KR20150014729A

KR20150014729A - 금형강 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20150014729A
Application number: KR1020130090332A
Authority: KR
Inventors: 염성호; 최화열; 이광근; 김영식; 한경석
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2015-02-09
Also published as: KR101537158B1

Abstract

합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 대형 제품의 플라스틱 사출 성형에 적합한 물성을 확보할 수 있는 금형강 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 금형강 제조 방법은 중량%로, C : 0.1 ~ 0.3%, Si : 0.2 ~ 0.3%, Mn : 0.8 ~ 1.3%, P : 0.015% 이하, S : 0.015% 이하, Ni : 0.15 ~ 0.50%, Cr : 1.0 ~ 3.0%, Mo : 0.51 ~ 0.65%, Cu : 0.1% 이하, B : 0.0008 ~ 0.0030%, Al : 0.02 ~ 0.05%, V : 0.08% 이하, Ca : 0.002 ~ 0.005%, H : 0.0015% 이하 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 조성되는 잉곳을 주조하는 단계; 상기 잉곳을 가열로에서 가열하여 업세팅하는 단계; 상기 업세팅된 잉곳을 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 잉곳을 재가열하고 자유단조하여 단조재를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

금형강 및 그 제조 방법{PLASTIC DIE STEEL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 금형강 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 대형 제품의 플라스틱 사출 성형에 적합한 물성을 확보할 수 있는 금형강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

대형 플라스틱 사출 성형용 금형강을 제작하기 위해서는 대략 50톤 이상의 대형 잉곳을 필요로 한다. 이러한 대형 잉곳의 경우, 잉곳 중심부의 냉각속도가 느리기 때문에 개재물의 편석이 심화된다. 또한, 금형강의 제작시 개재물 편석에 의해 수소가 집적되어 균열, 경도 편차, 불균일 마모가 발생하고 있다.

한편, 대형 플라스틱 사출 성형용 금형을 이용하여 대형 플라스틱 제품을 제조할 경우, 금형의 불균일 온도에 의한 제품의 치수 불균일이 발생할 수 있다. 또한, 금형의 불균일 온도는 금형 소재의 마모 편차를 가중시키며, 장기간 사용시 제품의 치수 불균일을 발생시킬 수 있다.

관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2011-0015253호(2011.02.15. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 금형강 및 그 가공방법이 기재되어 있다.

본 발명의 목적은 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 대형 제품의 플라스틱 사출 성형에 적합한 물성을 확보할 수 있는 금형강을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조되어, 항복강도(YS) 800 ~ 1000MPa 이상, 인장강도(TS) 900 ~ 1200MPa, 연신율(EL) 15% 이상 및 경도 : 42 ~ 55HRc를 나타내는 금형강을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 금형강 제조 방법은 중량%로, C : 0.1 ~ 0.3%, Si : 0.2 ~ 0.3%, Mn : 0.8 ~ 1.3%, P : 0.015% 이하, S : 0.015% 이하, Ni : 0.15 ~ 0.50%, Cr : 1.0 ~ 3.0%, Mo : 0.51 ~ 0.65%, Cu : 0.1% 이하, B : 0.0008 ~ 0.0030%, Al : 0.02 ~ 0.05%, V : 0.08% 이하, Ca : 0.002 ~ 0.005%, H : 0.0015% 이하 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 조성되는 잉곳을 주조하는 단계; 상기 잉곳을 가열로에서 가열하여 업세팅하는 단계; 상기 업세팅된 잉곳을 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 잉곳을 재가열하고 자유단조하여 단조재를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 금형강은 중량%로, C : 0.1 ~ 0.3%, Si : 0.2 ~ 0.3%, Mn : 0.8 ~ 1.3%, P : 0.015% 이하, S : 0.015% 이하, Ni : 0.15 ~ 0.50%, Cr : 1.0 ~ 3.0%, Mo : 0.51 ~ 0.65%, Cu : 0.1% 이하, B : 0.0008 ~ 0.0030%, Al : 0.02 ~ 0.05%, V : 0.08% 이하, Ca : 0.002 ~ 0.005%, H : 0.0015% 이하 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 조성되며, 항복강도(YS) 800 ~ 1000MPa, 인장강도(TS) 900 ~ 1200MPa 및 연신율(EL) 15% 이상을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여, 소입성 및 강도를 증가시킴으로써 내외부의 경도 균일도가 우수하면서, 항복강도(YS) 800 ~ 1000MPa, 인장강도(TS) 900 ~ 1200MPa, 연신율(EL) 15% 이상 및 경도 : 42 ~ 55HRc를 나타내는 대형 플라스틱 성형용 금형강을 제조할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 금형강은 우수한 기계적 물성 및 열전도도를 가지며, 내외부 균일 경도 분포를 나타내므로 치수 안정성이 균일한 대형 플라스틱 제품을 제조하기 위한 대형 플라스틱 성형용 금형으로 사용하기에 적합하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금형강 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시편들에 대한 경도 값을 측정한 결과를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시편들에 대한 온도별 인장강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시편들에 대한 온도변 열전도도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시편들에 대한 미세조직을 나타낸 사진이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금형강 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

금형강

본 발명에 따른 금형강은 항복강도(YS) 800 ~ 1000MPa, 인장강도(TS) 900 ~ 1200MPa, 연신율(EL) 15% 이상, 경도 : 42 ~ 55HRc 및 열전도도 : 35W/mㆍk 이상을 나타내는 것을 목표로 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 금형강은 중량%로, C : 0.1 ~ 0.3%, Si : 0.2 ~ 0.3%, Mn : 0.8 ~ 1.3%, P : 0.015% 이하, S : 0.015% 이하, Ni : 0.15 ~ 0.50%, Cr : 1.0 ~ 3.0%, Mo : 0.51 ~ 0.65%, Cu : 0.1% 이하, B : 0.0008 ~ 0.0030%, Al : 0.02 ~ 0.05%, V : 0.08% 이하, Ca : 0.002 ~ 0.005%, H : 0.0015% 이하 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 조성된다.

이하, 본 발명에 따른 금형강에 포함되는 각 합금 성분의 역할 및 그 함량 조성비에 대해 설명하기로 한다.

탄소(C)

본 발명에서 탄소(C)는 경도를 확보하기 위하여 첨가된다.

상기 탄소(C)는 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.1 ~ 0.3 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소(C)의 함량이 0.1 중량% 미만으로 첨가되면 필요한 경도를 만족시킬 수 없다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.3 중량%를 초과하면 경도의 과도한 상승으로 인해 기계가공성이 저하되는 문제점이 있다.

실리콘(Si)

본 발명에서 실리콘(Si)은 정련 초기에 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한 실리콘(Si)은 고용강화 효과도 가진다.

상기 실리콘(Si)은 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.2 ~ 0.3 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 0.2 중량% 미만이면 상기의 실리콘 첨가효과가 미미해질 수 있다. 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 0.3 중량%를 초과하면 강중에 규산염이 생성되어 기계가공성을 저하시킬 뿐만 아니라, 표면경면성을 해치게 되는 문제점이 있다.

망간(Mn)

본 발명에서 망간(Mn)은 강 중의 유황과 결합하여 MnS를 형성시켜 FeS 형성을 억제시켜 적열취성을 방지하며 경화능을 향상시켜 경도균일성을 높이기 위해 첨가된다.

상기 망간(Mn)은 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.8 ~ 1.3 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 0.8 중량% 미만으로 첨가되면 고용강화 효과 및 경화능 향상 효과가 불충분하다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 1.3 중량%를 초과하면 기계가공성을 크게 저하시키는 문제점이 있다.

인(P), 황(S)

인(P)은 강도를 증가시키기 위해 첨가된다. 다만, 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.015 중량%를 초과하여 첨가되면 용접성이 악화되는 문제가 있으므로, 인(P)의 첨가량을 0.015 중량% 이하의 함량비로 제한하는 것이 바람직하다.

황(S)은 가공성을 증대시키기 위하여 첨가된다. 황(S)의 함량이 0.015 중량% 미만이면 가공성이 불충분해지고, 0.015 중량%를 초과하여 첨가되면 강의 용접성을 저해할 수 있다. 따라서, 황(S)은 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.015 ~ 0.010 중량%의 함량비로 제한하는 것이 바람직하다.

니켈(Ni)

니켈(Ni)은 인성 및 경화능을 향상시키는 역할을 한다.

상기 니켈(Ni)은 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.15 ~ 0.50 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 니켈(Ni)의 함량이 0.15 중량% 미만으로 첨가되면 니켈(Ni)의 첨가 효과가 불충분할 수 있다. 반대로, 니켈(Ni)의 함량이 0.40 중량%를 초과할 경우 적열취성 유발 등의 문제점이 있다.

크롬(Cr)

크롬(Cr)은 소입성을 증가시키고 탄화물을 만들어 내충격성을 증대시키는 원소로써 Mn 함량의 저감에 따른 소입성을 보상하고, Mo, V 등과 복합 화합물 형성에 의한 템퍼링 저항성을 증대시킨다.

상기 크롬(Cr)은 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 1.0 ~ 3.0 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 크롬(Cr)의 함량이 1.0 중량% 미만으로 첨가되면 상기 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 크롬(Cr)의 함량이 3.0 중량%를 초과하면 기계가공성이 저하되는 문제점이 있다.

몰리브덴(Mo)

몰리브덴(Mo)은 치환형 원소로써 고용강화 효과로 강의 강도를 향상시킨다. 또한, 몰리브덴(Mo)은 강의 경화능을 향상시키는 역할을 한다.

상기 몰리브덴(Mo)은 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.51 ~ 0.65 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.51 중량% 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.65 중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 없이 제조비용만을 상승시키는 문제가 있다.

구리(Cu)

구리(Cu)는 강의 경화능 및 내식성을 향상시키는 원소이다.

다만, 구리의 함량이 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.1 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우, 강의 표면 특성을 저하시킬 우려가 크다. 따라서, 구리(Cu)는 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.1 중량% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.

보론(B)

보론(B)은 경화능 향상원소로서, 마르텐사이트 단상구조를 생성하는데 유효하다.

상기 보론(B)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.0008 ~ 0.0030 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 보론(B)의 함량이 0.0008 중량% 미만일 경우 그 첨가 효과가 불충분할 수 있다. 반대로, 보론(B)의 함량이 0.0030 중량%를 초과하는 경우, 강의 인성 및 연성을 저해하는 문제점이 있다.

알루미늄(Al)

알루미늄(Al)은 상기의 실리콘과 함께 강 중 탈산을 위해 첨가한다.

상기 알루미늄(Al)은 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.02 ~ 0.05 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄(Al)의 함량이 0.02 중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 알루미늄(Al)의 함량이 0.05중량%를 초과할 경우에는 연주성이 저해될 수 있다.

바나듐(V)

바나듐(V)은 탄화물을 석출하여 강도 향상에 기여하고 경화능을 향상시키는 원소이다. 다만, 이러한 바나듐(V)은 그 함량이 증가될수록, 강도의 상승에는 기여하나 취성이 발생되는 문제점이 있다. 이러한 이유로, 바나듐(V)은 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.003 ~ 0.0008 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.

칼슘(Ca)

칼슘(Ca)은 황(S)과의 높은 친화도를 가진다. 이를 통하여 칼슘의 첨가는 구형의 CaS를 형성시켜 강중의 황의 함량을 낮추고, 또한, MnS 개재물의 생성을 방해하여 가공성 향상에 기여한다.

상기 칼슘(Ca)은 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.002 ~ 0.005 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 칼슘(Ca)의 함량이 0.002 중량% 미만일 경우, 그 첨가효과가 불충분하다. 반대로, 칼슘(Ca)의 함량이 0.005 중량%를 초과하는 경우 과도한 CaS가 생성되거나, 또는 원하지 않는 CaO가 생성되는 문제점이 있다.

수소(H)

수소(H)는 불가피한 불순물로써, 슬라브 재가열전에 실시되는 진공탈가스 처리를 통하여 그 첨가량을 극소량 제한하는 것이 바람직하다. 이때, 수소의 함량이 0.0015 중량%를 초과하여 다량 함유될 경우에는 황과의 반응으로 H₂S를 다량 생성하여 수소유기균열(hydrogen induced crack : HIC)을 일으켜 강에 크랙을 발생시키는 문제가 있다. 따라서, 수소는 본 발명에 따른 금형강 전체 중량의 0.0015 중량% 이하의 함량비로 엄격히 제한하였다.

금형강 제조 방법

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금형강 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

도 1을 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 금형강 제조 방법은 주조 단계(S110), 업세팅 단계(S120), 냉각 단계(S130) 및 단조 단계(S140)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 금형강 제조 방법은 단조 단계(S140) 이후에 실시되는 열처리 단계(S150)를 더 포함할 수 있다.

주조

주조 단계(S110)에서는 중량%로, C : 0.1 ~ 0.3%, Si : 0.2 ~ 0.3%, Mn : 0.8 ~ 1.3%, P : 0.015% 이하, S : 0.015% 이하, Ni : 0.15 ~ 0.50%, Cr : 1.0 ~ 3.0%, Mo : 0.51 ~ 0.65%, Cu : 0.1% 이하, B : 0.0008 ~ 0.0030%, Al : 0.02 ~ 0.05%, V : 0.08% 이하, Ca : 0.002 ~ 0.005%, H : 0.0015% 이하 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 조성되는 잉곳을 주조한다.

이러한 주조 단계에서는 금형 주조용 몰드 내에 상기의 조성을 갖는 잉곳을 주입한 후, 1500 ~ 1600℃의 조건으로 용융시키게 된다.

업세팅

업세팅 단계(S120)에서는 주조된 잉곳을 가열로에서 가열하고, 업세팅을 실시하여 인고트 수지상 조직을 최소화시켜 내부결함을 방지하게 된다.

이러한 업세팅 단계(S120)는 3 과정으로 세분화될 수 있다. 1차 업세팅은 잉곳의 상면이 위를 향하도록 세운 후, 상면을 압축하는 과정이고, 2차 업세팅은 1차 업세팅된 잉곳을 측면이 위를 향하도록 눕힌 후, 측면을 압축하는 과정이며, 3차 업세팅은 2차 업세팅된 잉곳을 측면과 직교하는 다른 측면이 위를 향하도록 회전한 후, 압축하는 과정이다. 3차 업세팅까지 실시하는 것은 주조조직의 파쇄와 응고시 생기는 잉곳 내부의 기공을 압착하여 제거하는데 유리하기 때문이다.

냉각

냉각 단계(S130)에서는 업세팅된 잉곳을 냉각한다. 이러한 냉각은 5 ~ 30℃/sec의 속도로 실시될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 냉각은 공냉, 수냉, 방냉 등 다양한 방식으로 상온까지 이루어질 수 있다.

단조

단조 단계(S140)에서는 냉각된 잉곳을 재가열하고 자유단조하여 단조재를 형성한다. 이러한 자유단조에 의해 원하는 형상으로 구현하는 것이 가능해질 수 있다.

이러한 단조 단계(S140)는 1150 ~ 1250℃의 조건으로 실시되는 것이 바람직하다. 단조 온도가 1150℃ 미만일 경우에는 내부 응력이 잔류할 수 있는 문제점이 있다. 반대로, 단조 온도가 1250℃를 초과할 경우에는 재질이 변할 수 있다.

열처리

열처리 단계(S150)에서는 단조재를 열처리한다. 이러한 열처리 단계(S150)는 단조재를 노멀라이징(normalizing) 열처리하는 과정과, 노멀라이징 열처리된 단조재를 1차 템퍼링(tempering)하는 과정과, 1차 템퍼링된 단조재를 퀀칭(quenching)하는 과정과, 퀀칭된 단조재를 2차 템퍼링(tempering) 과정을 포함할 수 있다.

노멀라이징(normalizing) 과정에서는 최종형상으로 나온 제품의 조직을 미세화하고, 균질하게 하기 위한 공정으로서, 850 ~ 950℃에서 실시하는 것이 바람직하다. 노멀라이징 온도가 850℃ 미만일 경우에는 고용 용질 원소들의 재고용이 어려워 강도의 확보가 어려워질 수 있다. 반대로, 노멀라이징 온도가 950℃를 초과할 경우에는 결정립의 성장이 일어나 저온 인성을 해칠 우려가 크다.

1차 템퍼링(tempering)은 내부응력을 제거하기 위한 공정으로서, 580 ~ 620℃에서 실시하는 것이 바람직하다. 1차 템퍼링 온도가 580℃ 미만일 경우에는 템퍼링의 효과가 저조하여 목표로 하는 인성을 확보하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 1차 템퍼링 온도가 620℃를 초과할 경우에는 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다.

퀀칭(quenching)은 요구조건에 맞는 강도와 경도를 부여하기 위한 공정으로, 800 ~ 900℃ 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. 퀀칭 온도가 800℃ 미만일 경우에는 고용용질 원소들의 재고용이 어려워 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 퀀칭 온도가 900℃를 초과할 경우에는 결정립 성장이 일어나 저온인성을 해칠 우려가 크다.

2차 템퍼링(tempering)은 퀀칭 과정 후 수냉하여 내부응력을 제거하기 위한 공정으로서, 580 ~ 620℃에서 실시하는 것이 바람직하다. 2차 템퍼링 온도가 580℃ 미만일 경우에는 템퍼링 효과가 저조하여 목표로 하는 인성을 확보하는 확보하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 2차 템퍼링 온도가 620℃를 초과할 경우에는 인성 확보에는 유리하나, 강도가 급격히 저하되는 문제가 있다.

상기의 과정(S110 ~ S150)으로 제조되는 금형강은 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여, 소입성 및 강도를 증가시킴으로써 내외부의 경도 균일도가 우수하면서, 항항복강도(YS) 800 ~ 1000MPa, 인장강도(TS) 900 ~ 1200MPa, 연신율(EL) 15% 이상, 경도 : 42 ~ 55HRc 및 열전도도 : 35W/mㆍk 이상을 나타낼 수 있다.

따라서, 상기 방법으로 제조되는 금형강은 우수한 기계적 물성 및 열전도도를 가지며, 내외부 균일 경도 분포를 나타내므로 치수 안정성이 균일한 대형 플라스틱 제품을 제조하기 위한 대형 플라스틱 성형용 금형으로 사용하기에 적합하다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

1. 시편의 제조

표 1 및 표 2의 조성 및 표 3의 공정 조건으로 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3에 따른 시편을 제조하였다. 이때, 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3에 따른 시편의 경우, 각각의 조성을 갖는 잉곳을 제조하고, 이를 1550℃에서 용융시킨 후, 25℃까지 자연 냉각을 실시하고 나서, 단조 및 열처리를 수행하였다.

[표 1](단위 : 중량%)

[표 2](단위 : 중량%)

[표 3]

2. 물성 평가

표 4는 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편에 대한 기계적 물성 및 열전도도 측정 결과를 나타낸 것이다.

[표 4]

표 1 내지 표 4를 참조하면, 실시예 1 ~ 3에 따른 시편들의 경우, 목표값에 해당하는 항복강도(YS) 800 ~ 1000MPa, 인장강도(TS) 900 ~ 1200MPa, 연신율(EL) 15% 이상, 경도 : 42 ~ 55HRc 및 열전도도 : 35W/mㆍk 이상을 모두 만족하는 것을 알 수 있다.

반면, 비교예 1 ~ 3에 따른 시편의 경우, 항복강도, 연신율 및 경도는 목표값을 만족하였으나, 인장강도 및 열전도도 값이 목표값에 미달하는 것을 확인할 수 있다.

도 2는 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시편들에 대한 경도 값을 측정한 결과를 비교하여 나타낸 그래프이고, 도 3은 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시편들에 대한 온도별 인장강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따른 시편이 비교예 1 ~ 2에 따른 시편에 비하여 각각의 온도별로 측정된 인장강도 값이 높다는 것을 알 수 있다.

또한, 도 4는 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시편들에 대한 온도변 열전도도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따른 시편의 경우, 생산성에 영향을 주는 열전도도 값이 비교예 1 ~ 2에 따른 시편과 비교해 볼 때, 상당히 높은 값을 갖는 것을 확인할 수 있다.

한편, 도 5는 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시편들에 대한 미세조직을 나타낸 사진이다.

도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 칼슘이 첨가되지 않은 비교예 1에 따른 시편과 칼슘의 함량이 본 발명에서 제시하는 범위에 미달하는 범위로 첨가된 비교예 2에 따른 시편의 경우, 수소 유기 균열의 핵으로 작용하는 MnS 편석대가 다량 생성된 것을 확인할 수 있다. 반면, 실시예 1 ~ 2에 따른 시편들의 경우, 수소 유기 균열의 핵으로 작용하는 MnS 편석이 거의 생성되지 않은 것을 확인할 수 있다.

이러한 본 발명은 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

S110 : 주조 단계
S120 : 업세팅 단계
S130 : 냉각 단계
S140 : 단조 단계
S150 : 열처리 단계

Claims

중량%로, C : 0.1 ~ 0.3%, Si : 0.2 ~ 0.3%, Mn : 0.8 ~ 1.3%, P : 0.015% 이하, S : 0.015% 이하, Ni : 0.15 ~ 0.50%, Cr : 1.0 ~ 3.0%, Mo : 0.51 ~ 0.65%, Cu : 0.1% 이하, B : 0.0008 ~ 0.0030%, Al : 0.02 ~ 0.05%, V : 0.08% 이하, Ca : 0.002 ~ 0.005%, H : 0.0015% 이하 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 조성되는 잉곳을 주조하는 단계;
상기 잉곳을 가열로에서 가열하여 업세팅하는 단계;
상기 업세팅된 잉곳을 냉각하는 단계; 및
상기 냉각된 잉곳을 재가열하고 자유단조하여 단조재를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형강 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 단조 단계 이후,
상기 단조재를 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금형강 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 열처리 단계는
상기 단조재를 850 ~ 950℃의 조건으로 노멀라이징(normalizing) 열처리하는 단계와,
상기 노멀라이징 열처리된 단조재를 1차 템퍼링(tempering)하는 단계와,
상기 1차 템퍼링된 단조재를 퀀칭(quenching)하는 단계와,
상기 퀀칭된 단조재를 2차 템퍼링(tempering) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형강 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 1차 및 2차 템퍼링 각각은
580 ~ 620℃ 조건으로 실시하는 것을 특징으로 하는 금형강 제조 방법.
중량%로, C : 0.1 ~ 0.3%, Si : 0.2 ~ 0.3%, Mn : 0.8 ~ 1.3%, P : 0.015% 이하, S : 0.015% 이하, Ni : 0.15 ~ 0.50%, Cr : 1.0 ~ 3.0%, Mo : 0.51 ~ 0.65%, Cu : 0.1% 이하, B : 0.0008 ~ 0.0030%, Al : 0.02 ~ 0.05%, V : 0.08% 이하, Ca : 0.002 ~ 0.005%, H : 0.0015% 이하 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 조성되며,
항복강도(YS) 800 ~ 1000MPa, 인장강도(TS) 900 ~ 1200MPa 및 연신율(EL) 15% 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 금형강.
제5항에 있어서,
상기 금형강은
경도 : 42 ~ 55HRc를 갖는 것을 특징으로 하는 금형강.
제5항에 있어서,
상기 금형강은
열전도도 : 35W/mㆍk 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 금형강.