KR0150286B1 - 탄화물 형성원소가 첨가된 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동감쇠능 및 기계적 성질이 우수한 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강에 관한 것으로 특히, 양산제조공정에 불가피하게 첨가되는 탄소성분을 효과적으로 처리하여 진동감쇠능이 저하되는 것을 방지한 탄화물 형성원소가 첨가된 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강과 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강의 제조방법은 용해로에 철을 장입하여 용해하는 단계와, 상기 용탕에 탄화물 형성원소와 망간을 투입하는 단계와, 상기 망간이 투입된 용탕을 잉곳트로 주조하는 단계로 이루어진다.

또한 본 발명의 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강은 중량%로 Mn:10-24%, C:0.2% 이하, 그리고 탄화물 형성원소인 Cr:0.1-4.0%, V:0.1-0.9%, W:0.1-0.5%, Mo:0.1-1.5%, Ti:0.1-1,5%, Nb:0.1-1.0%, Cu:0.1-1.1%, Al:0.1-2.0% 중에서 선택된 1종 또는 2종이상의 원소, 나머지 Fe로 구성된다.

Description

탄화물 형성원소가 첨가된 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강

제1도는 Ti 첨가량에 따른 진동감쇠능의 변화.

제2도는 비교강과 발명합금의 투과전자 현미경 조직사진.

제3도는 Cr 첨가량에 따른 진동감쇠능의 변화.

제4도는 V 첨가량에 따른 진동감쇠능의 변화.

제5도는 W 첨가량에 따른 진동감쇠능의 변화.

제6도는 Mo 첨가량에 따른 진동감쇠능의 변화.

제7도는 Nb 첨가량에 따른 진동감쇠능의 변화.

제8도는 Cu 첨가량에 따른 진동감쇠능의 변화.

제9도는 Al 첨가량에 따른 진동감쇠능의 변화이다.

본 발명은 진동감쇠능 및 기계적 성질이 우수한 Fe-Mn 이원계 진동감쇠합금강에 관한 것으로 특히, 양산제조공정에 불가피하게 첨가되는 탄소성분을 효과적으로 처리하여 진동감쇠능이 저하되는 것을 방지하기 위해 탄화물 형성원소가 첨가된 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강에 관한 것이다.

종래의 진동감쇠 합금은 복합형, 강자성형, 전위형 및 쌍정형 등이 있으나 이들 진동감쇠 합금은 감쇠능은 우수하나 그 기계적 성질이 불량하여 특수용도외에는 사용이 불가하고 고가의 원소를 많이 함유하고 열처리 공정이 복잡하기 때문에 합금제조상의 가격상승을 유발시켜 공업적 용도가 극히 제한되어 왔다.

이러한 문제점을 해결한 것이 본출원인이 90. 8. 27일 출원하여 92. 12. 16일 특허를 획득한 바 있는 대한민국 특허 제57437호와 93. 12. 6일자로 출원한 특허 제93-21973호의 마르텐사이트 조직을 갖는 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강 및 그 제조방법이다.

상기 특허 제 57437호는 Mn:10~24wt.%, C:0.2wt.%이하, Si:0.4wt.% 이하, S:0.05wt.%이하, P:0.05wt.%이하를 포함하고 나머지 Fe로 조성된 용탕을 주조하여 잉고트를 만들고, 상기 잉고트를 1000~1300℃온도에서 20~40시간 균질화 처리를 행한 후 열간압연하고, 열간압연된 소재를 900~1100℃ 온도에서 30~60분간 가열한 후 수냉 또는 공냉하고, 이를 상온부근에서 30%이하의 압하율로 냉간가공하는 것을 특징으로 하는 것으로서 위에서 언급한 종래의 감쇠기구와는 전혀 다른 진동응력에 의해 γ/ε계면의 이동시 진동에너지를 흡수하는 감쇠기구를 갖는 γ↔ε 반복변태형 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강의 제조방법에 관한 것이다.

그러나 상기 Fe-Mn계 진동감쇠 합금을 양산하기 위하여는 제철소나 제강공장 등에서 제조되어야 하는데 제철소에서 제조되는 경우 그 공정은 용광로에서 만들어진 용선을 LD전로에 투입하여 용강으로 제조한 후 다시 아크로(Arc Furnace)에 장입하여 승온 시킨 다음 Mn등 합금원소를 투입하여 원하는 성분조성의 합금을 얻는 공정으로 이루어진다.

이때 아크로내의 용강은 탄소봉에 의한 아크열로 승온되기 때문에 장시간 사용에 따라 탄소봉의 탄소가 용강에 혼입되게 되어있다.

이러한 공정에 의해 Fe-Mn계 진동감쇠 합금을 생산하는 경우 탄소가 약 0.2wt.%정도 불가피하게 혼입된다.

또한 제강공장 등의 전기로에서 제조되는 경우에도 사용되는 원료가 대부분 고철로서 고철자체가 갖고 있는 탄소성분에 의해 용탕에 약 0.2wt.% 정도의 탄소가 불가피하게 혼입되어 진다.

이와같이 탄소가 Fe-Mn계 합금내에 혼입될 경우 탄소 γ/ε계면의 입계에 고착되어 진동감쇠능을 저하시키는 작용을 한다.

따라서 진동감쇠능 및 기계적 성질이 우수한 방진합금을 제조하기 위하여는 합금내의 탄소혼입을 방지하는 것이 필요한데 제조공정상 탄소혼입을 방지하기 위하여는 LD전로에서 행하는 제강공정중에 합금원소를 투입하거나 전기로에 사용되는 원료를 고철대신 탄소성분이 낮은 순철 등을 사용하는 방법을 택하여야 한다.

그러나, LD전로에서 행하는 제강공정중에 Mn등 합금성분을 첨가할 경우 산소를 사용하여 정련하는 관계로 첨가성분이 산소에 의해 산화되기 때문에 합금첨가가 곤란하고, 전기로에서 순철 등을 사용하는 것은 원료비를 상승시키는 요인이 된다.

또한 용강중에 혼입된 탄소를 탈탄공정등에 의해 제거하는 방법을 택할수도 있으나 탈탄공정에 따른 설비비가 과다하고 공정도 까다로워 생산에 많은 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 합금 제조공정상 불가피하게 혼입되는 탄소를 효율적으로 처리하므로서 종래의 Fe-Mn계 진동감쇠 합금에 비하여 그 성능이 떨어지지 않을 뿐 아니라 저렴한 가격으로 양산처리가 가능토록 한 탄화물 형성원소가 첨가된 Fe-Mn계 진동감쇠 합금을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 Mn:10~24wt.%, C:0.2wt.%이하, Si:0.4wt.% 이하, S:0.05wt.%이하, P:0.05wt.%이하를 포함하고 나머지 Fe로 조성된 용탕을 주조하여 잉고트를 만들고, 상기 잉고트를 1000~1300℃ 온도에서 20~40시간 균질화 처리를 행한 후 열간압연하고, 열간압연된 소재를 900~1100℃ 온도에서 30~60분간 가열한 후 수냉 또는 공냉하고 이를 상온 부근에서 30% 이하의 압하율로 냉간가공을 하는 것을 특징으로 하는 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강의 제조방법에 있어서, 상기 용탕에 탄화물 형성원소를 1종 또는 2종 이상 투입하는 단계를 더 포함하여 제조되며 중량%로 Mn:10~24wt.%, C:0.2wt.%이하, Si:0.4wt.% 이하, S:0.05wt.%이하, P:0.05wt.%이하, 그리고 탄화물 형성원소인 Cr:0.1~4.0, V:0.1~0.9, w:0.1~0.5, Mo:0.1~1.5, Ti:0.1~1.5, Nb:0.1~1.0, Cu:0.1~1.1, Al:0.1~2.0 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소와 나머지 Fe로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄화물 형성원소가 첨가된 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강을 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

혼입되는 탄소를 탄화물 형태로 형성시키기 위하여 탄화물 형성원소를 투입하는 것을 그 특징으로 한다.

Fe-Mn계 진동감쇠 합금에서 탄소는 합금내의 γ/ε계면 및 입내에 산재된 상태로 존재하며, γ/ε계면의 이동을 방해하여 감쇠능을 저하시킨다.

이렇게 감쇠능을 저하시키는 탄소를 제거하기 위하여 별도의 탈탄공정을 행할 경우 그 공정이 어려울 뿐만 아니라 원가상승의 요인으로 작용하여 이의 시행이 곤란하다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 복잡한 탄소제거 공정을 채택하지않고 제3원소를 첨가하여 탄소가 γ/ε계면에 존재하지 않도록 하므로서 진동감쇠능이 저하되는 것을 미연에 방지하고자 하였다.

상기 제3원소는 탄소와 결합하여 탄화물을 형성하는 원소로써, Cr, V, W, Mo, Ti, Nb, Cu, Al 등을 의미한다.

따라서 본 발명에서는 탄소량이 증가하더라도 탄화물 형성원소를 첨가하여 Fe-Mn계 합금의 입계 및 입내에 산재해 있는 탄소를 탄화물로 형성시켜 진동감쇠의 근원이 되는 γ/ε계면의 원활한 이동이 이루어지도록 하여 우수한 감쇠능을 유지하면서도 제조원가를 낮출 수 있다.

이하, 본 발명의 수치한정의 이유에 대하여 설명한다.

먼저, Mn을 10~24wt.%로 한정하는 이유는 상온 부근에서의 냉간가공에 의해서 슬립(Slip)전위의 생성없이 ε을 생성시켜 γ/ε계면적을 증가시킬 수 있는 조성범위이기 때문이다.

C를 0.2wt.%이하로 한정하는 이유는 용해로에서 용해작업시 C가 불가피하게 0.2wt.% 정도 혼압되고 그 이상의 조성에서는 탄화물 형성원소의 첨가량이 보다 많아져 원가상승의 요인이 될 뿐만 아니라 모든 탄소를 완전한 탄화물로 형성시키기 어렵기 때문이다.

Si:0.4wt.% 이하, S:0.05wt.% 이하, P:0.05wt.% 이하로 한정하는 이유는 불순물이 이 이상 함유되면 γ/ε계면으로 불순물 원자들이 확산해서 계면을 고착하기 때문에 γ/ε계면의 이동이 어렵게 되어 진동감쇠기능이 떨어지기 때문이다.

그리고, 탄화물 형성원소 첨가되는 각 원소를 Cr:0.1~4.0wt.%, V:0.1~0.9wt.%, W:0.1~0.5wt.%, Mo:0.1~1.5wt.%, Ti:0.1~1.5wt.%, Nb:0.1~1.0wt.%, Cu:0.1~1.1wt.%, Al:0.1~2.0wt.%, 로 한정하는 이유는 탄소를 탄화물로 형성시키는데 필요한 양으로서 이 범위를 초과하면 불필요한 원소의 첨가로 오히려 진동감쇠기능이 떨어지고, 이 범위 미만이면 탄소가 탄화물로 형성되지 않기 때문이다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

[실시예]

본 발명은 용해로에 철을 장입한 후 1500℃ 이상의 온도로 철을 용해한후 망간과 탄화물 형성원소중 1종 또는 2종 이상을 장입하여 용해시킨후, 상기 용탕을 주조하여 잉고트로 만든 다음 열간압연하여 소정의 형상으로 제조한다.

상기 열간압연된 소재를 900~1100℃ 온도에서 30~60분간 가열한 후 수냉 또는 공냉하고, 이를 상온 부근에서 30% 이하의 압하율로 냉간가공하여 Fe-Mn계 합금을 제조한다.

여기에서 가공공정은 본 출원인 선출원하여 특허를 획득한 특허 제57437호와 출원번호 제93-21973호의 공정을 그대로 채택하였다.

상기 공정에 의거 제조된 합금의 성분조성과 진동감쇠능이 다음 표1~표10 및 제1도~제9도에 나타나 있으며 이에 의거 본 발명의 작용효과를 상세히 설명한다.

상기 표1은 종전합금과 탄화물 형성원소중 Ti를 첨가한 본 발명합금의 진동감쇠능을 측정한 결과를 나타낸 것으로서, Ti를 첨가한 본 발명합금이 첨가하지 않은 합금에 비해 매우 우수한 감쇠능을 나타내고 있음을 알 수 있으며, 종전의 Fe-Mn 이원계 합금과 비슷한 우수한 감쇠효과를 갖고 있음을 알 수 있다.

제1도는 본 발명합금의 Ti 첨가에 따른 진동감쇠능의 변화를 나타낸 것으로 Ti 첨가에 따라 진동감쇠능이 증가하여 0.5~1.5wt.%에서 최대값을 나타내고 있으나, 2.5wt.% 이상 첨가하였을 경우에는 오히여 진동감쇠능이 감소하는 것을 알 수 있다.

제2도는 비교강(Fe-17wt.%Mn-0.2wt.%C)과 발명합금(Fe-17wt.%Mn-0.2wt.%C-0wt.%Ti)을 각각 1050℃에서 요체화처리한 상태의 투과전자현미경 조직사진이다.

비교강과는 달리 발명합금의 조직에서는 Ti 첨가로 인해 기지내에 둥그런 원모양의 탄화물이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.

즉, 탄화물 형성원소를 첨가하기 전의 합금 A에서는 탄소들이 조직의 입계 및 입내에 산재하여 진동감쇠의 근원이 되는 γ/ε계면을 고착하여 감쇠능을 저하시킨다. 그러나 탄화물 첨가원소(Ti, Mo 등)를 첨가한 합금 B에서는 입계 및 입내에 산재해 있던 탄소들이 탄화물 형성원소에 의해 탄화물로 형성되어 γ/ε계면에 고착되던 고용탄소의 양을 감소시켰기 때문에 γ/ε계면의 이동을 자유롭게 하여 진동감쇠능을 향상시켰다.

상기 표2는 종전 합금과 탄화물 형성원소 중 Cr을 첨가한 본 발명합금의 진동감쇠능을 측정한 결과를 나타낸 것으로서, Cr을 첨가한 본 발명합금이 첨가하지 않은 합금에 비해 매우 우수한 감쇠능을 나타내고 있음을 알 수 있었으며, 종전의 Fe-Mn 이원계 합금과 비슷한 우수한 감쇠효과를 나타낸다.

제3도는 본 발명합금의 Cr첨가에 따른 진동감쇠능의 변화를 나타낸 것으로서 Cr 첨가에 따라 진동감쇠능이 증가하여 1.5~2.5wt.%에서 최대값을 나타내었으며, 5.0wt.% 이상 첨가하였을 경우에는 오히려 진동감쇠능이 감소하는 것을 알 수 있다.

상기 표3은 종전합금과 탄화물 형성원소 중 V을 첨가한 본 발명합금의 진동감쇠능을 측정한 결과를 나타낸 것으로서, V을 첨가한 본 발명합금이 첨가하지 않은 합금에 비해 매우 우수한 감쇠능을 나타내고 있음을 알 수 있으며, 종전의 Fe-Mn 이원계 합금과 비슷한 우수한 감쇠효과를 갖고 있음을 나타낸다.

제4도는 본 발명합금중 V 첨가에 따른 진동감쇠능의 변화를 나타낸 것으로 V첨가에 따라 진동감쇠능이 증가하여 0.5~0.9wt.%에서 최대값을 나타내었으나, 1.5wt.%이상 첨가하였을 경우에는 오히여 진동감쇠능이 감소하는 것을 알 수 있다.

상기 표4는 종전합금과 탄화물 형성원소 중 W을 첨가한 본 발명합금의 진동감쇠능을 측정한 결과를 나타낸 것으로서, W을 첨가한 본 발명합금이 첨가하지 않은 합금에 비해 매우 우수한 감쇠능을 나타내고 있음을 알 수 있으며, 종전의 Fe-Mn 이원계 합금과 비슷한 우수한 감쇠효과를 갖고 있음을 나타낸다.

제5도는 본 발명합금중 W 첨가에 따른 진동감쇠능의 변화를 나타낸 것으로 W첨가에 따라 진동감쇠능이 증가하여 0.1~0.5wt.%에서 최대값을 나타내었으나, 1.0wt.%이상 첨가하였을 경우에는 오히려 진동감쇠능이 감소하는 것을 알 수 있다.

상기 표5는 종전합금과 탄화물 형성원소 중 Mo를 첨가한 본 발명합금의 진동감쇠능을 측정한 결과를 나타낸 것으로서, Mo를 첨가한 본 발명합금이 첨가하지 않은 합금에 비해 매우 우수한 감쇠능을 나타내고 있음을 알 수 있으며, 종전의 Fe-Mn 이원계 합금과 비슷한 우수한 감쇠효과를 갖고 있음을 나타낸다.

제6도는 본 발명합금중 Mo 첨가에 따른 진동감쇠능의 변화를 나타낸 것으로 Mo 첨가에 따라 진동감쇠능이 증가하여 0.5~1.5wt.%에서 최대값을 나타내었으나, 2.5wt.%이상 첨가하였을 경우에는 오히려 진동감쇠능이 감소하는 것을 알 수 있다.

상기 표6은 종전합금과 탄화물 형성원소 중 Nb를 첨가한 본 발명합금의 진동감쇠능을 측정한 결과를 나타낸 것으로서, Nb를 첨가한 본 발명합금이 첨가하지 않은 합금에 비해 매우 우수한 감쇠능을 나타내고 있음을 알 수 있으며, 종전의 Fe-Mn 이원계 합금과 비슷한 우수한 감쇠효과를 갖고 있음을 나타낸다.

제7도는 본 발명합금중 Nb 첨가에 따른 진동감쇠능의 변화를 나타낸 것으로 Nb 첨가에 따라 진동감쇠능이 증가하여 0.5~1.0wt.%에서 최대값을 나타내었으나, 2.0wt.%d상 첨가하였을 경우에는 오히여 진동감쇠능이 감소하는 것을 알 수 있다.

상기 표7은 종전합금과 탄화물 형성원소 중 Cu를 첨가한 본 발명합금의 진동감쇠능을 측정한 결과를 나타낸 것으로서, Cu를 첨가한 본 발명합금이 첨가하지 않은 합금에 비해 매우 우수한 감쇠능을 나타내고 있음을 알 수 있으며, 종전의 Fe-Mn 이원계 합금과 비슷한 우수한 감쇠효과를 갖고 있음을 나타낸다.

제8도는 본 발명합금중 Cu 첨가에 따른 진동감쇠능의 변화를 나타낸 것으로 Cu 첨가에 따라 진동감쇠능이 증가하여 0.5~1.1wt.%에서 최대값을 나타내었으나, 2.0wt.%이상 첨가하였을 경우에는 오히려 진동감쇠능이 감소하는 것을 알 수 있다.

상기 표8은 종전합금과 탄화물 형성원소 중 Al을 첨가한 본 발명합금의 진동감쇠능을 측정한 결과를 나타낸 것으로서, Al을 첨가한 본 발명합금이 첨가하지 않은 합금에 비해 매우 우수한 감쇠능을 나타내고 있음을 알 수 있으며, 종전의 Fe-Mn 이원계 합금과 비슷한 우수한 감쇠효과를 갖고 있음을 나타낸다.

제9도는 본 발명합금중 Al 첨가에 따른 진동감쇠능의 변화를 나타낸 것으로 Al 첨가에 따라 진동감쇠능이 증가하여 0.8~2.0wt.%에서 최대값을 나타내었으나, 3.0wt.%이상 첨가하였을 경우에는 오히려 진동감쇠능이 감소하는 것을 알 수 있다.

상기 표9는 종전합금과 탄화물 형성원소 중 Ti 과 Mo를 첨가한 본 발명합금의 진동감쇠능을 측정한 결과를 나타낸 것으로서, Ti 과 Mo를 첨가한 본 발명합금이 첨가하지 않은 합금에 비해 매우 우수한 감쇠능을 나타내고 있음을 알 수 있으며, 종전의 Fe-Mn 이원계 합금과 비슷한 우수한 감쇠효과를 갖고 있음을 나타낸다.

상기 표10은 종전합금과 탄화물 형성원소 중 Ti과 W를 첨가한 본 발명합금의 진동감쇠능을 측정한 결가를 나타낸 것으로서, Ti과 W를 첨가한 본 발명합금이 첨가하지 않은 합금에 비해 매우 우수한 감쇠능을 나타내고 있음을 알 수 있으며, 종전의 Fe-Mn 이원게 합금과 비슷한 우수한 감쇠효과를 갖고 있음을 나타낸다.

Claims (1)

1. 중량%로 Mn:10~24%, C:0.2wt.%이하, Si:0.4wt.% 이하, S:0.05wt.%이하, P:0.05wt.%이하, 그리고 탄화물 형성원소인 Cr:0.1~4.0%, V:0.1~0.9%, W:0.1~0.5%, Mo:0.1~1.5%, Ti:0.1~1.5%, Nb:0.1~1.0%, Cu:0.1~1.1%, Al:0.1~2.0% 중에서 선택된 1종 또는 2종이상의 원소, 나머지 Fe로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄화물 형성원소가 첨가된 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강.