KR20160108529A

KR20160108529A - 스테인리스 강 및 스테인리스 강제의 절삭 공구 본체

Info

Publication number: KR20160108529A
Application number: KR1020167022344A
Authority: KR
Inventors: 슈타판 구나르손; 마그너스 티데스텐
Original assignee: 우데홀름스 악티에보라그
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2016-09-19
Also published as: IL246748B; CN106062233A; TWI631224B; US20160333449A1; JP2017507244A; CA2936549A1; RU2016131191A3; MX2016009199A; RU2016131191A; AU2014377770B2; EP3094757A1; WO2015108466A1; EP3094757A4; RU2674540C2; EP3094757B1; CA2936549C; AU2014377770A1; IL246748A0; TW201536933A

Abstract

본 발명은 절삭 공구들을 위한 절삭 공구 본체들 또는 홀더들을 위해서 의도된 스테인리스 강 및 스테인리스 강제의 절삭 공구 본체에 관한 것이다. 스테인리스 강은,
C 0.14 내지 0.25
N 0.06 내지 0.15
Si 0.7 내지 1.2
Mn 0.3 내지 1.0
Cr 12 내지 15
Ni 0.3 내지 0.8
Mo 0.05 내지 0.4
V 0.05 내지 0.4
Al 0.001 내지 0.3
선택적인 성분들 및 불순물들 이외의 잔부 Fe를 포함한다.

Description

스테인리스 강 및 스테인리스 강제의 절삭 공구 본체 {STAINLESS STEEL AND A CUTTING TOOL BODY MADE OF THE STAINLESS STEEL}

본 발명은 스테인리스 강 및 스테인리스 강제의 절삭 공구 본체에 관한 것이다.

강은 절삭 공구들을 위한 홀더(holder)들 또는 절삭 공구 본체들을 위해서 의도된다.

용어 "절삭 공구 본체"는 능동 공구 부분(active tool portion)이 절삭 작동시에 위에 또는 안에 장착되는 본체를 의미한다. 전형적인 절삭 공구 본체들은 밀링 및 드릴 본체들이며, 이들에는 고속도강(high speed steel), 초경(cemented carbide), 입방정 질화 붕소(CBN: cubic boron nitride) 또는 세라믹의 능동 절삭 엘리먼트(active cutting elements)들이 제공된다. 이러한 절삭 공구 본체들에서 재료는, 지정된 홀더 강의 분야 내에서, 통상 강이다.

많은 유형들의 절삭 공구 본체들은, 매우 복잡한 형상을 가지며, 종종, 작은 스레디드 구멍(threaded hole)들 및 길고 작은 드릴 구멍(drilled hole)들이 존재하며, 이에 따라, 재료는 양호한 절삭성을 가져야 한다. 절삭 작동은 고속 절삭으로 발생하는데, 이는 절삭 공구 본체가 매우 고온일 수 있음을 내포하며, 이에 따라 재료가 양호한 고온 경도(hot hardness) 및 상승된 온도에서 연화(softening)에 대한 내성을 갖는 것이 중요하다. 이를테면 밀링 본체들과 같은 절삭 공구 본체들의 소정의 유형들이 받게 되는 높은 변동 하중들(pulsating loads)을 견디기 위해서, 재료는 양호한 인성 및 피로 강도를 포함하는, 양호한 기계적 특성들을 가져야 한다. 피로 강도를 개선하기 위해서, 압축 응력들이 보편적으로 절삭 공구 본체의 표면에서 도입된다. 이에 따라, 재료는 고온에서 상기 적용된 압축 응력들을 유지하기 위한 양호한 능력, 즉 완화(relaxation)에 대한 양호한 내성을 가져야 한다. 절삭 공구 본체들은 터프 경화(tough hardened)되지만, 클램핑 엘리먼트들이 적용되는 표면들은 표면 경화(induction hardened)될 수 있다. 이에 따라, 재료는 표면 경화에 의해서 경화하는 것이 가능할 것이다. 절삭 공구 본체들의 소정의 유형들, 이를테면 솔더링된 초경 팁(soldered cemented carbide tip)들을 갖는 소정의 드릴 본체들에는 PVD가 코팅되거나 또는 경화 후에 질화처리를 받게 되어, 칩 플루트(chip flute)에서 그리고 드릴 본체에서 칩 마모에 대한 내성을 증가시킨다. 이에 따라, 재료는 경도의 임의의 상당한 감소 없이 표면에서 질화 처리를 받거나 PVD 코팅되는 것이 가능할 것이다.

전통적으로, 1.2721, 1.2738 및 SS2541과 같은 낮은(low) 그리고 중간(medium) 합금식 엔지니어링 강들이 절삭 공구 본체들을 위한 재료로서 사용되고 있다.

또한, 절삭 공구 홀더들을 위한 재료로서 열간 가공 공구강(hot work tool steel)을 사용하는 것이 공지된다. WO 97/49838 및 WO 2009/116933는 절삭 공구 홀더들을 위한 열간 가공 공구강들의 사용을 개시한다. 현재, 2 개의 대중적인 열간 가공 공구강들이 Uddeholms AB에 의해 제공되며, THG 2000 및 MCG 4M의 이름으로 시판중이다. 상기 강들의 공칭 조성(nominal composition)들이 표 1에서(중량%로) 부여된다.

열간 가공 공구강들의 이러한 유형들은, 절삭 공구 홀더들로서 의도된 사용을 위해서 매우 양호한 특징들을 소유한다. 그러나, 열간 가공 공구강들은 기계가공하기가 비교적 어렵다. 기계가공 비용들은, 종종 기계가공된 컴포넌트의 전체 비용의 60% 초과를 차지한다. 감소된 기계가공 시간은 리드 타임(lead-time)을 감소시키며, 노동 비용들을 낮추며 기계 용도를 개선하는 것이 분명하다.

절삭 공구 홀더들을 위한 재료로서 스테인리스 강, 특히 DIN 1.2316와 같은 예비 경화된 400 시리즈 스테인리스강을 사용하는 것이 또한 공지되어 있다. 그러나, 이들 강들은 탄화물 편석(carbide segregation) 및 델타 페라이트의 형성하기 쉽다. 잔류 오스테나이트는, 또한 경화된 그리고 템퍼링된 조건으로 존재할 수 있다. 이에 따라, 기계적 특징들은, 공구 홀더 적용들에 대해 최적이 아니며, 강들은 또한 기계가공하기 어렵다.

US 2007/0006949 A1은, 0.06 - 0.15 %C, 0.07 - 0.15 %N, 0.1 - 1.0 %Si, 0.1 - 2.0 %Mn, 12.5 - 14.5 %Cr, 0.8 - 2.5 %Ni, 0.1 - 1.5 %Mo 그리고 선택적으로, 0.7 % 이하의 V를 함유하는 플라스틱 몰딩 공구들을 위한 홀더들 및 홀더 상세들을 위한 강을 개시한다.

본 발명의 일반적인 목적은, 절삭 공구 본체들을 위한 재료로서 적절하고 양호한 절삭성을 갖는 스테인리스 강을 제공하는 것이다. 강은, 예비 경화된 조건뿐만 아니라 소프트 어닐링된(soft annealed) 조건들에서 개선된 특성 프로파일을 가져야 한다.

다른 목적은, 절삭 공구 홀더, 특히, 새로운 스테인리스 강으로 만들어진 인덱서블 인서트들용 절삭 공구 홀더를 제공하는 것이다.

전술한 목적들, 뿐만 아니라 추가 이점들이 합금 청구항들에서 설명된 바와 같은 조성을 갖는 강을 제공함으로써 중요한 조치(significant measure)로 성취된다.

강은, 절삭 공구 제조사들, 툴 메이커들 및 최종 유저들에 의해서 상승되는 재료 특성들을 위한 연속으로 증가하는 요건들을 충족하는 특성 프로파일을 갖는다. 특히, 강이 스테인리스이고 양호한 절삭성, 양호한 경화능 및 높은 치수 안정성을 포함하는 매력적인 특성 프로파일을 가진다.

강의 매우 양호한 특성 프로파일로 인해서, 높은 응력들을 받게되는 엔지니어링 부품들과 같은 다른 적용들을 위한 강을 사용하는 것이 또한 가능하다. 본 발명은 또한, 열간 가공 강으로 만들어진 공구 홀더들 뿐만 아니라 강의 상이한 용도들에 관한 것이다.

본 발명의 청구항들에서 규정된다.

하기에서, 개별 원소들의 중요성 및 이들 서로의 상호작용 뿐만 아니라 청구된 합금의 화학적 내용물들의 제한이 간단히 설명된다. 유용하고 바람직한 범위들이 청구항들에서 규정된다. 강의 화학적 조성에 대한 모든 퍼센트들은 명세서 도처에서 중량 %(wt%)로 부여된다.

탄소(0.14 내지 0.25 %)

탄소는 경화능(hardenability)에 유리하며, 0.14%, 바람직하게는 적어도 0.19% 또는 0.20%의 최소 함량으로 제공되는 것이다. 높은 탄소 함량들에서, M23C6 및 M7C3 타입의 탄화물들이 강에서 형성될 것이다. 따라서, 탄소 함량은 0.25%를 초과하지 않을 것이다. 탄소의 상한은 0.24%, 0.22 % 또는 0.21 %로 설정될 것이다.

질소(0.06 내지 0.15 %)

질소는, 0.06 내지 0.15%로 제한되어서, 경화상들(hard phase), 특히 V(C, N)의 소망하는 타입 및 양을 얻는다. 질소 함량이 바나듐 함량에 대항하여 적절하게 밸런싱될 때, 바나듐이 농후한(rich) 카보나이트라이드들(carbo-nitrides)(V(C,N))을 형성할 것이다. 이들은, 오스테나이트화 단계 동안 부분 용해(partly dissolved)되고 이후에 나노미터 사이즈의 입자들로서 템퍼링 단계 동안 석출(precipitated)될 것이다. 바나듐 카보나이트라이드의 열 안정성은, 바나듐 탄화물들의 열 안정성보다 더 양호한 것으로 고려되는데, 이는 스테인리스 공구강의 템퍼링 내성이 개선될 수 있기 때문이다. 게다가, 적어도 2 회 템퍼링 함으로써, 템퍼링 곡선이 더 높은 2차 피크(peak)를 가질 것이다. 따라서, N의 바람직한 범위는 0.09 - 0.12 %이다.

규소(0.7 내지 1.2%)

규소는 탈산을 위해 사용된다. Si는 강에서 탄소의 활동도(activity)를 증가시킨다. 또한, Si는 강의 절삭성을 개선한다. 소망하는 효과를 얻기 위해서, Si의 함량은 적어도 0.7%, 바람직하게는 0.8% 또는 0.85%이어야 한다. 그러나, Si는 강력한 페라이트 포머(ferrite former)이며, 따라서, ≤1.2%, 바람직하게는 1.1%, 1.0% 또는 0.95%로 제한되어야 한다.

망간(0.3 내지 1.0%)

망간은 강의 경화능을 개선하는데 기여하고, 그리고 황과 함께, 망간은 황화망간(manganese sulphide)들을 형성함으로써 절삭성을 개선하는데 기여한다. 따라서, 망간은 0.3%, 바람직하게는 적어도 0.3%의 최소 함량으로 제공되어야 한다. 망간은 오스테나이트 안정화 원소이며, 함량은 너무 많은 잔류 오스테나이트를 회피하기 위해서 1.0%, 0.8% 또는 0.6%로 제한되어야 한다. 바람직한 범위들은 0.35 내지 0.55% 그리고 0.4 내지 0.5%를 포함한다.

크롬(12 내지 15%)

적어도 11%의 용해량에 제공될 때, 크롬은 강 표면에서 부동태 막(passive film)의 형성을 유발한다. 크롬은, 양호한 경화능 및 내식성을 강에 부여하기 위해서 12 내지 15%의 함량으로 강에 제공되어야 한다. 바람직하게는, Cr은 양호한 공식 내성(pitting corrosion resistance)을 보호하기 위해서 13% 초과의 양을 제공한다. 하한은, 의도된 적용에 따라 설정되며, 13,2 % 또는 13.4 %일 수 있다. 그러나, Cr은 강력한 페라이트 포머이며, 경화 이후에 페라이트를 회피하기 위해서 그 양이 제어될 필요가 있다. 실용적인 이유들로, 상한은 14 %, 13.8 % 또는 13.6 %로 감소될 수 있다. 바람직한 범위들은 13.2 내지 13.8% 그리고 13.4 내지 13.6 %를 포함한다.

니켈(0.3 내지 0.8%)

니켈은 양호한 경화능 및 인성(toughness)을 강에 부여한다. 비용 때문에, 강의 니켈 함량은 제한되어야 한다. 바람직한 범위는 0.5 내지 0.7 %이다.

몰리브덴(0.05 내지 0.4 %)

Mo는 경화능에 매우 유리한 효과를 갖는 것으로 공지되어 있다. 또한, 공식 내성을 개선하는 것으로 공지되어 있다. 최소 함량은 0.05%이며, 0.15 % 또는 0.17 %로 설정될 수 있다. 몰리브덴은 강력한 탄화물 형성 원소 그리고 또한 강한 페라이트 포머이다. 따라서, 몰리브덴의 최대 함량은 0.4%이다. 바람직하게, Mo는 0.30 %, 0.25 % 또는 심지어 0.23%로 제한된다.

바나듐(0.05 내지 0.4 %)

바나듐은 강의 매트릭스에서 M(C,N) 타입의 균일하게 분포되는 1차 석출된 탄질화물들을 형성한다. 현재의 강들에서, M은 주로 바나듐이지만, 상당한 양의 Cr 및 Mo가 제공될 수 있다. 따라서, 바나듐은 0.05 내지 0.4%의 양으로 제공될 것이다. 상한은 0.35%, 0.30% 또는 0.28%로 설정될 수 있다. 하한은 0.10%, 0.15%, 0.20% 또는 0.22%로 설정될 수 있다. 상한 및 하한은 청구항 1에서 설정된 제한들 내에서 자유롭게 조합될 수 있다.

알루미늄(0.001 내지 0.3%)

알루미늄이 탈산을 위해서 사용된다. 대부분의 경우에, 알루미늄 함량은 0.05%로 제한된다. 적절한 상한들은 0.06%, 0.03% 및 0.024%이다. 충분한 탈산을 보장하기 위해 설정된 적절한 하한들은 0.005% 및 0.01%이다. 바람직하게는, 강은 0.01 내지 0.024% Al을 함유한다.

구리(≤ 3.0%)

Cu는 강의 경도 및 내식성을 증가시키는데 기여할 수 있는 선택적 원소이다. 추가로, 이는 강의 내식성 뿐만 아니라 절삭성에 기여한다. 사용된다면, 바람직한 범위들은 0.02 내지 2%, 0.02 내지 0.5%, 0.04 내지 1.6% 그리고 0.04 내지 0.5%이다. 그러나, 구리가 추가되었다면 강으로부터 구리를 추출하는 것은 불가능하다. 이는, 대폭으로, 스크랩 핸들링을 훨씬 어렵게 만든다. 이러한 이유로, 구리는 정상적으로는, 의도적으로 추가되지 않는다.

코발트(≤ 5.0%)

Co는 선택적 원소이다. 이는 마르텐사이트의 경도를 증가시키는데 기여한다. 최대량은 5%이다. 그러나, 스크랩 핸들링과 같은 실용적인 이유들로, Co의 의도적인 추가는 존재하지 않는다. 바람직한 최대 함량은 0.2%이다.

텅스텐(≤ 0.5%)

텅스텐은 강의 특성들을 악화시키지 않으면서 0.5% 이하의 함량들로 존재할 수 있다. 그러나, 텅스텐은 응고중 분리되는 경향이 있어서 소망하지 않는 델타 페라이트를 야기할 수 있다. 게다가, 텅스텐은 고가이며, 이는 또한 스크랩 금속의 핸들링을 복잡하게 한다. 따라서, 최대량은 0.5%, 바람직하게는 0.2%로 제한되며, 그리고 가장 바람직하게는, 어떠한 추가도 이루어지 않는다.

니오븀(≤0.1%)

니오븀은 M(C,N) 타입의 카보니트라이드들을 형성하는 것이 바나듐과 유사하다. Nb의 최대 추가는 0.1%이다. 바람직하게는, 니오븀이 추가되지 않는다.

인(≤0.05%)

P는 템퍼 취성(temper brittleness)을 유발할 수 있는 불순물 원소이다. 이는 따라서 ≤0.05%로 제한된다.

황(≤0.5%)

황은, 바람직하게는, 개재물들의 개수를 감소시키기 위해서 S ≤ 0.005%로 제한된다. 그러나, S는 강의 절삭성을 개선시키는데 기여한다. 인성 경화 조건에서 강의 절삭성을 개선하기 위해 적절한 함량은 0.07 내지 0.15%이다. 높은 황 함량들에서, 적열 취성(red brittleness)의 우려가 존재한다. 게다가, 높은 황 함량은 강의 피로 특징들에 부정적인 영향을 가질 수 있다. 따라서, 강은, ≤ 0.5%, 바람직하게는 ≤ 0.01%, 가장 바람직하게는 ≤ 0.001%을 함유할 것이다.

산소(선택적으로, 0.003 내지 0.01%)

산소는, 강의 산소 개재물들의 소망하는 양을 형성하고 그리고 이에 의해 강의 절삭성을 개선하기 위해서 레이들 처리(ladle treatment) 동안 강에 의도적으로 추가될 수 있다. 산소 함량은 0.003 내지 0.01%의 범위에 있도록 제어된다. 바람직한 범위는 0.003 내지 0.007%이다.

칼슘(선택적으로, 0.0003 내지 0.009%)

칼슘은 소망하는 조성 및 형상의 개재물들을 형성하도록 레이들 처리 동안 강에 의도적으로 추가될 수 있다. 이후, 칼슘은 0.0003 내지 0.009, 바람직하게는 0.0005 내지 0.005의 양들로 추가된다.

Be, Se, Mg 및 REM(희토류 금속들)

이들 원소들은 절삭성, 열간 가공성(hot workability) 및/또는 용접성을 더 개선하기 위해서 청구된 양들로 강에 추가될 수 있다.

붕소(≤ 0.01%)

B는 강의 경도를 더 증가시키기 위해서 사용될 수 있다. 그 양은, 0.01%, 바람직하게는 ≤0.004%로 제한된다.

Ti, Zr 및 Ta

이들 원소들은 탄화물 포머들이며, 경화상들의 조성을 변경시키기 위해서 청구된 범위들로 합금에 존재할 수 있다. 그러나, 정상적으로, 이들 원소들 중 어느것도 추가되지 않는다.

PRE

공식 내성 당량(PRE; pitting resistance equivalent)은, 종종 스테인리스 강들의 공식 내성 당량을 수량화하기 위해서 사용된다. 더 높은 값이 공식에 대한 더 높은 내성을 나타낸다. 더 높은 질소 마르텐사이트계 스테인리스 강들을 위해서, 하기 표현이 사용될 수 있다:

PRE = %Cr + 3.3 %Mo + 30 %N

여기서, %Cr, %Mo 및 %N은 오스테나이트화 온도(TA; austenitizing temperature)에서 매트릭스에 용해되는 함량들이다. 용해된 함량들은, 실제 오스테나이트화 온도(TA)를 위한 서모-칼크(Thermo-Calc)에 의해 계산될 수 있고, 그리고/또는 급냉(quenching) 이후에 강에서 측정될 수 있다.

오스테나이트화 온도(TA)는 950 내지 1200 ℃, 전형적으로 1000 내지 1050 ℃의 범위이다. 바람직하게는, PRE-넘버는 16 내지 18의 범위이다.

강 생산(Steel production)

청구됨 화학적 조성을 갖는 스테인리스 강은 종래의 제강(steel making)에 의해 생산될 수 있다. 이러한 유형의 강은, 종종 전기 아크로(EAF: Electric Arc Furnace)에서 스크랩을 용융시키고 이후에 강이 레이들 야금학(ladle metallurgy)을 받고 그리고 선택적으로, 진공 탈기(vacuum degassing)함으로써 만들어진다. 산소 함량은 용융물을 교반하고 그리고 대기로 용융물 표면을 노출시키고 그리고/또는 밀 스케일(mill scale)의 추가에 의해서 강 레이들에서 증가된다. 칼슘은 야금학적 처리의 종료시, 바람직하게는 CaSi로서 추가된다.

용융물은, 잉곳 주조함으로써, 적절하게는 저부 주조함으로써 잉곳들로 주조된다. 분말 야금학(PM: Powder metallurgical) 제조는 뿐만 아니라 일렉트로 슬래그 재용해법(ESR: Electro Slag Remelting)으로 사용될 수 있다. 그러나, 비용 이유들을 위해, 이들 대체물들은 정상적으로 사용되지 않는다.

강은 420 시리즈 유형의 스테인리스 강을 위해서 사용되는 것과 동일한 방식으로 경도를 조절하도록 열 처리될 수 있다. 경화 온도 범위는 1000℃ 내지 1030℃인데, 이는 1030℃를 초과하는 것이 입자 성장(grain growth) 그리고 증가된 잔류 오스테나이트 함량을 부여할 것이다. 유지 시간은 약 30분이어야 한다. 1020℃의 온도가 바람직하다. 강은 실온에서 직접 냉각에 의해 2 회 템퍼링되어야 한다. 템퍼링 온도에서의 유지 시간은 최소 2 시간이어야 한다. 사용되어야 하는 최하 템퍼링 온도(lowest tempering temperature)는 250℃이다. 경화 온도로서 1020℃를 사용할 때, 250℃에서 템퍼링한 이후에 48 내지 50 HRC의 경도에 도달될 수 있다. 520℃에서 템퍼링한 이후에 46 내지 48 HRC의 경도에 도달될 수 있다. 후자의 처리는 잔류 오스테나이트를 제거하며, 0에 근접한 치수 변화들을 제공한다.

예 1

본 발명에 따른 강 조성은, 종래의 야금학에 의해서 준비되었다. 비교 강은, 310HB의 경도로 이송되었던 표준 1.2316이었으며, 이는 약 33HRC에 해당한다. 검사된 강들의 조성들에는 표 2에서 불순물들을 제외하고 잔부 Fe(중량 %)가 부여된다.

본 발명의 강은, 1020 ℃에서 30 분동안 오스테나이트화하고 550 ℃ 에서 2 시간 동안 2 회 템퍼링됨으로써 경화되어 40 HRC의 경도들이 얻어졌다. 또한, 비교 강은 동일한 강도로 경화 및 템퍼링되었다.

절삭성 시험

절삭성은 복잡한 문제이며, 상이한 특성들을 위한 다수의 상이한 시험들에 의해서 평가될 수 있다. 주요한 특성들은 공구 수명, 제한된 재료 제거의 속도, 절삭력들, 기계가공된 표면 및 칩 브레이킹이다. 본원의 경우에, 강의 절삭성은, 엔드 밀링에 의해서 검사되었는데, 이는 공구 본체 제조시에 가장 인성이 있는 작동들 중 하나이다.

표 2에 도시된 강들은, 이들의 절삭성을 평가하기 위해서 밀링 시험들을 받았다. 강들은, 임의의 절삭성 증진 원소들과 함께 처리되지 않았다.

모든 절삭성 시험들이 MODIG 7200 수직 기계가공 센터 상에서 실행되었다.

인덱서블 인서트 커터를 갖는 엔드 밀링

이 시험에서, 직경 16 mm 커터가 사용되었으며, 이 시험은 다음 조건들 하에서 수행되었다.

절삭 공구: 샌드빅 코로밀(Sandvik CoroMill) 390Ø 16 mm

탄화물 인서트: R390-11 T3 08M-PL 1030

절삭 속도(Vc); 200 m/분

절삭물의 축방향 깊이(ap): 4 mm

절삭물의 반경 방향 깊이(ae): 0.8 mm

치형부 이송(Tooth feed)(fz): 0.2 mm/치형부

냉각액: 드라이 밀링

0.3 mm의 최대 마모까지의 공구 수명, 상이한 재료들에서 밀링이 표 3 에 제공된다.

밀링 시험들에서, 플랭크 마모가 광학 현미경을 사용하여 밀리 커터들의 치형부들의 각각에서 측정되었으며, 평균값이 계산되었다. 시험들은, 평균 플랭크 마모값이 0.3mm에 도달되었을 때 중단되었으며, 밀링 시간은 절삭성 비교를 위해서 주목되고 사용되었다.

중실의 초경 커터(solid cemented carbide cutter)를 갖는 엔드 밀링

이 시험에서, 직경 10 mm 중실의 초경 커터가 사용되었으며, 이 시험은 다음 조건들 하에서 수행되었다:

절삭 공구: Sandvik R216.34-10050-AK22P-1630 Ø 10 mm

절삭 속도(Vc); 45 m/분

절삭물의 축방향 깊이(ap): 4 mm

절삭물의 반경 방향 깊이(ae): 8 mm

치형부 이송(Tooth feed)(fz): 0.03 mm/치형부

냉각액: 드라이 밀링

0.2 mm의 최대 마모까지의 공구 수명, 상이한 재료들에서 밀링이 표 4에 제공된다.

인덱서블 인서트 밀링 커터를 갖는 페이스 밀링(face milling)

이 시험에서, 직경 80 mm 커터가 사용되었으며, 이 시험은 다음 조건들 하에서 수행되었다.

절삭 공구: 샌드빅 코로밀(Sandvik CoroMill) 245Ø 80 mm

탄화물 인서트: R245-12 T3 E-PL 4230

절삭 속도(Vc); 150 m/분

절삭물의 축방향 깊이(ap): 2 mm

절삭물의 반경 방향 깊이(ae): 48 mm

치형부 이송(Tooth feed)(fz): 0.15 mm/치형부

냉각액: 드라이 밀링

0.3 mm의 최대 마모까지의 공구 수명, 상이한 재료들에서 밀링이 표 5에 존재한다.

수행된 시험들의 결과들이, 본 발명의 재료의 절삭성, 특히 선 경화된 조건의 기대치않은 그리고 현재한 개선이 명확하게 드러났다. 1.2316의 공구 수명의 거의 8 배까지의 공구 수명의 개선은, 인덱서블 인서트 커터를 갖는 엔드 밀링에서 경험되었다.

개선들에 대한 이유들은, 완전히 이해되지는 않으며, 발명자들은 임의의 이론에 의해서 얽매이는 것을 원하지 않는다. 그러나, 이 결과들이 더 희박한 강 조성과 링크되는 것으로 믿어진다. 청구된 강들의 낮은 Cr 및 Mo 함량은, 1차(primary) 탄화물들의 매우 낮은 양 및 보다 균일한 매트릭스 구조를 야기한다. 탄화물 스트링거들이 단지 비교 강의 미세조직에서 발견되었다.

예 2

표 2에 도시된 조성을 갖는 강들은, 짧은 횡단 방향으로 노치없는(unnotched) 충격 테스트를 받았다. 그 결과들은 표 6에 도시된다.

비교 강 1.2316이 훨씬 낮은 연성을 갖지만, 이는 약 33HRC의 낮은 경도를 갖는 것이 분명하다. 이에 대한 이유는, 아마도, 격리된(segregated) 영역들에서 농축되는 탄화물들의 존재이다.

또한, 동일한 강들이 내식성을 위해서 시험되었다.

본 발명의 강의 내식성은 Cr 및 Mo의 높은 함량들을 갖는 1.2316의 내식성과 비교되었다. 테스트 시편들은 3 주 동안 인공 기후실(climate chamber)에 배치되었다. 사용된 사이클은 90% 습도와 함께 55℃/5h + 19℃/5h이었다.

게다가, 분극 시험(polarization test)이 질소 pH 1.2 그리고 22℃의 온도에서 퍼지된 0.05M H₂SO₄에서 행해졌다. 본 발명 강이 비교 강보다 내식성이 약간 더 낮다는 것이 분극 곡선에서 나타났다.

이러한 시험들의 결과는 표 7에서 상대적 내식성으로서 도시된다.

예 1 및 예 2로부터, 더 높은 강도로 경화될지라도, 본 발명 강이 비교 강보다 더 높은 연성 및 보다 양호한 절삭성을 갖는 것은 분명하다. 내식성이 아주 약간 양호하지만, 이러한 차이가 실제 적용들에서 검출될 수 있는지는 불확실하다. 500 ℃ 또는 더 높은 온도로의 템퍼링 처리에 의해, 모든 잔류 오스테나이트를 제거하고 그리고 이에 의해 0에 가까운 치수 변화를 얻는 것이 또한 가능하다. 이에 따라, 본 발명 강은 특징 프로파일을 가지며, 이는 공구 홀더들로의 강의 사용에 적절하다.

본 발명의 스테인리스강은 절삭 공구들을 위한 홀더들 또는 절삭 공구 본체들을 위해서 특히 유용하다. 인덱서블 인서트 절삭 공구 본체들은, 서비스 동안 높은 동력학적 응력들을 받으며, 이에 따라 피로 강도는 필수불가결이다. 이러한 이유로, 공구 본체의 수명을 연장하기 위해서 표면에서 압축 잔류 응력들을 도입하는데 적절하다. 이는, 경질 기계가공(hard machining), 또는 임의의 종래 수단, 이를테면 숏 피닝(shot peening), 질화처리(nitriding) 및/또는 산질화처리(oxy-nitriding)에 의해 행해질 수 있다. 바람직하게는, 절삭 공구 본체에는 표면으로부터 표면 아래 75 μm의 깊이로 -200 MPa 내지 -900 MPa의 범위인 압축 잔류 응력들이 제공된다. 이 방법은 공구 홀더들을 위해서뿐만 아니라, 밀링 척들(milling chucks), 콜렛들(collets), 공구 테이퍼들(tool tapers) 또는 클램프 조들(clamp jaws)과 같은 청구된 스테인리스 강으로부터 형성된 임의의 다른 부품 또는 컴포넌트의 피로 수명을 연장하기 위해서 사용될 수 있다.

Claims

중량%(wt%)로,
C 0.14 내지 0.25
N 0.06 내지 0.15
Si 0.7 내지 1.2
Mn 0.3 내지 1.0
Cr 12 내지 15
Ni 0.3 내지 0.8
Mo 0.05 내지 0.4
V 0.05 내지 0.4
Al 0.001 내지 0.3
선택적으로,
P ≤ 0.05
S ≤ 0.5
Cu ≤ 3
Co ≤ 5
W ≤0.5
Nb ≤ 0.1
Ti ≤ 0.1
Zr ≤ 0.1
Ta ≤ 0.1
B ≤ 0.01
Be ≤ 0.2
Se ≤ 0.3
Ca 0.0003 내지 0.009
O 0.003 내지 0.01
Mg ≤ 0.01
REM ≤ 0.2
불순물들 이외에 잔부 Fe로 구성된, 절삭 공구 본체 또는 공구 홀더를 위한 강.
중량%로,
C 0.14 내지 0.24
Mn 0.3 내지 0.8
Cr 12.5 내지 14.8
Mo 0.15 내지 0.35
V 0.1 내지 0.4로 구성된, 제 1 항에 따른 공구 홀더를 위한 강.
중량%로,
Mn 0.3 내지 0.6로 구성된, 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 공구 홀더를 위한 강.
하기 요건들 중 적어도 하나를 (중량 %로),
C 0.19 내지 0.22
N 0.09 내지 0.12
Si 0.8 내지 1.1
Mn 0.35 내지 0.60
Cr 13.0 내지 14.5
Ni 0.35 내지 0.75
Mo 0.15 내지 0.30
V 0.2 내지 0.3
Al 0.005 내지 0.06
Cu ≤ 0.3
Ti ≤ 0.005
Nb ≤ 0.008
P ≤ 0.025
S ≤ 0.005를 충족하는 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 공구 홀더를 위한 강.
하기 요건들 중 적어도 하나를 (중량 %로),
C 0.19 내지 0.21
N 0.09 내지 0.11
(C+N) 0.28 내지 0.34
Si 0.8 내지 1.0
Mn 0.35 내지 0.75
Cr 13.2 내지 14.0
Ni 0.50 내지 0.70
Mo 0.17 내지 0.25
V 0.22 내지 0.30
Al 0.005 내지 0.024
Cu ≤ 0.2
Ti ≤ 0.004
Nb ≤ 0.005
P ≤ 0.020
S ≤ 0.004를 충족하는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 공구 홀더를 위한 강.
하기 요건들 중 적어도 하나를 (중량 %로),
C 0.20 내지 0.22
N 0.10 내지 0.12
(C+N) 0.30 내지 0.32
Si 0.85 내지 1.1
Mn 0.30 내지 0.55
Cr 13.2 내지 13.9
Ni 0.50 내지 0.70
Mo 0.15 내지 0.23
V 0.20 내지 0.28
Al 0.008 내지 0.03를 충족하는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 공구 홀더를 위한 강.
하기 요건들 중 적어도 하나를 (중량 %로)
C 0.20 내지 0.21
N 0.10 내지 0.11
Si 0.85 내지 1.0
Mn 0.40 내지 0.55
Cr 13.2 내지 13.8
Ni 0.55 내지 0.70
Mo 0.17 내지 0.25
V 0.22 내지 0.30
Al 0.01 내지 0.024를 충족하는 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 공구 홀더를 위한 강.
하기 요건들 중 적어도 하나를 (중량 %로),
C 0.19 내지 0.22
N 0.09 내지 0.12
Si 0.8 내지 1.1
Mn 0.35 내지 0.60
Cr 13.0 내지 14.5
Ni 0.35 내지 0.75
Mo 0.15 내지 0.30
V 0.2 내지 0.3
Al 0.005 내지 0.03
Cu ≤ 0.3
Ti ≤ 0.005
Nb ≤ 0.008
P ≤ 0.025
S ≤ 0.005를 충족하는 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 공구 홀더를 위한 강.
하기 요건들 중 적어도 하나를 (중량 %로),
Cr 13.4 내지 13.6
Ni 0.55 내지 0.65
Mo 0.17 내지 0.23
V 0.22 내지 0.28를 충족하는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 공구 홀더를 위한 강.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 공구 홀더를 위한 강으로서, 상기 강은, 하기 조건들,
i) 15 체적(volume)% 미만인 잔류 오스테나이트의 함량,
ii) 40 내지 52 HRC의 경도,
iii) 400℃에서 적어도 21 W/mK의 열 전도도
중 적어도 하나의 조건을 충족하는,공구 홀더를 위한 강.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따라 규정된 바와 같은 강을 포함하는, 특히, 인덱서블 인서트들용, 절삭 공구 본체로서,
선택적으로, 절삭 공구 본체에는 표면으로부터 표면 아래 75μm의 깊이로 -200 MPa 내지 -900 MPa의 범위인 압축 잔류 응력들이 제공되는, 절삭 공구 본체.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따라 규정된 바와 같은 강을 포함하는, 인덱서블 인서트 절삭 본체로서,
인덱서블 인서트 절삭 본체에는 표면으로부터 표면 아래 75 μm의 깊이로 -200 MPa 내지 -900 MPa의 범위인 압축 잔류 응력들이 제공되는, 인덱서블 인서트 절삭 본체.
제 12 항에 따른 인덱서블 인서트 절삭 본체로서,
상기 절삭 본체는 인덱서블 인서트 커터 본체, 인덱서블 인서트 드릴링 본체 또는 인덱서블 인서트 선삭 홀더(ndexable insert turning holder)인, 인덱서블 인서트 절삭 본체.
밀링 척들, 콜렛들, 공구 테이퍼들 또는 클램프 조들을 위한 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따라 규정되는 바와 같은, 강의 용도.
제 14 항에 있어서,
상기 강에는 표면으로부터 표면 아래 75 μm의 깊이로 -200 MPa 내지 -900 MPa의 범위인 압축 잔류 응력들이 제공되는, 강의 용도.