KR20220064618A - Cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-pass thermomechanical processing and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

Disclosed are cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-pass thermo-mechanical treatment and a manufacturing method thereof, that can secure high strength and high ductility at the same time by applying a special thermo-mechanical treatment method to perform control for having a microstructure in which fine crystal grains and coarse crystal grains are mixed, or having a microstructure with uniform ultra-fine crystal grains. To this end, the cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-pass thermo-mechanical treatment according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: (a) performing solution heat treatment and cooling operations for the cobalt-based alloy containing 19 to 21 wt% of Cr, 14 to 16 wt% of W, 9 to 11 wt% of Ni, 1 to 2 wt% of Mn and the remainder of Co; and (b) performing the multi-pass thermo-mechanical treatment of the cooled cobalt-based alloy, wherein the multi-pass thermo-mechanical treatment is repeatedly performed at least twice.

Description

다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 및 그 제조 방법{COBALT-BASED ALLOY HAVING HIGH STRENGTH AND HIGH DUCTILITY THROUGH MULTI-PASS THERMOMECHANICAL PROCESSING AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}Cobalt-based alloy having high strength and ductility through multi-stage heat treatment and manufacturing method thereof

본 발명은 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특수한 가공열처리법을 적용해 미세한 결정립과 조대한 결정립이 혼재하는 미세조직을 갖거나, 균일한 초미세결정립을 갖는 미세조직을 갖도록 제어하여 고강도 및 고연성을 동시에 확보할 수 있는 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-stage processing heat treatment and a method for manufacturing the same, and more particularly, to have a microstructure in which fine grains and coarse grains are mixed by applying a special processing heat treatment method, or , It relates to a cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-stage heat treatment that can simultaneously secure high strength and high ductility by controlling to have a microstructure having uniform ultrafine grains, and a method for manufacturing the same.

코발트계 합금은 우수한 내식성 및 내마모성을 가져 인공 고관절과 같은 생체 의학 부품에 널리 사용되고 있다. 일 예로, 코발트계 합급은 수십 년 동안 치과 및 정형 외과 분야에서 사용되어 왔으며, 최근에는 스텐트 제작에 사용되고 있다.Cobalt-based alloys have excellent corrosion resistance and wear resistance, and are widely used in biomedical parts such as artificial hip joints. For example, cobalt-based alloys have been used in dentistry and orthopedic surgery for several decades, and are recently used in stent fabrication.

기계적 특성과 관련하여 강도 향상은 부품의 신뢰성을 향상시키고, 연성은 인체 내의 목표 지점에 부품을 전달하기 위한 전달성을 향상시킬 수 있다. 하지만, 강도와 연성을 동시에 향상시키기 어려운 단점이 있다. 예를 들어, 평균 결정립 크기(d)가 200㎛ 이상일 경우 낮은 인장강도(UTS < 1,000MPa), 낮은 항복강도(YS < 500MPa) 및 낮은 연신율(EL < 50%)을 나타낸다. With respect to mechanical properties, an improvement in strength may improve the reliability of a part, and ductility may improve the transmittance for delivering a part to a target point in the human body. However, there is a disadvantage in that it is difficult to simultaneously improve strength and ductility. For example, when the average grain size (d) is 200㎛ or more, low tensile strength (UTS < 1,000 MPa), low yield strength (YS < 500 MPa), and low elongation (EL < 50%).

한편, 평균 결정립 크기가 50 ~ 100㎛일 경우 높은 연성을 나타내지만 강도 수준은 낮다. 또한, 평균 결정립 크기를 대략 15㎛로 미세하게 제어하면 강도(UTS : 1,180MPa 및 YS : 550MPa)가 향상될 수 있으나, 연신율(EL : 39%)이 낮아지는 문제가 있다.On the other hand, when the average grain size is 50 ~ 100㎛ shows high ductility, but the strength level is low. In addition, when the average grain size is finely controlled to approximately 15 μm, strength (UTS: 1,180 MPa and YS: 550 MPa) can be improved, but there is a problem in that elongation (EL: 39%) is lowered.

다른 예로, 50% 냉간 가공된 코발트계 합금은 1,800MPa을 초과하는 높은 인장강도를 갖지만 5%의 매우 낮은 연신율을 갖는다. 이에 따라, 열간 가공 또는 냉간 가공과 다양한 유형의 열처리를 포함하는 가공열처리(TMP)를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 및 그 제조 방법이 반드시 필요하다.As another example, a 50% cold worked cobalt-based alloy has a high tensile strength in excess of 1,800 MPa but a very low elongation of 5%. Accordingly, a cobalt-based alloy having high strength and high ductility through working heat treatment (TMP) including hot working or cold working and various types of heat treatment, and a method for manufacturing the same are essential.

관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0012144호(2009.02.02. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 연자성 철-코발트-크롬계 합금 및 이의 제조방법이 기재되어 있다.As a related prior art, there is Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2009-0012144 (published on Feb. 2, 2009), which describes a soft magnetic iron-cobalt-chromium-based alloy and a method for manufacturing the same.

본 발명의 목적은 특수한 가공열처리법을 적용해 미세한 결정립과 조대한 결정립이 혼재하는 미세조직을 갖거나, 균일한 초미세결정립을 갖는 미세조직을 갖도록 제어하여 고강도 및 고연성을 동시에 확보할 수 있는 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to have a microstructure in which fine grains and coarse grains are mixed by applying a special processing heat treatment method, or to have a microstructure having uniform ultrafine grains, so that high strength and high ductility can be secured at the same time. It is to provide a cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-stage heat treatment and a method for manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 제조 방법은 (a) Cr : 19 ~ 21 중량%, W : 14 ~ 16 중량%, Ni : 9 ~ 11 중량%, Mn : 1 ~ 2 중량% 및 나머지 Co를 포함하는 코발트계 합금을 용체화 처리하고 냉각하는 단계; 및 (b) 상기 냉각된 코발트계 합금을 다단 가공열처리하는 단계;를 포함하며, 상기 다단 가공열처리는 적어도 2회 이상 반복 실시하는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing a cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-stage heat treatment according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is (a) Cr: 19 to 21 wt%, W: 14 to 16 wt%, Ni : 9 to 11% by weight, Mn: 1 to 2% by weight, and solution treatment of a cobalt-based alloy containing Co and the remaining Co, followed by cooling; and (b) subjecting the cooled cobalt-based alloy to multi-stage heat treatment, wherein the multi-step heat treatment is repeated at least twice or more.

상기 코발트계 합금은 Fe : 3 중량% 이하, C : 0.15 중량% 이하, Si : 0.4 중량% 이하, P : 0.04 중량% 이하 및 S : 0.03 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.The cobalt-based alloy may further include one or more of Fe: 3 wt% or less, C: 0.15 wt% or less, Si: 0.4 wt% or less, P: 0.04 wt% or less, and S: 0.03 wt% or less.

상기 (a) 단계에서, 상기 용체화 처리는 1,200℃ 이상 ~ 1,250℃ 이하에서 10분 이상 실시하는 것이 바람직하다.In step (a), the solution treatment is preferably carried out at a temperature of 1,200 °C or higher to 1,250 °C or lower for 10 minutes or longer.

상기 (b) 단계는, 상기 냉각된 코발트계 합금을 5% 초과 ~ 90% 이하의 누적 압하율로 냉간압연하고, 950℃ 이상 내지 1,250℃ 미만의 온도에서 어닐링 열처리한 후, 급냉하는 과정을 적어도 2회 이상 반복 실시한다.In the step (b), cold-rolling the cooled cobalt-based alloy at a cumulative reduction ratio of more than 5% to 90% or less, annealing heat treatment at a temperature of 950° C. or more to less than 1,250° C., followed by rapid cooling. Repeat 2 or more times.

상기 냉간압연은 30 ~ 70%의 누적 압하율로 실시하는 것이 바람직하다.The cold rolling is preferably performed at a cumulative reduction ratio of 30 to 70%.

상기 냉간 압연, 어닐링 열처리 및 냉각을 2회 이상 반복 시 마지막 어닐링 열처리는 950 ~ 1,100℃의 온도 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.When the cold rolling, annealing heat treatment and cooling are repeated two or more times, the last annealing heat treatment is preferably performed at a temperature of 950 to 1,100°C.

상기 어닐링 열처리는 5분 이상 실시한다.The annealing heat treatment is performed for 5 minutes or more.

상기 (b) 단계 이후, 상기 코발트계 합금은 평균 직경 5㎛ 이하의 미세결정립과 평균 직경 5㎛ 초과의 조대결정립이 혼재하는 이중 입자 구조를 갖는다.After step (b), the cobalt-based alloy has a double grain structure in which fine grains having an average diameter of 5 μm or less and coarse grains having an average diameter of more than 5 μm are mixed.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금은 Cr : 19 ~ 21 중량%, W : 14 ~ 16 중량%, Ni : 9 ~ 11 중량%, Mn : 1 ~ 2 중량% 및 나머지 Co를 포함하며, 평균 직경 5㎛ 이하의 미세결정립과 평균 직경 5㎛ 초과의 조대결정립으로 구성된 이중 입자 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.A cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-stage heat treatment according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is Cr: 19 to 21 wt%, W: 14 to 16 wt%, Ni: 9 to 11 wt% %, Mn: 1 to 2% by weight and the remaining Co, and has a double grain structure composed of fine grains with an average diameter of 5 μm or less and coarse grains with an average diameter of more than 5 μm.

상기 코발트계 합금은 Fe : 3 중량% 이하, C : 0.15 중량% 이하, Si : 0.4 중량% 이하, P : 0.04 중량% 이하 및 S : 0.03 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함한다.The cobalt-based alloy further includes at least one of Fe: 3 wt% or less, C: 0.15 wt% or less, Si: 0.4 wt% or less, P: 0.04 wt% or less, and S: 0.03 wt% or less.

상기 코발트계 합금은 590 ~ 740MPa의 항복강도(YS) 및 1,190 ~ 1,310MPa의 인장강도(TS)를 가지면서, 54 ~ 62%의 연신율(EL)을 갖는다.The cobalt-based alloy has a yield strength (YS) of 590 to 740 MPa and a tensile strength (TS) of 1,190 to 1,310 MPa, and an elongation (EL) of 54 to 62%.

상기 코발트계 합금은 790 ~ 900MPa의 항복강도(YS) 및 1,320 ~ 1,370MPa의 인장강도(TS)를 가지면서, 49 ~ 65%의 연신율(EL)을 갖는다.The cobalt-based alloy has a yield strength (YS) of 790 to 900 MPa and a tensile strength (TS) of 1,320 to 1,370 MPa, and an elongation (EL) of 49 to 65%.

본 발명에 따른 다단 가공열처리를 통한 고강도 및 고연성 코발트계 합금 및 그 제조 방법은 냉간압연, 어닐링 열처리 및 급냉 과정을 적어도 2회 이상 반복 실시하는 다단 가공열처리를 적용하는 것에 의해, 평균 직경 5㎛ 이하의 미세결정립과 평균 직경 5㎛ 초과의 조대결정립이 혼재하는 이중 입자 구조를 갖는다. 이에 의해, 미세결정립에 의한 고강도화 및 조대결정립에 의한 고연성화가 가능해질 수 있다.High-strength and high-ductility cobalt-based alloy through multi-stage heat treatment according to the present invention and a method for manufacturing the same, by applying multi-step heat treatment in which cold rolling, annealing heat treatment and quenching process are repeated at least twice or more, an average diameter of 5 μm It has a double grain structure in which the following microcrystal grains and coarse grains having an average diameter of more than 5 μm are mixed. Thereby, high strength by fine grains and high ductility by coarse grains can be made possible.

구체적으로, 본 발명은 다중 평면 슬립, 얇은 변형 유기 판상 및 적층 결함에너지와 관련된 다양한 변형 기구를 발생시킨다. 또한, 냉간압연 후 어닐링 열처리 시 생성되는 나노 탄화물의 고정 효과는 후속 반복 공정 동안 입자 성장을 억제하는 데 중요한 역할을 한다.Specifically, the present invention generates various deformation mechanisms related to multi-planar slip, thin deformable organic platelets and stacked defect energy. In addition, the fixing effect of nano-carbides generated during annealing heat treatment after cold rolling plays an important role in suppressing grain growth during subsequent iterative processes.

이와 같이, 적절한 어닐링 열처리와 결합된 냉간압연은 이중 입자 구조를 쉽게 생성 할 수 있으며, 단일 입자 구조에 비해 우수한 강도 및 연성의 조합을 제공할 수 있다.As such, cold rolling combined with an appropriate annealing heat treatment can easily produce a double-grained structure, providing a superior combination of strength and ductility compared to a single-grained structure.

이 결과, 본 발명에 따른 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 및 그 제조 방법은 590 ~ 740MPa의 항복강도(YS) 및 1,190 ~ 1,310MPa의 인장강도(TS)를 가지면서, 54 ~ 62%의 연신율(EL)을 동시에 얻을 수 있다.As a result, the cobalt-based alloy having high strength and high ductility through the multi-stage heat treatment according to the present invention and the method for manufacturing the same have a yield strength (YS) of 590 ~ 740 MPa and a tensile strength (TS) of 1,190 ~ 1,310 MPa, An elongation (EL) of 54 to 62% can be obtained at the same time.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 및 그 제조 방법은 적어도 2회 이상 실시되는 다단 가공열처리 단계 시, 최종 어닐링 열처리를 변경하는 것에 의해, 최종입자 크기를 대략 2㎛로 더 미세화할 수 있고, 입자 크기 분포를 조정할 수 있게 된다.In addition, a cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-stage heat treatment according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same are performed at least two times during the multi-step heat treatment step, by changing the final annealing heat treatment, the final The particle size can be further refined to about 2 μm, and the particle size distribution can be adjusted.

이로 인해, 더욱 우수한 기계적 성능 확보가 가능하여, 790 ~ 900MPa의 항복강도(YS) 및 1,320 ~ 1,370MPa의 인장강도(TS)를 가지면서, 49 ~ 65%의 연신율(EL)을 얻을 수 있다.Due to this, it is possible to secure more excellent mechanical performance, and while having a yield strength (YS) of 790 to 900 MPa and a tensile strength (TS) of 1,320 to 1,370 MPa, an elongation (EL) of 49 to 65% can be obtained.

이와 같이, 본 발명에서는 반복적인 냉간압연과 어닐링 열처리를 적어도 2회 이상 반복 실시하는 다단 가공열처리를 적용하는 것에 의해, 최종 미세조직의 결정립 분포 제어를 통해 강도 및 연성의 조합으로, 고강도 및 고연성을 동시에 확보할 수 있어 스텐트용 미니 튜브 제조에 매우 적합하다.As such, in the present invention, by applying a multi-stage processing heat treatment that repeatedly performs repeated cold rolling and annealing heat treatment at least twice or more, a combination of strength and ductility through control of grain distribution in the final microstructure, high strength and high ductility can be secured at the same time, so it is very suitable for the manufacture of mini-tube for stents.

도 1은 본 발명에 따른 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 도 1의 다단 가공열처리 단계를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 초기 샘플과 용체화 처리(STed)된 샘플에 대한 후방산란전자(BSE) 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 용체화 처리(STed)된 샘플을 1차 냉간압연 후 변형된 미세 조직을 나타낸 것이다.
도 5는 1차, 3차 및 5차 열기계적가공(TMP) 이후 샘플에 대한 전자후방산란회절(EBSD) 및 BSE 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은 초기 샘플을 1,200℃에서 용체화 처리 후 30% 냉간압연 후 1,100℃에서 15분간 어닐링 열처리하고, 냉각하는 과정을 5회 반복 실시한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 초기 샘플을 1,200℃에서 용체화 처리 후 70% 냉간압연 후 950℃에서 15분간 어닐링 열처리하고, 냉각하는 과정을 5회 반복 실시한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 초기 샘플을 1,200℃에서 용체화 처리 후 70% 냉간압연 후 1,100℃에서 15분간 어닐링 열처리하고, 냉각하는 과정을 5회 반복 실시한 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 초기 샘플을 1,200℃에서 용체화 처리 후 5% 냉간압연 후 1,100℃에서 15분간 어닐링 열처리하고, 냉각하는 과정을 5회 반복 실시한 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 초기 샘플을 1,200℃에서 용체화 처리 후 70% 냉간압연 후 1,250℃에서 15분간 어닐링 열처리하고, 냉각하는 과정을 5회 반복 실시한 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 5차 냉간압연 후 950℃, 1,000℃, 1050℃에서 15 분간 어닐링 열처리한 샘플의 미세 조직을 나타낸 것이다.
도 12는 초기 샘플, STed 샘플 및 TMP 샘플의 기계적 물성을 각각 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 코발트 합금의 인장 특성과 문헌 데이터를 요약한 것이다.
도 14는 TMP 샘플의 평균 입자크기(davg)에 대한 강도-연성 관계를 나타낸 그래프이다.
1 is a process flow chart showing a method for manufacturing a cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-stage heat treatment according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the multi-stage heat treatment step of FIG. 1 .
3 shows backscattered electron (BSE) images of the initial sample and the solution-treated (STed) sample.
4 shows a deformed microstructure after the first cold rolling of a solution heat treatment (STed) sample.
Figure 5 shows electron backscatter diffraction (EBSD) and BSE images of samples after 1st, 3rd and 5th thermomechanical machining (TMP).
6 shows the results of repeating the process of performing annealing heat treatment at 1,100° C. for 15 minutes at 1,100° C. for 15 minutes after solution heat treatment at 1,200° C., followed by 30% cold rolling of the initial sample, and repeating the cooling process 5 times.
7 shows the results of repeating the process of performing annealing heat treatment at 950°C for 15 minutes at 950°C after solution heat treatment of the initial sample at 1,200°C, then 70% cold rolling, and repeating the cooling process 5 times.
FIG. 8 shows the results of repeating the process of performing annealing heat treatment at 1,100° C. for 15 minutes at 1,100° C. for 15 minutes after solution treatment at 1,200° C., followed by 70% cold rolling of the initial sample, and repeating the cooling process 5 times.
9 shows the results of repeating the process of 5% cold rolling, annealing heat treatment at 1,100° C. for 15 minutes, and cooling of the initial sample after solution treatment at 1,200° C. 5 times.
FIG. 10 shows the results of repeating the process of performing annealing heat treatment at 1,250° C. for 15 minutes at 1,250° C. for 15 minutes after the initial sample is solution heat treated at 1,200° C., followed by 70% cold rolling, and repeated 5 times.
11 shows the microstructure of a sample subjected to annealing heat treatment at 950° C., 1,000° C., and 1050° C. for 15 minutes after the fifth cold rolling.
12 shows the results of measuring the mechanical properties of the initial sample, the STed sample, and the TMP sample, respectively.
13 summarizes the tensile properties of cobalt alloys and literature data.
14 is a graph showing the strength-ductility relationship for the average particle size (davg) of TMP samples.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only this embodiment allows the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-stage processing heat treatment according to a preferred embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described in detail as follows.

일반적으로, 1회 냉간 압연 및 후속 어닐링 열처리로 단일 입자구조 또는 이중 입자구조를 갖는 코발트계 합금을 제조하는 방법은 잘 알려져 있다. In general, a method for producing a cobalt-based alloy having a single grain structure or a double grain structure by one-time cold rolling and subsequent annealing heat treatment is well known.

예를 들어, 콜드 스웨이징(단면감소율 58.3%)과 1,100℃에서 단시간(3 ~ 5분) 어닐링 열처리에 의해 200㎛로부터 약 4 ~ 6㎛까지 평균 결정립 크기를 제어할 수 있다.For example, the average grain size can be controlled from 200 μm to about 4 to 6 μm by cold swaging (reduction of section 58.3%) and annealing at 1,100° C. for a short time (3 to 5 minutes).

따라서, 적절한 어닐링 열처리와 결합된 냉간 가공은 정적 재결정(SRX)을 통해 상당한 입자 미세 조정을 달성하는 데 더 효율적이다.Therefore, cold working combined with appropriate annealing heat treatment is more efficient to achieve significant grain refinement via static recrystallization (SRX).

그러나, 코발트계 합금이 스텐트 등 의료 부품으로 사용되기 위해서는 가는 와이어나 튜브가 필요하며, 이때 1회 공정이 아닌 굵은 봉을 가는 와이어나 튜브 형태로 만들기 위한 다단 공정이 필수적이다. 하지만, 미세 구조 및 기계적 특성에 대한 다단 냉간 가공 및 어닐링 열처리의 영향은 아직 조사되지 않았으며, 이는 실용적인 관점에서 얇은 튜브 및 미세 와이어를 만드는 데 더 중요하다.However, in order for the cobalt-based alloy to be used as a medical component such as a stent, a thin wire or tube is required. However, the effect of multi-stage cold working and annealing heat treatment on microstructure and mechanical properties has not yet been investigated, which is more important for making thin tubes and fine wires from a practical point of view.

따라서, 본 발명에서는 코발트계 합금의 단면을 직경 12mm에서 5mm로 줄이기 위해, 반복적인 냉간압연과 어닐링 열처리로 구성된 다단 가공열처리(TMP)법을 이용하였다. 적어도 2번 이상, 보다 바람직하게는 5번의 반복을 통해 미세결정립과 조대결정립이 혼재하는 미세조직 또는 초미세결정립으로 이루어진 미세조직 제어가 가능하다. Therefore, in the present invention, in order to reduce the cross section of the cobalt-based alloy from 12 mm in diameter to 5 mm, a multi-stage working heat treatment (TMP) method consisting of repeated cold rolling and annealing heat treatment was used. It is possible to control the microstructure composed of microstructure or ultrafine grains in which microcrystal grains and coarse grains are mixed through at least 2 or more, more preferably 5 repetitions.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 코발트계 합금은 우수한 강도-연성 조합을 나타낸다.Accordingly, the cobalt-based alloy according to the embodiment of the present invention exhibits an excellent strength-ductility combination.

본 발명에서는 다단 TMP가 적용된 코발트계 합금의 미세 구조 변화 및 기계적 특성에 대한 세부 사항을 조사하였으며, 이 결과는 코발트계 합금 튜브, 스텐트 및 가는 와이어의 제작에 매우 유용하게 활용될 수 있다.In the present invention, the details of the microstructure change and mechanical properties of the cobalt-based alloy to which the multi-stage TMP is applied were investigated, and the results can be very usefully utilized for the production of cobalt-based alloy tubes, stents, and fine wires.

고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금Cobalt-based alloy with high strength and high ductility

본 발명에서는 다단 가공열처리(TMP)를 수행하는 동안 코발트계 합금의 미세 구조에 대한 변화를 조사하고, 인장 특성에 미치는 영향을 명확히 하였다.In the present invention, changes in the microstructure of the cobalt-based alloy during multi-stage processing heat treatment (TMP) were investigated, and the effect on the tensile properties was clarified.

반복적인 냉간압연과 어닐링 열처리로 구성된 다단 가공열처리(TMP)가 미세 와이어 및 미니 튜브 제조용 코발트계 합금을 제조하는 데 탁월한 효과를 나타내는 것을 확인하였다. It was confirmed that the multi-stage working heat treatment (TMP), which consists of repeated cold rolling and annealing heat treatment, showed an excellent effect in producing a cobalt-based alloy for manufacturing fine wires and mini tubes.

다단 가공열처리를 2회 이상 반복 실시하는 것을 통해 평균 결정립 크기 5㎛ 이하의 미세결정립과 평균 결정립 크기 5㎛ 초과의 조대결정립으로 구성된 이중 입자 구조를 생성할 수 있다.By repeatedly performing multi-stage heat treatment twice or more, it is possible to create a double grain structure composed of fine grains with an average grain size of 5 µm or less and coarse grains with an average grain size of more than 5 µm.

이러한 이중 입자(Bimodal Grain) 구조는 우수한 강도 및 연성의 조합으로, 590 ~ 740MPa의 항복강도(YS), 1,190 ~ 1,310MPa의 인장강도(TS) 및 54 ~ 62%의 연신율(EL)를 제공한다.This bimodal grain structure provides an excellent combination of strength and ductility, yielding strength (YS) of 590 to 740 MPa, tensile strength (TS) of 1,190 to 1,310 MPa, and elongation (EL) of 54 to 62%. .

최종 TMP 단계에서 어닐링 열처리 조건을 변경하면 평균 결정립 크기를 2㎛로 더욱 미세하게 제어할 수 있으며, 입자 크기 분포, 나노 탄화물의 분산 및 분율도 제어할 수 있다는 것을 확인하였다.It was confirmed that, by changing the annealing heat treatment conditions in the final TMP step, the average grain size can be more finely controlled to 2 μm, and the particle size distribution, dispersion and fraction of nano-carbides can also be controlled.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 코발트계 합금은 다단 가공열처리 공정 제어에 의해, 기계적 특성을 더욱 최적화할 수 있어 790 ~ 900MPa의 항복강도(YS), 1,320 ~ 1,370MPa의 인장강도(TS) 및 49 ~ 65%의 연신율(EL)을 확보할 수 있다.Therefore, the cobalt-based alloy according to the embodiment of the present invention can further optimize the mechanical properties by controlling the multi-stage heat treatment process, so that the yield strength (YS) of 790 to 900 MPa, the tensile strength (TS) of 1,320 to 1,370 MPa and An elongation (EL) of 49 to 65% can be secured.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금은 Cr : 19 ~ 21 중량%, W : 14 ~ 16 중량%, Ni : 9 ~ 11 중량%, Mn : 1 ~ 2 중량% 및 나머지 Co를 포함하며, 평균 직경 5㎛ 이하의 미세결정립과 평균 직경 5㎛ 초과의 조대결정립이 혼재하는 이중 입자 구조를 갖는다.For this, the cobalt-based alloy having high strength and high ductility through processing heat treatment according to an embodiment of the present invention is Cr: 19 to 21 wt%, W: 14 to 16 wt%, Ni: 9 to 11 wt%, Mn: It contains 1 to 2% by weight and the remainder of Co, and has a double grain structure in which fine grains having an average diameter of 5 μm or less and coarse crystal grains having an average diameter of more than 5 μm are mixed.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 코발트계 합금은 Fe : 3 중량% 이하, C : 0.15 중량% 이하, Si : 0.4 중량% 이하, P : 0.04 중량% 이하 및 S : 0.03 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.In addition, the cobalt-based alloy according to an embodiment of the present invention is Fe: 3 wt% or less, C: 0.15 wt% or less, Si: 0.4 wt% or less, P: 0.04 wt% or less, and S: One of 0.03 wt% or less More may be included.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 코발트계 합금은 코발트(Co)를 주성분으로 한다. 이러한 코발트(Co)는 비철 합금으로서 고온에서 내산화성, 내식성, 내마모성, 기계적 성질 등이 뛰어나다.Here, the cobalt-based alloy according to the embodiment of the present invention has cobalt (Co) as a main component. Such cobalt (Co) is a non-ferrous alloy and has excellent oxidation resistance, corrosion resistance, abrasion resistance, and mechanical properties at high temperatures.

크롬(Cr)은 내식성이 좋은 장점을 가지고 있으며, 치밀한 산화피막의 형성에 의한 부동태화 기구로써 구강 내 환경하에서 안정성을 유지하기 위해 첨가된다. 따라서, 크롬은 내식성 향상을 위해, 코발트계 합금 전체 중량의 19 ~ 21 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.Chromium (Cr) has good corrosion resistance and is added to maintain stability in the oral environment as a passivation mechanism by the formation of a dense oxide film. Therefore, chromium is preferably added in a content ratio of 19 to 21% by weight of the total weight of the cobalt-based alloy in order to improve corrosion resistance.

텅스텐(W) 및 망간(Mn)은 기계적 강도를 향상시키기 위해 첨가된다. 텅스텐(W)은 코발트계 합금 전체 중량의 14 ~ 16 중량%의 함량비로 첨가하고, 망간(Mn)은 코발트계 합금 전체 중량의 1 ~ 2 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다.Tungsten (W) and manganese (Mn) are added to improve mechanical strength. Tungsten (W) is added in a content ratio of 14 to 16 wt% of the total weight of the cobalt-based alloy, and manganese (Mn) is preferably added in a content ratio of 1 to 2 wt% of the total weight of the cobalt-based alloy.

니켈(Ni)은 내식성과 변색저항이 우수한 소재로써, 합금의 인장강도 및 항복강도를 현저하게 증가시키며 크롬(Cr)과의 배합으로 생물학적으로 안정한 원소이다. 따라서, 상기와 같은 특성을 얻기 위해서 니켈(Ni)은 코발트계 합금 전체 중량의 9 ~ 11 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.Nickel (Ni) is a material with excellent corrosion resistance and discoloration resistance. It significantly increases the tensile strength and yield strength of the alloy, and is a biologically stable element by mixing with chromium (Cr). Therefore, in order to obtain the above properties, nickel (Ni) is preferably added in a content ratio of 9 to 11% by weight of the total weight of the cobalt-based alloy.

탄소(C)는 결정입계를 강화하여 강도를 높이는 장점을 가지고 있다. 따라서, 탄소(C)는 코발트계 합금 전체 중량의 0.15 중량% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.Carbon (C) has the advantage of increasing the strength by strengthening the grain boundary. Accordingly, carbon (C) is preferably added in a content ratio of 0.15 wt% or less of the total weight of the cobalt-based alloy.

또한, 철(Fe)은 연신율을 향상시킬 뿐만 아니라 산화층의 특성을 개선하여 도재와의 결합력을 좋게 하는 장점이 있다. 이러한 철(Fe)은 코발트계 합금 전체 중량의 3 중량% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.In addition, iron (Fe) has the advantage of improving the bonding strength with the ceramic material by improving the properties of the oxide layer as well as improving the elongation. Such iron (Fe) is preferably added in a content ratio of 3 wt% or less of the total weight of the cobalt-based alloy.

실리콘(Si)은 강도를 향상시킴과 더불어, 융점을 낮춰주어 합금 제조의 용이성을 향상시킨다. 이러한 실리콘(Si)은 용융점이 높으나, 실리콘(Si)을 첨가원소로서 첨가할 경우에 합금의 탈산제로 사용되며 합금의 용융점을 낮추고 유동성을 향상시킨다. 따라서, 실리콘(Si)은 주로 내열성 합금의 성분으로 사용되고 있다. 이러한 실리콘(Si)은 코발트계 합금 전체 중량의 0.4 중량% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.Silicon (Si) improves strength and lowers the melting point, thereby improving the ease of alloy manufacturing. Such silicon (Si) has a high melting point, but when silicon (Si) is added as an additive element, it is used as a deoxidizer of the alloy to lower the melting point of the alloy and improve fluidity. Therefore, silicon (Si) is mainly used as a component of a heat-resistant alloy. The silicon (Si) is preferably added in a content ratio of 0.4 wt% or less based on the total weight of the cobalt-based alloy.

전술한 본 발명의 실시예에 따른 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금은 냉간압연, 어닐링 열처리 및 급냉 과정을 적어도 2회 이상 반복 실시하는 다단 가공열처리를 적용하는 것에 의해, 평균 결정립 크기 5㎛ 이하의 미세결정립과 평균 결정립 크기 5㎛ 초과의 조대결정립으로 구성된 이중 입자 구조를 생성하는 것이 가능해진다.The cobalt-based alloy having high strength and high ductility through the multi-step heat treatment according to the embodiment of the present invention described above is subjected to multi-step heat treatment in which cold rolling, annealing heat treatment and rapid cooling are repeated at least twice or more. It becomes possible to produce a double grain structure composed of fine grains having a grain size of 5 µm or less and coarse grains having an average grain size of more than 5 µm.

아울러, 본 발명은 다중 평면 슬립, 얇은 변형 유기 판상 및 적층 결함에너지와 관련된 다양한 변형 기구를 발생시킨다. 또한, 냉간압연 후 어닐링 시 생성되는 나노 탄화물의 고정 효과는 후속 반복 공정 동안 입자 성장을 억제하는 데 중요한 역할을 한다.In addition, the present invention generates a variety of deformation mechanisms related to multi-planar slip, thin deformable organic platelets and stacked defect energy. In addition, the fixation effect of nano-carbides generated during annealing after cold rolling plays an important role in suppressing grain growth during subsequent iterative processes.

적절한 어닐링 열처리와 결합된 냉간압연은 이중 입자 구조를 쉽게 생성 할 수 있으며, 일반적인 단일 입자 구조에 비해 우수한 강도 및 연성의 조합을 제공할 수 있다.Cold rolling combined with an appropriate annealing heat treatment can easily produce a double-grained structure, providing a superior combination of strength and ductility compared to typical single-grained structures.

이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금은 590 ~ 740MPa의 항복강도(YS) 및 1,190 ~ 1,310MPa의 인장강도(TS)를 가지면서, 54 ~ 62%의 연신율(EL)을 동시에 얻을 수 있다.As a result, the cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-stage heat treatment according to an embodiment of the present invention has a yield strength (YS) of 590 to 740 MPa and a tensile strength (TS) of 1,190 to 1,310 MPa, 54 An elongation (EL) of ~62% can be achieved simultaneously.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금은 적어도 2회 이상 실시되는 다단 가공열처리 단계시, 최종 TMP의 어닐링 열처리를 변경하는 것에 의해, 최종입자 크기를 대략 2㎛로 더 미세화할 수 있다.In addition, by changing the annealing heat treatment of the final TMP, the cobalt-based alloy having high strength and high ductility through the multi-step heat treatment according to the embodiment of the present invention is performed at least twice or more during the multi-step heat treatment step, the final particle size can be further refined to about 2 μm.

이로 인해, 인장 특성을 더욱 최적화할 수 있고, 나노 카바이드의 미세한 분산과 입자 미세화를 통해 더욱 우수한 기계적 성능 확보가 가능하여, 790 ~ 900MPa의 항복강도(YS) 및 1,320 ~ 1,370MPa의 인장강도(TS)를 가지면서, 49 ~ 65%의 연신율(EL)을 얻을 수 있다.Due to this, the tensile properties can be further optimized, and better mechanical performance can be secured through fine dispersion and particle refinement of nano carbides, resulting in a yield strength (YS) of 790 to 900 MPa and a tensile strength (TS) of 1,320 to 1,370 MPa. ), it is possible to obtain an elongation (EL) of 49 to 65%.

이와 같이, 본 발명에서는 반복적인 냉간압연과 어닐링 열처리를 적어도 2회 이상 반복 실시하는 다단 가공열처리를 적용하는 것에 의해, 최종 미세조직의 결정립 미세화 및 결정립 크기 분포 제어를 통해 강도 및 연성의 조합으로, 고강도 및 고연성을 동시에 확보할 수 있어 스텐트용 미니 튜브와 관련된 대규모 제조 공정에 매우 적합하다.As such, in the present invention, by applying a multi-stage processing heat treatment that repeatedly performs repeated cold rolling and annealing heat treatment at least twice or more, a combination of strength and ductility through grain refinement and grain size distribution control of the final microstructure, It can secure high strength and high ductility at the same time, so it is very suitable for large-scale manufacturing processes related to mini-tube for stents.

고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 제조 방법Method for manufacturing cobalt-based alloy having high strength and high ductility

도 1은 본 발명에 따른 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.1 is a process flow chart showing a method for manufacturing a cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-stage heat treatment according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 제조 방법은 용체화 처리 단계(S110) 및 다단 가공열처리 단계(S120)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , the method for manufacturing a cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-step heat treatment according to the present invention includes a solution heat treatment step (S110) and a multi-step heat treatment step (S120).

용체화 처리solution heat treatment

용체화 처리 단계(S110)에서는 Cr : 19 ~ 21 중량%, W : 14 ~ 16 중량%, Ni : 9 ~ 11 중량%, Mn : 1 ~ 2 중량% 및 나머지 Co를 포함하는 코발트계 합금을 용체화 처리하고 냉각한다.In the solution heat treatment step (S110), Cr: 19 to 21% by weight, W: 14 to 16% by weight, Ni: 9 to 11% by weight, Mn: 1 to 2% by weight and the remainder Cobalt-based alloy containing Co sieve and cool.

여기서, 코발트계 합금은 봉 형태로 열간 가공이 이루어진 것이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Here, the cobalt-based alloy may be used that is hot worked in the form of a rod, but is not limited thereto.

이러한 코발트계 합금은 Fe : 3 중량% 이하, C : 0.15 중량% 이하, Si : 0.4 중량% 이하, P : 0.04 중량% 이하 및 S : 0.03 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.Such a cobalt-based alloy may further include at least one of Fe: 3 wt% or less, C: 0.15 wt% or less, Si: 0.4 wt% or less, P: 0.04 wt% or less, and S: 0.03 wt% or less.

본 단계에서, 용체화 처리는 1,200℃ 이상 ~ 1,250℃ 이하에서 10분 이상 실시하는 것이 바람직하다. 용체화 처리 온도가 1,200℃ 미만이거나, 용체화 처리 시간이 10분 미만일 경우에는 용체화가 충분히 이루어지지 않아 불균일한 국부 조성 및 미세조직을 가질 우려가 있다. 반대로, 용체화 처리 온도가 1,250℃를 초과하면 결정립이 매우 조대해 지거나 합금의 국부적인 용융(incipient melting)이 일어나 기계적 물성이 크게 저하될 수 있다.In this step, the solution treatment is preferably carried out for at least 10 minutes at 1,200 °C or more and 1,250 °C or less. If the solution heat treatment temperature is less than 1,200 ° C or the solution heat treatment time is less than 10 minutes, the solution heat is not sufficiently achieved, there is a risk of having a non-uniform local composition and microstructure. Conversely, if the solution heat treatment temperature exceeds 1,250° C., the grains may become very coarse or incipient melting of the alloy may occur and mechanical properties may be greatly reduced.

다단 가공열처리Multi-stage heat treatment

다단 가공열처리 단계(S120)에서는 냉각된 코발트계 합금을 다단 가공열처리한다.In the multi-stage heat treatment step (S120), the cooled cobalt-based alloy is subjected to multi-step heat treatment.

도 2는 도 1의 다단 가공열처리 단계를 설명하기 위한 모식도로, 도 1과 연계하여 다단 가공열처리 단계에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the multi-stage heat treatment step of FIG. 1 , and the multi-step heat treatment step will be described in more detail in connection with FIG. 1 .

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 다단 가공 열처리 단계(S120)에서는 코발트계 합금을 5% 초과 ~ 90% 이하의 누적 압하율로 냉간압연하고, 950℃ 이상 내지 1,250℃ 미만의 온도에서 어닐링 열처리한 후, 급냉 또는 공냉하는 냉각 과정을 적어도 2회 이상 반복 실시한다.1 and 2, in the multi-step heat treatment step (S120), the cobalt-based alloy is cold-rolled at a cumulative reduction ratio of more than 5% to 90% or less, and annealed at a temperature of 950 ° C. or more to less than 1,250 ° C. After heat treatment, the cooling process of rapid cooling or air cooling is repeated at least twice or more.

여기서, 누적 압하율이 5% 이하로 실시될 경우에는 다단 가공열처리를 2회 이상 반복 실시하더라도, 미세 결정립 생성이 미미하여 평균 입자크기의 미세화 효과가 거의 없다. 따라서, 누적 압하율은 최소 5% 초과하여 실시하는 것이 바람직하고, 바람직한 범위로는 30% ~ 70%의 누적 압하율을 제시할 수 있다.Here, when the cumulative reduction ratio is 5% or less, even if the multi-stage processing heat treatment is repeatedly performed two or more times, the generation of fine grains is insignificant, and thus the effect of refining the average particle size is almost insignificant. Therefore, the cumulative reduction ratio is preferably carried out in excess of at least 5%, and as a preferred range, the cumulative reduction ratio of 30% to 70% can be presented.

이때, 냉간 압연, 어닐링 열처리 및 냉각을 2회 이상 반복 실시할 시, 마지막 어닐링 열처리는 950 ~ 1,100℃의 온도 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.At this time, when cold rolling, annealing heat treatment and cooling are repeatedly performed two or more times, the final annealing heat treatment is preferably performed at a temperature of 950 to 1,100°C.

어닐링 열처리는 각각 5분 이상 실시하는 것이 바람직하다.It is preferable to perform annealing heat processing for 5 minutes or more, respectively.

본 단계에서, 어닐링 열처리 온도가 950℃ 미만이거나, 어닐링 열처리 시간이 5분 미만일 경우에는 미세 결정립 생성이 미미하여 결정립 미세화에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 어닐링 열처리 온도가 1,250℃ 이상일 경우에는 다단 가공열처리를 2회 이상 반복 실시하더라도, 급격한 결정립 성장이 발생하여 평균 입자크기가 매우 커지는 문제가 있으므로, 바람직하지 못하다.In this step, when the annealing heat treatment temperature is less than 950° C. or the annealing heat treatment time is less than 5 minutes, the generation of fine grains is insignificant, so that it may be difficult to refine the grains. Conversely, when the annealing heat treatment temperature is 1,250° C. or higher, even if the multi-stage heat treatment is repeatedly performed twice or more, rapid grain growth occurs and the average grain size becomes very large, which is not preferable.

상기의 과정(S110 ~ S120)에 의해 제조되는 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금은 냉간압연, 어닐링 열처리 및 냉각 과정을 적어도 2회 이상 반복 실시하는 다단 가공열처리를 적용하는 것에 의해, 평균 직경 5㎛ 이하의 미세결정립과 평균 직경 5㎛ 초과의 조대결정립이 혼재하는 이중 입자 구조를 갖는다.The cobalt-based alloy having high strength and high ductility through the multi-step heat treatment produced by the above process (S110 to S120) is subjected to multi-step heat treatment that repeats the cold rolling, annealing heat treatment and cooling process at least twice or more. Accordingly, it has a double grain structure in which fine crystal grains with an average diameter of 5 μm or less and coarse crystal grains with an average diameter of more than 5 μm are mixed.

아울러, 본 발명은 다중 평면 슬립, 얇은 변형 유기 판상 및 적층 결함에너지와 관련된 다양한 변형 기구를 발생시킨다. 또한 냉간압연 후 어닐링 시 생성되는 나노 탄화물의 고정 효과는 후속 반복 공정 동안 입자 성장을 억제하는 데 중요한 역할을 한다.In addition, the present invention generates a variety of deformation mechanisms related to multi-planar slip, thin deformable organic platelets and stacked defect energy. In addition, the fixation effect of nano-carbides generated during annealing after cold rolling plays an important role in suppressing grain growth during subsequent iterative processes.

적절한 어닐링 열처리와 결합된 냉간압연은 이중 입자 구조를 쉽게 생성할 수 있으며, 일반적인 단일 입자 구조에 비해 우수한 강도 및 연성의 조합을 제공할 수 있다.Cold rolling combined with an appropriate annealing heat treatment can easily produce a double-grained structure, providing a superior combination of strength and ductility compared to a typical single-grained structure.

이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 방법에 의해 제조되는 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금은 590 ~ 740MPa의 항복강도(YS) 및 1,190 ~ 1,310MPa의 인장강도(TS)를 가지면서, 54 ~ 62%의 연신율(EL)을 동시에 얻을 수 있다.As a result, the cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-stage heat treatment produced by the method according to the embodiment of the present invention has a yield strength (YS) of 590 to 740 MPa and a tensile strength (TS) of 1,190 to 1,310 MPa. While having an elongation (EL) of 54 to 62% can be obtained at the same time.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 방법에 의해 제조되는 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금은 적어도 2회 이상 실시되는 다단 가공열처리 단계시, 최종 어닐링 열처리를 변경하는 것에 의해, 최종입자 크기를 대략 2㎛로 더 미세화할 수 있고, 입자 크기 분포를 조정할 수 있게 된다.In addition, the cobalt-based alloy having high strength and high ductility through the multi-step heat treatment produced by the method according to the embodiment of the present invention is performed at least twice or more during the multi-step heat treatment step, by changing the final annealing heat treatment, The final particle size can be further refined to about 2 μm, and the particle size distribution can be adjusted.

이로 인해, 인장 특성을 더욱 최적화할 수 있고, 나노 카바이드의 미세한 분산과 입자 미세화를 통해 더욱 우수한 기계적 성능 확보가 가능하여, 790 ~ 900MPa의 항복강도(YS) 및 1,320 ~ 1,370MPa의 인장강도(TS)를 가지면서, 49 ~ 65%의 연신율(EL)을 얻을 수 있다.Due to this, the tensile properties can be further optimized, and better mechanical performance can be secured through fine dispersion and particle refinement of nano carbides, resulting in a yield strength (YS) of 790 to 900 MPa and a tensile strength (TS) of 1,320 to 1,370 MPa. ), it is possible to obtain an elongation (EL) of 49 to 65%.

이와 같이, 본 발명에서는 반복적인 냉간압연과 어닐링 열처리를 적어도 2회 이상 반복 실시하는 다단 가공열처리를 적용하는 것에 의해, 최종 미세조직의 결정립 분포 제어를 통해 강도 및 연성의 조합으로, 고강도 및 고연성을 동시에 확보할 수 있어 스텐트용 미니 튜브 제조에 매우 적합하다.As such, in the present invention, by applying a multi-stage processing heat treatment that repeatedly performs repeated cold rolling and annealing heat treatment at least twice or more, a combination of strength and ductility through control of grain distribution in the final microstructure, high strength and high ductility can be secured at the same time, so it is very suitable for the manufacture of mini-tube for stents.

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, this is presented as a preferred example of the present invention and cannot be construed as limiting the present invention in any sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Content not described here will be omitted because it can be technically inferred sufficiently by a person skilled in the art.

1. 실험 방법1. Experimental method

생의학용 Co-20Cr-15W-10Ni 합금(ASTM F90)을 준비하였다. 이때, Co-20Cr-15W-10Ni 합금은 직경 12mm의 봉 형태이다.A biomedical grade Co-20Cr-15W-10Ni alloy (ASTM F90) was prepared. At this time, the Co-20Cr-15W-10Ni alloy is in the form of a rod with a diameter of 12 mm.

Co-20Cr-15W-10Ni 합금의 측정된 화학조성은 Cr : 19.7wt%, W : 14.6wt%, Ni : 9.6wt%, Mn : 1.5wt%, Fe : 1.1wt%, Si : 0.25wt%, C : 0.06wt%, P : 0.02wt%, S : 0.001wt% 및 나머지 Co로 이루어져 있었다.The measured chemical composition of Co-20Cr-15W-10Ni alloy is Cr: 19.7wt%, W: 14.6wt%, Ni: 9.6wt%, Mn: 1.5wt%, Fe: 1.1wt%, Si: 0.25wt%, C: 0.06 wt%, P: 0.02 wt%, S: 0.001 wt% and the remainder of Co.

초기 샘플은 1,200℃에서 1 시간 동안 용체화 처리(STed)되고, 급냉에 의해 상온(15℃)까지 냉각되었다. 용체화 처리(STed)된 샘플은 다단 가공열처리(TMP)를 실시하였다.The initial sample was solution heat treated (STed) at 1,200 °C for 1 hour, and cooled to room temperature (15 °C) by quenching. The solution heat treatment (STed) sample was subjected to multi-stage processing heat treatment (TMP).

이때, 다단 가공열처리는(TMP)는 5회 반복 실시하였으며, 각 단계는 상온에서 5%, 30%, 70%의 압하율로 각각 감소시킨 냉간압연과 1,100℃에서 15분 동안의 어닐링 열처리와, 어닐링 열처리된 샘플을 물을 이용하여 급냉하는 담금질을 포함하였다.At this time, the multi-stage processing heat treatment (TMP) was repeated 5 times, and each step was reduced to 5%, 30%, and 70% at room temperature, respectively, cold rolling and annealing heat treatment at 1,100°C for 15 minutes, The annealing heat treatment included quenching in which the sample was quenched with water.

여기서, 각각 1차에서 5 차 샘플이라 한다. 5 단계 TMP 후 샘플 막대의 총 면적 감소는 82.5%(12mm에서 5mm로 감소)이었다. 5차 냉간압연 후 샘플은 1,100 ℃에서 어닐링 열처리하는 것 외에도 950℃, 1,000℃, 1,050℃에서 15 분간 어닐링 열처리를 각각 수행하였다.Here, the 1st to 5th samples are referred to respectively. The total area reduction of the sample rods after 5 step TMP was 82.5% (reduced from 12 mm to 5 mm). After the 5th cold rolling, the sample was subjected to annealing heat treatment at 950° C., 1,000° C., and 1,050° C. for 15 minutes in addition to annealing heat treatment at 1,100° C., respectively.

이들에 대하여, 이하에서는 5th-950(30%), 5th-1,000(30%), 5th-1,050(30%), 5th-950(70%), 5th-1,100(70%), 5th-1,100(5%), 5th-1,250(70%) 샘플이라 약칭하도록 한다.Regarding these, 5th-950 (30%), 5th-1,000 (30%), 5th-1,050 (30%), 5th-950 (70%), 5th-1,100 (70%), 5th-1,100 ( 5%) and 5th-1,250 (70%) samples.

2. 물성 평가2. Physical property evaluation

미세 구조 관찰을 위한 표본은 기계적으로 연마된 다음 콜로이드 실리카 현탁액으로 연마되었다. 압연 방향에 수직인 평면이 준비되고 관찰되었다. 후방 산란 전자(BSE) 이미징 및 전자 후방 산란 회절(EBSD)은 샘플의 미세 구조에 세부 사항을 특성화하는데 사용되었다. 전자 채널링 콘트라스트 이미징(ECCI) 및 EBSD를 사용하여 냉간 압연된 샘플의 변형된 구조를 관찰하였다.Specimens for microstructure observation were mechanically polished and then polished with colloidal silica suspension. A plane perpendicular to the rolling direction was prepared and observed. Backscattered electron (BSE) imaging and electron backscattered diffraction (EBSD) were used to characterize details in the microstructure of the sample. Electron channeling contrast imaging (ECCI) and EBSD were used to observe the deformed structure of the cold rolled samples.

BSE 및 ECCI 관찰은 15kV에서 작동 거리가 8 ~ 9mm인 전계 방출 주사 전자 현미경(TESCAN MIRA 3)을 사용하여 수행되었다.BSE and ECCI observations were performed using a field emission scanning electron microscope (TESCAN MIRA 3) with a working distance of 8 to 9 mm at 15 kV.

EBSD 관찰은 20kV에서 작동하는 TSL EBSD 시스템이 장착된 전계 방출 주사 전자 현미경(Hitachi SU6600)을 사용하여 수행되었다. EBSD 지도는 15mm의 작동 거리로 촬영되었다. EBSD 스캔의 단계 크기는 0.5㎛이다. 모든 EBSD 맵은 신뢰 지수 (CI) > 0.1인 포인트에 대해 스캔된 조건으로 표시하였다. 변형 및 어닐링된 샘플의 인덱싱 비율은 각각 81.8% 및 99.0% 이상이었다.EBSD observations were performed using a field emission scanning electron microscope (Hitachi SU6600) equipped with a TSL EBSD system operating at 20 kV. EBSD maps were taken with a working distance of 15 mm. The step size of the EBSD scan is 0.5 μm. All EBSD maps were marked as conditions scanned for points with confidence index (CI) > 0.1. The indexing ratios of the strained and annealed samples were greater than 81.8% and 99.0%, respectively.

인장시편은 ASTM E8에 따라 게이지 길이가 10mm이고, 게이지 직경이 2.5mm이었다. 인장 시험은 접촉 신장계에 의해 측정된 0.001s-1의 초기 변형률로 실온에서 수행되었다.The tensile specimen had a gauge length of 10 mm and a gauge diameter of 2.5 mm according to ASTM E8. Tensile tests were performed at room temperature with an initial strain of 0.001 s −1 measured by a contact extensometer.

각 조건에 대해 두 개의 시편을 평균 인장강도(UTS), 항복강도(YS) 및 균일 연신율(uEL)에 대해 테스트하였다.For each condition, two specimens were tested for average tensile strength (UTS), yield strength (YS) and uniform elongation (uEL).

도 3은 초기 샘플과 용체화 처리(STed)된 샘플에 대한 후방산란전자(BSE) 이미지를 나타낸 것이다. 이때, 도 3의 (a)가 초기 샘플에 대한 이미지이고, 도 3의 (b)가 용체화 처리(STed)된 샘플에 대한 이미지이다.3 shows backscattered electron (BSE) images of the initial sample and the solution-treated (STed) sample. At this time, (a) of FIG. 3 is an image of the initial sample, and (b) of FIG. 3 is an image of the sample subjected to solution treatment (STed).

도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 초기 샘플 막대는 fcc γ-상 (회색)과 탄화물(백색)로 구성된 미세 구조를 갖는 것을 확인할 수 있다.As shown in (a) of FIG. 3 , it can be seen that the initial sample bar has a microstructure composed of fcc γ-phase (grey) and carbide (white).

γ상의 평균 입자 크기(davg)는 약 2㎛이며, 초기 미세 구조는 단봉 FG(UMFG) 구조를 갖는 것을 확인할 수 있다. 탄화물은 γ-입자 입계의 삼중점에서 관찰되고 있다. 대부분의 탄화물은 서브 마이크론 규모(약 500nm)이며, 크기가 1 ~ 2㎛인 탄화물은 몇 개뿐인 것을 확인할 수 있다. 2가지의 주요 탄화물, 즉 M6C와 M23C6이 합금에 존재하고 있는 것을 알 수 있으며, 여기서 M은 합금의 금속 원소 중 하나 또는 여러 개이다. EBSD 분석은 초기 샘플의 탄화물이 M23C6임을 확인하였다.The average particle size (davg) of the γ phase is about 2 μm, and it can be seen that the initial microstructure has a unimodal FG (UMFG) structure. Carbide is observed at the triple point of the γ-grain boundary. Most of the carbides are on the sub-micron scale (about 500 nm), and it can be seen that there are only a few carbides with a size of 1 to 2 μm. It can be seen that two main carbides are present in the alloy, namely M 6 C and M 23 C 6 , where M is one or several of the metal elements of the alloy. EBSD analysis confirmed that the carbide of the initial sample was M 23 C 6 .

도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 용체화 처리(STed)된 샘플의 미세 구조는 대략 100㎛의 평균 입자 크기(davg)를 갖는 단봉 CG(UMCG) 구조인 것을 확인할 수 있다. 이때, 탄화물이 없는 단일 γ상으로 구성되고 있다. 초기 샘플 막대와 용체화 처리(STed)된 샘플은 모두 어닐링 상태의 fcc 금속에서 일반적으로 나타나는 미세 구조에서 어닐링 트윈을 나타내고 있다.As shown in (b) of FIG. 3 , it can be confirmed that the microstructure of the solution heat treated (STed) sample is a unimodal CG (UMCG) structure having an average particle size (davg) of approximately 100 μm. At this time, it is composed of a single γ phase without carbides. Both the initial sample rods and the solution heat treated (STed) samples exhibit annealing twins in the microstructure typically seen in annealed fcc metals.

도 4는 용체화 처리(STed)된 샘플을 1차 냉간압연 후 변형된 미세 조직을 나타낸 것이다. 도 4의 (a) 및 (b)는 각 EBSD 위상 맵과 KAM(Kernel Average Miorientation) 맵을 나타낸 것이고, 도 4의 (c)는 ECC 이미지이며, 도 4의 (d)는 고배율 ECC 이미지를 나타낸 것이다.4 shows a deformed microstructure after the first cold rolling of a solution heat treatment (STed) sample. 4 (a) and (b) show each EBSD phase map and KAM (Kernel Average Miorientation) map, FIG. 4 (c) is an ECC image, and FIG. 4 (d) shows a high magnification ECC image will be.

도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, fcc-γ에서 hcp-ε으로의 변형 유도 상 변형은 30% 상온 변형 후에 발생하는 것으로 관찰되었다. 슬립 밴드(SB)와 함께 형성되고, 입자 경계(GB) 또는 트윈 경계(TB) 근처에 형성된 소량의 위상(약 6%)은 도 4의 (b)와 같이 변형 위치가 쉽게 축적된다.As shown in (a) and (b) of Fig. 4, the strain-induced phase transformation from fcc-γ to hcp-ε was observed to occur after 30% room temperature transformation. A small amount of phase (about 6%) formed together with the slip band SB and formed near the grain boundary GB or twin boundary TB is easily accumulated in the deformation position as shown in FIG. 4(b).

도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, hcp-ε 위상 변환 및 평면 슬립을 포함한 변형 구조의 세부 사항이 나타나 있다. 다중 평면 슬립과 플레이트는 결정립 분절, 수 마이크로미터 또는 서브 마이크로미터 규모의 하위 입자 형성을 초래하였다.As shown in Fig. 4(c), details of the strain structure including hcp-ε phase shift and plane slip are shown. Multi-planar slips and plates resulted in grain fragmentation, sub-grain formation on the micrometer or sub-micrometer scale.

도 4에 도시된 바와 같이, 추가 검사에서 고배율 ECC 이미지로부터 알 수 있듯이, SB와 ε플레이트 사이의 고밀도 적층 결함(SF) 및 개별 전위가 나타나는 것을 확인할 수 있다.As can be seen from the high-magnification ECC image in the additional inspection, as shown in FIG. 4 , it can be confirmed that high-density stacking defects (SF) and individual dislocations between the SB and ε plates appear.

도 5는 1차, 3차 및 5차 열기계적가공(TMP) 이후 샘플에 대한 전자후방산란회절(EBSD) 및 BSE 이미지를 나타낸 것이다. 도 5의 (a)는 1차 TMP 이후의 샘플이고, 도 5의 (b)는 3차 TMP 이후의 샘플이며, 도 5의 (c)는 5차 TMP 이후 샘플이다.Figure 5 shows electron backscatter diffraction (EBSD) and BSE images of samples after 1st, 3rd and 5th thermomechanical machining (TMP). Figure 5 (a) is a sample after the first TMP, Figure 5 (b) is a sample after the third TMP, Figure 5 (c) is a sample after the fifth TMP.

도 5의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 1차, 3차 및 5차 TMP 이후의 샘플들은 완전히 재결정된 구조를 나타내는 것으로 관찰되었다.As shown in (a), (b) and (c) of FIG. 5 , it was observed that the samples after the 1st, 3rd and 5th TMP showed a fully recrystallized structure.

다단 TMP(multi-TMP)는 5차 TMP 후 평균결정립 크기가 100㎛에서 4.2㎛까지 감소하는 상당한 결정립 미세화 효과를 가져왔다. 보다 구체적으로, TMP는 평균 결정립 크기가(dfg) 3.0㎛인 미세결정립(FG)과 평균 결정립 크기가(dcg) 7.4 ~ 18.0㎛인 조대결정립(CG)으로 구성된 이중 결정립 구조(BMG)도 만들었다.Multi-TMP (multi-TMP) brought a significant grain refinement effect in that the average grain size decreased from 100 μm to 4.2 μm after the 5th TMP. More specifically, TMP also made a double grain structure (BMG) consisting of fine grains (FG) having an average grain size (dfg) of 3.0 µm and coarse grains (CG) having an average grain size (dcg) of 7.4 to 18.0 µm.

FG / CG의 부피 분율 및 입자 크기와 같은 BMG 구조의 특성은 TMP에 크게 의존한다.The properties of the BMG structure, such as the volume fraction and particle size of FG/CG, are highly dependent on the TMP.

도 6은 초기 샘플을 1,200℃에서 용체화 처리 후 30% 냉간압연 후 1,100℃에서 15분간 어닐링 열처리하고, 냉각하는 과정을 5회 반복 실시한 결과를 나타낸 것이다.6 shows the results of repeating the process of performing annealing heat treatment at 1,100° C. for 15 minutes at 1,100° C. for 15 minutes after solution heat treatment at 1,200° C., followed by 30% cold rolling of the initial sample, and repeating the cooling process 5 times.

도 6에 도시된 바와 같이, EBSD 분석에서 얻은 전체 평균결정립크기(davg), 미세결정립 분율(volfg), 조대결정립 분율(volcg), 미세결정립크기(dfg) 및 조대결정립크기(dcg)의 정량적 결과를 나타내고 있다.As shown in FIG. 6 , quantitative results of overall average grain size (davg), fine grain fraction (volfg), coarse grain fraction (volcg), fine grain size (dfg) and coarse grain size (dcg) obtained from EBSD analysis represents

이때, TMP가 많을수록 dcg 및 volcg가 감소하고 어닐링 열처리 온도(약 1,100℃)가 탄화물의 용매 온도(1,200℃)보다 낮기 때문에 모든 샘플에서 탄화물 침전이 관찰되었다. EBSD 분석은 대부분의 탄화물이 M23C6임을 확인하였다.At this time, as the TMP increased, dcg and volcg decreased, and since the annealing heat treatment temperature (about 1,100° C.) was lower than the solvent temperature of the carbide (1,200° C.), carbide precipitation was observed in all samples. EBSD analysis confirmed that most of the carbides were M 23 C 6 .

소량의 탄화물은 M7C3이며, 이는 어닐링 열처리의 초기 단계에서 결정립 경계를 따라 나타나는 전이 단계이다. 첫 번째 TMP 샘플에서 나노 탄화물(M23C6)은 원래 결정립계(GB) 또는 쌍정계(TB), 슬립밴드(SB) 및 정적재결정(SRX) 입자의 새로운 GB의 세 위치에서 관찰될 수 있다.A small amount of carbide is M 7 C 3 , which is a transition phase that appears along grain boundaries in the initial stage of annealing heat treatment. In the first TMP sample, the nanocarbide (M 23 C 6 ) can be observed at three positions: the original grain boundary (GB) or twin boundary (TB), the slipband (SB) and the new GB of the static recrystallization (SRX) grains.

후속 TMP는 이러한 SB에서 탄화물의 배열을 파괴하여 γ-매트릭스에서 보다 균일한 탄화물 분포를 제공한다. 그러나, FG의 GB에서 카바이드 고정은 도 5의 (e) 및 (f)에서 볼 수 있듯이 BMG 구조의 형성과 안정성을 보장한다. 또한, 카바이드 분율(Vol_carbide)은 연속적인 TMP에 따라 점차적으로 증가한 다음 도 6의 (b)에서 보는 바와 같이, 어닐링 열처리 온도를 1,100℃에서 950℃로 낮아지면서 5.1%에서 17.2 %로 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다.Subsequent TMP disrupts the arrangement of carbides in these SBs, providing a more uniform carbide distribution in the γ-matrix. However, carbide fixation in the GB of FG ensures the formation and stability of the BMG structure, as shown in Fig. 5(e) and (f). In addition, the carbide fraction ( Vol_carbide ) gradually increased according to the continuous TMP, and then, as shown in FIG. can confirm that

도 7은 초기 샘플을 1,200℃에서 용체화 처리 후 70% 냉간압연 후 950℃에서 15분간 어닐링 열처리하고, 냉각하는 과정을 5회 반복 실시한 결과를 나타낸 것이다. 또한, 도 8은 초기 샘플을 1,200℃에서 용체화 처리 후 70% 냉간압연 후 1,100℃에서 15분간 어닐링 열처리하고, 냉각하는 과정을 5회 반복 실시한 결과를 나타낸 것이다.7 shows the results of repeating the process of performing annealing heat treatment at 950°C for 15 minutes at 950°C after solution heat treatment of the initial sample at 1,200°C, then 70% cold rolling, and repeating the cooling process 5 times. In addition, Figure 8 shows the results of repeating the process of performing annealing heat treatment at 1,100 °C for 15 minutes at 1,100 °C after solution heat treatment of the initial sample at 1,200 °C, cold rolling to 70%, and cooling five times.

도 7의 (a) 및 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 5th-950(70%) 및 5th-1,100(70%) 샘플의 경우, 다단 가공열처리를 2회 이상 반복 실시할 시, 평균 입자크기(davg)가 급격히 미세화되는 것을 확인할 수 있다. 7(a) and 8(a), in the case of 5th-950 (70%) and 5th-1,100 (70%) samples, when multi-stage heat treatment is repeatedly performed two or more times, It can be seen that the average particle size (davg) is rapidly refined.

아울러, 도 7의 (b) 및 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 5th-950(70%) 및 5th-1,100(70%) 샘플의 경우, 다단 가공열처리를 2회 이상 반복 실시할 시, 조대결정립 분율은 감소하고, 미세결정립 분율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.In addition, as shown in FIGS. 7 (b) and 8 (b), in the case of 5th-950 (70%) and 5th-1,100 (70%) samples, multi-stage heat treatment is repeated two or more times. At the time, it can be seen that the coarse grain fraction decreases and the fine grain fraction increases.

한편, 도 9는 초기 샘플을 1,200℃에서 용체화 처리 후 5% 냉간압연 후 1,100℃에서 15분간 어닐링 열처리하고, 냉각하는 과정을 5회 반복 실시한 결과를 나타낸 것이다. 또한, 도 10은 초기 샘플을 1,200℃에서 용체화 처리 후 70% 냉간압연 후 1,250℃에서 15분간 어닐링 열처리하고, 냉각하는 과정을 5회 반복 실시한 결과를 나타낸 것이다.Meanwhile, FIG. 9 shows the results of repeating the process of 5% cold rolling, annealing heat treatment at 1,100° C. for 15 minutes, and cooling of the initial sample after solution treatment at 1,200° C. 5 times. In addition, FIG. 10 shows the results of repeating the process of performing annealing heat treatment at 1,250°C for 15 minutes at 1,250°C after solution heat treatment of the initial sample at 1,200°C, then 70% cold rolling, and repeating the cooling process 5 times.

도 9의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 5th-1,100(5%) 샘플의 경우, 다단 가공열처리를 2회 이상 반복 실시하더라도, 미세 결정립 생성이 미미하여 평균 입자크기(davg)의 미세화 효과가 거의 없는 것을 확인하였다. 따라서, 누적압하량은 최소 5%를 초과해야 하는 것을 알아내었다.As shown in (a) and (b) of Figure 9, in the case of the 5th-1,100 (5%) sample, even if the multi-stage heat treatment is repeated two or more times, the generation of fine grains is insignificant, so the average particle size (davg) It was confirmed that there is almost no miniaturization effect. Therefore, it was found that the cumulative reduction amount should exceed at least 5%.

아울러, 도 10의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 5th-1,250(70%) 샘플의 경우, 다단 가공열처리를 2회 이상 반복 실시할 시, 결정립 성장이 주도적으로 발생하여 평균 입자크기(davg)가 매우 커지는 것을 확인하였다. 따라서, 어닐링 열처리 온도는 1,250℃ 미만으로 실시되어야 함을 알아내었다.In addition, as shown in (a) and (b) of Figure 10, in the case of the 5th-1,250 (70%) sample, when the multi-stage processing heat treatment is repeatedly performed two or more times, grain growth occurs predominantly, resulting in average grain It was confirmed that the size (davg) was very large. Therefore, it was found that the annealing heat treatment temperature should be carried out below 1,250°C.

한편, 도 11은 5차 냉간압연 후 950℃, 1,000℃, 1050℃에서 15 분간 어닐링 열처리한 샘플의 미세 조직을 나타낸 것이다.On the other hand, Figure 11 shows the microstructure of the sample subjected to annealing heat treatment at 950 ℃, 1,000 ℃, 1050 ℃ after the fifth cold rolling for 15 minutes.

도 11에 도시된 바와 같이, 더 낮은 어닐링 온도는 더 중요한 입자 미세화와 더 균일한 입자 크기 분포를 가져온다는 것이 관찰되었다.As shown in FIG. 11 , it was observed that the lower annealing temperature resulted in more significant particle refinement and more uniform particle size distribution.

5th-1,050(30%), 5th-1,000(30%) 및, 5th-950(30%) 샘플의 davg는 각각 3.1㎛, 2.3㎛ 및 2.0㎛이다. The davgs of the 5th-1,050 (30%), 5th-1,000 (30%), and 5th-950 (30%) samples were 3.1 μm, 2.3 μm, and 2.0 μm, respectively.

도 5의 (b)에서 볼 수 있듯이, 5th-1,050(30%), 5th-1,000(30%) 및 5th-950(30%) 샘플의 volcg는 각각 약 10.3%, 2.8%, 1.9%이다. 이러한 맥락에서, 5th-1,050(30%) 샘플은 이중결정립(BMG) 구조를 갖는 반면, 5th-1,000(30%) 및 5th-950(30%) 샘플은 매우 미세한 단일결정립(UMFG) 구조를 갖는다.As can be seen from (b) of Figure 5, the volcg of the 5th-1,050 (30%), 5th-1,000 (30%) and 5th-950 (30%) samples are about 10.3%, 2.8%, and 1.9%, respectively. In this context, the 5th-1,050 (30%) samples have a double grain (BMG) structure, while the 5th-1,000 (30%) and 5th-950 (30%) samples have a very fine single grain (UMFG) structure. .

또한, 도 11의 (d) ~ (f)에서 크고 작은 탄화물을 구분할 수 있다. 큰 탄화물의 크기는 500nm이었고, 작은 탄화물은 50 ~ 100nm이었다. 대부분의 큰 것은 GB 또는 TB에 또는 매우 가깝게 존재하는 반면, 작은 것은 GB와 결정내부에 모두 분포되어 있었다.In addition, large and small carbides can be distinguished from (d) to (f) of FIG. 11 . The size of the large carbide was 500 nm, and the small carbide was 50 to 100 nm. Most of the larger ones were located in or very close to the GB or TB, while the smaller ones were distributed both in the GB and within the crystal.

도 12는 초기 샘플, STed 샘플 및 TMP 샘플의 기계적 물성을 각각 측정한 결과를 나타낸 것이다.12 shows the results of measuring the mechanical properties of the initial sample, the STed sample, and the TMP sample, respectively.

도 12의 (a)와 (b)에 표시된 응력-변형 플롯은 모든 샘플이 상당한 정도의 변형 경화를 보였으며, 넥킹이 발생하지 않았음을 나타낸다. 이것은 매우 큰 균일연신율(uEl)로 이어졌다. 중요한 변형 경화는 SFs에 의해 변형될 수 있는 이 합금의 변형 메커니즘과 전위 슬립에 추가하여 변형에 의해 γ에서 ε으로의 변형(변형 ≥ 16 % 인 경우) 때문이다.The stress-strain plots shown in Figs. 12(a) and (b) indicate that all samples showed a significant degree of strain hardening and no necking occurred. This resulted in a very large uniform elongation (uEl). The significant strain hardening is due to the deformation mechanism of this alloy, which can be deformed by SFs, and the deformation from γ to ε by strain in addition to dislocation slip (if strain ≥ 16%).

또한, 도 12의 (c)와 (d)에서 볼 수 있듯이, 초기 샘플(UMFG 구조)은 고강도(UTS : 1,248MPa 및 YS : 853MPa)와 낮은 연성(uEl : 36.1%)을 보인 반면, STed 샘플(UMCG 구조)는 낮은 강도(UTS : 1,000MPa 및 YS : 453MPa)와 높은 연성(uEl : 74.5%)을 나타냈다.In addition, as shown in (c) and (d) of Figure 12, the initial sample (UMFG structure) showed high strength (UTS: 1,248 MPa and YS: 853 MPa) and low ductility (uEl: 36.1%), whereas the STed sample (UMCG structure) showed low strength (UTS: 1,000 MPa and YS: 453 MPa) and high ductility (uEl: 74.5%).

그러나, 2차 ~ 5차 TMP 샘플들은 BMG 구조로 인해 고강도(UTS : 1,190 ~ 1,310MPa 및 YS : 590 ~ 740MPa)와 높은 연성(uEl : 54 ~ 62%)을 동시에 나타냈다.However, the second to fifth TMP samples simultaneously exhibited high strength (UTS: 1,190 to 1310 MPa and YS: 590 to 740 MPa) and high ductility (uEl: 54 to 62%) due to the BMG structure.

UTS와 YS는 TMP 횟수 증가에 따라 증가하지만 연성은 감소하지 않고, 약 60%의 높은 연신율을 유지하였다.UTS and YS increased as the number of TMPs increased, but the ductility did not decrease, and a high elongation of about 60% was maintained.

2차 ~ 5차 TMP 샘플들 중 5th-1,050(30%)가 강도가 높고(UTS : 1,328 MPa, YS : 795 MPa), 높은 연성(uEl : 64.0%)을 나타내었다. 추가 입자 미세 조정으로 5th-1,000(30%) 및 5th-950(30%) 샘플에서 강도가 향상되고, 연성이 감소했지만 입자 크기가 비슷하더라도 강도와 연성 모두 초기 샘플보다 여전히 높았다(davg 약 2.0㎛). 이것은 샘플에서 탄화물의 크기와 분포의 영향과 관련이 있을 수 있다.Among the 2nd to 5th TMP samples, 5th-1,050 (30%) showed high strength (UTS: 1,328 MPa, YS: 795 MPa) and high ductility (uEl: 64.0%). Additional grain refinement improved strength and decreased ductility in the 5th-1,000 (30%) and 5th-950 (30%) samples, but both strength and ductility were still higher than the initial samples even with similar grain sizes (davg about 2.0 μm) ). This may be related to the influence of the size and distribution of carbides in the sample.

도 3의 (a)와 도 11의 (e) 및 (f)를 비교하면, 5th-1,000(30%) 및 5th-950(30%) 샘플의 탄화물이 더 미세한 크기(50 ~ 100nm)와 γ-매트릭스에서 더 균일한 분포를 가짐을 알 수 있었다.Comparing Fig. 3 (a) and Fig. 11 (e) and (f), the carbide of the 5th-1,000 (30%) and 5th-950 (30%) samples has a finer size (50 ~ 100nm) and γ - It was found to have a more uniform distribution in the matrix.

위에서 설명한 미세조직 변화를 기반으로, 2개의 독립적인 메커니즘이 냉간 압연 및 어닐링 열처리 동안에 코발트계 합금의 결정립 구조 제어에 필수적인 역할을 하는 것을 알아내었다.Based on the microstructure changes described above, we found that two independent mechanisms play an essential role in controlling the grain structure of cobalt-based alloys during cold rolling and annealing heat treatment.

첫째, 이 합금의 다양한 변형 메커니즘은 변형 중에 각 미세조직의 현저한 개선을 가져왔다. 따라서, 후속 어닐링 열처리 동안 SRX에 대한 많은 수의 핵 생성 사이트를 제공하였다.First, the various deformation mechanisms of this alloy resulted in significant improvement of each microstructure during deformation. Therefore, it provided a large number of nucleation sites for SRX during the subsequent annealing heat treatment.

도 4의 (c) 및 (d)에서 볼 수 있듯이, 다중 평면 슬립, SF 및 플레이트의 교차는 많은 수의 하위 결정립 구조 생성을 제공한다. 이러한 SB의 간격은 서브 마이크로미터 단위로, 도 4의 (d)에서 볼 수 있듯이, 하위 결정 구조가 형성되었다.As can be seen in Fig. 4(c) and (d), the multiplanar slip, SF and the intersection of the plates provide the generation of a large number of sub-grain structures. The spacing of these SBs is sub-micrometer, and as shown in FIG. 4(d), a sub-crystal structure was formed.

도 13은 코발트 합금의 인장 특성과 문헌 데이터를 요약한 것이다.13 summarizes the tensile properties of cobalt alloys and literature data.

도 13에 도시된 바와 같이, 조대한 단일결정립(UMCG) 구조 합금 샘플은 저강도 및 고연성을 보이며, 미세한 단일결정립(UMFG) 구조 합금 샘플은 고강도 및 저연성을 보인다. 그러나, 본 발명에 다른 이중결정립(BMG) 구조 샘플은 고강도(YS : 550 ~ 900MPa 및 UTS : 1,200 ~ 1,300MPa)와 높은 연성(uEl : 55 ~ 80%)을 모두 나타내어 UMCG 또는 UMFG에 비해 우수한 강도-연성 균형을 나타낸다. BMG 구조와 관련된 강도 및 연성의 동시 향상의 이유는, 미세결정립과 조대결정립이 혼재하면 미세결정립이 강도를 향상시키고, 조대결정립이 연성을 향상시키기 때문이다.As shown in FIG. 13 , the coarse single grain (UMCG) structural alloy sample shows low strength and high ductility, and the fine single grain (UMFG) structural alloy sample shows high strength and low ductility. However, the double crystal grain (BMG) structure sample according to the present invention exhibits both high strength (YS: 550 to 900 MPa and UTS: 1,200 to 1,300 MPa) and high ductility (uEl: 55 to 80%), which is superior to UMCG or UMFG - Represents ductility balance. The reason for the simultaneous improvement of strength and ductility related to the BMG structure is that when fine grains and coarse grains are mixed, fine grains improve strength and coarse grains improve ductility.

도 14는 TMP 샘플의 평균 입자크기(davg)에 대한 강도-연성 관계를 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing the strength-ductility relationship for the average particle size (davg) of TMP samples.

도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, 모든 샘플이 Hall-Petch 관계를 따랐다는 것을 알 수 있다. 즉, 평균 입자크기(davg)가 YS가 높을수록 UMG 샘플에 대한 Hall-Petch 관계는 UMG 샘플의 관계가 YS = 421 + 689 d-1/2을 따르는 이전 연구와 일치한다. 그러나, 현재의 BMG 샘플은 UMG 샘플보다 769 MPa ㎛1/2의 더 높은 kHP, 684 MPa ㎛1/2를 나타내어 더 뚜렷한 강화를 나타낸다.As shown in Fig. 14(a), it can be seen that all samples followed the Hall-Petch relationship. That is, as the average particle size (davg) is higher in YS, the Hall-Petch relationship for the UMG sample is consistent with the previous study where the relationship for the UMG sample follows YS = 421 + 689 d -1/2 . However, the current BMG sample exhibited a higher kHP of 769 MPa μm 1/2 , 684 MPa μm 1/2 than the UMG sample, indicating a more pronounced strengthening.

이것은 또한 BMG 샘플이 평균 입자크기(davg)가 같을 때 UMG 샘플보다 더 높은 YS를 가질 수 있음을 의미한다.This also means that the BMG sample can have a higher YS than the UMG sample when the mean particle size (davg) is the same.

더욱이, 도 14의 (b)에서 볼 수 있듯이, BMG 샘플은 평균 입자크기(davg)가 같을 때 항상 UMG 샘플보다 훨씬 높은 연성을 갖는다. BMG 샘플의 uEl은 55 ~ 80%의 높은 수준일 수 있다.Moreover, as can be seen in Fig. 14(b), the BMG sample always has much higher ductility than the UMG sample when the average particle size (davg) is the same. The uEl of BMG samples can be as high as 55-80%.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 코발트계 합금은 냉간압연, 어닐링 열처리 및 냉각 과정을 적어도 2회 이상 반복 실시하는 다단 가공열처리를 적용하는 것에 의해, 평균 직경 5㎛ 이하의 미세결정립과 평균 직경 5㎛ 초과의 조대결정립이 혼재하는 이중 입자 구조를 갖는다. As described so far, the cobalt-based alloy of the present invention is subjected to multi-stage processing heat treatment in which cold rolling, annealing heat treatment, and cooling processes are repeated at least twice or more, so that microcrystal grains with an average diameter of 5 μm or less and an average diameter of 5 It has a double grain structure in which coarse grains larger than μm are mixed.

아울러, 본 발명은 다중 평면 슬립, 얇은 변형 유기 판상 및 적층 결함에너지와 관련된 다양한 변형 기구를 발생시킨다. 또한, 냉간압연 후 어닐링 시 생성되는 나노 탄화물의 고정 효과는 후속 반복 공정 동안 입자 성장을 억제하는 데 중요한 역할을 한다.In addition, the present invention generates various deformation mechanisms related to multi-planar slip, thin deformable organic platelets and stacked defect energy. In addition, the fixation effect of nano-carbides generated during annealing after cold rolling plays an important role in suppressing grain growth during subsequent iterative processes.

적절한 어닐링 열처리와 결합된 냉간압연은 이중 입자 구조를 쉽게 생성 할 수 있으며, 단일 입자 구조에 비해 우수한 강도 및 연성의 조합을 제공할 수 있다.Cold rolling combined with appropriate annealing heat treatment can easily produce a double-grained structure, providing a superior combination of strength and ductility compared to single-grained structures.

이 결과, 본 발명의 코발트계 합금은 590 ~ 740MPa의 항복강도(YS) 및 1,190 ~ 1,310MPa의 인장강도(TS)를 가지면서, 54 ~ 62%의 연신율(EL)을 동시에 얻을 수 있다.As a result, the cobalt-based alloy of the present invention has a yield strength (YS) of 590 to 740 MPa and a tensile strength (TS) of 1,190 to 1,310 MPa, and an elongation (EL) of 54 to 62% can be obtained at the same time.

아울러, 본 발명의 코발트계 합금은 적어도 2회 이상 실시되는 다단 가공열처리 단계시, 최종 어닐링 열처리를 변경하는 것에 의해, 최종입자 크기를 대략 2㎛로 더 미세화할 수 있고, 입자 크기 분포를 조정할 수 있게 된다.In addition, the cobalt-based alloy of the present invention can further refine the final grain size to about 2 μm by changing the final annealing heat treatment during the multi-stage heat treatment step performed at least twice or more, and the grain size distribution can be adjusted there will be

이로 인해, 더욱 우수한 기계적 성능 확보가 가능하여, 790 ~ 900MPa의 항복강도(YS) 및 1,320 ~ 1,370MPa의 인장강도(TS)를 가지면서, 49 ~ 65%의 연신율(EL)을 얻을 수 있다.Due to this, it is possible to secure more excellent mechanical performance, and while having a yield strength (YS) of 790 to 900 MPa and a tensile strength (TS) of 1,320 to 1,370 MPa, an elongation (EL) of 49 to 65% can be obtained.

이와 같이, 본 발명에서는 반복적인 냉간압연과 어닐링 열처리를 적어도 2회 이상 반복 실시하는 다단 가공열처리를 적용하는 것에 의해, 최종 미세조직의 결정립 분포 제어를 통해 강도 및 연성의 조합으로, 고강도 및 고연성을 동시에 확보할 수 있어 스텐트용 미니 튜브 제조에 매우 적합하다.As described above, in the present invention, by applying a multi-stage processing heat treatment that repeatedly performs repeated cold rolling and annealing heat treatment at least twice or more, a combination of strength and ductility through control of grain distribution in the final microstructure, high strength and high ductility can be secured at the same time, so it is very suitable for the manufacture of mini-tube for stents.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.In the above, the embodiments of the present invention have been mainly described, but various changes or modifications can be made at the level of those skilled in the art to which the present invention pertains. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention without departing from the scope of the technical spirit provided by the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be judged by the claims described below.

S110 : 용체화 처리 단계
S120 : 다단 가공열처리 단계
S110: solution treatment step
S120: Multi-stage heat treatment step

Claims (11)

(a) Cr : 19 ~ 21 중량%, W : 14 ~ 16 중량%, Ni : 9 ~ 11 중량%, Mn : 1 ~ 2 중량% 및 나머지 Co를 포함하는 코발트계 합금을 용체화 처리하고 냉각하는 단계; 및
(b) 상기 냉각된 코발트계 합금을 다단 가공열처리하는 단계;를 포함하며,
상기 다단 가공열처리는 적어도 2회 이상 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 제조 방법.
(a) Cr: 19 to 21% by weight, W: 14 to 16% by weight, Ni: 9 to 11% by weight, Mn: 1 to 2% by weight and the remaining Co. step; and
(b) subjecting the cooled cobalt-based alloy to multi-step heat treatment;
The multi-step heat treatment is a method for producing a cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-step heat treatment, characterized in that repeated at least two times.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 코발트계 합금은
Fe : 3 중량% 이하, C : 0.15 중량% 이하, Si : 0.4 중량% 이하, P : 0.04 중량% 이하 및 S : 0.03 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 제조 방법.
According to claim 1,
In step (a),
The cobalt-based alloy is
Fe: 3 wt% or less, C: 0.15 wt% or less, Si: 0.4 wt% or less, P: 0.04 wt% or less, and S: Multi-stage processing heat treatment, characterized in that it further comprises at least one of 0.03 wt% or less A method of manufacturing a cobalt-based alloy with high strength and high ductility through
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 용체화 처리는
1,200℃ 이상 ~ 1,250℃ 이하에서 10분 이상 실시하는 것을 특징으로 하는 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 제조 방법.
According to claim 1,
In step (a),
The solution treatment is
A method of manufacturing a cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-stage heat treatment, characterized in that it is carried out at 1,200° C. or more to 1,250° C. or less for 10 minutes or more.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 냉각된 코발트계 합금을 5% 초과 ~ 90% 이하의 누적 압하율로 냉간압연하고, 950℃ 이상 내지 1,250℃ 미만의 온도에서 어닐링 열처리한 후, 냉각하는 과정을 적어도 2회 이상 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 제조 방법.
According to claim 1,
The step (b) is,
Cold rolling the cooled cobalt-based alloy at a cumulative reduction ratio of more than 5% to 90% or less, annealing heat treatment at a temperature of 950 ° C. or more to less than 1,250 ° C., and then repeating the cooling process at least twice or more A method for producing a cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-stage heat treatment, characterized in that it is
제4항에 있어서,
상기 냉간압연은
30 ~ 70%의 누적 압하율로 실시하는 것을 특징으로 하는 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 제조 방법.
5. The method of claim 4,
The cold rolling
A method for manufacturing a cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-stage heat treatment, characterized in that it is carried out at a cumulative reduction ratio of 30 to 70%.
제4항에 있어서,
상기 냉간 압연, 어닐링 열처리 및 냉각을 2회 이상 반복 시,
마지막 어닐링 열처리는
950 ~ 1,100℃의 온도 조건으로 실시하는 것을 특징으로 하는 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 제조 방법.
5. The method of claim 4,
When the cold rolling, annealing heat treatment and cooling are repeated twice or more,
The final annealing heat treatment
A method for producing a cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-stage heat treatment, characterized in that it is carried out under a temperature condition of 950 to 1,100°C.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계 이후,
상기 코발트계 합금은
평균 직경 5㎛ 이하의 미세결정립과 평균 직경 5㎛ 초과의 조대결정립이 혼재하는 이중 입자 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금 제조 방법.
According to claim 1,
After step (b),
The cobalt-based alloy is
A method for producing a cobalt-based alloy having high strength and ductility through multi-stage heat treatment, characterized in that it has a double grain structure in which fine grains with an average diameter of 5 μm or less and coarse grains with an average diameter of more than 5 μm are mixed.
Cr : 19 ~ 21 중량%, W : 14 ~ 16 중량%, Ni : 9 ~ 11 중량%, Mn : 1 ~ 2 중량% 및 나머지 Co를 포함하며,
평균 직경 5㎛ 이하의 미세결정립과 평균 직경 5㎛ 초과의 조대결정립으로 구성된 이중 입자 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금.
Cr: 19 to 21 wt%, W: 14 to 16 wt%, Ni: 9 to 11 wt%, Mn: 1 to 2 wt% and the remainder of Co,
A cobalt-based alloy having high strength and high ductility through multi-stage heat treatment, characterized in that it has a double grain structure composed of fine grains with an average diameter of 5 μm or less and coarse grains with an average diameter of more than 5 μm.
제8항에 있어서,
상기 코발트계 합금은
Fe : 3 중량% 이하, C : 0.15 중량% 이하, Si : 0.4 중량% 이하, P : 0.04 중량% 이하 및 S : 0.03 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금.
9. The method of claim 8,
The cobalt-based alloy is
Fe: 3 wt% or less, C: 0.15 wt% or less, Si: 0.4 wt% or less, P: 0.04 wt% or less, and S: Multi-stage processing heat treatment, characterized in that it further comprises at least one of 0.03 wt% or less Cobalt-based alloy with high strength and high ductility through
제8항에 있어서,
상기 코발트계 합금은
590 ~ 740MPa의 항복강도(YS) 및 1,190 ~ 1,310MPa의 인장강도(TS)를 가지면서,
54 ~ 62%의 연신율(EL)을 갖는 것을 특징으로 하는 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금.
9. The method of claim 8,
The cobalt-based alloy is
While having a yield strength (YS) of 590 ~ 740 MPa and a tensile strength (TS) of 1,190 ~ 1,310 MPa,
A cobalt-based alloy having high strength and ductility through multi-stage heat treatment, characterized in that it has an elongation (EL) of 54 to 62%.
제8항에 있어서,
상기 코발트계 합금은
790 ~ 900MPa의 항복강도(YS) 및 1,320 ~ 1,370MPa의 인장강도(TS)를 가지면서,
49 ~ 65%의 연신율(EL)을 갖는 것을 특징으로 하는 다단 가공열처리를 통해 고강도 및 고연성을 갖는 코발트계 합금.
9. The method of claim 8,
The cobalt-based alloy is
While having a yield strength (YS) of 790 ~ 900 MPa and a tensile strength (TS) of 1,320 ~ 1,370 MPa,
A cobalt-based alloy having high strength and ductility through multi-stage heat treatment, characterized in that it has an elongation (EL) of 49 to 65%.
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