KR20100102684A

KR20100102684A - 저합금강 분말

Info

Publication number: KR20100102684A
Application number: KR1020107016814A
Authority: KR
Inventors: 스벤 뱅트쏜; 안나 라르쏜
Original assignee: 회가내스 아베
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2010-09-24
Also published as: CN101925684A; CA2710748A1; RU2010131154A; TWI447238B; RU2490353C2; EP2235225B1; US8398739B2; EP2235225A4; US20100278681A1; CN104711472A; JP2015110842A; EP2235225A1; BRPI0821439A2; KR101673484B1; CA2710748C; TW200942627A; WO2009085000A1; JP2011508090A

Abstract

본 발명은 0.2 내지 1.5중량%의 Cr, 0.05 내지 0.4중량%의 V, 0.09 내지 0.6중량%의 Mn, 0.1중량% 미만의 Mo, 0.1중량% 미만의 Ni, 0.2중량% 미만 Cu, 0.1중량% 미만의 C, 0.25중량% 미만의 O, 0.5중량% 미만의 불가피한 불순물, 및 나머지 성분의 철을 포함하는 물 분무된 분무합금 철-기반 스틸 분말을 개시하고 있다.

Description

저합금강 분말{LOW ALLOYED STEEL POWDER}

본 발명은 저합금 철 기재 분말, 그러한 분말과 다른 첨가제를 함유하는 분말 조성물, 및 그러한 분말 조성물로부터 제조된 분말 단조 부품(powder forged component)에 관한 것이다. 분말 및 분말 조성물은 분말 단조 부품, 예컨대, 커넥팅 로드(connecting rod)의 비용 효과적 생산을 위해서 설계된다.

산업에서, 금속 분말 조성물을 압축하고 소결함으로써 제조되는 금속 제품의 사용이 점점 광범위해지고 있다. 모양과 두께를 달리하는 많은 상이한 제품이 생산되고 있고, 품질 요건이 계속해서 상승되고 있으며, 그와 동시에, 비용을 감소시키는 것이 요구되고 있다. 최종 마감된 모양에 도달하기 위해서 최소의 가공이 요구되는 정형(net shape) 부품 또는 준정형(near net shape) 부품이 고도의 재료 이용과 함께 철 분말 조성물의 압축 및 소결에 의해서 얻어지기 때문에, 이러한 기술은, 바 스톡(bar stock) 또는 단조품(forgings)으로부터 모울딩 또는 가공과 같은, 금속 부품을 형성시키는 통상의 기술에 비해서 아주 유리하다.

그러나, 압축 및 소결 방법과 연관된 한 가지 문제는 소결된 부품이 부품의 강도를 감소시키는 어떠한 양의 기공을 함유한다는 것이다. 기본적으로는 부품의 다공성에 의해서 야기되는 기계적 성질에 대한 부정적인 효과를 극복하는 두 가지 방법이 있다. 1) 소결된 부품의 강도는 합금 원소, 예컨대, 탄소, 구리, 니켈, 몰리브덴 등을 도입함으로써 증가될 수 있다. 2) 소결된 부품의 다공성은 분말 조성물의 압축성을 증가시킴으로써 및/또는 더 높은 그린 밀도(green density)를 위해서 압축 압력을 증가시키거나, 소결 동안 부품의 수축을 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 실시상, 합금 원소를 첨가함으로써 부품을 강화시키고 다공성을 최소로 하는 조합이 적용된다.

분말 단조는 단조 스트라이크(forging strike)를 사용한 소결된 예비 성형체의 신속한 조밀화를 포함한다. 그 결과물은 고성능 적용에 적합한 완전히 조밀한 정형 부품, 또는 근정형 부품이다. 전형적으로는, 분말 단조 물품은 구리 및 그라파이트(graphite)와 혼합된 철 분말로부터 제조되었다. 제안된 다른 유형의 재료는 안정한 산화물을 형성시키지 않으면서 철 경화성(hardenability)을 향상시키기 위한 소량의 망간 및 니켈 및 몰리브덴과 분무 합금된(prealloyed) 철 분말을 포함한다. 가공성 향상제, 예컨대, MnS가 또한 통상적으로 첨가된다.

마감된 부품 중의 탄소는 강도와 경도를 증가시킬 것이다. 소결 온도 전에 구리 용융물이 형성되고, 그에 따라서, 확산 속도를 증가시키고, 소결 넥(sintering neck)의 형성을 촉진한다. 구리 첨가는 강도, 경도 및 경화성을 향상시킬 수 있다.

내연기관을 위한 커넥팅 로드는 분말 단조 기술에 의해서 성공적으로 생산되었다. 분말 단조를 이용한 커넥팅 로드의 생산시에, 압축 및 소결된 부품의 대단부(big end)가 일반적으로는 파단형 작업(fracture split operation)에 주어진다. 대단부 볼트를 위한 홀과 쓰레드(thread)가 가공된다. 내연기관에서의 커넥팅 로드를 위한 필수 성질은 높은 압축 항복 강도인데, 그 이유는 그러한 커넥팅 로드가 인장 부하 보다 3배 높은 압축 부하에 주어지기 때문이다. 또 다른 필수적인 재료 성질은 적절한 가공성인데, 그 이유는 홀과 쓰레드가 장착 후의 스플릿 대단부(split big end)를 연결시키기 위해서 가공되어야 하기 때문이다. 그러나, 커넥팅 로드 제작은 엄격한 성능, 설계 및 내구성 요건이 있는 높은 부피 및 가격 민감성 분야이다. 따라서, 저렴한 비용의 재료 또는 처리가 아주 바람직하다.

US 3 901 661호, US 4 069 044호, US 4 266 974호, US 5 605 559호, US 6 348 080호 및 WO03/106079호는 몰리브덴 함유 분말을 기재하고 있다. 몰리브덴과 분무 합금된 분말이 압축되고 소결된 부품을 생성시키는데 사용되는 경우, 베이나이트(bainite)가 소결된 부품에서 용이하게 형성된다. 특히, 낮은 함량의 몰리브덴을 지니는 분말을 사용하는 경우, 형성된 베이나이트는 조악한 손상 가공성이며, 이는 양호한 가공성이 요구되는 커넥팅 로드의 경우에 특히 문제가 될 수 있다. 몰리브덴은 또한 합금 원소로서 아주 고가이다.

그러나, US 5 605 559에서, 미세 펄라이트(fine pearlite)의 미세 구조가 Mn을 아주 낮게 유지함으로써 Mo-합금된 분말에 의해서 얻어졌다. Mo가 Mo 카바이드의 고용체 경화 및 석출 경화 등에 의해서 스틸의 강도를 개선시킴이 기재되어 있다. 그러나, Mo 함량이 약 0.1중량% 미만인 경우, 그의 효과는 작다. Mn은 열처리된 재료의 경화성을 개선시킴으로써 열처리된 재료의 강도를 개선시킨다. 그러나, Mn 함량이 약 0.08중량%를 초과하는 경우, 옥사이드가 합금 스틸 분말의 표면상에서 형성되어서 압축성이 저하되고 경화성이 요구되는 수준을 넘어 증가하게 한다. 그에 따라서, 조악한 상부 베이나이트 구조가 형성되고 강도가 저하된다. 그러나, Mn 함량을 낮게 유지시키는 것은 비용 소모적일 수 있으며, 특히 생산시에 저렴한 스틸 스크랩(steel scrap)을 사용하는 경우에 특히 그러할 수 있는데, 그 이유는 스틸 스크랩은 종종 0.1중량% 및 그 초과의 Mn을 함유하기 때문이다. 따라서, 생산된 분말은 낮은 Mn 함량 및 Mo를 위한 비용으로 인해서 비교적 고가일 수 있다.

US 2003/0033904호, US 2003/0196511호 및 US2006/086204호는 분말 단조된 커넥팅 로드의 생산에 유용한 분말을 기재하고 있다. 분말은, 구리 분말 및 그라파이트와 혼합된, 분무합금 철-기재의 망간 및 황 함유 분말을 함유한다. US 2006/086204호는 철 분말, 그라파이트, 망간 설파이드 및 구리 분말의 혼합물로부터 제조된 커넥팅 로드를 기재하고 있다. 최고의 압축 항복 강도 값, 775Mpa가 3중량%의 Cu 및 0.7중량%의 그라파이트를 지니는 재료의 경우에 얻어졌다. 대응하는 경도 값은 약 340 HV1에 상응하는 34.7HRC였다. 구리 및 탄소 함량의 감소는 또한 감소된 압축 항복 강도 및 경도를 유도할 것이다.

본 발명의 목적은 분말 단조 부품, 예컨대, 커넥팅 로드를 생성시키는데 적합하고 고가의 합금 원소, 예컨대, 몰리브덴 및 니켈이 본질적으로 없는 합금된 철-기재 분말을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 실질적인 펄라이트/페라이트 구조(pearlitic/ferritic structure)를 지닌 분말 단조 부품을 생산하는데 적합한 저합금강 분말 (low alloyed steel powder)을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 380HV1 미만의 비커스 경도(Vickers hardness), 바람직하게는 360 HV1 미만의 비커스 경도와 함께 820 MPa 초과의 높은 압축 항복 응력(compressive yield stress), 즉, CYS를 지니는 분말 단조 부품을 형성시킬 수 있는 분말을 제공하여 분말 단조 부품이이 여전히 충분히 강하면서 용이하게 가공되게 할 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기된 성질을 지니는 분말 단조 부품, 바람직하게는 커넥팅 로드를 제공하는 것이다.

발명의 요약

이러한 목적들중 하나 이상은,

- 0.2 내지 1.5중량%의 Cr, 0.05 내지 0.4중량%의 V, 0.09 내지 0.6중량%의 Mn, 0.1중량% 미만의 Mo, 0.1중량% 미만의 Ni, 0.2중량% 미만 Cu, 0.1중량% 미만의 C, 0.25중량% 미만의 O, 0.5중량% 미만의 불가피한 불순물, 및 나머지 성분의 철을 포함하는 물 분무된 저합금강 분말 ,

- 상기 스틸 분말을 기초로 한 조성물로서, 조성물의 중량을 기준으로 하여, 0.35 내지 1 중량%의 그라파이트 형태의 C, 0.05 내지 2중량%의 윤활제, 임의로 0 내지 4중량%의 구리 분말 형태의 Cu; 및 임의로 경질 상 재료(hard phase material) 및 가공성 향상제를 지니는 조성물,

- 소결된 및 임의로 분말 단조된 부품을 생산하는 방법으로서, a) 상기 철-기반 스틸 분말 조성물을 제조하는 단계, b) 조성물을 400 내지 2000MPa의 압축에 가하는 단계, c) 얻은 그린 부품을 환원 대기중 1000 내지 1400℃의 온도에서 소결하는 단계, 및 d) 임의로 가열된 부품을 500℃ 초과의 온도에서 단조하거나 얻은 소결된 부품을 열처리에 가하는 단계를 포함하는 방법, 및

- 상기 조성물로부터 제조된 부품에 의해서 달성된다.

스틸 분말은 낮은 규정된 함량의 크롬, 망간 및 바나듐을 지니며, 몰리브덴 및 니켈이 본질적으로 없으며, 380HA1 미만의 경도 값과 함께 820 MPa 초과의 압축 항복 응력을 지니는 부품을 제공할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

발명의 상세한 설명

철-기반 합금 스틸 분말의 제조

스틸 분말은 규정된 양의 합금 원소를 함유하는 스틸 용융물의 물 분무에 의해서 생성된다. 분무된 분말은 본원에서 참조로 포함되는 미국특허 제6 027 544호에 기재된 바와 같이 환원 어닐링 공정(reduction annealing process)에 주어진다. 스틸 분말의 입자 크기는 압축 및 소결 또는 분말 단조 공정과 조화될 수 있는 한 어떠한 크기도 가능할 수 있다. 적합한 입자 크기의 예는 약 10중량%가 150㎛ 초과이고 약 20중량%가 45㎛ 미만인 스웨덴의 회가내스 아베(Hoeganaes AB)로부터 얻을 수 있는 공지된 분말 ABC100.30의 입자 크기이다.

스틸 분말의 함량

크롬은 고용체 경화(solid solution hardening)에 의해서 매트릭스를 강화시키는 작용을 한다. 추가로, 크롬은 소결체의 경화성, 산화 내성, 및 마멸 내성을 증가시킬 것이다. 그러나, 1.5 중량% 초과의 크롬 함량은 스틸 분말의 압축성을 감소시킬 것이며, 페라이트/펄라이트 구조의 형성을 더 어렵게 할 것이다. 바람직하게는, 압축성을 관점에서, 상한 함량은 약 1.2중량%이다.

망간은, 크롬과 같이, 스틸 분말의 강도, 경도 및 경화성을 증가시킬 것이다. 또한, 망간 함량이 너무 낮으면, 스틸 제조과정 동안의 환원을 위한 특별한 처리가 수행되지 않는 한, 저렴한 재생 스크랩을 사용하는 것이 가능하지 않으며, 이는 비용을 증가시킨다. 따라서, 망간 함량은 0.09중량%보다 적지 않아야 하며, 바람직하게는 0.1중량% 초과, 더욱 바람직하게는 0.15중량% 초과이어야 한다. 0.6중량%를 초과하는 Mn 함량은 스틸 분말중에 망간 함유 함유물의 형성을 증가시킬 것이고, 또한 고용체 경화 및 증가된 페라이트 경도로 인해서 압축성에 부정적인 영향을 나타낼 것이다. 따라서, Mn 함량은 0.6중량%를 초과하지 않아야 한다.

그러나, 망간과 크롬 둘 모두의 높은 함량은 어닐링을 통해서 산소 함량을 낮은 수준으로 감소시키는 것을 더욱 어렵게 하고 비용이 많이 들게 한다. 따라서, 한 가지 구체예에 따르면, 망간 함량은 크롬 함량이 0.6중량% 초과인 경우 0.3중량% 이하이다.

크롬 함량을 더욱 낮게 하면 망간의 하한을 다소 더 높게 설정하여 스틸 분말의 강도, 경도 및 경화성을 증가시킬 수 있다. 따라서, 또 다른 구체예에 따르면, Mn 함량은 Cr 함량이 0.2 내지 0.6중량%인 경우 0.2 내지 0.6중량%이다.

바나듐은 석출 경화에 의해서 강도를 증가시킨다. 바나듐은 또한 결정립 크기 미세화 효과(grain size refining effect)가 있고, 이러한 면에서 요구되는 미세한 결정립 펄라이트/페라이트 미세구조의 형성에 기여하는 것으로 여겨진다. 0.4중량%를 초과하는 바나듐 함량에서는, 바나듐 카바이드 및 니트라이드 석출물의 크기가 증가하여 분말의 특성을 손상시킨다. 0.05중량% 미만의 함량은 요구된 성질에 대해서 미미한 효과를 나타낼 것이다.

한 가지 구체예에서, 바나듐 함량은 0.05 내지 0.20중량%이고, 크롬 함량은 0.2 내지 0.6중량%이며, 망간 함량은 0.2 내지 0.6중량%이다. 바나듐과 크롬의 함량을 낮추는 것은 저렴한 분말을 제공한다.

산소는 바람직하게는 0.25중량% 이하이며, 옥사이드의 너무 높은 함량은 소결되고 임의로 단조된 부품의 강도를 손상시키고, 분말의 압축성을 손상시킨다. 이들 이유로 인해서, O는 바람직하게는 0.18중량% 이하이다.

니켈은 0.1중량% 미만이어야 하고, 구리는 0.2중량% 미만이어야 한다.

몰리브덴은 0.1중량% 미만이어서 베이나이트가 형성되는 것을 방지할 뿐만 니라 비용을 낮게 유지해야 하는데, 그 이유는 몰리브덴이 아주 고가의 합금 원소이기 때문이다.

스틸 분말중의 탄소는 0.1중량% 이하이어야 하고, 질소는 0.1중량% 이하이어야 한다. 더 높은 함량은 분말의 압축성을 허용 불가능하게 감소시킬 것이다.

부수적인 불순물, 예컨대, 포스포러스 실리콘(phosphorous silicon), 및 알루미늄 등의 전체 양은 스틸 분말의 압축성을 열화시키지 않거나 유해 함유물의 형성제로서 작용하지 않도록 0.5중량% 미만이어야 하고, 바람직하게는, 0.3중량% 미만이어야 한다.

분말 조성물

압축 전에, 철-기반 스틸 분말은 그라파이트 및 윤활제, 임의로 구리 분말, 및 임의로 경질 상 재료 및 가공성 향상제와 혼합된다.

소결된 부품의 강도 및 경도를 향상시키기 위해서, 탄소가 매트릭스에 도입된다. 탄소, C는 조성물의 0.35 내지 1.0중량%의 양으로 그라파이트로서 첨가된다. 0.35중량% 미만의 C의 양은 강도를 너무 저하시키고, 1.0중량% 초과의 C의 양은 높은 경도를 생성시키는 과도한 카바이드의 형성을 초래하고, 가공성을 악화시킬 것이다. 소결 또는 단조 후에, 부품이 침탄을 포함한 열처리 공정에 따라서 열처리되어야 하는 경우, 첨가된 그라파이트의 양은 0.35중량% 미만일 수 있다. 윤활제는 압축 부품의 압축(compaction) 및 사출을 용이하게 하기 위해서 조성물에 첨가된다. 조성물의 0.05중량% 미만의 윤활제의 첨가는 미미한 효과를 나타낼 것이고, 조성물의 2중량% 초과의 첨가는 압축체(compacted body)의 밀도를 너무 낮게 할 것이다. 윤활제는 금속 스테아레이트, 왁스, 지방산 및 이의 유도체, 올리고머, 폴리머 및 윤활 효과가 있는 그 밖의 유기 물질의 군으로부터 선택될 수 있다.

구리, Cu는 분말 야금술에서 일반적으로 사용되는 합금 원소이다. Cu는 고용체 경화를 통해서 강도 및 경도를 향상시킬 것이다. Cu는 또한 소결 온도가 도달되기 전에 구리 용융물로서 소결 동안에 소결 넥(sintering neck)의 형성을 용이하게 하여 고형 상태에서의 소결보다 더 빠른 소위 액상 소결을 제공할 것이다. 특히, 철-기반 스틸 분말의 0.2 내지 0.6중량%의 낮은 Cr 함량을 지니는 경우에, 분말은, 바람직하게는 2 내지 4중량%의 Cu의 양으로, 바람직하게는 Cu와 함께 혼합되거나 Cu와 확산 결합되어 Cr의 감소된 효과를 보상하고, 820 MPa 초과의 CYS에 도달하게 하며, 더욱 바람직하게는, Cu의 양은 2.5 내지 4중량%이다. 그러나, 분말은 Cr 함량이 0.6중량%를 초과하는 경우에 Cu와 함께 혼합되지 않거나 Cu와 확산 결합되지 않을 수 있다.

그 밖의 물질, 예컨대, 경질 상 재료 및 가공성 향상제, 예컨대, MnS, MoS₂, CaF₂, 및 상이한 유형의 무기물 등이 첨가될 수 있다.

소결

철-기반 분말 조성물은 모울드내로 전달되고 약 400 내지 2000MPa의 압축 압력에 주어져서 약 6.75g/cm³ 초과의 그린 밀도(green density)가 된다. 얻은 그린 부품은 환원 대기중에서 약 1000 내지 1400℃, 바람직하게는 1100 내지 1300℃의 온도에서 소결된다.

소결 후의 처리

소결된 부품은 완전한 밀도에 도달되게 하기 위해서 단조 작업에 주어질 수 있다. 단조 작업은 부품의 온도가 약 500 내지 1400℃인 때의 소결 작업 직후에, 또는 소결된 부품을 냉각시키고 냉각된 부품을 단조 작업 전에 약 500 내지 1400℃의 온도로 재가열한 후에 수행될 수 있다.

소결 또는 단조 부품은 또한 요구된 미세구조를 얻기 위해서 열처리 및 제어된 냉각 속도에 의한 경화 공정에 주어질 수 있다. 경화 공정은 공지된 공정, 예컨대, 표면 경화(case hardening), 질화법(nitriding), 고주파 경화(induction hardening) 등을 포함할 수 있다. 열처리가 침탄을 포함하는 경우에 첨가된 그라파이트의 양은 0.35중량% 미만일 수 있다.

그 밖의 유형의 소결 후의 처리, 예컨대, 피로 수명(fatigue life)을 향상시키는 압축성 잔류 응력을 도입하는 쇼트 피닝(shot peening) 또는 표면 롤링이 이용될 수 있다.

마감된 부품의 성질

철-구리-탄소 시스템을 일반적으로 사용하는 PM 산업에서, 특히, 분말 단조에서 기초로 한 부품을 소결시킨 경우에 얻어진 페라이트/펄라이트 구조와는 대조적으로, 본 발명에 따른 합금 스틸 분말은 더 미세한 페라이트/펄라이트 구조를 얻도록 셜계된다.

어떠한 특정의 이론으로 한정하고자 하는 것은 아니지만, 이러한 더 미세한 페라이트/펄라이트 구조는 동일한 경도 수준에서 철/구리/탄소 시스템으로부터 얻은 재료에 비해서 더 높은 압축 항복 강도에 기여하는 것으로 사료된다. 개선된 압축 항복 강도에 대한 수요는 커넥팅 로드, 예컨대, 분말 단조된 커넥팅 로드의 경우에 특히 현저하다. 동시에, 경제적인 방법으로 커넥팅 로드 재료를 가공하는 것이 가능할 것이고, 그에 따라서, 재료의 경도가 증가되지 않아야 한다. 본 발명은 380 HV1 미만의 경도 값, 바람직하게는 360 HV1 미만의 경도 값과 함께 820 MPa 초과의 개선된 압축 항복 강도를 지니는 새로운 재료를 제공한다.

실시예

다양한 분무합금 철-기반 스틸 분말이 스틸 용융물의 물 분무에 의해서 생성되었다. 얻은 원료 분말을 환원 대기 중에서 추가로 어닐링한 다음, 소결된 분말 케이크를 붕괴시키기 위해서 약한 그라인딩 공정을 수행하였다. 분말의 입자 크기는 150㎛미만이었다. 표 1은 상이한 분말의 화학적 조성을 나타낸다.

표 1

표 1은 스틸 분말 A-J와 참조 1-3의 화학적 조성을 나타낸다.

얻은 스틸 분말 A-J를 표 2에 명시된 양에 따른 미국의 Asbury로부터의 그라파이트 1651 및 스웨덴의 회가내스 아베로부터 얻을 수 있는 0.8%의 아미드 왁스 PM(Amide Wax PM)과 혼합하였다. 조성물중 일부에 미국의 A Cu Powder로부터의 구리 분말 Cu-165를 표 2에 명시된 양에 따라서 첨가하였다.

참조 조성물로서, 두 가지의 철-구리 탄소 조성물은 스웨덴의 회가내스 아베로부터 얻을 수 있는 철 분말 AHC100.29 및 표 2에 명시된 양에 따른 동일한 양의 그라파이트 및 구리를 기초로 하여 참조 1 및 참조 2로서 제조되었다. 추가로, 스웨덴의 회가내스 아베로부터 얻을 수 있는 0.8%의 아미드 왁스 PM(Amide Wax PM)이 참조 1 및 참조 2에 각각 첨가되었다. 또 다른 참조 조성물, 즉, 참조 3은, 표 2에 명시된 양에 따라서 동일한 양의 구리와 그라파이트, 및 윤활제로서 0.8%의 아미드 왁스 PM과 혼합된, 0.25중량%의 크롬 및 0.25중량%의 망간을 함유하는 저합금 Cr-Mn 스틸 분말(low alloyed Cr-Mn steel powder)을 기초로 하였다.

얻은 분말 조성물을 다이에 옮기고, 490MPa의 압축 압력에서 그린 부품을 형성하도록 압축하였다. 압축된 그린 부품을 환원 대기중의 온도 1120℃의 노(furnace)에 약 40분 동안 넣었다. 소결 및 가열된 부품을 노로부터 꺼내고, 그 직후에 밀폐된 공동내에서 완전한 밀도로 단조하였다. 단조 공정 후에, 부품을 공기중에서 냉각시켰다.

단조된 부품을 ASTM E9-89c에 따라서 압축 항복 강도 시편으로 가공하고 ASTM E9-89c에 따라서 압축 항복 강도, 즉, CYS에 관하여 시험하였다.

경도, HV1을 EN ISO 6507-1에 따라서 동일한 부품에 대해서 시험하고, 구리, 탄소 및 산소에 관한 화학적 분석을 압축 항복 강도 시편에 대해서 수행하였다.

하기 표 2는 시험 샘플을 생산하기 전에 조성물에 대한 그라파이트의 첨가된 양을 나타낸다. 표 2는 또한 시험 샘플의 C, O 및 Cu에 대한 화학적 분석을 나타낸다. 시험 샘플의 분석된 Cu의 양은 조성물중의 혼합된 Cu-분말의 양에 대응한다. Cu 함량은 혼합된 Cu가 없은 조성물을 기초로 한 시험 샘플에 대해서는 분석되지 않았다. 표 2는 또한 샘플에 대한 CYS 및 경도 시험으로부터의 결과를 나타낸다. 분말 조성물 D1 및 D2는 각각 0.45중량% 및 0.55중량% 그라파이트와 혼합된 분말 D로 이루어진다. 분말 조성물 B1 및 B2는 각각 0.3중량% 및 0.5중량% 그라파이트와 혼합된 분말 B로 이루어진다.

표 2

표 2는 첨가된 그라파이트의 양 및 생산된 샘플의 분석된 C, O 및 Cu 함량 뿐만 아니라, CYS 및 경도 시험으로부터의 결과를 나타낸다.

조성물 A, B1, D1, D2, F, G 및 H로부터 제조된 샘플 모두는 380 HV1 미만의 경도 값과 함께 820 MPa 초과의 충분한 CYS 값을 나타낸다.

참조 1, 참조 2 및 참조 3 조성물로부터 제조된 샘플은 비교적 높은 탄소 및 구리 함량에도 불구하고 너무 낮은 압축 항복 응력을 나타낸다. 탄소 및 구리의 추가의 증가는 충분한 압축 항복 응력을 부여할 수 있지만, 경도가 너무 높게 될 것이다.

분말 I 및 분말 J 조성물로부터 제조된 샘플은 너무 낮은 압축 항복 강도를 나타내는데, 분말 I 조성물은 구리가 첨가되지 않았기 때문이며, 분말 J 조성물은 구리 함량이 너무 낮기 때문이다. 혼합된 Cu의 양을 증가시키면, 조성물 F 및 조성물 G에 의해서 나타나는 바와 같이, 380 HV1 미만의 경도를 유지하면서 압축 항복 강도가 증가할 것이다.

조성물 B1으로부터 제조된 샘플은 또한 비교적 낮은 탄소 함량으로 인해서 너무 낮은 압축 항복 강도를 나타낸다. 혼합되는 그라파이트의 양을 증가시키면, 조성물 B2에 의해서 나타나는 바와 같이, 380 HV1 미만의 경도를 유지하면서 압축 항복 강도가 증가할 것이다.

Claims

0.2 내지 1.5중량%의 Cr, 0.05 내지 0.4중량%의 V, 0.09 내지 0.6중량%의 Mn, 0.1중량% 미만의 Mo, 0.1중량% 미만의 Ni, 0.2중량% 미만 Cu, 0.1중량% 미만의 C, 0.25중량% 미만의 O, 0.5중량% 미만의 불가피한 불순물, 및 나머지 성분의 철을 포함하는 물 분무된 분무합금 철-기반 스틸 분말.
제 1항에 있어서, Cr의 함량이 0.2 내지 1.2중량% 범위 내에 있는 물 분무된 분무합금 철-기반 스틸 분말.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, Mn의 함량이 0.1중량% 초과, 바람직하게는 0.15중량% 초과인 물 분무된 분무합금 철-기반 스틸 분말.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, Cr의 함량이 0.6 내지 1.2중량% 범위 내에 있는 물 분무된 분무합금 철-기반 스틸 분말.
제 4항에 있어서, Mn의 함량이 0.1 내지 0.3중량% 범위 내에 있는 물 분무된 분무합금 철-기반 스틸 분말.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, Cr의 함량이 0.2 내지 0.6중량% 범위 내에 있는 물 분무된 분무합금 철-기반 스틸 분말.
제 6항에 있어서, Mn의 함량이 0.2 내지 0.6중량% 범위 내에 있는 물 분무된 분무합금 철-기반 스틸 분말.
제 6항 또는 제 7항에 있어서, V의 함량이 0.2중량% 미만인 물 분무된 분무합금 철-기반 스틸 분말.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 물 분무된 분무합금 철-기반 스틸 분말을 포함하는 철-기반 분말 조성물로서, 조성물의 0.35 내지 1중량%의 그라파이트, 조성물의 0.05 내지 2중량%의 윤활제, 4중량% 이하의 양의 임의의 구리, 및 임의의 경질 상 재료 및 가공성 향상제와 혼합된 철-기반 분말 조성물.
제 9항에 있어서, 스틸 분말에 대해서, Cr의 함량이 0.6 내지 1.2중량%이고, Mn의 함량이 0.1 내지 0.3중량%이고; 조성물이 Cu와 혼합되지 않는 철-기반 분말 조성물.
제 9항에 있어서, 스틸 분말에 대해서, Cr의 함량이 0.2 내지 0.6중량%이고, V의 함량이 0.05 내지 0.2중량%이고, Mn의 함량이 0.2 내지 0.6중량%이고; 조성물이 2 내지 4중량%의 Cu와 혼합되는 철-기반 분말 조성물.
소결되고 임의로 분말 단조된 부품을 제조하는 방법으로서,
a) 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 철-기반 스틸 분말 조성물을 제조하는 단계,
b) 조성물을 400 내지 2000 MPa에서 압축시키는 단계,
c) 생성된 그린 부품을 환원 대기중 1000 내지 1400℃의 온도에서 소결하는 단계,
d) 임의로 가열된 부품을 500℃ 초과의 온도에서 단조 처리하거나 생성된 소결 부품을 열처리 단계에 가하는 단계를 포함하는 방법.
제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 철-기반 분말 조성물로부터 생성된 분말 단조 부품.
제 13항에 있어서, 부품이 실질적으로 펄라이트/페라이트 미세구조를 지니는 분말 단조 부품.
제 13항 또는 제 14항에 있어서, 부품이 커넥팅 로드(connecting rod)인 분말 단조 부품.
제 13항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 부품이 380 HV1 이하의 비커스 경도(Vickers hardness)와 함께 820 MPa 초과의 압축 항복 응력, 즉, CYS를 지니는 분말 단조 부품
제 16항에 있어서, 부품이 360 HV1 미만의 비커스 경도를 지니는 분말 단조 부품.