냉간 가공 금형강 소개

냉간 가공용 금형강은 주로 스탬핑, 블랭킹, 성형, 벤딩, 냉간 압출, 냉간 인발, 분말 야금 금형 등에 사용됩니다. 높은 경도, 내마모성 및 충분한 인성이 요구됩니다. 일반적으로 일반형과 특수형의 두 가지 범주로 나뉩니다. 예를 들어, 미국에서 사용되는 일반용 냉간 가공용 금형강은 보통 01, A2, D2, D3의 네 가지 강종을 포함합니다. 여러 국가에서 사용되는 일반용 냉간 가공용 합금 금형강의 강종 비교는 표 4에 나와 있습니다. 일본 JIS 표준에 따르면, 사용 가능한 주요 냉간 가공용 금형강 유형은 SK 시리즈이며, 여기에는 SK 시리즈 탄소 공구강, 8개의 SKD 시리즈 합금 공구강, 9개의 SKHMO 시리즈 고속도강을 포함하여 총 24가지 강종이 있습니다. 중국의 GB/T1299-2000 합금 공구강 표준은 총 11가지 강종을 포함하여 비교적 완벽한 시리즈를 구성합니다. 가공 기술, 가공 재료 및 금형 수요의 변화에 ​​따라 기존의 기본 시리즈로는 더 이상 요구를 충족할 수 없게 되었습니다. 일본의 제철소와 유럽의 주요 공구 및 금형강 제조업체들은 특수 목적의 냉간 가공 금형강을 개발해 왔으며, 점차적으로 각각의 냉간 가공 금형강 시리즈를 형성해 왔습니다. 이러한 냉간 가공 금형강의 개발은 냉간 가공 금형강 전체의 발전 방향을 제시합니다.

저합금 공기 담금질 냉간 가공 금형강

열처리 기술의 발전, 특히 금형 산업에서 진공 담금질 기술의 광범위한 적용으로 담금질 변형을 줄이기 위해 국내외에서 저합금 공랭식 미세변형강이 개발되었습니다. 이러한 강은 우수한 경화성과 열처리 성능을 요구하며, 변형이 적고 강도와 인성이 우수하며 내마모성도 일정 수준입니다. 표준 고합금 냉간 가공 금형강(예: D2, A2)은 경화성이 우수하지만 합금 함량이 높고 가격이 비쌉니다. 따라서 국내외에서 저합금 미세변형강이 개발되었습니다. 이러한 강은 일반적으로 경화성 향상을 위해 크롬(Cr)과 망간(Mn) 등의 합금 원소를 함유하며, 총 합금 함량은 일반적으로 5% 미만입니다. 소량 생산되는 정밀 부품이나 복잡한 금형 제작에 적합합니다. 대표적인 강종으로는 미국산 A6, 히타치 메탈의 ACD37, 다이도 특수강의 G04, 아이치강의 AKS3 등이 있습니다. 중국산 GD강은 900°C에서 담금질하고 200°C에서 템퍼링하면 일정량의 잔류 오스테나이트를 유지할 수 있어 강도, 인성, 치수 안정성이 우수합니다. 따라서 파손이나 균열이 발생하기 쉬운 냉간 스탬핑 금형 제작에 적합하며, 수명이 길습니다.

화염 담금질된 주형강

금형 제작 주기를 단축하고, 열처리 공정을 단순화하며, 에너지를 절약하고 금형 제조 비용을 절감하기 위해 일본에서는 화염 담금질에 적합한 특수 냉간 가공 금형강을 개발해 왔습니다. 대표적인 예로는 아이치강의 SX105V(7CrSiMnMoV), SX4(Cr8), 히타치금속의 HMD5, HMD1, 다퉁특수강의 G05 등이 있습니다. 중국에서는 7Cr7SiMnMoV를 개발했습니다. 이 강은 금형 가공 후 산소아세틸렌 스프레이 건이나 기타 가열 장치를 사용하여 금형의 블레이드 또는 기타 부품을 가열한 다음 공랭 및 담금질하는 데 사용할 수 있습니다. 일반적으로 담금질 후 바로 사용할 수 있습니다. 공정이 간단하여 일본에서 널리 사용되고 있습니다. 이 종류의 강을 대표하는 강종은 경화성이 우수한 7CrSiMnMoV입니다. 직경 80mm의 강재를 오일 담금질하면 표면에서 30mm 떨어진 지점의 경도가 60HRC에 도달할 수 있습니다. 중심부와 표면의 경도 차이는 3HRC입니다. 화염 담금질의 경우, 180~200°C로 예열한 후 스프레이 건을 사용하여 900~1000°C까지 가열하여 담금질하면 60HRC 이상의 경도를 얻을 수 있으며 1.5mm 이상의 경화층을 형성할 수 있습니다.

높은 인성과 내마모성을 갖춘 냉간 가공 금형강

냉간 가공 금형강의 인성을 향상시키고 내마모성을 개선하기 위해 해외 주요 금형강 생산 업체들은 높은 인성과 내마모성을 모두 갖춘 다양한 냉간 가공 금형강을 개발해 왔습니다. 이러한 강종은 일반적으로 탄소 약 1%와 크롬 약 8%를 함유하고 있으며, 몰리브덴, 바나듐, 규소 등의 합금 원소를 첨가하여 미세하고 균일하게 분포된 탄화물을 갖습니다. 그 결과, 인성은 Cr12형 강보다 훨씬 높으면서 내마모성은 유사합니다. 또한 경도, 굽힘 강도, 피로 강도, 파괴 인성이 높고, 내열 안정성도 Cr12형 금형강보다 우수합니다. 따라서 고속 펀치 및 다스테이션 펀치에 적합합니다. 이러한 종류의 강종 중 대표적인 제품으로는 일본의 저바나듐 함량 DC53과 고바나듐 함량 CRU-WEAR가 있습니다. DC53은 1020~1040°C에서 담금질하면 공랭 후 62~63HRC의 경도를 얻을 수 있습니다. 이 소재는 저온(180~200℃) 및 고온(500~550℃) 템퍼링이 가능하며, 인성은 D2보다 1배 높고 피로 성능은 D2보다 20% 우수합니다. CRU-WEAR 단조 및 압연 후, 850~870℃에서 어닐링 및 오스테나이트화 처리를 합니다. 30℃/시간 미만의 속도로 650℃까지 냉각 후, 경도는 225~255HB에 도달할 수 있습니다. 담금질 온도는 1020~1120℃ 범위에서 선택 가능하며, 경도는 63HRC에 이를 수 있습니다. 사용 조건에 따라 480~570℃에서 템퍼링하면 뚜렷한 2차 경화 효과를 얻을 수 있으며, 내마모성 및 인성이 D2보다 우수합니다.

기본강(고속강)

고속도강은 우수한 내마모성과 적열경도 덕분에 일본의 일반 표준 고속도강 SKH51(W6Mo5Cr4V2)과 같이 고성능, 장수명 냉간 가공 금형 제조에 해외에서 널리 사용되고 있습니다. 금형의 요구 사항에 맞추기 위해 고속도강의 담금질 온도, 담금질 경도를 낮추거나 탄소 함량을 줄여 인성을 향상시키는 경우가 많습니다. 기지강은 고속도강을 기반으로 개발되었으며, 담금질 후 고속도강의 기지 조성과 동일한 화학 조성을 갖습니다. 따라서 담금질 후 잔류 탄화물의 수가 적고 고르게 분포되어 고속도강에 비해 인성이 크게 향상됩니다. 미국과 일본은 1970년대 초 VascoMA, VascoMatrix1, MOD2 등의 등급으로 기지강을 연구했으며, 최근에는 DRM1, DRM2, DRM3 등이 개발되었습니다. 기지강은 일반적으로 높은 인성과 우수한 내열 안정성이 요구되는 냉간 가공 금형에 사용됩니다. 중국은 65Nb(65Cr4W3Mo2VNb), 65W8Cr4VTi, 65Cr5Mo3W2VSiTi 등의 기본강을 개발해 왔습니다. 이러한 강종은 강도와 ​​인성이 우수하여 냉간 압출, 후판 냉간 펀칭, 나사 압연 휠, 임프레션 다이, 냉간 헤딩 다이 등에 널리 사용되며, 온간 압출 다이로도 활용될 수 있습니다.

분말야금 금형강

기존 공정으로 생산되는 LEDB형 고합금 냉간 가공 금형강, 특히 대형 단면 소재의 경우, 조대한 공정 탄화물이 불균일하게 분포되어 있어 강재의 인성, 연삭성 및 등방성이 심각하게 저하됩니다. 최근 몇 년 동안 공구 및 금형강을 생산하는 주요 해외 특수강 회사들은 분말 야금 고속도강 및 고합금 금형강 개발에 집중해 왔으며, 이로 인해 해당 강종의 급속한 발전이 이루어졌습니다. 분말 야금 공정을 사용하면 분무된 강재 분말이 빠르게 냉각되고 미세하고 균일한 탄화물이 형성되어 금형 소재의 인성, 연삭성 및 등방성이 크게 향상됩니다. 이러한 특수 생산 공정 덕분에 탄화물이 미세하고 균일해져 가공성 및 연삭 성능이 향상되므로 강재에 더 높은 탄소 및 바나듐 함량을 첨가할 수 있어 다양한 신소재 강종 개발이 가능해졌습니다. 예를 들어, 일본 다통의 DEX 시리즈(DEX40, DEX60, DEX80 등), 히타치 메탈의 HAP 시리즈, 후지코시의 FAX 시리즈, 우데홀름의 VANADIS 시리즈, 프랑스 에라스틸의 ASP 시리즈, 그리고 미국 크루서블사의 분말 야금 공구 및 금형강이 빠르게 발전하고 있습니다. CPM1V, CPM3V, CPM1OV, CPM15V 등의 분말 야금강 시리즈를 개발함으로써 일반 공정으로 제조된 공구 및 금형강에 비해 내마모성과 인성이 크게 향상되었습니다.