KR20230098636A

KR20230098636A - 마레이징 강

Info

Publication number: KR20230098636A
Application number: KR1020237018625A
Authority: KR
Inventors: 세바스티안 에즈너마크
Original assignee: 우데홀름스 악티에보라그
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2021-11-04
Publication date: 2023-07-04
Also published as: EP4240883A1; SE544681C2; CN116457487A; JP2023549731A; CA3197030A1; TW202229580A; WO2022098285A1; SE2051286A1; US20240102139A1; EP4240883A4

Abstract

본 발명은 열간 가공 공구에 적합한 마레이징 강에 관한 것이고, 여기서 강은 중량%(wt.%)로 하기로 이루어진다:
C < 0.08
Si 0.1 내지 0.9
Mn < 2
Cr 4.0 내지 6.5
Ni 2.0 내지 5.0
Mo 3.5 내지 6.5
Co 2.0 내지 5.5
Cu < 4.0
Nb < 0.1
V < 0.1
Ti < 0.1
나머지 Fe 및 불순물.

Description

마레이징 강

본 발명은 열간 가공 공구(hot-work tool) 및 플라스틱 성형 공구와 같은 공구에 적합한 성질을 갖고, 상기 조성이 적층 제조 방법에도 사용하기에 적합한, 신규한 유형의 마레이징 강(maraging steel)에 관한 것이다.

용어 "열간 가공 공구"는 비교적 고온에서 금속의 가공 또는 형성을 위한 대다수의 상이한 종류의 공구들, 예를 들어, 다이 캐스팅, 핫-프레싱 및 플라스틱 성형용 모울드뿐만 아니라 고온에서 가공하는 데 사용하도록 의도된 다양한 기타 종류의 공구에 적용된다. 통상적인 열간 가공 공구 강은 상승된 온도에 장기간 노출되는 동안 강도 및 경도를 위해 개발되고, 일반적으로 상당량의 카바이드 형성 합금을 사용한다.

열간 가공 적용을 위해, 상이한 종류의 열간 가공 공구 강, 특히 H11 및 H13과 같은 5% Cr 강을 사용하는 것이 일반적이었다. Uddeholm DIEVAR^®는 이러한 유형의 프리미엄 열간 가공 공구이다. 이는 ESR에 의해 생산된 고성능 크롬-몰리브덴-바나듐 강이다. 이는 WO9950468 A1에 기재된 바와 같이 균형 있는 탄소 및 바나듐 함량을 함유한다. 이러한 유형의 강은 전위 이동을 방해하기 위해 나노미터-크기 카바이드의 침전에 의한 입자 강화를 이용하며, 소위 이차 경화 강이다.

또한, 열간 가공 적용을 위해 마레이징 강을 사용하는 것이 공지되어 있다. 마레이징 강은 탄소에 의해 경화되지 않고, 저탄소 마르텐사이트의 고합금 매트릭스에서 금속간 상이 침전됨으로써 경화된다. 상업적인 마레이징 강은 종종 18%의 Ni 및 상당량의 Mo, Co, Ti 및 Al을 함유한다. 가장 보편적인 18% Ni 강 중 하나는 1.2709로도 지정된 등급 300 마레이징 강이다. 상이한 부류의 마레이징 강은 스테인리스이며, 17-7PH, 17-4 PH, 15-5 PH, PH 15-7Mo, PH 14-8Mo 및 PH 13-8Mo를 포함한다.

마레이징 강은 초고강도와 연성을 조합하지만, 마레이징 강은 고가의 합금 원소를 다량 함유한다는 단점이 있다. 다수의 마레이징 강의 추가 단점은 에이징 처리 동안 발생하는 마르텐사이트에서 오스테나이트로의 부분적 복귀이다. 이러한 유형의 오스테나이트는 복귀 오스테나이트(reverted austenite)로 지칭되며, 이는 또한 경화 및 에이징 후에 마레이징 강에 존재할 수 있는 잔류 오스테나이트(retained austenite)와 구별된다. 열 처리 및 사용 동안 일어나는 미세구조 변화는 오스테나이트와 마르텐사이트가 상이한 밀도를 갖기 때문에 변형 응력 및 뒤틀림을 초래한다. 오스테나이트의 마르텐사이트로의 변태는 부피 증가를 일으키고, 오스테나이트의 마르텐사이트로의 변태는 공구 강의 수축을 초래한다. 따라서, 이러한 원치 않는 변태는 유해한 치수 변화로 이어질 수 있는데, 이는 고정밀 모울드, 공구 및 다이에서 어려운 문제이다.

또한, 고 반응성 원소의 존재는 Al₂O₃, TiN 및 VN과 같은 경질 개재물의 형성으로 인해 연마성을 손상시킬 수 있다.

저 탄소 함량이 냉각 동안 균열을 방지하는 데 도움이 되기 때문에, 마레이징 강 금속 분말은 적층 가공(AM)에서 점점 더 많이 사용되어 왔다. AM 분말의 높은 비용으로 인해, 분말의 재활용이 상당한 관심을 얻었다. 그러나, 선택적 레이저 용융(Selective Laser Melting; SLM) 구축 챔버의 산소 함량이 일반적으로 약 1000 ppm이기 때문에, AM-분말은 가공 동안 산소 픽-업(oxygen pick-up)에 주어질 것이다. 따라서, 재사용 동안 분말의 반복된 가열은, 특히 강이 Al 및 Ti와 같은 다량의 산소 활성 원소를 함유하는 경우, 상당한 산소 흡수를 초래할 수 있다.

발명의 개요

본 발명은 이전에 공지된 물질의 상기 언급된 단점을 없애는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일반적인 목적은 열간 가공 및 플라스틱 성형 공구에 대한 개선된 성질을 갖는 신규한 유형의 보편적이고 경제적인 실행 가능한 마레이징 강을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명은 높은 인성뿐만 아니라 높은 치수 안정성과 조합하여 높은 템퍼링 저항성을 갖는 강에 관한 것이다. 템퍼링 저항성은 강이 상승된 온도에서 장시간 동안 이의 경도를 유지하는 능력이다. 인성은 에너지를 흡수하고 파괴 없이 소성 변형되는 강의 능력이다.

추가 목적은 우수한 연마성뿐만 아니라 우수한 치수 안정성을 갖는 마레이징 강을 제공하는 것이다.

또 다른 추가 목적은 강의 용융 분무가 질소 가스를 사용하여 수행될 수 있고 분말이 레이저 기반 AM에서 재순환에 대해 개선된 성질을 갖도록 저함량의 반응성 원소를 갖는 마레이징 강을 제공하는 것이다.

본 발명은 청구범위에 정의되어 있다.

상세한 설명

청구된 합금의 화학적 성분의 제한치뿐만 아니라 개별 원소 및 서로 간의 이들의 상호작용의 중요성은 하기에 간략히 설명되어 있다. 강의 화학적 조성에 대한 모든 백분율은 설명 전반에 걸쳐 중량 %(wt. %)로 주어진다. 상의 양은 부피 %(vol. %)로 주어진다. 개별 요소의 상한 및 하한은 청구범위에 기재된 제한치 내에서 자유롭게 조합될 수 있다.

청구된 합금의 화학적 성분의 제한치뿐만 아니라 개별 원소 및 서로 간의 이들의 상호작용의 중요성은 하기에 간략히 설명되어 있다. 강의 화학적 조성에 대한 모든 백분율은 설명 전반에 걸쳐 중량 %(wt. %)로 주어진다. 개별 요소의 상한 및 하한은 청구범위에 기재된 제한치 내에서 자유롭게 조합될 수 있다. 수치 값의 산술 정밀도는 본 출원에 주어진 모든 값에 대해 1 또는 2 자리수만큼 증가될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 0.1%로 보고된 값은 또한 0.10 또는 0.100%로 표현될 수 있다. 미세구조 구성요소의 양은 부피%(vol. %)로 제공된다.

탄소 (≤ 0.08 %)

탄소는 마레이징 강에서 바람직하지 않은 불순물 원소이다. 탄소의 상한은 0.08%이다. 상한은 0.07, 0.06, 0.05, 0.04, 0.03 또는 0.02 %로 설정될 수 있다.

규소 (0.1 내지 0.9%)

큐소는 탈산에 사용된다. Si는 또한 강한 페라이트 형성제이다. 따라서, Si는 0.9%로 제한된다. 상한은 0.8, 0.7, 0.6, 0.5 또는 0.4%일 수 있다. 하한은 0.1, 0.2 또는 0.3%일 수 있다.

망간 (≤ 2%)

망간은 강의 탈산 및 경화능을 개선하는 데 기여한다. Mn의 함량은 중요하지 않지만, 2%로 제한된다. 상한은 1.5, 1.0, 0.6, 0.5 또는 0.4%로 설정될 수 있다.

크롬 (4.0 내지 6.5%)

크롬은 우수한 경화성 및 내식성을 제공하기 위해 적어도 4.0 %의 함량으로 존재해야 한다. 크롬 함량이 너무 높으면, 이는 델타 페라이트와 같은 바람직하지 않은 상의 형성을 초래할 수 있다. 따라서, 상한은 6.5%이다. 상한은 6.0 또는 5.5%로 설정될 수 있다. 하한은 4.0, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 또는 4.5%로 설정될 수 있다.

니켈 (2.0 내지 5.0%)

니켈은 델타 페라이트의 형성을 억제하는 오스테나이트 안정화제이다. 니켈은 강에 우수한 경화성 및 인성을 제공한다. Ni는 μ-상으로서 Mo의 침전을 촉진한다. 하한은 2.0, 2.5 또는 3%일 수 있다. 상한은 5.0,4.5, 4.3, 4.1 또는 4.0%일 수 있다.

몰리브덴 (3.5 내지 6.5 %)

고용체 중의 Mo는 경화성에 매우 유리한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. Mo는 본 발명에서 에이징 동안 침전 경화에 필요하다. Mo는 에이징 동안 금속간 μ-상 (Fe,Ni,Co)₇Mo₆을 형성하는 것으로 보인다. 이러한 이유로, Mo의 양은 3.5 내지 6.5%이어야 한다. 하한은 3.7, 3.8, 3.9, 4.0, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 또는 4.5%일 수 있다. 상한은 6.4, 6.3, 6.2, 6.2, 6.0, 5.9, 5.8, 5.7, 5.6 또는 5.5%일 수 있다.

코발트 (2.0 내지 5.5%)

코발트는 마레이징 강의 매트릭스에 용해되고 몰리브덴의 용해도를 낮추어, Co는 μ-상으로서 Mo의 침전을 촉진한다.

또한, Co는 Ms 온도 및 A_c1 온도를 증가시키는데, 이는 복귀 오스테나이트의 형성에 대한 위험을 감소시킨다.

구리 (≤ 4 %)

Cu는 ε-Cu의 침전에 의해 강의 강도를 증가시키기 위해 임의로 첨가될 수 있다. 상한은 4%이고, 3.5, 3.0, 2.5 또는 2.0 %로 설정될 수 있다.

V, Nb, Ti, Al

V, Nb 및 Ti는 강한 카바이드, 니트라이드 및/또는 옥사이드 형성제이다. 따라서, 이들 원소의 함량은 바람직하지 않은 카바이드 및 니트라이드의 형성을 피하기 위해 제한되어야 한다. 따라서, 이들 원소 각각의 최대량은 0.1%이다. 바람직하게는, 이들 원소는 0.05, 0.03, 0.02, 0.01 또는 0.005로 제한된다. 특히, Nb 및 Ti의 함량을 불순물 수준으로 제한하는 것이 바람직하다.

불순물 원소

P 및 S는 강의 기계적 성질에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 주요 불순물이다. 따라서, P는 0.1, 0.05, 0.04, 0.03 0.02 또는 0.01%로 제한될 수 있다.

황이 의도적으로 첨가되지 않는 경우, S의 불순물 함량은 0.05, 0.04, 0.003, 0.001, 0.0008, 0.0005 또는 심지어 0.0001%로 제한될 수 있다. 그러나, S는 강의 기계가공성을 개선하기 위해 0.35% 이하의 양으로 의도적으로 첨가될 수 있다. S의 상한은 0.30, 0.25, 0.15 또는 0.10%로 감소될 수 있다.

본 발명의 강 조성물은 중량%(wt.%)로 이루어진다:

C ≤ 0.08

Si 0.1 내지 0.9

Mn ≤ 2

Cr 4.0 내지 6.5

Ni 2.0 내지 5.0

Mo 3.5 내지 6.5

Co 2.0 내지 5.5

Cu ≤ 4.0

Nb ≤ 0.1

V ≤ 0.1

Ti ≤ 0.1

나머지 Fe 및 불순물.

본 발명의 강은 가열 동안 복귀 오스테나이트의 형성에 대해 매우 안정하다. 본 발명의 강에 대한 마르텐사이트-투-오스테나이트 변태 온도(martensite-to-austenite transformation temperature; A_c1)는 바람직하게는 Al-다이 캐스팅에 대한 전형적인 온도인 680℃ 초과여야 한다. A_c1은 팽창계에서 용이하게 결정될 수 있고, 열팽창이 처음으로 선형성에서 벗어나는 온도로서 취해진다. A_c1 온도는 적어도 690℃, 바람직하게는 ≥ 700℃, 더욱 바람직하게는 ≥ 710℃ 및 가장 바람직하게는 ≥ 720℃인 것이 바람직하다.

강은 바람직하게는 하기 요건 중 적어도 하나를 충족하고/거나:

C ≤ 0.07

Si 0.2 내지 0.8

Mn ≤ 1

Cr 4.1 내지 6.0

Ni 2.5 내지 4.5

Mo 4.0 내지 6.0

Co 2.5 내지 5.0

Cu ≤ 3.0

V ≤ 0.05

Nb ≤ 0.05

Ti ≤ 0.05

여기서, 상기 강은 에이징된 상태이고 금속간 침전물을 포함하고, 이때 침전물의 적어도 50 vol. %는 (Fe,Ni,Co)₇Mo₆ 유형이다.

강은 더욱 바람직하게는 하기 조성 요건 중 적어도 하나를 충족하고/거나:

C ≤ 0.06

Si 0.2 내지 0.7

Mn ≤ 0.6

Cr 4.3 내지 5.7

Ni 2.7 내지 4.3

Mo 4.2 내지 5.8

Co 2.7 내지 4.7

Cu ≤ 2.5

V ≤ 0.03

Nb ≤ 0.03

Ti ≤ 0.03

여기서, 상기 강은 에이징된 상태이고 금속간 침전물을 포함하고, 이때 침전물의 적어도 70 vol. %는 (Fe,Ni,Co)₇Mo₆ 유형이고/거나,

상기 청정도는 ASTM E45-97, 방법 A에 따른 마이크로-슬래그와 관련하여 하기 최대 요건을 충족한다:

추가의 바람직한 구현예에 따르면, 강은 하기 요건을 충족한다:

C ≤ 0.06

Si 0.3 내지 0.6

Mn ≤ 0.4

Cr 4.5 내지 5.5

Ni 3.0 내지 4.0

Mo 4.5 내지 5.5

Co 3.0 내지 4.5

V ≤ 0.05

Nb ≤ 0.05

Ti ≤ 0.05

Al ≤ 0.01

또 다른 추가의 바람직한 구현예에 따르면, 강은 하기 요건을 충족한다:

C ≤ 0.06

Si 0.2 내지 0.7

Mn ≤ 0.6

Cr 4.3 내지 5.7

Ni 2.7 내지 4.3

Mo 4.2 내지 5.8

Co 2.7 내지 4.7

V ≤ 0.03

Ti ≤ 0.03

Al ≤ 0.01

본 발명의 합금은 용융 분무에 의해 제조된 예비 합금 분말의 형태일 수 있고, 여기서 분말은 상기 기재된 바와 같은 조성을 갖는다.

예비 합금 분말은 가스 분무에 의해 생성될 수 있고, 여기서 분말 입자의 적어도 80%는 5 내지 150 μm 범위의 크기를 갖고, 분말은 하기 요건 중 적어도 하나를 충족한다:

분말 크기 분포(μm): 5 ≤ D10 ≤ 35

20 ≤ D50 ≤ 55

D90 ≤ 80

평균 구형도, SPHT ≥ 0.85

평균 종횡비, b/l ≥ 0.85

상기에서, SPHT = 4πA/P²이고, 여기서 A는 입자 돌출부에 의해 덮인 측정된 면적이고, P는 입자 돌출부의 측정된 둘레/원주이고, 구형도(SPHT)는 ISO 9276-6에 따라 Camsizer에 의해 측정되고, 여기서 b는 입자 돌출부의 최단 폭이고, l은 최장 직경이다.

예비 합금 분말 입자는 바람직하게는 크기 분포를 가지며, 여기서 분말 입자의 적어도 90%는 10 내지 100 μm 범위의 크기를 갖고, 분말은 하기 요건 중 적어도 하나를 충족한다:

분말 크기 분포(μm): 10 ≤ D10 ≤ 30

25 ≤ D50 ≤ 45

D90 ≤ 70

평균 구형도, SPHT ≥ 0.90

평균 종횡비, b/l ≥ 0.88

본 발명은 또한 적층 제조 방법에 의해 형성된 물품을 포함하며, 여기서 물품은 본 발명의 합금의 합금을 포함한다.

본 발명의 합금은 열간 가공 공구, 플라스틱 성형 공구 및 소형 다이 및 임의의 다른 공구의 생산에 사용될 수 있다. 이들 제품은 임의의 적합한 방법에 의해 생산될 수 있다. 바람직한 생산 방법은 HIP를 수반하는 PM 또는 AM이다. 특히, 강 분말은 산소 및 질소와 합금 분말의 낮은 반응성으로 인해 분말의 재순환을 수반하는 선택적 레이저 용융에 적합하다.

본 발명의 합금은 분말 야금(Powder Metallurgy; PM)에 의해 생산될 수 있다.

PM 분말은 예비 합금 강의 통상적인 가스- 또는 물-분무에 의해 생산될 수 있다.

분말이 AM에 사용되어야 하는 경우, 고도의 진원도 및 적은 양의 위성(satellite)을 갖는 분말 입자를 생성하는 기술을 사용하는 것이 중요하기 때문에 가스-분무가 바람직한 분무 방법이다. 특히, 근접-결합형 가스 분무 방법이 이러한 목적으로 사용될 수 있다.

AM에 대한 분말 입자의 최대 크기는 150 μm이고, 바람직한 크기 범위는 약 25 내지 45 μm의 평균 크기로 10 내지 100 μm이다.

주요 관심 대상의 AM 방법은 액체 금속 증착(LMD), 선택적 레이저 용융(SLM) 및 전자 빔(EB) 용융이다. 분말 특성은 또한 AM에 중요하다. ISO 4497에 따라 Camsizer로 측정된 분말 크기 분포는 하기 요건(㎛)을 충족해야 한다:

5 ≤ D10 ≤ 35

20 ≤ D50 ≤ 55

D90 ≤ 80

바람직하게는, 분말은 하기 크기 요건(㎛)을 충족해야 한다:

10 ≤ D10 ≤ 30

25 ≤ D50 ≤ 45

D90 ≤ 70

굵은 크기 분율(D90)은 60 ㎛ 이하 또는 심지어 55 ㎛ 이하로 제한되는 것이 더욱 더 바람직하다.

분말의 구형도는 높아야 한다. 구형도(SPHT)는 Camsizer로 측정될 수 있으며, ISO 9276-6에 정의된다. SPHT = 4πA/P²이고, 여기서 A는 입자 투영에 의해 덮혀지는 측정된 면적이고, P는 입자 투영의 측정된 둘레/원주이다. 평균 SPHT는 적어도 0.80이어야 하며, 바람직하게는 적어도 0.85, 0.90, 0.91, 0.92 0.93, 0.94 또는 심지어 0.95일 수 있다. 또한, 입자의 5% 이하가 SPHT≤0.70이어야 한다. 바람직하게는 상기 값은 0.70, 0.65, 0.55 또는 심지어 0.50 미만이어야 한다. SPHT 이외에, 종횡비는 분말 입자의 분급에 사용될 수 있다. 종횡비는 b/l로 정의되며, 여기서 b는 입자 투영의 최단 폭이고, l은 최장 직경이다. 평균 종횡비는 바람직하게는 적어도 0.85, 또는 더욱 바람직하게는 0. 86, 0.87, 0.88, 0.89, 또는 0.90이어야 한다.

실시예 1

이 실시예에서, 하나의 본 발명의 합금을 프리미엄 강 Uddeholm Dievar^®와 비교하였다.

합금은 하기 공칭 조성(wt. %)을 가졌다:

본 발명 Uddeholm Dievar^®

C 0.03 0.36

Si 0.43 0.20

Mn 0.03 0.5

Cr 5.25 5

Ni 3.43 -

Mo 5.51 2.3

V 0.07 0.55

Co 3.82 -

Cu 0.04 -

나머지 철 및 불순물

가스 분무 및 HIPing에 의해 본 발명의 강을 형성시켰다. 800 내지 500℃의 온도 간격에서 600 초의 시간으로(t_8/5 = 600 초) 실온으로 냉각시킨 후, 강을 605℃에서 3 시간 동안 2회 템퍼링하였고, 이는 45 HRC의 경도를 야기하였다.

비교용 강을 통상적으로 잉곳 캐스팅 및 이어서 ESR에 의해 생성하였다. 재용융된 강을 진공 노에서 1020℃에서 오스테나이트화로 처리한 후, 800 내지 500℃의 간격으로 600 초의 시간으로(t_8/5 = 600 초) 가스 켄칭하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 비교용 강을 615℃에서 2 시간 동안 2회 템퍼링하여(2x2) 45 HRC의 경도를 얻었다.

합금의 템퍼링 저항을 이후 600℃의 온도에서 조사하였다. 결과는 표 1에 주어져 있다.

표 1. 600℃에서의 템퍼링 저항. 시간의 함수로서의 경도(HRC).

또한, 템퍼링 후 강의 인성을 조사하였고, 본 발명의 강은 25 J의 샤르피-V 인성을 갖는 반면, 비교용 강은 22 J의 샤르피-V 인성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명의 강은 비교용 강보다 훨씬 더 높은 템퍼링 저항을 가졌음을 알 수 있다.

강의 미세구조를 에이징 후 조사하였고, 본 발명의 강에서 경화를 야기하는 침전물은 (Fe,Ni,Co)₇Mo₆, 즉, 금속간 μ-상인 것으로 밝혀졌다. 침전 모듈(TC-Prisma, Thermo Calc 버전 2021b)을 본 발명의 강에서 침전 공정을 시뮬레이션하기 위한 계산 도구로 사용하였다. 본 실시예에서 사용된 본 발명의 강에 대한 침전 계산의 결과는 금속간 μ-상의 크기는 10 시간 후에 약 20 nm이고, μ-상의 양은 5 vol. %보다 약간 작다는 것을 가리켰다.

실시예 2

이 실시예에서, 하나의 본 발명의 합금을 등급 300 마레이징 강(1.2709)과 비교하였다.

합금은 하기 공칭 조성(wt. %)을 가졌다:

본 발명 1.2709

C 0.03 0.005

Si 0.43 0.04

Mn 0.03 0.05

Cr 5.25 0.02

Ni 3.43 18.1

Mo 5.51 5.1

V 0.07 0.03

Co 3.82 8.8

Cu 0.04 0.01

Ti - 0.95

나머지 철 및 불순물

이들 합금의 가스 분무된 분말을 EOS M290 시스템에서 선택적 레이저 용융(SLM)으로 처리하였다.

본 발명의 강은 준공 상태에서 잔류 오스테나이트가 없었고(< 2 vol. %), 반면에 비교용 강은 11 vol. %의 잔류 오스테나이트를 함유한 것으로 밝혀졌다. 잔류 오스테나이트의 양을 표준 ASTM E975-13에 따라 X-선 회절에 의해 결정하였다.

540℃의 에이징 온도에서 1 시간 동안 강을 유지함으로써 에이징 동안 복귀 오스테나이트를 형성시키는 경향을 조사하였다. 조사에 따라, 본 발명의 강이 임의의 복귀 오스테나이트를 형성시키지 않은 반면, 오스테나이트의 양은 비교용 강에서 17 vol. %로 증가한 것으로 밝혀졌다. 따라서, 에이징을 비교용 강 1.2709에 대해 마르텐사이트-투-오스테나이트 변태 온도(A_c1) 초과로 수행하였다. 따라서, 강 1.2709의 열 팽창은 재가열 동안 마르텐사이트-투-오스테나이트 변태에 의해 영향을 받을 것이다.

본 발명의 강에서 마르텐사이트-투-오스테나이트 변태의 부재는 에이징 온도보다 높은 오스테나이트 변태 시작 온도에 의해 야기되는 것으로 보인다. 이를 팽창계로의 시험에 의해 확인하였고, 본 발명의 강의 경우 730℃의 A_c1 온도 및 925℃의 A_c3 온도를 나타냈다. 따라서, A_c1 온도까지 재가열하는 동안 복귀 오스테나이트는 형성되지 않을 것이다. 이로부터, 본 발명의 강은 일반적으로 약 680℃의 용융 온도로 수행되는 알루미늄의 다이 캐스팅에 사용될 수 있다는 결론이 나온다.

강의 미세구조를 에이징 후 조사하였고, 본 발명의 강에서 경화를 야기하는 침전물은 (Fe,Ni,Co)₇Mo₆, 즉, 금속간 μ-상인 것으로 밝혀졌다.

예상대로, 비교용 강 1.2709에서 경화를 야기하는 침전물은 예상대로 (Fe,Ni,Co)₃(Ti,Mo)이었고, 단지 소량의 μ-상이 발견되었다.

실시예 3

산소 함유 분위기에 노출될 때 비-금속 개재물의 형성에 대한 민감성을 정성적으로 조사하였다. 실시예 2에서와 동일한 조성을 갖는 본 발명의 강을 강 Uddeholm CORRAX^®와 비교하였다. 비교용 강의 공칭 조성은 0.03 % C, 0.3 % Si, 0.3 % Mn, 12.0 % Cr, 9.2 % Ni, 1.4 % Mo 및 1.6 % Al이었다.

둘 모두의 강을 HF-노에서 보호 아르곤 대기 하에 용융시킨 후, 개방 공기 하에 경사진 구리 슈트에서 용융물을 캐스팅하였다.

동일한 샘플을 취하고, LOM에서 200x의 배율로 조사하였다. 조사 결과는 도 1 및 도 2에 도시되어 있고, 비교는 본 발명의 강이 비교용 강보다 산소에 훨씬 덜 민감하다는 것을 보여준다.

본 발명의 합금은 광범위한 적용에서 유용하다. 특히, 합금은 열간 가공 및 플라스틱 성형뿐만 아니라 AM-적용을 위한 공구 및 다이에 유용하다.

Claims

열간 가공 공구(hot-work tool)에 적합한 강(steel)으로서, 상기 강은 중량%(wt.%)로 하기로 이루어지는, 강:
C ≤ 0.08
Si 0.1 내지 0.9
Mn ≤ 2
Cr 4.0 내지 6.5
Ni 2.0 내지 5.0
Mo 3.5 내지 6.5
Co 2.0 내지 5.5
Cu ≤ 4.0
Nb ≤ 0.1
V ≤ 0.1
Ti ≤ 0.1
나머지 Fe 및 불순물.
제1항에 있어서, 하기 요건 중 적어도 하나를 충족하고/거나:
C ≤ 0.07
Si 0.2 내지 0.8
Mn ≤ 1
Cr 4.1 내지 6.0
Ni 2.5 내지 4.5
Mo 4.0 내지 6.0
Co 2.5 내지 5.0
Cu ≤ 3.0
V ≤ 0.05
Nb ≤ 0.05
Ti ≤ 0.05
마르텐사이트-투-오스테나이트 변태 온도(martensite-to-austenite transformation temperature) Ac1은 680℃ 초과이고/거나,
강은 에이징된 상태이고 금속간 침전물을 포함하고, 여기서 상기 침전물의 적어도 50 vol. %는 (Fe,Ni,Co)₇Mo₆ 유형인, 강.
제1항 또는 제2항에 있어서, 하기 조성 요건 중 적어도 하나를 충족하고/거나:
C ≤ 0.06
Si 0.2 내지 0.7
Mn ≤ 0.6
Cr 4.3 내지 5.7
Ni 2.7 내지 4.3
Mo 4.2 내지 5.8
Co 2.7 내지 4.7
Cu ≤ 2.5
V ≤ 0.03
Nb ≤ 0.03
Ti ≤ 0.03
마르텐사이트-투-오스테나이트 변태 온도 Ac1은 700℃ 초과이고/거나,
강은 에이징된 상태이고 금속간 침전물을 포함하고, 여기서 상기 침전물의 적어도 70 vol. %는 (Fe,Ni,Co)₇Mo₆ 유형이고/거나,
청정도는 ASTM E45-97, 방법 A에 따른 마이크로-슬래그와 관련하여 하기 최대 요건을 충족하는, 강:
제1항 또는 제2항에 있어서, 하기 요건을 충족하고:
C ≤ 0.06
Si 0.3 내지 0.6
Mn ≤ 0.4
Cr 4.5 내지 5.5
Ni 3.0 내지 4.0
Mo 4.5 내지 5.5
Co 3.0 내지 4.5
V ≤ 0.05
Nb ≤ 0.05
Ti ≤ 0.05
Al ≤ 0.01
임의로, 마르텐사이트-투-오스테나이트 변태 온도 Ac1은 710℃ 초과인, 강.
제1항 또는 제2항에 있어서, 하기 요건을 충족하고:
C ≤ 0.06
Si 0.2 내지 0.7
Mn ≤ 0.6
Cr 4.3 내지 5.7
Ni 2.7 내지 4.3
Mo 4.2 내지 5.8
Co 2.7 내지 4.7
V ≤ 0.03
Ti ≤ 0.03
Al ≤ 0.01
임의로, 마르텐사이트-투-오스테나이트 변태 온도 Ac1은 720℃ 초과인, 강.
용융 분무에 의해 생산되는 예비 합금 분말로서, 상기 분말은 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 조성을 갖는, 예비-합급된 분말.
제6항에 있어서, 분말은 가스 분무에 의해 생산되고, 상기 분말 입자의 적어도 80%는 5 내지 150 μm 범위의 크기를 갖고, 상기 분말은 하기 요건 중 적어도 하나를 충족하고:
분말 크기 분포(μm): 5 ≤ D10 ≤ 35
20 ≤ D50 ≤ 55
D90 ≤ 80
평균 구형도, SPHT ≥ 0.85
평균 종횡비, b/l ≥ 0.85
상기에서, SPHT = 4πA/P²이고, 여기서 A는 입자 돌출부에 의해 덮인 측정된 면적이고, P는 입자 돌출부의 측정된 둘레/원주이고, 상기 구형도(SPHT)는 ISO 9276-6에 따라 Camsizer에 의해 측정되고, b는 상기 입자 돌출부의 최단 폭이고, l은 최장 직경인, 예비 합금 분말.
제6항에 있어서, 분말 입자의 적어도 90%는 10 내지 100 μm 범위의 크기를 갖고, 분말은 하기 요건 중 적어도 하나를 충족하는, 예비 합금 분말:
분말 크기 분포(μm): 10 ≤ D10 ≤ 30
25 ≤ D50 ≤ 45
D90 ≤ 70
평균 구형도, SPHT ≥ 0.90
평균 종횡비, b/l ≥ 0.88
적층 제조 방법에 의해 형성된 물품으로서, 상기 물품은 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 합금을 포함하는, 물품.
열간 가공 및 플라스틱 성형을 위한 공구 및 다이의 생산을 위한 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 합금의 용도.