KR101981226B1 - METHOD FOR MANUFACTURING CAST Ni-Cr-Mo STEEL HAVING HIGH STRENGTHIMPACT RESISTANCE AT LOW TEMPERATURE AND CAST Ni-Cr-Mo STEEL METHOD THEREBY - Google Patents

METHOD FOR MANUFACTURING CAST Ni-Cr-Mo STEEL HAVING HIGH STRENGTHIMPACT RESISTANCE AT LOW TEMPERATURE AND CAST Ni-Cr-Mo STEEL METHOD THEREBY Download PDF

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Abstract

본 발명은, (a) 0.4 내지 0.5 중량%의 탄소(C); 0.4 내지 0.5 중량%의 규소(Si); 0.5 내지 0.8 중량%의 망간(Mn); 2.0 내지 2.5 중량%의 니켈(Ni); 2.0 내지 2.5 중량%의 크롬(Cr); 0.3 내지 0.5 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.1 내지 0.2 중량%의 바나듐(V), 0 중량% 초과 0.05 중량% 이하의 티타늄(Ti), 0 중량% 초과 0.05 중량% 이하의 알루미늄(Al); 0 중량% 초과 0.005 중량% 이하의 붕소(B); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 주조(casting)하는 단계; (b) 850 내지 900 ℃에서 완전 어닐링 열처리(full annealing)하는 단계; (c) 850 내지 870 ℃에서 담금질 열처리(quenching)하는 단계; 및 (d) 500 내지 550 ℃에서 뜨임 열처리(tempering)하는 단계를 포함하는 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재의 제조방법에 대한 것으로서, 본 발명에 의하면, 강도 등 기계적 특성 향상을 위해 첨가되는 고가의 희유금속을 극소화한 Ni-Cr-Mo 합금주강에 대해 최적화된 열처리 조건으로 완전 어닐링, 담금질 및 뜨임 열처리를 순차적으로 실시함으로써, 상용 Ni-Cr-Mo 합금주강에 비해 강도가 현저히 향상된 1300 MPa급 주강을 제조할 수 있으며, 상기 주강은 샌드 펌프용 임펠라 블레이드 등 고강도가 요구되는 주강품의 소재로서 유용하게 사용될 수 있다.(A) 0.4 to 0.5% by weight of carbon (C); 0.4 to 0.5% by weight of silicon (Si); 0.5 to 0.8 wt% manganese (Mn); 2.0 to 2.5% by weight of nickel (Ni); 2.0 to 2.5% by weight of chromium (Cr); 0.3 to 0.5% by weight of molybdenum (Mo); 0.1 to 0.2% by weight of vanadium (V), 0 to 0.05% by weight of titanium (Ti), 0 to 0.05% by weight of aluminum (Al) Not more than 0 wt% to not more than 0.005 wt% of boron (B); Casting a melt containing iron (Fe) remnants and other unavoidable impurities; (b) full annealing at 850 to 900 < 0 >C; (c) quenching at 850 to 870 캜; And (d) tempering at 500 to 550 ° C. According to the present invention, there is provided a method for producing high-strength nickel chromium molybdenum main steels, Made of Ni-Cr-Mo alloy cast steel, which is minimized in size, is annealed, quenched and annealed in sequence to produce 1300 MPa steel cast steel, which is significantly improved in strength compared to commercial Ni-Cr-Mo alloy steel castings. And the cast steel can be usefully used as a material for steel castings requiring high strength, such as an impeller blade for a sand pump.

Description

고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 주강재{METHOD FOR MANUFACTURING CAST Ni-Cr-Mo STEEL HAVING HIGH STRENGTHIMPACT RESISTANCE AT LOW TEMPERATURE AND CAST Ni-Cr-Mo STEEL METHOD THEREBY}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a high strength nickel chromium molybdenum main steel, and a main steel material produced by the same. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 주강의 제조방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는, 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo)을 합금원소로 포함하는 고강도의 주강을 제조하는 방법에 대한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method for producing a high strength cast steel containing nickel (Ni), chrome (Cr) and molybdenum (Mo) as an alloying element.

여러 산업분야에서 광석, 석탄, 자갈, 시멘트 및 고경도합금과 같은 경질재료들을 그라인딩(grinding), 밀링(milling), 펌핑(pumping), 쇼트블라스팅(shortblasting), 롤링(rolling)하기 위한 가공 장비들은 고강도, 내마멸성, 내산화성 등의 특성이 요구된다.Processing equipment for grinding, milling, pumping, short-blasting, and rolling rigid materials such as ores, coal, gravel, cement and hard alloy in various industries High strength, abrasion resistance, oxidation resistance, and the like.

예를 들어, 샌드 펌프는 모래 및 토사를 채취하는 장비이며 임펠라 하부에 설치된 특수 교반기에 의해 침전된 토사, 모래를 교반하면서 배출하므로, 샌드 펌프용 임펠라 브레이드(impeller blade)는 1300 MPa 급 이상의 고강도가 요구된다.For example, a sand pump is a device for collecting sand and soil and discharges the sand and sand sedimented by a special stirrer installed at the bottom of the impeller while stirring, so that the impeller blade for the sand pump has a high strength of 1300 MPa or more Is required.

현재 샌프 펌프용 임펠라 브레이드(impeller blade)를 이루는 소재로서 다양한 소재가 알려져 있으며, 그 중 Ni-Cr 강은 Ni이 페라이트(ferrite)에 고용되어 강재의 강도, 점성을 증가시켜 주고, Cr은 담금질성을 좋게 하며, 조직을 치밀하게 만들어 내마모성을 향상시켜 주지만 강도가 높지 않고, 뜨임 취성의 경향이 있어 뜨임 후에 급냉해서 탄화물이 석출되지 않도록 해야 하는 단점이 발생된다.At present, various materials are known as impeller blades for the san pump. Among them, Ni-Cr steel is solidified in ferrite to increase the strength and viscosity of the steel, But also the strength is not high and the toughness tends to be tempered. Therefore, there is a disadvantage that the carbide should not be precipitated by quenching after tempering.

Ni-Cr 강에 Mo을 첨가하여 얻어지는 Ni-Cr-Mo 강은 Ni-Cr 강의 뜨임 취성을 감소시키고 담금질성, 뜨임 저항성을 증가시키는 장점을 가지지만 강도가 1300 MPa에 미치지 못하는 것으로 알려져 있다.The Ni-Cr-Mo steel obtained by adding Mo to Ni-Cr steel has the advantage of reducing the temperability of the Ni-Cr steel and increasing the hardenability and tempering resistance, but the strength is less than 1300 MPa.

구체적으로, Ni-Cr-Mo 합금 주강의 종류로서 KS규격에는 SNCM 630, SNCM 439, SNCM 447이 있고, JIS 규격에는 SNCM 445(구 SNCM 5), SNCM 439(구 SNCM 8), SNCM 447(구 SNCM 9)이 제정되어 상용화 되고 있으나 이들 강재의 인장강도의 규격은 1100 MPa 급에 불과한 것으로 알려져 있다.Specifically, there are SNCM 630, SNCM 439 and SNCM 447 in the KS standard, and SNCM 445 (old SNCM 5), SNCM 439 (old SNCM 8), and SNCM 447 SNCM 9) has been established and commercialized, but the tensile strength of these steels is known to be only 1100 MPa.

한국공개특허 제10-2017-0053128호 (공개일 : 2017.05.15.)Korean Patent Publication No. 10-2017-0053128 (published on May 15, 2015). 한국공개특허 제10-2015-0137182호 (공개일 : 2015.12.09.)Korean Patent Laid-Open No. 10-2015-0137182 (Publication date: December 09, 2015) 한국공개특허 제10-2011-0115588호 (공개일 : 2011.10.21.)Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0115588 (published on October 21, 2011).

본 발명은 고강도 및 경화능 향상을 위해 첨가되는 희유 금속(Ti, Al, B, W, Nb 등)을 최소한도로 포함하는 합금강의 열처리 조건을 최적화하여 1300 MPa 급 이상의 고강도를 가지는 니켈크롬몰리브덴(Ni-Cr-Mo) 주강재를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 주강재를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention optimizes the heat treatment conditions of an alloy steel including rare metals (Ti, Al, B, W, Nb and the like) added for high strength and hardenability improvement to obtain nickel chromium molybdenum - Cr-Mo) main steel material and a main steel material produced thereby.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, (a) 0.4 내지 0.5 중량%의 탄소(C); 0.4 내지 0.5 중량%의 규소(Si); 0.5 내지 0.8 중량%의 망간(Mn); 2.0 내지 2.5 중량%의 니켈(Ni); 2.0 내지 2.5 중량%의 크롬(Cr); 0.3 내지 0.5 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.1 내지 0.2 중량%의 바나듐(V), 0 중량% 초과 0.05 중량% 이하의 티타늄(Ti), 0 중량% 초과 0.05 중량% 이하의 알루미늄(Al); 0 중량% 초과 0.005 중량% 이하의 붕소(B); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 주조(casting)하는 단계; (b) 850 내지 900 ℃에서 완전 어닐링 열처리(full annealing)하는 단계; (c) 850 내지 870 ℃에서 담금질 열처리(quenching)하는 단계; 및 (d) 500 내지 550 ℃에서 뜨임 열처리(tempering)하는 단계를 포함하는 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재의 제조방법을 제안한다.(A) 0.4 to 0.5% by weight of carbon (C); 0.4 to 0.5% by weight of silicon (Si); 0.5 to 0.8 wt% manganese (Mn); 2.0 to 2.5% by weight of nickel (Ni); 2.0 to 2.5% by weight of chromium (Cr); 0.3 to 0.5% by weight of molybdenum (Mo); 0.1 to 0.2% by weight of vanadium (V), 0 to 0.05% by weight of titanium (Ti), 0 to 0.05% by weight of aluminum (Al) Not more than 0 wt% to not more than 0.005 wt% of boron (B); Casting a melt containing iron (Fe) remnants and other unavoidable impurities; (b) full annealing at 850 to 900 < 0 >C; (c) quenching at 850 to 870 캜; And (d) tempering at a temperature of 500 to 550 ° C. The present invention also provides a method of manufacturing a high strength nickel chrome molybdenum main steel material.

또한, 상기 용탕은 0.45 중량%의 탄소(C); 0.47 중량%의 규소(Si); 0.80 중량%의 망간(Mn); 2.48 중량%의 니켈(Ni); 2.30 중량%의 크롬(Cr); 0.38 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.14 중량%의 바나듐(V), 0.01 중량%의 티타늄(Ti), 0.03 중량%의 알루미늄(Al); 0.002 중량%의 붕소(B); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재의 제조방법을 제안한다.The molten metal also contained 0.45 wt% carbon (C); 0.47 wt% silicon (Si); 0.80 wt% manganese (Mn); 2.48 wt% nickel (Ni); 2.30 wt% chromium (Cr); 0.38 wt% molybdenum (Mo); 0.14 wt% vanadium (V), 0.01 wt% titanium (Ti), 0.03 wt% aluminum (Al); 0.002% by weight of boron (B); Iron (Fe) remnants, and other unavoidable impurities. The present invention also provides a method for producing high strength nickel chrome molybdenum main steels.

또한, 상기 용탕은 0 중량% 초과 0.05 중량% 이하의 니오븀(Nb) 또는 0 중량% 초과 0.005 중량% 이하의 텅스텐(W)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재의 제조방법을 제안한다.The method of manufacturing a high strength nickel chrome molybdenum master steel according to claim 1, wherein the molten metal further contains 0 wt% to 0.05 wt% of niobium (Nb), or 0 wt% to 0.005 wt% of tungsten (W) I suggest.

또한, 상기 용탕은 0.44 중량%의 탄소(C); 0.45 중량%의 규소(Si); 0.78 중량%의 망간(Mn); 2.49 중량%의 니켈(Ni); 2.30 중량%의 크롬(Cr); 0.38 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.14 중량%의 바나듐(V), 0.01 중량%의 티타늄(Ti), 0.01 중량%의 알루미늄(Al); 0.002 중량%의 붕소(B); 0.01 중량%의 니오븀(Nb); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재의 제조방법을 제안한다.The molten metal also contained 0.44% by weight of carbon (C); 0.45% by weight of silicon (Si); 0.78 wt% manganese (Mn); 2.49 wt% nickel (Ni); 2.30 wt% chromium (Cr); 0.38 wt% molybdenum (Mo); 0.14 wt% vanadium (V), 0.01 wt% titanium (Ti), 0.01 wt% aluminum (Al); 0.002% by weight of boron (B); 0.01 wt% niobium (Nb); Iron (Fe) remnants, and other unavoidable impurities. The present invention also provides a method for producing high strength nickel chrome molybdenum main steels.

또한, 상기 용탕은 0.44 중량%의 탄소(C); 0.46 중량%의 규소(Si); 0.80 중량%의 망간(Mn); 2.47 중량%의 니켈(Ni); 2.30 중량%의 크롬(Cr); 0.38 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.15 중량%의 바나듐(V), 0.01 중량%의 티타늄(Ti), 0.02 중량%의 알루미늄(Al); 0.002 중량%의 붕소(B); 0.002 중량%의 텅스텐(W); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재의 제조방법을 제안한다.The molten metal also contained 0.44% by weight of carbon (C); 0.46 wt% silicon (Si); 0.80 wt% manganese (Mn); 2.47 wt% nickel (Ni); 2.30 wt% chromium (Cr); 0.38 wt% molybdenum (Mo); 0.15 wt% vanadium (V), 0.01 wt% titanium (Ti), 0.02 wt% aluminum (Al); 0.002% by weight of boron (B); 0.002 wt% tungsten (W); Iron (Fe) remnants, and other unavoidable impurities. The present invention also provides a method for producing high strength nickel chrome molybdenum main steels.

또한, 상기 단계 (b)에서의 완전 어닐링 열처리는, 890 ℃에서 8시간 유지한 후 890 ℃부터 400 ℃까지 노냉(furnace cooling)하고 400 ℃부터 공냉(air cooling)하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재의 제조방법을 제안한다.Further, the complete annealing heat treatment in the step (b) is carried out by maintaining at 890 캜 for 8 hours, followed by furnace cooling from 890 캜 to 400 캜 and air cooling from 400 캜. We propose a manufacturing method of chrome molybdenum steel.

또한, 상기 단계 (c)에서의 담금질 열처리는, 860 ℃에서 1시간 유지한 후 유냉(oil cooling)하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재의 제조방법을 제안한다.In addition, the quenching heat treatment in the step (c) is performed by maintaining the steel at 860 ° C for 1 hour and then oil cooling. The present invention also provides a method of manufacturing the high strength nickel chrome molybdenum main steel material.

또한, 상기 단계 (d)에서의 뜨임 열처리는 540 ℃에서 8시간 유지한 후 공냉(air cooling)하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재의 제조방법을 제안한다.In addition, the tempering treatment in the step (d) is carried out by maintaining at 540 캜 for 8 hours and then air-cooling the nickel-chromium molybdenum main steel.

그리고, 본 발명은 발명의 다른 측면에서 상기 제조방법에 의해 제조된 인장강도 1300 MPa 이상인 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재를 제안한다.Another aspect of the present invention is to provide a high strength nickel chromium molybdenum main steel having a tensile strength of 1300 MPa or more manufactured by the above production method.

나아가, 본 발명은 발명의 또 다른 측면에서 상기 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재로 이루어진 샌드 펌프용 임펠라 블레이드를 제안한다.Further, in another aspect of the present invention, the present invention proposes an impeller blade for a sand pump made of the high strength nickel chrome molybdenum main steel.

본 발명에 의하면, 강도 등 기계적 특성 향상을 위해 첨가되는 고가의 희유금속을 극소화한 Ni-Cr-Mo 합금주강에 대해 최적화된 열처리 조건으로 완전 어닐링, 담금질 및 뜨임 열처리를 순차적으로 실시함으로써, 상용 Ni-Cr-Mo 합금주강에 비해 강도가 현저히 향상된 1300 MPa급 주강을 제조할 수 있으며, 상기 주강은 샌드 펌프용 임펠라 블레이드 등 고강도가 요구되는 주강품의 소재로서 유용하게 사용될 수 있다.According to the present invention, complete annealing, quenching and tempering heat treatment are sequentially performed under optimized heat treatment conditions for Ni-Cr-Mo alloy cast steel in which expensive rare metals added to improve mechanical properties such as strength are minimized, It is possible to produce 1300 MPa-class cast steel which is significantly improved in strength as compared with the Cr-Mo alloy cast steel, and the cast steel can be usefully used as a material for steel castings requiring high strength, such as impeller blades for sand pumps.

도 1은 본원 실시예에서의 A, B, C, D 주조 시편의 광학현미경(OM) 사진이다.
도 2는 본원 실시예에서의 A, B, C, D 주조 시편의 주조조직 입도지수 분석결과이다.
도 3은 본원 실시예에서의 A, B, C, D 주조 시편 내 상(phase)의 양에 대한 분석결과이다.
도 4는 본원 실시예에 따른 완전 어닐링 열처리 공정의 열처리 프로파일의 모식도이다.
도 5는 본원 실시예에 따른 완전 어닐링 열처리한 시편의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 6은 본원 실시예에 따른 완전 어닐링(890℃) 및 유냉 일반 담금질(860℃)한 시편의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 7은 본원 실시예에 따른 완전 어닐링(890℃), 유냉 일반 담금질(860℃) 및 뜨임 열처리(540℃)한 시편의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 8은 본원 실시예에 따른 완전 어닐링(890℃), 유냉 일반 담금질(860℃) 및 뜨임 열처리(540℃)한 시편의 인장강도, 항복강도 및 연신율 측정 결과이다.
도 9는 본원 실시예에 따른 완전 어닐링(890℃), 유냉 일반 담금질(860℃) 및 뜨임 열처리(540℃)한 시편의 경도 측정 결과이다.
도 10은 비교예에 따른 노말라이징 열처리된 시편의 광학현미경(OM) 사진이다.
도 11은 비교예에 따른 노말라이징 열처리된 시편의 입도지수 분석결과이다.
도 12는 비교예에 따른 노말라이징 열처리된 시편 내 상(phase)의 양에 대한 분석결과이다.
도 13은 비교예에 따른 노말라이징 열처리된 시편의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 14는 비교예에 따른 노말라이징 열처리된 시편의 EDS 분석 결과이다.
도 15는 주방상태(as-cast) 시편과 비교예에 따른 노말라이징 열처리된 시편의 경도 비교 결과이다.
도 16은 비교예에 따른 인상담금질-뜨임 열처리 공정의 열처리 프로파일의 모식도이다.
도 17은 비교예에 따른 노말라이징-수냉/유냉 인상담금질-뜨임 열처리(570℃)한 시편의 인장강도 및 항복강도 측정 결과이다.
도 18은 비교예에 따른 노말라이징-수냉/유냉 인상담금질-뜨임 열처리(570℃)한 시편의 연신율 측정 결과이다.
도 19는 비교예에 따른 노말라이징-수냉/유냉 인상담금질-뜨임 열처리(570℃)한 시편의 경도 측정 결과이다.
도 20은 비교예에 따른 노말라이징-수냉/유냉 인상담금질-뜨임 열처리(500℃, 360℃ 또는 280℃)한 시편의 인장강도 및 항복강도 측정 결과이다.
도 21은 비교예에 따른 노말라이징-수냉/유냉 인상담금질-뜨임 열처리(500℃, 360℃ 또는 280℃)한 시편의 경도 측정 결과이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an optical microscope (OM) photograph of A, B, C, and D cast specimens in this embodiment.
Fig. 2 shows the results of analysis of the grain size of the castings of the A, B, C, and D cast specimens in the examples of the present invention.
Fig. 3 shows the results of analysis of the amounts of phases in A, B, C, and D casting specimens in this embodiment.
4 is a schematic diagram of a heat treatment profile of a full annealing heat treatment process according to the present embodiment.
FIG. 5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a sample subjected to a full annealing heat treatment according to an embodiment of the present invention.
6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a specimen of full annealing (890 ° C) and general cooling quenching (860 ° C) according to the present embodiment.
7 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a specimen of full annealing (890 ° C), oil quenched general quenching (860 ° C) and tempering heat treatment (540 ° C) according to the present embodiment.
FIG. 8 shows the results of measurement of tensile strength, yield strength and elongation of a specimen subjected to full annealing (890 ° C), oil quenching general quenching (860 ° C) and tempering heat treatment (540 ° C) according to the present embodiment.
9 is a graph showing the results of hardness measurement of the specimens of full annealing (890 ° C), oil quenched general quenching (860 ° C) and tempering heat treatment (540 ° C) according to the present embodiment.
10 is an optical microscope (OM) photograph of a normalized heat-treated specimen according to a comparative example.
FIG. 11 shows the results of the grain size index analysis of the normalized heat-treated specimen according to the comparative example.
12 shows the results of analysis of the amount of phase in the normalized heat-treated specimen according to the comparative example.
13 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a normalized heat-treated specimen according to a comparative example.
14 shows the results of EDS analysis of the normalized heat-treated specimen according to the comparative example.
Fig. 15 shows the hardness comparison results between the as-cast specimen and the normalized heat-treated specimen according to the comparative example.
16 is a schematic view of a heat treatment profile of a pulling-quenching-tempering heat treatment process according to a comparative example.
17 shows the results of measurement of tensile strength and yield strength of the specimens of the normalizing, water-cooling and oil-cooling pulling quenching and tempering heat treatment (570 ° C) according to the comparative examples.
18 is a graph showing the elongation measurement results of a specimen subjected to a normalizing-water-cooling / oil-impression-quenching-temper heat treatment (570 ° C) according to a comparative example.
19 is a graph showing the results of hardness measurement of a specimen subjected to normalizing, water cooling, and oil quenching and quenching and tempering (570 ° C) according to a comparative example.
FIG. 20 shows the tensile strength and yield strength of a specimen subjected to a normalizing, water-cooling, and heat-quenching-temper annealing (500 ° C., 360 ° C., or 280 ° C.) according to a comparative example.
21 shows the hardness measurement results of the specimens subjected to the normalizing-water-cooling / oil-cooling impression-quenching-heat treatment (500 ° C, 360 ° C or 280 ° C) according to the comparative example.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. It should be understood, however, that the embodiments according to the concepts of the present invention are not intended to be limited to any particular mode of disclosure, but rather all variations, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms " comprises ", or " having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 기존 니켈크롬몰리브덴 합금 주강의 강도를 획기적으로 향상시키기 위해, Ni-Cr-Mo 합금 주강 조성에 희유 금속(Ti, Al, B, W, Nb 등)을 첨가하되 첨가 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 그 함량을 극소화하는 동시에, 주물 제조 후 열처리 공정을 최적화함으로써 결함이 없이 1300 MPa 급 이상의 고강도를 가지는 니켈크롬몰리브덴 주강재를 제조할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.In the present invention, rare metals (Ti, Al, B, W, Nb, etc.) are added to the Ni-Cr-Mo alloy cast steel composition in order to drastically improve the strength of the existing nickel chromium molybdenum alloy cast steel, The present invention proposes a method of manufacturing a nickel chromium molybdenum main steel having a high strength of 1300 MPa or higher without defects by optimizing a heat treatment process after casting.

이를 위해, 본 발명은 (a) 0.4 내지 0.5 중량%의 탄소(C); 0.4 내지 0.5 중량%의 규소(Si); 0.5 내지 0.8 중량%의 망간(Mn); 2.0 내지 2.5 중량%의 니켈(Ni); 2.0 내지 2.5 중량%의 크롬(Cr); 0.3 내지 0.5 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.1 내지 0.2 중량%의 바나듐(V), 0 중량% 초과 0.05 중량% 이하의 티타늄(Ti), 0 중량% 초과 0.05 중량% 이하의 알루미늄(Al); 0 중량% 초과 0.005 중량% 이하의 붕소(B); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 주조(casting)하는 단계; (b) 850 내지 900 ℃에서 완전 어닐링 열처리(full annealing)하는 단계; (c) 850 내지 870 ℃에서 담금질 열처리(quenching)하는 단계; 및 (d) 500 내지 550 ℃에서 뜨임 열처리(tempering)하는 단계를 포함한다.To this end, the present invention relates to a composition comprising (a) 0.4 to 0.5% by weight of carbon (C); 0.4 to 0.5% by weight of silicon (Si); 0.5 to 0.8 wt% manganese (Mn); 2.0 to 2.5% by weight of nickel (Ni); 2.0 to 2.5% by weight of chromium (Cr); 0.3 to 0.5% by weight of molybdenum (Mo); 0.1 to 0.2% by weight of vanadium (V), 0 to 0.05% by weight of titanium (Ti), 0 to 0.05% by weight of aluminum (Al) Not more than 0 wt% to not more than 0.005 wt% of boron (B); Casting a melt containing iron (Fe) remnants and other unavoidable impurities; (b) full annealing at 850 to 900 < 0 >C; (c) quenching at 850 to 870 캜; And (d) tempering at 500 to 550 占 폚.

상기 단계 (a)는 기본적으로 0.4 내지 0.5 중량%의 탄소(C); 0.4 내지 0.5 중량%의 규소(Si); 0.5 내지 0.8 중량%의 망간(Mn)을 포함하고, 후육 주물의 경화능 향상을 위하여 KS, JIS 규격의 SNCM 강종에 기반해 2.0 내지 2.5 중량%의 니켈(Ni); 2.0 내지 2.5 중량%의 크롬(Cr); 0.3 내지 0.5 중량%의 몰리브덴(Mo)을 포함하고, 강도 등 기계적 특성 향상을 위해 희유 금속(Ti, Al, B, W, Nb 등)을 추가로 포함하는 합금강을 주조하는 단계이다.Said step (a) essentially comprises 0.4 to 0.5% by weight of carbon (C); 0.4 to 0.5% by weight of silicon (Si); 0.5 to 0.8% by weight of manganese (Mn); 2.0 to 2.5% by weight of nickel (Ni) based on SNCM grade of KS and JIS for improving the hardenability of the post casting; 2.0 to 2.5% by weight of chromium (Cr); (Ti, Al, B, W, Nb, and the like) for improving the mechanical properties such as strength and the like, containing 0.3 to 0.5% by weight of molybdenum (Mo).

구체적으로, 0.4 내지 0.5 중량%의 탄소(C); 0.4 내지 0.5 중량%의 규소(Si); 0.5 내지 0.8 중량%의 망간(Mn); 2.0 내지 2.5 중량%의 니켈(Ni); 2.0 내지 2.5 중량%의 크롬(Cr); 0.3 내지 0.5 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.1 내지 0.2 중량%의 바나듐(V), 0 중량% 초과 0.05 중량% 이하의 티타늄(Ti), 0 중량% 초과 0.05 중량% 이하의 알루미늄(Al); 0 중량% 초과 0.005 중량% 이하의 붕소(B); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금강을 고주파 유도로, 아크식 전기로, 진공 유도 용해로 등의 용해로에서 용해하여 용탕을 형성하고 정련, 탈가스를 행한 후, 사형(砂型) 주형 등의 주형에 주탕(注湯)하고 응고시키는 주조 공정을 수행한다.Specifically, 0.4 to 0.5% by weight of carbon (C); 0.4 to 0.5% by weight of silicon (Si); 0.5 to 0.8 wt% manganese (Mn); 2.0 to 2.5% by weight of nickel (Ni); 2.0 to 2.5% by weight of chromium (Cr); 0.3 to 0.5% by weight of molybdenum (Mo); 0.1 to 0.2% by weight of vanadium (V), 0 to 0.05% by weight of titanium (Ti), 0 to 0.05% by weight of aluminum (Al) Not more than 0 wt% to not more than 0.005 wt% of boron (B); An alloy steel containing iron (Fe) remnants and other unavoidable impurities is dissolved in a melting furnace such as a high frequency induction furnace, an arc electric furnace or a vacuum induction melting furnace to form a molten metal, refining and degassing, The casting process of pouring and solidifying the casting mold is performed.

이때, 상기 용탕은 0 중량% 초과 0.05 중량% 이하의 니오븀(Nb) 또는 0 중량% 초과 0.005 중량% 이하의 텅스텐(W)을 더 포함할 수 있다.At this time, the molten metal may further include 0 wt% to 0.05 wt% of niobium (Nb), or 0 wt% to 0.005 wt% of tungsten (W).

이어서, 상기 단계 (b)에서는 전 단계에서 얻어진 주물을 850 내지 900 ℃에서 완전 어닐링 열처리(full annealing)하는 단계이다.Next, in the step (b), the casting obtained in the previous step is subjected to full annealing at 850 to 900 ° C.

본 단계에서 이루어지는 완전 어닐링은 담금질 열처리 전에 인성을 향상시켜 균열발생 요인도 제거하고, 기계적 성질을 향상시키기 위한 것으로서, Ac3 이상에서 일정 시간 유지한 후 노냉 및/또는 서냉하는 방법으로 실시하며, 바람직하게는, 890 ℃에서 8시간 유지한 후 890 ℃부터 400 ℃까지 노냉(furnace cooling)하고 400 ℃부터 공냉(air cooling)하여 이루어질 수 있따.The complete annealing in this step is carried out by improving the toughness before the quenching heat treatment to remove cracking factors and improving the mechanical properties. The annealing is carried out by keeping the temperature at A c3 or higher for a certain period of time and then cooling and / (890 ° C) for 8 hours, followed by furnace cooling from 890 ° C to 400 ° C and air cooling from 400 ° C.

다음으로, 상기 단계 (c)에서 이루어지는 담금질은, 주강재의 강도 및 경도 등 기계적 특성을 확보하기 위한 것으로서, 850 내지 870 ℃에서 일정시간 유지한 후 급냉시켜 이루어지는 것이 바람직한데, 이는 850 ℃ 미만의 온도에서는 페라이트가 오스테나이트로 완전히 변태되지 못하고 미고용된 상태에서 담금질이 이루어져 경도 감소의 문제가 발생하며, 870 ℃ 이상의 온도에서는 잔류 오스테나이트 함량 증가에 따른 경도 감소가 문제되기 때문이다.Next, the quenching of step (c) is carried out to secure mechanical properties such as strength and hardness of the main steel, and preferably quenched after being maintained at a temperature of 850 to 870 캜 for a certain period of time. The ferrite is not completely transformed into austenite at the temperature, quenching occurs in a state where the ferrite is not solidified, and the hardness is reduced. At a temperature higher than 870 DEG C, hardness decreases due to an increase in retained austenite content.

보다 바람직하게는, 본 단계에서의 담금질 열처리는 860 ℃에서 1시간 유지한 후 유냉(oil cooling)하여 이루어질 수 있다.More preferably, the quenching heat treatment in this step may be performed by maintaining the temperature at 860 ° C for 1 hour and then oil cooling.

다음으로, 상기 단계 (d)에서의 뜨임 열처리는, 550 ℃를 초과하는 온도에서 이루어질 경우 인장 강도가 낮아지고 오스테나이트상이 역변태(reverse transformation)를 통해 석출될 경우 강인성이 낮아질 수 있고, 500 ℃ 미만의 온도에서 이루어질 경우에는 강도와 강인성의 균형이 악화되고 강인성은 낮아지므로, 500 내지 550 ℃에서 이루어지는 것이 바람직하다.Next, the tempering treatment in the step (d) may be performed at a temperature exceeding 550 ° C., and the tensile strength may be lowered. When the austenite phase is precipitated through reverse transformation, the toughness may be lowered. , The balance between strength and toughness is deteriorated and toughness is lowered, and therefore, it is preferable to be performed at 500 to 550 ° C.

한편, 본 단계에서의 뜨임 열처리시에 가열 후 유지 시간은 주강재의 두께에 따라서 결정되지만, 충분한 효과를 달성하기 위해서는 8 시간 이상 동안 가열을 유지하는 것이 바람직하다.On the other hand, the holding time after heating in the tempering treatment in this step is determined according to the thickness of the main steel, but it is preferable to maintain the heating for 8 hours or more in order to achieve a sufficient effect.

일례로, 본 단계에서의 뜨임 열처리는 540 ℃에서 8시간 유지한 후 공냉(air cooling)하여 이루어질 수 있다.For example, the tempering treatment in this step may be carried out by maintaining at 540 ° C for 8 hours and then air cooling.

앞서 상세히 설명한 본 발명에 따른 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재의 제조방법에 의하면, 강도 등 기계적 특성 향상을 위해 첨가되는 고가의 희유금속을 극소화한 Ni-Cr-Mo 합금주강에 대해 최적화된 열처리 조건으로 완전 어닐링, 담금질 및 뜨임 열처리를 순차적으로 실시함으로써, 상용 Ni-Cr-Mo 합금주강에 비해 강도가 현저히 향상된 1300 MPa급 주강을 제조할 수 있으며, 상기 주강은 샌드 펌프용 임펠라 블레이드 등 고강도가 요구되는 주강품의 소재로서 유용하게 사용될 수 있다.According to the method for producing high-strength nickel-chromium molybdenum main steel according to the present invention as described above in detail, the nickel-chromium-molybdenum main steel which is optimized for the mechanical properties such as strength, Annealing, quenching and tempering are successively carried out to produce a cast steel of 1300 MPa in which the strength is remarkably improved as compared with that of a commercially available Ni-Cr-Mo alloy cast steel. The cast steel is cast steel having high strength, such as impeller blades for a sand pump Can be usefully used as a material of the substrate.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 제시된 실시예는 본 발명의 구체적인 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 목적으로 제공되는 것이 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments. The embodiments presented are only a concrete example of the present invention and are not provided for the purpose of limiting the scope of the present invention.

<실시예> 완전 어닐링-담금질-뜨임 열처리된 Ni-Cr-Mo 주강재의 제조 및 특성 분석<Examples> Preparation and Characterization of Ni-Cr-Mo Main Steels Completely Annealed - Quenched - Tempered Heat Treated

1. 시험편의 주조 및 화학성분1. Casting and chemical composition of test specimens

(1) 조성(1) Composition

고주파 유도로에 합금철을 용해하고 용탕의 목표조성을 Fe을  Cr:2.0~2.5%, Ni:2.0~2.5%, Mo:0.3~0.5%가 되도록 하고 V, Ti, Al, B, Nb, W을 첨가하여 제조한다. 4종류의 시편 A, B, C, D를 표1과 같이 주조하고, 시편A는 기존의 제품조성에 V을 0.15% 첨가한 합금조성으로 배합하고 시편B는 V, Ti, Al, B를, 시편C는 V, Ti, Al, B, Nb을, 시편D는 V, Ti, Al, B, Nb, W을 첨가하였다. 주조된 시편의 화학성분은 합금 설계한 목표성분 범위와 일치하고 아래 표1 과 같다. Ti, Al, B, Nb, and W were prepared so that the contents of Fe, Fe, and Fe were 2.0 to 2.5%, 2.0 to 2.5%, and 0.3 to 0.5% . The specimens A, B, C and D were cast as shown in Table 1, and specimen A was blended with an alloy composition containing 0.15% of V in the conventional product composition. Specimen B contained V, Ti, Al, Ti, Al, B, and Nb were added to specimen C, and V, Ti, Al, B, Nb, and W were added to specimen D. The chemical composition of the cast specimens corresponds to the target composition range of the alloy design and is shown in Table 1 below.

Figure 112017095346065-pat00001
Figure 112017095346065-pat00001

(2) 주조조직(2) Foundry equipment

합금성분의 조성을 달리하여 주조한 시편 A, B, C, D를 연마하여 알코올 90mL, 염산 10mL, 피크린산 1g을 혼합한 부식액으로 30초간 에칭 한 표면조직은 도 1과 같다. A시편에 비하여 B, C, D시편의 조직이 미세하고 C시편의 주조조직이 가장 미세하게 나타났다 Fig. 1 shows the surface structure of the specimens A, B, C, and D cast with different compositions of the alloy components, which were etched for 30 seconds with a caustic solution prepared by mixing 90 mL of alcohol, 10 mL of hydrochloric acid, and 1 g of picric acid. The specimens of B, C, and D specimens were finer and the specimens of C specimens were finest

(3) 결정입도지수 (3) Crystal grain size index

주조시편의 결정입도지수를 도 2에서와 같이 산출하였다. 결정입도지수는 시편A가 7.3번, 시편B는 9.0번, 시편C는 9.8번, 시편D는 8.5번이고, 이 중에서 시편C가 가장 미세하고 시편A가 가장 조대하게 나타났다. The crystal grain size index of the cast specimen was calculated as shown in Fig. The grain size index of specimen A is 7.3, specimen B is 9.0, specimen C is 9.8 and specimen D is 8.5. Specimen C is the finest and specimen A is the most abundant.

(4) 상(phase)의 양(4) Amount of phase

도 3에 나타낸 바와 같이 A시편의 말텐사이트의 양은 80%로서 가장 많이 나타나고, C시편은 말텐사이트의 량이 1%로 가장 적으며, B시편은 60%, C시편은 20%이다. 페라이트의 양은 C시편이 95%로서 가장 많이 나타나고, A시편의 페라이트의 량은 5%로서 가장 적으며, B시편은 20%, D시편은 50%이다.As shown in FIG. 3, the amount of maltenite in the A specimen is the largest at 80%, while the amount of maltitol in the C specimen is the smallest at 1%, while the specimen B is 60% and the specimen C 20%. The amount of ferrite is the largest as 95% of the C specimen, and the amount of ferrite of the A specimen is the smallest at 5%, while the specimen B is 20% and the specimen D is 50%.

탄화물의 양은 D시편이 20%, A시편이 15%, B시편이 4%, C시편이 1% 이고, 잔류오스테나이트의 양은 D시편이 50%, B시편이 13%, A시편이 1%, C시편이 0.5% 이다. 요약하면 주방상태에서 A, B 시편은 말텐사이트 조직이 60% 이상 나타나고, C, D는 페라이트 조직이 50% 이상 나타났다.The amounts of carbide were 20% for D specimen, 15% for A specimen, 4% for B specimen, 1% for C specimen and 50% for D specimen, 13% for B specimen, 1% for A specimen, , And the C specimen is 0.5%. In summary, in the state of kitchen, A and B specimens showed more than 60% of maltingite, and C and D showed more than 50% of ferrite.

2. 완전 어닐링-담금질-뜨임 열처리된 Ni-Cr-Mo 주강재의 제조 및 특성 분석2. Fabrication and characterization of Ni-Cr-Mo main steels annealed - quenched - tempered annealed

본 실시예에서는 상기 1.에서 제조된 주조 시편에 대해 담금질 열처리를 수행하기 전에 인성을 향상시켜 균열발생 요인도 제거하고, 기계적 성질을 향상시키기 위해 완전 어닐링을 수행한 후, 담금질 및 뜨임 열처리를 순차적으로 실시해 1300 MPa급 Ni-Cr-Mo 주강재를 제조한다.In this embodiment, the casting specimen prepared in the above 1. is subjected to complete annealing in order to improve the toughness and to eliminate the cause of cracking before the quenching heat treatment is performed, and to improve the mechanical properties, and then quenching and tempering heat treatment are sequentially To produce 1300 MPa grade Ni-Cr-Mo main steel.

보다 구체적으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서 수행하는 완전 어닐링 열처리는, 890 ℃에서 8시간 유지한 후 890 ℃부터 400 ℃까지 25시간 동안 노냉(furnace cooling)하고 400 ℃부터는 공냉(air cooling)하여 이루어진다.More specifically, as shown in Fig. 4, the complete annealing heat treatment performed in the present example is performed at 890 DEG C for 8 hours, then furnace cooling from 890 DEG C to 400 DEG C for 25 hours, (air cooling).

도 5는 완전 어닐링 열처리된 시편의 주사전자현미경(SEM) 사진으로서, 기지조직은 페라이트와 공석조직을 나타내고 있으며, 공정조직은 매우 미세하게 나타난다. 공정조직 중에 EDS 분석에서 탄화물은 M₃C 또는 M₂₃C6로 검출되었다. FIG. 5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a specimen subjected to a complete annealing heat treatment, in which the matrix shows ferrite and void structure, and the process structure is very fine. In the EDS analysis, carbides were detected as M₃C or M₂₃C 6 in the process tissues.

상기 완전 어닐링 열처리 후 860℃에서 유냉 일반담금질열처리 하고, 540℃에서 8hr 뜨임 열처리해 본 발명에 따른 Ni-Cr-Mo 주강재를 제조하였다.After the above-mentioned complete annealing heat treatment, general quenching heat treatment at 860 ° C was performed, and heat treatment was performed at 540 ° C for 8 hours to prepare Ni-Cr-Mo main steel according to the present invention.

도 6은 본원 실시예에 따른 완전 어닐링(890℃) 및 유냉 일반 담금질(860℃)한 시편의 주사전자현미경(SEM) 사진이고, 도 7은 본원 실시예에 따른 완전 어닐링(890℃), 유냉 일반 담금질(860℃) 및 뜨임 열처리(540℃)한 시편의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.FIG. 6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a specimen of full annealing (890 ° C.) and oil-cooling general quenching (860 ° C.) according to the present embodiment, This is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a specimen subjected to general quenching (860 ° C) and tempering (540 ° C).

도 8은 본원 실시예에 따른 완전 어닐링(890℃), 유냉 일반 담금질(860℃) 및 뜨임 열처리(540℃)한 시편의 인장강도, 항복강도 및 연신율 측정 결과이고, 도 9는 본원 실시예에 따른 완전 어닐링(890℃), 유냉 일반 담금질(860℃) 및 뜨임 열처리(540℃)한 시편의 경도 측정 결과이다.FIG. 8 shows the results of measurement of tensile strength, yield strength and elongation of full annealing (890 ° C.), oil-cooling general quenching (860 ° C.) and tempering heat treatment (540 ° C.) according to the present embodiment, (890 ° C), general quenching (860 ° C), and annealing (540 ° C).

도 8 및 도 9를 참조하면, 시편 B, C, D의 인장강도(개발목표 1,300MPa 이상)는 1,383MPa, 1,457MPa, 1,340MPa 이며, 항복강도 (개발목표 1,000MPa 이상)는 1,249MPa, 1,259MPa, 1,251MPa이며, 연신율은 6.2%%, 4.5%, 4.5%이다. 또한, 시편 B, C, D의 경도 (개발목표 HRC45 이상)는 HRC 46, 47, 46 이다. 이 열처리 공정은 담금질열처리 전에 완전어닐링열처리 한 시편이며 B, C, D시편 모두 개발목표를 충족시키고 있다.8 and 9, the tensile strengths of the specimens B, C and D (development target of 1,300 MPa or more) were 1,383 MPa, 1,457 MPa and 1,340 MPa, the yield strength (development target 1,000 MPa or more) was 1,249 MPa, 1,259 MPa, 1,251 MPa, and the elongation is 6.2 %%, 4.5%, and 4.5%. The hardness of specimens B, C and D (development target HRC 45 or more) is HRC 46, 47, 46. This annealing process is a completely annealed annealed specimen before quenching heat treatment, and both B, C and D specimens meet the development goal.

본 실시예에 따른 완전어닐링-인상담금질-뜨임열처리 공정과 뜨임열처리 공정조건에 대하여 시편의 인장강도, 항복강도, 연신율, 경도의 시험결과를 요약하면 아래의 표 2와 같다.Table 2 shows the test results of tensile strength, yield strength, elongation and hardness of the specimen for the complete annealing-impression-quenching-tempering heat treatment process and tempering process conditions according to the present embodiment.

Figure 112017095346065-pat00002
Figure 112017095346065-pat00002

합부판정 : O (요구 기계적 물성 충족) / X (요구 기계적 물성 불충족)Completion judgment: O (satisfies the required mechanical properties) / X (does not meet the required mechanical properties)

<비교예> 노말라이징-담금질-뜨임 열처리된 Ni-Cr-Mo 주강재의 제조 및 특성 분석<Comparative Example> Preparation and characterization of Ni-Cr-Mo main steels subjected to normalizing-quenching-temper annealing

상기 실시예의 1.에서 제조된 주조 시편을 대상으로 노말라이징-담금질-뜨임 열처리를 실시해 Ni-Cr-Mo 주강재를 제조하고, 상기 Ni-Cr-Mo 주강재에 대해 특성 분석을 실시하였다.The Ni-Cr-Mo main steels were prepared by subjecting the cast specimens prepared in the above Example 1 to normalizing-quenching-tempering heat treatment, and the characteristics of the Ni-Cr-Mo main steels were analyzed.

1. 노말라이징 열처리 공정을 거친 주조 시편의 특성1. Characteristics of Casting Specimens after Normalizing Heat Treatment Process

상기 실시예의 1.에서 제조된 주조 시편을 가열해 900 ℃에서 8시간 유지한 후 공냉하는 노말라이징 열처리를 통해 얻어진 시편에 대해 아래와 같이 특성 분석을 실시했다.The cast specimens prepared in the above Example 1 were heated and maintained at 900 ° C for 8 hours, and the specimens obtained through the air-cooled normalizing heat treatment were subjected to the following characteristics analysis.

(1) OM조직 (1) OM organization

도 10은 노말라이징 열처리된 주조 편의 광학현미경(OM) 사진으로서, 이를 참조하면 노말라이징 열처리 후 결정입도지수는 A시편에 비하여 B, C, D시편의 입도가 미세하고 C번 시편이 가장 미세한 경향을 보인다.FIG. 10 is a photograph of an optical microscope (OM) of a casting piece subjected to a normalizing heat treatment. Referring to FIG. 10, the grain size index after the normalizing heat treatment is finer than that of the A specimen and the grain size of the specimen B, .

(2) 결정입도지수(2) Crystal grain size index

노말라이징 열처리 후 A, B, C, D 시편의 결정입도크기는 도 11에서와 같이 주조시편에 비하여 미세하게 되었고 A시편의 결정입도지수는 5.9번, B시편의 결정입도지수는 6.2번, C시편의 결정입도지수는 6.4번이고, D시편은 결정입도지수는 9.0이다. 개발시편 A, B, C, D는 합금원소의 영향에 의해 노말라이징 열처리 후 결정입도의 크기는 D시편 이외에 A, B, C 시편은 모두 미세하게 나타났다. The grain size of the specimens A, B, C, and D after the normalizing heat treatment was finer than that of the cast specimen as shown in FIG. 11. The crystal grain size index of the A specimen was 5.9, the grain size index of the B specimen was 6.2, The grain size index of the specimen is 6.4 and the grain size index of the D specimen is 9.0. The specimens A, B, C, and D showed finer grain sizes than the D specimens after the normalizing heat treatment due to the influence of alloying elements.

(3) 상(phase)의 양(3) the amount of phase

도 12에 도시된 바와 같이 노말라이징 열처리 후 A시편은 말텐사이트(Martensite) 조직이 75% 이고 페라이트 조직은 20%이며, B, C, D 시편은 a말텐사이트 조직이 20% 이하이고, 페라이트 조직은 증가되어 80% 이상 나타났다. 탄화물과 잔류오스테나이트의 량은 A, B, C, D시편 모두 5% 이하로 적게 나타났다. As shown in FIG. 12, after the normalizing heat treatment, the A specimen had a Martensite structure of 75% and a ferrite structure of 20%, and the B, C and D specimens had a maltenoid structure of less than 20% Increased to over 80%. The amount of carbide and retained austenite was less than 5% in both A, B, C and D specimens.

도 13의 SEM 조직 사진과 도 14의의 EDS 분석 자료에서 A시편은 말텐사이트 조직이 많이 나타난 반면 B, C, D 시편에서는 페라이트 조직이 많이 나타난다.In the SEM image of FIG. 13 and the EDS analysis of FIG. 14, the A specimen shows a lot of maltitine texture whereas the B, C and D specimens show a lot of ferrite texture.

(5) 경도(5) Hardness

노말라이징 열처리한 시편 A, B, C, D의 경도값은 도 15에서와 같이 주방상태의 시편에 비하여 경도가 균일하고 일정하며, 주방상태의 시편에 비하여 경도가 증가되었다. 이 노말라이징 열처리공정에서 경도가 낮아야 기계가공이 용이하나 경도가 높아 기계가공성이 어려울 것으로 판단되고, 담금질 열처리 시 담금질균열발생이 우려되는 결과로 나타났다.As shown in FIG. 15, the hardness values of the normalized heat treated specimens A, B, C, and D were more uniform and constant than those of the specimen of the kitchen state, and the hardness of the specimens was increased. In this normalizing heat treatment process, the hardness is low so that the machining is easy, but the hardness is high so that the machinability is difficult to be obtained. As a result, there is a concern about the occurrence of quench cracking in the quenching heat treatment.

2. 노말라이징-담금질-뜨임 열처리된 Ni-Cr-Mo 주강재의 제조 및 특성 분석2. Preparation and characterization of Ni-Cr-Mo main steels subjected to normalizing-quenching-temper annealing

노말라이징 열처리 공정에 이어서 (수냉/유냉)인상담금질-뜨임열처리한 Ni-Cr-Mo 주강재를 제조하고 그 특성을 평가했다.Following the normalizing heat treatment process, Ni-Cr-Mo main steel with impression-quenching-tempering heat treatment (water-cooling / oil-cooling) was prepared and its properties were evaluated.

먼저, 상기 노말라이징 열처리한 시편을 대상으로 도 16에 도시한 인상담금질-뜨임열처리 공정을 순차적으로 실시해 비교예에 따른 Ni-Cr-Mo 주강재를 제조하였다.First, Ni-Cr-Mo main steels according to comparative examples were prepared by sequentially performing the impression-quenching-tempering process shown in FIG. 16 on the normalized heat-treated specimens.

(1) 노말라이징-수냉/유냉 인상담금질-뜨임열처리(570℃)된 Ni-Cr-Mo 주강재의 기계적성질(1) Normalizing - Quenching of water-cooling / oil-cooling - Mechanical properties of Ni-Cr-Mo main steel subjected to tempering (570 ℃)

880℃에서 항온 유지 후 수냉/유냉하고, 400℃ 부근에서 인상하여 공냉 후, 이 시편을 570℃에서 뜨임열처리한 시편 A, B, C, D에 대하여 도 17에서와 같이 인장강도와 항복강도를 시험하였으며, 항복강도는 연신율이 도 18와 같이 낮아 측정할 수 없었고 인장강도만 나타냈다. 유냉 담금질한 시편의 인장강도는 1,102~1,247 MPa이며, 이에 비하여 수냉 담금질한 시편의 인장강도는 1,216~1,306 MPa 로 약 100 MPa 정도 높게 나타났다. 그러나 1,300MPa 이상의 개발목표를 만족시키는 것은 유냉이나 수냉한 시편에서 모두 개발목표에 미달되었고, 유일하게 C시편만 인장강도가 1,306MPa으로 개발목표를 만족하였다. The specimens A, B, C, and D, which were heat-treated at 570 ° C after being air-cooled after being maintained at 880 ° C and then cooled by water cooling and oil cooling, were heated at about 400 ° C and tensile strength and yield strength The yield strength was low as shown in Fig. 18, and the tensile strength was not measured. The tensile strength of the specimens quenched and annealed was 1,102 ~ 1,247 MPa, while the tensile strength of the specimens quenched by water cooling was 1,216 ~ 1,306 MPa, which was about 100 MPa. However, the specimens satisfying the development target of 1,300 MPa or more were not satisfied with the development target in both the cooling and the water-cooled specimens, and only the C specimen satisfied the development target with the tensile strength of 1,306 MPa.

모든 시편의 연신율은 도 18에서와 같이 3% 이하이고, 개발시편 중에서 시편C가, 유냉한 시편 중에서 시편B, C가 연신율이 가장 높게 나타났다. 수냉 한 시편에서 담금질균열이 발생되었고, 항복강도의 측정값을 얻기 위하여 연신율을 높여야 할 것으로 판단된다.As shown in Fig. 18, elongation rates of all specimens were 3% or less. Specimens C and B showed the highest elongation rates in the specimens C and B, respectively. Quenched cracks occurred in the water - cooled specimens and the elongation rate should be increased to obtain the measured value of yield strength.

도 19는 880℃에서 항온 유지 후 수냉/유냉하고 400℃부근에서 인상하여 공냉한 시편을 570℃에서 뜨임열처리한 시편 A, B, C, D에 대하여 경도 시험한 결과이다. 유냉 담금질한 시편의 경도는 HRC 42~45, 수냉 담금질한 시편의 경도는 HRC 40~44 이다. 그러나 개발목표 HRC45 이상을 만족시키는 개발시편은 없었고, 모두 목표경도 미달이다. 이들 시편 중에서 유냉한 시편에서는 균열 발생한 것이 없었으나, 수냉 인상담금질 한 시편에서 균열이 대부분 발생되었다. 570℃ 뜨임 온도에서는 기계적성질의 목표치를 달성할 수 없었고, 이중에서 경도는 너무 낮게 나왔다.Fig. 19 shows the results of hardness tests on specimens A, B, C, and D, which were heat-treated at 570 캜 after being kept at 880 캜, water-cooled and oil-cooled, The hardness of the specimens quenched and annealed was HRC 42 ~ 45, and the hardness of the specimens quenched in water was HRC 40 ~ 44. However, there were no development samples satisfying the development target HRC45 or higher, and all of them were below the target hardness. Among these specimens, there were no cracks in the specimens which were cooled, but most of them occurred in the specimens quenched by water cooling. At the 570 캜 tempering temperature, the desired mechanical properties could not be achieved, with the hardness being too low.

(2) 노말라이징-수냉/유냉 인상담금질-뜨임열처리(500℃, 360℃ 또는 280℃)된 Ni-Cr-Mo 주강재의 기계적성질(2) Normalizing - Water quenching / Oil cooling impression quenching - Mechanical properties of Ni-Cr-Mo main steels subjected to tempering heat treatment (500 ℃, 360 ℃ or 280 ℃)

도 20에서와 같이 유냉 인상담금질-500℃ 뜨임열처리 한 시편 중에서 A시편이 인장강도의 목표치를 만족하였지만 항복강도는 목표치 미달이었다. 또한, 유냉 인상담금질-360℃ 뜨임열처리 한 시편에서는 A, B, C, D의 모든 시편이 인장강도의 목표치를 만족하였지만 항복강도는 목표치가 미달이었다. 그리고, 유냉 인상담금질-280℃ 뜨임열처리 한 시편에서는 C, D시편이 인장강도의 목표치를 만족하였지만 항복 강도는 목표치 미달이었다.As shown in FIG. 20, the A specimen satisfied the target value of the tensile strength among the specimens tempered at -500 ° C., but the yield strength was lower than the target value. In addition, all samples of A, B, C, and D satisfied the target tensile strength, but yield strength was below the target value. The C and D specimens satisfied the target tensile strength, but yield strength was below the target value.

도 21에서와 같이, 유냉 인상담금질-360℃ 뜨임열처리 한 시편에서는 모든 시편의 경도가 개발목표경도의 목표치 HRC45 이상을 만족하였고, 측정결과는 HRC45~48 범위이다. 또한, 유냉 인상담금질-280℃ 뜨임열처리 한 시편에서는 모든 시편의 경도가 개발목표경도의 목표치 HRC45 이상을 만족하였고, 측정결과는 HRC48~50 범위이다. 그리고, 뜨임온도가 낮아질수목 경도는 증가하고 뜨임온도가 높을수록 경도가 낮아지며, 550℃ 이상에서는 도 19에서와 같이 경도가 HRC 45 이하로 나타났다.As shown in FIG. 21, hardness of all specimens satisfied the target hardness of target HRC45 or more in the specimens subjected to heat-quenching at -360.degree. The hardness of all specimens satisfies the target hardness of HRC45 or higher in the specimens heat treated at -280 ℃. The measured results are in the range of HRC48 ~ 50. The hardness at which the tempering temperature is to be lowered is increased and the hardness is lowered at higher tempering temperature. When the tempering temperature is higher than 550 ° C, the hardness is lower than HRC 45 as shown in FIG.

기존에 수행한 노말라이징-인상담금질-뜨임열처리 공정과 열처리공정의 열처리조건, 열처리온도를 달리한 공정조건에 따라서 시편의 인장강도, 항복강도, 경도 등의 시험결과를 요약하면 다음과 같다. 기존의 열처리 방법으로는 아래 표 3에서와 같이 개발목표를 달성할 수 없었다.The results of test results such as tensile strength, yield strength and hardness of the specimen according to the annealing - impregnation quenching - tempering process and annealing process, heat treatment temperature, and other process conditions are summarized as follows. The conventional heat treatment method could not achieve the development target as shown in Table 3 below.

1) 900℃ 노말라이징 - 880℃ 수냉 인상담금질 - 570℃ 뜨임열처리 공정1) 900 ° C normalizing - 880 ° C water cooling impression quenching - 570 ° C tempering heat treatment process

이 공정은 기존에 작업하고 있는 열처리 방법이며, 이 방법으로는 기존의 소재 뿐만 아니라 개발시편 A, B, C, D에 대하여 인장강도, 항복강도, 경도 등 전 항목이 개발목표에 미달되었다. This process is a conventional heat treatment method. In this method, all items such as tensile strength, yield strength, and hardness of developed specimens A, B, C, and D are not satisfied with the development target as well as existing materials.

2) 900℃ 노말라이징 - 880℃ 유냉 인상담금질 - 570℃ 뜨임열처리 공정2) 900 ℃ normalizing - 880 ℃ oil cooling impression quenching - 570 ℃ tempering heat treatment process

이 공정은 기존에 작업하고 있는 열처리 방법이며, 이 방법은 제품에 균열이 발생되어 냉각제를 바꾸어 작업한 공정이다. 이 방법으로는 기존의 소재 뿐만아니라 개발시편 A, B, C, D에 대하여 인장강도, 항복강도, 경도 등 전 항목이 개발목표에 미달되었다. This process is a conventional heat treatment method, which is a process in which the product is cracked and the coolant is changed. In this method, all the items such as tensile strength, yield strength, and hardness of the developed specimens A, B, C, and D were not satisfied with the development targets.

3) 890℃ 노말라이징 - 860℃ 유냉 인상담금질 - 500℃ 뜨임열처리 공정3) 890 ℃ normalizing - 860 ℃ oil cooling impression quenching - 500 ℃ tempering heat treatment process

기존의 노말라이징 열처리공정은 동일하고, 담금질온도와 뜨임온도를 달리한 것이다. 이 방법으로는 A시편의 인장강도와 항복강도는 적합하나 B, C, D시편은 미달되었으며, 경도는 B, C, D시편만 적합하였다.The conventional normalizing heat treatment process is the same, and the quenching temperature and tempering temperature are different. In this method, tensile strength and yield strength of A specimen were suitable, but B, C and D specimens were less than specimens A and B, C and D specimens were only hardness specimens.

4) 890℃ 노말라이징 - 860℃ 유냉 인상담금질 - 360℃ 뜨임열처리 공정4) 890 ℃ normalizing - 860 ℃ oil cooling impression quenching - 360 ℃ tempering heat treatment process

기존의 노말라이징 열처리공정은 동일하고, 담금질온도와 뜨임온도를 달리한 열처리공정이다, 이 방법에서 A, B, C, D시편의 인장강도와 경도는 적합하나 항복강도는 A, B, C, D시편 모두 미달되었다.The tensile strength and hardness of A, B, C and D specimens are suitable for this method, but the yield strength is A, B, C, D specimens were all underdone.

5) 890℃ 노말라이징 - 860℃ 유냉 인상담금질 - 280℃ 뜨임열처리 공정5) 890 ℃ normalizing - 860 ℃ oil cooling impression quenching - 280 ℃ tempering heat treatment process

기존의 노말라이징 열처리공정은 동일하고, 담금질온도와 뜨임온도를 달리한 열처리공정이다, 이 방법으로는 C, D시편의 인장강도와 경도는 적합하나 항복강도는 A, B, C, D시편 모두 미달이었다.In this method, the tensile strength and hardness of the specimens C and D are suitable. However, the yield strengths of the specimens A, B, C, and D are all the same It was under.

Figure 112017095346065-pat00003
Figure 112017095346065-pat00003

합부판정 : O (요구 기계적 물성 충족) / X (요구 기계적 물성 불충족)Completion judgment: O (satisfies the required mechanical properties) / X (does not meet the required mechanical properties)

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and not restrictive in every respect.

Claims (10)

(a) (i) 0.45 중량%의 탄소(C); 0.47 중량%의 규소(Si); 0.80 중량%의 망간(Mn); 2.48 중량%의 니켈(Ni); 2.30 중량%의 크롬(Cr); 0.38 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.14 중량%의 바나듐(V); 0.01 중량%의 티타늄(Ti); 0.03 중량%의 알루미늄(Al); 0.002 중량%의 붕소(B); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용탕 또는
(ii) 0.44 중량%의 탄소(C); 0.45 중량%의 규소(Si); 0.78 중량%의 망간(Mn); 2.49 중량%의 니켈(Ni); 2.30 중량%의 크롬(Cr); 0.38 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.14 중량%의 바나듐(V); 0.01 중량%의 티타늄(Ti); 0.01 중량%의 알루미늄(Al); 0.002 중량%의 붕소(B); 0.01 중량%의 니오븀(Nb); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용탕 또는
(iii) 0.44 중량%의 탄소(C); 0.46 중량%의 규소(Si); 0.80 중량%의 망간(Mn); 2.47 중량%의 니켈(Ni); 2.30 중량%의 크롬(Cr); 0.38 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.15 중량%의 바나듐(V); 0.01 중량%의 티타늄(Ti); 0.02 중량%의 알루미늄(Al); 0.002 중량%의 붕소(B); 0.002 중량%의 텅스텐(W); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 주조(casting)하는 단계;
(b) 850 내지 900 ℃에서 완전 어닐링 열처리(full annealing)하는 단계;
(c) 850 내지 870 ℃에서 담금질 열처리(quenching)하는 단계; 및
(d) 500 내지 550 ℃에서 뜨임 열처리(tempering)하는 단계를 포함하는 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재의 제조방법.
(a) (i) 0.45% by weight of carbon (C); 0.47 wt% silicon (Si); 0.80 wt% manganese (Mn); 2.48 wt% nickel (Ni); 2.30 wt% chromium (Cr); 0.38 wt% molybdenum (Mo); 0.14 wt% vanadium (V); 0.01% by weight of titanium (Ti); 0.03 wt% aluminum (Al); 0.002% by weight of boron (B); A molten metal containing iron (Fe) remnants and other unavoidable impurities or
(ii) 0.44 wt% carbon (C); 0.45% by weight of silicon (Si); 0.78 wt% manganese (Mn); 2.49 wt% nickel (Ni); 2.30 wt% chromium (Cr); 0.38 wt% molybdenum (Mo); 0.14 wt% vanadium (V); 0.01% by weight of titanium (Ti); 0.01% by weight aluminum (Al); 0.002% by weight of boron (B); 0.01 wt% niobium (Nb); A molten metal containing iron (Fe) remnants and other unavoidable impurities or
(iii) 0.44 wt% carbon (C); 0.46 wt% silicon (Si); 0.80 wt% manganese (Mn); 2.47 wt% nickel (Ni); 2.30 wt% chromium (Cr); 0.38 wt% molybdenum (Mo); 0.15 wt% vanadium (V); 0.01% by weight of titanium (Ti); 0.02 wt% aluminum (Al); 0.002% by weight of boron (B); 0.002 wt% tungsten (W); Casting a melt containing iron (Fe) remnants and other unavoidable impurities;
(b) full annealing at 850 to 900 &lt; 0 &gt;C;
(c) quenching at 850 to 870 캜; And
(d) tempering at 500 to 550 ° C.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 단계 (b)에서의 완전 어닐링 열처리는, 890 ℃에서 8시간 유지한 후 890 ℃부터 400 ℃까지 노냉(furnace cooling)하고 400 ℃부터 공냉(air cooling)하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the complete annealing heat treatment in the step (b) is carried out by maintaining at 890 캜 for 8 hours, followed by furnace cooling from 890 캜 to 400 캜 and air cooling from 400 캜. The high strength nickel chromium molybdenum Method of manufacturing main steel.
제1항에 있어서,
상기 단계 (c)에서의 담금질 열처리는, 860 ℃에서 1시간 유지한 후 유냉(oil cooling)하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the quenching heat treatment in the step (c) is performed by maintaining at 860 ° C for 1 hour and then oil cooling.
제1항에 있어서,
상기 단계 (d)에서의 뜨임 열처리는 540 ℃에서 8시간 유지한 후 공냉(air cooling)하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the tempering treatment in step (d) is carried out by maintaining at 540 캜 for 8 hours and then air-cooling the nickel-chromium molybdenum main steel.
제1항 및 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조된 인장강도 1300 MPa 이상인 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재.A high strength nickel chrome molybdenum master steel having a tensile strength of 1300 MPa or more produced by the method according to any one of claims 1 to 6. 제9항에 기재된 고강도 니켈크롬몰리브덴 주강재로 이루어진 샌드 펌프용 임펠라 블레이드.An impeller blade for a sand pump comprising the high strength nickel chrome molybdenum main steel according to claim 9.
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