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KR100758401B1 - 합금강, 플라스틱 성형기 및 플라스틱 성형기용 인성 강화블랭크 - Google Patents

합금강, 플라스틱 성형기 및 플라스틱 성형기용 인성 강화블랭크 Download PDF

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KR100758401B1
KR100758401B1 KR1020027017040A KR20027017040A KR100758401B1 KR 100758401 B1 KR100758401 B1 KR 100758401B1 KR 1020027017040 A KR1020027017040 A KR 1020027017040A KR 20027017040 A KR20027017040 A KR 20027017040A KR 100758401 B1 KR100758401 B1 KR 100758401B1
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KR
South Korea
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alloy steel
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tempering
alloy
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오드 샌드베르크
마그너스 티데슈텐
Original Assignee
우데홀름툴링악티에보라그
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Abstract

합금강은 중량%로, 0.16 내지 0.27 C, 0.06 내지 0.13 N, 여기서 C + N의 총함량은 조건 0.3 ≤C + N ≤0.4를 만족시키며, 0.1 내지 1.5 Si, 0.1 내지 1.2 Mn, 12.5 내지 14.5 Cr, 0.5 내지 1.7 Ni, 0.2 내지 0.8 Mo, 0.1 내지 0.5 V을 함유하는 화학 조성을 갖는다. 상기 합금강은 플라스틱 성형기로 적절하다.

Description

합금강, 플라스틱 성형기 및 플라스틱 성형기용 인성 강화 블랭크 {STEEL ALLOY, PLASTIC MOULDING TOOL AND TOUGH-HARDENED BLANK FOR PLASTIC MOULDING TOOLS}
본 발명은 합금강에 관한 것이며, 보다 구체적으로 플라스틱 성형기의 제조용 합금강에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 강으로 제조된 플라스틱 성형기 및 플라스틱 성형기 제조용 합금강인 인성 강화 블랭크(tough hardened blanks)에 관한 것이다.
플라스틱 성형기는 탄소강, 저 및 중 합금강, 마르텐사이트 스테인레스 강, 석출경화강 및 마레이징(maraging)강과 같은 매우 다양한 강으로 제조된다. 플라스틱 성형기를 제조하는데 사용되는 기존의 합금강에 대한 개요가 "레오베리(Leoberi) 대학(ISBN:3-9501105-X)에서 1999년 9월 29일부터 10월 1일까지 개최된 제 5회 국제 장치 컨퍼런스의 과정, 차세대 장치 강"의 인쇄물 635쪽 내지 642쪽에 개시된다. 마르텐사이트 스테인레스 강 그룹에는 중량%로 0.38 C, 0.8 Si, 0.5 Mn, 13.6 Cr, 0.3 V, 그 나머지의 철 및 강의 제조공정에서 불가피한 불순물의 표준 화학 조성을 갖는 STAVAXESR®라는 등록 상표명으로 출원인에 의해 제조되고 판매되는 강을 포함하여, 많은 상용 플라스틱 성형 강이 존재한다. 상기 강은 SIS2314 및 AISI420에 따라 표준화된다. 이러한 형태의 강은 강의 경화 및 뜨임 조건에 따라 적절한 경도를 갖는다. 그러나 상기 강의 연성(인성) 및 경화성은 오늘날 재료로서의 요건이 상당히 강화된 고품질 플라스틱 성형 강의 요건을 충족시키지 못할 뿐만 아니라 적어도 대형 공구에 대해서도 충족시키지 못한다.
본 발명의 목적은 STAVAXESR®와 동일한 양호한 특징을 갖지만 대형 장치에서 경화 성능, 즉 경화성, 및 개선된 연성(인성)을 갖는 플라스틱 성형기용 마르텐사이트 스테인레스 강을 제공하고자 하는 것이다. 이러한 목적은 상기 마르텐사이트 스테인레스 강에 특허청구범위에 기재된 화학 조성을 제공함으로써 달성될 수 있다.
개개 원소의 중요성과, 강의 합금 원소의 상호 작용과 관련되어 있는 한, 보호받고자 하는 청구 범위를 소정의 특정 이론에 결합시키지 않더라도 다음 내용이 적용된다고 할 수 있을 것이다.
탄소 및 질소는 강의 경도 및 연성에 상당히 중요한 원소이다. 탄소는 또한 경화성을 개선시키는데 중요한 원소이다. 상기 SIS2314/AISI420 유형의 강 제조에서 상이하게 제조된 바아들간에 또한 개개 바아에서 상당한 편석이 발견될 수 있다. 또한 상이한 가열 사이에 상당한 경화성 변화가 발생할 수 있다. 이는 제 1 탄화물 형태로 결합되는 강의 탄화물 형성 원소의 함량과 관련된다. 이러한 이유로부터 그리고 크롬탄화물(M7C3 탄화물) 형태의 바람직하지 않은 탄화물의 형성을 방지하기 위해 본 발명에 따른 강은 0.27% 이하의 C, 바람직하게 0.25% 이하의 C를 함유한다. 강이 마르텐사이트 조직 내에 용해된 충분한 양의 탄소를 갖도록 강 내의 탄소의 최소 함량은 0.18%이며, 뜨임 조건에서 마르텐사이트 조직은 적어도 50 HRC, 바람직하게 50 내지 54 HRC의 경도를 갖는다. 탄소는 또한 우수한 경화성 향상 효과를 갖는다. 바람직하게, 강의 탄소 함량은 적어도 0.20%이다.
질소는 합금계의 고상화 조건을 변경시킴으로써 탄화물 및 탄소질화물(carbonitride)의 보다 균질의, 균일한 분포를 달성하는데 기여하여 보다 조립의 탄화물 응집물이 형성되지 않거나 고상화 중에 감소된다. M23C6 탄화물의 양은 연성/인성에 우수한 효과를 갖는 M(C,N), 즉 바나듐 탄질화물을 위해 감소된다(여기서 M은 금속, C는 탄소, N은 질소). 요약하면, 질소는 작업 중에 보다 미세하게 분포된 상으로 분석될 수 있는 미세한 탄화물 및 질화물이 달성되는 보다 우수한 고상화 방법을 제공하는데 기여한다. 이러한 이유로부터, 탄소와 질소의 총 함량이 조건 0.3 ≤C + N ≤0.4를 만족시키는 동시에 질소는 0.06% 이상 0.13% 이내의 양으로 존재해야 한다. 상기 표현에서는 중량%로 언급된다. 경화 및 뜨임된 강에서, 질소는 고용체 내에 질소 마르텐사이트를 형성하기 위해 마르텐사인트 내에 실질적으로 용해되고 경도에 기여한다. 일반적으로, 질소의 양이 관련되는 한, 상기 원소는 탄소와 함께 탄질화물, M(C,N)를 어느 정도 형성하기 위해 적어도 0.06% 이상 존재하고, 마르텐사이트의 경도에 기여하기 위해 뜨임된 마르텐사이트 내에 용해된 원소로서 존재하고, 오스테나이트 형성재(austenite former)로서 작용하고, 강 매트릭스의 소위 PRE값을 증가시킴으로써 내부식성에 기여하여야 하지만, 탄소가 가장 중요한 경도 형성재인 탄소 + 질소의 함량을 최대화하기 위해 최대 0.13%를 초과해서는 않된다.
실리콘은 강 내에서의 탄소의 활성도를 증가시키고 따라서 주요 1차 탄화물의 석출 경향을 증가시킨다. 그러므로 강은 낮은 함량의 실리콘을 갖는 것이 바람직하다. 게다가, 실리콘은 페라이트 안정화 원소인데, 이는 실리콘의 바람직하지 않은 특성이다. 더욱이 강이 또한 페라이트 안정화 원소인 크롬과 몰리브덴을 상당히 많이 함유하기 때문에, 강이 그 매트릭스 내에 페라이트를 포함하지 않도록 실리콘의 함량은 제한되어야 한다. 그러므로 강은 1.5% Si, 바람직하게 최대 1.0% Si을 함유해서는 않된다. 일반적으로, 페라이트 안정화 원소는 오스테나이트 안정화 원소에 적용될 수도 있다. 그러나, 실리콘은 탈산 처리로부터의 잔류물로 존재하기 때문에, 최적의 실리콘 함량은 0.1% 내지 0.5% Si 범위, 가능하게 0.4% Si 이하, 표준적으로 약 0.3% Si이다.
망간은 경화성 촉진 원소로서 우수한 효과를 갖고, 또한 무해한 황화망간을 형성함으로써 황 제거를 위해 이용된다. 그러므로 망간은 적어도 0.1%, 바람직하게 적어도 0.3%의 양으로 존재한다. 그러나, 망간은 인과 함께 공동 편석 효과를 가져, 뜨임 취성을 야기할 수도 있다. 그러므로 망간은 최대 1.2%, 바람직하게 최대 1.0%, 적절하게 최대 0.8%의 양을 넘어서는 않된다.
크롬은 강의 주 합금 원소이고 기본적으로 강의 스테인레스 특성을 좌우하는데, 이는 강이 양호한 연마성(polishability)을 갖는 플라스틱 성형 장치로 사용될 때 매우 중요한 특성이다. 크롬은 또한 경화성을 촉진시킨다. 강은 낮은 함량의 크롬과 낮은 총함량의 탄소 및 질소를 갖기 때문에, 강은 12.5%의 낮은 크롬 함량을 갖지만, 소정의 내부식성을 달성한다. 그러나, 바람직하게 강은 적어도 13%의 크롬을 함유한다. 그 상한은 우선 강의 연성(인성)과 페라이트를 형성할 크롬의 경향에 의해 결정된다. 강은 바람직하지 않은 양의 크롬탄화물 및/또는 탄질화물의 형성을 방지하기 위해 너무 많은 양의 크롬을 함유하지 않는 것이 바람직하다. 그러므로 최대 14.5% Cr, 바람직하게 최대 14% 이상의 Cr을 함유해서는 않된다.
본 발명에 따른 강은 뜨임 중에 2차 탄화물의 석출을 통해 2차 경화를 제공하여 내뜨임성(tempering resistance)을 증가시키기 위해 기준강 STAVAXESR® 만큼의 높은 바나듐 함량을 가질 수도 있다. 바나듐은 또한 MC 탄화물의 석출을 통해 입계 성장 방지 작용을 한다. 바나듐 함량이 너무 높으면, 강의 고상화에서 대형의 1차 MC 탄화물이 형성되고, 이는 강이 경화 과정과 관련하여 1차 탄화물이 용해되지 않는 ESR 재용융을 거친다면 적용된다. 소정의 2차 경화를 달성하고 입계 성장 방지에 바람직한 기여를 제공하고, 동시에 강에 불용성인 대형의 1차 탄화물의 형성을 방지하기 위해, 바나듐의 함량은 0.1 내지 0.5%이어야 한다. 적절한 V 함량은 0.25 내지 0.40%, 표준적으로 0.35%이다.
적어도 0.2%의 몰리브덴은 강력한 경화성 촉진 효과를 제공하기 위해 강 내에 존재해야 한다. 몰리브덴은 또한 적어도 1%의 Mo까지 내부식성을 촉진시킨다. 뜨임에서, 몰리브덴은 또한 강의 내뜨임성의 증가에 기여하는데, 이는 바람직하다. 반면, 너무 많은 몰리브덴은 결정 입계 탄화물 및 편석의 석출 경향으로 인한 바람직하지 않은 탄화물 조직을 야기할 수도 있다. 그 이상의 몰리브덴은 바람직하지 않은 페라이트 안정화 원소이다. 그러므로 강은 몰리브덴의 바람직한 효과를 취하고 동시에 바람직하지 않은 효과를 방지하기 위해 조화된 양의 몰리브덴을 함유해야 한다. 그러므로 몰리브덴의 양은 0.2 내지 0.8%이어야 한다. 바람직하게, 몰리브덴의 양은 0.6%를 초과해서는 않된다. 최적의 Mo 함량은 0.3 내지 0.4%, 표준적으로 0.35%이다.
니켈은 강력한 오스테나이트 형성재이고 강의 바람직한 경화성 및 인성에 기여하기 위해 적어도 0.5% 존재해야 한다. 또한 오스테나이트 형성재인 망간은, 특히 전술한 소정의 단점을 야기하기 때문에, 이러한 관점에서 기본적으로 니켈을 대체할 수 없다. 니켈 함량의 상한은 우선 비용 측면에 의해 결정되고 1.7%로 설정된다. 강은 적절하게 1.0 내지 1.5% Ni, 표준적으로 1.2% Ni을 함유한다.
강 매트릭스 내에 용해되지 않는, 즉 탄화물, 질화물 및/또는 탄질화물을 형성하지 않는 크롬, 몰리브덴 및 질소의 양은 강의 내부식성에 기여하고 다음의 공식으로 표현되는 강의 소위 PRE 값에서 변수로 작용하며, 여기서 Cr, Mo 및 N는 강 매트릭스 내에 용해된 크롬, 몰리브덴 및 질소의 양이다.
PRE = % Cr + 3.3 ×% Mo + 20 ×% N
1030℃로부터의 경화 및 250℃, 2 ×2 시간 동안의 뜨임 후, 강 매트릭스의 PRE 값은 적어도 14.8, 바람직하게 15.0이어야 한다. 상기 열처리 후 경도는 또한 적어도 50 HRC, 바람직하게 50 내지 54 HRC이어야 한다. 또한 500℃, 2 ×2 시간 동안의 고온 뜨임 후에 동일한 경도가 달성되어야 한다.
최상의 내부식성 및 매우 양호한 인성이 약 250℃에서 저온 뜨임 후에 달성되지만, 상기 열처리를 통해 강 내에 내부 응력이 형성될 수도 있으며, 이는 플라스틱 성형 장치의 제조와 관련하여 스파크 가공(spark machining)에 의해 제거될 수 있다.
약 500℃의 고온 뜨임에서 응력은 제거되며, 이는 장치가 스파크 가공이 강의 제조에서 요구되는 복잡한 설계를 갖는다면 바람직하다. 이러한 이유로 인해, 강은 고온 뜨임 후 뿐만 아니라 저온 뜨임 후 소정의 경도를 달성하는데, 이는 예를 들어 스파크 가공 전에 양호하게 응력을 제거할 수 있는 재료를 제공하는 선택사항을 제공한다.
본 발명에 따른 강은 인성 강화 블랭크의 가공을 통해 매우 큰 치수의 장치를 제공하는 선택사항을 제공하는 인성 강화 조건에 제공될 수 있다. 540 내지 625℃ 또는 약 575℃에서의 뜨임을 통해 가공되기에 적절한 약 40 HRC(35 내지 45 HRC)의 경도를 갖는 인성 강화 재료를 얻을 수 있다. 경화는 1020 내지 1030℃의 범위, 또는 약 1030℃에서 오스테나이트화에 의해 수행되고, 오일, 폴리머 욕 내에서의 냉각 또는 진공로 내에서의 가스 냉각이 수반된다. 고온 뜨임은 적어도 1 시간 동안, 바람직하게 이중 뜨임에 의해 2 ×2 시간 동안 500 내지 520℃ 범위의 온도에서 수행된다.
강의 절삭성을 개선하기 위해 황을 의도적으로 첨가하는 경우, 강은 적어도 0.025% S을 함유할 수도 있다. 이는 특히 인성 강화 재료에 관한 것이다. 절삭성 개선과 관련하여 최상의 효과를 얻기 위해 강은 0.07 내지 0.15% S을 함유할 수도 있다.
또한 강이 3 내지 75ppm의 Ca, 바람직하게 5 내지 40ppm의 Ca 및 10 내지 40ppm의 O와 함께 0.025 내지 0.15%의 S를 함유할 수도 있으며, 여기서 황화 칼슘을 형성하도록 존재하는 황화물의 구상화(globurizing)를 위해 칼슘 실리콘(CaSi)으로 첨가될 수 있는 상기 칼슘은 황화물이 기계 가공성을 손상시킬 수 있는 바람직하지 않은 연신 형상을 이루는 것을 방지한다. 이와 관련하여 강은 소정의 의도적으로 첨가된 황을 함유하지 않는 것으로 언급되어야 한다.
본 발명에 따른 강은 일반적인 방식으로 본 발명에 따른 화학 조성을 갖는 용융물을 형성하고, 상기 용융물을 대형 잉곳으로 주조하거나 상기 용융물을 연속 주조함으로써 통상적으로 제조될 수 있다. 바람직하게 전극은 상기 용융물로 주조되고, 그 후 일렉트로 슬래그 재용융 기술(ESR, Electro Slag Remelting)을 이용함으로써 재용융된다. 그러나, 열간 정수압 소결, 소위 HIP-ing(hot isostatic pressing), 또는 분무 주조 공정에 의해 잉곳을 선택적으로 제조하는 단계를 포함할 수 있는 기술에 의해 컴팩트되는 분말을 형성하기 위해 용융물을 분말 야금학적으로 가스 분무시킴으로써 잉곳을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 강의 특성 뿐만 아니라 다른 특성 및 측면과 플라스틱 성형 장치를 제조함에 있어 그 유용성이 실시예를 통해 보다 상세히 후술되며 그 결과가 얻어진다.
다음의 실시예 및 그 결과에서, 첨부 도면이 참조된다.
도 1은 소위 Q 잉곳(50kg의 실험 용융물)으로 제조된 제 1 시리즈의 강의 뜨임 그래프이며,
도 1a는 보다 큰 스케일로 500 내지 600℃ 범위의 온도에서 도 1의 뜨임 그래프이며,
도 2는 참조용 재료와 Q 잉곳으로 제조된 제 2 시리즈의 강의 뜨임 그래프이며,
도 2a는 보다 큰 스케일로 500 내지 600℃ 범위의 온도에서 도 2의 뜨임 그래프이며,
도 3은 참조용 재료와 Q 잉곳으로 제조된 제 3 시리즈의 강의 뜨임 그래프이며,
도 4는 뜨임과 각각 저온 뜨임, 및 고온 뜨임 후에 조사된 강의 노치없는 충격 에너지(J)에 의한 연성을 도시하는 막대 그래프이며,
도 5는 조사된 강의 탄소 함량 대 노치없는 충격 에너지(J)에 의한 연성을 도시하는 그래프이며,
도 6은 열역학 계산(Thermo-calc)에 따라 계산된 조사된 강의 탄질화물의 함량 대 노치없는 충격 에너지(J)에 의한 연성을 도시하는 그래프이며,
도 7은 1030℃에서 오스테나이트화 처리 후 800 내지 500℃ 범위에서 냉각 시간 대 경도에 의한 강의 경화성을 도시하는 그래프이다.
실험실 규모로 제조된 강의 조사
표 1에 따른 화학 조성을 갖는 16개의 Q 잉곳(50kg의 실험적 용융물)의 강이 세 개의 시리즈로 제조되었다. 제 1 시리즈(Q9043-Q9062)에서 잉곳은 넓은 범위의 화학 조성을 갖도록 제조되었다. 가장 관심이 집중된 제 1 시리즈의 변형물은 Q9050 및 Q9062였다. 그러나, 특성에 대한 Cr, Ni 및 Mo의 효과는 더 조사될 필요가 있으며, 여기서 제 2 시리즈의 Q 잉곳(Q9103-Q9106)이 제 1 시리즈에서 얻어진 특성을 최적화하기 위해 제조되었다. 제 3 시리즈의 Q 잉곳(Q9133-Q9134)에서 변형물 Q9103-Q9104의 탄소 함량을 감소시켜 질소 함량이 증가되었다. Q9043은 STAVAXESR®의 제조 허용치 프레임 내에 있는 화학 조성을 갖고 본 실시예에서 기준 재료이다.
잉곳은 치수 60 ×40㎜로 단조되고, 그 후 바아는 버미큐라이트(vermiculite) 내에서 냉각되었다. 상업적 강 STAVAXESR®에 대한 일반적인 실행에 따라 종래의 방식으로 연화 어닐링이 수행되었다.
화학 조성, 중량%, 열역학 계산에 따른 탄질화물의 총 함량(부피%), 및 조사된 강의 PRE* 값
합금 탄질화물의 함량* C N Si Mn Cr V Ni Mo PRE*
Q9043 1.3 0.36 0.026 0.83 0.47 13.9 0.32 0.18 0.12 14.3
Q9044 1.6 0.34 0.033 0.25 0.63 14.1 0.3 1.11 0.43 15.6
Q9045 1.9 0.34 0.03 0.81 0.64 14.1 0.32 1.08 0.43 15.4
Q9046 1.3 0.34 0.022 0.19 0.65 13.4 0.29 1.65 0.44 14.9
Q9047 1.5 0.35 0.034 0.2 0.6 13.8 0.29 1.1 0.12 14.3
Q9049 0.23 0.3 0.067 0.23 0.66 13.1 0.34 0.78 0.44 15.5
Q9050 0.23 0.29 0.067 0.2 0.68 12.9 0.33 1.62 0.64 15.9
Q9051 0.36 0.29 0.073 0.22 0.65 13.2 0.44 0.8 0.44 15.4
Q9061 2.1 0.35 0.068 0.19 0.58 15.0 0.28 1.39 0.44 16.7
Q9062 0.14 0.26 0.074 0.15 0.6 13.4 0.25 1.57 0.65 16.7
Q9103 0.16 0.27 0.058 0.19 0.51 13.2 0.3 1.71 0.32 15.1
Q9104 0.15 0.28 0.071 0.22 0.6 13.4 0.32 1.24 0.32 15.4
Q9105 0.28 0.27 0.063 0.18 0.59 14.3 0.31 1.23 0.32 16.3
Q9106 0.47 0.27 0.081 0.20 0.62 14.9 0.32 0.84 0.32 16.9
Q9133 0.37 0.22 0.10 0.31 0.54 13.3 0.34 1.33 0.36 15.7
Q9134 0.45 0.18 0.13 0.32 0.51 13.3 0.33 1.35 0.36 16.1
* 탄질화물의 함량은 1030℃로부터의 경화 및 250℃, 2 ×2 시간 동안 뜨임 후 열역학 계산에 따라 결정됨. PRE = % Cr + 3.3 ×% Mo + 20 ×% N은 PRE 값의 기초를 형성하는 원소의 양이며, 이는 상기 열처리 후에 강의 매트릭스에 용해된다.
표 1의 합금강 중, 변형물 Q9103 및 Q9105 내지 Q9134는 본 발명에 따른 가장 넓은 범위의 합금 함량의 프레임 내에서 발견되었다. 최적의 조성에 가장 근접하게 대응하는 변형물은 Q9133이다.
제 1 시리즈의 Q 잉곳의 뜨임 그래프가 도 1 및 보다 큰 스케일(500 내지 600℃의 온도 범위)의 도 1a에 도시된다. 제 2 시리즈의 Q 잉곳에 대응하는 그래프가 도 2 및 도 2a에 도시된다. 200℃/2 ×2 시간 동안의 저온 뜨임 후 기준 강 Q9043은 52 HRC의 경도를 달성했다. 또한 모든 다른 변형물도 동일한 경도에서 ±1의 HRC에 있었다. 도 1a 및 도 2a에서 도시된 것처럼 보다 높은 온도 범위, 500 내지 600℃에서 뜨임될 때, Q9043의 경도는 증가된 온도에서 다른 모든 변형물 보다 급격히 떨어진다. Q9133 및 Q9134는 200℃, 2 ×2 시간 동안의 저온 뜨임 후 기준 재료 Q9043과 동일한 높은 경도를 나타내지만 도 3에서처럼 고온 뜨임될 때 Q9043 보다 높은 내뜨임성을 나타내었다.
증가된 함량의 질소는 질화물 및 연마 표면의 에칭 침식(mattness)을 야기할 수도 있기 때문에 연마성에 대한 질소의 효과가 조사되었다. 상대적으로 많은 함량의 질소를 갖는 본 발명의 표본 Q9133 및 Q9134는 보다 작은 함량의 질소를 갖는 기준 재료 Q9043과 비교되었다. 그러나, 소정의 질화물은 본 발명의 재료에서 발견되지 않았고, 연화 어닐링되거나 경화 및 뜨임된 조건에서도 매트니스 등과 관련된 차이점은 발견되지 않았다.
연성 조사를 위해 변형물에 대한 세 개의 노치 없는 충격 실험 시편이 L 방향으로 절단되었다. 시험 시편은 고온 뜨임 뿐만 아니라 저온 뜨임을 포함하는 방식으로 열처리(경화 및 뜨임)되었다.
열처리 1 : 1030℃/30분에서 오스테나이트화되고, 공냉되며 250℃/2 ×2 시간 동안 뜨임됨.
열처리 2 : 1030℃/30분에서 오스테나이트화되고, 공냉되며 500℃/2 ×2 시간 동안 뜨임됨.
도 4에서 세 개의 시험 시편에 대해 측정된 평균값에 의해 그 결과가 도시된다. 도면에서, 또한 달성된 경도가 표시된다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 노치 없는 충격 에너지(J)에 의한 최상의 연성은 본 발명의 합금 Q9133 및 Q9134에서 달성되었다. Q9103은 고온 뜨임 뿐만 아니라 저온 뜨임 후에 그 다음 최상의 연성 을 갖는다. 그러나, 제조 기술과 관련된 이유로 인해, Q 잉곳은 연성/인성을 감소시키는 높은 함량의 개재물을 함유할 수도 있다는 것을 알아야 한다.
그러나, 본 발명의 강 Q9133 및 Q9134의 노치 없는 충격 에너지(J)와 관련한 우수한 연성은 너무나도 현저하여, 그 차이점이 다른 재료 내의 불순물고ㅘ 관련된 것이라고 말하기가 곤란하다. 이는 도 5 및 도 6의 차트에서 명백히 도시되며, 여기서 Q9133 및 Q9134는 자체로 명백히 다른 그룹을 형성한다. 일반적으로 충격 인성 실험은 도 6의 낮은 함량의 탄화물 뿐만 아니라, 다른 표본과 비교할 때 보다 낮은 함량의 탄화물이 도 5의 고온 뜨임 조건 뿐만 아니라 저온 뜨임 조건에서 최상의 연성을 달성하기 위해 요구됨을 나타낸다.
강의 내부식성을 조사하기 위해, 분극 그래프가 모든 합금강에 대해 작성되었다. 조사된 표본은 1030℃/30분으로부터 경화 후 250℃, 2 ×2 시간 동안 저온 뜨임된다. I임계(임계 전류 밀도) 값은 표 2에 나타난다. I임계가 작으면 작을수록, 내부식성은 양호해진다. 본 발명의 강을 포함하는 상기 시험에 따른 모든 표본은 기준 재료 Q9043 보다 상당한 차이로 양호한 내부식성을 갖는다.
본 발명의 강의 가장 중요한 특징 중 하나인 경화성은 측정 장비에서 다양한 냉각 속도를 거치는 작은 표본의 경도를 측정함으로써 결정되었다. 도 7에서, 경도 대 냉각 속도가 도시되고, 이는 경화성의 측정치를 형성한다. 기준 재료 Q9043은 최하의 경화성을 갖고, 상기 재료는 SIS2314 및 AISI420의 표준 강에 대응한다. Q9133, Q9062 및 Q9134는 최상의 경화성을 갖는다.
부식 시험으로부터의 결과
Q잉곳 Icr(mA/㎠)
9043 = 기준 1.04
9044 0.57
9045 0.5
9046 0.4
9047 0.95
9049 0.5
9050 0.27
9051 0.5
9061 0.25
9062 0.2
9103 0.3
9104 0.4
9105 0.32
9106 0.5
9133 0.5
9134 0.5











Claims (22)

  1. 합금강에 있어서,
    중량%로,
    0.16 내지 0.27 C
    0.06 내지 0.13 N, 여기서 C + N의 총함량은 조건 0.3 ≤C + N ≤0.4를 만족시키며,
    0.1 내지 1.5 Si
    0.1 내지 1.2 Mn
    12.5 내지 14.5 Cr
    0.5 내지 1.7 Ni
    0.2 내지 0.8 Mo
    0.1 내지 0.5 V
    나머지 철과 불가피한 불순물을 함유하는 화학 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 합금강.
  2. 제 1 항에 있어서,
    0.18 내지 0.25%의 C를 함유하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  3. 제 1 항에 있어서,
    0.10%의 N를 함유하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  4. 제 1 항에 있어서,
    최대 1.0%의 Si를 함유하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  5. 제 1 항에 있어서,
    최대 1.0%의 Mn을 함유하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  6. 제 1 항에 있어서,
    13 내지 14%의 Cr을 함유하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  7. 제 1 항에 있어서,
    1.0 내지 1.5%의 Ni을 함유하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  8. 제 1 항에 있어서,
    최대 0.6%의 Mo을 함유하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  9. 제 1 항에 있어서,
    0.25 내지 0.40%의 V을 함유하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  10. 제 1 항에 있어서,
    0.22% C
    0.10% N
    0.3% Si
    0.5% Mn
    13.5% Cr
    1.2% Ni
    0.35% Mo
    0.35% V을 함유하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    0.07 내지 0.15% S과 불가피한 양의 칼슘을 함유하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    0.025 내지 0.15% S
    3 내지 75ppm Ca, 및
    10 내지 40ppm O를 함유하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  13. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강을 1020℃로부터 경화하고 250℃, 2 ×2 시간 동안의 뜨임 후 상기 강의 매트릭스에 고용체로 있는, 탄화물, 질화물 또는 탄질화물이 형성되지 않은 Cr, Mo 및 N의 양은 상기 강의 매트릭스가 14.8 이상의 PRE값을 가지도록 많으며, PRE값은 다음의 공식; PRE = % Cr(s) + 3.3 ×% Mo(s) + 20 ×% N(s)로 표현되며, 이 때 Cr(s), Mo(s) 및 N(s)는 상기 강의 매트릭스의 고용체에 있는 Cr, Mn 및 N를 의미하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  14. 플라스틱 성형기에 있어서,
    1020 내지 1030℃로부터 경화되고 200 내지 250℃ 또는 500 내지 520℃에서 뜨임된 후 미세 조직을 가지며, 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 합금강으로 제조되며, 상기 합금강의 매트릭스는 뜨임된 마르텐사이트와, 상기 강의 매트릭스에서 완전히 M(C,N) 탄질화물로 구성되는 총 0.3 내지 1.0 부피%의 1차 석출 질화 탄소로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형기.
  15. 플라스틱 성형기용 바아, 로드, 플레이트 또는 블록 형태의 인성 강화 블랭크에 있어서,
    제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 합금강으로 제조되고, 1020 내지 1030℃에서의 오스테나이트화, 상온으로의 냉각 및 540 내지 625℃에서의 뜨임을 포함하는 열처리 후, 상기 합금강의 매트릭스는 실질적으로 뜨임된 마르텐사이트와 상기 강의 매트릭스에서 기본적으로 완전히 M(C,N) 탄질화물로 구성되는 총 0.3 내지 1.0 부피%의 1차 석출 질화 탄소로 이루어진 미세 조직과 35 내지 45 HRC를 갖는 것을 특징으로 하는 인성 강화 블랭크.
  16. 제 1 항에 있어서,
    0.20~0.27%의 C를 함유하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  17. 제 1 항에 있어서,
    최대 0.5%의 Si를 함유하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  18. 제 1 항에 있어서,
    최대 0.8%의 Mn을 함유하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  19. 제 1 항에 있어서,
    0.3 내지 0.4%의 Mo을 함유하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  20. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    0.025 내지 0.15% S
    5 내지 40ppm Ca, 및
    10 내지 40ppm O를 함유하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  21. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강을 1020℃로부터 경화하고 250℃, 2 ×2 시간 동안의 뜨임 후 상기 강의 매트릭스에 고용체로 있는, 탄화물, 질화물 또는 탄질화물이 형성되지 않은 Cr, Mo 및 N의 양은 상기 강의 매트릭스가 15.0 이상의 PRE값을 가지도록 많으며, PRE값은 다음의 공식; PRE = % Cr(s) + 3.3 ×% Mo(s) + 20 ×% N(s)로 표현되며, 이때 Cr(s), Mo(s) 및 N(s)는 상기 강의 매트릭스의 고용체에 있는 Cr, Mn 및 N를 의미하는 것을 특징으로 하는 합금강.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 강의 절삭성을 개선시키기 위해 최대 0.15% S, 최대 0.01%(100ppm) Ca, 최대 0.01%(100ppm) O 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합금강.
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