열처리 기술 의 혁신 을 가져올 다이 캐스트 용 신금 형 재료 
 大同 特殊 鋼 株式 会 社 池 内 康 貴 
 월간 기계 기술 기자 | 2011 . 01 . 27 | 2011 년 1 월 호 
 종래 , 다 이 캐스트 나 열간 단조 금형 에 사용 되 는 금형 재료 는 JIS SKD 61 ( 이하 SKD 61 ) 이나 AISI H 13 ( 이하 H 13 ) 가 표준 이 었 다 . 그러나 , 최근 들 어 수요자 들 의 금형 에 대한 품질 요구 는 높 아 지 고 있 는 한편 , 원가 상승 을 억제 해야 하 는 상황 이 며 , SKD 61 이나 H 13 으로 대응 할 수 없 는 장면 도 볼 수 있 다 . 
 MARKLINES 1 ) 에 의하 면 , 한국 의 자동차 MAKER 인 현대 / 기아 자동차 그룹 의 2009 년 의 연간 생산 능력 은 내수 300 만 대 , 수출 293 만 대 로 합계 593 만 대 였 지만 , 향후 에 는 신흥 시장 을 중심 으로 생산 능력 을 확장 하 여 2010 년 에 는 600 만 대 , 2011 년 에 는 633 만 대 의 글로벌 생산 체제 를 갖출 계획 이 다 라고 보 고 되 고 있 으며 , 점점 금형 재료 에 대한 요구 품질 / 원가 삭감 은 높 아 질 것 으로 예측 된다 . 때문 에 본 보고서 에서 는 다 이 캐스트 용 금 형재 에 요구 되 는 품질 의 내용 과 당사 가 새롭 게 개발 한 열간 다이스강 을 소개 하 려고 한다 . 
 1 ． 다이 캐스팅 용 금 형재 의 동향 
 에 다 이 캐스트 업계 의 동향 과 금 형재 에 의 요구 를 나타낸다 2 ) . 자동차 산업 에 있 어서 는 한층 경량 화 를 꾀하 기 위해 복수 부품 을 일체 화 하 여 주조 되 고 있 는 것 을 들 수 있 다 . 일체 화 하 여 주조 된다는 것 은 금형 이 대형 화 되 어 가 고 있 다는 뜻 이 고 게다가 수명 연장 도 요구 되 기 에 대형 화 에 대해서 는 소입 성 이 우수 한 금형 재료 가 필요 해진다 . 
 또한 능률 개선 을 위해 HIGH CYCLE 화 로 전환 하 고 있 다 . 
 이것 은 금형 의 내부 냉각 이나 형 상면 에 외부 냉각 으로 대응 하 고 있 지만 냉 각공 의 증가 , 냉각 공간 이나 금형 표면 과 냉 각공 과 의 거리 가 짧 아 짐 에 따라 대형 CRACK 위험 성 이 높 아 지 고 있 다 . 
 이 처럼 최근 에 는 다 이 캐스트 용 에 사용 되 는 금 형재 에 대한 요구 는 SKD 61 이나 H 13 으로 는 만족 할 수 가 없 는 상황 이 늘 어 가 고 있 어 고 성능 · 고 신뢰 성 금형 재료 가 점점 중요 해 지 고 있 다 . 이 와 같 은 요구 에 대응 하 기 위해 당사 에서 는 SKD 61 , H 13 보다 도 높 은 소입 성 을 가진 고 신뢰 성 범 용강 「 DHA - WORLD 3 ) 」 를 개발 했 다 . 
 HIGH CYCLE 화 에 는 냉 각강 화 가 불가결 하 고 , 거기 에 는 ① 냉 각공 의 증가 ② 고 열전도율 재의 적용 등 2 종류 의 방법 을 생각 할 수 가 있 다 . 당사 는 고 열전도율 재인 「 DHA - Thermo 4 ) 」 를 개발 함 에 따라 HIGH CYCLE 화 로 대응 함 과 동시 에 주조 제품 의 품질 향상 에 도 공헌 하 고 있 다 . 
 에 당사 의 다이 캐스트 형용 열간 다이스강 의 라인 업과 위치 ( GRADE ) 를 나타낸다 . 「 DHA - WORLD 」 는 대기 용 해재 이 면서 특수 용 해재 의 특성 도 가진 재료 이 고 , 「 DHA - Thermo 」 는 고열 전도 율 로 특화 한 재료 이 다 . 지금 부터 「 DHA - WORLD 」 , 「 DHA - Thermo 」 의 모든 특성 에 대해 소개 한다 . 
 ３ ． 고 신뢰 성 범용 열간 다이스강 「 DHA - WORLD 」 
 （ １ ） 소입 성 과 충격치 
 금형 의 대형 CRACK 에 기여 하 는 충격치 는 소 입시 의 냉각 속도 와 강한 상관 관계 를 가진다 . 금형 의 대형 화 에 따른 소 입시 의 내부 냉각 이 늦 어 져 베 이 나이트 영역 에 걸리 면 TEMPERING 후 에 그 인성 이 저하 되 는 것 이 확인 되 어 왔 다 5 ) . 이것 은 마르텐 사이트 에 비해 LATH 폭 이 넓 고 , 또한 긴 베이 나이트 가 형성 되 는 것 이 주요인 이 다 6 ) . 이 처럼 금형 이 대형 화 하 면 대형 CRACK 이 발생 할 위험 성 이 높 아 지 고 , 피해 도 커진다 . 
 종래 사용 되 어 온 SKD 61 이나 H 13 의 소입 성 에서 금형 의 대형 화 에 대응 할 수 없 는 상황 을 극복 한 것 이 DHA - WORLD 이 다 . 는 DHA - WORLD 와 SKD 61 의 CCT 곡선 을 나타낸다 . 베이 나이트 변태 가 시작 되 는 시간 이 SKD 61 의 2 배 이상 이 고 , 대형 품 의 열처리 에 적합 한 재료 인 것 을 알 수 있 다 . 
 그러나 에 나타낸 TEMPERING 경도 곡선 에서 DHA - WORLD 의 최고 경도 는 SKD 61 보다 도 조금 낮 기 때문 에 TEMPERING 할 때 에 는 이 점 의 주의 가 필요 하 다 . 샤르 피 충격치 에 미치 는 소입 성 의 영향 을 에 나타낸다 . 
 QUENCHING 냉각 중 에 충격치 로 큰 영향 을 미치 는 온도 영역 은 400 ~ 200 ℃ 인 것 을 알 수 있 기 에 , 이 온도 영역 의 냉각 속도 를 저속 ( 0 . 5 ℃/ min ) 에서 고속 ( 20 ℃/ min ) 까지 변화 시켰 을 때 의 충격치 를 에 나타낸다 . 
 DHA - WORLD , SKD 61 + ESR 모두 냉각 속도 의 저하 와 함께 충격치 도 저하 하 고 있 지만 소입 성 을 개선 한 DHA - WORLD 는 냉각 속도 가 저하 해도 높 은 충격치 를 확보 하 고 있 다 . 다음 에 실금 형 ( 實 金 型 ) 에서 의 열처리 를 상정 한 블록 을 진공로 에서 QUENCHING 하 여 중심부 의 충격치 를 측정 한 것 이 이 다 . 
 DHA - WORLD 는 SKD 61 보다 도 높 은 충격치 를 얻 고 있 고 , 다 이 캐스트 형 의 일반 적 인 경도 43 ~ 46 HRC 에 있 어서 대형 CRACK 방지 를 위한 경험치 20 J / ㎠ 를 상회 하 고 있 다 7 ) . 이것 은 에서 볼 수 있 듯이 소입 성 의 향상 에 의해 중심부 까지 조대 한 베이 나이트 LATH 가 발생 하 지 않 고 치밀 한 조직 을 얻 을 수 있 기 때문 이 다 . 
 （ ２ ） 내 HEAT CHECK 성 
 다 이 캐스트 금형 의 최대 수명 요인 은 HEAT CHECK 이 고 전체 의 78 % 를 차지 한다 8 ) . 그리고 대형 CRACK , 용 손 ( 溶 損 ) 순 이 다 . 따라서 내 HEAT CHECK 성 의 개선 은 다 이 캐스트 금형 의 수명 연장 에 필수 이 다 . HEAT CHECK 는 주조 중 의 금형 표면 에 의 가열 냉각 에 의한 열응력 의 반복 으로 발생 하 는 열 피로 가 주요 원인 이 다 . 
 다이도 코 교사 가 소유 하 는 135 t 의 다이 캐스트 머신 을 이용 하 여 실제로 주조 하 고 , 금형 의 내 HEAT CHECK 성 을 평가 한 결과 를 에 나타낸다 . 형 의 치수 는 두께 62 mm , 폭 200 mm , 205 mm 로 경도 는 42 HRC 로 조질 ( 調 質 ) 했 다 . 이 시험 에서 는 적 은 SHOT 수 에서 HEAT CHECK 의 발생 상황 을 비교 할 수 있 게 알루미늄 의 용탕 온도 , 금형 의 형상 , 냉각 을 통상 보다 도 가혹 한 조건 으로 하 고 있 다 . 
 HEAT CHECK 는 탕구 측 부근 에 많이 발생 하 고 있 지만 DHA - WORLD 는 SKD 61 에 비해 히트 체크 의 발생 빈도 가 적 고 내 HEAT CHECK 성 이 우수 한 것 을 알 수 있 다 . DHA - WORLD 가 SKD 61 보다 도 내 HEAT CHECK 성 에 우수 한 이유 는 열전도 율 이 SKD 61 보다 도 14 % 높 기 때문 에 수 냉 의 효과 가 크 고 , 금형 표면 의 온도 상승 폭 이 적 어 지 는 것 으로 열 응 력 이 감소 하 고 있 기 때문 이 라고 생각 할 수 있 다 . 
 （ ３ ） 적용 사례 적용 사례 의 일부 를 에 나타낸다 . DHA - WORLD 의 특성 인 고인 성 이나 우수 한 내 HEAT CHECK 성 에 의해 , 자동차 부품 을 중심 으로 다 이 캐스트 금형 으로 고 평가 를 얻 고 있 다 . 한국 내 의 자동차 부품 에서 도 사용 확대 중 이 다 . 
 ４ ． 고 열전도율 재 「 DHA - Thermo 」 
 （ １ ） 열전도율 다 이 캐스트 의 최대 수명 요인 인 HEAT CHECK 는 가열 , 냉각 에 의해 발생 하 는 열응력 의 반복 이 주요인 인 것 은 앞 에서 서술 했 다 . 열응력 은 온도 의 높낮이 에 비례 하 기 때문 에 금형 표면 의 온도 상승 을 억제 하 는 것 으로써 내 HEAT CHECK 성 을 개선 할 수 가 있 다 . 또한 금형 표면 의 온도 상승 을 억제 하 는 것 은 , 늘 어 붙 거나 용 손 ( 溶 損 ) 이 라는 용탕 금속 과 금형 재료 의 반응 에 의해 발생 하 는 현상 을 억제 하 는 효과 도 기대 할 수 있 다 . 
 DHA - Thermo 의 최대 특성 은 열전도율 에 있 고 합금 원소 의 감소 , 특히 Si 의 감소 에 의해 , 열전도 율 이 증대 하 지만 다른 열처리 특성 , 기계 적 성질 과 의 균형 을 맞추 면서 열전도율 을 증대 시킨 것 이 다 9 ) . 에 나타낸 것 처럼 SKD 61 대비 1 . 6 배 이 다 . 그 결과 금형 온도 의 저하 에 의해 늘 어 붙 음 , 溶 損 의 경감 과 , 열응력 저하 에 의한 HEAT CHECK 의 경감 등 을 달성 할 수 있 다 . 
 또한 실제 의 다이 캐스트 머신 에 의한 실험 결과 를 에 나타낸다 . 주입 시 에 제품 이 급속 응고 되 어 , 주조 조직 의 미세화 나 핀홀 의 개선 에 따른 제품 품질 의 향상 이나 , 스풀 코어 등 에 적용 하 는 것 에서 의 응고 속도 의 향상 에 의한 HIGH CYCLE 화로 의 대응 이 기대 된다 . 
 （ ２ ） 소입 성 과 TEMPERING 경도 에 DHA - Thermo 의 CCT 곡선 과 Q / T 경도 곡선 을 나타낸다 . 소입 성 은 SKD 61 보다 도 낮 은 것 을 고려 하 여 당사 에서 는 40 kg 이하 의 금형 에 적용 을 추천 하 고 있 지만 냉각 효 율 의 상향 조정 요구 가 있 는 코어 나 핀 류 , 스풀 코어 에 는 충분히 대응 하 는 효과 를 발휘 하 고 있 다 . TEMPERING 경도 에 대해서 는 DHA - WORLD 와 마찬가지 로 SKD 61 과 최고 경도 나 TEMPERING 온도 와 경도 의 관계 가 다르 기 때문 에 열처리 시 에 는 주의 가 필요 하 다 . 
 （ ３ ） 적용 사례 
 ① 분류 자 에 적용 하 는 것 에서 CYCLE TIME 삭감 ② 분할 입자 에 적용 하 여 , 형 표면 온도 의 저하 에 따른 핀홀 기인 의 LEAK 발생 률 의 저감 ③ 핀 관계 에 적용 하 는 것 으로 수축 결함 불량 률 의 저감 에 공헌 하 고 있 다 . 
 ５ ． 종합 
 （ １ ） DHA - WORLD 는 SKD 61 , H 13 대비 소입 성 을 개선 한 재료 로 금형 의 대형 화 에 적합 한 금형 재료 이 다 . 게다가 耐 HEAT CHECK 성 에 도 우수 한 재료 로 적용 사례 도 늘 고 있 고 차후 SKD 61 , H 13 을 대체 하 는 다이 캐스 용 의 프레 미 엄 열간 다이스강 이 될 것 으로 기대 된다 . 
 （ ２ ） DHA - Thermo 는 그 열처리 특성 에서 40 kg 이하 의 금형 에 적용 해야 하 는 제약 은 있 지만 SKD 61 대비 1 . 6 배 의 열전도율 이 라는 특징 에 의해 금형 을 냉각 하 는 것 으로 내 HEAT CHECK 성 의 개선 이나 주조 조직 의 미세화 나 핀홀 의 개선 에 따른 제품 품질 의 향상 및 응고 속도 의 향상 에 의한 HIGH CYCLE 화 대응 이 기대 된다 . 
 1 ) MARKLINES 주식회사 ： 자동차 정보 플랫 폼 내 「 현대 자동차 의 전략 · 경영계 획 」 , ( 2009 . 11 ) 
 2 ) 並 木 邦 夫 ： 공업 조사회 「 처음 의 금형 재료 」 , p . 109 
 3 ) 森 川 秀 人 ： 電 気 製鋼 , 81 ( 2010 ) 
 4 ) 河 野 正道 ： 電 気 製鋼 , 81 ( 2010 ) 
 5 ) 上 原 紀 興 ， 並 木 邦 夫 ， 高 橋 邦 夫 ： 電 気 製鋼 , 52 , 3 , p . 165 ( 1981 ) . 
 6 ) 奥 野 利 夫 ： 철 과 강 , 69 , p . 655 ( 1983 ) . 
 7 ) 井 上 幸 一郎 , 大 藤 孝 , 市 岡 雄 二 , 荒 木 利 彦 ： 電 気 製鋼 , 76 ( 2005 ) , p . 287 
 8 ) 西 直 美 : 일본 열처리 기술 협회 , 열처리 응용 강좌 「 금형 의 손 상사례 - 다이 캐스 트 형 」 ( 2004 ) 
 9 ) Hiroaki Koyama , Kozo Ozaki , Masamichi Kawano , Tamiki Yanagisawa : SAE Technical Paper Series 07 M - 113 ( 2007 ) 
 TAG : 금형 재료 다 이 캐스트 용 신 열처리 혁신