KR20240022114A - 내마모성과 인성이 우수한 냉간공구강 - Google Patents

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Abstract

내마모성과 인성이 우수한 냉간공구강이 제공된다.
본 발명의 냉간공구강은, 중량%로, C: 1.0~1.5%, Si: 0.3~0.8%, Mn: 0.2~0.8%, P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, Cr: 5.0~7.5%, Mo: 2.0~3.0%, V: 2.5~4.0%, Nb: 0.1~0.5%, W: 2.5~4.0% 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 면적%로, (V,Nb)C+(Mo,W)6C+(Mo,W)2C로 이루어진 정출탄화물: 10~12% 및 잔여 템퍼드 마르텐사이트를 포함하는 미세조직을 가지며, 그리고 상기 템퍼드 마르텐사이트 내부에는 (V,Nb)C+Cr7C3+Cr23C6+(Mo,W)2C로 이루어진 크기 10~30nm의 석출탄화물이 미세하게 분포되어 있다.

Description

내마모성과 인성이 우수한 냉간공구강{Cold work tool steel with excellent wear resistance and toughness}
본 발명은 내마모성과 인성이 우수한 합금공구강에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 냉간 금형, 전조 금형 등에 사용되며 종래의 8Cr계 냉간공구강 강종보다 내마모성을 향상하기 위하여 MC형 공정 탄화물의 생성 및 분포를 개선한 합금 냉간공구강에 관한 것이다.
공구강은 일반 구조용 강재에 비하여 다량의 탄소 및 기타 합금원소를 함유한 제품으로, 주로 철로 구성된 기지조직에 매우 높은 경도를 가지는 탄화물 또는 금속간 화합물과 같은 강화상을 분산시킴으로써 전체적으로 높은 경도와 내마모성을 얻는 소재이다.
또한, 공구강은 다양한 금속 및 플라스틱 부품의 성형에 필요한 금형, 절삭/가공 공구의 제작에 가장 널리 사용되고 있으며, 그 사용 용도에 따라서 매우 넓은 물성과 미세조직, 화학조성 범위를 가진다. 이때, 자동차 및 가전, 전자 제품을 구성하는 상당수의 부품은 상온에서의 프레스 포밍(press forming)으로 제작되고 있으며, 이를 위한 금형 소재로서 냉간공구강으로 분류되는 강종이 주로 사용되고 있다.
이러한 냉간 공구강으로 종래부터 KS D3753 STD11 등이 사용되고 있다. 이러한 냉간공구강은 열간 소성가공 및 구상화 풀림 열처리로 연화처리 되어 공급되며, KS규격에서 요구하는 구상화 풀림 열처리 경도는 HB255 이하이다. 또한 높은 경도의 탄화물을 다량으로 정출 및 석출 분산시켜 QT열처리 이후 내마모성이나 내부식성이 요구되는 각종 금형에 이용되고 있다.
다만 STD11은 충격인성이 열위한 문제가 있어, 작업 중 파손이 발생할 위험이 크다. 따라서, 현재 내충격인성이 요구되는 금형 시장에서는 STD11 대비 Cr 함량을 낮추고, Mo, V 함량이 높은 8Cr계 냉간공구강으로 대체되고 있다. 하지만 자동차 경량화 추세로 피가공재의 고강도화가 계속해서 진행되고, 이에 따라 8Cr계 냉간공구강 보다 더 내마모성과 충격인성이 우수한 강재를 필요로 하고 있다. 따라서, 고온 템퍼링 시 HRC 62 이상 확보하여, 더욱 우수한 내마모성을 유지하고, 파손발생 위험성 감소를 위해 충격인성이 높은 신규 금형 소재 개발에 대한 요구가 계속되어 오고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허 2014-0087279호 공보(2014.07.09 공개)
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 기존 8Cr계 냉간공구강에 합금 원소 등을 조정하여 새로운 합금 성분계를 도출을 통해, 금형의 수명을 증대시켜 총 제작 비용 감소 및 생산성을 확보하는 내마모성이 우수한 냉간 공구강을 제공함에 그 목적이 있다.
또한 템퍼링한 후의 경도가 HRC 62이상이고, 내마모성과 인성이 뛰어난 냉간 공구강을 제공함을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면은,
중량%로, C: 1.0~1.5%, Si: 0.3~0.8%, Mn: 0.2~0.8%, P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, Cr: 5.0~7.5%, Mo: 2.0~3.0%, V: 2.5~4.0%, Nb: 0.1~0.5%, W: 2.5~4.0% 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
면적%로, (V,Nb)C+(Mo,W)6C+(Mo,W)2C로 이루어진 정출탄화물: 10~12% 및 잔여 템퍼드 마르텐사이트를 포함하는 미세조직을 가지며, 그리고
상기 템퍼드 마르텐사이트 내부에는 (V,Nb)C+Cr7C3+Cr23C6+(Mo,W)2C로 이루어진 평균 크기 10~30nm의 석출탄화물이 미세하게 분포되어 있는 내마모성 및 인성이 우수한 냉간 공구강에 관한 것이다.
상기 정출탄화물의 평균 크기가 20~80㎛ 범위를 가질 수 있다.
상술한 구성의 본 발명에 따르면, 종래의 8Cr계 냉간공구강 강종에 비해 내마모성과 충격인성이 우수하여 장시간 사용 시 금형 표면의 품질이 안정적이며, 피가공재의 고강도화에 따라 짧아진 금형 수명을 획기적으로 향상시켜, 금형 제작 비용 절감 및 지속 사용으로 경제적으로 유익한 냉간 공구강을 효과적으로 제공할 수 있다.
도 1는 본발명의 일 실시예에 따른 냉간공구강 시험재의 QT열처리 후 경도 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 2는 본발명의 일 실시예에 따른 냉간공구강 시험재의 샤르피 충격시험 결과를 도시한 그래프이다.
도 3은 본발명의 일 실시예에 따른 냉간공구강 시험재의 Pin-On-Plate형 마모시험 결과를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 발명은 기존 8Cr계 냉간공구강 조성에서 내마모성과 충격인성을 향상시킨 냉간공구강을 제공한다.
본 발명자는 8Cr계 냉간공구강의 내마모성과 인성을 개선하기 위한 연구를 행한 결과, 탄화물 형성 합금 원소인 Cr, Mo, V, W 함량을 제어하고, 충격인성을 저해하는 P, S의 함량을 최소화함으로써, 종래의 냉간 공구강이 가지는 QT열처리 후 고경도, 고인성 및 내마모성을 확보해 금형 수명 향상으로 경제성에 효과를 확보하는 방안을 검토하였다.
냉간 공구강의 연삭 마모성은 동일한 경도 범위에서는 정출상의 종류 및 분율에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서 본 발명자들은 종래 낮은 충격인성과 연삭 마모성을 갖는 Cr 8%를 초과 함유하는 냉간 공구강의 정출탄화물의 형태 및 분율을 분석하였다. 그 결과, 다량의 Cr7C3 정출탄화물을 형성하는 고 Cr 첨가강 대비 보다 우수한 인성과 연삭마모성을 나타낼 수 있는 (V,Nb)C+(Mo,W)6C+(Mo,W)2C 정출탄화물을 갖는 냉간공구강을 제조하고, 나아가, 응착마모성을 확보하기 위해 템퍼링 열처리에 의한 석출탄화물 형성이 제어된 냉간 공구강을 제조될 수 있도록 탄화물 형성 합금 원소인 Cr, Mo, V, W 함량을 상호 제어함이 필요함을 확인하고 본 발명을 제시하는 것이다. 한편, 본 발명에서 정출탄화물은 응고 시 형성되는 탄화물을 가리키며, 석출탄화물은 냉각 후 고온 템퍼링 열처리에 의해 금속 조직내에 형성되는 탄화물을 말한다.
이러한 본 발명의 내마모성과 인성이 우수한 냉간 공구강은, 중량%로, C: 1.0~1.5%, Si: 0.3~0.8%, Mn: 0.2~0.8%, P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, Cr: 5.0~7.5%, Mo: 2.0~3.0%, V: 2.5~4.0%, Nb: 0.1~0.5%, W: 2.5~4.0% 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 본 발명의 냉간공구강의 합금 성분 및 그 함량 제한사유를 설명하며, 여기에서 "%"는 다른 언급이 없으면 "중량%"임을 밝혀둔다.
·C: 1.0 ~ 1.5%
C는 마르텐사이트의 경도를 높게 하고, 정출탄화물을 형성시키며 고온 템퍼링에 의해 석출탄화물을 형성하여 2차 경화에 기여하고, Cr, Mo, V, W와 탄화물을 형성하여 내마모성을 향상시키는 원소이다. 1.0% 미만에서는 정출탄화물의 분율이 적으며, 1.5%를 초과하면 인성이 저하할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 C 함량을 1.0~1.3% 범위로 제어하는 것이다.
·Si: 0.3 ~ 0.8%
Si는 주로 탈산제로서 사용하는 원소이고, 고온템퍼링 경도의 증대에 유효하다. 그러나 다량으로 함유되면 정출탄화물의 조대화를 유발하여 열간 가공성 및 인성을 저하하기 때문에 상한치를 0.8%로 제한한다. 보다 바람직하게는, 상기 Si 첨가량을 0.3~0.5% 범위로 제어하는 것이다.
·Mn: 0.2 ~ 0.8%
Mn은 탈산 및 탈황제로서 작용하고, 강의 청정도를 향상시킴과 동시에 ??칭성을 양호하게 한다. 그를 위해서는 0.2% 이상 함유시킬 필요가 있지만, 0.8%를 초과하여 첨가하면 가공성이 저하될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 Mn 첨가량을 0.25~0.50% 범위로 제어하는 것이다.
·P: 0.02% 이하
인(P)은 보통 결정립계에 편석(segregation)되어 강의 취화를 야기한다. 따라서 P는 바람직하지 못한 불순물로서, 0.02% 이하로 제한한다.
·S: 0.02% 이하
강중에 있어서의 S 함유량을 저감함으로써 매트릭스의 결함 발생이 억제되고, 충격치를 높게 할 수 있기 때문에 0.02% 이하로 제한한다.
·Cr: 5.0~7.5%
Cr은 ??칭시 기지 중에 고용되어 경화능을 증대시킴과 동시에 고온 템퍼링시 석출탄화물을 형성시켜 내마모성을 향상시킨다. 5% 미만에서는 석출탄화물 형성이 저하되며, 7.5%를 초과하면 정출탄화물을 다량으로 형성시켜 인성 및 가공성이 저하될 수 있다.
·V: 2.5 ~ 4.0%
V은 탄화물을 형성하여 내마모성을 증가시키고, ??칭시 기지에 고용해서 템퍼링 열처리시 미세한 석출탄화물을 석출시킨다. 또한 일정 함량 이상 첨가시 MC 타입의 정출탄화물을 형성시켜 내마모성 향상에 크게 기여한다. 따라서, 2.5% 이상 첨가하는 것이 필요하다. 반면 4.0%를 초과하는 경우 정출탄화물의 크기가 조대화되어 가공성을 저해하고, 충격인성이 감소하기 때문에 V의 함량을 4.0% 이하로 제한한다.
·Mo: 2.0 ~ 3.0%
Mo은 ??칭시 기지중에 고용되어 경화능을 높이고, 고온 템퍼링시 석출탄화물을 형성시켜 경도 및 내마모성 향상에 기여한다. 또한 일정 함량 이상 첨가시 M6C 타입의 정출탄화물을 형성시켜 내마모성을 향상시킨다. 한편 지나친 첨가는 편석을 유발하여 열간가공성, 인성, 피삭성을 저하시키기 때문에 3.0% 이하로 그 첨가량을 제한한다.
·Nb: 0.1 ~ 0.5%
Nb은 결정립계에 C과 함께 석출 또는 정출하여 결정립을 미세화시키고, NbC가 하나의 핵생성 사이트로 작용하여, 정출탄화물의 분포를 미세화시키는 효과가 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.1% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하다. 단 0.5%를 초과할 경우 열간가공성이 저하되기 때문에 상한 이하로 하는 것이 바람직하다.
·W: 2.5~4.0%
W은 정출탄화물을 형성하여 내마모성을 향상시키고, ??칭시 기지중에 고용되어 경화능을 높인다. 고온 템퍼링시 석출탄화물을 형성시켜 2차 경화효과에 우수하다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 2.5% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하다. 한편 지나친 첨가는 가공성을 저해하고, 편석을 유발하여 제품 특성에 불균일성을 유발하기 때문에 4.0% 이하로 그 첨가량을 제한한다.
기타 본 발명의 냉간공구강은 잔여 성분으로서 Fe와 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
한편 상기 냉간 공구강은, 면적%로, (V,Nb)C+(Mo,W)6C+(Mo,W)2C로 이루어진 정출탄화물: 10~12% 및 잔여 템퍼드 마르텐사이트를 포함하는 미세조직을 가질 수 있다.
상기 정출탄화물은 공구강의 인성을 확보하고 내마모성을 얻기 위하여 필요한 기술구성으로서, 본 발명의 냉간 공구강은 미세조직으로서, 바람직한 일예로서 MC+M6C+M2C 유형의 정출탄화물인 (V,Nb)C+(Mo,W)6C+(Mo,W)2C로 이루어진 정출탄화물을 면적%로, 10~12%범위로 포함함이 바람직하다. 만일 상기 정출탄화물의 면적분율이 10% 미만이면 소망하는 정출탄화물 형성에 따른 효과를 기대할 수 없으며, 12%를 초과하면 과다형성으로 오히려 공구강의 인성 및 연삭 마모성을 열화시킨다.
본 발명의 냉간 공구강은 잔여 조직으로 템퍼드 마르텐사이트 조직을 포함한다. 이러한 템퍼드 마르텐사이트 조직은 통상의 급냉 후 템퍼링처리에 의해 의해 형성되며, 냉간 공구강의 경도를 소망하는 수준으로 확보함에 필요하다.
바람직하게는, 상기 정출탄화물의 평균 크기(원상당 평균직경)가 20~80㎛ 범위를 가지도록 하는 것이다. 만일 정출탄화물의 크기가 20㎛ 미만이면 충격 인성은 향상되나, 내마모성이 열위해지는 문제가 있고, 80㎛를 초과하면 인성이 열위해 지는 문제가 있을 수 있다.
또한 본 발명의 냉간 공구강은, 상기 템퍼드 마르텐사이트 내부에 미세하게 분포된 10~30nm 평균 크기(원상당 평균 직경)의 MC, M7C3, M23C6, 및 M2C 유형의 (V,Nb)C+Cr7C3+Cr23C6+(Mo,W)2C로 이루어진 석출탄화물을 바람직한 일예로 가질 수 있다. 이러한 석출탄화물은 냉간 공구강의 응착마모에 대한 저항성을 증대시킬 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
(실시예)
강종 C Si Mn P S Cr Mo V Nb W
발명강1 1.20 0.40 0.30 0.020 0.002 5.0 2.5 3.0 0.15 3.0
발명강2 1.20 0.40 0.30 0.020 0.002 5.5 2.0 3.0 0.15 2.5
발명강3 1.25 0.40 0.30 0.020 0.002 5.5 2.5 3.5 0.15 3.0
비교강1 1.10 0.90 0.40 0.020 0.002 8.0 2.2 0.5 0.15 -
비교강2 1.00 1.00 0.60 0.020 0.002 8.0 1.3 0.2 0.15 0.15
비교강3 1.00 1.00 0.40 0.020 0.002 8.0 2.2 0.6 0.15 0.15
비교강4 1.00 1.00 0.40 0.020 0.002 7.0 2.8 0.4 - -
비교강5 1.00 1.00 0.40 0.020 0.002 5.5 2.0 1.0 0.15 1.0
비교강6 1.20 0.40 0.30 0.020 0.002 5.5 2.5 2.0 0.15 3.0
상기 표 1과 같은 합금 조성을 갖는 각각의 강종을 진공유도용해로에서 용해한 후 30kg 잉고트(Ingot)로 주조하였다.
구체적으로, 상기 표 1에서 비교강 1-3는 8% Cr계 냉간 공구강의 화학조성을 나타내는 예로써, 비교적 높은 Mo 및 V 함량을 포함하고 있으며, 일반적으로 M7C3타입의 공정탄화물과 MC타입의 석출탄화물로 인하여 내마모성이 우수한 것으로 알려져 있다.
이에 대하여, 본 발명강 1-3 및 비교강 5-6는 비교강 1-4 대비 Cr을 저감하고, Mo, V, W 등을 상향함으로써 정출탄화물의 조성을 변화 및 미세분산시켜 인성을 증가시키고, 석출탄화물의 분율을 증가시켜 내마모성을 증가를 도모한 강종으로서, 비교강 4-5는 V 및/또는 W의 함량이 본 발명강 보다 적게 함유된 경우이다.
상기와 같이, 주조된 각각의 잉고트(Ingot)를 균질화하고, 이어, 응고조직 내 결함제거를 위하여 열간상태에서 □55의 각재로 단조하였다. 그리고 구상화열처리를 실시하였다. 이후, ??칭은 비교강과 발명강에 대하여 각각 다르게 실시하였다.
구체적으로, 비교강 1-4의 경우 1070℃에서 30분 유지한 후 공랭하였으며, 발명강 및 비교강 5-6의 경우 1150℃에서 30분 유지한 후 공냉하였다. 이는 비교강의 경우 8Cr계의 냉간공구강으로 STD11 강종보다 Mo, V의 함량이 높은 것으로, STD11의 1010~1050℃ 보다 합금원소의 고용을 위해 ??칭 온도를 높이는 것이 바람직하다. 또한 발명강 및 비교강 5-6의 경우 비교강1-4 보다 더욱 Mo, V, W의 함량이 높은 것으로, 마찬가지로 합금원소의 고용을 위해 ??칭 온도를 높이는 것이 바람직하다. 템퍼링 열처리는 520℃ 또는 540℃에서 2시간 유지 후 상온까지 공냉을 두 번 실시하였다.
상기와 같이 제조된 각각의 합금공구강 시험재들의 주요 정출탄화물의 종류 및 면적분율과, 그리고 템퍼링열처리로 얻어지는 주요 석출탄화물의 종류 및 그 크기를 측정하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 한편 여기에서 정출탄화물과 석출탄화물은 점유하는 면적이 큰 순서대로 기술하였다.
그리고 상기와 같이 제조된 각각의 합금공구강 시험재들에 대하여 구상화 열처리 경도, QT열처리 경도, 충격인성과 내마모성을 평가하여, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
정출탄화물 석출탄화물
종류 면적분율(%) 크기(㎛) 종류 크기(nm)
발명강1 VC+(Mo,W)6C+
(Mo,W)2C		 10~11 20~70 (V,Nb)C+
Cr7C3+Cr23C6
(Mo,W)2C		 10~30
발명강2 VC+(Mo,W)6C+
(Mo,W)2C		 10~12 25~50 (V,Nb)C+
Cr7C3+Cr23C6
(Mo,W)2C		 10~30
발명강3 VC+(Mo,W)6C+(Mo,W)2C 10~12 25~80 (V,Nb)C+
Cr7C3+Cr23C6
(Mo,W)2C		 10~40
비교강1 Cr7C3+Mo6C+Mo2C 11~13 40~100 Cr23C6+Cr7C3+ Mo6C+Mo2C 15~50
비교강2 Cr7C3+Mo6C+Mo2C 11~14 30~70 Cr23C6+Cr7C3+
Mo6C+Mo2C		 15~40
비교강3 Cr7C3+Mo6C+Mo2C 12~15 40~110 Cr23C6+Cr7C3+
Mo6C+Mo2C		 15~50
비교강4 Cr7C3+Mo6C+Mo2C 7~9 20~50 Mo2C+Cr23C6+
Cr7C3 		10~40
비교강5 Cr7C3+(Mo,W)6C(Mo,W)2C 3~5 10~40 (Mo,W)2C+ Cr23C6+Cr7C3 10~30
비교강6 VC+Cr7C3+
(Mo,W)6C		 4~7 20~60 (V,Nb)C+(Mo,W)2C+
Cr7C3+Cr23C6 		10~30
강종 구상화열처리후
경도(HB)		 QT경도(HRC) 충격치(J)
540(℃)		 내마모성 540℃
(비교강1=1.00)
520(℃) 540(℃)
발명강1 242 62.7 64.0 19 0.70
발명강2 244 61.4 64.1 18 0.69
발명강3 246 62.8 64.7 15 0.64
비교강1 237 62.1 64.1 13 1.00
비교강2 235 61.5 63.2 19 1.13
비교강3 239 62.4 63.9 11 0.95
비교강4 242 62.8 64.0 9 0.91
비교강5 237 60.8 62.1 21 0.94
비교강6 245 62.0 63.1 15 0.78
상기 표 1-3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 합금조성을 갖는 냉간공구강은 500℃ 템퍼링에서 열처리 후 경도는 HRC 60 이상을 나타내었으며, 2차경화 효과에 의해 540℃ 고온템퍼링 열처리 후에 경도를 HRC 64 이상으로 확보할 수 있었다. 아울러, 발명강 1-3의 경우 8Cr계 냉간공구강에서 분포하고 있는 M7C3 타입의 정출탄화물이 MC타입의 정출탄화물로 조성이 변화하고, 균질한 분포로 인하여 비교강 1 대비 30% 이상의 내마모성이 향상되었음을 알 수 있다. 따라서 상온 충격인성은 8Cr계 냉간공구강과 유사하거나 더 우수하였으며, 내마모 특성은 더욱 향상된 개발 강종으로 피가공재의 고강도화에 걸맞은 특성을 보임을 알 수 있다.
이에 반하여, 비교강 1-3은 고온템퍼링 열처리 이후 경도 확보는 가능하지만 발명강 1-3 대비 조대한 정출탄화물을 가지고 있어 충격 인성이 열위하며, 정출 및 석출탄화물의 조성이 M7C3타입으로 탄화물이 가지는 경도가 MC 타입보다 낮아 내마모성에 열위하였다.
또한 비교강 4는 Cr과 Mo을 통해 템퍼링시 2차 경화효과로 경도 확보가 가능하지만 주요 탄화물의 조성이 M7C3+M6C 타입으로 탄화물이 가지는 경도가 MC보다 낮아 내마모성이 발명강 대비 열위하였다.
또한 비교강 5의 충분한 2차 경화를 얻지 못하였으며 고온템퍼링 중 모재의 경도 연화로 인하여 HRC 60 ~ 62을 나타내었지만 탄화물 조성의 변화로 내마모성은 뛰어난 것으로 확인되었고, 높은 충격 인성을 확보할 수 있다. 하지만 피가공재의 고강도화에 따라 내마모성과 경도를 더욱 필요로 하기에 발명강으로서 부적합하였다.
그리고 비교강 6은 고온템퍼링 열처리 후 발명강 1-3 대비 적은 정출 탄화물이 분포하고 있어 상대적으로 낮은 내마모성을 가져 부적합하였다.
한편 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉간공구강 시험재의 고온템퍼링 열처리 후, 온도에 따른 로크웰 경도 분포를 도시한 그래프이다. 본 발명강 1 및 발명강 3이 대표적인 8% Cr계 냉간공구강인 비교강 1 대비 더 높은 경도를 확보할 수 있음을 알 수 있다.
또한 도 2는 도 1과 동일하게 본 발명의 실시예에 따른 냉간공구강 시험재의 고온템퍼링 열처리 후, 최고 경도에서 충격인성 분포를 도시한 그래프이다. 본 발명강 1 및 발명강 3이 대표적인 8% Cr계 냉간공구강인 비교강 1 대비 보다 높은 충격인성의 확보가 가능함을 알 수 있다.
그리고 도 3은 발명강 1과 발명강 3을 비교강 1 대비 내마모성 평가 결과를 도시한 그래프로서, 발명강 3은 M7C3 공정탄화물의 조성을 MC로 변화시키고, 석출탄화물의 양을 증가시켜 비교강 1 대비 30% 이상 내마모성이 향상된 것을 볼 수 있다. 다만 V, W을 주성분으로 하는 공정탄화물은 금형제작 시에 가공성 저하 및 충격인성의 감소를 초래하기 때문에, 과도한 탄화물 형성원소 증대를 통한 탄화물 분율 증가는 지양함이 바람직하다.
한편 냉간금형으로 사용되는 강재는 QT열처리 전 금형의 형상 가공이 이루어지며, 이를 위하여 원소재는 낮은 경도가 요구된다. KS, JIS 규격에서 요구하는 통상의 모재 경도는 HB 255 이하이며, 발명강 및 비교강의 모재경도는 이를 만족하였다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구 범위 및 발명의 상세한 설명의 범위안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (2)

  1. 중량%로, C: 1.0~1.5%, Si: 0.3~0.8%, Mn: 0.2~0.8%, P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, Cr: 5.0~7.5%, Mo: 2.0~3.0%, V: 2.5~4.0%, Nb: 0.1~0.5%, W: 2.5~4.0% 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    면적%로, (V,Nb)C+(Mo,W)6C+(Mo,W)2C로 이루어진 정출탄화물: 10~12% 및 잔여 템퍼드 마르텐사이트를 포함하는 미세조직을 가지며, 그리고
    상기 템퍼드 마르텐사이트 내부에는 (V,Nb)C+Cr7C3+Cr23C6+(Mo,W)2C로 이루어진 평균 크기 10~30nm의 석출탄화물이 미세하게 분포되어 있는 내마모성 및 인성이 우수한 냉간 공구강.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 정출탄화물의 평균 크기가 20~80㎛ 범위를 가지는, 내마모성 및 인성이 우수한 냉간 공구강.
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