KR100647970B1 - Steel for cutting tool - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 절삭공구용 강에 관한 것이다. The present invention relates to steel for cutting tools.
공작물의 칩 제거시에 공구의 절삭영역은 실질적으로 열과 마찰, 그리고 인성(靭性)과 압축력에 의해 높은 하중을 받게 되는데, 이 경우에 공구와 재료의 응력이 동시에 작용한다. 상이한 하중 프로필이 제공될 때 공구의 최대 수명을 달성하기 위해서 프로필에서 나타나는 가장 중요한 요건들을 고려한 개별 합금 조성물들은 종래기술에 많이 공지되어 있다. When the chip is removed from the workpiece, the cutting area of the tool is substantially subjected to high loads due to heat, friction, toughness and compression, in which case the stresses of the tool and the material act simultaneously. Individual alloy compositions are well known in the art that take into account the most important requirements present in the profile to achieve the maximum life of the tool when different load profiles are provided.
공구의 높은 내마모성은 일반적으로 고속도강(high-speed steel)을 사용함으로써 달성될 수 있는데, 상기 고속도강은 합금원소로서 20 중량% 이하의 농도를 가진 고가의 몰리브덴 및/또는 텅스텐을 다량 함유한다. 이러한 합금원소에는 바나듐도 속하는데, 통상의 고속도강 또는 PM-고속도강의 경우에 바나듐은 1.2 중량% 내지 10.0 중량%의 양으로 첨가된다. High wear resistance of the tool can generally be achieved by using high-speed steel, which contains a large amount of expensive molybdenum and / or tungsten with a concentration of up to 20% by weight as alloying element. This alloy element also includes vanadium, and in the case of conventional high speed steel or PM-high speed steel, vanadium is added in an amount of 1.2% by weight to 10.0% by weight.
전술한 바와 같이 고속도강은 그 조성에 관련해서는 공구의 응력 프로필에 맞게 선택될 수는 있지만, 고가의 합금 및 재료 비용을 발생시킨다는 단점이 있다. 비용적 측면을 고려하여 주합금원소의 농도를 낮추게 되면, 강(steel)의 열처리특성, 경도 및 일반적인 사용특성이 급격히 저하될 수도 있다. As mentioned above, high speed steels can be selected to suit the stress profile of the tool in terms of their composition, but have the disadvantage of incurring expensive alloy and material costs. In consideration of cost, if the concentration of the main alloy element is lowered, the heat treatment characteristics, hardness and general use characteristics of the steel (steel) may be drastically deteriorated.
본 발명의 목적은 종래기술의 단점들이 제거되고, 합금기술처리에 의해 절삭공구용으로 매우 적합하며, 높은 경제적 효율을 달성하는 강을 제공하는데 있다. It is an object of the present invention to provide a steel which eliminates the disadvantages of the prior art, is very suitable for cutting tools by alloy processing and achieves high economic efficiency.
상기 목적은 The purpose is
C = 0.88 내지 1.12C = 0.88 to 1.12
Cr = 3.4 내지 4.5Cr = 3.4 to 4.5
Mo = 2.5 내지 3.0 Mo = 2.5 to 3.0
V = 0.7 내지 1.0 V = 0.7 to 1.0
Al = 0.04 내지 0.1Al = 0.04 to 0.1
N = 0.02 내지 0.12 및 N = 0.02 to 0.12 and
나머지로서 Fe 및 불가피한 원소(중량%)를 함유하는 절삭공구용 강에 의해 달성된다. Achieved by the steel for cutting tools containing Fe and the unavoidable element (% by weight) as the remainder.
본 발명에 의해 달성된 장점들은 한편으로는 고속도강에 비해 훨씬 낮은 농도로 제공되는 몰리브덴과 바나듐, 그리고 다른 한편으로는 종래기술에 비해 비교적 높은 함량으로 제공되는 알루미늄과 질소의 화합에 의해서, 열처리된 강의 인성 및 압축력이 충분한 크기를 가질 때, 바람직한 고온 내구성 및 특히 높은 내마모성이 달성될 수 있다는데 있다. 본 발명에 따른 합금으로 만들어진 절삭공구는 고가의 합금원소를 적게 함유하므로 저가로 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 하중 프로필에서의 매우 중요한 요건들에 대해서도 높은 안정성을 갖는다. The advantages achieved by the present invention are that of heat-treated steel by the combination of molybdenum and vanadium, which are provided in much lower concentrations on the one hand than high speed steel, and on the other hand, aluminum and nitrogen, which are provided in a relatively higher content than in the prior art. When the toughness and the compressive force have a sufficient size, desirable high temperature durability and especially high wear resistance can be achieved. Cutting tools made of alloys according to the present invention contain less expensive alloying elements and therefore can be manufactured at low cost, but also have high stability against very important requirements in load profiles.
절삭 프로세스는 절삭표면 또는 본 발명에 따른 강으로 만들어진 공구의 절삭 에지 뒤에 있는 영역에서 더 적절하게 이루어지며 패인 자국도 비교적 적게 나타난다는 사실을 발견할 수 있었다. 그 이유를 과학적으로 설명할 수는 없지만, 알루미늄, 질소, 탄소 및 바나듐의 상승 효과(synergy effect)로 가정될 수 있을 것이다. 탄소 및 질소에 대한 바나듐과 같은 원소들의 높은 친화력(affinity)은 열처리시에 매우 미세하고 균일하게 분포된 탄화물(carbide) 및 탄질화물(carbonitride)의 생성과 함께 바람직하게 높은 고온 내구성을 제공할 뿐만 아니라 모체(matrix) 내에 충분한 양의 반응성 알루미늄이 함유될 수 있게 하는데, 이러한 알루미늄이 공구의 절삭영역에서 온도 부하가 나타날 때 산화되어 알루미나 표면층, 예컨대 절삭 프로세스를 촉진시키는 코팅을 형성한다. 모체 내 알루미늄은 본 발명에 따른 재료의 고온 내구성 및 템퍼링(tempering) 안정성 또한 촉진시키는 것으로 입증되어 있다. It has been found that the cutting process is more appropriate in the cutting surface or in the area behind the cutting edge of a tool made of steel according to the present invention, with relatively small depressions. The reason for this cannot be explained scientifically, but may be assumed to be the synergy effect of aluminum, nitrogen, carbon and vanadium. The high affinity of elements such as vanadium for carbon and nitrogen not only provides high temperature durability, preferably with the formation of very fine and uniformly distributed carbides and carbonitrides upon heat treatment, It is possible to contain a sufficient amount of reactive aluminum in the matrix, which is oxidized when temperature loads appear in the cutting zone of the tool to form an alumina surface layer, such as a coating that facilitates the cutting process. Aluminum in the matrix has also been demonstrated to promote high temperature durability and tempering stability of the material according to the invention.
합금 내에서 바나듐은 0.45 중량% 이하의 니오븀으로 부분 대체될 수 있지만, 이러한 경우에 탄소 함량이 농도 한계치 보다 낮게 주어질 수 있다. Vanadium in the alloy can be partially replaced with up to 0.45% by weight of niobium, but in this case the carbon content can be given below the concentration limit.
한 바람직한 실시예에 따르면 본 발명에 따라 According to one preferred embodiment according to the invention
C = 0.93 내지 1.07C = 0.93 to 1.07
Si = 0.15 내지 0.42Si = 0.15 to 0.42
Mn = 0.15 내지 0.44Mn = 0.15 to 0.44
P = 최대 0.03P = 0.03 max
S = 0.001 내지 0.3S = 0.001 to 0.3
Al = 0.05 내지 0.07Al = 0.05 to 0.07
N = 0.03 내지 0.1N = 0.03 to 0.1
의 원소(중량%) 중 하나 이상을 함유하는 강이 절삭공구용으로 사용될 수 있다. Steels containing at least one of the elements (% by weight) of can be used for cutting tools.
주어진 농도 범위 내에서 합금 원소들을 혼합함으로써 공구의 특성 프로필에서 특히 중요한 영역들이 더욱 증가될 수 있다. By mixing alloying elements within a given concentration range, areas of particular importance in the property profile of the tool can be further increased.
알루미늄 대 질소의 비가 0.5 내지 1.9일 때(Al/N = 0.5 내지 1.9), 본 발명에 따른 재료는 열처리된 상태에서 또는 450℃ 내지 500℃에서의 경화 및 한번 이상의 템퍼링후에 높은 고온 내구성 및 인성을 가지는데, 이 상태에서 공구의 절삭마모는 최소값을 갖는다. When the ratio of aluminum to nitrogen is 0.5 to 1.9 (Al / N = 0.5 to 1.9), the material according to the invention has high high temperature durability and toughness in the heat treated state or after curing at 450 ° C to 500 ° C and at least one tempering. In this state the cutting wear of the tool has a minimum value.
중장비 기기에서 높은 경제성 및 높은 수명을 가지며 63 HRC 이상의 경도, 바람직하게는 64 HRC 이상의 경도를 갖는 원형톱(circular saw)이 본 발명에 따른 강에 의해서 제조될 수 있다. Circular saws with high economy and high lifespan in heavy equipment and having a hardness of at least 63 HRC, preferably at least 64 HRC, can be produced by the steel according to the invention.
통상적으로 사용된 재료 DIN No.1.3343과 비교했을 때 나타나는 강의 조성 만을 보여주는 본 발명의 실시예를 자세히 살펴보면 다음과 같다:Looking in detail at an embodiment of the invention showing only the composition of the steel as compared to the commonly used material DIN No.1.3343:
400mm의 직경을 갖는 열처리된 치형 원형톱날이 공통 축 상에 고정되어서, 분리장치에서 인성이 강한 금속 바(metal bar)를 조각들로 분리하였다. A heat treated toothed circular saw blade with a diameter of 400 mm was fixed on the common axis, so that the tough metal bar was separated into pieces in the separator.
본 발명에 따르면 톱날의 수명에 관련하여 적합한 것으로 증명된, 표 1에서 A1 타입으로 표기된 합금으로 만들어진 톱날 사이에 Vers. L.3으로 표기된 합금으로 만들어진 톱날이 삽입되었다. According to the invention Vers. Between saw blades made of an alloy designated as A1 type in Table 1, which proved to be suitable in relation to the life of the saw blade. Saw blades made of the alloy marked L.3 were inserted.
마모로 인해 톱날 축이 분리될 때까지 나타나는 결과들에 대한 비교 평가가 표 2에 제시되는데, 이 경우에 Al 타입의 값이 100%로 제시된다. 이러한 결과는 본 발명에 따른 재료를 사용할 경우에 절삭공구, 특히 원형톱날의 절삭성능이 높게 나타날 수 있다는 사실을 보여준다. A comparative evaluation of the results until the saw blade axis is separated due to wear is presented in Table 2, where the value of the Al type is presented as 100%. These results show that the cutting performance of cutting tools, especially circular saw blades, can be high when using the material according to the invention.
표 1Table 1
표 2TABLE 2
본 발명에 의해 종래기술의 단점들이 제거되고, 합금기술처리에 의해 절삭공구용으로 매우 적합하며, 높은 경제적 효율을 달성하는 강이 제공된다. The present invention eliminates the shortcomings of the prior art and provides a steel which is very suitable for cutting tools by alloy processing and achieves high economic efficiency.
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