KR20040108699A

KR20040108699A - 플라스틱 재료용 사출 성형 몰드 또는 가공 금속용 부품을제조하기 위한 벌크 스틸

Info

Publication number: KR20040108699A
Application number: KR10-2004-7015777A
Authority: KR
Inventors: 쟝 베기노
Original assignee: 인더스틸 프랑스
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2004-12-24
Also published as: JP2005527703A; AR039237A1; ZA200407399B; RU2004132201A; ATE298010T1; MY129855A; JP2009024260A; EP1490526B1; CA2480651C; MXPA04009501A; TWI328045B; BRPI0308832B1; WO2003083153A1; ES2240945T3; CA2480651A1; AU2003258841B2; FR2838138A1; PL371289A1; KR100934935B1; PL199775B1

Abstract

본 발명은 플라스틱 재료를 위한 사출 성형 몰드를 제조하거나 가공 금속의 부품 제조를 위한 스틸 블럭에 관한 것으로서, 스틸 블럭은 그 두께가 20 mm를 초과하고, 완전한 마르텐사이트계 또는 마르텐사이트-베이나이트계 구조를 갖고, 모든 곳에서의 경도는 430 HB 내지 530 HB 사이이고, 화학적 조성이 중량 %로: 0.180 % ≤ C ≤ 0.400 %; Si ≤ 0.8 %; Mn ≤ 2.5 %; Ni ≤ 3 %; Cr ≤ 3.5 %; Mo + W/2 ≤ 2.8 %; V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0.5 %; Al ≤ 0.4 %; Ti + Zr/2 ≤ 0.1 %; 0.0005 % < B < 0.015 %, S + Se + Te < 0.2 %, Pb + Bi < 0.2 %, Ca < 0.1 %이고, 잔존물은 제조시의 불순물 및 철이다. 스틸 블럭의 화학적 조성은 다음 관계식을 더 만족한다: 3.2 ≤ Tr ≤ 9; 85 ≤ Dr ≤ 95; U/Dr ≤ 10.0; 관계식 중: Tr = 1.8×C + 1.1×Mn + 0.7×Ni + 0.6×Cr + 1.6×Mo* + K인데, 식 중 K는 만약 스틸이 붕소를 포함하지 않으면 K = 0이고, 만약 스틸이 붕소를 포함하면 K = 0.5이고; Dr = 54×C^0.25+ 24.5×(Mo* + 3×V*)^0.30+ 1.58×Mn + 0.74×Ni + 1.8×Si + 12.5×(Cr)^0.20; U = 1600×C + 100×(0.25×Cr + Mo* + 4.5×V*); R = 3.8×C + 10×Si + 3.3×Mn + 2.4×Ni + 1.4×(Cr + Mo*); Mo* + 3×V* ≥ 0.4 %; Mo* = Mo + W/2; V* = V + Nb/2 + Ta/4; 및 B ≥ 1/3 × K₁+ 0.5이고 식 중 K₁= Min (I*; J*); I* = Max (O; I); J* = Max (O; J); I = Min (N; N - 0.29 (Ti + Zr/2 - 5));

Description

플라스틱 재료용 사출 성형 몰드 또는 가공 금속용 부품을 제조하기 위한 벌크 스틸{Bulk steel for the production of injection moulds for plastic material or for the production of pieces for working metals}

플라스틱 재료를 사출 성형하기 위한 몰드는 일반적으로 경도가 약 300 HB인 스틸(steel)을 사용하여 제조한다. 그러나, 이들 몰드가 산업용 플라스틱 또는 열경화성 플라스틱과 같은 플라스틱의 성형에 사용되는 경우에는, 마모에 더 저항성 있는 보다 강한 스틸을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 약 0.55 %의 탄소, 1.75 %의 니켈, 크롬, 몰리브덴 및 바나듐을 포함하는 55 NCDV 7 형 스틸이 사용하여 경도가 약 400 HB인 몰드를 제조할 수 있게 한다. 그러나, 이런 스틸은 여러 단점이 있다: 가공 및 용접이 어렵다는 것이다. 또한, 이러한 스틸은 종종 연마 또는 화학적 결정화(chemical graining)를 수행하기에 불리한 경화점(hard point)을 구성하는 편재된 편석(segregation)을 포함한다. 이들 두가지 단점은 특히 바람직하지 않는 점인데, 왜냐하면 몰드의 제조에는 상당한 가공이 요구되는데, 몰드는 일반적으로 용접에 의한 재부하에 의해 교정되고, 연마되거나 결정화되기 때문이다. 또한, 이들 몰드는 예를 들면 질화(nitriding)와 같은 방법에 의해 표면경화되어야만 하고, 표면경화시에는 몰드의 경도를 잃지 않아야 한다.

경도가 더 높을 것이 요구되고, 특히 만약 사출-성형될 플라스틱이 매우 단단한 섬유를 포함하고 있는 경우에는, 더욱더 경도가 높고 더욱더 마모에 저항성이 있는 스틸을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 유사하게, 사출 성형 압력이 증가되면서 더 강하고 그에 따라 더 단단한 스틸을 찾게 되었다. 마지막으로 경합금 또는, 냉간 또는 온간 금속 가공과 관련된 특정분야에 있어서 공구에 대하여 부과되는 기계적 응력 및 마모에 대한 저항성의 필요성으로 인하여 스틸이 450 HB보다 높은 경도를 갖을 것을 요구하게 되었다. 그에 따라, 일반적으로 경합금의 사출에 사용되는 등급 AISI H11 또는 H13과 같은 약 450 또는 거의 500 HB의 강도를 갖는 스틸이 필요하게 되었다. 이러한 스틸은 약 0.4 %의 탄소, 5 %의 크롬, 1.25 %의 몰리브덴, 및 0.3 % 내지 1 %의 바나듐을 포함한다. 그러나, 이러한 타입의 스틸은 55 NCDV 7처럼 전술한 단점을 동일하게 그러나 더 높은 수준으로 갖고 있다.

또한, 경도를 높이는데 있어 또다른 심각한 문제점이 발생하게 되었는데, 거의 불가피하게 인성의 감소를 수반한다는 것이다: 인성의 감소는 냉각 덕트 및 몰드 임프레션 표면간의 균열(fissuring)의 위험성을 의미하게 되고, 덕트는 몰드 임프레션 표면에 비교적 가깝게 통과함으로서 효과적으로 냉각하여야 한다.

본 발명의 목적은 용접하기 쉽고 가공, 연마 및 결정화하기 쉽고, 그리고 종래기술에 따른 스틸보다 더 좋은 열 전도체인 몰드용 또는 금속-가공용 부품의 제조를 위한 스틸을 제안하고, 질화에 의한 표면-경화 공정을 거친 후에도 약 450 HB 내지 500 HB를 초과하는 경도를 갖는 부품 또는 공구의 제조를 가능하게 하여 전술한 단점을 극복하는 것인데, 이는 요구되는 특성, 특히 경도 특성은 적어도 530 ℃에서의 템퍼링(tempering)에 적합한 수준이어야 한다는 것을 의미한다.

본 발명은 특히 플라스틱 재료를 사출 성형하거나 경합금과 같은 금속을 성형하기 위한 몰드의 제조 또는 금속-가공 공구(tool)를 제조하기 위한 스틸 블럭에 관한 것이다.

본 발명은 플라스틱 재료를 사출 성형하거나 금속을 성형하기 위한 몰드 제조용 또는 금속-가공 부품 제조용 스틸 블럭으로서, 본 스틸 블럭은 그 두께가 20 mm를 초과하고, 그 구조는 완전한 마르텐사이트계 또는 마르텐사이토-베이나이트계 구조를 갖고, 모든 곳에서의 경도는 430 HB 내지 530 HB 사이인 스틸 블럭으로서, 그의 화학적 조성이 중량 %로 다음:

0.180 % ≤ C ≤ 0.400 %

Si ≤ 0.8 %

Mn ≤ 2.5 %

Ni ≤ 3 %

Cr ≤ 3.5 %

Mo + W/2 ≤ 2.8 %

V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0.5 %

Al ≤ 0.4 %

Ti + Zr/2 ≤ 0.1 %

- 0.0005 % 내지 0.015 % 사이의 함량을 갖는 붕소,

- 선택적으로, 그 총 함량이 0.2 % 이하인, 황, 셀레늄, 및 텔루르 중에서 하나 또는 그 이상의 원소,

- 선택적으로, 총 함량은 0.2 % 이하인, 납, 및 비스무트 중에서 하나 또는 그 이상의 원소,

- 선택적으로 0.1 % 이하의 함량을 갖는 칼슘,

제조과정에서의 불순물 및 철, 불순물인 구리인 잔존물

을 포함하고,

본 화학적 조성은 다음의 식:

3.2 ≤ Tr ≤ 9

85 ≤ Dr ≤ 95

U/Dr ≤ 10.0

Mo* + 3×V* ≥ 0.4 %

을 더 만족시키며, 식 중 %로 나타난 함량으로:

Tr = 1.8×C + 1.1×Mn + 0.7×Ni + 0.6×Cr + 1.6×Mo* + K이고, 식 중, 스틸이 붕소를 포함하지 않는 경우에 K = 0이고, 스틸이 붕소를 포함하는 경우에는 K = 0.5이며,

Dr = 54×C^0.25+ 24.5×(Mo* + 3×V*)^0.30+ 1.58×Mn + 0.74×Ni + 1.8×Si + 12.5×(Cr)^0.20,

U = 1600×C + 100×(0.25×Cr + Mo* + 4.5×V*),

R = 3.8×C + 10×Si + 3.3×Mn + 2.4×Ni + 1.4×(Cr + Mo*),

Mo* = Mo + W/2,

V* = V + Nb/2 + Ta/4

이고,

붕소, 알루미늄, 티타늄, 지르코늄, 및 질소의 함량은 중량 %의 1/1000로 나타내어 다음 식:

B = 1/3 × K1+ 0.5

을 만족하며, 식 중,

K1 = Min (I*; J*),

I* = Max (O; I), 및 J* = Max (O; J),

I = Min (N; N - 0.29 (Ti + Zr/2 - 5)),

이다.

바람직하게는, 스틸 블럭의 화학적 조성은 다음과 같다:

R > 11

또한 바람직하게는 스틸 블럭의 화학적 조성은 다음과 같다:

R ≤ 2.7 × Tr

규소 함량은 정확히 0.45 중량% 미만으로 유지되는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 조성은 R/(2.7 × Tr) ≤ 0.90이고, 더욱 바람직하게는R/(2.7 × Tr) ≤ 0.80이다.

바람직하게는 조성은 U/Dr < 9.0 이다.

또한, 스틸의 화학적 조성은 다음:

0.230 % ≤ C ≤ 0.350 %

Si ≤ 0.30 %

0.1 % ≤Mn ≤ 1.8 %

Ni ≤ 2.5 %

0.2 % ≤ Cr ≤ 3.0 %

Mo + W/2 ≤ 2.5 %

V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0.3 %

Mo* + 3×V* ≥ 0.8 %

와 같고, 더욱 바람직하게는 다음:

0.240 % ≤ C ≤ 0.320 %

Si ≤ 0.15 %

0.1 % ≤Mn ≤ 1.6 %

Ni ≤ 2.0 %

0.2 % ≤ Cr ≤ 2.5 %

0.3 % ≤ Mo + W/2 ≤ 2.5 %

V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0.3 %

Mo* + 3×V* ≥ 1.2 %

이다.

그러므로 조성은 Tr > 4.5인 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 블럭에서 가공된 스틸로 만들어진 몰드 부품에 관한 것으로서, 표면의 적어도 일부는 질화에 의해 경화되고, 모든 곳에서의 경도는 430 HB 내지 530 HB 사이인 블럭에서 가공된 스틸 몰드 부품에 관한 것이다.

본 발명에 따른 스틸은 종래기술에 따른 스틸보다 더 우수한 열전도체라는 장점을 가지고 있다. 더 우수한 열 전도율에 의해 종래기술에 따른 스틸을 사용하는 경우보다 냉각 덕트를 몰드의 표면으로부터 더 멀리 이동시킬 수 있게 한다. 따라서 덕트 및 몰드 임프레션 표면사이에서의 균열의 위험성은 실질적으로 감소한다. 또한 더 우수한 열 전도율에 기인하여 몰드는 더욱 균일하게 냉각되고, 그에 따라 성형의 품질이 향상된다.

본 발명에 따른 스틸은 금속 가공 부품의 제조에도 사용될 수 있다.

본 발명은 이하에서 더욱 상세히 설명되고 기술될 것이나 반드시 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

몰드용 또는 금속 가공용 부품은 담금질되어 균질한 마르텐사이토-베이나이트계 구조가 되고 템퍼링되어 바람직한 경도 및 연성 특성을 갖게 되는 가공 고체 스틸 블럭에 의해 제조된다. 따라서 높은 템퍼링성(temperability) 및 상당한 수준의 경화능(hardenability)을 갖는 스틸을 사용할 필요가 있다. 그러나 이러한 경화된 스틸은 최고의 기계가공성 및 최고로 높은 열 전도율을 나타내야만 한다. 마지막 물성은 성형 작업에서의 생산성을 향상시키는데 도움이 된다. 이들 다양한 물성의 조합은 처음부터 모순적이다. 사실, 스틸이 강할 수록 가공하기 더 쉽다는 사실이 알려져 있고, 기계가공성은 황, 칼슘, 셀레늄, 텔루르, 또는 납과 같은 합금 원소들을 첨가하여 향상시킬 수 있다는 것 또한 알려져 있는 사실이다. 그러나, 합금원소의 첨가는 몰드용 스틸에 있어서는 그 한계를 가지고 있는데, 왜냐하면 몰드 임프레션의 표면이 결정화될 때에는 원소의 첨가가 허용됨에도 불구하고, 표면이 연마될 때는 첨가로 인하여 불리한 영향을 미치기 때문이다. 어떤 경우가 되었건, 원소의 첨가는 부적절하다. 스틸의 열 전도율 및 담금질성은 그의 조성에 관한 함수로서 반비례하면서 변화한다. 따라서, 이들 특성의 요구치는 모순된다. 그러나, 본 발명자들은 공지의 스틸이 갖는 물성보다 실질적으로 더 우수한 물성 조합의 결과가 나타나게 되는 조성의 범위를 찾는 것이 가능하다는 것을 신규한 방법으로 알아내게 되었다. 이 조성의 범위는 한편으로는 각각의 원소의 조성에서 함량의 범위를 넓힘(spread)으로서 또한 다른 한편으로는 그에 따른 공식에 의해 정의된다.

물성들의 이러한 조합을 얻기 위하여, 스틸은 다음과 같은 원소를 포함하여야 한다:

- 용접성, 인성, 및 기계가공성을 과도하게 손실시키지 않으면서 경화되는 카바이드를 형성하기 위한 0.18 %내지 0.4 %의 탄소를 포함한다. 이 함량은 바람직하게는 0.230 %내지 0.350 %이고, 더욱 바람직하게는 0.240 % 내지 0.320 %이다;

- 0.8 % 미만, 바람직하게는 0.30 % 미만 및 더욱 바람직하게는 0.15 % 미만의 규소를 포함한다. 제조시 스틸을 탈산화시키는데 일반적으로 사용되는 본 원소는 열 전도율에 불리한 영향을 미친다. 그러나 항상 적어도 미량으로 존재한다;

- 몰드의 표면 상태가 우수하게 되도록 하는 능력을 감소시키는 과도한 편석을 야기하지 않으면서 우수한 담금질성을 얻기 위하여, 2.5 % 미만, 바람직하게는 0.1 % 내지 1.8 % 및 더욱 바람직하게는 0.1 % 내지 1.6 %의 망간을 포함한다. 본 원소는 항상 적어도 미량 상태로 존재한다. 또한, 망간의 함량은 여전히 불순물 상태로 존재하는 황을 포집하기 위하여 0.1 % 보다 높은 함량인 것이 바람직하다. 만약 황이 기계가공성을 향상시키기 위해 첨가되었다면, 망간의 최소 함량은 그에 따라 적절히 조절하는 것이 바람직하고, 적어도 황 함량의 5 배 및 황 함량의 7배인 것이 바람직하다;

- 3 % 미만, 바람직하게는 2.5 % 미만 및 더욱 바람직하게는 2 %의 니켈을 포함한다. 본 원소는 담금질성을 증가시키나 매우 값비싸다. 본 원소는 미량으로 존재할 수 있다. 그러나, 더 큰 인성 및 매우 균일한 경도를 요구하는 경우에 사용할 때에는 망간 1 중량부당 니켈 2 중량부의 비율로서 니켈측에서는 망간의 함량을 줄이는 이익이 있을 것이다. 이렇게 망간 1중량부를 니켈로 대체하는 것은 편석이 감소된다는 장점도 또한 가지고 있다.

- 3.5 % 미만, 바람직하게는 0.2 % 내지 3 % 및 더욱 바람직하게는 0.2 % 내지 2.5 %의 크롬을 포함한다. 본 원소는 담금질성을 증가시키나, 과량의 경우에 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 니오븀, 및 탄탈과 같은 더욱 바람직한 다른 원소들 손실되는데 대하여 카바이드를 크롬으로 풍부하게 하는 경향이 있다. 미량으로 존재할 수 있다;

- 합계 Mo* = Mo + W/2인 몰리브덴 및/또는 텅스텐의 함량은 2.8 % 미만 및바람직하게는 2.5 %미만이다; 또한 몰리브덴 및/또는 텅스텐의 함량은 0.3 %보다 높은 것이 바람직하다. 본 원소들은 단언할 수 있는 담금질 효과를 가지고 있다. 또한, 본 원소들은 실질적으로 프로세스 어닐링(process annealing)을 감소시키고, 이는 적어도 500 ℃의 온도에서의 질화와 같은, 몰드 임프레션에 대한 표면 처리 과정이 수행될 때 바람직한 것이다. 그러나 과량으로 존재하면, 기계가공성을 손상시킨다;

- 선택적으로 합계 V* = V = Nb/2 + Ta/4인 바나듐, 니오븀 및 탄탈 중에서 선택된 원소를 적어도 하나의 함량이 0.5 % 미만 및 바람직하게는 0.3 % 미만으로 포함한다. 본 원소들은 특히 550 ℃ 이상에서 템퍼링이 수행되는 경우에 프로세스 어닐링에 대한 저항성을 증가시킨다. 본 원소들은 또한 몰드 임프레션의 마모 저항성을 증가시킨다. 그러나 과량으로 존재하면 기계가공성 및 용접성을 손상시킨다;

- 0.0005 % 내지 0.015 %의 붕소를 포함한다. 본 원소는 열 전도율에 불리한 영향을 미치지 않으면서 담금질성을 실질적으로 증가시킨다. 또한, 용접과정 동안에 거치게 되는 높은 오스테나이트화 온도에서 그 효과가 소멸하기 때문에 용접에 의한 우수한 재생성이 있어 유리하다. 실제적으로 분석 수단에 의한 검출의 한계인 0.0005 % 이하에서는 이 효과는 큰 의미를 갖지 않는다. 0.015 % 이상에서는 담금질성을 증가시키지 않으면서 스틸을 취화시킨다;

- 선택적으로 0.4 % 까지의 알루미늄 및 선택적으로 티탄 및 지르코늄 중에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소를 포함하는데, 합계 Ti + Zr/2는 0.1 %에 달한다. 본 원소들은 강한 탈산화제이다. 또한, 본 원소들은 일반적으로 적어도0.0250 % 미만의 함량, 가능하다면, 그보다 더 적은 함량을 갖는 불순물로서 존재하지만, 스틸이 붕소를 포함함에도 불구하고 질소 함량은 0.0250 % 미만이어야만 한다. Al, Ti, 및 Zr 중 선택된 원소가 적어도 어느 하나가 존재하는 것은 붕소가 충분히 효과적일 수 있게 하는데 바람직하다.

붕소를 질소로부터 보호하여 붕소를 충분히 효과적이게 하기 위하여 알루미늄, 티타늄, 및 지르코늄이 단독으로 또는 두개 또는 세개의 원소들의 조합으로 존재할 수 있기 위해서는 붕소, 알루미늄, 티타늄, 지르코늄, 및 질소 함량은 중량 %의 1/1000으로 나타내어 다음과 같아야 한다:

B = 1/3 × K1+ 0.5

을 만족하며, 식 중,

K1 = Min (I*; J*),

I* = Max (O; I), 및 J* = Max (O; J),

I = Min (N; N - 0.29 (Ti + Zr/2 - 5)),

- 구리는 약 0.3 %의 함량으로 미량성분 또는 불순물의 형태로 존재할 수 있다;

- 선택적으로 황, 셀레늄, 및 텔루르 중에서 하나 또는 그 이상의 원소를 소량으로 포함하며, 본 원소(들)의 총 함량은 0.200 % 미만이다. 그러나 만약 스틸이 연마되고 화학적 결정화된 표면을 갖는 몰드 제조용으로 만들어진다면 본 원소(들)의 총 함량은 0.025 % 미만, 또는 바람직하게는 0.005 % 미만이어야 한다;

- 선택적으로 납, 및 비스무트 중에서 하나 또는 그 이상의 원소를 포함하며, 본 원소(들)의 총 함량은 0.2 % 미만이다. 그러나 만약 스틸이 연마되고 화학적 결정화된 표면을 갖는 몰드 제조용으로 만들어진다면 스틸은 본 원소(들)를 포함하지 않는 것이 바람직하다;

- 선택적으로 0.100 % 이하의 함량으로 칼슘을 포함한다. 그러나 만약 스틸이 연마되고 화학적 결정화된 표면을 갖는 몰드 제조용으로 만들어진다면 스틸은 본 원소를 포함하지 않는 것이 바람직한데, 왜냐하면, 본 원소의 기계가공성에 대한 능동적 작용은 황을 사용하여서도 그러한 작용이 달성될 수 있기 때문이고, 본 원소는 스틸이 연마되거나 결정화되는 경우에는 그 첨가가 제한되는 것이 바람직하다;

- 조성물의 잔존물은 제조과정에서의 불순물 및 철로 구성된다. 최소함량이 부여되지 않은 모든 합금 원소의 경우에 만약 이들 원소들이 첨가되지 않는다면 이들은 적어도 매우 낮은 함량의 잔여물 또는 불순물의 형태로 발견될 것이다.

설정된 한계내에서, 스틸의 조성은 사용하는데 요구되는 바람직한 특성을 획득하기 위하여 선택되어야 한다. 이러한 목적을 위한 스틸의 조성은 다음과 같다:

- Tr값 = 1.8×C + 1.1×Mn + 0.7×Ni + 0.6×Cr + 1.6×Mo* + K인데, 식 중 K는 만약 스틸이 붕소를 포함하지 않으면 K = 0이고, 만약 스틸이 붕소를 포함하면, 다시 말하면, 만약 붕소가 0.0005 % 보다 높거나 같은 함량으로 첨가된다면 K = 0.5이다. Tr값은 3.2 보다 높고, 및 적절한 담금질성을 갖기 위해 4.5보다 높은것이 바람직하다. 특히 두께가 1000 mm를 초과하고 1500 mm만큼 큰 것인 부품이 진주구조(perlitic structure)가 전혀 없는 마르텐사이토 베이나이트계 구조를 갖게하기 위해, Tr은 4.5보다 높은 수치여야 한다;

- Dr값 = 54×C^0.25+ 24.5×(Mo* + 3×V*)^0.30+ 1.58×Mn + 0.74×Ni + 1.8×Si + 12.5×(Cr)^0.20은 85 내지 95사이여야만 하는데, 기계가공성을 과도하게 손상시키지 않으면서 카바이드에 의해 적절하게 경화되기 위한 것이다;

- 기계가공성의 척도(U가 낮을 수록 기계가공성이 더 우수하다)인 U값 = 1600×C + 100×(0.25×Cr + Mo* + 4.5×V*)은 10.0 이하이어야만 하고 바람직하게는 9.0 이하이다;

- 열 저항성, 다시 말하면, 열 전도율의 역에 따라 변화하는 값인 R값 = 3.8×C + 10×Si + 3.3×Mn + 2.4×Ni + 1.4×(Cr + Mo*)은 2.7 × Tr보다 낮은 값인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 비율 R/(2.7 × Tr)은 0.90보다 낮거나 같고, 더욱더 바람직하게는 0.80보다 낮거나 같아야 한다. 그러나, 스틸에 대하여 요구되는 바람직한 특성을 고려하면, 이 값은 일반적으로 11이하로 떨어져서는 안될 것이다; 본 발명은 특히 R > 11이고, 가능한한 R값이 낮은 스틸에 관한 것이다.

- 모든 종류의 응력에 관하여 고려하면, 합계 Mo* + 3×V*는 0.4 %보다 높아야 한다; 만약 바람직한 분석에 상응하는 스틸의 조성은

0.230 % ≤ C ≤ 0.350 %

Si ≤ 0.30 %

0.1 % ≤Mn ≤ 1.8 %

Ni ≤ 2.5 %

0.2 % ≤ Cr ≤ 3.0 %

Mo + W/2 ≤ 2.5 %

V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0.3 %

이고, Mo* + 3×V*는 0.8 %보다 높아야 한다;

만약 더욱 바람직한 분석에 상응하는 스틸의 조성은

0.240 % ≤ C ≤ 0.320 %

Si ≤ 0.15 %

0.1 % ≤Mn ≤ 1.6 %

Ni ≤ 2.0 %

0.2 % ≤ Cr ≤ 2.5 %

0.3 % ≤ Mo + W/2 ≤ 2.5 %

V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0.3 %

이고, Mo* + 3×V*는 1.2 %보다 높아야 한다.

본 발명에 따른 스틸로 몰드를 제조하기 위해서는 스틸은 공지의 방법에 의해 제조되고 주조되며, 열간압연 또는 열간단조되고, 두께가 20 mm 보다 크고 100 mm를 초과하며, 400 mm, 가능하면 600 mm 및 1500 mm에 달하는 블럭을 만들기 위해 절단된다. 최소의 두께를 갖는 불럭은 시트 또는 큰 플레이트가 될 수 있고, 최대의 두께를 갖는 블럭은 일반적으로 단조블럭(forged block)이다.

블럭은 특히 스틸이 붕소를 포함하는 경우에 선택적으로 AC₃및 바람직하게는 950 ℃보다 낮은 온도에서 단조 또는 압연 가열하여 오스테나이트화되고, 두께 및 스틸의 담금질성에 따라 공기, 오일 또는 물에서 담금질되어 모든 부분에서 마르텐사이트계 또는 마르텐사이토-베이나이트계 구조가 된다. 마지막으로, 500 ℃보다 높은 온도에서, 바람직하게는 적어도 550 ℃에서 그러나 AC₁보다 낮은 온도에서 템퍼링된다. 그에 따라 경도가 약 430 HB 내지 530 HB가 된다.

이러한 블럭에서 연마되고 선택적으로 결정화된 임프레션을 포함하는 몰드 부품은 공지의 방법으로 가공된다. 선택적으로, 이들 부품은 예를 들면 가스 질화에 의해 표면경화된다. 가스 질화된 후에 최대 질화된 부품표면으로부터 이격되어 스틸의 경도는 약 430 HB 내지 530 HB 사이이다.

실시예 및 비교예를 통하여, 표 1에 나타나 있고, 그의 특정 특성이 표 2에 나타나 있는 분석내용을 살펴본다.

본 발명에 상응하는 실시예 1내지 6, 9내지 12 및 14내지 16 및 실시예 17, 18, 20 및 21은 비교예로서 나타나 있다. 이들 스틸은 셀레늄, 텔루르, 납, 비스무트, 또는 칼슘이 추가되지 않았다. 그러나 본 스틸들은 0.010 % 내지 0.020 %의 소량의 황을 포함한다.

열에 의하여 영향받지 않은 기준 금속의 경도(HV기준)과 비교되는 용접의 접근성(vincinity)에서의 열-영향 구역에서의 경도(HVHAZ) 뿐만아니라, 이들 스틸에 대하여는 경도(HB)가 템퍼링되고 담금질된 상태, 다시 말하면, 550 ℃에서 템퍼링된 마르텐사이트계 또는 마르텐사이토-베이나이트계 구조에서도 그 값이 결정되었다. 이들 결과는 표 1에 나타나있다.

이들 두 표는 비교 경도(HB) 및 비교 경도 계수(Dr)에 의해 본 발명에 따른 스틸이 비교예로 주어진 스틸보다 기계가공성이 더 우수(U/Dr 비율이 더 낮음)하다는 것을 보여준다. 또한, 용접에 의해 수선되기에 더 적합하고 특히 비교예로서 주어진 스틸보다 수선 후에 연마하여 더욱 균일한 결과(response)를 갖는데, 왜냐하면 HAZ에서의 경도는 더 낮고 특히 기준 HV비율에 대한 HVHAZ는 더 낮기 때문이다. 본 발명에 따른 스틸에서는 HVHAZ/HV기준 비율은, 탄소가 0.35 % 보다 낮거나 같은 경우 사실상 1.20을 초과하지 않았다.

이들 스틸은 플라스틱 재료의 사출 성형을 위한 몰드의 부품을 제조하는데 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 이들은 금속-가공 공구 부품을 제조하는데 사용되는 것 또한 바람직하다.

* 붕소, 질소, 티탄 및 알루미늄은 %의 1/1000로 표현되었다.

Claims

플라스틱 재료를 사출 성형하거나 금속을 성형하기 위한 몰드 제조용 또는 금속-가공 부품 제조용 스틸 블럭으로서,

상기 스틸 블럭은 그 두께가 20 mm를 초과하고, 완전한 마르텐사이트계 또는 마르텐사이토-베이나이트계 구조를 갖으며, 상기 스틸 블럭의 모든 곳에서의 경도는 430 HB 내지 530 HB 사이이고, 상기 스틸 블럭의 화학적 조성이 중량 %로 다음:

0.180 % ≤ C ≤ 0.400 %

Si ≤ 0.8 %

Mn ≤ 2.5 %

Ni ≤ 3 %

Cr ≤ 3.5 %

Mo + W/2 ≤ 2.8 %

V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0.5 %

Al ≤ 0.4 %

Ti + Zr/2 ≤ 0.1 %

- 0.0005 % 내지 0.015 % 사이의 함량을 갖는 붕소,

- 선택적으로, 그 총 함량이 0.2 % 이하인, 황, 셀레늄, 및 텔루르 중에서 하나 또는 그 이상의 원소,

- 선택적으로, 총 함량은 0.2 % 이하인, 납, 및 비스무트 중에서 하나 또는그 이상의 원소,

- 선택적으로 0.1 % 이하의 함량을 갖는 칼슘,

제조과정에서의 불순물 및 철, 불순물인 구리인 잔존물

을 포함하고,

상기 화학적 조성은 다음의 식:

3.2 ≤ Tr ≤ 9

85 ≤ Dr ≤ 95

U/Dr ≤ 10.0

Mo* + 3×V* ≥ 0.4 %

을 더 만족시키며, 상기 식 중 %로 나타난 함량으로:

Tr = 1.8×C + 1.1×Mn + 0.7×Ni + 0.6×Cr + 1.6×Mo* + K이고, 상기 식 중, 상기 스틸이 상기 붕소를 포함하지 않는 경우에 K = 0이고, 상기 스틸이 상기 붕소를 포함하는 경우에는 K = 0.5이며,

Dr = 54×C^0.25+ 24.5×(Mo* + 3×V*)^0.30+ 1.58×Mn + 0.74×Ni + 1.8×Si + 12.5×(Cr)^0.20,

U = 1600×C + 100×(0.25×Cr + Mo* + 4.5×V*),

R = 3.8×C + 10×Si + 3.3×Mn + 2.4×Ni + 1.4×(Cr + Mo*),

Mo* = Mo + W/2,

V* = V + Nb/2 + Ta/4

이고,

상기 붕소, 상기 알루미늄, 상기 티타늄, 상기 지르코늄, 및 상기 질소의 함량은 중량 %의 1/1000로 나타내어 다음 식:

B = 1/3 × K1+ 0.5

을 만족하며, 상기 식 중,

K1 = Min (I*; J*),

I* = Max (O; I), 및 J* = Max (O; J),

I = Min (N; N - 0.29 (Ti + Zr/2 - 5)),

인 것인

플라스틱 재료를 사출 성형하거나 금속을 성형하기 위한 몰드 제조용 또는 금속-가공 부품 제조용 스틸 블럭.
제 1항에 있어서,

상기 화학적 조성은

R > 11

인 것인

스틸 블럭.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

R ≤ 2.7 × Tr

인 것을 특징으로 하는

스틸 블럭.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 규소 함량은 정확히(strictly) 0.45 중량% 미만이고, 상기 탄소 함량은 0.35 중량% 이하인 것을 특징으로 하는

스틸 블럭.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

R/(2.7 × Tr) ≤ 0.90

인 것을 특징으로 하는

스틸 블럭.
제 5항에 있어서,

R/(2.7 × Tr) ≤ 0.80

인 것을 특징으로 하는

스틸 블럭.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

U/Dr < 9.0

인 것을 특징으로 하는

스틸 블럭.
제 7항에 있어서,

상기 조성은 다음:

0.230 % ≤ C ≤ 0.350 %

Si ≤ 0.30 %

0.1 % ≤Mn ≤ 1.8 %

Ni ≤ 2.5 %

0.2 % ≤ Cr ≤ 3.0 %

Mo + W/2 ≤ 2.5 %

V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0.3 %

Mo* + 3×V* ≥ 0.8 %

인 것을 특징으로 하는

스틸 블럭.
제 8항에 있어서,

상기 조성은 다음:

0.240 % ≤ C ≤ 0.320 %

Si ≤ 0.15 %

0.1 % ≤Mn ≤ 1.6 %

Ni ≤ 2.0 %

0.2 % ≤ Cr ≤ 2.5 %

0.3 % ≤ Mo + W/2 ≤ 2.5 %

V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0.3 %

Mo* + 3×V* ≥ 1.2 %

인 것을 특징으로 하는

스틸 블럭.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,

Tr > 4.5

인 것을 특징으로 하는

스틸 블럭.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 표면의 적어도 일부는 질화에 의해 경화되고 상기 스틸블럭의 모든 곳에서의 경도는 430 HB 내지 530 HB 사이인 것인

블럭에서 가공된 스틸 몰드 부품.