0.01 질량%.(s) REM < 0.01% by mass.

[1.2. 부 구성 원소][1.2. Sub-constituting element]

본 발명에 따른 금형용 강은, 주 구성 원소에 더하여, 다음 원소들 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 첨가되는 원소의 종류, 그의 성분 범위 및 한정 이유는 다음과 같다.The steel for a mold according to the present invention may further contain one or more of the following elements in addition to the main constituent elements. The types of elements to be added, their component ranges, and reasons for limitation are as follows.

(9) 0.005 질량% ≤ Al ≤ 1.5 질량%:(9) 0.005 mass% ≤ Al ≤ 1.5 mass%:

(10) 0.01 질량% ≤ Ti ≤ 0.5 질량%:(10) 0.01 mass% ≤ Ti ≤ 0.5 mass%:

(11) 0.01 질량% ≤ Nb ≤ 0.5 질량%:(11) 0.01% by mass ≤ Nb ≤ 0.5% by mass:

(12) 0.01 질량% ≤ Zr ≤ 0.5 질량%:(12) 0.01% by mass ≤ Zr ≤ 0.5% by mass:

(13) 0.01 질량% ≤ Ta ≤ 0.5 질량%:(13) 0.01 mass% ≤ Ta ≤ 0.5 mass%:

Al, Ti, Nb, Zr 및 Ta는 모두 퀀칭 시에 있어서의 결정립의 조대화의 억제에 기여한다. 이들 원소는 모두 피닝 입자로서 기능하는 석출물을 형성한다. 그 결과, 결정립이 미세립이 되고 인성이 향상된다. 이러한 효과를 얻기 위해, 이들 원소 각각의 함유량은 상기 하한값 이상인 것이 바람직하다.Al, Ti, Nb, Zr, and Ta all contribute to suppression of grain coarsening during quenching. All of these elements form precipitates that function as pinning particles. As a result, crystal grains become fine grains and toughness is improved. In order to obtain such an effect, it is preferable that the content of each of these elements is equal to or more than the lower limit.

한편, 이들 원소 각각의 함유량이 과잉인 경우에는, 석출물이 응집하고 피닝 입자로서 기능하지 않는다. 따라서, 이들 원소 각각의 함유량은 상기 상한값 이하가 바람직하다.On the other hand, when the content of each of these elements is excessive, precipitates aggregate and do not function as pinning particles. Therefore, the content of each of these elements is preferably equal to or less than the above upper limit.

금형용 강은 이들 원소 중 어느 하나를 포함해도 좋고, 혹은 이들 원소 중 둘 이상을 포함해도 좋다.The steel for a mold may contain any one of these elements, or may contain two or more of these elements.

(14) 0.01 질량% ≤ Co ≤ 1.0 질량% :(14) 0.01 mass% ≤ Co ≤ 1.0 mass%:

Co는 고온 강도의 향상에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서, Co의 양은 0.01 질량% 이상이 바람직하다. Co의 양은, 바람직하게는 0.3 질량% 이상, 그리고 보다 바람직하게는 0.5 질량% 이상이다.Co contributes to improvement of high temperature strength. In order to obtain these effects, the amount of Co is preferably 0.01% by mass or more. The amount of Co is preferably 0.3% by mass or more, and more preferably 0.5% by mass or more.

한편, Co의 양이 과잉인 경우에는, 용융 비용이 증가하고 열전도율이 저하된다. 따라서, Co의 양은 1.0 질량% 이하가 바람직하다. Co의 양은, 보다 바람직하게는 0.9 질량% 이하이다.On the other hand, when the amount of Co is excessive, the melting cost increases and the thermal conductivity decreases. Therefore, the amount of Co is preferably 1.0% by mass or less. The amount of Co is more preferably 0.9% by mass or less.

(15) 0.30 질량% ≤ Ni ≤ 1.0 질량%:(15) 0.30% by mass ≤ Ni ≤ 1.0% by mass:

(16) 0.30 질량% ≤ Cu ≤ 1.0 질량%:(16) 0.30 mass% ≤ Cu ≤ 1.0 mass%:

Cu 및 Ni는 모두 펄라이트의 생성을 지연시키고 퀀칭성의 향상에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Ni의 양 및 Cu의 양은, 각각, 0.30 질량% 이상이 바람직하다.Both Cu and Ni retard the formation of pearlite and contribute to the improvement of hardenability. In order to obtain such an effect, the amount of Ni and the amount of Cu are each preferably 0.30% by mass or more.

한편, Ni 또는 Cu의 양이 과잉인 경우에는, 용융 비용이 증가하고 열전도율이 저하된다. 또한, Ni의 양이 과잉인 경우에는, 잔류 오스테나이트의 양이 증가하고 경도가 저하된다. 따라서, Ni의 양 및 Cu의 양은, 각각 1.0 질량% 이하가 바람직하다.On the other hand, when the amount of Ni or Cu is excessive, the melting cost increases and the thermal conductivity decreases. Also, when the amount of Ni is excessive, the amount of retained austenite increases and the hardness decreases. Therefore, the amount of Ni and the amount of Cu are each preferably 1.0% by mass or less.

금형용 강은 Ni 또는 Cu를 포함하거나 둘 다를 포함해도 좋다.The steel for the mold may contain Ni or Cu, or both.

(17) 0.01 질량% ≤ S ≤ 0.15 질량%:(17) 0.01 mass% ≤ S ≤ 0.15 mass%:

(18) 0.001 질량% ≤ Ca ≤ 0.15 질량%:(18) 0.001% by mass ≤ Ca ≤ 0.15% by mass:

(19) 0.03 질량% ≤ Se ≤ 0.35 질량%:(19) 0.03 mass% ≤ Se ≤ 0.35 mass%:

(20) 0.01 질량% ≤ Te ≤ 0.35 질량%:(20) 0.01 mass% ≤ Te ≤ 0.35 mass%:

(21) 0.01 질량% ≤ Bi ≤ 0.50 질량%:(21) 0.01% by mass ≤ Bi ≤ 0.50% by mass:

(22) 0.03 질량% ≤ Pb ≤ 0.50 질량%:(22) 0.03 mass% ≤ Pb ≤ 0.50 mass%:

S, Ca, Se, Te, Bi 및 Pb는 모두 피삭성의 향상에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 이들 원소 각각의 함유량은 상기 하한값 이상이 바람직하다.S, Ca, Se, Te, Bi and Pb all contribute to improvement of machinability. In order to obtain such an effect, the content of each of these elements is preferably equal to or greater than the lower limit.

한편, 이들 원소 각각의 함유량이 과잉인 경우에는 개재물이 형성되기 쉽다. 개재물은 파괴의 기점으로서 기능하여 인성을 저하시키는 원인이 된다. 따라서, 이들 원소 각각의 함유량은 상기 상한값 이하가 바람직하다.On the other hand, when the content of each of these elements is excessive, inclusions are likely to be formed. Inclusions function as a starting point of fracture and cause a decrease in toughness. Therefore, the content of each of these elements is preferably equal to or less than the above upper limit.

금형용 강은 이들 원소의 어느 하나를 포함해도 좋고, 혹은 이들 원소의 둘 이상을 포함해도 좋다. The steel for a mold may contain any one of these elements, or may contain two or more of these elements.

[1.3. 특성][1.3. characteristic]

[1.3.1. 열처리 조건][1.3.1. heat treatment conditions]

본 발명에 따른 금형용 강은, 성분이 최적화되어 있기 때문에, 퀀칭 및 템퍼링 후의 상태에서 높은 특성을 나타낸다.Since the composition of the steel for a mold according to the present invention is optimized, it exhibits high properties in the state after quenching and tempering.

여기에서, "퀀칭 및 템퍼링 후의 상태"라는 표현은, (a) 1,030℃±20℃에서 45분±15분 동안 소킹(soaking) 후, 9℃/min 내지 30℃/min의 냉각 속도로 퀀칭하고, (b) 540℃ 내지 600℃에서 1 시간 동안 균열 후에 공냉하는 템퍼링을 2회 실시한 후의상태를 말한다. Here, the expression "state after quenching and tempering" means: (a) after soaking at 1,030 ° C ± 20 ° C for 45 minutes ± 15 minutes, quenching at a cooling rate of 9 ° C / min to 30 ° C / min; , (b) It refers to the state after tempering at 540°C to 600°C for 1 hour followed by air cooling twice.

성분을 최적화하는 것에 더하여, 상술한 바와 같은 조건하에서 퀀칭 및 템퍼링을 행하면, Cr 탄화물의 양 및 (Mo, W) 탄화물의 양을 제어할 수 있다.In addition to optimizing the components, the amount of Cr carbides and the amount of (Mo, W) carbides can be controlled by performing quenching and tempering under the conditions described above.

어떤 경우에는 용융 주조 후에 정출(crystallized) 탄화물이 생성될 수도 있기 때문에, 용융 주조 후 및 열간 단조 전에 1,200℃ 이상의 소킹 처리(soaking treatment)를 수행하는 것이 바람직하다. 특히, C의 양이 0.55 질량% 내지 0.65 질량%의 범위에 있는 경우에, 소킹 처리를 행하는 것이 바람직하다. 소킹 처리를 행하면, 조대한 정출 탄화물을 감소시킬 수 있고, 퀀칭 및 템퍼링 후 미세한 (Mo, W) 탄화물을 다량으로 석출시킬 수 있으며, 연화 저항이 향상된다.Since crystallized carbides may be produced after melt casting in some cases, it is preferable to perform a soaking treatment at 1,200° C. or higher after melt casting and before hot forging. In particular, when the amount of C is in the range of 0.55% by mass to 0.65% by mass, it is preferable to perform the soaking treatment. When the soaking treatment is performed, coarse crystallized carbides can be reduced, fine (Mo, W) carbides can be deposited in large quantities after quenching and tempering, and softening resistance is improved.

퀀칭 온도가 너무 낮은 경우에는, 고용 원소의 양이 적게 되고, 경도 및 연화 저항이 낮게 된다. 따라서, 퀀칭 온도는 1,010℃ 이상이 바람직하다.When the quenching temperature is too low, the amount of solid solution elements becomes small, and the hardness and softening resistance become low. Therefore, the quenching temperature is preferably 1,010°C or higher.

한편, 퀀칭 온도가 너무 높은 경우에는, 고용 원소의 양이 너무 많고, 잔류 오스테나이트가 증가하고, 경도가 낮아진다. 또한, 결정립이 조대화된다. 따라서, 퀀칭 온도는 1,050℃ 이하가 바람직하다.On the other hand, when the quenching temperature is too high, the amount of solid-solution elements is too large, the retained austenite increases, and the hardness is lowered. Also, crystal grains are coarsened. Therefore, the quenching temperature is preferably 1,050°C or less.

퀀칭 온도에서의 유지 시간은 퀀칭 온도를 균일하게 하는 관점에서 45분±15분이 바람직하다.The holding time at the quenching temperature is preferably 45 minutes ± 15 minutes from the viewpoint of making the quenching temperature uniform.

냉각 속도는, 조직을 풀(full) 마르텐사이트로 하기 위해서는, 9℃/min 이상이 바람직하고, 퀀칭 균열(crack)을 억제하기 위해서는 30℃/min 이하가 바람직하다.The cooling rate is preferably 9° C./min or more to make the structure full martensite, and preferably 30° C./min or less to suppress quenching cracks.

템퍼링 온도가 너무 낮은 경우에는, Cr 탄화물의 양이 증가하고, (Mo, W) 탄화물의 양이 감소한다. 따라서, 템퍼링 온도는 540℃ 이상이 바람직하다.When the tempering temperature is too low, the amount of Cr carbides increases and the amount of (Mo, W) carbides decreases. Therefore, as for tempering temperature, 540 degreeC or more is preferable.

한편, 템퍼링 온도가 너무 높은 경우에는, 탄화물이 조대화 되고, 초기 경도 및 연화 저항을 향상시키는 효과가 감소한다. 따라서, 템퍼링 온도는 600℃ 이하가 바람직하다.On the other hand, when the tempering temperature is too high, the carbide is coarsened, and the effect of improving the initial hardness and softening resistance is reduced. Therefore, as for tempering temperature, 600 degreeC or less is preferable.

템퍼링 온도에서의 유지 시간은, 온도 및 시간을 포함하는 템퍼링 파라미터의 관점에서, 최고 경도를 얻을 수 있도록 약 1 시간이 바람직하다.The holding time at the tempering temperature is preferably about 1 hour so as to obtain the highest hardness in terms of tempering parameters including temperature and time.

템퍼링 횟수는, 1회째의 템퍼링 시에 잔류 오스테나이트로부터 마르텐사이트로 변태된 조직을 템퍼링할 필요가 있기 때문에, 2회가 바람직하다. The number of times of tempering is preferably twice because it is necessary to temper the structure transformed from retained austenite to martensite during the first tempering.

[1.3.2. (Mo, W) 탄화물의 양][1.3.2. (Mo, W) amount of carbide]

본 발명에서, "(Mo, W) 탄화물의 양"이란 표현은, 강에서 Mo 및/또는 W를 포함하는 탄화물로서 미세한 것(직경 0.2㎛ 이하)의 질량 비율을 말한다. 용어 "직경"은 원 상당 직경을 나타낸다.In the present invention, the expression “amount of (Mo, W) carbides” refers to the mass ratio of fine carbides containing Mo and/or W in steel (with a diameter of 0.2 μm or less). The term "diameter" refers to the equivalent diameter of a circle.

미세한 (Mo, W) 탄화물은, 초기 경도 및 연화 저항의 향상에 기여한다. 일반적으로, (Mo, W) 탄화물의 양이 더 많을수록, 초기 경도가 더 향상하고, 및/또는 연화 저항이 더 높게 된다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 퀀칭 및 템퍼링 후의 상태에서 (Mo, W) 탄화물의 양은 1.2 질량% 이상일 필요가 있다.Fine (Mo, W) carbides contribute to improvement of initial hardness and softening resistance. In general, the higher the amount of (Mo, W) carbide, the better the initial hardness, and/or the higher the softening resistance. To obtain such an effect, the amount of (Mo, W) carbides in the state after quenching and tempering needs to be 1.2% by mass or more.

[1.3.3. Cr 탄화물의 양에 대한 (Mo, W) 탄화물의 양의 비][1.3.3. The ratio of the amount of (Mo, W) carbides to the amount of Cr carbides]

"Cr 탄화물의 양에 대한 (Mo, W) 탄화물의 양의 비(이하, "탄화물 비"라고도 함)"란 표현은, 직경이 0.2㎛ 이하인 Cr 탄화물의 질량에 대한, 직경이 0.2㎛ 이하인 (Mo, W) 탄화물의 질량의 비를 말한다(미세한 (Mo, W) 탄화물의 양 / 미세한 Cr 탄화물의 양).The expression “ratio of the amount of (Mo, W) carbide to the amount of Cr carbide (hereinafter also referred to as “carbide ratio”)” refers to a mass of Cr carbide having a diameter of 0.2 μm or less ( It refers to the mass ratio of Mo, W) carbides (amount of fine (Mo, W) carbides/amount of fine Cr carbides).

미세한 (Mo, W) 탄화물 및 미세한 Cr 탄화물은 모두 초기 경도에 기여한다. 그러나, Cr 탄화물의 양이 상대적으로 과잉인 경우에는, Cr 탄화물에 C를 빼앗기기 때문에, (Mo, W) 탄화물의 양이 감소하고 높은 연화 저항을 얻을 수 없다. 따라서, 퀀칭 및 템퍼링 후의 상태에서 탄화물 비는 11 이상일 필요가 있다.Fine (Mo, W) carbides and fine Cr carbides both contribute to the initial hardness. However, when the amount of Cr carbide is relatively excessive, since C is taken away by Cr carbide, the amount of (Mo, W) carbide decreases and high softening resistance cannot be obtained. Therefore, the carbide ratio in the state after quenching and tempering needs to be 11 or more.

[1.3.4. 초기 경도][1.3.4. initial hardness]

"초기 경도"는 퀀칭 및 템퍼링 직후 실온에서 측정된 로크웰(Rockwell) 경도(C 스케일)를 말한다."Initial hardness" refers to the Rockwell hardness (C scale) measured at room temperature immediately after quenching and tempering.

본 발명에 따른 금형용 강은, Cr의 양을 상대적으로 적게 하고, Mo+W/2의 양을 상대적으로 많게 하고 있기 때문에, 이에 대하여 적절한 조건 하에서 퀀칭 및 템퍼링을 행하면, 매트릭스(matrix) 중에 미세한 (Mo, W) 탄화물이 다량으로 석출된다. 그 결과, 높은 초기 경도가 얻어진다. 제조 조건을 최적화하면, 퀀칭 및 템퍼링 후의 상태에서 초기 경도는 52 HRC 이상일 수 있다. 제조 조건을 더욱 최적화하면, 초기 경도는 53 HRC 이상, 또는 54 HRC 이상일 수 있다.Since the steel for a mold according to the present invention has a relatively small amount of Cr and a relatively large amount of Mo+W/2, when quenching and tempering are performed under appropriate conditions, fine ( Mo, W) A large amount of carbide is precipitated. As a result, high initial hardness is obtained. By optimizing the manufacturing conditions, the initial hardness in the state after quenching and tempering can be 52 HRC or more. Further optimizing the manufacturing conditions, the initial hardness may be 53 HRC or higher, or 54 HRC or higher.

[1.3.5. 경도 변화 (연화 저항)][1.3.5. Hardness change (softening resistance)]

"경도 변화"는 다음 식 (1)로 표현되는 절댓값을 말한다. 경도 변화는 연화 저항의 크기를 나타내며, 경도 변화가 0에 가까울수록 연화 저항이 더 높다."Hardness change" refers to the absolute value expressed by the following formula (1). Hardness change represents the magnitude of softening resistance, and the closer the hardness change is to zero, the higher the softening resistance.

경도 변화 = |Hb - Ha| (1)Hardness change = |H b - H a | (One)

단, Ha는, 상기의 조건 하에서 퀀칭 및 템퍼링 후, 추가로 600℃에서 130 시간 유지한 후에, 실온에서 측정된 로크웰 경도 (C 스케일)를 나타내고,However, H a represents the Rockwell hardness (C scale) measured at room temperature after quenching and tempering under the above conditions and further holding at 600 ° C. for 130 hours,

Hb는 상기의 조건 하에서 퀀칭 및 템퍼링 직후에, 실온에서 측정된 로크웰 경도 (C 스케일)이다.H b is the Rockwell hardness (C scale) measured at room temperature immediately after quenching and tempering under the above conditions.

본 발명에 따른 금형용 강은, Cr의 양을 상대적으로 적게 하고, Mo+W/2 의 양을 상대적으로 많게 하기 때문에, 이에 대하여 적절한 조건 하에서 퀀칭 및 템퍼링을 행하면, 매트릭스 중에 미세한 (Mo, W) 탄화물이 다량으로 석출된다. 미세한 (Mo, W) 탄화물은, 초기 경도를 향상시킬 뿐만 아니라, 연화 저항의 향상에도 기여한다. 제조 조건을 최적화하면, 경도 변화는 15 HRC 이하일 수 있다. 제조 조건을 더욱 최적화하면, 경도 변화는 12 HRC 이하, 또는 10 HRC 이하일 수 있다.Since the steel for a mold according to the present invention has a relatively small amount of Cr and a relatively large amount of Mo+W/2, when quenching and tempering are performed under appropriate conditions, fine (Mo, W) in the matrix A large amount of carbide is precipitated. Fine (Mo, W) carbides not only improve initial hardness, but also contribute to improvement in softening resistance. By optimizing the manufacturing conditions, the hardness change can be less than 15 HRC. Further optimizing the manufacturing conditions, the hardness change can be 12 HRC or less, or even 10 HRC or less.

[1.3.6. 열전도율][1.3.6. thermal conductivity]

일반적으로, Si는 탈산제, 또는 경도의 향상, 피삭성의 향상, 내산화성의 향상, 약 200℃에서의 템퍼 연화 저항의 향상 등의 목적으로 첨가된다. 그러나, Si 함유량이 과잉인 경우에는, 열전도율이 현저히 저하된다.Generally, Si is added for the purpose of a deoxidizer or improvement of hardness, improvement of machinability, improvement of oxidation resistance, improvement of temper softening resistance at about 200°C, and the like. However, when the Si content is excessive, the thermal conductivity is remarkably lowered.

본 발명에 따른 금형용 강은, Si의 양을 최소한으로 억제하고 있기 때문에, 열전도율이 높다. 구체적으로, 제조 조건을 최적화하면, 실온에 있어서의 열전도율이 30W/(m·K) 이상일 수 있다. 제조 조건을 더욱 최적화하면, 실온에 있어서의 열전도율이 35W/(m·K) 이상일 수 있다.The steel for a mold according to the present invention has high thermal conductivity because the amount of Si is kept to a minimum. Specifically, when manufacturing conditions are optimized, the thermal conductivity at room temperature can be 30 W/(m·K) or more. If the manufacturing conditions are further optimized, the thermal conductivity at room temperature can be 35 W/(m·K) or more.

[2. 금형][2. mold]

본 발명에 따른 금형은, 다음과 같은 구성을 갖는다:The mold according to the present invention has the following configuration:

(1) 상기 금형은 본 발명에 따른 금형용 강을 포함하고,(1) The mold includes a mold steel according to the present invention,

(2) 상기 금형은,(2) the mold,

직경이 0.2 ㎛이하인 (Mo, W) 탄화물의 양이 1.2 질량% 이상이고,The amount of (Mo, W) carbides having a diameter of 0.2 μm or less is 1.2 mass% or more,

Cr 탄화물의 양에 대한 (Mo, W) 탄화물의 양의 비(질량비)가 11 이상이고,The ratio (mass ratio) of the amount of (Mo, W) carbides to the amount of Cr carbides is 11 or more,

경도 변화가 15 HRC 이하이다.Hardness change is less than 15 HRC.

상기 금형은,The mold,

52 HRC 이상의 초기 경도 및/또는Initial hardness greater than 52 HRC and/or

실온에서 열전도율이 30 W/(m·K) 이상인 것이 바람직하다.It is preferable that the thermal conductivity at room temperature is 30 W/(m·K) or more.

[2.1. 금형용 강][2.1. Steel for mold]

본 발명에 따른 금형은, 본 발명에 따른 금형용 강으로 제조된다. 금형용 강의 상세에 대해서는, 상술한 바와 같으므로, 그의 설명을 생략한다.The mold according to the present invention is made of the mold steel according to the present invention. Since the details of the steel for a mold are as described above, the description thereof is omitted.

[2.2. 특성][2.2. characteristic]

본 발명에 따른 금형은 본 발명에 따른 금형용 강을 소정의 조건 하에서 퀀칭 및 템퍼링하여 얻어진다. 따라서, 퀀칭 및 템퍼링 후의 상태에 있어서, 금형은,The mold according to the present invention is obtained by quenching and tempering the mold steel according to the present invention under predetermined conditions. Therefore, in the state after quenching and tempering, the mold,

(a) 직경이 0.2 ㎛이하인 (Mo, W) 탄화물의 함유량이 1.2 질량% 이상이고,(a) the content of (Mo, W) carbides having a diameter of 0.2 μm or less is 1.2% by mass or more;

(b) Cr 탄화물의 양에 대한 (Mo, W) 탄화물의 양의 비(질량비)가 11 이상이고,(b) the ratio (mass ratio) of the amount of (Mo, W) carbides to the amount of Cr carbides is 11 or more,

(c) 경도 변화가 15 HRC 이하이다.(c) Hardness change is 15 HRC or less.

금형은 추가로,In addition, the mold

(d) 52 HRC 이상의 초기 경도 및/또는(d) an initial hardness of at least 52 HRC and/or

(e) 실온에 있어서의 열전도율이 30 W/(m·K) 이상인 것이 바람직하다.(e) It is preferable that the thermal conductivity in room temperature is 30 W/(m·K) or more.

금형의 특성의 상세에 대해서는, 상술한 바와 같으므로, 그의 설명을 생략한다.Since the details of the characteristics of the mold are as described above, the description thereof is omitted.

[2.3. 용도][2.3. Usage]

본 발명에 따른 금형은, 특히 열간 가공을 행하기 위한 금형으로서 적합하다. 본 발명에 따른 금형의 용도에는, 예컨대, 다이캐스팅용 금형, 핫 스탬핑용 금형, 테일러드 다이 퀀칭용 금형 등이 포함된다.The mold according to the present invention is particularly suitable as a mold for performing hot working. Applications of the mold according to the present invention include, for example, a mold for die casting, a mold for hot stamping, a mold for tailored die quenching, and the like.

[3. 금형의 제조 방법][3. Mold manufacturing method]

본 발명에 따른 금형은 다양한 방법으로 제조할 수 있다.The mold according to the present invention can be manufactured in a variety of ways.

예컨대, 본 발명에 따른 금형은,For example, the mold according to the present invention,

(a) 소정의 성분을 갖도록 배합된 원료를 용융 주조하여 잉곳을 형성하고,(a) forming an ingot by melting and casting a raw material blended to have a predetermined component;

(b) 정출 탄화물을 고용시키기 위한 소킹 처리를 행하고,(b) performing a soaking treatment for dissolving crystallized carbides;

(c) 잉곳을 열간 단조하고,(c) hot forging the ingot;

(d) 열간 단조된 제품에 대하여 연화를 위한 열처리(예를 들어, 구상화(spheroidizing) 어닐링)를 행하고 ,(d) performing a heat treatment for softening (eg, spheroidizing annealing) on the hot forged product;

(e) 연화된 강재를 절단 및 조가공(crudely processing)하고,(e) cutting and crudely processing the softened steel,

(f) 조가공된 제품에 대하여 소정의 조건 하에서 퀀칭 및 템퍼링을 행하고,(f) quenching and tempering the crudely processed product under predetermined conditions;

(g) 열처리된 제품에 대하여 마무리 가공을 행하는 것(g) Performing finishing on the heat treated product.

을 통해 제조될 수 있다.can be manufactured through

각 공정의 방법 및 조건은 특별히 한정되지 않으며, 목적에 따라 최적의 방법 및 조건을 선택할 수 있다.The method and conditions of each process are not particularly limited, and the optimal method and conditions can be selected according to the purpose.

다른 방법으로, 본 발명에 따른 금형은, Alternatively, the mold according to the present invention,

(a) 애토마이즈법을 이용하여, 본 발명에 따른 금형용 강으로 이루어지는 분말을 제조하고,(a) using an atomization method, to produce a powder made of steel for a mold according to the present invention,

(b) 얻어진 분말을 적층 조형하고,(b) laminated molding of the obtained powder;

(c) 조형된 제품에 대하여 템퍼링하는 것(c) tempering the shaped product;

을 통해 제조될 수 있다.can be manufactured through

또한, 필요에 따라, 템퍼링 후에 마무리 가공을 행한다.Further, if necessary, finishing is performed after tempering.

적층 조형법을 이용하여 금형을 제조하는 경우, 적층 조형 시의 조건을 최적화하면, 적층 조형과 동시에 퀀칭을 할 수 있다.In the case of manufacturing a mold using the additive manufacturing method, by optimizing the conditions for additive manufacturing, quenching can be performed simultaneously with additive manufacturing.

각 공정의 방법 및 조건에 관한 다른 사항은 특별히 한정되지 않으며, 목적에 따라 최적의 방법 및 조건을 선택할 수 있다.Other matters regarding the method and conditions of each process are not particularly limited, and the optimal method and conditions can be selected according to the purpose.

[4. 작용][4. Action]

본 발명에 따른 금형용 강은 첨가 성분의 양이 최적화되어 있기 때문에, 이에 대하여 적절한 열처리(소킹 처리, 퀀칭 및 템퍼링 처리)를 수행하면, Cr 탄화물의 양 및 (Mo, W) 탄화물의 양을 적절한 범위에서 제어할 수 있다. 그 결과, 경도 변화가 15 HRC 이하가 되고, 내마모성이 우수한 금형을 얻을 수 있다. 또한, 성분 및 열처리 조건을 최적화하면, 초기 경도가 52 HRC 이상일 수 있고, 및/또는 열전도율이 30W/(m·K) 이상일 수 있어, 열간 가공을 행해도 금형의 표면 온도의 상승이 억제된다. 그 결과, 금형의 연화가 더욱 억제된다.Since the amount of additive components is optimized in the steel for a mold according to the present invention, when an appropriate heat treatment (soaking treatment, quenching treatment, and tempering treatment) is performed, the amount of Cr carbide and the amount of (Mo, W) carbide are within an appropriate range. can be controlled in As a result, a mold having a change in hardness of 15 HRC or less and excellent wear resistance can be obtained. In addition, if the components and heat treatment conditions are optimized, the initial hardness can be 52 HRC or more, and / or the thermal conductivity can be 30 W / (m K) or more, so that even if hot working is performed, the increase in the surface temperature of the mold is suppressed. As a result, softening of the mold is further suppressed.

또한, Cr의 양이 상대적으로 적기 때문에, 본 발명에 따른 금형을 핫 스탬핑 등에 적용하는 경우에도, 고경도의 Cr 산화물의 생성을 억제할 수 있다. 그 결과, 고경도의 Cr 산화물로 인한 금형의 마모나, 피가공재 표면의 산화막의 금형 표면으로의 소부(seizure)를 억제할 수 있다. 또한, 금형의 열전도율이 높기 때문에, 사이클 타임의 단축 효과가 얻어진다. In addition, since the amount of Cr is relatively small, even when the mold according to the present invention is applied to hot stamping or the like, generation of high-hardness Cr oxide can be suppressed. As a result, wear of the mold due to the high-hardness Cr oxide and seizure of the oxide film on the surface of the workpiece to the mold surface can be suppressed. In addition, since the thermal conductivity of the mold is high, the effect of shortening the cycle time is obtained.

또한, Al, Co, Cu 및 Ni 등의 다른 성분 원소를 첨가하는 경우에는, 연화 저항, 고온 강도, 고온 퀀칭성 및 피삭성을 더욱 향상시킬 수 있다.Further, when other component elements such as Al, Co, Cu, and Ni are added, softening resistance, high-temperature strength, high-temperature hardenability and machinability can be further improved.

예컨대, 핫 스탬핑용 금형의 초기 경도가 낮은 경우에는, 핫 스탬핑 중에 금형이 마모되어 금형이 손상된다. 또한, 성형 중에 금형의 온도가 상승하기 때문에, 연화 저항이 낮은 경우에는, 경도가 낮고 마모가 촉진된다.For example, when the initial hardness of a mold for hot stamping is low, the mold is worn out and damaged during hot stamping. Also, since the temperature of the mold rises during molding, when the softening resistance is low, the hardness is low and wear is promoted.

특히, 테일러드 다이 퀀칭용 금형의 경우에는, 금형을 부분적으로 가열하여, 가열 영역과 접촉하는 부분의 냉각 속도를 마르텐사이트 변태를 일으키지 않는 냉각 속도로 늦춰, 이 부분의 퀀칭을 방지하고 있다. 따라서, 금형의 일부가 고온에 장시간 노출되기 때문에, 금형에는 높은 연화 저항이 필요하게 된다. 또한, 금형의 열전도율이 낮은 경우에는, 금형의 표면 온도가 높게 되고, 이는 연화 및 마모의 촉진으로 이어진다. 열전도율이 낮은 경우에는, 가열된 강판의 열을 금형으로 제거하는 속도가 느리고, 강판을 퀀칭하는데 시간이 걸린다. 또한, 강판을 성형 및 취출한 후에, 금형의 냉각에 필요한 시간이 길어진다. 금형이 충분히 냉각되지 않은 상태에서 다음 강판을 성형하는 경우, 강판은 충분히 냉각되지 않고 퀀칭이 불충분 할 수 있다.In particular, in the case of a mold for tailored die quenching, the mold is partially heated and the cooling rate of the portion in contact with the heating region is reduced to a cooling rate that does not cause martensitic transformation, thereby preventing quenching of this portion. Therefore, since a part of the mold is exposed to high temperatures for a long time, the mold is required to have high softening resistance. Also, when the thermal conductivity of the mold is low, the surface temperature of the mold becomes high, which leads to promotion of softening and wear. When the thermal conductivity is low, the rate of removing heat from the heated steel sheet to the mold is slow, and it takes time to quench the steel sheet. In addition, after forming and taking out the steel sheet, the time required for cooling the mold becomes longer. If the next steel plate is formed while the mold is not sufficiently cooled, the steel plate may not be sufficiently cooled and quenching may be insufficient.

이에 반하여, 본 발명에 따른 금형용 강은, 초기 경도 및 연화 저항이 높을 뿐만 아니라, 제조 조건을 최적화하면 열전도율도 높다. 따라서, 본 발명에 따른 금형용 강을, 예컨대, 핫 스탬핑용 금형 또는 테일러드 다이 퀀칭용 금형에 적용하면, 성형 시간 및 금형의 냉각에 필요한 시간이 단축될 수 있고, 사이클 타임을 단축할 수 있다. In contrast, the steel for a mold according to the present invention not only has high initial hardness and high softening resistance, but also has high thermal conductivity when manufacturing conditions are optimized. Therefore, when the steel for a mold according to the present invention is applied to, for example, a mold for hot stamping or a mold for tailored die quenching, the molding time and the time required for cooling the mold can be shortened, and the cycle time can be shortened.

실시예Example

(실시예 1 내지 26 및 비교예 1 내지 13)(Examples 1 to 26 and Comparative Examples 1 to 13)

[1. 시료의 준비][One. Preparation of sample]

[1.1. 실시예 1 내지 21 및 비교예 1 내지 13 (잉곳재)][1.1. Examples 1 to 21 and Comparative Examples 1 to 13 (ingot material)]

표 1 및 표 2에 나타낸 화학 조성을 갖는 각 강을 용융하여 잉곳을 형성하였다. 얻어진 강괴(steel ingot)(비교예 13을 제외)에 대하여, 1,240℃에서 20 시간 균일한(homogeneous) 가열 조건 하에서 소킹 처리를 하였다. 다음으로, 잉곳을 열간 단조하여, 단면이 55mm × 55mm 각(square)의 봉재(bar material)를 제조하였다. 이 봉재에 대하여, 퀀칭 및 템퍼링을 행하였다.Ingots were formed by melting each steel having the chemical composition shown in Tables 1 and 2. The obtained steel ingot (excluding Comparative Example 13) was subjected to a soaking treatment at 1,240° C. for 20 hours under a homogeneous heating condition. Next, the ingot was hot forged to prepare a bar material having a cross section of 55 mm × 55 mm square. Quenching and tempering were performed on this bar.

퀀칭은 1,030℃에서 60분 균열 후, 냉각 속도 20℃/min 내지 30℃/min으로 방사상으로 냉각함으로써 행하였다. Quenching was performed by soaking at 1,030°C for 60 minutes and then cooling radially at a cooling rate of 20°C/min to 30°C/min.

템퍼링은 540℃ 내지 600℃에서 1 시간 균열 후 공냉하는 처리를 2회 반복함으로써 행하였다. 템퍼링 온도로서, 각 시료마다 경도가 가장 높은 온도를 선택하였다.Tempering was performed by repeating the treatment of soaking at 540°C to 600°C for 1 hour and then cooling in air twice. As the tempering temperature, the temperature with the highest hardness was selected for each sample.

[1.2. 실시예 22 내지 26 (적층 조형재)][1.2. Examples 22 to 26 (laminated molding material)]

표 1 및 표 2에 나타낸 화학 조성을 갖는 각 분말을 마련하였다. 얻어진 분말을 사용하여 적층 조형을 행하여, 단면이 55mm × 55mm각의 봉재를 제조하였다.Each powder having the chemical composition shown in Table 1 and Table 2 was prepared. Lamination molding was performed using the obtained powder to produce a bar having a cross section of 55 mm × 55 mm square.

다음으로, 봉재의 템퍼링을 행하였다. 템퍼링 조건은 잉곳재의 템퍼링 조건과 동일하였다. Next, tempering of the bar was performed. Tempering conditions were the same as those of the ingot material.

Figure 112020130216290-pat00001
Figure 112020130216290-pat00001

Figure 112020130216290-pat00002
Figure 112020130216290-pat00002

[2. 시험 방법][2. Test Methods]

[2.1. 탄화물의 양][2.1. amount of carbide]

퀀칭 및 템퍼링 후의 봉재로부터, 10mm × 12mm × 20mm의 탄화물의 양 측정용 시험편을 얻었다. 이 시험편에 포함되는 탄화물의 전체량(질량)을 전해 추출에 의해 측정하였다. 또한, 전해 추출된 탄화물에 대하여 SEM-EDX(Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 방법에 의한 자동 분석을 행하고, 직경이 0.2㎛ 이하인 각 탄화물의 조성 및 양(개수)을 측정하였다. 얻어진 결과에 기초하여, (Mo, W) 탄화물의 양 및, Cr 탄화물의 양에 대한 (Mo, W) 탄화물의 양의 비를 계산하였다.A test piece for measuring the amount of carbide of 10 mm × 12 mm × 20 mm was obtained from the bar after quenching and tempering. The total amount (mass) of carbide contained in this test piece was measured by electrolytic extraction. In addition, the electrolytically extracted carbides were subjected to automatic analysis by a scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX) method, and the composition and quantity (number) of each carbide having a diameter of 0.2 μm or less was measured. Based on the results obtained, the ratio of the amount of (Mo, W) carbides and the amount of (Mo, W) carbides to the amount of Cr carbides was calculated.

(Mo, W) 탄화물의 양이 1.2 질량% 이상이고, Cr 탄화물의 양에 대한 (Mo, W) 탄화물의 양의 비가 11 이상인 경우를 "A"로 평가하고, 그 이외의 경우는 "B"로 평가했다.The case where the amount of (Mo, W) carbide is 1.2% by mass or more and the ratio of the amount of (Mo, W) carbide to the amount of Cr carbide is 11 or more is evaluated as "A", and other cases are evaluated as "B" evaluated as

[2.2. 초기 경도][2.2. initial hardness]

퀀칭 및 템퍼링 후의 봉재의 잔재(residual material)로부터 초기 경도 측정용 시험편을 얻고, 단면(봉재의 축방향에 대하여 수직인 단면)을 평면 연마하였다. 연마면을 시험면으로서 이용하여, 실온에 있어서 로크웰 경도(C 스케일)를 측정하였다. 540℃ 내지 600℃ 범위에서 온도를 다양하게 하여 템퍼링을 행하고, 최고 경도가 52 HRC 이상인 경우를 "A"로 평가하고, 그 이외의 경우를 "B"로 평가했다.A test piece for initial hardness measurement was obtained from the residual material of the bar after quenching and tempering, and the cross section (cross section perpendicular to the axial direction of the bar) was plane-polished. The Rockwell hardness (C scale) was measured at room temperature using the polished surface as a test surface. Tempering was performed at various temperatures in the range of 540° C. to 600° C., and cases where the maximum hardness was 52 HRC or higher were evaluated as “A”, and cases other than that were evaluated as “B”.

[2.3. 연화 저항 (경도 변화)][2.3. Resistance to softening (hardness change)]

퀀칭 및 템퍼링 후의 봉재의 잔재를 600℃에서 130 시간 가열하였다. 실온으로 냉각한 후, 잔재로부터 경도 측정용 시험편을 얻고, 단면(봉재의 축방향에 대하여 수직인 단면)을 평면 연마하였다. 연마면을 시험면으로서 이용하여, 실온에 있어서 로크웰 경도(C 스케일)를 측정하였다. 초기 경도로부터 열처리 후의 경도를 뺀 값이 15 HRC 이하인 경우를 "A"로 평가하고, 그 이외의 경우를 "B"로 평가했다.The remnants of the bar after quenching and tempering were heated at 600°C for 130 hours. After cooling to room temperature, a test piece for hardness measurement was obtained from the residue, and the cross section (cross section perpendicular to the axial direction of the bar) was plane-polished. The Rockwell hardness (C scale) was measured at room temperature using the polished surface as a test surface. A case where the value obtained by subtracting the hardness after heat treatment from the initial hardness was 15 HRC or less was evaluated as "A", and a case other than that was evaluated as "B".

[2.4. 열전도율][2.4. thermal conductivity]

퀀칭 및 템퍼링 후의 봉재의 잔재로부터, 10mm(직경) × 2mm의 열전도율 측정용 시험편을 얻었다. 레이저 플래시법(laser flash method)을 이용하여, 실온에서의 열전도율을 측정하였다. 실온에서의 열전도율이 30 W/(m·K) 이상인 경우를 "A"로 평가하고, 그 이외의 경우를 "B"로 평가했다.A test piece for thermal conductivity measurement of 10 mm (diameter) × 2 mm was obtained from the remnants of the bar after quenching and tempering. Thermal conductivity at room temperature was measured using a laser flash method. A case where the thermal conductivity at room temperature was 30 W/(m·K) or more was evaluated as "A", and a case other than that was evaluated as "B".

[2.5. 마모 시험][2.5. Wear test]

퀀칭 및 템퍼링 후의 봉재의 잔재로부터, 30mm × 60mm × 50mm의 펀치를 마련하였다. 템퍼링 온도로서, 초기 경도가 가장 높은 온도를 선택하였다. 이 펀치를 사용하여, 920℃로 가열된 미(未)도금 강판의 해트 굽힘을 행하고, 펀치에 대한 마모 평가를 행하였다.A punch of 30 mm × 60 mm × 50 mm was prepared from the residue of the bar after quenching and tempering. As the tempering temperature, the temperature with the highest initial hardness was selected. Using this punch, hat bending was performed on an uncoated steel sheet heated to 920°C, and wear evaluation on the punch was performed.

도 1은 해트-굽힘의 개략도를 나타낸다. 먼저, 돌기(12a)와, 돌기(12a)의 좌우측에 배치된 가동 부분(12b, 12b)과, 가동 부분(12b, 12b)을 지지하는 스프링(12c, 12c)을 포함하는 다이(12) 상에 강판(14)을 올려놓았다(도 1의 (A)). 다음, 돌기(12a)의 상방에 배치된 플레이트(16) 및 플레이트(16)의 좌우측에 배치된 펀치(18, 18)를 하강시켜, 강판(14)의 4개소를 절곡하였다(도 1의 (B)). 해트-굽힘은 가속 시험이었고, 클리어런스는 -15% 이었다.1 shows a schematic diagram of hat-bending. First, on the die 12 including the protrusion 12a, the movable parts 12b and 12b disposed on the left and right sides of the protrusion 12a, and the springs 12c and 12c supporting the movable parts 12b and 12b. The steel plate 14 was placed on (Fig. 1 (A)). Next, the plate 16 disposed above the protrusion 12a and the punches 18 and 18 disposed on the left and right sides of the plate 16 were lowered to bend the steel plate 14 in four places (Fig. B)). Hat-bend was an accelerated test, and the clearance was -15%.

도 2는 해트-굽힘으로 인해 마모된 펀치의 표면의 외관 사진을 나타낸다. 상기의 조건 하에서 해트-굽힘을 행하고, 90샷(shots) 이내에 도 2에 나타낸 바와 같은 마모가 생긴 경우를 "B"로 평가하고, 그 이외의 경우를 "A"로 평가했다.Figure 2 shows a photograph of the appearance of the surface of a punch worn due to hat-bending. Hat-bending was performed under the above conditions, and a case where wear as shown in Fig. 2 occurred within 90 shots was evaluated as "B", and a case other than that was evaluated as "A".

[2.6. 소부 시험][2.6. baking test]

마모 시험과 동일한 방식으로 펀치를 마련하였다. 이 펀치를 사용하여, 920 ℃로 가열된 Al 도금 강판의 해트 굽힘을 수행하였다. 클리어런스는 -30% 이었다.A punch was prepared in the same manner as in the abrasion test. Hat bending of an Al-plated steel sheet heated to 920 DEG C was performed using this punch. The clearance was -30%.

도 3은 해트-굽힘으로 인해 소부가 생긴 펀치의 표면의 외관 사진을 나타낸다. 상기의 조건 하에서 해트-굽힘을 행하고, 90샷 내에 도 3에 나타낸 바와 같은 소부가 생긴 경우를 "B"로 평가하고, 그 이외의 경우를 "A"로 평가했다.Fig. 3 shows a photograph of the appearance of the surface of a punch in which burns have occurred due to hat-bending. Hat-bending was performed under the above conditions, and a case where burnout as shown in Fig. 3 occurred within 90 shots was evaluated as "B", and other cases were evaluated as "A".

[3. 결과][3. result]

결과를 표 3 내지 표 6에 나타낸다. 표 3 내지 표 6에서 다음을 확인할 수있다.A result is shown in Table 3 - Table 6. From Tables 3 to 6, the following can be seen.

(1) 비교예 1은, 초기 경도가 낮고, 경도 변화가 크며, 내마모성이 낮다. 이는 C의 양이 적고, 미세한 탄화물의 양이 적기 때문이라고 생각된다.(1) Comparative Example 1 has low initial hardness, large change in hardness, and low wear resistance. This is considered to be because the amount of C is small and the amount of fine carbides is small.

(2) 비교예 2는, 초기 경도가 낮고, 경도 변화가 크며, 내마모성이 낮다. 이는 C의 양이 과잉이고, 조대한 탄화물의 양이 많기 때문이라고 생각된다.(2) Comparative Example 2 has low initial hardness, large change in hardness, and low wear resistance. This is considered to be because the amount of C is excessive and the amount of coarse carbides is large.

(3) 비교예 3은, 경도 변화가 크고, 열전도율이 낮고, 내마모성이 낮으며, 내소부성이 낮다. 이는 Si의 양이 높기 때문에 열전도율이 낮고, Cr의 양이 높아서 미세한 (Mo, W) 탄화물의 양이 적기 때문이라고 생각된다.(3) Comparative Example 3 had a large change in hardness, low thermal conductivity, low abrasion resistance, and low seizure resistance. This is considered to be because the thermal conductivity is low because the amount of Si is high, and the amount of fine (Mo, W) carbides is small because the amount of Cr is high.

(4) 비교예 4는, 경도 변화가 크고, 열전도율이 낮고, 내마모성이 낮으며, 내소부성이 낮다. 이는 C 및 Cr의 양이 높기 때문에 미세한 (Mo, W) 탄화물의 양이 적고, Mn의 양이 과잉이기 때문이라고 생각된다.(4) Comparative Example 4 has a large change in hardness, low thermal conductivity, low abrasion resistance, and low seizure resistance. This is considered to be because the amount of fine (Mo, W) carbides is small because the amount of C and Cr is high, and the amount of Mn is excessive.

(5) 비교예 5는, 경도 변화가 크고, 열전도율이 낮고, 내마모성이 낮으며, 내소부성이 낮다. 이는 Cr의 양이 높기 때문에, 미세한 (Mo, W) 탄화물의 양이 적기 때문이라고 생각된다.(5) Comparative Example 5 has a large change in hardness, low thermal conductivity, low abrasion resistance, and low seizure resistance. This is considered to be because the amount of fine (Mo, W) carbides is small because the amount of Cr is high.

(6) 비교예 6은, 경도 변화가 크고, 열전도율이 낮고, 내마모성이 낮으며, 내소부성이 낮다. 이는 비교예 5에 비해 Cr의 양이 더 과잉이기 때문이라고 생각된다.(6) Comparative Example 6 has a large change in hardness, low thermal conductivity, low abrasion resistance, and low seizure resistance. This is considered to be because the amount of Cr was more excessive compared to Comparative Example 5.

(7) 비교예 7은, 경도 변화가 크고, 열전도율이 낮고, 내마모성이 낮으며, 내소부성이 낮다. 이는 비교예 5에 비해 Cr의 양이 더 과잉이기 때문이라고 생각된다.(7) Comparative Example 7 has a large change in hardness, low thermal conductivity, low abrasion resistance, and low seizure resistance. This is considered to be because the amount of Cr was more excessive compared to Comparative Example 5.

(8) 비교예 8은, 초기 경도가 낮고, 경도 변화가 크고, 내마모성이 낮다. 이는 Mo+W/2의 양이 적기 때문이라고 생각된다.(8) Comparative Example 8 has low initial hardness, large change in hardness, and low wear resistance. This is considered to be because the amount of Mo+W/2 is small.

(9) 비교예 9는, 초기 경도가 낮고, 경도 변화가 크고, 열전도율이 낮고, 내마모성이 낮으며, 내소부성이 낮다. 이는 Mo+W/2의 양이 과잉이고 탄화물이 조대하기 때문이라고 생각된다.(9) Comparative Example 9 has low initial hardness, large hardness change, low thermal conductivity, low abrasion resistance, and low seizure resistance. This is considered to be because the amount of Mo+W/2 is excessive and the carbide is coarse.

(10) 비교예 10은, 초기 경도가 낮고, 경도 변화가 크며, 내마모성이 낮다. 이는 V의 양이 과잉이고, 고용 C의 양 및 미세한 (Mo, W) 탄화물의 양이 적기 때문이라고 생각된다.(10) Comparative Example 10 has low initial hardness, large hardness change, and low wear resistance. This is considered to be because the amount of V is excessive, and the amount of solid solution C and the amount of fine (Mo, W) carbides are small.

(11) 비교예 11은, 경도 변화가 크고, 내마모성이 낮다. 이는 N의 양이 적기 때문이라고 생각된다.(11) Comparative Example 11 had a large change in hardness and low abrasion resistance. This is considered to be due to the small amount of N.

(12) 비교예 12는, 경도 변화가 크고, 내마모성이 낮다. 이는 N의 양이 과잉이기 때문이라고 생각된다.(12) Comparative Example 12 had a large change in hardness and low abrasion resistance. This is considered to be because the amount of N is excessive.

(13) 비교예 13은, 초기 경도가 낮고, 경도 변화가 크며, 내마모성이 낮다. 이는 소킹 처리를 행하지 않아 조대한 정출 탄화물이 잔류해 있고, 고용 C의 양 및 미세한 (Mo, W) 탄화물의 양이 적기 때문이라고 생각된다.(13) Comparative Example 13 has low initial hardness, large hardness change, and low wear resistance. This is considered to be because coarse crystallized carbides remain because the soaking treatment is not performed, and the amount of solid solution C and the amount of fine (Mo, W) carbides are small.

(14) 모든 실시예 1 내지 26은, 초기 경도가 52 HRC 이상, 경도 변화가 15 HRC 이하, 실온에서의 열전도율이 30W/(m·K) 이상이다. 또한, 이들은 내마모성 및 내소부성도 모두 우수하다. 따라서, 실시예의 합금을, 예컨대 핫 스탬핑용 몰드에 적용하면 내마모성이 향상될 수 있다.(14) All of Examples 1 to 26 had an initial hardness of 52 HRC or more, a hardness change of 15 HRC or less, and a thermal conductivity of 30 W/(m·K) or more at room temperature. In addition, they are also excellent in both abrasion resistance and seizure resistance. Therefore, when the alloys of the embodiments are applied to, for example, a mold for hot stamping, wear resistance can be improved.

Figure 112020130216290-pat00003
Figure 112020130216290-pat00003

Figure 112020130216290-pat00004
Figure 112020130216290-pat00004

Figure 112020130216290-pat00005
Figure 112020130216290-pat00005

Figure 112020130216290-pat00006
Figure 112020130216290-pat00006

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술 한 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 다양한 변형이 가능하다.As mentioned above, although the embodiment of the present invention has been described in detail, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.

본 출원은 2019년 12월 3일에 출원된 일본특허출원 제2019-218621호 및 2020년 10월 13일에 출원된 일본특허출원 제2020-172572호를 기초로 하며, 그 내용은 여기에 참고로 포함된다.This application is based on Japanese Patent Application No. 2019-218621 filed on December 3, 2019 and Japanese Patent Application No. 2020-172572 filed on October 13, 2020, the contents of which are incorporated herein by reference. included

본 발명에 따른 금형용 강은 다이캐스팅 금형, 핫 스탬핑 금형, 테일러드 다이 ??칭 금형 등의 재료로 사용될 수 있다.The steel for a mold according to the present invention can be used as a material for a die casting mold, a hot stamping mold, a tailored die quenching mold, and the like.

Claims (10)

금형용 강으로서,
0.28 질량% ≤ C ≤ 0.65 질량%,
0.01 질량% ≤ Si ≤ 0.30 질량%,
1.5 질량% ≤ Mn ≤ 3.0 질량%,
0.5 질량% ≤ Cr ≤ 1.4 질량%,
1.9 질량% ≤ Mo+W/2 ≤ 4.0 질량%,
0.2 질량% ≤ V ≤ 1.0 질량%,
0.01 ≤ N ≤ 0.10 질량%, 및
선택적으로,
Al ≤ 1.5 질량%,
Ti ≤ 0.5 질량%,
Nb ≤ 0.5 질량%,
Zr ≤ 0.5 질량%,
Ta ≤ 0.5 질량%,
Co ≤ 1.0 질량%,
Ni ≤ 1.0 질량%,
Cu ≤ 1.0 질량%,
S ≤ 0.15 질량%,
Ca ≤ 0.15 질량%,
Se ≤ 0.35 질량%,
Te ≤ 0.35 질량%,
Bi ≤ 0.50 질량%, 및
Pb ≤ 0.50 질량%,
잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
상기 금형용 강은, 퀀칭 및 템퍼링 후의 상태에 있어서,
직경이 0.2㎛ 이하인 (Mo, W) 탄화물의 양이 1.2 질량% 이상이고,
Cr 탄화물의 양에 대한 (Mo, W) 탄화물의 양의 비(질량비)가 11 이상이고,
다음 식 (1)로 나타내는 경도 변화가 15 HRC 이하로 구성되는 금형용 강.
경도 변화 = |Hb - Ha| …… (1)
(단, Ha는, 상기 퀀칭 및 템퍼링 후, 추가로 600℃에서 130 시간 유지한 후에, 실온에서 측정된 로크웰 경도(C 스케일)를 나타내고, Hb는 상기 퀀칭 및 템퍼링 직후에, 실온에서 측정된 로크웰 경도(C 스케일)임)
As a steel for molds,
0.28 mass% ≤ C ≤ 0.65 mass%;
0.01 mass% ≤ Si ≤ 0.30 mass%;
1.5 mass% ≤ Mn ≤ 3.0 mass%;
0.5 mass% ≤ Cr ≤ 1.4 mass%;
1.9 mass% ≤ Mo+W/2 ≤ 4.0 mass%;
0.2 mass% ≤ V ≤ 1.0 mass%;
0.01 ≤ N ≤ 0.10 mass %, and
Optionally,
Al ≤ 1.5% by mass;
Ti ≤ 0.5% by mass;
Nb ≤ 0.5% by mass;
Zr ≤ 0.5% by mass;
Ta ≤ 0.5% by mass;
Co ≤ 1.0% by mass;
Ni ≤ 1.0% by mass;
Cu ≤ 1.0% by mass;
S ≤ 0.15% by mass;
Ca ≤ 0.15% by mass;
Se ≤ 0.35% by mass;
Te ≤ 0.35% by mass;
Bi ≤ 0.50% by mass, and
Pb ≤ 0.50% by mass;
The balance consists of Fe and unavoidable impurities,
The steel for the mold is in the state after quenching and tempering,
The amount of (Mo, W) carbides having a diameter of 0.2 μm or less is 1.2 mass% or more,
The ratio (mass ratio) of the amount of (Mo, W) carbides to the amount of Cr carbides is 11 or more,
A steel for a mold having a change in hardness represented by the following formula (1) of 15 HRC or less.
Hardness change = |H b - H a | … … (One)
(However, H a represents the Rockwell hardness (C scale) measured at room temperature after holding at 600 ° C. for 130 hours after the above quenching and tempering, and H b is measured at room temperature immediately after the above quenching and tempering is the Rockwell hardness (C scale)
제1항에 있어서,
0.005 질량% ≤ Al ≤ 1.5 질량%,
0.01 질량% ≤ Ti ≤ 0.5 질량%,
0.01 질량% ≤ Nb ≤ 0.5 질량%,
0.01 질량% ≤ Zr ≤ 0.5 질량%, 및
0.01 질량% ≤ Ta ≤ 0.5 질량%
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 추가로 포함하는 금형용 강.
According to claim 1,
0.005 mass% ≤ Al ≤ 1.5 mass%;
0.01 mass% ≤ Ti ≤ 0.5 mass%;
0.01 mass% ≤ Nb ≤ 0.5 mass%;
0.01 mass % ≤ Zr ≤ 0.5 mass %, and
0.01 mass% ≤ Ta ≤ 0.5 mass%
Steel for a mold further comprising at least one element selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
0.01 질량% ≤ Co ≤ 1.0 질량%
를 추가로 포함하는 금형용 강.
According to claim 1,
0.01 mass% ≤ Co ≤ 1.0 mass%
Steel for a mold further comprising a.
제1항에 있어서,
0.30 질량% ≤ Ni ≤ 1.0 질량% 및
0.30 질량% ≤ Cu ≤ 1.0 질량%
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 추가로 포함하는 금형용 강.
According to claim 1,
0.30 mass% ≤ Ni ≤ 1.0 mass% and
0.30 mass% ≤ Cu ≤ 1.0 mass%
Steel for a mold further comprising at least one element selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
0.01 질량% ≤ S ≤ 0.15 질량%,
0.001 질량% ≤ Ca ≤ 0.15 질량%,
0.03 질량% ≤ Se ≤ 0.35 질량%,
0.01 질량% ≤ Te ≤ 0.35 질량%,
0.01 질량% ≤ Bi ≤ 0.50 질량% 및
0.03 질량% ≤ Pb ≤ 0.50 질량%
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 추가로 포함하는 금형용 강.
According to claim 1,
0.01 mass% ≤ S ≤ 0.15 mass%;
0.001 mass% ≤ Ca ≤ 0.15 mass%;
0.03 mass% ≤ Se ≤ 0.35 mass%;
0.01 mass% ≤ Te ≤ 0.35 mass%;
0.01 mass % ≤ Bi ≤ 0.50 mass % and
0.03 mass% ≤ Pb ≤ 0.50 mass%
Steel for a mold further comprising at least one element selected from the group consisting of.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
퀀칭 및 템퍼링 후의 상태에 있어서, 초기 경도가 52 HRC 이상인 금형용 강.
According to any one of claims 1 to 5,
Steel for molds having an initial hardness of 52 HRC or more in the state after quenching and tempering.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
퀀칭 및 템퍼링 후의 상태에 있어서, 실온에 있어서의 열전도율이 30W/(m·K) 이상인 금형용 강.
According to any one of claims 1 to 5,
Steel for a mold having a thermal conductivity of 30 W/(m·K) or more at room temperature in the state after quenching and tempering.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 금형용 강을 포함하는 금형으로서,
상기 금형은,
직경이 0.2 ㎛이하인 (Mo, W) 탄화물의 양이 1.2 질량% 이상이고,
Cr 탄화물의 양에 대한 (Mo, W) 탄화물의 양의 비(질량비)가 11 이상이고,
다음 식 (1)로 나타내는 경도 변화가 15 HRC 이하로 구성되는 금형.
경도 변화 = |Hb - Ha| …… (1)
(단, Ha는, 상기 퀀칭 및 템퍼링 후, 추가로 600℃에서 130 시간 유지한 후에, 실온에서 측정된 로크웰 경도(C 스케일)를 나타내고, Hb는 상기 퀀칭 및 템퍼링 직후에, 실온에서 측정된 로크웰 경도(C 스케일)임)
A mold comprising the steel for a mold according to any one of claims 1 to 5,
The mold,
The amount of (Mo, W) carbides having a diameter of 0.2 μm or less is 1.2 mass% or more,
The ratio (mass ratio) of the amount of (Mo, W) carbides to the amount of Cr carbides is 11 or more,
A mold having a hardness change of 15 HRC or less represented by the following formula (1).
Hardness change = |H b - H a | … … (One)
(However, H a represents the Rockwell hardness (C scale) measured at room temperature after holding at 600 ° C. for 130 hours after the above quenching and tempering, and H b is measured at room temperature immediately after the above quenching and tempering is the Rockwell hardness (C scale)
제8항에 있어서,
초기 경도가 52 HRC 이상인 금형.
According to claim 8,
Molds with initial hardness greater than 52 HRC.
제8항에 있어서,
실온에 있어서의 열전도율이 30W/(m·K) 이상인 금형.
According to claim 8,
A mold having a thermal conductivity of 30 W/(m K) or more at room temperature.
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