KR820000589B1 - Low temperature steel alloy - Google Patents

Abstract

An improved low temperature steel alloy having a high toughness and hardness consisting essentially of, from 0.20 to 0.30 wt % of carbon, from 1.20 to 2.00 wt % of silicon, from 0.30 to 0.80 wt % of manganese, from 1.70 to 2.40 wt % of nickel, from 2.50 to 3.50 wt % of chromium, from 0.30 to 0.55 wt % of molybdenum, and the balance essentially iron.

Description

저온 합금강Low temperature alloy steel

도면은 일반적인 저합금 주강의 경도와-40℃에서의 샤아피 충격치(Charpy impact value)와의 관계를 나타낸 곡선도이다.The figure is a curve which shows the relationship between the hardness of the general low alloy cast steel and the Charpy impact value at -40 degreeC.

본 발명은 저온용 내마모 주강에 관한 것이다. 에너지 소비량의 증대에 따라서 새로운 공급원을 확보하는 것은 세계적으로 중요한 과제로 되어 왔다. 이와 같은 배경으로 부터 알라스카, 카나다의 북극지방에서 대규모적인 천연가스의 개발, 수송파이프 라인의 부설사업이 계획되거나 혹은 실시에 옮겨지고 있는 것은 공지된 사실이다. 극도로 추운지방의 공사에서 토양굴삭 또는 운반작업 등에 사용되는 파워-쇼벨(power-shovels) 또는, 휘일 엑스 케베이터(wheel excavators)와 같은 토목건설 기계의 부품에는 보다 고도의 내한성과 내구성이 요구된다. 왜냐하면 한냉기후 중에서 견고한 영구동토(永久凍土)를 상대로 하지 않으면 않되기 때문이다.The present invention relates to low temperature wear resistant cast steel. Acquiring new sources as energy consumption increases has become a globally important challenge. Against this backdrop, it is well known that large-scale natural gas development and transportation pipe laying projects are planned or implemented in the Arctic regions of Alaska and Canada. Parts of civil construction machinery, such as power-shovels or wheel excavators used in soil excavation or hauling work in extremely cold climates, require a higher degree of cold resistance and durability. . This is because a strong permafrost must be confronted in a cold climate.

상술한 기계의 마모가 심한 부위(部位)에는 내마모주강품이 일반적으로 사용되고 있으나, 저온 또는 가혹한 작업조건하에서도 충분히 기능을 다하기 위해서는 고강도 및 내마모성, 내충격성을 구비하는 것이 필수조건으로 된다. 내마모성이 양호하면 사용가능 기간이 연장되기 때문에 부품교환의 빈도가 감소되며, 따라서 총사용량도 적게 되는 이점이 있다.Wear-resistant cast steels are generally used in areas where the abrasion of the machine is severely used, but it is essential to have high strength, wear resistance, and impact resistance in order to fully function even at low temperatures or in harsh working conditions. If the wear resistance is good, the frequency of parts replacement is reduced because the service life is extended, and therefore, there is an advantage that the total amount of use is also reduced.

또한, 내충격성이 우수하면, 작업중에 부하되는 하중에 의하여 저온 취약성 파괴를 일으킬 위험이 감소되는 이점이 있다.In addition, if the impact resistance is excellent, there is an advantage that the risk of causing low-temperature fragility fracture by the load loaded during operation is reduced.

본 발명의 목적은 이와 같은 용도에 대해서 충분한 내마모성과 저온에서의 내충격성을 구비한 주강재료를 제공하려고 하는 것이다.An object of the present invention is to provide a cast steel material having sufficient abrasion resistance and impact resistance at low temperatures for such applications.

일반적으로 실용화되고 있는 내마모주강은 저합금 주강에 소입(燒入 : hardening) 또는 소려(燒戾 : tempering)등의 열처리를 실시하여 내마모성의 지표(指標)로 되는 경도(硬度)를 HB 400-500의 범위로 한 것이 통예로 되어 있다.In general, wear-resistant cast steels are subjected to heat treatment such as hardening or tempering in low-alloy cast steels, and the hardness of HB 400- becomes an index of wear resistance. The thing which made it into the range of 500 becomes the news.

첨부도면은 일반적인 저합금 주강의 열처리된 상태에서의 경도 및 강도와 -40℃에서의 샤아피 충격치의 관계를 도시한 것이다.The accompanying drawings show the relationship between hardness and strength in the heat-treated state of a general low alloy cast steel and Charpy impact value at -40 ° C.

경도가 증가될 수록 역비례적으로 저온 충격치가 감소되고 있으며 그만큼 저온에서 취악성 파괴의 위험성이 높아져 오는 것을 의미한다. 경도 HB 400 이하에서는 인성(靭性)이 높은 반면 내마모성이 약해지는 결점이 있으며, 경도 HB 500 이상에서는 내마모성은 충분하나 내충격성이 낮어 파손될 위험이 높다.As hardness increases, the low temperature impact value decreases inversely, which means that the risk of brittle fracture at higher temperatures increases. Hardness HB 400 or less has a high toughness, but wear resistance is weak. In hardness HB 500 or more, the wear resistance is sufficient, but the impact resistance is low and the risk of breakage is high.

이와 같은 실정을 감안하여 본 발명은 우수한 내마모성과 저온 내충격성을 동시에 구비하는 새로운 내마모주강을 개발하는 것을 목적으로 하는 것으로, 목표로 하는 기계적 성질을 HB 450-500, -40℃에서

-노치 샤아피 충력치(

-notch charpy impact value)가 최소 15ft-1lb 이상으로 되게 정했다.In view of such circumstances, the present invention aims to develop a new wear-resistant cast steel having both excellent wear resistance and low temperature impact resistance.

Notch Charpy Impact

-notch charpy impact value) is set to at least 15 ft-1 lb.

본 발명에 있어서의 상기한 목표 달성을 위한 기술적 내용에 대해서 설명하면, 그 주요골자는 합금 배합의 설계 및 적정한 열처리방법의 선정에 있다. 합금원소의 함유량의 범위를 한정시킨 이유에 대해서 기술한다.When describing the technical content for achieving the above-described objective in the present invention, the main point is to design the alloy mixture and to select an appropriate heat treatment method. The reason which limited the range of content of an alloy element is described.

우선 탄소는 경도와 인성에 결정적인 영향을 미치는 중요한 원소로서, 0.20% 미만에서는 목표로 한 경도가 달성되지 않으며, 0.30%를 넘으면 인성이 만족하게 되지 않는다.First of all, carbon is an important element that has a decisive influence on hardness and toughness. The target hardness is not achieved at less than 0.20% and toughness is not satisfied at more than 0.30%.

규소는 제강상 필요한 탈산원소인 동시에 고용(固溶) 강화 및 저온 템퍼(temper) 취약성을 고온 측으로 이행시키는 작용을 가지는 동시에 주조 조직중의 탄소의 편석(偏析)을 균질화시키는 효과가 있다.Silicon is a deoxidation element necessary for steelmaking, and has the effect of shifting solid solution strengthening and low temperature temper fragility to the high temperature side, and also has the effect of homogenizing segregation of carbon in the casting structure.

규소 함유량이 1.2% 미만으로 되면 상기한 규소의 효과가 발휘되지 않으며, 2.0%를 넘으면 경도 및 인성이 저하된다.When the silicon content is less than 1.2%, the above-described effect of silicon is not exerted, and when it exceeds 2.0%, the hardness and toughness are lowered.

망간은 규소와 함께 탈산에 유효한 원소로서 소입성(燒入性)을 증가시키는 역할을 한다. 뿐만 아니라 불순물 유황의 d니성에 대한 악영향을 억제하는 효과가 있다. 망간 함유량이 0.3% 미만으로 되면 상기한 효과가 작으며 0.80%를 넘으면 열처리 도중이나 처리 후에 균열(Crack)이 발생될 위험이 증대되기 때문에 이 범위내에서 정지시킨다.Manganese, together with silicon, is an effective element for deoxidation and serves to increase hardenability. In addition, there is an effect of suppressing the adverse effect on dniness of impurity sulfur. If the manganese content is less than 0.3%, the above-mentioned effect is small. If the manganese content is more than 0.80%, the risk of occurrence of cracks during or after heat treatment is increased, and therefore, it is stopped within this range.

니켈은 공지된 것처럼 주강의 소입성을 증대하고 또 인성을 개선하는 지극히 유효한 원소이다. 이것이 1.7% 미만으로 되면 니켈의 효과는 현저하지 않고 2.4%를 넘으면 잔류 오오스테나이트(austenite)를 증가시키고, 경도가 저하된다. 뿐만 아니라 코스트가 높아지는 불이익을 초래하게 된다.Nickel is an extremely effective element that increases the hardenability and improves toughness of cast steel, as is known. If it is less than 1.7%, the effect of nickel is not remarkable, and if it exceeds 2.4%, residual austenite is increased and hardness is lowered. In addition, the cost increases, which will result in a disadvantage.

크롬은 소입성 및 소려연화(燒戾軟化) 저항을 증가시키는 원소이며, 탄소와의 관계 2.5%미만에서는 목표로 한 경도를 얻을 수 없으며, 3.5%를 넘으면 탄화물의 석출이 많아져서 인성이 저하된다.Chromium is an element that increases the hardenability and softening resistance, and the target hardness cannot be obtained when the relationship with carbon is less than 2.5%, and when it exceeds 3.5%, the precipitation of carbide increases and the toughness decreases. .

모리브덴은 소입성을 증가하고 템퍼 취약성을 방지하는 효과가 있고 0.30% 미만으로는 효과가 작으며, 0.55%를 넘어도 코스트가 높아질 뿐 이익은 없다.Molybdenum has the effect of increasing hardenability, preventing temper vulnerabilities, less than 0.30%, and even higher costs, even above 0.55%, with no benefit.

다음에 본 발명 주강의 세조법에 대해 설명하면 소정의 조성으로 대기 중에서 용해 정련하고, 주조한 후 열처리를 실시해서 목표로 하는 기계적 성질을 부여시킨다. 용해, 정련할 때에는 인성을 해치는 불순물과 비금속 개재물은 될 수 있는 한 적게 줄이는 것이 바람직하고, 알루미늄, 칼슘 실리콘 합금 또는 티타늄 등의 첨가에 의하여 탈산, 탈류 처리를 실시하고 있다.Next, a description will be given of the steelmaking method of the cast steel of the present invention by dissolving and refining in a predetermined composition in the air, casting and heat treatment to give the target mechanical properties. When dissolving and refining, it is desirable to reduce impurities and non-metallic inclusions that deteriorate toughness as much as possible, and deoxidation and dehydration are performed by addition of aluminum, calcium silicon alloy or titanium.

본 발명 주강의 열처리 방법은, Ac₃점 이상의 적당한 온도로 어니일링(annealing) 또는 노르말라이징(normalizing)을 실시한 후 소입 및 소려처리를 실시해서 고경도이고 또한 적도의 인성을 보유하는 템퍼말텐 사이트 조직으로 한다.In the heat treatment method of the cast steel of the present invention, annealing or normalizing at an appropriate temperature of Ac ₃ or more, followed by quenching and annealing treatment to obtain high hardness and equatorial toughness. It is done.

소입방법은 Ac₃점 이상인 950-1050℃의 고온도에서 1인치당 한시간 정도 보지 시킨 후 물 또는 기름 중에서 급냉하고 즉시로 150-300℃에서 충분한 시간 보유하여 템퍼를 실시하고 완료한다.The quenching method is held at an high temperature of 950-1050 ℃ for more than ₃ Ac.

별표 1에 본 발명 주강의 실시예를 표시하고, 본 발명 주강품과의 비교를 위하여 실용화되고 있는 내마모 주강중 본 발명 주강품과 경도치가 비슷한 몇 가지 예를 병기하였다. 또 인용문헌은 스티일 케스팅 핸드북 4판(版)이다.An example of the present invention cast steel is shown in Table 1, and some examples of the wear-resistant cast steel that are in practical use for comparison with the present invention cast steel are similar in hardness to the cast steel of the present invention. The citation is also the fourth edition of the Stil Casting Handbook.

별표 1에서 본 발명 주강은 높은 경도와 동시에 우수한 연신성이 있으며, 저온 인성을 구비하고 있음이 명확히 나타나고 있다. 또 본 발명 주강의 실시예는 도면에 표시된 목표치에 충분히 만족하고 있다.In Table 1, the cast steel of the present invention clearly shows that it has high hardness and excellent elongation and has low temperature toughness. Moreover, the Example of this invention cast steel is fully satisfying the target value shown by drawing.

본 발명의 주강품은 내마모 주강으로써 손색이 없는 내마모성을 봉하고, 동시에 저온 내충격성에 관해서 특별한 진보성을 가지고 있다.The cast steel of the present invention is an abrasion resistant cast steel, which has no inferior wear resistance and at the same time has special progress in low temperature impact resistance.

따라서 본 발명 주강품은 극한지에 사용되는 토목 건설기계의 내마모부품으로서 충분히 사용될 수 있고 우수한 내구성과 저온취성 파괴에 대한 높은 안전성을 겸비하고 있다고 말할 수 있다.Therefore, it can be said that the cast steel of the present invention can be sufficiently used as a wear-resistant part of civil construction machinery used in extreme places and combines excellent durability and high safety against low temperature brittle fracture.

또 본 발명 주강은 상기 주요한 특징 외에 다음에 진술하는 것같은 부차적으로 제조상의 몇 가지의 이점을 가지고 있다.In addition to the above main features, the present invention cast steel has several manufacturing advantages as described below.

즉, 하나는, 실리콘량이 많기 때문에 용해 제강공정에 있어서 탈산불량의 발생율이 지극히 낮게 되어 있는 것.That is, since one has a large amount of silicon, the incidence of deoxidation defects in the molten steelmaking process is extremely low.

둘째는, 주조상 용강의 탕유성(湯流性)이 좋고 복잡한 형상의 주강품이라도 용이하게 성형될 수 있는 것.Second, the molten steel of cast steel is good and can be easily formed even cast steel products of complicated shape.

더우기 소입성이 양호한 조성이기 때문에 두께가 두껍고 규격이 큰 제품의 열처리에 있어서 통상 피할 수 없는 질량효과가 지극히 작다. 따라서 제품의 표면 혹은 심부(芯部)의 기계적 성질의 불균일성이 작고 이 때문에 신뢰성이 높은 주강제품을 제조할 수 있다.Furthermore, since the composition has good quenchability, the mass effect which is usually unavoidable in heat treatment of a product with a large thickness and a large specification is extremely small. Therefore, the nonuniformity of the mechanical property of the surface or core part of a product is small, and it can manufacture a highly reliable cast steel product.

본 발명은 이상과 같은 각종의 이점을 가지고 있으므로 토목건설 기계의 용도 외에 숫돌, 시멘트, 광산, 준설(浚渫) 등의 기계장치의 내마모 부품으로서 사용될 경우에도 내구성, 내충격성이 우수한 효과를 발휘할 수 있는 것이다.Since the present invention has various advantages as described above, it can exhibit excellent durability and impact resistance even when used as wear-resistant parts of machinery such as grindstone, cement, mine, dredging, etc. in addition to civil construction machinery. It is.

[표 1]TABLE 1

Claims (1)

필수성분으로서 탄소를 0.20-0.30중량%, 실리콘을 1.2-2.00중량%, 망간을 0.30-0.80중량%, 니켈을 1.70-2.40중량%, 크롬을 2.50-3.50중량%, 몰리브덴을 0.30-0.55중량% 함유하고 잔부가 철로 구성됨을 특징으로 하는 고경도와 고인성을 가지는 저온합금강.As essential ingredients, 0.20-0.30 wt% carbon, 1.2-2.00 wt% silicon, 0.30-0.80 wt% manganese, 1.70-2.40 wt% nickel, 2.50-3.50 wt% chromium, 0.30-0.55 wt% molybdenum Low temperature alloy steel with high hardness and toughness, characterized in that the balance is made of iron.

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