KR100433161B1 - 개선된금속간내마모성을갖는내부식성,고바나듐,분말야금공구강제품및그생산방법 - Google Patents

개선된금속간내마모성을갖는내부식성,고바나듐,분말야금공구강제품및그생산방법 Download PDF

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Abstract

고바나듐, 분말야금 냉간 가공 공구강 제품 및 그 생산 방법이 개시된다. 상기 제품의 크롬, 바나듐, 탄소, 질소 함유량은 내부식성 및 금속간 내마모성의 바람직한 조합을 달성하기 위해 생산시 조절된다.

Description

개선된 금속간 내마모성을 갖는 내부식성, 고바나듐, 분말야금 공구강 제품 및 그 생산방법
본 발명은 높은 내마모(耐磨耗) 및 내부식성(耐腐蝕性)의 분말야금 공구강제품 및, 질소 분무(atomized) 사전합금(prealloyed) 고바나듐 분말 입자의 압축(compaction)에 의한 생산 방법에 관한 것이다. 상기 공구강 제품은 특히 매우 큰 금속간 내마모성(metal-to-metal wear resistance)을 갖는 것을 특징으로 하는데, 양호한 연삭 내마모성(abrasive wear resistance)과 내부식성을 결합하여 강화 플라스틱 및 기타 연삭재 또는 부식재를 처리하기 위해 사용되는 기계에 특히 유용하게 만든다.
본질적으로, 강화 플라스틱 및 기타 활성 물질의 처리에 사용되는 배럴, 스크루, 밸브, 몰드 및 기타 부품에서 그리고 흔히 그 부품의 결합시에 발생될 수 있는 마모에는 세 가지 종류가 있다. 즉, 동작시 금속 부품이 직접적으로 접촉하는 영역에 야기되는 금속간 마모와, 부품이 고압에서 처리 매개물의 단단한 입자와 계속적으로 접촉함으로써 야기되는 연삭 마모와, 처리 매개물에 본질적으로 존재하거나 상승된 동작 온도에서 처리 매개물로부터 방출된 산(acid) 또는 기타 부식제(corrodents)에 의해 야기되는 부식 마모가 있다. 이러한 물질의 처리에 사용되는 제품은 바람직한 성능을 발휘하기 위해 상기한 형태의 마모에 강한 내성(耐性)을 가져야 하고, 동작시 가해진 응력을 견디기에 충분한 기계적인 강도와 인성(toughness)을 가져야 한다. 또한, 필요한 모양과 치수로 각 부분이 용이하게 제조되도록 쉽게 기계로 가공되고 열처리되고 연마되어야 한다.
강화 플라스틱 및 기타 연삭재 또는 부식재의 처리에 사용되는 부품의 구성을 위해 다양한 물질이 사용되었다. 즉, 그 물질로는 크롬이 도금된 합금강과, AISI 타입의 440B 및 440C 스테인리스강과 같은 통상적인 고크롬 마텐자이트계 스테인리스강과, 분말야금 방법에 의해 생산된 다수의 고크롬 마텐자이트계 스테인리스강이 있다. 후자 그룹 물질의 조성은 바나듐 및 탄소가 통상적인 양보다 더 많은 양이 내마모성을 개선하는데 추가된다는 것을 제외하고 통상적인 고크롬 마텐자이트계 스테인리스강의 조성과 유사하다. ASM Metals Handbook 10판의 1권 781쪽에 개시된 CPM 440V 및 최근 간행물에 개시된 MPL-1과 같은 고크롬, 고바나듐, 분말야금 스테인리스강은 플라스틱 처리에 있어서 통상적인 강보다 우수한 성능을 갖지만, 마모 파편에 따른 처리 매개물의 오염이 최소화되어야 하는 동작부의 결합구조에서 많은 양의 마모와 관계된 변화를 수용할 수 없는 새로운 플라스틱 처리 기계의 모든 필요성을 완전히 만족시켜주지는 못한다. 통상적인 방법 또는 분말야금 방법에 의해 이루어지는 고크롬 마텐자이트계 스테인리스강의 금속간 내마모성은 필요한 모든 특성 중에서 현저히 낮다.
이런 관점에서, 고크롬, 고바나듐, 분말야금 스테인리스강의 금속간 내마모성은 크롬 함량에 의해 크게 영향을 받는다는 것과, 크롬 함량을 저하시키고 전체 조성을 균형있게 함으로써 금속간, 연삭 및 부식 내마모성의 현저히 개선된 독특한 조합이 이들 물질에서 달성될 수 있다는 것이 발견되었다. 또한, 몇 가지 응용예에 대해, 이들 물질의 내부식성이 그 제조 원료인 사전합금 분말의 질소 함량을 증가시킴으로써 상당히 개선될 수 있다는 것이 발견되었다. 또한, 본 발명의 제품에서 양호한 강도, 인성 및 연삭성(grindability)과 내마모 및 내부식성의 바람직한 조합을 얻기 위해서는 이들 개선된 제품의 생산 원료인 사전합금 분말의분무(atomization) 및 압축(compaction) 조건을 꼭 맞게 조절해야 한다는 것이 발견되었다.
따라서, 본 발명의 주요 목적은 현저히 개선된 금속간 내마모성을 갖는 내부식성, 고바나듐, 분말야금 공구강 제품을 제공하고자 하는 것이다. 일반적으로 내부식성을 개선시키나 뜻밖에도 금속간 내마모성에 대해 높은 네거티브 효과를 갖는다는 것이 발견된 크롬 함량을 꼭 맞게 조절함으로써, 그리고 내부식성을 감소시키지 않고 내마모성 및 바람직한 수준의 경도(hardness)를 얻을 수 있도록 제품의 전체 조성을 균형있게 함으로써 상기의 목적이 달성된다.
본 발명의 다른 목적은 내마모성을 감소시키지 않고 내부식성을 개선시키기 위해 질소의 잔류량 이상이 포함되고 현저히 개선된 금속간 내마모성을 갖는 내부식성, 고바나듐, 분말야금 공구강 제품을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 질소 분무 사전합금 분말 제품으로부터 양호한 강도, 인성 및 연삭성을 갖는 본 발명의 내부식성, 고바나듐, 공구강 제품을 생산하는 방법을 제공하고자 하는 것이다. 본 발명의 제품의 생산 원료인 질소 분무 분말의 분무 및 열간 등압 압축(hot isostatic compaction) 시에 형성된 크롬이 풍부한(chromium-rich) 카바이드(carbide) 또는 카보나이트리드(carbonitride)와 바나듐이 풍부한(vanadium-rich) 카바이드 또는 카보나이트리드의 크기를 면밀히 조절하여 상기의 목적이 달성된다.
도 1은 13.57%의 크롬과 8.90%의 바나듐(봉강 95-6)을 함유한 본 발명의 고바나듐 PM(Powder Metallurgy) 공구강 제품에서 1차 카바이드의 크기 및 분포를 보여주는 전자 현미경 사진이다.
도 2는 13.31%의 크롬과 14.47%의 바나듐(봉강 95-23)을 함유한 본 발명의 고바나듐 PM 공구강 제품에서 1차 카바이드의 크기 및 분포를 보여주는 전자 현미경 사진이다.
도 3은 약 9.0%의 바나듐을 함유하는 PM 공구강의 금속간(교차된 실린더(crossed cylinder)) 내마모성에 대한 크롬 함량의 효과를 보여주는 그래프이다.
도 4는 약 12에서 14% 및 약 16에서 24%의 크롬을 함유하는 PM 공구강의 금속간(교차된 실린더) 내마모성에 대한 바나듐 함량의 효과를 보여주는 그래프이다.
본 발명의 이러한 목적 및 기타 목적은 다음의 처리 및 조성에 따라 분말야금 제품에서 달성된다.
본 발명의 방법에 따르면, 2800 - 3000°F, 바람직하게는 2840 - 2880°F의 온도에서 용융 공구강 합금을 질소 가스 분무하고, 그에 따른 분말을 대기온도로 급속 냉각시키고, 약 -16 mesh(미국 표준)로 분말을 체질(screening)하고, 13 내지 16 ksi 바람직하게는 15 ksi의 압력에서 2000 내지 2100°F의 온도로 분말을 열간 등압 압축시킴으로써 본 발명의 제품이 생산되는데, 열간 가공하고, 어닐링하고, 58 HRC로 경화시킨 후 생산된 제품은 MC 카바이드의 부피가 1차 카바이드 부피의 적어도 1/3이고, 1차 카바이드의 최대 크기가 가장 큰 치수에서 약 6 마이크론을 초과하지 않는 16 내지 36%의 1차 M7C3및 MC 카바이드의 부피를 갖게 되고, 적어도 10 x1010psi의 금속간 내마모성이 달성된다.
** 강 제조에 특유한 부수적인 요소 및 불순물 포함.
상기 표는 상기 방법에 의해 얻어지는 본 발명에 따른 분말야금 공구강 제품의 화학조성을 각 성분별 함유량의 범위로 나타낸 것이며(단위는 중량%), 내부식성, 내마모성 등 여러 관점에서 아래에 설명하는 시험에 의해 얻어진 결과를 정리한 것이다.
본 발명에서 중요한 점은 실리콘, 크롬, 바나듐 및 몰리브덴과 같은 페라이트 형성 요소와 관련한 제품에서 탄소, 질소 및 기타 오스테나이트(austenite) 형성 요소의 양을 균형있게 하여 미세구조의 페라이트가 형성되지 않도록 하는 것이다. 페라이트는 본 발명에 따른 제품의 열간 가공성을 감소시키고 달성가능한 경도를 저하시킨다. 또한, 중요한 점은 본 발명의 제품에서 탄소, 질소 및 기타 합금 요소의 양을 조절하여 금속간, 연마 및 부식 내마모성의 개선된 조합을 달성할 수 있도록 함과 동시에 열처리시 보유된 오스테나이트의 양을 지나치게 많이 형성되지 않도록 한다. 특히, 탄소의 함량은 페라이트를 조절하고, 바나듐, 크롬 및 몰리브덴으로 이루어진 강한 내마모성의 카바이드 또는 카보나이트리드를 형성하고, 매트릭스에서 마텐자이트의 경도를 증가시키기 위해 지시된 범위 내에서 요구된다. 지시된 한계 이상의 탄소의 양은 내부식성을 현저히 감소시킨다. 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는, 상기 표에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제품의 탄소 함유량은 1.47-3.77%의 범위 이내여야 한다. 내마모성이 중요한 경우에는 이 범위를 1.83-3.77%로 하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2.54-3.77% 이내여야 한다. 한편, 내부식성이 중요한 경우에는 이 범위는 1.60-3.62%인 것이 바람직하고, 더욱바람직하게는 2.31-3.62%의 범위인 것이 좋다.
본 발명의 제품에서 질소의 합금 효과는 탄소의 합금 효과와 다소 유사하다. 질소는 마텐자이트의 경도를 증가시키며, 내마모성을 증가시킬 수 있는 탄소, 크롬, 몰리브덴 및 바나듐으로 이루어진 하드 나이트리드(nitride) 및 카보나이트리드를 형성할 수 있다. 그러나, 질소는 바나듐 나이트리드 또는 카보나이트리드의 경도가 바나듐 카바이드의 경도보다 현저히 낮으므로 고바나듐강에서 탄소와 같이 효과적이지 않다. 탄소와 대조적으로, 질소는 매트릭스에서 용해될(dissolved) 때 본 발명에 따른 제품의 내부식성을 개선시키는데 유용하다. 이러한 이유로, 약 0.46%까지의 질소량이 본 발명에 따른 제품의 내부식성을 개선시키는데 사용될 수 있다. 그러나, 가장 높은 내마모성을 위해 질소는 약 0.19% 또는 본 발명에 따른 제품의 생산 원료인 분말의 질소 분무시 투입된 잔류량(약 0.03%)으로 제한되는 것이 가장 좋다.
내마모성 및 내부식성의 바람직한 조합을 달성하는데 필요한 경도와 카바이드 또는 카보나이트리드의 부피를 얻기 위해, 본 발명에 따른 제품에서 탄소 및 질소는 다음의 공식에 따라 제품의 크롬, 몰리브덴 및 바나듐 함량과 균형을 이루어야 한다:
본 발명에 따르면, 상기 지시된 범위 내에서 크롬, 몰리브덴 및 바나듐의 양을 조절하여 적절한 경화능(hardenability), 경도, 인성, 절삭성(machinability) 및 연삭성과 함께, 내마모성 및 내부식성의 바람직한 조합을 달성하는 것이 중요하다.
바나듐은 기존의 내부식 및 내마모성 분말야금 공구강 제품에서 얻을 수 있는 양보다 많은 양의 MC-타입 바나듐이 풍부한 카바이드 또는 카보나이트리드의 형성을 통해 금속간 내마모성 및 연삭 내마모성을 증가시키는데 매우 중요하다. 본 발명의 제품의 바나듐 함량은 8.0-15.0% 이내이며, 바람직하게는 12.0-15.0% 이내이다.
망간은 경화능을 향상시키기 위해 존재하며, 망간 황화물의 형성을 통해 열간 가공성에 대한 황의 네거티브 효과를 조절하는데 유용하다. 망간은 또한, 본 발명의 고질소 분말야금 제품의 용융(melting) 및 분무시 질소의 액체 용해성을 증가시키는데 유용하다. 그러나, 지나친 양의 망간은 열처리시 보유된 오스테나이트의 양을 지나치게 많이 형성하게 하며, 양호한 절삭성을 위해 필요한 저경도로 본 발명의 제품을 어닐링하는 어려움을 증가시킨다. 이에 따라, 본 발명의 제품은 0.2-2.0% 바람직하게는 0.2-1.0%의 망간을 함유한다.
실리콘은 본 발명의 제품에 사용된 질소 분무된 분말의 제조 원료인 사전합금 물질의 용융시 탈산(deoxidation) 목적에 유용하다. 또한, 실리콘은 본 발명의 제품의 템퍼링(tempering)에 대한 내성을 개선시키는데 유용하다. 그러나, 지나친 양의 실리콘은 인성을 저하시키며, 본 발명의 분말야금 제품의 미세 구조에서 페라이트의 형성을 방지하는데 필요한 탄소 또는 질소의 양을 지나치게 증가시킨다. 실리콘은 최대 2.0%, 바람직하게는 0.2-1.0% 함유된다.
크롬은 본 발명의 제품의 내부식성, 경화능 및 템퍼링에 대한 내성을 증가시키는데 매우 중요하다. 그러나, 고바나듐 내부식 및 내마모성 공구강의 금속간 내마모성에 대해서는 매우 불리한 효과를 갖는 것으로 알려졌으며, 이런 이유로, 본 발명의 제품에서 크롬은 양호한 내부식성을 위해 필요한 최소한도로 제한되어야 한다. 본 발명의 제품의 크롬 함유량은 11.5-14.5% 범위이며, 바람직하게는 12.5-14.5% 범위의 것이 좋다.
크롬과 마찬가지로 몰리브덴은 본 발명의 제품의 내부식성, 경화능, 및 템퍼링에 대한 내성을 증가시키는데 매우 유용하다. 그러나, 지나친 양의 몰리브덴은 열간 가공성을 감소시킨다. 잘 알려진 바와 같이, 예를 들어 약 1%까지의 양에서 2:1의 비율로 몰리브덴의 일부가 텅스텐으로 대체 될 수 있다. 몰리브덴의 함유량은, 상기 표에서 보는 바와 같이, 최대 3.0%, 바람직하게는 0.5-3.0% 범위 이내인 것이 좋다.
황은 망간황화물의 형성을 통해 절삭성 및 연삭성을 증가시키는데 유용하다. 그러나, 열간 가공성 및 내부식성을 상당히 감소시킬 수 있다. 내부식성이 가장 중요한 경우, 황은 최대 0.03% 또는 그 이하로 유지시켜야 한다. 하지만, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 범위 내에서 황은 최대 0.10%까지 함유될 수 있다.
인은 최대 0.10%까지, 내부식성이나 내마모성이 중요한 경우에는 최대 0.05%까지 함유하는 것이 좋다.
바람직한 경우에, 약 0.005%에 달하는 양의 붕소가 본 발명에 따른 제품의열간 가공성을 개선하기 위해 추가될 수 있다.
본 발명의 제품의 생산시 사용된 질소 분무 고바나듐, 사전합금 분말을 생산하는데 사용되는 합금은 다양한 방법으로 용융될 수 있지만 가장 바람직하게는 공기, 진공, 또는 가압 유도 용융 기술에 의해 용융된다. 그러나, 상기 합금을 용융하고 분무하는데 사용되는 온도, 특히, 약 12% 이상의 바나듐을 함유하는 합금의 경우의 온도와 분말을 열간 등압 압축시키는데 사용되는 온도는 금속간 및 연삭 내마모성의 바람직한 레벨을 달성하기 위해 보다 많은 양의 미세 카바이드 또는 카보나이트리드를 유지함과 동시에 양호한 인성 및 연삭성을 달성하는데 필요한 크기의 미세 카바이드 또는 카보나이트리드를 얻을 수 있도록 면밀히 조절되어야 한다.
표 1. 실험용 물질의 화학조성
본 발명의 원리를 증명하기 위해, 일련의 합금이 유도 용융(induction melting)과 질소 분무에 의해 생산되었다. 이들 합금의 중량 퍼센트로 된 화학조성과 분무(atomizing) 온도는 상기 표 1에 나타나 있다. 또한, 몇 가지 시판용 주괴(ingot) 주조(cast) 또는 분말야금 내마모성 또는 내마모 및 내부식성 합금을 획득하여 비교시험하였다. 이들 시판용 합금의 화학조성은 표 2에 나타나 있다.
표 2. 비교시험된 물질의 화학조성
표 1의 실험용 합금은 (1) 사전합금 분말을 -16mesh 크기로(미국 표준) 체질하고, (2) 체질된 분말을 직경 5인치 x6인치의 고연강 컨테이너에 채워 넣고, (3) 500°F에서 진공으로 컨테이너의 가스를 방출시키고, (4) 컨테이너를 밀봉하고, (5) 약 15 ksi로 동작하는 고압력솥(high pressure autoclave)에서 4시간 동안2065°F까지 컨테이너를 가열시키고, (6) 컨테이너를 실내 온도로 서서히 냉각시킴으로써 처리된다. 때로는, 분말을 컨테이너에 채워 넣기 전에 적은 양의 탄소(흑연)가 분말과 혼합되어 분말 내의 탄소 함량이 규칙적으로 증가되도록 한다. 모든 압축형(compacts)은 2050°F의 재가열 온도를 이용하여 봉강(봉강들)으로 쉽게 열간 단조된다. 2시간 동안 1650°F에서 가열되고, 시간당 25°F를 초과하지 않는 속도로 1200°F로 서서히 냉각되고, 대기온도로 공기 냉각되는 통상적인 공구강 어닐링 주기를 이용하여 어닐링된 후 시험 시료는 봉강으로부터 기계로 가공된다.
본 발명의 PM 공구강 제품의 이점과 그 조성의 임계치 및 생산 방법을 증명하기 위해 몇 가지 실험 및 시험이 수행되었다. 특히, 이 실험 및 시험을 통해 (1) 미세구조, (2) 열 처리된 조건에서의 경도, (3) Charpy C-노치(notch) 충격 강도, (4) 금속간 내마모성의 측정으로써 교차된 실린더 마모 시험에서의 성능, (5) 연삭 내마모성의 측정으로써 핀 연삭 시험에서의 성능 및 (6) 부식성의 플라스틱 및 기타 활성 물질에서 내부식성의 측정으로써 변형된 왕수(aqua regia) 및 비등 아세트산 시험에서의 내부식성이 평가된다.
미세구조
본 발명의 PM 제품에 존재하는 1차 크롬이 풍부한 M7C3타입 및 바나듐이 풍부한 MC 타입의 카바이드의 특성이 도 1 및 도 2의 전자 현미경 사진을 통해 도시된다. 현미경 사진에서 크롬이 풍부한 카바이드는 회색으로 바나듐이 풍부한 카바이드는 검정색으로 표시된다. 이들 카바이드의 양에서의 차이점을 제외하고는13.57%의 크롬과 8.90%의 바나듐을 함유하는 봉강 95-6과, 13.31%의 크롬과 14.47%의 바나듐을 함유하는 봉강 92-23의 열처리된 샘플에서 카바이드는 크기 및 모양에서 바람직하게 분포되어 있으며 서로 유사하다는 것을 알 수 있다. 크롬이 풍부한 카바이드의 최대 크기는 바나듐이 풍부한 카바이드의 최대 크기보다 큰 경향이 있지만, 일반적으로 거의 모든 카바이드의 크기는 가장 큰 치수가 약 6 마이크론을 초과하지 않는다. 소형 크기의 1차 카바이드는 고바나듐 PM 냉간 가공 공구강에서 바나듐이 풍부한 MC 타입의 카바이드의 크기가 정상적인 분무 온도보다 높은 사용으로 조절될 수 있고 소형 크기의 카바이드는 양호한 인성과 연삭성을 달성하는데 바람직하다는 것을 지적하는 미국 특허 제 5,238,482호의 개시내용과 일치한다. 그러나, 봉강 95-6과 봉강 95-23(각각 2880 및 2860°F에서 생산)의 제조 원료인 분말에 대한 분무 온도에 의하면, 이들 봉강의 조성, 특히 고크롬 함량은 상기 특허에서 개시된 저크롬 고바나듐 공구강 제품에서 MC 타입 카바이드의 크기를 조절하는데 필요한 최소한의 온도 2910°F보다 낮은 분무 온도를 사용할 수 있다. 보다 낮은 분무 온도의 사용은 생산을 용이하게 하고 본 발명의 제품의 생산 원료인 분말의 생산비용을 절감시킨다.
본 발명의 분말야금 제품의 미세구조의 특성을 더 설명하기 위해, 본 발명의 범위(봉강 95-6, 95-7, 95-23, 95-342) 내에서 열처리된 4가지 제품의 샘플에 존재하는 1차 크롬이 풍부한 M7C3카바이드 및 바나듐이 풍부한 MC 카바이드의 부피비가 이미지 분석에 의해 결정되고 현재 디자인(봉강 93-48)의 고바나듐, 고크롬, 분말야금 내마모 및 내부식성 물질의 부피와 비교된다. 표 3에 제시된 측정 결과는 본 발명의 제품에서 바나듐이 풍부한 MC 카바이드의 부피비가 바나듐 함량과 함께 증가하고, 일반적으로 MC 카바이드의 부피비는 MC 카바이드가 2050°F에서 오스테나이트화 되고 500°F에서 템퍼링될 때 이들 제품에 존재하는 1차 카바이드의 총 부피의 적어도 1/3을 초과한다는 것을 보여준다. 이와 대조적으로, 동일한 열처리 후의 시판용 PM 물질은 훨씬 적은 비율의 바나듐이 풍부한 MC 카바이드를 함유한다. 예를 들어, 봉강 93-48의 카바이드 함량과 본 발명의 범위 내에 있고 대략 동일한 총 부피의 1차 카바이드를 함유하는 봉강 95-6의 카바이드 함량의 차이점을 비교해 보라.
표 3. 실험용 및 시판용 물질 * 의 1차 카바이드 부피
경도
경도는 마텐자이트 공구강의 강도, 인성 및 내마모성에 영향을 미치는 중요한 인자이다. 일반적으로, 가해지는 변형에 적절히 견디기 위해 냉간 가공 공구강은 약 58 HRC의 최소 경도가 필요하다. 더욱 높은 경도는 내마모성을 증가시키는데 유용하지만, 내부식성 냉간 가공 공구강에 있어서 더욱 높은 경도를 얻는데 필요한 조성 및 열처리는 종종 인성 또는 내부식성의 손실을 초래한다. 이런 관점에서, 표 4는 본 발명의 PM 제품에서 필요한 탄소 및 질소가 2050°F와 2150°F 사이에서 오스테나이트화 되고 오일로 냉각시키고 최선의 내부식성을 생성하는 온도 범위(500 내지 600°F)에서 템퍼링될 때 약 58 HRC의 최소 경도를 얻기 위해 필요한 탄소 및 질소 레벨에 대한 데이터를 보여준다. 바람직한 경도 반응을 달성하기 위해 본 발명의 제품의 탄소 및 질소 레벨은 다음 관계식에 의해 지시된 최소한도를 초과하거나 같아야 한다.
이 관계식의 중요성은 결합된 탄소 및 질소 레벨이 계산된 최소한도 이하이고 그 결과 지시된 열처리 후 필요한 경도를 제공하지 않는 봉강 95-8, 95-24에 대한 경도 데이터에 의해 나타난다. 이 두 물질에 적어도 58 HRC의 경도를 달성하기 위해 탄소 함량을 증가시켜야 했다. 0.093%의 질소를 함유하고 2.86%의 계산된 최소 탄소 함량을 갖는 봉강 95-8에 봉강 95-207과 같이 2.74%에서 2.94%까지 탄소를 증가시켜 바람직한 경도를 제공했다. 0.32%의 질소를 함유하고 2.01%의 계산된 최소 탄소 함량을 갖는 봉강 95-24에 봉강 95-240과 같이 1.91%에서 2.01%까지 탄소를 증가시키고, 봉강 93-241과 같이 1.91%에서 2.10%까지 탄소를 증가시켜 바람직한 경도를 달성했다.
표 4. 실험용 물질의 열처리 반응
충격 인성
본 발명의 PM 제품의 충격 인성을 평가하기 위해, 0.5인치의 노치 반경을 갖는 열처리된 시료에 대해 실내 온도에서 Charpy C-노치 충격 시험이 수행되었다. 시험 절차는 ASTM 표준 E23-88과 유사했다. 본 발명의 범위 내에서 생산된 3가지 서로 다른 PM 제품에서 마련된 시료와 몇 가지 시판용 내마모성 또는 내마모 및 내부식성 합금에 대해 얻어진 결과가 표 5에 나타난다. 즉, 그 결과는 일반적으로 본 발명의 PM 제품의 충격 인성이 증가된 바나듐 함량과 함께 감소된다는 것을 보여준다. 상기 결과는 또한 표 6에 제시된 바와 같이 훨씬 나쁜 금속간 내마모성을 갖는, 널리 사용된 종래의 주괴 주조 또는 PM 냉간 가공 공구강의 인성보다 본 발명의 PM 제품의 인성이, 바나듐 함량에 따라, 더 양호하거나 동등하다는 것을 보여준다.
표 5. 실험용 및 시판용 공구강의 챠피(Charpy) C-노치 충격 특성
A: 2050°F/3O min., OQ, 500°F/2+2 hr.
B: 2150°F/10 min., OQ, 500°F/2+2 hr
C: 2050°F/30 min., OQ, 1025°F/2+2 hr.
D: 2150°F/10 min., OQ, 1000°F/2+2+2 hr.
E: 1850°F/1 hr., AC, 400°F/2+2 hr.
F: 1850°F/1 hr., OQ, 500°F/2+2 hr.
G: 1900°F/1 hr., OQ, 400°F/2+2 hr.
H: 2100°F/10 min., OQ, 500°F/2+2 hr.
I: 1975°F/30 min., OQ/500°F/2+2 hr.
금속간 내마모성
본 발명의 PM 제품과 비교시험된 물질의 금속간 내마모성이 ASTM 표준 G83에 설명된 시험과 유사한 비윤활의(unlubricated) 교차된 실린더 마모 시험을 이용하여 측정된다. 이 시험에서, 시험되는 공구강의 실린더와 6%의 코발트를 함유하는 시멘트를 바른 텅스텐 카바이드로 제조된 실린더가 서로 수직으로 배치된다. 15파운드의 하중이 레버 암(lever arm)에 대한 중량을 통해 시료에 인가된다. 이 시험시 텅스텐 카바이드 실린더는 분당 667 회전 속도로 회전된다. 시험이 진행됨에 따라 마모 부분이 공구강의 시료에 형성된다. 고정된 시간 주기동안 수행된 시험의 종료시점에 시료의 마모 부분의 깊이를 측정하고 마모 깊이를 마모 부피로 전환시킬 목적으로 구해진 관계식에 의해 마모 깊이를 마모 부피로 전환시킴으로써 마모의 범위가 결정된다. 그리고 나서, 금속간 내마모성 또는 마모율의 역수가 다음 공식에 의해 계산된다.
여기서,
v는 마모 부피(in3)이고,
L은 인가된 하중(lb)이고,
s는 슬라이딩 거리(in)이고,
d는 텅스텐 카바이드 실린더의 직경(in)이고.
N은 텅스텐 카바이드 실린더의 회전 수(ppm)이다.
금속간(교차된 실린더) 마모 시험의 결과가 표 6에 제시된다. 이 결과는 PM 및 종래의 내마모성 물질의 금속간 내마모성이 크롬 및 바나듐 함량에 의해 상당한 영향을 받는다는 것을 보여준다. 금속간 내마모성에 대한 크롬의 매우 네거티브한 효과가 도 3에 도시되는데, 도 3은 CPM 10V(봉강 85-34), CPM 420V(봉강 95-21), CPM 440VM(봉강 91-90), MPL-1(봉강 91-12)의 금속간 내마모성을 비교한다. 이들 물질은 개략적으로 동일한 양의 바나듐을 함유하지만 크롬의 함유량은 다르다. 높은 함량의 탄소와 크롬은 필수적으로 내마모성을 개선시킨다고 지적하는 기존의 정보와는 대조적으로, PM 고바나듐의 크롬 함량을 증가시켜 내마모 및 내부식성 공구강이 실질적으로 금속간 내마모성을 감소시킨다는 것을 수치를 통해 알 수 있다. 따라서, 금속간 내마모성을 증가시키기 위해서는 내부식성, 고바나듐 마텐자이트계 PM 공구강의 크롬 함량이 양호한 내부식성에 필요한 최소한도로 제한되어야 한다. 이러한 이유로, 본 발명의 PM 제품의 크롬 함량은 11.5%와 14.5% 사이의 양, 바람직하게는 12.5%와 14.5% 사이의 양으로 제한된다.
도 4는 테이블 6에 포함된 두 개 그룹의 PM 내마모성 또는 내마모 및 내부식성 합금의 금속간 내마모성에 대한 바나듐 함량의 효과를 보여준다. 한 그룹은 약 12%에서 14%까지 크롬을 함유하고, 다른 그룹은 약 16%에서 24%까지 크롬을 함유한다. 약 16%에서 24%까지 함유하는 PM 물질 그룹에 있어서, 약 3%에서 9%까지 증가한 바나듐 함량은 금속간 내마모성에 대해 적은 효과만을 갖는 것이 명백하다. 반면에, 약 12%에서 14%까지 크롬 함량을 함유하는 PM 물질 그룹에 있어서, 약 4%이상 특히 약 8% 증가한 바나듐 함량은 금속간 내마모성을 현저히 증가시킨다. 일정한 바나듐 레벨에 있어서, 크롬은 네거티브 효과를 가지며, 금속간 내마모성은 16 내지 20%의 범위의 크롬 함량을 갖는 그룹에서보다 12 내지 14%의 범위의 크롬 함량을 갖는 합금 그룹에서 더 높다는 것이 명백하다. 이러한 이유로, 본 발명의 PM 제품의 크롬 함량은 11.5%와 14.5% 사이의 범위로 제한되고 바나듐 함량은 약 8% 내지 약 15% 사이의 넓은 범위로, 바람직하게는 약 12% 내지 15%의 범위로 제한된다.
연삭 내마모성
실험 물질의 연삭 내마모성은 핀 연삭 시험을 사용하여 평가된다. 이 시험에서, 작은 원주모양의 시료(0.25 직경)가 15파운드 하중 하에서, 건조한 150-mesh 석류석(garnet) 연삭 직물에 대고 압축된다. 이 직물은 갓 만들어진 연삭재 위에 중첩되지 않는 경로로 시료를 약 500인치 이동시키는 이동가능한 탁자에 고정된다. 시료는 연삭재 위로 이동할 때 자체의 축을 중심으로 회전한다. 물질 성능의 측정으로서 시료의 중량 손실이 사용된다.
표 6은 핀 연삭 시험의 결과를 보여준다. 본 발명의 PM 제품에 있어서, 일반적으로 연삭 내마모성은, 8.90%의 바나듐(52 내지 53.7그램)을 함유하는 봉강 95-6의 중량 손실과 11.96%의 바나듐(44 내지 51.5그램)을 함유하는 봉강 95-7과 14.47%의 바나듐(39.5 내지 47그램)을 함유하는 봉강 95-23의 중량 손실을 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 바나듐 함량을 증가시킨다는 것이 명백하다. 또한, 본 발명의 PM 제품의 연삭 내마모성은, 봉강 95-6(52 내지 53.7그램)의 중량 손실과 Elmax(70그램), CPM 440VM(64그램), M390(60그램)의 중량 손실을 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 몇개의 시판용 PM 내부식 및 내마모성 물질의 연삭 내마모성보다 우수하다는 것을 뚜렷이 알 수 있다.
표 6. 실험용 및 시판용 공구강의 내마모성
**열처리:
A: 2050°F/30 min., OQ, 500°F/2+2 hr.
B: 2150°F/10 min., OQ, 500°F/2+2 hr.
C: 2050°F/30 min., OQ, 1025°F/2+2 hr.
D: 2150°F/10 min., OQ, 1000°F/2+2+2 hr.
E: 1850°F/1 hr., AC, 400°F/2+2 hr.
F: 1850°F/1 hr., OQ, 500°F/2+2 hr.
G: 1900°F/1 hr., OQ, 400°F/2+2 hr.
H: 2100°F/10 min., OQ, 500°F/2+2 hr.
I. 1975°F/30 min., OQ/500°F/2+2 hr.
내부식성
비교를 위해 포함된 몇 가지 시판용 합금 및 본 발명의 PM 제품의 내부식성은 두 가지의 다른 부식 시험에서 평가된다. 한 시험에서는, 부피에 따라 5%의 질산과 1%의 염산을 함유하는 수성 용액에 샘플이 실내 온도에서 3시간 동안 잠기게 된다. 샘플의 중량 손실이 결정되고 나서 부식 비율이 물질 농도와 시료 표면 면적을 이용하여 계산된다. 다른 부식 시험에서는, 부피에 따른 10%의 빙초산의 비등 수성 용액에 샘플이 24시간 동안 잠기게 된다. 각 샘플은 시험 용액에 잠기게 된다. 각 샘플의 중량 손실이 결정되고 물질 농도와 표면 면적을 이용하여 부식 비율이 계산되고 물질 성능의 측정으로 사용된다.
표 7. 실험용 및 시판용 공구강의 내부식성
A: 2050°F/3O min., OQ, 500°F/2+2 hr.
B: 2150°F/10 min., OQ, 500°F/2+2 hr.
C: 2050°F/30 min , OQ, 1025°F/2+2 hr.
D: 2150°F/10 min., OQ, 1000°F/2+2+2 hr.
E: 1850°F/1 hr., AC, 400°F/2+2 hr.
F: 1850°F/1 hr., OQ, 500°F/2+2 hr.
G: 1900°F/1 hr., OQ, 400°F/2+2 hr.
H: 2100°F/10 min., OQ, 500°F/2+2 hr.
I: 1975°F/30 min., OQ/500°F/2+2 hr.
표 7은 부식 시험의 결과를 보여준다. 이 결과는 희석된 왕수 시험에서 본 발명의 PM 제품의 성능은 탄소와 질소 사이의 평형 및 크롬, 몰리브덴 및 바나듐의 함유량에 의해 크게 달라진다. 봉강 95-24, 95-8에 나타난 PM 제품은 이 시험에서 우수한 내부식성을 나타내고 있지만, 표 4 및 5에 나타난 바와 같이, 탄소 및 질소 함량은 지시된 열처리 후 적어도 58HRC의 경도를 달성하고 바람직한 정도의 금속간 내마모성을 제공하기 위해 필요한 함량보다 적다. 봉강 95-23, 95-7, 95-240에서와 같이, 적어도 58HRC의 경도를 달성하기 위해 필요한 최소한의 양을 만족하거나 초과하지 않도록 증가한 탄소 또는 질소 함량은 이 시험에서 내부식성을 서서히 감소시킨다. 그러나, 탄소 및 질소 함량이 다음 관계식에 따라 계산된 최대한도를 초과하지 않는 한, 이들 물질에 의해 나타난 내부식성 레벨은 여전히 매우 높다.
1.95%의 탄소 함량이 계산된 최대값 2.07%를 초과하지 않는 봉강 95-342(446내지 585 mils/month)의 부식 비율과 2.10%의 탄소 함량이 계산된 최대값 2.07%를 초과하는 봉강 95-341(768 내지 798 mils/month)의 부식 비율을 비교함으로써, 계산된 탄소 및 질소의 한계를 초과하는 매우 네거티브한 효과를 알 수 있다. 두 가지의 시판용 PM 내마모성 또는 내마모 및 내부식성 합금의 우수한 성능과 관련한 본 발명의 범위 내의 PM 제품의 우수한 성능은 봉강 95-23(218 내지 219 mils/month)과 봉강 95-240(252 내지 308 mils/month)의 부식 비율과, 현재의 고크롬 및 바나듐 PM 내마모성 합금을 나타내는 봉강 90-136(1046 mils/month)과 현재의 고크롬 및 바나듐 PM 내마모 및 내부식성 합금을 나타내는 봉강 93-73(916 내지 1243 mils/month)의 부식 비율을 비교함으로써 알 수 있다.
상기 희석된 왕수 시험에서 얻어진 결과와 유사하게, 비등 아세트산 시험에서 얻어진 결과는 본 발명의 PM 제품의 내부식성이 탄소 및 질소의 평형에 따라 크게 달라진다는 것을 보여준다. 다시 말하여, 계산된 최소의 탄소 함량보다 적은 양을 함유하는 봉강 95-24는 우수한 내부식성을 나타낸다. 그러나, 이미 설명된 바와 같이, 이 물질의 경도는 지나치게 낮아서 바람직한 정도의 금속간 내마모성을 제공하지는 못한다. 탄소 및 질소 함량이 상기 논의된 관계식에 따라 계산된 최대한도를 초과하지 않는다는 조건 하에서, 본 발명의 범위 내의 PM 제품의 내부식성은 비등 아세트산에서 매우 양호하다. 1.95%의 탄소 함량이 계산된 최대값 2.07%를 초과하지 않는 봉강 95-342(42 내지 77 mils/month)의 아세트산에서의 부식 비율과 2.10%의 탄소 함량이 계산된 최대값 2.07%를 초과하는 봉강 95-341(137 내지 311 mils/month)의 아세트산에서의 부식 비율을 비교함으로써, 계산된 탄소의 한계를초과하는 매우 네거티브한 효과를 알 수 있다. 현재의 기술을 대표하는 두 가지의 PM 내마모성 또는 내마모 및 내부식성 합금의 우수한 성능과 관련한 아세트산 시험에서 본 발명의 PM 제품의 우수한 성능은 봉강 95-23(19 내지 42 mils/month)과 봉강 95-240(18 내지 27 mils/month)의 부식 비율과 봉강 90-136(640 mils/month)과 봉강 93-73(341 내지 429 mils/month)의 부식 비율을 비교함으로써 알 수 있다.
본 발명의 PM 제품의 내부식성에 대하여 탄소의 일부를 질소로 대체하는 이로운 효과는 아세트산 시험에서 봉강 95-240, 95-241, 95-6의 부식 비율을 비교함으로써 알 수 있다. 이들 봉강은 개략적으로 동일한 양의 크롬, 몰리브덴, 바나듐을 함유하고 있지만, 탄소 및 질소 함량은 현저히 다르다. 표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 2.01%의 탄소와 0.32%의 질소를 함유하는 봉강 95-240은 2.10%의 탄소와 0.32%의 질소를 함유하는 봉강 95-241(48 내지 109 mils/month)과, 2.25%의 탄소와 0.098%의 질소를 함유하는 봉강 95-6(83 내지 153 mils/month)의 순서에 이어지는 가장 낮은 부식 비율(18 내지 27 mils/month)을 갖는다.
요약하면, 마모 및 부식 시험 결과는 본 발명의 고바나듐 PM 제품이 종래 디자인에 따른 내부식 및 내마모성 공구강에 의해 달성되지 못하는 금속간 내마모성, 연삭 내마모성 및 내부식성의 현저히 개선된 조합을 나타낸다는 것을 보여준다. 이 PM 제품의 개선된 특성은 내부식성, 고바나듐 PM 공구강의 금속간 내마모성이 크롬을 함유함으로써 현저히 감소된다는 것과 가장 양호한 금속간 내마모성을 위해 크롬 함량이 양호한 내부식성에 필요한 최소 레벨로 감소되어야 한다는 발견에 근거한다. 또한, 이들 저조한 크롬 레벨에서 양호한 내부식성을 달성하고 금속간 및 연삭 내마모성에 필요한 경도를 달성하기 위해, 본 발명의 PM 제품의 탄소 및 질소 함량이 지시된 관계식에 따라 본 제품의 크롬, 몰리브덴, 바나듐 함량이 균형을 이루어야 한다는 것이 중요하다. 계산된 최소한도 이하의 탄소 및 질소 레벨은 내부식성을 서서히 향상시키지만, 충분한 경도 및 내마모성을 제공하지는 않는다. 계산된 최대한도 이상의 탄소 및 질소 레벨은 달성될 수 있는 경도를 증가시키지만, 내부식성에 대해서는 매우 불리한 효과를 갖는다. 또한, 질소는 본 발명의 PM 제품의 내부식성을 향상시킨다는 것이 발견되었고, 내부식성이 1차적으로 중요할 때 이들 제품에서 탄소의 일부를 질소로 대체 시킬 수 있다.
본 발명의 PM 제품의 특성은 합금강 피복 배럴, 배럴 라이너(liner), 스크루 엘리먼트, 체크 링(rings) 및 역지 밸브(nonreturn valve)에서와 같이 강화 플라스틱의 생산에서 사용된 기계적으로 피복된 복합물이나 열간 등압 압축(HIP)에서 또는 모놀리식 압형(tooling)에서 특히 본 발명의 제품을 유용하게 한다. 기타 적용가능한 예로는 음식 처리에 사용되는 내부식성 베어링, 칼 및 스크레이퍼(scrapers)와, 내부식성 다이와, 몰드를 포함한다.
본 발명에 사용된 용어 M7C3카바이드는 육각형의 크리스탈 구조로 특징지어진 크롬이 풍부한 카바이드를 지칭하며, 여기서 M은 카바이드 형성 요소 크롬과, 카바이드에 또한 존재할 수도 있는 바나듐, 몰리브덴, 철과 같은 소량의 기타 요소를 나타낸다. 상기 용어는 또한 탄소의 일부가 질소로 대체되는 카보나이트리드로서 알려진 그 변형(variations)을 포함한다.
본 발명에 사용된 용어 MC 카바이드는 큐빅 크리스탈 구조로 특징지어진 바나듐이 풍부한 카바이드를 지칭하며, 여기서 M은 카바이드 형성 요소 바나듐과, 카바이드에 또한 존재할 수도 있는 몰리브덴, 크롬, 철과 같은 소량의 기타 요소를 나타낸다. 상기 용어는 또한 바나듐이 풍부한 M4C3카바이드와 탄소의 일부가 질소로 대체되는 카보나이트리드로서 알려진 변형을 포함한다.
달리 언급되지 않을 경우, 모든 백분율은 중량 퍼센트이다.

Claims (11)

  1. 중량 퍼센트로, 1.47 내지 3.77%의 탄소와, 0.2 내지 2.0%의 망간과, 0.10%까지의 인과, 0.10%까지의 황과, 2.0%까지의 실리콘과, 11.5 내지 14.5%의 크롬과, 3.00%까지의 몰리브덴과, 8.0 내지 15.0%의 바나듐과, 0.03 내지 0.46%의 질소, 그리고 나머지 철 및 부수적인 불순물을 필수적으로 포함하여 이루어진 질소 분무 사전합금 분말로 제조되고 높은 금속간 내마모성을 갖는 완전 조밀(fully dense), 내부식성, 고바나듐, 분말야금 냉간 가공 공구강 제품으로, 탄소와 질소는 다음 공식에 따라 균형을 이루게 되고,
    상기 제품은 적어도 58HRC의 경도로 경화되고 템퍼링될 때, 1차 M7C3및 MC 카바이드의 부피비가 16과 36% 사이이며, MC 카바이드의 부피가 1차 카바이드 총 부피의 적어도 1/3이고 1차 카바이드의 최대 크기는 가장 큰 치수가 6마아크론을 초과하지 않으며, 적어도 10 x1010psi의 금속간 내마모성이 달성되는 완전 조밀, 내부식성, 고바나듐, 분말야금 냉간 가공 공구강 제품.
  2. 중량 퍼센트로, 1.83 내지 3.77%의 탄소와, 0.2 내지 1.0%의 망간과, 0.05%까지의 인과, 0.03%까지의 황과, 0.2 내지 1.00%의 실리콘과, 12.5 내지 14.5%의크롬과, 0.5 내지 3.00%의 몰리브덴과, 8.0 내지 15.0%의 바나듐과, 0.03 내지 0.19%의 질소, 그리고 나머지 철 및 부수적인 불순물을 필수적으로 포함하여 이루어진 질소 분무 사전합금 분말로 제조되고 높은 금속간 내마모성을 갖는 완전 조밀, 내부식성, 고바나듐, 분말야금 냉간 가공 공구강 제품으로, 탄소와 질소는 다음 공식에 따라 균형을 이루게 되고,
    상기 제품은 적어도 58HRC의 경도로 경화되고 템퍼링될 때, 1차 M7C3및 MC 카바이드의 부피비가 16과 36% 사이이며, MC 카바이드의 부피가 카바이드 총 부피의 적어도 1/3이고 1차 카바이드의 최대 크기는 가장 큰 치수가 6마이크론을 초과하지 않으며, 적어도 10 x1010psi의 금속간 내마모성이 달성되는 완전 조밀, 내부식성, 고바나듐, 분말야금 냉간 가공 공구강 제품.
  3. 중량 퍼센트로, 1.60 내지 3.62%의 탄소와, 0.2 내지 1.0%의 망간과, 0.05%까지의 인과, 0.03%까지의 황과, 0.2 내지 1.00%의 실리콘과, 12.5 내지 14.5%의 크롬과, 0.5 내지 3.00%의 몰리브덴과, 8.0 내지 15.0%의 바나듐과, 0.20 내지 0.46%의 질소, 그리고 나머지 철 및 부수적인 불순물을 포함하는 질소 분무 사전합금 분말로 제조되고 높은 금속간 내마모성을 갖는 완전 조밀, 내부식성, 고바나듐, 분말야금 냉간 가공 공구강 제품으로, 탄소와 질소는 다음 공식에 따라 균형을 이루게 되고,
    상기 제품은 적어도 58HRC의 경도로 경화되고 템퍼링될 때, 1차 M7C3및 MC 카바이드의 부피비가 16과 36% 사이이며, MC 카바이드의 부피가 카바이드 총 부피의 적어도 1/3이고 1차 카바이드의 최대 크기는 가장 큰 치수가 6마이크론을 초과하지 않으며, 적어도 10 x1010psi의 금속간 내마모성이 달성되는 완전 조밀, 내부식성, 고바나듐, 분말야금 냉간 가공 공구강 제품.
  4. 제 2 항에 있어서, 바나듐 함량은 12.0 내지 15.0 중량% 범위 내이고 탄소의 함량은 2.54 내지 3.77 중량% 범위 내에 있는 완전 조밀, 내부식성, 고바나듐, 분말야금 냉간 가공 공구강 제품.
  5. 제 3항에 있어서, 바나듐 함량은 12.0 내지 15.0 중량% 범위 내이고 탄소의 함량은 2.31 내지 3.62 중량% 범위 내에 있는 완전 조밀, 내부식성, 고바나듐, 분말야금 냉간 가공 공구강 제품.
  6. 중량 퍼센트로, 1.47 내지 3.77%의 탄소와, 0.2 내지 2.0%의 망간과, 0.10%까지의 인과, 0.10%까지의 황과, 2.0%까지의 실리콘과, 11.5 내지 14.5%의 크롬과3.00%까지의 몰리브덴과, 8.0 내지 15.0%의 바나듐과, 0.03 내지 0.46%의 질소, 그리고 나머지 철 및 부수적인 불순물을 필수적으로 포함하여 이루어지고, 탄소와 질소는 다음 공식에 따라 균형을 이루게 되는,
    높은 금속간 내마모성을 갖는 완전 조밀, 내부식성, 고바나듐, 분말야금 냉간 가공 공구강 제품을 생산하는 방법으로서,
    상기 방법은, 분말을 생산할 수 있도록 2800과 3000°F 사이의 온도에서 용융 공구강 합금을 질소 분무하는 단계, 분말을 대기온도로 급속 냉각시키는 단계, -16mesh(미국 표준)로 분말을 체질하는 단계, 13 내지 16 ksi의 압력에서 2000 내지 2100°F의 온도로 분말을 열간 등압 압축하는 단계, 및 상기 단계를 거친 제품을 열간 가공, 어닐링 및 적어도 58HRC로 경화하는 단계를 포함하며, 상기 단계를 거친 제품이 1차 M7C3및 MC 카바이드의 부피비가 16과 36% 사이이며, MC 카바이드의 부피가 1차 카바이드 총 부피의 적어도 1/3이고 1차 카바이드의 최대 크기는 가장 큰 치수가 6마이크론을 초과하지 않으며, 적어도 10 x1010psi의 금속간 내마모성이 달성되도록 하는 완전 조밀, 내부식성, 고바나듐, 분말야금 냉간 가공 공구강 제품의 생산 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 분말야금 공구강 제품은 중량 퍼센트로, 1.83 내지3.77%의 탄소와, 0.2 내지 1.0%의 망간과, 0.05%까지의 인과, 0.03%까지의 황과, 0.2 내지 1.00%의 실리콘과, 12.5 내지 14.5%의 크롬과, 0.5 내지 3.00%의 몰리브덴과, 8.0 내지 15.0%의 바나듐과, 0.03 내지 0.19%의 질소, 그리고 나머지 철 및 부수적인 불순물을 필수적으로 포함하여 이루어지고, 탄소와 질소는 다음 공식에 따라 균형을 이루게 되는 완전 조밀, 내부식성, 고바나듐, 분말야금 냉간 가공 공구강 제품의 생산 방법:
  8. 제 5항에 있어서, 상기 분말야금 공구강 제품은 중량 퍼센트로, 1.60 내지 3.62%의 탄소와, 0.2 내지 1.0%의 망간과, 0.05%까지의 인과, 0.03%까지의 황과, 0.2 내지 1.0%의 실리콘과, 12.5 내지 14.5%의 크롬과, 0.5 내지 3.00%의 몰리브덴과, 8.0 내지 15.0%의 바나듐과, 0.20 내지 0.46%의 질소, 그리고 나머지 철 및 부수적인 불순물을 필수적으로 포함하여 이루어지고, 탄소와 질소는 다음 공식에 따라 균형을 이루게 되는 완전 조밀, 내부식성, 고바나듐, 분말야금 냉간 가공 공구강 제품의 생산방법:
  9. 제 7항에 있어서, 분말야금 제품의 바나듐 함량은 12.0 과 15.0 중량% 사이에 있고 탄소의 함량은 2.54 내지 3.77 중량% 범위 내에 있는 완전 조밀, 내부식성, 고바나듐, 분말야금 냉간 가공 공구강 제품의 생산 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 분말야금 제품의 바나듐 함량은 12.0 내지 15.0 중량% 범위 내에 있고 탄소의 함량은 2.31 내지 3.62 중량% 범위 내에 있는 완전 조밀, 내부식성, 고바나듐, 분말야금 냉간 가공 공구강 제품의 생산 방법.
  11. 제 5 항에 있어서, 상기 질소 분무는 2840과 2880°F 사이의 온도에서 이루어지고 압축(compacting)은 15 ksi의 압력으로 2065°F의 온도에서 이루어지는 완전 조밀, 내부식성, 고바나듐, 분말야금 냉간 가공 공구강 제품의 생산 방법.
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