KR100540851B1 - Material for the manufacture of parts and tools for use at elevated temperature, method for producing the material - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열부하를 받는 부품 및 공구를 위한 재료, 상기 재료의 제조 방법 및 용도에 관한 것이다.The present invention relates to materials for heat-loaded parts and tools, methods of making and using the materials.
본 발명은, 높은 반응 불활성, 특히 높은 내산화성 및 750℃까지의 온도에서 증가된 경도를 가지며, 합금의 니켈 함량이 "크롬 함량 + 1.5 규소중량 % - 0.12 망간중량 % - 18 질소중량 % - 30 탄소중량 % - 6"으로 형성된 값과 동일하거나 경우에 따라 최대 4.8 중량 %가 더 크며(Ni ≥Cr + 1.5 ×Si - 0.12 Mn - 18 ×N - 30 ×C - 6),The present invention has a high reaction inertness, in particular high oxidation resistance and increased hardness at temperatures up to 750 ° C., where the nickel content of the alloy is " chromium content + 1.5 silicon weight%-0.12 manganese weight%-18 nitrogen weight%-30 Equal to or equivalent to the value formed by carbon weight%-6 "or up to 4.8 weight% (Ni ≥ Cr + 1.5 × Si-0.12 Mn-18 × N-30 × C-6),
0.01 내지 0.25 중량 %의 탄소(C),0.01 to 0.25 weight% carbon (C),
0.35 내지 2.5 중량 %의 규소(Si),0.35 to 2.5 weight percent silicon (Si),
0.4 내지 4.3 중량 %의 망간(Mn),0.4 to 4.3 weight% manganese (Mn),
16.0 내지 28.0 중량 %의 크롬(Cr),16.0 to 28.0 weight percent of chromium (Cr),
15.0 내지 36.0 중량 %의 니켈(Ni),15.0 to 36.0 weight percent nickel (Ni),
0.01 내지 0.29 중량 %의 질소(N)의 조성,A composition of nitrogen (N) of 0.01 to 0.29% by weight,
잔류 철(Fe), 및 부수적인 원소와 불순물을 포함하는 합금으로 이루어진 재료로 구성되며, 이 재료는 냉간 변형을 통해 형성된 적어도 230 HB의 경도를 갖는다.It consists of a material consisting of residual iron (Fe) and an alloy containing ancillary elements and impurities, which material has a hardness of at least 230 HB formed through cold deformation.
Description
도 1은 604℃에서 본 발명에 따른 재료의 냉간 변형 정도에 따른 강도를 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the strength according to the degree of cold deformation of the material according to the invention at 604 ℃.
도 2는 600℃에서 장시간 온도 부하를 받은 후 실온에서의 경도 파형을 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the hardness waveform at room temperature after receiving a temperature load for a long time at 600 ℃.
본 발명은 열부하를 받는 부품 및 공구를 위한, 높은 비반응성, 특히 높은 내산화성 및 높은 경도를 갖는 재료에 관한 것이다.The present invention relates to materials having high non-reactivity, in particular high oxidation resistance and high hardness, for parts and tools subjected to heat loads.
DIN 50900에 따르면 측정 가능한 재료 변형을 야기하는 주위 환경에 의한 금속 재료의 반응을 부식이라고 정의한다. 이 경우 부식은 부품의 기계적 하중에 의해 및 부품의 기계적 하중 없이, 여러가지 방식의 화학적 공격에 따라, 그리고 여러 온도에서 일어날 수 있다.According to DIN 50900, the reaction of metal materials by the surrounding environment to cause measurable material deformation is defined as corrosion. Corrosion can in this case take place by means of the mechanical load of the part and without the mechanical load of the part, depending on the chemical attack in different ways and at various temperatures.
이온 전도 상(相)의 존재 하에서 전기 화학적 부식을 통해, 또는 화학적 부식 및 온도 상승시 고온 부식에 의해 대상을의 표면 침식이 야기되는 경우가 가장 빈번하다. 또한 온도 상승시 액상 유리와 같은 용융된 매질에서도 표면과 접촉되어 있는 금속 부품의 표면 변형에 의한 부식성 공격이 일어날 수 있다.Most often, surface erosion of the object is caused by electrochemical corrosion in the presence of an ion conducting phase, or by high temperature corrosion upon chemical corrosion and temperature rise. In addition, in a molten medium such as liquid glass at elevated temperatures, a corrosive attack may occur due to surface deformation of a metal part in contact with the surface.
현대 기술에서는 부품 및 공구 부재들이 대부분 다수의 상이한 하중(부하)에 동시에 노출되고, 그러한 하중들 중에 특히 열적 하중 및 기계적 하중은 교대로 또는 동적으로(獨: schwellend) 작용할 수 있다. 이에 따라, 몇 배로 증대된 부식 조건들이 형성될 수 있으며, 이 조건들은 경우에 따라 부품의 표면 근처 영역의 변형에 의해 증대된다.In modern technology, parts and tool members are mostly exposed simultaneously to many different loads (loads), among which thermal and mechanical loads in particular can act alternately or dynamically (well). As a result, many times the increased corrosion conditions can be formed, which are in some cases increased by deformation of the region near the surface of the part.
내식성 내열성 강 및 합금은 600℃ 이상의 온도에서도 견딜 수 있기 위해 면심 입방 원자격자 구조 내지는 오스테나이트 결정 구조를 가져야 한다. 이는 합금 기술적으로는, 증대된 강도의 관점에서, 그러한 방식의 재료가 더 높은 니켈 함량 및/또는 코발트 함량을 갖는다는 것을 의미하거나, 또는 니켈이나 코발트를 기재로 하는 합금으로서 형성되는 것을 의미한다. 그러나 이 경우 화학적 부식을 이유로 크롬 함량이 13 중량 % 이상이어야 한다.The corrosion resistant heat resistant steels and alloys must have a face-centered cubic lattice structure or austenite crystal structure in order to be able to withstand temperatures above 600 ° C. This means that, in alloy technical terms, in terms of increased strength, the material in such a manner has a higher nickel content and / or cobalt content or is formed as an alloy based on nickel or cobalt. In this case, however, the chromium content must be 13% by weight or more due to chemical corrosion.
높은 니켈 농도를 갖는 재료가 일관성있게 증가된 기계적 강도 내지는 높은 재료 경도를 가지며, 그로 인해 고온에서 부품 및 공구 부재들의 사용 특성이 개선됨에도 불구하고, 경제적인 이유에서 니켈 함량을 36 중량 % 미만으로 줄이고, 내식성을 증가시키기 위해 합금의 크롬 할당량을 16 중량 % 이상으로 증가시키는 것이 요구된다.Although materials with high nickel concentrations have consistently increased mechanical strength or high material hardness, thereby improving the use properties of parts and tool members at high temperatures, for economic reasons, the nickel content is reduced to less than 36% by weight. In order to increase the corrosion resistance, it is required to increase the chromium quota of the alloy to 16% by weight or more.
36 중량 % 미만의 니켈 함량을 가지는, 철을 기재로 하는 오스테나이트계 재료는 높은 크롬 농도로 인해, 경우에 따라 추가의 부식 방지 원소들과 함께, 고온에서, 예컨대 600℃에서 및 그 이상의 온도에서 최소 요구 시간동안 부식성 공격을 견딜 수 있지만, 상기 재료는 경도가 낮을 뿐만 아니라 그와 유사한 정도의 강도 및 제한된 크리프 특성을 갖는다. 이러한 단점에도 불구하고 예컨대 DIN 재료 번호 1.2780, 1.2782 및 1.2786에 따른 합금은 경제적 및 제조적 이유에서 유리 가공용 공구로서 사용된다.Iron-based austenitic materials having a nickel content of less than 36% by weight, due to the high chromium concentration, optionally with additional corrosion protection elements, at high temperatures, such as at 600 ° C. and above Although capable of withstanding corrosive attack for a minimum required time, the material not only has low hardness but also has a similar degree of strength and limited creep properties. Despite these disadvantages, alloys according to DIN materials nos. 1.2780, 1.2782 and 1.2786, for example, are used as tools for glass processing for economic and manufacturing reasons.
이에 본 발명은 해결책을 제공하고자 하며, 230 HB보다 높은 경도를 가지고, 600℃ 이상의 온도에서도 높은 내크리프성(creep resistance)과 개선된 크리프 특성 및 그와 유사한 내식성을 가지는, 도입부에 언급한 방식의 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention therefore provides a solution, having a hardness higher than 230 HB, and having a high creep resistance and improved creep properties and similar corrosion resistance even at temperatures above 600 ° C. It is an object to provide a material.
또한 본 발명은 높은 경도 및 증대된 내식성에서 개선된 사용 특성을 갖는 부품 및 공구용 재료를 경제적으로 제조하기 위한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a method for economically manufacturing materials for parts and tools having improved use properties at high hardness and increased corrosion resistance.
마지막으로 본 발명은 550℃ 이상의 작동 온도에서 사용되는 열처리 공구용 재료로서 철을 기재로 하는 합금을 사용하는 것을 목적으로 한다.Finally, the present invention aims to use an alloy based on iron as a material for heat treatment tools used at operating temperatures of 550 ° C. or higher.
전술한 목적은, 합금의 니켈 함량이 "크롬 함량 + 1.5 규소중량 % - 0.12 망간중량 % - 18 질소중량 % - 30 탄소중량 % - 6"으로 형성된 값과 동일하거나 경우에 따라 최대 4.8 중량 %가 더 크며(Ni ≥Cr + 1.5 ×Si - 0.12 Mn - 18 ×N - 30 ×C - 6), 실질적으로The above purpose is that the nickel content of the alloy is equal to, or in some cases up to, 4.8 weight% of the value formed from "Chrome content + 1.5 silicon weight%-0.12 manganese weight%-18 nitrogen weight%-30 carbon weight%-6" Larger (Ni ≥ Cr + 1.5 × Si-0.12 Mn-18 × N-30 × C-6), substantially
0.01 내지 0.25 중량 %의 탄소(C),0.01 to 0.25 weight% carbon (C),
0.35 내지 2.5 중량 %의 규소(Si),0.35 to 2.5 weight percent silicon (Si),
0.4 내지 4.3 중량 %의 망간(Mn),0.4 to 4.3 weight% manganese (Mn),
16.0 내지 28.0 중량 %의 크롬(Cr),16.0 to 28.0 weight percent of chromium (Cr),
15.0 내지 36.0 중량 %의 니켈(Ni),15.0 to 36.0 weight percent nickel (Ni),
0.01 내지 0.29 중량 %의 질소(N)의 조성,A composition of nitrogen (N) of 0.01 to 0.29% by weight,
잔류 철(Fe), 및 부수적인(accompanying) 원소와 불순물을 포함하는 합금으로 이루어져 있으며, 냉간 변형을 통해 형성된 적어도 230 HB의 경도를 갖는, 도입부에 언급한 방식의 재료를 통해 달성된다.It is achieved through a material of the type mentioned in the introduction, consisting of an alloy containing residual iron (Fe), and ancillary elements and impurities, and having a hardness of at least 230 HB formed through cold deformation.
본 발명에 의해 획득되는 장점은 특히 선택된 합금의 화학적 부식에 대한 내성 및 상기와 같은 화학 조성에서 냉간 변형을 통해 달성될 수 있는 재료 특성의 시너지 효과를 들 수 있다. 면심 입방 오스테나이트의 재결정화 온도보다 낮은 온도에서 냉간 변형 또는 변형시 결정격자내의 전위(dislocation) 이동이 방해됨으로써 재료가 경화된다. 이와 결합하여 600℃ 이상의 사용 온도에서도, 전문가의 소견과 달리 놀랍게도, 본 발명에 따른 재료의 경도 증가 및 강도 상승이 유지되고, 예컨대 열적으로 활성화된 크로스 슬립(cross slip) 및 전위의 재결합과 같은, 왜곡된 격자 내에서 예상되는 회복 과정이 통상의 기간내에서는 관찰될 수 없다. 다르게 말하면, 전문가적인 의견과 반대로, 냉간 변형을 통해 증대된, 본 발명에 따른 조성을 갖는 재료의 내열성이 부품의 높은 사용 온도에서도 유지되는데, 그 이유는 강의 높은 내크리프성이 상기 강의 크리프 특성을 개선시키기 때문이다. 특히 내구성 유리(durable glass) 제조용 주형과 같이 동적 열부하가 있는 경우, 작업 표면에서 각각 심한 온도 변동이 일어나고, 그에 따라 재료의 국부적 부피 변동이 발생한다. 본 발명에 따라 증대된 재료 경도 및 내열성에 의해 재료, 예컨대 유리 주형의 국부적 변형 내지는 표면 근처의 변형이 상기 재료의 탄성 범위 내에서 이루어지며, 그로 인해 약간의 소성변형시에도 나타날 수 있고 모울드의 파손을 야기할 수 있는 피로균열이 억제된다는 것이 밝혀졌다.The advantages obtained by the present invention include in particular the synergistic effects of the material properties which can be achieved through cold deformation in such chemical compositions and resistance to chemical corrosion of the selected alloy. At colder temperatures than the recrystallization temperature of the face-centered cubic austenite, the dislocation movement in the crystal lattice is hindered by cold deformation or deformation, thereby hardening the material. In combination with this, even at operating temperatures of 600 ° C. or higher, surprisingly, the hardness increase and strength increase of the material according to the invention are maintained, for example, such as thermally activated cross slip and recombination of dislocations, The expected recovery process in the distorted grating cannot be observed in the usual period. In other words, contrary to the expert opinion, the heat resistance of the material having the composition according to the invention, which is increased through cold deformation, is maintained even at the high service temperature of the part, because the high creep resistance of the steel improves the creep properties of the steel. Because it is. Particularly in the case of dynamic thermal loads, such as in molds for producing durable glass, severe temperature fluctuations occur at the working surfaces, respectively, and therefore local volume fluctuations of the material occur. Due to the increased material hardness and heat resistance according to the invention local or near surface deformation of a material, such as a glass mold, occurs within the elastic range of the material, which can therefore manifest itself in slight plastic deformation and breakage of the mold. It has been found that fatigue cracking, which can cause toxicants, is suppressed.
재료의 개선된 특성 프로파일을 보장하기 위해, 상기 재료가 냉간 변형시에도 안정적인 오스테나이트 영역 내에 머물고, 변형-유도(strain-induced) 마르텐사이트가 포함된 영역을 갖지 않는 것이 중요하다. 이는 본 발명에 따라 제한 범위 내에서 주어지는 니켈 농도와 크롬 농도에 의해서 그리고, 크롬, 규소, 망간, 질소 및 탄소에 따라 제한적으로 주어지는 니켈의 농도 범위에 의해 달성된다. 도면에 도시된 바와 같이, 니켈 함량이 더 높아지면 크리프 특성이 악화된다. 한편, 니켈 농도가 낮으면 재료의 오스테나이트 안정성 및 내열성이 급격하게 감소된다. 실질적으로 탄소 및 질소의 경우에도 동일하게 적용되고, 이 때 특히 질소는 재료의 내크리프성을 증가시킨다.To ensure an improved property profile of the material, it is important that the material stays within a stable austenite region even upon cold deformation and does not have a region containing strain-induced martensite. This is achieved by nickel concentrations and chromium concentrations given within the limits according to the invention and by the concentration ranges of nickel given with limited chromium, silicon, manganese, nitrogen and carbon. As shown in the figure, higher nickel content deteriorates creep properties. On the other hand, a low nickel concentration drastically reduces the austenite stability and heat resistance of the material. Substantially the same applies to carbon and nitrogen, in which nitrogen in particular increases the creep resistance of the material.
상기 재료가:The material is:
0.02 내지 0.20 중량 %, 바람직하게는 0.04 내지 0.15 중량 %의 탄소(C),0.02 to 0.20 weight%, preferably 0.04 to 0.15 weight% of carbon (C),
0.50 내지 2.48 중량 %, 바람직하게는 1.22 내지 2.36 중량 %의 규소(Si),0.50 to 2.48% by weight, preferably 1.22 to 2.36% by weight of silicon (Si),
0.62 내지 4.05 중량 %, 바람직하게는 1.00 내지 3.95 중량 %의 망간(Mn),0.62 to 4.05% by weight of manganese (Mn), preferably 1.00 to 3.95% by weight,
20.1 내지 27.6 중량 %, 바람직하게는 23.9 내지 26.5 중량 %의 크롬(Cr),20.1 to 27.6 weight%, preferably 23.9 to 26.5 weight% of chromium (Cr),
16.1 내지 27.3 중량 %, 바람직하게는 17.9 내지 25.45 중량 %의 니켈(Ni), 16.1 to 27.3 weight%, preferably 17.9 to 25.45 weight% nickel (Ni),
0.014 내지 0.23 중량 %, 바람직하게는 0.018 내지 0.20 중량 %의 질소(N), 중 하나 이상의 합금 원소를 함유할 때 본 발명에 따른 부품 및 공구의 사용 특성이 개선될 수 있다. 이 경우, 공지된 바와 같이, 본 발명에 따른 합금에서도 코발트의 함량이 0.52 중량 %가 될 때부터 재료의 내열성이 개선될 수 있다는 사실이 확인되었다.The use properties of parts and tools according to the invention can be improved when they contain 0.014 to 0.23% by weight, preferably 0.018 to 0.20% by weight of one or more alloying elements of nitrogen (N). In this case, as is known, it has been found that even in the alloy according to the present invention, the heat resistance of the material can be improved when the content of cobalt is 0.52% by weight.
몰리브덴, 바나듐, 텅스텐, 티탄 및 니오븀이 고온에서 재료의 내크리프성을 증가시키며, 구리 및 알루미늄이 전형적인 경화 원소를 나타냄에도 불구하고, 본 발명에 따른 재료 내에 포함된 이러한 강(steel)의 불순물들은 허용가능한 최대의 농도를 갖는데, 그 이유는, 확인된 것처럼, 상기 강의 불순물들의 함량이 더 높을수록 특히 반죽 형태의 유리와의 일시적인 접촉시 내식성이 저하되고, 모울드 표면의 거칠기로 인해 유리의 투명성이 감소되기 때문이다. 그에 대한 원인은 아직 충분하게 밝혀지지 않았지만, 수용체 원자 Na+, K+, Ca2+, B3+, Al3+ 및 Si4+가 루이스산(Lewis acid)에 포함되며, 그에 따라 각각의 유리 성형후에 모울드의 고온 부식에 의한 부하가 발생한다.Although molybdenum, vanadium, tungsten, titanium and niobium increase the creep resistance of the material at high temperatures, and copper and aluminum represent typical hardening elements, these steel impurities contained within the material according to the invention It has a maximum allowable concentration because, as it has been confirmed, the higher the content of impurities in the steel, the lower the corrosion resistance, especially during temporary contact with glass in the form of dough, and the transparency of the glass due to the roughness of the mold surface. Because it is reduced. The cause for this is not yet fully understood, but the receptor atoms Na + , K + , Ca 2+ , B 3+ , Al 3+ and Si 4+ are included in Lewis acid, and thus the respective free After molding, a load occurs due to high temperature corrosion of the mold.
불순물은 본래 재료의 특성을 악화시키기 때문에, 본 발명에 따른 합금은 부수적인 원소 및/또는 불순물 원소에 있어서,Since impurities deteriorate the properties of the original material, the alloy according to the present invention is in the case of incidental elements and / or impurity elements,
몰리브덴(Mo) 1.0 중량 % 미만Molybdenum (Mo) less than 1.0 wt%
바나듐(V) 0.5 중량 % 이하Vanadium (V) 0.5 wt% or less
텅스텐(W) 0.5 중량 % 이하Tungsten (W) 0.5 wt% or less
구리(Cu) 0.5 중량 % 이하 Copper (Cu) 0.5 wt% or less
코발트(Co) 6.5 중량 % 이하Cobalt (Co) 6.5 wt% or less
티탄(Ti) 0.5 중량 % 이하Titanium (Ti) 0.5 wt% or less
알루미늄(Al) 1.5 중량 % 이하 Aluminum (Al) 1.5 weight% or less
니오븀(Nb) 0.5 중량 % 이하Niobium (Nb) 0.5 wt% or less
산소(O) 최대 0.05 중량 %Oxygen (O) max 0.05 weight%
인(P) 최대 0.03 중량 %Phosphorus (P) max. 0.03 weight%
황(S) 최대 0.03 중량 %의 농도값을 갖는다.Sulfur (S) has a concentration value of up to 0.03% by weight.
본 발명의 목적은, 높은 비반응성, 특히 높은 내산화성 및 750℃까지의 온도에 의한 열부하시 증가된 경도를 가지는, 부품 및 공구용 재료의 제조 방법을 통해 달성되며, 상기 재료에 따라 합금의 니켈 함량이 "크롬 함량 + 1.5 규소중량 % - 0.12 망간중량 % - 18 질소중량 % - 30 탄소중량 % - 6"으로 형성된 값과 동일하거나 경우에 따라 최대 4.8 중량 %가 더 크며(Ni ≥Cr + 1.5 ×Si - 0.12 Mn - 18 ×N - 30 ×C - 6), 실질적으로The object of the present invention is achieved through a process for the production of materials for parts and tools, having high non-reactivity, in particular high oxidation resistance and increased hardness at thermal loads by temperatures up to 750 ° C., according to which the nickel of the alloy The content is equal to or equal to the value formed by "Chrome content + 1.5% by weight of silicon-0.12% by weight of manganese-18% by weight of nitrogen-30% by weight of carbon-6" or in some cases up to 4.8% by weight is greater (Ni ≥ Cr + 1.5). × Si-0.12 Mn-18 × N-30 × C-6), substantially
0.01 내지 0.25 중량 %의 탄소(C),0.01 to 0.25 weight% carbon (C),
0.35 내지 2.5 중량 %의 규소(Si),0.35 to 2.5 weight percent silicon (Si),
0.4 내지 4.3 중량 %의 망간(Mn),0.4 to 4.3 weight% manganese (Mn),
16.0 내지 28.0 중량 %의 크롬(Cr),16.0 to 28.0 weight percent of chromium (Cr),
15.0 내지 36.0 중량 %의 니켈(Ni),15.0 to 36.0 weight percent nickel (Ni),
0.01 내지 0.29 중량 %의 질소(N)의 조성,A composition of nitrogen (N) of 0.01 to 0.29% by weight,
잔류 철(Fe), 및 부수적인 원소와 불순물을 포함하는 합금으로부터 초기 제품(initial product)이 생성되고, 이 초기 제품은 이어서 냉간 변형을 통해 230 HB보다 더 큰 경도를 갖는 재료로 추가 처리된다.An initial product is produced from an alloy containing residual iron (Fe), and ancillary elements and impurities, which are then further processed to a material having a hardness greater than 230 HB through cold deformation.
본 발명에 따른 합금의 냉간 변형에 의해, 교대되는(alternating) 열부하에 의한 부피 변동시 부품 또는 공구의 작업면 근처에서도 도달되지 않는 응력 레벨까지 재료의 탄성한계가 상승될 수 있다. 따라서, 온도 변동시 결정립 경계 영역내에서도 소성 변형 영역이 발생하지 않기 때문에 금속 피로에 의한 균열이 방지될 수 있다. 그럼으로써 화학적 부식이나 고온 부식에 의한 결정입계 침식도 충분히 방지될 수 있고, 그 결과 예컨대 유리 성형시와 같이, 부하가 크고 제조량이 많은 경우에도 작업면의 품질 내지는 표면의 품질이 오랫동안 높게 유지된다. 그에 비해 종래의 유리 성형에서는 짧은 사용 시간 후에도 조직의 결정입계에서 수 ㎛ 범위의 간격을 갖는 재료 침식이 종종 나타난다. 그 결과 가시광선 범위의 거칠기가 성형된 유리에 부여되고, 그로 인해 반사 간섭 및 불투명 유리(frosted glass) 효과가 발생할 수 있다.By cold deformation of the alloy according to the invention, the elastic limit of the material can be raised to a stress level which is not reached even near the working surface of the part or tool during volume fluctuations due to alternating heat loads. Therefore, cracks due to metal fatigue can be prevented because no plastic deformation region occurs even within the grain boundary region during temperature fluctuations. As a result, grain boundary erosion due to chemical corrosion or high temperature corrosion can be sufficiently prevented. As a result, the quality of the working surface or the quality of the surface is kept high for a long time even when the load is large and the production volume is large, such as in the case of glass molding. In contrast, conventional glass molding often exhibits material erosion with a spacing in the range of several microns at grain boundaries even after a short use time. As a result, roughness in the visible range is imparted to the molded glass, whereby reflective interference and frosted glass effects can occur.
본 발명의 방법에 따라 냉간 변형에 의해 250 HB보다 더 큰, 특히 300 HB 이상의 경도를 갖는 재료가 형성되면, 내식성 및 내열성이 더욱 증가되고 피로균열이 효과적으로 억제될 수 있다.If a material having a hardness greater than 250 HB, in particular more than 300 HB, is formed by cold deformation according to the method of the invention, the corrosion resistance and heat resistance can be further increased and fatigue cracks can be effectively suppressed.
본 발명에 따른 조성을 갖는 초기 제품을 열간 가공에 의해 생성하고, 상기 초기 제품에 대해 용체화 처리를 하거나 가공 온도로부터 경우에 따라 강제로 냉각시키고, 냉간 변형시키면, 개선된 내식성을 갖는, 특히 조직이 균질한 재료가 생성될 수 있다.When an initial product having a composition according to the invention is produced by hot working and subjected to a solution treatment or forcibly cooling from the processing temperature and optionally cold deformation, the initial product has an improved corrosion resistance, in particular tissue Homogeneous materials can be produced.
예컨대 물병 주형 및 그와 유사한 주형과 같이, 특히 전체적으로 축대칭으로 형성되는 공구는 재료의 냉간 변형이 초기 제품의 종축에 대해 수직한 방사상 방향으로 전체 둘레에 걸쳐 실행되는 것이 장점이 될 수 있다.In particular, tools generally formed axisymmetrically, such as water bottle molds and similar molds, may be advantageous in that the cold deformation of the material is carried out over its entire circumference in a radial direction perpendicular to the longitudinal axis of the initial product.
제품의 품질 상승을 위해 다음의 합금 원소들, 즉To improve the quality of the product, the following alloying elements, namely
탄소(C) = 0.02 내지 0.20 중량 %, 바람직하게는 0.04 내지 0.15 중량 %Carbon (C) = 0.02 to 0.20 weight%, preferably 0.04 to 0.15 weight%
규소(Si) = 0.05 내지 2.48 중량 %, 바람직하게는 1.22 내지 2.36 중량 %Silicon (Si) = 0.05 to 2.48 weight%, preferably 1.22 to 2.36 weight%
망간(Mn) = 0.62 내지 4.05 중량 %, 바람직하게는 1.00 내지 3.95 중량 %Manganese (Mn) = 0.62 to 4.05 weight%, preferably 1.00 to 3.95 weight%
크롬(Cr) = 20.1 내지 27.6 중량 %, 바람직하게는 23.9 내지 26.5 중량 %Chromium (Cr) = 20.1 to 27.6 weight%, preferably 23.9 to 26.5 weight%
니켈(Ni) = 16.1 내지 27.3 중량 %, 바람직하게는 17.9 내지 25.45 중량 %Nickel (Ni) = 16.1 to 27.3 weight%, preferably 17.9 to 25.45 weight%
질소(N) = 0.014 내지 0.23 중량 %, 바람직하게는 0.018 내지 0.2 중량 % 중 하나 이상의 합금 원소를 함유하는 합금이 생성된다.Nitrogen (N) = 0.014 to 0.23% by weight, preferably an alloy containing at least one alloying element of 0.018 to 0.2% by weight is produced.
마지막으로 본 발명의 또 다른 목적은, 합금의 니켈 함량이 "크롬 함량 + 1.5 규소중량 % - 0.12 망간중량 % - 18 질소중량 % - 30 탄소중량 % - 6"으로 형성된 값과 동일하거나 경우에 따라 최대 4.8 중량 %가 더 크며(Ni ≥Cr + 1.5 ×Si - 0.12 Mn - 18 ×N - 30 ×C - 6),Finally, another object of the present invention is that the nickel content of the alloy is equal to, or in some cases, the value formed from "chromium content + 1.5 silicon weight%-0.12 manganese weight%-18 nitrogen weight%-30 carbon weight%-6". Up to 4.8 weight% is greater (Ni ≥ Cr + 1.5 × Si-0.12 Mn-18 × N-30 × C-6),
0.25 중량 % 이하의 탄소(C),0.25 wt% or less carbon (C),
2.5 중량 % 이하의 규소(Si),Silicon (Si) up to 2.5% by weight,
4.3 중량 % 이하의 망간(Mn),Manganese (Mn) up to 4.3% by weight,
16.0 내지 28.0 중량 %의 크롬(Cr), 16.0 to 28.0 weight percent of chromium (Cr),
15.0 내지 36.0 중량 %의 니켈(Ni),15.0 to 36.0 weight percent nickel (Ni),
0.01 내지 0.29 중량 %의 질소(N)를 합금 원소로서 함유하고, 잔류 철(Fe), 및 부수적인 원소와 불순물을 포함하는, 철-계 합금을 사용함으로써 달성되며, 상기 합금은 555℃보다 더 높은 작업 온도, 바람직하게는 602℃ 보다 더 높고, 특히 750℃ 이하의 작업 온도를 가지는 열처리 공구용 재료로서, 상기 물질들로부터 생성된 초기 제품의 냉간 변형을 통해 적어도 230 HB, 바람직하게는 250 HB보다 더 큰 재료 경도까지 강화된다.Achieved by using an iron-based alloy containing 0.01 to 0.29% by weight of nitrogen (N) as an alloying element, and containing residual iron (Fe) and incidental elements and impurities, the alloy being more than 555 ° C. A material for heat treatment tools having a high working temperature, preferably higher than 602 ° C., in particular a working temperature below 750 ° C., through cold deformation of the initial product produced from the materials, at least 230 HB, preferably 250 HB. Strengthen to greater material hardness.
생성물의 품질 및 경제적 생산의 관점에서, 전술한 철-계 합금이 유리 산업에서 공구 재료로서, 특히 기계 압착식 유리용 성형 공구로서 사용되는 것이 매우 바람직하다.In view of the quality and economic production of the product, it is highly desirable that the aforementioned iron-based alloys are used as tool materials in the glass industry, in particular as molding tools for mechanical press glass.
검사 결과의 비교를 통해 본 발명에 따른 재료를 더 상세히 설명한다.The material according to the invention is explained in more detail by comparison of the test results.
도 1에는 604℃의 검사 온도에서 본 발명에 따른 재료의 냉간 변형 정도에 따른 강도가 도시되어 있다. 시험 재료가 1010℃의 온도에서 단조되고 가공온도로부터 강제로 냉각되고, 1060℃에서 용체화 과정을 거쳤다. 재료 부분들에 대해 각각 21%, 35%, 47% 및 55%의 성형율로 냉간 변형이 실시된 후, 그로부터 인장 시편이 생성되었다. 강도 결정(값), 더 정확히 말하면 0.2%의 항복점 및 인장 강도의 결정은 604℃의 온도에서 이루어지고, 이 때 상기 시험편은 상기 온도에서 20분간 유지되었다. 비교를 위해 기준 재료가 1060℃에서 용체화되었고, 그로부터 제조된 시험편 역시 604℃에서 검사되었다. 도 1의 막대 그래프는 변형 정도에 따른 재료 강도값의 증가를 명확하게 보여주고 있으며, 6% 이상, 특히 12%보다 더 높은 냉간 변형율에서 이미 (그래프에 도시되지 않은) 큰 폭의 강도 증가가 있었다.1 shows the strength according to the degree of cold deformation of the material according to the invention at an inspection temperature of 604 ° C. The test material was forged at a temperature of 1010 ° C., forcedly cooled from the processing temperature, and subjected to a solution solution at 1060 ° C. Tensile specimens were produced therefrom after cold deformation was performed at material rates of 21%, 35%, 47% and 55% for the material portions, respectively. The determination of strength (value), more precisely the determination of yield point and tensile strength of 0.2%, was made at a temperature of 604 ° C., with the test specimen being held at this temperature for 20 minutes. For comparison, the reference material was solvated at 1060 ° C., and test specimens prepared therefrom were also examined at 604 ° C. The bar graph of FIG. 1 clearly shows the increase in the material strength value with the degree of deformation, and there has already been a significant increase in strength (not shown in the graph) already at cold strains above 6%, in particular higher than 12%. .
도 2에는 시험편이 냉각된 상태에서의 경도 시험을 통해, 600℃에서 본 발명에 따른 재료의 내크리프성이 측정되고, DIN에 따른 재료(재료 번호 1.2083 및 재료 번호 1.4028)와 비교 도시되어 있다.In Fig. 2, the creep resistance of the material according to the invention is measured at 600 ° C through a hardness test in a state where the test piece is cooled, and compared with a material according to DIN (material number 1.2083 and material number 1.4028).
본 발명에 따른 재료는 0.08 중량 %의 탄소(C), 1.7 중량 %의 규소(Si), 1.15 중량 %의 망간(Mn), 0.01 중량 %의 인(P), 0.002 중량 %의 황(S), 24.8 중량 %의 크롬(Cr), 19.8 중량 %의 니켈(Ni), 0.02 중량 %의 질소(N), 0.26 중량 %의 몰리브덴(Mo), 0.09 중량 %의 바나듐(V), 0.11 중량 %의 텅스텐(W), 0.12 중량 %의 구리(Cu), 0.4 중량 %의 코발트(Co), 0.01 중량 %의 티탄(Ti), 0.02 중량 %의 알루미늄(Al), 0.001 중량 %의 니오븀(Nb), 0.0029 중량 %의 산소(O)의 조성으로 용해되어 실험용 잉곳에 주입되었고, 이는 시험 재료로 열간 변형되었다. 시험 재료에서는 1060℃에서 용체화 처리가 실시되고, 이어서 물(water)내에서 담금질된 다음, 도면 부호 "H 5"로 표시된 시험편은 변형되지 않고, 도면 부호 "H 525"로 표시된 시험편은 35%의 냉간 변형에 의해 600℃에서 장시간 용체화 단계를 거쳤다. 비교 재료 1.2083 및 1.4028은 1020℃로부터 오일 내에서 경화되었고, 630℃에서 어닐링되어 마찬가지로 장시간 용체화 처리되었다. 45시간, 90시간, 140시간 및 180 시간이 경과된 후 시험 재료가 노(furnace)에서 배출되어 냉각되었고, 재료 경도 검사가 실시된 후 시험편을 노내로 재삽입하였다(열응력이 변동됨). 비교 재료 "H 5"는 경도의 예상 행태를 보여주며, 그에 비해 35% 냉간 변형된 본 발명에 따른 재료 "H 525"는 315 HB의 증가된 경도 및 높은 크리프 행태를 나타낸다. 600℃에서는 교대적인 열부하 변동에서도 재료의 경도 감소 및 크리프의 발생이 확인되지 않았다. 그에 비해 마르텐사이트 표준강에서는 시험편의 용체화 지속에 따른 명백한 경도 감소가 확인되었다.The material according to the invention is 0.08 wt% carbon (C), 1.7 wt% silicon (Si), 1.15 wt% manganese (Mn), 0.01 wt% phosphorus (P), 0.002 wt% sulfur (S) , 24.8 weight% chromium (Cr), 19.8 weight% nickel (Ni), 0.02 weight% nitrogen (N), 0.26 weight% molybdenum (Mo), 0.09 weight% vanadium (V), 0.11 weight% Tungsten (W), 0.12 wt% copper (Cu), 0.4 wt% cobalt (Co), 0.01 wt% titanium (Ti), 0.02 wt% aluminum (Al), 0.001 wt% niobium (Nb), It was dissolved in a composition of 0.0029% by weight of oxygen (O) and injected into the experimental ingot, which was hot deformed into the test material. The test material was subjected to a solution treatment at 1060 ° C., followed by quenching in water, and then the test piece indicated by the reference “H 5” was not deformed, and the test piece indicated by the reference “
본 발명을 통해 230 HB보다 높은 경도를 가지고, 600℃ 이상의 온도에서도 높은 내크리프성(creep resistance)과 개선된 크리프 특성 및 그와 유사한 부식 강도를 가지는 재료, 및 높은 경도 및 증대된 내식성에서 개선된 사용 특성을 갖는 부품 및 공구용 재료를 경제적으로 제조하기 위한 방법이 제공될 수 있다.Through the present invention, materials having a hardness higher than 230 HB and having high creep resistance and improved creep properties and similar corrosion strength even at temperatures above 600 ° C., and improved in high hardness and increased corrosion resistance A method for economically manufacturing materials for parts and tools having use characteristics can be provided.
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