KR20120125945A - 몰드용 베이나이트강 - Google Patents

Abstract

질량%로, 이하의 것으로 이루어지는 원소의 화학적 조성물을 포함하는 몰드용 베이나이트강에 있어서,
탄소 : 0.05 - 1.0,
망간 : 0.5 - 3.0,
비율 NU = [Ti + P + 10B + (V-0.10)] 에 따라 투여되는 인, 붕소, 티타늄 및 바나듐, 여기서, NU 의 값은 0.02 - 0.30,
티타늄 : 항상 0.005 이상,
붕소 : 항상 0.010 이하,
바나듐은, 부분적으로 또는 전체적으로, 니오븀으로 치환될 수 있고, 니오븀 2 질량부가 바나듐 1 질량부와 등가인 비율,
G = [0.13 Ni + 0.60 Mo + 0.26 Cr] 에 따라 투여되는 니켈, 몰리브덴 및 크롬, 여기서 G 의 값은 0.1 이상, 1.0 이하,
황 : 0.10 이하,
규소 : 0.05 - 3.0,
질소 : 0.10 이하,
칼슘 : 0.02 이하,
알루미늄 : 0.5 이하,
코발트 : 2.0 이하, 및
실질적으로 철 및 강 가공 공정에서 회피할 수 없는 불순물인 잔부를 포함하고,
이의 제조를 위해, 최종 경도는 1000 mm 이하 단면을 갖는 블록에서 조차 열간 컨포메이션 직후 또는 노에서 이전 가열에 의해 순수 공냉에 의해 얻어질 수 있고; 경도 값은, 비커스 스케일로, HV = (450 ± 140)%C + (210 ± 45) 에 의해 규정되며, 280 - 450 HV(30 - 45 HRC) 의 값이며;
고 인성의 적용을 위해서, 본 발명의 강은 물 또는 오일 매체에서 900 ℃ 이상의 온도로부터 급냉에 의해 제조될 수도 있다.

Description

몰드용 베이나이트강{BAINITIC STEEL FOR MOULDS}

본 발명은 공구, 몰드, 몰드 홀더, 공구 홀더 등의 다양한 용도를 가지며, 니켈 및 몰리브덴과 같은 고가의 원소를 첨가하지 않거나 또는 담금질(quench) 공정을 거치지 않아도 베이나이트 변태를 거쳐서 얻어지는 균일한 경도를 갖는 것을 그 주요 특성으로 하는 베이나이트 강에 관한 것이다.

결과적으로, 그러한 강은 그것이 적용되는 큰 블록의 합금과 열처리에서 상당한 비용의 이익을 가져올 수 있다. 미세조직의 관점에 근거하여 합금을 면밀하게 디자인하면 그 비용을 크게 감소시키지 않고도 공구, 몰드 및 베이스에 사용되는 전통적 경합금(hard alloy)의 특성에 가까운 경도와 특성을 가진 본 발명에 관련된 강을 얻을 수 있다.

통상적으로 공구와 몰드는 열가소성 폴리머 재료(통상 플라스틱 재료로 알려짐) 또는 금속 재료 등 다른 재료의 컨포메이션 (conformation) 공정에 사용된다. 그것들을 생산하는데 사용되는 재료의 특성에 따라, 공구는 대기중 또는 통상적으로 700℃에 달하는 고온의 공정에서 사용된다. 본 발명의 강은 범용의 몰드 또는 공구 홀더 뿐만 아니라, 대기중 또는 500℃ 이하의 온도에서 사용되는 몰드 또는 공구에 특히 적용된다. 그러한, 적용의 전형적인 예는 통상 300 ℃를 초과하지 않는 플라스틱 컨포메이션의 몰드에 사용되는 것이다. 또한, 보통 대기중에서 사용되지만, 다양한 조건에서 사용되는 공구의 응력을 지지하는 몰드 및 공구 홀더에 적용된다.

그러므로, 플라스틱 몰드와 몰드 홀더는 본 발명 강의 전형적인 적용예로 고려될 수도 있다. 이러한 적용예에서 공구를 만드는 소재의 많은 특성들이 중요하며, 어떤 것들은 몰드 용도에 관계가 있으며 다른 것들은 그것들의 제조에 관계가 있다. 몰드 또는 몰드 홀더의 용도의 특성 관점에서 강도 특성이 중요하며, 통상은 소재 단면을 따른 균일성에 뿐만 아니라 소재의 경도에 관계가 있다. 반면에, 소재의 연마, 텍스쳐링 및 기계가공 능력에 대한 응답과 같은 특성은 몰드 또는 몰드 홀더의 경제적인 제조면에서 중요하다.

이러한 요구조건을 달성하기 위하여, 전통적 강은 담금질 및 템퍼링의 방법으로 열처리한다. 담금질 처리는 큰 사이즈를 갖는 블록에 대해서는 복잡하고, 오일 탱크 또는 폴리머로 변화된 물 매체 내에서 급속히 냉각되어야 할 필요가 있다. 큰 몰드에 적용되는 블록에 대하여 80,000 리터 이상의 탱크가 사용되며, 중요한 공정상의 어려움을 초래한다. 냉각 공정 이외에도, 니켈, 망간 및 몰리브덴과 같이 경화능을 증가하는 원소의 사용에 의하여 이러한 소재의 화학적 조성이 개선되어야 한다. 표 1에서 보듯이 이러한 원소들은 종래 기술의 강에서 상당한 양이 발견되며, 역시 최종 요구 경도에 관계가 있다.

이러한 점에서, 새로운 개발이 이루어지고 있다. 예를 들면, 특허 EP0805220과 US5855846의 목적은 몰드용으로서 적은 양의 합금 원소를 가지는 베이나이트강의 생산이다. 그러나, 이 발명에서는 가장 많은 양의 크롬(DIN 1.2738의 같은 범위 내)으로 경도가 얻어지고, 열전도도에서 어떤 가능한 이익이 감소하고 역시 더 높은 비용이 발생한다. 반면에, 특허 US 5695576는 용도를 위해 많은 양의 Al 과 Si가 사용되고, 이로 인해 비금속 개재물의 출현으로 그것은 합금의 기계 가공 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 또한, 예 2에서 보여주는 바와 같이 많은 양의 Si 때문에 경화능에도 악영향을 준다. 특허 P19602054-7과 P10308832-4 도 같은 개념을 따르지만, 가장 높은 경도 범위(430과 530 HB 사이)와 200 mm 보다 작은 두께만을 얻고자 하며, 반면에 대형 체적의 용도가 300 HB 의 몰드는 이러한 요구를 충족하지 않는다. 이러한 특허의 어느 것도 담금질 공정(즉, 공냉)의 필요없이 대형 블록(200 mm 이상의 두께)에의 응용의 예를 보여주지 못한다. 또한, 그것들은 합금 또는 열처리 공정의 적합성에 의한 서냉으로 인한 취성의 발생을 피할 수 있는 가능성을 나타내지 못한다.

* 클래스에서 가장 중요한 것

그러므로, 화학적 성분을 사용하든지 특별한 열처리 공정을 사용하든지 공구 강 블록의 경도를 획득하기 위하여 관계하는 난이도와 비용은 확실하다. 결과적으로, 담금질 공정을 사용하지 않고, 합금 원소의 상당량을 사용하지 않고 대형 블록(500 mm 이상의 단면)을 생산하기 위한 경도를 가질 수 있는 강이 필요한 것은 명확하다. 그리고, 바람직하기로는 그러한 강은 몰드에 적용되는 전체 경도 범위, 즉 300 과 420 HB 사이를 만족할 수 있어야 할 것이다.

본 발명의 소재는 이 모든 요구를 만족할 수 있다.

본 발명에서 제안하는 베이나이트 강은 담금질의 필요 없이도 니켈, 몰리브덴 및 크롬과 같은 고가 원소의 관점에서 적은 양의 화학적 성분을 가지고도 경화될 수 있다.

JISEOK-2

전술한 조건을 충족시키기 위하여, 본 발명의 합금은, 질량%로, 이하의 것으로 이루어지는 합금 원소 조성을 갖는다:

● 탄소 : 0.05 - 1.0, 바람직하게는 0.1 - 0.7, 전형적으로는 0.15 - 0.6 임.

● 망간 : 0.5 - 5.0, 바람직하게는 1.0 - 3.0, 전형적으로는 1.5 - 2.5; 망간은, 부분적으로 또는 전체적으로, 니켈 또는 구리로 치환될 수도 있다; 망간 1 질량부 대 구리 또는 니켈 1 질량부의 비율.

● 인, 붕소, 티타늄 및 바나듐 : 이들은 유사한 효과를 가지며, 따라서 다음의 비율 NU = [Ti + P + 10B + (V-0.10)] 에 따라 투여되어야 한다; 여기서, NU 는 0.02 - 0.30, 전형적으로는 0.06 - 0.20 의 값을 가져야 한다. 바나듐은, 부분적으로 또는 전체적으로, 니오븀 또는 탄탈륨에 의해 치환될 수도 있다; 바나듐 1 질량부가 니오븀 또는 탄탈륨 2 질량부와 등가인 비율.

● 티타늄 : 비율 NU 와는 무관하게, 티타늄의 최소 함량은 0.005 이고, 전형적으로는 0.015 이상, 바람직하게는 0.020 이상임; 그러나, 티타늄의 함량은 0.10 을 초과해서는 안되고, 바람직하게는 0.05 이하, 전형적으로는 0.040 이하임.

● 붕소 : 상기 비율 이외에, 붕소의 최대 함량은 0.010 이하, 바람직하게는 0.007 이하, 전형적으로는 0.004 이하로 조절되어야 함.

● 니켈, 몰리브덴 및 크롬은 유사한 효과를 가지며, 따라서 다음의 비율 G = [0.13 Ni + 0.60 Mo + 0.26 Cr] 에 따라 투여되어야 한다; G 의 값은 0.1 이상, 1.0 이하, 바람직하게는 0.2 - 0.5, 전형적으로는 0.25 - 0.4 이어야 한다. 몰리브덴은, 부분적으로 또는 전체적으로, 텅스텐에 의해 치환될 수도 있다; 몰리브덴 1 질량부가 텅스텐 2 질량부와 등가인 비율. 이러한 비율에서는, 니켈은, 부분적으로 또는 전체적으로, 구리에 의해 치환될 수도 있다; 니켈 1 질량부가 구리 1 질량부와 등가인 비율.

● 니켈 : 전술한 것 이외에, 니켈의 최소 함량은 0.1 이고, 바람직하게는 0.3, 전형적으로는 0.4 임.

● 크롬 : 비율 G 에 포함된 것 이외에, 크롬의 최대 함량은 1.5 일 수 있고, 바람직하게는 1.0, 전형적으로는 0.1 - 0.8 임.

● 황 : 0.10 이하, 바람직하게는 0.05, 전형적으로는 0.001 - 0.010 임.

● 칼슘 : 0.010 이하, 바람직하게는 0.005 이하, 전형적으로는 0.0005 (5 ppm) - 0.003 (30 ppm) 임.

● 알루미늄 : 0.5 이하, 전형적으로는 0.1 이하, 바람직하게는 0.02 이하임.

● 질소 : 0.1 이하, 전형적으로는 0.05 이하, 바람직하게는 0.003 - 0.015 임.

● 규소 : 0.05 - 3.0, 바람직하게는 0.1 - 2.0, 전형적으로는 0.3 - 1.5 임.

잔부는 철 및 강 가공 공정에 공통인 금속 또는 비금속 불순물임.

이하, 각 합금 원소의 효과를 기술하면서, 새로운 재료의 조성 한정 이유에 대해 설명한다. 성분비는 질량% 이다.

C : 탄소는, 본 발명강의 가장 중요한 마이크로 성분인 마르텐사이트 또는 베이나이트의 경도를 위한 열처리에 대한 해답을 갖는 주요 성분이다. 그러므로, 탄소 함량은, 적용 요건에 따라 변할 수 있는 본 발명강에 대해 얻어진 최종 경도를 제어한다. 따라서, 탄소 함량은, 다음의 식에 따라, 필요한 경도(아래의 실시예 5 에서 정의된 식에 따름)만큼 많아야 한다:

경도 HV = (450 ± 140)%C + (210 ± 45)

그러나, 그 함량은, 급냉 이후에, 유지 오스테나이트가 매우 많이 존재하지 않도록 그리고 입자 형태로 많은 양의 2차 편석 탄화물가 촉진되는 것을 회피하도록 하기 위해, 1.0% 이하, 바람직하게는 0.7% 이하, 전형적으로는 0.60% 이하이어야 한다. 전술한 정량에 따라, 탄소 함량은, 재료의 필요한 경도 및 기계적 저항성을 촉진시키기에 충분하여야 하며, 0.05% 이상, 바람직하게는 0.1% 이상, 전형적으로는 0.15% 이상이어야 한다.

Mn : 비용이 높지 않기 때문에 그리고 경화능을 증가시키는 유효성으로 인해, 망간은 본 발명강에서 고 함량으로 사용되어야 한다. 그러므로, 망간의 함량은, 0.5% 이상, 바람직하게는 1.0% 이상, 전형적으로는 1.5% 이상이어야 한다. 그러나, 너무 과도하면, 망간은 유지 오스테나이트 및 재료의 변형 경화를 증가시키고, 가공 능력의 손실을 가져오고, 수소 용해도를 증가시키고, 플레이크(flake)의 형성을 촉진한다. 그러므로, 망간 함량은, 최대 5.0%, 바람직하게는 최대 3.0%, 전형적으로는 2.5% 이하로 제한되어야 한다.

P, B, Ti 및 V : 이들 4 가지 원소는 본 발명강에서 기본적인 역할을 하며, 함께, 페라이트 또는 펄라이트 상(phase)과 같은 확산 상의 핵생성을 감소시키는 작용을 한다. 체적율에 따라서는, 이들 상은 경도를 심각하게 감소시킬 수도 있으며, 재료를 이용하여 실행불가능하게 변할 수도 있다. 핵생성 감소의 설명은 오스테나이트 입자 형태에서의 이들 원소의 집중에 근거한다; 이들 영역은 높은 자유 에너지를 갖고, 따라서 페라이트 및 펄라이트 형성의 초기 영역이다. 인 또는 붕소에 의해 점유되면, 또는 티타늄 및 바나듐 탄질화물이 존재하는 경우에도, 입자 형태는 확산 상, 페라이트 또는 마이크로 성분 펄라이트 상의 형성에 유용하지 않다. 따라서, 이들 상이 억제되면, 열역학적 조건이 고 경도의 그리고, 본 발명의 합금에서는, 바 섹션을 따라 균질한 베이나이트 형성물을 생성한다.

이러한 면에서, 가장 큰 효과는 붕소에 의해 얻어질 수 있고, 이 붕소는 티탄 및 인보다 10 배 높은 것으로 실험적으로 결정되었다. 바나듐의 경우에, 첨가된 함량 일부 (약 0.07%) 는 700℃ 에서 나트륨 용액에 있고, 이 온도에서 펄라이트 또는 페라이트가 형성된다. 이러한 이유로, 상기 비는 식 (V-0.10) 을 통하여 바나듐을 처리한다. 티타늄은 또한 탄질화물의 형성을 촉진시키지만, 그 용해성이 낮기 때문에, 상기 비에서 티타늄이 전적으로 고려된다. 따라서, 이러한 요소들의 연대 효과와 관련되는 NU 에 대한 비에 이르게 되었다.

NU = %Ti + %P + 10%B + (%V-0.07%)

상기 비 전체가 너무 낮으면, 이는 미립자 외형을 차지하는 효과가 낮고, 확산 상이 보다 신속하게 형성되어야 한다는 것을 의미한다. 여러 가지 조성물의 결과에서는 이러한 관계식의 최소양은 0.02% 이어야 하고, 통상적으로 0.06% 인 것으로 나타났다.

하지만, 매우 높은 함량의 인, 붕소, 티타늄 또는 바나듐은 여러 가지 이유로 취성을 개선시킨다. 티타늄 및 바나듐은, 과잉일 때, 균열의 성장을 촉진시킬 수 있는 탄화물의 강한 형성체 (strong formers) 이다. 과잉의 탄화물는 또한 재료의 가공성 및 연마성에 악영향을 주기 때문에 몰딩 적용시에 바람직하지 않다. 다른 한편으로는, 인은, 입자 외형 및 다른 경계면에서 과도하게 분리되면, 국부적인 응집성을 저감시킴으로써 (경계면에서의 원자들간의 화학적 연결을 취약화시킴) 취성을 개선시킨다. 과잉의 붕소는 또한 인과 유사한 효과를 얻을 수 있지만, 입자 외형에 탄화물를 형성하는 큰 단점으로 인해, 전체적으로 상기 영역 및 재료의 취성을 촉진시킨다. 이러한 이유로, 이러한 원소의 최대 함량은, NU 비에 대한 제한을 한정함으로써, 제어되어야 한다. 실시예에 도시된 결과에서는, NU 는 0.30% 이하, 통상적으로 0.20% 이하인 것으로 나타났다.

Ti: 이미 전술했지만, 티타늄은 또한 본 발명의 강에 다른 영향을 준다. (질소를 가진 붕소보다는 질소를 가진 티타늄의 친화성이 더 크기 때문에) 질소와의 반응으로부터 붕소를 보호한다. 따라서, 붕소는 상기 외형에 분리 영향을 주며, 질소와의 결합을 방지한다. 이러한 효과를 달성하기 위해서, 티타늄은 0.010% 보다 높아야 하고, 통상적으로 0.015% 를 초과한다.

B: 붕소에 의한 가장 강한 취성 효과가 확인되기 때문에, 이 원소는 또한 최대 0.010%, 바람직하게는 최대 0.007%, 또한 통상적으로 0.004% 이하로 개별적으로 제한되어야 한다.

Ni, Mo 및 Cr: 이러한 3 개의 원소는, 펄라이트 미세 구성요소에 분포되든지 또는 초석 (proeutectoid) 페라이트에 의해, 확산상의 성장에 대한 그 효과로 인해 경화가능성의 증가를 향상시킨다. 형성 후에, 상기 상들은 나머지 함량을 가지고 또한 형성될, 과잉의 원소 확산이 일어나게 된다. 이러한 확산 시간은 형성 공정을 지연시킬 수 있고, 이는 이와 연관된 크롬, 몰리브덴 및 니켈에 영향을 준다. 통상적으로, 상기 영향은 이하의 식에 사용되는 경화성 인자에 의해 정량화된다.

G = [0.13Ni + 0.60 Mo + 0.26 Cr]

상기 식에서는 형성된 상의 성장을 저지할 때 3 가지 원소의 조합된 효과를 보여준다. 핵생성 (nucleation) 을 저지하는 이전의 인자와 관련하여, 초석 페라이트 또는 펄라이트의 구조에 있어서 확산상의 형성을 저지할 수 있고, 그리하여 보다 높은 경도 및 기계적 저항성을 가진 베이나이트의 형성을 유발한다. 따라서, G 의 값이 최소값 0.1%, 바람직하게는 0.2% 이상, 통상적으로 0.25% 이상이 된다. 더 얇은 게이지에 대하여 (예를 들어, 400 mm 보다 작음), 더 낮은 값의 G, 예를 들어 0.1% 또는 0.2% 사이의 값이면 충분할 수 있다. 이는, 니켈, 몰리브덴 및 크롬이 지난 몇 년간 상당한 물가안정책 (valorization) 이기 때문에, 합금의 최종 비용을 저감시키는 것으로 흥미롭다. 게다가, 상기 원소들의 비용, 함량이 제어되어, 마르텐사이트의 형성을 저지해야 한다. 상기 상을 수득하게 되면, 블록 또는 바의 표면 경도는 핵 경도보다 매우 우수할 것이다. 즉, 과도하게 높은 함량의 비 G 는 대상 경도의 균일성 손실을 촉진시키고, 게다가 합금의 비용을 증가시킨다. G 값은 1.0% 이하, 바람직하게는 0.5% 이하, 통상적으로 0.4% 이하이어야 한다. 상기 3 가지 원소들은, 스크랩 재료의 상당한 오염물이지만, 경화가능성에 대한 유사한 효과를 갖는 구리로 대체될 수 있다. 구리가 사용되면, 니켈, 몰리브덴 또는 크롬을 질량 균등비로 대체되어야 한다.

Ni: 이 외에도, 최소 함량의 니켈을 적용하여 탄화물의 침전을 방지하고 또한 인성을 증가시킬 수 있다. 이러한 경우에, 최소 함량의 니켈은 0.1%, 바람직하게는 0.3% 일 수 있다.

Cr: 비 G 에 포함되는 것 이외에, 최대 함량의 크롬이 적용되어 열 전도성 손실을 방지할 수 있다. 그리하여, 크롬 함량은 1.5% 까지, 바람직하게는1.0% 이하, 0.1% ~ 0.8% 이어야 한다.

S: 상기 본원의 강에, 황은 망간 설파이드의 개재물을 형성하고, 이러한 개재물은 고온 성형 공정에 의해 기다랗게 된다. 이러한 개재물은 가단성 (malleable) 이고 또한 가공 공정에서 나타나는 온도에서 액체이기 때문에, 상기 개재물은 플루트의 파괴를 촉진시키고 또한 절삭 공구를 윤활시키며, 가공성을 개선시킨다. 그리하여, 황 함량은 0.001% 이상, 바람직하게는 0.005% 이상, 통상적으로 0.010% 초과이어야 한다. 하지만, 모든 적용에서는 높은 가공성을 필요로 하지 않기 때문에, 황 밴드의 사용은 선택적이다. 망간 설파이드의 개재물은, 가공 공정을 돕지만, 연마에 의해 주어진 표면의 질 또한 기계 특성을 손상시킨다. 따라서, 황 함량은, 0.20% 이하, 바람직하게는 0.05% 이하, 통상적으로 0.010% 이하이다.

Ca: 칼슘은 또한 개재물에 영향을 주고, 알루미늄으로 된 경질의 개재물을 변화시키며, 이는 가공 성능에 해로운 영향을 주며, 일반적으로 개재물의 크기 (구상화) 를 저감시킨다. 하지만, 높은 반응성으로 인해, 칼슘 함량의 제어는 복잡하다. 따라서, 칼슘은 높은 기계 가공 성능과 연마 능력이 요구되는 경우 등에서 선택적이 될 수 있다. 사용되는 경우, 칼슘은 5ppm 이상, 바람직하게 10ppm 이상, 일반적으로 20ppm 이상이다. 칼슘이 과잉으로 첨가되는 경우, 채널과 주조 장치에서 사용되는 내화물의 공격을 야기할 수 있으며, 개재물 분율을 현저하게 증가시킬 수 있다. 따라서, 첨가되는 경우, 칼슘의 최종 함량은 100ppm 이하, 바람직하게 50ppm 이하, 일반적으로 30ppm 이하이어야 한다.

Al : 단단한 알루미늄 개재물을 생성하기 때문에, 알루미늄은 가공성을 손상시키지 않기 위해, 너무 높게 포함되서는 안된다. 따라서, 0.5% 이하, 일반적으로 0.1% 이하, 바람직하게 0.05% 이하이다.

N : 질소는 입자의 성장을 방지하고, 결정립 외곽의 자유 에너지를 감소시키고, 확산상의 핵생성을 방지하는 타타늄 및 바나듐 탄질화물을 생성하기 위해 필요하다. 반면, 과잉으로 질소가 첨가되는 경우, 붕소와 반응하여, 결정립 외곽의 에너지를 감소시키는 이 원소의 효과가 방지된다. 또한, 질소를 과잉으로 첨가하는 경우, 티타늄 탄질화물의 형성이 더 활발히 이루어지고, 이는 재료의 가공성 능력에 해롭다. 따라서, 질소는 0.1% 이하, 일반적으로 0.05% 이하, 바람직하게 0.003% 내지 0.015% 값을 갖는다.

Si : 탈산소제로서 사용되는 첨가물로서, 본 발명의 강에서와 같이, 알루미늄의 함량이 낮은 경우에 매우 중요한 원소이고, 실리콘은 탄화물의 형성에 영향을 미치는 중요한 원소이다. 이 원소는 실시예에 기재된 바와 같이 세멘타이트와 결정립 외곽에서 석출되어, 재료를 약화시키는 다른 탄화물의 형성을 방지한다. 이러한 효과들 때문에, 실리콘의 함유량은 0.05% 내지 3.0%, 바람직하게 0.1% 내지 2.0%, 일반적으로 0.3% 내지 1.5% 이다.

재료의 제조 공정, 특히 열처리가 매우 중요하다. 전술한 바와 같이, 재료는 매우 높은 강도를 갖고, 동시에 영역을 따라 동질의 강도 능력을 갖도록 구성된다. 따라서, 재료는 대부분의 영역에서 공랭될 수 있다. 이러한 냉각은 임계 AC₃ 온도보다 높은 가열 온도로부터 적용되어야 하고 (약 850℃), 용광로에서 이루어지거나 또는 재료의 열간 컨포메이션 이후에 바로 이루어진다. 인성을 높이기 위해, 급랭, 예를 들어, 물, 오일 또는 송풍 공기, 또는 물 분사를 통해 이루어질 수 있다. 따라서, 강화 공정에서의 냉각 방법은 특정 용도에서 요구되는 인성과 장치에 따라 달라질 수 있다. 이는 높은 강도 때문에 미리 정해진 화학 조성을 미세하게 조절하여 가능하다.

하기의 수행된 실험예 및 연구된 조성의 설명에 있어서, 첨부된 도면을 참고할 수 있다.

도 1 은 NU 및 G 요소의 기능으로서 연구된 조성을 그래프 분포로 나타내었으며, 0.05℃/s 로 냉각한 이후, 1,150℃ 에서 시작된 강도를 측정하였다. 종래의 강 상태가 사용되는 주요 강도 범위로서, 30 내지 34 HRC 의 강도는 절적한 것 (OK) 으로 여겨진다.
도 2 는 연속적인 냉각 변태 (CCT) 곡선을 나타내며, 이는 본 발명의 강에서 일반적인 것으로, 형성된 상을 나타낸다. B 영역은 베이나이트, M 영역은 마르텐사이트, F 영역은 페라이트를 나타낸다. 공랭된 두께 치수에 따라, 약 310Hv 근처의 값을 갖게 되며, 본 출원에서 필요한 32HRC 값을 나타낸다.
도 3 은 연속적인 냉각 변태 (CCT) 곡선을 나타내며, 이는 종래의 DIN 1.2738 강에서 일반적인 것으로, 형성된 상을 나타낸다. BS 와 Bi 는 각각 상급 베이나이트와 하급 베이나이트를 나타내고, M 은 마르텐사이트, P 는 페라이트를 의미한다.
도 4 는 두 개의 산업 블록, 두 개의 다른 치수에서의 강도 측정에 관한 것으로, 높은 강도 균일성을 나타낸다.
도 5 는 다른 합금 18 내지 21 의 평가에 관한 것으로, 이는 충격에 대한 인성을 나타낸다. 치수와 미세 조직이 나타나 있으며, 탄화 침전물이 얻어지는 정도와 관련이 있다.
도 6 은 다른 실리콘 화합물이 포함된 조성 25 내지 28 에서 얻어지는 미세 조직에 관한 것이다. 표 5 에 조성이 나타나 있다.
도 7 은 다른 인 화합물이 포함된 조성 29 내지 29 에서 얻어지는 미세 조직에 관한 것이다. 표 5 에 조성이 나타나 있다.
도 8 은 다른 붕소 화합물이 포함된 조성 33 내지 36 에서 얻어지는 미세 조직에 관한 것이다. 표 5 에 조성이 나타나 있다.
도 9 는 느린 냉각 950℃, 850℃, 750℃, 600℃ 에 따라, 가용화에 의해 열 처리되는 샘플의 인성과 미세 조직에 관한 것이다. 공격물 : 나이탈 2%. 확대 : 200X
도 10 은 탄화 화합물과 비교하여 강도의 비를 측정한 것으로, a) 정확히 계산된 값과 측정된 강도의 비, b) ±20 HB 의 범위에서 상급 한계 및 하급 한계 사이의 강도 값을 예상한 방정식.

실시예 1

본 발명의 강의 조성을 규정하기 위해, 다수의 합금이 제조되고, 종래의 강의 상태와 비교하였다. 실험용 바가 제작되었고, 얻어진 화학적 조성은 표 2 에 나타나 있으며, 이하 이들의 서열 번호로 칭하겠다. 또한, 비교을 위해 DIN 1.2738 강 (플라스틱 몰드와 공구의 기초에서 다른 용도로 많이 사용됨) 의 일반적인 조성의 연구가 실시되었다. 강도 결과를 설명하기 앞서, 본 발명의 조성에서 표 3 에는 합금 원소의 감소가 현저히 나타나고 있으며, 이는 값을 낮출 수 있다.

표 2 는, 확산 상 (diffusion phase) 의 핵생성 (nucleation) 및 성장의 억제에 관하여, 전술한 비로부터, NU 및 G 의 값을 보여준다. 각각의 조성에 대해, 팽창계의 연구를 행하였고, 0.05 ℃/s 의 냉각속도에 대해 구한 경도를 또한 표 2 에 나타내었는데, 이 냉각은 냉각된 400 ㎜ 공기의 블록과 동등하다. 그러한 경도의 목표는 몰드 및 플라스틱 몰드 홀더의 전형적인 용도를 위해 30 ~ 34 HRC 의 범위 내에 드는 것이다. 그러므로, 이 범위 내의 경도를 "OK" 로 부르고, 이 범위 밖의 강도를 높거나 낮다고 일컫는다.

이 결과를 그래프 형태로 나타내면, 도 1 에 나타낸 것처럼, 본 발명의 합금의 이상적인 작업 영역이 결정되고; 즉, NU 와 G 의 조합을 갖는 영역이 목표 범위 내의 경도를 생성한다. 그러므로, 이로써, NU (Ti, P, BeV) 및 G (Cr, Ni 및 Mo) 를 형성하는 원소의 측면에서, 본 발명의 합금의 작업 한계가 정해진다.

이 결과에 대한 설명은 핵생성 및 성장 메커니즘에 직접 관련된다. 먼저, 결정립 외곽에서의 에너지 감소를 촉진하는 원소가 기본적이고, 따라서 이 원소는, 더 낮은 경도 (펄라이트 조직 내 초석 (proeutectoid) 페라이트 또는 페라이트 및 세멘타이트) 를 야기하는 확산 화합물의 형성을 회피한다. 그러한 역할은 포뮬라 (formula) 의 NU 인자를 형성하는 원소에 의해 제공된다. 티타늄 및 바나듐은 결정립 외곽에서 석출되는 화합물 (탄화물 또는 탄질화물) 을 형성하여, 이 영역의 자유 에너지를 감소시키는 경향이 있다. 페라이트 또는 펄라이트 형성 온도 (약 700 ℃) 에서, 티타늄의 용해도는 낮아서 무시되지만, 바나듐의 용해도는 높고, 따라서 바나듐의 함량은 0.07 % 의 인자에 의해 감소되고, 이는 700 ℃ 에서 고용체의 바나듐에 대략 동등하다. 한편, 인 및 붕소는 이 영역에 편석되고 집중되어, 에너지의 감소를 야기하고, 그 결과 확산 상의 핵생성을 막는 경향이 있다. 붕소의 효과는 인의 효과보다 약 10 배 높은 것으로 경험적으로 측정되고, 따라서 그 인자는 10 으로 곱해진다. 탄질화물의 형성에서 티타늄의 본질적인 효과 외에, 이 화합물은 매트릭스로부터 자유 질소를 제거하고, 이는 붕소와 반응하여, 결정립 외곽에서 편석될 때 붕소의 중요한 효과를 제거하는 경향이 있다.

핵생성 방지 외에도, 확산 상의 성장을 억제하는 원소의 존재는 중요하다. 본 발명의 합금에서 이러한 인자를 형성하는 원소는 망간, 니켈 및 크롬이다. 도 1 의 그래프는, 원소의 경화능의 고전적인 결과로부터 획득된 승수 인덱스 (multiplier index) 인 인자 G 에 의해 설명되는 이들 원소를 보여준다. 망간은 G 로 설명되지 않는데, 모든 합금에서 일정하기 때문이다. 매우 높은 함량에서, 이들 원소는 과도한 경화능을 촉진하여, 마르텐사이트의 형성을 초래하고 경도를 과잉 증가시킨다. 그리고, 매우 낮은 양에서는, 경도가 매우 낮게 된다. 이는, 높은 NU 값에 의해 핵생성이 억제되더라도, 높은 성장 경향이 다량의 페라이트 또는 펄라이트의 형성을 초래하여, 경도를 감소시키기 때문에 발생한다.

표 1 의 도표에 나타낸 17 개의 합금으로부터, 일부는, 후술하는 것처럼, 연구된 합금 원소의 효과를 매우 잘 보여준다. 합금 1 및 2 는, 매우 낮을 때 NU 의 낮은 값을 생성하고 요구되는 경도에 도달하지 않는 인 함량의 효과를 보여준다. 그러나, 인 함량이 0.020 % 이상이면 (합금 2), 경도는 요구되는 것에 매우 가깝다. 합금 5 및 17 은 낮은 크롬, 니켈 또는 몰리브덴 함량을 갖고, 따라서 비 G 이 손상되고, 그 결과 요구되는 경도를 달성하지 못한다. 한편, 합금 7, 8 및 9 는, Cr 및 Ni 원소의 과도하게 높은 함량의 경우, 높은 G 값이 얻어져서, 과도하게 높은 경도 (일부 마르텐사이트의 형성으로 인해) 가 야기된다는 것을 보여준다. 합금 15 는, 바나듐의 중요성을 보여주는데, 바나듐은 낮은 함량에서 NU 값의 현저한 감소를 초래하고, 그 결과 경도가 현저히 감소한다. 그러므로, 바나듐은 합금에 절대적으로 필요한 것으로 생각될 수 있다.

마지막으로 중요한 하나의 설명은 합금 10 에 관한 것이다. 이 합금은 유일하게 제안된 리스트 외에 있는 것으로, 그 이유는 간단하다. 합금 10 은 NU 값의 감소를 야기하는 낮은 함량의 티타늄을 갖는다. 그렇지만, 경도의 감소는 예상한 것보다 훨씬 더 현저하다. 이는, 티타늄의 결핍에 의해 더 많은 자유 질소가 붕소와 반응하게 남겨 지고 따라서 붕소의 효과의 손실을 촉진하게 되므로 (몇몇 저술가는 유효 붕소라고 묘사함), 티타늄의 결핍이 붕소 효과의 손실을 초래하기 때문에 발생한다. 이러한 시너지 효과는 NU 및 G 등식에 의해 설명될 수 없고, 따라서 본 발명의 합금은 티타늄에 대한 특별한 요건을 갖는다.

일례로, 도 2 는 본 발명의 전형적인 조성의 CCT 곡선을 보여주며, 이는 종래 기술의 DIN 1.2738 강의 CCT 곡선 (도 3) 과 비교될 수 있다.

일단 예 1 에서 설명한 파일럿 (pilot) 연구에 의해 최상의 조성이 정의되면, 표 4 에 나타낸 것처럼, 상이한 기하학적 형상을 갖는 여러 산업적 로트 (lots) 로 생산된다. 도 4 는 경도 프로파일 및 상기 조성에 따라 생산된 주 두 개의 큰 블록 (blocks) 의 사진을 도시하고 있다. 약 285 에서 310 H/B (30 에서 34 HRC) 경도는, 핵 영역으로 정렬되는 경향 없이 두 가지 모두에서 획득된다.

(실시예 2)

적절한 범위 내에서의 균질한 경도임에도 불구하고, 산업 히트, 특히 400 ㎜ 보다 높은 구역을 갖는 블럭에서, DIN 1.2738 강 (본 출원에 대한 상기 참조문헌) 보다 현저히 낮은 인성을 보이고, 약 200 줄 (joules) 의 개입 없이 충격 테스트에 대한 값을 가진다. 재료의 미세구조에 대한 인성 값 간의 비교는 그와 같은 낮은 값의 주요 원인이 도 5 에서 도시하는 바와 같이, 결정립 외곽에서의 탄화물의 침전임을 보여준다. 그러므로 이러한 탄화물의 침전 및 큰 블럭의 결과적인 취성을 피하기 위해 본원 발명의 합금이 대안으로 개발되었다.

화학적 조성에 관해서는 탄화물의 양은 붕소 함유량이 증가함에 따라 증가하고, 실리콘 함유량이 증가함에 따라 감소하고, 인 함유량에 대해서는 현저한 영향이 없음이 관찰된다. 표 5 는 이러한 평가에서 사용된 화학적 조성물을 보여준다. 상기 결론은 표 6 의 조성물에 근거하고, 도 6 에서 8 에 결과가 도시되어 있다. 동일한 게이지에 대해, 도 5 의 합금 18 및 19 의 비교가 도시하는 바와 같이, 니켈이 중요한 영향을 갖는 것이 발견된다; 합금 18 은 니켈 함유량이 낮음에 따라, 탄화물의 양이 낮음을 보여준다.

붕소의 경우, 경화성에 있어 중요함에도 불구하고, 과도한 함유는 이러한 탄화물의 형성에 도움을 준다 (실시예 1); 탄화물의 양은 붕소가 20 - 40 ppm 으로 증가할 때 두 배로 증가함을 주목하라.

아마도, 이는 높은 준 안정성, 결정립 외곽에 있어서의 붕소의 높은 함유량이 농축될 때 탄화물의 침전에 기여하기 때문이다.

상기 현상은 큰 바에 대해서는 더 강해지고, 강한 미소 편석 효과를 가지고, 붕소의 국소적인 농축에 있어서의 증가를 발생시킨다.

도 8 은 샘플 (sample) 에 있어서 붕소 함유량이 더 높아질수록 탄화물의 양이 증가함이 분명한 효과를 도시하고 있다 (800 ㎜ 구역보다 높은 핵을 갖는 블럭을, 36 ℃/h 로 천천히 냉각하여 블럭의 냉각을 시뮬레이션 처리를 함으로써 탄화물의 침전이 촉진된다).

유사한 효과로서, 덜 강하지만, 도 7 에서 도시하는 바와 같이, 실리콘 함유량이 감소함에 따라서도 발생한다; 실리콘 함유량을 0.4 % 이상 사용하면 이러한 탄화물의 형성이 감소하게 된다. 표 6 에서 도시하는 바와 같이, 실리콘 함유량이 증가하면 이러한 발명의 재료 (기초적인 특성) 의 경화성이 감소 되고, 특히 1.0 % 이상 함유되는 경우에 그러하다 (표 6 에 따른, 2 % 의 실리콘을 갖는 합금의 페라이트의 높은 체적).

그러므로, 강한 인성과 적절한 경화성을 갖는 큰 바의 생산을 위해, 높은 함량의 실리콘 (0.2 % 에서 1.0 % 사이) 및 최소한의 붕소의 함량이 더욱 적합하고, 실시예 1 에서 기술하는 NU 인자에 의해 최소로 한정된다.

이러한 효과에 대한 야금학적 이유는 뚜렷하게 설명될 수 있고, 이는 본 명세서로 설명될 수 있을 것이다. 높은 함량에서, 붕소는 결정립 외곽에서 농축하는 경향이 있고, 특히 Fe 및 Cr 과 복잡한 탄화물를 형성하게 된다. 본 발명의 강에서 수행된 전자 현미경 분석에 따르면, 이러한 두 원소가 발견되었고, Mo 의 특성도 발견되었다. 따라서, 붕소 함량의 감소가 문제의 시초에서 탄화물을 제거한다. 그러나 이 감소는 과도할 수 없는데, 그 이유는 실시예 1 에서 설명한 바와 같이, 페라이트의 형성을 피하기 위해 붕소의 존재는 결정립 외곽에 필요하기 때문이다. 반면에, 실리콘은 철 탄화물 (시멘타이트) 에서 낮은 용해성을 갖는데, 이 형성은 강에서는 피하는 것이다. 이러한 본 발명의 강에서의 탄화물은 또한 높은 철 함량을 갖고 있기 때문에, 실리콘 메카니즘은, 시멘타이트에서 발생하는 것과 동일하게 이해될 수 있을 것이다.

각각의 샘플에서 100x 확대, 전체로 14mm² 의 스캔으로 샘플로 10 필드를 분석. 측정에 앞서, 샘플들은 1,150 ℃ 에서 가용화되고 36 ℃/h 로 낮게 냉각되게 된다. 대표적인 상은 도 6 내지 도 8 에 나타난다.

* B, 합금 32 내지 35 를 변화하면서의 가열은 낮은 탄소 함량을 갖는다 (표 5 참조). 따라서, 이들은 다른 변화와 대비하지 않을 수 있으나, 붕소 효과를 극대회하면, 이들 중에서도 대비가 가능하다.

(실시예 3)

화학적 조성에서의 변화 외에, 이러한 석출을 피하기 위한 방법은, 탄화물가 아직 존재하지 않는 높은 온도에서부터 빠른 냉각을 촉진하는 것이다. 이러한 실험은 도 9 에 나타나 있는 바와 같이 수행되었고, 800 ℃ 이하에서 인성의 감소가 더 현저했고, 특히 750 ℃ 와 600 ℃ 사이에서, 이러한 감소 후에 탄화물 석출이 뒤따랐다.

이러한 급격한 석출은 줄이기 위하여, 단조 또는 오스테나이트화/가용화 구축 또는 처리 후에, 블록이 빠르게 냉각될 수 있다. 이러한 과정은 수치 시뮬레이션 결과에 기초하여 설계되었고, 오일 또는 물에서의 냉각에도 적용될 수 있을 것이다. 물의 경우, 크랙을 피하기 위해, 공기 상에서 몇몇 단계가 도입될 수 있어, 표면과 핵 사이에 존재하는 온도 차이를 줄이게 된다. 표 7 은 이러한 실험 결과를 나타내고 있고, 냉각 속도가 우수한 때 강도의 현저한 증가를 나타내고 있다. 분명히, 이러한 과정은, 냉각률은 내재적으로 낮은, 큰 블록에 적용되어야 하거나, 높은 강도를 요구하는 상황에서 적용되어야 한다. 반대의 경우에는, 공기 냉각이 적용될 수 있다.

충격 에너지 값은 인서트 없는, 7×10mm 부분, 횡단 방향인 실험체에 대한 것을 나타낸다.

* 물 속에서 제안된 이 과정은 오일에서도 수행될 수 있고, 이 경우 400mm × 1000mm 게이지, 오일 내에서 60 분간 지속한다. T_s 는 표면 온도이다.

(실시예 4)

이전 실시예에서, 본 발명에서 제안되는 강의 화학적 조성과 열 처리가 정의되었다. 화학 조성에서 티타늄을 사용하였기 때문에, 탄질화물의 단단한 입자가 형성되고, 결과적으로 공구의 높은 마모 및 재료 가공 가능성에 피해라는 결과를 얻게 된다. 몰드에 적용함에 있어서, 가공의 양태는 필수적이다.

이를 피하기 위하여, 본 발명의 합금을 위해 황과 칼슘의 높은 함량이라는 면을 연구하였다. 이 두 원소는 함유물의 형성에 영향을 미친다. 황은 망간 황화물을 형성하고, 이는 낮은 강도를 갖고 칩 파괴와 공구의 윤활을 돕는다. 다른 한편, 칼슘은 경질 알루미늄 개재물을 변경시키고, 이는 더 나은 기계가공 능력을 갖는 복잡한 개재물을 발생한다. 칼슘의 첨가는 개재물을 또한 구상화시키고, 더 나은 연마 조건을 발생시키며, 이는 또한 플라스틱 몰드을 위해 중요한 작업이다.

표 8 은 합금 19 에서의 황 및 칼슘 함량의 이러한 변경에 의한, 그리고 합금 18 에서 이러한 변경이 없을 때의 본 발명의 강을 위한 기계가공의 결과를 나타낸다. 비교에 의해, DIN 1.2738 강 (몰드에서의 적용을 위한 참조) 에 의해 동일한 시험이 수행되었다. (합금 18 및 19 의) 칼슘 및 황 함량에서 수행된 변경에 의해, 공구에 의해 다뤄진 용적의 현저한 증가가 있었다.

기계가공 능력을 개선하기 위한 대안이 탄질화물의 체적분율을 증가시킬 수 있고, 따라서 공구의 가속된 마모의 원인을 줄일 수 있다. 줄어든 탄질화물 용적의 효과와 높은 함량의 황 및 칼슘의 사용을 더한 조합은 합금 37 에 사용되었다. 합금 19 와 조성에서 유사하지만, 티타늄 탄질화물 용적의 급격한 감소와 관련된, 기계가공 능력의 현저한 증가가 있었다. 이러한 경우, 탄화물의 감소는 더 작은 바의 사용을 통한, 고체화 속도의 증가에 의해 수행되었다. 하지만, 탄화물의 감소는 질소 또는 티타늄의 함량을 줄임으로써 발생할 수 있다. 실시예 1 에서 논의된 것과 같이, 티타늄이 NU 요인을 위해 중요하기 때문에, 탄질화물 용적의 제어부로서, 낮은 함량의 질소를 사용하는 것은 가장 중요한 것으로 입증되었다.

시험 조건 : 공구 = TiN 으로 코팅되며, 25 ㎜ 의 직경을 가지며, 절삭 속도 = 270 m/min, 전진 = 0.25 ㎜/1 치형부, 절삭 깊이 = 0.75 ㎜ 그리고 작업 침투 = 10 ㎜ 인 경질 금속 (P25). 이하는 화학 조성의 결과이다. 탄질화물 체적분율은 컴퓨터 이미지 분석에 의해 측정되었고, 각각의 샘플에서 20 개 부분에서 500 회 수행되었고, 전체 0.56 ㎟ 을 스캔하였다.

(실시예 5)

이전의 합금의 전체 디자인은 30 ~ 34 HRC 경도를 제공하는 것을 기본으로 하였는데, 이는 몰드 강을 위한 주된 사용 범위이기 때문이다. 종래의 강에 대하여, 더 높은 경도가 풀림 처리의 상이한 조건을 사용하여 얻어질 수 있다. 본 발명의 강에서, 단조를 통한 직접 경화에 의해, 이는 수행되지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한 화학 조성의 변경을 통하여, 경도를 증가시키기 위한 대안을 제공하려고 하였다.

실시예 1 에 설명된 기본 조성으로부터, 상이한 탄소 함량을 갖는 조성이 생산되었고, 이는 약 400 ㎜ (0.05℃/s) 의 구역을 갖는 블록의 핵을 냉각시키는 딜라토법에 의해 모의 실험되었다. 표 9 및 도 10 의 결과는 가장 높은 함량의 탄소가 사용될 때 더 높은 경도가 얻어질 수 있는 것을 나타낸다. 이러한 데이터를 기본으로 하여, 서냉 이후의 탄소 함량 및 경도에 대하여 비 (ratio) 가 실험적으로 얻어졌다. 이 비는 :

경도 (HV) = 450 %C + 210.

이다 (경도는 0.05℃/s 에서의 냉각 이후에 얻어졌고, 이는 400 ㎜ 두께의 블록의 공냉과 동일하다).

표 6 : HV 경도 값, 이는 상이한 탄소 함량을 갖는 조성에서 0.05℃/s 에서의 냉각 이후 얻어졌다.

따라서, 이러한 실시예는 탄소 함량을 조절하는, 본 발명의 합금에 상이한 경도를 할당하는 것이 가능한 것을 나타낸다. 예컨대, 경도 315 HV (대략 32 HRC) 에 대하여, 실시예 1 에서 얻어진 범위는 확정되며, 이는 0.23 % 의 탄소가 필요하다. 다른 한편, 400 HV 경도 (약 40 HRC) 에 대하여, 0.42 % 의 탄소 함량이 필요할 수 있다.

표 1 에 나타낸 것과 같이, 동일한 경도 범위를 위한 최신 강은 현저히 더 높은 탄소 함량을 갖는다 : DIN 1.2738, 32 HRC 경도 및 0.36 % 의 탄소 및 DIN 1.2711, 40 HRC 경도 및 0.52 % 의 탄소. 이러한 사실은 몰드에서 자주 사용되는 용접 공정에서 흥미로운 결과를 갖는다. 이들이 가장 낮은 탄소 함량에 의해 작업하기 때문에, 가열된 영역의 경도는, 최신 강과 비교할 때, 본 발명의 강에서 더욱 낮을 것이다. 0.23 % 의 탄소 함량에 대하여, 본 발명의 강은 용접에 의해 영향을 받는 영역에서 대략 45 HRC 경도를 발생하고, 이러한 경도는 DIN 1.2738 강에 대한 약 60 HRC 및 DIN 1.2711 에 대한 64 HRC 이다. 이러한 사실은 용접 이후, 뿐만 아니라 연마 또는 표면 가공 이후에 있어서 다양한 기계가공 작업에서 도움을 준다.

이전의 등식의 지수에서의 작은 변동은, 적용을 위한 필요한 경도 내에서 적합한 결과를 발생시킬 수 있다. 산업에서 공통적으로 용납되는, ±20 HB 변동에 대하여, 비는 도 10b 에 따라 변할 수 있고, 이는 이하의 관계에 의해 설명된다 : 우수 경도 = 590 % C + 165 그리고 열악한 경도 = 310 % C + 255. 따라서, 탄소 함량의 함수로서의 경도의 최종 등식은 이하와 같이 설명될 수 있다 :

경도 (HV) = 450 ± 140) %C + (210 ± 45).

따라서, 본 발명의 강의 필요한 경도, 탄소 함량 및 산업적 적용에 따라서 상기 등식에 의해 계산되어야만 한다.

Claims (13)

1. 질량%로, 이하의 것으로 이루어지는 원소의 화학적 조성물을 포함하는 몰드용 베이나이트강에 있어서,
   탄소 : 0.05 - 1.0,
   규소 : 1.0 이하,
   망간 : 0.5 - 5.0,
   비율 NU = [Ti + P + 10B + (V-0.10)] 에 따라 투여되는 인, 붕소, 티타늄 및 바나듐, 여기서, NU 의 값은 0.02 - 0.30,
   티타늄 : 항상 0.005 이상,
   붕소 : 항상 0.010 이하,
   바나듐은, 부분적으로 또는 전체적으로, 니오븀으로 치환될 수 있고, 니오븀 2 질량부가 바나듐 1 질량부와 등가인 비율,
   G = [0.13 Ni + 0.60 Mo + 0.26 Cr] 에 따라 투여되는 니켈, 몰리브덴 및 크롬, 여기서 G 의 값은 0.1 이상, 1.0 이하,
   황 : 0.20 이하,
   규소 : 0.05 - 3.0,
   질소 : 0.10 이하,
   칼슘 : 0.010 이하,
   알루미늄 : 0.5 이하,
   코발트 : 2.0 이하, 및
   실질적으로 철 및 강 가공 공정에서 회피할 수 없는 불순물인 잔부를 포함하는, 몰드용 베이나이트강.
2. 제 1 항에 있어서,
   탄소 : 0.10 - 0.6,
   규소 : 1.0 이하,
   망간 : 0.8 - 3.0,
   비율 NU = [Ti + P + 10B + (V-0.10)] 에 따라 투여되는 인, 붕소, 티타늄 및 바나듐, 여기서, NU 의 값은 0.08 - 0.30,
   티타늄 : 항상 0.005 이상,
   붕소 : 항상 0.010 이하,
   티타늄 : 0.005 - 0.10,
   바나듐은, 부분적으로 또는 전체적으로, 니오븀으로 치환될 수 있고, 니오븀 2 질량부가 바나듐 1 질량부와 등가인 비율,
   G = [0.13 Ni + 0.60 Mo + 0.26 Cr] 에 따라 투여되는 니켈, 몰리브덴 및 크롬, 여기서 G 의 값은 0.20 이상, 0.50 이하, 또한, 이 비율 외에 크롬은 0.1 - 1.5 이어야 하고, 니켈은 0.3 이상이어야 하며,
   황 : 0.05 이하,
   규소 : 0.05 - 3.0,
   질소 : 0.05 이하,
   칼슘 : 0.005 이하,
   알루미늄 : 0.1 이하,
   코발트 : 1.0 이하, 및
   실질적으로 철 및 강 가공 공정에서 회피할 수 없는 불순물인 잔부를 포함하고,
   재료는 850 mm 이하의 두께의 블록으로 제조될 수도 있고, 700℃ 이상의 온도로부터 공냉을 통해 250 - 450 HV 의 경도가 얻어지며, 이러한 경도 값은
   HV = (450 ± 140)%C + (210 ± 45)
   에 의해 부여되는 것을 특징으로 하는 몰드용 베이나이트강.
3. 제 2 항에 있어서,
   탄소 : 0.10 - 0.6,
   규소 : 0.05 - 0.6,
   망간 : 1.3 - 3.0,
   비율 NU = [Ti + P + 10B + (V-0.10)] 에 따라 투여되는 인, 붕소, 티타늄 및 바나듐, 여기서, NU 의 값은 0.10 - 0.20,
   티타늄 : 항상 0.010 이상,
   붕소 : 항상 0.0050 이하,
   바나듐은, 부분적으로 또는 전체적으로, 니오븀으로 치환될 수 있고, 니오븀 2 질량부가 바나듐 1 질량부와 등가인 비율,
   G = [0.13 Ni + 0.60 Mo + 0.26 Cr] 에 따라 투여되는 니켈, 몰리브덴 및 크롬, 여기서 G 의 값은 0.25 이상, 0.40 이하, 이 비율 이외에 크롬은 0.1 - 1.0 이어야 하고, 니켈은 0.2 - 1.0 이어야 하며,
   황 : 0.001 - 0.010,
   규소 : 0.20 - 1.5,
   질소 : 0.0040 - 0.0150,
   칼슘 : 0.0005 - 0.0030,
   알루미늄 : 0.05 이하,
   코발트 : 1.0 이하, 및
   실질적으로 철 및 강 가공 공정에서 회피할 수 없는 불순물인 잔부를 포함하고,
   재료는 850 mm 이하의 두께의 블록으로 제조될 수도 있고, 열간 컨포메이션 직후, 공냉을 통해 280 - 450 HV 의 경도가 얻어지며, 이러한 경도 값은
   HV = (450 ± 140)%C + (210 ± 45)
   에 의해 부여되는 것을 특징으로 하는 몰드용 베이나이트강.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   탄소 : 0.18 - 0.52,
   크롬 : 0.30 - 0.60,
   몰리브덴 : 0.10 - 0.50,
   니켈 : 0.30 - 0.50,
   바나듐 : 0.04 - 0.10,
   붕소 : 0.0010 - 0.0030,
   황 : 0.0010 - 0.0100,
   칼슘 : 0.005 - 0.030,
   질소 : 0.0030 - 0.0100 를 포함하고,
   최종 사용 경도는 오일 또는 물 경화 공정을 사용하지 않고 비교적 높은 게이지 두께 100 - 1000 mm 에 의해 단조 또는 라미네이션 직후에, 얻어지며, ;
   열처리는 강제 대류에 의해 고요한 공기 냉각처리 되어야 하며, 29 - 42 HRC 와 등가인 280 - 420 HV 의 경도 값에 대해 비율 HV = (450 ± 140)%C + (210 ± 45) 에 따른 탄소 합금 함량에 의해 결정되는 비커스 경도값인 것을 특징으로 하는 몰드용 베이나이트강.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   400 mm 이하의 두께의 게이지에 적용하기 위해서 0.10 이하의 G 비율을 가지며, 여기서 G 비율은 G = [0.13 Ni + 0.60 Mo + 0.26 Cr] 에 의해 산출되며, 이는 대응 원소의 질량 % 의 함량을 나타내는 것을 특징으로 하는 몰드용 베이나이트강.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 망간 함량은, 부분적으로 또는 전체적으로 질량 % 로 동일 양의 니켈 또는 구리로 치환되는 것을 특징으로 하는 몰드용 베이나이트강.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   질량 % 로,
   니오븀, 지르코늄 또는 탄탈륨은, 부분적으로 또는 전체적으로 티타늄 또는 바나듐으로 치환되며, 니오븀 2 질량부는 바나듐 또는 티타늄 1 질량부에 해당하며, 탄탈륨 또는 지르코늄 1 질량부는 바나듐 또는 티타늄 1 질량부에 해당하는 것을 특징으로 하는 몰드용 베이나이트강.
8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   질량 % 로,
   붕소 : 0.0015 - 0.0030, 및
   규소 : 0.40 - 1.2 인 것을 특징으로 하는 몰드용 베이나이트강.
9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   질량 % 로,
   황 : 0.002 - 0.090, 및
   칼슘 : 0.0005 - 0.0030 인 것을 특징으로 하는 몰드용 베이나이트강.
10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열간 컨포메이션 또는 노에서의 이전 가열 직후, 공냉에 의해 얻어지는 최종 경도는, HV = (450 ± 140)%C + (210 ± 45) 식 (비커스 스케일) 또는 다른 스케일의 측정에 의한 경도 전환을 통해 등가인 식에 의해 얻어지는 최종 경도인 것을 특징으로 하는 몰드용 베이나이트강.
11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    질량 ppm 으로,
    황 : 0.002 - 0.30,
    칼슘 : 0.0005 - 0.010 이며,
    높은 기계 가공 능력이 요구되는 상황에 적용되는 0.25% 이하의 탄질화물의 체적 분율을 마이크로 구조에 갖는 것을 특징으로 하는 몰드용 베이나이트강.
12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열간 컨포메이션 또는 900℃ 이상의 온도로 가열후, 급냉을 통해 인성을 증가시키는 것을 특징으로 하는 몰드용 베이나이트강.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열간 컨포메이션 또는 900℃ 이상의 온도로 가열후, 급냉을 통해 인성을 증가시키고, 이 냉각 공정에 하기 열처리가 후속되며;
    700℃ 이하의 온도로 공냉되고 30분 동안 물 탱크에서 지속되고 (80℃ 이하의 물 온도에서 유지되며), 후속하여 대기 온도 이하로 공냉되고;
    크랙에 민감함 부분인 경우, 수냉 시간은 유냉에서 60 분으로 대체되고 열처리의 모든 다른 조건들은 일정하고 유지되는 것을 특징으로 하는 몰드용 베이나이트강.

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