KR20120053616A

KR20120053616A - 내마모성과 내충격성이 향상된 건설기계용 버켓 투스

Info

Publication number: KR20120053616A
Application number: KR1020100114827A
Authority: KR
Inventors: 고승운; 김영민
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2012-05-29
Also published as: KR101704821B1

Abstract

본 발명은 건설기계용 버켓(bucket)에 적용되는 투스(tooth)의 내마모성 및 내충격성을 향상시키기 위하여 상기 투스를 형성하기 위한 철강 소재의 합금 원소의 조성과 함량비를 최적화하고 또한 열처리 과정도 최적화한 것이다.

Description

내마모성과 내충격성이 향상된 건설기계용 버켓 투스{BUCKET TOOTH FOR CONSTRUCTION EQUIPMENT WITH ENHANCED ABRASION RESISTANCE AND IMPACT RESISTANCE}

본 발명은 내마모성 및 내충격성이 향상된 건설기계용 버켓(bucket)에 적용되는 투스(tooth)에 대한 것으로서, 투스를 형성하기 위한 철강 소재의 합금 원소의 조성과 함량비를 최적화하여 투스의 내마모성과 내충격성이 향상시킨 것이다.

일반적으로, 건설 기계의 일종인 굴삭기는 토사나 암석을 채굴하기 위해 사용되는 건설기계로서, 차체의 전방부에는 아암을 구비하고, 상기 아암의 단부에는 토사나 암석을 채굴하기 위한 버켓이 구비된다.

상기 굴삭기는 택지조성사업, 도로 및 하수도 공사, 하천개조 및 차수공사, 터널 및 지하철 공사, 토석 채취작업, 임야개간공사, 토사 적재작업 등의 다양한 작업을 할 수 있도록 제작되어 있는데, 필요에 따라 아암의 선단에 결합되는 버켓 등을 작업목적에 적합한 것으로 교체하여 사용 가능하다. 일례로, 종래 굴삭 작업용 굴삭기의 버켓은 도 1에 도시된 것과 같이, 상기 버켓(100)의 선단에 굴삭 작업을 위한 다수의 투스(110)가 일정 간격을 두고 구비된 구조를 갖는다. 상기 투스(110)는 볼트체결이나 용접 등에 의해 상기 버켓(100)에 고정 결합되는 투스 어댑터(101)에 결합됨으로써 버켓에 고정된다. 이러한 투스는 굴착지면에 직접 접촉되면서 굴삭지면을 굴삭하는 소모품으로서, 상기 투스 어댑터(101)에 끼워진 상태에서 록킹 핀 및 록킹 와셔 등과 같은 체결수단을 통해 조립되어 교체될 수 있다.

상기 투스는 일반적으로 내마모성이 우수한 합금원소를 이용하여 제조되며 열처리 등을 거친다. 그런데 최근 건설장비가 고성능화, 고마력화되면서 상기와 같은 투스의 소모도 빨라지게 되어 교환주기가 짧아지고 있으며 상기와 같은 소모성 부품에 대한 품질향상 및 교환주기 연장을 위한 수명연장의 요구가 커지고 있다. 상기와 같은 투스(110)의 손상을 억제하면서 사용 수명을 연장시키기 위해서는 투스의 마모성과 내충격성을 강화시킬 필요가 있다. 이를 위하여 최근 다양한 연구들이 진행되고 있는 실정이다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 과제를 해결하고자 수명이 연장되어 교환주기를 연장시킬 수 있는 건설기계 버켓의 투스를 제공하고자 한다.

본 발명에서는 또한 내마모성과 내충격성이 향상된 건설기계 버켓의 투스를 제공하고자 한다.

본 발명은 또한 건설기계 버켓의 투스를 형성하기 위한 철강 소재 합금 원소의 조성과 함량비를 최적화하고, 그에 맞는 최적의 열처리공정 기술을 적용하여 투스를 제조함으로써 투스의 내마모성과 내충격성을 향상시키고자 한다.

본 발명에서는 철강 소재 합금 원소의 조성과 함량비를 최적화 한 합금 조성물에 의하여 제조되는 건설기계용 버켓의 투스를 제공한다.

본 발명의 일례에 따르면, 예컨대, 구성성분 전체 중량에 대하여 탄소(C) 0.2 내지 0.4 중량%, 규소(Si) 0.2 내지 0.9 중량%, 망간(Mn) 0.8 내지 2.0 중량%, 니켈(Ni) 0.5 내지 2.0 중량%, 크롬(Cr) 0.3 내지 1.5 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.25 내지 0.4%, 붕소(B) 0.0001 내지 0.003 중량%, 알루미늄(Al) 0.01 내지 0.1 중량%, 티타늄(Ti) 0.01 내지 0.1 중량%를 함유하고, 잔량의 철(Fe)을 포함하는 합금 조성물에 의하여 제조되는 건설기계용 버켓의 투스를 제공한다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 합금 조성물은 전체 중량에 대하여 0.1 내지 0.25 중량%의 바나듐(V)을 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 합금 조성물을 이용하여 건설기계용 버켓의 투스를 제조할 때, 상기 합금 조성물에는 상기 각각의 구성성분에 자연적으로 부가된 인(P)과 황(S) 중 어느 하나 또는 둘 모두가 포함될 수 있다. 이 때 상기 각각의 구성성분에 자연적으로 부가된 인(P) 및 황(S)은 각각 상기 합금 조성물 총 중량에 대하여 0.03 중량% 이하가 되도록 조절한다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 합금 조성물은 전체 중량에 대하여 0.1 내지 0.3 중량%의 구리(Cu)을 더 포함할 수도 있다.

본 발명은 또한 상기 철강 소재 합금 원소의 조성과 함량비를 최적화 한 합금 조성물을 이용하여 건설기계용 버켓의 투스를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 제조방법은, 상기 설명한 합금 조성물을 용융시켜 용강을 제조하는 단계; 상기 용융된 용강을 1,600±100℃에서 주형에 주입하여 응고시키는 주조를 실시하여 투스 형태를 형성하는 단계; 상기 형성된 투스를 오스테나이트화 온도인 920±30℃에서 오스테나트화한 후 퀀칭하는 단계; 및 상기 오스나이트화된 투스를 300~500℃에서 오스템퍼링하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 건설기계용 버켓의 투스 재질의 조직 중에는 Acicular Structure 마르텐사이트 조직이 80~95 부피%, 오스페라이트(Bainite) 조직이 5~10 부피%, 잔류 오스테나이트 조직이 0~5 부피% 포함되어 있으며, 여기에 잔류 강조직이 더 포함되어 있을 수 있다. 상기 건설기계용 버켓의 투스는 상기 열처리를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 건설기계 버켓의 투스는 철강 소재 합금 원소의 조성과 함량비를 최적화한 것으로서, 우수한 내마모성과 내충격성을 가진다. 또한 상기 건설기계 버켓의 투스는 상기 철강 소재 합금 원소의 조성과 함량비에 적합한 최적의 열처리공정 기술을 적용하여 제조됨으로써 내마모성과 내충격성이 더욱 향상될 수 있다.

도 1은 일반적인 건설기계용 버켓에 대한 사시도로서, 버켓에 투스 부착된 것을 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른 건설기계용 버켓 투스의 제조과정에서 열처리 과정을 설명하는 그래프이다.
도 3a 내지 도 3c는 각각 상기 열처리 및 오스테나이트화에서 시간에 따른 온도조절을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 실시예 1, 실시예 5 내지 7, 비교예 1, 비교예 3에서 제조한 투스에 대하여 HB 경도값과 HRC 경도값을 측정한 결과를 보여주는 것이다.

본 발명에 따른 건설기계용 버켓의 투스는 철을 주성분으로 하는 합금 조성물에 의하여 제조되며 합금 조성물은 하기와 같다.

탄소(C)는 0.2~0.4 중량% 정도 포함되는데, 탄소는 강의 강도를 향상시키는데에 가장 효과적이고 중요한 원소이다. 상기 탄소는 오스테나이트에 고용하여 퀀칭(quenching)시 변형유발 가능성을 크게 한다. 또한 탄소는 Fe, Cr, Mo, V 등의 원소와 화합하여 탄화물을 형성하므로써 강도 및 경도를 향상시킨다.

규소(Si)는 0.2~0.9 중량% 정도 함유되는데, 강 속의 규소(Si)는 주로 선철과 탈산제에서 잔류되는 것이다. 규소는 SiO₂와 같은 화합물을 형성하지 않는한 페라이트 속에 고용 되므로 탄소강의 기계적성질에는 큰 영향을 미치지 않는다. 상기 규소는 템퍼링시 연화저항성을 증대시키기 때문에 본 발명에서는 그 함량이 0.9 중량%를 초과하지 않도록 한다.

망간(Mn)은 0.8~2.0 중량% 정도로 함유된다. 일반적으로 탄소강에는 약 0.35~1.0% 정도의 망간(Mn)이 함유되어 있다. 이 Mn의 일부는 강 속에 고용되며, 나머지는 강 속에 함유되어 있는 황(S)과 결합하여 비금속 게재물(nonmetallic inclusion)인 MnS를 결정립내에 형성한다. 상기 MnS는 연성이 있어서 소성가공시에 가공방향으로 길게 연신되는 특성이 있어 강의 물성에 영향을 주지만, 상기 MnS의 형성으로 인하여 강 속의 S의 양이 감소되도록 하는 효과가 있다. 참고로, 상기 황(S)은 결정립계에 형성되는 취약하고 저융점 화합물인 FeS를 형성을 억제시킨다. 따라서, Mn에 의해서 펄라이트가 미세해지고, 페라이트를 고용강화시키므로써 탄소강의 항복강도를 향상시킨다. 또한, 퀀칭시 경화깊이를 증가시키지만, 많은 양이 함유되어 있을때는 퀀칭 균열이나 변형을 유발시킨다. Mn은 강에 점성을 부여하는 특징이 있지만 강의 내산성및 내산화성을 저해하는 원소이기도 하다. 따라서, 본 발명에서는 Mn의 함랴을 0.8~2.0 중량%로 조절한다.

니켈(Ni)은 0.5~2.0 중량% 만큼 포함된다. Ni은 강의 조직을 미세화시키고 오스테나이트나 페라이트에도 고용이 잘되므로 기지를 강화시킨다. 또한 Cr이나 Mo과의 공존하면 우수한 경화능을 나타내어 대형강재의 열처리를 용이하게 한다. Ni은 오스테나이트 안정화원소이므로 Cr과의 조합으로 오스테나이트계 스테인리스강 내열강을 형성하며, 강의 저온인성을 현저히 개선시키며 용접성 가단성 을 해치지 않는다. 또한 Ni은 C나 N의 확산을 느리게 하므로 내열강의 열화를 방지하고 팽창율, 강성율, 도자율 등에 있어서 특징이 있다. Ni은 Cr과 함께 가장 중요하고도 보편적인 합금원소이며, 본 발명에서는 그 함량을 0.5~2.0 중량% 정도로 조정한다.

크롬(Cr)은 0.3~1.5 중량% 정도 함유된다. 참고로 크롬은 13 중량%까지 첨가되어 오스테나이트 영역을 확장시키는 역할을 할 수 있다. 크롬은 가격이 싸고, 다량 첨가하여도 취화를 일으키지 않는 탄화물을 형성시킨다. 크롬을 10 중량%이상 첨가하면 스테인리스강으로 되고 내산화성을 향상시키고 내유화성을 개선하므로, 크롬은 구조용강, 공구강, 스테인리스강 및 내열강에 함유되는 중요한 합금원소이다. 단 Cr의 첨가량이 많게되면 비자성의 취약한 상이 나타난다. Cr은 또한 저온취성과 수소취성을 방지하는 효과가 있지만 템퍼링 취성을 유발한다. 이에 본 발명에서는 Cr의 함량을 0.3~1.5 중량% 정도로 한정한다.

몰리브덴(Mo)은 0.25~0.4 중량% 함유된다. Mo은 0.25~0.4 중량% 정도의 첨가로 Ni의 10배까지 경화능을 향상시키는 효과가 있는 원소로서, 템퍼링 취성을 방지하여 템퍼링 취화 저항성을 부여한다. 몰리브덴은 또한 탄화물을 형성하기 때문에 고급 절삭공구의 합금원소로도 우수한 효과를 나타내며 결정립조대화 온도를 상승시킨다. 경화능에 관해서는 Mo단독보다는 Cr과 병용하면 더욱 효과적이다. 그러나 값이 비싸다. 이에 본 발명에서는 몰리브덴(Mo)의 함량을 0.25~0.4 중량%로 조정한다.

붕소(B)는 강재에 자연발생적으로 포함될 수 있는 원소로서 그 함량이 적을 수록 좋은데, 본 발명에서는 0.0001~0.003 중량% 정도 포함되도록 한다. 상기 붕소의 함량을 0.003 중량% 이하로 조절함으로써 경화능을 증가시킬 수 있다. 붕소가 과잉 첨가되면 Fe₃B를 형성하여 적열취성을 일으킨다.

알루미늄(Al)은 0.01~0.1 중량% 정도 포함된다. Al은 강탄산제로서 유효하나 첨가량이 많으면 강을 취약하게 한다. 따라서 탄산, 탈질용으로서는 0.1 중량% 이하로 첨가하는 것이 보통이다. 질화물인 AIN은 미세석출하여 강의 결정립미세화에 효과적이므로 이것을 이용해서 극미세결정립을 갖는 강인강을 제조할 수 있다. 또한 고온산화방지 및 내유화성에 극히 효과적이다.

티타늄(Ti)은 0.01~0.1 중량% 정도 함유된다. Ti는 O, N, C, S 및 H 등 어느 원소와도 강한 친화력을 나타내고 특히 탈산, 탈질 및 탈유에 흔히 사용된다. 탄화물 형성능도 Cr보다 강하고 결정립을 미세화시키기 때문에 스테인리스강이나 절삭공구강의 개량에 이용된다. 또한 타금속원소와도 화합물을 형성하여 석출경화 효과가 현저하므로 석출경화형 스테인리스강이나 영구자석 등에 이용된다. 본 발명에서는 상기 티타늄(Ti)의 함량을 0.01~0.1 중량% 정도로 조정한다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 합금 조성물은 바나듐(V)을 더 포함할 수 있다. 상기 바나듐은 합금 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 0.25 중량% 만큼 함유될 수 있다.

상기 바나듐(V)은 탄화물 형성능이 커서 미립탄화물을 만들어 강의 조직을 미세화시킬 수 있기 때문에 고장력강으로부터 각종 공구강에 이르기까지 많이 사용되고 있다. 템파링 연화저항성도 Mo이상으로 좋다. 고온강도도 대폭향상시키지만 산화물인V₂0₅는 증기압이 높아서 고온증발하므로 첨가량에 한계가 있다. 또한 상기 바나듐은 가격이 비싸기 때문에 함량이 많아지면 경제적 측면에서 불리한 점이 있다. 이에 본 발명에서는 상기 바나듐의 함량을 합금 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 0.25 중량%로 조절한다.

한편, 상기 합금 조성물을 이용하여 건설기계용 버켓의 투스를 제조할 때, 상기 합금 조성물에는 부가적인 성분들이 포함된다. 즉, 상기 건설기계용 버켓의 투스를 제조하는 과정에서 불가항력적으로 자연적으로 포함되는 성분들도 있으며, 상기 각각의 구성성분의 채취나 또는 수득과정에서 자연적으로 부가되는 성분도 있다. 인(P)과 황(S)도 상기와 같이 제조과정에서 자연적으로 부가될 수 있는 성분인데, 상기 자연적으로 부가된 인(P) 및 황(S)은 각각 상기 합금 조성물 총 중량에 대하여 0.03 중량% 이하가 되도록 조절한다.

황(S)은 강 속에 함유되어 있는 원소로서, 보통 Mn과 결합하여 MnS 개재물을 형성한다. 강 중에 Mn의 양이 충분치 못할 경우에는 Mn에 의하여 황(S)이 전부 소모되지 못하기 때문에 상기 황(S)이 Fe와 결합하여 FeS를 형성하기도 한다. 그런데 FeS는 물성이 매우 취약하고 용융점이 낮기 때문에 열간 및 냉간가공시에 균열을 일으킬 수 있다. 따라서 FeS 개재물의 형성을 피하기 위해서는 Mn:S의 비를 보통 5:1로 하고 있다. 일반적으로 황은 Mn, Zn, Ti, Mo 등의 원소와 결합하여 강의 피삭성을 증가시킨다.

인(P)도 역시 강 속에 함유되어 있는 원소로서, P가 강 속에 균일하게 분포되어 있으면 별 문제가 없으나, 종종 Fe₃P라는 해로운 화합물을 형성한다.이 화합물은 물성이 극히 취약하고 편석되어 있어서 풀림처리를 하여도 균질화되지 않고 단조, 압연 등의 가공을 하면 길게 늘어난다. 충격저항을 저하시키고, 템퍼링취성을 촉진하며, 쾌삭강에서는 피삭성을 증가시키는 원소로 취급되나 일반적으로는 불순물로서 간주된다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 합금 조성물은 전체 중량에 대하여 0.1 내지 0.3 중량%의 구리(Cu)을 더 포함할 수도 있다. 구리(Cu)는 광석 등으로부터 쉽게 혼입되는데 강에는 보통 0.1~0.3 중량%정도 함유되어 있다. Cu를 함유한 강에서는 열간가공성이 문제로 되는데, 특히 구리의 함량이 0.5 중량%이상일 때에는 적열취성(red brittleness)의 원인으로 된다. 이는 고온 가열시에 Cu의 산화속도가 Fe보다 작기 때문에 구리가 강표면에 편재하여 열간 가공중에 강재 내부로 침투하기 때문이다. 이러한 적열취성은 Ni이나 Mo의 첨가로서 현저히 개선할수 있다. 또한 Cu는 비교적 소량 함유되어 있어도 대기 및 해수중에서 강의 내식성을 현저하게 향상시킨다. Cu와 P가 공존할 경우 내식성 향상이 더욱 우수해진다.

기타, 상기 건설기계용 버켓의 투스를 제조하는 과정에서 자연적으로 포함되어 잔류하거나 또는 상기 각각의 구성성분의 채취나 또는 수득과정에서 자연적으로 부가되는 성분들로서 하기의 성분들이 있다.

이러한 성분들 중 먼저, 강 중에 잔류하는 질소량은 용해원료, 용해방법에 따라서 현저하게 변화된다. 일반적으로 질소는 극히 미량의 존재로도 강의 기계적 성질에 큰 영향을 미치는데, 인장강도, 항복강도를 증가시키고 연신율을 저하시킨다. 특히 충격치의 감소 및 천이온도의 상승이 현저하다. 질소는 탄소와 동일하게 침입형원소이고 강중에서 확산속도가 빠르고 또한 페라이트에 대해서 초대 약 0.1%(580℃)로부터 0.003% 정도(상온)까지 연속적으로 용해도 변화를 나타내는 등 다른 잔류원소와는 다른 큰 특징이 있다. 이 때문에 강은 각종의 취성이나 시효경화성을 나타낸다. 퀀칭시에 일어나는 퀀칭시효, 냉간 가공에 의한 변형시효, 그리고 200~300℃에서의 청열취성에 의해서 강의 인장강도, 항복강도는 증가하고 충격치는 저하하여 강의 취화를 일으킨다. 특히 극연방 박판의 deep drawing 가공시에 표면에 주름이 발생하는 현상은 주로 질소의 변형시효에 의한 것이다. 이것을 안정화 시키기 위해서는 질소와 친화력이 큰 Al, Ti, Zr, V, B 등을 첨가하므로써 취화현상을 방지하여야 한다. 또한 질소는 다른 합금원소와 결합하여 질화물을 형성하므로 강의 여러 성질에 영향을 미친다. AlN이 강중에 미세하게 석출되어 있으면 오스테나이테의 결정립을 미세하게 하여 세립강의 제조가 가능해지고, 이외에 Ti, Zr, V, Nb 등도 질화물을 형성하여 결정립을 미세하게 만든다. 그러나 AlN도 다량 존재하면 고온인성을 크게 해치고, 특히 단조시에 오스테나이트 입계에 AlN이 석출되어 입계취성을 일으키며 또한 AlN 석출에 의하여 고온크르프강도도 저하시키다.

수소(H)는 원자반경이 극히 작으므로 Fe 격자 중에 N, C 등과 동일하게 침입형으로 고용되어 있고, 강중에서는 다른 원소에 비해서 확산속도가 매우 빠르므로 강속을 자유로이 이동할 수 있다. 또한 수소는 백점, 헤어크랙, 선상조직 및 용접시 비드 균열 등 여러가지 결함의 원인이 된다. 이러한 결함의 방지 또는 제거를 위하여 최근에는 진공용해 또는 진공처리에 의해 탈수소를 행하여 제강과정에서 생기는 수소에 의한 결함을 줄이고자 하고 있다.

산소(O)는 Fe에 거의 고용되지 않기 때문에 강중에서는 주로 비금속개재물로서 존재한다. 이들 중 SiO₂, Al₂0₃, Cr₂0₃, TiO₂ 등은 Fe에 대해서 고용도를 갖지 않지만 FeO, MnO 등은 고온에서 약간 고용한다. 특히 이들 비금속개재물은 강의 기계적 성질, 피로 특성 등을 저하시킨다. 순도가 높은 FeO 합금에서는 산소 함유량의 증가와 함께 충격 천이온도는 현저하게 상승하지만, 순철에 소량의 C, Mn 등이 존재하면 그 영향은 거의 사라진다. 산소는 다량으로 함유되어 있으면 강의 침탄시 이상조직의 원인이 됨과 동시에 경화능을 저하시키고, 가열에 의한 오스테나이트의 결정립을 성장을 촉진시킨다.

비소(As)는 제선제강 과정에서 제거하는 것이 거의 불가능한데, 강재의 재질향상을 위해서 As를 인위적으로 첨가하는 경우는 거의 없다고 보아도 좋다. As는 0.2 중량% 이상 함유될 경우 충격치를 현저하게 저하시키고, 충격 천이온도를 상승시킴과 함께 강의 열간가공성을 해치고 적열취성을 일으킨다. 그러나 통상의 강에 함유되어 있는 정도량의 As에 대해서는 이러한 악영향은 거의 문제시 되지 않는다고 볼 수 있다.

코발트(Co)는 강의 고온강도를 개선하는 데에 효과적이다. 대부분의 합금원소는 고량첨가로써 강의 경화능을 향상시키지만 Co는 예외로서 그반대의 경향을 나타내며, 또한 고가이므로 일반적인 강에는 사용하지 않고 자석, 고급 절삭공구, 내열재료 등에 첨가해서 성질을 개선하는데 사용하고 있다.

주석(Sn)은 scrap으로부터 혼입되어 제강과정에서는 거의 제거되지 못하는 원소로서 페라이트에서는 약 8 중량%까지 고용된다. 일반적으로 Sn은 강의 인장강도, 항복강도를 증가시키고 연신율 충격치를 감소시키는등 P의 영향과 유사한점이 많지만 P만큼 현저하지는 않다. 그러나 Sn은 열간가공시의 적열취성, 템퍼링취성, 저온취성 등의 원인이 되고 내식성에 약간의 이점이 있기는 하지만 일반적으로 강에는 유해한 원소이다.

칼슘(Ca)은 강력한 탈산제이다. 용강 중에 기화하여 폭발하기 쉬우므로 Ca-Si, Ca-Si-Mn 등의 상태로 첨가하여 비금속개재물의 상태 및 분포의 조정을 행한다.

니오븀(Nb)은 강력한 결정립 미세화원소로서 결정립 조대화 온도를 상승시킨다. 경화능을 저하시키며, 템퍼링 취성을 감소시킨다.

텔루륨(Te)은 강의 피삭성을 증대시키며 열간가공성을 해친다.

납(Pb)은 강의 피삭성을 증가시킨다.

텅스텐(W)은 고가이고 비중이 커서 편재하기 쉬우므로 구조용 강에는 거의 첨가되지 않지만, 경화능을 향상시키고 Fe₄W₂C 또는 Fe₃W₃C 형의 탄화물을 형성하기 때문에 공구강 특히 절삭공구강에 이용되고, 18%W-4%Cr-1%V강은 고속도강으로서 유명하다.

지르콘(Zr)은 N, C, S 및 H와의 친화력이 Ti보다도 높기 때문에 상기 원소의 고정에 흔히 이용되고 있다. 백점의 발생도 0.2~0.3 중량% 첨가로 완전히 방지할 수 있다고 알려져 있다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 제조방법은, 상기 설명한 합금 조성물을 용융시켜 용강을 제조하는 단계; 상기 용융된 용강을 1,600±100℃에서 주형에 주입하여 응고시키는 주조를 실시하여 투스 형태를 형성하는 단계; 상기 형성된 투스를 오스테나이트화 온도인 920±30℃에서 오스테나트화한 후 퀀칭하는 단계 및 상기 오스나이트화된 투스를 300~500℃에서 오스템퍼링하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 920±30℃의 온도에서의 퀀칭하는 단계 후에 추가로 또는 상기 퀀칭과는 별도로 870±30℃의 온도에서 퀀칭하는 단계를 포함할 수도 있다.

도 2는 상기 열처리를 설명하는 그래프이다.

도 3a 내지 도 3c는 각각 상기 열처리 및 오스테나이트화에서 시간에 따른 온도조절을 설명하기 위한 개략도이다.

이하, 실시예 및 비교예를 설명한다.

<실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2>

먼저 하기 표 1의 조성으로 합금 조성물을 준비한 후 이를 이용하여 건설기계(굴삭기)용 버켓의 투스를 제조하였다. 실시예는 본 발명에 따른 조성이며, 비교예는 종래 사용되던 강화강 조성이다.

구체적으로, 하기 표 1의 조성으로 된 합금 조성물을 진공 용해로에서 용융하고 주조를 실시하여 잉곳(ingot)을 제조하고 어닐링하였다. 구체적으로, 약 1050℃에서 공기 냉각하고, 담금질 한 후, 600℃에서 공기냉각하고 템퍼링을 실시하였다. 하기 표 1에서 P, S, B는 제조과정에서 자연발생적으로 포함되어지는 성분으로서 가능한 적게 함유되도록 하였는데, 적어도 표 1에 개시된 함량 이하로 포함되도록 하였다. 표 1에서 함량 단위는 중량%이다.

원소	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2
C	0.3	0.3	0.3	0.3	0.35	0.15
Si	0.5	0.5	0.5	0.5	1.0	2.0
Mn	0.8	2.0	1.5	1.5	1.5	1.0
P (max)	0.03	0.03	0.03	0.03	0.02	0.03
S (max)	0.03	0.03	0.03	0.03	0.08	0.02
Ni	0.5	1.5	1.0	1.5	1.2	-
Cr	0.3	0.8	1.0	1.5	0.3	-
Mo	0.15	0.4	0.25	0.3	0.15	-
V	-	0.25	0.1	0.2	-	-
B (max)	0.003	0.003	0.003	0.003	0.0005	-
Al	0.05	0.05	0.05	0.05		0.005
Ti	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.1
N	-	-	-	-	-	0.006
Nb+Mo+V	-	-	-	-	-	0.1

<실시예 5 내지 7 및 비교예 3>

상기 실시예 2 내지 4 및 비교예 2의 조성을 갖는 합금용 조성물을 이용하여 아래와 같이 열처리를 하여 각각 실시예 5 내지 7 및 비교예 3이라 하였다.

상기 표 1에서 실시예 2 내지 4 및 비교예 2의 조성을 갖는 합금용 조성물을 용융시킨 용강을 1,600±100℃에서 주형에 주입하여 잉곳을 형성한 후 상기 형성된 잉곳을 오스테나이트화 온도인 920±30℃에서 오스테나트화한 후 퀀칭하고, 다시 300~500℃에서 오스템퍼링하였다. 이어 기계적 가공을 하여 완성한 투스를 각각 실시예 5 내지 7 및 비교예 3이라 하였다.

상기 제조된 투스 중, 실시예 1, 실시예 5 내지 7, 비교예 1, 비교예 3에 대하여 경도분석을 실시하였다. 경도 분석은 HB 경도값과 HRC 경도값을 측정하였다. 상기 경도값 측정 결과는 도 4에 도시되어 있다.

도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의한 투스의 경우 경도가 우수하며, 특히 상기 실시예 5 내지 7에서처럼, 본 발명에 따른 조성을 갖는 합금용 조성물을 이용하여 투스를 제조한 후 소정의 열처리를 한 경우 경도값이 매우 우수해짐을 알 수 있다.

100: 버켓 110: 투스
101: 투스 어댑터

Claims

구성성분 전체 중량에 대하여 탄소(C) 0.2 내지 0.4 중량%, 규소(Si) 0.2 내지 0.9 중량%, 망간(Mn) 0.8 내지 2.0 중량%, 니켈(Ni) 0.5 내지 2.0 중량%, 크롬(Cr) 0.3 내지 1.5 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.25 내지 0.4%, 붕소(B) 0.0001 내지 0.003 중량%, 알루미늄(Al) 0.01 내지 0.1 중량%, 티타늄(Ti) 0.01 내지 0.1 중량%를 함유하고, 잔량의 철(Fe)을 포함하는 합금 조성물에 의하여 제조되는 건설기계용 버켓의 투스.
제 1항에 있어서, 상기 합금 조성물은 전체 중량에 대하여 0.1 내지 0.25 중량%의 바나듐(V)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 버켓의 투스.
제 1항에 있어서, 상기 합금 조성물은 상기 각각의 구성성분에 자연적으로 부가된 인(P) 및 황(S) 중 적어도 한가지 원소를 더 포함할 수 있는데, 이때 상기 자연적으로 부가적으로 포함된 인(P) 및 황(S)은 각각 0.03 중량% 이하가 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 버켓의 투스.
제 1항에 있어서, 상기 합금 조성물은 전체 중량에 대하여 0.1 내지 0.3 중량%의 구리(Cu)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 버켓의 투스.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 의한 합금 조성물을 용융시켜 용강을 제조하는 단계;
상기 용융된 용강을 1,600±100℃에서 주형에 주입하여 응고시키는 주조를 실시하여 투스 형태를 형성하는 단계;
상기 형성된 투스를 오스테나이트화 온도인 920±30℃에서 오스테나트화한 후 퀀칭하는 단계; 및
상기 오스나이트화된 투스를 300~500℃에서 오스템퍼링하는 단계;
를 포함하는 건설기계용 버켓의 투스의 제조방법.
제 5항에 의한 제조방법에 의하여 제조된 건설기계용 버켓의 투스로서, 상기 투스 재질의 조직 중에는 Acicular Structure 마르텐사이트 조직이 80~95 부피%, 오스페라이트(Bainite) 조직이 5~10 부피%, 잔류 오스테나이트 조직이 0~5 부피% 포함되어 있으며, 잔류 강조직이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 건설기계용 버켓의 투스.