KR930010327B1

KR930010327B1 - 열간 가공 프레스 공구용 강

Info

Publication number: KR930010327B1
Application number: KR1019880017889A
Authority: KR
Inventors: 마나부 오호리; 노리아끼 고시쥬까; 요시히로 가다오까; 슈조 우에다
Original assignee: 가와사끼 세이데쯔 가부시끼가이샤; 야기 야스히로
Priority date: 1988-04-20
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1993-10-16
Also published as: AU605003B2; AU4874390A; AU2738888A; JPH0480110B2; AU4874490A; CA1325533C; EP0338133A2; DE3889905D1; EP0338133B1; AU618164B2; DE3889905T2; KR890016200A; EP0338133A3; BR8807006A; US5011656A; JPH01268846A

Abstract

내용 없음.

Description

열간 가공 프레스 공구용 강

제1도는 고온 피로 시험도의 사이클수와 균열깊이 사이의 관계를 나타내는 그래프.

제2도는 Cr 당량값과 δ-페라이트 함유량 사이의 관계를 나타내는 그래프.

제3도는 Cr 당량값과 산화물 통한 중량감소 사이의 관계를 나타내는 그래프.

제4도는 노치형의 스케일을 도시한 개략도.

제5도는 Cr/Ni값과 노치형의 스케일의 길이 사이의 관계를 나타내는 그래프.

본 발명은 슬라브의 폭을 지속적으로 감소시키기 위해 사용되는 열간 가공 프레스 공구용강에 관한 것이다. 연속 주조방법에 의해 다양한 크기의 슬래브들을 생산해낼 때, 계속적인 주조를 행하기 위하여 각각의 슬래브 크기에 맞는 주형을 제공하는 것이 필요하고, 따라서 여기에는 주형의 빈번한 교환에 따른 생산성 저하의 문제가 있게 된다. 따라서 주형들의 다양한 크기들을 몇몇의 표준크기들로 조정하는 것이 요구되어 진다. 이를 위해 가압공구(이하＂엔빌 : anvil＂이라 함)를 이용하여 엔빌에 대해 열간슬래브가 상대적으로 이송될 때마다 연속주조후의 열간슬래브에 폭방향에 압력을 반복적으로 가하여 슬래브의 선단부터 후단까지를 슬래브의 사이즈에 대응하여 폭을 줄이는 슬래브 폭 결정 프레스(이하＂슬래브 폭 결정 프레스＂라 함)를 개발하였다. 이 경우에 있어서, 슬래브 폭 결정 프레스에 사용되는 엔빌은 열부하를 받게되고 따라서 열응력으로 인한 균열이 생길 수 있다. 그러므로 열피로에 높은 저항력이 있는 엔빌이 엔빌의 교환에 따른 생산성의 감소를 방지하기 위하여 필요로 하게 된다. 프레스 다이, 단조등과 같은 것들에 사용되어지는 열간 가공용강들은 절삭공구, 충격 및 압착공구, 냉간 가공 다이등과 같이 JIS G4404에 표준규격이 정해져 있고, 일부는 일본국 특허출원공보 제54-38,570호에 설명되어져 있다. 열간 가공용의 이러한 강들은 일시적인 열간가공시에 충분한 내구성이 있지만, 슬래브 폭 결정에 있어서 엔빌로 사용하기에는 아직 충분하지 못하다. 슬래브 폭 결정 프레스용 엔빌은 크기가 크고 계속적으로 1,200℃이상의 고온의 슬래브를 위해 사용되어지기 때문에, 엔빌의 온도는 압연로울에 비하여 엔빌 내부 깊숙히까지 올라가게 되고 따라서 냉각시에 과다한 열응력이 나타나며 열피로로 인한 균열의 문제점이 있다. 그러므로 본 발명의 목적은 열피로에 높은 저항력이 있고 슬래브 폭 결정 프레스등과 같이 극심한 사용조건들하에서 사용되어지는 열간 가공 프레스 공구용으로 적합한 강을 제공하는 것이다.

본 발명의 첫번째 특징에 따르면 강은 필수적으로 기본성분으로서 Cr-Mo-V으로 구성되고 슬래브 폭 결정 프레스용으로 사용 가능한 Si, Mn 및 N 등을 포함하고 있는 열간 가공프레스 공구용 마르텐 사이트강이다. 이때 Cr 및 Si는 강의 내산화성을 증진시키고, Si, Mo 및 V는 변태점을 상승시키며 고 Cr 강 고유의 δ-페라이트 조직의 출현을 방지하기 위하여 Cr 당량의 상한값을 제한함으로써, 엔빌등과 같은 열간가공 프레스 공구가 열피로로 인하여 균열이 생기는 것을 방지하도록 열피로에 대한 저항력을 증진시킨다. 본 발명의 두번째 특징에 따르면 최소한 AL 및 REM(rere earth metal : 희토류 금속)중의 하나가 본 발명의 강에 첨가되어짐으로써 열피로에 대한 저항력이 더욱 강화되도록 내산화성을 증진시킨다.

본 발명의 세번째 특징에 따르면 강은 필수적으로 기본성분으로서 Cr-Ni-Mo-V으로 구성되고 슬래브 폭 결정 프레스용으로 사용 가능한 Si 및 Mn을 포함하고 있는 열간 가공 프레스 공구용 마르텐 사이트강이다.

이때 저함량의 Cr 및 고함량의 Ni인 경우에 생기는 노치(notch : V자형의 벤자국)형의 고온의 산화물 스케일은 Cr/Ni≥5가 되도록 함으로써 방지되고 이에 따라 열피로에 대한 저항력이 열피로로 인한 열간 가공 다이의 균열을 방지하도록 증진되어 진다.

첫번째 발명은 슬래브의 폭을 연속적으로 감소시키기 위하여 사용되는 열간 가공 프레스 공구용 강을 제공하는데 이 강은 필수적으로 C : 0.05-0.35wt%(이하에서는 %로만 표시), Si : 0.80-2.5%, Mn : 0.10-2.0%, Cr : 7.0-13.0%, Mo : 0.50-3.0%, V : 0.10-0.60%, N : 0.005-0.10%로 구성되어 있고, 나머지는 철과 필연적인 불순물로 되어 있으며 아래와 같은 식으로 나타나는 Cr 당량이 16 이하의 값을 가진다 :

Cr 당량값=Cr+6Si+4Mo+11V-40C-2Mn-30N(wt%)

두번째 발명은 슬래브의 폭을 연속적으로 감소시키기 위하여 사용되는 열간 가공 공구용 강을 제공하는데 이 강은 필수적으로 c : 0.05-0.35%, Si : 0.80-2.5%, Mn : 0.10-2.0%, Cr : 7.0-13.0%, Mo : 0.50-3.0%, V : 0.10-0.60%, N : 0.005-0.10%로 구성되어 있고, 나머지는 철과 필연적인 불순물로 되어 있으며 또한 Al : 0.005-0.5% 및 REM : 0.005-0.02% 중의 최소한 하나를 첨가하여 포함하고, 아래와 같은 식으로 나타나는 Cr 당량값이 16이하의 값을 가진다 :

Cr 당량값=Cr+6Si+4Mo+11V+12Al+40C-2Mn-30N(wt%).

세번째 발명은 슬라브의 폭을 연속적으로 감소시키기 위하여 사용되는 열간 가공 공구용 강을 제공하는데 이 강은 Cr/Ni≥5의 관계를 만족시키면서 필수적으로 C : 0.01-0.45%, Si : 0.10-2.0%, Mn : 0.10-2.0%, Mo : 0.50-3.0%, V : 0.50-0.80%, Cr : 3.0-8.0% 및 Ni : 0.05-1.2% 등으로 구성되어 있고, 나머지는 철과 필연적인 불순물로 되어있다. 본 발명에서 대상으로 하는 엔빌은 단순한 열응력뿐만 아니라 고온에서 슬래브와의 접촉면이 기계적 응력도 받게 된다. 그 결과 산화층에 부분적으로 균열이 생기게 되고 이것은 선택적 산화 및 열피로에 따른 균열의 기점이 되고 따라서 열피로에 대한 저항력을 저하시키는 결과를 나타낸다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 여러가지 화학성분이 들어있는 강은 산환분위기(대기중)에서 시험온도 750℃ 및 변형폭 0.7%에서 고온 피로 테스트를 실시하고 테스트중에 균열의 발생 및 진전을 조사하여 그 측정 결과값들을 제1도에 나타내었다. 제1도에서 알 수 있는 바와 같이, 강 내에 Al 및 REM의 첨가에 더하여 Cr 및 Si 함유량을 증가시키는 것을 균열의 진전을 방지하는데 효과적이다라는 것을 알았다.

본 발명에 따른 엘빌은 열피로가 문제로 되기 때문에 응력집중원인으로 되는 δ-페라이트의 존재는 유해하기 때문에 δ-페라이트의 생성을 방지하는 것이 필요하다. 첫번째 및 두번째 발명에서, 강의 화학 성분이 상기 한정된 범위로 제한되어지는지의 이유는 다음과 같다 :

C : 0.05-0.35%

C는 경화능을 증진시키고 담금질 및 뜨입후에 경도 및 고온에서 강도를 유지하는데에 필요하다. 또한, C는 Cr, Mo 및 V와 반응하여 카아바이드를 형성하고 이에 따라 내마모성 및 뜨임후에 연화저항을 강화시켜 준다. 또한, C는 δ-페라이트의 출현을 방지하기 위한 성분을 형성하는 오오스테나이트로서 필요하다. 만일 C의 함유량이 너무 많으면, 인성이 감소하고 변태점이 낮아지므로 상한값은 0.35%이며, 한편 C의 함유량이 너무 작으면 내마모성이 약해지고 δ-페라이트의 출현이 야기되므로 하한은 0.05% 하였다.

Si : 0.80-2.0%

Si는 내산화성을 유지하고 변태점을 상승시키기 위해 첨가되어 진다. Si는 함유량이 너무 크면, 인성이 감소하게 되므로 상한값은 2.0%로 하였으며, 한편 Si 함유량이 너무 작으면 효과가 없으므로 하한값은 0.8%로 하였다. Mn은 경화성을 증진시키고 δ-페라이트의 생성을 방지하기 위한 것이며, Mn 함유량이 너무 많으면 변태점이 낮아지므로 상한값은 2.0%로 하였고, 반면에 너무 적으면 효과가 상실되므로 하한값은 0.10%로 하였다.

Cr : 7.0-13.0%

Cr의 일부는 탄질화물을 형성하여 기지(matrix)중에 분산되어 내마모성을 향상시킨다. 또한 나머지 Cr은 경화성이 증진되도록 침전되어져 담금질 및 뜨임후에 경도 및 고온강도를 증진시킨다. 또한 Cr은 고용되어 경화성을 향상시키고, 급랭 및 뜨임후의 경도 및 고온강도를 향상시킨다. Cr 함유량이 7.0% 미만일 때 효과는 약해지고, 13.0%를 초과할 때는 δ-페라이트가 출현하여 내열 피로특성이 저하되므로 Cr 함유량은 7.0-13.0%의 범위로 제한하였다.

Mo : 0.50-3.0%

Mo는 기지에 고용되어 경화성을 증진시키고 또한 C와 결합되어 딱딱한 카아바이드를 형성하여 기지중에 분산석출되어 내마모성을 향상시킨다. 또한 Mo는 뜨임을 통하여 연화저항성 및 고온강도를 상승시키며, 변태점을 상승시킨다. Mo 함유량이 3.0% 이상이면, 인성이 약화되고, 0.5% 미만일 때는 충분한 효과가 얻어지지 않기 때문에 Mo 함류량은 0.5-3.0% 범위로 제한하였다.

V : 0.10-0.60%

V는 미세한 탄질화물들을 침전시켜 뜨임을 통하여 연화저항성 및 고온강도를 강화시키고 변태점을 상승시킨다. 그러나 V 함유량이 너무 많으면 거친 카아바이드를 형성시켜 인성을 낮게 하고 너무 작으면 효과가 얻어지지 않으므로, 0.10-0.60% 범위내에로 제한하였다.

N : 0.005-0.10%

N은 고온강도를 증진시키고 δ-페라이트 생성방지를 위하여 0.005%보다 적지않게 첨가되어진다. 그러나 0.10%를 넘게 되면 인성이 상당히 저하되므로 상한값은 0.10%이다. 두번째 발명에서, 적어도 Al : 0.005-0.2% 및 REM : 0.005-0.02 중의 하나가 강에 포함되어진다.

Al은 결정립미세화 효과를 통하여 인성을 증진시키고 또한 내산화성을 강화시키기 위한 질소이다. 이를 위해 Al이 0.005% 이상 첨가되어지는 것이 요구되지만 Al 함유량이 0.20%를 초과하면 거친 AlN을 형성하기 쉽고 인성을 저하시키기 때문에 상한값은 0.20%로 하였다. La 및 Ce를 주로하는 희토류원소(REM)는 내산화성을 향상시키는 성분이며 그 때문에 0.005%보다 적지않은 양의 REM이 포함되어져야 하지만, 함유량이 0.20%를 초과하면 인성이 저하하므로 상한값은 0.02%로 하였다. 첫번째 및 두번째 발명의 성분계에 있어서는 다음 식으로 나타내어지는 Cr 당량을 16 이하로 하는 것이 필요하다.

Cr 당량=Cr+6Si+4Mo+11V+12Al-40C-2Mn-30N(wt%)

Cr 당량은 δ-페라이트의 생성을 잘 표현한다. 제2도에는 Cr 당량의 강의 화학적 성분 변화에 의해 변화되어질 때 δ-페라이트 함유량에 따른 Cr 당량의 효과에 대한 결과를 나타내고 있다. 제2도에 나타나 있는 바와 같이, Cr 당량이 16을 초과할 때 δ-페라이트가 형성되고 Cr 당량을 16이상이 되지않도록 제한하므로써 δ-페라이트의 생성을 방지할 수 있다. 세번째 발명에서, 강의 화학적 성분이 상기의 한정된 범위로 제한되어지는 이유는 다음과 같다.

C : 0.10-0.45%

C는 경화성을 향상시키고 담금질 및 뜨임후에 경도를 유지하고 고온에서 강도를 유지하는데에 필요하다. 또한 C는 Cr, Mo 및 V와 반응하여 카아바이드를 형성하고, 이에 의해 내마모성 및 뜨임후에 연화저항성을 강화시킨다. C의 함유량이 너무 많으면 인성이 저하되고 따라서 상한값은 0.45%이어야 한다. 한편 C의 함유량이 0.10% 이하가 되면 상기의 효과가 얻어지지 않으므로 하한값은 0.10%이어야 한다.

Si : 0.10-2.0%

Si는 내산화성을 유지하고 변태점을 상승시키기 위해 첨가되어진다. Si 함유량이 너무 많으면 인성이 저하되므로 상한값은 2.0%로 하였고, Si 함유량이 너무 적으면 효과가 상실되므로 하한값은 0.10%로 하였다.

Mn : 0.10-2.0%

Mn은 경화성을 증진시키기 위하여 요구되어진다. Mn 함유량이 너무 많으면 Al 변태점이 낮아지므로 상한 값이 2.0%가 되어야 하고 반대로 너무 적으면 효과가 상실되므로 하한값은 0.10%가 되어야 한다.

Mo : 0.50-3.0%

Mo는 기지에 고용되어 경화성을 증진시키고 또한 C와 결합하여 딱딱한 카아바이드를 형성하여 기지중에 분산석출되어 내마모성을 향상시킨다. 또한 Mo는 뜨임을 통하여 연화저항성을 강화시키고 고온강도를 강화시키며 Al 변태점을 상승시킨다. Mo 함유량이 3.0% 이상이 되면 인성이 저하되고 반면에 0.5% 이하가 되면 충분한 경화 깊이가 얻어지지 않는다. 따라서 Mo 함유량이 범위는 0.5-3.0%로 제한하였다.

V : 0.50-0.80%

V는 미세한 탄질화물들을 형성하여 뜨임을 통하여 연화저항성을 강화시키고 고온강도를 강화시킨다. V는 분립을 만들므로써 인성을 증가시키고, Al 변태점을 상승시킨다. 그러나 V 함유량이 너무 많으면 거칠은 카아바이트가 형성되어 인성을 저하시키고 반면에 V 함유량이 너무 적으면 효과가 얻어지지 않는다. 따라서 V 함유량은 0.5-0.8%의 범위로 한정하였다.

Cr : 3.0-8.0%

Cr의 일부는 기지내에 침전하여 카아바이드를 형성하고 이에 의해 내마모성을 증진시키며 Cr의 잔류물은 고용되어 경화성을 향상시킨다. 또한 슬래브의 폭을 줄이기 위해서 열간 가공다이는 다이자체 표면의 온도를 상승시키게 하는 고온의 슬래브등과 접촉하게 되므로 고온에서 내산화성이 있어야함이 요구된다.

이와 관련하여 Cr이 내산화성을 증진시킬 수 있다. 그러나 고온에서 산화를 통한 중량 손실에 대한 Cr 함유량의 영향을 나타내는 제3도에서 알 수 있는 바와 같이 Cr 함유량이 3.0% 이하이면 효과가 충분하지 않고 반면에 8.0%를 초과하면 효과가 과다하게 되고 경제적으로 손실이 되므로 Cr 함유량은 3.0-8.0%의 범위로 한정하였다. 또한 제3도는 대기중에서 100℃로 48시간 동안 가열했을 때의 실험값들을 나타내고 있다.

Ni : 0.05-1.2%

Ni은 인성 및 경화성의 증진에 유용한 원소이며 0.05%보다 적지않게 첨가되어진다. 그러나 함유량이 1.2%를 초과하면 초과된 양은 경제적으로 불이익하므로 Ni 함유량은 0.05-1.2%의 범위에서 한정하였다. 반면에, 강이 슬래브 폭 결정 프레스용의 커다란 다이에 사용되어질 때 강은 사용시 고온에 노출되어지고, 냉각시에 큰 열응력을 받게되므로 열피로에 의한 균열이 가장 큰 문제이다. 이에 관련하여 Ni의 존재는 산화분위기에서 열피로에 대한 저항력을 약화시킨다. 즉, Ni의 존재는 선택적 산화를 촉진시키고 제4도에 도시된 바와 같이 고온에서 산화를 통해 노치형의 스케일을 형성한다. 노치형의 스케일은 또한 균열을 확장시키고 열피로에 대한 저항력을 약화시킨다.

제5도에서 노치형의 스케일의 깊이에 대한 Cr/Ni의 영향을 나타내며 여기서 노치형의 스케일의 형성이 Ni 첨가와 함께 Cr의 첨가에 의해 억제될 수 있음이 명백함을 알 수 있다.

제4도에 도시되어 있는 바와 같은 노치형의 스케일은 C : 0.40%, Si : 1.0%, Mn : 0.4%, Mo : 1.25% 및 V : 0.5%와 또한 Ni : 0.05-1.65% 및 Cr : 1.21-7.9%를 포함하고 있는 강 인고트가 900℃로 15시간동안 가열되어지고 대기중에서 냉각되어질 때 시험시료상에서 측정되어 지고, 그 결과값들이 제5도에 Cr/Ni비 값과 비교되어 나타나져 있다.

제5도에 나타나 있는 바와 같이 Cr/Ni≥5이면 노치형의 스케일의 길이는 10㎛ 이상이 되지않도록 억제되어질 수 있다. 즉 노치형의 스케일의 형성은 지속적으로 억제되어질 수 있고 열피로에 대한 저항력이 충분히 유지될 수 있다.

본 발명에 따른 강은 개개의 강을 전로 또는 전기로안에서 용해하여 인고트 또는 슬래브를 생산해 내어 단조 또는 전조시켜 불림-풀림-담금질-뜨임등의 열처리를 하여 생산되어질 수 있다. 그다음 이렇게 하여 생산된 강은 기계다듬질을 통하여 주어진 형태로 모양이 만들어지고 슬래브 폭 결정 프레스로 처리된다. 또한 불림-풀림은 강의 성분 및 강의 형태에 따라 생략되어질 수도 있다.

본 발명의 실시예가 하기에서 설명되지만, 본 발명의 이 실시예들에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

다음의 표 1에 나타나 있는 바와 같은 화학적 조성으로 되어 있는 강의 전로에서 용해되어지고 인고트로 제조되어진다. 그다음, 인고트는 사방 450mm의 정방형 강괴로 단조되어지고, 1000℃에서 10시간 동안 불림 및 750℃에서 15시간 동안 풀림처리가 되어 진다. 그런후 강괴는 거친 기계다듬질이 되어지고 또한 1040℃에서 10시간 동안 오일 담금질 및 630℃에서 12시간 동안 뜨임의 열처리를 하고 주어진 크기로 엔빌에서 마무리 처리되어지고 슬래브 폭 결정 프레스에서 시험되어진다. 시험으로 측정되어진 균열깊이가 또한 표 1에 나타나져 있다.

[표 1]

* Cr 당량=Cr+6Si+4Mo+11V+12Al-40C-2Mn-30N(-4Ni)

** 슬래브 폭 결정프레스로 3000개의 슬래브들을 단조한후의 균열깊이

[실시예 2]

다음의 표 2에 나타나 있는 바와 같은 화학적 조성으로 되어 있는 강이 전로에서 용해되어지고 인고트로 제조되어진다. 그다음 인고트는 사방 450mm의 정방형 강괴로 단조되어지고, 담금질 및 뜨임의 열처리가 가해진 다음 열간 가공 프레스공구를 위한 주어진 크기의 엔빌에서 마무리 처리되어지고 슬래브 폭 결정 프레스에서 시험되어진다. 950℃에서 15시간 동안 열처리한 후에 노치형의 스케일의 길이 및 시험으로 측정되어진 균열깊이가 또한 표 2에 나타나져 있다.

[표 2]

* 대기중에서 950℃로 15시간 동안 가열한후 실내온도에서 측정

** 슬래브 폭 결정프레스로 1000개의 슬래브들을 단조한후의 균열깊이(mm)(- : 측정하지 않았음)

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따라서 종래의 열간 가공 프레스 공구용 강에 부족되어 있던 열피로에 대한 저항력의 증진 및 개선이 성취되어질 수 있고, 따라서 본 발명에 따른 강들은 슬래브 폭 사이징 프레스를 위핸 적합한 열간 가공 프레스 공구에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims

필수적으로 C : 0.05-0.35wt, Si : 0.80-2.5wt%, Mn : 0.10-2.0wt%, Cr : 7.0-13.0wt%, Mo : 0.50-3.0wt%, V : 0.10-0.60wt%, N : 0.005-0.10wt% 등으로 구성되어 있고 나머지는 철과 필연적인 불순물로 되어 있으며, Cr 당량=Cr+6Si+4Mo+11V-40C-2Mn-30N(wt%)의 식으로 나타나는 Cr 당량값이 16 이하가 되는 것을 특징으로 하는, 연속적으로 슬래브의 폭을 감소시키기 위해 사용되는 열간 가공 프레스 공구용 강.
필수적으로 C : 0.05-0.35wt, Si : 0.80-2.5wt%, Mn : 0.10-2.0wt%, Cr : 7.0-13.0wt%, Mo : 0.50-3.0wt%, V : 0.10-0.60wt%, N : 0.005-0.10wt% 등으로 구성되어 있고, 나머지는 철과 필연적인 불순물로 되어 있으며 또한 최소한 Al : 0.005-0.5wt%와 REM : 0.005-0.02wt% 중의 하나를 함유하고 있으며, Cr 당량=Cr+6Si+4Mo+11V+12Al-40C-2Mn-30N(wt%)의 식으로 나타나는 Cr 당량이 16 이하인 것을 특징으로 하는, 연속적으로 슬래브의 폭을 감소시키기 위해 사용되는 열간 가공 프레스 공구용 강.
Cr/Ni≥5의 관계를 만족시키면서 필수적으로 C : 0.10-0.45wt, Si : 0.10-2.0wt%, Mn : 0.10-2.0wt%, Mo : 0.50-3.0wt%, V : 0.50-0.80wt%, Cr : 3.0-8.0wt%, 및 Ni : 0.50-1.2wt% 등으로 구성되어 있고, 나머지는 철과 필연적인 불순물로 되어 있는 것을 특징으로 하는 연속적으로 슬래브의 폭을 감소시키기 위해 사용되는 열간 가공 프레스 공구용 강.