KR20200095070A - Metal matrix composite and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스테인리스강을 기지로 한, 금속기지 복합재료 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a metal-based composite material and a method of manufacturing the same, based on stainless steel.
금속기지 복합재료라 함은 금속 기지 내에 세라믹 재료 또는 고분자 재료 등을 넣어, 금속과 첨가된 재료 각각 본연의 성능보다 향상시킨 재료를 의미한다. 금속 기지의 종류, 첨가된 재료의 종류 및 형태 등은 금속기지 복합재료의 목적에 따라 달라지는데, 강화재의 경우 주로 입자, 섬유(fiber), 위스커(whisker) 또는 층상의 형태로 금속기지 내에 분산된 형태로 첨가된다. 또한, 금속기지 복합재료의 물성 향상을 목적으로 탄화물(SiC, TiC), 질화물(TiN, AlN), 붕소화물(TiB2) 및 산화물(Al2O3) 등의 세라믹 재료들이 보강재로써 많이 사용되고 있다.The term metal base composite material refers to a material in which ceramic materials or polymer materials, etc. are put in the metal base, and each of the metal and the added material is improved over its original performance. The type of metal base and the type and shape of the added material vary depending on the purpose of the metal base composite material. In the case of reinforcement, it is mainly in the form of particles, fibers, whiskers, or layers dispersed in the metal base. Is added as In addition, ceramic materials such as carbides (SiC, TiC), nitrides (TiN, AlN), borides (TiB 2 ) and oxides (Al 2 O 3 ) are widely used as reinforcing materials for the purpose of improving the properties of metal-based composite materials. .
금속기지 복합재료의 제조법은 다양하지만, 그 중에서 분말야금법은 보강재의 형상 및 크기, 분산을 조절하기 쉽다는 장점으로 인해 많이 이용되고 있다. 분말야금법은 주로 금속 분말과 보강재료의 기계적인 혼합 및 열처리(sintering) 과정으로 이루어진다. 하지만 확산 거동을 따르는 열처리 과정의 특성상 고온에서 긴 시간이 소요된다는 단점이 있다. 또한, 분말야금법의 특성상 피할 수 없는 공공의 존재로 인해 재료의 물성이 저하될 수 있다.There are various methods of manufacturing metal-based composite materials, but among them, powder metallurgy is widely used due to the advantage that it is easy to control the shape, size, and dispersion of the reinforcing material. Powder metallurgy mainly consists of mechanical mixing and sintering of metal powder and reinforcing material. However, there is a disadvantage in that it takes a long time at high temperature due to the nature of the heat treatment process that follows the diffusion behavior. In addition, the physical properties of the material may deteriorate due to the presence of voids that are unavoidable due to the nature of the powder metallurgy method.
한편, 316L 스테인리스 강은 높은 연성과 부식 저항성을 가져 산업 전반에서 다양한 목적으로 이용되고 있다. 그러나, 낮은 경도에 의한 낮은 내마모성, 높은 밀도에 의한 상대적으로 높은 밀도 등의 단점을 가진다. 이를 보완하기 위한 316L 스테인리스 강을 기지로 가지는 금속기지 복합재료가 개발되고 있으며, 이를 통해 탄성 계수, 비강도, 경도 등을 향상시킨 바 있다.On the other hand, 316L stainless steel has high ductility and corrosion resistance and is used for various purposes throughout the industry. However, it has disadvantages such as low wear resistance due to low hardness and relatively high density due to high density. To compensate for this, a metal-based composite material having 316L stainless steel as a base has been developed, and through this, the elastic modulus, specific strength, and hardness have been improved.
본 발명은 고온 안정성을 가질 뿐만 아니라, 부식 및 열화 없이 경도가 개선된, 스테인리스강 기지; 및 상기 기지 내 형성되고, 3차원 네트워크 구조를 가지는 티타늄 질화물 보강재를 포함하는 금속기지 복합재료 등을 제공하고자 한다. The present invention not only has high temperature stability, but also improved hardness without corrosion and deterioration, stainless steel base; And a metal base composite material including a titanium nitride reinforcement material formed in the base and having a three-dimensional network structure.
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명은 스테인리스강 기지; 및 상기 기지 내 형성되고, 3차원 네트워크 구조를 가지는 티타늄 질화물 보강재를 포함하는 금속기지 복합재료를 제공한다. The present invention is a stainless steel base; And a titanium nitride reinforcement formed in the matrix and having a three-dimensional network structure.
상기 기지는 오스테나이트계 스테인리스강 기지일 수 있다.The base may be an austenitic stainless steel base.
상기 기지는 크롬(Cr) 14.0 내지 20.0 중량; 니켈(Ni) 10.0 내지 16.0 중량%; 몰리브덴(Mo) 1.0 내지 5.0 중량%; 실리콘(Si) 0.1 내지 3.0 중량%; 망간(Mn) 0.1 내지 3.0 중량%; 알루미늄(Al) 0.1 중량% 이하; 탄소(C) 0.1 중량% 이하; 인(P) 0.1 중량% 이하; 및 잔부는 철(Fe)을 포함할 수 있다. The base is chromium (Cr) 14.0 to 20.0 weight; 10.0 to 16.0% by weight of nickel (Ni); 1.0 to 5.0% by weight of molybdenum (Mo); 0.1 to 3.0% by weight of silicon (Si); Manganese (Mn) 0.1 to 3.0% by weight; 0.1% by weight or less of aluminum (Al); 0.1% by weight or less of carbon (C); Phosphorus (P) 0.1% by weight or less; And the balance may include iron (Fe).
상기 금속기지 복합재료의 녹는점은 1400 ℃ 내지 2000 ℃일 수 있다. The melting point of the metal-based composite material may be 1400 ℃ to 2000 ℃.
본 발명의 일 구현예로, 상기 금속기지 복합재료를 포함하는 복층 슬라브 연속 주조용 격막을 제공한다. In one embodiment of the present invention, it provides a diaphragm for continuous casting of a multilayer slab comprising the metal base composite material.
본 발명의 다른 구현예로, (a) 스테인리스강 분말 및 티타늄 질화물 분말을 혼합하는 단계; (b) 상기 혼합물을 진공 상태에서 열처리하는 단계; 및 (c) 상기 열처리된 혼합물을 압연하는 단계를 포함하는 상기 금속기지 복합재료의 제조방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, (a) Mixing stainless steel powder and titanium nitride powder; (b) Heat-treating the mixture in a vacuum state; And (c) It provides a method of manufacturing the metal-based composite material comprising the step of rolling the heat-treated mixture.
상기 (a) 단계에서 스테인리스강 분말 및 티타늄 질화물 분말의 부피비는 3:1 내지 5:1일 수 있다.In step (a), the volume ratio of the stainless steel powder and the titanium nitride powder may be 3:1 to 5:1.
상기 (a) 단계에서 스테인리스강 분말의 평균 입도는 30 ㎛ 내지 50 ㎛이고, 티타늄 질화물 분말의 평균 입도는 1 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다.In step (a), the average particle size of the stainless steel powder may be 30 μm to 50 μm, and the average particle size of the titanium nitride powder may be 1 μm to 10 μm.
상기 (b) 단계에서 열처리는 550℃ 내지 650℃의 온도에서 10 분 내지 1시간 동안 1차 열처리; 및 750℃ 내지 850℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 2차 열처리를 통해 수행될 수 있다. The heat treatment in step (b) is a first heat treatment for 10 minutes to 1 hour at a temperature of 550 ℃ to 650 ℃; And it may be carried out through the secondary heat treatment for 30 minutes to 2 hours at a temperature of 750 ℃ to 850 ℃.
상기 (c) 단계에서 압연시 압하율은 70% 내지 90%일 수 있다. The rolling reduction in step (c) may be 70% to 90%.
본 발명에 따른 금속기지 복합재료는 스테인리스강 기지; 및 상기 기지 내 형성되고, 3차원 네트워크 구조를 가지는 티타늄 질화물 보강재를 포함하는바, 상기 금속기지 복합재료는 상기 보강재의 3차원 네트워크 구조로 인하여, 상기 기지의 녹는점 이상의 고온에서도 형태를 유지할 수 있어 고온 안정성을 가진다. 또한, 상기 티타늄 질화물은 상기 스테인리스 강과 높은 습윤성(wettability)를 가짐으로써, 부식 및 열화 없이 경도를 개선할 수 있다. The metal base composite material according to the present invention includes a stainless steel base; And a titanium nitride reinforcement formed in the base and having a three-dimensional network structure, wherein the metal base composite material can maintain its shape even at a high temperature above the melting point of the base due to the three-dimensional network structure of the reinforcing material. It has high temperature stability. In addition, since the titanium nitride has high wettability with the stainless steel, hardness can be improved without corrosion and deterioration.
따라서, 상기 금속기지 복합재료는 복층 슬라브 연속 주조기술에서 두 강종의 용강을 분리시키기 위한 격막으로 사용될 수 있다. Therefore, the metal-based composite material can be used as a diaphragm for separating the molten steel of two steel types in a multilayer slab continuous casting technology.
도 1은 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료의 제조방법을 나타낸 모식도이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료를 나타낸 것이다.
도 3은 티타늄 질화물 분말(TiN), 316L 스테인리스강 분말(316L) 및 0.2 중량%의 탄소를 포함하는 탄소강 분말(0.2wt%C)의 입도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 4(a)는 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료 단면을 광학현미경을 통해 관찰한 사진이고, 도 4(b)는 비교예 1에서 제조된 금속기지 복합재료 단면을 광학현미경을 통해 관찰한 사진이다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료에서, 티타늄 질화물 보강재의 구조를 재구축한 3차원 이미지를 나타낸 사진이다.
도 6은 실험예 1에서 적용된 온도 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 7은 실험예 1에서 사용된 유도로를 나타낸 것이다.
도 8은 실험예 1에 따라 용강에 투입하기 전 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료를 나타낸 사진(상) 및 실험예 1에 따라 용강에 투입하고 건져낸 다음 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료를 나타낸 사진(하)이다.
도 9는 실험예 1에 따라 용강에 투입하고 건져낸 다음 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료 단면을 광학현미경을 통해 관찰한 사진이다.
도 10은 실험예 1에 따라 용강에 투입하고 건져낸 다음 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료 단면을 주사전자현미경(SEM)을 통해 관찰한 사진이다.1 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a metal-based composite material prepared in Example 1.
2 shows a metal-based composite material prepared in Example 1.
3 is a graph showing the particle size distribution of titanium nitride powder (TiN), 316L stainless steel powder (316L), and carbon steel powder (0.2wt%C) containing 0.2% by weight of carbon.
Figure 4 (a) is a photograph of the cross section of the metal base composite material prepared in Example 1 observed through an optical microscope, Figure 4 (b) is a cross-section of the metal base composite material prepared in Comparative Example 1 observed through an optical microscope This is one picture.
5 is a photograph showing a three-dimensional image obtained by reconstructing the structure of a titanium nitride reinforcement material in the metal-based composite material prepared in Example 1. FIG.
6 is a graph showing the temperature profile applied in Experimental Example 1.
7 shows the taxiway used in Experimental Example 1.
8 is a photograph (top) showing the metal base composite material prepared in Example 1 before being added to the molten steel according to Experimental Example 1, and the metal base composite prepared in Example 1 after being put into the molten steel and taken out according to Experimental Example 1 This is a photo showing the ingredients (bottom).
9 is a photograph of a cross-section of a metal base composite material prepared in Example 1 after being put into molten steel and taken out according to Experimental Example 1 through an optical microscope.
10 is a photograph of a cross section of a metal base composite material prepared in Example 1 after being put into molten steel according to Experimental Example 1 and taken out through a scanning electron microscope (SEM).
본 발명자들은 고온 안정성을 가질 뿐만 아니라, 부식 및 열화 없이 경도가 개선된 것을 특징으로 하는, 스테인리스강을 기지로 한 금속기지 복합재료를 제조하는 방법을 연구하던 중, 상기 기지 내 3차원 네트워크 구조를 가지는 티타늄 질화물 보강재를 형성시킴으로써, 본 발명을 완성하였다. The inventors of the present invention have been studying a method for manufacturing a metal base composite material based on stainless steel, characterized in that the hardness is improved without corrosion and deterioration, as well as having high-temperature stability. Branches completed the present invention by forming a titanium nitride reinforcement.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
금속기지 복합재료 및 이의 용도Metal base composite material and its use
본 발명은 스테인리스강 기지; 및 상기 기지 내 형성되고, 3차원 네트워크 구조를 가지는 티타늄 질화물 보강재를 포함하는 금속기지 복합재료를 제공한다.The present invention is a stainless steel base; And a titanium nitride reinforcement formed in the matrix and having a three-dimensional network structure.
먼저, 본 발명에 따른 금속기지 복합재료는 스테인리스강 기지(matrix)를 포함하는 것을 특징으로 한다. First, the metal base composite material according to the present invention is characterized in that it comprises a stainless steel matrix.
상기 스테인리스강 기지는 높은 연성과 부식 저항성을 가지는 것을 특징으로 하고, 오스테나이트계 스테인리스강 기지인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 다만, 상기 스테인리스강 기지는 높은 연성과 부식 저항성을 가짐에도 불구하고, 경도가 낮은 문제점이 있다. The stainless steel matrix is characterized by having high ductility and corrosion resistance, and is preferably an austenitic stainless steel matrix, but is not limited thereto. However, although the stainless steel base has high ductility and corrosion resistance, there is a problem of low hardness.
구체적으로, 상기 스테인리스강 기지는 크롬(Cr) 14.0 내지 20.0 중량; 니켈(Ni) 10.0 내지 16.0 중량%; 몰리브덴(Mo) 1.0 내지 5.0 중량%; 실리콘(Si) 0.1 내지 3.0 중량%; 망간(Mn) 0.1 내지 3.0 중량%; 알루미늄(Al) 0.1 중량% 이하; 탄소(C) 0.1 중량% 이하; 인(P) 0.1 중량% 이하; 및 잔부는 철(Fe)을 포함할 수 있고, 보다 구체적으로, 316 스테인리스강, 316L 스테인리스강 또는 이의 이의 조합을 사용할 수 있다. 이때, 상기 스테인리스강 기지에 포함된 실리콘 및 알루미늄의 경우, 티타늄 질화물의 표면에서 알루미늄 질화물, 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물 등을 형성하는 특성을 가진다. Specifically, the stainless steel base is chromium (Cr) 14.0 to 20.0 weight; 10.0 to 16.0% by weight of nickel (Ni); 1.0 to 5.0% by weight of molybdenum (Mo); 0.1 to 3.0% by weight of silicon (Si); Manganese (Mn) 0.1 to 3.0% by weight; 0.1% by weight or less of aluminum (Al); 0.1% by weight or less of carbon (C); Phosphorus (P) 0.1% by weight or less; And the balance may include iron (Fe), and more specifically, 316 stainless steel, 316L stainless steel, or a combination thereof may be used. In this case, in the case of silicon and aluminum included in the stainless steel matrix, aluminum nitride, aluminum oxide, and silicon oxide are formed on the surface of titanium nitride.
또한, 상기 스테인리스강 기지의 녹는점은 1400℃ 내지 1450℃일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 스테인리스강 기지로서, 316L 스테인리스강을 사용한 경우, 이의 녹는점은 약 1430℃이다. In addition, the melting point of the stainless steel base may be 1400 ℃ to 1450 ℃. More specifically, when 316L stainless steel is used as the stainless steel base, its melting point is about 1430°C.
다음으로, 본 발명에 따른 금속기지 복합재료는 상기 기지 내 형성되고, 3차원 네트워크 구조를 가지는 티타늄 질화물 보강재를 포함하는 것을 특징으로 한다.Next, the metal base composite material according to the present invention is formed in the base and includes a titanium nitride reinforcement material having a three-dimensional network structure.
상기 티타늄 질화물 보강재는 상기 기지의 물성을 개선하기 위한 것으로, 상기 티타늄 질화물은 상기 스테인리스 강과 높은 습윤성(wettability)를 가짐으로써, 부식 및 열화 없이 경도를 개선할 수 있고, 상기 티타늄 질화물 보강재는 3차원 네트워크 구조를 가지는 것을 특징으로 한다. The titanium nitride reinforcement is for improving the properties of the known, and the titanium nitride has a high wettability with the stainless steel, so that hardness can be improved without corrosion and deterioration, and the titanium nitride reinforcement is a three-dimensional network It is characterized by having a structure.
본 명세서 내 "3차원 네트워크 구조"라 함은 서로 다른 티타늄 질화물 분말들 사이에 하나 이상의 접합점을 가짐으로써, 티타늄 질화물 분말들이 3차원적으로 서로 연결된 구조를 의미한다. In the present specification, the term "three-dimensional network structure" refers to a structure in which titanium nitride powders are three-dimensionally connected to each other by having one or more junction points between different titanium nitride powders.
또한, 상기 티타늄 질화물 보강재의 녹는점은 2900℃ 내지 3000℃일 수 있다. 상기 티타늄 질화물 보강재는 높은 녹는점을 가지는바, 상기 기지 내 형성됨으로써, 상기 기지의 고온 안정성을 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 티타늄 질화물 보강재는 3차원 네트워크 구조를 가짐으로써, 상기 기지의 고온 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, the melting point of the titanium nitride reinforcing material may be 2900 ℃ to 3000 ℃. Since the titanium nitride reinforcing material has a high melting point, it is formed in the matrix, thereby improving high temperature stability of the matrix. In particular, the titanium nitride reinforcing material has a three-dimensional network structure, so that the high temperature stability of the known material may be further improved.
즉, 상기 금속기지 복합재료는 상기 티타늄 질화물 보강재의 3차원 네트워크 구조로 인하여, 상기 기지의 녹는점 이상의 고온(약 1400℃ 내지 약 2000℃)에서도 형태를 유지할 수 있어, 고온 안정성을 가진다고 볼 수 있다. That is, the metal base composite material can maintain its shape even at a high temperature (about 1400°C to about 2000°C) above the melting point of the base due to the three-dimensional network structure of the titanium nitride reinforcing material, and it can be seen that it has high temperature stability. .
본 발명에 따른 금속기지 복합재료의 녹는점은 상기 기지에 비해 향상된 것을 특징으로 하는바, 1400 ℃ 내지 2000 ℃일 수 있고, 1500 ℃ 내지 1700 ℃인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. The melting point of the metal base composite material according to the present invention is characterized in that it is improved compared to the base material, and may be 1400° C. to 2000° C., and preferably 1500° C. to 1700° C., but is not limited thereto.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 금속기지 복합재료는 스테인리스강 기지; 및 상기 기지 내 형성되고, 3차원 네트워크 구조를 가지는 티타늄 질화물 보강재를 포함하는바, 상기 금속기지 복합재료는 상기 보강재의 3차원 네트워크 구조로 인하여, 상기 기지의 녹는점 이상의 고온에서도 형태를 유지할 수 있어 고온 안정성을 가진다. 또한, 상기 티타늄 질화물은 상기 스테인리스 강과 높은 습윤성(wettability)를 가짐으로써, 부식 및 열화 없이 경도를 개선할 수 있다.As described above, the metal base composite material according to the present invention includes a stainless steel base; And a titanium nitride reinforcement formed in the base and having a three-dimensional network structure, wherein the metal base composite material can maintain its shape even at a high temperature above the melting point of the base due to the three-dimensional network structure of the reinforcing material. It has high temperature stability. In addition, since the titanium nitride has high wettability with the stainless steel, hardness can be improved without corrosion and deterioration.
또한, 본 발명은 상기 금속기지 복합재료를 포함하는 복층 슬라브 연속 주조용 격막을 제공한다. In addition, the present invention provides a diaphragm for continuous casting of a multi-layer slab comprising the metal base composite material.
구체적으로, 상기 금속기지 복합재료는 복층 슬라브 연속 주조기술에서 두 강종의 용강을 분리시키기 위한 격막으로 사용될 수 있다.Specifically, the metal-based composite material may be used as a diaphragm for separating two steel types of molten steel in a multilayer slab continuous casting technology.
종래 연속 주조기술은 고유의 응고 특성에 의해 심각한 표면 결함을 일으키고, 열위한 도금 특성을 가지는 강종의 개선이 요구되는바, 복층 슬라브 연속 주조기술이 요구된다. 복층 슬라브 연속 주조기술은 연속 주조시 더 나은 표면 품질, 도금 특성을 가지는 강종을 개선이 필요한 강종의 주편 표면에 형성시킴으로써, 강종의 품질을 획기적으로 향상시키고자 하는 기술이다. 이를 위해서는 두 강종의 용강을 분리시키기 위한 격막이 필요하다. 이러한 격막은 단순히 용강의 높은 온도에 버티기 위한 내열 특성 뿐만 아니라, 몰드 플럭스 및 용강과 반응하지 않아야 하며, 용강의 유동에도 견딜 수 있어야 한다. Conventional continuous casting technology causes serious surface defects due to intrinsic solidification properties, and it is required to improve a steel type having a plating property for heat, and a multilayer slab continuous casting technology is required. Multi-layer slab continuous casting technology is a technology to dramatically improve the quality of steel grades by forming a steel grade having better surface quality and plating characteristics on the surface of the cast steel grade in need of improvement during continuous casting. For this, a diaphragm is required to separate the molten steel of the two steel types. Such a diaphragm must not only have heat resistance properties to withstand high temperatures of molten steel, but also must not react with mold flux and molten steel, and must be able to withstand the flow of molten steel.
또한, 본 발명은 (a) 스테인리스강 분말 및 티타늄 질화물 분말을 혼합하는 단계; (b) 상기 혼합물을 진공 상태에서 열처리하는 단계; 및 (c) 상기 열처리된 혼합물을 압연하는 단계를 포함하는 상기 금속기지 복합재료의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention (a) Mixing stainless steel powder and titanium nitride powder; (b) Heat-treating the mixture in a vacuum state; And (c) It provides a method of manufacturing the metal-based composite material comprising the step of rolling the heat-treated mixture.
먼저, 본 발명에 따른 금속기지 복합재료의 제조방법은 스테인리스강 분말 및 티타늄 질화물 분말을 혼합하는 단계[(a) 단계]를 포함한다. First, the method of manufacturing a metal-based composite material according to the present invention includes a step [step (a)] of mixing stainless steel powder and titanium nitride powder.
상기 스테인리스강 분말 및 티타늄 질화물 분말의 부피비는 3:1 내지 5:1일 수 있고, 3.5:1 내지 3.5:1인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 스테인리스강 분말의 함량이 너무 작아지게 되면, 기지로서 제대로 역할이 어려운 문제점이 있고, 티타늄 질화물 분말의 함량이 너무 작아지게 되면, 상기 기지 내 3차원 네트워크 구조를 가지는 티타늄 질화물 보강재를 형성할 수 없는바, 상기 기지의 물성을 개선하기 어려운 문제점이 있다. The volume ratio of the stainless steel powder and the titanium nitride powder may be 3:1 to 5:1, preferably 3.5:1 to 3.5:1, but is not limited thereto. At this time, if the content of the stainless steel powder is too small, there is a problem that it is difficult to properly serve as a base, and when the content of the titanium nitride powder is too small, a titanium nitride reinforcing material having a three-dimensional network structure in the base can be formed. There is no bar, there is a problem that it is difficult to improve the physical properties of the known.
상기 스테인리스강 분말의 평균 입도는 30 ㎛ 내지 50 ㎛이고, 티타늄 질화물 분말의 평균 입도는 1 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다. 이때, 스테인리스강 분말 및 티타늄 질화물 분말의 평균 입도는 각각 상기 범위 내로 유지함으로써, 상기 기지 내에 3차원 네트워크 구조를 가지는 티타늄 질화물 보강재를 형성시킬 수 있다. The stainless steel powder may have an average particle size of 30 µm to 50 µm, and the titanium nitride powder may have an average particle size of 1 µm to 10 µm. At this time, the average particle size of the stainless steel powder and the titanium nitride powder is maintained within the above ranges, thereby forming a titanium nitride reinforcing material having a three-dimensional network structure in the matrix.
한편, 상기 스테인리스강 분말의 평균 입도가 50 ㎛를 초과하는 경우에는, 분리(separation)로 인하여 상기 기지 내 3차원 네트워크 구조를 가지는 티타늄 질화물 보강재를 형성할 수 없는바, 상기 기지의 물성을 개선하기 어려운 문제점이 있다. On the other hand, when the average particle size of the stainless steel powder exceeds 50 µm, the titanium nitride reinforcing material having a three-dimensional network structure in the base cannot be formed due to separation, so that the properties of the base cannot be improved. There is a difficult problem.
상기 혼합 후에, 상기 혼합물은 한쪽 입구가 막힌 파이프 내로 투입될 수 있다. 이때, 상기 파이프는 상기 스테인리스강 기지와 동일한 성분을 가지는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. After the mixing, the mixture may be introduced into a pipe with one inlet closed. At this time, the pipe preferably has the same components as the stainless steel base, but is not limited thereto.
다음으로, 본 발명에 따른 금속기지 복합재료의 제조방법은 상기 혼합물을 진공 상태에서 열처리하는 단계[(b) 단계]를 포함한다. Next, the method of manufacturing a metal-based composite material according to the present invention includes a step of heat-treating the mixture in a vacuum state [step (b)].
상기 열처리는 550℃ 내지 650℃의 온도에서 10 분 내지 1시간 동안 1차 열처리; 및 750℃ 내지 850℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 2차 열처리를 통해 수행될 수 있다. The heat treatment is a first heat treatment for 10 minutes to 1 hour at a temperature of 550 ℃ to 650 ℃; And it may be carried out through the secondary heat treatment for 30 minutes to 2 hours at a temperature of 750 ℃ to 850 ℃.
상기 1차 열처리 후 및 상기 2차 열처리 전에, 상기 혼합물이 투입된 파이프의 막히지 않은 다른 입구를 마저 막아서 밀봉시킬 수 있다. After the first heat treatment and before the second heat treatment, the other unblocked inlet of the pipe into which the mixture was introduced may be closed and sealed.
다음으로, 본 발명에 따른 금속기지 복합재료의 제조방법은 상기 열처리된 혼합물을 압연하는 단계[(c) 단계]를 포함한다. Next, the method of manufacturing a metal-based composite material according to the present invention includes the step of rolling the heat-treated mixture [step (c)].
상기 압연은 공지의 압연기를 통해 수행될 수 있고, 압연시 압하율은 70% 내지 90%을 유지하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. The rolling may be performed through a known rolling mill, and the rolling reduction ratio is preferably maintained at 70% to 90%, but is not limited thereto.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments are provided to help understanding of the present invention. However, the following examples are only provided to more easily understand the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.
[[ 실시예Example ]]
실시예Example 1 One
하기 표 1과 같은 조성을 가지는 316L 스테인리스강 분말(316L)을 준비하였다. 이때, 316L 스테인리스강 분말의 평균 입도는 약 45 ㎛였다. 316L stainless steel powder (316L) having the composition shown in Table 1 below was prepared. At this time, the average particle size of the 316L stainless steel powder was about 45 μm.
(중량%)316L
(weight%)
한편, 평균 입도가 약 5 ㎛인 티타늄 질화물 분말을 준비한 다음, 316L 스테인리스강 분말과 티타늄 질화물 분말(TiN)을 8:2의 부피비로 기계적인 혼합을 실시하였다.Meanwhile, titanium nitride powder having an average particle size of about 5 μm was prepared, and then 316L stainless steel powder and titanium nitride powder (TiN) were mechanically mixed in a volume ratio of 8:2.
이후, 혼합물을 한쪽 입구가 막힌 316L 스테인리스강(내경: 10 mm 및 외경: 12 mm) 파이프에 투입하고, 막히지 않은 다른 입구에 로터리 펌프를 연결하여 내부를 진공 상태로 만들었다. 이때, 혼합물이 빠져나가지 않도록 석면 및 철사를 넣어 고정시켰다. 그 다음, 진공 상태의 파이프를 관상노에 투입하여 600℃의 온도에서 30분 동안 1차 열처리를 수행하였다. 1차 열처리 이후, 막히지 않은 다른 입구도 마저 막아서 밀봉시킨 다음, 박스로에 투입하여 800℃의 온도에서 1시간 동안 2차 열처리를 수행하였다.Thereafter, the mixture was put into a 316L stainless steel (inner diameter: 10 mm and outer diameter: 12 mm) pipe with one inlet blocked, and a rotary pump was connected to the other inlet that was not blocked to make the inside of a vacuum state. At this time, asbestos and wire were put and fixed so that the mixture did not escape. Then, a pipe in a vacuum state was put into a tube furnace and the first heat treatment was performed at a temperature of 600° C. for 30 minutes. After the first heat treatment, the other unblocked inlet was also sealed and then put into a box furnace to perform the second heat treatment at a temperature of 800°C for 1 hour.
이후, 열처리된 혼합물이 포함된 파이프를 압연기를 통해 75%의 압하율로 압연시킴으로써, 금속기지 복합재료를 제조하였다(도 1 및 도 2 참고).Thereafter, by rolling the pipe containing the heat-treated mixture at a reduction ratio of 75% through a rolling mill, a metal base composite material was prepared (see FIGS. 1 and 2).
비교예Comparative example 1 One
316L 스테인리스강 분말 대신, 0.2 중량%의 탄소 및 및 잔부는 철을 포함하는 탄소강 분말(0.2wt%C)을 사용하고, 316 스테인리스강(내경: 10 mm 및 외경: 12 mm) 파이프에 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 금속기지 복합재료를 제조하였다. Instead of 316L stainless steel powder, 0.2% by weight of carbon and and the balance is carbon steel powder containing iron (0.2wt% C), and the 316 stainless steel (inner diameter: 10 mm and outer diameter: 12 mm) pipe Except, a metal-based composite material was prepared in the same manner as in Example 1.
도 3은 티타늄 질화물 분말(TiN), 316L 스테인리스강 분말(316L) 및 0.2 중량%의 탄소를 포함하는 탄소강 분말(0.2wt%C)의 입도 분포를 나타낸 그래프로서, 티타늄 질화물 분말(TiN)의 평균 입도는 약 5 ㎛이고, 316L 스테인리스강 분말(316L)의 평균 입도는 약 45 ㎛이며, 0.2 중량%의 탄소를 포함하는 탄소강 분말(0.2wt%C)의 평균 입도는 약 60 ㎛인 것으로 확인된다.3 is a graph showing the particle size distribution of titanium nitride powder (TiN), 316L stainless steel powder (316L), and carbon steel powder (0.2wt%C) containing 0.2% by weight of carbon, the average of titanium nitride powder (TiN) It is confirmed that the particle size is about 5 μm, the average particle size of 316L stainless steel powder (316L) is about 45 μm, and the average particle size of carbon steel powder (0.2wt%C) containing 0.2% by weight of carbon is about 60 μm. .
도 4(a)는 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료 단면을 광학현미경을 통해 관찰한 사진이고, 도 4(b)는 비교예 1에서 제조된 금속기지 복합재료 단면을 광학현미경을 통해 관찰한 사진이다. 이때, 흰색 부분은 316L 스테인리스강 분말이고, 노란색 부분은 티타늄 질화물 분말이다. Figure 4 (a) is a photograph of the cross section of the metal base composite material prepared in Example 1 observed through an optical microscope, Figure 4 (b) is a cross-section of the metal base composite material prepared in Comparative Example 1 observed through an optical microscope This is one picture. At this time, the white part is 316L stainless steel powder, and the yellow part is titanium nitride powder.
도 4(a)에 나타난 바와 같이, 평균 입도가 약 45 ㎛인 316L 스테인리스강 분말을 기지의 재료로 한 경우, 티타늄 질화물 분말은 기지 내에 형성되고, 서로 연결된 네트워크 구조를 가지는 것으로 확인된다. 한편, 도 4(b)에 나타난 바와 같이, 평균 입도가 약 60 ㎛인 0.2 중량%의 탄소를 포함하는 탄소강 분말을 기지의 재료로 한 경우, 티타늄 질화물 분말은 서로 결합되지 못한 채로, 기지 내에 잘 분산된 것으로 확인된다. As shown in FIG. 4(a), when 316L stainless steel powder having an average particle size of about 45 μm is used as a known material, it is confirmed that the titanium nitride powder is formed in the matrix and has a network structure connected to each other. On the other hand, as shown in FIG. 4(b), when carbon steel powder containing 0.2% by weight of carbon having an average particle size of about 60 μm is used as a known material, titanium nitride powders are not bonded to each other and are well within the matrix. It is confirmed to be distributed.
도 5는 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료에서, 티타늄 질화물 보강재의 구조를 재구축한 3차원 이미지를 나타낸 사진이다. 이때, 3차원 이미지는 금속기지 복합재료의 단면을 반복적으로 연마하여, 그 때마다 단면을 촬영한 후, 그 이미지들을 재구축하여 구성한 것이다.5 is a photograph showing a three-dimensional image obtained by reconstructing the structure of a titanium nitride reinforcement material in the metal-based composite material prepared in Example 1. FIG. At this time, the 3D image is constructed by repeatedly polishing the cross section of the metal-based composite material, photographing the cross section each time, and reconstructing the images.
도 5에 나타난 바와 같이, 티타늄 질화물 분말은 기지 내에 형성되고, 서로 연결된 네트워크 구조를 가지는데, 이러한 네트워크 구조는 2차원적 뿐만 아니라 3차원적으로도 잘 연결된 것으로 확인된다. As shown in FIG. 5, the titanium nitride powder is formed in a matrix and has a network structure connected to each other, which is confirmed to be well connected not only in two dimensions but also three dimensions.
실험예Experimental Example 1 One
실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료가 고온 용강 내에서 형태를 잘 유지하는지를 평가하기 위한 실험을 수행하였다(도 6). 실험 수행을 위해, 도 7에 나타낸 유도로를 사용하였고, 유도로는 아르곤 분위기로 유도된 상태에서, 알루미늄 도가니를 포함하는데, 알루미늄 도가니는 모재로서, 녹는점이 1500℃인 430 스테인리스 강을 1540℃에서 녹인 용강을 포함한다. 용강에 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료를 투입하고 10 분 후에 건져내어 노냉시켰다. An experiment was performed to evaluate whether the metal-based composite material prepared in Example 1 maintains its shape well in high-temperature molten steel (FIG. 6). To perform the experiment, the induction furnace shown in FIG. 7 was used, and the induction furnace contained an aluminum crucible in a state in which it was guided to an argon atmosphere, and the aluminum crucible was a base material, and 430 stainless steel having a melting point of 1500° C. Contains molten molten steel. The metal base composite material prepared in Example 1 was added to the molten steel, and after 10 minutes, it was taken out and furnace cooled.
도 8은 실험예 1에 따라 용강에 투입하기 전 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료를 나타낸 사진(상) 및 실험예 1에 따라 용강에 투입하고 건져낸 다음 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료를 나타낸 사진(하)이다. 8 is a photograph (top) showing the metal base composite material prepared in Example 1 before being added to the molten steel according to Experimental Example 1, and the metal base composite prepared in Example 1 after being put into the molten steel and taken out according to Experimental Example 1 This is a photo showing the ingredients (bottom).
도 8에 나타난 바와 같이, 실험예 1에 따라 용강에 투입하고 건져낸 다음 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료는 용강에 투입하기 전과 비교하여, 외부 파이프 부분은 깔끔하게 녹았지만, 내부 금속기지 복합재료 부분은 형태가 잘 남아있는 것으로 확인된다. As shown in Fig. 8, the metal base composite material prepared in Example 1 after being put into the molten steel according to Experimental Example 1 and then removed was compared to before being added to the molten steel, and the outer pipe portion was neatly melted, but the inner metal base composite material The part is confirmed to remain in shape.
도 9는 실험예 1에 따라 용강에 투입하고 건져낸 다음 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료 단면을 광학현미경을 통해 관찰한 사진이다.9 is a photograph of a cross-section of a metal base composite material prepared in Example 1 after being put into molten steel and taken out according to Experimental Example 1 through an optical microscope.
도 9에 나타난 바와 같이, 실험예 1에 따라 용강에 투입하고 건져낸 다음 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료는 용강에 투입되지 않은 부분(붉은색 선 위)과 비교해도, 형태가 잘 남아있는 것으로 확인된다. As shown in FIG. 9, the metal base composite material prepared in Example 1 after being added to and removed from the molten steel according to Experimental Example 1 was well-formed even when compared to the portion not introduced into the molten steel (above the red line). Confirmed.
도 10은 실험예 1에 따라 용강에 투입하고 건져낸 다음 실시예 1에서 제조된 금속기지 복합재료 단면을 주사전자현미경(SEM)을 통해 관찰한 사진이다. 이때, 흰색 부분은 316L 스테인리스강 분말이고, 노란색 부분은 티타늄 질화물 분말이다.10 is a photograph of a cross section of a metal base composite material prepared in Example 1 after being put into molten steel according to Experimental Example 1 and taken out through a scanning electron microscope (SEM). At this time, the white part is 316L stainless steel powder, and the yellow part is titanium nitride powder.
도 10에 나타난 바와 같이, 티타늄 질화물 분말은 고온의 용강에 의해 소결되어 서로 연결된 네트워크 구조를 가지는 것으로 확인된다.As shown in FIG. 10, it is confirmed that the titanium nitride powder is sintered by hot molten steel to have a network structure connected to each other.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The above description of the present invention is for illustration only, and those skilled in the art to which the present invention pertains can understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
Claims (10)
상기 기지 내 형성되고, 3차원 네트워크 구조를 가지는 티타늄 질화물 보강재를 포함하는 금속기지 복합재료.
Stainless steel base; And
A metal base composite material formed in the base and comprising a titanium nitride reinforcement material having a three-dimensional network structure.
상기 기지는 오스테나이트계 스테인리스강 기지인, 금속기지 복합재료.
The method of claim 1,
The base is an austenitic stainless steel base, a metal base composite material.
상기 기지는 크롬(Cr) 14.0 내지 20.0 중량; 니켈(Ni) 10.0 내지 16.0 중량%; 몰리브덴(Mo) 1.0 내지 5.0 중량%; 실리콘(Si) 0.1 내지 3.0 중량%; 망간(Mn) 0.1 내지 3.0 중량%; 알루미늄(Al) 0.1 중량% 이하; 탄소(C) 0.1 중량% 이하; 인(P) 0.1 중량% 이하; 및 잔부는 철(Fe)을 포함하는, 금속기지 복합재료.
The method of claim 1,
The base is chromium (Cr) 14.0 to 20.0 weight; 10.0 to 16.0% by weight of nickel (Ni); 1.0 to 5.0% by weight of molybdenum (Mo); 0.1 to 3.0% by weight of silicon (Si); Manganese (Mn) 0.1 to 3.0% by weight; 0.1% by weight or less of aluminum (Al); 0.1% by weight or less of carbon (C); Phosphorus (P) 0.1% by weight or less; And the balance iron (Fe).
상기 금속기지 복합재료의 녹는점은 1400 ℃ 내지 2000 ℃인, 금속기지 복합재료.
The method of claim 1,
The melting point of the metal base composite material is 1400 °C to 2000 °C, the metal base composite material.
A diaphragm for continuous casting of a multi-layer slab comprising the metal-based composite material according to any one of claims 1 to 4.
(b) 상기 혼합물을 진공 상태에서 열처리하는 단계; 및
(c) 상기 열처리된 혼합물을 압연하는 단계를 포함하는
제1항 내지 제4항 중 어느한 항에 따른 금속기지 복합재료의 제조방법.
(a) mixing stainless steel powder and titanium nitride powder;
(b) heat-treating the mixture in a vacuum state; And
(c) rolling the heat-treated mixture
A method of manufacturing a metal-based composite material according to any one of claims 1 to 4.
상기 (a) 단계에서 스테인리스강 분말 및 티타늄 질화물 분말의 부피비는 3:1 내지 5:1인, 금속기지 복합재료의 제조방법.
The method of claim 6,
In the step (a), the volume ratio of the stainless steel powder and the titanium nitride powder is 3:1 to 5:1, a method of manufacturing a metal-based composite material.
상기 (a) 단계에서 스테인리스강 분말의 평균 입도는 30 ㎛ 내지 50 ㎛이고, 티타늄 질화물 분말의 평균 입도는 1 ㎛ 내지 10 ㎛인, 금속기지 복합재료의 제조방법.
The method of claim 6,
In the step (a), the average particle size of the stainless steel powder is 30 µm to 50 µm, and the average particle size of the titanium nitride powder is 1 µm to 10 µm.
상기 (b) 단계에서 열처리는 550℃ 내지 650℃의 온도에서 10 분 내지 1 시간 동안 1차 열처리; 및 750℃ 내지 850℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 2차 열처리를 통해 수행되는, 금속기지 복합재료의 제조방법.
The method of claim 6,
The heat treatment in step (b) is a first heat treatment for 10 minutes to 1 hour at a temperature of 550 ℃ to 650 ℃; And a second heat treatment at a temperature of 750° C. to 850° C. for 30 minutes to 2 hours.
상기 (c) 단계에서 압연시 압하율은 70% 내지 90%인, 금속기지 복합재료의 제조방법.
The method of claim 6,
The rolling reduction in step (c) is 70% to 90%, the method of manufacturing a metal base composite material.
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