KR810001656B1 - 석출 경화형 열간 공구강(析出硬化形熱間工具鋼) - Google Patents

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내용 없음.

Description

석출 경화형 열간 공구강(析出硬化形熱間工具鋼)

본 발명은 특히 인성(靭性)이 우수한 석출 경화형(析出硬化形) 열간 공구강(熱間工具鋼)에 관한 것이다.

석출 경화형 열간 공구강은, 담금질-저온 뜨임 상태로 기계가공을 한 후에 열처리를 하지 않고 가공용 공구로서 사용한다.

공구표면은 그 공구를 사용할 때 고온의 피가공재와의 접촉으로 인한 승온에 의해 석출 경화되어 경도가 매우 높아져 열간 공구로서 필요한 열간 내마모성이나, 내열균열성이 증대된다.

석출 경화형 열간 공구강이 지녀야 할 조건은, 통상의 열간 공구강과는 달리, 담금질이나 저온 뜨임 경도가 적당하게 낮아야 하고, 기계가 공성이 우수해야 하며, 인성이 높아야 하고, 석출 경화상태의 경도가 높아야 한다.

또한 일반적인 열간 공구강에서 요구되는 것은 고온에의 승온에 의해 용이하게 연화(軟化)되지 않아야 하고, 고온 경도가 높아야 하며, 내마모성이 좋아야 하고, 내열균열성이 우수해야 한다.

석출 경화형강은 상기한 바와 같은 특성을 가지고 있기 때문에 양산용(量産用) 금형으로서 사용되고 있지만 칫수가 크고 또한 깊은 형조부(型彫部)를 가지며 과대한 응력과 함께 샤프한 각을 갖는 금형의 경우 고온의 내마모성과 함께 우수한 내균열 진전성(進展性)이 요구된다.

본 용도의 금형에 있어서는, 종래 형의 석출 경화형강은 고온강도나 내마모성을 충족시켜 주지 못하며, 그로 인해 심한 마모작용을 이겨내지 못하고, 조기 손모(損耗)를 초래하여 결과적으로 실질적인 부화응력이 커져 조기에 파괴되는 경우가 많았다.

본 발명강은 우수한 내균열 진전성과 병행하여 우수한 고온 내마모성, 내거치름성을 가지며, 상기한 바와 같은 심한 특성요구 용도에 적용하여 갈라짐이 발생하지 않는 우수한 내마모와 긴 수명을 가지는 새로운 석출경화형 열간 공구강에 관한 것이다.

즉 본 발명강은 저(低) 탄소(C)-저(低)∼중(中) 크롬(Cr)-몰리브덴(Mo)(텡스텐 : W)-저(低) 바나듐(V)을 베이스로 하고 여기에 니켈(Ni), 코발트(Co)를 첨가한 것으로서, 대형물의 소재를 제조함에 있어서 편석(偏析) 또는 거대한 탄화물 생성을 초래하기 쉬운 바나듐(V)을 결정입자의 거칠고 커지는 것을 억제, 석출 경화성 향상에 필요한 최저한의 함유량으로 억제, 고온강도, 내마모성을 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W) 또는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)의 복합함유, 코발트(Co), 니켈(Ni) 함유 등에 의해 부여되는 것이며, 또 니켈(Ni) 첨가에 의해 충분한 담금질성, 인성을 부여함과 동시에 고온 내마모성을 개선하며, 상기 성분의 조합에 의해 대형물에 있어서도 심층부까지 균열한 조직을 가질 수 있고, 깊은 굴곡, 샤프한 각을 갖는 형(型)에 있어서도 갈라짐이 발생되지 않고 긴 수명이 유지될 수 있으며 또한 피 절삭성에 있어서도 우수한 것이다.

제1표는 본 발명강, 비교강의 화학성분을 나타낸다.

[표 1]

제2표는 제1표의 각 시료를 1000℃×반냉(半冷)

30min으로 담금질한 후 뜨임을 행한 경우의 뜨임온도와 경도와의 관계를 나타내는 표이다.

또한 반냉 30min 담금질이라 함은, 담금질 온도(1000℃)와 실온(20℃)의 중간온도 510℃까지 30min으로 강온(降溫)하는 열 처리를 칭한다.

[표 2]

본 발명강은 적절한 저온 뜨임경도를 가지며, 또한 최고 뜨임경도, 뜨임 연화저항이 종래강에 비해 높다는 것을 알 수 있다.

또한 몰리브덴(Mo) 단독의 것에 대하여 텅스텐(W)을 복합 함유한 것이 특히 연화저항이 크다는 것을 알았다.

제3표는 본 발명강 고온 내 베이킹(耐 Baking) 시험결과를 나타낸 것이다.

시료는 원주모양의 시료로 이미 시험면에 산화피막처리를 실시한 후 고온으로 가열한 상대 재료에 가압 접촉시키면서 회전한 경우의 베이킹이 일어나지 않는 임계 하중을 종래 강의 것을 100으로 하여 지수로 나타낸 것이다.

[표 3]

본 발명강의 베이킹 임계하중은 고(高) 바나듐(V)의 비교강보다 약간 낮지만, 종래강보다 확실히 우수하다는 것을 알았다.

이것은 본 발명강의 우수한 고온강도, 탄화물의 적량분포, 밀착성이 우수한 치밀한 보호성, 윤환성 산화피막이 생성되는 등의 효과에 의한 것이다.

또한 몰리브덴(Mo) 단독 함유의 것에 대하여 텅스텐(W)을 복합함유한 것이 임계하중의 큰 것을 알았다.

제4표에 본 발명강의 파괴 인성치를 나타낸다.

[표 4]

본 발명강은 종래강과 동등 이상의 우수한 파괴 인성치를 갖고 있는 것을 알았다.

이것은 본 발명강의 조직이 균일하고, 또한 균열의 기점형성 또는 균열의 전파(傳播)를 촉진하는 불균 일부가 존재하지 않는 것에 의한 것이다.

다음에는 본 발명강의 화학성분의 한정이유를 나타낸다.

탄소(C)는 본 발명강의 담금질성, 담금질 뜨임경도, 고온경도를 유지하고 또 탄화물 형성 원소와 결합하여 탄화물을 형성하여 결정입자의 미세화, 내마모성, 석출경화성, 승온저항을 부여하기 위해 첨가되는 것이다.

과다하면 담금질 저온 뜨임에 있어서의 경도가 너무 높아져 기계가공성, 인성의 저하를 초래하므로 0.30% 이하로 하고 너무 낮으면 상기한 바와 같은 함유의 효과를 얻을 수 없으므로 0.10% 이하로 한다.

규소(Si)는 본 발명강의 내산화성을 조정하기 위하여 함유하는 것으로서 용도, 사용시의 분위기 등에 의해 함유량을 조정한다.

과다하면 내산화성이 너무 커져 내마모성에 기여하는 보호성 산화피막의 조기 생성이 곤란해지므로 1.40% 이하로 한다.

망간(Mn)은 본 발명강의 담금질성을 유지하기 위하여 함유된 것으로, 과다하면 담금질-저온뜨임 경도가 높게 되어 기계가공을 곤란하게 한다.

또 알루미늄(Al) 변태점을 저하시켜 내열균열성을 저하시키므로 1.40% 이하로 한다.

니켈(Ni)은 본 발명강의 담금질성을 증대시킴과 동시에 균열의 내진전성을 개선함과 동시에 승온시에 생성되는 산화피막의 고착성을 개선하여 내마모성을 높혀 주기 위한 목적으로 함유된다.

과다하면 담금질-저온뜨임 경도를 너무 높게 하여 기계가공성을 감소시킴과 동시에 알루미늄(Al) 변태점을 저하시켜 내균열성을 저하시키므로 3.00% 이하로 한다.

크롬(Cr)은 본 발명강의 산화피막생성이나 성장 특성을 조정하여 고온에서의 우수한 내마모성을 부여하기 위한 중요한 함유원소이다.

또한 형재료가 필요로 하는 담금질성을 부여하여 알루미늄(Al) 변태점의 상승이나 탄화물 형성에 의한 내마모성 증대나, 승온 연화저항 증대 등의 효과를 부여하기 위하여 함유하는 것이다.

과다하면 담금질 저온 뜨임 경도를 너무 높게 하여 기계가공성을 저하시키는 한편 내마모성에 기여하는 보호성 산화피막의 조기생성을 곤란하게 하고, 또한 승온 연화저항이나 고온강도를 더욱 저하시켜 공구의 마모라든가 열균열 생성들을 빠르게 하므로 몰리브덴(Mo), 텡스텐(W), 바나듐(V) 등과의 관계에 있어서 4.00% 이하로 하고, 너무 낮으면 함유의 효과를 얻을 수 없으므로 1.00% 이상으로 한다.

또한 크롬(Cr)의 바람직한 범위로서는 2.00-4.00%이다.

몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)은 탄화물을 형성하여 내마모성을 부여함과 동시에 뜨임시 미세한 탄화물을 석출하여 석출경화성, 승온 연화저항, 고온 강도를 증가하기 위하여 함유한다.

또한 승온 연화저항, 고온강도 개선효과에 있어서, 텅스텐(W)은 몰리브덴(Mo)보다도 그 효과는 크며, 한편 인성면에서는 몰리브덴(Mo)이 유리하다. 목적과 용도에 따라 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)을 병용한다.

너무 높으면 인성저하를 초래하기 때문에

이하로 하고, 너무 낮으면 상기한 바와 같은 첨가 효과가 얻어지지 않으므로

이상으로 한다.

텅스텐(W), 몰리브덴(Mo)를 병용하는 전형적인 예는 몰리브덴(Mo) 1.80%, 텅스텐(W) 1.00%등이다.

바나듐(V)은 본 발명강에 있어서, 결정입자의 거칠고 커짐을 억제하여 인성을 개선하기 위한 불가결의 중요한 함유원소이며, 특히 큰 칫수의 형재료의 경우에 그 함유효과는 크다.

본 목적에 관하여 다량의 함유는 필요없으며, 과다하면 금형 칫수와의 관계에 있어서, 거칠고 큰 탄화물의 형성에 의해 인성저하를 초래하므로 0.24% 이하로 하고, 너무 낮으면 상기한 바와 같은 함유의 효과를 얻을 수 없으므로 0.05% 이상으로 한다.

코발트(Co)는 산화피막의 고착성을 개선하여 열간에서의 사용시에 형면(型面)에 치밀한 보호성 산화피막을 생성하여 고온이나 내마모성을 크게 개선하기 위한 극히 중요한 함유 원소이다.

또한 기지(基地)에 고용(固溶)하여 고온 강도의 향상 효과를 가져오는 것이다.

코발트(Co)는 상기한 바와 같은 효과를 얻기 위하여 함유되지만, 다량 함유는 필요치 않다.

과다하면 인성 저하를 초래하므로 5.00% 이하로 하고, 너무 낮으면 상기한 바와 같은 함유의 효과를 얻을 수 없으므로 0.30% 이상으로 한다.

이상 기술한 바와 같이 본 발명강은 대형물의 금형에 있어서도 결정입자의 증대화를 일으키지 않고 균일한 조직에 의해 큰 칫수의 금형, 형조심(型彫深)의 금형, 응력 집중 효과가 큰 형상이나 심한 사용 조건 등 갈라지기 쉬운 조건하에 있어서도 갈라짐을 일으키지 않고 적절한 고온강도, 산화 피막특성, 탄화물 분포를 나타내며 우수한 사용과 긴 수명을 부여하는 고인성 석출 경화형 열간 공구강을 제공하는 것이다.

Claims (1)

1. 중량비로 탄소(C) 0.10∼0.30%, 규소(Si) 1.40% 이하, 망간(Mn) 1.40% 이하, 니켈(Ni) 3.00% 이하, 크롬(Cr) 1.00∼4.00%,

   

   1.00~3.50% 0.05∼0.29%, 코발트(Co) 5.00 이하, 잔부(殘部) 철(Fe) 및 통상의 불순물로 이루어지는 석출경화형 열간 공구강.