KR100647970B1

KR100647970B1 - 절삭공구용 강

Info

Publication number: KR100647970B1
Application number: KR1020040046473A
Authority: KR
Inventors: 알프레트 퀴글러; 프란츠 렌들; 오토 라이트너
Original assignee: 뵐러 블레쉐 게엠베하
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2006-11-23
Also published as: US20050002820A1; EP1493833A1; ES2293199T3; JP2006002247A; JP4281000B2; ATE377661T1; BRPI0402412B1; AT412285B; TWI251029B; PL1493833T3; BRPI0402412A; ATA9652003A; EP1493833B1; DE502004005415D1; TW200500477A; KR20050000329A; MXPA04006126A

Abstract

본 발명은 절삭공구용 강에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 공구재료의 특성 프로필의 개별 값이 응력 발생시의 개별 하중에 상응하게 형성되도록 하고 높은 경제성을 달성하기 위해서는

C = 0.88 내지 1.12

Cr = 3.4 내지 4.5

Mo = 2.5 내지 3.0

V = 0.7 내지 1.0

Al = 0.04 내지 0.1

N = 0.02 내지 0.12 및

나머지로서 Fe 및 불가피한 원소(중량%)를 함유하는 절삭공구용 강이 제공된다.

Description

절삭공구용 강{STEEL FOR CUTTING TOOL}

본 발명은 절삭공구용 강에 관한 것이다.

공작물의 칩 제거시에 공구의 절삭영역은 실질적으로 열과 마찰, 그리고 인성(靭性)과 압축력에 의해 높은 하중을 받게 되는데, 이 경우에 공구와 재료의 응력이 동시에 작용한다. 상이한 하중 프로필이 제공될 때 공구의 최대 수명을 달성하기 위해서 프로필에서 나타나는 가장 중요한 요건들을 고려한 개별 합금 조성물들은 종래기술에 많이 공지되어 있다.

공구의 높은 내마모성은 일반적으로 고속도강(high-speed steel)을 사용함으로써 달성될 수 있는데, 상기 고속도강은 합금원소로서 20 중량% 이하의 농도를 가진 고가의 몰리브덴 및/또는 텅스텐을 다량 함유한다. 이러한 합금원소에는 바나듐도 속하는데, 통상의 고속도강 또는 PM-고속도강의 경우에 바나듐은 1.2 중량% 내지 10.0 중량%의 양으로 첨가된다.

전술한 바와 같이 고속도강은 그 조성에 관련해서는 공구의 응력 프로필에 맞게 선택될 수는 있지만, 고가의 합금 및 재료 비용을 발생시킨다는 단점이 있다. 비용적 측면을 고려하여 주합금원소의 농도를 낮추게 되면, 강(steel)의 열처리특성, 경도 및 일반적인 사용특성이 급격히 저하될 수도 있다.

본 발명의 목적은 종래기술의 단점들이 제거되고, 합금기술처리에 의해 절삭공구용으로 매우 적합하며, 높은 경제적 효율을 달성하는 강을 제공하는데 있다.

상기 목적은

C = 0.88 내지 1.12

Cr = 3.4 내지 4.5

Mo = 2.5 내지 3.0

V = 0.7 내지 1.0

Al = 0.04 내지 0.1

N = 0.02 내지 0.12 및

나머지로서 Fe 및 불가피한 원소(중량%)를 함유하는 절삭공구용 강에 의해 달성된다.

본 발명에 의해 달성된 장점들은 한편으로는 고속도강에 비해 훨씬 낮은 농도로 제공되는 몰리브덴과 바나듐, 그리고 다른 한편으로는 종래기술에 비해 비교적 높은 함량으로 제공되는 알루미늄과 질소의 화합에 의해서, 열처리된 강의 인성 및 압축력이 충분한 크기를 가질 때, 바람직한 고온 내구성 및 특히 높은 내마모성이 달성될 수 있다는데 있다. 본 발명에 따른 합금으로 만들어진 절삭공구는 고가의 합금원소를 적게 함유하므로 저가로 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 하중 프로필에서의 매우 중요한 요건들에 대해서도 높은 안정성을 갖는다.

절삭 프로세스는 절삭표면 또는 본 발명에 따른 강으로 만들어진 공구의 절삭 에지 뒤에 있는 영역에서 더 적절하게 이루어지며 패인 자국도 비교적 적게 나타난다는 사실을 발견할 수 있었다. 그 이유를 과학적으로 설명할 수는 없지만, 알루미늄, 질소, 탄소 및 바나듐의 상승 효과(synergy effect)로 가정될 수 있을 것이다. 탄소 및 질소에 대한 바나듐과 같은 원소들의 높은 친화력(affinity)은 열처리시에 매우 미세하고 균일하게 분포된 탄화물(carbide) 및 탄질화물(carbonitride)의 생성과 함께 바람직하게 높은 고온 내구성을 제공할 뿐만 아니라 모체(matrix) 내에 충분한 양의 반응성 알루미늄이 함유될 수 있게 하는데, 이러한 알루미늄이 공구의 절삭영역에서 온도 부하가 나타날 때 산화되어 알루미나 표면층, 예컨대 절삭 프로세스를 촉진시키는 코팅을 형성한다. 모체 내 알루미늄은 본 발명에 따른 재료의 고온 내구성 및 템퍼링(tempering) 안정성 또한 촉진시키는 것으로 입증되어 있다.

합금 내에서 바나듐은 0.45 중량% 이하의 니오븀으로 부분 대체될 수 있지만, 이러한 경우에 탄소 함량이 농도 한계치 보다 낮게 주어질 수 있다.

한 바람직한 실시예에 따르면 본 발명에 따라

C = 0.93 내지 1.07

Si = 0.15 내지 0.42

Mn = 0.15 내지 0.44

P = 최대 0.03

S = 0.001 내지 0.3

Al = 0.05 내지 0.07

N = 0.03 내지 0.1

의 원소(중량%) 중 하나 이상을 함유하는 강이 절삭공구용으로 사용될 수 있다.

주어진 농도 범위 내에서 합금 원소들을 혼합함으로써 공구의 특성 프로필에서 특히 중요한 영역들이 더욱 증가될 수 있다.

알루미늄 대 질소의 비가 0.5 내지 1.9일 때(Al/N = 0.5 내지 1.9), 본 발명에 따른 재료는 열처리된 상태에서 또는 450℃ 내지 500℃에서의 경화 및 한번 이상의 템퍼링후에 높은 고온 내구성 및 인성을 가지는데, 이 상태에서 공구의 절삭마모는 최소값을 갖는다.

중장비 기기에서 높은 경제성 및 높은 수명을 가지며 63 HRC 이상의 경도, 바람직하게는 64 HRC 이상의 경도를 갖는 원형톱(circular saw)이 본 발명에 따른 강에 의해서 제조될 수 있다.

통상적으로 사용된 재료 DIN No.1.3343과 비교했을 때 나타나는 강의 조성 만을 보여주는 본 발명의 실시예를 자세히 살펴보면 다음과 같다:

400mm의 직경을 갖는 열처리된 치형 원형톱날이 공통 축 상에 고정되어서, 분리장치에서 인성이 강한 금속 바(metal bar)를 조각들로 분리하였다.

본 발명에 따르면 톱날의 수명에 관련하여 적합한 것으로 증명된, 표 1에서 A1 타입으로 표기된 합금으로 만들어진 톱날 사이에 Vers. L.3으로 표기된 합금으로 만들어진 톱날이 삽입되었다.

마모로 인해 톱날 축이 분리될 때까지 나타나는 결과들에 대한 비교 평가가 표 2에 제시되는데, 이 경우에 Al 타입의 값이 100%로 제시된다. 이러한 결과는 본 발명에 따른 재료를 사용할 경우에 절삭공구, 특히 원형톱날의 절삭성능이 높게 나타날 수 있다는 사실을 보여준다.

재료	화학 조성
	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	V	W	Al	N
A1 타입	0.91	0.32	0.4	0.011	0.012	4.13	5.21	1.81	6.44	-	-
Vers.L.3	0.96	0.27	0.24	0.01	0.009	4.01	2.78	0.88	-	0.082	0.086

표 1

재료	사용시간(%)	경도(HRC)	절삭마모(%)	패인 자국(%)	절삭파손(%)
A1 타입	0	65	-	-	-
Vers.L.3	0	64	-	-	-
A1 타입	30	-	100	100	100
Vers.L.3	30	-	103	95	100
A1 타입	60	-	100	100	100
Vers.L.3	60	-	107	89	200
A1 타입	90	-	100	100	100
Vers.L.3	90	-	106	86	100

표 2

본 발명에 의해 종래기술의 단점들이 제거되고, 합금기술처리에 의해 절삭공구용으로 매우 적합하며, 높은 경제적 효율을 달성하는 강이 제공된다.

Claims

C = 0.88 내지 1.12

Cr = 3.4 내지 4.5

Mo = 2.5 내지 3.0

V = 0.7 내지 1.0

Al = 0.04 내지 0.1

N = 0.02 내지 0.12 및

나머지로서 Fe 및 불가피한 원소(중량%)를 함유하는,

절삭공구용 강.
제 1 항에 있어서,

C = 0.93 내지 1.07

Si = 0.15 내지 0.42

Mn = 0.15 내지 0.44

P = 최대 0.03

S = 0.001 내지 0.3

Al = 0.05 내지 0.07

N = 0.03 내지 0.1

의 원소(중량%) 중 하나 이상을 함유하는,

절삭공구용 강.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

알루미늄 대 질소의 비가 0.5 내지 1.9(Al/N = 0.5 내지 1.9)인,

절삭공구용 강.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 강으로 제조되고 63 HRC 이상의 경도의 치형 에지 영역을 갖는,

원형톱날.
제 3 항에 따른 강으로 제조되고 63 HRC 이상의 경도의 치형 에지 영역을 갖는,

원형톱날.