KR890001446B1

KR890001446B1 - 무계목강관 제조용 열간경사 압연기의 가이드슈용 Ni기 주조합금

Info

Publication number: KR890001446B1
Application number: KR8203637A
Authority: KR
Inventors: 리즈예스 야브기; 즁야 오오에; 다구미 가와무라
Original assignee: 이나이 요시히로; 미쯔비시긴조구 가부시기 가이샤
Priority date: 1981-09-04
Filing date: 1982-08-03
Publication date: 1989-05-03
Also published as: KR840001226A; JPS5842743A

Abstract

내용 없음.

Description

무계목강관 제조용 열간경사 압연기의 가이드슈용 Ni기 주조합금

본 발명은 특히 내열충격성, 고온내식성 및 고온내마모성이 우수하여 이들 특성이요구되는 무계목강관 제조용 열간경사 압연기의 "가이드슈"로서 사용함에 적합한 주조합금에 관한 것이다.

일반적으로 열간경사 압연기는 상, 하 위치에 배설한 2개의 통형경사로울러, 좌, 우 위치에 배설한 가이드슈 및 전면 중심위치에 배설한 플러그를 구비하고 이 사이에 1150-1250℃에 가열된 봉상빌리트를 공급하여 상기 통형경사롤과 플러그에 의한 열간 천공압으로 무계목강관을 제조하는 것이다. 이 경우 소관(素管)은 타원형을 이루면서 성형되게 되는 바 이 소관의 외경 및 두께를 일정하게 조정하기 위하여 설치된 것이 가이드슈(guide shoe)이다. 따라서, 소관은 나선상으로 회전 전진하면서 가이드슈의 표면과 습동하기 때문에, 고온으로 가열된 소관과 접촉하는 가이드슈는 열전도에 의한 급속가열과 냉각수에 의한 급냉의 반복도고, 큰 응력부하 상태로서 회동 습동 마찰을 받게 된다.

종래 이와 같은 가혹한 조건하에서 사용도는 가이드슈의 제조에는 Fe-23% Cr-3%Ni 계, Fe-26% Cr-2% Ni 계 등의 고 Cr 저 Ni 내열 마모성합금, Fe-1% C-7% Ni-5% Co-5% Cu 계 또는 nI-1% c-15% cR-5% Mo 계 등의 주조합금이 사용되고 있으나 이들 함금의 어떤 것은 고온내식성 부족이 원인으로 고온가열된 소관으 표면에 발생한 스케일이나 강편이 그 표면에 소착하여, 이것이 원인으로 강관의 표면에 홈이 생겨 제품실수율이 나빠지고 또는 어떤 것은 국부적 고온가열과 수냉의 반복에 의한 열충격에 견디지 못하여, 균열이 생기거나, 어떤 것은 고온에서의 내마모성 부족이 원인되어 사용수명이 짧아지는 등으로, 이들의 가이드슈에 요구되는 내열충격성, 고온내식성, 및 고온내마모성을 겸비한 합금은 아직 개발되어 있지 않은 실정이다.

본 발명자들은 상술한 것과 같은 관점에서 무계목강관 제조용 열간경사 압연기의 가이드슈에 요구되는 특성을 모두 겸비한 주조합금을 얻고자 연구한 결과, C : 0.55-2.0%, Si : 0.1-3%, Mn : 0.1-3%, Cr : 10-28% 미만, Fe : 3-30%, Ti : 0.01-3.5%, Al : 0.01-3.5, W : 0.5-10%, Mo : 0.5-10%를 함유하고, 필요에 따라 Co : 1-8%, N : 0.005-0.2%와 Nb : 0.01-1.5% 및 Ta : 0.01-1.5%중 1종 또는 2종과, B : 0.001-0.2% 및 Zr : 0.001-0.2%중 1종 또는 2종으로 되는 군에서 선택한 적어도 1종을 함유하며, 나머지가 Ni와 불가피불순물로 된 조성(이상중량%)을 가진 Ni 주조합금은 우수한 내열충격성, 고온내식성 및 고온내마모성을 겸비하여 따라서 이들 특성이 요구되는 열간경사 압연기의 가이드슈로서 사용할 경우 대단히 장기에 걸쳐 우수한 성능을 안정적으로 발위한다는 것을 알게 되었다.

본 발명은 상기 지식에 근거하여 행하여진 것으로 이하성분 조성범위를 상기한 바와 같이 한정한 이유를 설명한다.

(a).C

C성분은, 고온에서 소지중에 고용하는 한편, Cr, W, Mo, Ti, Nb 및 Ta등과 결합하여 M₇, C₃, MC 및 M₂₃C₆형등의 탄화물을 형성하여, 이에 의하여 강도와 경도의 향상을 도모하며, 이 결과 우수한 내마모성 이외에, 용접성 및 주조성을 확보하는 작용이 있으나, 그 함량이 0.55% 미만에서는 상기 작용에 소망효과를 얻을 수 없으며, 한편 2.0%를 초과하면 탄화물의 석출이 많아질 뿐 아니라. 그 입자가 조대화 되어 인성이 저하되고 급열 급냉에 의한 열충격에 견딜 수 없게 되므로, 그 함유량을 0.55-2.0%로 정한다.

(b).Si

Si성분은, Cr와 같이 고온내식성을 향상시키는 작용이 있는 외에 탄산작용 및 용량의 유동성을 개선하여 주조성을 향상시키는 작용이 있으며, 또한 고온강도를 개선하는 작용이 있으나, 그 함량이 0.1% 미만에서는 상기 각 작용에 소망의 효과를 얻을 수 없으며, 한편 3%를 초과 함유하면 Cr와의 관련에 있어서 인성 및 용접성이 저하되므로, 그 함유량은 0.1-3%로 정한다. 그리고 Si성분은 이것을 탄선제로서 사용한 경우 불가피 불순물로서 0.1% 미만의 함유하는 경우가 있으나, 이 경우에는 불가피불순물 함유량을 포함하여 전체 함유량이 0.1%이상이 되도록 하면 된다.

(c).Mn

Mn성분에는 Ni와 같이 소지에 고용하여 오스테나이트를 안정화시키고 또한 내열충격성 및 고온내마모성을 향상시키는 작용이 있으며, 그리고 탈산작용도 겸하여 가지나, 그 함량이 0.1% 미만에서는 소망의 작용효과를 확보할 수 없으며, 한편 3%를 초과 함유시키면 고온내식성이 저하하게 되므로 그 함유량은 0.1-3%로 정한다. 또한 Mn성분도 Si성분과 마찬가지로 불가피불순물로서 0.1%미만 범위에서 함유하는 경우가 있으나, 이 경우도 불가피불순물 함유량을 포함하여 전체 함유량이 0.1% 이상이 되도록 성분조성을 하면 된다.

(c).Cr

Cr성분에는, 그 1부가 소지에 고용하고 나머지 부분이 탄화물을 형성하여 합금의 경도를 향상시켜 고온내마모성을 개선하는 외에 고온내식성도 향상시키는 작용이 있으며, 그 함량이 10% 미만에서는 소망의 작용효과를 얻을 수 없고, 한편 28%를 초과 함유하면 내열충격성을 저하하게 되므로, 그 함유량은 10-28%미만으로 정한다.

(e).Fe

Fe성분은 소정량을 함유할 경우 Ni와 동등한 작용효과를 발휘하므로 원자절감을 기하 목적으로, 고가한 Ni성분의 일부대체 성분으로 함유되나, 3% 미만을 함유에서는 경제적 효과가 충분치 못하고, 한편 30%를 초과 함유시키면, 고온강도가 저하되므로, 그 함유량을 3-30%로 정한다.

(j).Co

Co성분에는 소지에 고용하여, 이를 강화하고 합금의 내산화성 및 내열충격성을 향상시키는 작용이 있으며 필요할 경우에 함유시키나, 1% 미만에서는 소망효과를 얻을 수 없고, 한편 8%를 초과 함유시켜도 더이상의 개선효과를 볼 수 없고, 도리어 상기 작용효ㅗ가의 감소경향 조차 보이므로 Co를 함유시키는 경우에는 그 함유량은 1-8%로 정한다.

(h).Ti

Ti성분에도, 소지의 결정입의 성장을 억제할 뿐 아니라. 도리어 이 결정임을 미세화하고, 한편 MC 형의 탄화물 및 질화물, 그리고 Ni 및 Al와 결합하여 Ni₃(Al, Ti)의 금속간 화합물을 형성하여, 고온강도 및 고온내마모성, 내열충격성 및 인성을 향상시키는 작용이 있으며, 그 함량이 0.01% 미만에서는 상기 작용에 소망효과를 얻을 수 없고, 한편 3.5%를 초과하면 고온에서의 탄화물 형성이 촉진되어 합금의 인성을 저하시키고, 또한 고온에서의 산화물의 생성도 현저하게 되어 고온내식성의 저하를 초래하므로, 그 함유량을 0.01-3.5%로 정한다.

(i).Al

Al성분은, Cr와의 공존에 있어서 고온에서의 내산화성 및 내식성을 개선하고 또한 상기한 바 Ni 및 Ti와 결합하여, Ni₃(Al, Ti)의 금속간 화합물을 형성하는 외에, 질화물을 형성하여 고온강도 및 내마모성을 일층 높이며, 또한 내열충격성 및 인성을 향상시키는 작용이 있으며, 그 함량이 0.01%미만에서는 상기 작용에 소망효과를 얻을 수 없고, 한편 3.5%를 초과 함유하면 용량의 유동성 및 주조성이 저하되어 제조를 곤란하게 할뿐 아니라 인성 및 용접성도 저하하여 실용적이 못되므로, 그 함유량은 0.01-3.5%로 정한다.

(f).W

W성분에도, Mo과 소지중에 고용하는 외에, C와 탄화물을 형성하여, 합금의 고온강도, 고온경도, 및 고온내마모성을 개선하는 작용이 있으며, 그 함량이 0.5% 미만에서는 소망 작용효과를 얻을 수 없고, 한편 10%를 초과 함유시키면 내마모성을 향상시키게 되는 반면, 인성 및 내열충격성 현저히 저하되므로, 그 함유량은 0.5-10%로 정한다.

(g).Mo

Mo성분은, 상기한 바와 같이 W와의 공존하에서 소지에 고용하여, 이를 강화하고, 그리고 탄화물을 형성하여 합금의 고온강도, 고온경도, 및 고온내마모성을 향상시키는 작용이 있으며, 그 함량이 0.5% 미만에서는 소망의 우수한 고온내마모성을 얻을 수 없고, 한편 10%를 초과 함유시키면 W와 마찬가지로 인성과 내열충격성이 저하되게 되므로, 그 함유량을 0.5-10%로 정한다.

(k).N

N성분은, 그 일부가 오스테나이트소지에 고용하여 이를 안정화 함과 더불어 나머지 부분이 금속질화합물을 형성하여 고온강도를 일층 향상시키는 작용이 있으므로, 특히 고온강도가 요구되는 경우에 필요에 따라 함유시키나, 그 함유량이 0.005% 미만에서는 더이상의 고온강도 개선효과를 볼수 없고, 한편 0.2%를 초과 함유시키면 질화물량이 증대할 뿐 아니라, 질화물 입자의 조대화물 일으켜 취약화 되고, 내열충격성이 저하되게 되므로, 그 함유량은 0.005-0.2%로 정한다.

(I).Nb 및 Ta

이들 성분에는, 특히 소지의 결정입의 성장을 억제하며, 그리고 MC 형의 탄화물 및 질화물을 형성하여 고온강도 및 고온내마모성을 일층 향상시키는 균등적 작용이 있으므로, 이들 특성이 특히 필요로 되는 경우에 필요에 따라 함유시키나. 그 함유량이 각각 0.01% 미만에서는 상기 작용효과를 얻을 수 없고 한편 1.5%를 초과시켜 각각 함유시키면 고온에서의 산화물의 생성이 현저하게 되는 등의 고온내식성의 저하를 초래하고, 또한 탄화물의 형성이 과다하게 되어 인성 및 내열충격성의 저하를 초래하므로, 각각 함유량을 0.01-1.5%로 정한다.

(m).B 및 Zr

이들 성분은, 고온강도, 고온내마모성, 내열충격성 및 고온내식성 일층 향상시키는 균등적 작용이 있으므로, 필요에 따라 함유시키나. 그 함유량이 각각 0.001% 미만에서는 소망의 향상효과를 얻을 수 없고, 한편 0.2%를 초과 함유시키면 인성, 내열충격성, 주조성 및 용접성의 약화를 초래하므로, 그 함량을 0.001-0.2%로 정한다. 다음에 본 발명의 주조합금을 실시예에 의하여 비교예와 대비하여 설명한다.

[실시예]

통상의 고주파 용해로를 사용하여 각각 제1표에 표시된 성분 조성을 가진 용량을 대기중에서 용해하여 모래형에 주조하므로서 본 발명 주조합급 1-76, 비교합금 1-35 및 종래 주조합금 1,2의 각종 시험편을 각각 제조하고, 이들 시험편을 경도측정시험, 상온 샬피충격시험, 오고시식금속간마모시험 및 실제 기계에서와 같은 금속가열 및 금속냉각의 반복에 가까운 조건에서 열충격시험을 각각 행하였다. 또한 경도 측정시험은 상온, 900℃ 및 1000℃에 있어서의 비커스 경도를 측정하므로서 행하였고 또한 오고시식금속간마모시험은 상대재료 SUJ-2(HRC 57이상), 하중 18.2Kg 마찰속도 0.083m/sec 조건에서 상온건조 상태에서 행하고 이들 경과로부터 비마모량을 산출하였다. 또한 열충격시험은 일방 단면중심부에 직경 10mm의 구면 요면을 형성한 12mm×12mm×30mm의 각 주상시험편을 사용하고, 이 시험편이 구면요부를 산소, 프로팬가스 버어너에 의하여, 30초간 가열하고, 그 온도를 약 900℃로 한후, 즉시 분무수를 20초간 취부하여, 그 온도를 약 200℃로 하는 공정을 1사이클로 하고, 이것을 반복하여 3회마다 상기 구면요부를 형광탐상법을 사용 관찰하여 균열이 발생하기 까지의 아시클수를 측정하므로서 행하여 졌다. 이들 시험결과를 제2표에 모아서 표시하였다. 또한 제2표의 균열발생하기 까지의 사이클수의 난에서의 "30이상"은, 30사이클의 반복열충격시험에서도 구면요면에 균열이 발생을 볼수 없는 것이었다.

제2표에 표시된 결과로부터 본 발명 주조합금 1-76는 어느것이나 종래 주조합금 1,2에 비하여 대단히 우수한 상온 및 고온경도를 가지며, 그리고 상온인성, 내마모성 및 내열충격에도 우수한 것임을 알수있다. 이와 같이 본 발명 주조합금 1-76은 모두 우수한 상온 및 고온경도, 인성, 내마모성, 내열충격성을 겸하여 구비하고 있음에 대하여 구성성분중의 어떤 성분(※인표시)의 함유량이 본 발명의 범위로부터 벗어나는 조성을 가지는 비교 주조합금 1-35에서는, 이들의 특성중 적어도 어느 하나의 특성이 낮은 것으로 되어 있다. 이상과 같이 본 발명의 주조합금은, 특히 우수한 내열성, 내마모성 및 내열충격성을 구비하므로, 이들 특성이 요구되는 무계목강관 제조용 열간경사 압연기 (천공기도 포함됨)의 가이드슈로서 사용할 경우 대단히 장기간에 걸쳐 안정적 성능을 발휘하는 등 공업상 유용한 특성을 가지는 것이다.

[제1표의 1]

[제1표의 5]

[제 2표]

Claims

C : 0.55-1.9%, Si : 0.1-3%, Mn : 0.1-3%, Cr : 10-28%, Fe : 3-30%, Ti : 0.01-3.5%, Al : 0.01-3.5%, W : 0.5-10%. 및 Mo : 0.5-10%를 함유하고 나머지 Ni와 불가피불순물 (이상중량%)로 됨을 특징으로한 무계목강관 제조용 열간경사 압연기의 가이드슈용 주조합금.
제1항에 있어서, N : 0.005-0.2%를 함유하는 가이드슈용 주조합금.
C : 0.55-2.0%, Si : 0.1-3%, Mn : 0.1-3%, Cr : 10-28% 미만, Fe : 3-30%, Ti : 0.01-3.5%, Al : 0.01-3.5%, W : 0.5-10%. 및 Mo : 0.5-10% 다시, Nb : 0.01-1.5%, Ta : 0.01-3.5%, B : 0.001-0.2%, Zr : 0.001-0.2%중의 어느 1종 이상을 함유하고 나머지 Ni와 불가피불순물 (이상중량%)로 됨을 특징으로한 무계목강관 제조용 열간경사 압연기의 가이드슈용 주조합금.
제3항에 있어서, N : 0.005-0.2%를 함유하는 가이드슈용 주조합금.
제1항 및 제2항의 어느 항에 있어서, Co : 1-8%를 함유하는 가이드슈용 주조합금.
제3항에 및 제4항의 어느 항에 있어서, Co : 1-8%를 함유하는 가이드슈용 주조합금.