KR20190058049A - 플라스틱 사출용 금형강 제조방법 및 이에 의해 제조된 플라스틱 사출용 금형강 - Google Patents

플라스틱 사출용 금형강 제조방법 및 이에 의해 제조된 플라스틱 사출용 금형강 Download PDF

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Abstract

플라스틱 사출용 금형강 제조방법 및 이에 의해 제조된 플라스틱 사출용 금형강에 관한 발명이 개시된다. 한 구체예에서 상기 플라스틱 사출용 금형강 제조방법은 탄소(C): 0.12~0.18 중량%, 실리콘(Si): 0.34~0.38 중량%, 망간(Mn): 1.48~1.52 중량%, 인(P): 0 초과 0.010 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하, 구리(Cu): 0.8~1.2 중량%, 알루미늄(Al): 0.8~1.2 중량%, 니켈(Ni): 2.5~3.5 중량%, 크롬(Cr): 0.28~0.32 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.28~0.32 중량%, 바나듐(V): 0.035~0.045 중량%, 질소(N): 0.006~0.010 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 단조하여 단조재를 형성하는 단계; 상기 단조재를 어닐링(annealing) 처리하는 단계; 상기 어닐링 처리된 단조재를 900~950℃에서 균질화 처리하는 단계; 및 상기 균질화 처리된 단조재를 열처리하는 단계;를 포함하며, 상기 열처리는, 상기 균질화 처리된 단조재를 퀀칭(quenching)하고; 그리고 상기 퀀칭된 단조재를 템퍼링(tempering) 하는 단계;를 포함하며, 상기 니켈 및 알루미늄은 2:1~4:1의 중량비로 포함된다.

Description

플라스틱 사출용 금형강 제조방법 및 이에 의해 제조된 플라스틱 사출용 금형강 {MANUFACTURING METHOD FOR DIE STEEL FOR PLASTIC INJECTION AND DIE STEEL FOR PLASTIC INJECTION THEREOF}
본 발명은 플라스틱 사출용 금형강 제조방법 및 이에 의해 제조된 플라스틱 사출용 금형강에 관한 것이다. 보다 상세하게는 경도의 균일성이 우수하며, 고경도 및 고경면사상능을 갖는 플라스틱 사출용 금형강 제조방법 및 이에 의해 제조된 플라스틱 사출용 금형강에 관한 것이다.
최근 자동차 산업의 기술 발전에 따라, 요구되는 자동차 금형의 형상이 더욱 복잡해지면서, 요구 물성이 높아져 가고 있다.
한편, 자동차의 전조등 및 후미등용 플라스틱은, 램프로부터 조사되는 빛 투과율이 높아야 하기 때문에 고 투명성이 요구되며, 이에 따라 플라스틱 사출용 금형강은 고경면사상능이 요구되고 있다. 이러한 고경면사상능을 나타내기 위해서는, 금형강의 균일성과 고경도 특성이 요구된다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2011-0015253호(2011.02.15 공개, 발명의 명칭: 금형강 및 금형강 가공방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 경도의 균일성이 우수하며, 고경도 및 고경면사상능을 갖는 플라스틱 사출용 금형강 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 열전도 특성이 우수한 플라스틱 사출용 금형강 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 플라스틱 사출용 금형강 제조방법에 의해 제조된 플라스틱 사출용 금형강을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 플라스틱 사출용 금형강 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 플라스틱 사출용 금형강 제조방법은 탄소(C): 0.12~0.18 중량%, 실리콘(Si): 0.34~0.38 중량%, 망간(Mn): 1.48~1.52 중량%, 인(P): 0 초과 0.010 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하, 구리(Cu): 0.8~1.2 중량%, 알루미늄(Al): 0.8~1.2 중량%, 니켈(Ni): 2.5~3.5 중량%, 크롬(Cr): 0.28~0.32 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.28~0.32 중량%, 바나듐(V): 0.035~0.045 중량%, 질소(N): 0.006~0.010 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 단조하여 단조재를 형성하는 단계; 상기 단조재를 어닐링(annealing) 처리하는 단계; 상기 어닐링 처리된 단조재를 900~950℃에서 균질화 처리하는 단계; 및 상기 균질화 처리된 단조재를 열처리하는 단계;를 포함하며, 상기 열처리는, 상기 균질화 처리된 단조재를 퀀칭(quenching)하고; 그리고 상기 퀀칭된 단조재를 템퍼링(tempering) 하는 단계;를 포함하며, 상기 니켈 및 알루미늄은 2:1~4:1의 중량비로 포함된다.
한 구체예에서 상기 어닐링 처리는 830~900℃ 조건에서 이루어질 수 있다.
한 구체예에서 상기 퀀칭은 900~950℃에서 이루어질 수 있다.
한 구체예에서 상기 템퍼링은 500~560℃에서 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 플라스틱 사출용 금형강 제조방법에 의해 제조된 플라스틱 사출용 금형강에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 플라스틱 사출용 금형강은 탄소(C): 0.12~0.18 중량%, 실리콘(Si): 0.34~0.38 중량%, 망간(Mn): 1.48~1.52 중량%, 인(P): 0 초과 0.010 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하, 구리(Cu): 0.8~1.2 중량%, 알루미늄(Al): 0.8~1.2 중량%, 니켈(Ni): 2.5~3.5 중량%, 크롬(Cr): 0.28~0.32 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.28~0.32 중량%, 바나듐(V): 0.035~0.045 중량%, 질소(N): 0.006~0.010 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 니켈 및 알루미늄은 2:1~4:1의 중량비로 포함되며, 경도가 HRC(38~42)이다.
한 구체예에서 상기 금형강은 인장강도(TS): 1200~1300MPa 및 항복강도(YS): 950~1050MPa일 수 있다.
본 발명에 따른 플라스틱 사출용 금형강은, 경도의 균일성이 우수하며, 고경도 및 고경면사상능을 가지며, 열전도 특성이 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 플라스틱 사출용 금형강 제조방법을 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 및 비교예 단조재의 템퍼링 온도 변화에 따라 제조된, 플라스틱 사출용 금형강의 경도 변화를 비교한 그래프이다.
도 3(a)는 본 발명에 따른 실시예 플라스틱 사출용 금형강의 미세조직이며, 도 3(b)는 본 발명에 대한 비교예 플라스틱 사출용 금형강의 미세조직을 나타낸 전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예의 열처리 공정시 형성되는 석출물의 분율을 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 대한 비교예의 열처리 공정시 형성되는 석출물의 분율을 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
플라스틱 사출용 금형강 제조방법
본 발명의 하나의 관점은 플라스틱 사출용 금형강 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 플라스틱 사출용 금형강 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 플라스틱 사출용 금형강 제조방법은 (S10) 단조재 형성 단계; (S20) 어닐링 처리 단계; (S30) 균질화 처리 단계; 및 (S40) 열처리 단계;를 포함한다. 좀 더 구체적으로 상기 플라스틱 사출용 금형강 제조방법은 (S10) 탄소(C): 0.12~0.18 중량%, 실리콘(Si): 0.34~0.38 중량%, 망간(Mn): 1.48~1.52 중량%, 인(P): 0 초과 0.010 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하, 구리(Cu): 0.8~1.2 중량%, 알루미늄(Al): 0.8~1.2 중량%, 니켈(Ni): 2.5~3.5 중량%, 크롬(Cr): 0.28~0.32 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.28~0.32 중량%, 바나듐(V): 0.035~0.045 중량%, 질소(N): 0.006~0.010 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 단조하여 단조재를 형성하는 단계; (S20) 상기 단조재를 어닐링(annealing) 처리하는 단계; (S30) 상기 어닐링 처리된 단조재를 900~950℃에서 균질화 처리하는 단계; 및 (S40) 상기 균질화 처리된 단조재를 열처리하는 단계;를 포함하며, 상기 열처리는, 상기 균질화 처리된 단조재를 퀀칭(quenching)하고; 그리고 상기 퀀칭된 단조재를 템퍼링(tempering) 하는 단계;를 포함하며, 상기 니켈 및 알루미늄은 2:1~4:1의 중량비로 포함된다.
이하, 상기 플라스틱 사출용 금형강 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 단조재 형성단계
상기 단계는 탄소(C): 0.12~0.18 중량%, 실리콘(Si): 0.34~0.38 중량%, 망간(Mn): 1.48~1.52 중량%, 인(P): 0 초과 0.010 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하, 구리(Cu): 0.8~1.2 중량%, 알루미늄(Al): 0.8~1.2 중량%, 니켈(Ni): 2.5~3.5 중량%, 크롬(Cr): 0.28~0.32 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.28~0.32 중량%, 바나듐(V): 0.035~0.045 중량%, 질소(N): 0.006~0.010 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 단조하여 단조재를 형성하는 단계이다.
이하, 상기 플라스틱 사출용 금형강에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
탄소(C)
상기 탄소(C)는 강도 및 경도를 확보하기 위하여 첨가된다. 한 구체예에서 상기 탄소(C)는 상기 반제품 전체 중량에 대하여 0.12~0.18 중량% 포함된다. 상기 탄소(C)의 함량이 0.12 중량% 미만으로 포함되면 본 발명에서 요구되는 경도를 만족시킬 수 없다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.18 중량%를 초과하면 경도의 과도한 상승으로 인해 절삭 가공성이 저하되는 문제점이 있다.
실리콘( Si )
상기 실리콘(Si)은 정련 초기에 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한 실리콘(Si)은 고용강화 효과도 가진다. 한 구체예에서 상기 실리콘(Si)은 상기 반제품 전체 중량에 대하여 0.34~0.38 중량% 포함된다. 상기 실리콘(Si)의 함량이 0.34 중량% 미만이면 상기의 실리콘 첨가효과가 미미해질 수 있다. 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 0.38 중량%를 초과하면 강중에 규산염이 생성되어 기계가공성 및 경면사상능이 저하될 수 있다.
망간(Mn)
상기 망간(Mn)은 강 중의 유황과 결합하여 MnS를 형성시켜 FeS 형성을 억제시켜 적열취성을 방지하며 경화능을 향상시켜 경도균일성을 높이기 위해 첨가된다.
한 구체예에서 상기 망간(Mn)은 상기 반제품 전체 중량에 대하여 1.48~1.52 중량% 포함된다. 상기 망간(Mn)의 함량이 1.48 중량% 미만으로 첨가되면 고용강화 효과가 저하되며, 목표로 하는 경도를 얻기 어렵다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 1.52 중량%를 초과하면 기계가공성을 크게 저하시키는 문제점이 있다.
인(P)
상기 인(P)은 강도를 증가시키기 위해 첨가된다. 다만, 상기 반제품 전체 중량에 대하여 0.01 중량%를 초과하여 첨가되면 용접성이 악화되는 문제가 있으므로, 인(P)은 상기 반제품 전체 중량에 대하여 0 초과 0.01 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S)
상기 황(S)은 가공성을 증대시키기 위하여 첨가된다. 황(S)의 함량이 0.002 중량%를 초과하여 첨가되면 강의 용접성을 저해할 수 있다. 따라서 황(S)은 상기 반제품 전체 중량에 대하여 0 초과 0.002 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
구리(Cu)
상기 구리(Cu)는 Cu-alloy/Fe 계면에서 Ni3Al 금속간 화합물의 형성을 촉진하여, 고경도 및 경도 균일성 향상 효과를 가질 수 있다. 또한, 상기 구리(Cu)의 녹는점은 약 1085℃이므로, 상기 구리(Cu)가 고온 영역에서 오스테나이트(austenite)에 충분히 고용되지 않을 경우, 정출되어 소재의 물성을 저하시킨다. 한 구체예에서 상기 구리(Cu)는 상기 반제품 전체 중량에 대하여 0.8~1.2 중량% 포함된다. 상기 구리가 0.8 중량% 미만으로 포함되는 경우 그 첨가 효과가 미미하며, 상기 구리의 함량이 1.2 중량%를 초과하여 첨가될 경우, 금형강의 기계적 강도를 저하시킬 수 있다.
알루미늄(Al)
상기 알루미늄(Al)은 상기의 실리콘과 함께 탈산 효과를 가지며, Ni3Al 금속간 화합물을 형성하여 석출경화로 인한, 경도 향상을 목적으로 포함된다. 한 구체예에서 상기 알루미늄(Al)은 상기 반제품 전체 중량에 대하여 0.8~1.2 중량%로 포함된다. 상기 알루미늄(Al)의 함량이 0.8 중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 알루미늄(Al)의 함량이 1.2 중량%를 초과할 경우에는 연주성이 저해될 수 있다.
니켈( Ni )
상기 니켈(Ni)은 인성 및 경화능을 향상시키는 역할을 한다. 한 구체예에서 상기 니켈(Ni)은 상기 반제품 전체 중량에 대하여 2.5~3.5 중량%로 포함된다. 상기 니켈(Ni)의 함량이 2.5 중량% 미만으로 첨가되면 니켈(Ni)의 첨가 효과가 불충분할 수 있다. 반대로, 니켈(Ni)의 함량이 3.5 중량%를 초과할 경우 적열취성 유발 등의 문제점이 있다.
본 발명의 한 구체예에서 상기 니켈 및 알루미늄은 2:1~4:1의 중량비로 포함된다. 상기 중량 범위로 포함시, 템퍼링 시 Ni3Al 금속간 화합물의 형성을 통한 석출 경화 효과가 우수할 수 있다. 상기 니켈 및 알루미늄을 2:1 미만의 중량비로 포함시 Ni3Al의 형성 효율이 저하되어 석출경화 효과가 저하되며, 상기 니켈 및 알루미늄을 4:1을 초과하는 중량비로 포함시 생산비용 증가에 비해 큰 물성향상을 기대하기 어렵다. 예를 들면, 상기 니켈 및 알루미늄은 3:1 중량비로 포함될 수 있다.
크롬( Cr )
상기 크롬(Cr)은 소입성을 증가시키고 탄화물을 만들어 경도 및 내식성을 증대시키는 원소이다. 한 구체예에서 상기 크롬(Cr)은 상기 반제품 전체 중량에 대하여 0.28~0.32 중량% 포함된다. 상기 크롬(Cr)의 함량이 0.28 중량% 미만으로 첨가되면 상기 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 크롬(Cr)의 함량이 0.32 중량%를 초과하면 기계적 물성이 저하되는 문제점이 있다.
몰리브덴( Mo )
상기 몰리브덴(Mo)은 치환형 원소로써 고용강화 효과로 강의 강도를 향상시킨다. 또한, 몰리브덴(Mo)은 강의 경화능을 향상시키는 역할을 한다. 한 구체예에서 상기 몰리브덴(Mo)은 상기 반제품 전체 중량에 대하여 0.28~0.32 중량% 포함된다. 상기 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.28 중량% 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.32 중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 없이 제조비용만을 상승시키는 문제가 있다.
바나듐(V)
상기 바나듐(V)은 탄화물을 석출하여 강도 향상에 기여하고 경화능을 향상시키는 원소이다. 상기 바나듐은 V(N, C) 미세 석출물의 향상 및 균질화하여, 고경도와 함께, 경도의 균질성 향상 효과를 얻을 수 있다.
한 구체예에서 상기 바나듐(V)은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0.035~0.045 중량% 포함된다. 상기 바나듐(V)을 0.035 중량% 미만으로 포함시 그 효과를 제대로 발휘하기 어려우며, 상기 바나듐(V)을 0.045 중량%를 초과하여 포함시, 강도의 상승에는 기여하나 취성이 발생할 수 있다.
질소(N)
상기 질소(N)는 상기 바나듐(V)과 VN 석출물을 형성하며, 고용강화 효과가 크고 열전도도 특성을 확보하는 효과를 위해 포함된다. 한 구체예에서 상기 질소는 상기 반제품 전체중량에 대하여 0.006~0.010 중량% 포함된다. 상기 질소를 0.006 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 0.010 중량%를 초과하여 포함시 유해 비금속 개재물 생성물 함량이 증가할 수 있다.
한 구체예에서 상기 반제품은, 한 구체예에서 전술한 합금 성분을 정련하고, 진공탄소 탈산 공정을 거쳐 상술한 성분 및 함량을 포함하는 용탕을 얻고, 상기 용탕을 주조하여 잉곳 형태의 반제품을 제조할 수 있다.
한 구체예에서 상기 반제품을 제조한 다음, 상기 반제품을 가열하고, 업세팅을 실시하여, 반제품 내부의 기공을 압착하여 제거한 다음, 냉각할 수 있다.
한 구체예에서 상기 단조는, 상기 반제품을 가열한 다음, 자유 단조하여 단조재를 형성할 수 있다. 상기 자유 단조에 의해, 소정의 형상을 갖는 금형강을 제조할 수 있다. 한 구체예에서 상기 단조는 1000~1100℃의 조건으로 실시될 수 있다. 상기 조건에서 상기 금형강 재질 내부 응력이 잔류하는 현상을 방지할 수 있다.
(S20) 어닐링 처리 단계
상기 단계는 상기 단조재를 어닐링(annealing) 처리하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 어닐링 처리는 인성 향상을 목적으로 실시될 수 있다. 예를 들면, 상기 단조재를 830~900℃ 조건으로 어닐링 처리할 수 있다. 예를 들면, 상기 단조재를 단조재를 830~900℃ 조건으로 가열 및 유지 후 노냉(furnace cooling) 하여 이루어질 수 있다. 상기 조건에서, 상기 단조재의 재결정 및 결정립 미세화 이루어져 인성 향상 효과가 우수할 수 있다.
(S30) 균질화 단계
상기 단계는 상기 어닐링 처리된 단조재를 900~950℃에서 균질화 처리하는 단계이다. 본 발명은 니켈(Ni)을 반제품 전체중량에 대하여 2.5~3.5 중량% 포함하고, 구리(Cu)를 0.8~1.2 중량% 포함하는데, 통상형태(conventional type)의 잉곳(ingot) 반제품의 경우, 상기 니켈 및 구리의 낮은 확산계수로 인해, 반제품 내 편석이 심각해져서 금형의 인성을 저하시키며, 열피로 수명을 저하시키는 중요한 원인이 된다. 따라서 본 발명은, 열처리 공정 이전에 900~950℃에서 균질화 열처리 공정을 실시하여 편석을 제거하게 된다. 상기 균질화 열처리 공정을 미적용시, 목표로 하는 기계적 물성을 달성할 수 없다. 상기 균질화 처리를 900℃ 미만에서 실시하는 경우, 편석 제저효과가 저하되어 물성이 저하되고, 반제품 내 편석 제거효과가 저하되며, 950℃를 초과하여 실시하는 경우, 기계적 물성이 저하될 수 있다.
예를 들면 상기 균질화 처리는, 상기 어닐링 처리된 단조재를 900~950℃ 조건으로 가열 및 유지 후 공냉(air cooling) 하여 이루어질 수 있다.
(S40) 열처리 단계
상기 단계는 상기 균질화 처리된 단조재를 열처리 하는 것으로, 상기 열처리는, 상기 균질화 처리된 단조재를 퀀칭(quenching)하고; 그리고 상기 퀀칭된 단조재를 템퍼링(tempering) 하는 단계;를 포함한다.
한 구체예에서 상기 퀀칭은 상기 단조재를 900~950℃까지 가열하여 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 단조재를 900~950℃ 까지 가열 및 유지 후 퀀칭할 수 있다. 상기 조건으로 퀀칭시, 상기 고용 원소들의 재고용이 용이하고, 강도 및 경도 확보가 용이할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 함량의 바나듐 및 질소를 적용하는 경우 상기 퀀칭 공정시, 오스테나이트화 과정에서 VN 석출물을 용이하게 형성하여, 상온 경도 증가 효과가 우수할 수 있다.
상기 템퍼링은 퀀칭 과정 후 냉각하여, 내부응력을 제거하기 위하여 실시된다. 한 구체예에서 상기 템퍼링은 500~560℃에서 이루어질 수 있다. 상기 조건으로 템퍼링시 강도가 저하되지 않으면서 고온 인성을 용이하게 확보할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 함량의 탄소를 적용하는 경우, 상기 템퍼링 공정시 VN 형성 후의 잔여 바나듐과 VC 석출물을 용이하게 형성하여, 상온 경도 증가 효과가 우수할 수 있다. 한 구체예에서 상기 템퍼링은, 최종 금형강 제품의 목표 물성 확보시까지, 온도를 조절하여 복수 회 실시할 수 있다. 예를 들면, 상기 템퍼링은 상기 퀀칭된 단조재를 500~560℃ 조건으로 가열 및 유지한 다음, 공냉하여 이루어질 수 있다.
플라스틱 사출용 금형강 제조방법에 의해 제조된 플라스틱 사출용 금형강
본 발명의 다른 관점은 플라스틱 사출용 금형강 제조방법에 의해 제조된 플라스틱 사출용 금형강에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 플라스틱 사출용 금형강은 탄소(C): 0.12~0.18 중량%, 실리콘(Si): 0.34~0.38 중량%, 망간(Mn): 1.48~1.52 중량%, 인(P): 0 초과 0.010 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하, 구리(Cu): 0.8~1.2 중량%, 알루미늄(Al): 0.8~1.2 중량%, 니켈(Ni): 2.5~3.5 중량%, 크롬(Cr): 0.28~0.32 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.28~0.32 중량%, 바나듐(V): 0.035~0.045 중량%, 질소(N): 0.006~0.010 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 니켈 및 알루미늄은 2:1~4:1의 중량비로 포함되며, 경도가 HRC(38~42) 이다.
한 구체예에서 상기 금형강은 인장강도(TS): 1200~1300MPa 및 항복강도(YS): 950~1050MPa일 수 있다.
한편, 금속강 표면의 경면은, 연마(polishing) 공정을 통해 형성되는데, 상기 금속강의 경도가 높은 경우, SiC 입자를 포함하는 연마재의 침투 깊이가 얕아지게 되고, 결과적으로 표면 조도가 우수할 수 있다. 반면에, 금속강의 경도가 낮은 경우 연마재의 침투 깊이가 깊어지게 되며, 금속강의 경도분포가 불균질한 경우, 고른 조도를 얻을 수 없다. 따라서 우수한 경면사상능을 갖는 금속강을 생산하기 위해서는 경도의 균질성과 함께 고경도 특성을 확보해야 하는 것이다.
본 발명에 따른 플라스틱 사출용 금형강은, 경도의 균일성이 우수하며, 고경도 및 고경면사상능을 가지며, 열전도 특성이 우수할 수 있다. 특히, 고합금성분계의 제강시 잉곳 등 반제품에 중금속(heavy element) 성분의 편석이 발생하기 쉬우나, 본 발명의 금형강을 적용시, 편석을 방지하기 위한 고가의 ESR 장비 등의 사용을 최소화할 수 있다.
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.
실시예 및 비교예
실시예
하기 표 1의 합금 성분과, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 제조한 다음, 상기 반제품을 가열하고, 업세팅을 실시하여, 반제품 내부의 기공을 압착하여 제거하고 냉각하였다. 상기 냉각된 반제품을 1100℃ 이하의 온도에서 단조하여, 소정의 형상을 갖는 단조재를 형성하였다. 그 다음에 단조재를 860℃ 까지 가열하여 어닐링 처리한 다음, 상기 어닐링 처리된 단조재를 900℃에서 균질화 처리하고, 900℃까지 가열 및 유지하여 퀀칭(quenching)하고, 상기 퀀칭된 단조재를 500~560℃의 온도에서 템퍼링(tempering) 하여, 플라스틱 사출용 금형강을 제조하였다.
비교예
하기 표 1의 합금 성분과, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예와 동일한 방법으로 플라스틱 사출용 금형강을 제조하였다.
Figure pat00001
상기 도 2는 실시예 및 비교예 단조재의 템퍼링 온도 변화에 따라 제조된, 플라스틱 사출용 금형강의 경도 변화를 비교한 그래프이다. 상기 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예의 경우, 비교예보다 500~550℃의 템퍼링 온도에서 전술한 Ni3Al 금속간 화합물 및 VC 석출물 형성효과가 우수하였으며, 금형강의 경도가 더욱 향상됨을 알 수 있었다.
도 3(a)는 본 발명에 따른 실시예 플라스틱 사출용 금형강의 미세조직이며, 도 3(b)는 본 발명에 대한 비교예 플라스틱 사출용 금형강의 미세조직을 나타낸 전자현미경 사진이다. 상기 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예의 경우, 비교예보다 입내 미세 석출물의 분율이 증가하였으며, 결정립의 입도가 감소함을 알 수 있었다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예의 열처리 공정시 형성되는 석출물의 분율을 분석한 결과를 나타낸 그래프이며, 도 5는 본 발명에 대한 비교예의 열처리 공정시 형성되는 석출물의 분율을 분석한 결과를 나타낸 그래프이다. 상기 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 실시예 금형강은, 비교예보다 퀀칭 및 템퍼링을 포함하는 열처리 공정시 M(C, N) 석출물 형성량이 증가하였으며, 비교예의 경우 실시예 금형강에서 형성되지 않은 M2(C,N) 석출물의 형성분율이 증가한 것을 알 수 있었다.
상기 도 2 및 도 4의 결과를 종합해보면, 본 발명의 실시예 금형강은 비교예보다 VC 및 VN 석출물의 형성으로 인한, 경도 향상 효과가 우수함을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (6)

  1. 탄소(C): 0.12~0.18 중량%, 실리콘(Si): 0.34~0.38 중량%, 망간(Mn): 1.48~1.52 중량%, 인(P): 0 초과 0.010 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하, 구리(Cu): 0.8~1.2 중량%, 알루미늄(Al): 0.8~1.2 중량%, 니켈(Ni): 2.5~3.5 중량%, 크롬(Cr): 0.28~0.32 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.28~0.32 중량%, 바나듐(V): 0.035~0.045 중량%, 질소(N): 0.006~0.010 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 단조하여 단조재를 형성하는 단계;
    상기 단조재를 어닐링(annealing) 처리하는 단계;
    상기 어닐링 처리된 단조재를 900~950℃에서 균질화 처리하는 단계; 및
    상기 균질화 처리된 단조재를 열처리하는 단계;를 포함하며,
    상기 열처리는, 상기 균질화 처리된 단조재를 퀀칭(quenching)하고; 그리고
    상기 퀀칭된 단조재를 템퍼링(tempering) 하는 단계;를 포함하며,
    상기 니켈 및 알루미늄은 2:1~4:1의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 사출용 금형강 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어닐링 처리는, 830~900℃ 조건에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 사출용 금형강 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 퀀칭은 900~950℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 사출용 금형강 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 템퍼링은 500~560℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 사출용 금형강 제조방법.
  5. 탄소(C): 0.12~0.18 중량%, 실리콘(Si): 0.34~0.38 중량%, 망간(Mn): 1.48~1.52 중량%, 인(P): 0 초과 0.010 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하, 구리(Cu): 0.8~1.2 중량%, 알루미늄(Al): 0.8~1.2 중량%, 니켈(Ni): 2.5~3.5 중량%, 크롬(Cr): 0.28~0.32 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.28~0.32 중량%, 바나듐(V): 0.035~0.045 중량%, 질소(N): 0.006~0.010 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
    상기 니켈 및 알루미늄은 2:1~4:1의 중량비로 포함되며,
    경도가 HRC(38~42)인 것을 특징으로 하는 플라스틱 사출용 금형강.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금형강은 인장강도(TS): 1200~1300MPa 및 항복강도(YS): 950~1050MPa인 것을 특징으로 하는 플라스틱 사출용 금형강.
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