KR101333740B1

KR101333740B1 - 분말 야금학적으로 제조된 스틸, 상기 스틸을 포함하는공구 및 상기 공구의 제조 방법

Info

Publication number: KR101333740B1
Application number: KR1020087001681A
Authority: KR
Inventors: 스테판 선딘
Original assignee: 에라스텔 클로스터 악티에볼락
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2013-11-28
Also published as: EP1917376A1; EP1917376B1; WO2007021243B1; KR20080038130A; WO2007021243A9; EP1917376A4; RU2008104934A; SE0501827L; CN101243199B; JP2009504922A; CN101243199A; WO2007021243A1; JP5225843B2; SE529041C2; RU2415961C2; BRPI0614983A2

Abstract

분말 야금학적으로 제조되는 스틸로서, 중량%의 화학적 조성이: 1.1-2.3 C+N, 0.1-2.0 Si, 0.1-3.0 Mn, 최대 20 Cr, 5-20 (Mo+W/2), 0-20 Co를 포함하며, 니오븀과 바나듐의 함량 및 그 함량들 사이의 비율이 도 1의 좌표 시스템내의 좌표 A, B, C에 의해 정해지는 영역내에 놓이도록, 니오븀과 바나듐의 총 함량(Nb + V)이 니오븀 함량과 바나듐 함량 사이의 비율(Nb/V)과 관련하여 결정되며, 상기 좌표는 A:[4.0; 0.55], B:[4.0; 4.0], C:[7.0; 0.55]이고, 총량이 1% 이하인 Cu, Ni, Sn, Pb, Ti, Zr, 및 Al, 나머지 철 및 스틸 제조과정으로부터의 불가피한 불순물을 포함한다. 본 발명은 또한 상기 스틸로 제조된 열간 가공용 공구 또는 냉간 가공용 공구 또는 칩 제거용 공구 또는 고도의 기계 요소용 공구 스틸에 관한 것이며, 그러한 공구의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

분말 야금학적으로 제조된 스틸, 상기 스틸을 포함하는 공구 및 상기 공구의 제조 방법{POWDER METALLUGICALLY MANUFACTURED STEEL, A TOOL COMPRISING THE STEEL AND A METHOD FOR MANUFACTURING THE TOOL}

본 발명은 새로운 스틸, 바람직하게 연마성(grindability)이 개선되고 칩(chip) 제거용 공구(tool)에 적합한 분말 야금학적으로 제조된 고속도 스틸(high speed steel)에 관한 것으로서, 상기 공구의 예를 들면 기어 컷팅 공구, 탭(taps) 및 단부-커터(end-cutters)와 같이 양호한 경도, 특히 고온 경도와 조합된 큰 인성이 요구되는 쉐이빙 세퍼레이터(shaving serarators)를 구비하고 바람직하게 코팅되는 공구가 있다. 다른 적용 분야로는, 경도와 조합된 큰 인성 및 용도에 맞는 강도를 필요로 하는 곳에서 사용되는 공구가 있다. 적용될 수 있는 용도들은, 열간-압연을 위한 롤러 및 알루미늄 프로파일(profile)의 압출(extrusion)을 위한 다이와 같은 열간-가공용 공구, 금속 등에 패턴 또는 프로파일을 스탬핑하기 위한 공구와 같은 고도의(advanced) 기계 요소 및 프레스 롤러를 포함할 수 있다. 다른 적용 분야로, 양호한 연마성 및 양호한 경도가 중요한 특성이 되는 냉간-가공 공구를 포함할 수 있다.

예를 들어 알루미늄 프로파일의 압출을 위한 공구에서 사용되는 스틸의 경우에, 가장 중요한 특성들 중 하나는 스틸이 큰 템퍼링 내성(high tempering resistance)을 가지는 것이며, 이는 경화 및 템퍼링 처리에 의해 스틸이 가지게 되는 경도를 잃지 않고 오랜 시간 동안 고온에 노출될 수 있다는 것을 의미한다. 한편, 이러한 경도가 반드시 매우 높을 필요는 없고, 50-55 HRC의 크기라면 적합할 것이다.

만약, 스틸이 고도의 기계 요소에 사용된다면, 주요 특성은 높은 인성과 조합된 강도 및 높은 경도가 될 것이고, 또한 균일한 특성에 대한 엄격한 요구가 있을 것이다. 이러한 경우에, 템퍼링 후의 경도는 통상적으로 55-60 HRC의 범위가 될 것이다.

그러나, 패턴 또는 프로파일을 금속 등에 스탬핑하기 위한 공구를 위한 스틸, 그리고 쉐이빙 세퍼레이터를 구비하는 기어 컷팅 공구, 탭(taps) 및 단부-커터와 같이 칩 제거용 공구를 위한 스틸에서는, 큰 인성과 조합된 60-70 HRC의 높은 경도가 요구되기도 한다. 탭들은 60-67 HRC의 경도를 가져야 하는 한편, 단부-커터는 62-70 HRC의 경도를 가져야 한다. 냉간-가공용 공구에서 사용하기 위한 경우에도, 스틸에 대한 유사한 요구가 있을 것이다.

본 발명은 또한 고온 가공 또는 칩 제거 또는 냉간 가공용 공구에 관한 것이고, 또는 스틸로 제조된 고도의 기계 요소에 관한 것이며, 그러한 공구의 제조 방법에 관한 것이다.

절삭(컷팅; cutting) 작업에 사용하기 위한 하나의 스틸 타입으로서, 상표명 ASP®2052로 시장에서 판매되는 고속도 스틸이 있으며, 그러한 스틸의 중량% 공 칭(nominal) 조성은: 1.6 C, 4.8 Cr, 2.0 Mo, 10.5 W, 8.0 Co, 5.0 V, 나머지 철 및 불가피한 불순물을 포함한다. 다른 고속도 스틸로는 ASP®2030이 있으며, 그 공칭 조성은 1.28 C, 4.2 Cr, 5.0 Mo, 6.4 W, 3.1 V, 8.5 Co, 나머지 철 및 불가피한 불순물을 포함한다. 또 다른 고속도 스틸로는 ASP®2060가 있으며, 그 공칭 조성은 2.3 C, 4.2 Cr, 7.0 Mo, 6.5 W, 6.5 V, 10.5 Co, 나머지 철 및 불가피한 불순물을 포함한다. 모든 함량은 중량%로 표기된다.

칩 제거용 공구에서 이용하기 위한 스틸의 연마성을 개선하는 것이 바람직한데, 이는 그러한 공구의 제조중에 연마성은 많은 시간이 소요되는 작업이기 때문이다. 따라서, 본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 종래의 스틸과 동일한 바람직한 특성을 가지면서도 재료의 연마성이 개선된 신규한 스틸, 바람직하게 고속도 스틸을 제공하는 것이다. 보다 구체적으로, 스틸은 다음과 같은 특성을 가져야 할 것이다. 즉:

- 경화되고 템퍼링된 상태에서의 양호한 연마성,

- 경화되고 템퍼링된 상태에서의 양호한 인성,

- 경화되고 템퍼링된 상태에서의 양호한 경도,

- 높은 항복점,

- 높은 피로 강도,

- 높은 굴곡 강도(Flexural strength), 그리고

- 양호한 내마모성.

이러한 필수 조건(prerequisites)은 분말 야금학적으로 제조되고 다음과 같은 중량%의 화학적 조성을 가지는 스틸에 의해 달성될 수 있고, 그러한 화학적 조성은 1.1-2.3 C+N, 0.1-2.0 Si, 0.1-3.0 Mn, 최대 20 Cr, 5-20 (Mo+W/2), 0-20 Co를 포함하고, 이때 니오븀과 바나듐의 총 함량(Nb + V)은 니오븀과 바나듐의 함량 비율(Nb/V) 관계에 의해 결정되고, 이들 원소들(니오븀과 바나듐)의 함량 및 그 함량들 사이의 비율은 도 1의 좌표 시스템내의 좌표 A: [4.0; 0.55], B: [4.0; 4.0], C: [7.0; 0.55]에 의해 정해지는 영역내에 위치되며, 또한 총량이 1% 이하인 Cu, Ni, Sn, Pb, Ti, Zr, 및 Al, 나머지 철 및 스틸 제조과정으로부터의 불가피한 불순물을 포함한다.

이하에서는, 첨부 도면 및 실시된 테스트를 참조하여 본원 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 스틸의 Nb 및 V의 총 함량(Nb+V)과 Nb 및 V의 비율(Nb/V) 사이의 관계를 좌표로 도시한 그래프이다.

도 2는 MX-탄화물의 크기를 MX-탄화물의 부피를 함수로 하여 도시한 그래프이다.

도 3은 M₆X-탄화물의 크기를 M₆X-탄화물의 부피를 함수로 하여 도시한 그래프이다.

도 4는 여러 가지 열처리 및 Nb/V 비율의 경우에 대한 탄화물의 분포를 도시 한 그래프이다.

도 5는 Nb/V 비율을 함수로 하여, d₍₁₁₁₎MX- 및 d_(331)-0.5Å M₆X-탄화물에 대한 평면 d₍ _hkl ₎에서의 격자 상수(lattice spacing)를 도시한 그래프이다.

도 6은 본 발명에 따른 스틸(F)의 6번 열처리 후의 미세조직을 도시한 사진다.

도 7은, MX-탄화물의 크기를 함수로 하여, 연마성 즉, G 비율을 도시한 그래프이다.

도 8은 칩 굴착(excavation) 비율과 관련하여 연마중의 에너지 소모를 도시한 그래프이다.

특정 이론에 구속하지 않으면서, 본원 발명에 따라 원하는 특성 프로파일을 달성하는데 있어서의 여러 가지 구조적 요소 및 여러 가지 합금 물질의 중요성에 대해서 설명한다. 특별한 언급이 없으면, 합금 함량의 경우에 백분율은 항상 중량%이고, 구조적 요소의 경우에 백분율은 항상 부피%이다.

질소와 함께, 탄소가 적어도 1.1% 내지 최대 2.3%, 바람직하게는 적어도 1.4% 내지 최대 2.0%, 가장 바람직하게는 적어도 1.60% 내지 최대 1.90%의 함량으로 존재하여야 하는데, 이는 마르텐사이트내에 용해되었을 때 목적에 적합하게 경화 및 템퍼링된 조건하에서 재료에 경도를 부여하기 위해서이다. 또한, 탄소 및 질소는, 니오븀 및 바나듐과 조합하여, 타입(Nb, V)X의 MX-탄화물, -질화물, -탄질 화물의 적절한 양의 일차(primary) 석출에 기여하여야 하고, 텅스텐, 몰리브덴 및 크롬과 조합하여, 매트릭스내에서 M₆X-탄화물, -질화물, -탄질화물의 적절한 양의 일차 석출을 달성하도록 기여하여야 한다. 요약하면, 이하에서는 그러한 경질 상 입자들을 탄화물이라고 지칭할 것이나, 스틸이 질소를 포함한다면, 탄화물이라는 용어는 질화물 및/또는 탄질화물과도 관련된 것임을 이해하여야 한다. 그러한 탄화물의 목적은 바람직한 내마모성을 재료에 부여하는 것이다. 또한, 탄화물들이 입자 성장을 제한하는 기능을 함에 따라서, 탄화물들은 스틸에서의 미세-입자 조직에 기여한다. 바람직한 실시예에서, 스틸은 1.65 내지 1.80 % 탄소 및 질소를 포함하고, 이는, 다른 합금 원소 특히, 실리콘, 크롬, 바나듐 및 니오븀의 균형을 이룬(balanced) 양과 조합되어, 목적에 적합한 특성 프로파일을 스틸에 부여할 것이며, 이는 표준 제조 프로세스에 의해서 달성될 수 있을 것이고, 다시 말해 제조과정은 표준 방법에 따른 절차 이외의 특별한 노력을 필요로 하지 않을 것이다.

일반적으로, 질소 함량은 0.1% 이하이나, 분말 야금학적 제조 기술에 의해서 스틸내에 보다 많은 함량의 질소를 용해시킬 수 있다. 그에 따라, 스틸의 일 실시예는 많은 양의 질소, 즉 최대 2.3%의 질소를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이는 제조된 분말의 고체상 질화 작업에 의해서 달성될 수 있을 것이다. 따라서, 최종 공구의 스틸의 일부가 되는 경질 재료에서 탄소를 대체할 수 있을 것이다. 탄소를 질소로 대체함으로써 얻어지는 이점은 다음과 같다. 즉, 점착 마모(adhesive wear)에 대한 저항이 감소되며, 이는 알루미늄 및 특정 스테인리스 스틸과 같은 점 착성(tacky) 물질에서 공구가 작용할 때 특히 유리하다. 또한, 스틸은 용이하게 템퍼링될 수 있을 것이며, 이는 템퍼링 온도가 낮아질 수 있다는 것을 의미하며, 이것 역시 유리할 것이다. 1.1% 탄소 + 질소 미만의 함량은 충분한 경도 및 내마모성을 제공하지 못할 것이며, 2.3%를 초과하는 함량은 취성 문제를 일으킬 수 있을 것이다.

실리콘은 스틸의 유동성(fluidity)을 개선하기 위해 0.1% 이상의 함량으로 스틸에 첨가되는데, 이는 용융 야금학적(melt metallurgical) 프로세스에 있어서 중요한 사항이다. 스틸 용융체에 실리콘을 많이 첨가할 수록 보다 더 유동적이 될 것이며, 이는 입자화(granulation)와 관련한 막힘(clogging)을 방지하는데 있어서 중요하다. 입자화 중에 막힘을 방지하기 위해서, 실리콘 함량은 0.2% 이상, 보다 바람직하게는 0.4% 이상이 되어야 한다. 또한, 실리콘은 실리콘이 합금화된 실시예에서의 탄소 활동도 증가에 기여하며, 그러한 탄소는 최대 약 2%의 양으로 존재할 수 있을 것이다. 2% 를 초과하는 함량에서는 취성과 관련한 문제가 발생할 것이고, 스틸은 1.2% Si를 초과하지 않는 것이 바람직할 것인데, 이는 그러한 함량을 초과하는 경우에는 M₆X-탄화물이 형성될 위험이 있고 경화된 상태 경도가 손실될 수 있기 때문이며, 이는 1.0% 이하로 실리콘 함량을 제한하는 것이 바람직하다는 것을 의미한다. 바람직한 실시예에서, 실리콘 함량은 0.55% 내지 0.70%이며, 이는 전술한 이점 이외에도 다음과 같은 결과를 제공하는 것으로 입증되었다. 즉, 스틸에서 바람직한 탄소 함량과 조합되어 열처리를 용이하게 하는 것으로 입증되었다. 그에 따라, 스틸은 특성 프로파일을 여전히 유지하면서도 넓은 온도 범위에서 열처리될 수 있게 되며, 이는 제조시의 이점이 될 것이다.

망간은 또한 야금학적 용융 프로세스로부터의 잔류 생성물로서 주로 존재할 수 있으며, 그러한 용융 프로세스에서 망간은 망간 황화물을 형성함으로써 황(sulfuric) 불순물을 비활성화시키는 효과를 가지는 것으로 알려져 있으며 이러한 목적을 위해서 망간은 0.1% 이상의 함량으로 스틸내에 존재하여야 할 것이다. 스틸내의 망간의 최대 함량은 3.0% 이나, 최대 0.5%로 망간의 함량을 제한하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 스틸은 0.2 내지 0.4% Mn을 포함한다.

황은 스틸 제조과정으로부터의 잔류 생성물로서 스틸내에 존재할 수 있으며, 스틸의 기계적 특성에 영향을 미치지 않고 최대 800 ppm의 함량으로 존재할 수 있다. 황은 최대 1% 까지 합금 원소로서 의도적으로(deliberately) 첨가될 수 있으며, 그에 따라 가공성 및 작업성을 개선하는데 기여할 수 있다. 이러한 목적을 위해 의도적으로 첨가된 황을 가지는 본 발명의 일 실시예에서, 황의 함량은 0.1 내지 0.3% 이어야 하고, 그에 따라 망간의 함량은 황을 합금화하지 않은 실시예에서 보다 다소 높은 함량으로, 바람직하게는 0.5% 내지 최대 1.0%의 함량으로 선택되어야 한다.

또한, 인이 스틸의 제조과정으로부터의 잔류 생성물로 존재할 수 있는데, 스틸의 기계적 특성에 영향을 미치지 않고 800 ppm의 함량까지 존재할 수 있을 것이다.

크롬은, 스틸의 매트릭스내에 용해되었을 때 경화 및 템퍼링 후에 스틸이 적 절한 경도 및 인성을 달성할 수 있도록 기여하기 위해서, 3% 이상, 바람직하게는 3.5% 이상의 함량으로 스틸내에 존재한다. 또한, 크롬은 일차 석출 경질 상 입자내에, 주로 M₆X-탄화물내에 포함됨으로써 스틸의 내마모성에 증대에 기여할 수 있다. 또한 다른 일차 석출 탄화물들이 크롬을 포함할 수도 있을 것이나, 동일한 정도(extent)는 아닐 것이다. 그러나, 너무 많은 크롬은 변환(convert)이 곤란한 잔류 오스테나이트의 위험을 초래할 수 있다. 재료의 급속 냉각(deep freeze)에 의해서, 잔류 오스테나이트 함량이 제거될 수 있고 또는 최소한 최소화될 수 있을 것이다. 이러한 이유로, 스틸에서 약 20% 까지의 크롬 함량이 허용될 수 있을 것이나, 바람직하게는 크롬 함량이 최대 12%로 제한된다. 스틸의 적용 분야에서, 스틸은 원하는 특성 프로파일의 달성을 위해서 6%를 초과하는 양으로 포함할 필요가 없다. 바람직한 실시예에서, 스틸은 3.5 내지 4.5% Cr, 가장 바람직하게는 3.8 내지 4.2% Cr을 포함한다.

몰리브덴 및 텅스텐은, 크롬과 유사하게, 경화 및 템퍼링 후에 적절한 경도 및 인성을 스틸의 매트릭스에 부여하는데 기여할 것이다. 또한, 몰리브덴 및 텅스텐은 M₆X 타입 탄화물의 일차 석출 탄화물에 포함될 수 있을 것이고 그러한 경우에 스틸의 내마모성에 기여할 수 있을 것이다. 또한, 다른 일차 석출 탄화물들이 몰리브덴 및 텅스텐을 포함할 수 있으나, 동일한 정도는 아니다. 다른 합금 원소들에 대해 조정(adaptation)함으로써 적절한 특성을 획득할 수 있도록 그 한계가 선택된다. 원칙적으로, 몰리브덴 및 텅스텐은 부분적으로 또는 전체적으로 서로 대 체될 수 있으며, 이는 텅스텐이 절반 양의 몰리브덴에 의해 대체될 수 있고, 또는 몰리브덴이 2배 양의 텅스텐에 의해 대체될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나, 경험상, 몰리브덴 및 텅스텐의 동일한 양이 바람직한 것으로 알려져 있는데, 이는 생산 기술에 있어서 특히, 열처리 기술에 있어서 특별한 이점을 제공하기 때문이다. 몰리브덴 + 텅스텐의 총 함량은 5 내지 20%, 보다 바람직하게는 15% 이하이다. 다른 합금 원소와 조합하여, 목적에 적합한 특성은 9 내지 12%(Mo + W/2)의 함량에서 달성될 수 있을 것이다. 이러한 범위내에서, 몰리브덴의 함량은, 바람직한 실시예에서, 4.0 내지 5.1%로 선택되며, 텅스텐 함량은 5.0 내지 7.0의 범위로 적절하게 선택된다. 몰리브덴의 공칭 함량은 4.6%이고 텅스텐은 6.3%이다.

스틸내의 코발트의 최적의 함량은 스틸의 의도된 용도에 따라서 달라진다. 스틸이 통상적으로 상온에서 사용되는 용도의 경우에 또는 통상적인 사용시에 특별한 고온으로 가열되지 않는 용도의 경우에, 스틸은 의도적으로 첨가된 코발트를 포함하지 않는데, 이는 코발트가 스틸의 인성을 감소시킬 수 있기 때문이고 또 공구 사용시의 칩핑(chipping) 위험 때문이다. 또한, 코발트 함량이 증대되면 소프트 어닐링된(soft annealed) 상태에서의 경도가 증대될 것이고, 약 14%를 초과하는 함량에서 공구는 가공하기가 현저하게 어려워질 것이고, 다시 말해 터닝가공(turn), 밀링가공, 드릴링가공, 소우잉가공(saw)하기가 현저하게 어려워질 것이다. 만약, 스틸이 고온 경도가 중요한 문제가 되는 칩 컷팅 공구에서 사용된다면, 상당량의 코발트를 함유하는 것이 바람직할 것이며, 그러한 경우에 20% 까지의 함유가 허용될 수 있을 것이나, 바람직한 고온 경도는 7 내지 14%의 코발트 함량에서 달성될 수 있을 것이다. 칩 컷팅 공구에서 사용되는 경우에, 본 발명에 따른 스틸은 8.0 내지 10.0% Co를 포함하는 것이 보다 바람직할 것이며, 8.8 내지 9.3% Co를 포함하는 것이 보다 더 바람직할 것이다.

니오븀은 본 발명에 따른 스틸에서 중요한 역할을 하는 원소이다. 1% 이하의 소량의 니오븀을 첨가하면 탄화물의 크기를 줄일 수 있다는 것이 알려져 있으며, 이는 특히 재료의 인성 및 경도의 측면에서 긍정적이다. 공지된 논리에 따라서, 니오븀은 바나듐을 대체할 수 있을 것이다. 그러나, 이는 내마모성에 영향을 미칠 것이며, 재료의 연마를 곤란하게 할 것이며, 스틸이 약 4% 또는 그 보다 많은 니오븀 및/또는 바나듐을 포함하는 경우에 특히 그러하다.

탄화물 형성제의 함량이 높음에도 불구하고 스틸이 놀랍게도 용이하게 연마될 수 있는 바나듐과 니오븀의 총 함량과 비율의 상호관계 즉, 한편으로 바나듐 및 니오븀의 총 함량과 다른 한편으로는 바나듐 및 니오븀 사이의 비율의 상호관계가 이전에는 공지되지 않았었고, 적어도 본원 발명의 출원인은 알지 못하였다. 이러한 상호관계는 본 발명의 사상의 기본이 되며 이하에서 추가로 설명하는 바와 같은 광범위한 테스트를 통해 본 출원인은 명확하게 이해할 수 있었다. 본 발명의 사상에 따라, 니오븀과 바나듐 원소들의 함량 및 그 비율이 도 1의 좌표 시스템내의 좌표(A, B, C)에 의해 정해지는 영역내에 놓이도록, 한편으로 니오븀과 바나듐의 총 함량이 다른 한편으로 니오븀과 바나듐의 함량 비율(Nb/V)과 관련하여 균형을 이루게 된다. 보다 바람직하게, 이들 원소들의 총 함량(Nb + V) 및 이들의 비율(Nb/V)이 좌표(D, E, F)에 의해서 정해지는 영역내에서, 보다 바람직하게는 좌표(G, H, I)에 의해서 정해지는 영역내에서 균형을 이루며, 이때:

[(Nb+V); (Nb/V)]

A: [4.0; 0.55]

B: [4.0; 4.0] C: [7.0; 0.55]

D: [4.25; 0.55]

E: [4.25; 3.5]

F: [6.7; 0.55]

G: [4.5; 0.55] H: [4.5; 3.0]

I: [6.4; 0.55] 가 된다.

본 발명의 범위내에서, 니오븀 및 바나듐의 높은 합금 함량에도 불구하고, 일차 MX-탄화물의 크기가 제한될 수 있다는 것을 알 수 있고, 이는 연마성의 개선에 기여한다.

본 발명에 따른 스틸은, 스틸의 Nb/V의 비율이 높을수록, 그러한 스틸 제조 중의 다양한 고온 작업에서, 예를 들어 HIP 작업, 단조, 압연에서 MX-탄화물을 보다 덜 성장시킨다는 것을 확인하였다.

스틸내에서 형성된 탄화물 및 그 탄화물의 총 함량 사이에는 소정 관계가 있고, 스틸내에서 탄화물 함량이 높을수록 탄화물의 크기가 커진다는 것을 조사를 통해 밝혀냈다. 이러한 관계는 M₆X-탄화물 및 MX-탄화물 모두에 대해서 유효하다. 또한, 일정한 부피 부분(portion) 및 프로세스 파라미터에서, M₆X-탄화물이 MX-탄화 물 보다 크다는 것을 조사를 통해 확인하였다. 이는, 스틸에서 탄화물의 최대 크기가 규정되어 있는 경우에, M₆X-탄화물의 함량 보다 1.5배 내지 2배의 MX-탄화물의 함량을 스틸이 가지도록 합금 조성을 조정할 수 있다는 것을 의미한다.

또한, 니오븀이 첨가되지 않은 스틸 보다 니오븀이 합금화된 스틸에서 MX-탄화물의 크기 증가와 MX-탄화물의 함량 사이의 보다 상호관계가 보다 밀접하다는 놀라운 사실을 발견하였다. 이러한 결과는 니오븀의 첨가가 MX-탄화물의 특정 최대 함량 이내에서만 바람직하고 그 보다 많은 경우에는 그렇지 않다는 것을 나타낸다.

본 발명의 사상에 따라, 높은 항복점, 높은 피로 강도, 높은 굴곡 강도 및 상대적으로 양호한 내마모성과 조합된 인성 및 경도에 대한 높은 요구를 만족시킬 수 있으며 연마 특성 역시 개선된 스틸이 제공될 수 있다. 이는 스틸이 본원의 특허청구범위 제1항에 따른 조성을 가지는 경우에 달성될 수 있으며, 이때 그 조성은 니오븀과 바나듐 사이의 특정 비율과 함께 니오븀 및 바나듐의 총 함량과 관련하여 균형을 이루고 있다. 그에 따라, 니오븀과 바나듐의 총 함량은 4.0 ≤ Nb + V ≤ 7.0, 바람직하게 4.25 ≤ Nb + V ≤ 6.7 그리고 보다 바람직하게 4.5 ≤ Nb + V ≤ 6.4의 조건을 만족시켜야 하며, 동시에 니오븀과 바나듐 사이의 비율은 0.55 ≤ Nb/V ≤ 4.0, 바람직하게 0.55 ≤ Nb/V ≤ 3.5 그리고 보다 바람직하게 0.55 ≤ Nb/V ≤3.0의 조건을 만족시켜야 한다. 가장 바람직한 실시예에서, 스틸은 2.0 내지 2.3 % Nb 및 3.1 내지 3.4 % V를 포함한다. 또한, 스틸은 15 부피% 이하, 바람직하게는 13 부피% 이하, 보다 바람직하게는 11 부피% 이하의 MX-탄화물 함량을 가 지며, 이때 MX-탄화물의 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상은 최장 길이(longest extension)가 3 ㎛ 이하, 바람직하게는 2.2 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 1.8 ㎛ 이하인 탄화물 크기를 가진다. 또한, 스틸내의 M₆X-탄화물의 함량이 15 부피% 이하, 바람직하게는 13 부피% 이하, 그리고 보다 바람직하게는 12 부피% 이하가 되도록, 그리고 M₆X-탄화물의 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상의 최장 길이(longest extension)가 4 ㎛ 이하, 바람직하게는 3 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 2.5 ㎛ 이하인 탄화물 크기를 가지도록, M₆X-탄화물 형성 원소인 크롬, 몰리브덴 및 텅스텐과 관련하여 스틸의 조성이 균형을 이루어 조정되어야 한다.

이외에도, 본 발명에 따른 스틸은 의도적으로 첨가된 추가적인 합금 원소를 포함하지 않는다. 구리, 니켈, 주석 및 납, 그리고 티타늄, 지르코늄 및 알루미늄과 같은 탄화물-형성제의 총 함량은 1% 이하가 되어야 할 것이다. 이들 원소 및 전술한 원소 이외에, 스틸은 스틸의 야금학적 용융 처리로부터의 불가피한 불순물 및 기타 잔류 생성물 이외의 다른 원소를 포함하지 않는다.

실험실 규모에서의 실험

총 9개의 테스트 재료를 준비하였다. 이들 재료의 화학적 조성을 아래의 표 1에 기재하였다.

가스 분무화(atomizing) 방식을 이용하여 스틸로부터 분말을 획득하였다. 각 스틸 분말은 보다 큰 생산 캡슐 상의 소형 테스트 캡슐내에서 소위 HIP/QIP라고 하는 신속한 열간 정수압 프레스(Hot Isostatic Press)에 의해 응집(consolidate)되었다. 소형 테스트 캡슐로부터 샘플들을 취하고, 그 샘플들을 몇 가지 방식으로 열처리하여 이하의 표 2에 따른 통상적인 제조 조건을 시뮬레이트(simulate)하였다.

탄화물 함량 및 크기

실험 스틸내에서의 MX-탄화물의 크기 및 함량은 스틸이 노출된 표 2의 열처리에 따라 달라졌다. 이러한 결과를 표 3으로부터 확인할 수 있다.

도 1은 제 6 번 열처리에 대한 MX-탄화물의 크기에 대한 그래프를 도시한다. 도면에서, 니오븀이 첨가된 스틸을 검은 점으로 표시하였고, 니오븀을 첨가하지 않은 스틸은 중간이 비어있는 원으로 표시하였다. 도면으로부터, MX-탄화물은 Nb의 첨가가 없는 스틸에서 보다 Nb-함유 스틸에서 상당히 작다는 것을 확인할 수 있을 것이다.

스틸이 노출된 표 2에 따른 열처리에 의존하는 실험 스틸의 M₆X-탄화물의 함량 및 크기에 대한 조사 결과를 이하의 표 4에 기재하였다.

니오븀의 첨가가 MX-탄화물의 크기에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 최대 함량은 고속도 스틸에 대한 통상적인 온도에서의 HIP 작업, 압연 및 단조와 같은 프로세스 중의 온도 및 잔류 시간(dwell time)에 따라 달라진다. 조사 결과, MX-탄화물의 함량이 15 부피% 이하, 바람직하게는 13 부피% 이하, 보다 바람직하게는 11 부피% 이하인 스틸의 경우에는 니오븀의 첨가가 유리하였으나, 보다 많은 비율의 MX-탄화물을 가지는 스틸의 경우에는 니오븀의 첨가가 역으로 보다 큰 MX-탄화물을 초래하였다.

도 3은 표 4에서의 스틸에 대한 제 6 번 열처리의 경우에 M₆X-탄화물의 크기에 대한 그래프를 도시한다. 도면에서, 니오븀이 첨가된 스틸을 검은 점으로 표시하였고, 니오븀을 첨가하지 않은 스틸은 중간이 빈 원으로 표시하였다. 도면으로부터, Nb의 첨가가 M₆X-탄화물의 크기에 측정가능한 영향을 미치지 않았다는 것을 확인할 수 있다.

도 4에 명확히 도시된 바와 같이, HIP 작업, 단조, 압연과 같은 제조 중에 스틸이 거치게 되는 다양한 열간-가공 작업에서, 스틸의 Nb/V 비율이 높을수록, 본 발명에 따른 스틸은 MX-탄화물의 크기와 관련하여 보다 적은 영향을 받는다는 것을 확인할 수 있다. 열간-가공 작업은 Nb/V 비율이 약 0.6 또는 그 이상인 스틸에서 MX-탄화물의 크기에 적은 영향을 미친다는 것을 도 4로부터 확인할 수 있다.

도 5는 MX-탄화물 및 M₆X-탄화물에 대한 평면 d₍ _hkl ₎에서의 격자 상수(격자 간격; lattice spacing)를 Nb/V 비율의 함수로 나타낸 그래프이다. MX-탄화물의 경우에, (111)-간격(spacing)을 측정하였고, M₆X-탄화물의 경우에 (331)-간격을 측정하였다. 여기서, 니오븀의 첨가가 M₆X-탄화물의 격자들 사이의 간격에 영향을 미치지 않는 것으로 보이며, 이는 니오븀의 첨가가 M₆X-탄화물의 조성에 영향을 미치지 않는다는 것을 나타낸다. MX-탄화물의 경우에 격자 상수와 Nb/V 비율의 증가 사이에 선형 관계가 성립되는 것으로 보이며, 이는 니오븀이 MX-탄화물내에 용해된다는 것을 나타낸다. 그러나, 스틸(G)는 이러한 것으로부터 벗어나는데, 이는 입자화가 발생되기 이전에 대형(>20 ㎛) MX-탄화물이 용융체내에 형성되기 때문인 것으로 보이며, 이는 보다 적은 양의 Nb가 입자화 중에 또는 그 후에 형성되는 MX-탄화물에서 이용될 수 있다는 것을 의미한다.

미세조직

본 발명에 따른 스틸은 경화되고 템퍼링된 상태에서 마르텐사이트내에 균일하게 분포된 MX-탄화물 및 M₆X-탄화물을 포함하는 템퍼링된 마르텐사이트의 조직으로 이루어진 미세 조직을 가지며, 그러한 조직은 950 내지 1250 ℃의 오스테나이트화 온도로부터 제품을 경화하고, 상온까지 냉각하며, 480-650 ℃에서 템퍼링함으로써 얻어질 수 있을 것이다. 본 발명에 따른 스틸은 15 부피% 이하, 바람직하게는 13 부피% 이하, 보다 바람직하게는 11 부피% 이하의 MX-탄화물 함량을 가지며, 이때 MX-탄화물의 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상은 최장 길이가 3 ㎛ 이하, 바람직하게는 2.2 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 1.8 ㎛ 이하인 탄화물 크기를 가진다. 또한, 스틸내의 M₆X-탄화물의 함량이 15 부피% 이하, 바람직하게는 13 부피% 이하, 그리고 보다 바람직하게는 12 부피% 이하가 되도록, 그리고 M₆X-탄화물의 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상의 최장 길이가 4 ㎛ 이하, 바람직하게는 3 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 2.5 ㎛ 이하인 탄화물 크기를 가지도록, M₆X-탄화물 형성 원소인 크롬, 몰리브덴 및 텅스텐과 관련하여 스틸의 조성이 균형을 이루어야 한다.

도 6은 본 발명에 따른 즉, 표 2의 합금(F)의 미세조직을 도시한 사진이다. 그러한 사진으로부터, 균일하게 분포된 검은색/짙은 회색의 MX-탄화물 및 그 보다 다소 큰 백색/밝은 회색의 M₆X-탄화물을 볼 수 있다. 스틸은 평균 크기가 0.5 미이고 약 20,000 ㎛ 면적내의 가장 큰 100개의 MX-탄화물의 평균 크기가 1.1 ㎛인 5.5 부피%의 MX-탄화물, 그리고 평균 크기가 1.2 ㎛이고 약 20,000 ㎛ 면적내의 가장 큰 100개의 M₆X-탄화물의 평균 크기가 2.2 ㎛인 11.8 부피%의 M₆X-탄화물을 포함한다. MX-탄화물을 둘러싸는 밝은 영역은 에칭에 기인한 것이고, 실제로는 재료내에서는 이에 대응하는 것이 없다.

연마성

본 발명의 일 측면에 따라, 스틸은 양호한 연마성을 가진다. 무엇보다도 MX-탄화물의 크기가 스틸의 연마성에 영향을 미치기 때문에, 스틸에서 탄화물이 클 수록 연마성이 저하된다. 스틸의 연마성은 G 비율로서 주어질 수 있으며, 이는 연마하는데 있어서 재료가 얼마나 경질인가에 대한 측정치이다. 스틸의 G 비율은, 소위 화이트 디스크(white disc)라고 하는 알루미나의 상용 디스크에 의해서 테스트 피스를 7x7x150 mm로부터 2x7x150 mm 크기까지 표면 연마함으로써, 경화되고 어닐링된 상태에서 측정되었다. 일반적으로, G 비율은 소모된 연마 디스크의 부피에 대한 연마된 스틸 재료의 부피로서 주어진다. 용이하게 연마되는 재료는 높은 G 비율 값을 갖는 반면, 연마가 어려운 재료는 낮은 G 비율 값으로 표시된다. 도 7은 MX-탄화물의 크기의 함수로서 연마성을 나타낸 것이다. 동일한 부피 범위의 MX-탄화물 함량을 가지는 다른 스틸에 비해서, 작은 크기의 MX-탄화물을 가지는 스틸의 연마성이 상당히 개선되었다는 것을 확인할 수 있을 것이다.

연마 중의 에너지 소모를 비교함으로써, PUD 169로 지칭되고 1.69% (C + N), 0.65% Si, 0.3% Mn, 4.0% Cr, 4.6 %Mo, 6.3% W, 9.0% Co, 3.2 %V 및 2.1% Nb, 그리고 나머지 철 및 불순물로 이루어진 조성을 가지는 본 발명에 따른 스틸과 ASP 2052라고 지칭되고 1.6 C, 4.8 Cr, 2.0 Mo, 10.5 W, 8.0 Co, 5.0 V 및 나머지 철 및 불가피한 불순물로 이루어진 조성을 가지는 비교(reference) 스틸에 대해서 가장 높은 칩 굴착률(excavation rate) 값을 비교하였다. 결과를 도 8에 도시하였고, 그 결과로부터 에너지 소모가 동일한 경우에 본 발명에 따른 스틸이 비교 재료 보다 약 60% 더 큰 칩 굴착률로 밀링가공될 수 있다는 것을 확인할 수 있으며, 이는 제조 관점에서 상당한 이점이 될 수 있다.

본 발명에 따른 스틸 및 비교 재료로부터 다수의 컷팅 공구 삽입체(inserts)를 제조하고, 그러한 삽입체를 소위 Futura 코팅이라고 지칭되는 TiAlN으로 코팅하였다. 스틸 플레이트를 이용하여, 두 개의 재료에 대해서 1 시간의 수명에 대응하는 컷팅 속도를 측정하는 테스트를 실시하였다. 그 테스트에서는 다음과 같응ㄴ 파라미터가 사용되었다. 즉:

반경방향 컷팅 깊이 = 10 mm,

축방향 컷팅 깊이 = 3 mm,

진행(feed) = 0.1 mm/치형(tooth), 건식 가공,

작업 재료 = Impax.

테스트에서, 본 발명에 따른 스틸에서 83 m/분의 컷팅 속도가 측정된 반면, 비교 재료에 대한 컷팅 속도는 77 m/분으로 측정되었으며, 이는 본 발명에 따른 스틸이 비교 재료 보다 상당히 양호한 성능을 가진다는 것을 의미한다.

소규모(pilot scale) 실험

경화되고 템퍼링된 상태에서의 경도

각각 약 200 kg인 두 개의 변형예(variants)를 본 발명에 따른 스틸로부터 가스 분무화 및 HIP 작업을 통해 제조하였다. 약 10 kg의 파일롯(pilot) 캡슐을 이러한 분말로부터 제조하고, 그러한 캡슐로부터 테스트 피스(piece)를 취하여 경화 및 템퍼링 처리 후에 경도를 측정하였다. 이들 본 발명에 따른 스틸의 변형예는 큰 인성과 함께 경도에 대한 요구가 높은 용도를 위한 것으로서, 예를 들어 금속 등에 패턴이나 프로파일을 스탬핑하기 위한 공구를 위한 용도 그리고 쉐이빙 세퍼레이터를 구비하는 단부-컷터 및 탭과 같이 칩을 제거하기 위한 공구용 스틸을 위한 용도를 위한 것이다. 냉간-가공을 위한 공구에서 사용하기 위한 스틸에서도 유사한 특성이 요구될 것이다. 이들 스틸의 조성을 표 5에 기재하였다. 테스트 결과를 표 6에 기재하였다.

스틸의 의도된 이용분야에 따라서, 50-70 HRC 경도 범위에서 최적의 경도가 선택된다. 50-55 HRC의 낮은 경도가 요구되면서도 높은 인성이 바람직한 이용분야에서는, 먼저 C의 함량과 함께, 존재하는 N, 그리고 W, V, Nb, Mo 및 Co중 적어도 일부의 함량을 제한하여 그 함량이 스틸에 대한 낮은 한계치에 대략적으로 접근하도록 하고, 경화 중의 오스테나이트화 온도를 1100 ℃ 미만으로 선택한다.

알루미늄 프로파일의 압출과 같은 열간-가공 공구에서 사용하기 위한 스틸의 경우에, 가장 중요한 특성들 중 하나는 스틸이 높은 템퍼링 저항을 가져야 한다는 것이며, 이는 고온에 장시간 노출되더라도 경화 및 템퍼링으로부터 획득한 스틸의 경도를 잃지 않아야 한다는 것을 의미한다. 한편, 이러한 경도가 극히 높을 필요는 없으며, 50-55 HRC의 크기면 적합할 것이다. 그 대신에, 스틸이 고도의(advanced) 기계 요소에서 사용하기 위한 것이라면, 주요 특성은 큰 인성과 함께 조합된 높은 경도 및 강도가 될 것이다. 이러한 경우에, 템퍼링 후의 경도가 55-60 HRC의 범위내에 있는 것이 일반적이다. 이들 두 이용분야에서, 스틸은 1000-1250 ℃, 통상적으로는 1150-1200 ℃의 오스테나이트화 온도에서 적절하게 열처리되고, 550-600℃의 템퍼링 온도에서 3x1h 동안 템퍼링된다.

그러나, 금속 등에 패턴이나 프로파일을 스탬핑하기 위한 공구용 스틸 그리고 쉐이빙 세퍼레이터를 구비하는 단부-컷터, 탭, 및 기어 컷팅 공구와 같이 칩을 제거하기 위한 스틸의 경우에, 큰 인성과 함께 60-70 HRC의 높은 경도가 요구된다.

탭들은 60-67 HRC의 경도를 가져야 하며, 단부-컷터는 62-70 HRC 범위의 경도를 가져야 한다. 이들 두 이용분야에서, 칩 제거를 위한 공구의 경우에 스틸은 1000-1250 ℃, 통상적으로는 1150-1200 ℃의 오스테나이트화 온도에서 그리고 냉간 가공용 공구의 경우에 1000-1250 ℃의 오스테나이트화 온도에서 적절하게 열처리되며, 480-580 ℃, 통상적으로는 550-570 ℃의 템퍼링 온도에서 3x1h 동안 템퍼링되고, 50-55 HRC의 경도를 가진다. 스틸이 질소를 포함하는 경우에, 전술한 바와 같은 이유에 따라 템퍼링 온도가 낮아질 수 있을 것이다.

바람직한 실시예에서, 스틸의 공칭 조성은: 1.69% (C + N), 0.65% Si, 0.3% Mn, 4.0% Cr, 4.6% Mo, 6.3% W, 9.0% Co, 3.2% V 및 2.1% Nb, 그리고 나머지 철 및 불가피한 불순물을 포함한다. 그러한 스틸은 특히 컷팅용 공구에 적합한데, 이는 도입부에서 언급한 재료에 비해 연마성이 상당히 개선되었으면서 동시에 다른 특성들은 유사하기 때문이다. 주로 ASP 2052에 비교할 때 그러한 스틸은 역시 개선된 가공성(machinability)을 가지는 것으로 확인되었다.

Claims

열간 가공용 공구 스틸 또는 냉간 가공용 공구 스틸 또는 칩 커팅 기계가공용 공구 스틸 또는 기계 요소용 스틸로서,

상기 스틸은 분말 야금학적으로 제조되고, 상기 스틸이 갖는 화학적 조성의 중량%가:

1.1 - 2.3 C+N

0.1 - 2.0 Si

0.1 - 3.0 Mn

3 - 20 Cr

5 - 20 (Mo+W/2) (여기에서, W는 5.0 - 7)

7 - 14 Co 이며,

니오븀과 바나듐의 함량 및 그 함량들 사이의 비율이 도 1의 좌표 시스템 내의 좌표 A, B, C에 의해 정해지는 영역 내에 놓이도록, 니오븀과 바나듐의 총 함량(Nb + V)이 니오븀 함량과 바나듐 함량 사이의 비율(Nb/V)과 관련하여 결정되며(balanced),

상기 좌표는:

A:[4.0; 0.55],

B:[4.0; 4.0],

C:[7.0; 0.55] 이고,

그리고, 총량이 1% 이하인 Cu, Ni, Sn, Pb, Ti, Zr, 및 Al, 나머지 철 및 스틸 제조과정으로부터의 불가피한 불순물을 포함하며,

경화 및 템퍼링 된 상태에서 MX-탄화물의 함량은 13 부피% 이하이고,

상기 MX-탄화물의 90% 이상은 최장 길이가 1.8 ㎛ 이하인 탄화물 크기를 가지는,

스틸.
제 1 항에 있어서,

상기 MX-탄화물의 함량이 11 부피% 이하인,

스틸.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 MX-탄화물의 95% 이상은 최장 길이가 1.8 ㎛ 이하인 탄화물 크기를 가지는,

스틸.
제 1 항에 있어서,

경화 및 템퍼링 된 상태에서 M₆X-탄화물의 함량이 15 부피% 이하이며,

상기 M₆X-탄화물의 80% 이상은 최장 길이가 4 ㎛ 이하인,

스틸.
제 4 항에 있어서,

MX-탄화물 및 M₆X-탄화물을 포함하는 스틸의 미세구조가 한 시간씩 삼 회 동안의 480 - 650 ℃의 템퍼링 온도에서의 템퍼링 및 950 - 1250 ℃의 오스테나이트화 온도에서의 경화를 통해서 얻어질 수 있는,

스틸.
제 1 항에 있어서,

50 - 70 HRC의 경도를 가지는

스틸.
제 1 항에 있어서,

상기 니오븀과 바나듐의 함량 및 그 함량들 사이의 비율이 좌표 D, E, F에 의해서 정해지는 영역 내에 놓이도록, 니오븀과 바나듐의 총 함량(Nb + V)이 니오븀 함량과 바나듐 함량 사이의 비율(Nb/V)과 관련하여 결정되며,

상기 좌표는:

D:[4.25; 0.55],

E:[4.25; 3.5],

F:[6.7; 0.55] 인,

스틸.
제 7 항에 있어서,

상기 니오븀과 바나듐의 함량 및 그 함량들 사이의 비율이 좌표 G, H, I에 의해서 정해지는 영역 내에 놓이도록, 니오븀과 바나듐의 총 함량(Nb + V)이 니오븀 함량과 바나듐 함량 사이의 비율(Nb/V)과 관련하여 결정되며,

상기 좌표는:

G:[4.5; 0.55],

H:[4.5; 3.0],

I:[6.4; 0.55] 인,

스틸.
제 1 항에 있어서,

상기 스틸 내의 탄소 및 질소의 총 함량이 1.4 내지 2.0%인,

스틸.
제 9 항에 있어서,

상기 스틸 내의 탄소 및 질소의 총 함량이 1.65 내지 1.80%인,

스틸.
제 1 항에 있어서,

상기 스틸이 0.2 - 1.2% Si를 포함하는,

스틸.
제 11 항에 있어서,

상기 스틸이 0.55 - 0.70% Si를 포함하는,

스틸.
제 1 항에 있어서,

상기 스틸이 0.1 - 0.5% Mn을 포함하는,

스틸.
제 1 항에 있어서,

상기 스틸이 3 - 6% Cr을 포함하는,

스틸.
제 14 항에 있어서,

상기 스틸이 3.8 - 4.2% Cr을 포함하는,

스틸.
제 1 항에 있어서,

상기 스틸이 5 - 15% (Mo + W/2)을 포함하는,

스틸.
제 16 항에 있어서,

상기 스틸이 4.0 - 5.1% Mo 및 5.0 - 7.0% W을 포함하는,

스틸.
제 17 항에 있어서,

상기 스틸이 4.4 - 4.9% Mo 및 6.1 - 6.7% W을 포함하는,

스틸.
제 1 항에 있어서,

상기 스틸이 8.0 - 10.0% Co을 포함하는,

스틸.
제 1 항에 있어서,

상기 스틸이 2.0 - 2.3% Nb 및 3.1 - 3.4% V을 포함하는,

스틸.
열간 가공용 또는 칩 컷팅 기계가공용 또는 냉간 가공용 또는 기계 요소용 공구에 있어서,

제 1 항에 따른 스틸을 포함하는 것을 특징으로 하는,

공구.
제 21 항에 있어서,

열간 가공용 또는 기계 요소용 공구에서, 상기 스틸이 한 시간씩 삼 회 동안 550 - 600 ℃의 템퍼링 온도에서 템퍼링되고 950 - 1050 ℃의 오스테나이트화 온도에서 경화되며,

50 - 55 HRC의 경도를 가지는 것을 특징으로 하는,

공구.
제 21 항에 있어서,

칩 컷팅 기계가공용 또는 냉간 가공용 공구에서, 상기 스틸이 한 시간씩 삼 회 동안 480 - 580 ℃의 템퍼링 온도에서 템퍼링되고 1000 - 1250 ℃의 오스테나이트화 온도에서 경화되며,

60 - 70 HRC의 경도를 가지는 것을 특징으로 하는,

공구.
열간 가공용 또는 칩 컷팅 기계가공용 또는 냉간 가공용 또는 기계 요소용 공구를 제조하기 위한 공구 제조 방법에 있어서,

스틸 용융체를 제조하고 상기 스틸 용융체를 가스 분무하여 스틸 분말을 형성하는 단계;

열간 정수압 프레싱(hot isostatic pressing, HIP)에 의해 상기 스틸 분말을 응집시켜(consolidation) 공구의 최종 형상에 근접한 형상을 가지며 제 1 항에 따른 화학적 조성을 가지는 공구 브랭크(blank) 또는 스틸 브랭크를 형성하는 단계; 및

최종 치수까지 상기 공구 브랭크를 연마하는 단계; 를 포함하며,

상기 브랭크는 한 시간씩 삼 회 동안 480 - 650 ℃의 템퍼링 온도에서 템퍼링되고 950 - 1250 ℃의 오스테나이트화 온도에서 경화되며, 50 - 70 HRC의 경도를 가지며, 15 부피% 이하의 MX-탄화물 함량 및 15 부피% 이하의 M₆X-탄화물 함량을 가지는 템퍼링 된 마르텐사이트로 이루어진 미세구조를 가지며,

상기 MX-탄화물의 80% 이상은 최장 길이가 3 ㎛ 이하인 탄화물 크기를 가지고, 상기 M₆X-탄화물의 80% 이상은 최장 길이가 4 ㎛ 이하인 탄화물 크기를 가지는 것을 특징으로 하는,

공구 제조 방법.
제 24 항에 있어서,

경화 및 템퍼링에 앞서서, 상기 스틸 브랭크를 열간 가공하거나, 냉간 가공하거나, 또는 열간 가공 및 냉간 가공하여, 공구 블랭크를 형성하는 것을 특징으로 하는,

공구 제조 방법.
제 24 항에 있어서,

상기 공구의 표면이 PVD 또는 CVD에 의해 코팅되는 것을 특징으로 하는,

공구 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

경화 및 템퍼링 된 상태에서 M₆X-탄화물의 함량이 12 부피% 이하이며,

상기 M₆X-탄화물의 95% 이상은 최장 길이가 2.5 ㎛ 이하인,

스틸.
제 1 항에 있어서,

상기 스틸이 0.1 - 1 중량% S를 더 포함하는,

스틸.
열간 가공용 공구 스틸 또는 냉간 가공용 공구 스틸 또는 칩 커팅 기계가공용 공구 스틸 또는 기계 요소용 스틸로서,

상기 스틸은 분말 야금학적으로 제조되고, 상기 스틸이 갖는 화학적 조성의 중량%가:

1.1 - 2.3 C+N

0.1 - 2.0 Si

0.1 - 3.0 Mn

3 - 20 Cr

5 - 20 (Mo+W/2) (여기에서, W는 5.0 - 7) 이며,

니오븀과 바나듐의 함량 및 그 함량들 사이의 비율이 도 1의 좌표 시스템 내의 좌표 A, B, C에 의해 정해지는 영역 내에 놓이도록, 니오븀과 바나듐의 총 함량(Nb + V)이 니오븀 함량과 바나듐 함량 사이의 비율(Nb/V)과 관련하여 결정되며,

상기 좌표는:

A:[4.0; 0.55],

B:[4.0; 4.0],

C:[7.0; 0.55] 이고,

그리고, 총량이 1% 이하인 Cu, Ni, Sn, Pb, Ti, Zr, 및 Al, 나머지 철 및 스틸 제조과정으로부터의 불가피한 불순물을 포함하며,

경화 및 템퍼링 된 상태에서 MX-탄화물의 함량은 13 부피% 이하이고,

상기 MX-탄화물의 90% 이상은 최장 길이가 1.8 ㎛ 이하인 탄화물 크기를 가지는,

스틸.