KR20230056045A

KR20230056045A - 열간 공구강

Info

Publication number: KR20230056045A
Application number: KR1020237010176A
Authority: KR
Inventors: 시게토시 네기시
Original assignee: 니혼 고슈하 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2021-03-10
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2023-04-26
Also published as: CN116419980A; JP2022138719A; WO2022190441A1; JP6946586B1

Abstract

본 발명의 열간 공구강은, C: 0.38 내지 0.45질량%, Si: 0.50질량% 이하, Mn: 0.37 내지 1.00질량%, Cr: 4.30 내지 5.50질량%, Ni: 0.11 내지 0.20질량%, Mo+(1/2)W: 1.5 내지 3.2질량%, V: 0.49 내지 0.62질량%, N: 0.006 내지 0.025질량%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 갖고, 또한, 성분 X의 함유량(질량%)을 [X]로 나타냈을 때, A=1050-373.6[C]+28.7[Cr]-150.0[Ni]-127.3[V]+45.9[Mo+(1/2)W]로 구해지는 A가 1000을 초과한다. 이에 의해, 고온에서의 0.2% 내력이 우수한 열간 공구강을 얻을 수 있고, 이 열간 공구강을 사용해서 금형을 제조하면, 가공 대상이 고강도인 강종이어도, 소성 변형하는 일이 없고, 고정밀도의 가공이 가능하게 된다.

Description

열간 공구강

본 발명은, 온열간 프레스, 다이캐스트, 열간 압출, 또는 온열간 단조 등에 사용되는 금형(다이스를 포함함)의 소재로서 적합한 고??칭성 및 고고온강도의 열간 공구강에 관한 것이다.

온열간 프레스, 다이캐스트, 열간 압출, 또는 온열간 단조에 사용되는 금형용의 소재로서, JIS·SKD61 및 SKD7이 범용적으로 사용되고 있다. 두 강종은, 요구되는 특성에 따라 구분지어 사용이 되고 있는데, 인성이 요구되는 부재에는 일반적으로 SKD61이 사용되고, 고온강도가 요구되는 부재에는 주로 SKD7이 사용되고 있다.

그런데, 열간 가공 공구의 강재로서, Cr 및 Mo의 함유량을 조정함으로써, 연화 저항 특성(고온강도)과 인성의 양쪽을 향상시키는 것을 목적으로 해서 열간 공구강이 제안되어 있다(특허문헌 1). 이 특허문헌 1에 기재된 발명에 관한 열간 금형용 강은, 인성이 샤르피 충격 시험 값으로 50.3 내지 86.6J/cm²이며, 또한, ??칭 템퍼링에 의해 조질하기 전의 초기 경도의 HRC와 ??칭 템퍼링에 의해 조질한 후의 HRC의 차인 ΔHRC가 7.3 내지 11.1이다. 이 ΔHRC를 연화 저항 특성(고온강도)으로 하고 있다.

또한, ??칭 템퍼링 후의 탄화물 조성과 양에 착안하여, 그것들을 적정하게 제어함으로써 인성 및 고온강도를 향상시키는 것을 목적으로 한 열간 금형용 강도 제안되어 있다(특허문헌 2). 이 특허문헌 2에 기재된 발명에 관한 열간 금형용 강은, 샤르피 충격값이 30J/cm² 이상, 연화량(ΔHRC)이 13HRC 이하이다.

일본 특허 공개 제2013-087322호 일본 특허 공개 제2017-155306호

일반적으로 SKD61, SKD62, SKD7 등의 강종은, 열간에서 사용되는 금형용의 소재로서 알려져 있다. 그리고, 내열성과 함께 내히트체크성 및 인성이 요구되는 용도에는 SKD61이 금형 소재로서 채용되고, 내연화성 및 내열강도가 요구되는 용도에는 SKD7이 금형 소재로서 채용되고 있다.

한편, 특허문헌 1 또는 특허문헌 2에 개시된 발명에 있어서, 열간 공구강의 고온강도는, 45HRC로 ??칭 템퍼링된 강재의 고온 유지 후의 경도의 저하(연화 저항)로 평가되고 있다. 이것은, 다이캐스트 등의 용융 알루미늄을 주조하는 금형 강의 특성 평가로서는 문제 없지만, 열간 압출 또는 온열간 단조 등의 피가공재의 강도가 높은 재료를 가공하는 금형의 용도에서는, 금형 재료에 걸리는 응력이 높아, 강도가 부족하기 때문에, 적합하지 않다. 즉, 열간 압출용의 금형에서는, 40HRC 이하의 경도에서는 강도 부족에 의해 가공 시에 휨이 발생하여, 압출 제품의 치수 규격을 충족할 수 없게 된다. 특허문헌 1, 2의 발명에서는, 연화 저항 후의 경도가 35HRC 이하인 강재도 포함되어 있어, 열간 압출 또는 온열간 단조와 같은 피가공재의 강도가 높은 경우에는, 상술한 바와 같이, 가공 시에 휨이 발생하여, 높은 치수정밀도의 제품을 얻을 수는 없다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 고온에서의 0.2% 내력이 우수한 열간 공구강을 얻을 수 있고, 이 열간 공구강을 사용해서 금형을 제조하면, 가공 대상이 고강도인 재료이어도, 소성 변형하는 일이 없고, 고정밀도의 가공이 가능하게 되는 열간 공구강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 열간 공구강은,

C: 0.35 내지 0.50질량%,

Si: 0.50질량% 이하,

Mn: 0.37 내지 1.00질량%,

Cr: 4.30 내지 5.50질량%,

Ni: 0.20질량% 이하,

Mo+(1/2)W: 1.5 내지 3.2질량%,

V: 0.30 내지 0.80질량%,

N: 0.006 내지 0.025질량%,

를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 갖고,

또한, 성분 X의 함유량(질량%)을 [X]로 나타냈을 때,

A=1050-373.6[C]+28.7[Cr]-150.0[Ni]-127.3[V]+45.9[Mo+(1/2)W]

로 구해지는 A가 1000을 초과하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 예를 들어 Ni는 0.11질량% 이상인 것, C는 0.45질량% 이하 혹은 0.38 내지 0.45질량% 인 것, 또는 V는 0.49 내지 0.62질량%인 것으로 할 수 있다. 또한, Mn은 0.45질량% 이상인 것, 또는 Mo+(1/2)W는 1.6질량% 이상인 것으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 예를 들어 ??칭성의 지표인 ??칭 임계 냉각 시간이 60분 이상인 것이 바람직하고, 또한, ??칭 템퍼링 처리에 의해, 500℃에 있어서의 고온 인장 시험의 0.2% 내력이 1000MPa 이상으로 조질되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 고온에서의 0.2% 내력이 우수한 열간 공구강이 얻어지고, 이 강재를 사용해서 제조한 금형에 의해 압출 가공 또는 단조 가공한 경우는, 상대 재가 고강도이고 반복 가공한 경우에도, 금형은 소성 변형하지 않고, 고정밀도의 제품을 가공할 수 있다.

또한, 본 발명의 강재를 사용한 금형은, 소성 변형이 방지되므로, 금형 수명을 향상시킬 수 있다. 그리고, 본 발명의 강재는, ??칭성도 양호해서, ??칭 냉각 속도의 영향에 의한 인성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 본 발명의 강재는 ??칭성이 우수하므로, 이 강재를 사용한 금형이라면, 대형재로도 제조할 수 있다.

도 1은 0.2% 내력을 설명하는 인장 특성을 도시하는 도면이다.
도 2는 0.2% 내력과, 탄성 왜곡 또는 소성 왜곡의 관계를 도시하는 도면이다.
도 3은 A값과 0.2% 내력(MPa)의 관계를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명에 대해서, 상세하게 설명한다. 열간 공구강, 특히 열간 압출 다이스에 사용되는 금형용 강재에는, 고강도의 피가공재를 고정밀도인 제품으로 마무리 가공하기 위한 특성이 필요하고, 그것은 사용하는 금형의 휨을 작게 하는 것을 가능하게 하는 특성이다. 이 특성의 실현을 위해서는, 금형용 강재의 고온에서의 탄성 한도가 높을 것이 필요하다. 본 발명은 이러한 지견에 기초해서 이루어진 것이다.

실제로, 금형재의 고온 탄성 한도를 측정하는 것은 실험적으로 곤란하다. 이 때문에, 일반적으로 사용되는 고온 인장 시험의 0.2% 내력을 소성 변형 영역까지의 강도의 지표로 했다. 도 1은, 횡축에 신장(왜곡)을 취하고, 종축에 하중(응력)을 취하여, 고온에 있어서의 강재의 인장 특성을 도시하는 모식도이다. 또한, 도 2는 탄성역의 고온 인장 특성을 취출해서 도시하는 모식도이다. 도 1에 있어서, 점 P는 비례 한도 하중, 점 E는 탄성 한도 하중, 점 B는 최대 하중, 점 F는 파단 하중이다. 또한, 하중이 0일 때 신장이 0.2%인 점으로부터, 응력-왜곡 선의 탄성역에 평행하게 선을 그어서 응력-왜곡 선과 교차하는 점이, 0.2% 내력 σ_0.2이다. 또한, 도 1 및 도 2는, 고온 인장 특성을 모식적으로 도시한 것으로, 강종 및 시험 온도는 특정의 것에 한정되는 것은 아니다. 전술한 것처럼, 고온의 탄성 한도를 측정하는 것은 곤란하기 때문에, 그 대신에, 0.2% 내력 σ_0.2를 고온에 있어서의 탄성 한계의 지표(소성 변형 영역까지의 강도의 지표)로 한다. 또한, 하중 0으로부터 탄성 한계 하중 E까지 인장했을 때의 왜곡이 탄성 변형이며, 탄성 한계 하중 E로부터 그 후는 소성 왜곡이다. 그리고, 강재의 탄성 한계의 지표인 0.2% 내력 σ_0.2가 크면 소성 왜곡이 발생하기 시작하는 하중이 커지고, 0.2% 내력 σ_0.2가 큰 강재를 금형(다이스)에 적용한 경우에는, 가공 응력 및 열응력을 받았을 때에, 탄성역에서의 변형이 지배적으로 되고, 금형에 발생하는 휨이 작아진다. 따라서, 금형을 사용해서 가공되는 제품의 정밀도가 높아지고, 또한, 금형 수명도 향상한다.

따라서, 본원 발명자들은, 이 0.2% 내력 σ_0.2를 금형용 강재의 고온에 있어서의 휨의 적음의 지표로 하여, 소성 변형이 적어 고정밀도의 가공을 가능하게 하는 강재의 개발을 하기 위한 여러가지 실험 연구를 행했다. 대부분의 경우, 고강도 열간 압출 다이스는 49HRC 정도로 조질해서 사용된다. 본원 발명자들은 실제의 사용 경도 레벨로 조질한 강재에 있어서의 고온 인장 시험의 0.2% 내력 σ_0.2를 측정하고, 그 값이 높아지는 강재 성분의 조합을 검토했다. 이때, 0.2% 내력 σ_0.2의 목표값은 1000MPa로 했다. 당연히, 계속해서 사용하는 횟수가 증가함에 따라, 다이스는 열영향에 의한 연화가 발생하기 때문에, 금형재에는 연화 저항성이 높을 것도 요구된다. 추가하여, 0.2% 내력이 높다는 것은, 전술한 것처럼, 사용되는 금형의 소성 변형이 억제되므로, 금형의 장수명화를 초래하게 된다. 또한, 열간 공구강의 ??칭성은, 금형 중심부의 ??칭 냉각 속도에 영향을 미친다. 특히, 대형 금형의 경우는, 금형을 구성하는 강재의 ??칭성이 낮으면, 금형 중심부의 ??칭 냉각 속도가 느려지기 때문에, ??칭이 불충분해져, 인성값의 저하로 이어져, 금형의 조기 파손이 발생해버린다. 따라서, 본 발명에 있어서도, 이 열간 공구강의 ??칭성이 높은 것은 중요한 요소이다.

이와 같이, 본 발명은, 0.2% 내력 σ_0.2, 연화 저항 및 ??칭성(인성)을 높이는 것에 의해, 온열간에서 사용되는 금형용 강재로서, 소성 변형이 작고 고정밀도의 제품을 얻는 것을 가능하게 하는 금형용 강재로서 유용한 열간 공구강을 제안하는 것이다.

우선, 본 발명의 열간 공구강의 성분 첨가 이유 및 조성 한정 이유에 대해서 설명한다.

「C: 0.35 내지 0.50질량%」

C는, 열간 공구강의 기지에 고용하여, 열간 공구강의 경도를 높이고, 내마모성을 높이는 원소이다. 또한, C는 탄화물을 형성하여, 고온에서의 연화 저항성을 높인다. C가 0.35질량% 미만이면, 그것들의 필요 특성을 충족할 수 없다. 한편, C가 0.50질량%를 초과하면, 강의 인성이 저하된다. 따라서, C의 함유량은, 0.35 내지 0.50질량%로 한다. 또한, C는 후술하는 A값에도 영향을 주는 원소이며, 과잉으로 첨가하면, 고온에서의 0.2% 내력 σ_0.2가 저하된다. 이 때문에, 바람직하게는 C의 상한은 0.45질량% 이하이다.

「Si: 0.50질량% 이하」

Si는, 강의 피삭성을 높인다고 하는 효과가 있으므로, 첨가할 수 있다. 한편, Si를 0.50질량%를 초과하여 함유시키면, 편석의 악화에 의해, 인성이 저하된다. 따라서, Si의 함유량은, 0.50질량% 이하로 한다.

「Mn: 0.37 내지 1.00질량%」

Mn은, 오스테나이트를 안정화시켜, ??칭성을 높이는 원소이다. Mn이 0.37질량% 미만이면, ??칭성의 저하가 현저하다. 바람직하게는, Mn은 0.45질량% 이상이다. Mn이 1.00질량%를 초과하여 함유되면, 가공성 및 열전도율이 악화되기 때문에, 그 함유량은, 0.37 내지 1.00질량%로 한다.

「Cr: 4.30 내지 5.50질량%」

Cr은, ??칭성과 인성을 높이는 원소이다. 또한, Cr은 ??칭 후의 템퍼링에 있어서, 탄화물을 생성해서 내열성을 높이는 작용이 있다. Cr이 4.30질량% 미만이면, 강의 ??칭성의 저하가 현저하다. 또한, Cr은 후술하는 A값에도 영향을 주는 원소이며, 그 첨가에 의해 고온에서의 0.2% 내력 σ_0.2가 증가하기 때문에, Cr은 4.30질량% 이상의 첨가가 필요하다. 한편, Cr을 5.50질량%를 초과하여 함유시키면, Cr계의 탄화물을 과잉으로 생성하기 쉽고, 그렇게 되면 인성이 저하하기 때문에, Cr의 함유량은, 4.30 내지 5.50질량%로 한다.

「Ni: 0.20질량% 이하」

Ni는, Cr과 마찬가지로, 강의 ??칭성을 향상시키는 데 유효한 원소이나, Ni가 0.20질량%를 초과하면, 강재의 피삭성이 저하되므로, Ni의 함유량은, 0.20질량% 이하로 한다. 또한, Ni는 후술하는 A값에도 영향을 주는 원소이며, 그 첨가에 의해 고온에서의 0.2% 내력 σ_0.2가 크게 저하된다. 이 때문에, Ni의 다량의 첨가는 바람직하지 않고, 이러한 이유로부터도, Ni 첨가량의 상한은 0.20질량%이다.

「Mo+(1/2)W: 1.5 내지 3.2질량%」

Mo와 W는, 모두, Cr과 마찬가지로, ??칭성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 또한, Mo 및 W는, ??칭 후의 템퍼링에 있어서, 탄화물을 생성해서 강재의 강도와 내열성을 높이는 데 유효하다. Mo 함유량과, W 함유량의 1/2의 양의 합계 (Mo+(1/2)W)가, 1.5질량% 미만이면, ??칭성의 향상 효과를 얻지 못한다. 한편, (Mo+(1/2)W)가, 3.2질량%를 초과하면, 정출 탄화물이 발생하고, ??칭성의 저하가 인정된다. 이 때문에, (Mo+(1/2)W)는, 1.5 내지 3.2질량%로 한다. 단, W는 Mo의 약 2배의 원자량을 갖고 있어, 원자수가 동등할 경우에, ??칭성이 동등하며, 그 효과의 정도에 있어서 서로 치환 가능한 특성을 갖는다. 이 때문에, Mo 및 W의 첨가에 대해서는, (Mo+(1/2)W)를 지표로 했다. 또한, Mo 및 W는, 그 어느 한쪽을 단독으로 첨가해도 된다. 또한, Mo 및 W는, 후술하는 A값에도 영향을 주는 원소이며, 그 첨가에 의해, 고온에서의 0.2% 내력이 증가한다. 그 때문에, 바람직하게는Mo+(1/2)W를 1.6질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

「V: 0.30 내지 0.80질량%」

V는 탄화물을 형성하고, ??칭시의 결정립의 조대화 방지 및 내마모성의 향상에 유효한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, V는 0.30질량% 이상 함유하는 것이 필요하다. 그러나, V가 0.80질량%를 초과하면, 강 중에 조대한 탄화물을 형성하고, 강의 인성을 저하시킴과 함께, V의 과잉 첨가는, 제조 비용을 상승시켜버린다. 이 때문에, V의 함유량은, 0.30 내지 0.80질량%로 한다. 또한, V는, 후술하는 A값에도 영향을 주는 원소이며, V의 첨가에 의해 고온에서의 0.2% 내력이 저하되어버린다. 이 때문에, V의 함유량은, 바람직하게는 0.49질량% 이상이며, 또한 0.62질량% 이하이다.

「N: 0.006 내지 0.025질량%」

N은, 미세한 탄화물을 형성하고, 강의 ??칭시의 결정립 조대화 방지 및 피삭성의 향상에 유효한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, N은 0.006질량% 이상일 것이 필요하다. 또한, N이 0.025질량%을 초과하면, 조대한 탄화물을 형성하여, 강의 인성을 열화시키므로, N의 함유량은 0.006 내지 0.025%로 한다.

이와 같이, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 각 성분 조성을, 소정의 조성 범위 내로 하는 것이 필요하나, 특히, C, Si, Mn, Cr, Ni, V 및 (Mo+(1/2)W)의 양을 상기 범위로 하는 것이 중요하다. 또한, 상기 성분에 추가하여, 불가피적 불순물로서는, 예를 들어 ??칭성 개선 효과가 있는 B, 피삭성 개선 효과가 있는 S, 결정립 미세화 효과가 있는 Ti 또는 Nb가, 다른 특성을 악화시키지 않을 정도로 함유되는 경우도 있다.

「A>1000」

A는, 성분 X의 함유량(질량%)을 [X]로 나타냈을 때, 하기 수학식 1로 구해진다.

본 발명에 있어서는, 이 A값이 1000을 초과하도록 각 성분의 함유량을 정한다.

본 발명의 기술 분야인 열간 단조, 열간 압출 및 다이캐스트 등의 금형에 사용되는 열간 공구강은, ??칭 템퍼링에 의해 40 내지 50HRC로 조질되어서 이용되는 것이 일반적이다. 그리고, 상술한 바와 같이 해서 조질된 금형은, 400 내지 500℃ 전후의 온도로 가열한 후, 피가공재를 압출, 단조 또는 주조할 때의 형재로서 이용된다.

그런데, 본원 발명자들은, 전술한 것처럼, 상기 금형재의 고온에서의 필요 특성으로서, 0.2% 내력 σ_0.2를 그 지표로 했다. 열간 공구강의 0.2% 내력 σ_0.2는, 실온으로부터 300℃ 정도까지는, 합금 성분의 영향을 받기 어렵지만, 한편으로, 500℃ 이상으로 되면, 예를 들어 JIS SKD61과 JIS SKD7에서는 그 특성에 차이가 발생하게 된다. 그래서, 500℃에 있어서, 0.2% 내력 σ_0.2에 미치는 각 합금 성분의 영향에 관해서 예의 연구를 거듭한 결과, 고온의 0.2% 내력 σ_0.2와 합금 원소의 관계는 [C], [Ni], [V]를 첨가하면 A값이 저하되고, 반대로 [Cr], [Mo+(1/2)W]의 첨가량을 증가시키면 A값이 높아지고, A값이 높을수록, 0.2% 내력 σ_0.2가 커져, 특성이 향상되는 것이 판명되었다.

상기 A값의 수학식 1은, 이하와 같이 해서 구했다. 즉, 본원 발명자들은, 각 합금 원소의 함유량을 변화시켜서 제조한 시험편을, HRC가 49±1이 되게 조질하여, 500℃에서 고온 인장 시험을 실시했다. 그리고, 이 고온 인장 시험에 있어서, 0.2% 내력 σ_0.2를 측정하고, 그 후, 0.2% 내력 σ_0.2에 미치는 각 원소의 영향 정도를, 최소 제곱법(다중 회귀 분석)에 의해 산출했다. 이 영향 정도의 해석 결과로부터, 각 성분의 함유량 계수를 구하고, A값의 식(수학식 1)을 구했다.

도 3은 횡축에 A값을 취하고, 종축에 0.2% 내력 σ_0.2를 취하고, 각 강재의 시험편 0.2% 내력 측정값과, 조성으로부터 구한 A값의 관계를, 도면 중에 플롯했다. 이 경우에, 이 0.2% 내력이 A값으로 가장 잘 근사되도록, A값의 계수를 최소 제곱법에 의해 구한 것이, 상기 수학식 1이다. 본 발명에 있어서는, 근사식인 수학식 1이 1000을 초과하도록, 각 성분의 함유량을 결정하면, 0.2% 내력 σ_0.2가 거의 1000을 초과한 값이 된다.

도 3에 도시한 바와 같이, A값이 높을수록, 0.2% 내력 σ_0.2가 높아지므로, 이 A값이 높아지도록, 이들 성분 [C], [Ni], [V], [Cr], [Mo+(1/2)W]의 함유량을 규정함으로써, 본 발명의 목적이 달성된다. 구체적으로는, 이 A값의 역치를 A=1000으로 하면, 본 발명의 강재의 성분의 각 함유량이 A>1000을 충족한 경우에, 0.2% 내력이 1000MPa 이상이 되므로, 본 발명에 있어서는, 이 A값이 1000보다 커지도록, 각 성분의 함유량을 정한다.

실시예

이어서, 본 발명의 청구항 1을 충족하는 실시예의 열간 공구강의 특성을, 본 발명의 범위로부터 벗어나는 비교예의 열간 공구강의 특성과 대비하여, 본 발명의 효과에 대해서 설명한다. 하기 표 1에 나타내는 조성의 실시예 1 내지 5 및 비교예 6 내지 14의 강재를 고주파 유도로에서 용해하여, 20kg의 잉곳을 얻었다. 또한, 비교예 15, 16은, 양산 전기로에서 용제한 3 내지 6톤의 강괴를 6S 이상의 단련비로 단조한 것이다. 이들의 잉곳을, 1200 내지 1280℃의 온도로 4시간 이상 가열한 후, 단조하고, 그 후, 820 내지 870℃의 온도로 4시간 이상 가열 유지하고, 400 내지 500℃의 온도까지 15 내지 35℃/시의 냉각 속도로 냉각을 행하는 어닐링 처리를 실시했다. 그리고, 이 어닐링 처리 후의 강재로부터, 연화 저항 시험편, ??칭성 시험편, 인장 시험편 및 샤르피 충격 시험편을 채취했다.

그리고, 이들의 시험편을 바탕으로, 표 2에 나타내는 「??칭성」, 「인성」, 「0.2% 내력 σ_0.2」 및 「연화 저항」을 구했다.

「??칭성」 시험은, 변태점 측정 시험(Formaster Test)에 의해 CCT 곡선을 작성하고, 베이나이트가 발생하는 ??칭 임계 냉각 시간(분)을 구함으로써, 그 우열을 판정했다. 구체적으로는, 1030℃에 10분 유지한 후에 등속도로 냉각하고, 베이나이트가 발생할 때까지의 ??칭 임계 냉각 시간이 60분 이상인 경우는 ○로 하고, 60분 미만은 ×로 해서, ??칭성을 평가했다.

「인성」 시험은, 10×10×55mm의 JIS3호 시험편을 잘라내고, 1030℃에 30분 가열 후에, 매분 12.5℃의 냉각 속도로 실온까지 냉각하는 ??칭을 행한 후에, 580 내지 630℃에서 2회 이상의 템퍼링을 행하고, 경도를 49±1HRC로 고르게 한 후, 충격값을 측정했다. 평가는 충격값이 25J/cm²이상은 ◎, 15J/cm² 이상 25J/cm² 미만은 ○, 15J/cm² 미만의 경우는 ×로 해서 나타냈다.

「연화 저항」 시험은, 1030℃에 30분간 가열한 후에, 매분 33.3℃의 냉각 속도로 실온까지 냉각하는 ??칭을 행한 후에, 580 내지 630℃에서 2회 이상의 템퍼링을 행하고, 경도를 48±1HRC로 조질한 각 강재를 600℃에서 50시간 유지하고, 이 강재를 공랭한 후에 경도를 측정하고, 초기의 조질 경도와의 차, 즉 경도 저하 ΔHRC로 평가했다. 초기의 조질 경도와 시험 후의 경도 차 ΔHRC가 10HRC 이하이면 연화 저항의 평가는 ◎로 하고, 10을 초과하고 13HRC 이하이면 ○로 하고, 13HRC 초과이면 ×로 했다.

고온 인장 시험에 있어서의 「0.2% 내력」은, 강재로부터 평행부의 직경이 6mm, 평행부의 길이가 30mm인 날밑을 구비한 시험편(JIS G0567)을 잘라 내고, 1030℃에 30분 가열한 후에, 매분 33.3℃의 냉각 속도로 실온까지 냉각하는 ??칭을 행한 후에, 580 내지 630℃에서 2회 이상의 템퍼링을 행하여, 경도를 49±1HRC로 고르게 했다. 얻어진 시험편에 대해서, JIS G0567에 준거해서 500℃의 온도 환경 하에서 인장 시험을 행했다. 인장 속도는 평행부 길이가 30mm인 부위에 대하여, 0.3%/분으로 했다. 그리고, 0.2% 내력 σ_0.2를 구해서 표 2에 나타냈다(단위는 MPa). 본 발명에 있어서는, 이 0.2% 내력 σ_0.2가 1000MPa 이상인 경우에 양호라고 판단된다.

표 1은 시험에 제공한 강재의 C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, W, V 및 N의 함유량과, Mo+(1/2)W의 값을 나타낸다. 표 1의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 본 발명의 실시예 1 내지 5는, 각 성분의 함유량이 청구항 1을 충족하고, 또한, A값은 표 2에 나타내는 바와 같이, 1000을 초과하고 있다. 그리고, 실시예 1 내지 5는, ??칭성이 ○, 인성이 ◎ 또는 ○, 연화 저항이 ○이며, 0.2% 내력 σ_0.2는 1000MPa를 초과하고 있다.

한편, 비교예 6은, A값이 1000 초과를 충족하고 있지만, Cr 함유량이 본 발명의 범위보다 지나치게 적음과 함께, Mo+(1/2)W가 본 발명의 범위보다 많기 때문에, 정출 탄화물이 발생해서 ??칭성이 떨어져, 본 발명에서 ??칭성의 지표로 하고 있는 ??칭 임계 냉각 시간 60분 이상을 충족하지 않고 있다. 또한, 비교예 9, 10, 11, 14도, Cr 함유량이 본 발명의 범위보다 지나치게 적기 때문에, 본래는 비교예 6과 마찬가지로 ??칭성이 떨어지는 것이지만, 이들의 비교예 9, 10, 11, 14에서는, 다른 원소의 첨가로 ??칭성의 향상을 도모했기 때문에, 표 2에 나타내는 바와 같이, ??칭성의 란은, 모두 ○(??칭 임계 냉각 시간은 60분 이상)이다. 그러나, 비교예 9, 10, 11, 14는, 모두 Ni를 본 발명의 범위를 초과해서 첨가하고 있기 때문에, 이러한 A값을 낮추는 Ni(A값의 식의 계수가 음)를 첨가했기 때문에, A값이 1000 이하가 되고, 고온에서의 0.2% 내력 σ_0.2가 낮은 것이 되었다. 또한, 비교예 9는 C 및 V도 비교적 높고, 이것도, A값을 낮게 하는 요인이다.

비교예 7, 8, 12, 13은, Ni가 높기 때문에, A값이 낮은 것이 되었다. 또한, 비교예 7, 12, 13은 C가 약간 높기 때문에, 이것도, A값을 낮게 하는 요인이다.

또한, 비교예 10, 12, 13, 14는, Mo+(1/2)W의 함유량이 비교적 낮기 때문에, A값이 낮고, 0.2% 내력 σ_0.2도 낮다.

또한, 비교예 15는, Si가 많고， Mn이 적고, Mo+(1/2)W가 적기 때문에, 연화 저항이 낮고, A값도 낮기 때문에, 0.2% 내력 σ_0.2도 낮다. 비교예 16은, Mn 및 Cr이 적기 때문에, ??칭성 및 인성이 낮은 것이었다.

본 발명에 따르면, 고온에서의 탄성 한도가 높고, 소성 변형 왜곡이 작은 금형의 제조에 유효하며, 금형 수명의 연장이 가능하다. 이 때문에, 본 발명에 따르면, 고강도인 상대재에 대하여 반복 압출 또는 단조를 행하는 경우에도, 고정밀도의 제품을 제조하는 것을 가능하게 하는 금형용의 강재로서, 유익하다.

Claims

C: 0.35 내지 0.50질량%,
Si: 0.50질량% 이하,
Mn: 0.37 내지 1.00질량%,
Cr: 4.30 내지 5.50질량%,
Ni: 0.11 내지 0.20질량%,
Mo+(1/2)W: 1.5 내지 3.2질량%,
V: 0.30 내지 0.80질량%,
N: 0.006 내지 0.025질량%,
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 갖고,
또한, 성분 X의 함유량(질량%)을 [X]로 나타냈을 때,
A=1050-373.6[C]+28.7[Cr]-150.0[Ni]-127.3[V]+45.9[Mo+(1/2)W]
로 구해지는 A가 1000을 초과하는 것을 특징으로 하는, 열간 공구강.
C: 0.38 내지 0.45질량%,
Si: 0.50질량% 이하,
Mn: 0.37 내지 1.00질량%,
Cr: 4.30 내지 5.50질량%,
Ni: 0.20질량% 이하,
Mo+(1/2)W: 1.5 내지 3.2질량%,
V: 0.30 내지 0.80질량%,
N: 0.006 내지 0.025질량%,
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 갖고,
또한, 성분 X의 함유량(질량%)을 [X]로 나타냈을 때,
A=1050-373.6[C]+28.7[Cr]-150.0[Ni]-127.3[V]+45.9[Mo+(1/2)W]
로 구해지는 A가 1000을 초과하는 것을 특징으로 하는, 열간 공구강.
C: 0.35 내지 0.50질량%,
Si: 0.50질량% 이하,
Mn: 0.37 내지 1.00질량%,
Cr: 4.30 내지 5.50질량%,
Ni: 0.20질량% 이하,
Mo+(1/2)W: 1.5 내지 3.2질량%,
V: 0.49 내지 0.62질량%,
N: 0.006 내지 0.025질량%
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 갖고,
또한, 성분 X의 함유량(질량%)을 [X]로 나타냈을 때,
A=1050-373.6[C]+28.7[Cr]-150.0[Ni]-127.3[V]+45.9[Mo+(1/2)W]
로 구해지는 A가 1000을 초과하는 것을 특징으로 하는, 열간 공구강.
제1항 또는 제2항에 있어서,
C는 0.38 내지 0.45질량%인 것을 특징으로 하는, 열간 공구강.
제1항 또는 제2항에 있어서,
V는 0.49 내지 0.62질량%인 것을 특징으로 하는, 열간 공구강.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
Mn은 0.45질량% 이상인 것을 특징으로 하는, 열간 공구강.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
Mo+(1/2)W가 1.6질량% 이상인 것을 특징으로 하는, 열간 공구강.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
??칭성의 지표인 ??칭 임계 냉각 시간이 60분 이상인 것을 특징으로 하는, 열간 공구강.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
??칭 템퍼링 처리에 의해, 500℃에 있어서의 고온 인장 시험의 0.2% 내력이 1000MPa 이상으로 조질되어 있는 것을 특징으로 하는, 열간 공구강.