KR20050001663A

KR20050001663A - 기계가공성이 우수한 플라스틱 사출 금형용 강

Info

Publication number: KR20050001663A
Application number: KR1020030041933A
Authority: KR
Inventors: 김대중
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-01-07
Also published as: CN1269985C; CN1576382A

Abstract

본 발명은 플라스틱 사출에 사용되는 금형강에 관한 것으로서, 특히 기계가공성 향상을 통해 금형제작 기간의 단축이 가능하고, 금형 제작 비용의 절감이 가능한 기계가공성이 우수한 플라스틱 사출용 금형강에 관한 것이다.

본 발명에 의한 기계가공성이 우수한 플라스틱 사출용 금형강은, 중량%로, C: 0.10 ~ 0.30%, Si: 0.40~0.70%, Mn: 0.90~1.50, S: 0.005~0.020%, Cr: 1.0~2.5%, Ni : 0.10 ~ 0.50%, Mo : 0.20 ~ 0.5%, V: 0.001 ~ 0.20%, 나머지가 Fe인 합금조성으로 구성된다.

이와 같은 본 발명에 의한 금형강은 종래의 SCM4계, SNCM4계를 개량한 금형강과 기계적 성질은 동등하면서, 우수한 기계가공성으로 인해 금형의 가공시간 절감과 보수시간 단축 등을 이룰 수 있으며, 그에 따라 제작 납기 단축도 가능하다.

Description

기계가공성이 우수한 플라스틱 사출용 금형강{Mold steel for plastic injection molding having outstanding cutting characteristic}

플라스틱 사출용 금형강은 종래에 S55C, SCM4, SNCM4 및 그 개량종이 주로 이용되고 있다.

특히 최근의 플라스틱 사출용 금형강의 개발 동향은 금형 제작 기간의 단축, 용도를 고려한 소재의 기능성이 강조되는 등 금형제작자 및 금형사용자의 사용상편의성을 추구하는 경향이 증가 되고 있으며, 이에 대한 새로운 강종의 개발이 요구되는 실정이다.

금형의 사용상 편의성이란, 제작경비를 절감하거나 제작기간을 단축하는 데 필요한 것으로, 예를들어 용접보수성이 우수할 것, 기계가공성이 우수할 것, 부식가공성이 뛰어날 것, 경면성이 우수할 것 등이 있다.

이와 더불어 최근의 플라스틱 사출용 금형은 정밀화, 복잡화, 대형화 되고 있고, 그 제작 납기 또한 짧아지고 있는 추세이며, 이에 따른 가공시간 절감, 보수시간 단축 등이 절실히 요구되고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 S55C, SCM4계, SNCM4계 및 그 개량종으로는 상기와 같은 요구를 충분히 만족시킬 수 없었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 개발된 것으로서, 기계가공성과 용접보수성이 우수한 플라스틱 사출용 금형강을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 금형강과 종래의 금형강에 대한 피삭성을 비교하여 나타낸 그래프

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 기계가공성이 우수한 플라스틱 사출용 금형강은, 중량%로, C: 0.10 ~ 0.30%, Si: 0.40~0.70%, Mn: 0.90~1.50, S: 0.005~0.020%, Cr: 1.0~2.5%, Ni : 0.10 ~ 0.50%, Mo : 0.20 ~ 0.5%, V: 0.001 ~ 0.20%, 나머지가 Fe인 합금조성으로 구성된다.

이하에 기본적인 합금성분을 구성하는 성분의 작용 및 조성범위를 한정하는 이유는 다음과 같다.

C : 0.10 ~0.30%

탄소는 담금질과 뜨임후 경도와 내마모성을 얻기위해 필요한 성분으로 플라스틱 사출금형강에 요구되는 충분한 강도을 만족시키기 위해서는 0.10%이상이 강중에 존재해야 한다. 또한 0.3%이상으로 과다하게 존재하면 기계가공성의 저하 및 대형강괴에 있어서의 편석에 의한 부식얼룩이 발생하므로 0.3%로 상한을 둔다.

Si:0.40~0.70%,

Si는 탈산제로서 사용되는 원소로서 강중에 아주 소량 존재하게 되면 담금질+뜨임후의 기계가공성을 저하시키므로 적어도 0.40%이상 첨가되어야 한다.

첨가량이 0.7%이상으로 증가하게 되면 금형 사용온도에서의 인성치를 저하시키므로 그 상한치를 0.70%로 한다.

Mn : 0.90~1.50%

Mn 또한 탈산제로서 이용되는 원소로서, 담금질성 향상 및 담금질+뜨임후 경도확보를 위해 필요하다. 이러한 효과를 얻기위해서는 0.9%이상 강중에 함유되어 있어야 하며, 1.5%이상 과도하게 첨가되면 기계가공성의 저하, 담금질 균열민감성을 높이게 되므로 1.50%로 상한을 둔다.

S: 0.005~0.020%

응고시 Mn과 결합하여 MnS라는 비금속 개재물을 형성하여 기계가공시 응력집중부 및 윤활작용을 하여 기계가공성을 향상시키는 작용을 하므로 0.05%이상 첨가되어야 하며, 과도하게 첨가하면 대형강괴에 있어서 MnS의 불균일 분포로 인해 기계적 성질의 이방성 조장 및 방전가공성을 저해하므로 그 상한을 0.020%로 한다.

Cr : 1.0~2.5%

Cr은 탄화물을 형성해서 기지조직을 강화하는 작용과 더불어 탄화물에 의한 내마모성 향상에 기여할 뿐만 아니라 Mn과 함께 담금질성을 확보하는데 있어 매우 중요한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 1.0%이상 첨가되어져야 하며, 2.5%이상 지나치게 첨가되면 기계가공성 및 부식가공성의 저하를 초래하므로 상한으로서 2.5%을 설정한다.

Ni : 0.10 ~ 0.5%

Ni는 오오스테나이트 영역확대작용을 하여 담금질성 향상작용을 하며, 다량 첨가시 담금질+뜨임후 기계가공성을 저하시키므로 0.50%이하로 한정한다.

Mo : 0.20 ~ 0.5%

Mo는 Cr과 같은 탄화물 형성원소로서, 기지조직의 강화 및 탄화물 형성을 통한 내마모성 향상 및 담금질성 확보에 있어서 중요한 성분이다. 그러나 다량의 Mo는 고온인성을 저하시키므로 상한을 0.5%로 한다.

V : 0.20%이하

V은 미세탄화물 형성원소로서, 결정립 미세화를 통해 인성 및 강도를 향상시키는 작용을 한다. 0.20%이상으로 과다하게 투입하면 효과에 비해 제조비용의 투입이 증가하므로 0.20%로 그 상한을 둔다.

<실시예>

종래 플라스틱 사출용 금형재로서 널리 사용되는 SCM4계, SNCM4계를 개량한 금형강과 본 발명에 의한 금형강의 특성 비교를 위해, 이하에서 발명하는 동일한 제작공정을 적용하여 제작하였다.

먼저, [표 1]에 기재된 합금조성의 강재를 전기로에서 용해하고 진공정련로에서 정련한 다음 25Ton 강괴를 주조한 다음, 강괴를 1170℃로 가열해 단조비 4이상 적용되는 칫수인 폭1200mm, 두께 430mm의 각재를 제작하였으며, 이때 단조종료온도는 850℃였으며 단조완료후 880℃ 가열하여 불림처리를 실시하였다.

담금질시 동일한 냉각조건을 부여하기 위해 단조 흑피 상태에서 담금질 +뜨임 열처리를 실시하였으며 표 2에 나타내었다.

실시예	C	Si	Mn	S	Ni	Cr	Mo	V	비고
1	0.33	0.26	0.88	0.001	0.45	1.66	0.45	0.03	종래강
2	0.36	0.24	0.87	0.001	0.12	0.96	0.30	0.03	종래강
3	0.25	0.44	1.12	0.010	0.30	1.65	0.28	0.03	본기술강

구분	담금질 + 뜨임 조건	표면경도
실시예	850℃ ×8시간, 수냉 →595℃ ×12시간, 공냉	HS41~43

담금질+뜨임 열처리후 기계적 특성 및 기계가공성을 조사하였다. 열처리 목표 경도는 HS 39~45로 하였다.

기계적 특성 시험온도는 상온에서 실시하였으며, 그 결과를 [표 3]에 나타내었다.

실시예	경도(HS)	항복강도(kgf/mm2)	인장강도(kgf/mm2)	충격에너지(kgf-m)	비고
1	40	81.0	92.2	8.6	종래강
2	43	97.1	106.0	7.2	종래강
3	39	76.3	92.6	11.2	본기술강

[표 3]에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 금형강은 종래의 SCM4계, SNCM4계 개량강과 동등한 수준의 강도와 인성을 가지는 것으로 확인되었다.

또한, 기계가공성 시험결과는 도 1에 나타내었다.

기계가공성(피삭성) 시험은, 미쯔비시 M101 머시니 센터 장비에서, OSG사 코발트 하이스(HISS) 엔드밀 CC-EMS 4날/ 엔드밀 직경 10mm를 사용하여, 종래의 금형강과 본 발명에 의한 금형강을 절삭하고, 공구마모량을 측정하였다.

이때, 절삭속도는 15m/min, 이송속도는 95mm/min, 절입량은 Ad: 5mm/Rd: 6mm, 절삭유는 수용성 절삭유를 사용하였다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 금형강에 대한 공구마모량이 종래의 금형강에 비하여 적음을 확인하였다.

공구마모량이 적다는 것은 그만 큼 기계가공성(피삭성)이 우수하다는 것을 반증하는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의한 금형강은 종래의 금형강과 기계적성질은 동등하면서 피삭성은 매우 우수하다는 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 금형강은 종래의 SCM4계, SNCM4계를 개량한 금형강과 기계적 성질은 동등하면서, 우수한 기계가공성으로 인해 금형의 가공시간 절감과 보수시간 단축 등을 이룰 수 있으며, 그에 따라 제작 납기 단축도 가능하다.

Claims

중량%로, C: 0.10 ~ 0.30%, Si: 0.40~0.70%, Mn: 0.90~1.50, S: 0.005~0.020%, Cr: 1.0~2.5%, Ni : 0.10 ~ 0.50%, Mo : 0.20 ~ 0.5%, V: 0.001 ~ 0.20%, 나머지가 Fe인 합금조성으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기계가공성이 우수한 플라스틱 사출용 금형강.