KR930003604B1

KR930003604B1 - 단조품 제조용 강 및 강의 열처리방법

Info

Publication number: KR930003604B1
Application number: KR1019850003921A
Authority: KR
Inventors: 꿀롱 앙드레; 로 이어 샨딸; 피에르 바듀 쟌
Original assignee: 소시에떼 아노님 디뜨 알솜-아뜨란띠끄; 미셀 달삭
Priority date: 1984-06-05
Filing date: 1985-06-05
Publication date: 1993-05-08
Also published as: CS402885A2; KR860000400A; ATE42347T1; FR2565251B1; CS274262B2; EP0164678A1; JPS61566A; FR2565251A1; US4689095A; EP0164678B1; DE3569576D1

Abstract

내용 없음.

Description

단조품 제조용 강 및 강의 열처리방법

제1도는 본 발명에 따른 조성을 갖는 강에 의해 설정되는 영역을 나타내는 것으로서 Cr 당량 축과 직교하는 Ni 당량 축을 갖는 다이어그램.

제2도는 제1도의 지정부분의 확대도.

본 발명은 대형 단조품, 특히 터어빈 회전자 제조용 강에 관한 것이다.

종래 Cr-Mo-V계 강으로 제조된 터어빈 회전자는 약 550℃의 증기 온도에서 사용할 수 있도록 되어있다.

그런데 증기사용 온도를 더 높이면서도 우수한 기계적 특성을 지니도록 크롬함량을 높인 강이 사용되었는데, 프랑스 공화국 특허 제1,407,452호를 그 예로 들 수 있다.

본 발명에 따른 강은 상온 및 고온에서의 기계적 특성이 향상되며, 또 증기온도 600℃에서 사용할 수 있다.

본 발명의 강은 탄소(C) 0.16 내지 0.22%, 규소(Si) 0.3% 이하, 망간(Mn) 0.5% 이하, 니켈(Ni) 0.6 내지 0.9%, 크롬(Cr) 10.7 내지 12.23%, 몰리브덴(Mo) 0.8 내지 1.1%, 바나듐(V) 0.2 내지 0.35%, 니오브(Nb) 0.07 내지 0.2%, 질소(N₂) 0.05 내지 0.11% 및, 붕소(B) 0.008% 이하와, 그리고 잔류물로서 황 0.02% 이하, 인 0.02% 이하, 코발트 0.025% 이하, 알루미늄 0.01% 이하, 티타늄 0.02% 이하, 주석 0.02% 이하, 구리 0.1% 이하, 텅스텐 0.015% 이하, 비소 0.02% 이하, 안티몬 0.0025% 이하를 함유하고 잔부를 철로 구성되는 조성을 가진다.

상기 강은

Ni eq=30C+0.5Mn+2Ni+25N₂+40B

의 공식을 사용하여 계산한 9 내지 10.2의 니켈당량을 가지며,

Cr eq=Cr+2Si+1.5Mo+5V+1.75Nb

의 공식을 사용하여 계산한 14.5 내지 15.5의 크롬당량을 갖는데, 크롬당량과 니켈당량간의 비는 1.49 내지 1.65가 된다.

우수한 기계적 특성을 얻기 위하여 본 발명에 따른 강으로 제조된 단조품은 다음과 같은 단계로 구성된 열처리를 한다. 즉, 단조품을 완전히 고용화할 수 있는 충분한 시간동안 1130 내지 1170℃에서 균질화시킨 후 로내에서 서냉하고, 1050 내지 1130℃에서 오스테나이트화시킨 후 250℃로 소입하며, 최종적인 특성을 얻기 위하여 탬퍼링 한다.

본 발명의 적합한 실시예에 따라 템퍼링은 다음과 같은 단계로 구성된다. 즉 540 내지 600℃, 적합하게는 560℃인 1차 온도(θ₁)로 상승시키고, 25시간보다 적지 않은 시간(t)동안 상기 온도로 유지한 후 상온까지 서냉하고, 650 내지 710℃, 적합하게는 685℃인 2차 온도(θ₂)로 상승시키고, 25시간보다 적지 않은 시간(t)동안 상기 온도로 유지시킨 후 상온까지 서냉하며, 25시간보다 적지 않은 시간동은 θ₃=θ₂-θ₀(θ₀=30 내지 50℃)의 온도에서 안정화 처리를 행한다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 질소의 첨가에서와 같이 니오브의 첨가(고온에서 크리이프 특성에 높은 저항을 갖는 강에 대하여는 일반적임)를 제한한 대형 부품을 단조하기 위한 고합금 강조성물에 관한 것이다. 즉, 첨가원소들의 혼합물은, 조직내에 잔류 페라이트상이 존재하지 않는 평형에 도달할 수 있도록 기여하게 된다.

12% 크롬강(크롬을 10 내지 14% 함유하는 강) 및 바나듐에 부가하여 니오브를 다량(0.2 내지 0.5%) 포함하는 강은, 우수한 크리이프 특성을 갖는다는 사실이 주지되어 있다. 그러나 대형 단조품의 코어부에 과량의 탄화니오브가 존재하면 압연방향에 수직방향으로 연성이 부적절하게 된다. 그런데, 니오브의 함량을 감소시키면 고온특성에 상대효과를 가져와 바람직하지 않다.

따라서 열처리 과정중 현성된 탄화-질화물을 완전히 고용화하면서 모든 압연방향에서 적합한 연성을 얻기 위해 니오브와 질소의 결합량을 극히 최소로 제한하는 것이 중요하다. 상기한 첨가물을 충분히 활용하기 위하여 강 조성물중의 정확한 니오브 함량에 대하여 오스테나이트화 온도와 그 유지시간을 조정(단조품의 주어진 직경에 대하여)할 수 있도록 선택한다.

더우기 불균질한 조성은 대형 단조품의 조직내에 과도한 페라이트를 발생시키는바, 이는 첨가원소의 비율을 신중하게 조정함으로써 배제할 수 있다. 이와같은 조정작업을 수행하는 양호하고 정확한 방법은 "크롬 및 니켈당량"방법인데, 이 방법은 페라이트(α원소)의 형성과 오스테나이트(γ원소)의 형성을 위한 원소의 적합성을 나타내는 각 원소에 대한 계수에 관련된다. α원소는 Si,Cr,Mo,W,V,Nb,Ti 및 Al을 포함하고, γ원소는 C,Mn,Ni,Co 및 Cu를 포함한다. 현존하는 문헌에서 크롬 및 니켈당량을 계산하기 위한 공식을 찾을 수 있는바, 이는 Schneider의 저서, 또는 Rickett, White, Walton 및 Butler의 저서에 언급되어 있다.

다음의 표는 각 첨가원소에 대한 페라이트 또는 오스테나이트 형성 적성계수의 지침을 준다.

다음의 식을 이용하여 추정치를 계산하는데, 기호는 강중 원소의 질량에 상당하다.

니켈당량=30C+0.5Mn+2Ni+25N₂+40B

크롬당량=Cr+2Si+1.5Mo+5V+1.75Nb

본 발명에 따른 합금조성물은 상기 내용을 기초로하여, 크롬당량이 14.5 내지 15.5 보다 적합하게는 14.7 내지 15.3이고, 니켈당량이 9 내지 10.2인데, 크롬당량과 니켈당량의 최적비율은 1.49 내지 1.65이다.

제1도는 크롬당량은 X축에, 니켈당량은 Y축에 도시한 다이어그램이다. 얻어진 최종조직은 제1도에서, 한 조직에서 다른 조직(A는 오스테나이트, M은 마텐사이트, δF는 델타-페라이트)으로 변화되는 경로를 통상적인 방법으로 직선으로 표시했다. 장방형 abcd는 사용된 조성의 극한치(7.25＜니켈당량＜11.72, 13.12＜크롬당량＜16.65)로써 화학분석이 한정된 영역을 나타낸다.

최적영역은 9＜니켈당량＜10.2, 14.5＜크롬당량＜15.5에 해당하는 작은 장방형 efgh(제2도 참조) 내측이고, 특히 더욱 적합한 영역은 크롬당량/니켈당량의 비가 1.49 또는 1.65로 주어진 두개의 직선 D 및 D' 사이에 존재하는 작은 장방형의 영역 ifjkhl 내측이다.

잔류 오스테나이트는 선 D위에 있고, 잔류 페라이트는 선 D' 밑에 있다. 영역 ifjkhl에서 마텐사이트는 어떠한 잔류 오스테나이트 및/또는 잔류 페라이트 없이 존재함을 알 수 있다.

제2도는 프랑스 특허 제1,407,452호에 기재된 바와같은 적합한 조성의 한계를 주는 장방형 R영역을 점선으로 표시하고 있다.

상온 또는 고온에서 바라는 특성을 얻기 위해서, 본 발명의 합금으로 제조된 단조품은 특수한 열처를 한다. 다음 설명은 직경 1400mm, 무게 30미터톤인 단조품의 열처리에 관한 것이다.

단조품을 완전히 고용화시키는데 충분한 시간동안 1130 내지 1170℃의 온도범위에서 균질화처리한 후 로내에서 약 700℃로 냉각시키고, 1050 내지 1130℃ 사이에서 오스테나이트화한 후, 단조품 코어부의 냉각 속도가 40℃/시간 이하로 떨어지지 않도록 기름, 물, 퍼프공기로써 소입하는바, 이때 상기 냉각속도 이하에서는 퍼어라이트 변태가 발생하므로 이를 피해야 한다. 그런다음 단조품을 250℃ 이하로 냉각시키는데, 이 온도에서 마텐사이트 변태가 완료된다.

이어서 단조품은 템퍼링하여 최종특성을 얻는다. 템퍼링은 몇 단계로 실시하는데, 1차 온도(θ₁) 약 560℃(540 내지 600℃)로 상승시키고 적어도 25시간(및 48시간까지)동안 유지한다. 다음 상온까지 서냉시킨 후 2차 템퍼링 처리를 행하여 잔류 오스테나이트를 마텐사이트로 변태완료시켜 단조품에 바라는 특성을 부여한다. 이러한 2차 템퍼링은 2차 온도(θ₂) 650 내지 710℃(최적온도는 685℃)의 온도에서 1차 템퍼링처리 시간과 비슷한 시간동안 행한다. 이어 노내에서 상온으로 냉각시킨 후 2차 템퍼링 처리의 온도(θ₂) 보다 약 30℃ 낮은 온도(θ₃)에서 25 내지 48시간동안 완화 처리를 행한다.

다음의 표와 같은 조성에서 여러 시험을 실시하였다.

열처리는 다음과 같이 실시했다.

균질화처리 ; 1150℃에서

오스테나이트화처리 ; 1080℃에서

수냉소입 ;

템퍼링 ; 560℃와 685℃에서

상기 조성을 갖는 단조품 샘플들의 550℃에서 순간파괴 응력은 다음과 같다.

최소 극한인장강도 ; 535MPa, 최소 0.002응력 ; 460MPa

최대 극한인장강도 ; 600MPa, 최대 0.002응력 ; 530MPa

550℃에서 라슨과 밀러의 외삽법을 사용하여 크리이프 시험을 행했다(변수 TK(25+log t)^-3)

⁴h : 282MPa±28

⁵h : 185MPa±14

13.5 내지 21%사이의 파괴에서 5d연신, 41 내지 70% 사이의 파괴에서 네킹.

Claims

탄소 0.16 내지 0.22%, 규소 0.3% 이하, 망간 0.5% 이하, 니켈 0.6 내지 0.9%, 크롬 10.7 내지 12.3%, 몰리브덴 0.8 내지 1.1%, 바나듐 0.2 내지 0.35%, 니오브 0.07 내지 0.20%, 질소 0.05 내지 0.11 및 붕소 0.008% 이하와, 잔류물로서 황 0.020%이하, 인 0.020%이하, 코발트 0.025%이하, 알루미늄 0.010%이하, 티타늄 0.02%이하, 주석 0.02%이하, 구리 0.10%이하, 텅스텐 0.015%이하, 비소 0.020%이하 및 안티믄 0.0025%이하, 그리고 잔부는 철로된 조성이며,

니켈당량=30C+0.5Mn+2Ni+25N₂+40B

(C : 탄소, Mn : 망간, Ni : 니켈, N₂: 질소, B : 붕소)의 공식을 사용하여 계산한 9 내지 10.2의 니켈당량을 갖고, 크롬당량=Cr+2Si+1.5Mo+5V+1.75Nb(Cr : 크롬, Si : 규소, Mo : 몰리브덴, V : 바나듐, Nb : 니오브)의 공식을 사용하여 계산한 14.5 내지 15.5의 크롬당량을 가지며, 크롬당량과 니켈당량의 비가 1.49 내지 1.65인 것을 특징으로 하는 단조품 제조용 강.
제1항에 있어서, 상기 크롬당량이 14.7 내지 15.3인 것을 특징으로 하는 단조품 제조용 강.
제1항에 있어서, 상기 규소를 0.1% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 단조품 제조용 강.
제1항에 있어서, 상기 망간을 0.3%이하 함유하는 것을 특징으로 하는 단조품 제조용 강.
제1항에 있어서, 상기 붕소를 0.005% 포함하는 것을 특징으로 하는 단조품 제조용 강.
제1항에 따른 강을 단조하여 얻은 단조품을 열처리하는 방법에 있어서, 단조품을 1130 내지 1170℃의 온도범위에서 완전히 고용화되기에 충분한 시간 동안 균질화처리한 후 로내에서 서냉하고, 1050 내지 1130℃사이의 온도에서 오스테나이트화 처리한 후 250℃의 온도로 소입하며, 최종특성을 얻기 위해 템퍼링하는 것을 특징으로 하는 강의 열처리방법.
제6항에 있어서, 상기 템퍼링은 540 내지 600℃의 1차 온도(θ₁)로 상승시키고 25시간보다 적지 않은 시간 t동안 상기 온도에서 유지한 후 상온까지 서냉하며, 650 내지 710℃의 2차 온도(θ₂)로 상승시키고 25시간보다 적지 않은 시간 t동안 상기 온도로 유지한 후, 상온까지 서냉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강의 열처리방법.
제7항에 있어서, 상기 템퍼링 후에 θ₃=θ₂-θ₀(θ₀는 30 내지 50℃)의 온도에서 적어도 25시간 시간 동안 안정화처리를 행하는 것을 특징으로 하는 강의 열처리방법.