KR20060125553A - 내피로균열성이 우수한 고 Ｃｒ 주철 및 그 제조 방법 - Google Patents

내피로균열성이 우수한 고 Ｃｒ 주철 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

고경도라도, 반복 인장 응력이 발생할 수 있는 사용 환경 하에서도 피로 균열 진전에 의한 취성 파괴를 방지할 수 있는, 내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특정한 고 Cr 주철 조성을 갖고, 마르텐사이트의 크기가 미세화되어 있으면서, 잔류 오스테나이트를 일정량 함유시킨 조직을 가지고, 이러한 조직을, 특정한 주조시의 응고 냉각 속도, 담금질 유지 온도, 담금질 유지 시간, 담금질 냉각 속도에 의해서 얻고, 경도가 800 Hv 이상으로 높고, 인성도 샤르피 충격치로 2.0 J/cm2 이상으로 높으며, 피로 균열 진전이 일어나지 않는 하한계 응력 확대 계수 범위 ΔKth가 1O 이상으로 내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철로 한다.

Description

내피로균열성이 우수한 고 Ｃｒ 주철 및 그 제조 방법{HIGH CHROMIUM CAST IRON HAVING EXCELLENT FATIGUE CRACK RESISTANCE AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}
도 1은 본 발명의 고 Cr 주철의 조직을 나타내는 도면 대용 사진이다.
도 2a 내지 2d는 본 발명의 고 Cr 주철의 조직의 사진 촬영 조건에 따른 콘트라스트의 차이를 나타내는 도면 대용 사진이다.
본 발명은, 내마모 라이너, 콘 크래셔(cone crasher), 조(jaw) 크래셔 등의 암석의 분쇄기, 또는 강재 반송 롤러 등의 내마모 부재에 이용하기 적당한, 내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 파쇄기 등에 사용되는 내마모 부재로는, 내마모성을 갖는 고 Cr 주철이 다용되어 왔다. 최근에서는 이 파쇄기의 처리 능력의 향상이 요청되어, 파쇄기의 대형화, 파쇄 압력의 고압화가 진행되고 있다. 이것 때문에, 이러한 사용 조건 의 과혹화에 대응할 수 있는, 내마모성과 인성이 보다 우수한 고 Cr 주철이 강하게 요망되고 있다.
종래부터, 고 Cr 주철의 내마모성 향상을 위해, 여러 가지 기술이 제안되어 왔다. 예컨대, 고 Cr 주철에 Ti나 V를 첨가함으로써, 고 Cr 주철에서 주로 석출하는 M7C3형 탄화물 이외에 고경도의 MC형 탄화물(TiC이나 VC 등)을 분산시켜, 이것에 의해서, 900 내지 940 Hv 수준까지 내마모성을 향상시키는 것이 제안되어 있다(일본 특허공개 제1990-115343호 공보(특허청구의 범위), 일본 특허공고 제1992-56102호 공보(특허청구의 범위) 참조). 또한, 같은 취지로, Nb와 V를 복합 첨가하는 것도 제안되어 있다(일본 특허공고 제1985-51548호 공보(특허청구의 범위) 참조). 또한, 고 Cr 주철의 전체 경도에 큰 영향을 미치게 하는 탄화물량과 기지(基地) 중의 합금 원소 고용량을 3차원적으로 규정하여, 800 내지 940 Hv 수준까지 경도를 높이는 것도 제안되어 있다(일본 특허공개 2001-247929호 공보(특허청구의 범위) 참조).
또한, 압연용 롤이나 절삭 공구 등의 용도이기는 하지만, 주철의 응고시에 형성되는 탄화물의 형태에 착안하여, V를 3 내지 10% 첨가한 뒤에, 기지 조직과, 형성된 일차 탄화물인 MC형 탄화물이나 M7C3형 탄화물과의 계면에, 평균 입경 3μm 이하의 미세한 M6C형 탄화물을 형성시켜, 고경도를 얻는 기술도 제안되어 있다(일본 특허공개 2001-316754호 공보(특허청구의 범위) 참조). 또한, 압연용 롤의 용도에서, M7C3형 탄화물 이외에, M23C6형 탄화물을 분산시켜, 인성을 향상시키는 기술도 제안되어 있다(일본 특허공개 제1988-121635호 공보(특허청구의 범위) 참조).
이들 제안되어 있는 고 Cr 주철은, 그의 대부분이, 경도를 최대한 향상시켜 고경도화에 의해 내마모성을 양호하게 하는 방향이며, 주철 자체의 인성을 향상시키는 것이 아니었다.
한편, 내마모 부재는, 압축 또는 인장 응력이 작용하는 조건에서 사용되는 경우가 많아, 사용 중에 피로에 의해 균열이 진전하여 파괴되어 버린다는 문제가 있다. 이 문제에 대하여, 상기 종래의, 고경도화에 의해 내마모성을 향상시키는 기술로서는, 이러한 피로 균열의 방지가 불충분했다.
이러한 반복 인장 응력이 발생하는 사용 환경 하에서도, 피로 균열 진전에 의해 취성 파괴를 방지한다고 하는 관점에서의 기술도, 종래부터 제안은 되어 있다. 이 기술은, Cr, C, Mn 및 Mo를 특정한 관계가 만족되도록 함유시키고, 또한 부재 내부와 외부의 마르텐사이트 변태 온도를 제어하여, 통상 담금질한 부재 표면에 발생하는 인장 잔류 응력을 저감하여, 주조 결함으로부터의 피로 균열의 진전을 억제하는 것이다(일본 특허공개 제1999-229071호 공보(특허청구의 범위) 참조).
그러나, 상기 일본 특허공개 제1999-229071호이더라도, 반복 인장 응력이 발생하는 사용 환경 하에서도, 피로 균열 진전에 의한 취성 파괴를 방지하기에는 불충분했다. 이것은, 파쇄기의 보다 대형화, 파쇄 압력의 보다 고압화가 진행하여, 보다 고경도화가 요청되는 데다가, 피로 균열 진전에 의한 취성 파괴 조건이 엄하 게 되어 있는 것에도 의한다. 예컨대, 상기 일본 특허공개 제1999-229071호의 고 Cr 주철의 경도는 730 내지 820 Hv 수준인데 대하여, 요구되는 고경도화는, 800 내지 900초(超) Hv 수준으로 되어 있다. 따라서, 이러한 고경도에서도 인성이나 내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철이 요청되고 있다.
본 발명은, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 고경도라도, 반복 인장 응력이 발생할 수 있는 사용 환경하에서도 피로 균열 진전에 의한 취성 파괴를 방지할 수 있는, 내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철의 요지는, 질량%로, C: 2.5 내지 3.5%, Si: 0.2 내지 1.0%, Mn: 0.6 내지 2.0%, Cr: 13 내지 22%, Mo: 1.0 내지 3.0%, N: 0.01 내지 0.15%를 함유하고, 또한, 이들의 함유량이 [Cr]/[C]= 4.5 내지 6.5, [Mn]×[Mo]= 18 내지 2.5의 관계를 각각 만족시키며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 가지고, 100배의 광학 현미경에서의 주철 조직 관찰에서의 마르텐사이트의 크기가, 탄화물에 둘러싸인 마르텐사이트의 1개당 평균 면적으로서 600O μm2 이하이며, 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트 및 탄화물에 있어서의, X선 회절 피크 강도비에 의한 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율이 5 내지 40%인 조직을 갖는 것이다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철의 제조 방법의 요지는, 질량%로 C: 2.5 내지 3.5%, Si: 0.2 내지 1.0%, Mn: 0.6 내지 2.0%, Cr: 13 내지 22%, Mo: 1.0 내지 3.0%, N: 0.01 내지 0.15%를 함유하고, 또한, 이들의 함유량이 [Cr]/[C]= 4.5 내지 6.5, [Mn]×[Mo]= 1.8 내지 2.5의 관계를 각각 만족시키며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 조성의 주철을, 냉각 속도 5℃/s 이상에서 주조하고, 이어서 900 내지 1050℃의 범위에서 3시간 이상 유지하는 가열 유지 후에, 냉각 속도 0.05 내지 5℃/s의 범위에서 담금질 처리하여, 100배의 광학현미경에서의 주철 조직 관찰에서의 마르텐사이트의 크기가, 탄화물에 둘러싸인 마르텐사이트 1개당 평균 면적으로서 6O0O μm2 이하이며, 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트 및 탄화물에 있어서의, X선 회절 피크 강도비에 의한 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율이 5 내지 40%인 조직을 얻는 것이다.
통상, 고 Cr 주철 조직은, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트, 탄화물로부터 구성된다. 본 발명은, 이 고 Cr 주철 조직에서의, 마르텐사이트 영역의 평균 간격의 미세화 및 잔류 오스테나이트의 활용에 의해, 고경도이고 내마모성이 우수하며 내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철을 제공한다.
피로 균열(피로 깨어짐)은, 주조재에 불가피한 개재물이나 수지상 결함(dendrite, 引け巢) 등의 응고 결함으로부터 발생, 진전하여, 일정 이상의 균열 길이가 되면, 내마모 부재를 취성 파괴에 이르게 한다. 이 피로 균열의 억제를 위해서는, 균열 선단의 응력 집중을 완화하여, 균열 진전을 억제함으로써 균열 진전 속도를 느리게 하는 것이 필요하다.
이것 때문에, 우선, 본 발명에서는, 고 Cr 주철 조직에 있어서의 마르텐사이트의 미세화에 의해, 1회의 응력 진폭당의 균열 진전 길이를 작게 한다. 마르텐사이트의 미세화는 균열 진전 속도를 느리게 하는 효과가 크다. 피로 균열은, 고 Cr 주철 조직에 있어서, 탄화물내, 또는 탄화물과 마르텐사이트의 계면을 따라 진전한다. 이에 대하여, 마르텐사이트를 미세화시키면, 탄화물 또는 탄화물과 마르텐사이트 계면의 평균 길이가 짧게 된다. 이것 때문에, 상기 1회의 응력 진폭당의 균열 진전 길이가 작게 되어, 균열 진전 속도를 느리게 할 수 있다.
본 발명에서는, 또한, 고 Cr 주철 조직 내에 잔류 오스테나이트를 일정량 존재시켜, 균열 진전을 억제시킨다. 우선, 잔류 오스테나이트는, 경도가 너무 낮아 변형하기 쉽다. 이 때문에, 균열 선단에서 잔류 오스테나이트가 변형하여, 균열 선단의 곡율 반경을 크게 함으로써 균열 선단의 응력 집중을 완화하여, 균열 진전을 억제한다. 다음에, 잔류 오스테나이트는, 응력 유기(誘起) 변태를 일으켜 마르텐사이트로 변태한다. 이것 때문에, 균열 부근의 잔류 오스테나이트가, 응력에 의해서 마르텐사이트로 변태한 경우, 부피 팽창이 일어나, 균열 선단을 폐구(閉口)하여, 균열의 진전을 억제하는 효과가 있다.
이것에 의해서, 본 발명에서는, 내마모성 고 Cr 주철을, 800 Hv 이상의 고경도이더라도, 인성을 샤르피 충격치로 2 J/cm2 이상으로 높게 할 수 있어, 반복 인장응력이 발생할 수 있는 사용 환경 하에서도, 피로 균열 진전에 의한 취성 파괴를 방지할 수 있어, 내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철을 제공할 수 있다. 이 결과, 고 Cr 주철제 내마모 부재로서의 성능이나 고수명을 보장한다.
(주철 조성)
본 발명의 고 Cr 주철의 화학 성분 조성(단위: 질량%)에 대하여, 각 원소의 한정 이유를 포함해서, 이하에 설명한다.
본 발명의 고 Cr 주철에서는, 상기한 바와 같이, 조직을, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트, 탄화물로부터 구성시킨 특정한 조직으로 하여, 800 Hv 이상의 고경도, 샤르피 충격치로 2 J/cm2 이상의 고인성, 우수한 내피로균열성을 얻는다. 그리고, 이러한 조직과 특성을 얻기 위해서, 본 발명의 고 Cr 주철의 화학 성분 조성은, 질량%로 C: 2.5 내지 3.5%, Si: 0.2 내지 1.0%, Mn: 0.6 내지 2.0%, Cr: 13 내지 22%, Mo: 1.0 내지 3.0%, N: 0.01 내지 0.15%를 함유하고, 또한, 이들의 함유량이, [Cr]/[C]=4.5 내지 6.5, [Mn]×[Mo]= 1.8 내지 2.5의 관계를 각각 만족시키고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 것으로 한다.
C: 2.5 내지 3.5%.
C는, Ti, V, Zr, Nb, 그리고, Cr, Mo, 또는 Fe와, 고경도의 탄화물(MC형, M7C3형, M23C6형, M3C형 등을 형성함과 동시에, 기지 중에 고용하여, 주철의 담금질 처리(공냉 처리)에 의해서 오스테나이트로부터 경도가 높은 마르텐사이트로의 변태를 지배하기(마르텐사이트 조직을 얻기) 위한 원소이며, 필요 경도 확보를 위한 중요한 원소이다.
일반적으로 마르텐사이트의 경도는, 고용하는 C량이 많을수록 높아짐이 알려져 있고, C 함유량이 2.5% 미만인 경우는, 기지 중에 고용하는 C량이 부족하게 되어, 기지 경도가 부족할 뿐 아니라, 정출(晶出) 및 석출(析出)하는 상기 탄화물도 적어지기 때문에, 주철 내지 내마모 부재로서의 경도도 부족하게 되어, 필요한 내마모성이 얻어지지 않는다. 한편, C 함유량이 3.5%를 초과하면, 생성하는 상기 탄화물이 조대화하여, 주철 내지 내마모 부재가 취약하게 되어, 취성 파괴가 발생한다. 또한, 기지 중에 고용하는 C량이 지나치게 많기 때문에, 경도가 낮은 오스테나이트가 다량으로 잔류하는 결과, 역시 경도 부족을 초래하여, 필요한 내마모성이 얻어지지 않는다. 따라서, C량은 2.5 내지 3.5%, 바람직하게는 2.8 내지 3.3%의 범위로 한다.
Mn: 0.6 내지 2.0%.
Mn은 고 Cr 주철의 담금질성을 개선하고, 특히 기지 중에 고용하여, 오스테나이트가 낮은 경도의 베이나이트로 변태하는 것을 억제하는 효과를 가져, 기지를 마르텐사이트 조직으로 하기 위해서 필수적이다. Mn 함유량이 0.6% 미만이면 그 효과가 발휘되지 않기 때문에 하한은 0.6%로 한다. 한편, Mn은 오스테나이트 안정화 원소이며, 지나치게 함유하면 기지 중의 잔류 오스테나이트가 다량이 되어, 경도가 저하되기 때문에, Mn 함유량의 상한은 2.0%로 한다. 따라서, Mn 함유량은 0.6 내지 2.0%의 범위, 바람직하게는 0.8 내지 1.4%의 범위로 한다.
Si: 0.2 내지 1.0%.
Si는 주조시의 용탕의 유동성을 확보하며, 또한, 용해·정련시의 탈산에 유 효한 원소이며, 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.2% 이상의 함유량이 필요하다. 한편, Si는 페라이트 생성 원소이며, Si 함유량이 1.0%를 초과하면, 페라이트 변태를 촉진하여, 기지 경도의 저하를 초래할 뿐만 아니라, 인성 저하를 가져온다. 따라서, Si 함유량은 0.2 내지 1.0%의 범위, 바람직하게는 0.3 내지 0.8%의 범위로 한다.
Cr: 13 내지 22%.
Cr는, C와 마찬가지로 내마모성이 높은 각종 탄화물을 형성함과 동시에, 기지 중에 고용하여, 오스테나이트가 낮은 경도의 페라이트로 변태하는 것을 억제하는 효과를 가져오는 필수적인 원소이다. 따라서, 필요한 경도가 얻어지기에 충분한 탄화물량을 형성시킴과 동시에, 페라이트 변태 방지에 유효한 양의 Cr을 기지 중에 고용시킬 필요가 있다. Cr 함유량이 13% 미만인 경우는, 기지 중에 고용하는 Cr량이 부족하게 되어 기지의 페라이트 변태가 생겨, 기지 경도가 저하할 뿐만 아니라, 정출 및 석출하는 탄화물도 적어져 경도 부족을 초래하여, 필요한 내마모성이 얻어지지 않는다.
한편, Cr 함유량이 22%를 초과하면, 생성하는 탄화물이 조대화하여, 취약하게 되어 취성 파괴가 생겨 버림과 동시에, 기지 중에 고용하는 C량이 감소하여 기지의 경도가 저하되어, 역시 경도 부족을 초래하여 필요한 내마모성이 얻어질 수 없게 된다. 따라서, Cr 함유량은 13 내지 22%의 범위, 바람직하게는 13 내지 16%의 범위로 한다.
[Cr]/[C]= 4.5 내지 6.5
Cr 함유량[Cr]과 C 함유량[C]과의 비, [Cr]/[C]가 4.5 미만이 되면, Cr과 C 각각의 상기 함유량이 범위 내이더라도, 매트릭스의 C 함유량이 많아지고, 또한 Cr 함유량이 지나치게 적어져, 담금질성이 나빠져, 펄라이트 또는 베이나이트가 생성하여 경도가 저하될 가능성이 크다. 한편, [Cr]/[C]이 6.5를 초과하면, Cr와 C 각각의 상기 함유량이 범위 내이더라도, 매트릭스 중의 C 함유량이 낮게 되어 경도가 저하되어, 필요한 내마모성이 얻어지지 않을 가능성이 크다.
Mo: 1.0 내지 3.0%.
Mo는, Cr과 마찬가지로, 내마모성이 높은 각종 탄화물을 형성함과 동시에, 기지 중에 고용하여, 오스테나이트가 낮은 경도의 펄라이트로 변태하는 것을 억제하는 효과를 갖고 있는 필수 원소이다. 따라서, 필요한 경도가 얻어지기에 충분한 탄화물량을 형성시킴과 동시에, 펄라이트 변태 방지에 유효한 양을 기지 중에 고용시킬 필요가 있다. Mo 함유량이 1.0% 미만인 경우는, 기지 중에 고용하는 Mo량이 부족하게 되기 때문에, 기지 중의 펄라이트 변태가 생겨 기지 경도가 저하할 뿐만 아니라, 정출 및 석출하는 탄화물도 적어져, 경도 부족을 초래하여 필요한 내마모성이 얻어지지 않는다.
한편, Mo 함유량이 3.0%를 초과하면, 기지 중에 고용하는 C량이 감소하여 기지 경도가 저하되어, 역시 경도 부족을 초래하여 필요한 내마모성을 얻을 수 없게 된다. 따라서, Mo량은 1.0 내지 3.0%의 범위, 바람직하게는 1.4 내지 2.3%의 범위로 한다.
[ Mn ]×[ Mo ]= 1.8 내지 2.5
Mn 함유량[Mn]과 Mo 함유량[Mo]의 곱, [Mn]×[Mo]이 2.5 이하이면, 필요한 담금질성은 확보된다. 이와 대조적으로, 각각의 상기 함유량이 범위 내이더라도, [Mn]×[Mo]가 2.5를 넘는 경우에는, 잔류 오스테나이트 과잉에 의한 경도의 저하를 초래한다. 한편, 이 [Mn]×[Mo]가 1.8 미만이면, 각각의 상기 함유량이 범위 내이더라도, 필요한 담금질성이 얻어지지 않는다.
N: 0.01 내지 0.15%
N은, 주철 중에 함유되어 질화물, 탄질화물을 형성하여 고경도화에 기여한다. 이 효과는 0.01% 이상의 함유로 발휘된다. 한편, N 함유량이 0.15%를 초과하면, 주철의 주조에 있어서, 응고시에 블로우홀(blow hole) 결함이 발생하여 버린다.
Ni: 1.0% 이하
Ni는, 필수적인 Mo의 일부 치환으로서, Mo와 병용하는 형태로 함유되더라도 좋다. Ni에는, Mo와 같이, 내마모성이 높은 각종 탄화물을 형성함과 동시에, 기지 중에 고용하여 오스테나이트가 낮은 경도의 펄라이트로 변태하는 것을 억제하는 효과를 갖는다. 단, Ni 함유량이 1.0%를 넘은 경우, 잔류 오스테나이트의 양이 지나치게 많게 되어, 경도가 저하되기 때문에, Mo와 병용하는 경우에도, 그 함유량의 상한을 1.0% 이하로 한다
Ti, V, Zr, Nb
Ti, V, Zr, Nb는, 주철의 응고시에, 구상의 주로 MC형 탄화물을 우선적으로 형성시켜, 상기 평판상 또는 필름상의 M7C3형 탄화물의 생성을 억제하면서, 탄화물의 구상화를 촉진시키는 효과가 있다. MC형 탄화물의 경도는, 다른 형의 탄화물보다도 경도가 높고, 경도, 내마모성을 향상시킨다. 또한, 이 탄화물의 구상화에 의하여, 경도 수준을 저하시키지 않고서, 인성을 향상시키는 효과도 있다.
이들의 효과를 발휘시키는 경우에는, 선택적으로, 이들 Ti, V, Zr, Nb 중에서 1종 또는 2종 이상을 합계로 1.0% 이상 함유시킨다. 이들의 합계 함유량이 1.0% 미만이면, 통상적 방법과 같이, 주철의 응고시에, 상기 평판상 또는 필름상의 M7C3형 탄화물이 우선적으로 생성할 가능성이 있다.
한편, Ti, V, Zr, Nb의 합계 함유량이 5.0%를 넘은 경우, 탄화물량은 증가하지만, 기지 중에 고용하는 C량이 감소하여, 경도가 낮은 베이나이트나 페라이트가 생성하여, 기지 경도가 저하되어, 경도 부족을 초래하여 필요한 내마모성이 얻어질 수 없게 된다. 따라서, 선택적으로 함유시키는 경우의, Ti, V, ZT, Nb의 합계 함유량은 1.0 내지 5.0%의 범위로 한다.
(주철 조직)
본 발명의 고 Cr 주철에 있어서, 800 Hv 이상의 고경도, 샤르피 충격치로 2 J/cm2 이상의 고인성, 우수한 내피로균열성을 얻기 위해서는, 상기한 고 Cr 주철의 화학 성분 조성과 함께, 고 Cr 주철의 조직도 중요하게 된다.
이것 때문에, 본 발명의 고 Cr 주철로서는, 조직을, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트, 탄화물로부터 구성시킴과 함께, 마르텐사이트의 크기 및 잔류 오스테 나이트의 평균 부피 분율을 규정한다.
(마르텐사이트의 크기)
도 1에, 본 발명의 고 Cr 주철(후술하는 실시예 표 1의 발명예 9)의 조직을, 배율 100배의 광학 현미경으로 관찰한 도면 대용 사진을 나타낸다. 이 도 1에 있어서, 검은 입자상 부분이 탄화물을 많이 포함하는 마르텐사이트, 검은 입자상 부분을 둘러싸는, 또는 인접하는 백색의 입자상 부분이 탄화물, 나머지의 회색의 부분이 탄화물이 적은 마르텐사이트이다. 한편, 잔류 오스테나이트는, 이 광학 현미경으로서는 관찰할 수 없다.
도 1에 있어서, 마르텐사이트 영역이란, 정확하게는, 탄화물을 많이 포함하는 검은 입자상 부분의 마르텐사이트, 탄화물이 적은 회색 부분의 마르텐사이트, 흰 탄화물, 및 잔류 오스테나이트(관찰은 할 수 없지만 존재는 하고 있다)가 혼재하고 있는 영역이 된다. 그러나, 본 발명에서는, 후술하는 내피로균열성 향상 기구와의 관계(이유)로 면적(크기)을 규정하는 마르텐사이트는, 상기 탄화물을 많이 포함하는 검은 입자상 부분의 마르텐사이트만으로 한다.
이들 각 상은, 광학 현미경에 의한 조직 관찰에 선행하여, 표면 에칭(조건은 후술)에 의해서, 명도의 차이가 생겨, 서로 식별가능해진다. 즉, 탄화물을 많이 포함하는 마르텐사이트는 에칭에 의해서 검게 된다. 또한, 탄화물이 적은 마르텐사이트는 에칭에 의해서 보다 엷은 회색이 된다.
이들 각 상은 사진 영상 조건에 의한 콘트라스트에 의해서도 명도의 차가 생긴다. 예로서, 도 2a 내지 도 2d에, 동일한 광학 현미경 사진에 있어서, 촬영 조 건에 따라 생기는 콘트라스트의 차이를 알 수 있는 도면 대용 사진을 도시한다. 이들 도에 의해, 콘트라스트에 의하여, 본 발명에서 규정하고 있는 탄화물을 많이 포함하는 검은 입자상 부분의 마르텐사이트의 보이는 방식이 다르다는 것을 알 수 있다. 도 2a는 회색 부분이 검은 입자상 부분과 명료하게 구별되지 않기 때문에 바람직하지 않은 콘트라스트의 예이고, 도 2d는 회색 부분이 흰 탄화물과 구별되지 않기 때문에 바람직하지 않는 콘트라스트의 예이고, 도 2b 및 2c가, 검은 입자상 부분의 마르텐사이트의 평균 면적을 측정하기 위해 적당한 콘트라스트의 예이다.
이상을 전제로, 본 발명에서는, 상기 탄화물로서의, 백색의 입자상 부분에 둘러싸인, 또는 인접된, 검은 입자상 부분의 마르텐사이트의 크기를 규정한다. 즉, 상기 100배의 광학 현미경에서의 주철 조직 관찰에 있어서의, 상기 탄화물(백색의 입자상 부분)에 둘러싸인 마르텐사이트(검은 입자상 부분) 1개당 평균 면적으로서, 6 OO0μm2 이하로 미세화시킨다.
상기한 바와 같이, 피로 균열은, 고 Cr 주철 조직에 있어서의, 탄화물(백색의 입자상 부분) 내, 또는 이 탄화물과 마르텐사이트(검은 입자상 부분)의 계면을 따라 진전한다.
이에 대하여, 마르텐사이트(검은 입자상 부분)를 미세화시키면, 탄화물(백색의 입자상 부분) 또는 이 탄화물과 마르텐사이트(검은 입자상 부분)의 계면의 평균 길이가 짧게 된다. 이것 때문에, 상기 1회의 응력 진폭당의 균열 진전 길이가 작게 되어, 균열 진전 속도를 느리게 하여, 내피로균열성을 향상시킬 수 있다. 즉, 마르텐사이트의 미세화는, 균열 진전 속도를 느리게 하여, 내피로균열성을 향상시키는 효과가 크다.
한편, 상기 탄화물이 적은 회색 부분의 마르텐사이트는, 이 내피로균열성 향상의 기구에 기여하지 않는다. 따라서, 본 발명에서는, 상기 탄화물이 적은 회색 부분의 마르텐사이트는, 마르텐사이트의 크기 규정에는 포함시키지 않는다.
상기 마르텐사이트(검은 입자상 부분)의 1개당 평균면적이 60O0μm2를 초과하는 경우, 탄화물(백색의 입자상 부분), 또는 이 탄화물과 마르텐사이트(검은 입자상 부분) 계면의 평균 길이가 길게 된다. 이것 때문에, 탄화물내, 또는 탄화물과 마르텐사이트의 계면에 따라 진전하는 균열의 길이를 작게 할 수 없다. 따라서, 800 Hv 이상의 고경도인 고 Cr 주철에서는 내피로균열성이 저하되게 된다.
본 발명에서는, 800 Hv 이상의 고경도나 인성을 저해하지 않는 범위로, 마르텐사이트 중에 경도가 낮은 다른 펄라이트, 페라이트, 베이나이트 등을 포함하는 것을 허용한다. 마르텐사이트 조직을 얻고자 하는 경우, 주철의 담금질 처리 조건에 따라서는, 펄라이트, 페라이트, 베이나이트 등이 필연적으로 포함된다. 단, 이들의 상은, 인성은 높지만, 경도가 너무 낮아, 극력 적게 한다.
(마르텐사이트 크기의 측정 방법)
상기 마르텐사이트(검은 입자상 부분)의 1개당 평균 면적의 측정은, 우선, 주철의 임의의 측정 부위로부터 채취한 시료를 연마(기계 연마 또는 전해 연마도 가능) 후, 하기 상온의 혼합액에 20 내지 60초 침지하여 표면을 에칭하고, 수세, 건조한다. 그 후, 이 시료에 대하여, 상기 배율 100배의 광학 현미경 사진을 10시야 촬영하여, 각 시야에서 20개씩 상기 탄화물(백색의 입자상 부분)에 둘러싸인 마르텐사이트(검은 입자상 부분)를 무작위로 선택한다. 이 선택된 마르텐사이트의 면적을 화상 해석에 의해서 구하여, 합계 200개의 마르텐사이트의 면적의 평균치(1개당 평균 면적)를 마르텐사이트의 크기로서 구한다.
상기 혼합액 조성= 염산(HCl) 35 내지 37% 수용액: 3중량% + 피크르산(2,4,6-트라이나이트로페놀): 3중량% + 에탄올: 잔부(94중량%)
(잔류 오스테나이트)
본 발명에서는, 상기 마르텐사이트의 크기 규정과 동시에, 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율을 5 내지 40%, 바람직하게는 10 내지 35%로 규정한다. 보다 구체적으로는, 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트 및 탄화물과의 합계 X선 회절 피크 강도에 대한 잔류 오스테나이트의 X선 회절 피크 강도로부터 잔류 오스테나이트의 X선 회절 피크 강도비를 구하여, 이것을 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율로 한다.
잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율이 높을 수록, 고 Cr 주철 조직 내의 잔류 오스테나이트 존재에 의해 균열 진전을 억제할 수 있다. 상기한 바와 같이, 잔류 오스테나이트는 경도가 너무 낮아 변형하기 쉽다. 이것 때문에, 균열 선단에서 잔류 오스테나이트가 변형하여, 균열 선단의 곡율 반경을 크게 함으로써 균열 선단의 응력 집중을 완화하여, 균열 진전을 억제한다. 다음에, 잔류 오스테나이트는, 응력 유기 변태를 일으켜 마르텐사이트로 변태한다. 이것 때문에, 균열 부근의 잔 류 오스테나이트가, 응력에 의해서 마르텐사이트로 변태한 경우, 부피 팽창이 일어나, 균열 선단을 폐구하여 균열의 진전을 억제하는 효과가 있다. 이것 때문에, 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율의 하한은 5% 이상, 바람직하게는 10% 이상으로 한다.
잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율이 이들 하한량보다도 작은 경우, 균열진전을 억제하는 효과가 부족하게 되어, 상기 마르텐사이트의 크기 규정 등의 다른 요건을 만족하더라도, 800 Hv 이상의 고경도 고 Cr 주철의 내피로균열성이 뒤떨어지게 된다.
한편, 잔류 오스테나이트는 그 자체의 경도는 낮다. 이것 때문에, 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율이 지나치게 크면, 경도가 저하된다. 즉, 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율의 상한은 40% 이하, 바람직하게는 35% 이하로 한다.
(잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율의 측정 방법)
X선 해석에 의한 공지된 리트펠트(Rietvelt)법에 의해, 고 Cr 주철 조직의 잔류 오스테나이트, 마르텐사이트, 탄화물의 각 X선 회절 피크의 강도를 측정한다. 그리고, 이들의 X선 회절 피크 강도의 합계에 대한 잔류 오스테나이트의 X선 회절 피크 강도의 구성비를 산출하여, 잔류 오스테나이트의 부피 분율로 한다. 측정 시료는, 주철의 임의의 부위로부터 10개 정도 채취하여, 각각의 잔류 오스테나이트의 부피 분율을 구하여 평균화한다.
(제조 방법)
본 발명의 고 Cr 주철 자체는, 통상적 방법을 크게 변경하지 않고서 제조 가 능하다. 즉, 상기 조성의 주철을 용해, 주조한 후, 담금질 처리하여, 마르텐사이트를 주체로 하는 조직으로 한다.
단, 본 발명의 고 Cr 주철 조직을, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트, 탄화물로부터 구성시킴과 함께, 상기 마르텐사이트의 평균 크기와, 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율로 하기 위해서는, 이하와 같은 바람직한 제조 조건을 드는 것이 바람직하다.
(용해 온도)
용해 온도는, 주형 형상이나 주형 재질 등과 조합하여, 주조 냉각 속도를 결정하기 위해서 중요하다. 단지, 용해 온도가 지나치게 높으면, 응고 냉각 속도가 늦어져, 마르텐사이트의 미세화가 어렵게 된다. 한편, 용해 온도가 너무 낮으면, 응고 냉각 속도는 빠르게 되어, 수지상 결함이 발생하기 쉽게 된다. 이것 때문에, 용해(주입) 온도는 1450 내지 1600℃의 범위로부터 선택하는 것이 바람직하다.
(주조 냉각 속도)
주조시의 냉각 속도는, 5℃/s 이상의 빠른 냉각 속도로 한다. 마르텐사이트의 미세화는, 주조시의 응고 냉각 속도의 제어에 의해 달성된다. 마르텐사이트 영역은, 응고시의 초정(初晶) 오스테나이트 영역이기 때문에, 응고 냉각 속도를 빠르게 하는 것에 의해 미세화할 수 있다. 보다 구체적으로는, 1400 내지 1200℃의 온도 영역에서, 5℃/s 이상의 빠른 냉각 속도이면 좋다.
(담금질 처리)
상기 잔류 오스테나이트의 부피 분율은, 담금질 처리의 담금질 온도와, 유지 시간, 냉각 속도로 제어한다. 담금질 시에는, 응고시에 탄화물로서 석출되었던 C 및 합금 원소가 재고용하여, 담금질성을 확보함과 동시에 오스테나이트를 안정화한다. 담금질 온도와 유지 시간은, 합금 원소의 재고용량을 적절하게 하는 조건으로 정한다. 담금질 온도가 낮거나 또는 유지 시간이 짧으면, 합금 원소의 재고용량이 적어지기 때문에 담금질성이 저하되어, 필요한 경도가 얻어지지 않는다. 또한, 잔류 오스테나이트량도 적어진다. 한편, 담금질 온도가 지나치게 높으면, 재고용량이 지나치게 많아지기 때문에, 잔류 오스테나이트가 많아져, 필요한 경도가 얻어지지 않는다.
그래서, 담금질에서의 가열 유지는, 900 내지 1050℃의 온도 범위에서 3시간 이상으로 한다.
또한, 담금질의 냉각 속도는, 너무 빠르거나(5℃/s를 넘음), 잔류 오스테나이트가 너무 많으면, 필요한 경도가 얻어지지 않는다. 한편, 너무 늦으면(0.05℃ /s 미만), 펄라이트나 베이나이트 생성에 의해, 역시 필요 경도가 얻어지지 않는다. 또한, 잔류 오스테나이트도 적어진다. 이것 때문에, 상기 가열 유지 후에, 냉각 속도가 0.05 내지 5℃/s인 범위에서 담금질 처리를 실시한다.
이 담금질 처리는, 통상적 방법에 의한 냉각이 적절히 선택되지만, 이 냉각에 있어서, 공냉 또는 강제 냉각, 경우에 따라서는 노냉(爐冷)으로 대표되는, 수냉과 비교하여 속도가 느린 냉각 방법을 채용했다고 해도, 본 발명에서는 충분히 높은 경도를 얻을 수 있어, 종래재의 급냉 처리에 따르는 균열이나 변형의 발생을 방지할 수 있는 이점이 있다.
담금질 처리 후의 주철은, 필요에 의해, 벼림 처리나 시효경화처리 등의 열처리를 추가로 실시한 후에, 적당한 기계가공을 실시하여, 내마모부재로 된다. 이 때의 기계가공이란, 자유 단조, 형(型) 단조 등의 통상적 방법에 의해 소성 변형을 수반한 가공이나 절삭 등의 가공이다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한되는 것이 아니라, 전·후기의 취지에 적합할 수 있는 범위로 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그들은 어느 것이나 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
[ 실시예 ]
이하에 본 발명의 실시예를 설명한다.
(실시예 1)
제조 조건을 같게 하고, 성분 조성, 조직을 여러 가지로 변화시킨 고 Cr 주철을 얻어, 그 경도, 인성, 내피로균열성 등을 각각 평가했다.
즉, 하기 표 1에 나타내는 1 내지 22의 각 성분 조성의 고 Cr 주철을, 고주파 유도 용해로로 15O0℃로 용해한 후, 사형(砂型)에 주입하여(폭 50 mm×길이 300 m× 두께 150 mm), 20 kg의 직사각형 잉곳(ingot)을 각각 용제했다. 이 때, 응고 냉각 속도는 23℃/s로 일정하게 했다.
상기 각 잉곳을 955℃의 담금질 온도에서 6시간 재가열, 유지를 실시한 후에, 담금질 냉각 속도를 2.4℃/ 로 일정하게 하여, 150 내지 250℃의 온도 범위까 지 충풍 냉각했다. 그리고, 이 150 내지 250℃의 온도 범위에서 2시간 유지한 후에 방냉하여, 200℃× 5시간의 벼림 처리를 실시했다.
이 열처리후의 잉곳으로부터 시험편을 채취하고, 시험편의 조직을 조사하여, 마르텐사이트의 크기(탄화물에 둘러싸인 마르텐사이트의 1개당 평균 면적: μm2), 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트 및 탄화물에 있어서의, X선 회절 피크 강도비에 의한, 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율(%)을 측정했다. 이들의 결과도 표 1에 나타낸다.
(마르텐사이트의 크기)
시험편을 전해 연마후에, 하기 상온의 혼합액에 40초 침지하여, 표면을 에칭하고, 수세, 건조했다. 그 후, 이 시험편에 대하여, 배율 100배의 광학 현미경 사진을 10시야 촬영하여, 각 시야에서 20개씩, 상기 도 1에 나타낸 탄화물(백색의 입자상 부분)에 둘러싸인 마르텐사이트(검은 입자상 부분)를 무작위로 선택했다. 이 선택된 마르텐사이트의 면적을 화상 해석에 의해서 구하여, 합계 200개의 마르텐사이트의 면적의 평균치(1개당 평균 면적)를 마르텐사이트의 크기로서 구했다.
상기 혼합액 조성= 염산(HCl) 35% 수용액: 3중량% + 피크르산(2,4,6-트라이나이트로페놀): 3중량% + 에탄올: 잔부(94중량%)
(잔류 오스테나이트량)
마찬가지로 연마한 시험편을 X선 회절 해석에 부치고, 상기한 리트펠트법에 의해 잔류 오스테나이트량을 측정했다. 즉, 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트 및 탄화물과의 합계 X선 회절 피크 강도에 대한 잔류 오스테나이트의 X선 회절 피크 강도로부터 잔류 오스테나이트의 X선 회절 피크 강도비를 구하여, 이것을 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율로 했다.
상기 채취 시험편의 경도와 인성, 내피로균열성을 측정했다. 이들의 결과도 표 1에 나타낸다.
(경도)
경도는, JIS Z2244에 준하여, 비커스 경도계를 이용하여 프레스 하중(시험력) 30 kg(294.2 N)에서 각 시험편의 표면 경도(Hv)를 5점 측정하여 평균화한 것을 주철의 경도로 했다. 그리고, 내마모성은, 이 경도가 800 Hv 이상을, 실제로의 내마모성부재로서의 내마모성이 양호로 하여 Ｏ라고 평가했다.
(인성)
인성은, 샤르피 충격 시험에 의해, 2 mm의 U 노치의 JIS 3호 시험편을 이용하고, 해머 하중: 294.2 N(30 kgf), 시험 온도: 실온으로 행했다. 한편, 샤르피 충격치(J)는 흡수 에너지를 시험편 단면적으로 나누어 구했다. 그리고, 인성은, 샤르피 충격치가 2.0 J/cm2 이상을, 실제로의 내마모성 부재로서의 인성이 양호로 하여, Ｏ라고 평가했다.
(내피로균열성)
인성을 평가하는 샤르피 충격 시험에서는, 피로 균열(깨어짐, 크랙)이 단숨에 진행한다. 이와는 대조적으로, 피로 균열은, 1회의 응력 진폭당의 균열 진전 길이(균열 진전 속도)의 대소이며, 서서히 피로 균열이 진행하는 특징을 가진다. 이것 때문에, 인성 평가만으로서는, 본 발명이 과제로 하는 내피로균열성을 평가할 수 없다.
따라서, 본 발명에서는, 내피로균열성의 평가로서, 피로 균열 진전 특성, 즉, 피로 균열 진전이 일어나지 않는 하한계 응력 확대 계수 범위 ΔKth를 구하여 평가했다. 이 ΔKth가 큰 쪽이 저항이 높고, 1회의 응력 진폭당의 균열 진전 길이(균열 진전 속도)가 작게 되어, 내피로균열성이 우수하다. 본 발명에서는, ΔKth가 1O 이상에서 내피로균열성이 우수하다고 하여, Ｏ라고 평가했다.
상기 ΔKth는, 12.5 mm의 1CT 시험편으로, ASTME-647에 준거하여, 전기 유압 서보(serbo)식±100 kN 피로시험기를 이용하여, 다음 조건으로 측정했다.
시험 환경: 실온·대기중, 제어 방법: 하중 제어, 제어파형: 정현파, 응력비: R= 0.1, 시험 주파수: 10 내지 20 Hz
(내마모재 평가)
발명예, 비교예로부터 선택한 것을 실제의 내마모재로서 사용하여, 내마모성, 내피로균열성을 평가했다. 상기 고 Cr 주철(폭 50 mm × 길이 300 m × 두께 150 mm)의 판을, 제철 원료를 반송하는 제철소의 벨트 컨베이어로, 1.5 m의 높이로부터 낙하하는 원료가 충돌하는 부분의 라이너로서 설치하여, 6개월에서의 중량 감소량으로 내마모성을, 균열 발생의 유무로 내피로균열성의 양부를 판정했다. 판정 기준은, 중량 감소 1 kg 미만, 균열 없음으로 Ｏ라고 평가했다.
표 1로부터 분명하듯이, 발명예 1 내지 11의 주철은, 본 발명의 화학 성분 조성 범위 내로 이루어진다. 그리고 상기한 바람직한 제조 조건 범위 내에서 제조되어 있다. 이것 때문에, 마르텐사이트의 크기가, 탄화물에 둘러싸인 마르텐사이트의 1개당 평균 면적으로서 6000μm2 이하이며, 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율이 5 내지 40% 인 본 발명 범위 내의 조직을 갖는다.
이 결과, 경도가 800 Hv 이상으로 높고, 인성도 샤르피 충격치로 2.0 J/cm2 이상으로 높고, ΔKth가 1O 이상으로 내피로균열성이 우수하다. 또한, 이들의 결과는, 실제로의 내마모재 평가에 있어서의, 내마모성(중량 감소량이 적음)이나 내피로균열성(균열 발생무)으로부터 뒷받침된다.
이와는 대조적으로, 본 발명의 화학 성분 조성 범위로부터 벗어나는 각 비교예 12 내지 22는, 상기한 바람직한 제조 조건 범위 내에서 제조되었음에도 불구하고, 마르텐사이트의 크기나 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율 등의 조직이 본 발명 범위로부터 벗어난다.
이 결과, 경도가 800 Hv 미만이거나, 인성이 샤르피 충격치로 2.0 J/cm2 미만이거나, ΔKth가 1O 미만이 되어, 실제로의 내마모재 평가와 동시에, 내마모재 특성의 어느 것인가가 발명예에 비하여 뒤떨어진다.
비교예 12는 C량이 하한을 하회하고, [Cr]/[C]가 상한을 상회한다. 이 결과, 잔류 γ량이 하한 미만이 되어, 경도, 내피로균열성이 뒤떨어진다.
비교예 13은 Mn량, [Mn]×[Mo]이 하한 미만이다. 이 결과, 마르텐사이트의 크기도 비교적 커져, 경도, 내피로균열성이 뒤떨어진다.
비교예 14는 Cr량이 하한을 하회한다. 이 결과, 경도, 내피로균열성이 뒤떨어진다.
비교예 15는 Mo, [Mn]×[Mo]가 하한 미만이다. 이 결과, 고경도이더라도, 인성, 내피로균열성이 뒤떨어진다.
비교예 16은 C량이 상한을 넘는다. 이 결과, 잔류 γ량이 상한을 넘어, 경도, 인성이 뒤떨어진다.
비교예 17은 Mn량이 상한을 넘는다. 이 결과, 잔류 γ량이 상한을 넘어, 경도, 인성이 뒤떨어진다.
비교예 18은 Cr량, [Cr]/[C]이 상한을 넘는다. 이 결과, 잔류 γ량이 상한을 넘어, 경도가 뒤떨어진다.
비교예 19는 Mo량이 상한을 넘는다. 이 결과, 잔류 γ량이 상한을 넘어, 경도가 뒤떨어진다.
비교예 20은 N량이 상한을 넘는다. 이 결과, 블로우홀이 발생했다.
비교예 21은 [Cr]/[C]가 하한 미만이다. 이 결과, 잔류 γ량이 상한을 넘어, 경도가 뒤떨어진다.
비교예 22은 [Mn]×[Mo]가 상한을 넘는다. 이 결과, 잔류 γ량이 상한을 넘어, 경도가 뒤떨어진다.
이상의 결과로부터, 본 발명의 조성과 조직 요건의 임계적인 의의를 알 수 있다.
Figure 112006038543676-PAT00001
Figure 112006038543676-PAT00002
(실시예 2)
성분 조성은, 실시예 1의 표 1에서의 발명예 9의 성분 조성으로 같게 하고, 제조 조건 쪽을 여러 가지로 변화시킨 고 Cr 주철을 얻어, 그 조직, 경도, 인성, 내피로균열성 등을 각각 평가했다.
즉, 실시예 1의 제조 조건에 있어서, 응고 냉각 속도, 담금질 유지 온도, 담금질 유지 시간, 담금질 냉각 속도를 표 3에 나타내는 바와 같이 여러 가지로 변화시켰다. 이 밖의 제조 조건은 실시예 1과 같게 했다.
이 열처리 후의 잉곳으로부터 시험편을 채취하여, 실시예 1과 같이, 시험편의 조직을 조사하여, 마르텐사이트의 크기, 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율을 측정했다. 이들의 결과도 표 3에 나타낸다.
또한, 실시예 1과 같이, 상기 채취 시험편의 경도와 인성, 내피로균열성을 측정했다. 이들의 결과도 표 3에 나타낸다.
표 3으로부터 분명하듯이, 발명예 23 내지 31의 고 Cr 주철은, 상기한 바람직한 제조 조건 범위 내에서 제조된다. 이것 때문에, 마르텐사이트의 크기가, 탄화물에 둘러싸인 마르텐사이트의 1개당 평균 면적으로서 6O0O μm2 이하이며, 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율이 5 내지 40%인 본 발명 범위 내의 조직을 갖는다.
이 결과, 경도가 800 Hv 이상으로 높고, 인성도 샤르피 충격치로 2.0 J/cm2 이상으로 높고, ΔKth가 1O 이상으로 내피로균열성이 우수하다. 또한, 이들의 결과는, 실제로의 내마모재 평가에 있어서의, 내마모성(중량 감소량이 적음)이나 내피로균열성(균열 발생무)으로부터 뒷받침된다.
이와는 대조적으로, 본 발명의 화학 성분 조성 범위 내이지만, 상기한 바람직한 제조 조건 범위로부터 벗어나 제조되는 각 비교예 32 내지 37은, 마르텐사이트의 크기나, 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율 등의 조직이, 본 발명 범위로부터 벗어난다.
이 결과, 경도가 800 Hv 미만이거나, 인성이 샤르피 충격치로 2.0 J/cm2 미만이거나, ΔKth가 1O 미만이 되어, 실제로의 내마모재 평가와 함께, 내마모재 특성의 어느 것인가가, 발명예에 비하여 뒤떨어진다.
비교예 32는 응고 냉각 속도가 바람직한 하한치 5℃/s를 하회하고 있어, 너무 느리다. 이 결과, 마르텐사이트의 크기도 지나치게 커져, 인성, 내피로균열성이 뒤떨어진다. 응고 냉각 속도가 비교적 낮은(하한치에 가까움) 발명예 23의 결과와 함께, 응고 냉각 속도의 바람직한 하한치의 의의가 뒷받침된다.
비교예 33은, 담금질 유지 온도가, 바람직한 하한치 900℃를 하회하고 있어, 너무 낮다. 이 결과, 잔류 γ량이 지나치게 적어, 경도가 낮다. 담금질 유지 온도가 비교적 낮은(하한치에 가까운) 발명예 27의 결과와 함께, 담금질 유지 온도의 바람직한 하한치의 의의가 뒷받침된다.
비교예 34는, 담금질 유지 온도가, 바람직한 상한치 1050℃를 상회하고 있어, 지나치게 높다. 이 결과, 잔류 γ량이 지나치게 많아, 경도가 낮다. 담금질 유지 온도가 비교적 높은(상한치에 가까운) 발명예 28의 결과와 함께, 담금질 유지 온도의 바람직한 상한치의 의의가 뒷받침된다.
비교예 35는, 담금질 유지 시간이, 바람직한 하한치 3시간을 하회하고 있어, 지나치게 짧다. 이 결과, 잔류 γ량이 지나치게 적어, 경도가 낮고, 내피로균열성이 뒤떨어진다. 담금질 유지 시간이 비교적 짧은(하한치에 가까운) 발명예 29의 결과와 함께, 담금질 유지 시간의 바람직한 상한치의 의의가 뒷받침된다.
비교예 36은, 담금질 냉각 속도가, 바람직한 하한치 0.05℃/s를 하회하고 있어, 지나치게 느리다. 이 결과, 잔류 γ량이 지나치게 적어, 경도가 낮다. 담금질 냉각 속도가 비교적 느린(하한치에 가까운) 발명예 30의 결과와 함께, 담금질 냉각 속도의 바람직한 하한치의 의의가 뒷받침된다.
비교예 37은, 담금질 냉각 속도가, 바람직한 상한치 5℃/s를 상회하여, 지나치게 빠르다. 이 결과, 잔류 γ량이 지나치게 많아, 경도가 낮다. 담금질 냉각 속도가 비교적 빠른(상한치에 가까운) 발명예 31의 결과와 함께, 담금질 냉각 속도의 바람직한 상한치의 의의가 뒷받침된다
이상의 결과로부터, 본 발명의 조직으로 하기 위한 바람직한 제조 조건의 의의를 알 수 있다.
Figure 112006038543676-PAT00003
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고경도에서도, 반복 인장 응력이 발생할 수 있는 사용 환경 하에서도, 피로 균열 진전에 의한 취성 파괴를 방지할 수 있는, 내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철이 제공된다. 이 때문에, 본 발명의 고 Cr 주철은, 내마모 라이너, 콘 크래셔, 조 크래셔 등의 암석 분쇄기, 또는 강재의 반송 롤러 등의 내마모 부재에 이용하기 적합하다.

Claims (8)

  1. 질량%로 C: 2.5 내지 3.5%, Si: 0.2 내지 1.0%, Mn: 0.6 내지 2.0%, Cr: 13 내지 22%, Mo: 1.0 내지 3.0%, N: 0.01 내지 0.15%를 함유하고, 또한,
    이들의 함유량이, [Cr]/[C]= 4.5 내지 6.5, [Mn]×[Mo]= 1.8 내지 2.5의 관계를 각각 만족시키며,
    잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고,
    100배의 광학 현미경에서의 주철 조직 관찰에 있어서의 마르텐사이트의 크기가, 탄화물에 둘러싸인 마르텐사이트의 1개당 평균 면적으로서 6000μm2 이하이며,
    마르텐사이트와 잔류 오스테나이트 및 탄화물에 있어서의, X선 회절 피크 강도비에 의한 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율이 5 내지 40%인 조직을 갖는 것을 특징으로 하는,
    내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고 Cr 주철이 추가로 Ni 1.0질량% 이하를 포함하는 내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고 Cr 주철이 추가로 Ti, V, Zr, Nb 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 합계로 1.0 내지 5.0질량% 함유하는 내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고 Cr 주철의 경도가 800 Hv 이상이고, 인성이 샤르피 충격치로 2.0 J/cm2 이상인 내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철.
  5. 질량%로 C: 2.5 내지 3.5%, Si: 0.2 내지 1.0%, Mn: 0.6 내지 2.0%, Cr: 13 내지 22%, Mo: 1.0 내지 3.0%, N:0.01 내지 0.15%를 함유하고, 또한,
    이들의 함유량이, [Cr]/[C]= 4.5 내지 6.5, [Mn]×[Mo]= 1.8 내지 2.5의 관계를 각각 만족시키며,
    잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 주철을, 냉각 속도가 5℃/s 이상에서 주조하고, 이어서,
    900 내지 1050℃의 범위에서 3시간 이상 유지하는 가열 유지 후에,
    냉각 속도 0.05 내지 5℃/s의 범위에서 담금질 처리하여,
    100배의 광학 현미경에서의 주철 조직 관찰에 있어서의 마르텐사이트의 크기가, 탄화물에 둘러싸인 마르텐사이트의 1개당 평균 면적으로서 6000μm2 이하이며,
    마르텐사이트와 잔류 오스테나이트 및 탄화물에 있어서의, X선 회절 피크 강도비에 의한 잔류 오스테나이트의 평균 부피 분율이 5 내지 40%인 조직을 얻는 것을 특징 으로 하는,
    내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 고 Cr 주철이 추가로 Ni 1.0질량% 이하를 포함하는 내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철의 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 고 Cr 주철이 추가로 Ti, V, Zr, Nb 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 합계로 1.0 내지 5.0질량% 함유하는 내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철의 제조 방법.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고 Cr 주철의 경도가 800 Hv 이상이고, 인성이 샤르피 충격치로 2.0 J/cm2 이상인 내피로균열성이 우수한 고 Cr 주철의 제조 방법.
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