KR20080029910A - 냉간 가공 공구강 제품 - Google Patents

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Abstract

열간 정수압 압축(hot isostatic compacted)되고, 질소 분무화(nitrogen atomized)되는, 합금 분말(prealloyed powder)의 분말 야금 냉간 가공 공구강 제품(powder metallurgy cold-work tool steel article)이다. 상기 조성의 상기 합금은 가스 분무의 사용과 결합되고, 미세한 카바이드 크기 분포를 야기하는, 니오븀의 첨가물을 포함한다. 이것은 차례로 굽힘 깨짐 강도(bend fracture strength)와 충격 인성(impact toughness)이 향상되도록 한다. 더불어, 합금 분말의 분무화된 질소 가스의 정수압 압축의 결과로서, 카바이드의 미세한 분포는 인성과 내마모성의 향상을 이루는 미세 구조를 얻도록 이끈다.
냉간 가공, 공구강

Description

냉간 가공 공구강 제품{Cold-work tool steel article}
본 발명은, 충격 인성(impact touthness)이 향상된, 분무화된 질소(nitrogen atomized), 합금 분말(prealloyed powder)의 열간 정수압 압축(hot isostatic compaction)에 의해 제조되는 분말 야금(powder metallurgy)에 관한 것이다. 상기 새로운 합금은, MC 1차 카바이드(primary carbide)의 침전(precipitation)을 위한 더 큰 구동력을 야기하는 니오븀(niobium)을 공구강(tool steel)에 추가하는 것을 발견한 이후에 발전되었다. 이것은 미세한 카바이드 크기 분포를 야기하는, 상기 액체 합금의 상기 가스 분무와 결합되어 있다. 이 미세한 카바이드는, 차례로 굽힘 깨짐 강도(bend fracture strength)와, 상기 새로운 공구강의 충격 내구성의 향상을 야기한다. 분무화된 질소 가스 합금 분말의 열간 정수압 압축(hot isostatic compaction)은, 상기 카바이드의 미세한 분포를 유지하고, 필요로 하는 인성(toughness)과, 냉간 가공 적용에 필요한 내마모성(wear resistance) 특성을 이루는데 필요한 미세 구조(microstructure)를 얻을 수 있도록 한다.
만족할만한 결과를 제공하기 위하여, 냉간 가공 공구강(cold-work tool steel)은 필요로 하는 경도(hardness)에 이르러야 하고, 충분한 인성(toughness)을 가져야 하고, 내마모성(resistant to wear)이어야 한다.
상기 공구강의 내마모성은, 전체적인 경도만큼이나, 1차 카바이드의 상기 양과, 상기 형태와, 상기 크기 분포에 의존한다. 1차 합금 카바이드는, 자신의 매우 높은 경도 때문에, 내마모성의 가장 주요한 기여자이다. 공구강에서 일반적으로 발견되는 모든 타입의 1차 카바이드 중에서, 상기 바나듐이 풍부(vanadium-rich)한 MC 1차 카바이드는 가장 높은 경도를 갖는다. 니오븀(niobium) 또한 매우 단단한 니오븀이 풍부한(Nb-rich) MC 카바이드를 형성하지만, 잉곳(ingot) 야금에 의해 제조되는 공구강 내에서의 그것의 사용은, 니오븀을 함유(Nb-containing)하는 공구강의 인성에 손해를 미치는, 큰(large) MC 카바이드를 형성하려는 경향 때문에 제한된다.
본 발명의 상기 냉간 가공 공구강에서 인성과 내마모성의 원하는 조합을 얻기 위해서, 담금질한(tempered) 마르텐자이트(martensite) 조직(matrix) 내에 균일하게 분포되어 있는 매우 작은 MC 1차 카바이드의 분산을 얻는 것이 필요하다.
열역학적 계산(열역학 데이터베이스 TCFE3와 결합된 열역학 계산 소프트웨어로 수행되는)에 기초하여, (분말 야금 공정에 의하여 생산되는) 냉간 가공 공구강 제품물에 니오븀을 첨가하는 것은, 차례로 1차 카바이드의 미세한 분포를 이끄는, MC 타입의 니오븀이 풍부한(Nb-rich) 1차 카바이드의 침전(precipitation)을 위한 더 큰 구동력(driving force)을 야기한다는 것이 밝혀졌다. 하기하는 새로운 고인성 냉간 가공 공구강 단계의 소량의(nominal) 화학 조성이 (중량 퍼센트로) 계산되었다: Fe-0.8C-7.5Cr-0.75V-2.5Nb-1.3Mo-1.5W-0.1N. 본 발명의 상기 합금의 상기 조직(matrix)의 상기 화학 조성과, 본 발명의 상기 합금 내의 MC 1차 카바이드의 상기 부피 분율(fraction)은, 필요로 하는 경도와 내마모성 특성을 구비하는 몇몇 다른 선택된 시판용의 냉간 가공 공구강의 특성과 유사하다.
PM 야금 강(steel) 등급(grade)(합금 A라 함)와, 전통적인 야금 공구강 등급(grade)(합금 B라 함)은, 표 1에 조성이 나타나 있다. 양쪽 강(鋼)(합금 A와 합금 B)은, 미세 구조(microstructure) 특성만큼이나, 인성(toughness)과 강도(strength) 특성의 비교를 위한 냉간 가공 공구강의 벤치마크로서 사용된다.
본 발명은 필요로 하는 경도(hardness)에 이르고, 충분한 인성(toughness)을 가지고, 내마모성(resistant to wear)을 가지는 냉간 가공 공구강(cold-work tool steel)을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따라, 열간 정수압 압축(hot isostatic compacted)되고, 질소 분무화(nitrogen atomized)되는, 향상된 충격 인성(impact touthness)을 가지는 합금 분말(prealloyed powder)의 분말 야금 냉간 가공 공구강 제품(powder metallurgy cold-work tool steel article)이고, 상기 합금 분말(prealloyed powder)은 필수적으로, 중량 퍼센트로, 탄소(carbon) 0.5 내지 1.2, 질소(nitrogen) 0.02 내지 0.20, 규소(silicon) 0.3 내지 1.3, 망간(Manganese) 1까지, 크롬(chromium) 6 내지 9, 몰리브덴(molybdenum) 0.6 내지 2, 텅스텐(tungsten) 0.5 내지 3.0, 바나듐(vanadium) 0.2 내지 2.0, 니오븀(niobium) 1.0 내지 4.0 및 평형 철(balance iron)과 부차적인 요소 및 불순물을 포함하는, 분말 야금 냉간 가공 공구강 제품(powder metallurgy cold-work tool steel article)이 제공된다.
바람직하게, 탄소(carbon)는 0.75 내지 0.85이고, 질소(nitrogen)는 0.08 내지 0.14이고, 규소(silicon)는 0.5 내지 1.1이고, 망간(Manganese)은 0.5까지이고, 크롬(chromium)은 7 내지 8이고, 몰리브덴(molybdenum)은 1.0 내지 1.5이고, 텅스텐(tungsten)은 1.3 내지 1.8이고, 바나듐(vanadium)은 0.5 내지 1이고, 니오 븀(niobium)은 2.25 내지 2.75인 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 담금질 된 마르텐자이트(martensite)의 조직(matrix) 내에 균일하게 분포되어 있는 구형의(spherical) 니오븀-바나듐이 풍부한(niobium-vanadium-rich) MC 1차 카바이드를 2.5% 내지 6.0% 부피 퍼센트(volume percent)로 포함한다.
본 발명은, 구형의(spherical) 니오븀-바나듐이 풍부한(niobium-vanadium-rich) 1차 카바이드를 포함하고, 금속 현미경 단면상에서 측정하였을 때, 그 중 95%가 직경이 1.25㎛ 보다 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 구형의(spherical) 니오븀-바나듐이 풍부한(niobium-vanadium-rich) 1차 카바이드를 포함하고, 금속 현미경 단면상에서 측정하였을 때, 그 중 98%가 직경이 1.5㎛ 보다 작은 것을 특징으로 한다.
위에서 말한 일반적인 기술과, 뒤에서 말한 상세한 기술 양쪽 다 단지 전형적이고 해석적이며, 청구된 본 발명의 제한이 되지 아니한다.
상세한 설명의 일부에 포함되고 이를 구성하는, 첨부되는 도면은, 본 발명의 두 개의 실시예를 나타내고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는데 제공된다.
이와 같은 본 발명에 의해서 냉간 가공 공구강(cold-work tool steel)이 필요로 하는 경도(hardness)에 이르고, 충분한 인성(toughness)을 가지고, 내마모성(resistant to wear)을 가지는 효과를 얻을 수 있다.
화학 조성 테스트( Chemical Compositions Tested )
표 1은 실험적으로 검사되고, 인성과 내마모성의 향상된 조합을 이루는 본 발명의 상기 합금을 이끌어 내는 상기 화학 조성을 나타낸다. 합금 A와 합금 B의 상기 화학 조성은 비교 목적을 포함한다.
합금 B를 제외한, 상기 보고된 화학 조성의 합금 냉간 가공 공구강은, 질소 대기 내에서 용해되고, 질소 가스에 의해 분무되고, 열간 정수압 소결(hot-isostatically-pressed: HIP)된다.
본 발명의 합금은 대략 동등한 조직 화학 조성(matrix chemical composition)과, 합금 A와 같은 MC 1차 카바이드의 상기 부피 분율(fracture)을 갖도록 설계된다. 인성 특성에 관하여 합금 A 이상의 가장 중요한 개선 사항은, 본 발명의 상기 합금 내의 상기 니오븀이 풍부한(Nb-rich) MC 1차 카바이드의 상기 크기 분포가, 합금 A 내에서 상기 바나듐이 풍부한(V-rich) MC 1차 카바이드의 상기 크기 분포와 비교하여, 더 작은(smaller) 1차 카바이드 쪽으로 이동된다(is shifted)는 것을 발견한 데 기인한다. 상기 개량은 본 발명의 상기 합금과, 상기 전통적인 잉곳 주조 합금(ingot-cast alloy)(도 3)인 합금 B를 비교할 때 더욱 두드러진다.
본 발명의 합금(합금 LGA) 약 50 파운드(lb)는, 50 파운드(lb) 용량을 가지는 실험실 가스 분무기(Laboratory Gas Atomizer: LGA) 상에서 용해되고 분무된다. 그리고, 본 발명의 합금(합금 PGA) 약 650 파운드(lb)는, 800 파운드(lb) 용량을 가지는 파일럿 가스 분무기(Pilot Gas Atomizer: PGA) 상에서 용해되고 분무된다. 상기 두 열 처리(heat)의 화학적 분석이 표 1에 주어진다.
본 발명의 상기 합금 내에서 상기 다양한 합금 요소에 관하여 하기하는 바가 적용된다.
탄소( Carbon )는 적어도 0.5%, 최대량은 1.2%, 바람직하게는 0.75-0.85% 범위 내에서 제공된다. 필요로 하는 인성과 내마모성의 조합을 얻기 위하여, 열 처리 동안 유지되는 오스테나이트(austenite)의 지나치게 많은 양의 형성을 피하기 위하여, 탄소의 양을 주의 깊게 조절하는 것이 중요하다.
질소( Nitrogen )는 0.02-0.20%, 바람직하게는 0.08-0.14%의 범위에서 제공된다. 본 발명의 상기 합금 내에서 질소의 영향은 탄소와 다소 유사하다. 탄소가 항상 존재하는 공구강 내에서, 질소는 바나듐(vanadium), 니오븀(niobium), 텅스텐(tungsten) 및 몰리브덴(molybdenum)과 함께 탄화질화물(carbonitrides)를 형성한다.
규소( Silicon )는 0.3-1.3%, 바람직하게는 0.5-1.1%의 범위에서 제공될 수 있다. 규소는 상기 가스 분무(gas-atomization) 공정의 용해 국면(melting phase) 동안 상기 합금 물질에서 산소를 제거하는 기능을 수행한다. 더불어, 규소는 상기 담금질 응답성(tempering response)을 향상시킨다. 그러나, 과도한 양의 규소는, 인성을 감소시키고, 미세 구조 내에서 페라이트(ferrite)의 형성을 촉진하기 때문에 바람직하지 않다.
망간( Manganese )은 1%까지, 바람직하게는 0.5%까지 제공될 수 있다. 망간은 열 가공성(hot workability)에서 황(sulfur)의 부정적인 영향을 제어하는 기능을 수행한다. 이것은 망간 황화물(manganese sulfides)의 침전(precipitation)을 통해 이루어진다. 더불어, 망간은 경화성(hardenability)을 향상시키고, 상기 가스 분무 공정의 용해 국면 동안 상기 액체 합금 물질 내에 질소의 용해도를 증가시킨다. 그러나, 과도한 양의 망간은 상기 열 처리 동안 유지되는 오스테나이트(austenite)의 지나치게 많은 양의 형성을 이끌 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
크롬( Chromium )은 6.0-9.0%, 바람직하게는 7.0-8.0%의 범위에서 제공된다. 냉간 가공 공구강 내에서 크롬의 가장 중요한 목적은 경화성(hardenability)과 2차 경화 응답성(secondary-hardening response)을 향상시키는 것이다.
몰리브덴( molybdenum )은 0.6-2.0%, 바람직하게는 1.0-1.5%의 범위에서 제공된다. 크롬과 같이, 몰리브덴은 본 발명의 상기 합금의 경화성(hardenability) 및 2차 경화 응답성(secondary-hardening response)을 증가시킨다. 그러나, 과도한 양의 몰리브덴은 열 가공성(hot workability)을 감소시킨다.
텅스텐( Tungsten )은 0.5-3.0%, 바람직하게는 1.3-1.8%의 범위에서 제공된다. 크롬 및 몰리브덴과 같이, 텅스텐은 본 발명의 상기 합금의 경화성 및 제2 경화 응답성을 증가시킨다. 냉간 가공 공구강 내에서, 텅스텐은, 원자 기초 상에서 교환 가능한, 몰리브덴과 유사한 방법으로 행동한다; 약 1.9 중량% 텅스텐은 1 중량% 몰리브덴과 같은 효과를 가진다.
바나듐( vanadium )은 0.2-2.0%, 바람직하게는 0.5-1.0%의 범위에서 제공된다. 바나듐은 내마모성을 증가시키는데 임계적으로 중요하다. 이것은 MC 타입 1차 탄화 질화물(carbonitrides)의 침전(precipitation)을 통해 이루어진다.
니오븀( Niobium )은 1.5-4.0%, 바람직하게는 2.25-2.75%의 범위에서 제공된다. 니오븀의 모든 퍼센트는 아래와 같이 계산되는 바나듐의 양과 동등하다.
%V = (50.9/92.9) * %Nb
50.9와 92.9는 각각 바나듐과 니오븀의 원자 질량이다. 냉간 가공 공구강 내에서, 니오븀과 바나듐은 내마모성에 관하여 동등한 요소이다.
Crucible Research에서 용해되고 분무된 본 발명의 상기 합금의 상기 두 개의 열 처리(heat)의 화학 조성, 및 합금 A와 B.
합금 C Cr V Nb Mo W Mn Si P S O N
LGA .76 7.50 .74 2.48 1.30 1.43 .40 .95 .007 .005 .009 .12
PGA .76 7.33 .73 2.50 1.19 1.48 .42 .98 .009 .005 .015 .11
A .84 7.49 2.61 - 1.37 - - - - 0.02 - -
B 1.11 7.48 2.69 - 1.69 1.14 - - - - - -
본 발명의 상기 합금(LGA), 및 합금 A와 B의 열 처리 응답(Heat-treatment response).
합금(Alloy) 오스테나이트(Austen.) 담금질 온도(Tempering Temperature)[°F]
950 1000 1025 1050 1100 1150 1200
LGA 1950°F 61.9 61.2 59.0 55.7 49.5 46.2 41.4
A 61.0 59.0 57.0 54.0 - - -
B 63.0 61.0 59.0 56.0 - - -
LGA 2050°F 62.5 62.0 60.5 58.0 50.7 46.6 43.1
A 63.0 61.0 60.0 57.0 - - -
본 발명의 상기 합금(LGA 및 PGA 합금), 및 합금 A와 B의 굽힘 깨짐 강도(bend fracture strength).
합금 (Alloy) 오스테나이트 온도 (Aust. Temp.) HRC 굽힘 깨짐 강도(Bend Fracture Strength)[ksi]
종방향(Longit.) σ 역방향(Transv.) σ
LGA 1950°F 59.0 758.7 11.6 691.0 55.0
2050°F 60.5 798.6 9.3 762.0 49.1
PGA 1950°F 58.0 708.3 7.6 696.1 22.2
2050°F 59.0 748.0 8.5 717.9 37.8
A 1950°F 60.0 742.8 17.2 540.7 27.3
B 1950°F 60.0 658.1 33.9 313.6 41.5
2050°F 60.5 644.1 11.4 290.1 95.5
본 발명의 상기 합금(LGA 및 PGA 합금), 및 합금 A와 B의 샤르피 C-노치(Charpy C-notch) 충격 인성.
합금 (Alloy) 오스테나이트 온도 (Aust. Temp.) HRC 굽힘 깨짐 강도(Bend Fracture Strength)[ksi]
종방향(Longit.) σ 역방향(Transv.) σ
LGA 1950°F 59.0 53.1 13.4 56.3 20.2
2050°F 60.5 59.4 17.5 33.8 6.2
PGA 1950°F 58.0 71.1 8.7 57.7 10.3
2050°F 59.0 77.5 12.3 54.5 4.8
A 1950°F 60.0 69.5 3.3 17.3 1.7
B 1950°F 60.0 23.7 1.8 3.2 0.3
2050°F 60.5 15.3 1.8 4.0 1.0
본 발명의 상기 합금(LGA 및 PGA 합금), 및 합금 A와 B의 핀 마모(pin abrasion) 내마모성.
합금 (Alloy) 오스테나이트 온도 (Austenit. Temp.) 담금질 온도 (Tempering Temp.) HRC 핀 마모(pin-abrasion) 내마모성 [밀리그램]
LGA 1950°F 1025°F 59.0 57.5
2050°F 60.5 55.5
PGA 1950°F 58.0 58.0
2050°F 59.0 55.5
A 1950°F 1025°F 60.0 59.5
B 2050°F 1025°F 62.5 42.0
LGA 열 처리( Heat )와 PGA 열 처리( Heat )
실험실 가스 분무기(Laboratory Gas Atomizer)(합금 LGA)와 파일럿 가스 분무기(Pilot Gas Atomizer)(합금 PGA)에서 제조된 본 발명의 상기 합금의 분말은, 4.5-5" OD 컨테이너 내로 수송되고(containerized), 열간 정수압 소결(hot isostatically pressed: HIP)되고, 그리고 나서 3"*1" 바(bar)로 단조되거나(합금 LGA), 3"*1.25" 바(bar)로 단조된다(합금 PGA).
합금 LGA(본 발명의 상기 합금)의 상기 열 처리 응답(Heat-treatment response)은 표 2에 주어져 있다. 하기하는 두 개의 오스테나이트화(austenitization) 온도가 선택되었다: 1950°F 및 2050°F. 상기 결과는 상기 합금 A 및 B의 그것과 비교된다.
본 발명의 상기 합금의 3"*1" 및 3"*1.25" 단조된 바(bar)의 상기 종방향(longitudinal) 및 역방향(transverse) 굽힘 깨짐 강도(bend fracture strength)(BFS)와 샤르피 C-노치(Charpy C-notch: CCN) 충격 인성이, 또한 평가되었다. 하기하는 두 개의 오스테나이트화(austenitization) 온도가 선택되었다: 1950°F 및 2050°F. 상기 CCN과 BFS 시편(specimen)은 1025°F에서 2시간 + 2시간 동안 담금질 되었다.
두 개의 실린더에 의해 지지되는 6.35mm * 6.35mm * 55mm 시편은, 삼점(three point) BFS 테스트에 사용된다. 상기 지지 실린더들 사이의 거리는 25.4mm이다. 제3 실린더는 상기 BFS 시편 파손(fracture)까지 힘을 가하는데 사용된다. 상기 가해지는 힘은 상기 양쪽의 지지 실린더로부터 등거리이다. 상기 BFS 시편을 부수는 상기 힘은 굽힘 깨짐 강도(bend fracture strength)의 숫자 값을 계산하는데 사용된다.
샤르피 C-노치(Charpy C-notch) 충격 인성을 측정하는데 사용되는 시편의 구조는 샤르피 V-노치(Charpy V-notch) 충격 인성을 측정하는데 사용되는 것과 유사하다: 10mm * 10mm * 55mm. 상기 C-노치(C-notch)의 상기 반경과 깊이는 각각 25.4mm와 2mm 이다.
합금 LGA와 합금 PGA, 및 합금 A 및 B로부터 얻어지는 상기 BFS와 CCN 결과는 각각 표3과 표4에 주어져 있다. 굽힘 깨짐 강도(bend fracture strength)와 샤르피 C-노치(Charpy C-notch) 충격 인성에서 측정된 것처럼, 본 발명의 상기 합금은 상기 벤치마크 합금들과 비교하였을 때 우수한 인성 특성이 증명되었다.
마지막으로, 네 개의 열 처리된(heat-treated) 핀 마모(pin abrasion) 내마모성 시편들이 본 발명의 상기 합금으로부터 테스트 되었다. 두 시편은 상기 합금 LGA로부터 규격화되었고(were machined), 두 시편은 상기 합금 PGA로부터 규격화되었다. 1950°F 및 2050°F의 오스테나이트화(austenitization) 온도가 선택되었다. 오일(oil)에서 식힌 이후에, 상기 모든 시편들은 1025°F 에서 2시간 + 2시간 동안 담금질되었다. 상기 핀 마모(pin abrasion) 내마모성 테스트 결과가 표 5에 주어져 있다. 합금 A와 합금 B에 대한 상기 핀 마모(pin abrasion) 테스트 결과가 비교를 위해 포함되어 있다.
미세 구조( Microstructure )
도 1은 오일(oil) 내에서 1950°F로부터 경화되고, 1025°F에서 2시간 + 2시간 동안 담금질 된, 본 발명의 상기 합금의 상기 식각된 미세 구조를 나타낸다. 본 발명의 상기 합금의 상기 미세 구조는 매우 가는(very fine), 담금질 된 마르텐자이트(martensite)의 조직(matrix) 내에 균일하게 분포되어 있는 구형의(spherical) 니오븀-바나듐이 풍부한(Nb-V-rich) MC 1차 카바이드, 대략 3.5 부피%를 포함한다.
도 2는 공기(air) 내에서 1950°F로부터 경화되고, 975°F에서 2시간 + 2시간 동안 담금질 된, 합금 A, 즉 상기 PM 벤치마크 합금의 상기 식각된 미세 구조를 나타낸다. 합금 A의 상기 미세 구조는 가는, 담금질 된 마르텐자이트(martensite)의 조직(matrix) 내에 균일하게 분포되어 있는 구형의(spherical) 바나듐이 풍부한(V-rich) MC 1차 카바이드, 대략 3.3 부피%를 포함한다.
도 3은 공기(air) 내에서 2050°F로부터 경화되고, 10255°F에서 2시간 + 2시간 + 2시간 동안 담금질 된, 전통적인 잉곳 주조 벤치마크 합금(ingot-cast benchmark alloy)인, 합금 B의 상기 식각된 미세 구조를 나타낸다. 합금 B의 상기 미세 구조는 거친(coarse), 담금질 된 마르텐자이트(martensite)의 조직(matrix) 내에 불균일(non-uniformly)하게 분포되어 있는 바나듐이 풍부한(V-rich) MC 1차 카바이드, 대략 3.8 부피%를 포함한다.
본 발명의 상기 합금과 합금 A 내에서 1차 카바이드의 상기 크기 분포는 자동 이미지 분석기(automatic image analyzer)를 사용하여 측정된다. 카바이드의 상기 직경은 광학적으로 1000배 확대되어 검사되는 50개의 무작위 필드(field)에서 측정된다.
본 발명의 상기 합금과 합금 A에서 다양한 크기의 1차 카바이드의 개수(제곱 밀리미터 당)가 도 4에 도시되어 있다. 본 발명의 상기 합금과 합금 A에서 다양한 크기의 1차 카바이드의 개수(제곱 밀리미터 당)가 도 5에 도시되어 있다. 그러나 이번에는 상기 1차 카바이드가 1㎛보다 클 때, 본 발명의 상기 합금과 합금 A 사이의 차이를 더 명확하게 보여주기 위하여 상기 1차 카바이드의 개수를 카운트하는데 대수 계산자(logarthmic scale)를 사용하였다.
도 4의 상기 그래프는, 본 발명의 상기 합금은 0.5㎛보다 더 작은 다수의 카바이드를 포함하는 반면, 합금 A는 카바이드의 직경이 0.5-2.5㎛인 다수의 카바이드를 포함하는 것을 나타낸다. 도 5는 또한, 본 발명의 상기 합금에서 카바이드의 최대 크기가 1.5㎛보다 작고, 합금 A에서 카바이드의 최대 크기는 약 2.5㎛인 것을 나타낸다. 주어진 어떤 크기에서도, 합금 A에서 보다 본 발명의 상기 합금에서, 상기 주어진 값보다 더 작은 카바이드가 더 큰 비율로 존재한다. 본 발명의 상기 합금의 상기 조직 조성(matrix composition)이, 유사한 이룰 수 있는 경도를 야기하는, 선행 기술의 상기 합금의 상기 조직 조성(matrix composition)과 유사하기 때문에, 본 발명의 상기 합금에서 미세한 카바이드 크기 분포는 상기 합금의 향상된 인성의 가장 중요한 원인이다.
본 발명의 다른 실시예는, 여기서 개시된 본 발명의 상세한 설명과 실행의 고려로부터 당업자에게 명백할 것이다. 상기 상세한 설명과 예는 단지 전형적인 것으로 간주되고, 본 발명의 진정한 범위와 사상은 후술하는 청구항에 의해서 지시되도록 의도된다.
도 1은 오일(oil) 내에서 1950°F로부터 경화되고, 1025°F에서 2시간 + 2시간 동안 담금질 된, 본 발명의 상기 합금의 상기 식각된 미세 구조의 현미경 사진(500 배율)이다.
도 2는 공기(air) 내에서 1950°F로부터 경화되고, 975°F에서 2시간 + 2시간 동안 담금질 된, 합금 A의 상기 식각된 미세 구조의 현미경 사진(500 배율)이다.
도 3은 공기(air) 내에서 2050°F로부터 경화되고, 1025°F에서 2시간 + 2시간 + 2시간 동안 담금질 된, 전통적인 잉곳 주조 합금(ingot-cast alloy)인, 합금 B의 상기 식각된 미세 구조의 현미경 사진(500 배율)이다.
도 4는 본 발명의 상기 합금과 합금 A의 1차 카바이드의 상기 크기 분포를 나타내는 막대 그래프이다.
도 5는 1차 카바이드를 카운트하기 위하여 대수 계산자(logarthmic scale)를 사용한, 본 발명의 상기 합금과 합금 A의 1차 카바이드의 상기 크기 분포를 나타내는 그래프이다.

Claims (5)

  1. 열간 정수압 압축(hot isostatic compacted)되고, 질소 분무화(nitrogen atomized)되는, 향상된 충격 인성(impact touthness)을 가지는 합금 분말(prealloyed powder)의 분말 야금 냉간 가공 공구강 제품(powder metallurgy cold-work tool steel article)이고,
    상기 합금 분말(prealloyed powder)은 필수적으로, 중량 퍼센트로, 탄소(carbon) 0.5 내지 1.2, 질소(nitrogen) 0.02 내지 0.20, 규소(silicon) 0.3 내지 1.3, 망간(Manganese) 1까지, 크롬(chromium) 6 내지 9, 몰리브덴(molybdenum) 0.6 내지 2, 텅스텐(tungsten) 0.5 내지 3.0, 바나듐(vanadium) 0.2 내지 2.0, 니오븀(niobium) 1.0 내지 4.0 및 평형 철(balance iron)과 부차적인 요소 및 불순물을 포함하는,
    분말 야금 냉간 가공 공구강 제품(powder metallurgy cold-work tool steel article).
  2. 제 1 항에 있어서,
    탄소(carbon)는 0.75 내지 0.85이고, 질소(nitrogen)는 0.08 내지 0.14이고, 규소(silicon)는 0.5 내지 1.1이고, 망간(Manganese)은 0.5까지이고, 크롬(chromium)은 7 내지 8이고, 몰리브덴(molybdenum)은 1.0 내지 1.5이고, 텅스텐(tungsten)은 1.3 내지 1.8이고, 바나듐(vanadium)은 0.5 내지 1이고, 니오 븀(niobium)은 2.25 내지 2.75인 것을 특징으로 하는 분말 야금 냉간 가공 공구강 제품(powder metallurgy cold-work tool steel article).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    담금질 된 마르텐자이트(martensite)의 조직(matrix) 내에 균일하게 분포되어 있는 구형의(spherical) 니오븀-바나듐이 풍부한(niobium-vanadium-rich) MC 1차 카바이드를 2.5% 내지 6.0% 부피 퍼센트(volume percent)로 포함하는, 분말 야금 냉간 가공 공구강 제품(powder metallurgy cold-work tool steel article).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    구형의(spherical) 니오븀-바나듐이 풍부한(niobium-vanadium-rich) 1차 카바이드를 포함하고, 금속 현미경 단면상에서 측정하였을 때, 그 중 95%가 직경이 1.25㎛ 보다 작은 것을 특징으로 하는, 분말 야금 냉간 가공 공구강 제품(powder metallurgy cold-work tool steel article).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    구형의(spherical) 니오븀-바나듐이 풍부한(niobium-vanadium-rich) 1차 카바이드를 포함하고, 금속 현미경 단면상에서 측정하였을 때, 그 중 98%가 직경이 1.5㎛ 보다 작은 것을 특징으로 하는, 분말 야금 냉간 가공 공구강 제품(powder metallurgy cold-work tool steel article).
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT507215B1 (de) * 2009-01-14 2010-03-15 Boehler Edelstahl Gmbh & Co Kg Verschleissbeständiger werkstoff
AT508591B1 (de) * 2009-03-12 2011-04-15 Boehler Edelstahl Gmbh & Co Kg Kaltarbeitsstahl-gegenstand
EP2662166A1 (de) 2012-05-08 2013-11-13 Böhler Edelstahl GmbH & Co KG Werkstoff mit hoher Beständigkeit gegen Verschleiss
EP2933345A1 (en) * 2014-04-14 2015-10-21 Uddeholms AB Cold work tool steel
JP6260749B1 (ja) * 2016-03-18 2018-01-17 日立金属株式会社 冷間工具材料および冷間工具の製造方法
US10889872B2 (en) * 2017-08-02 2021-01-12 Kennametal Inc. Tool steel articles from additive manufacturing
JP7372774B2 (ja) * 2019-07-24 2023-11-01 山陽特殊製鋼株式会社 高速度鋼
CN112941406B (zh) * 2021-01-26 2023-01-17 安泰科技股份有限公司 一种刀剪用不锈钢

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1443900A (en) * 1973-03-30 1976-07-28 Crucible Inc Powder metallurgy tool steel article
JP2710941B2 (ja) 1988-02-08 1998-02-10 日立金属株式会社 転造ダイス用鋼
JPH03134136A (ja) 1989-10-18 1991-06-07 Hitachi Metals Ltd 高硬度、高靭性冷間工具鋼
US5458703A (en) * 1991-06-22 1995-10-17 Nippon Koshuha Steel Co., Ltd. Tool steel production method
ATE149392T1 (de) 1991-08-07 1997-03-15 Erasteel Kloster Ab Pulvermetallurgisch hergestellter schnellarbeitsstahl
JP3257649B2 (ja) * 1993-05-13 2002-02-18 日立金属株式会社 高靭性高速度鋼部材およびその製造方法
US5435824A (en) 1993-09-27 1995-07-25 Crucible Materials Corporation Hot-isostatically-compacted martensitic mold and die block article and method of manufacture
JPH0978199A (ja) 1995-09-12 1997-03-25 Hitachi Metals Ltd 高硬度、高靭性冷間工具鋼
US5830287A (en) 1997-04-09 1998-11-03 Crucible Materials Corporation Wear resistant, powder metallurgy cold work tool steel articles having high impact toughness and a method for producing the same
EP0930374B1 (en) 1998-01-06 2001-10-04 Sanyo Special Steel Co., Ltd. Production of cold working tool steel
SE514226C2 (sv) * 1999-04-30 2001-01-22 Uddeholm Tooling Ab Kallarbetsverktyg av stål, dess användning och tillverkning
SE516934C2 (sv) 1999-10-05 2002-03-26 Uddeholm Tooling Ab Stålmaterial, dess användning och tillverkning
DE10019042A1 (de) * 2000-04-18 2001-11-08 Edelstahl Witten Krefeld Gmbh Stickstofflegierter, sprühkompaktierter Stahl, Verfahren zu seiner Herstellung und Verbundwerkstoff hergestellt aus dem Stahl
SE519278C2 (sv) 2001-06-21 2003-02-11 Uddeholm Tooling Ab Kallarbetsstål

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