KR100264494B1 - 석출경화형 마르텐사이트계 스텐레스강 - Google Patents

Abstract

고강도 및 고연신율의 시효경화 마르텐사이트 스텐레스강을 제조한다. 철-기초강으로서 10 내지 14% 크롬, 7 내지 11% 니켈, 0.5 내지 6% 몰리브덴, 9% 까지의 코발트, 0.5 내지 4% 의 동, 0.4 내지 1.4% 티타늄, 0.05 내지 0.6% 알루미늄, 0.05%를 초과하지 않는 탄소와 질소를 함유하며 나머지로서 철과 0.5%를 초과하지 않는 주기율표상의 다른 원소를 함유한다.

Description

석출경화형 마르텐사이트계 스텐레스강

본 발명은 석출 경화성 마르텐사이트계 크롬-니켈 스텐레스강, 특히 단순 열처리로 경화 가능한 스텐레스강에 관계한다. 더 구체적으로, 비교적 저온에서 단순한 열처리에 의해 경화되는 마르텐사이트계 크롬-니켈 스텐레스강에 관계한다.

본 발명의 한 목적은 압연 및 인발동안 가공이 잘 되며 스트립과 와이어 같은 압연품 및 인발제품 형태에서 직선화, 절단, 기계가공, 펀칭, 나사화, 감기, 꼬임, 굽힘 등의 다양한 제조작업을 용이하게 받을 수 있는 마르텐사이트계 크롬-니켈 스텐레스강을 제공하는 것이다.

또다른 목적은 인발 또는 압연 상태하에서 또한 경화 및 강화 상태하에서 매우 우수한 연신율과 터프니스를 제공하는 마르텐사이트계 크롬-니켈 스텐레스강을 제공하는 것이다.

또다른 본 발명의 목적은 고강도 및 고 연신율의 조합으로 스프링, 죔쇠, 수술용 바늘, 치과기구, 기타 의료기구 같은 제품의 제조에 적합한 마르텐사이트계 크롬-니켈 스텐레스강을 제공하는 것이다.

다른 목적은 다음의 설명 과정에서 부분적으로 기술한다.

현재, 다양한 합금이 상기 제품 제조에 사용된다. 이들 합금중 일부는 마르텐사이트계 스텐레스강, 오스테나이트계 스텐레스강, 보통 탄소강과 석출경화형 스텐레스강이다. 이들 모든 합금은 우수한 내식성, 강도, 성형성 및 연신율의 조합을 보여주지만 각각은 결점을 가지며 위에서 언급된 제품의 제조에 사용되는 합금에 대한 요구에 대응하지 못한다. 이러한 필요성은 더 양호한 재료의 성질로서, 최종합금 사용자에게 있어서 양호한 연신율 및 내식성과 조합으로 고강도를, 반제품인 스트립 및 와이어 생산자와 완제품 생산자에게 있어서 조작수를 최소화하고 표준장치를 가능한 한 오래 사용하여 제조이용과 시간절감을 가져오는 재료의 성 형성이다.

AISI 420-등급 마르텐사이트계 스텐레스강은 강도를 제공할 수 있지만 연신률은 희생된다. 오스테나이트계 스텐레스강(AISI 300-시리즈)은 고강도 및 고내식성을 보여주며 또한 어떤 경우 연신율도 우수하지만 고강도를 달성하려면 상당한 냉간-축소 작업이 필요하는데, 이것은 반완성품이 고강도를 가져야 함을 의미하고, 이것은 성형성이 불량함을 의미한다. 보통탄소강은 저 내식성을 가지므로 고내식성이 필요할 경우 크게 불리하다. 석출 경화형 스텐레스강의 경우에는 다양한 등급이 있으며 다양한 성질을 가진다. 그러나 이들은 공통적으로 제2단계가 진공-압력하에서 재용융공정인 공정에서 진공 용융된다. 더욱이, 알루미늄, 니오븀, 탄탈륨과 티타늄 같은 석출경화형 형성원소가 다량 필요하다. “다량”이란 것은 1.5% 이상을 의미한다. 강도를 위해서는 다량이 바람직하나 연신율과 가공성은 떨어진다. 상기 제품에 사용하고 미국특허 3,408,178 에 따른 설명에서 소개된 특별한 종류가 여기에 해당된다. 이 등급은 완제품에서 우수한 연신율을 나타내지만 강도는 2000N/㎟ 에 불과하다. 또한 반제품 제조시 강이 소둔 상태에서 균열이 가는 단점도 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 등급보다 우수한 등급의 강을 개발하는 것이다. 본 공정은 진공 용융 또는 진공-재용융 단계를 요구치 않고 더 우수한 특성을 얻을 수 있다. 또한 다량의 알루미늄, 니오븀, 티타늄,탄탈륨 또는 이의 조합을 요구하지 않고도 우수한 내식성, 연신율, 가공성을 얻고 또한 필요한 연신율에 따라 최대 2500-3000N/㎟ 까지의 고강도를 얻을 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 가공동안 또한 완제품에서 고 연신율과 또한 완제품의 우수한 내식성 및 고강도 조건을 충족시키는 강합금을 제공하는 것이다. 본 발명의 강등급은 의료기구, 치과기구, 스프링 또는 죔쇠 같은 응용에서 사용할 와이어, 튜브, 봉 및 스트립형태로 가공하기 적합해야 한다.

내식성 조건은 12% 크롬 및 9% 니켈을 함유한 기본 합금으로 충족된다. 본 발명의 강등급의 내식성이 기존의 강등급보다 우수한지 여부에 대해 부식 테스트 및 점부식 테스트가 수행된다.

구리와 몰리브덴 함량이 각각 0.5% 이상일 경우 최소 10, 특히 11%이상의 크롬이 함유되어야 우수한 내식성을 제공한다. 최대 크롬함량은 이것이 강한 페라이트 안정화제이고 또한 1100℃ 이하의 저소둔 온도에서 오스테나이트로 전환될 수 있어야 하므로 14%, 특히 13% 까지이다. 구조의 마르텐사이트 변태를 위하여, 오스테나이트 구조가 필요하다. 템퍼링 반응을 위해 요구되는 몰리브덴 및 코발트 고함량은 더 안정한 페라이트 구조를 가져오므로 크롬함량은 비교적 낮은 수준에서 최대화 되어야 한다.

소둔온도에서 오스테나이트 구조를 제공하기 위해서는 니켈이 필요한데, 페라이트 안정화 원소의 함량 측면에서 최소 7% 또는 8% 이상의 것이되어야 한다. 어떤 니켈함량에서는 석출 알루미늄 및 티타늄과 함께 경화입자를 형성하기도 한다. 니켈은 강한 오스테나이트 안정화제이므로 담금처리 혹은 냉간가공시 마르텐사이트로의 구조변태를 위해서 최대화 되어야 한다. 최대 니켈함량은 11%, 보통 10%정도이다. 몰리브덴 역시 문제점 없이 가공될 수 있는 재료를 제공하는데 필요하다. 몰리브덴이 결핍되면 균열이 되기 쉽다. 최소 0.5% 또는 1.0% 정도이면 균열을 방지하기에 충분 하지만, 특히 그 함량은 1,5%를 초과하여야 한다. 몰리브덴 역시 템퍼링 반응을 증가시키며 연신율 감소없이 최종 강도를 증가시킨다. 그러나 담금 처리시 마르텐사이트를 형성하는 능력이 감소되므로 2%면 적당하며 4%이면 부적당하다. 다량의 몰리브덴 사용시 냉간 가공이 마르텐사이트 형성에 필요하다. 6% 또는 5% 이면 구조에 적정량의 마르텐사이트 획득을 위한 최대량이지만 4.5% 이하이면 더욱 바람직하다.

구리는 템퍼링 반응과 연신율 모두를 증가시키는데 필요하다. 2% 구리를 함유한 합금은 구리 첨가없는 합금과 비교하여 아주 우수한 연신율을 갖는다. 고강도 합금에서 우수한 연신율을 얻기 위해 0.5% 또는 1.0% 이 적합하다. 최소 함량은 1.5%가 바람직하다. 담금처리시 마르텐사이트를 형성하는 능력은 구리에 의해 감소하고 고함량 몰리브덴에서 구리의 최대 함량이 4% 또는 3%일 때 담금처리 또는 냉간-가공시 구조를 마르텐사이트로 바꿀 수 있다. 이 함량은 2.5% 이하로 유지되는 것이 바람직하다.

코발트는 특히 몰리브덴과 함께 템퍼링 반응을 개선한다. 코발트와 몰리브덴간의 상승효과는 총 10% 까지로서 밝혀졌다. 연신율은 고코발트 함량에서 다소 감소하므로 상한은 9%, 특히 어떤 경우 7% 정도이다. 코발트의 단점은 가격이다. 또한 코발트는 스텐레스강 가공시 바람직하지 않는 원소이다. 비용 및 스텐레스야금 측면에서 코발트로 합금을 제조하는 것을 피하는 것이 바람직하다. 이 함량은 최대 5%, 특히 3%이다. 보통은 최대 2%나 1%가 된다.

몰리브덴과 구리, 그리고 필요할 경우 코발트(이들은 모두 템퍼링 반응을 향상시킨다)를 써서 합금을 제조하기 때문에 탄탈륨, 니오븀, 바나듐과 텅스텐, 기타 이의 조합과 같은 다양한 석출 경화 원소가 불필요하다. 따라서, 탄탈륨, 니오븀, 바나듐 또는 텅스텐의 함량은 최대 0.2%, 특히 최대 0.1% 에 불과하다. 비교적 소량의 알루미늄과 티타늄 첨가가 필요할 뿐이다. 이들 두 원소는 비교적 낮은 425 내지 525℃ 온도에서 템퍼링 동안 석출경화 입자를 형성한다. 본 발명에서 입자들은-Ni₃T와-NiAl 형 등급의 강이다. 합금 조성에 따라 일정 함량의 몰리브덴과 알루미늄이-입자 석출에 참여하여-Ni₃(Ti,Al,Mo) 혼성 입자가 형성된다.

3-성분 합금 가공 및 시험과정에서 티타늄에 대한 최대 한계치는 1.4, 특히 1.2%, 더더욱 1.1 %까지이다. 1.5% 이상의 티타늄이 함유되면 합금의 연신율이 떨어진다. 템퍼링 반응이 필요할 경우 최소 0.4% 첨가가 필요하며, 더 높은 템퍼링 반응이 요구될 경우에 0.5% 이상, 특히 0.6%가 필요한 최소량이다. 이 함량은 최소 0.7%인 것이 바람직하다. 알루미늄도 석출경화에 필요하다. 0.4%까지 첨가하면 템퍼링 반응과 강도는 증가시키면서 연신율 감소는 없다. 알루미늄을 0.6% 까지, 보통 0.55% 까지, 혹은 어떤 경우 0.5% 까지 첨가해도 연신율이 감소하지 않는다. 알루미늄 최소량은 0.05%, 특히 0.1% 이다. 고 경화반응이 필요하면 함량은 최소 0.l5%, 특히 0.2% 이상은 되어야 한다.

다른 모든 원소는 0.5% 미만으로 유지한다. 철-기초 강가공품에 존재하는 일반적인 두 원소는 망간과 실리콘이다. 단가를 낮추기 위해 이들 원소를 사용하지 않는 것은 곤란하며 최소한 0.05%, 특히 0.1% 이상이 함유되어야 한다. 그러나 실리콘 및 망간 함량이 크면 연신율 문제를 일으키므로 함량을 낮게 유지해야 한다. 다른 두 원소는 황과 인이다. 이들은 둘다 고함량일 경우 강의 연신율에 유해하다. 따라서 0.05%미만, 특히 0.04%, 더더욱 0.03% 미만으로 유지한다. 강은 항상 일정량의 황화물과 산화물을 함유한다. 기계 가공성을 중요하게 냉각한다면, 이들 개재물은 칼슘, 세륨과 다른 희토류 금속과 같은 첨가제에 의해 조성과 형태가 변화될 수 있다. 우수한 열간가공성을 요구한다면 붕소가 첨가될 수 있으며, 적합한 함량은 0.0001-0.1% 이다.

요약하면, 다음의 조성을 갖는 합금이 조건을 충족시킴이 발견되었다. 합금은 크롬함량이 10 내지 14중량%인 철기초재료이다. 니켈함량은 7 내지 11%로 유지한다. 고 템퍼링 반응성을 고 연신율파 함께 유지하기 위해서는 원소형 몰리브덴과 구리를 첨가해야 하고 때로 코발트도 첨가한다. 그 함량은 몰리브덴 0.5 내지 6%, 0.5 내지 4% 구리 또한 최대 9% 까지의 코발트이다. 석출경화는 0.05 내지 0.6% 알루미늄과 0,4 내지 1.4% 티타늄 첨가시 가능하다. 탄소와 질소 함량은 0,05, 특히 0 04%, 더더욱 0.03%을 초과해서는 안 된다. 나머지는 철이다. 다른 모든 주기율표 원소는 0.5% 보통 0.4%, 특히 0.3% 을 넘지 않아야 한다.

이 설명에 따른 합금은 외과용 바늘 같은 용도로서 기존의 강등급 보다 우수하거나 이와 동등한 내식성을 갖는다. 또한 어려움 없이 가공처리 할 수 있다. 또한 AISI 420 과 420F 같은 외과용 바늘에 사용된 등급 또한US 특허 3,408,178 에 따른 등급보다 500-1000N/㎟ 정도 높은 2500-3000N/㎡ 이상의 최종 강도를 얻을 수 있다. 또한 연신율도 기존 등급보다 우수하다. 굽힘성으로 측정되는 연신율은 AISI 420 과 비교하여 200% 이상, 또한 AISI 470F 와 비교하면 500% 이상 크다. 꼬임성 역시 치과용 리이머(reamer)로 사용된 기존 등급보다 크거나 같다.

결론적으로 본 발명의 내식성 석출 경화 마르텐사이트계 강은 인장강도가 2500N/㎟ 이상이며, 더 미세한 크기의 경우 최대 3500N/㎟의 강도가 가능하며 더불어 매우 우수한 연신율과 성형성 및 내식성을 겸비한다.

내식성 및 고강도와 또한 고연신율을 갖는 새로운 등급의 강을 개발함에 있어서, 시험 용융물을 제조하고 이것을 와이어로 가공한다. 목적은 진공 용융 또는 진공-재용응단계를 거치지 않고 모든 용융물이 공기유도로에서 용융하여 제조되는 강철을 발명하는 것이다.

각종 화학조성의 총 18 용융물을 제조하여 강철 조성을 최적화 한다.

일부 용융물은 다른 조성물 예컨대 US 특허 3,408,178 의 등급과 비교할 때 본 발명강의 특성 개선을 보여주기 위해서 다른 조성을 가진다. 시험용융물을 와이어로 만드는 단계는 다음과 같다. 1차로 이들은 공기-유도로에서 7" 잉곳으로 용융한다. 표 1은 각종 성능이 평가되는 시험용융물 각각의 실제 화합조성을 보여준다. 이 조성은 열분석시 중량%로 측정된다. 관측된 바와 같이 크롬과 니켈 함량은 각각 12 와 9% 로 유지된다. 그 이유는 석출경화성 마르텐사이트계 스텐레스강내에 크롬과 니켈의 조합은 이 강이 우수한 기본 내식성, 터프니스 또한 와이어 인발같은 재료의 냉간병형시 또는 오스테나이트 구역내 열처리후 냉각에 의해 마르텐사이트로 변형될 수 있는 능력을 가진다는 사실이 알려져 있기 때문이다. 냉각 또는 냉간 변형시 마르텐사이트가 형성될 조건은 가공된 와이어의 물질특성을 하기와 같이 설명될 때 추가로 제시될 것이다. 표 1에 열거된 원소는 모두 나머지 물질인 철과 함께 본 발명의 목적에 따라 변한다. 기록되지 많은 원소들은 시험용융물에 있어서 최대 0.5%로 제한된다.

잉곳은 모두 45분의 침지시간과 1160-1180℃ 온도에서 모두 후속단조 되어 4단계에 걸쳐 ψ87mm 의 크기가 된다(200 × 200-150 × 150 - 100 × 100-ψ87㎜). 단조된 강편은 그후 물에서 담금처리한다. 심하게 균열되어 더이상 가공처리할 수 없는 16번만 빼고 모든 용융물이 쉽게 단조처리된다. 표 1에서 볼 수 있는 것처럼 이 용융물은 시험 조성물에 다양한 원소의 최대 함량을 가진 것이다. 따라서 16번 합금에 따라 합금 구성원소가 조합된 재료는 개발목적에 부합하지 않고 이렇게 조합된 함량은 하나의 최대 한계치가 된다. 다음 처리단계는 1150-1225℃ 온도에서 실행되는 압출과 후속의 공기냉각이다. 압출된 막대의 크기는 14.3, 19.0 및 24.0㎜이다. 같은 압출력을 전체 압출과정에서 사용할 수 없으므로 그 크기가 다양하다. 이후에 압출막대는 각각 12.3, 17.0 또한 22.Omm 로 깎인다. 큰 크기의 막대는 13.1mm로 인발한 후 소둔처리한다. 몰리브덴과 코발트 함량에 기초하여 소둔온도는 1050℃ 에서 1150℃ 사이로 변화한다. 몰리브덴 및 코발트함량이 크면 온도가 높아야 하는데, 그 이유는 가능한 한 냉각시 마르텐사이트를 형성시키도록 오스테나이트 영역속의 시험용응물을 소둔할 필요가 있기 때문이다. 막대는 소둔온도로 부터 공기 냉각시킨다.

본 발명의 강에 있어서 기본 필수요건은 내식성이다. 내식성 시험을 위해, 표본물을 몰리브덴, 동 및 코발트 함량에 따라 6개의 그룹으로 나눌수 있다. 6개 표본을 소둔 및 템퍼조건에서 시험한다. 템퍼링은 475℃에서 실행하고 4시간 노화시킨다. 임계 점부식온도(CPT) 실험은 0 1% Cl^-함유 NaCl 용액과 300mV 전압에서 정전위 측정법에 따라 실시된다. 시험 샘플 KO-3가 사용되었고 각각 6번 측정이 되었다. 일반적인 부식시험도 실행한다. 10% H₂SO₄- 용액을 20 또는 30℃과 5O℃ 의 상이한 온도에서 테스트에 이용한다. 시료는 10 × 10 × 30mm 크기로 한다.

부식시험결과를 표 2에 나타낸다. 두 개의 표본 2호 합금과 12호 합금은 표면상의 결손과 균열을 보여주며 표에서는 이러한 결과가 보고되지 않았다. 20℃와 30℃에서의 부식결과는 모든 표본이 AISI 420 과 AISI 304등급보다·우수하다는 것을 보여주며 이들은 상기 온도에서 부식율이 1mm/년보다 큰 경우이다. CPT-결과는 역시 매우 우수하다. 이들은 AISI 304와 AISI 316 등급보다 우수하거나 또는 동등하다.

따라서 본 발명의 합금은 내식성 요구를 만족시킨다.

13,lmm 크기의 소둔막대와 12.3mm의 압출막대를 ψ8.1mm 및 ψ4.Omm으로 두 가지 소둔단계를 거쳐 0.992mm 크기로 인발하였다. 소둔처리는 1050-1150℃의 온도 범위에서 실행하고 후속으로 공기-냉각시킨다. 모든 용융물은 두 가지 12호 및 13호를 제외하고 와이어-인발과정에서 잘 실행된다. 이들 두 용응물은 무르고 또한 인발과정에서 심하게 균열된다. 이들 두 가지는 소둔 처리후 산세척법을 쓸 때 매우 민감하다. 산화물을 제거하기 위해 고온 염-조를 사용하였지만 이 염-조는 12호 및 13호 두 가지 용융물에 있는 그레인 경계에 대해 매우 공격적이다. 12호는 심하게 균열되어 어느 방법을 써도 최종 크기로 제조되지 않는다. 13호 응융은 염-조를 산세척 단계에서 배제하면 제조되며, 깨끗지 않은 표면이 된다.

다른 용융물과 비교하여, 이 두 표본은 몰리브덴이 없다는 공통점을 갖는다. 몰리브덴이 석출 경화형 마르텐사이트계 스텐레스강 등급에 대해 연성을 증가시키고 제조방법에 대해 덜 민감하게 만드는 것이 명백하다. 두 개의 균열-민감한 표본을 서로 비교할 경우, 가장 잘 무르는 표본은 다른 것보다 더 큰 티타늄-함량을 갖는다. 이 결과로 부터 또한 균열 때문에 단조시 긁힌 용융물이 고 티타늄-함량을 가진다는 사실로 부터 고티타늄 함량은 제조방법에 있어서 재료가 덜 융통성을 갖게 하고 균열 가능성을 더 크게 한다고 결론을 내릴 수 있다.

균열가능성 있는 두 표본은 모두 미국특허 3,408,178 의 그것에 상응한다.

두 가지 조건에서 재료를 테스트하기 위해서, 와이어를 두 부분으로 나누고, 하나는 1050℃에서 소둔하고, 다른 하나는 냉간-가공처리한다. 소둔 처리된 와이어는 물이 들어있는 재킷에서 담금처리한다.

우수한 연신율과 고강도는 본 발명 등급의 기본적인 특성이 된다.

통상의 강도 증가 방법은 냉간 작업인데, 이것은 구조의 전위를 유도한다.

구조전위 밀도가 높을수록 강도도 커진다. 합금 제조방식에 따라 냉각 가공중 마르텐사이트도 형성될 수 있다. 마르텐사이트가 많으면 강도가 커진다. 석출 경화형 등급의 경우에 저온에서 실시되는 템퍼링에 의해 강도가 증가할 수 있다. 템퍼링 과정에서, 구조를 강화시키는 극미립입자의 석출이 있을 것이다.

마르텐사이트 형성능력에 대해 시험 용응물을 조사한다. 마르텐사이트는 강자성 상이고 자성상의 양은 자기측정장치로 자기 측정장치로 자기포화도 σ_s를 측정하여 결정한다. 식은 다음과 같다:

여기서, σ_m은 다음과 같다.

구조표본에서, 페라이트는 전혀 존재하지 않으며 후속의 %M은 마르텐사이트 % 이다.

소둔처리 및 냉간 가공된 와이어가 테스트되고 표 3에서 그 결과를 보여준다. 어떤 합금은 냉각시 마르텐사이트를 형성치 않고 모두 냉간 가공중에 마르텐사이트로 변환된다.

강도와 연신율을 최적화하기 위하여 시험 용융물의 템퍼링 과정중 경화반응을 조사한다. 375 내지 525℃의 4가지 온도와 1 및 4시간의 2가지 노화시간으로 템퍼링하고 그 뒤 공기 냉각한다. 그 뒤 인장강도와 연신율을 시험한다. 인장시험은 로엘 & 코르타우스의 두 가지 장치로 최대 한계치 20KN과 100KN 에서 실시한다. 두 시험결과를 기록하고 평균치를 낸다. 연신율은 굽힘성과 비틀림으로서 테스트 된다. 굽힘성은 외과 바늘에 있어 중요한 변수이며 70mm 길이의 짧은 와이어를 반경=0.25mm의 엣지상에 60°각도로 굽히고 다시 뒤로 젖혀서 시험한다. 시험편이 부러질 때까지 구부림을 반복한다. 파쇄없는 완전 구부림 횟수를 기록하고 세 가지 구부림 테스트 평균치를 기록한다. 비틀림은 치과용 리이머에 있어 중요한 변수이며 치과용 리이머 와이어 시험용으로 설계된 모어 & 페더하프아게사의 장치로 시험한다. 사용된 고정길이는 100mm 이다.

소둔 및 인발 상태에서 인장강도(TS)는 표 5a와 5b에서 나타내었다. 표에서 또한 온도와 노화시간에서의 템퍼링 성능과 최대강도를 기록하였다. 장도와 연신율에 있어서 최적의 템퍼링 성능이 결정되었다. 강도 및 노화시간과 노화온도를 기록하였다. 최대 및 최적의 템퍼링 성능이 강도증가로서 계산된다.

연신율 결과, 특히 소둔 및 인발 상태에 대한 결과가 표 Va 와 Vb 에서 기축된다. 최대 및 최적 강도에 대한 굽힘성 및 비틀림이 기록된다.

본 발명의 석출경화형 마르텐사이트계 스텐레스강 성질에 대한 조성의 효과를 이해하기 위해 원소별로 결과를 비교하는 것이 편리하다.

12%-Cr 과 9% Ni 합금은 본 발명 등급물로 바람직하다. 이러한 조합은 충분한 내식성을 가져오며 담금처리나 냉간 가공에 의해 마르텐사이트로 변환시키는 능력을 갖는다.

조성을 최적화하고 실제의 한계치를 알 수 있도록 조성물은 0.4-1.6% 티타늄, 0.0-0.4% 알루미늄, 0.0-4.1% 몰리브덴, 0.0-8.9% 코발트 또한 마지막으로 0.0-2.0% 동을 함유할 수 있다.

티타늄과 알루미늄은-Ni₃Ti와-NiAl 형 입자를 템퍼링중에 형성함으로써 본 발명 강와 경황에 참여한 것으로 예상된다.-Ni₃T 는 6각형 결정구조의 금속간 화합물이다. 이들의 과노화에 대한 내성과 마르텐사이트에서 12 방향으로 석출할 수 있기 때문에 매우 효과적인 강화제인 것으로 알려진다. NiAl 은 마르텐사이트보다 2배의 격자변수를 가진 규칙적인 bcc-상이다. 마르텐사이트와 기의 완벽한 응집성을 보여주는는 균일하게 액화하고 그 결과 천천히 조립화되는 침전물의 극미립 분포를 보여준다.

최대 티타늄 함량을 가진 두 합금 어느 쪽도 미세 와이어로 가공될 수 없다. 이들은 모두 단조와 인발과정에서 균열되기 쉽다. 본 발명의 등급물은 쉽게 가공되어야 하므로 두 합금 모두 최대 티타늄 함량을 1.5% 이하가 되어야 한다. 그러나, 1.5% 미만의 경우 고강도가 요구될 때 고 티타늄 함량이 바람직하다. 표는 티타늄을 제외한 합금 2, 3 및 4 에 대한 것이다. 모두 담금처리 과정에서 다량의 마르텐사이트로 변환되지만 티타늄 함량이 클수록 마르텐사이트는 적게 형성된다. 고함량의 티타늄을 갖는 합금에서 마르텐사이트 양이 작으면 소둔상태에서 템퍼링 반응을 감소시킨다. 동일한 마르텐사이트 함량을 가진 두 합금에서 티타늄은 템퍼링 반응을 증가시키고 회종 강도를 더 크게 한다. 티타늄 함량이 크면 인발시 가공 경화율도 커진다. 인발상태에서 템퍼링 반응은 거의 유사하다. 최종강도는 티타늄 증가시 커지고 2650N/㎟ 최종강도가 1.4% 티타늄 함량에서 가능하다. 최적의 템퍼링 처리의 경우에 모든 세 가지 합금이 소둔상태에서 허용가능한 연신율을 갖는 것으로 밝혀졌다. 높은 티타늄 함량은 굽힘성을 감소시키지만 인발 및 노화상태에서 비틀림 가능성을 향상시킨다.

알루미늄 역할은 2호, 7호, 8호와 17호 합금에서 연구할 수 있다. 이들은 대체로 알루미늄을 제외하면 동일한 합금조성을 갖는다. 알루미늄이 적은 합금은 또한 티타늄 함량도 적고 알루미늄이 큰 합금은 다른 것보다 티타늄 함량이 다소 크다. 알루미늄 함량이 클 경우 소둔 및 인발상태에서 템퍼링 반응도 커진다. 인발상태에서 강도를 최적 템퍼링 후 2466N/㎟ 까지 강화시킬 수 있다. 굽힘성은 소둔상태에서 최적 템퍼링후 알루미늄 함량이 클 경우 다소 저하된다. 비틀림 특성은 높은 수준에서만 변화한다. 인발 및 템퍼링 처리된 재료에서, 굽힘성과 비틀림 특성을 특별한 경향없이 변화한다. 그러나 알루미늄 함량이 큰 것은 강도와 연신율에 있어서 우수한 결과를 보여준다. 알루미늄 역할은 또한 5호 및 11호 합금에서 연구될 수 있다. 이들 모두는 몰리브덴과 코발트 함량이 크지만 알루미늄 함량은 상이하다. 둘다 극히 낮은 템퍼링 반응 및 강도를 소둔상태에서 보여주며 이유는 마르텐사이트 결핍 때문이다. 인발상태에서 양쪽 모두 매우 높은 템퍼링 반응을 즉 950N/㎟ 까지의 반응을 보여준다. 알루미늄 함량이 큰 것이 강도의 최대 증가를 보여준다. 최종 강도는 2760N/㎟ 으로써 적절한 연신율을 나타내는 최적 템퍼링 과정후 나타난다. 인발과 노화상태에서 연신율은 두 합금 모두에 대해 거의 유사하다.

몰리브덴과 코발트의 역할이 2호, 5호 및 6호 합금에서 다시 연구된다. 지 몰리브덴 및 코발트 함량을 가진 합금은 소둔상태에서 템퍼링 반응을 보인다. 코발트 및 몰리브덴 함량이 큰 두 합금의 마르텐사이트 결핍으로 이것을 설명할 수 있다. 인발상태에서 이것은 정반대가 된다. 몰리브덴과 코발트 함량이 크면 최대 1069N/㎟, 특히 최적화된 템퍼링에서 920N/㎟까지의 템퍼링 반응으로 나타난다. 최종강도 3060N/㎟은 최대치이며 연신율 측면에서 2920N/㎟ 이 최적이다. 몰리브덴과 코발트 증가는 코발트만 증가시킬 때 보다 템퍼링 반응증가에 더 효과적이다. 인발 및 템퍼링 상태에서 연신율은 적절하며 강도측면에서 중간 합금에 있어 특히 우수하다.

구리의 역할이 2호 및 15호 합금에서 연구된다. 이것은 구리를 제외하면 동일한 합금원소를 가진다. 비교 이전에 합금 15의 거동이 연구된다.

이 합금이 소둔상태에서 연구될 때 템퍼링 반응이 템퍼링 처리된 코일의 상이한 위치에서 크게 변하였음이 발견되었다. 이 현상은 담금처리된 와이어 코일속의 마르텐사이트이 다양하게 변화되기 때문이다. 결론적으로 이 합금 조성은 담금처리시 마르텐사이트 변환에 대한 한계이다. 표를 참조하면 이것은 0.10% 마르텐사이트의 결과와 높은 템퍼리 반응을 가져온다. 따라서 이들 성질은 인발상태에서만 비교되어야 한다. 높은 구리함량은 템퍼링 반응도 크게 증가하며 최종 2520N/㎟ 강도는 최적 템퍼링에서의 결과이다. 굽힘성과 비틀림 성질 모두 인발 또한 템퍼링 상태에서 매우 우수하다.

이 결과로 부터 몰리브덴, 코발트 또한 구리는 구조가 마르텐사이트일 때 템퍼링 과정에서 Ti 와 Al 입자의 석출을 활성화한다. 이들 원소의 상이한 조성물이 알루미늄 및 티타늄 함량이 동일한 합금 8, 13, 14에서 연구된다. 몰리브덴 또는 코발트는 없지만 구리 함량이 높은 합금은 수회 템퍼링 수행동안 소둔상태에서 무름성을 보여준다. 그러나 일부에 대해서는 연신을을 측정할 수 있다. 이 합금은 소둔상태에서 전체 시험용융물중 최고의 템퍼링 반응을 보여주지만 굽힘성은 최악이다. 또한 이 합금은 가장 낮은 가공 경화율을 갖는다. 템퍼링 반응 또한 인발상태에서 높지만 최종강도는 최적 템퍼링후 2050N/㎟ 으로 낮으므로 이 상태에서 연신율은 가장 좋은 것중 하나이다. 몰리브덴과 동의 함량이 높지만 코발트는 들어 있지 않은 합금은 담금처리시 마르텐사이트를 형성하지 않으므로 템퍼링 반응은 매우 낮다. 인발상태에서 템퍼링 반응은 높으므로 그 결과 최종강도는 2699N/㎟으로 최적이 된다. 연신율도 우수하다. 구리가 없지만 몰리브덴과 코발트를 함유한 합금은 소둔상태에서 높은 템퍼링 반응을 하지만 굽힘성은 적다. 템퍼링 반응은 인발상태에서 더 낮다. 최적강도는 2466N/㎟ 이고 연신율은 다른 두 개보다 더 낮다.

따라서 티타늄과 알루미늄은 강의 특성에 이득이 된다는 결론을 내릴수 있다. 1.4%까지의 티타늄은 균열 가능성 증가없이 강도를 높인다. 이 재료는 어려움 없이 가공처리된다. 여기서 알루미늄은 최대 0.4% 까지 테스트 되었다. 0.1%의 첨가는 템퍼링 반응에서 100-150N/㎟ 초과를 위해 충분하므로 최소 첨가량이 선호된다. 상한치는 발견하지 못하였다. 강도는 알루미늄 함량이 크면 증가하고 연신율 감소는 없었다. 0.6% 까지의 함량일 때 연신률의 큰 손실없이 최대 1.4% 티타늄이 첨가된 합금이 된다. 구리는 연신율을 감소시킴없이 템퍼링 반응을 활성화시킬 수 있다. 2% 까지의 구리함량에 대해서도 테스트 되었다. 구리함량이 더 높아도 불리한 점은 없지만 담금처리시 마르텐사이트로 변환하는데 어려움이 크다. 구리함량이 2% 이상이면 템퍼링전 냉간가공을 실행해야 한다. 4% 까지의 구리함량은 석출 경화형 마르텐사이트강에 첨가할 수 있다. 몰리브덴은 이 기본조성에 명백히 필요하다. 몰리브덴이 첨가되지 않으면 소둔상태에서 템퍼링 처리후 부서지기 쉬우며 가공시 균열되기 쉽다. 4.1% 까지의 몰리브덴 함량이 시험되었다. 고 몰리브덴 함량은 담금처리시 마르텐사이트를 형성할 가능성을 감소시킨다. 그렇지 않으면, 연신을 감소없이 강도 증가하는 장점이 기록된다. 몰리브덴 제한치는 재료가 냉간-가공시 마르텐사이트를 형성할 수 없는 함량이다. 6% 까지의 함량이 본 발명의 강에서 가능하다. 몰리브덴과 함께 코발트도 템퍼링 반응을 증대시킨다. 그러나 9% 정도의 함량에서 연신율이 약간 감소한다.

스프링, 의료 및 치과용 기구 제작에서 본 발명의 합금은 ψ15mm 이하의 와이어 ψ7Omm 이하의 막대, l0mm 두께 이하의 스트립 또한 외경이 450mm 이하이고 벽두께가 100mm 이하인 관을 제조하는데 이용된다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4a]

[표 4b]

[표 5a]

[표 5b]

Claims (11)

1. 중량 백분율로 10 내지 14% 크롬, 7 내지 l1% 니켈, 0.5 내지 6% 몰리브덴, 9% 까지의 코발트, 0.5 내지 4% 구리, 0.05 내지 0,6% 알루미늄, 0.4 내지 1.4% 티타늄, 0.03% 를 초과하지 않는 질소와 탄소, 0.05% 미만의 황, 0.05% 미만의 인, 0.5% 미만의 망간, 0.5% 미만의 규소, 0.2% 미만의 탄탈륨, 니오븀, 바나듐 및 텅스텐, 0.0001 내지 0.1%의 붕소와 나머지는 철로 구성된 석출 경화형 마르텐사이트계 스텐레스강.
2. 제1항에 있어서, 코발트 함량이 6% 까지인 것을 특징으로 하는 합금.
3. 제1항에 있어서, 구리의 함량이 0.5 내지 3%인 것을 특징으로 하는 합금.
4. 제1항에 있어서, 몰리브덴 함량이 0.5 내지 4.5% 인 것을 특징으로 하는 합금.
5. 제1항에 있어서, 구리의 함량이 0.5 내지 2.5% 인 것을 특징으로 하는 합금.
6. 의료 기구 및 치과기구 제조에 사용되는 제1항 내지 제5항중 한 항에 따른 스텐레스강.
7. 스프링 제조에 사용되는 제1항 내지 제5항중 한 항에 따른 스텐레스강.
8. ψ15mm 미만의 와이어 제조에 사용되는 제1항 내지 제5항중 한 항에 따른 스텐레스강.
9. ψ70mm 미만의 금속봉 제조에 사용되는 제1항 내지 제5항중 한 항에 따른 스텐레스강.
10. 10mm 미만의 두께를 갖는 스트립 제조에 사용되는 제1항 내지 제5항중 한 항에 따른 스텐레스강.
11. 450mm 미만의 외경과 100mm 미만의 벽두께를 갖는 튜브 제조에 사용되는 제1항 내지 제5항중 한 항에 따른 스릴레스강.