KR960006328B1

KR960006328B1 - 냉간 공구강

Info

Publication number: KR960006328B1
Application number: KR1019880007967A
Authority: KR
Inventors: 유끼노리 마쯔다
Original assignee: 다이도 도꾸슈꼬 가부시끼가이샤; 아소 미노루
Priority date: 1987-07-03
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1996-05-13
Also published as: KR890002434A; JPS6411945A

Abstract

내용 없음.

Description

냉간 공구강

본 발명은 가혹한 조건하의 냉간 가공에 사용하는 공구를 제조하기 위한 냉간 공구강, 혹은 와이어 컷트와 같은 방전가공에 의해 공구로 가공하는 냉간 공구강에 관한 것이다.

종래, 냉간 단조용의 금형 및 펀치, 발형(拔型)으로 대표되는 냉간 가공용의 합금 공구강으로서는 JIS강종 SKD l1이 널리 사용되고 있다.

이 강은 통상 1000-1050℃로부터 켄칭(qnenching)한 후 150-200℃에서 탬퍼링(tempering)하는 일처리를 행하고, 경도를 H_RC 61 이상으로 하여 사용하고 있다.

SKD l1은 높은 경도를 갖기는 하지만, 인성은 충분하지 못하다. 이 때문에, 최근의 냉간 가공의 조건의 가혹화에 견디지 못하거나, 공구로 가공하는 방법으로서 최근 보급해온 와이어 컷트 방전 가공에 적합하지않은 것이 많다. 구체적으로는 냉간 단조 가공용 다이에서는 고착에 의한 공구 수명의 저항, 발형의 제조에 대해서는 와이어 컷트 방전 가공시 균열이 생기는 것이 문제로 되고 있다.

본 발명자는 가혹한 냉간 가공 조건 및 방전 가공에 충분히 견딜 수 있는 냉간 공구강으로서 450℃ 이상의 고은 탬퍼링 처리를 하여 2차 경화경도를 증대시킨 것을 제안하였다(특개소 59-179762호).

본 발명의 목적은 상기한 냉간 공구강이 높은 경도를 유지하면서 인성을 더욱 향상시킨 냉간공구강을 제공하는데에 있다.

이 목적에 적합한 본 발명의 냉간 공구강은 구체적으로는 C : 0.07 내지 1.75%, Si : 3.0% 이하, Mn : 0.1 내지 2.0%, Cr : 5.0 내지 11.0%, Mn : 1.3 내지 5.0% 및 V.0 : 1 내지 5.0%을 함유하고, P : 0.020% 이하, S : 0.0030% 이하,O : 0.0030% 이하, N : 0.020% 이하이었고, 잔부가 실질적으로 Fe로 이루어지고, 450℃ 이상에서 탬퍼링 효과를 갖는다.

본 발명의 냉간 공구강의 변경태양은, C : 0.75 내지 1.75%, Si : 3.0% o1하, Mn : 0.1-2.0%, Cr : 5.0-11.0%, Mo : 1.3-5.0% 및 V : 0.1-5.0%로 가하고, Cn : 0.1-2.0%, Ni : 0.2-2.0%, W : 0.1-3.0%, Co : 0.1-5.0%, Nb : 0.01-3.0%, Ti : 2.0% 이하 및 Zr : 2.0% 이하 중 적어도 1종을 함유하고, P : 0.020% 이하, S : 0.0030% 이하,O : 0.0030% 이하, N : 0.020% 이하이었고, 잔부가 실질적으로 Fe로 되고, 450℃ 이상에서 탬퍼링 효과를 갖는 것이다.

본 발명은 냉간 공구강의 조성에 있어서, 불가피한 불순무로서 함유되어 있는 P, S, O 및 N의 함유량을 일정치 이하로 규제하는 것 보다도, 결정입게 편석이 경감함과 동시에 호상(縞狀) 편식이 저감하여 인성이 매우 향상하고, 또한 고온 탬퍼링 취성이 개선된다는 사실을 기본으로 한 것이다. P. S.O 및 N의 저감에 의해 카바이드 M₇O₃(M은 금속원소를 나타낸다)의 정출 형태가 미세화하고, 켄칭시의 카바이드의 고용이 촉진되고, 고온 템퍼링 경도가 증대함과 동시에 켄칭을 위한 냉각중에 카바이드의 석출이 억제되며 석출한 탄화물의 성장도 억제되고, 인성이 향상된다,

이하에, 본 발명의 냉간 공구강의 합금성분의 작용과 조성의 한정이유에 대해 설명한다.

C : 0.75 내지 1.75%

C는 마르텐사이트의 경도를 높게하고, 고온 탬퍼링에 의해 특수한 탄화물을 형성하여 2차 경화에 기여하고, Cr, Mo, V와 탄화물을 형성하여 내마모성을 향상시키는 원소이다. 적절한 C의 함유량은 Cr의 함유량과 상호 관계가 있지만, 0.75% 미만에서는 켄칭 탬퍼링 경도가 낮고, l.73%를 초과하면 인성이 저하한다.

Si : 3.0% 이하

Si는 주로 탈산제로서 사용하는 원소이고, 고온 템퍼링 경도의 증대에 유효하다. 그러나, 다량으로 함유되면 열간 가공성 및 인성을 저하시키기 대문에 상한치를 3.0%로 하였다.

특히 Si 함유량을 0.10% 이하로 하면 편석이 적고, 재료의 내외층에 있어서의 인성차이가 적어지고 또한 T방향의 인성이 향상한다.

Mn : 0.1 내지 2.0%

Mn은 탈산 및 탈황제로서 작용하고, 강의 청정도를 향상시킴과 동시에 켄칭성을 양호하게 한다. 그를 위해서는 0.1% 이상 함유시킬 필요가 있지만, 2.0%를 초과하여 첨가하면 가공성이 저하된다.

Cr : 5.0 내지 11.0%

Cr은 켄칭시에 매트릭스중에 고용하여 켄칭성을 높히고, 그와 함꼐 Cr 탄화물을 형성하여 내마모성을 향상시킨다. 5.0% 미만에서는 이와 같은 효과가 적고, 한편 l1.0%를 초과하면 인성이 저하된다.

Mo : 1.3 내지 5.0%

Mo는 켄칭시에 매트릭스중에 고융함과 동시에 탄화물을 형성하여 내마모성을 향상시키고, 켄칭 템퍼링 저항성을 높이는 효과가 있는 원소이다. 이 효과를 발휘시키고, 특히 고온 탬퍼링에 의해 H_RC=62 이상의 높은 경도를 얻기 위해서는 그 함유량을 1.3% 이상으로 할 필요가 있다. 5.0%를 초과하면 그 효과의 증대는 기대할 수 없고, 역으로 역간 가공성이 저하한다.

V : 0.1 내지 5.0%

V는 매트릭스의 오스테나이트계 결정입자의 조대화를 방지하고, 미세한 탄화물을 형성하여 내마모성 및 켄칭성의 향상에 도움이 된다. 이들의 효과는 0.1% 미만에서는 기대할 수 없고, 5.0%를 초과하면 가공성이 저하한다.

N : 0.020% 이하

강중에 N이 다량 함유되면 다른 첨가원소와 질화물을 형성하고, 큰 탄질화물 입자가 강중에 존재하게 되어 공구의 성능을 저하시킨다.

그래서, 상한치를 0.020%로 하였다. 이와 같이 N 함량을 규제함으로써 카바이드 M₇C₃의 정출형태가 변화하여 미세화함과 동시에 켄칭시에 카바이드의 용입이 일어나 고온 템퍼링시에 경도가 높아지는 것으로 생각된다.

S : 0.0030% 이하

강중에 있어서의 S 함유량을 저감함으로써 매트릭스의 결함 발생이 억제되고, 충격치를 높게 할 수 있다. 바람직하기로는 0.0010% 이하로 규제한다.

O : 0.0030% 이하

O는 강중에 산화물계의 비금속 개재물을 형성하여 인성을 저하시키기 때문에 0.0030% 이하로 규제하였다.

P : 0.020% 이하

P는 매트릭스의 결함 발생을 증대시키는 원소이기 때문에 그 함유량을 저감함으로써 인성을 크게 개선할수 있고, 또한 충격치의 이방성을 적게할 수 있다. P는 초석(招析) 카바이드의 석출을 억제함과 동시에 석출한 탄화물의 성장을 억제하고, 고온 템퍼링시의 경도를 향상시키는 겻이라고 생각된다.

Cu : 0.1내지2.0%, Ni : 0.2내지2.0%,lV : 0.1내지3.0%,Co : 0.1내지5.0%, Nb : 0.0l내지3.0%, Ti : 2.0% 이하 및 Zr : 2.0% 이하.

이들은 본 발명의 냉간 공구간의 변경 태양에 있어서 상기한 기본적인 합금 성분에 가하여 첨가하는 원소이고, 강도 및 인성의 향상에 도움이 된다. 다량으로 함유하면 오히려 열간 가공성과 인성을 저하시키기 때문에 각각 상기한 범위내의 함유량으로 한다.

각 합금 성분의 함유량이 위에 규정한 범위내에 있는 강재를 어닐링한 후 켄칭하고, 계속해서 고온 템퍼링한다. 본 발명의 냉간 공구강은 이 템퍼링 온도는 450℃ 이상으로 하였을때 우수한 템퍼링 효과를 발휘한다. 이와 같은 고온 템퍼링에 의해 켄칭시의 잔류 용력이 제거되어 안정조직으로 됨과 동시에,2차 경화 경도가 증대한다.

따라서, 고온 템퍼링후는 경도와 인성이 함께 높게되고, 와이어 컷트방전 가공에 의해 공구로 가공할때에 균열을 일으키기도 하고 공구로서 사용하는 중에 벗겨짐을 일으키기도 하는 것이 방지되고 가공성이 향상함과 동시에 공구 수명이 길어진다. 즉, 공구표면에 TiC와 같은 경질 물질을 증착하는 경우의 표면처리도 용이하게 된다. 이와 같은 고온 템퍼링 효과는 템퍼링 온도가 450℃ 미만에서는 충분히 얻어지지 않는다.

(실시예)

제1표에 나타낸 성분 조성의 본 발명 강 및 비교강을 용제하고, 경도(H_RC), 샤르피(Sbarpy)충격치, 굴곡 항절력, 고착하중, 비마모량, 잔류응력 및 와이어 컷트 방전 가공성에 대해서 하기의 조건에서 시험을 행하였다. 각각의 결과를 제2표에 나타낸다.

(1) 굴곡 항절력

직경 8mm 길이 130mm의 시험편에 붙이고, 지정(支店)간 거리 100mm, 중앙 1점하중으로 하고, 시험편이 파단할때의 하중을 측정하였다.

(2) 비마모량

대월(大越)식 신속 마모시험기를 사용하고, 상대 재 SCM 415(H_B190), 마찰속도 2.9m/sec, 마찰거리200mm, 마찰하중 6.5kg으로 하였다.

(3) 고착하중

상대재로서 SCM 415(어닐링한 것)를 사용하고, 마찰속도 30 내지 100mm/sec, 접촉(接觸)면압 5 내지50kgf/mm²로하고, 윤활제로서 유지계의 윤활유를 사용하였다.

(4) 와이어 컷트 방전 가공성

와이어 컷트 방전가공에 의해 강재를 10mm의 기리로 절단하고, 절단면에 나타난 균열중 길이 100μm 이상인 것의 수로 표시하였다,

(5) 탄화물

S 방향단면에 나타난 탄화물의 긴 직경을 측정하고, 긴 직경 10μm 이상인 것의 단위 면적당의 갯수로 평가하였다.

제2표로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 공구강은 어느것도 H_RC가 62 이상의 경도를 갖고, 또한 샤르피 충격치로 보는 바와 같이 인성이 높다.

제 1표

제 2표

본 발명의 냉간 공구강은, 높은 경도와 높은 인성을 균형있게 갖추고, 가혹한 냉간 가공 조건하에서 충분히 견딜 수 있고, 공구의 수명이 길다. 공구로 가공하는 수단으로서 와이어 컷트 방전 가공을 채용했을때에도 균열이 발생하지 않고 가공하기 쉽다. 본 발명에 있어서, 임의로 첨가하는 합금 성분을 함유하는 태양의 냉간 공구강은 강도 및 인성이 더 향상되고 있다.

따라서, 본 발명의 냉간공구강은, 냉간 단조용 금형, 펀치등의 냉간 가공용의 공구 재료로서 사용한다.

Claims

C : 0.75내지1.75%, Si : 3.0%이하, Mn.0.1 내지 2.0%, Cr : 내지 11.0%, Mo : 1.3 내지5.0% 및 V : 0.1 내지 5.0%를 함유하고, P : 0.020%이하, S:0.0030%이하,O : 0.0030%이하, N : 0.020% 이하이고, 잔부가 실질적으로 Fe로부터 되고,450℃ 이상에서 템퍼링 효과를 갖는 냉간 공구강.
C : 75내지1.75%, Si : 3.0%이하, Mn : 0.1내지2.0%, Cr : 5,0내지11.0%, Mo : 1.3내지5.0% 및 V : 0.1 내지 5.0%로 가하고, Cu : 0.1 내지 2.0%, Ni : 02 내지 2.0%, W : 0.1 내지 3.0%, Co : 0.1내지5.0%, Nb : 0.01내지3.0%, Ti : 2.0%이하및 Zr : 2.0%이하중 적어도1종을 함유하고, P : 0.020% 이하, S : 0.0030% 이하, O : 0.0030% 이하, N : 0.020% 이하이고, 잔부가 실질적으로 Fe로부터 이루어지고,450℃ 이상에서 템퍼링 효과를 갖는 냉간 공구강.