KR20010046367A - 금형 공구강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금형 공구강의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 고탄, 고합금이 함유된 금형공구강을 기존 조괴법 보다 경제성이 높은 연속주조로 완벽한 주편 표면품질, 내부품질 확보를 통한 양호한 후판품질 확보를 위한 것으로서, 화학성분 관리, 연속주조조건과 주편 냉각방법 등의 제조조건을 적절히 제어하여 내부는 물론 표면결함도 거의 없는 후판의 금형 공구강 제조방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C:0.36-0.44%, Si:0.20-0.40%, Mn:1.30-1.60%, P:0.025%이하, S:0.005%이하, 가용성Al:0.005-0.040%, Cr:1.80-2.10%, Mo:0.15-0.35%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되도록 전로정련 후, 정련된 용강을 저진공도에서 20분 이상 탈가스 처리하고, 탈가스 처리된 용강을 턴디쉬에 주입하여 턴디쉬의 용강 과열도가 15-20℃범위가 되도록 하고, 상기 용강을 주입하여 주조속도 0.90-1.0m/min으로 하여 연속주조하고, 연속주조되어 2차냉각대에 이르는 주편에 비수량 0.30-0.35l/kg의 냉각수를 살수하여 냉각하고, 얻어진 연주주편을 HCR작업에 의해 후판압연하는 금형 공구강의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

금형 공구강의 제조방법{Method for Manufacturing Tool Steel}

본 발명은 고탄, 고합금이 함유된 금형공구강을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 조괴법 보다 경제성이 높은 연속주조를 적용하면서도 우수한 주편 표면품질 및 내부품질을 확보하여 양호한 후판품질을 얻을 수 있는 방법에 관

한 것이다.

일반적으로, Mn, Cr, Mo과 같은 원소는 열처리(퀀칭, 템퍼링)에 의해 강도를 향상시키는 원소로 알려져 있으며, 금형 공구강의 높은 강도확보를 위해 첨가되어 진다. 금형공구강의 중요 품질특성으로는 고 청정강이어야 하고, 열처리 후에도 크랙이 발생하지 않을 정도의 양호한 중심편석, 표면품질을 확보해야한다. 고 강도와 엄격한 품질특성 때문에 이전에는 주로 조괴를 통한 생산이 주류를 이루었으나, 연속주조 기술의 발달과 함께 연속주조를 통한 품질확보가 꾸준히 추진되고 있다.

한편, 고탄소를 함유한 강을 비롯한 고합금 함유강은 높은 경화능 때문에 연주 주조시의 표면크랙 발생이 용이하다. 이의 최소화를 위해서는 2차냉각 패턴은 약냉이 바람직하며, 약냉에 따른 내부품질 열화를 방지하기 위해서는 저P,S관리가 필수적이다. 표면에 발생된 결함을 제거하는데 있어서도 냉간상태에서 스카핑을 실시하면 스카핑 부의 국부적인 급열, 급냉에 의해 오히려 표면크랙이 조장될 수도 있기 때문에 엄격히 제한되어야 하며, 필요시 열간 스카핑을 실시해야한다. 또, 고 Mn함유강은 몰드내에서 열 전도도가 떨어지는 특성을 가지고 있기 때문에 이를 고려한 적정 몰드파우더의 설정이 조업 및 품질확보 측면에서 중요하다.

이에, 본 발명은 고탄, 고합금이 함유된 금형공구강을 기존 조괴법 보다 경제성이 높은 연속주조로 완벽한 주편 표면품질, 내부품질 확보를 통한 양호한 후판품질 확보를 위해 제안된 것으로서, 화학성분 관리, 연속주조조건과 주편 냉각방법 등의 제조조건을 적절히 제어하여 내부는 물론 표면결함도 거의 없는 후판의 금형 공구강 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 연주설비의 개략 구성도

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C:0.36-0.44%, Si:0.20-0.40%, Mn:1.30-1.60%, P:0.025%이하, S:0.005%이하, 가용성Al:0.005-0.040%, Cr:1.80-2.10%, Mo:0.15-0.35%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되도록 전로정련 후, 정련된 용강을 저진공도에서 20분 이상 탈가스 처리하고, 탈가스 처리된 용강을 턴디쉬에 주입하여 턴디쉬의 용강 과열도가 15-20℃범위가 되도록 하고, 상기 용강을 주입하여 주조속도 0.90-1.0m/min으로 하여 연속주조하고, 연속주조되어 2차냉각대에 이르는 주편에 비수량 0.30-0.35l/kg의 냉각수를 살수하여 냉각하고, 얻어진 연주주편을 HCR(Hot Charge Rolling)작업에 의해 후판압연하는 것을 특징으로 하는 금형 공구강의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 적용가능한 강종으로는 중량%로, C:0.36-0.44%, Si:0.20-0.40%, Mn:1.30-1.60%, P:0.025%이하, S:0.005%이하, 가용성Al:0.005-0.040%, Cr:1.80-2.10%, Mo:0.15-0.35%, 잔부 Fe로 조성되는 것을 들 수 있는데, 이는 DIN-WNR12311 스펙(spec.)에 근거하여 제시된 것이다.

다음에서는, 상기와 같은 강을 이용하여 후판으로 제조하는 제조조건에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 정련된 용강을 저진공도에서 20분 이상 탈가스 처리하는 과정을 거친다.

상기 저진공도는 2torr이하인 것이 바람직하며, 이같은 저진공도에서 20분이상 탈가스 처리하는데, 이는 수소성분을 가능한 낮게 관리하기 위한 것이다. 즉, 고탄, 고합금 함유강은 고강도이고 열처리를실시하기 때문에 주조후 주편냉각시의 표면크랙과 열처리후의 퀀칭크랙을 방지키 위해 탈가스 처리를 저진공도에서 충분히 실시하여 수소성분을 가능한 한 낮게 관리하는 것이다.

또한, 본 발명에서는 탈가스 처리된 용강을 턴디쉬에 주입하여 턴디쉬의 용강 과열도가 15-20℃범위가 되도록 한다.

상기 턴디쉬의 용강과열도는 일반강 대비 다소 낮은 값인 15-20℃로 관리하는 것이 바람직한데, 이는 엄격한 중심편석의 관리가 필요하기 때문이다. 즉, 연속주조중 용강 과열도 관리는 주편의 내부품질과 주조성 확보를 위해 매우 중요한 것으로서, 용강과열도가 너무 높으면 주상정 조직의 발달과 등축정 조직의 감소로 인해 중심편석이 열위할 가능성이 높고, 반대로 너무 낮으면 주조중 노즐 막힘과 개재물 분리 부상 미흡으로 강의 청정성이 악화될 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에서는 상기와 같은 용강을 이용하여 주조속도 0.90-1.0m/min으로 하여 연속주조하는 과정을 거친다.

상기 용강은 턴디쉬로 부터 주형으로 주입하여 연속주조를 행하는데, 이때 상기 주형은 1.05-1.10%의 테이퍼를 부여한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이같은 테이퍼를 갖는 주형을 이용하고, 상기 0.90-1.0m/min과 같은 주조속도를 적용하여, 주형내 용강유동과 주편냉각을 균일하게 하고 충분한 응고쉘의 확보로 주형하부에서의 벌징(Bulging)을 작게 함으로서 주편의 내부품질을 양호하게 할 수 있다. 또한, 본 발명과 같이 고Mn을 함유하는 강종을 적용하는 경우에는 몰드 내에서의 응고특성이 저Mn강 대비 특이한데, 이는 Mn함유량이 4.0%까지는 Mn함유강과 열전도도가 반비례하는 특성을 가지기 때문이다. 따라서, 본 발명에서는 몰드내에서 열흐름(Heat Flux)을 증가시키고 파우더 소모량을 증가시키는 방향으로 몰드 파우더를 설계해야 하는 것이다. 본 발명에서는 저점도의 몰드 파우더를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 연속주조되어 2차냉각대에 이르는 주편에 비수량 0.30-0.35l/kg의 냉각수를 살수하여 냉각한다.

상기 2차냉각재에서의 냉각은 0.30-0.35l/kg의 냉각수를 이용하여 행한다. 즉, 양호한 주편 표면품질 확보를 위해서 주편 폭방향의 균일냉각과 교정점 통과온도를 850℃이상으로 제어하는 냉각조건이 바람직하다. 이를 위해 약냉 패턴을 사용하며 주형직하의 살수물량을 증가하고, 교정점 약5m이전부터 물량을 살수치 않아 복열에 의해 교정점 통과온도를 최대한 높게 관리할 수 있는 냉각조건을 적용하는 것이 바람직하다. 또한 통상적으로 주조말기에는 조업안정성을 위해 감속후 증속하여 주조를 마무리 하게 되는데 이러한 주조속도 변화에 따라 표면과 내부품질이 악화되므로 주조말기에도 주조속도의 변화가 없는 정속주조를 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 상기 얻어진 연주주편을 HCR(Hot Charging Rolling)작업에 의해 후판압연한다.

상기 HCR작업은 스카핑을 실시하지 않고 행하는데, 이는 연속주조된 주편을 냉각시켜 스카핑을 실시하면 스카핑부의 급열·급냉에 의해 오히려 표면크랙이 조장될 가능성이 있으므로, 스카핑을 실시하지 않고 HCR압연을 실시하는 것이다.

이와같이, 제강공정에서 충분한 탈가스 처리를 실시한 강을 연주에서 저속주조, 저점도 몰드 파우더 사용, 2차냉각 약냉적용, 교정점 이전 살수 등에 의해 제조된 주편을 HCR압연을 실시함으로서, 표면과 내부품질이 우수한 고탄, 고합금 함유강을 얻을 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예

하기 표1과 같은 조성을 갖는 고탄, 고합금 함유강에 대해 전로취련후 2torr 이하의 저진공에서 20분 이상 탈가스 처리하고, 턴디쉬 용강 과열도가 15-20℃로 관리된 용강을 도 1과 같은 연주기에서 하기 표2와 같은 조건으로 연속주조하여 폭 1880mm인 주편을 얻었다. 연속주조 중 주형의 테이퍼는 1.05-1.10%를 부여 하였으며, 제조된 주편에서 시편을 채취하여 Sulfur Print, Macro Test에 의해 표면과 내부품질을 검사하여 그 결과를 하기 표2에 나타내었다. 이때, 표면크랙지수의 산출은 표면크랙의 정도에 따라 0-3Grade까지 지수화하여 분류하고, 주편의 4면에서 각각의 표면결함지수를 체크한 후, 전체 결함지수의 합을 4면으로 나누어서 산출하였다. 예를들면, 주편 상면 우측(Right)에 1Grade, 하면 좌측(Left)에 2Grade의 표면크랙이 발생한 경우의 주편 표면크랙지수는 (1+2)/4=0.75인 것이다. 또한, 중심편석지수는 한도견본(0-4Grade)에 의해 판정한 것이다.

한편, 본 실시예에서 사용하는 몰드파우더는 하기 표3에서와 같은 특성을 보이는 것이다.

	C	Si	Mn	P	S	S.Al	Cr	Mo
강종a	0.40	0.30	1.55	0.015	0.003	0.020	1.98	0.22
강종b	0.42	0.32	1.52	0.018	0.003	0.015	2.01	0.20
강종c	0.37	0.35	1.48	0.020	0.002	0.025	2.06	0.28
강종d	0.39	0.27	1.56	0.016	0.004	0.027	1.95	0.18
강종e	0.39	0.30	1.53	0.017	0.004	0.030	2.0	0.20
강종f	0.41	0.28	1.50	0.017	0.003	0.024	2.03	0.21

	강종	과열도(℃)	주조속도(m/min)	비수량(l/kg)	교정점온도(℃)	주편냉각	몰드파우더	주편품질
								표면크랙지수	편석지수
발명예1	강종b	15	1.0	0.35	900	HCR압연	ST-SP/Y5	0.2	0
발명예2	강종d	20	0.90	0.32	870	HCR압연	ST-SP/Y5	0	0
비교예1	강종a	18	0.90	0.45	840	공냉	SGP20-04	0.3	0
비교예2	강종a	18	0.95	0.45	850	공냉	SGP20-04	0.5	0
비교예3	강종c	21	1.05	0.45	880	공냉	FF-M1	0.8	1
비교예4	강종c	21	1.05	0.40	900	공냉	FF-M1	0.8	1
비교예5	강종e	14	0.95	0.35	880	HCR압연	ST-SP/Y5	0.3	0
비교예6	강종f	23	1.0	0.35	920	공냉	ST-SP/Y5	0	1

상품명	염기도	용융점(℃)	점도	응고온도(℃)	비고
SGP20-04	1.01	1040	1.20	1128	-
FF-M1	0.96	998	1.08	1026	-
ST-SP/Y5	0.96	975	0.67	1031	저탄저속 병행

상기 표2에서 알 수 있는 바와 같이, 교정점 통과온도가 850℃이상이 되도록 주조속도, 2차냉각을 행한 발명예의 경우 표면결함이 상대적으로 감소하였으며, 중심편석은 주조속도를 감속한 경우가 양호한 결과를 나타내었다. 이에 반하여, 주조속도를 증가하고 2차냉각을 다소 강냉한 비교예의 경우는 표면결함 및 중심편석이 다소 발생하였다.

또한, 비교예 1의 경우는 SGP20-04파우더를 사용하여 주조시 몰드내에서 응고쉘이 몰드에 고착되어 내부 용강이 유출되는 구속성 브래이크 아웃(Break Out)이 발생하였다. 이는 본 발명에 의한 강종을 이용하는 경우는 안정적인 주조를 위해서는 저점도, 저융점 파우더를 이용하여 충분한 파우더의 소모량을 확보하면서 몰드내 냉각에 있어서도 다소 강냉하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서와 같은 조성의 강은 고강도, 저연성인 재질특성 때문에 주편공냉중에도 내부 잔류응력에 의한 자연파단이 발생할 우려가 있다. 따라서, 서냉로 장입에 의한 서냉 또는 HCR압연이 필요한 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 종래 조괴법에 의해 주로 제조된던 고탄, 고합금 함유 금형공구강을 연속주조를 통해 내부는 물론 표면품질이 우수한 후판소재를 안정적으로 공급할 수 있는 효과가 제공된다.

Claims (2)

1. 중량%로, C:0.36-0.44%, Si:0.20-0.40%, Mn:1.30-1.60%, P:0.025%이하, S:0.005%이하, 가용성Al:0.005-0.040%, Cr:1.80-2.10%, Mo:0.15-0.35%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되도록 전로정련 후, 정련된 용강을 저진공도에서 20분 이상 탈가스 처리하고, 탈가스 처리된 용강을 턴디쉬에 주입하여 턴디쉬의 용강 과열도가 15-20℃범위가 되도록 하고, 상기 용강을 주입하여 주조속도 0.90-1.0m/min으로 하여 연속주조하고, 연속주조되어 2차냉각대에 이르는 주편에 비수량 0.30-0.35l/kg의 냉각수를 살수하여 냉각하고, 얻어진 연주주편을 HCR(Hot Charging Rolling)작업에 의해 후판압연하는 것을 특징으로 하는 금형 공구강의 제조방법
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 주형은 1.05-1.10%의 테이퍼가 부여된 것임을 특징으로 하는 금형 공구강의 제조방법