KR910003573B1 - 가이드슈용 Ni기 주조합금 - Google Patents

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내용 없음.

Description

가이드슈용 Ni기 주조합금

본 발명은 특히 내열충격성, 고온내산화성 및 고온내마모성이 우수하고 이들의 특성이 요구되는 무계목강관 제조용 열간경사 압연기의 가이드슈로서 사용함에 적합한 Ni기 주조합금에 관한 것이다.

일반적으로 열간 경사 압연기는 상, 하 위치에 배설한 2개의 통형경사로울러, 좌, 우 위치에 배설한 가이드슈 및 전면 중심위치에 배설한 프러그를 구비하고 이 사이에 1150-1250℃에 가열된 봉상빌리트를 공급하여, 전기한 통형경사롤과 프러그에 의하여 열간천공압연하여 무계목강관을 제조하는 것이다.

이 경우 이 소관(素管)은 타원형을 이루면서 성형되게 되는 바 소관의 외경 및 두께를 일정하게 조정하기 위하여 설치된 것이 가이드슈이다.

따라서 소관은 나선상으로 회전 전진하면서 가이드슈의 표면과 습동하므로 고온에 가열된 소관과 접촉하는 가이드슈는 열전도에 의하여 급속가열과 냉각수에 의한 급속냉각이 반복되고 큰 응력부하 상태에서의 회전습동 마찰을 받게된다.

종래 이와 같은 가혹한 조건하에 사용되는 가이드슈의 제조에는 Fe-23% Cr-3% Ni계 또는 Fe-26% Cr-2% Ni계 등의 고 Cr저 Ni내열내마모성 합금강, Fe-1% C-2% Cr-7% Ni-5% Co-5% Cu계이거나, Ni-1% C-15% Cr-5% Mo계 등의 주조합금등이 사용되고 있으나, 이들 합금의 어떤 것은 고온내산화성 부족이 원인으로 고온가열된 소관의 표면에 발생한 스케일 또는 강편이 그 표면에 소착하여 이것이 원인으로 강관의 표면에 흠이 생기어 제조 실수율이 나빠지거나 또는 어떤 것은 국부적 고온가열과 냉각의 반복에 의한 내충격에 견디지 못하여 균열이 생기며, 또 어떤 것은 고온에 있어서의 내마모성 부족이 원인으로 짧은 사용수명을 나타내는 등으로 이들의 가이드슈에 요구되는 내열충격성, 고온내산화성 및 고온내마모성을 겸비한 합금은 아직 개발 안되고 있는 현실이다.

본 발명자들은 상술한 관점에서 무계목강관 제조용 열간경사 압연기의 가이드슈에 요구되는 특성을 모두 겸비한 주조합금을 얻고자 연구를 행한 결과, C:0.55-2%, Cr:10-2%미만, Fe:1-30%, W:0.1-10%, Mo:0.1-10%, Ti:0.01-4.5% Al:0.01-4.5%을 함유하고 필요에 따라서 Co:1-8%, Si:0.1-3%,또는 Mn:0.1-2%를 함유하며, 다시 필요에 따라 N:0.005-0.2%와 Nb:0.01-1.5% 및 Ta:0.01-1.5%중의 1종 또는 2종과, B:0.001-0.2% 및 Zr:0.001-0.2%중의 1종 또는 2종으로 되는 군에서 선택한 적어도 1종을 함유하고 나머지 Ni와 불가피 불순물로 된 조성(이상중량%)을 가지는 주조합금은 우수한 내열충격성, 고온내산화성 및 고온내마모성을 겸비하여 이들의 특성이 요구되는 열간 경사 압연기의 가이드슈로서 사용한 경우에 극히 장기간에 걸쳐 우수한 성능을 안정적으로 발휘한다는 것을 알게되었다.

본 발명은 상기한 얻은 지식에 기초하여 된 것으로 이하 성분조성범위를 위와 같이 한정한 이유를 설명한다

(a)·C

C 성분은 고온에서 소지중에 고용하는 한편 Cr, W, Mo, Ti, Nb 및 Ta등과 결합하여 M₇C₃, MC및 M₂₃C₆형 등의 탄화물을 형성하고 이에 의하여 강도와 경도의 향상을 가져오며 이결과 우수한 내마모성외에 용접성 및 주조성을 확보하는 작용이 있으나, 그 함량이 0.55%미만에서는 상기 작용에 소망하는 효과를 얻을수 없고, 한편 2%를 초과 함유하면 탄화물의 석출이 많아질뿐 아니라 그 입자가 초대화하여 인성을 저하하고 급열 급냉에 의한 열충격에 견딜수 없게 되므로, 그 함유량을 0.55-2%로 정한다.

(b)·Cr

Cr 성분은 그 일부가 소지에 고용하고 나머지 부분이 탄화물을 형성하여 합금의 경도를 향상시켜 고온내마모성을 개선하는 외에 고온내산화성도 향상시키는 작용이 있으며 함량이 10% 미만에서는 소망의 작용효과를 얻을수 없고, 한편 28%를 초과 함유하면 내열충격성이 저하되므로, 함유량을 10-28%로 정한다.

(c)·Fe

Fe 성분은 소정량을 함유하는 경우 Ni와 동등한 작용효과를 발휘하므로 원가 저하를 목적으로 고가한 Ni성분의 1부를 대체성분으로하여 함유되나, 1% 미만의 함유로서는 경제적 효과가 충분치 못하고, 한편 30%를 초과 함유하면 고온강도를 저하시키므로, 그 함유량을 1-30%로 정한다.

(d)·Ti

Ti성분은 소지의 결정입자의 서장을 억제할뿐아니라 오히려 결정입자를 미세화하며, 그리고 MC형의 탄화물 및 질화물, 그리고 상기한 바와같은 Ni₃(Al,Ti)의 금속간화합물을 형성하여, 고온강도, 고온내마모성, 내열충격성을 향상시키는 작용이 있으며, 그 함량이 0.01% 미만에서는 상기 작용에 소망효과를 얻을 수 없고, 한편 4.5%를 초과 함유시키면 고온에서의 탄화물 형성이 촉진되어 합금의 인성이 저하되고 또한 고온에서의 산화물의 생성도 현저하게 되어 고온내산화성이 나빠지므로, 그 함유량을 0.01-4.5%로 정한다

(e)·Al

Al성분은 Cr와의 공존에 있어서 고온에서의 내산화성 및 내식성을 개선하며, 또한 상기한 바와같이 Ni 및 Ti와 결합하여 Ni₃(Al,Ti)의 금속간 화합물을 형성하여 고온강도 및 내마모성을 일층 높이고 내열충격성 및 인성을 향상시키는 작용이 있으나, 함유량이 0.01% 미만에서는 전기한 작용에 소망효과를 얻을 수 없으며, 한편 4.5%를 초과 함유시키면 용탕의 유동성 및 주조성이 저하되어 제조가 곤란할 뿐 아니라 연성 및 용접성이 저하되어 실용적이 못되므로 그 함유량을 0.01-4.5%로 정한다.

(f)·W

W 성분에도 소지중에 고용함과 함께 C와 탄화물을 형성하여 고온경도 및 내마모성을 개선하는 작용이 있으나, 그 함유량이 0.1% 미만에서는 소망작용 효과를 얻을 수 없고, 한편 10%를 초과 함유시키면 내마모성은 향상되나 인성 및 내열충격성이 나빠지므로 함유량을 0.1-10%로 정한다

(g)·Mo

Mo 성분에는 W와 마찬가지로 특히 고온내마모성을 향상시키는 작용이 있으나, 그 함량이 0.1% 미만에서는 소망하는 우수한 고온내마모성을 얻을 수 있으며, 한편 10%를 초과 함유시키면 W와 같이 인성 및 내열충격성이 나빠지므로 함량을 0.1-10%로 정한다.

(h)·Co

Co 성분에는 소지에 고용하여 소지를 강화하고, 고온강도를 개선하는 외에 고온내마모성 및 내열충격성을 향상시키는 작용이 있으나, 그 함유량이 1% 미만에서는 소망작용효과를 얻을 수 없으며, 한편 8%를 초과 함유시켜도보다 개선효과를 볼수 없고 오히려 상기 작용효과의 감소되기 까지 하므로 그 함유량을 1-8%로 정한다.

(i)·Si

Si 성분에는 Cr와 같이 내열성을 향상시키는 작용이 있는 외에 탈산작용 및 용탕의 유동성을 개선하여 주조성을 향상시키는 작용이 있고 고온강도를 개선하는 작용을 하므로 특히 이들 특성이 요구되는 경우에 필요에 따라 함유시키나, 그 함량이 0.1% 미만에서는 전기한 작용에 소망효과를 얻을 수 없고, 한편 3%를 초과 함유시키면 Cr와의 관련에 있어 인성 및 용접성이 저하되므로 함유량을 0.1-3%로 정한다.

그리고 Si 성분은 이것을 탈산제로서 사용한 경우 등으로 불가피 불순물로서 0.1% 미만의 범위로 함유하는 경우가 있으나, 이 경우에는 불가피불순물량을 포함하여 전체 함유량이 0.1% 이상으로 하면된다.

(j)·Mn

Mn 성분은 Ni와 같이 소지에 고용하여 오스테나이트를 안정시키고 내열충격성 및 고온내마모성을 향상시키는 작용이 있으며, 탈산작용도 겸하여 가지는 것으로 이들의 특성이 필요되는 경우에 함유시키거나 함유량이 0.1% 미만에서는 소망작용 효과를 확보할 수 없고, 한편 2%를 초과 함유시키면 고온 내산화성이 나빠지므로 그 함량을 0.1-2%로 정한다. 그리고 Mn은 Si 성분과 마찬가지로 불가피불순물로서 0.1% 미만의 범위에서 함유하는 경우가 있으나, 이 경우도 불가피 불순물 함유량을 포함 전체 함유량이 0.1%이상으로 되도록 조정하면 된다.

(k)·N

N성분은 그 일부가 오스테나이트 소지에 고용하고 이것을 안정화 함과 동시에 나머지 부분이 금속질화물을 형성하여 고온강도를 일층 향상시키는 작용이 있으므로 특히 고온강도가 요구되는 경우에 필요에 따라 함유시키나, 함유량이 0.005% 미만에서는 보다 더 낳은 고온강도 개선효과를 볼수 없고, 한편 0.2%를 초과하면 질화물량이 증대할뿐 아니라 질화물입자의 조대화를 일으켜 취약하게 되며 내열충격성이 나빠지므로 0.005-0.2%로 정한다.

(l)·Nb 및 Ta

이들 성분에는 특히 소지의 결정입의 성장을 억제하고 그리고 MC형의 탄화물 및 질화물을 형성하고 고온강도 및 고온내마모성을 일층 향상시는 균등작용이 있으므로 이들 특성이 특히 필요한 경우에 필요에 따라 함유시키며, 그 함유량이 0.01% 미만에서는 전기한 작용에 소망효과를 얻을 수 없고, 한편 1.5%를 각기 초과 시키면 고온에서의 산화물의 생성이 현저하게 되는 등의 고온내산화성이 나빠지고, 탄화물의 형성이 과다하여 인성 및 내열충격성이 나빠지므로 함유량을 0.01-1.5%로 정한다.

(m)·B 및 Zr

이들 성분은 고온강도, 고온내마모성, 내열충격성 및 고온내산화성을 보다 일층 향상시키는 균등적 작용이 있으므로, 필요에 따라 함유시키나 그 함량이 0.001% 미만에서는 소망의 향상효과를 얻을수 없고, 한편 0.2%를 초과 함유하면 인성, 내열충격성 그리고 주조성 및 용접성이 나빠지므로 함유량을 0.001-0.2%로 정한다.

다음으로 본 발명의 주조합금을 실시예에 의하여 비교예와 대비하면서 설명한다.

[실시예 1]

통상의 고주파 용해로를 사용 각각 제1표와 같은 성분조성을 가진 용탕을 대기중에서 용해하고 모래형에 주조하므로서 본 발명 주조합금 1-119, 비교주조합금 1-27 및 종래주조합금 1-4의 각종 시험편을 각각 제조하고, 이들을 사용하여 경도측정시험 상온샬피충격시험, 오고시식금속간마모시험 및 실제기계의 금속가열 및 금속냉각의 반복에 가까운 조건에서 열충격 시험을 행하였다.

그리고 경도 측정시험은 상온, 900℃ 및 1000℃에 있어서의 비커스경도를 측정을 행하였고 또 오고시식(大越`式) 금속간 마모시험은 상대재료 SUJ-2(H_RC57이상), 하중 18.2Kg, 마찰속도 0.083m/sec의 조건으로, 그리고 상온건조 상태에서 행하여 이들 결과로 부터 비마모량을 산출하였다.

또 열충격시험은 일방 단면의 중심부에 직경 10mmψ의 구면 요면을 형성한 12mm×12mm×30mm의 각 주상시험편을 사용하여 이 시험편의 구면 요면을 산소-프로팬 가스로서 30초간 가열하고, 그 온도를 900℃로 한후, 즉시 분무수로 20초간 분무하여 그 온도를 약 200℃로 하는 공정을 1사이클로 하여 이를 반복 행하고 3회마다 전기한 구면 요면을 형광탐상법을 사용하여 관찰하여 균열이 발생하기 까지의 사이클수를 측정하므로서 행하였다.

이들 실험결과를 제 2 표에 모아서 표시하였다.

또 2 표의 균열발생까지의 사이클수의 난에서 "30 이상"이란 것은 30사이클의 반복 열충격시험에서의 구면요면에 균열의 발생을 볼수 없는 것이다.

제 2 표에 표시된 결과로 부터 본 발명 주조합금 1-119는 모두 종래주조합금 1-4에 비하여 극히 우수한 상온 및 고온경도를 가지며, 그리고 상온인성, 내마모성 및 내열 충격성도 우수함을 알수 있다.

이와같이 본 발명 주조합금 1-119는 모두 우수한 상온 및 고온 경도, 인성, 내마모성, 내열충격성을 겸비함에 대하여 구성성분중 어느 성분(*인표시)의 함유량이 본 발명의 범위를 벗어난 조성을 가지는 비교주조합금 1-27은 이들특성중 적어도 어느 하나의 특성이 낮은 것으로 되어 있다.

상술한 바와같이 본 발명의 주조합금은 특히 우수한 내열성, 내마모성 및 내열충격성을 구비하므로 이들의 특성이 요구되는 무계목강관 제조용열간경사 압연기(천공기를 포함)의 가이드슈로서 사용하는 경우 대단히 장기에 걸쳐 안정적 성능을 발휘하는 등 공업상 유용한 특성을가지는 것이다.

[표 1a]

[표 1b]

[표 1c]

[표 1d]

[표 1e]

[표 1f]

[표 2a]

[표 2b]

[표 2c]

[표 2d]

[표 2e]

[표 1f]

Claims (6)

1. C:0.55-2%, Cr:10-28%, Fe:1-30%, Ti:0.01-4.5%, Al:0.01-4.5%, W:0.1-10%, Mo:0.1-10%를 함유하고 나머지가 Ni와 불가피불순물로 된 조성(이상중량%)을 가짐을 특징으로 한 무계목강관 제조용 열간경사 압연기의 가이드슈용 Ni기 주조합금.
2. C:0.55-2%, Cr:10-28%, Fe:1-30%, Ti:0.01-4.5%, Al:0.01-4.5%, W:0.1-10%, Mo:0.1-10%와 Si:0.1-3%, Mn:0.1-3%, Nb:0.1-1.5%, Ta:0.01-1.5% B:0.001-0.2% 및 Zr:0.001-0.2%중의 1종 이상을 함유하며 나머지 Ni와 불가피불순물로 조성(이상중량%)됨을 특징으로한 무계목강관 제조용 열간경사 압연기의 가이드슈용 Ni기 주조합금.
3. 제 1 항에 있어서, Co:0-8%를 함유하는 가이드슈용 Ni기 주조합금.
4. 제 1 항 및 제 3 항의 어느항에 있어서, N:0.005-0.2%를 함유하는 가이드슈용 Ni기 주조합금.
5. 제 2 항에 있어서, Co:1-8%를 함유하는 가이드슈용 Ni기 주조합금.
6. 제 2 항 및 제 5 항의 어느항에 있어서, N:0.005-0.2%를 함유하는 가이드슈용 Ni기 주조합금.