KR101191763B1 - Secondary hardening alloy steel containing tungsten superior in strength and fracture toughness and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 국방 및 우주항공 재료와 같은 첨단 구조 재료로 사용되는 소재에 관한 것으로, 특히 강도와 파괴인성이 우수한 고함량 Co-Ni계 합금강의 제조 방법 및 상기 제조 방법에 의해 제조된 W함유 Co-Ni계 이차 경화형 합금강에 관한 것이다.
본 발명은 중량 %로, C: 0.23 ~ 0.28%, Cr: 2.00 ~ 3.50%, W: 0.40 ~ 4.05%, Ni: 7.50 ~ 11.05%, Co: 11.00 ~ 13.50%, 잔부 Fe 및 불가피하게 혼입되는 불순물을 함유하는 강재를 진공 유도 용해 및 일렉트로 슬래그 재용해(ESR)를 거쳐 열간 가공 공정을 통해 제조하는 단계와; 상기 강재를 1000 ~ 1200℃의 온도에서 60 ~ 120분간 유지한 후 급랭하는 단계와; 상기 급랭된 강재를 480 ~ 510℃의 온도에서 60 ~ 600분간 시효 처리하는 단계로 이루어진 강도와 파괴인성이 우수한 W함유 이차 경화형 Co-Ni계 합금강의 제조방법과, 상기 제조방법에 의해 제조된 중량 %로, C: 0.23 ~ 0.28%, Cr: 2.00 ~ 3.50%, W: 0.40 ~ 4.05%, Ni: 7.50 ~ 11.05%, Co: 11.00 ~ 13.50%, 잔부 Fe 및 불가피하게 혼입되는 불순물을 함유하는 강도와 파괴인성이 우수한 W함유 이차 경화형 Co-Ni계 합금강을 그 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to materials used for advanced structural materials such as defense and aerospace materials. In particular, the present invention relates to a method for producing high-content Co-Ni-based alloy steel with excellent strength and fracture toughness, and W-containing Co- The present invention relates to a Ni-based secondary hardening alloy steel.
The present invention is in weight%, C: 0.23 to 0.28%, Cr: 2.00 to 3.50%, W: 0.40 to 4.05%, Ni: 7.50 to 11.05%, Co: 11.00 to 13.50%, balance Fe and inevitably incorporated impurities Manufacturing a steel material containing a hot working process through vacuum induction melting and electroslag remelting (ESR); Maintaining the steel at a temperature of 1000 to 1200 ° C. for 60 to 120 minutes and then quenching the steel; A method of producing a W-containing secondary hardening type Co-Ni-based alloy steel having excellent strength and fracture toughness, which comprises aging the quenched steel at a temperature of 480 to 510 ° C. for 60 to 600 minutes, and the weight produced by the manufacturing method. %: C: 0.23 to 0.28%, Cr: 2.00 to 3.50%, W: 0.40 to 4.05%, Ni: 7.50 to 11.05%, Co: 11.00 to 13.50%, balance Fe and inevitable incorporation of impurities And W-containing secondary hardened Co-Ni alloy steel having excellent fracture toughness.
Description
본 발명은 강도와 파괴인성이 우수한 W함유 이차 경화형 합금강 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 우주항공 소재뿐만 아니라 국방 관련 고강도 고인성 소재와 같은 첨단 구조 재료에 적합한 강도와 파괴인성이 우수한 W함유 이차 경화형 합금강 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a W-containing secondary hardened alloy steel having excellent strength and fracture toughness, and a method of manufacturing the same. Particularly, the W-containing secondary alloy having excellent strength and fracture toughness suitable for high-tech structural materials such as defense-related high-strength high toughness materials as well as aerospace materials. It relates to a hardenable alloy steel and a method of manufacturing the same.
일반적으로 이차 경화 현상을 이용한 고함량 Co-Ni계 합금 소재는 강도 대비 파괴인성이 매우 우수해서 미국의 전투기를 중심으로 우주?항공 및 국방 산업 등에 폭 넓게 적용되고 있는 대표적인 첨단 구조용 소재이다. 이러한 합금 소재는 개발 제품의 성능 향상이라는 관점에서 경량화 추세에 따른 부피 및 무게 감소에 매우 효과적이어 전 세계적으로 많은 관심을 받고 있으며, 향후 첨단 구조 재료뿐만 아니라 우수한 비강도를 요구하는 다양한 부품 소재로도 폭넓은 적용이 가능할 것이다. In general, high content Co-Ni-based alloy materials using secondary hardening are excellent in fracture toughness compared to strength, and thus are representative high-tech structural materials that are widely applied to aerospace, aerospace, and defense industries mainly in the United States. These alloy materials have received much attention all over the world because they are very effective in reducing the volume and weight due to the light weight trend from the viewpoint of improving the performance of developed products, and in the future as well as advanced structural materials as well as various parts materials requiring excellent specific strength A wide range of applications will be possible.
지금까지 개발된 합금 중 가장 강도비 인성이 우수한 이차 경화형 합금 소재로서, 헴필(Hemphill)에 의해 미국에서 특허 등록된 에어멧(AerMet) 100의 합금조성은 표 1과 같다.As the secondary hardening alloy material having the highest strength ratio toughness among the alloys developed so far, the alloy composition of AerMet 100, which is patented in the United States by Hemphill, is shown in Table 1.
에어멧 100은 인장강도 1960 MPa수준에서 120 MPa√m 이상의 우수한 파괴인성을 겸비한 첨단 구조 재료용 합금강으로서 기존에 사용되던 고강도 합금강인 300M의 파괴인성보다 향상된 인성을 가진다. 또한 이 합금강은 이미 우수한 파괴인성을 겸비하는 고강도 합금으로 잘 알려진 AF1410보다 파괴인성의 큰 저하가 없이 강도가 향상되었다는 점에서 매우 우수한 성질을 가진다. 에어멧 100은 300M합금의 고강도와 함께 AF1410의 우수한 파괴인성을 동시에 겸비한 Co-Ni계 이차 경화형 합금강으로 주된 탄화물 형성원소로 Mo를 첨가함으로써 시효시 M2C 탄화물의 효과적인 석출을 가능하게 하였다.AirMet 100 is an alloy steel for advanced structural materials with excellent fracture toughness of 120 MPa√m at the tensile strength of 1960 MPa, and has improved toughness than that of 300M, a high strength alloy steel used previously. In addition, this alloy steel has very excellent properties in that the strength is improved without a significant decrease in fracture toughness than AF1410, which is well known as a high-strength alloy having excellent fracture toughness. AirMet 100 is a Co-Ni-based secondary hardened alloy steel that combines the high fracture strength of AF1410 with the high strength of 300M alloy, and enables the effective precipitation of M 2 C carbide during aging by adding Mo as a major carbide forming element.
지금까지 개발된 고강도 이차 경화형 합금은 대부분 Mo를 주된 탄화물 형성원소로 이용하고 있다. 일반적으로 Mo와 함께 M2C형성에 주된 기여를 하는 합금 원소로는 W이 있다. 그러나 W함유 합금강의 경우, Mo첨가강과 비교하여 상대적으로 고온에서도 용해되지 않고 존재하는 미고용 탄화물로 인해 강도의 확보는 가능하나 충격 및 파괴인성의 확보가 어렵게 된다. Most of the high strength secondary hardening alloys developed so far use Mo as the main carbide forming element. In general, W is an alloying element that contributes to M 2 C formation with Mo. However, in the case of W-containing alloy steel, strength is secured due to unemployed carbide which does not dissolve at a relatively high temperature compared to Mo-added steel, but it is difficult to secure impact and fracture toughness.
W은 Mo와 비교하여 상대적으로 느린 확산 속도를 가지는 합금 원소로서 W함유 합금강의 시효 처리시 이차 경화 구간에서 상대적으로 열적 열화 정도가 낮기 때문에 Mo함유 합금강과 비교하여 소재의 사용 온도 범위에 대한 제약이 적으며, 마르텐사이트 래스 사이에 필름 형태로 존재할 수 있는 잔류 오스테나이트의 열적 안정성을 저하시킴으로서 멀티 템퍼링과 같은 추가적인 공정처리 없이 시효처리만으로 잔류 오스테나이트의 제거가 가능하기 때문에 합금의 제조 단가를 낮출 수 있다. W is an alloying element having a relatively slow diffusion rate compared to Mo, and W has relatively low thermal deterioration in the secondary hardening section during the aging treatment of the alloy steel containing W. Therefore, the limitation on the operating temperature range of the material is less than that of the alloy steel containing Mo. It reduces the thermal stability of residual austenite, which may exist in the form of a film between martensitic laths, and reduces the manufacturing cost of the alloy because the residual austenite can be removed only by aging without additional processing such as multi-tempering. have.
또한, 상기 기계적 성질이 우수한 Mo함유 이차 경화형 합금을 제조하기 위해서는 진공 용해 후 진공 아크 재용해법(VAR)과 같은 추가적인 고청정 용해 기술의 도입이 필요하였으므로 높은 제조 단가와 설비의 이용이 어렵다는 문제점이 있었다. In addition, in order to manufacture the Mo-containing secondary hardenable alloy having excellent mechanical properties, it was necessary to introduce additional high-clean dissolution technology such as vacuum arc re-dissolution method (VAR) after vacuum dissolution. .
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 합금내에 존재하여 기계적 성질에 해로운 영향을 주는 잔류 오스테나이트 안정성의 감소뿐만 아니라, 고온 사용시의 열적 열화 정도를 최소화함으로써 합금의 적용 범위를 개선한 강도와 파괴인성이 우수한 W함유 이차 경화형 합금강 및 본 합금강의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention was devised in view of the above-described conventional problems, and the scope of application of the alloy by minimizing the degree of thermal deterioration at high temperature as well as the reduction of residual austenite stability present in the alloy, which adversely affects the mechanical properties. It is an object of the present invention to provide a W-containing secondary hardened alloy steel having excellent strength and fracture toughness and a method for producing the present alloy steel.
Mo함유 합금강과 비교하여 W합금강에서의 우수한 파괴인성을 확보하기 위해서는 무엇보다 900 ~ 1050℃의 오스테니타이징 처리시에도 상당량 분해되지 않고 기지내에 잔류하여 인성을 크게 저하시키는 미고용 탄화물의 제거가 필요하다. 이러한 탄화물은 내부 응력 집중에 따른 우선적인 균열 발생 장소로서 파괴인성을 확보하기 위해서는 반드시 제어되어야 한다.In order to secure superior fracture toughness in W alloy steels compared to Mo-containing alloy steels, it is necessary to remove unused carbides, which remain in the base and greatly reduce the toughness even after austenizing treatment at 900 to 1050 ° C. Do. These carbides should be controlled in order to ensure fracture toughness as a preferred place of cracking due to internal stress concentration.
본 발명에 따른 강도와 인성이 우수한 W함유 이차 경화형 Co-Ni계 합금강은, 중량 %로, C: 0.23 ~ 0.28%, Cr: 2.00 ~ 3.50%, W: 0.40 ~ 4.05%, Ni: 7.50% ~ 11.05%, Co: 11.00 ~ 13.50%, 잔부 Fe 및 불가피하게 혼입되는 불순물을 함유하는 것을 특징으로 한다. W-containing secondary hardened Co-Ni-based alloy steel having excellent strength and toughness according to the present invention, in weight%, C: 0.23 to 0.28%, Cr: 2.00 to 3.50%, W: 0.40 to 4.05%, Ni: 7.50% to 11.05%, Co: 11.00 ~ 13.50%, the balance Fe and it is characterized by containing impurities which are inevitably incorporated.
본 발명에 따른 W함유 이차 경화형 Co-Ni계 합금강은 중량 %로 Mo: 0.5 ~ 1.5%를 또한 함유할 수 있다.The W-containing secondary hardened Co-Ni alloy steel according to the present invention may also contain Mo: 0.5 to 1.5% by weight.
또한 본 발명에 따른 강도와 파괴인성이 우수한 W함유 이차 경화형 Co-Ni계 합금강 제조 방법은, 중량 %로, C: 0.23 ~ 0.28, Cr: 2.00 ~ 3.50%, W: 0.40 ~ 4.05%, Ni: 7.50% ~ 11.05%, Co: 11.00 ~ 13.50%, 잔부 Fe 및 불가피하게 혼입되는 불순물을 함유하고 필요에 따라 Mo: 0.5 ~ 1.5%를 또한 함유하는 것을 특징으로 하는 강재를 진공 유도 용해 및 일렉트로 슬래그 재용해(ESR)를 거쳐 열간 가공 공정을 통해 제조하는 단계와; 상기 강재를 1000 ~ 1200℃의 온도에서 60 ~ 120분간 유지한 후 급랭하는 단계와; 상기 급랭된 강재를 480 ~ 510℃의 온도에서 60 ~ 600분간 시효 처리하는 단계를 포함한다.In addition, the W-containing secondary hardening type Co-Ni-based alloy steel manufacturing method excellent in strength and fracture toughness according to the present invention is, in weight%, C: 0.23 to 0.28, Cr: 2.00 to 3.50%, W: 0.40 to 4.05%, Ni: 7.50% to 11.05%, Co: 11.00 to 13.50%, balance Fe and inevitable incorporation of impurities, and also Mo: 0.5 to 1.5%, if necessary, vacuum induction melting and electroslag recycling Manufacturing through a hot working process via solution (ESR); Maintaining the steel at a temperature of 1000 to 1200 ° C. for 60 to 120 minutes and then quenching the steel; Aging the quenched steel for 60 to 600 minutes at a temperature of 480 ~ 510 ℃.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면 주된 탄화물 형성 원소인 Mo를 W으로 대체함으로써 이차 경화 구간에서의 열적 열화 정도를 최소화하며, 또한 진공 용해 후 진공 아크 재용해법의 기존 방식과는 대별되는 것으로 진공 용해 후 특수 용해 정련법인 일렉트로 슬래그 재용해(ESR, Electro Slag Remelting)를 통해 불순물인 S의 함량의 최소화가 가능하기 때문에 종래의 Mo함유 합금강에 비해 유사한 기계적 성질에도 불구하고 제품의 적용 가능성이 우수한 W함유 합금강을 제조하는 것이 가능하다. As described above, according to the present invention, the main carbide forming element, Mo, is replaced with W to minimize the degree of thermal deterioration in the secondary curing zone, and is different from the conventional method of vacuum arc remelting after vacuum melting. Electrolytic slag remelting (ESR) minimizes the content of S, which is an impurity, so that the W-containing alloy steel has excellent applicability despite the similar mechanical properties compared to conventional Mo-containing alloy steels. It is possible to prepare.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중량 %로, C: 0.23 ~ 0.28, Cr: 2.00 ~ 3.50%, W: 0.40 ~ 4.05%, Ni: 7.50% ~ 11.05%, Co: 11.00 ~ 13.50%, 잔부 Fe 및 불가피하게 혼입되는 불순물을 함유하는 것을 특징으로 하는 강도와 파괴인성이 우수한 W함유 Co-Ni계 이차 경화형 합금강을 제공하며, 또한 본 발명은 중량 %로, C: 0.23 ~ 0.28%, Cr: 2.00 ~ 3.50%, W: 0.40 ~ 4.05%, Ni: 7.50% ~ 11.05%, Co: 11.00 ~ 13.50%, 잔부 Fe 및 불가피하게 혼입되는 불순물을 함유하는 강재를 진공 유도 용해 후 ESR처리를 거쳐 열간 가공 공정을 통해 제조하는 단계와; 상기 강재를 1000 ~ 1200℃의 온도에서 60 ~ 120분간 유지한 후 급랭하는 단계와; 상기 급랭된 강재를 480 ~ 510℃의 온도에서 60 ~ 600분간 시효 처리하는 단계로 이루어진 강도와 파괴인성이 우수한 W함유 이차 경화형 Co-Ni계 합금강 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a weight%, C: 0.23 ~ 0.28, Cr: 2.00 ~ 3.50%, W: 0.40 ~ 4.05%, Ni: 7.50% ~ 11.05%, Co: 11.00 ~ 13.50%, balance Fe And a W-containing Co-Ni secondary hardening alloy steel having excellent strength and fracture toughness, characterized by containing impurities inevitably incorporated therein, and the present invention provides a weight% of C: 0.23 to 0.28% and Cr: 2.00. ~ 3.50%, W: 0.40 ~ 4.05%, Ni: 7.50% ~ 11.05%, Co: 11.00 ~ 13.50%, Residual Fe and steels containing inevitably mixed impurities are vacuum-induced melted and subjected to ESR treatment for hot work Manufacturing through; Maintaining the steel at a temperature of 1000 to 1200 ° C. for 60 to 120 minutes and then quenching the steel; It provides a W-containing secondary hardening type Co-Ni-based alloy steel excellent in strength and fracture toughness consisting of the step of aging the quenched steel at a temperature of 480 ~ 510 ℃ for 60 to 600 minutes.
본 발명은 중량 %로 Mo: 0.5 ~ 1.5%를 또한 함유하는 것을 특징으로 하는 강도와 파괴인성이 우수한 W함유 Co-Ni계 이차 경화형 합금강 및 그 제조 방법을 또한 제공한다. The present invention also provides a W-containing Co-Ni secondary hardened alloy steel excellent in strength and fracture toughness, characterized in that it also contains Mo: 0.5 to 1.5% by weight and a method for producing the same.
이하에 본 발명에 대해 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, this invention is demonstrated in detail.
본 발명의 W함유 이차 경화형 Co-Ni계 합금강은 전술한 종래의 Mo함유 합금강이 지닌 단점을 보완하기 위해 기존의 에어멧 100 조성에 합금원소인 W 및 Cr을 W: 0.40 ~ 4.05%, Cr: 2.00 ~ 3.50% 첨가하여 템퍼링 처리 과정에서 [W,Cr]2C에 의한 2차 경화 현상을 유도하며, 불순물인 S의 함량을 S: <0.0030%로 최소화하여, 연장된 시효 구간에서 강도 및 파괴인성이 향상되도록 한 것을 특징으로 한다.W-containing secondary hardening type Co-Ni-based alloy steel of the present invention is to compensate for the disadvantages of the conventional Mo-containing alloy steel described above W and Cr, the alloying elements in the conventional airmet 100 composition W: 0.40 ~ 4.05%, Cr: 2.00 ~ 3.50% added to induce the secondary curing phenomenon by [W, Cr] 2 C during the tempering process, minimizing the content of impurity S to S: <0.0030%, strength and fracture in the extended aging section It is characterized by improving toughness.
본 발명에서 각 성분의 수치를 한정한 이유는 다음과 같다.The reason for limiting the numerical value of each component in the present invention is as follows.
C는 기본적으로 강도 향상에 필요한 원소로서 그 첨가가 필수적이나, 0.23%이하이면 이차 경화 구간에서 탄화물의 효과적인 석출이 어려워 소정의 강도를 얻을 수 없고, 0.28% 이상이면 탄화물량은 극대화할 수 있으나 기본적으로 합금 기지의 취성이 커지므로 용접성 및 파괴인성을 크게 저하시키기 때문에 0.23% 초과 ~ 0.28% 미만으로 한정한다.C is basically an element necessary for strength improvement, but its addition is essential, but if it is 0.23% or less, it is difficult to effectively precipitate carbide in the secondary curing section, and thus it is impossible to obtain a predetermined strength. If it is 0.28% or more, the amount of carbide can be maximized. Therefore, the brittleness of the alloy matrix becomes large, so that the weldability and the fracture toughness are greatly reduced.
Cr은 소입성을 향상시킬 뿐만 아니라, 비록 단독으로는 안정한 M2C 탄화물을 형성하지는 않지만 Mo 또는 W과 같이 첨가될 때 (M,Cr)2C 탄화물이 형성되어 강화 효과에 큰 영향을 미치는 합금원소이다. 그러므로 Cr함량이 2% 이하이면 충분한 탄화물의 석출에 따른 이차 경화에 의한 강도 확보가 어려우며, 3.5% 이상이면 CrS와 같이 파괴인성을 크게 저하시키는 개재물 함량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 결정립계 탄화물 석출을 증가시켜 인성 및 연성을 감소시킴으로 2.00% 초과 ~ 3.50% 미만으로 한정한다.Cr not only improves quenchability, but alloys that do not form stable M 2 C carbides alone, but (M, Cr) 2 C carbides when added with Mo or W, have a significant effect on the reinforcing effect. Element. Therefore, if the Cr content is less than 2%, it is difficult to secure the strength by secondary hardening due to the precipitation of sufficient carbides, and if it is more than 3.5%, the content of inclusions that greatly degrade the fracture toughness, such as CrS, can be increased, and the grain boundary carbide precipitation is increased. It is limited to more than 2.00% to less than 3.50% by reducing the toughness and ductility.
Mo는 합금의 고온강도, 강도, 크리프저항 뿐만 아니라 M2C 탄화물을 형성하는 주된 합금 원소로서 0.5% 이하 첨가하면 이차 경화성이 작아서 강도 대비 인성을 저하시키며, 1.5% 이상 첨가하면 탄화물의 석출 속도 증가로 인해 이차 경화 구간에서의 열적 열화에 대한 저항성을 감소시키게 된다. Mo is the main alloying element that forms M 2 C carbide as well as the high temperature strength, strength, and creep resistance of the alloy. When Mo is less than 0.5%, Mo is low in secondary hardenability, and when it is more than 1.5%, the precipitation rate of carbide increases. This reduces the resistance to thermal degradation in the secondary curing zone.
W은 합금원소 효과 측면에서 Mo와 유사한 성질을 가지는 합금 원소로서 0.4% 이하 첨가하면, W2C에 의한 주된 이차 경화 현상을 유도할 수 없으며, 4.05% 이상 첨가하면, 고온 오스테니타이징 처리시에도 기지로 재고용되지 않고 남아 있는 미고용 탄화물의 양을 증가시켜 파괴인성을 감소시키기 때문에 0.40% 초과 ~ 4.05% 미만으로 한정한다.W is an alloying element having similar properties to Mo in terms of alloying element effect, and when it is added 0.4% or less, the main secondary hardening phenomenon due to W 2 C cannot be induced, and when it is added 4.05% or more, even at high temperature austenizing treatment It is limited to more than 0.40% to less than 4.05% because it reduces the fracture toughness by increasing the amount of unused carbide that remains unreclaimed.
Co 및 Ni은 비록 M2C 합금탄화물의 주된 합금원소는 아니나, 합금의 강도 및 인성에 직접적인 영향뿐만 아니라 M2C 탄화물 형성에 간접적인 영향을 미치는 원소로서, Co는 시효시 전위의 회복을 저지하여 M2C 탄화물의 핵생성 자리를 증가시키는 역할과 함께, M2C 탄화물의 석출 구동력을 증가시켜 강도 증가에 기여한다. 그리고 Ni은 기본적으로 합금의 인성 향상을 위해 첨가되나, 시효시 M2C 석출에 앞서 형성되는 시멘타이트의 분해를 촉진함으로서, 상대적으로 낮은 시효온도(전위의 밀도가 높고, 미세한 M2C 탄화물 석출이 가능함)에서 M2C 탄화물의 석출에 필요한 탄소를 공급할 수 있으므로 인성뿐만 아니라 강도 증가에 기여하게 된다. 따라서 11% 이하의 Co첨가는 이차경화 구간에서의 합금의 강도를 크게 저하시키며, 13.50% 이상 첨가시 강도는 증가하나 상대적으로 인성을 크게 저하시키기 때문에 11.00% 초과 ~ 13.50% 미만으로 한정한다. 반면에 Ni은 본질적인 기지 인성 확보를 위해 반드시 필요한 합금원소로서 0.23% C의 경우 급격한 취성 파괴를 막기 위해서는 6% 이상의 Ni 함량이 필요하며, 0.28% C의 경우 최소 8% 이상의 Ni 함량이 필요하다. 반면에 Ni 함량의 증가는 파괴인성 시험시 크랙 앞에서의 응력 집중을 완화시켜 파괴인성에 대한 본질적인 균열 생성 저항성을 높일 수 있으나 기본적으로 합금내의 탄소 고용도를 감소시켜 합금의 제조 후 냉각시 입계 취성을 유발할 수 있는 입계 탄화물의 석출을 초래할 수 있기 때문에 오히려 강도 대비 인성 확보를 어렵게 하는 원인이 된다. 따라서 Ni 함량은 0.23% 초과 ~ 0.28% 미만의 탄소 범위에서 6.00% 초과 ~ 11.05% 미만으로 한정한다.Co and Ni, although not the main alloying elements of M 2 C alloy carbides, are not only a direct effect on the strength and toughness of the alloy but also an indirect effect on the formation of M 2 C carbides. to contribute to with the role of increasing the nucleation position of the M 2 C carbides, strength increase by increasing the driving force of the precipitated M 2 C carbides. And Ni is basically added to improve the toughness of the alloy, but by promoting the decomposition of cementite formed prior to M 2 C precipitation during aging, relatively low aging temperature (high density of potential, fine M 2 C carbide precipitation Available) can supply the carbon needed for the precipitation of M 2 C carbides, which contributes to increased strength as well as toughness. Therefore, the addition of Co of 11% or less greatly decreases the strength of the alloy in the secondary curing zone, and when added more than 13.50%, the strength is increased but relatively toughness is significantly reduced, so limited to more than 11.00% ~ less than 13.50%. On the other hand, Ni is an alloying element necessary to secure intrinsic matrix toughness. In the case of 0.23% C, Ni content of 6% or more is required to prevent rapid brittle fracture, and in the case of 0.28% C, Ni content of at least 8% is required. On the other hand, the increase of Ni content can alleviate the stress concentration in front of the crack in the fracture toughness test, thereby increasing the intrinsic crack formation resistance to fracture toughness, but basically reducing the carbon solubility in the alloy, thereby reducing the grain boundary brittleness during cooling after alloy preparation. Since it may cause precipitation of intergranular carbides, it may be difficult to secure toughness to strength. Therefore, the Ni content is limited to more than 6.00% to less than 11.05% in the carbon range of more than 0.23% to less than 0.28%.
또한, 본 발명에서 각 제조공정을 한정하는 이유는 다음과 같다.In addition, the reason for limiting each manufacturing process in the present invention is as follows.
본 발명의 강재를 진공 용해 후 일렉트로 슬래그 재용해(ESR) 처리를 통해 제조하는 이유는 후속되는 특수 용해 정련법을 통해 S의 함량을 0.003% 이하로 제어할 수 있기 때문이며, 이러한 결과는 합금내에 존재하여 파괴인성을 저하시키는 개재물의 양을 본질적으로 최소화 할 수 있기 때문이다. 이것은 굳이 진공 아크재용해법(VAR)의 고가 비용 및 국내 여건상 그 사용에 있어서 많은 제약이 따르는 제조법 없이도 더 낮은 제조비용으로 쉽게 제조할 수 있다는 장점을 가진다. The reason why the steel of the present invention is manufactured through electroslag re-dissolution (ESR) treatment after vacuum dissolution is that the content of S can be controlled to 0.003% or less through the following special dissolution refining method, and the result is present in the alloy. This is because the amount of inclusions that degrades fracture toughness can be minimized essentially. This has the advantage that it can be easily manufactured at a lower manufacturing cost without the high cost of the vacuum arc remelting method (VAR) and the manufacturing method, which is constrained by its domestic conditions.
또한, 제조된 강재를 1000 ~ 1200℃의 온도에서 60 ~ 120분간 오스테니타이징 처리하고 급랭 처리하는 이유는 합금원소가 기지내에 완전히 고용되어 시효시 첨가된 합금원소의 영향을 충분히 반영할 수 있도록 하기 위한 것이며, 또한 고온 오스테니타이징 처리를 통해 합금의 용해 및 냉각 중 기지로 고용되지 않고 남아 있는 미고용 탄화물을 최대한 분해하기 위한 것이다. In addition, the reason for austenizing and quenching the manufactured steel at a temperature of 1000 to 1200 ° C. for 60 to 120 minutes is to sufficiently reflect the influence of the alloying element added upon aging by completely alloying elements in the base. It is also intended for the maximum decomposition of unemployed carbide that remains undissolved as a base during melting and cooling of the alloy through high temperature austenizing treatment.
한편 상기 오스테니타이징 처리된 강재를 480 ~ 510℃의 온도에서 60 ~ 600분간 시효 처리하는 이유는 Mo, W, Cr으로 과포화된 기지로부터 침상형의 미세한 M2C 탄화물을 석출시키기 위함이며, 이때 이차 경화시 탄소의 공급원이 되는 시멘타이트의 효과적인 분해에 의한 이차 경화 현상으로 파괴인성의 큰 저하가 없이 강도를 크게 하기 위한 방법이다. Meanwhile, the reason for aging treatment of the austenitized steel at a temperature of 480 to 510 ° C. for 60 to 600 minutes is to precipitate needle-like fine M 2 C carbides from a base supersaturated with Mo, W, and Cr. It is a method for increasing the strength without a significant decrease in fracture toughness due to the secondary curing phenomenon by effective decomposition of cementite, which is a source of carbon during secondary curing.
이하에 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.An Example is given to the following and this invention is demonstrated in detail.
(실시예)(Example)
표 2에 나타낸 성분 조성을 진공 유도 용해 후 ESR 처리한 다음, 열간 단조 및 압연을 통하여 A, B, C, D 강재를 제조하였다.The composition shown in Table 2 was subjected to ESR treatment after vacuum induction melting, and then A, B, C, D steels were prepared through hot forging and rolling.
A, B, C, D 시편을 특정 조건으로 오스테니타이징 처리를 행한 다음 시효 처리한 각 시편의 강도, 파괴인성을 측정한 값을 표 3에 나타나 있다.Table 3 shows the values of the strength and fracture toughness of each of the A, B, C, and D specimens subjected to an austenizing treatment under specific conditions and then aged.
표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 W함유 이차 경화형 Co-Ni강의 경우, 기존 Mo함유 이차 경화형 Co-Ni강과 비교하여 유사하거나 우수한 강도대비 인성을 나타내고 있다. As can be seen in Table 3, the W-containing secondary hardened Co-Ni steel according to the present invention, compared to the existing Mo-containing secondary hardened Co-Ni steel shows similar or superior strength to toughness.
Claims (3)
상기 강재를 1000 ~ 1200℃의 온도에서 60 ~ 120분간 유지한 후 급랭하는 단계와;
상기 급랭된 강재를 480 ~ 510℃의 온도에서 60 ~ 600분간 시효 처리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 강도와 파괴인성이 우수한 W함유 이차 경화형 Co-Ni계 합금강 제조 방법.By weight%, C: greater than 0.23% to less than 0.28%, Cr: greater than 2.00% to less than 3.50%, W: greater than 0.40% to less than 4.05%, Ni: greater than 6.00% to less than 11.05%, Co: greater than 11.00% to Fabricating a steel material containing less than 13.50%, balance Fe and inevitable incorporation of impurities through vacuum induction melting and then through an ESR through a hot working process;
Maintaining the steel at a temperature of 1000 to 1200 ° C. for 60 to 120 minutes and then quenching the steel;
W-treated secondary hardening type Co-Ni-based alloy steel having excellent strength and fracture toughness, characterized in that the step of aging the quenched steel at a temperature of 480 ~ 510 ℃ 60 ~ 600 minutes.
상기 강재는 중량 %로 Mo: 0.5% 초과 ~ 1.5% 미만을 또한 함유하는 것을 특징으로 하는 강도와 파괴인성이 우수한 W함유 이차 경화형 Co-Ni계 합금강 제조 방법.The method according to claim 1,
W steel-containing secondary hardening type Co-Ni-based alloy steel production method excellent in strength and fracture toughness, characterized in that the steel also contains Mo: more than 0.5% to less than 1.5% by weight.
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