KR960006453B1 - Fe-Mn계 진동 감쇠 합금강과 그 제조 방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

Fe-Mn계 진동 감쇠 합금강과 그 제조 방법

제1도는 Fe-Mn 합금의 2원계 상태도,

제2도는 Fe-Mn 합금의 상온에서의 변태량,

제3도는 Fe-17Mn 합금의 가공도에 따른 감쇠능 변화,

제4도는 비교강과 본 발명 합금에 대한 냉간가공 전후의 자유진동진폭 감쇠 곡선으로서

제4(A)도는 Fe-4% Mn 합금의 냉간 가공전(수냉상태),

제4(B)도는 Fe-4% Mn 합금의 냉간가공후,

제4(C)도는 Fe-17% Mn 합금의 냉간가공전(수냉상태),

제4(D)도는 Fe-17% Mn 합금의 냉간가공후의 자유 진동진폭 감쇠곡선을 각각 나타낸다.

본 발명은 우수한 진동 감쇠능을 보유하면서 저렴한 가격으로 생산이 가능한 Fe-Mn계 진동 감쇠 합금강과 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 항공기, 선박, 자동차 및 각종 기계류의 고급화 추세 및 고 정밀도 추세로 진동과 소음원이 되는 각종 기계 부품에 방진 합금이 널리 사용되고 있으며 이에 따라 방진 합금의 수요 증가에 따른 연구 개발이 활발히 진행되고 있는 실정이다.

종래 개발되어 사용되고 있는 방진 합금을 감쇠기구별로 분류하면 복합형(Fe-C-Si,A1-Zn), 강자성형(Fe-Cr, Fe-Cr-Al, Co-Ni), 전위형(Mg-Zr, Mg-Mg₂Ni) 및 쌍정형(Mn-Cu, Cu-Al-Ni, Ni-Ti)등으로 분류된다. 이와 같은 방진 합금들은 감쇠능은 우수한 것으로 나타나나, 기계적 성질이 불량하여 특수한 용도외에는 사용이 불가하고, 고가의 원소를 많이 함유하고 있기 때문에 합금재료의 가격 상승을 유발시켜 공업적 용도가 극히 제한되어 왔다.

이러한 문제점을 해결한 것이 본 발명인이 90. 8.27 출원하여 92.12.16 특허를 획득한 바 있는 대한민국특허 제57437호이다.

상기 합금은 마르텐 사이트 조직을 갖는 Fe-Mn(10-22%)계 진동 감쇠 합금강으로 이루어지며 그 제조방법은 Fe-Mn(10-22%) 잉곳트를 1000℃-1300℃ 온도에서 20-40시간 균질화 처리한 후 열간 압연하여 900-1100℃ 온도에서 30분-1시간 가열한 후 공냉 또는 수냉하는 것을 특징으로 하는 γ<->ε 반복 변태형 Fe-Mn계 방진 합금으로서, 감쇠기구는 위에서 언급한 종래의 감쇠 기구와는 전혀 다른 진동 응력에 의해 ε/γ 계면의 이동시 진동 에너지를 흡수하는 것을 특징으로 한것이었다.

그러나 본 발명인은 상기 결과에 만족하지 않고 더욱 우수한 진동 감쇠능 합금강 개발에 전력하여 왔으며, 그 결과 상기 합금보다 진동 감쇠능이 더욱 우수한 본 발명 합금을 개발하는 데 성공하였다.

본 발명은 합금은 상기 합금보다 Mn의 조성범위를 약간 넓게 활용하며 제조 방법에 있어서도 상기 합금제조공정에 냉각 가공 공정을 부가하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명은 망간(Mn) 10-24%, 불순물로서 탄소(C) 0.2% 이하, 규소(Si) 0.4% 이하, 황(S) 0.05% 이하, 인(P) 0.05% 이하 나머지 Fe로 이루어진 조성 합금을 갖고,ε,α' 및 γ의 혼합조직으로 된 Fe-Mn계 진동 감쇠 합금강을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 조성을 갖는 합금 용탕을 주조하여 잉곳트를 만들고, 이를 1000-1300℃ 온도에서 12--40시간 균질화 처리를 하여 열간 압연하고, 900-1100℃ 온도에서 30-60분간 다시 가열하여 공냉 또는 수냉한 다음, 이를 상온부근(25℃±50℃)에서 30% 이하의 압하율로 냉간 가공함을 특징으로 하는 Fe-Mn계 진동 감쇠합금강의 제조 방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명 합금을 제조함에 있어서는, 중량 %로 Mn 10-24%, 나머지 철로 구성되게 평량하여, 용해로에서 로의 온도를 1500℃ 이상으로 가열하여 철을 먼저 녹인 다음 망간을 장입하여 용해시킨다.

곧이어 잉곳트로 주조하여 1000-1300℃에서 12-40시간 균질화 처리한 다음 열간 압연하여 소정 형상의 치수로 제조한다.

그런다음 900-1100℃의 온도에서 30-60분간 가열하여 공냉 또는 수냉한 다음 상온부근(25℃±50℃)에서 압하율 30% 이하로 냉간 가공하면 높은 감쇠능을 나타내는 Fe-Mn계 합금강이 된다.

본 발명에서 상기 조건으로 한정한 이유는 다음과 같다.

균질화 처리 조건을 1000-1300℃에서 12-40시간으로 한정한 것은, 본 발명 합금의 주원소인 Mnol 주조시 편석을 일으키므로 주조된 잉곳토는 고온에서 가열하여 고농도의 망간을 저농도 구역으로 확산시켜 망간조성을 균일하게 하지 않으면 안된다.

이를 위하여 1000-1300℃에서 잉곳트를 가열하는데 1000℃보다 온도가 낮으면 확산 속도가 느려서 균질화 되는데 40시간 이상의 장시간이 소요되어 생산 가격의 상승 요인이 되고, 1300℃ 이상으로 온도를 높이면 균질화 시간이 12시간 이내로 단축될 수 있으나 주조시 Mn이 편석된 결정립계의 국부적 용융 현상이 일어날 위험성이 존재한다. 따라서 1000-1300℃에서 12-40시간 균질화 처리하는 것이 가장 적절하다.

열처리 온도를 900-1100℃에서 30-60분간 가열하는 것은, 1100℃ 이상으로 가열하는 경우 온도가 너무 높아 결정립이 조대화 되어서 인장강도가 떨어지고, 900℃ 이하로 가열하면 온도가 나무 낮아 결정립이 미세화되어 인장강도는 상승하나 Ms가 낮아져 ε 마르텐사이트가 적게 생성됨으로 감쇠능이 떨어진다. 감쇠능과 인장강도를 겸비한 가장 적절한 조건은 900-1100℃에서 30-60분 가열하는 것이 된다.

Mn을 10-24중량%로 조성시키는 것은, 제1도의 Fe-Mn 합금의 2원계 상태도에서 보는 바와 같이, 10% Mn 까지는 α' 마르텐사이트가 생성되며, 10-15% Mn에서는 γ+α'+ε의 3상이 생성되고, 15-28%Mn에서는 ε+γ의 2상 혼합 조직이 형성된다.

Fe-Mn계 감쇠 기구는 앞에서 언급한 바와 같이 진동 응력에 의해서 ε-γ 계면의 이동시 진동에너지를 흡수하여 감쇠능을 나타내므로 10% Mn 이하는 α' 마르텐사이트 단상으로 되어 진동 감쇠 효과가 거의 일어나지 않으며, 10-28% Mn 합금은 ε과 γ가 공존하기 때문에 γ/ε 계면이 존재하므로 진동 감쇠능을 나타낸다.

그러나 이 조성합금에 상온부근(25℃±50℃)에서 적당량의 냉간가공을 가하면 응력유기 ε 마르텐사이트가 더욱 많이 생성되어 ε/γ 총계면적이 증대되므로 감쇠능이 냉간가공이전 상태보다 현저히 향상된다. 그렇지만 Mn량이 24% 이상으로 되면, 오스테나이트의 Neel 온도(Tn,상자성->반강자성으로 바뀌는 자기변태온도)가 상온보다 휠씬 높아지기 때문에 오스테나이트가 안정화되므로 상온부근에서 많은 량의 가공도를 주어야 비로서 ε 마르텐사이트가 생성되며 동시에 오스테나이트의 슬립계가 작동하여 다수의 전위들이 생성된다. 이러한 전위들은 진동시 ε/γ 계면의 이동에 대한 장애물로 작용하기 때문에, 24% Mn 이상의 조성합금에서는 가공에 의해 감쇠능 향상효과를 가져올 수 없다.

따라서 Mn 조성을 10-24%로 한정한 것은, 상온 부근에서의 냉간 가공에 의해서 슬립전위의 생성없이ε을 생성시켜 ε/γ 계면적을 증가시킬 수 있는 Mn 조성 범위가 10-24% Mn이기 때문이다.

그리고 상온 부근에서 냉간 가공을 30% 이하로 행하는 것은, 10-24% Mn 합금은 γ/ε 계면이 존재하여 진동 감쇠능을 갖고 있으나 냉간 가공을 행함으로써 γ 내부에 미세한 ε을 더욱 많이 생성케 하여 ε/γ의 총계면적을 증가시켜 냉간 가공전보다 우수한 진동 감쇠능을 나타내기 때문이다.

그런데, 냉간 가공을 30% 이하로 제한하는 것은, 30% 이상으로 냉간 가공량을 증가시키면 ε 마르텐사이트 판의 합체가 일어나서 ε/γ 계면적이 감소하며, ε으로부터 α' 마르텐사이트가 생성되어 이것이 ε/γ계면의 이동을 억제하고, γ 및 ε 내부에 많은 전위가 생성되어 ε/γ 계면과의 상호 작용이 일어나 ε/γ 계면의 이동을 어렵게 하는 등의 요인으로 진동 감쇠능이 떨어지기 때문이다.

본 발명 합금에서 불순물로서 C 0.2중량% 이하, Si 0.4중량% 이하, S 0.05중량% 이하, P 0.05중량%이하로 제한하는 이유는, 불순물이 너무 많이 함유되면 ε/γ 계면으로 불순물 원자들이 확산해서 계면을 고착하기 때문에 ε/γ 계면의 이동이 어렵게 되어 감쇠능이 떨어지기 때문이다.

다음에 본 발명의 작용효과를 제1,2,3,4도 및 표 1,2의 실시예에 따라 설명한다.

표 1은 본 발명 합금과 종전 합금을 가공공정에 따라 진동 감쇠능을 측정한 결과를 나타낸 것으로서, 본원 발명의 냉간 가공을 행한 합금이 냉간 가공하지 않은 합금에 비하여 아주 우수한 감쇠능을 나타내고 있음을 알 수 있으며 종전 기술에 비하여도 우수한 감쇠 효과를 갖고 있음을 나타낸다.

[표1]Mn조성에 따른 가공 전후의 진동 감쇠능 비교

제1도는 본 발명의 기본이 되는 Fe-Mn 2원계 상태도의 Fe 측 부분을 나타낸 것으로서, 각상의 변태점은 3℃/min의 냉각속도로 냉각하면서 일팽창계로 측정한 것이다. 제1도에서 10% Mn까지는 α' 마르텐사이트가 생성되며, 10-15% Mn에서는 γ+α'+ε의 3상이 존재하며, 15-28% Mn에서는 γ+ε의 2상이 혼합조직으로 존재하고 28% 이상에서는 γ 단상이 존재한다.

제2도는 각 Mn 합금을 1000℃에 가열하여 상온에 공냉하였을 때 각상의 체적 %를 X-선회절분석법으로 측정한 것이다. 제1도 및 제2도와 같은 조사결과 표 2과 같이 α' 마르텐사이트조직 합금은 진동감쇠능이 매우 작고, ε+γ+α' 혼합 조직의 합금은 진동감쇠능이 매우 크며, 인장강도도 우수함을 알 수 있다.

[표 2] 마르텐사이트 조직에 따른 진동감쇠능 비교(가공도=10%)

γ+α'+γ 혼합조직합금이 α' 마르텐사이트 합금보다 진동감쇠능이 큰 이유는, α' 마르텐사이트의 하부조직은 전위로 되어 있어, 전위의 이동에 의해 진동에너지를 흡수하는데 대해, ε+α'+γ의 혼합조직합금은 앞에서 언급한 바와 같이 재료가 진동응력을 받으면 ε/γ 계면이 이동하며 이때 진동에너지를 흡수하기 때문에 높은 진동감쇠능을 나타낸다.

제3도는 냉간가공도에 따른 비감쇠능의 변화를 한 발명합금에 대해 나타낸 것이다. 냉간가공도의 증가와 더불어 SDC가 증가하여 약 10-20% 가공도에서 최대감쇠능을 나타내며, 그 이상으로 냉간가공도가 증가하면 SDC가 감소하여 약 30% 이상을 가공도가 증가하면 냉간가공을 하지 않았던 상태보다 감쇠능이 떨어진다. 따라서 본 발명에서 감쇠능 향상을 위한 냉간가공을 30% 이내로 제한한 것이다.

제4도는 비교강과 본 발명합금에 대한 냉간가공 전후에 있어서 자유진동감쇠 곡선을 나타낸 것이다. 이것은 비틀림진자형 감쇠능측정장치를 이용하여 최대표면전단변형율 γ=8×10⁴에서 봉상시편을 가지고 얻은 것이다. 비교강(Fe-4% Mn)은 수냉후 감쇠능이 작을 뿐 아니라(도4-A), 15% 냉간가공을 부여해도 감쇠능은 개선되지 않았다(도4-B). 그러나 본 발명 합금중의 한 합금인 Fe-17% Mn은 고온에서 수냉후에도 진폭감쇠현상이 현저하지만(도4-C), 상온에서 냉간가공을 15% 부여하면 진폭감쇠 현상이 보다 현저함을 보여준다(도4-D).

상기 기술한 바와 같이 본원 발명 합금이 종래 기술의 합금보다 진동 감쇠능이 우수하여 기계적 성질도 우수한 진동 감쇠능 합금임이 입증되였다.

Claims (2)

1. Mn 10-24중량%, 불순물로서 C 0.2중량% 이하, Si 0.4중량% 이하, S 0.05중량% 이하, P 0.05중량% 이하를 포함하고 나머지 Fe로 조성된 용탕을 주조하여 잉곳트를 만들고, 이를 1000-1300℃ 온도에서 12-40시간 균질화 처리를 하여 열간압연을 행하고, 900-1100℃ 온도에서 30분-60분간 다시 가열하여 상온에 공냉 또는 수냉하고, 이를 상온 부근(25℃±50℃)에서 30% 이하의 압하율로 냉간 가공함을 특징으로하는 Fe-Mn계 진동 감쇠 합금강의 제조방법.
2. 청구범위 1항의 방법에 의해서 제조된 Mn 10-24중량%, 불순물로서 C 0.02중량% 이하, Si 0.4중량% 이하, S 0.05중량% 이하, P 0.05중량% 이하, 나머지 Fe로 이루어진 조성범위를 갖고 ε,α' 및 γ의 혼합 조직으로 된 Fe-Mn계 진동 감쇠 합금강.