KR20220119836A - Nb-CONTAINING HIGH STRENGTH CUTTING KNIFE TOOL STEEL FOR STEEL AND METHOD FOR PRODUCING SAME - Google Patents

Nb-CONTAINING HIGH STRENGTH CUTTING KNIFE TOOL STEEL FOR STEEL AND METHOD FOR PRODUCING SAME Download PDF

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KR20220119836A
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신교근
김태용
조기섭
권훈
권영준
원윤정
이근원
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Abstract

The present invention relates to high-strength tool steel, and particularly, to niobium (Nb)-containing tool steel for a knife for cutting steel with excellent wear resistance and impact resistance. The tool steel is formed with at least one among 0.25-0.65 wt% of carbon (C), 3.0-8.0 wt% of chromium (Cr), 2.0-4.0 wt% of molybdenum (Mo), 3 wt% or less (excluding 0 wt%) of nickel (Ni), 0.5-3.0 wt% of vanadium (V), 0.2-1.5 wt% of silicon (Si), 0.1-1.0 wt% manganese (Mn), and 1.0 wt% or less (excluding 0 wt%) of Nb, and contains the remaining iron (Fe) and unavoidable impurities. According to the present invention, Nb-containing tool steel for a knife for cutting steel with excellent wear resistance and impact resistance has increased impact toughness by adding Mo and Nb. In addition, coarsening of a crystal grain is suppressed, thereby providing Nb-containing tool steel for a knife for cutting steel with excellent wear resistance and impact resistance.

Description

Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강 및 이의 제조방법{Nb-CONTAINING HIGH STRENGTH CUTTING KNIFE TOOL STEEL FOR STEEL AND METHOD FOR PRODUCING SAME}Nb-containing tool steel for steel cutting knife and manufacturing method thereof

본 발명의 기술적 사상은 고장력강 절단 나이프 소재인 5Cr-Mo-V계 고강도 공구강 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, Mo와 Nb을 첨가하여 충격인성을 증가시키고 결정립의 조대화를 억제하여 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to 5Cr-Mo-V-based high-strength tool steel, which is a high-tensile steel cutting knife material, and a method for manufacturing the same, and more specifically, by adding Mo and Nb to increase impact toughness and suppress grain coarsening. It relates to a tool steel for a knife for cutting steel containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance, and a method for manufacturing the same.

일반적으로 철강절단용 나이프용 공구강은 고강도 고철스크랩, 후판 및 냉연판재 절단용으로 사용되며, 그 사용 환경은 고경도, 내충격성(인성) 특성이 동시에 요구된다. 겸비되어야 하는 소재로 고강도 고철스크랩, 후판 및 냉연판재 절단용 나이프용 소재가 대표적이라 할 수 있다. In general, tool steel for steel cutting knives is used for cutting high-strength scrap metal, thick plates and cold-rolled plates, and the use environment requires high hardness and impact resistance (toughness) characteristics at the same time. As materials that must be combined, high-strength scrap metal, and materials for knives for cutting thick and cold-rolled plates are representative.

그러나 이러한 철강절단 제품의 절단을 위해 사용되는 나이프용 소재의 경우, 스크랩 절단 및 고강도 열연 후판과 같이 사용압력 용량이 800톤 이하인 경우 SKT-4가 주로 사용되고 있으나, 1000톤 이상인 대형의 경우에는 낮은 인성 및 경도로 인해 사용이 불가능하다는 문제가 있다.However, as for the material for knives used for cutting such steel cutting products, SKT-4 is mainly used when the working pressure capacity is 800 tons or less, such as scrap cutting and high-strength hot-rolled thick plates, but low toughness in the case of large ones with more than 1000 tons And there is a problem that it cannot be used due to its hardness.

반면에 SKD-11은 경도가 60 HRc급으로 매우 높으나 충격인성이 약 2J(Charpy V-notch) 미만으로 소형 나이프용으로만 사용이 가능할 뿐, 대형 나이프용으로 사용하기에는 인성이 미흡한 실정이다.On the other hand, SKD-11 has a very high hardness of 60 HRc, but its impact toughness is less than about 2J (Charpy V-notch), so it can only be used for small knives, and its toughness is insufficient for use with large knives.

한편, 적열경도가 높고 열균열(heat cracking) 및 마모저항이 우수하여 주로 열간 다이용 공구강으로 사용되고 있는 SKD-61은 내충격성 및 내마모성을 동시에 요구하는 길로틴 시어 나이프용 소재로 사용하기 위해서는 기계적 성질, 특히 경도가 미흡한 것으로 알려져 있다.On the other hand, SKD-61, which is mainly used as tool steel for hot die due to its high red heat hardness and excellent heat cracking and abrasion resistance, has mechanical properties, In particular, it is known that the hardness is insufficient.

상기 언급한 문제점을 근본적으로 해결하기 위해 미량의 티타늄을 첨가하여 기존의 티타늄을 함유하지 않는 Cr-Mo-V계 나이프강의 고질적인 문제점인 고경도 수준에서의 내충격 및 내마모 특성을 증가시켜 제품 수명을 상당 수준 향상시킨 바 있다. 그러나 최근 철강제품의 수명과 안정성 향상에 대한 산업적 니즈(needs)에 따라 고강도화가 빠르게 진행되고 있으며, 이에 대응하여 내충격 특성과 함께 경도 특성이 보다 업그레이드된 장수명(long life)의 철강재 절단 나이프용 소재의 개발이 요구된다.In order to fundamentally solve the above-mentioned problems, a small amount of titanium is added to increase the impact and abrasion resistance at the high hardness level, which is a chronic problem of the existing Cr-Mo-V-based knife steel that does not contain titanium. has been significantly improved. However, recently, in accordance with industrial needs for improvement of life and stability of steel products, high strength is rapidly progressing. development is required.

따라서 본 발명은 상기의 문제점들을 개선하는 것과 함께 고경도에서도 10J 이상의 내충격성 특성을 바탕으로 제품수명이 한 단계 업그레이드된 철강절단용 나이프용공구강을 제공하고자 한다.Therefore, the present invention is to provide a tool steel for steel cutting knife with an upgraded product lifespan based on impact resistance characteristics of 10J or more even at high hardness while improving the above problems.

1. 일본 공개특허 특개소62-1648535호1. Japanese Patent Laid-Open No. 62-1648535 2. 한국 공개특허 제10-2016-0010930호2. Korean Patent Publication No. 10-2016-0010930

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, Mo와 Nb을 첨가하여 충격인성을 증가시키고 결정립의 조대화를 억제하여 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강을 제공하는데 것이다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a tool steel for steel cutting knife containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance by adding Mo and Nb to increase impact toughness and suppress grain coarsening.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, Mo와 Nb을 첨가하여 충격인성을 증가시키고 결정립의 조대화를 억제하여 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강을 제조 가능한 제조방법을 제공하는데 것이다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to increase the impact toughness by adding Mo and Nb and suppress the coarsening of grains to produce a Nb-containing tool steel for steel cutting with excellent abrasion resistance and impact resistance. is to provide

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these tasks are exemplary, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강은 중량%로서, C: 0.25~0.65%, Cr: 3.0~8.0%, Mo: 2.0~4.0%, Ni: 3% 이하(0% 제외), V: 0.5~3.0%, Si: 0.2~1.5%, Mn: 0.1~1.0% 및 Nb: 1.0% 이하(0% 제외) 중 1종 이상을 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.Tool steel for steel cutting knife containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance according to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem is, as a weight%, C: 0.25 to 0.65%, Cr: 3.0 to 8.0%, Mo: 2.0 ~4.0%, Ni: 3% or less (excluding 0%), V: 0.5 to 3.0%, Si: 0.2 to 1.5%, Mn: 0.1 to 1.0%, and Nb: 1.0% or less (excluding 0%) and may include the remaining Fe and unavoidable impurities.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 공구강은 템퍼드 마르텐사이트 기지에 탄화물 입자를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the tool steel may include carbide particles in a tempered martensitic matrix.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 공구강은 100~200nm의 미세한 MC[M=V, Mo]형 탄화물이 면적 분율로 0.5~2.5% 형성될 수 있다.In some embodiments of the present invention, in the tool steel, 0.5 to 2.5% of fine MC [M=V, Mo] type carbide having an area fraction of 100 to 200 nm may be formed.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 공구강은 58 내지 62 HRc의 경도와 10 내지 12J의 충격인성을 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the tool steel may have a hardness of 58 to 62 HRc and an impact toughness of 10 to 12J.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 공구강은 경도 변화량에 대한 충격 인성의 변화량이 0.1~0.2 J/HRc 일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the change in impact toughness with respect to the change in hardness of the tool steel may be 0.1 to 0.2 J/HRc.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 공구강은 초기 오스테나이트 결정립 크기가 17 ㎛ 이하일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the tool steel may have an initial austenite grain size of 17 μm or less.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강의 제조방법은 중량%로서, C: 0.25~0.65%, Cr: 3.0~8.0%, Mo: 2.0~4.0%, Ni: 3% 이하(0% 제외), V: 0.5~3.0%, Si: 0.2~1.5%, Mn: 0.1~1.0% 및 Nb: 1.0% 이하(0% 제외) 중 1종 이상을 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진 잉곳을 주조(Casting)하는 단계, 상기 잉곳을 1150℃ 내지 1250℃에서 균질화 처리(Homogenization) 후 열간 압연(Rolling)을 수행하는 단계, 1000 내지 1150℃에서 유지한 후 상온까지 공랭하는 오스테나이트화(Austenitizing) 단계 및 500 내지 580℃에서 유지한 후 상온까지 공랭하는 템퍼링(Tempering)하는 단계를 포함할 수 있다.According to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem, a method for manufacturing a tool steel for steel cutting knife containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance is as a weight%, C: 0.25 to 0.65%, Cr: 3.0 to 8.0%, Mo: 2.0 to 4.0%, Ni: 3% or less (excluding 0%), V: 0.5 to 3.0%, Si: 0.2 to 1.5%, Mn: 0.1 to 1.0%, and Nb: 1.0% or less (excluding 0%) Containing one or more, casting an ingot consisting of the remaining Fe and unavoidable impurities, homogenizing the ingot at 1150 ° C. to 1250 ° C. After performing a hot rolling (Rolling) step, 1000 to It may include an austenitizing step of maintaining at 1150° C. and then air cooling to room temperature, and a tempering step of air cooling to room temperature after maintaining at 500 to 580° C.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 압연(Rolling) 단계는 1000 초과 1100℃ 이하에서 50%이상 사이징 압연할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the rolling (Rolling) step may be more than 1000 sizing and rolling at less than 1100 ℃ 50%.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 템퍼링(Tempering) 단계는 2회 이상 반복 수행할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the tempering step may be repeated two or more times.

본 발명의 기술적 사상에 따른 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강은 Mo와 Nb을 첨가하여 충격인성을 증가시키고 결정립의 조대화를 억제하여 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강을 제공할 수 있다.The tool steel for steel cutting knife containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance according to the technical idea of the present invention increases impact toughness by adding Mo and Nb and suppresses coarsening of grains to cut Nb containing steel having excellent wear resistance and impact resistance We can provide tool steel for knives.

또한 본 발명에 따른 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강의 제조 방법은 Mo와 Nb을 첨가하여 충격인성을 증가시키고 결정립의 조대화를 억제하여 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강을 제조할 수 있다.In addition, the method for manufacturing a tool steel for a knife for steel cutting containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance according to the present invention increases impact toughness by adding Mo and Nb and suppresses coarsening of grains by adding Nb containing steel having excellent wear resistance and impact resistance Tool steel for cutting knives can be manufactured.

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above-described effects of the present invention have been described by way of example, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강(2.5Mo-Nb)의 압연 및 열처리 공정을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강(2.5Mo-Nb) 및 비교강의 템퍼링(Tempering) 시간에 따른 경도 변화 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강(2.5Mo-Nb) 및 비교강의 경도(Hardness)에 따른 충격인성(Toughness)를 그래프이다.
도 4는 Mo 함량에 따른 비교강의 미세조직 사진이다.
도 5는 Mo 함량에 따른 비교강의 1차 탄화물 화학조성을 분석한 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강(2.5Mo-Nb) 및 비교강의 결정립 및 평균 결정립 크기를 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강(2.5Mo-Nb)의 내마모 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing a rolling and heat treatment process of a tool steel (2.5Mo-Nb) for steel cutting knife containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph of hardness change according to tempering time of tool steel (2.5Mo-Nb) and comparative steel for steel cutting knives containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the impact toughness according to the hardness (Hardness) of the tool steel (2.5Mo-Nb) for steel cutting knife containing Nb excellent in abrasion resistance and impact resistance manufactured according to an embodiment of the present invention and comparative steel. .
4 is a microstructure photograph of comparative steel according to the Mo content.
5 is a result of analyzing the primary carbide chemical composition of the comparative steel according to the Mo content.
6 is a photograph showing grains and average grain sizes of tool steel (2.5Mo-Nb) and comparative steel for steel cutting knives containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance manufactured according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the results of a wear resistance test of a tool steel (2.5Mo-Nb) for steel cutting knife containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance manufactured according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the technical idea of the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, The scope of the technical idea is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so as to more fully and complete the present disclosure, and to fully convey the technical spirit of the present invention to those skilled in the art. As used herein, the term “and/or” includes any one and any combination of one or more of those listed items. The same symbols refer to the same elements from time to time. Furthermore, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Therefore, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.

본 발명에 따른 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강은 중량%로서, C: 0.25~0.65%, Cr: 3.0~8.0%, Mo: 2.0~4.0%, Ni: 3% 이하(0% 제외), V: 0.5~3.0%, Si: 0.2~1.5%, Mn: 0.1~1.0% 및 Nb: 1.0% 이하(0% 제외) 중 1종 이상을 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.Nb-containing tool steel for steel cutting knives with excellent wear resistance and impact resistance according to the present invention as a weight%, C: 0.25 to 0.65%, Cr: 3.0 to 8.0%, Mo: 2.0 to 4.0%, Ni: 3% or less ( Excluding 0%), V: 0.5 to 3.0%, Si: 0.2 to 1.5%, Mn: 0.1 to 1.0%, and Nb: 1.0% or less (excluding 0%). may include

C는 0.25 내지 0.65wt%를 첨가하며, 고온 열처리 시 기지에 고용되어 이후 냉각과정에서 마르텐사이트를 형성하며, 일부는 기지에 고용되어 경화능(hardenability) 및 강도를 향상시킨다. 또한, 대부분은 Cr, Mo, V의 탄화물 형성원소와 결합하여 1차 공정탄화물 및 2차 석출탄화물을 형성함으로서 내마모성을 향상시킨다. C is added 0.25 to 0.65 wt%, is dissolved in the matrix during high-temperature heat treatment to form martensite in the subsequent cooling process, and some is dissolved in the matrix to improve hardenability and strength. In addition, most of them combine with carbide forming elements of Cr, Mo, and V to form primary eutectic carbides and secondary precipitation carbides to improve wear resistance.

바람직하게 C는 0.35 내지 0.60wt%를 포함할 수 있다. 0.35wt% 미만에서는 오스테나이트화(Austenitizing) 및 템퍼링(Tempering) 이후 경도와 강도가 낮고, 0.60wt% 초과시 취화(embrittlement)를 초래할 수 있다. 더욱 바람직하게 0.40 내지 0.60wt%를 포함할 수 있다.Preferably C may include 0.35 to 0.60 wt%. If it is less than 0.35 wt%, hardness and strength are low after austenitizing and tempering, and if it exceeds 0.60 wt%, embrittlement may occur. More preferably 0.40 to 0.60 wt% may be included.

Cr은 3.0 내지 8.0wt%를 첨가하며, 재가열 시 표면탈탄을 억제하며, 기지에 고용되어 경화능을 향상시키고 흑연화(graphtization)를 저해한다. 또한 탄화물의 주된 형성 원소로써 C와 결합하여 M7C3 및 M23C6탄화물을 형성하여 고온 연화저항성과 내마모성을 향상시킨다.Cr is added at 3.0 to 8.0 wt%, suppresses surface decarburization during reheating, and is dissolved in a matrix to improve hardenability and inhibit graphitization. In addition, as the main forming element of carbide, it combines with C to form M 7 C 3 and M 23 C 6 carbide, improving resistance to high temperature softening and abrasion resistance.

바람직하게 Cr은 3.5 내지 7.0wt%를 포함하여, 다량의 M7C3 탄화물을 형성시킬 수 있다. 7.0wt%를 초과하는 경우 탄화물의 조대화를 초래하여 충격인성을 저하시킨다. 더욱 바람직하게 4.0 내지 6.5wt%를 포함할 수 있다.Preferably Cr contains 3.5 to 7.0 wt%, so that a large amount of M 7 C 3 carbides can be formed. When it exceeds 7.0 wt%, it causes coarsening of the carbide, thereby lowering the impact toughness. More preferably 4.0 to 6.5 wt% may be included.

Mo은 2.0 내지 4.0wt%를 첨가하며, 기지에 고용되어 소입성을 향상시키며, ??칭 시에 Mo2C등의 탄화물을 형성하여 2차 경화능 및 내마모성을 개선시킨다. 또한 뜨임 열처리 중의 경도 저하를 억제하는 뜨임저항성(temper resistance) 향상에 가장 크게 기여하며, 고온강도, 내식성향상에 효과적이다. Mo is added in 2.0 to 4.0wt%, it is dissolved in the matrix to improve hardenability, and during quenching, carbides such as Mo 2 C are formed to improve secondary hardening ability and wear resistance. In addition, it contributes the most to the improvement of temper resistance, which suppresses the decrease in hardness during tempering heat treatment, and is effective in improving high-temperature strength and corrosion resistance.

바람직하게 Mo은 2.0 내지 3.5wt%를 포함하며, V과 함께 MC 탄화물에 의한 이차경화 효과를 극대화할 수 있다. 3.5wt%를 초과하는 경우 인성 및 가공성을 저하시킨다. 더욱 바람직하게 2.0 내지 3.0wt%를 포함할 수 있다.Preferably, Mo includes 2.0 to 3.5 wt%, and together with V, it is possible to maximize the effect of secondary curing by MC carbide. When it exceeds 3.5 wt%, toughness and workability are reduced. More preferably, it may contain 2.0 to 3.0 wt%.

Ni은 4wt% 이하(0% 제외)를 첨가하며, 고용강화 효과 외에 템퍼드 마르텐사이트강의 본질적인 기지인성을 확보를 한다. 바람직하게 Ni은 3wt% 이하(0% 제외)를 포함하며, 3wt% 초과하여 증가 시 잔류 오스테나이트의 증가 및 열적열화정도의 증가로 고강도 및 고경도 확보가 어렵다. 더욱 바람직하게 0.5 내지 3.0wt%를 포함할 수 있다.Ni is added at 4 wt% or less (excluding 0%), and in addition to the solid solution strengthening effect, the essential matrix toughness of tempered martensitic steel is secured. Preferably, Ni contains 3 wt% or less (excluding 0%), and when it exceeds 3 wt%, it is difficult to secure high strength and high hardness due to an increase in retained austenite and an increase in the degree of thermal degradation. More preferably 0.5 to 3.0 wt% may be included.

V는 0.5 내지 3.0wt%를 첨가하며, C와 친화력이 가장 강하고 고경도의 VC 탄화물을 형성하여 내마모성을 증가시키고, 결정립의 조대화 방지에 효과가 있다. 또한 Mo와 결합할 시 강재의 내템퍼링성을 향상시키는 역할을 한다. V is added at 0.5 to 3.0 wt%, and has the strongest affinity with C and forms VC carbide with high hardness to increase wear resistance and is effective in preventing coarsening of crystal grains. In addition, when combined with Mo, it serves to improve the tempering resistance of steel.

바람직하게 V는 0.5 내지 2.0wt%를 첨가하며, V 함유 이차경화 합금탄화물의 석출 극대화를 위해서는 오스테나이트화 시 분해되지 않고 기지 내 잔류하는 1차 입자로의 V 소모를 고려하여 첨가한다. 2.0wt%를 초과하는 경우 가공성이 저하된다. 더욱 바람직하게 0.5 내지 1.5wt%를 포함할 수 있다.Preferably, V is added in an amount of 0.5 to 2.0 wt%, and in order to maximize the precipitation of the V-containing secondary hardening alloy carbide, it is added in consideration of the consumption of V to the primary particles remaining in the matrix without being decomposed during austenitization. If it exceeds 2.0 wt%, workability is reduced. More preferably 0.5 to 1.5 wt% may be included.

Si는 0.2~1.5wt%를 첨가하며, 주조성을 향상시키고, 고용강화에 의해 경도를 높이는 효과가 있으며, 고온에서 표면산화방지 및 합금탄화물의 석출반응을 촉진시킨다. 1.5wt%를 초과하는 경우 흑연화 등으로 열간가공성의 저하 및 담금질, 뜨임 후의 인성이 저하된다.Si is added by 0.2 to 1.5 wt%, and has the effect of improving castability, increasing hardness by solid solution strengthening, preventing surface oxidation at high temperatures and promoting the precipitation reaction of alloy carbides. If it exceeds 1.5wt%, the hot workability is lowered due to graphitization, etc., and the toughness after quenching and tempering is lowered.

Mn은 0.1~1.0wt%를 첨가하며, 경화능을 향상시키며, 고탄소강의 소둔 시 흑연화를 저해한다. 또한 탈산 및 탈황제로서 강의 청정도를 향상시키며, 소입성을 증가시킨다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.1wt% 이상의 첨가가 필요하며, 1.0wt%이상 첨가 시 잔류 오스테나이트를 안정화하여 인성을 저하시킨다.Mn is added 0.1~1.0wt%, improves hardenability, and inhibits graphitization during annealing of high carbon steel. In addition, as a deoxidizing and desulfurizing agent, it improves the cleanliness of steel and increases hardenability. To obtain this effect, 0.1 wt% or more is required, and when 1.0 wt% or more is added, the retained austenite is stabilized to reduce toughness.

Nb은 1.0wt% 이하(0% 제외)를 첨가하며, Nb은 고온에서 각각 탄질화물 및 탄화물을 형성시킴으로서 재결정 및 결정립 성장을 억제할 뿐만 아니라 열간압연 시 미재결정 영역을 확대하여 최종 결정립을 미세화하는 효과가 있다. Nb은 Ti 보다 낮은 탄질화물의 용해도적을 가지고 있어, 고온에서 안정한 석출물을 형성시켜 보다 강력한 결정립 미세화 효과를 나타낼 수 있다.Nb is added at 1.0 wt% or less (excluding 0%), and Nb forms carbonitrides and carbides at high temperatures, thereby inhibiting recrystallization and grain growth, as well as expanding non-recrystallized regions during hot rolling to refine final grains. It works. Since Nb has a lower carbonitride solubility than Ti, it can form a stable precipitate at a high temperature, thereby exhibiting a stronger grain refinement effect.

바람직하게 Nb은 0.005 내지 0.09wt%를 포함할 수 있으며, 0.09wt%를 초과하여 과도하게 첨가되면 탄화물의 양 및 크기가 오히려 증가하여 충격인성을 감소시키게 된다. 더욱 바람직하게 0.005 내지 0.06w%를 포함할 수 있다.Preferably, Nb may include 0.005 to 0.09 wt%, and when it is excessively added in excess of 0.09 wt%, the amount and size of carbides are rather increased to reduce impact toughness. More preferably, it may contain 0.005 to 0.06w%.

위와 같이, 상기 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강은 Mo와 Nb을 첨가하여 충격인성을 증가시키고 결정립의 조대화를 억제할 수 있다. 상기 공구강은 템퍼드 마르텐사이트 기지에 탄화물 입자를 포함하고, 100~200nm의 미세한 MC[M=V, Mo]형 탄화물이 면적 분율로 0.5~2.5% 형성된다. 바람직하게는 1.0~2.5% 형성될 수 있다. 또한 상기 공구강은 58 내지 62 HRc의 경도와 10 내지 12J의 충격인성을 가질 수 있고, 경도 변화량에 대한 충격 인성의 변화량이 0.1~0.2 J/HRc 이며, 초기 오스테나이트 결정립 크기가 17 ㎛ 이하를 가진다. As described above, the Nb-containing tool steel for steel cutting knives having excellent wear resistance and impact resistance can increase impact toughness and suppress grain coarsening by adding Mo and Nb. The tool steel contains carbide particles in a tempered martensite matrix, and fine MC [M=V, Mo]-type carbides of 100 to 200 nm are formed in an area fraction of 0.5 to 2.5%. Preferably 1.0 to 2.5% may be formed. In addition, the tool steel may have a hardness of 58 to 62 HRc and an impact toughness of 10 to 12J, a change in impact toughness with respect to a change in hardness is 0.1 to 0.2 J/HRc, and an initial austenite grain size is 17 μm or less. .

기존의 Ti 미소첨가 5Cr-Mo-V계 나이프강에 첨가되는 Mo 함량을 증가시켜 강의 내충격 특성은 유지시키면서 경도, 내마모 특성을 획기적으로 향상시켜 고장력화되고 있는 철강재의 절단 시 나이프 성능을 증가시킬 수 있게 한다. 또한 Nb을 첨가하여 강의 결정립 조대화 현상을 해결한 것으로써, 경도비 인성의 향상으로 가혹한 조건에서도 장수명의 제품을 얻을 수 있다.By increasing the Mo content added to the existing 5Cr-Mo-V-based knife steel with micro addition of Ti, it is possible to increase the knife performance when cutting high-strength steel materials by dramatically improving the hardness and wear resistance while maintaining the impact resistance properties of the steel. make it possible In addition, by adding Nb to solve the grain coarsening phenomenon of steel, it is possible to obtain a product with a long life even under severe conditions by improving the hardness ratio and toughness.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내마모성과 내충격성이 우수한 함유 철강절단용 나이프용 공구강(2.5Mo-Nb)의 압연 및 열처리 공정을 나타낸 개략도이다. 본 발명에 따른 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강의 제조방법은 주조(Casting) 단계, 균질화 처리(Homogenization) 후 열간 압연(Rolling) 단계, 오스테나이트화(Austenitizing) 단계 및 템퍼링(Tempering) 단계를 포함한다.1 is a schematic view showing a rolling and heat treatment process of a tool steel (2.5Mo-Nb) for steel cutting knife containing excellent wear resistance and impact resistance according to an embodiment of the present invention. The method for manufacturing a tool steel for a knife for steel cutting containing Nb according to the present invention includes a casting step, a hot rolling step after homogenization, austenitizing step, and a tempering step do.

상기 주조(Casting) 단계는 중량%로서, C: 0.25~0.65%, Cr: 3.0~8.0%, Mo: 2.0~4.0%, Ni: 3% 이하(0% 제외), V: 0.5~3.0%, Si: 0.2~1.5%, Mn: 0.1~1.0% 및 Nb: 1.0% 이하(0% 제외) 중 1종 이상을 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진 잉곳을 주조하는 단계이다. 99.9% 이상의 순도를 갖는 상기 합금 원소를 목적 조성으로 평량하여 1550 내지 1650℃ 범위에서 진공유도용해(VIM)하여 주조하였다.The casting step is as a weight %, C: 0.25 to 0.65%, Cr: 3.0 to 8.0%, Mo: 2.0 to 4.0%, Ni: 3% or less (excluding 0%), V: 0.5 to 3.0%, Si: 0.2 to 1.5%, Mn: 0.1 to 1.0% and Nb: including at least one of 1.0% or less (excluding 0%), and casting the remaining Fe and unavoidable impurities consisting of an ingot. The alloy element having a purity of 99.9% or more was subjected to vacuum induction melting (VIM) in the range of 1550 to 1650° C.

상기 균질화 처리(Homogenization) 단계는 상기 잉곳을 1150~1250℃에서 균질화 처리(Homogenization) 하는 단계이다. 균질화 온도를 1150~1250℃로 제어하여탄화물의 분포를 개선할 수 있다.The homogenization step is a step of homogenizing the ingot at 1150 to 1250° C. The distribution of carbides can be improved by controlling the homogenization temperature to 1150 to 1250 °C.

상기 열간 압연(Rolling) 단계는 열간 압연(Rolling)을 수행하는 단계로 기포·편석된 부분은 절단하여 버리고, 1000 초과 1100℃ 이하에서 50% 이상 사이징압연 및 단조 후 상온까지 공랭한다.The hot rolling (Rolling) step is a step of performing hot rolling (Rolling), the bubbles and segregated parts are cut and discarded, sizing rolling and forging more than 50% at more than 1000 and 1100 ° C. or less, and then air cooling to room temperature.

상기 오스테나이트화(Austenitizing) 단계는 1000 내지 1150℃의 온도범위에서 실시한다. 강이 오스테나이트화되는 온도인 Ac3온도 이상으로 가열한 후 상온까지 공랭하는 공정으로서, 강의 내부조직을 일정의 무확산 변태에 의해 오스테나이트로부터 경질인 마르텐사이트를 형성하기 위한 것이다.The austenitizing step is carried out in a temperature range of 1000 to 1150 °C. This is a process of heating the steel to a temperature of Ac3 or higher, which is the temperature at which it becomes austenitized, and then air-cooling it to room temperature.

합금을 상온까지 공랭되기 전에 템퍼링하면 열간 템퍼링 상태로 되어 잔류 오스테나이트가 상당한 양으로 존재하게 된다. 잔류 오스테나이트는 제품 사용 중 상변태로 인한 치수 변화를 일으키므로 피하는 것이 바람직하다.If the alloy is tempered before being air cooled to room temperature, it will be in a hot tempered state, with a significant amount of retained austenite. Residual austenite causes dimensional change due to phase transformation during product use, so it is desirable to avoid it.

상기 템퍼링(Tempering) 단계에서 경도 및 충격인성의 극대화를 위해 500 내지 580℃에서 실시한다. 잔류 오스테나이트의 양을 줄이기 위하여 상기 템퍼링(Tempering) 단계를 2회 이상 반복 수행할 수 있다. 15분 내지 2시간 동안 유지한 후 상온까지 공랭하는 템퍼링(Tempering) 처리를 2회 반복 수행하였다.In the tempering step, it is carried out at 500 to 580° C. to maximize hardness and impact toughness. In order to reduce the amount of retained austenite, the tempering step may be repeated two or more times. After maintaining for 15 minutes to 2 hours, a tempering treatment of air cooling to room temperature was repeated twice.

상기 합금 조직은 템퍼드 마르텐사이트 기지에 탄화물 입자를 포함하는 철강절단용 나이프용공구강을 제조할 수 있다. 탄화물 입자는 합금의 용해 및 냉각 시 분해되지 않고 잔류하는 조대한 1차 입자(미용해 탄화물)와 합금의 열처리 시 석출되는 미세한 2차 입자(이차경화 합금탄화물)를 포함한다.The alloy structure may produce a tool steel for steel cutting knife including carbide particles on a tempered martensite matrix. Carbide particles include coarse primary particles (undissolved carbides) that remain without decomposition during melting and cooling of the alloy and fine secondary particles (secondary hardening alloy carbides) that are precipitated during heat treatment of the alloy.

이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명 과정의 세부 사항을 설명하고자 한다.Hereinafter, details of the process of the present invention will be described through Examples and Experimental Examples.

표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강(2.5Mo-Nb) 및 비교강의 조성을 나타낸 표이다.Table 1 is a table showing the composition of the tool steel (2.5Mo-Nb) and comparative steel for a knife for steel cutting containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance according to an embodiment of the present invention.

구분division CC MoMo CrCr NiNi VV SiSi MnMn TiTi NbNb 발명강invention 2.5Mo-Nb2.5Mo-Nb 0.550.55 2.52.5 5.05.0 2.02.0 1.01.0 1.01.0 0.30.3 -- 0.040.04 비교강1 Comparative lecture 1 1.5Mo1.5Mo 0.550.55 1.51.5 5.05.0 2.02.0 1.01.0 1.01.0 0.30.3 0.020.02 -- 비교강2Comparative lecture 2 2.5Mo2.5Mo 0.550.55 2.52.5 5.05.0 2.02.0 1.01.0 1.01.0 0.30.3 0.020.02 --

상기 비교강은 Mo 함량 증가에 따른 기계적 성질의 차이를 확인하기 위해 두가지 합금을 제조하였으며, 이때 발명강의 Nb 효과를 명확히 밝히기 위해 Ti와 동일 원자비의 Nb을 첨가하여 총 세 가지 합금을 제조하였다.For the comparative steel, two alloys were prepared in order to confirm the difference in mechanical properties according to the increase in the Mo content. At this time, in order to clearly clarify the Nb effect of the invention steel, Nb in the same atomic ratio as Ti was added to prepare a total of three alloys.

상기 표1과 같은 99.9% 이상의 순도를 갖는 합금 원소를 목적 조성으로 평량하여 1550 내지 1650℃ 범위에서 진공유도용해(VIM) 후 약 30kg 중량의 잉곳(Ingot)을 제조하였다.An ingot having a weight of about 30 kg was prepared after vacuum induction melting (VIM) in the range of 1550 to 1650° C. by basis weight of an alloy element having a purity of 99.9% or more as shown in Table 1 as a target composition.

도 1의 압연 및 열처리 공정 개략도와 같이, 상기 잉곳을 1200℃에서 1시간 균질화 처리(Homogenization) 후 1050℃에서 50% 이상(예: 50t → 15t) 사이징압연 및 단조 후 공랭하였다. 압연된 강재를 1050℃에서 유지하여 오스테나이트화(Austenitizing) 한 후 공랭하여 판재를 제조하였으며, 제조된 판재로부터 템퍼링(Tempering)을 위한 충격시험편을 채취하였다. 잔류하는 오스테나이트 함량 감소를 위해 다단계(560℃ ― 수냉 ― 560℃ ― 수냉)로 템퍼링(Tempering)을 실시하였다.As shown in the rolling and heat treatment process schematic diagram of Figure 1, the ingot was subjected to homogenization at 1200 ° C for 1 hour and then at 1050 ° C. The rolled steel was maintained at 1050° C. to austenitize, and then air-cooled to prepare a plate, and an impact test piece for tempering was collected from the manufactured plate. Tempering was performed in multiple steps (560° C.—Water cooling—560° C.—Water cooling) to reduce the residual austenite content.

표 2는 본 발명의 실시예에 따른 공구강 조성에 따른 경도(HRc) 및 충격인성(J)의 측정값을 나타낸 표이다. Table 2 is a table showing measured values of hardness (HRc) and impact toughness (J) according to the composition of the tool steel according to an embodiment of the present invention.

템퍼링 시간
(min)
tempering time
(min)
발명강invention 비교강1Comparative lecture 1 비교강2Comparative lecture 2
2.5Mo-Nb2.5Mo-Nb 1.5Mo1.5Mo 2.5Mo2.5Mo 경도(HRc)Hardness (HRc) 충격인성(J)Impact toughness (J) 경도(HRc)Hardness (HRc) 충격인성(J)Impact toughness (J) 경도(HRc)Hardness (HRc) 충격인성(J)Impact toughness (J) 4(2+2)4(2+2) 58.658.6 10.7810.78 59.259.2 7.847.84 58.958.9 8.758.75 30(15+15)30 (15+15) 60.960.9 10.2910.29 58.558.5 -- 61.961.9 8.258.25 90(45+45)90 (45+45) 59.459.4 -- 57.457.4 7.847.84 59.8559.85 8.758.75 240(120+120)240 (120+120) 57.657.6 10.7810.78 5656 9.89.8 57.157.1 10.7810.78

충격인성은 V 노치 충격시험편으로부터 3회 측정된 값의 평균을 이용하였고, 이때 충격 파면의 하부 10mm를 절단하여 경도 시험편을 얻은 후, 5회 측정된 경도값의 평균을 사용하였다. 단, 템퍼링(Tempering) 시간이 90분 일 때 발명강의 충격인성 결과값 및 템퍼링(Tempering) 시간 30분 일 때 비교강 1의 충격인성 결과값은 실험결과가 측정되지 않아 "-" 로 기입하였다. 본 발명에 따른 공구강은 58 내지 62 HRc의 경도와 10 내지 12J의 충격인성을 가짐을 확인할 수 있다.The average of the values measured three times from the V-notch impact test piece was used for impact toughness, and the average of the hardness values measured five times was used after cutting the lower 10 mm of the shock wave front to obtain a hardness test piece. However, when the tempering time was 90 minutes, the impact toughness result value of the invention steel and the impact toughness result value of the comparative steel 1 when the tempering time was 30 minutes were written as "-" because the experimental results were not measured. It can be seen that the tool steel according to the present invention has a hardness of 58 to 62 HRc and an impact toughness of 10 to 12J.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강(2.5Mo-Nb) 및 비교강의 템퍼링(Tempering) 시간에 따른 경도 변화 그래프이다. 또한 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강(2.5Mo-Nb) 및 비교강의 경도(Hardness)에 따른 충격인성(Toughness)를 그래프이다.2 is a graph of hardness change according to tempering time of tool steel (2.5Mo-Nb) and comparative steel for steel cutting knives containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance according to an embodiment of the present invention. In addition, Figure 3 is a graph of the impact toughness (Toughness) according to the hardness (Hardness) of the tool steel (2.5Mo-Nb) for steel cutting knife containing Nb excellent in abrasion resistance and impact resistance manufactured according to an embodiment of the present invention and comparative steel to be.

도 2와 같이, 비교강 1, 2 및 발명강에서 Mo 함량이 증가함에 따라(1.5wt.% → 2.5wt.%), 전반적인 템퍼링(Tempering) 조건에서 높은 경도값을 가지는 것을 알 수 있다. 또한 도 3과 같이 Mo 함량을 증가시킬 경우 경도비 인성이 향상되며, Nb을 함유한 발명강이 가장 우수한 경도비 인성을 나타낸다. 경도비 충격인성의 결과로부터, 58~61 HRc 높은 범위의 동일한 경도수준에서 발명강의 충격인성이 약 12.9~22.5% 정도 증가함을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 2, as the Mo content increases in Comparative Steels 1 and 2 and Inventive Steel (1.5wt.% → 2.5wt.%), it can be seen that the hardness value is high in the overall tempering condition. In addition, as shown in FIG. 3 , when the Mo content is increased, the hardness ratio toughness is improved, and the invention steel containing Nb exhibits the best hardness ratio toughness. From the results of the hardness ratio impact toughness, it can be confirmed that the impact toughness of the invention steel increases by about 12.9 to 22.5% at the same hardness level in the high range of 58 to 61 HRc.

발명강은 61 HRc의 경도에서 충격인성이 10J 이상이다. 발명강은 경도 변화량에 대한 충격 인성의 변화량이 0.1~0.2 J/HRc 으로 경도 변화에 따른 충격 인성의 변화가 적다. 반면에, 비교강 1, 2는 경도 변화량에 대한 충격 인성의 변화량이 0.5~0.6 J/HRc 으로 경도 변화에 따른 충격 인성의 변화가 크다.Inventive steel has an impact toughness of 10J or more at a hardness of 61 HRc. Inventive steel has a small change in impact toughness with a change in hardness, with a change in impact toughness of 0.1 to 0.2 J/HRc with respect to a change in hardness. On the other hand, in Comparative Steels 1 and 2, the change in impact toughness with respect to the change in hardness is 0.5 to 0.6 J/HRc, and the change in impact toughness according to the change in hardness is large.

기존의 Ti 미소첨가 5Cr-Mo-V계 나이프강에 첨가되는 Mo 함량을 증가시켜 내충격 특성은 유지시키면서 경도, 내마모 특성을 획기적으로 향상시켜 고장력화되고 있는 철강재의 절단 시 나이프 성능을 증가시킬 수 있게 한다. 또한 Nb을 첨가하여 강의 결정립 조대화 현상을 해결한 것으로써, 경도비 인성의 향상으로 가혹한 조건에서도 장수명의 제품을 얻을 수 있다.By increasing the Mo content added to the existing 5Cr-Mo-V knife steel with micro-addition of Ti, it can improve the hardness and wear resistance while maintaining the impact resistance characteristics, thereby increasing the knife performance when cutting high tensile steel. let there be In addition, by adding Nb to solve the grain coarsening phenomenon of steel, it is possible to obtain a product with a long life even under severe conditions by improving the hardness ratio and toughness.

따라서 Nb의 첨가는 나이프의 수명 측면에서 획기적인 향상이 가능하며, 경도 61 HRc 이상의 나이프의 사용이 필수불가결한 첨단 고강도 강재에 사용될 수 있다.Therefore, the addition of Nb can significantly improve the life of the knife, and it can be used for cutting-edge high-strength steels where the use of knives with a hardness of 61 HRc or higher is essential.

표 3은 본 발명의 실시예에 따른 공구강 조성에 따른 탄화물의 상분율(%) 및 탄화물의 평균 크기(nm)를 나타낸 표이다. 또한 도 4는 Mo 함량에 따른 비교강의 미세조직 사진이다. 탄화물의 상분율(%)은 기지 전체에 석출된 탄화물의 면적을 측정하여 % 단위로 나타내었다. Table 3 is a table showing the phase fraction (%) of carbides and the average size (nm) of carbides according to the tool steel composition according to an embodiment of the present invention. In addition, Figure 4 is a microstructure photograph of the comparative steel according to the Mo content. The carbide phase fraction (%) was expressed in % by measuring the area of the carbide deposited on the entire matrix.

탄화물의 상분율(%)Phase fraction of carbide (%) 탄화물의 평균 크기 (nm)Average size of carbides (nm) 100 ∼ 200nm100 ~ 200nm 200nm 이상200nm or more 전체all 100 ∼ 200nm100 ~ 200nm 200nm 이상200nm or more 발명강(2.5Mo-Nb)Invention steel (2.5Mo-Nb) 2.0802.080 0.8320.832 2.7122.712 130.1130.1 331.2331.2 비교강 1(1.5Mo)Comparative steel 1 (1.5Mo) 0.1460.146 1.4521.452 1.5981.598 151.8151.8 344.5344.5 비교강 2(2.5Mo)Non-Steel 2 (2.5Mo) 0.7770.777 1.5621.562 2.3392.339 126.5126.5 326.8326.8

일반적으로 공구강의 경도와 충격인성은 석출물(미용해 탄화물)을 포함한 미세조직의 영향을 받는다. 발명강과 비교강의 미세조직을 비교하기 앞서, 비교강의 Mo함량에 따른 탄화물의 상분율(%) 및 탄화물의 평균 크기(nm)를 확인하였다.In general, the hardness and impact toughness of tool steel are affected by the microstructure including precipitates (undissolved carbides). Prior to comparing the microstructures of the invention steel and the comparative steel, the phase fraction (%) of carbides and the average size (nm) of carbides according to the Mo content of the comparative steel were confirmed.

탄화물은 1차 탄화물이고 탄화물의 면적 분율은 템퍼드 마르텐사이트 기지조직에서의 탄화물 면적 분율을 의미한다.The carbide is a primary carbide, and the area fraction of the carbide means the carbide area fraction in the tempered martensite matrix.

Mo 함량에 따른 비교강의 탄화물의 상분율(%)의 분석은 1차 탄화물의 종류를 두 분류(100~200nm, 200nm이상)로 구분하여 진행하였으며, 그 결과는 다음과 같다.The analysis of the phase fraction (%) of carbide of comparative steel according to Mo content was carried out by dividing the type of primary carbide into two categories (100-200 nm, more than 200 nm), and the results are as follows.

먼저 Mo 함량이 높은 Mo 2.5%인 비교강 2에서 100~200nm 크기의 비교적 작은 탄화물의 양이 Mo 1.5%인 비교강 1 보다 약 5배 이상 많이 분포하는 것으로 나타났다. 또한 100~200nm 범위의 탄화물의 평균크기를 측정한 결과, Mo 1.5%인 비교강 1은 151.8nm, Mo 2.5%인 비교강 2는 126.5nm로 Mo 함량이 높을 때 상대적으로 작은 크기의 탄화물을 함유하는 것을 관찰하였다. First, it was found that the amount of relatively small carbides with a size of 100 to 200 nm in Comparative Steel 2, having a high Mo content of 2.5% Mo, was approximately 5 times greater than Comparative Steel 1 having 1.5% Mo. In addition, as a result of measuring the average size of carbides in the range of 100 to 200 nm, Comparative Steel 1 containing 1.5% Mo was 151.8 nm, and Comparative Steel 2 containing 2.5% Mo was 126.5 nm. observed that

다음으로 200nm 이상의 상대적으로 큰 탄화물의 양을 비교한 결과, Mo 1.5%인 비교강 1은 약 1.452%, Mo 2.5%인 비교강 2는 1.562%로 유사한 수준으로 분석되었다. 하지만 탄화물의 평균 크기를 측정한 결과, Mo 1.5%인 비교강 1은 344.5nm, Mo 2.5%인 비교강 2는 326.8nm로 상대적으로 200nm 이상의 큰 탄화물 역시 Mo 2.5%인 비교강 2에서 작은 것을 확인하였다.Next, as a result of comparing the relatively large amount of carbide over 200 nm, Comparative Steel 1 containing 1.5% Mo was about 1.452%, and Comparative Steel 2 containing 2.5% Mo was analyzed at a similar level as 1.562%. However, as a result of measuring the average size of carbides, Comparative Steel 1 with 1.5% Mo was 344.5 nm and Comparative Steel 2 with 2.5% Mo was 326.8 nm. did.

즉, 비교강의 Mo 함량이 높아질 경우 상대적으로 탄화물의 분율이 증가하며 이러한 탄화물들이 미세한 형태로 고르게 분산되어 경도증가, 경도비 충격인성의 향상이 가능한 것으로 판단된다.That is, when the Mo content of the comparative steel is increased, the fraction of carbides is relatively increased, and these carbides are uniformly dispersed in a fine form, so it is judged that it is possible to increase the hardness and improve the hardness ratio and impact toughness.

Mo 함량의 증가와 함께 Nb이 첨가된 발명강의 경우, 비교강 2에 비해 탄화물의 상분율(%)이 상대적으로 더 증가한 것을 확인할 수 있으며, 특히 100~200 nm의 미세한 탄화물이 비교강 2에 비해 2배 이상 증가하는 것을 관찰하였다(0.777%→2.080%). 또한 발명강은 100~200nm 범위의 탄화물 평균크기가 130.1nm, 200nm 이상의 상대적으로 큰 탄화물의 평균크기는 331.2nm로 비교강 2보다 큰 것을 확인하였다. 이는 미소합금원소인 Nb 첨가로 인해 열간압연 또는 냉각 중 오스테나이트 기지 내 용해도적(Solubility products)이 감소하여 탄화물의 분율 및 탄화물의 평균 크기가 더 증가한 것으로 판단된다.In the case of the invention steel to which Nb was added along with the increase in the Mo content, it can be seen that the phase fraction (%) of carbides was relatively increased compared to Comparative Steel 2. An increase of more than 2 times was observed (0.777%→2.080%). In addition, it was confirmed that the invention steel had an average carbide size of 130.1 nm in the range of 100 to 200 nm, and the average size of a relatively large carbide of 200 nm or more was 331.2 nm, which was larger than Comparative Steel 2. It is considered that the solubility products in the austenite matrix decreased during hot rolling or cooling due to the addition of Nb, a microalloy element, and the fraction of carbides and the average size of carbides were further increased.

비록 탄화물의 평균크기는 Mo 2.5%인 비교강 2에 비해 증가하나, 발명강은 100~200nm 범위의 미세한 탄화물의 양적 증가와 함께 Nb을 첨가함으로써 결정립을 미세화(20.7μm→16.2μm)된 것을 미세조직적 특징으로 한다. 이러한 미세조직적 특징은 비교강 1, 비교강 2보다 경도비 충격인성을 획기적으로 향상시킬 수 있음을 보여준다.Although the average size of carbides is increased compared to Comparative Steel 2, which is 2.5% Mo, the invention steel is made of fine grains (20.7 μm → 16.2 μm) by adding Nb with a quantitative increase of fine carbides in the range of 100 to 200 nm. organizational characteristics. These microstructural characteristics show that the hardness ratio impact toughness can be remarkably improved than those of Comparative Steels 1 and 2.

도 5는 Mo 함량에 따른 비교강의 1차 탄화물 화학조성을 분석한 결과이다. Mo 1.5%인 비교강 1과 Mo 2.5%인 비교강 2에서 함유하는 탄화물의 조성을 분석하였다. 전반적으로 탄화물은 V 또는 Mo 함량 비중이 높은 MC (M=V, Mo rich) 탄화물로 형성되어 있다. 또한 100nm, 200nm 크기의 탄화물 모두, Mo 2.5%인 비교강 2에서 Mo의 함량(중량%, 원자%)이 약 2배 이상 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는 Mo 함량이 증가하게 되면 1차 탄화물 내에 있는 Mo의 중량비가 증가함으로써 탄화물의 성장과 관련된 확산을 지연시키는 것으로 판단되며, 최종 미세한 탄화물이 분포하는 미세조직을 형성할 수 있는 것으로 예측된다.5 is a result of analyzing the primary carbide chemical composition of the comparative steel according to the Mo content. The composition of carbides contained in Comparative Steel 1 containing 1.5% Mo and Comparative Steel 2 containing 2.5% Mo was analyzed. Overall, the carbide is formed of MC (M=V, Mo rich) carbide having a high V or Mo content specific gravity. In addition, it can be seen that the content (wt%, atomic%) of Mo in Comparative Steel 2 containing 2.5% Mo of all carbides of 100 nm and 200 nm size is about twice or more higher. This is judged to delay the diffusion related to the growth of the carbide by increasing the weight ratio of Mo in the primary carbide when the Mo content is increased, and is predicted to form a microstructure in which the final fine carbide is distributed.

즉 Mo 함량 증가에 따른 경도비 인성의 향상은, 탄화물 양적인 증가, 특히 100~200 nm의 미세한 탄화물의 증가(0.146→0.777%)에 기인한다고 할 수 있다. 그리고 이러한 미세화는 탄화물내 Mo의 증가(13→29wt%)에 따라 탄화물의 조대화가 지연되기 때문이라고 판단된다.That is, it can be said that the improvement of the hardness ratio toughness according to the increase of the Mo content is due to the increase in the quantity of carbides, in particular, the increase in fine carbides of 100-200 nm (0.146→0.777%). And it is judged that this refinement is because the coarsening of the carbide is delayed according to the increase of Mo in the carbide (13→29 wt%).

따라서 기존 5Cr-Mo-V(Ti)계 공구강의 우수한 기계적 성질을 확보하기 위해 Mo 함량의 증가는 필수적이라고 할 수 있다. 그러나 Mo 함량이 증가될 경우, 1차 탄화물 분율 증가로 TiC의 석출이 줄어들어 결정립 미세화 효과가 감소할 수 있으며, 관련 미세조직을 도 6을 통해 확인 할 수 있다.Therefore, it can be said that it is essential to increase the Mo content in order to secure the excellent mechanical properties of the existing 5Cr-Mo-V(Ti)-based tool steel. However, when the Mo content is increased, the precipitation of TiC is reduced due to the increase of the primary carbide fraction, and thus the effect of refining the grains may be reduced, and the related microstructure can be confirmed through FIG. 6 .

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강(2.5Mo-Nb) 및 비교강의 결정립 및 평균 결정립 크기를 나타낸 사진이다. 6 is a photograph showing grains and average grain sizes of tool steel (2.5Mo-Nb) and comparative steel for steel cutting knives containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance manufactured according to an embodiment of the present invention.

결정립 크기는 템퍼드 마르텐사이트 기지조직에서의 초기 오스테나이트 결정립 크기를 의미한다. 선형 교차법으로 평가된 평균 결정립 크기는 발명강(2.5Mo-Nb), 비교강1(1.5Mo) 및 비교강2(2.5Mo)이 각각 16.2μm, 13.2μm, 20.7μm으로, 비교강에서 Mo 함량이 증가할 경우 결정립이 성장하였으며(13.2μm→20.7μm), 이때 Nb을 함유한 발명강에서 결정립을 보다 미세화(20.7μm→16.2μm) 시킬 수 있음을 알 수 있다. Mo 함량이 증가하면 결정립 크기가 증가하나, Ti을 제외하고 Nb을 첨가하면 결정립이 미세해짐을 확인하였다. The grain size refers to the initial austenite grain size in the tempered martensite matrix structure. The average grain size evaluated by the linear intersection method was 16.2 μm, 13.2 μm, and 20.7 μm for the Inventive Steel (2.5Mo-Nb), Comparative Steel 1 (1.5Mo), and Comparative Steel 2 (2.5Mo), respectively. When the content was increased, crystal grains grew (13.2 μm → 20.7 μm), and it can be seen that the grains can be further refined (20.7 μm → 16.2 μm) in the invention steel containing Nb. When the Mo content increases, the grain size increases, but it was confirmed that the grains became finer when Nb was added except for Ti.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강(2.5Mo-Nb)의 내마모 실험 결과를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the results of a wear resistance test of a tool steel (2.5Mo-Nb) for steel cutting knife containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance manufactured according to an embodiment of the present invention.

내마모 시험은 발명강 및 비교강1을 시험편 규격(18×18mm, 두께 25mm 이상)에 맞춰 가공한 뒤, 마모시험 전후의 무게, 즉, 마모량을 측정함으로써 강재의 마모 저항성을 평가하였다.In the abrasion resistance test, the abrasion resistance of the steel was evaluated by measuring the weight before and after the wear test, that is, the amount of wear, after processing the Inventive Steel and Comparative Steel 1 according to the specimen specifications (18 × 18 mm, 25 mm or more in thickness).

먼저 시험편 중앙부로부터 9mm 떨어진 곳에 고정된 핀을 위치시킨 후 수직으로 하중을 가한 뒤, 시험편을 회전시켜 시험편의 미끄럼 거리 대 마멸량을 측정하였다. 이때 고정핀은 구형의 알루미나(Al2O3) 재질을 이용하였으며, 실험 조건은 상온에서 습도 40±10%, 하중은 150N, 마멸 거리는 600m, 속도 0.2m/s의 조건으로 내마모실험을 진행하였다.First, a pin fixed at a distance of 9 mm from the center of the test piece was placed and a load was applied vertically, and then the test piece was rotated to measure the amount of wear versus the sliding distance of the test piece. At this time, a spherical alumina (Al 2 O 3 ) material was used for the fixing pin, and the wear resistance test was conducted under the conditions of humidity 40±10% at room temperature, load 150N, abrasion distance 600m, and speed 0.2m/s. did.

내마모성 실험 결과, 도 7에 나타낸 바와 같이 마모량이 1.5%Mo인 비교강 1에서는 3.70 mg, Mo 2.5%-Nb인 발명강에서는 2.83 mg 인것을 관찰하였으며, 마모량은 비교강 1보다 발명강이 감소된 것을 확인할 수 있다.As a result of the abrasion resistance test, as shown in FIG. 7 , it was observed that the wear amount was 3.70 mg in Comparative Steel 1 with 1.5% Mo and 2.83 mg in the Invented Steel with 2.5% Mo of 2.5%-Nb. that can be checked

위와 같이, 본 발명에 따른 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강은 Mo와 Nb을 첨가하여 충격인성을 증가시키고 결정립의 조대화를 억제할 수 있다. 상기 공구강은 템퍼드 마르텐사이트 기지에 탄화물 입자를 포함하고, 100~200nm의 미세한 MC[M=V, Mo]형 탄화물이 면적 분율로 0.5~2.5% 형성된다. 바람직하게는 1~2.5% 형성될 수 있다. 또한 상기 공구강은 58 내지 62 HRc의 경도와 10 내지 12J의 충격인성을 가질 수 있고, 경도 변화량에 대한 충격 인성의 변화량이 0.1~0.2 J/HRc 이며, 초기 오스테나이트 결정립 크기가 17 ㎛ 이하를 가진다.As described above, the tool steel for steel cutting knife containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance according to the present invention can increase impact toughness and suppress grain coarsening by adding Mo and Nb. The tool steel contains carbide particles in a tempered martensite matrix, and fine MC [M=V, Mo]-type carbides of 100 to 200 nm are formed in an area fraction of 0.5 to 2.5%. Preferably 1 to 2.5% may be formed. In addition, the tool steel may have a hardness of 58 to 62 HRc and an impact toughness of 10 to 12J, a change in impact toughness with respect to a change in hardness is 0.1 to 0.2 J/HRc, and an initial austenite grain size is 17 μm or less. .

기존의 Ti 미소첨가 5Cr-Mo-V계 나이프강에 첨가되는 Mo 함량을 증가시켜 내충격 특성은 유지시키면서 경도, 내마모 특성을 획기적으로 향상시켜 고장력화되고 있는 철강재의 절단 시 나이프 성능을 증가시킬 수 있게 한다. 또한 Nb을 첨가하여 강의 결정립 조대화 현상을 해결한 것으로써, 경도비 인성의 향상으로 가혹한 조건에서도 장수명의 제품을 얻을 수 있다.By increasing the Mo content added to the existing 5Cr-Mo-V knife steel with micro-addition of Ti, it can improve the hardness and wear resistance while maintaining the impact resistance characteristics, thereby increasing the knife performance when cutting high tensile steel. let there be In addition, by adding Nb to solve the grain coarsening phenomenon of steel, it is possible to obtain a product with a long life even under severe conditions by improving the hardness ratio and toughness.

따라서 고경도에서도 10J 이상의 내충격성 특성을 바탕으로 제품 사용수명을 연장함에 따라 철강 산업에 요구되는 생산비용 절감과 더불어 나이프용공구강의 고장력화에 기여하여 120~150kgf/mm2 급 고강도 철강제품을 절단할 수 있는 나이프 강재를 얻을 수 있다.Therefore, even at high hardness, the product service life is extended based on the impact resistance of more than 10J, which reduces the production cost required for the steel industry and contributes to high tensile strength of tool steel for knives, cutting 120~150kgf/mm class 2 high-strength steel products. You can get knife steel that you can do.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술 분야 에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The technical spirit of the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is the technical spirit of the present invention that various substitutions, modifications and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which this belongs.

Claims (9)

중량%로서, C: 0.25~0.65%, Cr: 3.0~8.0%, Mo: 2.0~4.0%, Ni: 3% 이하(0% 제외), V: 0.5~3.0%, Si: 0.2~1.5%, Mn: 0.1~1.0% 및 Nb: 1.0% 이하(0% 제외) 중 1종 이상을 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강.
As weight%, C: 0.25 to 0.65%, Cr: 3.0 to 8.0%, Mo: 2.0 to 4.0%, Ni: 3% or less (excluding 0%), V: 0.5 to 3.0%, Si: 0.2 to 1.5%, Mn: 0.1 to 1.0% and Nb: 1.0% or less (excluding 0%), containing at least one of the remaining Fe and unavoidable impurities, Nb-containing steel cutting knife with excellent abrasion resistance and impact resistance, characterized in that it contains tool steel.
제1항에 있어서,
상기 공구강은 템퍼드 마르텐사이트 기지에 탄화물 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강.
According to claim 1,
The tool steel is Nb-containing tool steel for steel cutting knife with excellent wear resistance and impact resistance, characterized in that it contains carbide particles in a tempered martensite matrix.
제1항에 있어서,
상기 공구강은 100~200nm의 미세한 MC[M=V, Mo]형 탄화물이 면적 분율로 0.5~2.5% 형성된 것을 특징으로 하는 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강.
According to claim 1,
The tool steel is a tool steel for a knife for cutting steel containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance, characterized in that 0.5 to 2.5% of fine MC [M = V, Mo] type carbides of 100 to 200 nm are formed by area fraction.
제1항에 있어서,
상기 공구강은 58 내지 62 HRc의 경도와 10 내지 12J의 충격인성을 가지는 것을 특징으로 하는 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강.
According to claim 1,
The tool steel has a hardness of 58 to 62 HRc and an impact toughness of 10 to 12J.
제4항에 있어서,
상기 공구강은 경도 변화량에 대한 충격 인성의 변화량이 0.1~0.2 J/HRc 인 것을 특징으로 하는 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강.
5. The method of claim 4,
The tool steel is Nb-containing tool steel for steel cutting knives with excellent wear resistance and impact resistance, characterized in that the change in impact toughness with respect to the change in hardness is 0.1 to 0.2 J/HRc.
제1항에 있어서,
상기 공구강은 초기 오스테나이트 결정립 크기가 17 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강.
According to claim 1,
The tool steel is Nb-containing tool steel for steel cutting knives with excellent wear resistance and impact resistance, characterized in that the initial austenite grain size is 17 μm or less.
중량%로서, C: 0.25~0.65%, Cr: 3.0~8.0%, Mo: 2.0~4.0%, Ni: 3% 이하(0% 제외), V: 0.5~3.0%, Si: 0.2~1.5%, Mn: 0.1~1.0% 및 Nb: 1.0% 이하(0% 제외) 중 1종 이상을 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진 잉곳을 주조(Casting)하는 단계;
상기 잉곳을 1150℃ 내지 1250℃에서 균질화 처리(Homogenization) 후 열간 압연(Rolling)을 수행하는 단계:
1000 내지 1150℃에서 유지한 후 상온까지 공랭하는 오스테나이트화(Austenitizing) 단계; 및
500 내지 580℃에서 유지한 후 상온까지 공랭하는 템퍼링(Tempering)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강 제조방법.
As weight%, C: 0.25 to 0.65%, Cr: 3.0 to 8.0%, Mo: 2.0 to 4.0%, Ni: 3% or less (excluding 0%), V: 0.5 to 3.0%, Si: 0.2 to 1.5%, Mn: 0.1 to 1.0% and Nb: including at least one of 1.0% or less (excluding 0%), and casting an ingot consisting of the remaining Fe and unavoidable impurities;
Performing a hot rolling (Rolling) after the homogenization treatment (Homogenization) of the ingot at 1150 ℃ to 1250 ℃:
Austenitizing (Austenitizing) step of air cooling to room temperature after maintaining at 1000 to 1150 ℃; and
A method for manufacturing a tool steel for steel cutting knife containing Nb having excellent abrasion resistance and impact resistance, characterized in that it comprises the step of tempering, which is maintained at 500 to 580° C. and then air-cooled to room temperature.
제7항에 있어서,
상기 압연(Rolling) 단계는 1000 초과 1100℃ 이하에서 50%이상 사이징 압연하는 것을 특징으로 하는 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강 제조방법.
8. The method of claim 7,
The rolling (Rolling) step is a method of manufacturing a tool steel for a knife for cutting steel containing Nb having excellent abrasion resistance and impact resistance, characterized in that 50% or more sizing rolling is performed at a temperature greater than 1000 and 1100° C. or less.
제7항에 있어서,
상기 템퍼링(Tempering) 단계는 2회 이상 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 내마모성과 내충격성이 우수한 Nb 함유 철강절단용 나이프용 공구강 제조방법.
8. The method of claim 7,
The method for manufacturing a tool steel for a knife for steel cutting containing Nb having excellent wear resistance and impact resistance, characterized in that the tempering step is repeated two or more times.
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