KR20130036076A - Hot-working tool steel having excellent toughness and high-temperature strength and method for production thereof - Google Patents

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KR20130036076A
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고타 가타오카
히데시 나카쓰
야스시 다무라
마사유키 나가사와
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히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 인성 및 고온 강도를 향상시킨 열간 공구강 및 그의 제조 방법을 제공한다. 질량%로, C: 0.34~0.40%, Si: 0.3~0.5%, Mn: 0.45~0.75%, Ni: 0~0.5% 미만, Cr: 4.9~5.5%, Mo 및 W가 단독 또는 복합으로 (Mo+1/2W): 2.5~2.9%, V: 0.5~O.7%, 나머지량의 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 열간 공구강이다. 바람직하게는, 그것의 담금질 시의 단면 조직이 괴상 조직 및 침상 조직을 포함하고, 괴상 조직(A%): 45면적% 이하, 침상 조직(B%): 40면적% 이하, 잔류 오스테나이트(C%): 5~20체적%이다. 상기 열간 공구강을 하기 수식으로 나타내어지는 템퍼링 경도(HRC)와 조직 비율과의 관계치 X가 40 이상이 되도록 템퍼링하는, 열간 공구강의 제조 방법이다:
X = [-0.36×(HRC)-1.47×(A%)-1.67×(B%)+6.55×(C%)+72.91]
The present invention provides a hot tool steel with improved toughness and high temperature strength and a method of manufacturing the same. In mass%, C: 0.34 to 0.40%, Si: 0.3 to 0.5%, Mn: 0.45 to 0.75%, Ni: less than 0 to 0.5%, Cr: 4.9 to 5.5%, Mo and W alone or in combination (Mo +1/2 W): 2.5-2.9%, V: 0.5-0.7%, hot tool steel consisting of the remaining amount of Fe and unavoidable impurities. Preferably, the cross-sectional structure at the time of its quenching comprises mass and acicular tissue, mass structure (A%): 45 area% or less, needle structure (B%): 40 area% or less, residual austenite (C %): 5-20% by volume. A method for producing hot tool steel, wherein the hot tool steel is tempered so that the relationship X between the tempering hardness (HRC) and the tissue ratio represented by the following formula is equal to or greater than 40:
X = [-0.36 × (HRC) -1.47 × (A%)-1.67 × (B%) + 6.55 × (C%) + 72.91]

Description

인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강 및 그의 제조 방법{HOT-WORKING TOOL STEEL HAVING EXCELLENT TOUGHNESS AND HIGH-TEMPERATURE STRENGTH AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}HOT-WORKING TOOL STEEL HAVING EXCELLENT TOUGHNESS AND HIGH-TEMPERATURE STRENGTH AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은, 프레스 금형이나 단조 금형, 다이캐스트 금형, 압출 공구와 같은 여러 가지 열간 공구로서 사용될 때 최적이 되도록, 인성 및 고온 강도를 향상시킨 열간 공구강, 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to hot tool steels having improved toughness and high temperature strength so as to be optimal when used as various hot tools such as press dies, forging dies, die cast dies, and extrusion tools, and methods for producing the same.

열간 공구는, 고온의 피가공 재료나 경질인 피가공 재료와 접촉하면서 사용되기 때문에, 열피로나 충격을 견딜 수 있는 강도와 인성을 겸비할 필요가 있다. 그래서, 종래 열간 공구의 분야에는, 예를 들면 JIS강 종류인 SKD61계 합금 공구강이 이용되고 있었다. 더욱 최근에는, 열간 공구를 사용해서 제조되는 제품의 제조 시간의 단축 및 복잡한 형상의 성형을 위해서 피가공 재료가 고온화되고 있는 점, 복수 개의 제품의 동시 가공에 따라 금형 등의 열간 공구도 대형화되고 있는 점 등으로 인해, 열간 공구 재료에는 더욱 높은 고온 강도와 대형 사이즈에서도 내부까지 높은 인성을 확보할 수 있는 것이 요구되고 있다. Since the hot tool is used while being in contact with a hot work material or a hard work material, it is necessary to have strength and toughness that can withstand thermal fatigue and impact. Thus, for example, SKD61 alloy tool steel, which is a type of JIS steel, has been used in the field of hot tools. More recently, in order to shorten the manufacturing time of a product manufactured by using a hot tool and to form a complicated shape, the material to be processed is heated to high temperatures, and hot tools such as molds are being enlarged according to simultaneous processing of a plurality of products. Due to the point and the like, hot tool materials are required to be able to secure higher internal strength even at a higher temperature strength and larger sizes.

합금 공구강의 인성과 고온 강도를 개선하는 것을 목적으로 하여, 화학 조성의 범위를 정함으로써 인성을 유지하면서 고온 강도를 개선하는 방법(특허 문헌 1 참조), 잔류 탄화물의 양을 규정함으로써 인성 및 고온 강도를 개선하는 방법 등이 제안되어 있다(특허 문헌 2 참조). In order to improve the toughness and high temperature strength of the alloy tool steel, a method of improving the high temperature strength while maintaining toughness by defining a range of chemical composition (see Patent Document 1), toughness and high temperature strength by specifying the amount of residual carbide A method of improving the quality of the resin is proposed (see Patent Document 2).

특허 문헌 1: 일본 특개평2-179848호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2-179848

특허 문헌 2: 일본 특개 2000-328196호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-328196

전술한 특허 문헌 1은, 인성의 구체적인 측정치가 없기 때문에 인성의 수준을 평가할 수는 없지만, 본 발명자가 행한 검토 결과로부터 판단하면, 인성 및 고온 강도를 충분히 높은 레벨로 겸비하기 위해서는 화학 조성의 범위를 한정하는 것이 불충분하다. 또, 전술한 특허 문헌 2의 방법에 있어서도, 인성 및 고온 강도는 담금질(quenching) 후의 마르텐사이트 조직이나 베이나이트 조직 등의 조직의 영향을 크게 받기 때문에, 인성 및 고온 강도를 높은 레벨로 제어하기 위해서는 잔류 탄화물의 양을 규정하는 것만으로는 불충분하다. The above-mentioned Patent Document 1 cannot evaluate the level of toughness because there is no specific measurement of toughness. However, judging from the results of the study conducted by the present inventors, in order to combine the toughness and high temperature strength to a sufficiently high level, the range of the chemical composition is limited. It is not enough to limit. Also in the method of Patent Document 2 described above, toughness and high temperature strength are largely affected by structures such as martensite structure and bainite structure after quenching, so that the toughness and high temperature strength can be controlled at a high level. It is not enough to define the amount of residual carbide.

본 발명의 목적은, 보다 확실하게 우수한 인성 및 고온 강도를 가지는 열간 공구강과, 그의 제조 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a hot tool steel having a more excellent superior toughness and high temperature strength, and a method for producing the same.

본 발명자가 주의 깊게 연구한 결과, 인성 및 고온 강도에는 담금질 후의 조직이 크게 영향을 준다는 것을 규명하고, 우수한 인성 및 고온 강도를 겸비하기 위해서 바람직한 담금질 후의 조직을 밝혀 냈다. 바람직한 담금질 후의 조직을 얻기 위해서는, 각 원소의 함유량을 최적인 범위로 제어함으로써 비로소 얻어지는, 매우 좁은 양호한 조성 영역이 존재한다는 것을 발견하고, 본 발명에 도달했다. As a result of careful study by the present inventors, it has been found that the structure after quenching has a great influence on toughness and high temperature strength, and the preferred after quenching structure is found in order to combine excellent toughness and high temperature strength. In order to obtain a structure after a preferable quenching, it discovered that there exists a very narrow favorable composition area | region obtained only by controlling content of each element to the optimum range, and arrived at this invention.

즉, 본 발명은, 질량%로, C: 0.34~0.40%, Si: 0.3~0.5%, Mn: 0.45~0.75%, Ni: 0~0.5% 미만, Cr: 4.9~5.5%, Mo 및 W는 단독 또는 복합으로 (Mo+1/2W): 2.5~2.9%, V: 0.5~0.7%, 나머지량의 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강이다. 본 발명의 열간 공구강은, 예를 들면 그것의 경도를 40HRC 이상으로 조절해서 사용하면 되지만, 43HRC 이상, 특히 45HRC 이상의 높은 경도 영역에 있어서, 우수한 인성 및 고온 강도의 겸비 효과를 발휘한다. 49HRC 이하가 바람직하다. That is, in the present invention, in mass%, C: 0.34 to 0.40%, Si: 0.3 to 0.5%, Mn: 0.45 to 0.75%, Ni: less than 0 to 0.5%, Cr: 4.9 to 5.5%, Mo and W are (Mo + 1 / 2W) alone or in combination, 2.5 to 2.9%, V: 0.5 to 0.7%, remaining amount of Fe and inevitable impurities, characterized in that the hot tool steel with excellent toughness and high temperature strength. The hot tool steel of the present invention may be used, for example, by adjusting its hardness to 40 HRC or higher, but exhibits a combined effect of excellent toughness and high temperature strength in a high hardness region of 43 HRC or higher, particularly 45 HRC or higher. 49 HRC or less is preferable.

여기에서, 본 발명의 열간 공구강에 바람직하게는, 그것을 구성하는 C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, W, 및 V의 각 원소 중의 1종 또는 2종 이상이, 추가로 하기의 좁은 조성 영역을 충족시키는 것이다. 이것에 대해서는, 물론 그 모두를 충족시키는 것이 바람직하다. Here, in the hot tool steel of the present invention, preferably one or two or more of the elements of C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, W, and V constituting the same further have the following narrow composition To meet the realm. Of course, it is desirable to satisfy all of them.

C: 0.35~0.39%, C: 0.35 to 0.39%,

Si: O. 35~0.45%, Si: O. 35-0.45%,

Mn: 0.5~0.7%, Mn: 0.5-0.7%,

Ni: 0.01~0.3%, Ni: 0.01-0.3%,

Cr: 5.0~5.4%, Cr: 5.0-5.4%,

Mo 및 W는 단독 또는 복합으로 (Mo+1/2W): 2.6~2.8%, Mo and W alone or in combination (Mo + 1 / 2W): 2.6-2.8%,

V: 0.55~0.65%.V: 0.55 to 0.65%.

또, 본 발명은, 상기 성분 조성을 가지는 열간 공구강으로서, 그것의 담금질 시의 단면 조직은, 괴상(塊狀) 조직 및 침상(針狀) 조직을 포함하고, Moreover, this invention is a hot tool steel which has the said component composition, Comprising: The cross-sectional structure at the time of quenching contains a mass structure and a needle-like structure,

괴상 조직(A%): 45면적% 이하, Massive tissue (A%): 45 area% or less,

침상 조직(B%): 40면적% 이하, Couch tissue (B%): 40 area% or less,

잔류 오스테나이트(C%): 5~20체적%Residual Austenite (C%): 5-20% by volume

인 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강이다. It is a hot tool steel excellent in toughness and high temperature strength, characterized by the above-mentioned.

상기 열간 공구강을, 하기 수식으로 나타내어지는 템퍼링 경도(HRC)와 조직 비율과의 관계치 X가 40 이상이 되도록 템퍼링하는 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강의 제조 방법이다. 템퍼링 경도는 40~49HRC을 설정하면 되지만, 바람직한 템퍼링 경도는 43~49HRC, 보다 바람직하게는 45~49HRC이다. The hot tool steel is tempered so that the relationship X between the tempering hardness (HRC) represented by the following formula and the tissue ratio is 40 or more, characterized in that it is a method for producing hot tool steel with excellent toughness and high temperature strength. Although tempering hardness should just set 40-49HRC, preferable tempering hardness is 43-49HRC, More preferably, it is 45-49HRC.

X = [-0.36×(HRC)-1.47×(A%)-1.67×(B%)+6.55×(C%)+72.91]X = [-0.36 × (HRC) -1.47 × (A%)-1.67 × (B%) + 6.55 × (C%) + 72.91]

본 발명에 의하면 열간 공구강의 인성 및 고온 강도를 매우 높은 레벨로 겸비할 수 있다. 그리고, 이 효과는 40HRC 이상의 경도 영역에 있어서 뿐 아니라, 예를 들면 43HRC 이상, 더 나아가 45HRC 이상, 46HRC 이상의 고경도 영역으로 조절했을 때에, 최대한으로 발휘된다. 따라서, 여러 가지 열간의 용도·환경에 적용이 가능한 열간 공구강의 실용화에 있어서 유효한 기술이 된다. According to the present invention, the toughness and high temperature strength of hot tool steel can be combined at a very high level. This effect is maximized not only in the hardness region of 40 HRC or more, but also in the high hardness region of 43 HRC or more, moreover 45 HRC or more, and 46 HRC or more, for example. Therefore, it becomes an effective technique in practical use of hot tool steel which can be applied to various uses and environments of heat.

도 1은 본 발명의 열간 공구강의 담금질 조직의 일례를 나타내는 단면 마이크로 사진이다.
도 2는 도 1의 담금질 조직에 있어서, 괴상 조직을 선택한 모식도이다.
도 3은 도 1의 담금질 조직에 있어서, 침상 조직을 선택한 모식도이다.
도 4는 비교예의 열간 공구강의 담금질 조직의 일례를 나타내는 단면 마이크로 사진이다.
도 5는 도 4의 담금질 조직에 있어서, 괴상 조직을 선택한 모식도이다.
도 6은 도 4의 담금질 조직에 있어서, 침상 조직을 선택한 모식도이다.
1 is a cross-sectional microphotograph showing an example of a quenched structure of hot tool steel of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram in which mass structures are selected in the quenched tissue of FIG. 1. FIG.
3 is a schematic view of selecting a needle-like tissue in the quenched tissue of FIG.
4 is a cross-sectional microphotograph showing an example of a quenched structure of hot tool steel of a comparative example.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a mass structure in the quenched tissue of FIG. 4.
FIG. 6 is a schematic view of selecting a needle-like tissue in the quenched tissue of FIG. 4.

상술한 바와 같이, 본 발명의 중요한 특징 중 하나는, 각 원소의 함유량을 최적의 범위로 제어하는 것에 있다. 즉, 본 발명의 한 측면은, 각 원소의 함유량을 한정된 범위로 제어하고, 더욱 바람직하게는, 후술하는 담금질 조직도 인식함으로써, 예컨대, 종래 제조 방법에서의 넓은 범위의 담금질 냉각 속도에서뿐만 아니라, 임의의 담금질 방법에서도 높은 수준의 인성 및 고온 강도를 제공할 수 있는 좁은 조성 영역이 존재함을 발견한 것이다. 즉, 기본 원소에 있어서는, C-Cr 함량의 관계는 종래의 밸런스를 따르면서도, 이것에 상호 관계하는 다른 탄화물 형성 원소인 Mo, W, V의 최적 조정과, 이들 기본 원소들의 조정의 결과로서의 특성에 커다란 영향을 미치는 Si나 Ni를 조정하는 것이 중요하다. 이하, 본 발명의 강의 좁은 조성 영역으로 구성되는 성분 한정의 이유에 대해 설명한다. As mentioned above, one of the important characteristics of this invention is to control content of each element to an optimal range. That is, one aspect of the present invention controls the content of each element in a limited range, and more preferably, by recognizing the quenching structure described later, for example, at a wide range of quenching cooling rates in the conventional manufacturing method, The quenching method also found that there is a narrow compositional area that can provide high levels of toughness and high temperature strength. That is, in the basic element, the relationship between the C-Cr content is a result of the optimum adjustment of Mo, W, V, which are other carbide-forming elements which are mutually related to this, while following the conventional balance, and the characteristics as a result of the adjustment of these basic elements. It is important to adjust the Si or Ni, which has a big impact on it. Hereinafter, the reason for component limitation comprised by the narrow composition area of the steel of this invention is demonstrated.

C는, 일부가 베이스 중에 고용(固溶)되어 강도를 부여하고, 일부는 탄화물을 형성함으로써 내마모성이나 스틱킹(sticking) 내성을 높이는, 열간 공구강에는 중요한 필수 원소이다. 또, 고용된 침입형 원자인 C는, Cr과 같은 탄소와 친화성이 큰 치환형 원자와 공첨가(共添加)한 경우, I(침입형 원자)-S(치환형 원자) 효과; 용질 원자의 드래깅(dragging) 저항으로서 작용하여 강도를 높이는 효과도 기대된다. 단, 함유량이 0.34질량% 미만일 경우에는 공구 부재로서 충분한 경도, 내마모성을 확보할 수 없게 된다. 한편, 과도한 첨가는 인성이나 열간 강도의 저하를 초래하기 때문에 상한을 0.40질량%로 한다. 바람직하게는 0.35~0.39%, 더욱 바람직하게는 0.36~0.38%이다. C is an essential element that is important for hot tool steels in which a part is dissolved in the base to impart strength, and a part forms carbide to increase wear resistance and sticking resistance. Moreover, C which is a solid solution invading atom has the effect of I (invasive atom) -S (substituted atom) when co-added with a substituted atom having a high affinity with carbon such as Cr; The effect of increasing the strength by acting as the dragging resistance of the solute atom is also expected. However, when content is less than 0.34 mass%, hardness and abrasion resistance sufficient as a tool member cannot be ensured. On the other hand, since excessive addition causes a fall of toughness and hot strength, an upper limit is made into 0.40 mass%. Preferably it is 0.35 to 0.39%, More preferably, it is 0.36 to 0.38%.

Si는, 제강(製鋼) 시의 탈산제임과 아울러 피삭성(被削性)을 높이는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.3질량% 이상을 첨가해야 하지만, 너무 많으면 후술하는 침상 조직을 발달시켜 인성을 저하시킨다. 또, 담금질 냉각 시의 베이나이트 조직 중의 세멘타이트계의 탄화물의 석출을 억제함으로써, 간접적으로 템퍼링 시의 합금 탄화물의 석출·응집·조대화를 촉진해서 고온 강도를 저하시킬 수도 있으므로 0.5질량% 이하로 한다. 바람직하게는 0.35~0.45%이다. Si is an deoxidizer at the time of steelmaking and an element which raises machinability. In order to acquire such an effect, 0.3 mass% or more must be added, but when too much, the needle structure mentioned later will be developed and toughness will fall. In addition, by suppressing the precipitation of cementite-based carbides in the bainite structure during quenching and cooling, it is possible to indirectly promote the precipitation, coagulation, and coarsening of alloy carbides during tempering, thereby lowering the high-temperature strength. do. Preferably it is 0.35 to 0.45%.

Mn은, 담금질성을 높이고, 페라이트의 생성을 억제하고, 적당한 담금질 템퍼링 경도를 얻는 효과가 있다. 또, 비금속 개재물 MnS로서 조직 중에 존재하면, 피삭성의 향상에 큰 효과가 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.45질량% 이상을 첨가해야 하지만, 너무 많으면 베이스의 점도가 높아져서 피삭성을 저하시키므로 0.75질량% 이하로 한다. 바람직하게는 0.5~0.7%이다. Mn has the effect of increasing hardenability, suppressing the formation of ferrite, and obtaining an appropriate hardening tempering hardness. Moreover, when it exists in a structure as nonmetallic inclusion MnS, it has a big effect in improving machinability. In order to acquire such an effect, 0.45 mass% or more must be added, but when too much, since the viscosity of a base will become high and machinability will fall, it shall be 0.75 mass% or less. Preferably it is 0.5 to 0.7%.

Ni는, 페라이트의 생성을 억제하는 원소이다. 또, C, Cr, Mn, Mo, W 등과 함께 본 발명의 강에 우수한 담금질성을 부여하고, 완만한 담금질 냉각 속도의 경우에도, 후술하는 침상 조직의 생성을 억제하는 효과가 있어, 마르텐사이트를 주체(主體)로 하는 조직을 형성시켜, 인성의 저하를 막기 때문에 중요한 첨가 원소이다. 또한, 베이스가 본질적인 인성 개선 효과를 부여하므로, 예를 들면, O.01% 이상인 첨가가 바람직한 원소이다. 그리고, 본 발명에 있어서 무엇보다도 중요한 것은, 이 Ni를 첨가한 경우라 해도, 상한을 엄격하게 규제 관리하는 것이다. 즉, 너무 많으면 베이스의 점도가 높아져서 피삭성을 저하시키거나, 고온 강도를 저하시키거나, 또, 후술하는 괴상 조직을 발달시켜서 인성을 저하시키거나 하므로, 0.5질량% 미만으로 할 필요가 있다. 바람직하게는, 0.3질량% 이하로 규제하는 것이다. Ni is an element that suppresses the formation of ferrite. In addition, C, Cr, Mn, Mo, W and the like to provide excellent hardenability to the steel of the present invention, also in the case of a slow quenching cooling rate, there is an effect of suppressing the formation of the needle-like structure described later, martensite It is an important additional element because it forms a main body structure and prevents the fall of toughness. In addition, since the base imparts an intrinsic toughness improving effect, for example, addition of 0.01% or more is a preferred element. In the present invention, the most important thing is to strictly control the upper limit even when Ni is added. That is, when too much, the viscosity of a base will become high and machinability will fall, high temperature strength will fall, or the bulk structure mentioned later will be developed and toughness will fall, and it is necessary to be less than 0.5 mass%. Preferably, it is regulated to 0.3 mass% or less.

Cr은 담금질성을 높이고, 또한 탄화물을 형성해서 베이스의 강화나 내마모성을 향상시키는 효과를 가지는 원소로서, 템퍼링 연화(軟化) 저항 및 고온 강도의 향상에도 기여하는, 본 발명의 열간 공구강에는 필수적인 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서 4.9질량% 이상 첨가할 필요가 있다. 단, 과도한 첨가는 담금질성이나 고온 강도의 저하를 초래하기 때문에, 상한을 5.5질량%로 한다. 바람직하게는 5.0~5.4%, 더욱 바람직하게는 5.1~5.3%이다. Cr is an element having an effect of improving hardenability and forming carbides to enhance the strength and wear resistance of the base, and is an essential element for the hot tool steel of the present invention, which also contributes to the improvement of tempering softening resistance and high temperature strength. . In order to acquire such an effect, it is necessary to add 4.9 mass% or more. However, excessive addition causes a decrease in hardenability and high temperature strength, so the upper limit is set to 5.5% by mass. Preferably it is 5.0 to 5.4%, More preferably, it is 5.1 to 5.3%.

Mo 및 W는, 담금질성을 높이는 동시에, 템퍼링에 의해 미세 탄화물을 석출시켜서 강도를 부여하고, 연화 저항을 향상시키기 위해서 단독 또는 복합으로 첨가할 수 있다. W는 Mo의 약 2배의 원자량을 가지므로 Mo+1/2W로 규정할 수 있다(당연히, 어느 하나만을 첨가할 수도 있고, 쌍방을 공첨가할 수도 있다). 그리고, 상기 효과를 얻기 위해서는 (Mo+1/2W)로 2.5질량% 이상의 첨가가 필요하다. 너무 많으면 피삭성의 저하나 후술하는 침상 조직의 발달에 의한 인성의 저하를 초래하므로, (Mo+1/2W)로 2.9질량% 이하로 한다. 바람직하게는 (Mo+1/2W)로 2.6~2.8%이다. Mo and W can be added alone or in combination in order to increase hardenability, precipitate fine carbides by tempering, impart strength, and improve softening resistance. Since W has an atomic weight of about twice that of Mo, it can be defined as Mo + 1 / 2W (of course, only one may be added or both may be co-added). And in order to acquire the said effect, addition of 2.5 mass% or more in (Mo + 1 / 2W) is required. Too much will cause a decrease in machinability and a decrease in toughness due to the development of a needle-like structure to be described later. Therefore, the Mo content should be 2.9 mass% or less. Preferably it is (Mo + 1 / 2W) 2.6-2.8%.

V는, 탄화물을 형성하고, 기지의 강화나 내마모성 향상의 효과를 가진다. 또, 템퍼링 연화 저항을 높이는 동시에 결정립의 조대화를 억제하고, 인성 향상에 기여한다. 이 효과를 얻기 위해서는 0.5질량% 이상을 첨가할 필요가 있지만, 너무 많으면 피삭성이나 인성의 저하를 초래하므로 0.7질량% 이하로 한다. 바람직하게는 0.55~0.65%이다. V forms carbide and has the effect of strengthening a matrix and improving abrasion resistance. In addition, the temper softening resistance is increased, the coarsening of crystal grains is suppressed and the toughness is improved. In order to acquire this effect, it is necessary to add 0.5 mass% or more, but when it is too large, it will cause the fall of machinability and toughness, and shall be 0.7 mass% or less. Preferably it is 0.55 to 0.65%.

한편, 불가피한 불순물로서, 잔류할 가능성이 있는 주된 원소는, P, S, Co, Cu, A1, Ca, Mg, O, N 등이다. 본 발명의 작용 효과를 최대한으로 달성하기 위하여는, 이러한 불순물은 가능한 한 낮은 편이 바람직하지만, 한편으로는, 개재물의 형태 제어나, 그 밖의 기계적 특성, 혹은 제조 효율의 향상과 같은, 부가적인 작용 효과를 얻기 위해서는, 다소의 함유 및/또는 첨가가 가능할 수도 있다. 이 경우, 질량%로 P≤O.03%, S≤0.01%, Co≤0.05%, Cu≤0.25%, Al≤0.025%, Ca≤0.01%, Mg≤0.01%, O≤0.01%, N≤0.03%이면, 본 발명의 열간 공구강의 기본 특성에 특별히 큰 영향을 미치지 않는다고 생각되므로, 이 범위이면 허용가능하고, 바람직한 규제 상한이다. On the other hand, the main elements which may remain as unavoidable impurities are P, S, Co, Cu, A1, Ca, Mg, O, N and the like. In order to achieve the effect of the present invention to the maximum, it is preferable that such impurities are as low as possible, but on the other hand, additional effect such as control of the shape of the inclusions, other mechanical properties, or improvement in manufacturing efficiency In order to obtain, some inclusion and / or addition may be possible. In this case, P≤0.03%, S≤0.01%, Co≤0.05%, Cu≤0.25%, Al≤0.025%, Ca≤0.01%, Mg≤0.01%, O≤0.01%, N≤ If it is 0.03%, since it is considered that it does not have a big influence in particular on the basic characteristic of the hot tool steel of this invention, if it is this range, it is acceptable and it is a preferable upper limit of regulation.

전술한 성분 조성의 중요성에 더해서 바람직하게는, 본 발명은 그 조직으로부터의 해결 어프로치를 시험해 본 것에도, 큰 특징을 가진다. 즉, 합금 공구강의 기계적 특성에 영향을 미치는 "조직적 요인"도 연구함으로써, 본 발명의 극히 좁은 영역에서 이루어지는 최적인 성분 범위에 아울러, 최적인 조직도 특정한 것이다. 즉, 상기의 성분 조성을 충족시키는 본 발명의 열간 공구강은, 담금질 시의 단면 조직에 있어서, 괴상 조직 및 침상 조직을 포함하고, In addition to the importance of the above-described component composition, preferably, the present invention also has great features even when the solution approach from the structure is tested. That is, by studying the "structure factor" that affects the mechanical properties of the alloy tool steel, the optimum structure is specified in addition to the optimum component range made in the extremely narrow region of the present invention. That is, the hot tool steel of this invention which satisfy | fills said component composition contains mass structure and acicular structure in the cross-sectional structure at the time of quenching,

괴상 조직(A%): 45면적% 이하, Massive tissue (A%): 45 area% or less,

침상 조직(B%): 40면적% 이하, Couch tissue (B%): 40 area% or less,

잔류 오스테나이트(C%): 5~20체적%Residual Austenite (C%): 5-20% by volume

이다. to be.

먼저, 담금질 조직이란, 통상 이용되고 있는 바와 같은, 오스테나이트 온도 영역에서의 냉각에 의해 얻어진, 마르텐사이트 및/또는 베이나이트를 주체로 하여 구성된 조직이다. 그리고, 본 발명의 담금질 조직은, 실질적으로 상기 마르텐사이트 및/또는 베이나이트와, 다음으로는 적절한 소량의 잔류 오스테나이트로 구성되어 있는 바, 상기 괴상 조직 및 침상 조직은, 이 마르텐사이트 및/또는 베이나이트의 일부로 구성되어 있는 것이다. 여기서, 본 발명의 담금질 조직 중에서 정의되는 괴상 조직 및 침상 조직이란, 통상의 베이나이트 분별(分別)에 이용할 수 있는 깃털 모양 베이나이트(상부 베이나이트)나 침상 베이나이트(하부 베이나이트)의 정의에 따른 것과는 다르다. First, the quenched structure is a structure mainly composed of martensite and / or bainite, obtained by cooling in an austenite temperature region as is usually used. The quenched tissue of the present invention is substantially composed of the martensite and / or bainite, and then a suitable small amount of retained austenite. It is composed of a part of bainite. Here, the mass and acicular structure defined in the quenched tissue of the present invention are defined in the definition of feather-shaped bainite (upper bainite) or acicular bainite (lower bainite) that can be used for ordinary bainite fractionation. It is different from following.

즉, 본 발명의 괴상 조직이란, 그 조직 내부에 여러 종류의 방향성을 가진 미세한 탄화물이 다수 성장된 조직이다. 그리고, 강의 단면 조직에 있어서, 본 발명의 괴상 조직은, 그 표기와 같이, 모두 "덩어리 모양"을 나타낸다. 이 괴상 조직은, 사방 1Omm 정도의 작은 시료를 공냉할 만큼의 빠른 냉각 속도에서도 생성되므로, 실용 강괴의 담금질 시에는, 더욱 괴상 조직을 저감하는 것은 어렵지만, 전체 조직의 대부분을 차지하면, 인성의 저하를 초래한다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 담금질 조직 중에 차지하는 괴상 조직을 45면적% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 40면적% 이하, 더욱 바람직하게는 30면적% 이하이다. That is, the mass structure of this invention is a structure | tissue in which many fine carbides with various kinds of directionality were grown inside the structure. And the cross-sectional structure of steel WHEREIN: The mass structure of this invention all shows "bulk shape" like the notation. This mass structure is produced even at a high cooling rate as long as air cooling a small sample of about 100 mm in all directions. Therefore, when quenching of practical steel ingots, it is difficult to further reduce the mass structure. Results in. Therefore, in this invention, it is preferable to make the blocky structure occupied in a hardening structure into 45 area% or less. More preferably, it is 40 area% or less, More preferably, it is 30 area% or less.

다음으로, 본 발명의 침상 조직이란, 그 조직 내부에, 하나의 방향성을 가진 상기 괴상 조직 중의 탄화물에 비해서 긴 탄화물이, 다수 성장한 조직이다. 그리고, 단면 조직에 있어서, 본 발명의 침상 조직은 "바늘 모양"을 나타낸다. 이 침상 조직은, 괴상 조직이 생성하기 시작하는 냉각 속도보다도 늦은 냉각 속도로 생성되지만, 역시 실용 강괴의 담금질 시에는, 이 침상 조직도 저감하는 것은 어렵다. 그러나, 전체 조직의 대부분을 차지하면, 인성이 크게 나빠진다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 담금질 조직 중에 차지하는 침상 조직을 40면적% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 25면적% 이하이다. Next, the acicular tissue of the present invention is a tissue in which a large number of long carbides are grown in the tissue as compared with the carbide in the bulky structure having one orientation. In the cross-sectional structure, the needle-like structure of the present invention exhibits a "needle shape". This needle-like structure is produced at a cooling rate slower than the cooling rate at which the bulky tissue starts to form, but it is also difficult to reduce the needle-like structure at the time of quenching the practical steel ingot. However, when they occupy most of the entire organization, toughness deteriorates greatly. Therefore, in this invention, it is preferable to make the acicular structure occupied in a hardening structure into 40 area% or less. More preferably, it is 25 area% or less.

여기서, 본 발명의 괴상 조직 및 침상 조직은, 그 형상의 차이를 이용함으로써, 단면 관찰에 의한 시각적인 분별·정량을 할 수 있다. 즉, 임의의 조직 단면에 있어서는, 예를 들면 정전위 전해 에칭법(SPEED법)에 의한 부식을 실시함으로써, 탄화물이 석출되지 않는 마르텐사이트 베이스에 비해서는 내식성이 떨어지는 양 조직은 우선적으로 부식된다. 그리고, 그 부식면을 주사 전자 현미경(×5000배)으로 관찰한 조직 사진이 도 1이지만, 보충의 모식도로서 도 2와 도 3에도 나타낸 바와 같이, 본 발명의 괴상 조직 및 침상 조직의 분별 정량이 가능하다. 한편, 이 경우, 본 발명에서는, 최대 길이로 약 0.5㎛ 이상의 양 조직을 관찰 대상으로 하고, 임의의 3 시야(視野)의 관찰을 행하면, 그 작용 효과를 특정하는 데에 충분하다. 도 1은, 괴상 조직이 27면적%, 침상 조직이 30면적%인, 후술하는 실시예 3의 본 발명 강 6에 상당하는 것 중의 1 시야이다. 그리고, 도 4는 괴상 조직이 44면적%, 침상 조직이 16면적%인, 후술하는 실시예 3의 종래 강 31에 상당하는 것 중의 1 시야이다. Here, the mass structure and the needle structure of this invention can visually discriminate and quantify by cross-sectional observation by using the difference of the shape. That is, in any structure cross section, by performing corrosion by, for example, the electropotential electrolytic etching method (SPEED method), both structures which are inferior in corrosion resistance are preferentially corroded compared with the martensitic base on which carbides are not deposited. And although the photograph of the structure which observed the corroded surface with the scanning electron microscope (x 5000 times) is FIG. 1, as shown in FIG. 2 and FIG. 3 as a schematic diagram of supplementation, the classification | quantitative quantification of the mass structure and the acicular tissue of this invention is It is possible. In this case, on the other hand, in the present invention, when both tissues are observed as the maximum length of about 0.5 µm or more, and any of the three fields of view is observed, it is sufficient to specify the effect. FIG. 1: is 1 visual field in the correspondence of this invention steel 6 of Example 3 mentioned later whose mass structure is 27 area% and needle shape structure is 30 area%. 4 is a visual field of 1 corresponded to the conventional steel 31 of Example 3 mentioned later whose mass structure is 44 area% and needle shape structure is 16 area%.

또, 본 발명의 담금질 조직 구성에 있어서는, 또 하나 중요시 되는 것이, 잔류 오스테나이트이다. 이 조직은, 강도 특성의 열화 요인으로서, 저감의 바람직한 조직인 바, 본 발명에 있어서는, 적당한 잔류량이 인성의 향상에 기여한다. 따라서, 본 발명에서는, 담금질 조직 중에 차지하는 잔류 오스테나이트를 5~20체적%로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 10체적% 이상이다. 한편, 잔류 오스테나이트의 정량은, 통상적 방법에 따라, 예를 들면, 전해 연마한 시료를 이용해서 X선 회절법에 의한 회절 강도를 이용한 체적률 측정을 행하면 된다. In addition, in the quenched tissue structure of the present invention, one more important thing is retained austenite. This structure is a preferable structure for reduction as a deterioration factor of the strength characteristics, and therefore, in the present invention, a suitable residual amount contributes to the improvement of toughness. Therefore, in this invention, it is preferable to set residual austenite to 5-20 volume% in a hardening structure. More preferably, it is 10 volume% or more. In addition, what is necessary is just to perform volume fraction measurement using the diffraction intensity | strength by X-ray-diffraction method using the sample electrolytically polished according to a conventional method, for example, to quantify residual austenite.

본 발명의 열간 공구강의 제조 방법에 있어서는, 상기의 성분 조성 및 담금질 조직 구성을 충족시킨 다음에는, 다음 공정의 템퍼링에서 목표로 하는 조질 경도를 정한 다음, 이하의 관계식 중 X가 40 이상이 되는 템퍼링을 실시함으로써, 인성이 우수한 열간 공구강이 만들어진다. In the manufacturing method of the hot tool steel of this invention, after satisfy | filling said component composition and hardening structure constitution, after tempering the tempered hardness target by tempering of the next process, after tempering that X becomes 40 or more in the following relational formulas, By performing this, hot tool steel with excellent toughness is produced.

X=[-0.36×(HRC)-1.47×(A%)-1.67×(B%)+6.55×(C%)+72.91]X = [-0.36 × (HRC) -1.47 × (A%)-1.67 × (B%) + 6.55 × (C%) + 72.91]

A%: 괴상 조직 면적%, B%: 침상 조직 면적%, C%: 잔류 오스테나이트 체적%A%:% of bulk tissue, B%:% of needle tissue, C%:% of retained austenite

즉, 상기 식은, 템퍼링 후의 인성에 미치는, 담금질 시의 조직과, 템퍼링 경도의 영향도를 연구한 것으로, 그 구체적인 영향 파라미타를 명확히 한 것이다. 템퍼링 후의 인성을 확보하는 데에는, 괴상 조직 및 침상 조직의 저감이 유효하고, 양자 중에서도, 수식에 있어서 네거티브측에 큰 계수를 가진 침상 조직의 저감이 특히 유효하다. 한편으로는, 수식에 있어서 포지티브측에 큰 계수를 가지고 있으므로, 적량의 잔류 오스테나이트가 인성의 확보에 유리하게 작용한다는 것을 알 수 있다. 그리고, 목표로 하는 경도로서는, 예를 들면, 열간 공구강으로서 성립하는 40HRC 이상을 설정해도 되지만, 본 발명의 성분 조성과 담금질 조직 구성을 충족시킨 열간 공구강이면, 더욱 높은 경도, 예를 들면 43HRC 이상, 그리고 45HRC 이상의 경도를 목표로 해도, 충분한 인성을 확보할 수 있는 것이다. 그러나, 현저한 인성 향상 효과를 유지한 다음에는, 49HRC 이하의 템퍼링 경도에 그치는 것이 바람직하다. That is, the above formula is a study of the influence of the tempering hardness and the structure at the time of quenching on the toughness after tempering, and the specific influence parameter is clarified. In order to secure the toughness after tempering, reduction of mass structure and acicular structure is effective, and reduction of acicular structure which has a large coefficient on the negative side in a formula is especially effective in both of them. On the other hand, since the formula has a large coefficient on the positive side, it can be seen that an appropriate amount of retained austenite acts advantageously to secure toughness. The target hardness may be, for example, 40 HRC or more, which is established as a hot tool steel. However, in the case of hot tool steel that satisfies the component composition and the quenched structure configuration of the present invention, a higher hardness, for example, 43 HRC or more, And even if it aims at the hardness of 45HRC or more, sufficient toughness can be ensured. However, after maintaining a remarkable toughness improvement effect, it is preferable to stop at tempering hardness of 49 HRC or less.

실시예Example 1  One

표 1에 본 발명 강, 비교 강 및 종래 강의 화학 성분을 나타낸다. 비교 강은 본 발명의 한정된 좁은 성분 범위에서 벗어나 있는 화학 조성의 강철, 종래 강은 현재 일반적으로 사용되고 있는, 당연한 것이면서 본 발명의 성분 범위 외의 열간 공구강이다. Table 1 shows the chemical components of the inventive steel, comparative steel and conventional steel. Comparative steels are steels of chemical composition that deviate from the limited narrow component range of the present invention, and conventional steels are hot tool steels, both natural and out of the component range of the present invention, which are currently commonly used.

Figure pat00001
Figure pat00001

이러한 본 발명 강, 비교 강 및 종래 강은, 진공 유도 용해로에서 1Okg씩 용제한 강괴에, 1250℃에서 5시간의 균질화 열처리를 실시한 후, 1150℃에서 열간 단조함으로써 30mm두께×60mm폭의 강재를 제조했다. 그 후, 860℃에서 어닐링 처리한 뒤, 1030℃에서 담금질 처리했다. 담금질은 가압 가스 냉각으로 행하고, 담금질 온도(1030℃)로부터 담금질 온도와 실온(20℃)의 중간 온도(525℃)까지 냉각하는 데에 소요되는 시간을 반냉각 시간이라고 정의한 경우(예를 들면, 1030℃로부터 525℃까지 냉각하는 데에 10분 걸리는 경우 "반냉각 10분"이라고 나타낸다), 급랭에 대응하는 것으로서 반냉각 3분 정도, 대형 사이즈의 강재의 중심부와 같이 냉각 속도가 지연되는 부분에 대응하는 것으로서 반냉각 40분 정도로 냉각했다. 그 후, 여러 가지 온도에서 템퍼링 처리하여, 46HRC의 경도로 조질했다. Such steels of the present invention, comparative steels and conventional steels were subjected to homogenization heat treatment at 1250 ° C. for 5 hours to a steel ingot 100 kg in a vacuum induction furnace, followed by hot forging at 1150 ° C. to produce a 30 mm thick × 60 mm wide steel material. did. Thereafter, annealing was performed at 860 ° C, and then quenched at 1030 ° C. Quenching is performed by pressurized gas cooling, and the time required for cooling from the quenching temperature (1030 ° C) to the intermediate temperature (525 ° C) between the quenching temperature and room temperature (20 ° C) is defined as semi-cooling time (for example, If it takes 10 minutes to cool from 1030 ° C to 525 ° C, it is referred to as "semi-cooling 10 minutes"). As a counterpart, it cooled by about 40 minutes of semi-cooling. Then, it tempered at the various temperature and adjusted to the hardness of 46HRC.

상기와 같이 해서 제조한 표 1의 본 발명 강, 비교 강 및 종래 강으로부터, 단조 후의 강재의 폭 방향에 시험편의 길이 방향, 강재의 길이 방향에 시험편의 노치(notch) 방향이 오도록(즉, T 방향으로부터 채취) 해서 제조한 2mm U-노치 샤르피(Charpy) 충격 시험편을 이용하여, 실온에서 샤르피 충격 시험한 결과를 표 2에 나타낸다. 이 T 방향으로부터 채취하고, 비교적 높은 경도인 46HRC로 조질한 시험편으로 샤르피 충격 시험을 행한 경우, 단조 조직의 영향을 받아서 충격치가 낮아지기 쉽기 때문에, 34(J/㎠)을 초과하는 충격치가 얻어지면 우수한 인성을 가진다고 말할 수 있다. 특히 40(J/㎠)을 초과하는 충격치가 얻어지면 그 인성은 매우 우수하다. From the inventive steel, comparative steel, and conventional steel of Table 1 manufactured as described above, the notch direction of the test piece is in the longitudinal direction of the test piece in the width direction of the steel material after forging, and the notch direction of the test piece in the longitudinal direction of the steel material (that is, T Table 2 shows the results of the Charpy impact test at room temperature using a 2 mm U-notched Charpy impact test specimen prepared by collecting from the direction). When the Charpy impact test was taken from the T-direction and a comparatively high hardness 46HRC tempered specimen, the impact value tends to be lowered due to the influence of the forging structure, so that an impact value exceeding 34 (J / cm 2) is obtained. It can be said to have toughness. Especially when the impact value exceeding 40 (J / cm <2>) is obtained, the toughness is very excellent.

시료sample 2mm U-노치 샤르피 충격치(J/㎠)2mm U-notch Charpy impact value (J / ㎠) 반냉각 3분 담금질Semi-cooled 3 minutes quenching 반냉각 40분 담금질Semi-cooled 40 minutes quenching 본 발명 강 1Invention steel 1 49.849.8 37.537.5 본 발명 강 2Invention steel 2 52.552.5 36.236.2 본 발명 강 3Invention steel 3 57.257.2 43.343.3 본 발명 강 4Invention steel 4 53.953.9 34.434.4 본 발명 강 5Invention steel 5 53.053.0 40.640.6 본 발명 강 6Invention steel 6 52.552.5 41.141.1 본 발명 강 7Inventive Steel 7 52.552.5 47.947.9 본 발명 강 8Inventive Steel 8 54.954.9 41.141.1 본 발명 강 9Inventive Steel 9 48.448.4 41.541.5 본 발명 강 10Inventive Steel 10 42.442.4 36.636.6 본 발명 강 11Inventive Steel 11 47.047.0 34.434.4 본 발명 강 12Inventive Steel 12 49.349.3 39.739.7 본 발명 강 13Invention steel 13 43.843.8 34.434.4 비교 강 21Comparison river 21 38.038.0 29.829.8 비교 강 22Comparison river 22 52.152.1 32.332.3 비교 강 23Comparative River 23 54.954.9 43.843.8 비교 강 24Comparative River 24 44.344.3 31.431.4 비교 강 25Comparative River 25 37.537.5 33.633.6 비교 강 26Comparative River 26 51.651.6 30.130.1 비교 강 27Comparative River 27 47.947.9 33.633.6 종래 강 31Conventional Steel 31 42.442.4 21.621.6 종래 강 32Conventional Steel 32 41.141.1 34.434.4

표 2의 결과로부터, 급랭에 의한 담금질을 실시하면, 본 발명의 조성 외인 비교 강이나 종래 강인 경우에도, T 방향으로부터 채취한 시험편에서도 비교적 높은 충격치가 얻어진다. 그러나, 반냉각 40분 정도의 느린 냉각 속도로 담금질한 경우, 비교 강 21은 처음부터 Mo량이 낮은 것에 더하여, Ni도 무첨가이기 때문에, 비교 강 22는 Mo량이 낮기 때문에, 각각 담금질성이 뒤떨어지고, 충격치도 낮아진다. 또, Si량이 지나치게 많은 비교 강 24~27도 충격값이 낮아진다. From the results of Table 2, when quenching by quenching is performed, even in the case of comparative steels or conventional steels other than the composition of the present invention, a relatively high impact value can be obtained even from test pieces taken from the T direction. However, when quenched at a slow cooling rate of about 40 minutes of semi-cooling, comparative steel 21 has a low Mo content in addition to the low Mo content from the beginning, and since comparative steel 22 has a low Mo content, the quenchability is inferior, respectively. The impact value is also lowered. In addition, the comparative steels 24 to 27 with too much Si also have a low impact value.

종래 강 31은, 처음부터 Mo량이 낮은 것에 더하여, 조금 낮은 C량과 Ni도 무첨가이기 때문에 담금질성이 상당히 뒤떨어지고, 충격치가 가장 낮다. Mo량이 많고, 충격치가 낮은 경향에 있는 종래 강 32는 Si도 매우 낮으므로, 피삭성이 불충분하다. In the conventional steel 31, in addition to low Mo content from the beginning, slightly lower C content and Ni are also added, so hardenability is considerably inferior, and the impact value is the lowest. The conventional steel 32, which has a large amount of Mo and tends to have a low impact value, is also very low in Si, and therefore has insufficient machinability.

이에 반해, 화학 조성을 최적으로 조정한 본 발명 강 1~13은, 느린 냉각 속도에서의 담금질이더라도 우수한 인성을 유지한다. 한편, 비교 강 23은, 본 발명으로 의한 최적 조성과 비교해서 인성을 향상시키는 원소인 Ni만이 높게 벗어난 조성이기 때문에, 냉각 속도가 느려져도 인성은 양호하다. On the contrary, the steels 1 to 13 of the present invention, in which the chemical composition is optimally adjusted, maintain excellent toughness even when quenched at a slow cooling rate. On the other hand, Comparative Steel 23 is a composition in which only Ni, which is an element that improves toughness, is higher than the optimum composition according to the present invention, so that the toughness is good even if the cooling rate is slow.

실시예Example 2  2

다음으로, 표 1의 본 발명 강 및 비교 강 중에서 충격치가 양호했던 비교 강 23을 이용해서 고온 강도를 비교했다. 인장 시험편은, 단조 후의 강재의 길이 방향에 시험편의 길이 방향이 오도록 채취하여(즉, L 방향으로부터 채취하여), 650℃에서 고온 인장 시험했을 때의 인장 강도로 평가했다. 인장 시험은, 시험편이 650℃에 도달한 후 10분 유지하고 나서 시작했다. 결과를 표 3에 나타낸다. Next, high temperature strength was compared using the comparative steel 23 in which the impact value was favorable in the steel of this invention of Table 1, and a comparative steel. The tensile test piece was sampled so that the longitudinal direction of the test piece might come in the longitudinal direction of the steel material after forging (that is, taken from the L direction), and evaluated by the tensile strength at the time of high temperature tensile test at 650 degreeC. The tensile test was started after the test piece reached 650 degreeC for 10 minutes. The results are shown in Table 3.

시료sample 650℃에서의 인장 강도(MPa)Tensile Strength at 650 ° C (MPa) 반냉각 3분 담금질Semi-cooled 3 minutes quenching 반냉각 40분 담금질Semi-cooled 40 minutes quenching 본 발명 강 1Invention steel 1 645645 603603 본 발명 강 2Invention steel 2 656656 606606 본 발명 강 3Invention steel 3 675675 621621 본 발명 강 4Invention steel 4 638638 632632 본 발명 강 5Invention steel 5 650650 635635 본 발명 강 6Invention steel 6 678678 641641 본 발명 강 7Inventive Steel 7 664664 628628 본 발명 강 8Inventive Steel 8 657657 638638 본 발명 강 9Inventive Steel 9 661661 621621 본 발명 강 10Inventive Steel 10 648648 622622 본 발명 강 11Inventive Steel 11 667667 614614 본 발명 강 12Inventive Steel 12 638638 596596 본 발명 강 13Invention steel 13 675675 636636 비교 강 23Comparative River 23 603603 589589

본 발명의 최적 조성의 좁은 범위로부터 벗어나는 비교 강 23은, Ni 함유량이 지나치게 많기 때문에, 인성은 우수했지만 고온 강도가 떨어지는 것을 알 수 있다. 한편, 본 발명 강은 모두 높은 고온 강도를 가지는 것을 알 수 있다.Since comparative steel 23 deviating from the narrow range of the optimal composition of this invention has too much Ni content, it is excellent in toughness but it turns out that high temperature strength falls. On the other hand, it can be seen that the steels of the present invention all have high high temperature strength.

실시예Example 3  3

실시예 1에서 제조한 본 발명 강 6, 비교 강 2i~23, 26 및 종래 강 31, 32에 대해서는, 그의 반냉각 40분 정도의 느린 냉각 속도로 담금질한 강재를 대상으로 하고, 템퍼링하기 전에는, 이하와 같이 사전에 조직 관찰을 행했다. 우선, 이러한 강재로부터, 사방 1Omm의 조직 관찰용 시료를 채취하고, SPEED법으로 부식시킨 시료를 이용해서 주사 전자 현미경에 의한 5000배의 관찰을 행했다. 일례로서 본 발명 강 6 및 종래 강 31로부터 얻어진 화상을 도 1 및 도 4에 나타낸다. 이러한 화상을 이용하여, 괴상 조직 및 침상 조직을 화상해석에 의해 면적률 측정했다. 역시 일례로서 본 발명 강 6 및 종래 강 31의 괴상 조직을 측정한 모식도를 도 2 및 도 5, 동일하게 본 발명 강 6 및 종래 강 31의 침상 조직을 측정한 모식도를 도 3(× 표시는 제외됨) 및 도 6에 나타낸다. 이러한 측정을 각 시료의 각 조직에 대해서 3 시야씩 행함으로써, 그 평균을 면적률로 했다. 또, 상기 시료를 재연마 후, 전해 연마로 마감 처리한 시료에 대해서 X선 회절법에 의한 잔류 오스테나이트량의 측정을 행했다. 이상의 결과를 종합한 것을 표 4에 나타낸다. For inventive steels 6, comparative steels 2i to 23, 26 and conventional steels 31 and 32 prepared in Example 1, the steels quenched at a slow cooling rate of about 40 minutes for the semi-cooling thereof were used, and before tempering, Structure observation was performed previously as follows. First, samples for tissue observation of 100 mm square were collected from such steel materials, and 5000 times observation by the scanning electron microscope was performed using the sample corroded by the SPEED method. As an example, images obtained from inventive steel 6 and conventional steel 31 are shown in FIGS. 1 and 4. Using such an image, the area ratio was measured by image analysis of the mass structure and the acicular structure. As an example, a schematic diagram of the measurement of the bulk structure of the inventive steel 6 and the conventional steel 31 is shown in FIGS. 2 and 5, and a schematic diagram of the measurement of the needle-like structure of the inventive steel 6 and the conventional steel 31 is shown in FIG. ) And FIG. 6. The average was made into area ratio by performing these measurements by 3 visual fields about each structure of each sample. Moreover, after regrinding the sample, the amount of retained austenite by X-ray diffraction was measured for the sample which was finished by electropolishing. Table 4 summarizes the above results.

시 료sample 괴상 조직의
면적% (A%)
Lumpy tissue
Area% (A%)
침상 조직의
면적% (B%)
Couch tissue
Area% (B%)
잔류 오스테나이트의
체적% (C%)
Residual austenite
Volume% (C%)
본 발명 강 6Invention steel 6 2323 3636 1212 비교 강 21Comparison river 21 3434 1717 88 비교 강 22Comparison river 22 4646 22 88 비교 강 23Comparative River 23 4343 22 99 비교 강 26Comparative River 26 5555 55 99 종래 강 31Conventional Steel 31 3939 2020 99 종래 강 32Conventional Steel 32 3232 2222 99

실시예 1에서는 이미 개시되어 있지만, 샤르피 충격 시험의 결과를, 시험편의 템퍼링 경도, 그리고 본 발명의 경도와 조직 비율의 관계식으로부터 도출되는 값 X와 함께 표 5에 나타낸다. Although already disclosed in Example 1, the result of a Charpy impact test is shown in Table 5 with the value X derived from the tempering hardness of a test piece, and the relationship of the hardness and structure ratio of this invention.

시 료sample 2mm U-노치 샤르피
충격치 (J/㎠)
2mm U-notch Charpy
Impact value (J / ㎠)
샤르피 충격 시험편
의 경도 (HRC)
Charpy impact test piece
Hardness (HRC)
XX
본 발명 강 6Invention steel 6 41.141.1 45.245.2 41.341.3 비교 강 21Comparison river 21 29.829.8 45.145.1 30.730.7 비교 강 22Comparison river 22 32.332.3 46.046.0 37.837.8 비교 강 23Comparative River 23 43.843.8 45.345.3 49.049.0 비교 강 26Comparative River 26 30.130.1 45.645.6 26.226.2 종래 강 31Conventional Steel 31 21.621.6 46.246.2 24.524.5 종래 강 32Conventional Steel 32 34.434.4 46.546.5 31.331.3

이러한 결과로부터, 반냉각 40분 정도의 느린 냉각 속도로 담금질한 경우, 충격치가 낮은 비교 강 21 및 종래 강 31의 담금질 조직을 평가하면, 비교적 괴상 조직이 많을 뿐 아니라 잔류 오스테나이트도 낮은 상태에서는, 인성에 대한 악영향 정도가 높은 침상 조직이 발달하고, 게다가 X값도 상당히 낮다. 충격치가 낮은 종래 강 32도, 그것의 담금질 조직은 비교 강 21 및 종래 강 31에 가깝지만, 각 구성 조직의 밸런스 개선(즉, X값의 상승)에 의해, 인성이 향상되는 경향이 있다. From these results, when the quenched structures of comparative steel 21 and conventional steel 31 having a low impact value were evaluated when quenched at a slow cooling rate of about 40 minutes of semi-cooling, in a state in which not only relatively bulky structures but also retained austenite are low, Needle tissues with a high degree of adverse effect on toughness develop, and the X value is also considerably low. The conventional steel 32 degree with low impact value and its hardening structure are close to the comparative steel 21 and the conventional steel 31, but there exists a tendency for toughness to improve by balance improvement (that is, increase of X value) of each structural structure.

Mo량이 낮은 비교 강 22 및 비교 강 26은, Ni량이 지나치게 많아서 괴상 조직이 발달하기 때문에, 충격값이 낮다. 한편, 양시료에 있어서는, 비교 강 26은, 추가로 Si량도 많기 때문에, 침상 조직이 생성되는 경향도 보인다. Comparative steel 22 and comparative steel 26 having a low Mo amount have a low impact value because the amount of Ni is excessively large and a bulk structure develops. On the other hand, in both samples, comparative steel 26 also has a large amount of Si, and therefore, a tendency for needle-like structure to be produced is also seen.

이에 반하여, 화학 조성을 최적으로 조정한 본 발명 강 6의 담금질 조직을 평가하면, 침상 조직이 발달되어도, 괴상 조직이 적고, 또한, 무엇보다도 인성의 향상에 유효한 잔류 오스테나이트가 많이 잔존하고 있다. 그리고, 상기 구성 조직의 밸런스(즉, X값)도 우수하다. 한편, 다량의 Ni를 포함하기 때문에 인성이 양호한 비교 강 23의 담금질 조직은, 괴상 조직이 많으면서도, X값이 40 이상을 충족시키고 있다. 그러나, 고온 강도가 떨어지는 것은 전술한 바와 같다. On the contrary, when the quenched structure of the steel 6 of the present invention with the optimum chemical composition adjusted was evaluated, even when the needle-like structure developed, there was less mass structure, and above all, much residual austenite effective for improving toughness remained. In addition, the balance of the structural structure (that is, X value) is also excellent. On the other hand, the quenched structure of Comparative Steel 23 having good toughness because it contains a large amount of Ni, while having a large number of bulky structures, the X value satisfies 40 or more. However, the drop in high temperature strength is as described above.

본 발명을 적용해서 열간 공구강의 인성 및 고온 강도를 향상시킴으로써, 프레스 금형이나 단조 금형, 다이캐스트 금형, 압출 공구와 같은 여러 가지 열간 공구에 대한 적용은 물론, 더 나아가 사용 부하가 큰 금형 등의 열간 공구 부재에도 적용할 수 있다.By applying the present invention to improve the toughness and high temperature strength of the hot tool steel, it can be applied to various hot tools such as press dies, forging dies, die cast molds, extrusion tools, as well as hot dies for heavy loads. It can also be applied to tool members.

Claims (18)

질량%로, C: 0.34~0.40%, Si: 0.3~ 0.5%, Mn: 0.45~0.75%, S: 0.01% 이하, Cr: 4.9~5.5%, Mo 및 W는 단독 또는 복합으로 (Mo+1/2W): 2.5~2.9%, V: 0.5~O.7%를 포함하고, Ni은 포함하지 않거나 또는 0.3% 이하의 양으로 포함하며, 나머지 양의 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 인성(靭性) 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강. In mass%, C: 0.34 to 0.40%, Si: 0.3 to 0.5%, Mn: 0.45 to 0.75%, S: 0.01% or less, Cr: 4.9 to 5.5%, Mo and W are used alone or in combination (Mo + 1 / 2W): 2.5 to 2.9%, V: 0.5 to 0.7%, containing no Ni or in an amount less than 0.3%, characterized in that consisting of the remaining amount of Fe and unavoidable impurities, Hot tool steel with good toughness and high temperature strength. 제1항에 있어서,
질량%로, C: 0.35~0.39%인 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강.
The method of claim 1,
Hot tool steel with excellent toughness and high temperature strength, characterized by a mass% of 0.35% to 0.39%.
제1항에 있어서,
질량%로, Si: 0.35~0.45%인 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강.
The method of claim 1,
Hot tool steel with excellent toughness and high temperature strength, characterized by a mass% of Si: 0.35 to 0.45%.
제1항에 있어서,
질량%로, Mn: 0.5~0.7%인 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강.
The method of claim 1,
Hot tool steel with excellent toughness and high temperature strength, characterized by a mass percentage of Mn of 0.5 to 0.7%.
제1항에 있어서,
질량%로, Ni: 0.01~0.3%인 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강.
The method of claim 1,
Ni: 0.01% to 0.3% by mass, hot tool steel excellent in toughness and high temperature strength.
제1항에 있어서,
질량%로, Cr: 5.0~5.4%인 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강.
The method of claim 1,
Hot tool steel with excellent toughness and high temperature strength, characterized by a mass% of Cr: 5.0 to 5.4%.
제1항에 있어서,
질량%로, Mo 및 W는 단독 또는 복합으로 (Mo+1/2W): 2.6~2.8%인 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강.
The method of claim 1,
Hot tool steel with excellent toughness and high temperature strength, characterized in that, by mass%, Mo and W alone or in combination (Mo + 1 / 2W): 2.6 to 2.8%.
제1항에 있어서,
질량%로, V: 0.55~0.65%인 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강.
The method of claim 1,
Hot tool steel with excellent toughness and high temperature strength, characterized by a mass% of V: 0.55 to 0.65%.
제1항에 있어서,
경도가, 40HRC 이상인 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강.
The method of claim 1,
Hot tool steel excellent in toughness and high temperature strength, wherein hardness is 40 HRC or more.
제1항에 있어서,
경도가, 43HRC 이상인 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강.
The method of claim 1,
Hot tool steel excellent in toughness and high temperature strength characterized by the hardness being 43 HRC or more.
제1항에 있어서,
경도가, 45HRC 이상인 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강.
The method of claim 1,
Hot tool steel excellent in toughness and high temperature strength characterized by the hardness of 45 HRC or more.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
경도가, 49HRC 이하인 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강.
12. The method according to any one of claims 9 to 11,
Hot tool steel excellent in toughness and high temperature strength characterized by the hardness of 49 HRC or less.
제1항에 있어서,
담금질 시의 단면 조직은, 괴상(塊狀) 조직 및 침상(針狀) 조직을 포함하고,
괴상 조직(A%): 45면적% 이하,
침상 조직(B%): 40면적% 이하,
잔류 오스테나이트(C%): 5~20체적%
인 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강.
The method of claim 1,
The cross-sectional structure at the time of quenching includes block structure and needle structure,
Massive tissue (A%): 45 area% or less,
Couch tissue (B%): 40 area% or less,
Residual Austenite (C%): 5-20% by volume
Hot tool steel excellent in toughness and high temperature strength, characterized by the above-mentioned.
제13항에 기재된 열간 공구강을, 하기 수식으로 나타내어지는 템퍼링(tempering) 경도(HRC)와 조직 비율과의 관계치 X가 40 이상이 되도록 템퍼링하는 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강의 제조 방법:
X = [-0.36×(HRC)-1.47×(A%)-1.67×(B%)+6.55×(C%)+72.91]
The hot tool steel of Claim 13 is tempered so that relationship X between tempering hardness (HRC) and a structure ratio which are represented by a following formula may be 40 or more, The hot tool steel excellent in toughness and high temperature strength is characterized by the above-mentioned. Manufacturing method:
X = [-0.36 × (HRC) -1.47 × (A%)-1.67 × (B%) + 6.55 × (C%) + 72.91]
제14항에 있어서,
40~49HRC로 템퍼링하는 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강의 제조 방법.
15. The method of claim 14,
A method for producing hot tool steel having excellent toughness and high temperature strength, characterized by tempering at 40 to 49 HRC.
제14항에 있어서,
43~49HRC로 템퍼링하는 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강의 제조 방법.
15. The method of claim 14,
A method for producing hot tool steel having excellent toughness and high temperature strength, characterized by tempering at 43 to 49 HRC.
제14항에 있어서,
45~49HRC로 템퍼링하는 것을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강의 제조 방법.
15. The method of claim 14,
A method for producing hot tool steel having excellent toughness and high temperature strength, characterized by tempering at 45 to 49 HRC.
제 1항에 있어서,
0.01 내지 0.11%의 Ni를 포함함을 특징으로 하는, 인성 및 고온 강도가 우수한 열간 공구강.
The method of claim 1,
Hot tool steel with good toughness and high temperature strength, characterized by containing 0.01 to 0.11% Ni.
KR1020137006463A 2006-09-15 2007-09-14 Hot-working tool steel having excellent toughness and high-temperature strength and method for production thereof KR20130036076A (en)

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