KR20010072559A - 냉간 가공강 - Google Patents
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Abstract
냉간 가공강은 0.82 - 0.97 C, 미량으로부터 최대 1.10 Si, 미량으로부터 최대 0.62 Mn,7.6 이상 8.0 이하 Cr, 2.30 - 2.70 Mo, 0.35 - 0.55 V 중량%의 화학 조성물과, 그 나머지 철과 강의 제조로부터 잔류 원소의 형태의 정상 량의 불순물을 포함한다.
Description
냉간 가공강의 가장 중요한 특징은 고경도를 가지고 있다는 것이다. 대부분의 적용분야에서 또한 양호한 내마모성과 충분한 인성이 필요하다. 이들 주요 조건 및 다른 많은 필수조건을 만족시키기 위해서, 많은 수의 강이 개발되어왔다. 이들 합금중 대부분은 특히 인성이 내마모성보다 더 중요할 때, 0.8 -1.2C, 0.2 -1.2Si, 0.2 -0.5Mn, 5-12Cr, 0.5-4Mo, 0 -3W 및 0.2 -2V의 합금 범위내의 조성물을 가진다. 또한, 소량 또는 적당히 높은 함량의 Ni, Nb, Cu 및/또는 Al가 존재할 수 있다. 적당한 량 내지 충분한 량의 니오븀과 알루미늄을 포함하는 후자의 형태의 강은 US-A-5,160,553에 기재되어 있다.
본 발명은 냉간 가공강, 즉 냉각 가공을 위한 툴의 제조용 강에 관한 것이며, 통상적인 적용분야는 블랭킹 나이프, 펀칭 툴, 디프 드로오잉 모듈 등이다.
도 1은 초고 강도 강판의 펀칭과 연관하여 펀치 마모 대 스트로크의 수를 도시하는 그래프이다.
본 발명의 목적은 강이 아래의 조건을 만족하도록 균형있는 화학 조성물을 가진 냉간 가공강을 제공하는 것이다.
- 비분말 금속학 방법으로 제조하기 용이하고 제조시 높은 생산성을 얻기 위해서 양호한 열간 작업성을 가져야 한다.
- 아주 가장 작은 치수, 즉 직경 10mm 이하, 직경 500mm까지 또는 스퀘어 또는 평면 섹션의 대응 크기의 치수 범위로 제조될 수 있어야 한다.
- 어떠한 량의 조대한 1차 카바이드도 포함하지 않아야 한다.
- 양호한 열처리 특성을 가져야 하며, 그 중에서도 적당히 높은 오스테나이트화 온도로부터 경화될 수 있어야 한다.
- 양호한 경화성, 즉 대형 치수의 경우에도 완전히 경화될 수 있는 능력을 가져야 한다.
- 열처리시 뿐만 아니라 사용중에 양호한 치수 안정성을 가져야 하며, 후자의 조건은 시효에 낮은 감수성을 가져야 한다는 뜻이다.
- 60-64 HRC의 경도를 성취하기 위해서 템퍼링과 연관하여 2차 경화를 할수 있어야 한다.
- 양호한 표면 증착 특성을 가져야 하며, 즉 PVD 및 CVD를 통해, 질화, 케이스 경화 및 표면 경화되어야 한다.
- 양호한 스파이킹 가공성을 가져야 한다.
- 적절한 내마찰 마모성을 가져야 한다.
- 적절한 인성을 가져야 한다.
- 높은 압축 강도를 가져야 한다.
- 양호한 피로 특성, 양호한 절단성 및 양호한 연삭성을 가져야 한다.
먼저, 종래 기술에서 알려진 냉간 가공강을 시험하고, 이들 강의 화학 조성물은 표 1에 나타나 있다.
표의 강들은 마이크로 조직을 기준으로 시험되거나 비교되며, 이들은 함유물의 형태와 특성, 열처리에 대한 대응성, 경화성, 오스테나이트후 및 텐퍼링 후의 경도, 치수 안정성, 스파크 가공성, 충격 강도와 굽힘 강도에 대한 인성, 내마찰 마모성, 압축항복점, 연삭성 및 절단성을 포함한다.
시험된 강들중 아무것도 모든 면에서 이들 특성의 바람직한 조합을 가지지 못한다.
그러므로, 개발 작업이 계속되어 지는 동안, 얻어진 결과면에서, 일련의 조건들이 개정되어 설계되었으며, 첫째, 인성 및 내마모성에 대해서 경도 및 카바이드량의 영향을 고려한다. 개발 작업의 두 번째에서, C, N, Mn, V 및 Mo의 함량의 소량 변화가 인성, 열처리에 대한 대응성, 경화성, 2차 경도, 템퍼링에 대한 저항력및 내마모성과 같은 여러 중요 특징상에 어떻게 영향을 미치는 가를 보다 상세히 시험했다. 이 작업에서는, 표 2에 따라 화학 조성물 중량%을 가진 7개의 50kg 라보레토리 가열체(laboratory heats)로 이루어진다.
모든 가열체는 60 × 60mm의 바 형상으로 단조된다. 재료 시험은 상술한 여러 특징에서 가장 상승된 요구조건을 만족하는 강이 중량%로 0.82-0.97 C, 0.70-1.10 Si, 0.38-0.62 Mn, 7.6 이상 8.0이하의 Cr, 최대 0.40 Ni, 2.30-2.70 Mo, 최대 0.25 W, 0.350 -0.55 V, 나머지 철과 불가피한 불순물 및 부수적인 원소들로 이루어진 조성물을 가져야 하는 것을 보여 준다. 또한, 강은 정상적으로 최대 0.15 N, 적합하게 최대 0.03 N, 최대 0.30 Cu, 및 최대 6ppm H를 포함한다. Al함량은 최대 0.1%, 적합하게 최대 0.045%이지만, 통상적으로 강의 탈산소 처리(desoxidation treatment)로부터의 잔류 원소로서 0.010-0.045%량이다. 통상적으로 강은 0.92 C, 0.95 Si, 0.5 Mn, 7.8 Cr, 2.5 Mo, 0.45 V를 포함한다.
강의 마이크로 조직이 관계되는 한, 1000-1080℃에서의 어닐링, 실온까지 냉각과 180-650℃에서 한번 또는 몇번 템퍼링후, 강은 3-6 vol-%, 적합하게는 3-5 vol-%의 전체 카바이드 체적을 함유하는 템퍼링된 마르텐사이트로 이루어져 있으며, 전체 카바이드 체적은 0.25-0.45 vol-% MC 카바이드와 그 나머지 주로 M7C3카바이드로 이루어진다. 적합하게, 1차 카바이트의 량은 약 4 vol-%이다.
본 발명의 강은 용융물로 제조하고, 이를 강괴로 주조하고, 이를 바, 판의 형태로 고온가공하고, 바, 판등을 툴 또는 다른 제품으로 만들고, 그리고 특성의 바람직한 조합을 가진 최종 물품을 성취하기 위해서 열처리할 수 있다.
종래의 강괴 제조법은 예를들어, 전기-슬래그-정련법(ESR)과 같은 몇몇 연속적인 용융물-금속야금학적 방법이나, 오스프레이(Osprey)로 공지된 방법에 따른 고화되는 용탕의 낙하에 의한 강괴제조법을 통해서 완료될 수 있다.
본 발명의 추가의 특징과 양태는 첨부된 특허청구범위와 아래의 상세한 설명으로부터 분명해 질것이다.
본 발명의 강은 냉간 가공용 툴의 제조에 사용되는 경향이 있다. 냉간 가공 툴은 예를 들어, 박막 강판을 블랭킹, 펀칭 프세싱 및 벤딩하기 위한 자동차 산업내에서 사용된다. 이 분야에서, 새로운 초고 강도강은 최근에 개발되어왔다. 이들강중 하나는 SSAB Tunnplat AB에 의해 개발되어 왔으며, 이는 상표명 DocolTM1400 DP에 의해 알려져 있으며 철과 불가피한 불순물을 제외하고 중량%로 통상적으로 0.18 C, 0.50 Si, 1.80 Mn, 0.015 P, 0.002 S, 0.040 A 및 0.030 Nb를 포함한다. 이 강은 0.50과 2.00 mm사이의 게이지로 제조되며, 이것의 납품 상태에서의 기계적 특성은 표 3에 나타나 있다.
| 강 등급 | 항복 강도Rp0.2또는 ReLN/mm2최소-최대 | 2% 변형과 170℃/20min 베이크 경화후 항복 강도Rp2.0 +BHN/mm2최소-최대 | 인장 강도Rm횡방향으로의N/mm2최소-최대 | 연신율A80%최소 | 90도 굽힘에 대한 최소 반경 |
| DocolTM1400 DP | 1200-(1450) | 1350 | 1400-1600 | 3 | 4.0 ×두께 |
자동차에서의 측면 충격 보호 시스템, 범퍼 보강 부재, 시트 프레임 및 빔과 다른 구조 부품의 세부품은 통상적으로 강으로 적용된다. 수행된 조사는 상기 종류의 제품의 제조용 툴용 강의 가능성을 평가하고 다른 냉간 가공툴용 상업적으로 이용가능한 강과 본 강의 특성을 비교하는 것을 목적으로 하고 있다.
시험된 강의 화학 조성물은 표 4에 기록되어 있다. 강 번호 19는 본 발명의 강이다. 강은 전기 아크로에서 35톤 제품 가열체로서 제조된다. 강중에는 주괴가 있으며, 주괴는 바형상으로 단조 및 압연된다. 니켈, 니오븀, 티타늄 및 구리의 함량은 의도하지 않게 사용된 원재료로부터 잔류한다. 알루미늄은 강의 탈산소를 위해 추가되고 알루미늄의 상술한 량은 열처리로부터의 잔류물이다. 강 번호 20은 또 다른 생산자에 의해 제조되어져 있는 상술한 US-A-5,160,553에 따른 강이다. 상업적으로 이용가능한 강은 화학 조성물을 참고로 본 출원인에 의해 분석되어져 왔다. 강 번호 21, 22 및 23은 본 출원인에 의해 제조된 상업적 강이다. 표 4에서 언급한 강 번호 21, 22 및 23의 함량은 정상 함량이다. 강 번호 21은 종래 방식으로 제조된 강이고 반면에 강 번호 22와 23은 분말 야금으로 제조되었다. 표들에서 언급한 여러 원소의 함량 외에도, 이들 강은 또한 강의 제조에 사용되어진 원재료로부터나온 정상량의 불순물을 포함한다.
펀치 직경 10mm을 가진 펀치는 강 번호 19 내지 23의 바로 제조된다. 바 치수는 표 5에 기록되어 있다. 모든 펀치는 바의 중심으로부터 가로 방향과 바의 높이와 일치하는 펀치의 길이방향으로 이루어진다. 가공 재료는 1.0mm의 두께를 가진 DocolTM1400 DP로 구성되어 있다. 재료는 가장 높은 강도 레벨을 얻기 위해서 냉간 압연되고 열처리되고 그런 후 내 마찰 마모성과 연성/인성에 관해서 양호하게 한다. 펀칭 작업은 15톤 엑센터 프레스(excenter press)로 이루어진다. 펀칭 율은 200 스트로크/분이고; 펀치 플레이는 6%이고; 윤할은 없다. 마모 측정은 프리즘에 의해서 이루어지며, 곡선 이탈은 펀칭 시리즈 전후에 측정된다. 이 차이는 마모를 나타내는 ㎛2으로 변환된다.
표 5는 200,000 펀치 스트로크후의 테스트 변수와 기록된 펀치 마모를 도시한다. 표는 또한 툴의 열처리를 도시한다. 모든 툴은 상술한 오스테나이트화 온도로부터 경화되고(표에 도시한 바와 같이 TA) 냉각후 템퍼링되며 템퍼링 온도에서의 두 시간에 대한 각 시간은 표에 정해져 있다.
도 1에서, 완전한 펀칭 테스트의 과정 동안의 마모가 도시되어 있다. 이 결과는 아래 방법으로 설명될 수 있다. 분말 야금으로 제조된 강 번호 22와 23은 펀치 에지의 마이크로칩핑을 피하기에 충분한 연성을 가지고, 강 번호 23에 대해 설명한 가장 작은 마찰 마모는 강내에 있는 보다 높은 바나듐 함량에 의한 것이다. 본 발명의 강 번호 19는 합금 원소의 잘 균형 있는 화학 조성물을 가지며, 또한 균형 있는 조합 특성을 가지며, 마찰 마모는 펀치 에지의 마이크로칩핑을 좌우한다. 내마모성은 대부분 보다 높은 합금강 번호 21의 것보다 양호하고 높은 바나듐 함량이 포함된 분말 야금으로 제조된 것과 비교가능하다. 특히, 강 번호 20은 펀치 에지의 마이크로칩핑에 뚜렷한 경향이 있으며, 이 테스트에서 이 재료가 왜 덜 양호한지를 설명하고 있다.
Claims (17)
- 냉간 가공강에 있어서,0.82 - 0.97 C,미량으로부터 최대 1.10 Si,미량으로부터 최대 0.62 Mn,7.6 이상 8.0 이하 Cr,2.30 - 2.70 Mo,0.35 - 0.55 V 중량%의 화학 조성물과,그 나머지 철과 강의 제조로부터 잔류 원소의 형태의 정상 량의 불순물을포함하는 냉간 가공강.
- 제 1 항에 있어서, 0.70 이상의 Si과 0.38 이상의 Mn을 포함하는 냉간 가공강.
- 제 1 항에 있어서, 최대 0.25 W을 포함하는 냉간 가공강.
- 제 1 항에 있어서, 최대 0.40 Ni를 포함하는 냉간 가공강.
- 제 1 항에 있어서, 최대 0.15 N, 적합하게는 최대 0.03 N를 포함하는 냉간가공강.
- 제 1 항에 있어서, 최대 0.30 Cu를 포함하는 냉간 가공강.
- 제 1 항에 있어서, 0.85 - 0.95 C를 포함하는 냉간 가공강.
- 제 1 항에 있어서, 0.46 - 0.54 Mn을 포함하는 냉간 가공강.
- 제 1 항에 있어서, 2.40 - 2.60 Mo을 포함하는 냉간 가공강.
- 제 1 항에 있어서, 0.4 - 0.5 V를 포함하는 냉간 가공강.
- 제 1 항에 있어서, 0 - 0.1 Al, 적합하게 최대 0.045 Al, 아주 적합하게 0.010 - 0.045 Al을 포함하는 냉간 가공강.
- 제 1 항에 있어서, 0.92 C, 0.95 Si, 0.5 Mn, 7.8 Cr, 2.5 Mo, 0.45 V를 포함하는 냉간 가공강.
- 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 1000-1080℃에서의 오스테나이트화 , 실온까지 냉각과 180-650℃에서 한번 또는 몇번 템퍼링후, 3-6 vol-%, 적합하게는 3-5 vol-%의 카바이드를 포함하며, 이들 카바이드 체적은 0.25-0.45 vol-% MC 카바이드와 그 나머지 주로 M7C3카바이드로 이루어져 있는 냉간 가공강.
- 냉각 가공 툴의 제조용 제 1 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 따른 냉간 가공강의 용도.
- 제 14 항에 있어서, 시트 금속을 블랭킹, 펀칭 또는 포밍하기 위한 용도.
- 제 14 항에 있어서, 구조적 원소, 적합하게 강 시트를 가공하기 위한 용도.
- 제 14 항에 있어서, 자동차 산업, 대형 가정용구 산업 및 전자 산업내에 구조적 부품용으로 시트 금속을 가공하기 위한 용도.
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