KR20060047819A

KR20060047819A - 냉간공구강

Info

Publication number: KR20060047819A
Application number: KR1020050039765A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 시미즈; 도시미쓰 후지이
Original assignee: 다이도 도꾸슈꼬 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2006-05-18
Also published as: US20050252580A1; TW200536945A; TWI358458B; JP2005325407A; HK1080518A1; JP4403875B2; CN1696326A

Abstract

템퍼링한 후의 경도가 HRC 61 이상이고, 또한, 가공성이 뛰어난 냉간공구강을 제공하는 것.

본 발명에 관한 냉간공구강은, 0.4≤K값≤2.6{단, K값＝Cr(wt%)－6.8C(wt%)} , 15.5≤L값≤21.0{단, L값＝Cr(wt%)＋15.5C(wt%)}, 0.60wt%＜Si≤2.0wt%, 0.10wt%≤Mn≤1.0wt%, 0.03wt%＜S≤0.2wt%, 1.25wt%＜Mo＋0.5W＜3.0 wt%, 및, 0.05wt%≤V≤1.0wt%를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적인 불순물로 이루어져, 담금질 후, 450℃ 이상에서의 템퍼링에 의해 얻을 수 있는 최고경도가 HRC 61 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

냉간공구강{COLD WORK TOOL STEEL}

도 1은 L값과 정출탄화물의 양과의 관계를 나타내는 도면.

도 2는 Si량과 피삭성과의 관계를 나타내는 도면.

[특허문헌 1]

일본국 특허공개 소화 59-179762호 공보

[특허문헌 2]

일본국 특허공개 2002-12952호 공보

[특허문헌 3]

일본국 특허공개 2000-073142호 공보

[특허문헌 4]

일본국 특허공개 2004-035920호 공보

[특허문헌 5]

일본국 특허공개 2000-355737호 공보

본 발명은, 냉간공구강에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 냉간단조펀치·다이스, 고장력강판의 성형형, 휨형, 냉간단조금형, 스에이징다이스, 나사전조(轉造)다이스, 펀치부재, 슬리터나이프, 리드프레임관통형, 게이지, 깊게 조임펀치, 휨형 펀치, 셰어블레이드(강판절단용 칼날), 스텐인레스강의 휨형, 조임형, 압연제조 등의 소성가공공구, 톱니바퀴용 펀치, 캠부품, 프레스관통형, 순차수송관통형, 토사송급장치의 실플레이트, 스크류부재, 콘크리트분사기용 로터리플레이트, IC밀봉형, 높은 치수정밀도가 요구되는 정밀프레스형, CVD처리, PVD처리, TD처리 등의 표면처리를 실시한 후에 사용되는 상기의 각종 냉간금형 등에 매우 적합한 냉간공구강에 관한 것이다.

JIS강 SKD11로 대표되는 냉간공구강은, 고경도의 탄화물을 다량으로 정출 또는 석출에 의해 분산시켜 내마모성을 높인 것으로, 내마모성이나 내부식성이 요구되는 각종의 용도(예를 들면, 냉간단조펀치·다이스, 냉간단조금형 등)에 이용되고 있다. 그러나, 종래의 냉간공구강은, (1) 질김성이 부족하고, (2) 성형가공조건 등이 엄격해지는 것에 따라, 금형의 경도도 불충분해지는 경우가 있고, (3) 와이어방전 가공할 때에 깨지는 경우가 있는 등의 문제가 있었다.

따라서, 이 문제를 해결하기 위해서, 종래부터 여러 가지의 제안이 이루어지고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, C : 0.75∼1.75wt%, Si : 0.5∼3.0wt%, Mn : 0.1∼2.0wt%, Cr : 5.0∼11.0wt%, Mo : 1.3∼5.0wt%, V : 0.1∼5.0wt%를 함유하고, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어져, 450℃ 이상의 온도로 템퍼링(tempering)된 냉 간공구강이 개시되어 있다. 같은 문헌에는, 1차의 공정탄화물을 적게 함으로써 질김성이 향상하는 점, 및, 각 성분을 조정하여 450℃ 이상의 템퍼링으로 2차 경화 경도를 상승시키는 것에 의해서, 공구수명과 방전가공성이 큰 폭으로 개선되는 점이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 소정의 조성을 갖고, 또한, 탄화물응집부의 응집사이즈가 100㎛ 이하인 냉간공구강이 개시되어 있다. 같은 문헌에는, 응집사이즈를 100㎛ 이하로 하면, 탄화물에 있어서의 균열발생 및 균열운반이 억제되어 공구수명이 향상하는 점이 기재되어 있다.

또, 특허문헌 3에는, 소정의 조성을 갖고, 또한, α값(＝0.706＋0.541C－0.063Cr＋0.033Mo－0.232V)이 0.7∼1.0, β값(＝Mo당량＋1.9V당량)이 3.0∼6.0인 고경도 냉간공구강이 개시되어 있다. 같은 문헌에는, α값 및 β값의 이 범위로 하는 것에 의해서, 거칠고 큰 탄화물 및 응집탄화물의 형성이 억제되어, 경질표면층과의 밀착성이 향상하는 점이 기재되어 있다.

또, 특허문헌 4에는, 소정의 조성을 갖고, 또한, 5∼35vol%의 잔류 오스테나이트를 평균입자지름 0.01∼2㎛로 미세분산시킨 냉간공구강이 개시되어 있다. 같은 문헌에는, 소정량의 잔류 오스테나이트를 미세분산시키는 것에 의해, 내피로성이 향상하는 점이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 5에는, 소정의 조성을 갖고, 또한, 피삭성을 개선하기 위해서 쾌삭원소를 함유시킴과 동시에, C 함유량을 감소시키는 것이 개시되어 있다. 또한, 고온 템퍼링에 의해 잔류응력이 제거되어 방전가공에 의한 깨어짐을 방지할 수 있는 것이 기재되어 있다.

시작용의 금형이나 로트수가 적은 금형에서는, 특히 금형의 수명보다도 뛰어난 가공성이 요구된다. 즉, 가공방법에는, 절삭가공, 방전가공, 와이어 방전가공 등이 있지만, 어느 종류의 용도에 있어서는, 어떤 가공방법으로도 가공하기 쉽고, 또한, 통상의 금형과 같은 경도인 HRC 60 이상을 확보할 수 있는 냉간공구강이 요구되고 있다.

그러나, SKD11로 대표되는 종래의 냉간공구강은, 소정의 내마모성을 확보하기 위해서 정출탄화물을 다량으로 분산시키고 있으므로, 어닐링한 상태이더라도, 절삭가공성이 뒤떨어진다고 하는 문제가 있다. 또한, 와이어 방전가공할 때에, 정출탄화물에 의해서 와이어가 절단되는 경우가 있다.

또, 가공성을 개선하기 위해서 정출탄화물의 양을 감소시킨 재료도 알려져 있지만, 종래의 재료에서는, 고온 템퍼링할 할 때에 HRC 60 이상을 확보하는 것이 곤란하다. 한편, 이러한 재료에 있어서, 고경도를 얻기 위해서 저온 템퍼링을 하면, 담금질(quenching)할 때에 재료내부에 발생한 잔류응력을 제거할 수 없다. 그 때문에, 이러한 재료에 대해서 방전가공이나 와이어 방전가공을 하면, 그 잔류응력이 균형을 잃어, 재료에 균열이 발생하거나, 혹은, 깨지는 경우가 있다.

이에 비해서, 특허문헌 1에 개시되어 있는 냉간공구강은, SKD11보다도 정출탄화물을 감소시킴과 동시에, 성분조정을 하고 있으므로, HRC 60 이상의 경도를 확보할 수 있고, 또한, 가공성도 어느 정도 개선되고 있다. 그러나, 특허문헌 1에 개시된 냉간공구강이더라도, 가공성의 개선은, 불충분하다. 또한, 특허문헌 2∼5에는, 높은 경도를 유지하면서, 가공성을 개선하는 구체적 수단에 대해서는, 개시되어 있지 않다.

본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 템퍼링한 후의 경도가 HRC 60 이상이고, 또한, 가공성이 뛰어난 냉간공구강을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명에 관한 냉간공구강은,

0.4≤K값≤2.6{단, K값＝Cr(wt%)－6.8C(wt%)},

15.5≤L값≤21.0{단, L값＝Cr(wt%)＋15.5C(wt%)},

0.60wt%＜Si≤2.0wt%,

0.10wt%≤Mn≤1.0wt%,

0.03wt%＜S≤0.2wt%,

1.25wt%＜Mo＋0.5W＜3.0 wt%, 및,

0.05wt%≤V≤1.0wt%

를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적인 불순물로 이루어지며,

담금질 후, 450℃ 이상에서의 템퍼링에 의해 얻을 수 있는 최고경도가 HRC 61 이상인 것을 요지로 한다.

[발명의 실시형태]

이하에, 본 발명의 일실시의 형태에 대해 상세하게 설명한다. 본 발명에 관한 냉간공구강은, 이하와 같은 원소를 포함하고, 잔부가 실질적으로 Fe 및 불가피 적 불순물로 이루어진다. 첨가원소의 종류, 그 성분범위, 및 그 한정이유는, 다음과 같다.

(1) 0.4≤K값≤2.6{단, K값＝Cr(wt%)－6.8C (wt%)}

K값은, 적정한 담금질 온도에 있어서의 매트릭스 중의 잔류 Cr량을 나타낸다. K값이 0.4 미만인 경우 또는 2.6을 넘는 경우, 모두, 템퍼링할 때의 2차 경화에 기여하는 탄화물의 형성량이 감소하여, 450℃ 이상의 고온 템퍼링으로 경도 HRC 61 이상을 얻는 것이 곤란해진다. K값은, 더욱 바람직하게는, 0.45 이상 2.5 이하, 더욱 바람직하게는, 0.6 이상 2.4 이하이다.

(2) 15.5≤L값≤21.0{단, L값＝Cr(wt%)＋15.5C(wt%)}

L값은, 재료 중에 포함되는 정출탄화물의 양을 나타내고, L값이 커질수록, 정출탄화물의 양이 많아지는 것을 의미한다. L값이 15.5 미만인 경우, 정출탄화물이 거의 형성되지 않게 될 뿐만 아니라, 적정한 담금질 온도에서의 매트릭스 성분이 변화해 버리기 때문에, 필요한 경도를 얻을 수 없다. 한편, L값이 21.0을 넘는 경우, 정출탄화물의 양이 과잉으로 되어, 절삭가공성, 방전가공성, 및, 질김성이 저하한다. 단, 완전히 정출탄화물을 없애면, 담금질할 때에 결정입자가 조대화되고, 혹은, 혼립이 되기 때문에, 정출탄화물은, 어느 정도 남아 있는 편이 좋다. L값은, 더욱 바람직하게는 15.8 이상 20.8 이하, 더욱 바람직하게는, 16.0 이상 20.5 이하이다.

또한, 정출탄화물이란, 원에 해당하는 지름으로 약 10㎛를 넘는 큰 탄화물이 고, 주로 M₇C₃(M은, Cr, Mo 등)으로 나타나는 것을 말한다. L값이 15.5∼21.0이라고 하는 것은, 정출탄화물이 차지하는 중량비율에서는, 0.20wt%∼4.0wt%에 해당한다.

(3) 0.60wt%＜Si≤2.0wt% 이하

Si은, 탈산원소로서 첨가되기 때문에, 보통, 강(鋼) 중에 포함된다. 본 발명에 대해서는, 절삭가공을 용이하게 하기 위해서, Si을 적극적으로 첨가한다. Si 첨가에 의한 절삭성의 향상은, 어닐링 후의 저경도(HRB 95 전후) 상태뿐만이 아니라, 담금질하여 템퍼링한 후의 고경도(HRC 61 이상) 상태에서도 얻을 수 있다. 또, Si 첨가는, 고온 템퍼링한 경도의 향상에도 기여한다.

이러한 효과를 얻기 위해서는, Si은, 0.6wt%를 넘는 첨가가 필요하다. 한편, Si을 과잉으로 첨가해도, 그 효과는 포화한다. 따라서, Si량은, 2.0wt% 이하가 바람직하다. Si량은, 더욱 바람직하게는, 0.65wt% 이상 1.8wt% 이하, 더욱 바람직하게는, 0.70wt% 이상 1.5wt% 이하이다.

(4) 0.10wt%≤Mn≤1.0wt%

Mn은, 담금질성을 높여 경도 및 강도를 향상시키는 작용이 있다. 또한, 쾌삭화 원소인 S와 반응하여 개재물을 형성하여, 절삭성을 향상시키는 효과가 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Mn은, 0.10wt% 이상의 첨가가 필요하다. 한편, Mn을 과잉으로 첨가하면, 열간가공성이 저하한다. 따라서, Mn량은, 1.0wt% 이하가 바람직하다.

(5) 0.03wt%≤S≤0.2wt%

S은, 쾌삭화 원소이고, Mn과 결합하여 개재물을 형성하여, 절삭성을 향상시킨다. S첨가에 의한 절삭성의 향상은, 어닐링 후의 저경도(HRB 95 전후) 상태뿐만이 아니라, 담금질하여 템퍼링한 후의 고경도(HRC 61 이상) 상태에서도 얻을 수 있다.

이러한 효과를 얻기 위해서는, S은, 0.03wt% 이상의 첨가가 필요하다. 단, S량이 지나치게 많으면, 재료단면 방향에서의 샤피(charpy)충격시험이 크게 저하하여, 열간가공성도 저하한다. 따라서, S량은, 0.20 wt% 이하가 바람직하다.

(6) 1.25wt%＜Mo＋0.5W＜3.0 wt%,

Mo 및 W은, 탄화물을 형성하여, 450℃ 이상의 템퍼링에서의 2차 경화량을 크게 한다. 또, Mo과 W은 같은 효과를 가져오지만, Mo과 동등한 효과를 얻으려면, 2배의 W량이 필요하다. 그 때문에, Mo＋0.5W로 기술되는 Mo당량으로 규정한다.

담금질하여 템퍼링한 후의 경도 HRC 61 이상을 얻기 위해서는, Mo당량은, 1.25wt%보다 많게 할 필요가 있다. 단, Mo당량이 지나치게 많아지면, 열간가공성의 저하, 질김성의 저하, 피삭성의 저하가 일어난다. 따라서, Mo당량은, 3.0wt%보다 적게 하는 것이 바람직하다.

(7) 0.05wt%≤V≤1.0wt%

V은, 안정한 탄화물을 형성하여, 결정입자의 조대화 방지에 효과가 있다. 또한, 탄화물의 형성에 의해 내마모성이나 경도 향상에 기여한다. 이들 효과를 얻기 위해서는, V은, 0.05wt% 이상의 첨가가 필요하다. 단, V량이 지나치게 많아지 면, 탄화물량의 증가에 의한 피삭성의 저하, 열간가공성의 저하가 일어난다. 따라서, V량은, 1.0wt% 이하가 바람직하다.

또한, 본 발명에 관한 냉간공구강은, 상술한 원소에 더하여, 이하와 같은 1종 또는 2종 이상의 원소를 더욱 포함하고 있더라도 좋다. 각 원소의 성분범위 및 한정이유는, 이하와 같다.

(8) 0.005wt%≤Se≤0.10wt%.

(9) 0.005wt%≤Te≤0.10wt%.

(10) 0.0002wt%≤Ca≤0.010wt%.

(11) 0.005wt%≤Pb≤0.10wt%.

(12) 0.005wt%≤Bi≤0.10wt%.

Se, Te, Ca, Pb, 및/또는, Bi는, 절삭성을 향상시키는 목적으로 첨가할 수 있다. 또한, 이들 원소의 첨가는, 어느 것이나, Si첨가에 의한 절삭성 향상을 저해하지 않는다.

Se 및 Te는, Mn황화물의 S의 대체원소로서 이용할 수 있다. 또한, Ca은, 산화물을 형성하거나, 혹은, Mn황화물 중에 고용(固溶)하여, 절삭가공할 때에 절삭공구 표면에 보호막을 형성하는 것에 의해서, 절삭성을 향상시킨다. 또한, Pb 및 Bi는, 저융점의 물질이기 때문에, 절삭가공에 의해 발생하는 열에 의해서 용해하여, 절삭공구와 절삭 사이에 윤활효과를 초래하여, 절삭성을 향상시킨다.

이들 효과를 얻기 위해서는, 상술한 하한 이상의 첨가가 필요하다. 단, 첨가량이 지나치게 많아지면, 기계적 특성의 열화를 초래하기 때문에, 첨가량은, 상 술한 상한 이하로 하는 것이 바람직하다.

(13) 0.01wt%≤Cu≤2.0wt%.

(14) 0.01wt%≤Ni≤2.0wt%.

(15) 0.20wt%≤Co≤1.0wt%.

(16) 0.0003wt%≤B≤0.010wt%.

Cu, Ni, Co, 및, B는, 모두, 매트릭스 중에 고용(固溶)하여, 담금질성을 향상시키는 효과가 있다. 또한, Ni는, 충격천이온도를 저하시키는 것에 의한 질김성의 향상, 및, 질김성 향상에 의한 용접성의 열화를 방지하는 효과도 있다. 더욱이, 냉간 금형에서는 고장력 강철이나 가공조건에 따라서는, 가공발열에 의해 국부적으로 금형온도가 상승하기도 한다. Co는, 고온 강도를 향상시켜, 이러한 온도상승에 의한 금형의 닳아 없어짐을 방지하는 효과가 있다.

이러한 효과를 얻기 위해서는, 이러한 원소의 첨가량은, 상술한 하한값 이상으로 하는 것이 바람직하다. 단, 첨가량이 지나치게 많아지면, 기계적 특성의 열화를 초래하기 때문에, 첨가량은, 상술한 상한 이하로 하는 것이 바람직하다.

(17) 0.001wt%≤P≤0.030wt%.

(18) 0.0050wt%≤N≤0.050wt%.

(19) 0.001wt%≤Al≤0.10wt%.

(20) 0.0002wt%≤O≤0.010wt%.

P, N, O는, 강(鋼) 중에 불가피적으로 포함된다. P은 결정입자계에 편석(偏析)하고, O는 산화물을 형성하고, N는 질화물을 형성한다. 또한, Al은, 강(鋼) 중 의 O나 N와 반응하여, 산화물이나 질화물을 형성한다. 이들 원소는, 첨가량을 저감시키는 것에 의해 질김성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 이들 원소의 첨가량은, 상술한 상한값 이하로 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, P≤0.020wt% 이하, N≤0.030wt%이하, Al≤0.050wt% 이하, 0≤0.050wt% 이하이다.

단, Al의 산화물이나 질화물은, 결정입자의 조대화 방지에 기여하기 때문에, 이들 원소를 지나치게 저감시키면, 반대로 결정입자를 조대화시켜, 질김성을 저하시킨다. 또한, 이들 원소를 필요 이상으로 저감시키는 것은, 제조비용의 증가로 연결된다. 더욱이, 이들 원소가 어느 일정값 이하가 되면, 질김성 향상의 효과도 포화한다. 따라서, 이들 원소는, 상술한 하한값 이상으로 하는 것이 바람직하다.

(21) 0.010wt%≤Nb≤0.10wt%.

(22) 0.005wt%≤Ta≤0.10wt%.

(23) 0.005wt%≤Ti≤0.10wt%.

(24) 0.005wt%≤Zr≤0.10wt%.

(25) 0.005wt%≤Mg≤0.10wt%.

(26) 0.005wt%≤REM≤0.10wt%.

Nb, Ta, Ti, Zr, Mg, 및, REM(희토류 금속)은, 모두 질김성을 향상시키는 효과가 있다. 이들 중, Nb, Ta, Ti, 및, Zr은, 미세한 탄질화물 형성하여, 결정입자를 미세화시키는 것에 의해서 질김성을 향상시키는 효과가 있다. 한편, Mg, REM은, 매트릭스 중의 산소량을 저감시키는 것에 의해서 질김성을 향상시키는 효과가 있다.

이러한 효과를 얻기 위해서는, 이러한 원소의 첨가량은, 상술한 하한값 이상으로 하는 것이 바람직하다. 단, 첨가량이 지나치게 많아지면, 질김성의 저하나 용접성의 저하가 일어난다. 따라서, 이러한 원소의 첨가량은, 상술한 상한값 이하로 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 조성을 갖는 재료에 대해서 담금질하여 템퍼링하면, 본 발명에 관한 냉간공구강을 얻을 수 있다. 이 경우, 템퍼링한 온도가 낮으면 담금질할 때에 도입된 잔류응력의 개방이 불충분하게 되어, 방전가공성이 저하한다. 따라서, 템퍼링 온도는, 450℃ 이상이 바람직하다. 본 발명에 관한 냉간공구강은, 합금성분이 최적화되어 있으므로, 450℃ 이상의 고온에서 템퍼링을 행하더라도, 높은 경도(구체적으로는, 최고경도가 HRC 61 이상)를 얻을 수 있다.

또, 구 오스테나이트의 결정입자 지름은, 질김성에 영향을 준다. 높은 질김성을 갖는 냉간공구강을 얻기 위해서는, 구 오스테나이트의 결정입자 지름은, 작은 것이 바람직하다. 단, 결정입자 지름이 지나치게 작아져도, 그 효과는 작고, 오히려 고비용화를 초래한다. 따라서, 구 오스테나이트의 입자지름은, 결정입자도(結晶粒子度) Gq로 환산하여, 3.0 이상 8.0 이하가 바람직하다. 또한,「결정입자도」 Gq란, JIS G0551에 기재된 방법을 이용하여 측정된, 담금질 후의 구 오스테나이트의 결정입자도이다.

냉간공구강 중에 포함되는 탄화물은, 담금질할 때 등에서의 결정입자 지름의 조대화를 방지시키는 효과를 갖는다. 그러나, 본 발명에 대해서는, SKD11 등의 종 래의 냉간공구강에 비해 탄화물량을 적게 하고 있으므로, 비교적 결정입자 지름이 조대화되기 쉽다. 따라서, 결정입자도 Gq를 적정화하여, 높은 질김성을 얻기 위해서는, 적정한 온도에서 담금질처리를 행할 필요가 있다. 담금질온도는, 구체적으로는, 950℃ 이상 1080℃ 이하가 바람직하다. 이 온도범위에서 담금질을 하면, 결정입자 지름의 조대화를 방지할 수 있다.

본 발명은, 기본적으로는 S 첨가에 의한 쾌삭화이기 때문에, A계 개재물은, 어느 일정한 범위에 있는 것이 바람직하다. 여기서,「A계 개재물」이란, JISG0555에 기재된 개재물 평가방법을 이용하여 판정되는 개재물이고, 주로 황화물이 해당한다.

피삭성이 뛰어난 냉간공구강을 얻기 위해서는, dA60×400은, 0.10% 이상 1.50% 이하가 바람직하다. 여기서,「dA60×400」이란, JIS G0555에 기재된 방법에 기초하여 측정된 A계 개재물의 청정도로서, 광학현미경 400배 시야에서 60시야로 관찰했을 때의 청정도이다. 또한, 더욱 높은 피삭성을 얻기 위해서는, 그 최대 길이가 20㎛ 이하인 A계 개재물의 비율이, A계 개재물 전체의 30% 이상인 것이 바람직하다.

이러한 A계 개재물을 형성하기 위해서는, S량에 적합한 Mn량이 첨가되어 있지 않으면 안된다. Mn량은, 최저한, 1.7×S량 이상이 필요하다. 단, Mn은, 담금질성을 높이기 위해서도 필요하게 되기 때문에, 보통은, S량에 적절한 Mn량보다도 많이 첨가된다.

또, B계 개재물 및 C계 개재물(알루미나, 다른 산화물 등)은, 쾌삭화의 폐해 가 될 뿐만 아니라, 샤피(charpy)충격값의 저하를 일으키기 때문에, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 여기서,「B계 개재물」, 및,「C계 개재물」이란, JISG 0555에 기재된 개재물 평가방법을 이용하여 판정되는 개재물을 말한다.

쾌삭성 및 내충격성이 뛰어난 냉간공구강을 얻기 위해서는, d(B＋C)60×400은, 구체적으로는, 0.05% 이하가 바람직하다. 여기서,「d (B＋C)60×400」이란, JIS G0555에 기재된 방법에 기초하여 측정된 B계 개재물 및 C계 개재물의 청정도로서, 광학 현미경 400배 시야에서, 60시야로 관찰했을 때의 청정도이다.

다음에, 본 발명에 관한 냉간공구강의 작용에 대해 설명한다. 정출탄화물은 경도가 높기 때문에, 이것을 다량으로 분산시키면, 냉간공구강의 내마모성을 높게 할 수 있다. 그러나, 다량의 정출탄화물은, 피삭성을 저하시킬 뿐만 아니라, 와이어 방전가공할 때에 있어서의 와이어 단선의 원인이 된다. 또한, 정출탄화물은, 일반적으로 사이즈가 크기 때문에, 깨짐의 기점이 되기 쉽다. 한편, 정출탄화물의 양이 지나치게 적으면, 경도저하, 결정입자의 조대화, 및, 질김성의 저하를 초래한다.

이에 비하여, 본 발명에 관한 냉간공구강은, L값을 최적화하여, 정출탄화물의 양을 상대적으로 저감하였기 때문에, 절삭성이 향상하여, 와이어 방전가공할 때에 있어서의 와이어 단선의 문제도 감소한다. 또한, 깨짐의 기점이 되는 조대한 정출탄화물의 양이 적어지고, 또한, 결정입자도 미세화되므로, 높은 질김성을 얻을 수 있다.

또, 상술한 바와 같이, K값은, 적정한 담금질 온도에 있어서의 매트릭스 내 에서의 잔류 Cr량을 나타내고, K값을 최적화하는 것에 의해서, 필요한 2차 경화를 얻을 수 있다. Si은, 쾌삭화 원소임과 동시에, 템퍼링한 온도전반에 걸쳐서, 경도의 향상에 기여한다. 더욱이, Mo당량은, 2차 경화경도에 영향을 준다.

본 발명에 관한 냉간공구강은, K값을 최적화하는 것에 더하여, Si량, Mo당량 등의 다른 성분을 최적화하였기 때문에, 담금질하여 템퍼링할 때에 냉간공구강으로서 필요한 경도 HRC 61 이상을 확보할 수 있다.

게다가, 고온 템퍼링이 가능하기 때문에, 담금질할 때에 발생한 재료내부의 잔류응력을 충분히 개방할 수 있다. 그 때문에, 절삭가공성이 뛰어날 뿐만 아니라, 방전가공이나 와이어 방전가공을 했을 때에도, 균열이나 깨짐 발생을 막을 수 있다.

더욱이, 고속영역(회전속도가 빠르다)에서의 절삭가공에서는, 구조면 상으로의 재료의 용착이 발생하기 쉽다. 그 때문에, 용착부의 형성과 이탈이 반복되어, 공구의 마모가 진행되기 쉽다. 이에 비하여, 본 발명에 관한 냉간공구강은, Si을 0.6wt% 이상 첨가했기 때문에, 용착이 발생하기 어려워져, 공구마모를 억제할 수 있다. 그 때문에, 종래의 쾌삭강 이상의 가공성을 보유시키는 것이 가능하게 된다.

[실시예]

표 1에 나타내는 성분조성의 80kg의 강재(鋼材)(실시예 1∼20, 및, 비교예 1∼10)를 고주파 진공용해로에서 용해제조하였다. 이어서, 이것을 덩어리로 제조하고, 강괴(鋼塊)를 열간단조하여, 마주하는 변 35×55mm의 각봉으로 하였다. 열간 단조 후는, 880℃에서 7℃/hr의 냉각속도로 서서히 냉각하는 구형상화 어닐링을 행하였다.

얻어진 각 강재에 대해서, 피삭성시험(엔드밀 가공시험), 와이어 방전가공 시험, 경도평가, 샤피(charpy)충격시험, 담금질 후의 결정입자도 Gq, 및, 개재물의 청정도의 평가를 실시하였다.

또한, 피삭성시험(엔드밀 가공시험)은, 어닐링 상태의 강재로부터 잘라낸 시험편에 대해서 실시하였다. 시험조건은, 다음과 같다.

공구 : 초경(超硬) M20(Ø32㎜)

속도 : 200m/min

이송 : 0.15mm/rev

절개부분 폭 : 4.5mm

절개부분 높이 : 1.2mm

절삭유 : 없음

공구수명 : 공구 칼날의 좌측면 최대마모량 0.3mm 도달할 때의 절삭거리

평가방법 : 비교강 N0.1의 공구수명을 100으로 했을 때의 상대효과

와이어 방전가공 시험은, 다음의 순서에 의해 실시하였다. 즉, 어닐링 후의 강재로부터 30×50×200mm의 시험편을 잘라 내어, 시험편에 대해서 소정의 조건 하에서 담금질하여 템퍼링하였다. 다음에, 시험편에 드릴에 의해 Ø4mm의 구멍을 뚫은 후, 와이어방전 가공기에 의해 10×20mm의 4각형상을 부착하였다. 방전가공 후, 1일 방치하고, 시험편에 발생한 크랙수를 측정하였다.

경도는, 어닐링 후의 강재로부터 20mm 사방의 판형상의 시험편을 잘라내어, 소정의 온도로 담금질하여 템퍼링을 한 후의 경도를 측정하였다. 또한, 경도는, 표 2에 나타내는 특정의 온도에서 템퍼링을 했을 때의 값(시험경도)과, 100∼600℃에서 템퍼링을 했을 때의 경도의 최대값(최고 경도)을 측정하였다.

샤피충격시험은, 어닐링 후의 강재로부터 10R 노치형상의 샤피충격시험편을 제작하고, 소정의 온도에서의 담금질하여 템퍼링을 한 후, 실온에서 실시하였다. 또한, 충격값은, 3개의 시험편의 평균값으로 하였다.

또한, 결정입자도 Gq는, JIS G0551에 기재된 방법에 의해 측정하였다. 또, 개재물의 청정도는, JIS G0555에 기재된 방법(광학현미경의 배율 : 400배, 시야수 : 60)에 의해, A계 개재물 및 (B+C)계 개재물에 대해 측정하였다.

표 2에, 담금질 온도, 템퍼링 온도, 및, 각종 평가시험의 결과를 나타낸다. 또, 도 1에, L값과 정출탄화물의 양과의 관계를 나타낸다.

도 1에 나타내는 바와 같이, L값은, 정출탄화물의 양과의 사이에 상관이 있고, L값이 21.0을 넘으면, 정출탄화물의 양은, 4.0wt%를 넘는다. 비교예 1, 6∼10은, 모두 L값이 상대적으로 높고, 정출탄화물의 양이 많다. 그 때문에, 충격값이 낮고, 피삭성도 나쁘다. 특히, 비교예 7, 8에 대해서는, 와이어방전 가공할 때에 와이어가 단선되었다. 또, 비교예 3, 9, 10은, 템퍼링한 온도가 450℃ 미만이기 때문에, 어느 것이나 방전가공 후에 깨짐이 발생하였다. 또한, 비교예 2, 4, 5는, Mn, Mo, V 등의 합금원소가 본 발명의 범위 외에 있기 때문에, 최고경도는, HRC 61 미만이었다. 또, 비교예 6은, K값이 지나치게 크기 때문에 충분한 2차 경화를 얻지 못하고, 최고경도는 HRC 61 미만이었다.

이에 비하여, 발명강 1∼20은, K값 및 L값, 및, 다른합금 원소량이 최적화되어 있기 때문에, 어느 것이나 최고경도가 HRC 61 이상이며, 피삭성 및 방전 가공성이 뛰어나, 충격값도 높은 값을 나타내었다.

또, 도 2에, Si 첨가량과 피삭성과의 관계를 나타낸다. 도 2로부터, Si량이 0.6wt% 이상이 되면, 피삭성이 대폭으로 향상하고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 소정량의 Si량을 첨가하는 것에 의해서, 용착에 기인하는 공구마모가 억제되었기 때문이다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명했지만, 본 발명은, 상기 실시형태에 아무런 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지의 변경이 가능하다.

본 발명에 관한 냉간공구강은, 각종 냉간가공금형, 각종 냉간가공공구로서 사용할 수 있다.

본 발명에 관한 냉간공구강은, K값을 소정의 범위로 하였기 때문에, 고온 템 퍼링 후의 최고경도를 HRC 61 이상으로 할 수 있다. 또한, L값을 소정의 범위로 하였기 때문에, 절삭성이 향상하고, 또한, 와이어방전 가공할 때에 있어서의 와이어 절단을 억제할 수 있다. 더욱이, S에 더하여, 0.6wt% 이상의 Si를 첨가하였기 때문에, 종래의 쾌삭강과 동등 이상의 피삭성을 얻을 수 있다.

Claims

0.4≤K값≤2.6{단, K값＝Cr(wt%)－6.8C(wt%)},

15.5≤L값≤21.0{단, L값＝Cr(wt%)＋15.5C(wt%)},

0.60wt%＜Si≤2.0wt%,

0.10wt%≤Mn≤1.0wt%,

0.03wt%＜S≤0.2wt%,

1.25wt%＜Mo+0.5W＜3.0 wt%, 및,

0.05wt%≤V≤1.0wt%,

를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적인 불순물로 이루어지며,

담금질 후, 450℃ 이상에서의 템퍼링에 의해 얻을 수 있는 최고경도가 HRC 61 이상인 냉간공구강.
제 1 항에 있어서,

0.005wt%≤Se≤0.10wt%,

0.005wt%≤Te≤0.10wt%,

0.0002wt%≤Ca≤0.010wt%,

0.005wt%≤Pb≤0.10wt%, 및,

0.005wt%≤Bi≤0.10wt%,

로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더욱 포함하는 냉간공구강.
제 1 항에 있어서,

0.01wt%≤Cu≤2.0wt%,

0.01wt%≤Ni≤2.0wt%,

0.20wt%≤Co≤1.0wt%, 및,

0.0003wt%≤B≤0.010wt%,

로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더욱 포함하는 냉간공구강.
제 2 항에 있어서,

0.01wt%≤Cu≤2.0wt%,

0.01wt%≤Ni≤2.0wt%,

0.20wt%≤Co≤1.0wt%, 및,

0.0003wt%≤B≤0.010wt%,

로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더욱 포함하는 냉간공구강.
제 1 항에 있어서,

0.0010wt%≤P≤0.030wt%,

0.0050wt%≤N≤0.050wt%,

0.0010wt%≤Al≤0.10wt%, 및,

0.0002wt%≤0≤0.010wt%,

로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더욱 포함하는 냉간공구강.
제 3 항에 있어서,

0.0010wt%≤P≤0.030wt%,

0.0050wt%≤N≤0.050wt%,

0.0010wt%≤Al≤0.10wt%, 및,

0.0002wt%≤0≤0.010wt%,

로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더욱 포함하는 냉간공구강.
제 4 항에 있어서,

0.0010wt%≤P≤0.030wt%,

0.0050wt%≤N≤0.050wt%,

0.0010wt%≤Al≤0.10wt%, 및,

0.0002wt%≤0≤0.010wt%,

로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더욱 포함하는 냉간공구강.
제 6 항에 있어서,

0.010wt%≤Nb≤0.10wt%,

0.005wt%≤Ta≤0.10wt%,

0.005wt%≤Ti≤0.10wt%,

0.005wt%≤Zr≤0.10wt%,

0.005wt%≤Mg≤0.10wt%, 및,

0.005wt%≤REM≤0.10wt%,

로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더욱 포함하는 냉간공구강.
제 7 항에 있어서,

0.010wt%≤Nb≤0.10wt%,

0.005wt%≤Ta≤0.10wt%,

0.005wt%≤Ti≤0.10wt%,

0.005wt%≤Zr≤0.10wt%,

0.005wt%≤Mg≤0.10wt%, 및,

0.005wt%≤REM≤0.10wt%,

로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더욱 포함하는 냉간공구강.
제 1 항에 있어서,

0.10%≤dA60×400≤1.50%인 냉간공구강.

단,「dA60×400」은, JIS G0555에 기재된 방법에 기초하여 측정된 청정도이다.
제 2 항에 있어서,

0.10%≤dA60×400≤1.50%인 냉간공구강.

단,「dA60×400」은, JIS G0555에 기재된 방법에 기초하여 측정된 청정도이다.
제 3 항에 있어서,

0.10%≤dA60×400≤1.50%인 냉간공구강.

단,「dA60×400」은, JIS G0555에 기재된 방법에 기초하여 측정된 청정도이다.
제 5 항에 있어서,

0.10%≤dA60×400≤1.50%인 냉간공구강.

단,「dA60×400」은, JIS G0555에 기재된 방법에 기초하여 측정된 청정도이다.
제 6 항에 있어서,

0.10%≤dA60×400≤1.50%인 냉간공구강.

단,「dA60×400」은, JIS G0555에 기재된 방법에 기초하여 측정된 청정도이다.
제 7 항에 있어서,

0.10%≤dA60×400≤1.50%인 냉간공구강.

단,「dA60×400」은, JIS G0555에 기재된 방법에 기초하여 측정된 청정도이다.
제 9 항에 있어서,

0.10%≤dA60×400≤1.50%인 냉간공구강.

단,「dA60×400」은, JIS G0555에 기재된 방법에 기초하여 측정된 청정도이다.
제 1 항에 있어서,

950℃ 이상 1080℃ 이하의 온도에서 담금질 처리하는 것에 의해 얻을 수 있고,

3.0≤Gq≤8.0인 냉간공구강.

단,「Gq」는, JIS G0551에 기재된 방법에 기초하여 측정된, 담금질 후의 구 오스테나이트의 결정입자도이다.
제 2 항에 있어서,

950℃ 이상 1080℃ 이하의 온도에서 담금질 처리하는 것에 의해 얻을 수 있고,

3.0≤Gq≤8.0인 냉간공구강.

단,「Gq」는, JIS G0551에 기재된 방법에 기초하여 측정된, 담금질 후의 구 오스테나이트의 결정입자도이다.
제 3 항에 있어서,

950℃ 이상 1080℃ 이하의 온도에서 담금질 처리하는 것에 의해 얻을 수 있고,

3.0≤Gq≤8.0인 냉간공구강.

단,「Gq」는, JIS G0551에 기재된 방법에 기초하여 측정된, 담금질 후의 구 오스테나이트의 결정입자도이다.
제 5 항에 있어서,

950℃ 이상 1080℃ 이하의 온도에서 담금질 처리하는 것에 의해 얻을 수 있고,

3.0≤Gq≤8.0인 냉간공구강.

단,「Gq」는, JIS G0551에 기재된 방법에 기초하여 측정된, 담금질 후의 구 오스테나이트의 결정입자도이다.
제 10 항에 있어서,

950℃ 이상 1080℃ 이하의 온도에서 담금질 처리하는 것에 의해 얻을 수 있고,

3.0≤Gq≤8.0인 냉간공구강.

단,「Gq」는, JIS G0551에 기재된 방법에 기초하여 측정된, 담금질 후의 구 오스테나이트의 결정입자도이다.
제 11 항에 있어서,

950℃ 이상 1080℃ 이하의 온도에서 담금질 처리하는 것에 의해 얻을 수 있고,

3.0≤Gq≤8.0인 냉간공구강.

단,「Gq」는, JIS G0551에 기재된 방법에 기초하여 측정된, 담금질 후의 구 오스테나이트의 결정입자도이다.
제 6 항에 있어서,

950℃ 이상 1080℃ 이하의 온도에서 담금질 처리하는 것에 의해 얻을 수 있고,

3.0≤Gq≤8.0인 냉간공구강.

단,「Gq」는, JIS G0551에 기재된 방법에 기초하여 측정된, 담금질 후의 구 오스테나이트의 결정입자도이다.
제 12 항에 있어서,

950℃ 이상 1080℃ 이하의 온도에서 담금질 처리하는 것에 의해 얻을 수 있 고,

3.0≤Gq≤8.0인 냉간공구강.

단,「Gq」는, JIS G0551에 기재된 방법에 기초하여 측정된, 담금질 후의 구 오스테나이트의 결정입자도이다.
제 13 항에 있어서,

950℃ 이상 1080℃ 이하의 온도에서 담금질 처리하는 것에 의해 얻을 수 있고,

3.0≤Gq≤8.0인 냉간공구강.

단,「Gq」는, JIS G0551에 기재된 방법에 기초하여 측정된, 담금질 후의 구 오스테나이트의 결정입자도이다.
제 7 항에 있어서,

950℃ 이상 1080℃ 이하의 온도에서 담금질 처리하는 것에 의해 얻을 수 있고,

3.0≤Gq≤8.0인 냉간공구강.

단,「Gq」는, JIS G0551에 기재된 방법에 기초하여 측정된, 담금질 후의 구 오스테나이트의 결정입자도이다.
제 22항에 있어서,

0.01wt%≤Cu≤2.0wt%,

0.01wt%≤Ni≤2.0wt%,

0.20wt%≤Co≤1.0wt%, 및,

0.0003wt%≤B≤0.010wt%,

로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더욱 포함하는 냉간공구강.
제 14 항에 있어서,

950℃ 이상 1080℃ 이하의 온도에서 담금질 처리하는 것에 의해 얻을 수 있고,

3.0≤Gq≤8.0인 냉간공구강.

단,「Gq」는, JIS G0551에 기재된 방법에 기초하여 측정된, 담금질 후의 구 오스테나이트의 결정입자도이다.
제 15 항에 있어서,

950℃ 이상 1080℃ 이하의 온도에서 담금질 처리하는 것에 의해 얻을 수 있고,

3.0≤Gq≤8.0인 냉간공구강.

단,「Gq」는, JIS G0551에 기재된 방법에 기초하여 측정된, 담금질 후의 구 오스테나이트의 결정입자도이다.
제 28 항에 있어서,

0.010wt%≤Nb≤0.10wt%,

0.005wt%≤Ta≤0.10wt%,

0.005wt%≤Ti≤0.10wt%,

0.005wt%≤Zr≤0.10wt%,

0.005wt%≤Mg≤0.10wt%, 및,

0.005wt%≤REM≤0.10wt%,

로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더욱 포함하는 냉간공구강.