KR0170386B1

KR0170386B1 - 높은 압축강도를 가진 냉간가공강 및 이러한 강으로 제조된 강제품

Info

Publication number: KR0170386B1
Application number: KR1019900016926A
Authority: KR
Inventors: 레반 카를; 쉬바이거 헤르베르트
Original assignee: 마흐너; 자우러; 뵐러 에델스탈 게엠베하
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1990-10-23
Publication date: 1999-02-18
Also published as: ATA242389A; AU631690B2; JP2794641B2; EP0425471A1; AU6492290A; BR9005350A; DE59008009D1; ES2068379T3; AT393387B; DK0425471T3; ZA908467B; US5160553A; EP0425471B1; TW199910B; JPH03197649A; KR910008158A

Abstract

본 발명은 동시에 여러 형태의 하중을 받는 부품 및 기기의 제조에 사용되는 높은 압축강도를 가진 냉간가공강에 관한 것이다.

본 발명에 따른 강은 0.6 내지 1.5 wt% C, 0.2 내지 1.6 wt% Si, 0.2 내지 1.2 wt% Mn, 5.0 내지 10.0 wt% Cr, 3.0 wt% 이하 Mo, 6.0 wt% 이하 W, 1.0 내지 3.0 wt% Mo + 2W, 0.3 내지 1.5 wt% V, 0.2 내지 1.6 wt% Al, 0.5 wt% 이하 Nb, 0.1 wt% 이하 N 나머지는 철 및 제조로 인한 불순물을 성분비를 가지며, 특히 고온에서 제조되는 마멸층을 가지는 부품 및 기기의 제조에 사용된다.

Description

높은 압축강도를 갖는 냉간가공강 및 이러한 강으로 제조된 강제품

본 발명은 높은 압축강도를 가진 냉간가공강 및 이러한 냉간가공강으로 제조된 강제품에 관한 것이다.

공구 및 기계부품과 같은 강제품을 제조하는데 사용되는 냉간가공강은 250℃ 미만의 온도에서, 특히 실온에서 재료를 가공하기 위해 사용된다. 이러한 가공은 절삭 또는 비절삭 가공으로 이루어질 수 있으며, 이러한 경우에는 강제품이 동시에 여러 가지 하중을 받는다. 압축강도, 경도, 인성, 내마모성, 절삭 수명(cutting life), 경우에 따라 침식성 등과 같은 강제품의 우세한 응력 또는 소정 특성(들)은 대개 냉간가공강의 조성비를 적절하게 선택함으로써 얻어진다.

예컨대, 높은 내마모성에 대한 요구를 충족시키기 위해, 1.5 내지 2.5 중량% C 및 10 내지 17 중량% Cr의 함량을 가진 Cr-강 예컨대, DIN(독일공업규격) 재료 1.2379 또는 AISI(미국철강학회)-D7 형에 상응하는 강을 사용하는 것이 공지되어 있다. 이러한 강은 조대하며 대개 줄지어 배열된 다량의 탄화물부로 인해 높은 내마모성을 가지기는 하지만 인성이 낮기 때문에 굽힘하중 또는 전단 하중이 가해지면 부품이 파괴 또는 파열될 수 있다.

양호한 인성을 가진 냉간가공공구를 제조하기 위해, 약 1.0 중량% 또는 약 0.5 중량%의 C 및 5 중량% 또는 약 8 중량%의 Cr을 함유한 합금에 Mo, W, 및 V를 첨가한, 예컨대 DIN 재료 1.2363 또는 재료 1.2345 또는 AISI A2 형에 따른 강을 사용하는 것이 공지되어 있다. 이러한 강은 바림작한 합금 구조 또는 탄화물 구조를 가지며 또한 양호한 인성, 충분한 침식성, 및 연마성을 가지기는 하지만, 내마모성 및 압축강도가 소정의 용도에 대해서는 만족스럽지 못하다. 10 내지 17 중량% Cr 함량을 가진 합금은 대개 충분히 양호한 템퍼링 특성을 가지지 못하며, 질화 및/또는 침탄질화에 의한 부가의 표면 경화시, 또는 350℃ 내지 600℃의 온도에서 화학증착법(CVD) 또는 물리증착법(PVD)에 의한 표면 코팅시에는 이전에 행한 템퍼링 및 퀀칭에 의해 얻어진 모재의 경도가 줄어든다는 단점을 갖는다.

본 발명의 목적은 일정함 함량범위에서 합금 성분의 작용을 협력적으로 이용하고 높은 경도, 인성, 내마모성, 침식성, 및 압축강도를 갖는 냉간가공강을 제공하는 것이며, 이러한 냉간가공강으로 제조된 강제품이 양호한 연마성, 절삭성, 및 내마모성을 가지며, 경우에 따라 보다 높은 온도에서 수행하는 표면 경화 및/또는 표면 코팅 처리시에 이전에 행한 템퍼링 및 팍칭에 의해 얻어진 모재의 기계적 특성에 악영향을 주지않도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 냉간가공강은, 0.6 내지 1.5 중량% C, 0.2 내지 1.6 중량% Si, 0.2 내지 1.2 중량% Mn, 5.0 내지 10.0 중량% Cr, 3.0 중량% 이하의 Mo, 6.0 중량% 이하의 W, 1.0 내지 3.0 중량% (Mo + 2W), 0.3 내지 1.5 중량% V, 0.2 내지 1.6 중량% Al, 0.5 중량% 이하의 Nb, 0.1 중량% 이하의 N, 및 나머지는 철 및 제조로 인한 불순물을 함유하는 조성을 갖는다.

본 발명에 따른 냉간가공강에서는 탄소함량 및 질소함량 그리고 탄화물 및/또는 질화물을 형성하는 성분의 함량이 탄소 및 질소 친화력, 그리고 탄화물 및/또는 질화물을 형성하는 경항에 따라 서로 매칭된다는 것이 중요하다.

본 발명에 따른 냉간가공강은 0.6 내지 1.5 중량%의 탄소를 함유하고 있다. 탄소의 함량이 1.5% 이상이면, 조대한 탄화물 입자가 발생되고 따라서 재료의 인성이 저하되며, 탄소함량이 0.6% 이하이며, 기계적 특성, 특히 경도에 대한 요구를 충족시킬 수 없다. 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 및 바나듐은 탄화물을 형성하는 성분이며, 본 발명에 따른 냉간가공강에서 상기 성분들의 각 함량은 상호작용 또는 상대 성분의 영향을 고려해야 한다. 이 경우에는 500℃ 이상의 온도에서 템퍼링하는 동안 초현미경적으로 분리되는 탄화물이 열처리하는 동안 용해되어 경도를 증가시키거나 유사한 2차 경도를 증가시키며 강의 템퍼링 특성을 보다 양호하게 한다는 것이 중요하다.

본 발명에 따른 합금의 크롬 함량은 5.0 내지 10.0 중량%인데, 그 이유는 상기 범위에서 높은 재료 점착성에 유리한 합성 카바이드 형태{(CrFe)C}가 형성되기 때문이다. 10.0 중량% 이상의 크롬 함유는 카바이드 내에 함유된 탄소량을 낮추고, 재료의 강도를 떨어뜨린다. 5.0 중량% 이하의 크롬 함량은 재료가 취성을 갖도록 하여 재료를 약하게 한다.

몰리브덴과 텅스텐은 동일 방식으로 작용하는 강한 카바이드 형성체이고, (Mo+2W)로서 합금내에 1.0 내지 3.0 중량%이 함유된다. (Mo+2W)의 함량이 3.0 중량%를 초과하면, 조대한 카바이드가 형성되어 재료의 경화성이 악화된다. (Mo+2W)의 함량이 1.0 중량% 이하이면, 압축 강도가 저하된다.

바나듐은 높은 온도에서 용해되는 카바이드 형성체로서, 본 발명에 따른 합금은 이러한 바나듐을 0.3 내지 1.5 중량% 함유한다. 이러한 범위내의 바나듐을 함유하는 이유는 매우 우수한 2차 경도의 상승 및 압축 강도의 상승이 야기되기 때문이다. 만일 함량이 상기 범위를 초과하거나 또는 미달되면, 취성을 야기시키는 조대하고 용해가 어려운 카바이드가 형성되거나 2차 경도의 상승이 저하된다.

0.2 내지 1.6 중량%의 실리콘 함량 및 특히 0.2 내지 1.6 중량%의 알루미늄 함량은 매우 중요하다. 알루미늄과 실리콘은 합금의 γ-영역을 강력히 수축시키는 성분으로서 본 발명에 다른 합금에서는 여러 가지 이유로 필요하다. 종래 기술에 따른 합금은 약 0.2 내지 0.01 중량%의 적은 실리콘 및 알루미늄을 함유하는데, 종래 기술에 따른 합금에서 이러한 원소들은 다만 산소 함량을 느슨하게 하거나 또는 강의 용융을 진정시키기 위해 첨가되는 것이다. 본 발명에 따른 냉간가공강에서는 실리콘, 특히 알루미늄은 바람직하게는 열처리를 위해서 그리고 냉간가공강이 높은 압축 강도에 도달하도록 하기 위해 합금 금속 성분으로서 높은 함량으로 제공되는데, 이에 의해 제품의 질이 현저하게 개선된다.

본 발명에 따른 함량 범위의 페라이트 형성 성분에 의해 강의 열처리 거동 및 템퍼링 특성이 현저히 개선된다. 또한 합금의 상응하는 질소함량에서 질화물이 형성되며, 이 질화물은 고온에서 오오스테나이트화시 또는 경화시 입자가 성장하는 것을 방지한다. 알루미늄 및 실리콘은 질화 또는 침탄질화에 의한 표면경화 및/또는 화학증착(CVD) 또는 물리증착(PVD) 등의 방법에 의한 표면경화에 바람직하게 작용한다.

니오브는 매우 강력한 탄소형성 성분이며, 미세하게 분리된 탄화니오브는 경화시, 즉 높은 오오스테나이트화 온도에서 쉽게 용해되지 않는다. 냉간가공강에서 이러한 니오브 함량은 0.5 중량%를 초과하지 않아야 한다. 만일 니오브 함량이 0.5 중량%를 초과하는 경우에는, 1차적으로 분리된 조대한 탄화니오븀(NbC)이 형성되며, 이로 인해 탄소의 매트리스가 감소되어 재료의 압축강도가 저하하게 된다. 본 발명에 따른 냉간가공강에서는 바람직하게는 0.02 내지 0.35 중량%의 니오브를 함유한다. 이러한 조성범위의 니오브를 함유함에 따라 냉간가공강은 더욱 미세한 구조물로 형성되어 압축강도가 향상된다.

또한, 질소는 질화물 형성 성분과 함께 열에 안정한 화합물을 형성한다. 냉간가공강에서 이러한 질소의 함량은 0.5 중량%를 초과하지 않아야 한다. 만일 질소가 0.1 중량% 이상 함유되는 경우에는, 결정입계에서 질화물 분리가 일어나고 알루미늄과 바나듐의 작용을 감소시킴으로써 재료가 취성을 가지게 된다. 또한, 본 발명에 따른 냉간가공강에서는 바람직하게는 0.02 내지 0.35 중량%의 질소를 함유한다. 이러한 함량의 질소를 함유함으로써 냉간가공강은 보다 향상된 압축강도를 가지게 된다.

비교시험에서, DIN 재료 1.2363 및 재료 1.2379에 따른 강은 각각 2785 N/mm₂및 3026 N/mm₂의 허용 고유 압축응력과 550℃에서 56 HRC 및 60 HRC의 템퍼링 경도를 가지는 반면, 본 발명에 다른 냉간가공강은 적어도 3022 N/mm₂의 허용 고유 압축응력 및 63.5 HRC의 템퍼링 경도를 가지며, 재료 1.2379에 비해 인성이 28% 정도 개선된다.

본 발명을 실시예로 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

0.89 중량% C, 0.98 중량% Si, 0.43 중량% Mn, 8.96 중량% Cr, 1.82 중량% Mo, 0.38 중량% V, 1.33 중량% Al, 0.04 중량% Nb, 및 0.028 중량% N의 조성비를 가진 본 발명에 따른 강 A와, 1.53 중량% C, 0.32 중량% Si, 0.31 중량% Mn, 11.15 중량% Cr, 0.64 중량% Mo, 0.92 중량% V의 조성비를 가진 재료 1.2379에 따른 강 D를 사용하여 624 N/mm₂의 압축 응력 및 1mm의 두께를 가진 17% Cr-강으로된 밸브판을 제조하기 위한 동일한 프레스를 제조했다. 강 A로 제조된 다이는 63 HRC의 경도를 가지며 64,629번의 프레스 작업을 할 수 있었다. 강 D로 제조된 다이는 약간 낮은 62 HRC의 경도를 가짐에도 불구하고, 20,751번의 프레스 작업만을 할 수 있었다. 이것은 본 발명에 따른 강으로 제조된 프레스의 사용 횟수가 약 300% 정도 높다는 것을 나타낸다.

[실시예 2]

1.09 중량% C, 0.94 중량% Si, 0.36 중량% Mn, 8.24 중량% Cr, 2.14 중량% Mo, 0.23 중량% W, 0.54 중량% V, 1.06 중량% Al, 0.08 중량% Nb, 및 0.043 중량% N의 조성비를 가진 강 B와 전술한 실시예에서와 같은 강 D를 사용하여 알루미늄으로된 비디오 헤드를 프레스하기 위한 압출기를 제조하였다. 강 B로 제조한 압출기의 표면을 액체질화법으로약 570℃에서 질소로 부화시킨 후의 모재의 경도는 63.5 HRC였다. 강 B로 제조한 압출기로는 많은 마모가 발생하지 않으면서 407,320번의 프레스 작업을 할 수 있는데 반해, 강 D로 제조된 압출기는 239,865번의 프레스 작업 후 해제해야 했다.

[실시예 3]

1.22 중량% C, 0.81 중량% Si, 0.38 중량% Mn, 7.63 중량% Cr, 2.57 중량% Mo, 1.08 중량% V, 0.47 중량% Al, 0.15 중량% Nb, 및 0.021 중량% N의 조성비를 가진 강 C와, 0.96 중량% C, 0.34 중량% Si, 0.56 중량% Mn, 5.06 중량% Cr, 0.93 중량% Mo, 및 0.18 중량% V의 조성비를 가진 DIN 재료 1.2363에 따른 강 G, 그리고 강 D를 사용하여 Cr-Ni 강으로된 이음매 없는 관을 제조하기 위한 냉간스탬핑 다이를 제조하였다. 강 D로는 6,120m 관을, 본 발명에 따른 강 C로는 12,764m 관을, 강 G는 5,087m 관을 제조할 수 있었다.

Claims

높은 압축강도를 가진 냉간가공강으로서, 0.6 내지 1.5 중량% C, 0.2 내지 1.6 중량% Si, 0.2 내지 1.2 중량% Mn, 5.0 내지 10.0 중량% Cr, 3.0 중량% 이하 Mo, 6.0 중량% 이하 W, 1.0 내지 3.0 중량% (Mo + 2W), 0.3 내지 1.5 중량% V, 0.2 내지 1.6 중량% Al, 0.5 중량% 이하 Nb, 0.1 중량% 이하 N, 및 나머지는 철 및 제조로 인한 불순물을 함유하는 냉간가공강.
제1항에 있어서, 0.02 내지 0.35 중량% Nb, 0.01 내지 0.06 중량% N을 함유하는 냉간가공강.
제1항 또는 제2항에 있어서, 0.8 내지 1.3 중량% C, 0.7 내지 1.4 중량% Si, 0.3 내지 1.2 중량% Mn, 0.6 내지 9.0 중량% Cr, 3.0 중량% 이하 Mo, 3.0 중량% 이하 W, 1.0 내지 3.0 중량% (Mo + 2W), 0.5 내지 1.3 중량% V, 0.4 내지 1.4 중량% Al, 0.04 내지 0.3 중량% Nb, 및 0.015 내지 0.04 중량% N을 함유하는 냉간가공강.
제1항에 있어서, 0.9 내지 1.2 중량% C, 0.8 내지 1.2 중량% Si, 0.3 내지 1.0 중량% Mn, 7.0 내지 9.0 중량% Cr, 2.5 중량% 이하 Mo, 5.0 중량% 이하 W, 1.5 내지 2.5 중량% (Mo + 2W), 0.6 내지 1.2 중량% V, 0.5 내지 1.3 중량% Al, 0.06 내지 0.2 중량% Nb, 및 0.02 내지 0.34 중량% N을 함유하는 냉간가공강.
0.6 내지 1.5 중량% C, 0.2 내지 1.6 중량% Si, 0.2 내지 1.2 중량% Mn, 5.0 내지 10.0 중량% Cr, 3.0 중량% 이하 Mo, 6.0 중량% 이하 W, 1.0 내지 3.0 중량% (Mo + 2W), 0.3 내지 1.5 중량% V, 0.2 내지 1.6 중량% Al, 0.5 중량% 이하 Nb, 0.1 중량% 이하 N, 및 나머지는 철 및 제조시 발생된 불순물을 함유하는 높은 압축강도를 갖는 냉간가공강으로 제조되면, 600℃ 이하의 온도에서 제조된 내마모층을 포함하는 강제품.
제5항에 있어서, 상기 내마모층이 보다 높은 질소함량 또는 탄소함량을 가지며 350 내지 570℃의 온도에서 질화, 침탄질화, 또는 탄화에 의해 형성되는 강제품.
제5항에 있어서, 상기 내마모층이 경질 재료층이며, 570℃ 이하의 온도에서 화학증착법 또는 물리증착법에 의해 형성되는 강제품.
제5항에 있어서, 상기 냉간가공강으로 제조된 강제품이 스탬핑 다이를 포함하는 강제품.