KR101826488B1 - 냉간 공구 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

내마모성이 우수한 냉간 공구 및 그 제조 방법을 제공한다. ??칭에 의해 마르텐사이트 조직으로 조정할 수 있는 성분 조성을 갖고, 마르텐사이트 조직을 갖는 냉간 공구에 있어서, 그 냉간 공구의 경도가 58HRC 이상이고, 그 냉간 공구의 단면 조직에 차지하는, 원 상당 직경이 5㎛ 이상인 탄화물의 면적률이 4.0면적％ 이상이고, 그 냉간 공구의 전체가 함유하는 탄소량의 질량비에 차지하는, 냉간 공구의 조직에 고용되는 탄소량의 질량비의 비율로 표현되는 탄소 고용률이 75.0％ 이상인 냉간 공구이다. 또한, 상기의 냉간 공구를 얻는 데 바람직한, 냉간 공구의 제조 방법이다.

Description

냉간 공구 및 그 제조 방법 {COLD WORK TOOL AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은 프레스 금형이나 단조 금형, 전조 다이스, 금속 절단용의 절삭 공구 등의 다종의 냉간 공구 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
냉간 공구는 경질의 피가공재와 접촉하면서 사용되므로, 그 접촉에 견딜 수 있는 내마모성을 구비하고 있을 필요가 있다. 그리고, 종래, 냉간 공구 재료에는, 예를 들어 JIS-G-4404의 규격 강종인 SKD10이나 SKD11계의 합금 공구강이 사용되고 있었다(비특허 문헌1).
냉간 공구 재료는, 통상, 강괴 또는 강괴를 분괴 가공한 강편으로 이루어지는 소재를 출발 재료로 하고, 이에 다양한 열간 가공이나 열처리를 행하여 소정의 강재로 하고, 이 강재에 어닐링 처리를 행하고, 예를 들어 블록 형상으로 마무리된다. 그리고, 냉간 공구 재료는, 통상, 경도가 낮은 어닐링 상태에서, 냉간 공구의 제작 메이커에 공급된다. 제작 메이커에 공급된 냉간 공구 재료는 냉간 공구의 형상으로 기계 가공된 후에, ??칭 템퍼링에 의해 소정의 사용 경도로 조정된다. 또한, 사용 경도로 조정된 후에, 마무리의 기계 가공을 행하는 것이 일반적이다. 경우에 따라서는, 어닐링 상태의 냉간 공구 재료에, 먼저 ??칭 템퍼링을 행하고 나서, 상기의 마무리의 기계 가공도 더해서, 일괄하여 냉간 공구의 형상으로 기계 가공되는 경우도 있다.
??칭이란, 어닐링 상태의 냉간 공구 재료를(또는, 이 냉간 공구 재료가 기계 가공된 후의 냉간 공구 재료를) 오스테나이트 온도 영역까지 가열하고, 이것을 급랭함으로써, 조직을 마르텐사이트 변태시키는 작업이다. 따라서, 냉간 공구 재료의 성분 조성은 ??칭에 의해 마르텐사이트 조직으로 조정할 수 있는 것이 되어 있다. 그리고, ??칭 템퍼링 후의 냉간 공구는 마르텐사이트 조직을 갖고 있다. 또한, 이때, 냉간 공구의 조직에는 마르텐사이트 조직 이외의, 베이나이트 조직이나 잔류 오스테나이트 조직 등이 포함되어 있는 경우도 있다.
그리고, 냉간 공구의 내마모성은 ??칭 템퍼링 후의 조직의 기지(매트릭스)의 경도를 올리는 것이나, 이 기지 중에 미고용 탄화물을 부여함으로써, 향상시킬 수 있는 것이 알려져 있다. 기지란, 냉간 공구의 조직으로부터, 탄화물을 제외한 조직의 부분이다. 미고용 탄화물이란, ??칭 공정에서 기지 중에 고용하지 않은, 큰 탄화물이다. 이에 대해서는, 최대 입경이 20㎛ 이하인 미고용 탄화물을, ??칭 템퍼링 후의 조직 중에 균일하게 분포시킨 냉간 공구가 제안되어 있다(특허문헌 1). 또한, ??칭 템퍼링 후의 조직 중의 잔류 오스테나이트양을 적절하게 조정하거나(특허문헌 2), 기지 중에 고용되어 있는 Cr양이나 Mo양을 적절하게 조정하거나 하여(특허문헌 3, 4), 냉간 공구의 경도를 향상시키는 방법이 제안되어 있다.
일본 특허 공개 평05-156407호 공보 일본 특허 공개 제2000-73142호 공보 일본 특허 공개 제2005-325407호 공보 일본 특허 공개 제2014-145100호 공보
「JIS-G-4404(2006) 합금 공구강 강재」, JIS 핸드북(1) 철강I, 일반 재단 법인 일본 규격 협회, 2013년 1월 23일, p.1652-1663
특허문헌 1 내지 4의 냉간 공구는 내마모성이 우수한 것이다. 그러나, 이와 같은 냉간 공구라도, 충분한 경도를 갖고, 또한 ??칭 템퍼링 후의 조직 중에 충분한 양의 미고용 탄화물이 존재하고 있음에도, 기대하는 내마모성이 얻어지지 않는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은 내마모성이 우수한 냉간 공구 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 ??칭에 의해 마르텐사이트 조직으로 조정할 수 있는 성분 조성을 갖고, 마르텐사이트 조직을 갖는 냉간 공구에 있어서,
이 냉간 공구의 경도가 58HRC 이상이고,
이 냉간 공구의 단면 조직에 차지하는, 원 상당 직경이 5㎛ 이상인 탄화물의 면적률이 4.0면적％ 이상이고,
이 냉간 공구의 전체가 함유하는 탄소량의 질량비에 차지하는, 냉간 공구의 조직에 고용되는 탄소량의 질량비의 비율로 표현되는 탄소 고용률이 75.0％ 이상인 냉간 공구이다.
바람직하게는, 상기의 탄소 고용률이 80.0％ 이상이다.
또한, 본 발명은 ??칭에 의해 마르텐사이트 조직으로 조정할 수 있는 성분 조성을 갖고, 온도가 이 성분 조성에 있어서의 (융점＋90℃)부터 (융점＋110℃)까지의 온도 범위 내에 있는 용강을, 주형에 주탕하고, 이 주형에 주탕한 용강을, 고상-액상 공존 영역의 냉각 시간이 60분 이내가 되는 냉각 시간에서 냉각하여 소재를 얻는 주조 공정과,
상기 소재를 열간 가공하고, 이 열간 가공을 종료한 소재를 마르텐사이트 변태가 발생하는 온도까지 냉각하고, 소재의 조직을 마르텐사이트화시킨 강재를 얻는 열간 가공 공정과,
상기 강재를 어닐링 처리하여 냉간 공구 재료를 얻는 어닐링 공정과,
상기 냉간 공구 재료에 ??칭 템퍼링을 행하여, 마르텐사이트 조직을 갖는, 경도가 58HRC 이상인 냉간 공구를 얻는 ??칭 템퍼링 공정을 갖는 냉간 공구의 제조 방법이다.
본 발명에 따르면, 냉간 공구의 내마모성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명예의 냉간 공구의 단면 조직을 도시하는 광학 현미경 사진이고, 단면 조직에 분포하는 탄화물의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 비교예의 냉간 공구의 단면 조직을 도시하는 광학 현미경 사진이고, 단면 조직에 분포하는 탄화물의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은 실시예에서 행한 내마모 시험의 양태를 도시하는 모식도이다.
도 4는 본 발명예 및 비교예의 냉간 공구의 내마모성을 설명하는 그래프도이다.
도 5는 본 발명예의 냉간 공구의 단면 조직을 도시하는 광학 현미경 사진이고, 단면 조직에 분포하는 탄화물의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 비교예의 냉간 공구의 단면 조직을 도시하는 광학 현미경 사진이고, 단면 조직에 분포하는 탄화물의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명예 및 비교예의 냉간 공구의 내마모성을 설명하는 그래프도이다.
본 발명자는 냉간 공구의 내마모성에 영향을 미치는 인자를 조사했다. 그 결과, 냉간 공구의 내마모성에는 ??칭 템퍼링 후의 조직에 고용되어 있는 탄소량이 크게 영향을 미치고 있는 것을 알아냈다. 그리고, 냉간 공구의 경도와, 그 조직 중의 미고용 탄화물의 분포 상태를 최적으로 조정한 후에, 또한, 조직에 고용되어 있는 탄소량도 최적으로 조정한 냉간 공구는 동일한 성분 조성을 갖는 냉간 공구 중에서도, 내마모성이 우수한 것을 찾아냈다. 이하에, 본 발명의 각 구성 요건에 대해 설명한다.
(1) 본 발명의 냉간 공구는 ??칭에 의해 마르텐사이트 조직으로 조정할 수 있는 성분 조성을 갖고, 마르텐사이트 조직을 갖는 것이다.
통상, 냉간 공구는 어닐링 조직을 가진 냉간 공구 재료에 ??칭 템퍼링을 행하여 제작된다. 어닐링 조직이란, 어닐링 처리에 의해 얻어지는 조직이고, 예를 들어 브리넬 경도로 150 내지 230HBW 정도로 연화된 조직이다. 그리고, 일반적으로는, 페라이트상이나, 페라이트상에 펄라이트나 시멘타이트(Fe3C)가 혼합된 조직이다. 그리고, 통상, 냉간 공구 재료의 어닐링 조직에는 C와, Cr, Mo, W, V 등이 결합하여 이루어지는 탄화물이 존재한다.
종래, 이와 같은 냉간 공구 재료에, ??칭 템퍼링에 의해 마르텐사이트 조직을 발현하는 소재가 사용되어 있는 것은 상술한 바와 같다. 마르텐사이트 조직은 각종 냉간 공구의 절대적인 기계적 특성의 기초를 확고히 하는 데 필요한 조직이다. 그리고, ??칭 템퍼링 후의 냉간 공구는 마르텐사이트 조직을 갖고 있다. 또한, 이때, 냉간 공구의 조직에는 마르텐사이트 조직 이외의, 베이나이트 조직이나 잔류 오스테나이트 조직 등이 포함되어 있는 경우도 있는 것은, 상술한 바와 같다.
이와 같은 냉간 공구(냉간 공구 재료)에는, 예를 들어 각종 냉간 공구강이 사용되어 있다. 냉간 공구강은 그 표면 온도가 대략 200℃ 이하까지의 환경 하에서 사용되는 것이다. 그리고, 이와 같은 냉간 공구강의 성분 조성에는, 예를 들어 JIS-G-4404의 「합금 공구강 강재」에 있는 규격 강종이나, 그 밖에 제안되어 있는 것을 적용할 수 있다. 또한, 상기의 냉간 공구강으로 규정되는 것 이외의 원소종도, 필요에 따라 첨가가 가능하다. 그리고, 본 발명의 「내마모성의 향상 효과」는 어닐링 조직이 ??칭 템퍼링되어 마르텐사이트 조직을 발현하는 소재이면, 나중에는 이 소재를 사용하여 제작된 냉간 공구의 경도나, 그 ??칭 템퍼링된 조직이, 후술하는 (2) 내지 (4)의 요건을 만족시킴으로써, 달성이 가능하다.
또한, 본 발명의 「내마모성의 향상 효과」를 높은 레벨에서 얻기 위해서는, 마르텐사이트 조직을 발현하는 성분 조성 중에서, 후술하는 냉간 공구의 경도나, 냉간 공구의 조직 중의 탄화물, 그리고 이 조직에 고용하는 탄소량의 조정에 기여하는 C 및 Cr, Mo, W, V의 탄화물 형성 원소의 함유량을 정해 두는 것이 바람직하다. 구체적으로는 질량％로, C:1.30 내지 2.40％, Cr:8.0 내지 15.0％, Mo 및 W은 단독 또는 복합이고 (Mo＋1/2W):0.50 내지 3.00％, V:0.10 내지 1.50％를 포함하는 성분 조성이다. 그리고, 본 발명의 냉간 공구의 성분 조성은 상기의 원소종을 포함한 강의 성분 조성으로 할 수 있다. 또한, 본 발명의 냉간 공구의 성분 조성은 상기의 원소종을 포함하고, 잔부를 Fe 및 불순물로 할 수 있다. 본 발명의 냉간 공구의 바람직한 성분 조성을 구성하는 각종 원소에 대해서는, 이하와 같다.
ㆍ C:1.30 내지 2.40질량％(이하, 간단히 「％」라고 표기함)
C는 일부가 기지 중에 고용되어 기지에 경도를 부여하고, 일부는 탄화물을 형성함으로써 내마모성이나 내시징성을 높이는, 냉간 공구의 기본 원소이다. 또한, 침입형 원자로서 고용한 C는 Cr 등의 C와 친화성이 큰 치환형 원자와 함께 첨가한 경우에, I(침입형 원자)-S(치환형 원자) 효과(용질 원자의 드래그 저항으로서 작용하여, 냉간 공구를 고강도화하는 작용)도 기대된다. 단, 과도한 첨가는 미고용 탄화물의 과도한 증가에 의한 인성의 저하를 초래한다. 따라서, C의 함유량은 1.30 내지 2.40％로 한다. 바람직하게는 1.40％ 이상이다. 또한, 바람직하게는 1.80％ 이하이다.
ㆍ Cr:8.0 내지 15.0％
Cr은 켄칭성을 높이는 원소이다. 또한, 탄화물을 형성하여, 내마모성의 향상에 효과를 갖는 원소이다. 그리고, 템퍼링 연화 저항의 향상에도 기여하는, 냉간 공구의 기본 원소이다. 단, 과도한 첨가는 조대한 미고용 탄화물을 형성하여 인성의 저하를 초래한다. 따라서, Cr의 함유량은 8.0 내지 15.0％로 한다. 바람직하게는 14.0％ 이하이다. 또한, 바람직하게는 9.0％ 이상이다. 보다 바람직하게는 11.0％ 이상이다.
ㆍ Mo 및 W은 단독 또는 복합이고 (Mo＋1/2W):0.50 내지 3.00％
Mo 및 W은 템퍼링에 의해 미세 탄화물을 석출 또는 응집시켜, 냉간 공구에 강도를 부여하는 원소이다. Mo 및 W은 단독 또는 복합으로 첨가할 수 있다. 그리고, 이때의 첨가량은 W가 Mo의 약 2배의 원자량이므로, (Mo＋1/2W)의 식에서 정의되는 Mo당량으로 함께 규정할 수 있다(당연히 어느 한쪽만의 첨가로 해도 되고, 양쪽을 모두 첨가할 수도 있음). 그리고, 상기의 효과를 얻기 위해서는, (Mo＋1/2W)의 값에서 0.50％ 이상의 첨가로 한다. 바람직하게는 0.60％ 이상이다. 단, 지나치게 많으면 피삭성이나 인성의 저하를 초래하므로, (Mo＋1/2W)의 값에서 3.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 2.00％ 이하이다. 보다 바람직하게는 1.50％ 이하이다.
ㆍ V:0.10 내지 1.50％
V은 탄화물을 형성하여, 기지의 강화나 내마모성, 템퍼링 연화 저항을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 그리고, 어닐링 조직 중에 분포한 상기의 탄화물은 ??칭 가열 시의 오스테나이트 결정립의 조대화를 억제하는 "피닝 입자"로서 작용하고, 인성의 향상에도 기여한다. 이들의 효과를 얻기 위해, V은 0.10％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.20％ 이상이다. 또한, V은 어닐링 조직 중에 고용 탄화물을 형성시키는 데 유효한 원소이다. 고용 탄화물이란, ??칭 공정에서 기지 중에 고용하는 작은 탄화물이다. 그리고, 본 발명의 경우, 이 고용 탄화물이 기지 중에 고용함으로써, 후술하는, 냉간 공구의 조직에 고용하는 탄소량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 이로 인해, 본 발명의 냉간 공구는 0.60％ 이상의 V을 첨가할 수도 있다. 단, 지나치게 많으면, 피삭성이나, 탄화물 자신의 증가에 의한 인성의 저하를 초래하므로, 1.50％ 이하로 한다. 바람직하게는 1.00％ 이하이다.
그리고, 본 발명의 냉간 공구의 성분 조성은 상기의 원소종 외에, 하기의 원소종의 함유도 가능하다.
ㆍ Si:0% 초과 또한 2.00％ 이하
Si는 제강 시의 탈산제이지만, 지나치게 많으면 켄칭성이 저하된다. 또한, ??칭 템퍼링 후의 냉간 공구의 인성이 저하된다. 따라서, Si의 함유량은 2.00％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.50％ 이하이다. 더욱 바람직하게는 0.80％ 이하이다. 한편, Si에는 공구의 조직에 고용하여, 냉간 공구의 경도를 높이는 효과가 있다. 이 효과를 얻기 위해서는, 0.10％ 이상의 첨가가 바람직하다.
ㆍ Mn:0% 초과 또한 1.50％ 이하
Mn은 지나치게 많으면 기지의 점도를 올려, 재료의 피삭성을 저하시킨다. 따라서, 1.50％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.00％ 이하이다. 더욱 바람직하게는 0.70％ 이하이다. 한편, Mn은 오스테나이트 형성 원소이고, 켄칭성을 높이는 효과를 갖는다. 또한, 비금속 개재물의 MnS로서 존재함으로써, 피삭성의 향상에 큰 효과가 있다. 이들 효과를 얻기 위해서는, 0.10％ 이상의 첨가가 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.20％ 이상이다.
ㆍ P:0.050％ 이하
P은, 통상, 첨가하지 않아도, 각종 냉간 공구에 불가피하게 포함될 수 있는 원소이다. 그리고, 템퍼링 등의 열 처리 시에 구오스테나이트 입계에 편석하고, 입계를 취화시키는 원소이다. 따라서, 냉간 공구의 인성을 향상시키기 위해서는, 첨가하는 경우도 포함하고, 0.050％ 이하로 규제하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.030％ 이하이다.
ㆍ S:0.0500％ 이하
S는, 통상, 첨가하지 않아도, 각종 냉간 공구에 불가피하게 포함될 수 있는 원소이다. 그리고, 열간 가공 전의 소재 시에 있어서 열간 가공성을 열화시켜, 열간 가공 중에 깨짐을 발생시키는 원소이다. 따라서, 이 열간 가공성을 향상시키기 위해, 0.0500％ 이하로 규제하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.0300％ 이하이다. 한편, S에는 상기 Mn과 결합하고, 비금속 개재물의 MnS로서 존재함으로써, 피삭성을 향상시키는 효과가 있다. 이 효과를 얻기 위해, 0.0300％를 초과하는 첨가를 행해도 된다.
ㆍ Ni:0％ 이상 1.00％ 이하
Ni은 기지의 점도를 올려 피삭성을 저하시키는 원소이다. 따라서, Ni의 함유량은 1.00％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.50％ 미만, 더욱 바람직하게는 0.30％ 미만이다. 한편, Ni은 공구 조직 중의 페라이트의 생성을 억제하는 원소이다. 또한, 냉간 공구 재료에 우수한 켄칭성을 부여하고, ??칭 시의 냉각 속도가 완만한 경우라도 마르텐사이트 주체의 조직을 형성하여, 인성의 저하를 방지할 수 있는 효과적 원소이다. 또한, 기지의 본질적인 인성도 개선하므로, 본 발명에서는 필요에 따라 첨가해도 된다. 첨가하는 경우, 0.10％ 이상의 첨가가 바람직하다.
ㆍ Nb:0％ 이상 1.50％ 이하
Nb는 피삭성의 저하를 초래하므로, 1.50％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, Nb는 탄화물을 형성하고, 기지의 강화나 내마모성을 향상시키는 효과를 갖는다. 또한, 템퍼링 연화 저항을 높임과 함께, V과 마찬가지로, 결정립의 조대화를 억제하여, 인성의 향상에 기여하는 효과를 갖는다. 따라서, Nb는 필요에 따라 첨가해도 된다. 첨가하는 경우, 0.10％ 이상의 첨가가 바람직하다.
본 발명의 냉간 공구의 성분 조성에 있어서, Cu, Al, Ca, Mg, O(산소), N(질소)는, 예를 들어 불순물로서 강 중에 잔류할 가능성이 있는 원소이다. 본 발명에 있어서, 이들 원소는 가능한 한 낮은 쪽이 바람직하다. 그러나 한편, 개재물의 형태 제어나, 그 밖의 기계적 특성, 그리고 제조 효율의 향상이라는 부가적인 작용 효과를 얻기 위해, 소량을 함유해도 된다. 이 경우, Cu≤0.25％, Al≤0.25％, Ca≤0.0100％, Mg≤0.0100％, O≤0.0100％, N≤0.0500％의 범위라면 충분히 허용할 수 있고, 본 발명의 바람직한 규제 상한이다. N에 대해, 더 바람직한 규제 상한은 0.0300％이다.
(2) 본 발명의 냉간 공구는 경도가 58HRC 이상이다.
냉간 공구의 경도는 냉간 공구의 절대적인 내마모성의 기초를 확고히 하는 요건이다. 그리고, 본 발명의 냉간 공구의 경우, 경도는 58HRC 이상으로 한다. 바람직하게는 60HRC 이상이다. 또한, 경도의 상한에 대해서는, 특별히 규정을 설정할 필요는 없다. 단, 현실적으로 달성이 가능한 경도는 66HRC 정도이다. 보다 현실적으로는 63HRC 정도이다.
냉간 공구의 경도는 조직 중의 다양한 요건이 종합적으로 작용하여 발현되는 것이다. 그리고, 상기의 「다양한 요건」이란, 예를 들어 조직 중에 존재하는 각종 탄화물이나 개재물의 분포 상황이고, 또한, 기지에 있어서의 각종 구성 원소의 고용량이나 성분 편석의 정도이다. 따라서, 동일한 성분 조성을 갖고, 동일한 경도를 갖는 냉간 공구라도, 상기의 「다양한 요건」의 정도가 상이하면, 그들 냉간 공구가 갖는 내마모성은 상이하다. 그리고, 본 발명의 경우, 상기의 「다양한 요건」 중에서도, 후술하는 (3)의 「냉간 공구의 단면 조직에 차지하는, 원 상당 직경이 5㎛ 이상인 탄화물의 면적률」의 요건과, (4)의 「냉간 공구의 전체가 함유하는 탄소량의 질량비에 차지하는, 냉간 공구의 조직에 고용하는 탄소량의 질량비의 비율로 표현되는 탄소 고용률」의 요건을 최적으로 조정하면, 58HRC 이상의 경도를 갖는 냉간 공구의 내마모성을, 더욱 높은 레벨에서 발휘할 수 있는 것을 밝혀냈다.
(3) 본 발명의 냉간 공구는 그 단면 조직에 차지하는, 원 상당 직경이 5㎛ 이상인 탄화물의 면적률이 4.0면적％ 이상인 것이다.
통상, 냉간 공구 재료의 어닐링 조직에는 C와, Cr, Mo, W, V 등이 결합하여 이루어지는 탄화물이 존재한다. 이 탄화물에는 다음의 ??칭 공정에서 기지 중에 고용되지 않는, 큰 「미고용 탄화물」과, 다음의 ??칭 공정에서 기지 중에 고용하는, 작은 「고용 탄화물」이 있다. 그리고, 미고용 탄화물은 ??칭 템퍼링 후의 조직 중에 남고, 냉간 공구의 내마모성의 향상에 기여한다.
그리고, 본 발명의 냉간 공구의 경우, 상기의 ??칭 템퍼링 후의 단면 조직에 있어서, 원 상당 직경이 「5㎛ 이상」의 탄화물이, 특히, 내마모성의 향상에 대한 기여도가 크다. 그리고, 이 원 상당 직경이 5㎛ 이상인 탄화물, 냉간 공구의 단면 조직에 차지하는 면적률을 4.0면적％ 이상으로 함으로써, 58HRC 이상의 경도를 갖는 냉간 공구의 내마모성을 더욱 높일 수 있다. 바람직하게는 5.0면적％ 이상이다. 보다 바람직하게는 6.0면적％ 이상이다. 더욱 바람직하게는 7.0면적％ 이상이다.
단, 이 탄화물의 면적률이 지나치게 크면, 냉간 공구의 인성이 저하된다. 따라서, 바람직하게는 이 탄화물의 면적률의 상한을 20.0면적％로 한다. 보다 바람직하게는 15.0면적％를 상한으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기의 「단면 조직」이란, 마르텐사이트 조직으로 한정한 부분의 단면 조직이라는 의미가 아니다. 즉, 냉간 공구의 단면 조직이, 마르텐사이트 조직 이외에, 베이나이트 조직이나 잔류 오스테나이트 조직 등의 다른 조직도 포함하고 있는 것이라면, 그 다른 조직도 포함한 "전체적인" 단면 조직이라는 의미이다.
냉간 공구의 단면 조직에 있어서의, 탄화물의 원 상당 직경 및 면적률의 측정 방법에 대해 설명해 둔다.
먼저, 냉간 공구의 단면 조직을, 예를 들어 배율 200배의 광학 현미경으로 관찰한다. 이때, 관찰하는 단면은 냉간 공구의 작업면(금형의 경우, 형조면) 부근을 구성하는 부분으로 할 수 있다. 그리고, 이 단면에 있어서, 예를 들어 단면적이 15㎜×15㎜인 절단면을 다이아몬드 슬러리를 사용하여 경면으로 연마한다. 이 경면으로 연마한 단면은 관찰을 행하기 전에, 미고용 탄화물과 기지의 경계가 명료해지도록, 다양한 방법을 사용하여 부식시켜 두는 것이 바람직하다.
이어서, 상기의 관찰에서 얻은 광학 현미경 사진을 화상 처리하고, 탄화물과 기지의 경계(예를 들어, 상기의 부식에 의한 착색부와 미착색부의 경계)를 임계값으로 한 2치화 처리를 행하여, 단면 조직의 기지 중에 분포하는 탄화물을 나타낸 2치화 화상을 얻는다. 이와 같은 2치화 처리는 기지의 화상 해석 소프트웨어 등에 의해 행할 수 있다.
그리고, 상기에서 얻은 2치화 화상을, 다시 화상 처리함으로써, 단면 조직 중에 관찰되는 탄화물의 원 상당 직경을 구할 수 있다. 그리고, 본 발명에서는 원 상당 직경이 5㎛ 이상인 탄화물을 추출하여, 관찰한 시야의 면적에 차지하는, 이들 탄화물의 면적률을 구하면 된다. 또한, 본 발명의 효과를 확인하는 데 있어서, 광학 현미경으로 관찰하는 시야 면적은 1시야당 877㎛×661㎛(=0.58㎟)이면 충분하다. 그리고, 이 1시야에 의한 관찰을, 상기한 단면적이 15㎜×15㎜인 절단면 중 10시야에서 행하고, 각각의 시야에서 구한 면적률을 평균하면 충분하다.
(4) 본 발명의 냉간 공구는 그 전체가 함유하는 탄소량의 질량비에 차지하는, 냉간 공구의 조직에 고용하는 탄소량의 질량비의 비율로 표현되는 탄소 고용률이 75.0％ 이상인 것이다.
고용 탄화물은 ??칭 시의 기지 중에 고용되고, ??칭 템퍼링 후의 조직에 고용되는 탄소량을 증가시킨다. 그리고, ??칭 템퍼링 후에 있어서, 결과적으로는, 동일한 경도를 가진 냉간 공구 중에서도, 그 전체의 탄소 함유량에 차지하는, 조직에 고용되는 탄소량의 비율이 많은 냉간 공구는 그 내마모성이 더욱 향상된다. 즉, 상술한 「원 상당 직경이 5㎛ 이상」인 미고용 탄화물 자체는 냉간 공구의 내마모성을 향상시키는 데 효과적이다. 그러나, 이와 같은 큰 탄화물은 냉간 공구의 조직 중에 균일하게 분포시키는 것이 용이하지 않고, 일반적으로는, 냉간 공구의 단면 조직에 있어서, 줄무늬상으로 분포되어 있다(도 1 참조).
그래서, 본 발명에서는 냉간 공구의 조직에 고용되는 탄소량의 비율을 증가시킴으로써, 이 조직의 기지 자체를 강화할 수 있다. 이 결과, 상술한 미고용 탄화물이 비교적 적은 영역에 있어서도, 내마모성을 높일 수 있다. 그리고, 본 발명의 냉간 공구의 경우, 그 "전체적인" 탄소량(질량％)에 비해, 그 "조직에 고용되는" 탄소량(질량％)이 차지하는 비율로 표현되는 「탄소 고용률」을 75.0％ 이상으로 함으로써, 58HRC 이상의 경도를 갖는 냉간 공구의 내마모성을, 더 높일 수 있다. 바람직하게는 80.0％ 이상이다. 보다 바람직하게는 85.0％ 이상이다. 또한, 상기의 탄소 고용률이 지나치게 크면, 탄화물을 형성할 수 있는 탄소가 줄어들어, 상술한 「원 상당 직경이 5㎛ 이상인 탄화물 면적률」과, 이 「조직에 고용하는 탄소량」의 최적의 균형이 깨지기 쉬워진다. 또한, 냉간 공구의 「58HRC 이상」의 경도 자체를 유지하기 어려워진다. 따라서, 상기의 탄소 고용률은, 바람직하게는 95.0％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는 93.0％ 이하로 한다. 더욱 바람직하게는 90.0％ 이하로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 탄소가 고용하는 상기의 「냉간 공구의 조직」이란, 마르텐사이트 조직으로 한정한 부분의 조직이라는 의미는 아니다. 즉, 냉간 공구의 조직이, 마르텐사이트 조직 이외에, 베이나이트 조직이나 잔류 오스테나이트 조직 등의 다른 조직도 포함하고 있는 것이면, 그 다른 조직도 포함한 "전체로서의" 조직이라는 의미이다.
냉간 공구의 조직에 있어서의, 「조직에 고용하는 탄소량」의 측정 방법에 대해 설명해 둔다.
먼저, 냉간 공구의 작업면(금형의 경우, 형조면) 부근으로부터 시료를 채취한다. 이때, 작업면에 표면 처리나 피복 처리가 되어 있거나, 산화 스케일이나 탈탄 등이 발생하고 있으면, 그들 영향 부분을 제외하고, 시료를 채취한다. 그리고, 이 채취한 시료를 절삭 가공이나 분쇄법 등에 의해 미분상으로 하고, 이것으로부터 0.5g의 분석용 시료를 채취한다. 그리고, 이 분석용 시료를, 황인산 수용액으로 가열하지 않고 용해하고, 냉간 공구의 조직 전체에 있어서의 「기지만」인 부분을 용해한다.
이어서, 분석용 시료를 용해한 상기의 수용액을, 구멍 직경 0.3㎛의 유리 필터로 여과한다. 그리고, 이 유리 필터 위에 남은 「용해 잔류물」을, 유리 필터마다 연소-적외선 흡수법을 사용하여 분석하고, 용해 잔류물 중의 탄소량을 측정하면, 이것이 냉간 공구의 조직 중에서 「탄화물을 구성하고 있는 탄소량」이다. 그리고, 이 용해 잔류물 중의 탄소량을, 상기의 0.5g의 분석용 시료에 차지하는 질량비(질량％)로 나타내고, 이 값을, 냉간 공구 전체의 탄소 함유량의 질량비(질량％)로부터 감소되면, 그 값이 냉간 공구의 조직에 고용하는 탄소량의 질량비(질량％)이다. 또한, 이 조직에 고용하는 탄소량에는 상기의 여과에 있어서 유리 필터의 구멍 직경을 통과한 「극미세의 탄화물을 구성하고 있는 탄소량」도 포함될 수 있다. 그러나, 이것이 본 발명의 효과에 영향을 미치지 않는 것이 확인된 것이다.
그리고, 이 「질량％」끼리로 표현된, 상기의 조직에 고용되는 탄소량과, 냉간 공구 전체의 탄소 함유량으로부터, [(조직에 고용되는 탄소량/냉간 공구 전체의 탄소 함유량)×100(％)]의 관계식에 의해, 본 발명에 관한, 상기의 「탄소 고용률」을 구할 수 있다.
본 발명의 냉간 공구의 조직을 얻기 위해서는, 그 ??칭 템퍼링 전의, 냉간 공구 재료의 어닐링 조직을 조정해 두는 것이 유효하다. 즉, 냉간 공구 재료의 어닐링 조직 중에, 큰 미고용 탄화물을 부여해 두는 한편, 작은 고용 탄화물을 많이 부여해 두는 것이다. 예를 들어, 냉간 공구 재료의 단면 조직에 있어서, 원 상당 직경이 0.4㎛ 이하인 미세한 탄화물은, ??칭 시에 고용되기 쉽고, 냉간 공구의 조직에 고용되는 탄소량을 증가시키는 데 유효하다.
그리고, 이와 같은 냉간 공구 재료는 출발 재료가 되는 강괴의 제작 단계에 있어서, 그 응고 공정의 진행 상태를 적절하게 관리함으로써, 달성이 가능하다. 예를 들어, 주형에 주입하기 직전의 「용강의 온도」의 조정이 중요하다. 주형에 주입할 때의 용강 온도를 낮게 관리함으로써, 예를 들어 냉간 공구 재료의 융점＋100℃ 전후까지(예를 들어, 융점＋90℃부터 융점＋110℃까지)의 온도 범위 내에서 관리함으로써, 탄화물의 조대화를 억제할 수 있다. 그리고, 예를 들어 주형에 주입된 용강을, 그 고상-액상의 공존 영역을 빠르게 통과하도록 냉각함으로써, 예를 들어 60분 이내의 냉각 시간에 냉각함으로써, 정출한 탄화물의 조대화를 억제할 수 있다.
그리고, 본 발명의 냉간 공구의 조직은 상기의 냉간 공구 재료를 얻는 공정에 있어서, 그 어닐링 처리를 행하기 전의 단계인, 재료 형상으로의 열간 가공을 종료했을 때의 냉각 과정에서, 「충분한 냉각(sufficient cooling)」을 행함으로써, 달성이 가능하다. 충분한 냉각이란, 열간 가공을 종료한 소재(강재)를, 그 소재의 온도가 높은 상태 그대로 다음의 어닐링 처리를 위한 가열 공정으로 옮기는 것은 아니고, 마르텐사이트 변태가 발생하는 온도까지 "충분히" 냉각하고, 그 조직을 마르텐사이트화시키는 작업이다. 이 충분한 냉각에 의해, 열간 가공 중의 조직에 고용된 탄화물 형성 원소가, 마르텐사이트 변태 시에 미세한 탄화물로서 석출된다. 이 결과, 어닐링 처리 후의 냉간 공구 재료의 조직 중에 있어서, 상기한 「작은 고용 탄화물」을, 더욱 미세하게 할 수 있다. 그리고, 이 미세한 고용 탄화물은 ??칭 시에 실제로 고용되기 쉽고, 냉간 공구의 조직에 고용되는 탄소량을 증가시킬 수 있다.
상기의 충분한 냉각 온도는 이론적으로 말하면, 「마르텐사이트 변태점」 이하의 온도이다. 그러나, 열간 가공 후의 소재의 조직이 마르텐사이트 변태하는 온도이면 된다. 현실적으로는, 예를 들어 상술한 JIS-G-4404의 규격 강종인 SKD10이나 SKD11도 포함하고, 상기의 (1)에서 설명한 성분 조성을 갖는 소재에 있어서, 대략 300℃ 이하이다. 바람직하게는 200℃ 이하이다.
또한, 본 발명의 냉간 공구는 어닐링 상태의 냉간 공구 재료에 ??칭 템퍼링을 행하여 제작된다. 이때, ??칭 템퍼링의 온도는 소재의 성분 조성이나 목적으로 하는 경도 등에 따라 상이하지만, ??칭 온도는 대략 950 내지 1100℃ 정도, 템퍼링 온도는 대략 150 내지 600℃ 정도인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상술한 JIS-G-4404의 규격 강종인 SKD10이나 SKD11의 경우, ??칭 온도는 1000 내지 1050℃ 정도, 템퍼링 온도는 180 내지 540℃ 정도이다. 또한, ??칭 온도를 낮게 하는 것은 에너지 비용의 저감에 효과가 있다. 이 점에 있어서, 바람직한 ??칭 온도의 상한은 1040℃이다. 더 바람직한 상한은 1030℃이다.
본 발명의 냉간 공구는 냉간 공구 재료에 절삭이나 천공이라는 각종 기계 가공 등을 행함으로써, 그 형상으로 조정된다. 이때, 기계 가공의 타이밍은 ??칭 템퍼링 전의, 재료의 경도가 낮은 상태(즉, 어닐링 상태)에서 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, ??칭 템퍼링 후에 마무리의 기계 가공을 행해도 된다. 또한, 경우에 따라서는, ??칭 템퍼링을 행한 후의 조기 경화 재료의 상태에서, 상기 마무리의 기계 가공도 더하고, 일괄하여 기계 가공을 행하여 냉간 공구의 형상으로 마무리해도 된다.
실시예 1
소정의 성분 조성으로 조정한 용강(융점: 약 1400℃)을 주조하고, 표 1의 소재 1, 2를 준비했다. 소재 1, 2는 JIS-G-4404의 규격 강종인 냉간 공구강 SKD10이다. 또한, 소재 1, 2에 있어서, Cu, Al, Ca, Mg, O, N는 무첨가이고(단, Al은 용해 공정에 있어서의 탈산제로서 첨가한 경우를 포함함), Cu≤0.25％, Al≤0.25％, Ca≤0.0100％, Mg≤0.0100％, O≤0.0100％, N≤0.0500％였다. 주형으로의 주탕 전에 있어서, 용강의 온도는 1500℃로 조정했다. 그리고, 소재 1, 2의 각각에서 주형의 치수를 변경한 것으로, 주형으로의 주탕 후에 있어서, 고상-액상의 공존 영역의 냉각 시간을, 소재 1에서 45분, 소재 2에서 168분으로 했다.
Figure 112017040240787-pct00001
이어서, 이들의 소재를 1160℃로 가열하여 열간 가공을 행하고, 열간 가공을 행한 후에 방랭하여, 두께 25㎜×폭 500㎜×길이 1000㎜의 강재를 얻었다. 또한, 열간 가공을 행한 후의 냉각에 있어서, 소재 1은 170℃까지 냉각하는 충분한 냉각을 행하였다. 소재 2는 300℃에 이를 때까지, 다음의 어닐링 처리를 위한 가열 공정으로 이행하였다. 그리고, 이 강재에 860℃의 어닐링 처리를 행하여, 냉간 공구 재료 1, 2를 제작했다(경도 약 190HBW). 그리고, 이들 냉간 공구 재료 1, 2에 ??칭 템퍼링을 행하여, 마르텐사이트 조직을 갖는 냉간 공구 1, 2를 제작했다. ??칭 온도는 1030℃로 했다. 또한, 템퍼링 온도는 경도가 60HRC가 되도록, 480 내지 540℃의 범위로부터 선택했다.
먼저, 냉간 공구 1, 2의 단면 조직에 차지하는, 원 상당 직경이 5㎛ 이상인 탄화물의 면적률을 측정했다. 측정면은 실제의 냉간 공구의 작업면이, 이 강재의 내부에 위치하는 것을 상정하고, 표면으로부터 폭 방향으로 1/4 내부에 들어간 위치이고, 또한 표면으로부터 두께 방향으로 1/2 내부에 들어간 위치의, 절단면으로 했다. 또한, 이 절단면은 강재의 길이 방향, 즉 열간 가공의 연신 방향(탄화물의 연신 방향)에 대해 평행한 TD(transverse direction)면으로 했다.
상기의 절단면으로부터, 단면적이 15㎜×15㎜인 절단면을 채취하고, 이 절단면을 다이아몬드 슬러리를 사용하여 경면으로 연마했다. 이어서, 이 연마한 절단면의 어닐링 조직을, 탄화물과 기지의 경계가 명료해지도록, 전해 연마에 의해 부식되었다. 그리고, 이 부식 후의 절단면을 배율 200배의 광학 현미경으로 관찰했다. 도 1, 2는 냉간 공구 1, 2의 각각의 ??칭 템퍼링 후의 마이크로 조직의 일례를, 차례로 도시한 것이다(탄화물은 담색의 분포로 나타나 있음). 그리고, 1시야당의 시야 면적이 877㎛×661㎛(=0.58㎟)인 피검면을, 10시야분 촬영했다.
그리고, 촬영한 광학 현미경 사진을 화상 처리하고, 탄화물과 기지의 경계인, 상기의 부식에 의한 착색부와 미착색부의 경계를 임계값으로 한 2치화 처리를 행하여, 단면 조직의 기지 중에 분포하는 탄화물을 나타낸 2치화 화상을 얻었다. 그리고, 다시 화상 처리함으로써, 원 상당 직경이 5㎛ 이상인 탄화물을 추출하고, 이 탄화물의 10시야의 평균에 의한 면적률을 구했다. 결과를, 표 2에 나타낸다. 또한, 이들 일련의 화상 처리 및 해석에는 미국 국립 위생 연구소(NIH)가 제공하고 있는 오픈 소스 화상 처리 소프트웨어 ImageJ(http://imageJ.nih.gov/ij/)를 사용했다.
이어서, 냉간 공구 1, 2의 「탄소 고용률」을 구했다. 시료의 채취 위치는 상기의 탄화물의 측정 위치와 마찬가지로, 표면으로부터 폭 방향으로 1/4 내부에 들어간 위치이고, 또한 표면으로부터 두께 방향으로 1/2 내부에 들어간 위치로 했다. 먼저, 이 측정 위치에 절삭 가공을 행하고, 미분상의 0.5g의 분석용 시료를 채취했다. 그리고, 이 분석용 시료를 황인산 수용액으로 가열하지 않고 용해한 후, 용해 후의 수용액을, 구멍 직경 0.3㎛의 유리 필터로 여과했다. 그리고, 유리 필터 상에 남은 「용해 잔류물」을, 유리 필터마다 연소-적외선 흡수법을 사용하여 분석하고, 용해 잔류물 중의 탄소량을 측정했다. 그리고, 이 용해 잔류물 중의 탄소량의 질량비(질량％)를, 표 1에 나타내는 냉간 공구 전체의 탄소 함유량의 질량비(질량％)로부터 빼고, 조직에 고용하는 탄소량의 질량비(질량％)를 구했다. 그리고, 이들의 값으로부터, 상기의 탄소 고용률을 구했다. 표 2에, 냉간 공구 1, 2의 조직에 고용하는 탄소량의 질량비(질량％)와, 상기의 탄소 고용률(％)을 나타낸다.
Figure 112017040240787-pct00002
냉간 공구 1, 2의 내마모성을 평가했다. 냉간 공구 1, 2의 각각으로부터 직경 8㎜×길이 5㎜의 핀을 3개 제작하여, 내마모 시험에 제공했다. 시험 방법은 ASTM G99-05에 준거한, 마찰 마모 시험기(A&D사제 EFM-III-1020)에 의한 핀 온 디스크 시험으로 했다. 시험의 양태는 도 3과 같이, 제작한 핀(냉간 공구)(1)을, 디스크(상대재)(2)에 하중 460N으로 가압하면서, 상대 속도 0.42m/s로 디스크(2)를 회전시킨 것이다. 시험 환경은 실온, 건식으로 했다. 디스크(2)는 알루미나 지석(알런덤 지립 #46, 수지 결합재)으로 했다.
그리고, 핀(1)이 회전하는 디스크(2) 상의 동일 궤도를 미끄럼 이동하고, 그 미끄럼 이동 거리가 377m에 도달했을 때에, 이 핀(1)의 감체적을 측정하고, 비마모량[＝감체적/(하중×미끄럼 이동 거리)]을 구했다. 그리고, 동일한 내마모 시험을 3회 행하여 구한 비마모량을 평균하여, 각 냉간 공구의 비마모량으로 했다. 결과를 도 4에 도시한다.
도 4보다, 동일한 경도를 가진 냉간 공구라도, 본 발명의 냉간 공구는 비마모량이 적고, 내마모성이 향상되었다.
냉간 공구 1은 그 단면 조직에 있어서, 충분량의 「원 상당 직경이 5㎛ 이상인 탄화물」을 갖고 있었다. 그리고, 조직에 고용하는 탄소량도 많고, 탄소 고용률이 높아지고, 조직의 전체에서 평가되는 내마모성이 향상되었다.
냉간 공구 2도 그 단면 조직에는, 충분량의 「원 상당 직경이 5㎛ 이상인 탄화물」을 갖고 있었다. 그러나, 조직에 고용하는 탄소량이 적고, 탄소 고용률이 냉간 공구 1의 그것에 비해 낮고, 조직의 전체에서 평가되는 내마모성이, 냉간 공구 1의 그것보다도 낮았다.
실시예 2
소정의 성분 조성으로 조정한 용강(융점: 약1400℃)을 주조하고, 표 3의 소재 3, 4를 준비했다. 소재 3, 4는 JIS-G-4404의 규격 강종인 냉간 공구강 SKD11이다. 또한, 소재 3, 4에 있어서, Cu, Al, Ca, Mg, O, N는 무첨가이고(단, Al은 용해 공정에 있어서의 탈산제로서 첨가한 경우를 포함함), Cu≤0.25％, Al≤0.25％, Ca≤0.0100％, Mg≤0.0100％, O≤0.0100％, N≤0.0500％였다. 주형으로의 주탕 전에 있어서, 용강의 온도는 1500℃로 조정했다. 그리고, 소재 3, 4의 각각에서 주형의 치수를 변경한 것으로, 주형으로의 주탕 후에 있어서, 고상-액상의 공존 영역의 냉각 시간을, 소재 3에서 45분, 소재 4에서 168분으로 했다.
Figure 112017040240787-pct00003
이어서, 이들 소재를 1160℃로 가열하여 열간 가공을 행하고, 열간 가공을 행한 후에 방랭하고, 두께 79㎜×폭 560㎜×길이 1500㎜의 강재를 얻었다. 또한, 열간 가공을 행한 후의 냉각에 있어서, 소재 3은 170℃까지 냉각하는 충분한 냉각을 행하였다. 소재 4는 300℃에 이를 때까지, 다음의 어닐링 처리를 위한 가열 공정으로 이행했다. 그리고, 이 강재의 860℃의 어닐링 처리를 행하여, 냉간 공구 재료 3, 4를 제작했다(경도 약 190HBW). 그리고, 이들 냉간 공구 재료 3, 4에 ??칭 템퍼링을 행하고, 마르텐사이트 조직을 갖는 냉간 공구 3, 4를 제작했다. ??칭 온도는 1030℃로 했다. 또한, 템퍼링 온도는 경도가 60HRC가 되도록, 480 내지 540℃의 범위에서 선택했다.
먼저, 냉간 공구 3, 4의 단면 조직에 차지하는, 원 상당 직경이 5㎛ 이상인 탄화물 면적률을 측정했다. 이때의 측정 요령은 실시예 1과 동일하게 했다. 도 5, 6은 냉간 공구 3, 4의 각각의 ??칭 템퍼링 후의 마이크로 조직의 일례를, 차례로 도시한 것이다(탄화물은 담색의 분포로 나타나 있음). 그리고, 이들 마이크로 조직에 대해, 실시예 1과 동일한 화상 처리를 행하여, 원 상당 직경이 5㎛ 이상인 탄화물을 추출하고, 이 탄화물의 10시야의 평균에 의한 면적률을 구한 결과를, 표 4에 나타낸다.
이어서, 냉간 공구 3, 4의 「탄소 고용률」을 구했다. 시료의 채취 위치는 상기의 탄화물의 측정 위치와 동일한 위치로 했다. 그리고, 실시예 1과 동일한 요령으로, 이 위치에 있어서의 상기의 「용해 잔류물 중의 탄소량」을 측정하고, 이 용해 잔류물 중의 탄소량의 질량비(질량％)를, 표 3에 나타내는 냉간 공구 전체의 탄소 함유량의 질량비(질량％)로부터 빼고, 조직에 고용하는 탄소량의 질량비(％)를 구했다. 그리고, 이들의 값으로부터, 상기의 탄소 고용률을 구했다. 표 4에, 냉간 공구 3, 4의 조직에 고용하는 탄소량의 질량비(질량％)와, 상기의 탄소 고용률(％)을 나타낸다.
Figure 112017040240787-pct00004
냉간 공구 3, 4의 내마모성을 평가했다. 냉간 공구 3, 4의 각각으로부터 직경 8㎜×길이 5㎜의 핀을 3개 제작하여, 내마모 시험에 제공했다. 시험 방법 및 양태 등은 실시예 1과 마찬가지로 했다(도 3 참조). 그리고, 상기의 내마모 시험을 3회 행하여 구한 비마모량[＝감중량/(하중×미끄럼 이동 거리)]을 평균하여, 각 냉간 공구의 비마모량으로 했다. 결과를 도 7에 나타낸다.
도 7보다, 동일한 경도를 가진 냉간 공구라도, 본 발명의 냉간 공구는 비마모량이 적어, 내마모성이 향상되었다. 냉간 공구 3은 그 단면 조직에 있어서, 충분량의 「원 상당 직경이 5㎛ 이상인 탄화물」을 갖고 있었다. 그리고, 조직에 고용되는 탄소량도 많고, 탄소 고용률이 높아져, 조직의 전체에서 평가되는 내마모성이 향상되었다. 냉간 공구 4도, 그 단면 조직에는 충분량의 「원 상당 직경이 5㎛ 이상인 탄화물」을 갖고 있었다. 그러나, 조직에 고용하는 탄소량이 적고, 탄소 고용률이 냉간 공구 3의 그것에 비해 낮고, 조직의 전체에서 평가되는 내마모성이, 냉간 공구 3의 그것보다도 낮았다.
1 : 핀(냉간 공구)
2 : 디스크(상대재)

Claims (5)

  1. ??칭에 의해 마르텐사이트 조직으로 조정할 수 있는 성분 조성을 갖고, 마르텐사이트 조직을 갖는 냉간 공구에 있어서,
    상기 성분 조성이, 질량％로,
    C:1.30 내지 2.40％,
    Cr:8.0 내지 15.0％,
    Mo 및 W은 단독 또는 복합이고 (Mo＋1/2W):0.50 내지 3.00％,
    V:0.10 내지 1.50％,
    Si: 0% 초과 또한 2.00％ 이하,
    Mn: 0% 초과 또한 1.50％ 이하,
    P: 0.050％ 이하,
    S: 0.0500％ 이하,
    Ni: 0％ 이상 1.00％ 이하,
    Nb: 0％ 이상 1.50％ 이하,
    잔부인 Fe 및 불순물
    로 이루어지고,
    상기 냉간 공구의 경도가 58HRC 이상이고,
    상기 냉간 공구의 단면 조직에 차지하는, 원 상당 직경이 5㎛ 이상인 탄화물의 면적률이 4.0면적％ 이상 20.0면적% 이하이고,
    상기 냉간 공구의 전체가 함유하는 탄소량의 질량비에 차지하는, 상기 냉간 공구의 조직에 고용되는 탄소량의 질량비의 비율로 표현되는 탄소 고용률이 75.0％ 이상인 것을 특징으로 하는 냉간 공구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄소 고용률이 80.0％ 이상인 것을 특징으로 하는 냉간 공구.
  3. ??칭에 의해 마르텐사이트 조직으로 조정할 수 있는 성분 조성을 갖고, 상기 성분 조성이, 질량％로,
    C:1.30 내지 2.40％,
    Cr:8.0 내지 15.0％,
    Mo 및 W은 단독 또는 복합이고 (Mo＋1/2W):0.50 내지 3.00％,
    V:0.10 내지 1.50％,
    Si: 0% 초과 또한 2.00％ 이하,
    Mn: 0% 초과 또한 1.50％ 이하,
    P: 0.050％ 이하,
    S: 0.0500％ 이하,
    Ni: 0％ 이상 1.00％ 이하,
    Nb: 0％ 이상 1.50％ 이하,
    잔부인 Fe 및 불순물
    로 이루어지고, 온도가 상기 성분 조성에 있어서의 (융점＋90℃)부터 (융점＋110℃)까지의 온도 범위 내에 있는 용강을, 주형에 주탕하고, 이 주형에 주탕한 용강을, 고상-액상 공존 영역의 냉각 시간이 60분 이내가 되는 냉각 시간에서 냉각하여 소재를 얻는 주조 공정과,
    상기 소재를 열간 가공하고, 이 열간 가공을 종료한 소재를 마르텐사이트 변태가 발생하는 온도까지 냉각하고, 해당 소재의 조직을 마르텐사이트화시킨 강재를 얻는 열간 가공 공정과,
    상기 강재를 어닐링 처리하여 냉간 공구 재료를 얻는 어닐링 공정과,
    상기 냉간 공구 재료에 ??칭 템퍼링을 행하여, 마르텐사이트 조직을 갖는, 경도가 58HRC 이상인 냉간 공구를 얻는 ??칭 템퍼링 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 냉간 공구의 제조 방법.
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