KR102270898B1 - 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법 - Google Patents

석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법 Download PDF

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Abstract

(a) 중량%로, Ni: 3.0 내지 5.0%, Cr: 15.5 내지 17.5%, C: 0 초과 0.07% 이하, Cu: 3.0 내지 5.0%, Nb+Ta: 0 초과 0.45%, Mn: 0 초과 1.0% 이하, Si: 0 초과 1.0% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 금속 분말 및 바인더 조성물을 혼련하여 혼합물을 제조하는 단계, (b) 상기 혼합물을 사출 성형하여 커플러를 형성하는 단계, (c) 상기 사출된 커플러를 탈지하는 단계, (d) 상기 탈지된 커플러를 소결하는 단계 및 (e) 상기 소결한 커플러를 420 내지 540℃의 조건에서 열처리하는 단계를 포함하는 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법은 MIM(Metal Injection Mold) 공법 및 열처리를 통하여 우수한 기계적 성질을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법{HEAT TREATING METHOD FOR HARDENING TYPE STAINLESS STEEL AND COUPLER MANUFACTURING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 MIM(Metal Injection Mold) 공법 및 열처리를 통한 우수한 기계적 성질을 가지는 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법에 관한 것이다.
금속사출 성형(MIM, Metal Injection Molding)공정은 플라스틱산업의 사출성형 기술과 분말야금산업의 금속분말소결 기술의 이점을 융합시킨 공법이다. 통상적인 금속사출 성형은 금속분말과 수지를 혼합하여 사출 성형한 뒤, 가공체로부터 수지를 제거하고 소결하여 제품을 제조한다. 이러한 금속사출 성형 공정은 복잡하고 정밀하여 구현이 쉽지 않던 입체 형상의 금속 가공체를, 금속소결 제품처럼 강도가 높고 치밀하게 제조하면서도, 플라스틱 제품처럼 비교적 간단한 공정으로 제조할 수 있다.
금속사출 성형 공정으로 제조되는 금속제품들은 금속분말을 고온에서 결합시키는 소결법으로 제조되기 때문에, 주조법으로 제조된 금속벌크 제품에 비하여 상대밀도가 낮거나, 미세한 크랙이 발생할 수 있는 단점이 있다. 특히 인장강도가 낮아 부품을 소형화 및 경량화하기 곤란한 문제가 있다.
이에 따라, MIM(Metal Injection Mold) 공법을 사용하여 비교적 간단한 공정으로 제조하면서도 우수한 기계적 성질을 가지는 금속 가공체 제조방법을 필요로 한다.
1. 한국 공개특허공보 제10-2014-0010105호 2. 한국 등록특허공보 제10-1626878호
본 발명은 MIM(Metal Injection Mold) 공법 및 열처리를 통한 우수한 기계적 성질을 가지는 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법을 제공하고자 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법은 중량%로, Ni: 3.0 내지 5.0%, Cr: 15.5 내지 17.5%, C: 0 초과 0.07% 이하, Cu: 3.0 내지 5.0%, Nb+Ta: 0 초과 0.45%, Mn: 0 초과 1.0% 이하, Si: 0 초과 1.0% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 금속 분말을 혼합하는 단계, 상기 금속 분말을 소결하는 단계 및 상기 소결한 금속 분말을 420 내지 540℃의 조건에서 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 소결 단계는 1200 내지 1400℃, H2 및 N2 혼합가스 분위기에서 소결할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 열처리 단계는 450 내지 510℃의 조건에서 열처리할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법은 (a) 중량%로, Ni: 3.0 내지 5.0%, Cr: 15.5 내지 17.5%, C: 0 초과 0.07% 이하, Cu: 3.0 내지 5.0%, Nb+Ta: 0 초과 0.45%, Mn: 0 초과 1.0% 이하, Si: 0 초과 1.0% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 금속 분말 및 바인더 조성물을 혼련하여 혼합물을 제조하는 단계, (b) 상기 혼합물을 사출 성형하여 커플러를 형성하는 단계, (c) 상기 사출된 커플러를 탈지하는 단계, (d) 상기 탈지된 커플러를 소결하는 단계 및 (e) 상기 소결한 커플러를 420 내지 540℃의 조건에서 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 (d)단계에서 상기 탈지된 커플러를 1200 내지 1400℃, H2 및 N2 혼합가스 분위기에서 소결할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 (e)단계에서 상기 소결한 커플러를 450 내지 510℃의 조건에서 열처리할 수 있다.
본 발명에 따른 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법은 MIM(Metal Injection Mold) 공법 및 열처리를 통한 우수한 기계적 성질을 가지는 커플러를 제조할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법을 개략적으로 보인 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법을 개략적으로 보인 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법에 따라 제조된 커플러 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을/ 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법을 개략적으로 보인 흐름도이다. 본 발명에 따른 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법은 금속 분말 혼합 단계, 금속 분말 소결 단계 및 열처리 단계를 포함한다.
상기 금속 분말 혼합 단계는 중량%로, Ni: 3.0 내지 5.0%, Cr: 15.5 내지 17.5%, C: 0 초과 0.07% 이하, Cu: 3.0 내지 5.0%, Nb+Ta: 0 초과 0.45%, Mn: 0 초과 1.0% 이하, Si: 0 초과 1.0% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 금속 분말을 혼합하는 단계이다.
Ni: 3.0 내지 5.0%
Ni는, Cr과의 조합에 의해, 주강의 강도, 인성 및 내식성을 향상시킨다. Ni는 특히 중요한 원소이며, 그 함유량에 의해 본 발명의 주강의 조직 및 특성이 크게 좌우된다. Ni는 기지의 마텐자이트화에 의해 강도, 인성 및 내식성을 향상시킨다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Ni는 3.0 중량% 이상 필요하다. 그러나 Ms 점을 저하시키는 Ni를 다량으로 함유하면, 마텐자이트 변태가 일어나기 곤란해지고, 계속 주조하고 있는 상태 및 담금질 상태에서뿐만 아니라 템퍼링 상태에서도 잔류 오스테나이트가 증가하고, 피삭성을 저하시키며, 석출 경화능이 작아져서 충분한 강도 및 인성을 얻기 곤란하게 된다. 특히, 템퍼링 처리로 역변태 오스테나이트가 증가하고, 템퍼링 처리의 냉각 시에 역변태 오스테나이트로부터 담금질 마텐자이트로의 변태가 증가하므로, 피삭성이 현저하게 저하된다. 전술한 문제는 Ni가 5.0 중량%를 초과하면 현저하게 저하되므로, Ni의 상한은 5.0 중량%로 한다. 따라서 3.0∼ 5.0 중량%로 하는 것이 바람직하다.
Cr: 15.5 내지 17.5%
Cr은 내식성을 부여하기 위해 필수적인 원소이며, Ni와의 조합으로 기지 조직을 마텐자이트로 하여 강도를 높이는 작용을 가진다. 이와 같은 효과를 얻으려면, Cr은 15.5 중량% 이상 필요하다. 그러나 Cr이 15.5 중량%를 초과하면, Cr 탄화물이 증가하여 연성 및 피삭성이 저하되며, δ 페라이트가 증가하여 강도 및 인성이 저하되고, 또한 담금질 처리 시에 잔류 오스테나이트가 증가하여 피삭성이 저하된다. 그러므로, Cr은 15.5∼17.5 중량%로 한다.
C: 0 초과 0.07% 이하
C는 Nb와 결합하여, 탄화물을 정출시키고, 주강의 강도 및 인성을 향상시키며, 응고 온도를 저하시켜서, 주조성(용탕의 유동성)을 향상시킨다. 양호한 주조성에 의해, 복잡하거나 또는 얇은 형상을 가지는 주조품에서도 주조 결함을 억제하여 양호한 수율로 제조할 수 있다. 본 발명에서는 C를 증가시킴으로써 양호한 주조성을 확보하고 있지만, 이는 이 종류의 주강의 피삭성 개선을 위해 종래부터 채용되어 온 C의 저감과 정반대의 생각에 기초한다. 양호한 주조성을 위해서는 적어도 0 초과의 C가 필요하지만, 0.07 중량%를 초과하면 Cr 등의 탄화물이나 공정탄질화물이 증가하고, 또한 마텐자이트 기지로의 C의 고용도 많이 되어 기지가 경화하고, 절삭 저항이 증대한다(피삭성이 저하된다). 따라서 C의 함유량은 0 ∼0.07 중량%로 하는 것이 바람직하다.
Cu: 3.0 내지 5.0%
Cu는 템퍼링 처리에 의해 마텐자이트 기지로부터 Cu 석출물(Cu 리치상)을 석출시켜 경도 및 강도를 증대시키며, 비교적 큰 입경의 Cu 석출물의 석출에 의해 피삭성을 개선한다. Cu는 또한 스테인리스 주강의 내식성을 개선한다. 이와 같은 효과를 얻으려면, Cu는 3.0 중량% 이상 필요하다. 그러나 Cu가 지나치게 많으면, 석출 경화가 과잉될 뿐만 아니라, 담금질 시에 Cu의 입계 편석(粒界偏析)에 의하여 현저하게 취약화(脆弱化)되어, Cu의 입계 편석이 개시하는 온도도 저하된다. 한편, 주강에서 마이크로 편석을 해소하기 위해서는 담금질 처리(고용화 열처리)를 행할 수밖에 없고, 특히 마이크로 편석이 발생하기 쉬운 두꺼운 주물에서는 담금질 온도를 최대한 높이는 것이 바람직하다. 이와 같이, Cu의 입계 편석을 억제하기 위해서는 담금질 온도를 낮추어야만 하지만, 마이크로 편석 해소를 위해서는 높여야만 하는 모순된 요구가 있다. 과잉 석출 경화의 억제, 입계편석의 억제 및 마이크로 편석의 억제를 위하여, Cu 함유량의 상한은 5.0 중량%로 한다. Cu가 5.0 중량%를 초과하면, 전술한 이유에 의해, 피삭성 및 연성이 현저하게 저하된다. 따라서 Cu는 3.0∼5.0 중량%로 하는 것이 바람직하다.
Nb+Ta: 0 초과 0.45%
Nb는 Ta과 함께 C와 결합하여 탄화물을 정출시켜서, 주강의 강도를 높인다. 또한, Nb는 탕흐름성(湯流性)을 개선하여, 파임, 균열(열간 균열) 등의 주조 결함을 방지한다. 또한, Nb는 Cr 탄화물 등의 조대 탄화물의 석출을 억제하고, 연성의 저하를 억제하여, 피삭성을 확보한다. 이와 같은 효과를 얻으려면, 0 초과의 Nb+Ta가 필요하다. 한편, Nb+Ta가 0.45 중량%를 초과하면, 공정탄화물이 과잉되어, 오히려 피삭성을 저하시키고, 또한 과잉 Nb의 편석에 의해 주강을 취약화시킨다. 따라서 Nb+Ta는 0∼0.45 중량%로 한다.
Mn: 0 초과 1.0% 이하
Mn은 탈산 작용을 가지며, 비금속 개재물을 생성하여 피삭성을 개선한다. 그러나 Mn이 1.0 중량%를 초과하면 인성이 저하되고, 또한 용해로의 내화재의 침식을 조장하여 생산성을 저하시켜서, 제조 비용을 상승시킨다. 따라서 Mn은 0∼1.0 중량%로 한다.
Si: 0 초과 1.0% 이하
Si는 탈산(脫酸) 작용을 가지고, CO 가스 등에 기인하는 가스 결함을 방지하여 주조성을 확보한다. 그러나 Si가 1.0 중량%를 초과하면 절삭성이 저하된다. 따라서 Si는 0∼1.0 중량%로 한다. 위와 같이, 석출경화형 스테인리스강에서, 성분 원소의 근소한 변동에서도 조직이 변화되고, 기계적 성질이 영향을 받을 수 있다.
상기 금속 분말 소결 단계는 상기 금속 분말을 소결하는 단계로 1200 내지 1400℃, H2 및 N2 혼합가스 분위기에서 소결할 수 있다. 특히 1250 내지 1350℃에서 소결하는 경우 항복 강도, 인장 강도 등의 우수한 기계적 성질을 가질 수 있다.
상기 열처리 단계는 상기 소결한 금속 분말을 420 내지 540℃의 조건에서 열처리하는 단계이다. 상기 조건에서 열처리 하는 경우 우수한 기계적 특성을 가질 수 있다. 특히 450 내지 510℃의 조건에서 열처리하는 경우 항복 강도, 인장 강도 등의 더욱 우수한 기계적 성질을 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법을 개략적으로 보인 흐름도이다. 본 발명에 따른 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법은 (a) 혼합물 제조 단계, (b) 커플러 형성 단계, (c) 탈지 단계, (d) 소결 단계 및 (e) 열처리 단계를 포함한다.
상기 (a) 혼합물 제조 단계는 중량%로, Ni: 3.0 내지 5.0%, Cr: 15.5 내지 17.5%, C: 0 초과 0.07% 이하, Cu: 3.0 내지 5.0%, Nb+Ta: 0 초과 0.45%, Mn: 0 초과 1.0% 이하, Si: 0 초과 1.0% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 금속 분말 및 바인더 조성물을 혼련하여 혼합물을 제조하는 단계이다. MIM(Metal Injection Mold) 전용혼용기(Kneader)를 사용하여 수지계열의 바인더와 금속 분말을 혼합할 수 있다. 금속 분말과 수지가 골고루 혼합된 상태인 Feedstock을 제조할 수 있다.
상기 (b) 커플러 형성 단계는 상기 혼합물을 사출 성형하여 커플러를 형성하는 단계이다. MIM(Metal Injection Mold) 공법은 플라스틱 사출성형과 분말야금의 혼합 기법으로 프레싱, 기계가공으로 제작하기 힘든 소형, 복잡한 형상을 제약 없이 성형 가능하다. 커플러를 MIM(Metal Injection Mold) 공법으로 제조하여 내열성, 고강도 및 고밀도를 가질 수 있다.
상기 (c) 탈지 단계는 상기 사출된 커플러를 탈지하는 단계이다. 상기 사출된 커플러를 약 120 내지 140℃에서 90분 정도 탈지 공정 진행할 수 있다. 또는 초임계 이산화탄소 추출법으로 탈지할 수 있다.
초임계이산화탄소 추출법으로 탈지하는 경우, 상기 바인더는 친이산화탄소성 고분자, 열가소성 고분자, 지방산 에스테르 및 계면활성제를 포함하여 급속 탈지가 가능하며, 탈지/소결 공정에서 커플러의 변형을 억제하고, 소결 후 금속 제품에 고밀도, 고강도, 정밀한 치수 안정성 등을 부여할 수 있다. 상기 친이산화탄소성 고분자는 폴리하이드록시부티레이트(polyhydroxybutyrate, PHB), 폴리1,1-디하이드로퍼플루오로옥틸 아크릴레이트(poly(1,1-dihydroperfluorooctyl) acrylate, PFOA), 폴리하이드로퍼플루오로옥틸에틸 메타크릴레이트 (poly(hydroperfluorooctyl)ethyl methacrylate, FOEMA), 폴리글리시딜 메타크릴레이트(PGMA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌글리콜 메타크릴레이트(PPGMA), 비스페놀 A형 에폭시, 폴리옥시알킬렌 알킬페닐 에테르(poly(oxyalkylene) alkylphenyl ether), 폴리비닐피발레이트(PVPi), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐프로필렌글리콜(PPG), 폴리비닐아세테이트(PVAc) 및 헥사플루오로프로필렌(HFP)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 2종 이상을 공중합단위로 포함하는 공중합체이고, 상기 열가소성 고분자는 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리옥시메틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 에틸렌비닐아세테이트 및 폴리카보네이트 중 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 (d) 소결 단계는 상기 탈지된 커플러를 소결하는 단계이다. 상기 탈지된 커플러를 1200 내지 1400℃, H2 및 N2 혼합가스 분위기에서 소결할 수 있다. 특히 1250 내지 1350℃에서 소결하는 경우 항복 강도, 인장 강도 등의 우수한 기계적 성질을 가질 수 있다.
상기 (e) 열처리 단계는 상기 소결한 커플러를 420 내지 540℃의 조건에서 열처리하는 단계이다. 상기 소결한 커플러를 450 내지 510℃의 조건에서 열처리하는 경우 항복 강도, 인장 강도 등의 더욱 우수한 기계적 성질을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법에 따라 제조된 커플러 사진이다. 본 발명에 따른 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법은 MIM(Metal Injection Mold) 공법 및 열처리를 통한 우수한 기계적 성질을 가지는 커플러를 제조할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 석출경화형 스테인리스강의 열처리
도 1의 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법과 같이 금속 분말 혼합 단계, 금속 분말 소결 단계 및 열처리 단계로 진행하였다.
중량%로, Ni: 3.0 내지 5.0%, Cr: 15.5 내지 17.5%, C: 0 초과 0.07% 이하, Cu: 3.0 내지 5.0%, Nb+Ta: 0 초과 0.45%, Mn: 0 초과 1.0% 이하, Si: 0 초과 1.0% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 금속 분말을 혼합한다.
상기 혼합한 금속 분말을 H2 및 N2 혼합가스 분위기에서 1040℃ 에서 1420℃ 까지 소결 온도를 달리하여 소결하였다. 아래 표 1은 석출경화형 스테인리스강의 소결 단계에서 소결 온도에 따른 항복 강도 및 인장 강도를 측정한 결과 그래프이다.
소결 온도(℃) 항복 강도(yield strength)
(0.2%, offset) (Mpa)		 인장 강도(tensile strength)(Mpa)
시편 1 1040 373 664
시편 2 1150 655 847
시편 3 1250 822 975
시편 4 1300 798 970
시편 5 1340 754 872
시편 6 1380 727 847
시편 7 1420 236 635
상기 표 1의 시편 3 내지 6과 같이 1200 내지 1400℃, H2 및 N2 혼합가스 분위기에서 소결한 경우, 700Mpa 이상의 항복 강도(yield strength) 및 850Mpa 이상의 인장 강도(tensile strength)를 가진다. 또한 소결 후 7.6 g/㎤ 이상의 밀도(density), 6% 이상의 연신율(elongation) 및 24 내지 35 HRC의 경도(hardness)를 가짐을 확인하였다.
특히 시편 3 내지 5와 같이 1250 내지 1350℃에서 소결하는 경우, 750Mpa 이상의 항복 강도(yield strength) 및 900Mpa 이상의 인장 강도(tensile strength)를 가져 더욱 우수한 기계적 성질을 가지는 것을 확인하였다.
상기 표 1에서 1250℃에서 소결한 3번 시편이 가장 우수한 항복 강도 및 인장 강도를 나타내었다. 우수한 기계적 성질을 가지는 3번 시편을 310℃ 에서 650℃ 까지 시효처리 온도를 달리하여 열처리하였다. 아래 표 2는 석출경화형 스테인리스강의 열처리 단계에서 시효처리 온도에 따른 항복 강도 및 인장 강도를 나타낸 그래프이다.
시효처리 온도(℃) 항복 강도(yield strength)
(0.2%, offset) (Mpa)		 인장 강도(tensile strength)(Mpa)
비교예 1 310 827 1068
실시예 1 420 1103 1241
실시예 2 450 1275 1380
실시예 3 480 1241 1375
실시예 4 510 1206 1315
실시예 5 540 1090 1241
비교예 2 650 689 1034
표 2의 실시예 1 내지 5와 같이 420 내지 540℃의 조건에서 열처리 하는 경우, 1090Mpa 이상의 항복 강도(yield strength) 및 1200Mpa 이상의 인장 강도(tensile strength)를 가진다. 특히 실시예 2 내지 4와 같이 450 내지 510℃의 조건에서 열처리하는 경우, 1200Mpa 이상의 항복 강도(yield strength) 및 1300Mpa 이상의 인장 강도(tensile strength)를 가져 더욱 우수한 기계적 성질을 가지는 것을 확인하였다.
2. 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조
도 2의 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법과 같이 (a) 혼합물 제조 단계, (b) 커플러 형성 단계, (c) 탈지 단계, (d) 소결 단계 및 (e) 열처리 단계로 진행하였다.
중량%로, Ni: 3.0 내지 5.0%, Cr: 15.5 내지 17.5%, C: 0 초과 0.07% 이하, Cu: 3.0 내지 5.0%, Nb+Ta: 0 초과 0.45%, Mn: 0 초과 1.0% 이하, Si: 0 초과 1.0% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 금속 분말 및 바인더 조성물을 혼련하여 혼합물을 제조하였다. 상기 금속 분말(Size 5~15㎛) 65부피%와 상기 바인더 조성물 35부피%를 투입하여 혼합물을 제조하였다.
상기 바인더 조성물은 다음과 같이 준비한다. 폴리에틸렌클리콜 40 부피부를 믹서에 투입하여 온도를 140℃로 승온하고 이후, 밀랍(bee's wax) 25 부피부를 투입하고 스테아린산 10 부피부를 넣고 온도를 160℃로 승온하였다. 투입된 성분들이 완전히 용해된 다음 폴리프로필렌(PP) 25 부피부를 넣고 온도를 170℃까지 승온하고 이후 160℃로 냉각시켜 상기 바인더 조성물을 준비하였다.
상기 제조된 혼합물을 사출 성형하여 커플러를 형성하였다. 사출압력은 2MPa로 고정하고 금형은 160℃로 고정하여 커플러를 제조하였다.
상기 사출 형성된 커플러를 유량 20ml/min, 75℃, 300bar의 조건에서 6시간 동안 탈지하였다. 이때 유체는 이산화탄소를 사용하였다.
상기 탈지된 커플러를 분당 2℃/min의 승온속도로 1250℃, H2 및 N2 혼합가스 분위기에서 소결하고, 상기 소결한 커플러를 420 내지 540℃의 조건에서 열처리하였다. 특히, 450 내지 510℃의 조건에서 열처리하는 경우 더욱 우수한 기계적 물성을 가짐을 확인하였다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법에 따라 제조된 커플러 사진이다. 본 발명에 따른 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법 및 이를 이용한 커플러 제조방법은 MIM(Metal Injection Mold) 공법 및 열처리를 통한 우수한 기계적 성질을 가지는 커플러를 제조할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술 분야 에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (6)

  1. 중량%로, Ni: 3.0 내지 5.0%, Cr: 15.5 내지 17.5%, C: 0 초과 0.07% 이하, Cu: 3.0 내지 5.0%, Nb+Ta: 0 초과 0.45%, Mn: 0 초과 1.0% 이하, Si: 0 초과 1.0% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 금속 분말을 혼합하는 단계;
    상기 금속 분말을 소결하는 단계; 및
    상기 소결한 금속 분말을 420 내지 540℃의 조건에서 열처리하는 단계를 포함하며,
    상기 소결 단계는 1200 내지 1400℃, H2 및 N2 혼합가스 분위기에서 소결하는 것을 특징으로 하는 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열처리 단계는 450 내지 510℃의 조건에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 석출경화형 스테인리스강의 열처리 방법
  4. (a) 중량%로, Ni: 3.0 내지 5.0%, Cr: 15.5 내지 17.5%, C: 0 초과 0.07% 이하, Cu: 3.0 내지 5.0%, Nb+Ta: 0 초과 0.45%, Mn: 0 초과 1.0% 이하, Si: 0 초과 1.0% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 금속 분말 및 바인더 조성물을 혼련하여 혼합물을 제조하는 단계;
    (b) 상기 혼합물을 사출 성형하여 커플러를 형성하는 단계;
    (c) 상기 사출된 커플러를 탈지하는 단계;
    (d) 상기 탈지된 커플러를 소결하는 단계 및
    (e) 상기 소결한 커플러를 420 내지 540℃의 조건에서 열처리하는 단계를 포함하며,
    상기 (d)단계에서 상기 탈지된 커플러를 1200 내지 1400℃, H2 및 N2 혼합가스 분위기에서 소결하는 것을 특징으로 하는 석출경화형 스테인리스강을 이용한 커플러 제조방법
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 (e)단계에서 상기 소결한 커플러를 450 내지 510℃의 조건에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 석출경화형 스테인리스강을 이용한 커플러 제조방법
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