KR20020012556A - 강 냉간 성형 공구와 이의 용도 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중량비로, 1.2 내지 2.5 C, 최대 1.0%의 양으로 존재하는 알루미늄에 의해 대체될 수 있는 0.8 내지 2.0 Si, 0.1 내지 1.5 Mn, 0.5 내지 1.5 Cr, 최대 1.0 Nb인 1.2 내지 5.0 의 V + Nb/2, 나머지 철과 불순물의 조성을 갖는 합금으로 이루어지며 4 내지 12 체적%의 MC-탄화물을 함유하는 미세조직을 갖는 강 제품에 관한 것이다. 상기 강 제품은 강관을 냉간 성형하기 위한 냉간 성형용 공구, 특히 필거 롤을 제조하는데 사용된다. 본 발명은 또한 상기 강 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

강 냉간 성형 공구와 이의 용도 및 제조방법 {STEEL COLD WORK TOOL, ITS USE AND MANUFACTURING}

냉간 성형 작업을 위한 강 재료에 대한 요구, 특히 어떤 특정 적용을 위한 요구가 증대되고 있으나, 이러한 요구에 상업적으로 부응할 수 있는 만족스러운 재료는 아직 제시되지 않고 있다. 이는 마모가 주된 문제이고 피가공재가 적절한 인성을 가져야 하는 경우에 특히 그러하다. 이러한 경우는 스테인레스 강을 냉간 압연하기 위한 롤, 특히 스테인레스 강관을 제조하기 위한 롤에 해당되며, 이에 따른 적용을 위해 발전되어 온 발명들이 있다. 그러나, 이러한 발명들은 예를들어 냉간 압출, 파우더-프레싱(powder-pressing), 및 디이프 드로잉과 같은 다른 형태의 냉간 성형용 공구에도 적용될 수 있다.

오늘날 스테인레스 강관을 필거 압연(pilger rolling)하기 위한 롤에 사용되는 강 등급은 SR 1855라는 상표명의 제품이 공지되어 있으며 이 제품은 0.96 C, 1.50 Si, 0.80 Mn, 1.0 Cr, 나머지 철 및 불순물을 함유하는 조성을 가진다. 상기 강은 스테인레스 강을 제조하기 위한 필거 롤과 같은 제품에 적합한 인성을 제공한다. 그러나, 종래의 방식으로 제조된 강은 만족스럽지 못한 내마모성과 M₃C-형태의 커다란 탄화물로 인해 나쁜 표면을 가진다. 필거 롤용으로 시험되어 온 다른 형태의 강은 분말 야금학적으로 제조되고 바나디스(VANADIS) 4란 등록 상표명을 가지며 1.5 C, 1.0 Si, 0.4 Mn, 8.0 Cr, 1.5 Mn, 4.0 V 및 나머지 철과 불순물을 함유하는 조성을 갖는 강이다. 또한 열간 성형용 강 SS 2242도 필거 롤용으로 사용되어 왔다. 상기 강은 0.39 C, 1.0 Si, 0.4 Mo, 5.2 Cr, 1.4 Mn, 0.9 V 및 나머지 철과 불순물로 이루어져 있다. 또한, 표준형 고속강 M1도 사용되며 상업적으로 사용가능하고 분말야금학적으로 제조된 고속강 바나디스 23도 사용된다. 상기 바나디스 23은 1.28 C, 4.4 Cr, 5.0 Mo, 6.4 W, 3.1 V 및 나머지 Mn, Si와 불가피한 불순물로 이루어져 있다. 마지막에 언급한 강은 양호한 내마모성을 가지나 제품에 적절한 인성을 제공하지는 못한다. 게다가 상기 강들은 높은 함량의 합금원소를 함유하고 분말야금학적으로 제조되므로 상당히 고가이다.

본 발명은 강 제품과, 이를 이용하여 냉간성형 공구를 제조하기 위한 상기 강 제품의 용도, 및 상기 강 제품의 제조방법에 관한 것이다.

다음, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명은 보다 자세히 설명되며, 실시예가 설명된다.

도 1은 스테인레스 강관의 냉간 압연용 필거 압연의 원리적 설계도를 도시한다.

도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 취한 필거 압연의 단면도를 도시한다.

도 3은 실험적 재료의 미세조직을 도시한다.

도 4는 조사된 재료의 충격 강도와 경도를 도시한다.

도 5는 소정의 조사된 실험적 재료의 마모를 도시하는 막대 도표이다.

본 발명의 목적은 스테인레스 강관의 필저 압연을 위한 냉간 성형 롤의 재료를 제공하는 것이나, 본 발명에 따른 이러한 재료는 다른 냉간 성형 분야에도 적용될 수 있는 것으로서, 우수한 내마모성 특히 연마에 대해 우수한 내마모성과 적절한 인성이 결합된 것이다. 이러한 재료는, 제조 기술과 함께 본 발명의 특징을 이루는 강의 화학조성을 통해 얻어질 수 있는데, 이는 (종래의 인고틀 주조나 연속주조에 연관된 저속 냉각공정 때문에 생기는 바람직하지 않은 큰 탄화물 입자를 피하기 위한) 종래기술에는 없는 것이며, 원하는 내마모성을 얻기에는 탄화물 입자가 너무 작아지는 분말야금에 의한 것도 아니다.

본 발명의 강의 화학조성은 첨부된 특허청구범위에 기재되어 있으며 이하 보다 구체적으로 설명될 것이다.

본 발명에 따른 강의 경화 및 탬퍼링 후의 구조는, 거의 탬퍼링된 마르텐사이트로 이루어지며, 응고 과정에서 석출된 4∼12 부피%의 MC형 탄화물을 포함하며, 적어도 80 부피%, 바람직하게는 적어도 90 부피%의 탄화물은 크기가 1㎛보다는 크고 20㎛보다는 작다.

전술한 탄화물의 분산체를 얻는데는 몇 가지 공지의 방법이 사용될 수 있다. 먼저, OSPREY 방법으로도 알려져 있는 이른바 분사 성형(spray forming) 기술이 추천된다. 이 방법에서는 주조가 연속으로 이루어져 액적 형태의 용융물이 잉곳의 성장 단부에 분사되는데, 액적은 일단 기판과 접하면 급속히, 그러나 분말야금만큼은 빠르지 않고 종래의 잉곳 제조 또는 연속 주조보다는 느리지 않게 응고하기 때문에, 연속적인 제조가 이루어진다. 이 기술을 채용함으로써, 전술한 MC 석출 탄화물은 거의 상기 1∼20㎛ 범위 중 낮은 범위의 크기, 보다 구체적으로 1∼10㎛ 범위, 그리고 일반적으로는 2∼10㎛ 범위를 가질 것이다.

다른 유용한 기술은 ESR 재용융(Electro Slag Remelting)으로서, 이는 특히 큰 제품, 즉 지름이 350∼600mm인 제품에 대한 방법이다. 이 기술을 채용함으로써, 전술한 MC 석출 탄화물은 상기 1∼20㎛ 범위 중 높은 범위의 크기, 보다 구체적으로는 3∼20㎛ 범위, 그리고 보통 5∼20㎛ 범위에 있게 된다.

강 내의 다양한 합금원소와 관련해서는 이하의 내용이 적용된다.

탄소는 강 내에 충분한 양으로 존재하여, 한편으로는 바나듐 그리고 존재할지도 모르는 니오븀과 함께 4∼12 부피%의 MC 탄화물을 형성하며(여기서 M은 거의 바나듐), 다른 한편으로는 강 기저에 0.8∼1.1%, 바람직하게는 0.9∼1.0%의 양으로 고용체로서 존재한다. 강 기저에 용해되는 탄소 함량은 약 0.95%가 바람직하다. 강 내의 전체 탄소량, 즉 강 기저에 용해된 탄소량과 탄화물로서 결합된 탄소량의 합은 적어도 1.2%, 바람직하게는 1.3%인 것이 바람직한데, 최대 탄소 함량은 2.5%, 바람직하게는 최대 2.3%까지의 양으로 될 수 있다.

본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따르면, 강은 1.7∼2.0 탄소, 바람직하게는 1.75∼1.9 탄소, 공칭값으로(nominally) 약 1.8탄소를 공칭값으로 약 3.6의 바나듐과 함께 포함하여, 전체 MC 탄화물을 6∼12, 바람직하게는 7∼10 부피%로 제공하는데, 여기서 바나듐의 일부는 2배의 니오븀으로 대체될 수 있다.

제 2 바람직한 실시예에 따르면, 강은 공칭값으로 약 2.3의 바나듐과 함께 1.5∼1.8, 바람직하게는 1.55∼1.7, 그리고 적절한 공칭값으로 약 1.6 탄소를 포함하는데, 바나듐의 일부는 2배의 니오븀으로 대체되어, 4∼8, 바람직하게는 4∼6부피%의 MC 탄화물을 강 내에 형성할 수 있다.

일부는 알루미늄으로 대체될 수도 있는 실리콘은, 존재할 것으로 예상되는 알루미늄과 함께, 0.8∼2%, 바람직하게는 1.2∼1.8%, 가장 적절한 양으로는 1.3∼1.7% 또는 공칭값으로 약 1.5% 존재하여, 강 내 탄소의 활동도를 높임으로써, 강이 실리콘 함량이 너무 높을 때의 용해 경화(dissolution hardening)에 의한 취성 문제를 발생시키지 않고 적절한 경도를 획득하는데 기여한다. 그러나, 알루미늄 함량은 1.0 %를 초과해서는 않된다. 강은 최대 0.1%보다 높은 양의 알루미늄은 포함하지 않는 것이 바람직하다.

망간 및 크롬은 강 내에 충분한 양이 존재하여 적절한 경화능이 제공되어야 한다. 망간은 또 잔류량의 황과 결합하는 기능도 가져, 황화망간을 형성함으로써 강 내 황 함량을 낮출 수 있다. 그러므로 망간은 0.1∼1.5%, 바람직하게는 적어도 0.2%로 존재하여야 한다. 가장 적절한 함량은 0.4∼1.2%, 가장 바람직하게는 0.7∼1.1%이다. 망간의 공칭 함량은 약 0.8%이다.

크롬은 망간과 함께 존재하여 강에 경화능을 부여하므로, 의도하는 용도에 사용하기에 적합하다. 이와 관련하여 경화능이란 경화되는 대상물에 보다 깊이 또는 덜 깊이 침투하여 경화시킬 수 있는 능력을 의미한다. 경화능은 경화될 대상물이 표면으로부터 특정 깊이만큼 경화되어, 대상물의 중심 즉 표면으로부터 약 30mm 또는 그 이상에서는 경화 및 탬퍼링 후의 경도가 40HRC를 넘지 않는 반면, 표면 영역에서는 경화 및 탬퍼링 후의 경도가 58∼62HRC가 될 정도이면 충분하다. 이를 위해, 크롬 함량은 0.5∼1.5%, 바람직하게는 0.7∼1.3% 그리고 보다 적절하게는 0.9∼1.15%인 것이 좋다. 크롬 조성의 공칭값은 약 1.0%이다.

바나듐은 강 내에 적어도 1.2%, 그리고 최대로는 5.0% 존재할 것이다. 바나듐 함량은 1.8∼4.2% 범위에 있어 탄소와 함께 MC 탄화물을 형성하는 것이 바람직하다. 원리상, 바나듐은 니오븀으로 교체된다. 이를 위해서는 바나듐과 비교할 때 두 배의 니오븀이 요구되는데, 이는 단점이다. 게다가, 니오븀은 탄화물이 에지 형태에 적용되도록 하며 탄화물은 순수 바나듐 탄화물보다 커서, 파단 또는 칩핑(chipping)을 개시시킬 수 있으며 결국 재료의 인성을 감소시킨다. 그러므로 니오븀은 최대 1.0% 이상, 바람직하게는 최대 0.5% 이상 존재해서는 않된다. 가장 바람직하게 강은 소정의 의도적으로 첨가된 니오븀을 포함해서는 않되며, 그러므로 강의 가장 바람직한 실시예에서 강의 제조에 사용되는 원료로부터 잔류 원소의 형태인 불순물로서 허용되어서는 않된다.

상기 제 1 실시예에 따라, 재료 내의 MC 탄화물의 함량은 6 내지 12 부피%이다. 이 경우에 바나듐의 함량은 적어도 3.2 내지 최대 4.2%이며, 바람직하게 3.4 내지 4.0%이며, 적절하게 최대 3.8%이다. 상기 제 1 실시예에 따른 바나듐의 공칭 함량은 3.6% 바나듐이다.

전술한 바람직한 제 2 실시예에 따라, 바나듐의 함량은 적어도 1.8% 및 최대 3.0%이며, 적절하게 1.9 내지 2.5% 범위에 있다. 이 경우에 바나듐의 공칭 함량은 약 2.3%이다.

강은 전술한 합금 원소 이외에 상당한 양의 소정의 다른 합금 원소를 포함해서는 않된다. 소정의 원소는 강의 특성에 바람직하지 않은 영향을 미치기 때문에 명백히 바람직하지 않다. 예를 들어 이러한 원소로는 바람직하지 않은 탄화물을 형성하는 몰리브덴과 텅스텐이다. 몰리브덴은 또한 본 발명의 목적에 반하는 강의 경화능을 상당히 증가시키며, 즉 제품 내에 거친 코어를 제공한다. 그러므로 몰리브덴과 텅스텐은 바람직하게 각각 최대 0.3 및 최대 0.6까지 허용될 수 있는 의도적으로 첨가된 원소로서 존재해서는 않되지만, 바람직하게 피할 수 없는 불순물로서 각각 최대 0.05% 이상 존재해서는 않된다.

인은 강의 인성을 손상시키지 않기 위해 가능한 한 낮게 유지되어야 한다. 또한 유황은 바람직하지 않은 원소이지만 인성에 대한 유황의 부정적 영향은 본질적으로 유해하지 않은 황화망간을 형성하는 망간에 의해 중화된다. 그러므로 황은 최대 0.05%, 바람직하게 최대 0.02%까지 허용될 수 있다. 니켈은 경화능에 대한 효과로 인해 또다른 바람직하지 않은 원소이며 그러므로 피할 수 없는 불순물로서 0.3% 이상, 바람직하게 그 이상 존재하지 않아야 한다. 니켈, 몰리브덴, 및 구리 의 총양은 0.5%, 바람직하게 0.25%를 초과해서는 않된다. 질소는 강 내에 피할 수 없는 불순물로서 준재하지만 의도적으로 첨가된 원소로서 존재하지는 않는다.

코발트는 무관한 원소로서 최대 1.0%까지 허용될 수 있다. 그러나 코발트는 고가이므로 원료로부터 피할 수 없는 불순물로서 그 이상 존재해서는 않된다.

본 발명에 따른 강의 제조에서, 우선 용융물은 필요한 원료의 용융, 합금의 조절, 탈산 및 탈황에 의한 통상적인 방법에 의해 준비된다. 그 후 잉곳은 강의 의도된 사용 목적에 따라 교대로 의존하는 마무리되고 경화 및 탬퍼링된 강 내에 있는 소정 크기의 탄화물에 의존해서, 소정의 가능한 기술을 사용하여 상기 용융물로부터 제조될 수 있다. 적어도 80 부피%는 1 내지 10㎛, 바람직하게 2 내지 10㎛ 범위의 크기를 갖는 비교적 작은 탄화물이 바람직하다면, OSPREY 방법으로도 알려져 있는 이른바 분사 성형 기술이 적절하게 사용된다. 상기 기술에 대한 다른 정보는 뉴저지, 프린스턴 소재의 금속 분말 산업 협회에 의해 발행되는 1988년 분말 야금학의 현대 발전사, 볼륨 18 내지 21에 있는 에이.지. 리탐(Leatham) 등에 의한"OSPREY 공정에 의한 개선된 재료의 생산"이라는 명칭을 갖는 내용에서 발견된다.

대신 적어도 80 부피%가 3 내지 20㎛ 범위, 바람직하게 5 내지 20㎛ 범위의 크기를 갖는 어느정도 조립의 탄화물이 바람직하다면, 많은 잉곳은 용융물로부터 ESR 재용융용 전극으로 적합한 크기를 갖도록 주조될 수 있으며, 그 후 잉곳은 다른 공정을 위한 잉곳을 형성하기 위해 ESR 재용융된다. 분사 성형 또는 ESR 재용융에 의해 생산된 잉곳은 그 후 본 발명에 따른 제품을 달성하기 위한 소정의 크기로 단조 및/또는 압연된다.

그러나, 다음에 설명되는 실험 차원의 제조에서, 전술한 기술 중 어느 것도 사용되지 않았다. 전체 공정 과정은 금속 용융물의 제조에 적용되지 않으며, 상기 공정 과정은 간략히 설명되며 전면적인 제조에 이용된다. 대신 50㎏의 실험적 열은, 단순 기술에 의해 가능한 밀접하게, 실험적 재료의 공칭 조성을 얻기 위해 측정된 양의 합금 원소를 용융시켜 제조된다. 그 후 용융물은 고립되지 않은 주형 내에서 주조되며, 상기 용융물은 냉각되어, 150㎜의 단면의 팔각형을 갖는 잉곳이 얻어진다. 그 후 잉곳은 직경 60㎜의 크기로 단조된다. 본 발명에 따른 화학적 조성을 갖고 얻어진 재료의 초미세적 내용은 전술된 본 발명의 MC 탄화물의 소정의 크기 분포가 달성됨을 나타낸다. 이는 상기 크기를 갖는 잉곳을 제공하는 제조 기술이 고체화 중에 소정의 크기와 양을 갖는 MC 탄화물을 석출시킬 수 있게 하며, 더 큰 바람직하지 않은 탄화물이 형성되지 않음을 나타낸다. 이는 고체화 속도의 측정으로 공지되어 있으며, 본 발명의 탄화물 조직을 달성하는데 바람직하다. 그러나, 이는 본 발명에 따른 잉곳이 상업적 생산에서 이러한 크기로 제조된다는 것을 의미하지는 않는다. OSPRAY 기술 및/또는 ESR 기술에 따른 것처럼 더 큰 치수를 갖는 잉곳의 상업적 제조에서, 냉각이 강화되며, 적어도 이는 상기 기술의 본질 때문에, OSPRAY 기술이 관련되는 한 사실이며, 탄화물 크기가 관련되는 한 최종 결과는 더 작은 잉곳의 실험적 제조에서 달성될 수 있다는 것이다.

본 발명의 또다른 특징과 측면은 청구의 범위와 다음의 상세한 설명 및 실시예로부터 명백하다.

두 개의 반대 압연기의 롤인 필거 압연 공정에 따른 스테인레스 강관과 같은 냉간 압연 강관이 사용될 때, 본원에서 명명된 상기 형태의 롤(1)이 도 1 및 도 2에 도시된다. 두개의 롤은 롤 주위의 거의 절반을 덮는 테이퍼진 그루브(2)를 갖는다. 그루브는 열간 압연된 튜브의 크기와 동일한 치수로 개시되며, 필거 압연용초기 재료이며, 최종 크기로 테이퍼진다. 도시되지 않은 축용 중앙 보링은 4로 지칭된다.

압연 중에, 롤은 전후방으로 급속히 이동된다. 압연은 전방 이동 중에 수행된다. 필거 압연에서 90%까지의 매우 큰 감소가 가능하다. 스테인레스 강관에 대해서는 50 내지 70%가 일반적인 값이다. 그러므로, 필거 압연에서 1 통과는 냉간 인발에서 3 내지 5 통과와 동등하다. 속도는 40 내지 100스트로크/분 범위이며 강관 공급은 4 내지 15㎜/스트로크 범위이다. 전술한 냉간 성형 작업에서 사용되는 필거 압연기 상의 응력은 매우 높다는 것을 이해해야 한다. 그러므로, 강관의 형성에 주요 작업부인 그루브(2) 내의 내마모성은 매우 양호해야 하며, 동시에 표면층(5)의 인성은 칩핑을 방지하기에 충분해야 하며, 전체 공구의 인성은 취성으로 인한 전체 파단을 방지하기 위해 적절해야 한다. 그러므로, 도 2에 점선으로 도시된 그루브(2)와 중앙 홀(4) 사이에 있는 공구의 중앙부(3)는 매우 양호한 인성을 가져야 한다.

그러므로 공구 중앙부(3)의 재료는 전체 공구(1)에 충분한 인성을 제공하는 낮은 경도를 가져야 하지만, 표면으로부터 하부로 소정의 깊이로 측정된 그루브(2)의 영역(5)에 있는 롤(1)은 58 내지 62HRC의 경도와 매우 높은 내마모성, 및 제품의 완전한 파괴를 방지하기 위해 제품의 중심에 및 칩핑을 방지하기 위해 표면 영역에 충분한 인성을 가져야 한다. 동일한 원리가 필거 압연과 다른 형태의 냉간 성형 공구에 대해 적용가능하다. 그러나, 상기 경도 깊이는 다른 형태의 공구용 강의 사용 목적과, 공구의 크기 및 형태에 따라 변할 수도 있다. 소정의 응용에서, 표면으로부터 측정된 약 10㎛ 이상의 경도 깊이는 바람직하고 적절하지만, 다른 경우에 상기 공구는 표면으로부터 아래로 측정된 약 3㎛의 깊이에서 58 내지 62HRC의 경도를 갖는 것이 충분하고 및/또는 바람직하다.

실험실에서의 생산에 기초한 실시예

실험실에서의 생산에 기초한 일련의 제 1 실시예는 본 발명의 재료가 고안된 필거 압연기 내의 상기 영역(5)에서 재료에 대한 상기 요구사항을 만족시킬 수 있는지 조사하는 것을 목적으로 한다.

표 1에서, 1 내지 3번 강의 조성은 일련의 제 1 실시예에서 실험적 합금의 공칭 조성에 대응한다. 4 내지 6번 강은 실험적 합금이며, 표 1에 표시된 수치는 상기 강의 분석된 조성이다. 7 및 8번 강의 수치는 일련의 제 1 실시예의 결과에 기초해서, 바람직하게 선택된 조성을 갖는 본 발명에 따른 한 쌍의 강의 공칭 조성이다. 표 1에 언급된 원소 이외에, 강은 또한 표시된 불순물과 다른 소량의 불순물을 포함한다. 그러므로 제 4 내지 6번강의 산소 함량은 각각 48, 43, 및 41ppm에 달한다. 상기 표에서, 1번 및 4번 강은 SR 1855 형태의 참조 재료이다.

50㎏의 열이 실험적 합금에 가해지며, 잉곳을 형성하도록 주형 내에서 주조되며, 직경 60㎜로 단조된다.

다음의 재료 시험이 수행되었다.

- 연화 소둔 후 경도(HB).

- 연화 소둔된 조건 및 직경 60㎜의 표면과 중앙에서, 870℃/30분/오일 + 300℃/2 ×2시간의 열처리 후의 미세조직.

- T_A=870℃/분/오일에서 300℃/2 ×2시간의 탬퍼링 후의 경도.

- 20℃, LT2, T_A= 870℃/분/오일 + 300℃/2 ×2시간에서 노치없는 시편의 충격 시험.

연화 소둔 후의 경도

절단 공구에 의한 예를 들어 필거 압연기와 같은 냉간 성형 공구의 작동에서, 연화 소둔된 조건에서의 경도가 너무 높이 않는 것이 바람직하다. 5 및 6번 강의 연화 소둔된 경도는 각각 249HB 및 269HB이며, 이는 만족스럽다. 참조 재료 제 4번 강은 241HB의 연화 소둔된 경도를 갖는다.

미세조직

연화 소둔된 조건 및 직경 60㎜ 막대의 표면과 중앙에서, 870℃/30분/오일 + 300℃/2 ×2시간의 열처리 후의 미세조직이 조사된다. 본 발명의 특징을 이루는 크기 범위 내의 크기를 갖는 MC 탄화물의 양은 상기 및 청구범위를 참조하면 바나듐의 함량이 증가할 때 증가하며, 바나듐 탄화물은 재료 내에 균일하게 분산된다. 도 3에서 연화 소둔된 조건의 6번 강의 미세조직이 도시된다.

경화 및 탬퍼링 후의 경도

본 발명의 기재된 요구 사항에 따라 마무리된 공구의 표면 경도는 58 내지 62HRC, 가장 바람직하게 60HRC 이상이 바람직하다. 도 4에 T_A= 870℃/30분/오일에서 오스테나이트화, 오일에서 급랭 및 300℃/2 ×2시간에서 탬퍼링 후의 시험 재료의 경도가 도시된다.

인성

노치가 없는 시편에 대해 상온에서 수행된 인장 시험의 결과가 4, 5 및 6번 강에 대해 도시된다. 상기 인성은 바나듐의 함량이 증가함에 따라 감소하지만 공구의 표면층에서 칩핑을 방지하기에 충분하다고 판단된다.

연마 마모

연마에 대한 내마모성은 특히 필거 압연기의 결정적인 재료 특성이지만 또한 다른 다양한 응용 분야에 대한 냉간 성형 공구의 결정적인 재료 특성이다. 내마모성은 연마제로서 SiO₂를 사용하여 핀 대 디스크(pin-to-disk) 시험을 통해 조사된다. 도 5의 차트는 5번 강, 특히 6번 강의 내마모성은 참조 재료인 4번 강보다 훨씬 양호하다는 것을 도시한다. 시험 재료는 870℃/30분으로부터 경화되어, 오일에서 급냉되며 300℃/2 ×2시간에서 탬퍼링된다.

세 개의 실험적 열로 제조된 시편으로 수행된 재료 시험은 높은 함량의 MC 탄화물이 바람직한 연마 저항, 또한 연마 내마모성을 달성하기 위해 필요하다는 것을 나타내며, 여기서 M은 실질적으로 바나듐이다. 특히 6번 강은 상기 요구 사항을 만족시킨다. 상기 강은 바람직한 표면 경도가 관련되는 한 요구 사항을 만족시킨다.

전면적인 생산에 기초한 실시예

통상적인 강 제조 기술의 사용에 의해 표 2에 따른 화학적 조성을 갖는 전면적인 열의 강이 제조된다.

표 2에 표시된 합금 원소와 불순물 외에, 강은 철과 통상적인 강 제조 작업에서 일반적인 양으로 표에 표시된 것과 다른 불순물을 포함한다.

그러나, 9번 강은 바람직한 것보다 많은 함량의 몰리브덴을 포함하지만, 광범위한 허용 범위 내에서 최대로 허용될 수 있는 수준 이하이다.

실시예 1

9번 강으로부터 간략히 다음의 방식으로 분사 성형 기술에 의해 직경 500㎜ 크기를 갖는 잉곳이 주조된다. 액적은 용융 금속 흐름의 가스 애터마이제이션(atomisation)에 의해 형성된다. 용융 액적은 초기에 회전 디스크에 대해 분사되며, 상기 디스크 상에서 액적은 약 10²내지 10³℃/초의 냉각 속도의 급속 냉각에 의해 고화된다. 잉곳은 판 상에서 성공적으로 형성되며, 직경이 500㎜ 크기이며, 액적의 분사는 잉곳이 소정의 길이를 달성할 때까지 원래 공지된 모드에서 성장하는 잉곳을 향해 계속된다. 얻어진 잉곳은 공기중에서 냉각되며, 약 1100 내지 1200℃로 가열되며, 220㎜ 직경의 최종 치수를 갖는 바아 형태로 단조된다.

제조된 바아의 표면과 중앙으로부터 표본이 취해진다. 연화 소둔된 샘플은약 260HB(브리넬 경도)의 경도를 갖는다. 상기 표본은 870℃/30분으로 가열함으로써 경화되고 오일로 급냉되며, 그 후 상기 샘플은 300℃/2+2시간에서 탬퍼링된다. 20℃에서 노치가 없는 표본의 경도와 충격 강도, SiO₂페이퍼에 대한 내마모성과 경화되고 탬퍼링된 샘플의 미세조직이 조사된다. 다음의 수치가 얻어진다.

경도 : 약 61 내지 62HRC, 61.5HRC의 평균값,

충격 강도(충격 에너지) : 12J(표면 샘플),

13.5J(중앙 샘플).

내마모성(무게 손실) : 8.9㎎/분(표면 샘플)

8.8㎎/분(중앙 샘플).

미세조직(탄화물 크기) : 표면 샘플에서 탄화물의 80 부피% 이상이 1 내지 5㎛, 약 2 내지 3㎛의 평균 값을 가지며,

중앙 샘플에서 탄화물의 80 부피% 이상이 2 내지 10㎛, 약 6㎛의 평균 값을 가진다.

실시예 2

10번 강으로부터 400㎜의 □치수를 갖는 잉곳을 형성하기 위해 전해 슬래그 재용융된 전극이 제조된다. 상기 잉곳은 직경 220㎜의 치수를 갖는 바아 형태로 단조되어, 이로부터 표본이 취해지며, 실시예 1과 동일한 방식으로 열처리되고 시험된다. 다음의 수치가 얻어진다.

연화 소둔된 샘플

경도 : 221HB(표면 샘플)

234HB(중앙 샘플).

경화되고 탬퍼링된 샘플(평균 값)

경도 : 약 59HRC,

충격 강도(충격 에너지) : 약 15J,

내마모성(무게 손실) : 약 11.5㎎/분,

미세조직(탄화물 크기) : 탄화물의 80 부피% 이상이 5 내지 20㎛ 크기를 가지며,

간헐적으로 탄화물은 최대 80㎛ ×10㎛까지의 크기를 갖는다.

Claims (17)

1. 중량비로, 1.2 내지 2.5 C, 최대 1.0%의 양으로 존재하는 알루미늄에 의해 대체될 수 있는 0.8 내지 2.0 Si, 0.1 내지 1.5 Mn, 0.5 내지 1.5 Cr, 최대 1.0 Nb인 1.2 내지 5.0 의 V + Nb/2, 나머지 철과 불순물의 조성을 갖는 합금으로 이루어지며 4 내지 12 체적%의 MC-탄화물을 함유하는 미세조직을 갖는 것을 특징으로 하는 강 제품.
2. 제 1 항에 있어서, 적어도 약 80 체적%, 바람직하게 적어도 약 90 체적%의 MC-탄화물은 경화되고 불림된 상태의 강 내부에 1㎛ 이상 20㎛ 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 강 제품.
3. 제 2 항에 있어서, 적어도 약 80 체적%, 바람직하게 적어도 약 90 체적%의 MC-탄화물은 경화되고 불림된 상태의 강 내부에 1 내지 10㎛, 바람직하게 2 내지 10㎛ 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 강 제품.
4. 제 2 항에 있어서, 적어도 약 80 체적%, 바람직하게 적어도 약 90 체적%의 MC-탄화물은 경화되고 불림된 상태의 강 내부에 3 내지 20㎛, 바람직하게 5 내지 20㎛ 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 강 제품.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 적어도 1.3 내지 2.3 C를 함유하는 것을 특징으로 하는 강 제품.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 합금은 1.8 내지 4.2 V를 함유하는 것을 특징으로 하는 강 제품.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 합금은 1.7 내지 2.0 C, 바람직하게 1.75 내지 1.9 C, 3.2 내지 4.2 V, 바람직하게 3.4 내지 4.0 V, 가장 바람직하게 3.8 V를 함유하며, 상기 합금 내부의 MC-탄화물의 양은 6 내지 12 체적%, 바람직하게 7 내지 10 체적%인 것을 특징으로 하는 강 제품.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 합금은 1.5 내지 1.8 C, 바람직하게 1.55 내지 1.7 C, 1.8 내지 최대 3.0 V, 바람직하게 1.9 내지 2.5 V를 함유하며, 상기 합금 내부의 MC-탄화물의 양은 4 내지 8 체적%, 바람직하게 4 내지 6 체적%인것을 특징으로 하는 강 제품.
9. 제 1 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 1.2 내지 1.8, 바람직하게 1.3 내지 1.7 Si, 최대 0.5 Al, 바람직하게 최대 0.1 Al을 함유하는 것을 특징으로 하는 강 제품.
10. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 최대 0.5% Nb를 함유하는 것을 특징으로 하는 강 제품.
11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 적어도 0.2, 바람직하게 0.4 내지 1.2, 가장 바람직하게 0.7 내지 1.1 Mn을 함유하는 것을 특징으로 하는 강 제품.
12. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.7 내지 1.3, 바람직하게 0.9 내지 1.15 Cr을 함유하는 것을 특징으로 하는 강 제품.
13. 냉간 성형용 공구를 제조하기 위한 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 따른 강 제품의 용도.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 강 제품의 용도는 강관을 냉간 성형하기 위한 필거 롤인 것을 특징으로 하는 강 제품의 용도.
15. 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 따른 강 제품으로 제조되며, 경화 및 불림 이후에 공구의 표면 층(5)이 58 내지 62 HRC의 경도를 갖는 반면에 공구의 중심부는 최대 40 HRC의 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 냉간 성형용 공구.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 표면 층의 경도는 적어도 약 60 HRC인 것을 특징으로 하는 냉간 성형용 공구.
17. 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 따른 화학 조성을 갖는 합금으로 금속 용탕을 제조하는 단계와,

    연속적으로 성장하도록 계속해서 공급되는 금속 용탕으로 잉곳을 연속적으로 제조하는 단계와,

    계속해서 공급되는 금속 용탕을 스프레이 성형 및 ESR-재용융 공정을 포함하는 어떤 연속 공정에서 수행되는 고화 속도에 대응하는 속도로 고화되도록 냉각시키는 단계를 포함하며,

    상기 고화 공정 중에 바나듐이 탄소와 조합되어 1 내지 20㎛ 크기의 적어도 약 80 체적%, 바람직하게 적어도 약 90 체적%의 MC-탄화물을 형성하는 것을 특징으로 하는 강 제품의 제조 방법.