KR20200075383A - Hot forging die steel enhancing durability - Google Patents

Hot forging die steel enhancing durability Download PDF

Info

Publication number
KR20200075383A
KR20200075383A KR1020180164001A KR20180164001A KR20200075383A KR 20200075383 A KR20200075383 A KR 20200075383A KR 1020180164001 A KR1020180164001 A KR 1020180164001A KR 20180164001 A KR20180164001 A KR 20180164001A KR 20200075383 A KR20200075383 A KR 20200075383A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
content
toughness
present
mold steel
strength
Prior art date
Application number
KR1020180164001A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이형국
이창구
손동민
박주환
Original Assignee
현대자동차주식회사
주식회사 세아창원특수강
기아자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 주식회사 세아창원특수강, 기아자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020180164001A priority Critical patent/KR20200075383A/en
Publication of KR20200075383A publication Critical patent/KR20200075383A/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/002Bainite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008Martensite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

The present invention relates to hot forging die steel, which contains: 0.40 to 0.50 wt% of carbon (C); 0.8 to 1.2 wt% of silicon (Si); 0.3 to 0.6 wt% of manganese (Mn); 4.8 to 5.5 wt% of chromium (Cr); 1.5 to 2.5 wt% of molybdenum (Mo); 0.8 to 1.2 wt% of vanadium (V); 0.01 to 0.3 wt% of tungsten (W); and the balance Fe and unavoidable impurities. According to the present invention, durability can be improved and thus the life of a die can be further extended.

Description

내구성이 향상된 열간단조 금형강{HOT FORGING DIE STEEL ENHANCING DURABILITY}Hot forging die steel with improved durability{HOT FORGING DIE STEEL ENHANCING DURABILITY}

본 발명은 열간단조 가공을 위한 금형강에 관한 것으로서, 특히 열간단조 가공을 위해 내구성을 보다 향상시킨 금형강에 관한 것이다.The present invention relates to a mold steel for hot forging, and more particularly to a mold steel with improved durability for hot forging.

열간단조(熱間鍛造, hot forging) 가공을 위한 금형강(die steel)은 경도와 인성이 클 것, 내마모성, 내열성이 클 것, 치수 변화가 적을 것, 담금질이 잘 될 것, 열처리가 용이할 것, 열처리 변형률이 적을 것, 가공성이 좋을 것 등의 특성들이 요구되기 때문에, 일반적으로 Cr-W 강, Cr-W-Mn 강 등이 사용된다.Die steel for hot forging processing has high hardness and toughness, high wear resistance, high heat resistance, little dimensional change, good hardening, and easy heat treatment Cr, W, Cr-W-Mn steel, etc. are generally used because properties such as a thing, a small heat treatment strain, a good workability, and the like are required.

그러한 종래에 적용되고 있는 열간단조형 금형강은 특정한 목표 타수를 찍은 후에는 폐기가 된다.Such a conventional hot forging die steel is discarded after taking a specific target stroke.

즉, 금형 수명을 증대시킬 수 있으면 생산 비용을 그만큼 줄일 수가 있고, 그러기 위해서는 금형강의 내구성의 향상이 요구된다.That is, if the mold life can be increased, the production cost can be reduced by that amount, and in order to do so, it is required to improve the durability of the mold steel.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The above description of the background art is for helping understanding of the background of the invention, and may include matters other than the prior art already known to those skilled in the art to which this technology belongs.

한국등록특허공보 제10-1312822호Korean Registered Patent Publication No. 10-1312822

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 내구성이 향상되어 금형 수명을 보다 연장시킬 수 있는 열간단조 금형강을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and the present invention has an object to provide a hot-forged mold steel capable of improving durability and extending mold life.

본 발명의 일 관점에 의한 열간단조 금형강은, 중량%로, 탄소(C) 0.40~0.50%, 규소(Si) 0.8~1.2%, 망간(Mn) 0.3~0.6%, 크롬(Cr) 4.8~5.5%, 몰리브덴(Mo) 1.5~2.5%, 바나듐(V) 0.8~1.2%, 텅스텐(W) 0.01~0.3 중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.Hot forging mold steel according to one aspect of the present invention, by weight, carbon (C) 0.40 ~ 0.50%, silicon (Si) 0.8 ~ 1.2%, manganese (Mn) 0.3 ~ 0.6%, chromium (Cr) 4.8 ~ Contains 5.5%, molybdenum (Mo) 1.5-2.5%, vanadium (V) 0.8-1.2%, tungsten (W) 0.01-0.3 wt%, balance Fe and other unavoidable impurities.

그리고, 미세조직이 베이나이트 및 마르텐사이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.And, the microstructure is characterized in that it contains bainite and martensite.

보다 구체적으로, 상기 금형강은 [Mo] + [W] 값이 1.5~2.8 범위를 만족하는 조성을 가질 수 있다.More specifically, the mold steel may have a composition in which the [Mo] + [W] value satisfies the range of 1.5 to 2.8.

또한, 상기 금형강은 [V]/[C] 값이 1.6~3.0 범위를 만족하는 조성을 가질 수 있다.In addition, the mold steel may have a composition in which the [V]/[C] value satisfies the range of 1.6 to 3.0.

나아가, 상기 금형강은 [V]/[C] 값이 2.7을 만족하는 조성을 가질 수 있다.Furthermore, the mold steel may have a composition in which [V]/[C] values satisfy 2.7.

본 발명의 열간단조 금형강에 의하면, 열간단조용 하중 조건을 만족하기 위해 HRC 50 이상의 경도에서 충격치를 20J/㎠ 이상 확보함으로써 금형 수명을 20% 가량 향상시킬 수가 있다.According to the hot forging mold steel of the present invention, the mold life can be improved by about 20% by securing an impact value of 20 J/cm 2 or more at a hardness of HRC 50 or higher in order to satisfy the load condition for hot forging.

특히, 합금성분 조정에 의해 경도 HRC 50을 만족시키면 금형이 고온에서 고하중으로 작용하는 금형 표면의 마모를 줄일 수 있어 단조 제품의 형상 및 치수를 구현하는 데 효과가 있다.In particular, if the hardness HRC 50 is satisfied by adjusting the alloying components, the mold can reduce the wear of the mold surface, which acts as a high load at a high temperature, and thus is effective in realizing the shape and dimensions of the forged product.

그리고, 인성을 20J/㎠ 이상으로 유지시키면 단조시에 금형에 작용하는 충격에 대한 크랙 발생을 지연시킴으로써 수명을 보다 늘릴 수가 있다.And, if the toughness is maintained at 20 J/cm 2 or more, the life of the crack can be further extended by delaying the occurrence of cracks on the impact on the mold during forging.

또한, 크롬과 텅스텐을 첨가하여 고온의 내산화성 및 내식성을 개선하여 금형이 고온에서 사용할 때 또는 사용하지 않을 때에도 표면의 청정성을 유지할 수가 있다.In addition, by adding chromium and tungsten, the oxidation resistance and corrosion resistance at high temperatures can be improved to maintain the cleanliness of the surface even when the mold is used at high temperatures or not.

이와 같이, 본 발명의 금형강 소재를 적용하면 기존에 비해 원가절감 효과가 뛰어나다.As described above, when the mold steel material of the present invention is applied, the cost reduction effect is superior to that of the prior art.

도 1은 C-Cr의 상태도 곡선을 나타낸 것이다.
도 2는 Mo, Cr, V에 의한 합금탄화물 형성을 나타낸 것이다.
도 3은 V 함량에 따른 합금탄화물 형성을 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5는 Mo 함량에 따른 강도에 대한 평가 결과이다.
도 6은 W 함량에 따른 강도 평과 결과이다.
도 7 내지 9는 Mo 함량에 따른 경도 평가 결과이다.
도 10 및 도 11은 W 함량에 따른 경도 평가 결과이다.
도 12는 Mo 함량에 따른 인성 평가 결과이다.
도 13 및 도 14는 W 함량에 따른 인성 평가 결과이다.
도 15는 Mo 함량에 따른 마모량의 변화를 나타낸 것이다.
도 16 및 도 17은 W 함량에 따른 마모량의 변화를 나타낸 것이다.
도 18은 Mo과 W의 첨가에 의한 인장강도 및 인성의 영향을 나타낸 것이다.
도 19는 본 발명의 금형강의 제조를 위한 열처리 예를 도시한 것이다.
1 shows a C-Cr state diagram curve.
Figure 2 shows the formation of alloy carbides by Mo, Cr, V.
3 shows alloy carbide formation according to the V content.
4 and 5 are evaluation results for strength according to the Mo content.
6 is a strength evaluation result according to the W content.
7 to 9 are results of hardness evaluation according to the Mo content.
10 and 11 are results of hardness evaluation according to the W content.
12 is a result of toughness evaluation according to the Mo content.
13 and 14 are results of toughness evaluation according to the W content.
15 shows the change in the amount of wear according to the Mo content.
16 and 17 show the change in the amount of wear according to the W content.
Figure 18 shows the effect of tensile strength and toughness by the addition of Mo and W.
19 shows an example of heat treatment for manufacturing the mold steel of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.In describing preferred embodiments of the present invention, well-known techniques or repetitive descriptions that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be reduced or omitted.

열간단조(熱間鍛造, hot forging) 가공을 위한 금형강(die steel)의 내구성에 따라 이에 의해 제조되는 금형의 수명이 좌우가 된다.Depending on the durability of the die steel for hot forging, the life of the mold produced thereby depends.

기존 종래기술의 금형강의 일 예로 STD61의 조성은 전체 중량%에 대하여 탄소(C) 0.40 중량%, 규소(Si) 1.0 중량%, 망간(Mn) 0.4 중량%, 크롬(Cr) 5.1중량%, 몰리브덴(Mo) 1.1 중량%, 바나듐(V) 0.8 중량% 및 잔부 철(Fe)로 구성된다.As an example of the existing prior art mold steel, the composition of STD61 is 0.40% by weight of carbon (C), 1.0% by weight of silicon (Si), 0.4% by weight of manganese (Mn), 5.1% by weight of chromium (Cr), and molybdenum (Mo) 1.1% by weight, vanadium (V) 0.8% by weight and balance iron (Fe).

본 발명은 이러한 기존 종래기술의 금형강 조성에 의한 내구성의 한계를 극복한 것으로서, 본 발명에 의한 열간단조 금형강의 조성은 다음과 같다.The present invention overcomes the limitation of durability due to the composition of the mold steel of the related art, and the composition of the hot forged mold steel according to the present invention is as follows.

전체 중량%에 대하여 탄소(C) 0.40~0.50 중량%, 규소(Si) 0.8~1.2 중량%, 망간(Mn) 0.3~0.6 중량%, 크롬(Cr) 4.8~5.5 중량%, 몰리브덴(Mo) 1.5~2.5 중량%, 바나듐(V) 0.8~1.2 중량%, 그리고 텅스텐(W) 0.01~0.3 중량% 및 잔부 철(Fe)로 구성된다.Carbon (C) 0.40 to 0.50 wt%, silicon (Si) 0.8 to 1.2 wt%, manganese (Mn) 0.3 to 0.6 wt%, chromium (Cr) 4.8 to 5.5 wt%, molybdenum (Mo) 1.5 relative to the total weight% It consists of ~2.5 wt%, vanadium (V) 0.8-1.2 wt%, and tungsten (W) 0.01-0.3 wt% and the balance iron (Fe).

이하, 본 발명의 열간단조 금형강을 구성하는 각 조성에 의한 영향을 보다 살펴본다.Hereinafter, the effect of each composition constituting the hot forged mold steel of the present invention will be described.

도 1은 C-Cr의 상태도 곡선을 나타낸 것이다.1 shows a state diagram curve of C-Cr.

C의 함유량은 0.40~0.50 중량%로서, 탄소 함량이 낮으면 열적 안정성이 낮아져 강이 조대한 수지형 결정을 형성하게 되고, C의 함유량이 많으면 금속 탄화물을 형성하여 취성이 발생하게 된다.The content of C is 0.40 to 0.50% by weight, and when the carbon content is low, thermal stability is lowered to form coarse resin-like crystals, and when the content of C is large, metal carbides are formed to generate brittleness.

탄소는 가열 후 급냉에 의해 담금질성을 높이고, 강도와 경도를 상승시키며, 본 발명에서는 Cr, Mo, V, W 등과의 탄화물 형성을 위해 필요하다.Carbon increases quenching property by rapid cooling after heating, increases strength and hardness, and is necessary for forming carbides with Cr, Mo, V, and W in the present invention.

따라서, 탄소 함량이 0.40%보다 낮으면 강도나 경도를 HRC 50 이상으로 높이기가 어렵고, 0.50%보다 높으면 경도 HRC 50의 경도 수준에서 인성이 20J 이상을 동시에 만족시키기가 어렵게 된다.Therefore, when the carbon content is lower than 0.40%, it is difficult to increase the strength or hardness to HRC 50 or higher, and when it is higher than 0.50%, it is difficult to simultaneously satisfy toughness of 20J or higher at the hardness level of the hardness HRC 50.

다음, 크롬(Cr)의 함량은 4.8~5.5 중량%로서, 탄소와 탄화물을 형성하면서 열적 안정성, 열적 피로강도 및 내마모성을 향상시킨다.Next, the content of chromium (Cr) is 4.8 to 5.5% by weight, improving thermal stability, thermal fatigue strength and wear resistance while forming carbon and carbide.

Cr의 함유량을 4.8% 이상 첨가하면 연화저항성 및 내산화성이 개선되며, 4.8% 미만인 경우에는 강의 연화저항성 및 내산화성이 충분하지 않게 된다. 반대로 5.5%를 초과하면 고온에서 균열 안정성의 약화를 가져올 수 있다.When 4.8% or more of Cr is added, the softening resistance and oxidation resistance are improved, and when it is less than 4.8%, the softening resistance and oxidation resistance of the steel are insufficient. Conversely, if it exceeds 5.5%, crack stability may be deteriorated at high temperatures.

내마모성 측면에서 Cr 함량이 4.8%일 때가 가장 좋지만, 5.5%일 때와 큰 차이는 보이지 않는다.In terms of wear resistance, it is best when the Cr content is 4.8%, but it does not show a significant difference from that when it is 5.5%.

따라서, 본 발명에서 크롬의 함량은 4.8% 내지 5.5%인 것이 바람직하다.Therefore, the content of chromium in the present invention is preferably 4.8% to 5.5%.

그리고, 규소는 제강과정에서 탈산제로 첨가되어, 일부가 강중에 고용되어 담금질성 및 경도를 향상시키는 원소이다.In addition, silicon is an element that is added as a deoxidizer in the steelmaking process, and is partially dissolved in steel to improve hardenability and hardness.

규소가 0.8%보다 적으면 적절한 경도 조절이 힘들고, 1.2%를 초과하면 탄화물의 흑연화를 조장하여 인성이 크게 저하되는 문제가 있다.If silicon is less than 0.8%, proper hardness control is difficult, and if it exceeds 1.2%, there is a problem in that toughness is greatly reduced by promoting graphitization of carbides.

따라서, 규소(Si)의 함량은 0.8% 내지 1.2%인 것이 바람직하다.Therefore, the content of silicon (Si) is preferably 0.8% to 1.2%.

그리고, 망간(Mn)은 탄소와 함께 담금질성을 높이고 경도와 내마모성을 향상시키는 원소로서, 페라이트 형성을 억제하고 마르텐사이트의 형성을 조장한다.And, manganese (Mn) is an element that enhances hardenability and hardness and wear resistance together with carbon, inhibits ferrite formation and promotes formation of martensite.

본 발명에서 경도를 맞추기 위해서는 0.3% 이상 첨가되어야 하고, 0.6%를 초과하면 마르텐사이트 및 베이나이트의 미세화로 인해 피삭성 및 가공성이 감소하여 금형 제작이 어려우므로, 0.3% 내지 0.6%인 것이 바람직하다.In order to match the hardness in the present invention, 0.3% or more should be added, and if it exceeds 0.6%, the moldability is difficult due to the reduction in machinability and workability due to the miniaturization of martensite and bainite, so it is preferably 0.3% to 0.6%. .

다음, Mo과 W는 고온경도 및 내마모성을 향상시키는 원소이다. Mo과 W가 고온에서 상호 복합적으로 작용하게 된다.Next, Mo and W are elements that improve high temperature hardness and wear resistance. Mo and W interact with each other at high temperatures.

Mo은 결정격자에서 원자 구속력의 증가를 유도하고 유동 침투성을 감소시키므로 강의 구조를 안정하게 하는 역할을 한다.Mo induces an increase in the atomic binding force in the crystal lattice and reduces the flow permeability, and thus serves to stabilize the steel structure.

또한, Mo의 함유량이 증가함에 따라 고온에서 탄화물의 발달과 응고를 감소시키게 된다.In addition, as the content of Mo increases, the development and solidification of carbides at high temperatures are reduced.

만일 Mo이 1.5% 미만인 경우에는 열적 안정성이나 조직 안정성이 약화되어 금형용 합금강으로서 충분하지 못하고, 2.5%를 초과하면 경계에 탄화물이 발달하게 되고, 그것은 결국 금속 점성의 저하가 발생되어 취성이 발생하게 된다.If Mo is less than 1.5%, thermal stability or texture stability is weakened, which is not sufficient as an alloy steel for molds, and if it exceeds 2.5%, carbides develop at the boundary, which eventually leads to a decrease in metal viscosity and embrittlement. .

내마모성으로 볼 때 Mo가 1.5%일 때 가장 좋은 내마모 특성을 가지지만, 1.5% 미만에서는 마모량이 증가하여 내마모 특성이 안 좋아지게 된다.In terms of abrasion resistance, when Mo is 1.5%, it has the best abrasion resistance, but when it is less than 1.5%, the amount of abrasion increases, resulting in poor wear resistance.

본 발명에서는 추가적인 합금원소(Cr, W 등)가 첨가되어 인성저하를 방지하기 위해 Mo의 함량을 최대 2.5%로 한정하고, 열적 안정성에 대한 효과를 나타내기 위해 최소 1.5%로 한정한다.In the present invention, an additional alloy element (Cr, W, etc.) is added to limit the content of Mo to a maximum of 2.5% to prevent a decrease in toughness, and to a minimum of 1.5% to show the effect on thermal stability.

다음으로, W은 페라이트 기지조직을 강화하고 고온 강도 등의 물성을 향상시키는 역할을 한다.Next, W serves to strengthen the ferrite matrix and improve physical properties such as high temperature strength.

W는 W6C 등의 특수탄화물을 형성하고, 고온에서 2차 경화가 발생하여 고온 경도를 유지하게 한다. 그리고, Cr 등과 같이 내식성을 향상시킨다.W forms special carbides such as W 6 C, and secondary hardening occurs at high temperatures to maintain high temperature hardness. Then, corrosion resistance is improved, such as Cr.

W가 0.01% 미만으로 부족하면 내식성 및 고온강도 향상의 효과가 없고, 0.3%를 초과하여 첨가되면 탄소와 결합하여 탄화물을 형성시켜 가공성을 저해하고 가격이 비싸지는 단점이 있으므로, W는 0.01 내지 0.3 중량% 함유되는 것이 바람직하다.If W is less than 0.01%, there is no effect of improving corrosion resistance and high temperature strength, and when it exceeds 0.3%, W is 0.01 to 0.3 wt. % Is preferred.

도 2는 Mo, Cr, V에 의한 합금탄화물 형성을 나타낸 것이며, 도 3은 V 함량에 따른 합금탄화물 형성을 나타낸 것이다.2 shows the formation of alloy carbides by Mo, Cr, and V, and FIG. 3 shows the formation of alloy carbides according to the V content.

V을 첨가하면 열적 안정성, 고온 피로강도 및 내마모성의 향상을 가져온다.The addition of V leads to improved thermal stability, high temperature fatigue strength and wear resistance.

V가 0.8% 미만이면 V의 분산강화에 따른 효과가 거의 없고 1.2%를 초과하면 경계면에서 망상 V질화물이 형성되어 금속의 미시학적 변형을 유발하면서 잔류응력이 발생되어 이 부위가 취약부로 작용한다.If V is less than 0.8%, there is little effect due to the dispersion strengthening of V, and if it exceeds 1.2%, a reticular V nitride is formed at the interface, causing microscopic deformation of the metal, and residual stress is generated, and this part acts as a weak part.

내마모성으로 볼 때 V/C=1.6~3.0인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 V/C=2.7일 때 내마모성이 가장 좋으며, 본 발명에서는 내마모성을 극대화하기 위해 C 함량이 0.45%일 경우 V는 1.2%가 된다.In terms of abrasion resistance, V/C=1.6 to 3.0 is preferable, and more preferably, when V/C=2.7, abrasion resistance is the best, and in the present invention, to maximize wear resistance, V is 1.2 when C content is 0.45%. %.

그러나, V를 첨가하면 가격이 비싸지는 단점이 있어 경제성과 2차 경화효과를 만족하기 위해 V 함량을 최소화하여 따라서, V 함량은 최소화하여 0.8~1.2%인 것이 바람직하다.However, there is a disadvantage in that the price is high when V is added, and thus the V content is minimized to minimize the V content in order to satisfy economic efficiency and the secondary curing effect.

V 함량이 0.8% 미만에서는 내마모성이 취약해지고 V 함량이 1.2%를 초과하여 첨가할 경우에는 합금탄화물이 형성되어 2차 경화 효과가 있지만 그 효과가 미비하여 경제성을 고려하여 적절한 함량을 첨가하여야 한다.When the V content is less than 0.8%, the abrasion resistance is weak, and when the V content exceeds 1.2%, alloy carbides are formed to have a secondary hardening effect, but the effect is insufficient, so an appropriate amount should be added in consideration of economic efficiency.

본 발명은 이상과 같은 조성에 의해 기존 종래기술에 의한 금형강에 비해 내구성이 향상된 열간단조 금형강을 구현할 수 있었으며, 이하에서는 표 1의 실시예와 비교예를 바탕으로 한 첨가물 함량에 따른 영향 평가 결과를 설명한다.The present invention was able to implement a hot forged mold steel with improved durability compared to the mold steel according to the prior art by the composition as described above, and the evaluation of the effect of the additive content based on the examples and comparative examples in Table 1 below Explain the results.

구분division C(%)C(%) Si(%)Si(%) Mn(%)Mn(%) Cr(%)Cr(%) V(%)V(%) Mo(%)Mo(%) W(%)W(%) 결과result 실시예1Example 1 0.400.40 1.001.00 0.400.40 5.105.10 1.01.0 1.11.1 -- 종래 STD61(목표기준) 유사Similar to conventional STD61 (target standard) 실시예2Example 2 0.400.40 1.001.00 0.400.40 5.105.10 1.01.0 1.31.3 -- Mo 하한치 미만Mo lower than the lower limit 실시예3Example 3 0.400.40 1.001.00 0.400.40 5.105.10 1.01.0 1.51.5 -- Mo 1.5%에서 W의 함량에 대한 효과 확인Check the effect on the content of W at 1.5% Mo Mo 함량 구간(1.5~2.5%)Mo content section (1.5~2.5%) 실시예4Example 4 0.400.40 1.001.00 0.400.40 5.105.10 1.01.0 1.51.5 0.30.3 실시예5Example 5 0.400.40 1.001.00 0.400.40 5.105.10 1.01.0 1.51.5 1.01.0 실시예6Example 6 0.400.40 1.001.00 0.400.40 5.105.10 1.01.0 1.51.5 2.02.0 실시예7Example 7 0.400.40 1.001.00 0.400.40 5.105.10 1.01.0 2.02.0 -- Mo 2.0%에서 W의 함량에 대한 효과 확인Check the effect on the content of W at Mo 2.0% 실시예8Example 8 0.400.40 1.001.00 0.400.40 5.105.10 1.01.0 2.02.0 0.30.3 실시예9Example 9 0.400.40 1.001.00 0.400.40 5.105.10 1.01.0 2.02.0 1.01.0 실시예10Example 10 0.400.40 1.001.00 0.400.40 5.105.10 1.01.0 2.02.0 2.02.0 실시예11Example 11 0.400.40 1.001.00 0.400.40 5.105.10 1.01.0 2.52.5 -- 비교예Comparative example 0.400.40 1.001.00 0.400.40 5.105.10 1.01.0 3.03.0 -- Mo 상한치 미만Mo upper limit

표 1의 실시예 및 비교예에 의한 평가 결과를 표 2와 같이 정리하였다.The evaluation results according to the examples and comparative examples in Table 1 are summarized as in Table 2.

구분division 고온강도(MPa)High temperature strength (MPa) 경도(HRC)Hardness (HRC) 충격인성(J)Impact toughness (J) 내마모성(mg)Abrasion resistance (mg) 결과result Cr(%)Cr(%) Mo(%)Mo(%) W(%)W(%) 고온 인장강도(at 650℃High temperature tensile strength (at 650℃ 고온 항복강도(at 650℃High temperature yield strength (at 650℃ 575℃575 600℃600℃ 625℃625℃ 575℃575 600℃600℃ 625℃625℃ 575℃575 600℃600℃ 625℃625℃ 5.15.1 1.11.1 -- 570570 350350 5050 4545 3333 2020 2222 3131 1.21.2 1.321.32 1.61.6 AA 5.15.1 1.31.3 -- 615615 402402 5050 4545 3535 2020 2121 3030 1.171.17 1.301.30 1.561.56 BB 1.51.5 0.30.3 682682 421421 5151 4646 3737 1818 1919 2626 0.910.91 1.051.05 1.571.57 CC 1.01.0 688688 428428 5252 4747 3838 99 1111 1212 0.960.96 1.071.07 1.591.59 DD 2.02.0 695695 435435 5252 4747 3838 44 99 99 0.970.97 1.101.10 1.621.62 22 0.30.3 692692 438438 5353 4848 3939 1111 1414 1717 0.950.95 1.051.05 1.321.32 EE 1.01.0 705705 455455 5454 4848 4040 88 1010 1111 0.950.95 1.111.11 1.381.38 FF 2.02.0 711711 460460 5454 4949 4040 33 88 99 0.940.94 1.121.12 1.401.40 2.52.5 -- 685685 430430 5353 4848 4040 1010 1111 1414 0.960.96 1.181.18 1.301.30 GG 3.03.0 -- 682682 428428 5454 5050 4444 88 99 1010 0.950.95 1.151.15 1.281.28 HH

표의 결과에서 A는 종래 STD61(목표기준) 유사하며, B는 하한치 이하로 강도가 부족하고, C, D, E, F, G는 Mo 함량 목표 구간(1.5~2.5%)으로서, C는 인성저하가 크지 않은 텅스텐 함량 선택, D는 강도 상승대비 인성저하로 제외, E는 인성저하가 크지 않은 텅스텐 함량 선택, F는 강도 상승 대비 인성저하로 제외, G는 강도상승과 인성의 상한 목표 경계조건에 해당한다.In the results of the table, A is similar to the conventional STD61 (target basis), B has insufficient strength below the lower limit, and C, D, E, F, and G are Mo content target intervals (1.5 to 2.5%), and C deteriorates toughness. Selects tungsten content that is not large, D excludes the toughness decrease compared to the strength increase, E selects the tungsten content that does not have the toughness decrease, F excludes the toughness decrease compared to the increase in strength, G is the upper limit of strength increase and toughness It corresponds.

그리고, H는 상한치 이상으로 인성저하 문제가 발생한다.And, H has a toughness deterioration problem above the upper limit.

도 4 및 도 5는 Mo 함량에 따른 강도에 대한 평가 결과이다.4 and 5 are evaluation results for strength according to the Mo content.

도시와 같이 Mo 함량에 따른 고온강도 평가 결과, Mo의 함량이 증가함에 따라 강도가 증가하나, 2.5% 이상에서는 강도 증가 효과가 없음을 알 수 있다.As shown in the figure, as a result of evaluating the high temperature strength according to the Mo content, the strength increases as the content of Mo increases, but it can be seen that there is no effect of increasing the strength at 2.5% or more.

그리고, 도 6의 W 함량에 따른 강도 결과를 참조하면, W의 함량에 따라 고온강도는 증가하나, 0.3% 이상 첨가하여도 강도 증가의 효과는 미비하다.And, referring to the results of the strength according to the W content in FIG. 6, the high temperature strength increases according to the content of W, but the effect of the increase in strength is insignificant even when 0.3% or more is added.

다음, 도 7 내지 9는 Mo 함량에 따른 경도 평가 결과이다.Next, FIGS. 7 to 9 are hardness evaluation results according to the Mo content.

Mo 함량에 따른 경도 변화는 1.5% 이상에서 그 효과가 나타나며, 2.5% 이상에서는 그 효과가 미비하다.The change in hardness according to the Mo content is effective at 1.5% or more, and at 2.5% or more, the effect is insignificant.

각 템퍼링 온도에서 경도가 높을수록 소입성이 좋아서 단조금형강 열처리시 HRC 50 이상의 경도 확보가 유리하다.The higher the hardness at each tempering temperature, the better the quenchability, so it is advantageous to secure a hardness of HRC 50 or higher during heat treatment of the forged mold steel.

그리고, 도 10, 도 11은 W 함량에 따른 경도 평가 결과이다.In addition, FIGS. 10 and 11 are results of hardness evaluation according to the W content.

W 함량에 따른 경도 변화는 0.01% 이상에서 그 효과가 나타나며, 0.3%을 초과하면 그 효과가 미비하다.The change in hardness according to the W content shows its effect at 0.01% or more, and when it exceeds 0.3%, the effect is insignificant.

도 12는 Mo 함량에 따른 인성 평가 결과이고, 도 13 및 도 14는 W 함량에 따른 인성 평가 결과이다.12 is a result of toughness evaluation according to the Mo content, and FIGS. 13 and 14 are results of toughness evaluation according to the W content.

Mo 함량이 늘어날수록 인성이 낮아지며, 템퍼링 온도가 높을수록 인성이 더 높다. Mo 함량의 최대치는 강도와 인성을 모두 만족할 수 있는 물성에 규제한다.Toughness decreases as the Mo content increases, and toughness increases as the tempering temperature increases. The maximum value of the Mo content is limited to properties that can satisfy both strength and toughness.

그리고, W 함량이 늘어날수록 인성이 낮아지며, W 함량이 1.0% 이상에서는 템퍼링 온도를 높여도 인성이 향상되는 효과가 떨어짐을 확인할 수 있다. 따라서, W는 최대 0.3%로 한정하며, 그 이상에서는 인성 확보가 어렵다.In addition, it can be seen that as the W content increases, the toughness decreases, and when the W content is 1.0% or more, the effect of improving the toughness decreases even when the tempering temperature is increased. Therefore, W is limited to a maximum of 0.3%, and beyond that, it is difficult to secure toughness.

다음으로, 도 15는 Mo 함량에 따른 마모량의 변화를, 도 16 및 도 17은 W 함량에 따른 마모량의 변화를 나타낸 것이다.Next, FIG. 15 shows the change in the amount of wear according to the Mo content, and FIGS. 16 and 17 show the change in the amount of wear according to the W content.

Mo 함량에 따른 마모량 평가 결과 Mo 함량이 1.5% 이상 첨가될 때 내마모성의 효과가 나타나며, 600℃ 이하의 템퍼링 조건에서는 1.5%일 때 마모량이 가장 작고, 625℃에서는 2.0% 이상 첨가되어야 효과가 좋음을 알 수 있다.As a result of evaluation of the amount of wear according to the Mo content, the effect of abrasion resistance appears when the Mo content is added more than 1.5%, the wear amount is the smallest at 1.5% under the tempering condition of 600°C or less, and the effect is good when added at least 2.0% at 625°C. Able to know.

그리고, W 함량에 따른 마모량 평가 결과 W 함량이 증가함에 따라 마모량이 증가하여 내마모성이 안 좋아지는 특성을 나타낸다.In addition, as a result of the evaluation of the amount of wear according to the W content, as the content of W increases, the amount of wear increases, thereby exhibiting poor wear resistance.

따라서, W 함량은 최소한으로 줄이는 것이 바람직하다.Therefore, it is desirable to reduce the W content to a minimum.

다음의 도 18은 Mo과 W의 첨가에 의한 인장강도 및 인성의 영향을 나타낸 것이다.The following Figure 18 shows the effect of tensile strength and toughness by the addition of Mo and W.

Mo의 첨가에 따라 고온강도는 상승하나 인성이 급격히 떨어지는 경향을 나타낸다.The high temperature strength increases with the addition of Mo, but the toughness tends to drop rapidly.

고온인장강도를 높여야 금형 수명이 증가하므로 고온 인장강도는 650MPa보다 높아야 하고, 인성은 금형에서 받는 과하중에 취성파손이 발생하지 않도록 10J 이상은 확보되어야 한다.Since the mold life is increased only by increasing the high temperature tensile strength, the high temperature tensile strength should be higher than 650 MPa, and the toughness should be secured at least 10J so as not to cause brittle fracture in the overload received from the mold.

따라서, Mo의 함량은 1.5%~2.5%가 적절하며 W는 0.3% 이하로 첨가되어야 인성을 최대한 확보할 수가 있음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the content of Mo is appropriately 1.5% to 2.5%, and W must be added at 0.3% or less to ensure the maximum toughness.

이상의 실험을 통해 입증된 조성 및 함량을 가지는 본 발명에 의한 금형강은 일 예로서 도 19와 같이 ??칭 및 3차에 의한 템퍼링 열처리를 통해 제작될 수 있고, 이와 같이 제작되는 본 발명에 의한 금형강은 종래의 금형강에 비해 내구성이 향상됨으로써 금형의 수명을 보다 연장시킬 수가 있다.The mold steel according to the present invention having a composition and content proved through the above experiments can be produced through a tempering heat treatment by quenching and tertiary as shown in FIG. 19 as an example, and according to the present invention manufactured as described above. The mold steel has improved durability compared to the conventional mold steel, so that the life of the mold can be further extended.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.Although the present invention as described above has been described with reference to the exemplified drawings, it is not limited to the described embodiments, and it can be modified and modified in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. It is obvious to those who have it. Therefore, such modifications or variations will have to belong to the claims of the present invention, the scope of the present invention should be interpreted based on the appended claims.

Claims (5)

중량%로, 탄소(C) 0.40~0.50%, 규소(Si) 0.8~1.2%, 망간(Mn) 0.3~0.6%, 크롬(Cr) 4.8~5.5%, 몰리브덴(Mo) 1.5~2.5%, 바나듐(V) 0.8~1.2%, 텅스텐(W) 0.01~0.3 %, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는,
열간단조 금형강.
In weight percent, carbon (C) 0.40 to 0.50%, silicon (Si) 0.8 to 1.2%, manganese (Mn) 0.3 to 0.6%, chromium (Cr) 4.8 to 5.5%, molybdenum (Mo) 1.5 to 2.5%, vanadium (V) 0.8-1.2%, tungsten (W) 0.01-0.3%, containing the balance Fe and other inevitable impurities,
Hot forged mold steel.
청구항 1에 있어서,
미세조직이 베이나이트 및 마르텐사이트를 포함하는,
열간단조 금형강.
The method according to claim 1,
The microstructure comprises bainite and martensite,
Hot forged mold steel.
청구항 1에 있어서,
상기 금형강은 [Mo] + [W] 값이 1.5~2.8 범위를 만족하는,
열간단조 금형강.
The method according to claim 1,
The mold steel is [Mo] + [W] value satisfies the range of 1.5 to 2.8,
Hot forged mold steel.
청구항 1에 있어서,
상기 금형강은 [V]/[C] 값이 1.6~3.0 범위를 만족하는,
열간단조 금형강.
The method according to claim 1,
The mold steel is [V] / [C] value satisfies the range of 1.6 to 3.0,
Hot forged mold steel.
청구항 1에 있어서,
상기 금형강은 [V]/[C] 값이 2.7인 것을 특징으로 하는,
열간단조 금형강.
The method according to claim 1,
The mold steel is characterized in that the [V] / [C] value is 2.7,
Hot forged mold steel.
KR1020180164001A 2018-12-18 2018-12-18 Hot forging die steel enhancing durability KR20200075383A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180164001A KR20200075383A (en) 2018-12-18 2018-12-18 Hot forging die steel enhancing durability

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180164001A KR20200075383A (en) 2018-12-18 2018-12-18 Hot forging die steel enhancing durability

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200075383A true KR20200075383A (en) 2020-06-26

Family

ID=71136663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180164001A KR20200075383A (en) 2018-12-18 2018-12-18 Hot forging die steel enhancing durability

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20200075383A (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101312822B1 (en) 2011-11-30 2013-09-27 주식회사 포스코 Die steel and manufacturing method using the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101312822B1 (en) 2011-11-30 2013-09-27 주식회사 포스코 Die steel and manufacturing method using the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105934530B (en) Stainless steel for flapper valves
KR101920973B1 (en) Austenitic steel having excellent surface properties and method for manufacturing thereof
US10487382B2 (en) High strength special steel
KR101745191B1 (en) Ultra high strength spring steel
KR101745192B1 (en) Ultra high strength spring steel
KR102009630B1 (en) Grater
JP2011084767A (en) Method of producing cracking connecting rod
KR101745196B1 (en) Ultra high strength spring steel
KR20200075383A (en) Hot forging die steel enhancing durability
KR101795278B1 (en) Ultra high strength spring steel
KR101602445B1 (en) Steel for Hydraulic Breaker Chisel With High Hardenability and Method for Manufacturing the Same
KR101714929B1 (en) Austenitic steel having excellent wear resistance and method for manufacturing the same
KR102122665B1 (en) Manufacturing method for die steel for hot stamping and die steel for hot stamping thereof
KR101505292B1 (en) High strength steel and manufacturing method of the same
JP7176877B2 (en) Alloy steel for machine structural use with excellent impact resistance
JP5734050B2 (en) Medium carbon steel with excellent rolling fatigue properties and induction hardenability
KR101776491B1 (en) High strength spring steel having excellent corrosion resistance
KR20110075611A (en) Wear resistant steel
KR20080056945A (en) Ultra high strength carburizing steel with high fatigue resistance
KR102492644B1 (en) Wire rod and parts with improved delayed fracture resisitance and method for manufacturing the same
JP2001181782A (en) Hot work tool steel excellent in weldability
JP4821711B2 (en) Steel for soft nitriding
KR100913172B1 (en) Ultra high strength carburizing steel with high fatigue resistance
KR101902329B1 (en) Low Cost Alloy Steel for Oil Tools With High Hardenability and Low Temperature Toughness And Method for Manufacturing The Same
KR20180089103A (en) Steel material for leaf spring and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application