KR20030087086A

KR20030087086A - 강철 제품

Info

Publication number: KR20030087086A
Application number: KR10-2003-7013967A
Authority: KR
Inventors: 오트 산트베르크; 레나르트 왼손
Original assignee: 우데홀름툴링악티에보라그
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2003-11-12
Also published as: CN1271233C; ATE296903T1; JP4242157B2; ES2242012T3; BR0209069A; EP1381702A1; JP2004527656A; US7563333B2; DE60204449T2; EP1381702B1; US20060231172A1; KR100903714B1; DE60204449D1; CN1505690A; WO2002086177A1; BR0209069B1

Abstract

본 발명은 중량%로 1.2-2.0 C, 0.1-1.5 Si, 0.1-2.0 Mn, 최대 0.2 N, 최대 0.25 S, 4-8 Cr, 0.5-3.5(Mo + W/2), 5-8 V, 최대 1.0 Nb, 나머지 철 및 불가피 불순물을 포함하는 합금으로 구성되는 강철로 이루어진 제품에 관한 것으로서, 상기 강철은 강괴의 분사-성형을 포함하는 강철 제조에 의해 얻어질 수 있는 미세-구조를 가지며, 상기 미세-구조는 실질적으로 MC-타입의 탄화물을 8-15 체적% 포함하며, 이 때 상기 M 은 실질적으로 바나듐으로 구성되며, 상기 탄화물의 80 체적% 이상은 실질적으로 둥근 형상을 가지며 그리고 탄화물의 가장 긴 방향으로의 길이는 1-20 ㎛ 이다.

Description

강철 제품{STEEL ARTICLE}

상기 적용 분야 중 일부에서는, AISI D2 타입의 일반적인 종류의 강철 뿐만 아니라 탄소 함량이 높은 냉간 가공 강철 및 분말야금학적으로 제조된 고속도 강이 이용된다.

그러나, 분말야금학적으로 제조할 필요가 없고, 강철의 몇가지 바람직한 특징들을 허용하는 방식으로 제조될 수 있으면서도, 동시에 경제적으로 제조될 수 있는 양질의 강철에 대한 수요가 있다. 특히, 뛰어난 내마모성, 양호한 경화능, 양호한 연성 및 가공성, 적절한 경도 및 양호한 템퍼링 내성을 가지는 강철에 대한 요구가 있으며, 상기 특성들에 의해 그 강철은 상기 적용분야에 적합하게 된다.

본 발명은 뛰어난 내마모성, 양호한 경화능(hardenability) 및 템퍼링 내성(tempering resistance)을 가지고, 그리고 강철 재료의 길이방향 즉 가공 방향 뿐만 아니라 횡방향으로도 적절한 경도 및 양호한 인성(toughness)을 가지며, 비용의 관점에서도 바람직한 강철 제품에 관한 것이며; 상기 강철 제품의 특징들에 의해 다음의 적용분야를 포함하는 적용분야에서 적절히 사용될 수 있다: 즉;

- 예를 들어, 사출 성형 및 압출 장치내의 부품과 같은, 플라스틱 제품의 제조를 위한 장치내에서 플라스틱 덩어리를 공급 및 유도하는 스크류 및 배럴(screw and barrel)과 같은 부품,

- 플라스틱 물질의 사출 성형을 위한 몰드(mould) 기구 및 기구 부품,

- 예를 들어, 마모성 매체를 공급하는 펌프내의 작은 부품들과 같이 마모되는 부분, 및 기타 장치내의 마모되는 부분,

- 치퍼 절단구(chipper knife)를 포함하는 절단구로서, 예를 들어 플라스틱 재료 또는 목재를 절단하기 위한 양호한 인성의 절단구,

- 열간 가공 공구,

- 고온 또는 저온 상태의 버어링 주조(burring cast)된 또는 가압된 제품의 마무리가공 공구,

- 롤링 밀(rolling mill)에 포함된 복합체 롤을 위한 슬리브(sleeve).

도 1 은 본 발명에 따른 제품의 일부의 미세-구조를 도시한 사진.

도 2 는 도 1 과 동일한 척도(scale)로 비교 강철 제품의 일부의 미세-구조를 도시한 사진이다.

도 3 은 본 발명에 따른 재료 및 비교 재료에서의 탄화물의 크기 분포를 나타낸 막대 그래프이다.

도 4 는 오스테나이트화 및 템퍼링 온도가 본 발명의 강철의 경도에 미치는 영향을 나타내는 다수의 템퍼링 곡선을 도시한 그래프이다.

도 5 는 오스테나이트화 및 템퍼링 온도가 본 발명에 따른 강철 및 두개의 비교 재료의 강철의 경도에 미치는 영향을 나타내는 다수의 템퍼링 곡선을 도시한 그래프이다.

도 6 는 본 발명에 따른 강철 및 비교 강철의 경화능을 도시한 CCT-다이아그램이다.

도 7 은 제품의 열처리 및 크기가 몇몇 실험 재료의 연성에 미치는 영향을 도시한 그래프.

도 8 은 본 발명에 따른 강철 및 비교 강철의 내마모성을 나타낸 막대 그래프이다.

본 발명의 목적은 전술한 요건들을 만족시키는 강철 제품을 제공하는 것이다. 첨부된 특허청구범위에 기재된 중량%의 화학 조성 및 미세-구조를 가지는 분사-성형(spray-formed) 강철 재료로 제조된 물품에 의해 상기 목적이 달성된다.

또한, 강철에 포함된 합금 원소와 관련하여, 다음 사항이 적용된다.

탄소는, 강철이 경화되고 템퍼링된 상태에서, 8-15 체적%, 바람직하게는 10-14.5 체적%의 MC-탄화물(이때, M 은 실질적으로 바나듐이다)을 형성하기에 충분한 양으로 강철내에 존재하며, 또한 강철이 경화된 상태에서 강철의 마르텐사이트 매트릭스내의 고용체에 0.1-0.5 중량%, 바람직하게는 0.15-0.35 중량%로 존재한다. 적합하게는, 강철 매트릭스내의 용해된 탄소 함량은 약 0.25%이다. 강철내의 총탄소량, 즉 강철의 매트릭스내에 용해된 탄소와 탄화물내에 포함된 탄소의 합은 1.2% 이상, 바람직하게는 1.3% 이상일 것이며, 최대 탄소 함량은 2.0%, 바람직하게는 최대 1.9% 이다. 바람직하게, 탄소 함량은 1.4-1.8%, 특히 1.60-1.70% 이다.

본 발명에 따른 제품은 분사 성형 단계를 포함하는 기술에 의해 제조되며, 상기 분사 성형 단계에서는 용융 금속 액적(drop)이 회전 기판상으로 분사되며, 상기 기판에서는 액적이 급속히 응고되어 연속적으로 성장하는 강괴(ingot)를 형성한다. 이어서, 상기 강괴는 단조 및/또는 압연에 의해 원하는 형상으로 열간 가공된다. 상기 탄화물은 액적의 응고시에 형성되며, 액적으로부터 강괴가 형성됨에 따라, 탄화물들은 강괴내에, 결과적으로 최종 제품내에, 균일하게 분포된다. 용융 금속 스트림을 분무(atomizing)하고 형성된 액적을 급속히 냉각시킴으로써 금속 분말을 생성하는 것 보다는 느리게 그러나 통상적인 강괴 제조, 연속 주조 및/또는 ESR-재용해(remelting) 보다는 빠르게 응고속도가 제어되기 때문에, 본 발명의 제품에 매우 바람직한 것으로 판명된 크기까지 탄화물이 성장하는데 충분한 시간을 가진다. 따라서, 용해되기 어려운 주요 탄화물로 이루어진 MC-탄화물은 실질적으로 둥근 형상이 된다. 몇몇 탄화물은 가장 긴 방향으로 20㎛ 이상이 되며, 많은 수의 탄화물은 1㎛ 이하가 될 것이다. 그러나, 80 체적% 이상의 MC-탄화물은 가장 긴 쪽의 길이가 1 내지 20㎛, 바람직하게는 3㎛ 이상이다. 통상적인 크기는 6-8㎛이다.

선택적으로, 분사-성형과 관련하여 최대 0.20%까지 질소를 강에 첨가할 수도 있다. 그러나, 본 발명의 이러한 바람직한 실시예에 따라, 질소는 강에 의도적으로 첨가되지 않으며, 불가피한 불순물로서 최대 0.15%, 통상적으로 최대 0.12% 까지 존재하며, 그 정도로는 해로운 성분이 되지 않는다. MC-탄화물의 상기 체적 함량에서, 적은 분율의 탄질화물(carbonitride)도 포함될 것이다.

실리콘은 강의 제조공정으로부터의 잔류물로서 존재하며 통상적으로 0.1% 이상, 가능하게는 0.2%이상 존재한다. 실리콘은 강내의 탄소 활동도를 증대시키고 그에 따라 강의 적절한 경도를 달성하는데 기여할 수 있다. 만약 함량이 그보다 높다면, 취성(embrittlement) 문제가 발생한다. 또한, 실리콘은 강한 페라이트 형성체(ferrite former)이며 그에 따라 1.5% 를 초과하여 존재하지 않아야 한다. 바람직하게, 강철은 1.0% 실리콘, 바람직하게는 최대 0.65% 실리콘 이상을 포함하지 않는다. 공칭(nominal) 실리콘 함량은 0.35%이다.

또한, 망간은 강의 제조공정으로부터의 잔류물로서 존재하며, 강철내에 존재하는 적은 양의 황과 결합하여 망간 황화물을 형성한다. 따라서, 망간은 0.1% 이상, 바람직하게는 0.2% 이상 존재하여야 한다. 또한, 망간은 바람직하게 경화능을 개선한다. 그러나, 취성 문제 때문에 2.0%를 초과하여 존재하지 않아야 한다. 바람직하게, 강철은 최대 1.0% Mn 이상을 포함하지 않는다. 공칭 망간 함량은 0.5% 이다.

강철에 원하는 경화능을 제공하기 위해, 크롬은 적어도 4% 이상, 바람직하게는 4.2% 이상, 보다 바람직하게는 4.5% 이상 존재하여야 한다. 경화능이라는 용어는 경화된 제품의 어느 정도 깊이에서 높은 경도를 제공할 수 있는 능력을 의미한다. 경화능은, 크기 변화를 일으킬 수 있는 경화 공정중의 오일 또는 냉각수내에서의 급냉 없이도, 큰 제품도 전체적으로 경화시킬 수 있도록 충분하여야 한다. 가공 경도, 즉 경화 및 템퍼링 후의 강철의 경도는 45-60 HRC 이다. 그러나, 크롬은 강한 페라이트 형성체이다. 980 내지 1150 ℃ 에서의 경화 후의 강철내에 페라이트가 존재하는 것을 피하기 위해, 크롬 함량은 8%, 바람직하게는 최대 6.5, 보다 바람직하게는 5.5%를 초과하지 않아야 한다. 적절한 크롬 함량은 5.0% 이다.

경화되고 템퍼링된 상태에서 강철의 마르텐사이트 매트릭스내에, 탄소 및 선택적으로 질소와 함께, 상기 MC-탄화물 또는 탄질화물을 형성하기 위해, 바나듐은 강철내에 5.0-8.0% 로 존재하여야 한다. 바람직하게, 강철은 6.0 % 내지 최대 7.8% V 를 포함한다. 적절한 바나듐 함량은 6.8-7.6%, 공칭적으로는(nominally) 7.3% 이다.

원칙적으로, 바나듐은 MC-탄화물의 형성을 위해 니오븀에 의해 대체될 수도 있다. 그러나, 이를 위해서는 바나듐의 2배 만큼의 니오븀이 필요하며, 이는 단점이 된다. 또한, 니오븀은 탄화물을 보다 날카로운 형상이 되게하고 순수 바나듐 탄화물보다 크게 만드는 효과를 가지며, 그에 따라 파괴 또는 칩핑(chipping)이 시작될 수 있으며 결과적으로 재료의 인성을 감소시킨다. 이는 특히 본 발명의 강철에서 심각한 문제가 될 수 있으며, 여기서 본 발명의 강철의 조성은 재료의 기계적 특성과 관련하여 높은 경도 및 템퍼링 내성과 함께 뛰어난 내마모성을 제공할 목적으로 최적화된 것이다. 따라서, 본 발명의 특징에 따라, 강철은 최대 0.1% 니오븀, 바람직하게 최대 0.04% 니오븀 이상을 포함하지 않아야 한다. 또한, 본 발명의 동일한 특징에 따라, 니오븀은 강철의 제조와 관련하여 사용된 원료 물질로부터의 잔류 원소 형태인 불가피 불순물로서만 허용될 수 있을 것이다.

그러나, 본 발명의 변형 실시예에 따라, 강철은 최대 1.0%, 바람직하게는 최대 0.5%, 보다 바람직하게는 최대 0.3% 까지 니오븀을 포함할 수 있다. 다시 말해, 니오븀의 해로운 효과는 강철의 높은 바나듐 함량에 의해 본질적으로 억제될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 사상은 순수 니오븀 탄화물 및/또는 탄질화물이 강철내에 거의 나타나지 않는다는 가정을 기초로 한 것이다. 니오븀 탄화물 및/또는 니오븀 탄질화물이 초기에 강철내에 형성된다는 것이 사실이다. 그러나, 바나듐 탄화물 및/또는 바나듐 탄질화물이 상기 초기에 형성된 니오븀 탄화물 및/또는 니오븀 탄질화물상에 형성되어 순수 니오븀 탄화물 및/또는 탄질화물의 보다 날카로운 형상으로 인해 발생할 수 있는 해로운 효과를 제거한다. MC-탄화물이 바나듐, 니오븀 및 탄소의 혼합된 화합물, 및 대응하는 혼합 탄질화물 형태로 형성되는 경우에도 마찬가지가 되며, 결과적으로, 본 발명의 변형 실시예에 따라, 두가지 경우 모두에서 니오븀의 부정적인 역할을 무시할 수 있을 정도로 니오븀의 함량이 적은 것으로 간주된다.

크롬 및 망간의 제한된 양과 조합되어 원하는 경화능을 강철에 부여하기 위해, 몰리브덴은 0.5% 이상, 바람직하게는 1.5% 이상 존재할 것이다. 그러나, 몰리브덴은 강력한 페라이트 형성체이다. 따라서, 강철은 3.5% Mo 이상, 바람직하게 최대 2.8% 이상을 포함하지 않아야 한다. 공칭적으로, 강철은 2.3% Mo를 포함한다.

원칙적으로, 몰리브덴은 텅스텐으로 완전히 또는 부분적으로 대체될 수 있으나, 이를 위해서는 몰리브덴에 비해 두배의 텅스텐이 요구되며, 이것이 단점이 된다. 또한, 임의의 기존 스크랩을 이용하는 것이 보다 곤란해질 것이다. 따라서, 텅스텐은 최대 1.0% 이상, 바람직하게 최대 0.5% 이상 포함되지 않아야 한다. 가장 편리하게, 강철은 의도적으로 첨가된 텅스텐을 포함하지 않아야 하며, 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 따라, 강철의 제조와 관련하여 사용된 원재료로부터의 잔류물 형태인 불가피 불순물로서만 허용된다.

강철은 상기 언급한 합금 원소외에 기타 합금 원소를 상당량 포함할 필요가 없고 또 포함해서는 안된다. 일부 원소들은 강철의 성질에 바람직하지 못한 영향을 미치기 때문에 분명하게 바람직하지 못하다. 예를 들어, 강철의 인성에 바람직하지 못한 영향을 미치지 않도록, 인(phosphorus)은 가능한 한 적게, 바람직하게는 최대 0.03% 이하로 유지되어야 한다. 또한, 황은 대부분의 관점에서 바람직하지 못한 원소이지만, 인성에 미치는 가장 해로운 영향은 망간에 의해 본질적으로 중화될 수 있으며, 상기 망간은 해롭지 않은 망간 황화물을 형성하며, 그에 따라 강철의 가공성을 개선하기 위해 황은 최대 0.25%, 바람직하게는 최대 0.15%까지 허용될 수도 있다. 그러나, 일반적으로 강철은 최대 0.08% 이상, 바람직하게는 최대 0.03% 이상, 그리고 가장 편리하게는 최대 0.02% 이상의 S 를 포함하지 않는다.

본 발명의 기타 특징 및 측면들은 실험예를 설명한 이하의 내용 및 첨부된 특허청구범위로부터 보다 분명해질 것이다.

이하의 실험예에 관한 설명에서, 도면을 참조한다.

실행된 실험

재료

본 발명에 따른 재료-강철/제품-는 바람직한 실시예에 따라 다음과 같은 공칭의 중량% 화학조성을 가진다: 즉, 1.60 C, 0.25 Si, 0.75 Mn, ≤0.020 P, ≤0.060 S, 5.00 Cr, 2.30 Mo, 7.30 V, ≤0.005 Ni, ≤0.005 Ti, ≤0.30 Ni, 0.25 Cu, ≤0.020 Al, ≤0.10 N, 나머지 철 및 기타 불순물을 포함한다. 실시된 실험들은 상기 공칭 조성에 대응하는 재료를 가장 근접한 종래 기술을 나타내는 몇몇 공지된 비교 재료와 비교함으로써 상기 대응 재료를 평가하는 것을 목적으로 한다.

일련의 실험에 포함된 재료의 화학적 조성이 표 1 에 기재되어 있다. 강철 No.1 은 본 발명에 따른 조성을 가진다. 이러한 강철은 OSPRAY-방법으로도 알려진 소위 분사 성형 기술에 따라 제조되었으며, 그 기술에 따라 연속적으로 제조되는 강괴의 성장 단부에 분사되는 액적 형태의 용융 재료로부터 길이방향 축선을 중심으로 회전하는 강괴가 얻어지며, 상기 액적은 기판에 충돌하자마자 비교적 빠른 속도로 응고되며, 상기 응고 속도는 분말 제조시보다는 느리고 연속 주조와 관련된 통상적인 강괴의 제조시 보다는 빠르다. 특히, 형성된 MC-탄화물이 본 발명에 따라 원하는 크기까지 성장할 수 있을 정도로 빠르게 액적이 냉각된다. 강철 No.1 의 분사-성형 강괴는 약 2380kg 의 질량을 가진다. 강괴의 지름은 약 500mm이다. 분사-성형 강괴는 1100℃-1150℃의 단조 온도로 가열되었으며 최종 치수가 각각 ø330, 105, 및 76.5 mm 인 브랭크(blank)형상으로 단조되었다. 표 1 은 본 발명에 따른 강철인 No.1 의 분사-성형 강괴의 분석 조성을 나타내고 또한 통상적인 상용 강철인 No.2 의 분석 조성을 나타낸다. 강철 No.3 은 제조업자의 명세표(specification)에 따른 상용 강철의 공칭 조성이다. 강철 No.4 는 또 다른 상용 강철의 조성을 나타낸다. 강철 No.2, 3 및 4 는 분말야금학적으로 제조된 강철이다. 표 1 에 기재된 원소들 외에도, 강철은 철 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

이 때, n.a. = 분석되지 않음(not analyzed)

이하의 설명에서, 강철 No.1 및 2 는 다음을 기준으로 실험되었다: 즉,

- 미세-구조

- 경도 대 오스테나이트화 및 템퍼링 온도

- 경화능

- 연성

- 내마모성

비교예로서, 제조업자의 명세표에 따른 강철 No.4 와 관련한 정보가 연구결과들 중 하나-경도 대 오스테나이트화 및 템퍼링 온도-에 포함되어 있다.

미세-구조

도 1 은 강철 No.1로 제조된 ø105mm 치수의 로드(rod)의 미세-구조의 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다. 재료는 T_A=1050℃/30분에서 경화되었고 525℃/2x2h 에서 템퍼링하여 56 HRC의 경도를 가진다. 도 2 는, 56 HRC의 경도까지 T_A=1060℃/60분의 경화 + 525℃/2x2h 템퍼링한 후에, ø75mm 치수의 로드 형상을 가지는 강철 No.2 의 미세-구조를 나타낸다. MC--타입의 일차 탄화물은 도 1 의 분사-성형된 재료내에서 관찰할 수 있으며, 이 때 M 은 실질적으로 바나듐으로 구성된다. 탄화물의 거의 대부분은 약 1-20 ㎛의 크기를 가진다. 그러나, 크기 분포는 도 3 의 막대 그래프로 도시된 바와 같이 상당히 넓게 퍼져있다. 그에 따라, 탄화물 체적의 대부분은 2.0 내지 10.0 ㎛의 탄화물 크기를 나타내며, 상기 탄화물 크기 범위에서 대부분의 탄화물이 체적과 관련하여 3.0내지 7.5 ㎛ 의 크기를 가지는 뚜렷한 경향이 있다. 주사 전자 현미경에서의 수작업 계산 방법을 이용하여, 전체 탄화물체적이 각각 강철 No.1 에서 13.1 체적% MC-탄화물이고, 강철 No.2 에서 15.4 체적%라는 것을 측정하였다. 그러나, 강철 No.2 에서, 미세-구조는 분말야금학적으로 제조된 강철에서 일반적인 타입의 미세-구조이었으며, 이는 모든 탄화물이 최대 약 3㎛로 매우 작다는 것을 의미한다. 탄화물의 대부분은 0.5-2.0 ㎛의 크기를 가지며 열처리에 관계 없이 강철의 매트릭스내에 고르게 분포된다. 이는 도 2 의 현미경 사진으로부터 육안으로 확인할 수 있으며, 도 3 의 막대 그래프로부터도 명확하게 확인할 수 있다. 상기 막대 그래프는 강철 No.2 내의 MC-탄화물의 대부분이 0.5 내지 2.0 ㎛의 크기를 가진다는 것을 나타낸다.

열처리후의 경도

강철 No.1 으로 제조된 브랭크는, 브랭크의 크기에 관계 없이, 연질 풀림(soft anneal)된 상태에서 190-230 HB, 통상적으로 약 200-215 HB의 경도(브리넬 경도)를 가진다. 강철 No.2의 경도는 연질 풀림된 상태에서 약 235 HB로 다소 높다.

1000℃ 와 1150℃ 사이의 상이한 온도에서 오스테나이트화 작업을 한 후, ø105 mm 및 ø330 mm 로 크기가 상이한 강철 No.1 의 두개의 브랭크의 경도에 미치는 템퍼링 온도의 영향을 도 4 에 도시하였다. 가장 높은 경도는 1150℃에서 오스테나이트화하고 550℃, 2x2h 에서 템퍼링한 후에 얻어졌다. 가장 낮은 경도는 1000℃에서 경화된 후에 얻어졌다. 도 4 의 곡선들은 1000℃와 1150℃ 사이의 온도에서의 경화후에 525℃ 내지 650℃의 온도에서의 템퍼링의 선택을 통해 45 내지 60 HRC의 원하는 가공 경도를 얻을 수 있다는 것을 나타낸다. 두개의 크기 즉,ø105 mm 및 ø330 mm 사이의 경도 차이는 경도 측정 오류 범위내에 놓인다.

도 5 는 강철 No.1 및 No.4 사이의 템퍼링에 대한 차이를 도시한다. 강철 No.2의 곡선은 두개의 지점만을 기초로 한다. 도면내의 곡선들은, 실질적으로 동일한 오스테나이트화 온도에서의 경화후에, 강철 No.1이 적어도 강철 No.4 보다 높은 경도를 갖는다는 것을 나타낸다. 강철 No.1으로 제조된 물품은 크기가 ø105 mm 인 브랭크로 이루어진다.

경화능

800℃ 로부터 500℃로 냉각하는데 필요한 시간에 대한 강철 No.1 및 No.2의 경도를 도 6 에 그래프로서 도시하였다. 그 도표로부터, 분사-성형된 재료 No.1의 경화능은 바나듐 및 MC-탄화물의 함량이 보다 높은 분말야금학적으로 제조된 재료 No.2 의 경화능 보다 분명히 양호하다는 것을 확인할 수 있을 것이다.

인성

강철 No.1 에 대한 1050℃/30분 + 1150℃/10분의 경화 및 상이한 온도에서의 템퍼링 후에, 그리고 강철 No.2 에 대한 1060℃/60분 + 540℃/2x2h 및 1180℃/10분 + 550℃/2x2h 의 경화후에, 상이한 크기의 두 강철 로드의 비-노치식(un-notched) 실험 시편을 사용하여 충격 에너지를 측정하였다. 실험 시편은 로드의 중심에서 가장 취약한 방향을 따라 즉, 횡방향을 따라 취해진다. 그 결과가 도 7 에 도시되어 있으며, 그 결과로부터 경도가 증가하면 연성이 약간 감소한다는 것을 알 수 있다. 그러나, 대체적으로 볼 때, 두 강철의 연성은 모두 양호하였다. 모든 실험 시편의 횡방향에 대해 측정치에서의 충격 에너지는 모두 10J 을 초과하였으며, 이는 강철 제품의 관련 용도에 대해 허용 충격 인성 한계값을 만족시킨다.

내마모성

내마모성은 마모제로서 SiO₂를 이용하여 소위 핀-대-핀(pin-to-pin) 형태로 실험되었다. 실험된 관련 재료의 크기 및 열처리는 다음과 같다.

강철 No.1, ø105 mm

a) 1050℃/30분 + 600℃/2x2h; 48.7 HRC

b) 1050℃/30분 + 525℃/2x2h; 55.9 HRC

강철 No.2, ø75 mm

a) 1060℃/60분 + 540℃/2x2h; 54.7 HRC

b) 1180℃/10분 + 550℃/2x2h; 58.7 HRC

결과는 도 8 에 명시되어 있다. 이 도표는, 본 발명에 따른 재료 No.1 즉, 막대 a 및 c 가 낮은 경도 및 총 탄화물 체적의 낮은 함량에도 불구하고 비교 재료 No.2, 즉 막대 b 및 d 의 내마모성과 동일하게 양호한 내마모성을 나타낸다는 것을 도시하고 있다.

고찰

이상의 실험은 매우 양호한 내마모성을 가지는 제품을 만들 수 있는 본 발명에 따른 강철을 보여주고 있으며, 상기 양호한 내마모성은 재료내의 MC-탄화물의 충분한 함량 및 적절한 크기에 주로 기인한 것으로 사료된다. 다른 중요한 요소는 강철의 경화능이며, 그 경화능은 매우 양호하며 비교가능한 다른 강철의 경화능 보다 뛰어나다. 재료의 의도된 용도에 적합한 45 내지 60 HRC 의 경도는 오스테나이트화 및/또는 템퍼링 온도의 선택을 통해서 얻어질 수 있으며, 그리고 동시에 뛰어난 내마모성이 유지된다. 그에 따라, 적절한 열처리를 통해, 본 발명은 상이한 용도들에 대한 강철의 유용성을 적용할 수 있는 뛰어난 탄력성(flexibility)을 가진다. 강철에 대한 다른 중요한 요소는 분사-성형 기술을 기초로 한 제조에 관한 것이며, 그 기술은 분말야금학적 제조 보다 본질적으로 경제적이다.

본 발명에 따른 제품은 판형, 막대형, 블록형 등과 같은 형태의 분사-성형된 강괴, 브랭크를 포함하는 어떠한 형상도 가질 수 있고, 일반적으로 강철 제조업자는 190-230 HB, 통상적으로는 약 200-215 HB의 경도를 가지는 연질 풀림 상태에서 최종 제품 형상으로 가공하는 소비자에게 공급하며, 또한 대상 용도에 적합한 경도로 경화되고 템퍼링된 최종 제품으로 공급하기도 한다. 의도하는 용도의 희망 경도에 따라, 다음과 같은 열처리가 적합할 수도 있다: 즉,

- 최대의 인성: 1050℃/30분 + 590℃/2x2h의 열처리, 이러한 열처리는 약 50 HRC를 제공한다

- 인성과 내마모성의 최적의 조합: 1120℃/15분 + 540℃/2x2h의 열처리, 이러한 열처리는 약 56 HRC를 제공한다

- 최대의 내마모성: 1150℃/10분 + 540℃/2x2h의 열처리, 이러한 열처리는 약 60 HRC를 제공한다

따라서, 상기 실험은 본 발명에 따른 재료가 비교 재료에 비해 다수의 바람직한 특징을 가진다는 것을 나타낸다: 즉

- 유사한 열처리 후의 보다 높은 경도

- 보다 양호한 내마모성

- 적어도 동일한 내마모성

- 보다 양호한 경화능

- 가장 취약한 방향, 즉 횡방향을 따른 유사한 정도의 인성

- 저렴한 제조 비용

Claims

강철 제품에 있어서,

중량%로, 1.2-2.0 C, 0.1-1.5 Si, 0.1-2.0 Mn, 최대 0.2 N, 최대 0.25 S, 4-8 Cr, 0.5-3.5(Mo + W/2), 5-8 V, 나머지 철 및 불가피 불순물을 포함하는 합금으로 구성되며,

상기 강철은 강괴의 분사-성형을 포함하는 강철 제조에 의해 얻어질 수 있는 미세-구조를 가지며, 상기 미세-구조는 실질적으로 MC-타입의 탄화물을 8-15 체적% 포함하며, 이 때 상기 M 은 실질적으로 바나듐으로 구성되며, 상기 탄화물의 80 체적% 이상은 실질적으로 둥근 형상을 가지며 그리고 탄화물의 가장 긴 방향으로의 길이가 1-20 ㎛인 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 1 항에 있어서, 중량%로, 1.2-2.0 C, 0.1-1.5 Si, 0.1-2.0 Mn, 최대 0.2 N, 최대 0.25 S, 4-8 Cr, 0.5-3.5(Mo + W/2), 5-8 V, 최대 1.0 Nb, 나머지 철 및 불가피 불순물을 포함하는 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 2 항에 있어서, 최대 0.5 Nb를 포함하는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 3 항에 있어서, 최대 0.3 Nb를 포함하는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 2 항에 있어서, 최대 0.1 Nb를 포함하는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 5 항에 있어서, 어떠한 니오븀도 의도적으로 첨가되지 않는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 1 항에 있어서, 상기 미세-구조는 10-14.5 체적% MC-탄화물을 포함하며, 상기 MC-탄화물의 체적의 대부분은 탄화물의 최대 길이가 3.0 ㎛ 이상 및 최대 10 ㎛인 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 7 항에 있어서, 경화 및 템퍼링 후에 45-60 HRC 의 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 8 항에 있어서, 경화 및 템퍼링 후에 상기 강철의 마르텐사이트 매트릭스는 고용체내에 0.1-0.5 중량% C 를 포함하는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철내의 C 의 총 함량은 1.3% 이상, 바람직하게는 1.4% 이상인 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철내의 C 의 총 함량은 최대 1.9%, 바람직하게는 최대 1.8%인 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철은 0.1-1.0% Si, 바람직하게는 최대 0.65% Si를 포함하는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철은 0.2-1.5% Mn을 포함하는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철은 4.2% 이상의 Cr을 포함하는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철은 최대 6.5%의 Cr을 포함하는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 15 항에 있어서, 상기 강철은 4.5-5.5% Cr을 포함하는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철은 6.0% 이상의 V 를 포함하는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철은 최대 7.8%의 V를 포함하는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 17 항 및 제 18 항에 있어서, 상기 강철은 6.8-7.6% V를 포함하는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철은 최대 0.04 Nb 이상을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철은 1.5% 이상의 Mo를 포함하는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철은 1.8-2.8% Mo를 포함하는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철은 최대 1.0% 이상의 W, 바람직하게는 최대 0.5% 이상의 W를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철은 0.15% 이상의 S, 바람직하게는 최대 0.08% S 이상을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 8 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 1000-1150℃의 오스테나이트화 온도에서의 경화 및 590-640℃, 2x2h 에서의 템퍼링 후에 48-53 HRC의 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 8 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 1000-1150℃의 오스테나이트화 온도에서의 경화 및 540-610℃, 2x2h 에서의 템퍼링 후에 54-58 HRC의 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 강철 제품.
제 8 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 1050-1150℃의 오스테나이트화 온도에서의 경화 및 540-580℃, 2x2h 에서의 템퍼링 후에 58-60 HRC의 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 강철 제품.