KR890001447B1 - 무계목강관 제조용 열간경사 압연기의 가이드슈용 주조합금 - Google Patents

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Description

무계목강관 제조용 열간경사 압연기의 가이드슈용 주조합금

본 발명은 특히 내충격성, 고온내산화성 및 고온내마모성이 우수하여 이들 특성이 요구되는 무계목강관 제조용 열간경사 압연기의 "가이드슈"로서 사용함에 적합한 주조합금에 관한 것이다.

일반적으로 열간경사 압연기는 상,하 위치에 배설한 2개의 통형경사로울러, 좌, 우위치 배설한 가이드슈 및 전면 중심위치에 배설한 가이드슈 및 전면 중심위치에 배설한 플러그를 구비하고, 이 사이에 1150-1250℃에 가열된 봉상빌리트를 공급하여, 상기 통형경사로울러 와 플러그에 의한 열간 천공압연하여 무계목강관을 제조하는 것이다. 이 경우 소관(素管)은 타원형으로 되면서 성형되게 되는바, 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 금속 가열과 냉각수에 의한 급냉의 반복되어 큰 응력부하상태에서 회동 습동 마찰을 받게된다.

종래, 이와같은 가혹한 조건하에서 사용되는 가이드슈의 제조에는, Fe-23% Cr-3% Ni계, Fe-26% Cr-2% Ni계등의 고 Cr 저 Ni내열내마모합금, Fe-1% C-20% Cr-7% Ni-5% Co-5% Cu계, Ni-% C-15% cR-5% Mo계등의 주조합금이 사용되고 있으나, 이들 합금의 어떤것은 고온내산화성 부족이 원인으로 고온가열된 소관의 표면에 발생한 스케일이나 강편이 그 표면에 소착하여, 이것이 원인으로 강관의 표면에 흠이 생겨 제품 실수율이 나바지고 또는 어떤것은 국부적 고온가열과 수냉의 반복에 의한 열충격에 견디지 못하여, 균열이 생기거나 또 어떤 것은 고온에서의내마모성 부족이 원인되어 사용수명이 짧아지는 등으로, 이들이 가이드슈에 요구되는 내열충격성, 고온 내산화성 및 고온 내마모성을 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, C0.05-1.9%, Si0.1-3%, Mn0.1-2%, Cr28-39%,Ni25-46%, Co1-8%, Ti0.01-3.5%, A0.01-3.5%, W1-8%, Mo0.5-9%를 함유하고 필요에 따라 N0.005-0.2%와 Nb0.01-1.5% 및 Ta0.01-1.5%중의 1종 또는 2종과 B0.001-0.2% 및 Zr0.001-0.2% 중 1종 또는 2종으로 되는 군에서 선택한 적어도 1종을 함유하며, 나머지가 Fe와 불가피불순물로된 조성(이상중량%)을 가진 주조합금은,우수한 내열충격성, 고온내산화성 및 고온내마모성을 겸비하여, 따라서 이들 특성이 요구되는 열간경사 압연기의 가이드슈로서 사용할 경우, 대단히 장기에 걸쳐 우수한 성능을 안정적으로 발휘한다는 것을 알게되었다. 본 발명은 상기 지식에 근거하여 행하여진 것으로 이하 성분조성범위를 상기한 바와같이 한정한 이유를 설명한다.

(a) . C C성분은 고온에서 소지중에 고용하는 한편, Cr, W, Mo, Ti, Nb, 및 Ta등과 결합하여 M₇C₃, Mc 및 M₂₃C₆형등의 탄화물을 형성하여, 이에 의하여 강도와 경도의 향상을 도모하며, 이결과 우수한 내마모성이외에, 용접성 및 주조성을 확보하는 작용이 있으나, 그 함량이 0.55%미만에서는 상기 작용에 소망효과를 얻을수 없으며, 한편 1.9%를 초과하면 탄화물의 석출이 많아질뿐 아니라, 그 입자가 조대화되어 인성이 저하되고, 급열 급냉에 의한 열충격에 견딜수 없게되므로, 그 함유량을 0.55-1.9%로 정한다.

(b) .Si Si성분은 Cr와 같이 내열성을 향상시키는 작용이 있는외에 탈산 작용 및 용탕의 유동성을 개선하여 주조성을 향상 시키는 작용이 있으며, 또한 고온강도를 개선하는 작용이 있으나, 그 함량이 0.1%미만에서는 상기 각 작용에 소망의 효과를 얻을수 없으며, 한편3%를 초과 함유하면 Cr와의 관련에 있어서 인성 및 용접성이 저하되므로, 그 함유량은 0.1-3%로 정한다. 그리고 Si성분은 이것을 탈산제로서 사용한 경우 불가피불순물로서 0.1%미만의 범위로 함유하는 경우가 있으나, 이 경우에는 불가피불순물 함유량을 포함하여 전체 함유향이 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 확보할수 없으며, 한편 2%를 초과 함유시키면 고온 내산화성이 저하하게되므로, 그 함유향은 0.1-2%로 정한다. 또한 Mn성분도 Si성분과 마찬가지로 불가피불순물로서 0.1%미만 범위에서 함유하는 경우가 있으나, 이 경우도 불가피불순물 함유량을 포함하여 전체 함유향이 0.1%이상이 되도록 성분조정을 하면된다.

(d) .Cr Cr성분에는 그 1부가 소지에 고용하고 나머지 부분이 탄화물을 형성하여 합금의 경도를 향상시켜 고온 내마모성을 개선하는 외에 고온내산화성도 향상시키는 작용이 있으며, 그 함량이 28%미만에서는 소망의 작용효과를 얻을수 없고, 한편 39%를 초과 함유하면 내열충격성을 저하하게 되므로, 그 함유량은 28-39%로 정한다.

(e) . Ni Ni성분에는, 소오스테나이트를 안정히 하여 내열 충격성 및 인성을 높이는외에 Al 및 Ti와 결합하여 금속간 화합물{Ni{Al, Ti)}을 형성하여, 합금의 고온강도 및 고온내마모성을 개선하고 또한 Cr와 같이 고온내산화성을 향상시키는 작용이 있으나, 그 함량이 25%미만에서는 상기 작용에 소망의 효과를 얻을 수 없고, 한편 49%를 초과 함유 시켜도 더이상의 개선효과를 불수 없고 경제성을 고려하여, 그 함유향은 25-49%로 정한다.

(f) .Co Co성분에는, 소지에 고용하여 이를 강화하고, 고온강도를 개선하는 외에, 고온내마모성 및 내열충격성을 향상시키는 작용이 있으며, 그 함량이 1%미만에서는 소망의 작용효과를 얻을 수 없고, 한편8%를 초과 함유시켜도 더이상의 개선효과를 볼수 없고, 도리어 상기 작용효과의 감소 경향이 있어, 그 함유랑은 1-8%로 정한다.

(g) . Ti Ti성분에는, 소지의 결정입의 성장을 억제할뿐 아니라, 도리어 이 결정입을 미세화하고, 한편MC형의 탄화물 및 질화물, 그리고 상기한 Ni₃(Al, Ti)의 금소간 화합물을 형성하여, 고온강도 및 고온내마모성을 향상시키는 작용이 있으나, 그 함량이 0.01%미만에서는 상기 작용에 소망효과를 얻을수 없고, 한편 3.5%를 초과하면 고온에서의 탄화물형성이 촉진되어 합금의 인성을 저하시키고 또한 고온에서의 산화물의 생성도 현저하게 되어 고온 내산화성의 저하를 초래하므로, 그 함유량을 0.01-3.5%로 정한다.

(h) .Al Al성분은, Cr와의 공존에 있어서 고온에서의 내산화성 및 내식성을 개선하고, 또한 상기한바 Ni 및 Ti와 결합하여 Ni₃(Al, Ti)의 금소간 화합물을 형성하는외에, 질화물을 형성하여 고온강도 및 내마모성을 일층 높이며, 또한 내열충격성 및 인성을 향상시키는 작용이 있으나, 그 함량이 0.01%미만에서는 상기 작용에 소망효과를 얻을수 없고, 한편 3.5%를 초과 함유하면 용량의 유동성 및 주조성이 저하되어 제조를 곤란하게 할뿐 아니라 인성 및 용접성도 저하하여 실용적이 못되므로, 그 함유향은 0.01-3.5%로 정한다.

(i). W W성분에도, 소지중에 고용함과 더불어 C와 탄화물을 형성하여 고온경도 및 내마모성을 개선하는 작용이 있으나, 그 함량이 0.5%미만에서는 소망 작용효과를 얻을 수 없고, 한편8%를 초과 함유시키면 내마모성을 향상시키게 되나, 인성 및 내열충격성이 저하되므로, 그 함유량은 0.5-8%로 정한다.

(j) .Mo Mo성분은, W와 마찬가지로 특히 고온 내마모성을 향상시키는 작용이 있으며, 그 함량이 0.5%미만에서는 소망의 우수한 고온내마모성을 얻을 수 없고, 한편9%를 초과 함유시키면 W와 마찬가지로 인성 및 내열충격성이 저하되게 되므로, 그 함유량을 0.5-9%로 정한다.

(k) .N N성분은, 그 일부가 오스테나이트소자에 고용하여, 이를 안정화합과 더불어, 나머지 부분이 금속질화물을 형성하여 고온강도를 일층 향상시키는 작용이 있으므로, 특히 고온강도가 요구되는 경우에 필요에 따라 함유시키나 그 함유량이 0.005%미만에서는 보다 낳은 고온강도 개선효과를 볼수 없고, 한편 0.2%를 초과 함유시키면 질화물량이 증대할뿐 아니라, 질화물 입자의 조대화를 일으켜 취약화되고, 내열충격성이 저하되게 되므로, 그 함유량은 0.005-0.2%로 정한다.

(L) . Nb 및 Ta이들 성분에는, 특히 소지의 결정입의 성장을 억제하며, 그리고 MC형의 탄화물 및 질화물을 형성하여 고온강도 및 고온내마모성을 일층 향상시키는 균등적 작용이 있으므로, 이들 특성이 특히 필요로 되는 경우에 필요에따라 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 고온내산화성의 저하를 초래하고, 또한 탄화물의 형성이 과다하게 되어 인성 및 내열충격성의 저하를 초래하므로, 각각 함유량을 0.01-1.5%로 정한다.

(m) .B 및 Zr이들 성분은,고온강도, 고온내마모성, 내열충격성 및 고온내 산화성을 일층 향상시키는 균등적 작용이 있으므로, 필료에따라 함유시키나, 그 함유향이 각각 0.001%미만에서는 소망의 향상효과를 얻을수 없고, 한편 0.2%를 초과 함유시키면 인성, 내열충격성, 주조성 및 용접성의 악화를 초래하므로, 그 함량을 0.001-0.2%로 정한다.

다음에 본 발명의 주조합금을 실시예에 의하여 비교예와 대비하여 설명한다.

[실시예]

통상의 고주파용해로를 사용하여 각각 제 1표에 표시된 성분조성을 가진 용탕을 대기중에서 용해하여 모래형에 주조하므로서, 본 발명 주조합금 1-32, 비교합금 1-12 및 종래 주조합금 1,2의 각종 시험편을 각각 제조하고, 이들 시험편을 경도 측정시험, 상온샬피충격시험, 오고 시식금속간 마모시험, 및 실제기계에서와 같은 급속가열 및 급속냉각의 반복에 가까운 조건에서 열충격시험을 각각 행하였다. 또한 경도 측정시험을 상온, 900℃ 및 1000℃에 있어서의 비커스경도를 측정하므로서 행하였고, 또한 보고시식 금속간 마모시험은, 상대재료 SUJ-(H_RO57이상), 하중 18.2Kg,

[제 1 표]

마찰금속도 0.083m/sec의 조건에서, 상온 건조상태에서 행하고, 이들 결과로부터 비마모량을 산출하였다. 또한 열충격시험은 일방단면의 중심부에 직경 10mmψ의 구면요면을 형성한 12mm×12mm×30mm의 각 주상시험편을 사용하고, 이 시험편의 구면요부를, 산소-프로펜개스 버어너에 의하여 30초간 가열하고, 그 온도를 약 900℃로 한후, 즉시 분무수를 20초간 취부하고, 그 온도를 약 200℃로 하는 공정을 1사이클로 하고, 이것을 반복하여 행하고, 3회마다 상기 구면요부를 형광탑상법(螢光搭傷法)을 사용 관찰하여, 균열이 발생하기까지의 사이클수를 측정하므로서 행하여졌다. 이들 시험결과를 제2표에 모아서 표시하였다.

[제 2 표]

또한 제2표의 균열발생하기 까지의 사이클수의 난에서의"30이상"은, 30사이클의 반복 열충격시험에서도 구면 요면에 균열이 발생을 볼수 없었다. 제2표에 표시된 결과로부터, 본 발명 주조합금 1-32는 어느것이나 종래 주조합금 1,2에 비하여, 대단히 우수한 상온 및 고온경도를 가지며, 그리고 상온인성, 내마모성, 및 내열충격성에도 우수한 것임을 알수 있다. 이와같이 본 발명 주조합금 1-32은 모두 우수한 상온 및 고온 경도, 인성, 내마모성, 내열충격성을 겸하여 구비하고 있음에 대하여, 구성 성분중의 어느 것인가의 성분(※인 표시)의 함유량이 본 발명의 범위로부터 벗어나는 조성을 가지는 비교 주조합금 1-12에서는 이들의 특성중 적어도 어느하나의 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 사용할경우, 대단히 장기간에 걸처 안정적 성능을 발휘하는등 공업상 유용한 특성을 가지는 것이다.

Claims (4)

1. C : 0.55-1.9%, Si : 0.1-3%, Mn : 0.1-2%, Cr : 28-39%, Ni : 25-49%, Co : 1-8%, Ti : 0.01-3.5%, A : 0.01-3.5%, W : 0.5-8%, Mo : 0.5-9%를 함유하고 나머지 Fe와 불가피불순물로된 조성(이상중량%)으로됨을 특징으로한 무계목강관 제조용 열간경사 압연기의 가이드슈용 주조합금.
2. 제1항에 있어서 N : 0.005-0.2%를 함유한 가이드슈용 주조합금.
3. C : 0.55-1.9%, Si : 0.0-3%, Mn : 0.1-2%, Cr : 28-39%, Ni : 25-49%, Co : 1-8%, Ti : 0.01-3.5%, A : 0.01-3.5%, W : 0.5-8%, Mo : 0.5-9%를 하유하고 다시 Nb : 0.01-1.5%, Ta : 0.01-1.5%, B : 0.001-0.2% 및 Zr : 0.001-0.2%중의 1종 이상을 함유하며, 나머지는 Fe와 불가피불순물로된 조성(이상중량%)으로됨을 특징으로한 무계목강관 제조용 열간경사 압연기의 가이드슈용 주조합금.
4. 제3항에 있어서, N : 0.005-0.2%를 함유한 가이드슈용 주조합금.