KR20210035238A

KR20210035238A - 열간 공구강 및 열간 공구

Info

Publication number: KR20210035238A
Application number: KR1020217005039A
Authority: KR
Inventors: 요우스케 나카노; 시호 후쿠모토; 코우타 카타오카
Original assignee: 히다찌긴조꾸가부시끼가이사
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2019-05-09
Publication date: 2021-03-31
Also published as: EP3862458A4; EP3862458A1; CN114000059B; EP4230759A1; CN112601832B; KR102550394B1; WO2020070917A1; JP2021095630A; EP3862458B1; US20230304135A1; CN114000059A; US20210262071A1; CN112601832A; JP6826767B2; JPWO2020070917A1; JP6913291B2

Abstract

인성 및 내담금질 균열성이 뛰어난 열간 공구강과, 열간 공구를 제공한다. 질량%로, C: 0.25∼0.45%, Si: 0.1∼0.4%, Mn: 0.5∼0.9%, Ni: 0∼0.6%, Cr: 4.9∼5.5%, Mo 및 W는 단독 또는 복합으로 (Mo + 1/2W): 1.3∼2.3%, V: 0.6∼0.9%, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지고, 하기의 식 1 및 식 2에서 산출되는 각 값이, A값: 6.00 이상 및 B값: 1.00 이하를 충족시키는 열간 공구강 또는 열간 공구이다. 식 1, 2의 [] 괄호 내는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.
식 1: A값 = -0.7[%Si] + 1.5[%Mn] + 1.3[%Ni] + 0.9[%Cr] + 0.6[%(Mo + 1/2W)] + 0.3[%V]
식 2: B값 = 1.9[%C] + 0.043[%Si] + 0.12[%Mn] + 0.09[%Ni] + 0.042[%Cr] + 0.03[%(Mo + 1/2W)] - 0.12[%V]

Description

열간 공구강 및 열간 공구

본 발명은, 프레스 금형이나 단조 금형, 다이캐스트 금형, 압출 공구와 같은 다종의 열간 공구에 최적인 열간 공구강과, 그 열간 공구에 관한 것이다.

열간 공구는 고온의 피가공재나 경질의 피가공재와 접촉하면서 사용되기 때문에, 충격에 견딜 수 있는 인성을 구비하고 있을 필요가 있다. 그리고, 종래, 열간 공구강에는, 예를 들면 JIS 강종인 SKD61계의 합금 공구강이 사용되고 있었다. 또한, 최근의 더나은 인성 향상의 요구에 응답하여, 상기 SKD61계의 합금 공구강의 성분 조성을 개량한 합금 공구강이 제안되어 있다(특허문헌 1, 2).

열간 공구강은, 통상, 강괴 또는 강괴를 분괴 가공한 강편으로 이루어지는 소재를 출발 재료로 해서, 이것에 다양한 열간 가공이나 열처리를 행해서 소정의 강재로 하고, 이 강재에 소둔 처리를 행해서 제조된다. 그리고, 이 제조된 열간 공구강은, 통상, 경도가 낮은 소둔 상태에서, 열간 공구의 제작 메이커측에 공급되어서 열간 공구의 형상으로 기계가공된 후, 담금질 뜨임에 의해서 소정의 사용 경도로 조정된다. 또한, 이 사용 경도로 조정된 후에 마무리 가공을 행하는 것이 일반적이다. 그리고, 열간 공구강의 인성은, 이 담금질 뜨임된 상태(즉, 열간 공구에 상당하는 상태)에서 평가된다.

일본 특허공개 2006-104519호 공보 유럽 특허출원 공개 제2194155호 명세서

그런데, 열간 공구강에 담금질 뜨임을 행할 때, 기계가공된 열간 공구강의 공구 형상이 복잡하면, 담금질 냉각 중에 그 오목부 등을 기점으로 한 "담금질 균열"이 생기는 것이 문제가 된다. 그리고, 담금질 균열이 현저하면, 그 후의 마무리 가공에서도 이 "균열"을 제거하기 어려워 열간 공구의 불량의 요인이 된다. 이 점에 있어서, 특허문헌 1, 2에는, 뛰어난 인성 및 내담금질 균열성을 달성하는 점에서 검토의 여지가 있었다.

본 발명의 목적은, 인성 및 내담금질 균열성이 뛰어난 열간 공구강 및 열간 공구를 제공하는 것이다.

이상의 과제를 감안하여 본 발명자가 예의 연구를 행한 결과, 담금질 냉각 중의 변태 거동을 세밀하게 해석함으로써, 열간 공구강에는 담금질 균열의 발생을 억제하면서 높은 인성을 얻을 수 있는 바람직한 성분 범위가 있는 것을 밝혀 냈다.

즉, 본 발명은 질량%로, C: 0.25∼0.45%, Si: 0.1∼0.4%, Mn: 0.5∼0.9%, Ni: 0∼0.6%(바람직하게는, 0.2∼0.5%), Cr: 4.9∼5.5%, Mo 및 W는 단독 또는 복합으로 (Mo + 1/2W): 1.3∼2.3%, V: 0.6∼0.9%, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지고, 하기의 식 1 및 식 2에서 산출되는 각 원소의 함유량의 관계가, A값: 6.00 이상 및 B값: 1.00 이하를 충족시키는 열간 공구강이다. 식 1, 2의 [] 괄호 내는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.

식 1: A값 = -0.7[%Si] + 1.5[%Mn] + 1.3[%Ni] + 0.9[%Cr] + 0.6[%(Mo + 1/2W)] + 0.3[%V]

식 2: B값 = 1.9[%C] + 0.043[%Si] + 0.12[%Mn] + 0.09[%Ni] + 0.042[%Cr] + 0.03[%(Mo + 1/2W)] - 0.12[%V]

그리고, 본 발명은 질량%로, C: 0.25∼0.45%, Si: 0.1∼0.4%, Mn: 0.5∼0.9%, Ni: 0∼0.6%(바람직하게는, 0.2∼0.5%), Cr: 4.9∼5.5%, Mo 및 W는 단독 또는 복합으로 (Mo + 1/2W): 1.3∼2.3%, V: 0.6∼0.9%, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지고, 하기의 식 1 및 식 2에서 산출되는 각 원소의 함유량의 관계가, A값: 6.00 이상 및 B값: 1.00 이하를 충족시키는 열간 공구이다. 식 1, 2의 [] 괄호 내는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.

본 발명에 의하면, 담금질시의 담금질 균열을 억제할 수 있고, 담금질 뜨임 후의 인성이 뛰어난 열간 공구강과, 그 열간 공구를 제공할 수 있다.

도 1은 실시예의 담금질 균열 시험에서 사용한 시험편의 형상을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시예의 담금질 균열 시험을 행한 후의, 본 발명예의 시험편의 홈 바닥의 코너를 나타내는 도면 대용 사진이다.
도 3은 실시예의 담금질 균열 시험을 행한 후의, 비교예의 시험편의 홈 바닥의 코너를 나타내는 도면 대용 사진이다.

본 발명의 특징은, 열간 공구강(또는 열간 공구)의 성분 조성에 대해서, 그것을 구성하는 각 원소의 함유량을 최적으로 또한 한정된 범위로 조정한 것으로, 인성 및 내담금질 균열성이 뛰어난 열간 공구강을 달성할 수 있었던 것에 있다. 즉, 열간 공구강을 상기 성분 조성으로 함으로써 그 열간 공구강의 제조 방법은 종래와 같이 하고, 담금질 뜨임 조건도 종래와 같이 해도, 담금질 냉각 중의 담금질 균열을 억제할 수 있고, 또한, 담금질 뜨임 후의 높은 인성을 부여할 수 있다.

담금질이란, 열간 공구강을 오스테나이트 온도역으로까지 가열하고, 이것을 냉각(급냉)함으로써, 조직을 마르텐사이트나 베이나이트로 변태시키는 공정이다. 그리고, 열간 공구강에 담금질을 행하면, 그 표면에 비하여 내부에서의 변태가 일어나는 타이밍이 느리고, 이것에 의해서, 열간 공구강의 각 위치에서 팽창차가 생긴다. 그리고, 각종 금형의 형상면과 같이, 열간 공구강의 공구 형상이 복잡하면, 그 오목부(코너부)에 응력이 집중하여 담금질 균열이 발생하기 쉽다.

그리고, 열간 공구강에서는, 담금질 뜨임 후의 뛰어난 인성을 부여하기 위해서, 담금질성을 향상시키는 Cr, Mn, Mo, W, Ni 등의 원소가 첨가될 수 있는 바, 그렇게 하면, 담금질 냉각 중의 변태시의 팽창량이 증가하여 담금질 균열이 더욱 현저해지는 요인이 된다.

그래서, 본 발명에서는 상기 담금질 냉각 중의 변태거동을 세밀하게 해석함으로써, 열간 공구강에는 담금질 균열의 발생을 억제하면서 높은 인성을 얻을 수 있는 바람직한 성분 범위가 존재하는 것을 찾아냈다. 이하, 본 발명의 열간 공구강(또는 열간 공구)의 성분 조성의 상세를 서술한다.

·C: 0.25∼0.45질량%(이하, 단지 「%」라고 표기)

C는 일부가 기지 중에 고체 용해해서 강도를 부여하고, 일부는 탄화물을 형성함으로써 내마모성이나 내소착성을 높이는 열간 공구강의 기본 원소이다. 단, C의 과도 한 첨가는 열간 강도의 저하에 작용한다. 그리고, 담금질 냉각 중의 담금질 균열을 조장한다. 따라서, C는 0.25∼0.45%로 한다. 바람직하게는 0.30% 이상이다. 보다 바람직하게는 0.32% 이상이다. 또한, 바람직하게는 0.43% 이하이다. 보다 바람직하게는 0.40% 이하이다.

·Si: 0.1∼0.4%

Si는 제강시의 탈산제임과 아울러 피삭성을 높이는 원소이다. 그러나, Si가 지나치게 많으면, 담금질 뜨임 조직 중에 침상의 베이나이트가 생성되어 공구의 인성이 저하한다. 또한, 담금질 냉각시의 베이나이트 조직 중에 있어서, 시멘타이트계의 탄화물의 석출을 억제함으로써, 간접적으로 뜨임시의 합금 탄화물의 석출·응집·조대화를 촉진하여 고온 강도를 저하시킨다. 그리고, 담금질 냉각 중의 담금질 균열을 조장한다. 따라서, Si는 0.1∼0.4%로 한다. 바람직하게는 0.15% 이상이다. 보다 바람직하게는 0.20% 이상이다. 또한, 바람직하게는 0.35% 이하이다. 보다 바람직하게는 0.33% 이하이다.

·Mn: 0.5∼0.9%

Mn은, 담금질성을 높여서 페라이트의 생성을 억제하고, 담금질 뜨임 후의 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 또한, 적당한 담금질 뜨임 경도를 얻는데 효과적인 원소이다. 또한, 비금속 개재물의 MnS로서 조직 중에 존재하면, 피삭성의 향상에 큰 효과를 나타내는 원소이다. 그러나, Mn이 지나치게 많으면, 기지의 점도를 높여서 피삭성을 저하시킨다. 그리고, 담금질 냉각 중의 담금질 균열을 조장한다. 따라서, Mn은,0.5∼0.9%로 한다. 바람직하게는 0.55% 이상이다. 또한, 바람직하게는 0.85% 이하이다.

·Ni: 0∼0.6%

Ni는 페라이트의 생성을 억제하는 원소이다. 또한, Cr, Mn, Mo, W 등과 함께 열간 공구강에 뛰어난 담금질성을 부여하여, 완만한 담금질 냉각속도의 경우에도 마르텐사이트 주체의 조직을 형성시켜 인성의 저하를 막는데 효과적인 원소이다. 또한, 기지의 본질적인 인성 개선 효과를 부여하는 원소이기도 한다.

단, Ni가 지나치게 많으면, 열간 공구의 고온강도가 저하한다. 또한, 기지의 점도를 높여서 피삭성이 저하한다. 그리고, 담금질 냉각 중의 담금질 균열을 조장한다. 따라서, 본 발명에 있어서는 열간 공구강의 내담금질 균열성을 확보하기 위해서, Ni의 상한을 엄격하게 관리하는 것이 중요하다. 그리고, 후술의 식 1, 2에 의한 A값 및 B값을 충족시킴으로써, Ni는 함유하지 않아도 열간 공구에 뛰어난 인성을 부여하는 것이 가능하다. 따라서, Ni는 0.6% 이하로 규제한다. 바람직하게는 0.5% 이하이다. 보다 바람직하게는 0.4% 이하이다. 더욱 바람직하게는 0.3% 이하이다. 그리고, Ni가 불순물일 때는, 그 하한을 0%로 할 수 있고, 상한도 또한 0.1%나 0.05%로 하는 것이 가능하다.

단, 후술의 식 1, 2에 의한 A값 및 B값을 충족시키는 한에 있어서, 본 발명의 열간 공구강은 Ni를 함유할 수도 있다. 이 때, 예를 들면, 0.2% 이상의 함유량으로 할 수 있다.

·Cr: 4.9∼5.5%

Cr은 담금질성을 높여서 인성의 향상에 효과적인 원소이다. 또한, 조직 중에 탄화물을 형성해서 기지의 강화나 내마모성을 향상시키는 효과를 갖고, 뜨임 연화 저항이나 고온강도의 향상에도 기여하는 열간 공구강의 기본 원소이다. 그러나, Cr의 과도한 첨가는, 고온강도의 저하의 요인이 된다. 그리고, 담금질 냉각 중의 담금질 균열을 조장한다. 따라서, Cr은 4.9∼5.5%로 한다. 바람직하게는 5.0% 이상이다. 보다 바람직하게는 5.1% 이상이다. 더욱 바람직하게는 5.2% 이상이다. 또한, 바람직하게는 5.45% 이하이다. 보다 바람직하게는 5.40% 이하이다.

·Mo 및 W는 단독 또는 복합으로 (Mo + 1/2W): 1.3∼2.3%

Mo 및 W는 담금질성을 높여서 인성을 향상시킴과 아울러, 뜨임에 의해 미세탄화물을 석출시켜서 강도를 부여하고, 연화 저항을 향상시키기 위해서 단독 또는 복합으로 첨가할 수 있는 원소이다. W는 Mo의 약 2배의 원자량이기 때문에 (Mo + 1/2W)로 규정할 수 있다(당연히, 어느 한쪽만의 첨가로 해도 좋고, 양쪽을 첨가할 수도 있다). 단, Mo나 W가 지나치게 많으면, 피삭성이 저하한다. 그리고, 담금질 냉각 중의 담금질 균열을 조장한다. 따라서, Mo 및 W는, (Mo + 1/2W)의 Mo당량의 관계식에서 1.3∼2.3%로 한다. 바람직하게는 1.35% 이상이다. 보다 바람직하게는 1.4% 이상이다. 또한, 바람직하게는 2.2% 이하이다. 보다 바람직하게는 2.15% 이하이다. 더욱 바람직하게는 2.1% 이하이다.

또, 본 발명의 경우, W는 고가의 원소이기 때문에 W의 전부를 Mo로 교체할 수 있다. 이 때, Mo: 1.3∼2.3%로 된다(바람직한 범위에 대해서도 같다). 단, W는 불순물로서 포함될 수 있다.

상기한 Mo당량의 범위에 있어서, 특히, 인성의 더나은 향상을 중시할 경우는, Mo당량을, 또한, 1.5% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.7% 이상이다. 더욱 바람직하게는 1.9% 이상이다. 보다 더 바람직하게는 2.0% 이상이다. Mo당량을 고값측으로 조정함으로써, 후술하는 식 1에서 산출되는 A값을 높이는 것에 작용한다.

한편, 상기한 Mo당량의 범위에 있어서, 특히, 내담금질 균열성의 더나은 향상을 중시할 경우는, Mo당량을, 또한, 2.0% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.8% 이하이다. 더욱 바람직하게는 1.6% 이하이다. 보다 더 바람직하게는 1.5% 이하이다. Mo당량을 저값측으로 조정함으로써, 후술하는 식 2에서 산출되는 B값을 낮추는 것에 작용한다.

·V: 0.6∼0.9%

V는 탄화물을 형성하여 기지의 강화나 내마모성을 향상하는 효과를 갖는다. 또한, 뜨임 연화 저항을 높임과 아울러 결정립의 조대화를 억제하여, 인성의 향상에 기여한다. 그리고, 담금질 냉각 중의 담금질 균열의 억제에 효과적인 원소이다. 그러나, V가 지나치게 많으면, 피삭성의 저하를 초래한다. 따라서, V는 0.6∼0.9%로 한다. 바람직하게는 0.65% 이상이다. 또한, 바람직하게는 0.85% 이하이다. 보다 바람직하게는 0.80% 이하이다.

·식 1에서 산출되는 A값: 6.00 이상

식 1: A값 = -0.7[%Si] + 1.5[%Mn] + 1.3[%Ni] + 0.9[%Cr] + 0.6[%(Mo + 1/2W)] + 0.3[%V]([] 괄호 내는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.)

그리고, 본 발명에서는, 상술한 열간 공구강(또는 열간 공구)의 성분 조성에 있어서, 상기의 식 1에서 산출되는 A값을 「6.00 이상」으로 관리하는 것이 중요하게 된다. 즉, 식 1은 열간 공구강의 오로지 "인성"에 미치는, 각 원소의 영향도를 수치화한 것이다. 그리고, 이 식 1에서 구해진 「A값」이, 어떤 성분 조성의 열간 공구강이 갖는 "인성"의 정도를 나타내는 지표값이다.

본 발명의 열간 공구강의 경우, 담금질 뜨임 후의 인성에 영향을 미치는 원소종으로서, 「Si, Mn, Ni, Cr, Mo, W, V」를 들 수 있다. 그리고, 이들 원소종 중, Si는 인성의 저하에 작용하고, Mn, Ni, Cr, Mo, W, V는 인성의 향상에 작용하는 것을 본 발명자는 깨달았다. 그리고, 본 발명자는 인성의 향상에 작용하는 Mn, Ni, Cr, Mo, W, V에 「플러스」의 계수를 붙이고, 인성의 저하에 작용하는 Si에 「마이너스」의 계수를 붙임과 아울러, 각각의 계수에 대해서 인성의 향상 또는 저하에 작용하는 정도에 따라서 계수의 값(절대값)을 정함으로써, 상호적으로 변화되는 각 원소의 함유량과 인성의 밸런스를 열간 공구강의 성분 조성으로 평가할 수 있는 상기 식을 완성시켰다.

이상의 계수의 결정에 의해서, 상기 식 1에서 산출되는 A값을 "크게 한다"라고 하는 것은, 하기의 내담금질 균열성을 포함해서 열간 공구강에 요구되는 그 밖의 특성에의 영향을 적게 억제하여 열간 공구강의 인성을 향상시킨다고 하는 것이다. 그리고, 본 발명에 있어서는, 상기 A값을 「6.00 이상」으로 한다. 이것에 의해서, 담금질 냉각시에 관계되는 담금질성이 향상하거나 해서, 담금질 뜨임 후의 인성을 높은 레벨로 유지할 수 있다. 바람직하게는 「6.30 이상」이다. 보다 바람직하게는 「6.50 이상」이다. 더욱 바람직하게는 「7.00 이상」이다. 보다 더 바람직하게는 「7.30 이상」이다.

또, 이 A값의 상한은, 식 1을 구성하는 Si, Mn, Ni, Cr, Mo, W, V의 원소가 그 개개의 성분 범위를 충족시키고 있는 한에 있어서 특별히 필요로 하지 않는다. 그리고, 후술의 B값과의 관계 등에도 따라서, 예를 들면, 「8.50」, 「8.30」, 「8.00」, 「7.80」과 같은 값을 설정할 수 있다.

·식 2에서 산출되는 B값: 1.00 이하

식 2: B값 = 1.9[%C] + 0.043[%Si] + 0.12[%Mn] + 0.09[%Ni] + 0.042[%Cr] + 0.03[%(Mo + 1/2W)] - 0.12[%V]([] 괄호 내는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.)

그리고, 본 발명에서는 상술한 열간 공구강(또는 열간 공구)의 성분 조성에 있어서, 상기 식 2에서 산출되는 B값을 「1.00 이하」로 관리하는 것이 중요하게 된다. 즉, 식 2는 열간 공구강의 오로지 "내담금질 균열성"에 미치는, 각 원소의 영향도를 수치화한 것이다. 그리고, 이 식 2에서 구해진 「B값」이, 어떤 성분 조성의 열간 공구강이 갖는 "내담금질 균열성"의 정도를 나타내는 지표값이다.

본 발명의 열간 공구강의 경우, 담금질 냉각 중의 담금질 균열에 영향을 미치는 원소종으로서, 「C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, W, V」를 들 수 있다. 그리고, 이들 원소종 중, C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, W는 내담금질 균열성의 저하에 작용하고, V는 내담금질 균열성의 향상에 작용하는 것을 본 발명자는 깨달았다. 그리고, 본 발명자는 내담금질 균열성의 향상에 작용하는 V에 「마이너스」의 계수를 붙이고, 내담금질 균열성의 저하에 작용하는 C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, W에 「플러스」의 계수를 붙임과 아울러, 각각의 계수에 대해서 내담금질 균열성의 향상 또는 저하에 작용하는 정도에 따라서 계수의 값(절대값)을 정함으로써, 상호적으로 변화하는 각 원소의 함유량과 내담금질 균열성의 밸런스를 열간 공구강의 성분 조성으로 평가할 수 있는 상기 식을 완성시켰다.

이상의 계수의 결정에 의해서, 상기 식 2에서 산출되는 B값을 "작게 한다"라고 하는 것은, 상기 인성을 포함하여 열간 공구강에 요구되는 그 밖의 특성에의 영향을 적게 억제하여 열간 공구강의 내담금질 균열성을 향상시킨다고 하는 것이다. 그리고, 본 발명에 있어서는, 상기 B값을 「1.00 이하」로 한다. 특히, 이 B값은 엄격하게 관리할 필요가 있다. 이것에 의해서, 담금질 냉각 중의 열간 공구강에 생기는 팽창차에 대응할 수 있어서 담금질 냉각 중의 담금질 균열을 억제할 수 있다.

또, 이 B값의 하한은 식 2를 구성하는 C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, W, V의 원소가, 그 개개의 성분 범위를 충족시키고 있는 한에 있어서 특별히 필요로 하지 않는다. 그리고, 상술의 A값과의 관계 등에도 따라서, 예를 들면, 「0.70」, 「0.75」, 「0.80」, 「0.85」, 「0.90」이라고 하는 값을 설정할 수 있다.

본 발명의 「담금질 냉각 중의 담금질 균열 억제」 및 「담금질 뜨임 후의 인성 향상」의 효과에 관계되는 상기 담금질 및 뜨임의 온도는, 소재의 성분 조성이나 목표 경도 등에 따라서 다르지만, 담금질 온도는 대략 1000∼1100℃ 정도, 뜨임 온도는 대략 500∼650℃ 정도인 것이 바람직하다.

그리고, 담금질 뜨임 경도는 50HRC 이하로 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 40∼50HRC이다. 그리고, 보다 바람직하게는 41HRC 이상이다. 더욱 바람직하게는 42HRC 이상이다. 또한, 보다 바람직하게는 48HRC 이하이다. 더욱 바람직하게는 46HRC 이하이다.

(실시예)

10t 아크 용해로를 사용하여, 표 1의 성분 조성을 갖는 강괴를 용제했다. 이 강괴에 1200℃ 이상의 온도로 유지하는 균열처리(소킹)를 행한 후, 1000∼1250℃의 사이에서 열간 단조를 행하여, 치수가 대강 두께 300㎜×폭 400㎜를 초과하는 강재로 마무리했다. 그리고, 이 강재에 850∼900℃의 소둔 처리를 행해서, 시료 1∼5(본 발명예) 및 11, 12, 13(비교예)의 열간 공구강을 제작했다. 표 1에는, 본 발명에 따른 식 1 및 식 2에 의해서 구한한 A값 및 B값도 나타낸다.

<담금질 균열 시험>

시료로부터 세로 300㎜×가로 300㎜×높이 300㎜의 블록을 채취하고, 그 한면에 폭 50㎜, 깊이 100㎜의 홈을 가공하여 오목 형상의 시험편을 작성했다(도 1). 오목부(홈 바닥)의 코너 형상은 2.0R의 곡률반경으로 마무리하고 있다. 또, 시료 1, 3, 5에 대해서는, 상기 곡률반경이 1.5R의 것도 준비했다. 이 시험편에 담금질 온도가 1020∼1030℃의 담금질을 행했다. 담금질 냉각은 유냉으로 행하고, 시험편의 중심부의 온도가 200∼250℃에 도달하는 시간에서 기름으로부터 끌어올렸다. 그리고, 그대로 뜨임 온도(500∼650℃)에의 가열로 이행하고, 목표 경도를 43HRC로 하는 뜨임를 행한 후에, 그 열간 공구에 상당하는 시험편의 표면에 침투 탐상 시험(컬러 체크)을 행하여, 홈 바닥의 코너에 있어서의 담금질 균열의 발생의 유무를 확인했다.

<샤르피 충격 시험>

시료로부터 샤르피 충격 시험편(S-T 방향, 2mmU 노치)을 채취하고, 이것에 담금질 뜨임를 행하였다. 담금질은 담금질 온도를 1030℃로 하고, 담금질 냉각은 가압 가스로 행했다. 이 때, 사이즈가 큰 실제의 열간 공구강의 중심부를 상정하여, 담금질 온도(1030℃)로부터 [담금질 온도 + 실온(20℃)]/2까지의 온도(525℃)로 냉각하는데 요하는 시간(반냉 시간이라고 한다.)이 90분 정도인 느린 냉각 속도로 냉각했다. 그리고, 담금질 후에, 500∼650℃ 중의 여러 가지 온도에서 뜨임을 행해서 열간 공구에 상당하는 43HRC의 목표 경도로 조정하고, 마무리 가공을 행하고나서, 샤르피 충격 시험을 실시했다.

<내담금질 균열성 및 인성의 평가>

담금질 균열 시험 및 샤르피 충격 시험의 결과를, 표 2에 나타낸다. 본 발명예의 시료 1∼5에서는, 30J/㎠ 이상의 샤르피 충격값이 얻어졌다. 특히, 시료 2, 4에서는, 40J/㎠ 이상의 샤르피 충격값이 얻어졌다. 또한, 본 발명예의 시료 1∼5에서는 그 홈 바닥의 코너에 담금질 균열이 확인되지 않았다(도 2). 시료 1, 3, 5에 대해서는, 오목부의 곡률반경이 1.5R인 시험편에서도 담금질 균열이 확인되지 않았다.

이것에 대하여, 비교예의 시료 11은, A값이 작고, 30J/㎠ 이상의 샤르피 충격값을 달성하지 못했다. 또한, 비교예의 시료 13은, B값이 크고, 홈 바닥의 코너에 담금질 균열이 발생했다. 이것에 대해서는, 비교예의 시료 12도 같고, 시료 12는 개개의 원소의 함유량은 본 발명을 충족시키고 있었지만, 홈 바닥의 코너에 담금질 균열이 발생했다(도 3; 라인 형상의 것이 침투액이다).

Claims

질량%로, C: 0.25∼0.45%, Si: 0.1∼0.4%, Mn: 0.5∼0.9%, Ni: 0∼0.6%, Cr: 4.9∼5.5%, Mo 및 W는 단독 또는 복합으로 (Mo + 1/2W): 1.3∼2.3%, V: 0.6∼0.9%, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지고,
하기의 식 1 및 식 2에서 산출되는 각 원소의 함유량의 관계가, A값: 6.00 이상 및 B값: 1.00 이하를 충족시키는 것을 특징으로 하는 열간 공구강.
식 1: A값 = -0.7[%Si] + 1.5[%Mn] + 1.3[%Ni] + 0.9[%Cr] + 0.6[%(Mo + 1/2W)] + 0.3[%V]
식 2: B값 = 1.9[%C] + 0.043[%Si] + 0.12[%Mn] + 0.09[%Ni] + 0.042[%Cr] + 0.03[%(Mo + 1/2W)] - 0.12[%V]
[] 괄호 내는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
질량%로, Ni: 0.2∼0.5%인 것을 특징으로 하는 열간 공구강.
질량%로, C: 0.25∼0.45%, Si: 0.1∼0.4%, Mn: 0.5∼0.9%, Ni: 0∼0.6%, Cr: 4.9∼5.5%, Mo 및 W는 단독 또는 복합으로 (Mo + 1/2W): 1.3∼2.3%, V: 0.6∼0.9%, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지고,
하기의 식 1 및 식 2에서 산출되는 각 원소의 함유량의 관계가, A값: 6.00 이상 및 B값: 1.00 이하를 충족시키는 것을 특징으로 하는 열간 공구.
식 1: A값 = -0.7[%Si] + 1.5[%Mn] + 1.3[%Ni] + 0.9[%Cr] + 0.6[%(Mo + 1/2W)] + 0.3[%V]
식 2: B값 = 1.9[%C] + 0.043[%Si] + 0.12[%Mn] + 0.09[%Ni] + 0.042[%Cr] + 0.03[%(Mo + 1/2W)] - 0.12[%V]
[] 괄호 내는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.
제 3 항에 있어서,
질량%로, Ni: 0.2∼0.5%인 것을 특징으로 하는 열간 공구.