KR100214401B1

KR100214401B1 - 마르텐사이트 스테인레스 강

Info

Publication number: KR100214401B1
Application number: KR1019920000928A
Authority: KR
Inventors: 제이. 슈마허 윌리암
Original assignee: 카를로스 엠. 헤르난데즈; 암코 인코포레이팃드
Priority date: 1991-01-24
Filing date: 1992-01-23
Publication date: 1999-08-02
Anticipated expiration: 2012-01-23
Also published as: ZA919028B; ES2084195T3; KR920014949A; EP0496350A1; DE69208693D1; EP0496350B1; ATE135057T1; JPH0543988A; CA2055154C; US5089067A; AU645147B2; DE69208693T2; AU8788191A

Abstract

본 발명은 주물로서 양호한 주조성, 연성 및 광범위한 경도로 경화될 수 있는 성질을 갖는 실질적인 마르텐사이트 스테인레스 강에 관한 것이다. 본 강은 필수적으로, 중량％로서, 탄소 약 0.08％ 이하, 망간 약 1.0 내지 약 4.0％, 크롬 약 13.0 내지 약 17.0％, 구리 약 1.5내지 약 4.0％, 질소 약 0.12％ 이하, 규소 약 1.0％미만, 몰리브덴 약 1.0％미만, 니켈 약 1.0％미만, 인 약 0.03％미만, 황 약 0.5％미만, 붕소 약 0.005％ 이하, 니오븀, 바나듐, 티타늄 및 (또는) 지르코늄 약 0.5％ 이하, 및 나머지의 필수적인 철로 이루어져 있다. 본 강은 주조 골프 채, 단조 골프 채, 식탁용 철물, 보우트 프로펠러 및 쾌삭재료를 포함한 기타 주조, 단조 및 정련 생성물의 제조에서 특히 유용하다.

Description

마르텐사이트 스테인레스 강

본 발명은 조절된 경도 및 양호한 주조 특성을 가지는 신규의 합금 조성물에 관한 것이다. 이 합금은 재료를 골프 클럽 및 보트 프로펠러와 같은 제품으로 주조하거나 단조하는 응용품에 유용하다. 또한 합금은 쾌삭강(快削鋼)을 포함한 정련 응용품 및 식탁용 철물 응용품에 유용하다.

마르텐사이트 스테인레스 강은 통상 스테인레스 강으로서는 크롬 함량이 낮은 편이고 따라서 다른 스테인레스 강과 비교하여 내부식성이 더 낮다. 마르텐사이트 스테인레스 강은 광범위한 강도로 열처리할 수 있고, 황을 첨가하고 열처리된 조건 하에 있을 때 양호한 절삭성을 갖는다. 마르텐사이트 스테인레스 강은 통상열처리하기가 용이하고 열간 및 냉간 가공이 비교적 용이하다. 통상적으로, 마르텐사이트 스테인레스 강은 1700 내지 2000℉ (930 내지 1095℃)와 같은 고온으로 가열하고 이어서 공기 또는 오일 급냉시킨다. 800 내지 1400℉ (425 내지 760℃의 2차 열처리 단계를 통해 마르텐사이트 스테인레스를 원하는 강도 수준으로 조절한다. 마르텐사이트 스테인레스 강은 일반적으로 모든 스테인레스 강 중 최소 비용이 드는 경향이 있다.

골프 클럽 헤드를 제조하기 위하여 사용하는 재료는 과거 수 십년 동안에 상당히 변화하여 왔다. 원하는 조합의 경도, 중량, 연성, 내부식성, 강도, 인성, 내마모성, 내구성 및 탄력 등을 제공하기 위하여 스테인레스 강, 탄소 강 및 다수의 다른 합금들을 골프 클럽 헤드에 사용하여 왔다. 골프 클럽 헤드와 상이한 특성을 필요로 할 수 있는 골프 클럽 샤프트에도 또한 다양한 합금들을 사용하여 왔다.

골프 클럽 헤드에 사용되는 합금은 처음에는 모래 및 인베스트먼트 주조 공장에서 사용되는 공지된 물질이었다. 다른 골프 클럽 제조업자들은 마무리 작업을 더 요구하는 단조 골프 클럽을 제조하는 방법을 선택해 왔다. 다수의 주물 공장들이 골프 헤드용 특성을 가진 조성물을 고안하기 보다 특정 스테인레스 강 합금을 사용한 주된 이유는 그것이 흔하고 입수 용이하다는 것이었다. 최근에, 골프 클럽 디자이너들은 더 단가가 높지만 특정 성질, 예를 들면 더 양호한 타구감 또는 경도를 제공하는 신규의 특이한 합금들을 실험해 왔다. 또한 경도 또는 강도를 증가시키기 위하여 골프 클럽용 각종 합금들의 성질을 열처리에 의하여 개질시켰다.

골프 클럽 재료를 선택할 때, 일부 제조업자들은 그 골프 클럽이 골퍼를 위해 보다 증진된 타구감 또는 비거리를 제공할 수 있다면 비용을 아끼지 않았다. 더 단가가 높은 합금들, 예를 들면, 구리-베릴륨, 구리-주석, 구리-니켈-아연 및 알루미늄-티탄 등이 또한 섬유를 함침시킨 복합 구조를 갖는 표면으로서 사용되어 왔다.

골프 클럽 헤드는 단조 또는 주조될 수 있다. 인베스트먼트 주조 헤드를 사용함에 따라 골프 클럽 제조업자들은 마무리 조작을 전혀 또는 거의 요하지 않는 정밀 주조물을 구입할 수 있게 되었다. 주조물을 사용함에 따라 디자인의 자유도 크게 증가되었다. 주조용 도구에는 금형의 한 부분으로서 호셀 디테일, 스코어링라인 및 아이텐티케이션이 포함된다. 단조된 골프 클럽은 디자인에 있어 더 제한을 받으며 상당한 마무리 조작을 요한다. 단조용 도구는 골프 클럽의 디자인 변경이 요구되면 훨씬 더 단가가 높아진다. 단조 제품들은 그 재료의 가공으로 인해 일반적으로 보다 고밀도를 가질 것이다. 단조에 의한 감소량은 야금학적 구조에 강한 영향을 미친다. 또한 단조물은 용융 또는 주조 장치가 없는 제조 공장에서도 제조할 수 있다. 골프 클럽 헤드를 위해 요구되는 성질은 주조 또는 단조 생산으로 가능하다.

골프 클럽 헤드를 위한 재료를 선택할 때는 다수의 성질을 고려해야만 한다. 마무리된 헤드 중량은 규격에 일치하는 아주 협소한 한계 내이어야 한다. 금속은 경기에 수반되는 마모 및 충격력에 견딜 수 있어야만 한다. 재료의 인장 강도, 내파쇄성, 경도 및 밀도는 주조용 재료를 선택하는 데 있어 모두 고려되어야 한다.

스테인레스 강은 상기 성질 들을 제공하고 또한 탁월한 내부식성을 갖기 때문에 골프 클럽용을 사용된다. 스테인레스 강 중 T304, T431 및 17-4PH를 가장 통상적으로 선택하여 왔다. 이들 재료는 각각 상이한 성질을 제공한다.

T304는 Cr 약 18％, Ni 8％, C0.08％미만을 갖는 오오스테나이트 물질이다.

이 스테인레스는 비교적 연질이고 열처리에 의해 경화될 수 있다. 내부식성이 큰 반면, 그의 용도는 벤딩 양을 제한하는 것을 도와주는 더 두꺼운 호셀 베이스를 갖는 철물에 제한되어 있다. T304와 같은 오오스테나이트 스테인레스 강들은 계속 사용되어 왔거나, 아주 쉽게 손상되는 경향이 있다. 이들 강은 종종 고철이 합리적인 가격으로 입수 가능하기 때문에 선택되었다. 오오스테나이트 스테인레스 강에는 재료의 단가를 크게 증가시키는 다량의 니켈이 첨가된다. 주물로서 낮은 편인 강도 수준 때문에 보다 유선형의 골프 헤드 디자인을 사용할 수 없다.

또한, 골프 클럽에 목적하는 경도 및 내부식성을 제공하기 위하여 스테인레스 강 400 시리즈가 사용되어 왔다. 그러나, 이들 합금은 목적하는 성질을 얻기 위해서는 적당한 열처리 및 세심한 화학적 조건 조절을 요한다. 431형이 통상적으로 사용되며, 목적하는 성질을 얻기 위해서는 이중 열처리를 요한다. 이 강은 헤드와 호셀의 정렬을 조정하기 위해 요구되는 연성이 부족하다. T431은 Cr 약 16%, Ni 2%, 및 C 0.2% 미만으로 이루어진 마르텐사이트 스테인레스이다. 이것은 T304보다 내부식성이 적고, 표면을 말끔히 하기 위하여 통상 표면 안정화 처리를 해야 한다. T431은 높은 강도 및 경도 수준은 부여하기 위하여 열처리 할 수 있고, 그 용도는 웨지, 퍼터 및 아이언 헤드로 제한된다.

골프 클럽용으로 널리 사용되는 스테인레스 강은 17-4 PH이다(미합중국 특허 제 2,482,096호 제2, 482, 097호 및 제2, 482, 098호 참조). 이것은 바람직한 내부식성 및 록크웰 C 약 30 내지 35 범위의 경도를 가진다. 이것은 공을 칠 때 원하는 타구감을 얻기 위해서 현저하게 더 낮은 수준으로 연화시킬 수 없다.

이 강은 본래 항공기를 위해 고안된 것으로서 골프 산업을 위해 필요한 성질들을 위해 고안 되지는 않았다. 많은 골프 클럽 헤드들은 단지 그것이 공지되어 있고, 재용융된 공급원료로서 입수 용이하며 미세한 화학적 변동이 허용된다는 것 때문에 17-4PH를 사용하여 고안되어 왔다. 17-4PH는 대략 Cr 17%, Ni 4%, Cu 2.75% 및 C 0.07% 미만을 갖는 침전 경화성 강이다. 이것은 이러한 용도에 현재까지 사용된 스테인레스 강 중 최고의 강도 및 경도를 가진다.

일부 골프 클럽 디자이너들은 크롬 도금 골프 클럽을 사용하여 왔으나, 이러한 골프 클럽은 계속 사용시에 표면이 패이면 부식을 나타내는 경향이 있다.

골프 산업용으로 특별히 고안된 한 합금이 판스틸 인크(Fansteel Inc. )의 존 맥코믹에 의한 미합중국 특허 제 4, 314, 863호에 기재되어 있다. 이 스테인레스강 주조용 합금은 크롬 13 내지 19%, 니켈 2 내지 3.6%, 구리 2 내지 3. 5%, 망간 0.20 내지 1.4% 규소 0.5 내지 1.0%, 탄소 0.1 내지 0.8%, 질소 0.10% 이하, 몰리브덴 0.10% 미만, 알루미늄 0.10% 미만, 콜룸븀 0.10% 미만, 황 0.035% 이하인 0.035% 이하 및 나머지 대부분의 철로 이루어져 있다. 니켈과 구리는 합하여 5%이상이어야 한다. 이 스테인레스 주물은 경제성 있고, 록크웰 B 90 정도의 목적하는 경도를 제공하며, 어떤 부가적인 열처리를 요하지 않으면서 다른 기계적 성질들을 제공하기 위해 고안되었다. 바람직한 미세구조는 약간의 마르텐사이트 또는 델타 페라이트와 조합된 실질적인 오오스테나이트이다.

골프 클럽 헤드 산업용으로 개발된 또다른 스테인레스 강은 일본국 특허 공고 제55-029,329호에 기재되어 있다. 이 합금은 양호한 진동 감쇄성을 갖도록 고안되었고, Cr 8-25%, Mo 0.2-3.0%, Ni 0.5-3.0%, Si 1.0-4.0%, C 0.06% 이하 및 나머지의 Fe로 이루어진 조성을 갖는다. 대표적인 합금은 Cr 약 18%, Mo 1%, Ni 1%, Si 2.5%, C 0.005% 및 나머지의 철을 함유한다. 감쇄성 향상은 주로 Cr 및 Mo의 첨가에 기인한다.

스테인레스 강은 탁월한 내부식성 때문에 선박용 응용품에 광범위하게 사용된다. T431, 15-5PH 및 17-4PH와 같은 합금들은 보트 프로펠러와 같은 응용품에 널리 사용된다. 선박용 응용품은 또한 연성, 강도 및 경도가 양호한 합금을 필요로 한다. 그러나, PH 합금들은 이용도를 위해서는 너무 고급이므로, 가격 효용성이 더 높고 열처리하기가 더 용이한 합금이 요구되고 있다.

해양 산업용으로 내점식성이 양호하고 강도가 높은 마르텐사이트 스테인레스 강이 개발되어 왔다. 예를 들면 , C 0.08％이하, Si 3％이하, Mn 3％ 이하, Cu 2.5-5.0％, Ni 2.5-6.0％, Cr 10.0-20.0％, Mo 1.5-5.0％, Nb 및(또는) Ta 0.1-1.0％, B 0.005-0.050％, N 0.105-0.40％ 및 나머지의 Fe로 이루어진 합금이 일본국 특허 공고 제01-246,343호에 기재되어 있다. 이 합금은 선박용 펌프, 축 및 밸브로서 사용하기 위한 것이었다.

선박용 응용품을 위한 또다른 마르텐사이트 스테인레스는 일본국 특허 공고 제63-000,436호에 기재되어 있다. 이 강은 C 0.03％ 이하, Si 0.30-0.60％, Mn 0.7-1.00％, Ni 0.15-0.45％, Cr 11.5-12.5％, Mo 0.5％이하, Cu 0.30-0.50％, N 0.060％ 및 나머지의 Fe로 이루어져 있다. 이 합금은 예열없이 용접되는 성능을 포함하여 용접 특성이 양호하다.

현재 골프 클럽용으로 사용되는 합금들 중 어느것도 원하는 골프 클럽 및 디자인 모두의 완벽한 생산을 가능하게 해 주는 성질들의 바람직한 조합을 갖지 않는다. 게다가, 이들 재료의 단가 및 필요한 열처리 또는 마무리 단계의 비용으로 인해 목적하는 범위의 성질을 가진 것 보다 경제적인 합금이 요구되고 있다. 골프 클럽 헤드 제조용으로 사용되는 기존의 금속들은 단가가 높고 한가지 이상의 성질들에 결함이 있으며, 그의 사용을 가능케 하기 위한 부가적인 가공 단계를 필요로 한다.

본 발명은 강 조성물로부터 제조되는 주조, 단조 및 정련 제품으로 가공될 수 있는 주조 상태에서 실질적으로 마르텐사이트계인 스테인레스 강 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 조성물은 필수적으로, 중량％로서, 탄소 약 0.08％이하, 망간 약 1.0％내지, 4.0％, 규소 약 1.0% 이하, 니켈 1.0% 미만, 몰리브덴 1.0% 미만, 구리 약 1.5% 내지 4.0% 질소 약 0.12％이하, 크롬 약 13.0％ 내지 17.0％, 붕소 약 0.005％ 이하, 황 약 0.5％ 이하, 인 약 0.03％ 이하를 함유하며, 그 나머지는 통상 존재하는 잔류물을 포함한 철로 이루어져 있다.

본 발명에 따른 스테인레스 강 조성물은 인베스트먼트 주조 및 단조 골프 클럽 헤드 및 보트 프로펠러뿐만 아니라 다수의 기타 정련, 단조 및 주조 제품용으로 특히 적당하다. 경제적인 주조 또는 단조 제품은 골프 클럽용으로 적당한 여러 가지 성질들을 가진다. 여기에는 양호한 내부식성, 양호한 연성, 보다 양호한 타구감을 위해 바람직한 범위내로 경화될 수 있는 능력 및 양호한 주조성 등이 포함된다.

선박 관련 응용의 경우, 이 합금은 보트용 프로펠러와 같은 제품에 필요한 탁월한 강도, 내부식성 및 경도를 가진다.

쾌삭강의 경우, 본 발명의 강은 약 0.5％ 이하 및 통상적으로는 약 0.10％ 내지 약 0.5％의 황을 첨가하는 것이 특징이다.

본 발명의 조성물은 또한 양호한 연성, 입자 크기 및 강도를 포함한 양호한 정련 성질을 갖는다.

본 발명의 스테인레스 강은 주조 상태에서 약 20％ 미만의 페라이트 및 약 5％ 미만의 보유 오오스테나이트를 갖는 실질적인 마르텐사이트 구조인 것이 특징이다.

최종 제품 내의 페라이트 양은 선택된 열처리 방법에 따라 달라질 것이다.

본 발명의 목적은 다양한 경도로 열처리 할 수 있는 마르텐사이트 스테인레스 강 주물, 단조 제품 및 정련 제품을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기존의 재료들보다 더 양호한 성질을 제공하는 반면 생산 단가면에서는 보다 저렴한 합금을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 더 양호한 주조성 및 열간 가공성을 제공하도록 조성된 스테인레스 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 잇점은 주조 및 정련 제품에 개선된 연성을 제공하는 조성물 균형에 의하여 이루어지는 생산성 향상에 있다.

본 발명의 다른 잇점은 주조 제품에 있어 균열의 감소에 있다.

또 다른 잇점은 더 양호한 타구감을 가진 골프 헤드를 제공하기 위하여 본 발명에 따른 강이 제공할 수 있는 더 다양한 경도에 있다.

본 발명에 따른 강의 또 다른 잇점은 헤드와 호셀 간의 연결 부분의 제조를 단순화시켜 원하는 골프 클럽 각도를 얻게 하는 개선된 연성에 있다.

상기에서 언급한 목적 및 잇점등은 다음의 발명의 사어세한 설명을 기초로 더 잘 이해될 것이다.

본 발명의 마르텐사이트 스테인레스 강은 주조 또는 단조 골프 클럽 헤드의 생산에 특히 적당한 성질들의 조합을 제공하기 위하여 개발되었다. 본 발명의 합금이 가져야할 성질로는 록크웰 B95 내지 록크웰 C 40 또는 더 높은 범위의 경도, 양호한 주조성, 양호한 연성, 양호한 인성 및 만족스러운 내부식성 등이 있다.

본 발명의 합금은 이 성질들의 조합을 제공하며, 기존의 재료 및 골프 클럽 제조를 위하여 요구되는 그들의 가공 단계들보다 더 경제적이다. 본 발명의 강은 시효 경화를 요하지 않는 1회의 열처리를 통해 원하는 조합의 성질을 제공하는 데 사용할 수 있다.

본 발명의 스테인레스 강 조성물로부터 수많은 제품을 제조할 수 있다.

이들 제품에는 각종의 마무리된 정련 제품, 예를 들면 쉬이트, 스트립, 바아, 로드, 와이어, 관 및 중간-처리된 정련 제품, 예를 들면 재용융 공급원료, 슬랩, 빌릿, 블룸, 및 성형 제품이 있다. 본 발명의 조성물로부터 얻을 수 있는 다른 제품에는 단조, 주조 및 분말 제품이 있다. 본 발명의 강과 관련하여 관심을 받는 구체적인 제품에는 골프 클럽 헤드 및 프로펠러와 같은 주조 제품, 골프 클럽 헤드 및 식탁용 철물과 같은 단조 제품, 및 쾌삭 응용품을 위한 스테인레스 강 제품이 있다.

본 발명의 실질적으로 마르텐사이트계인 스테인레스 강 조성물은 필수적으로, 중량％로서, 탄소 약 0.08％이하, 망간 1.0 내지 약 4.0％, 크롬 약 13.0％ 내지 약17.0％, 구리 약 1.5 내지 약 4.0％, 질소 약 0.12％ 이하, 니켈 1.0％미만, 규소 약 1.0％미만, 몰리브덴 약 1.0％미만, 황 약 0.5％ 이하를 함유하며, 그 나머지는 대부분 철로 이루어진다. 본 발명의 강은 용융 공정으로부터 생선된 정상적으로 발생하는 잔류 원소를 함유할 것이다. 이들은 인 약 0.03％ 이하 및 기타 잔류 원소를 포함할 것이다. 약 0.005％ 이하의 소량의 붕소를 첨가할 수 있다. 쾌삭 응용품에 대해서는 약 0.5％ 이하 및 바람직하게는 약 0.1 내지 0.5％의 황을 첨가할 수 있다. 절삭성이 중요시 되지 않을 때 황은 보통 약 0.003％ 이하일 것이다. 입자 제련 및 연성을 향상시키기 위해서 약 0.3％ 이하의 양으로 니오브, 티탄, 바나듐 및 (또는 )지르코늄을 첨가할 수 있다.

본 발명의 바람직한 강 조성물은 필수적으로, 중량％로서, 탄소 약 0.03내지 약 0.07％, 망간 약 1.5 내지 약 3.5％, 크롬 약 14 내지 약 16％, 구리 약 2 내지 약 3.5％, 질소 약 0.04내지 약 0.12％, 니켈 0.9％미만, 더 바람직하게는 0.75％ 미만, 붕소 약 0.001 내지 약 0.03％를 함유하고, 그 나머지는 대부분 철로 이루어진다. 이들 원소에 대한 바람직한 범위 중 어느 하나를 나머지 원소에 대한 넒은 범위와 함께 사용할 수 있다.

골프 클럽 제품을 위한 본 발명에 따른 강의 더 바람직한 범위는 필수적으로, 중량％로서, 탄소 약 0.03 내지 약 0.06％, 망간 약 1.75 내지 약 2.5％, 크롬 약 14.5내지 약 15.5%, 구리 약 2.5 내지 약 3.25％, 질소 약 0.06 내지 약 0.09％, 니켈 약 0.5％이하 , 규소 약 0.75％이하, 몰리브덴 약 0.5％ 이하, 인 약 0.025％ 이하, 황 약 0.02％ 이하, 붕소 약 0.001 내지 약 0.003％ 및 나머지 대부분의 철로 이루어진다. 이들 원소의 더 바람직한 범위중 어느 하나를 나머지 원소에 대한 더 넓은 범위와 함께 사용할 수 있다.

스테인레스 강 조성물의 탄소 함량은 양호한 내부식성, 양호한 연성, 양호한 주조성 및 원하는 경도를 제공하기 위하여 약 0.08％ 이하로 유지한다. 탄소 함량을 이와 같이 낮은 수준으로 유지하면서, 존재하는 크롬 수준으로 합금을 적절하게 균형화시켜 원하는 마르텐사이트 구조를 얻을 수 있다. 크롬 수준이 낮은 편이면 바람직한 내부식성이 얻어지고, 합금을 더 경제적으로 생산할 수 있다. 약 0.03 내지 약 0.07％, 더 바람직하게는 약 0.03％ 내지 약 0.06％의 바람직한 탄소 수준은 원하는 조합의 성질을 얻는데 도움이 된다. 이 탄소 함량은 골프 산업용으로 고안된 다수의 스테인레스 강 합금들, 예를 들면 미합중국 특허 제 4,314,863호에 기재된 탄소가 0.2％ 이상, 통상 약 0.2 내지 0.5％로 유지되는 합금과는 거리가 있다. 본 발명의 합금은 내부식성을 저하시키고, 연성을 감소시키고, 노치 인성을 저하시키며 절삭을 더 곤란하게 만드는 과도한 카바이드의 존재를 피한다. 상기 문헌의 높은 탄소 함량을 목적하는 주조 상태 경도를 얻기 위해 필요한 것이었다.

본 발명의 강에 존재하는 질소 수준은 목적하는 주조 상태 마르텐사이트 구조를 제공하기 위하여 탄소 함량과 균형을 맞추어야 한다. 약 0.12％ 이하의 질소 함량을 사용할 수 있다. 바람직하게는 약 0.04 내지 약 0.12％, 더욱 바람직하게는 약 0.06％ 내지 약 0.09％의 범위가 원하는 성질들의 더 조절된 균형을 제공한다. 탄소와 마찬가지로, 질소는 합금의 경도를 증가시키며, 내부식성을 현저하게 저하시키지 않고도 니켈의 함량을 더 낮출 수 있게 하고, 합금의 단가를 감소시킨다.

본 발명에 따른 강의 망간 함량은 바람직한 성질을 위하여 통상 약 1.0 내지 4.0％, 바람직하게는 약 1.5 내지 약 3.5％이다. 최적 함량은 약 1.75 내지 약 3.0％의 범위이다. 망간은 약 2％ 이하에서는 니켈을 대신하고 약 2％ 이상에서는 오오스테나이트 안정화 첨가제로서 작용한다. 망간을 제련하는 동안 탈산화제로서 작용하고, 존재하는 황과 결합하여 풍부한 크롬을 함유한 황화망간을 형성하는 경향이 있다. 이 형태의 황화물은 양호한 내부식성 및 절삭성 면에서 다른 황화물 형태에 비해 유리하다.

본 발명에 따른 강의 크롬 함량은 약 13 내지 약 17％, 바람직하게는 약 14 내지 약 16％의 범위이다. 크롬 함량은 원하는 마르텐사이트 구조를 제공하도록 오오스테나이트 형성 원소들과 균형을 맞춘다. 이 균형은 원하는 내부식성 및 경도를 또한 제공한다. 크롬은 목적하는 성질을 만족시키고 경제적인 합금이 되게 하기 위하여 가능한 한 낮은 수준으로 유지하는 것이 바람직하다. 최적 크롬 양은 약 14.5 내지 약 15.5％이다.

구리는 본 발명의 강에 니켈 함량을 감소시키고 오오스테나이트 일부분을 안정화시키기 위하여 필수적으로 첨가한다. 본 발명의 구리 수준은 미합중국 특허 제 4,314,863호에 기재된, 니켈과 구리의 합이 약 5％ 이상이어야 하고 원하는 주조상태 경도를 제공하기 위하여 약 2.0％내지 3.5％의 구리가 함유되는 니켈과의 관계를 요구하지 않는다. 본 발명의 구리 함량은 약 1.5 내지 약 4.0％이고, 바람직하게는 약 2.0 내지 약 3.5％이나, 위와 같은 니켈과의 관계를 가지는 것은 아니다. 구리가 약 2.5 내지 3.25％의 범위일 때 성질들의 최적 조합이 제공된다. 이 범위의 상부, 예를 들어 약 3.0 내지 약 4.0％ 범위의 구리의 첨가는 본 발명의 범위 내에서 가장 연질의 재료를 얻기 위하여 이용될 수 있다. 적절한 열처리와 함께, 널리 공지된 구리의 시효 경화 효과를 이용할 수 있다.

니켈의 수준은 재료의 합금 단가를 낮추기 위하여 1.0％ 미만으로 제한된다.

니켈은 약 0.9％ 미만이 바람직하고, 0.75％ 미만이 더 바람직하며, 0.5％ 미만이 훨씬 더 바람직하다. 본 발명의 조성물에서 니켈은 탄소, 질소, 구리 및 망간의 첨가에 의하여 대체된다. 존재하는 니켈은 합금의 경도, 오오스테나이트 및 노치 인성에 기여한다.

규소는 본 발명의 강 내에 약 1.0％ 이하 범위의 양으로 존재하고, 바람직하게는 약 0.75％ 미만의 수준으로 존재한다. 규소는 정련하는 동안 탈산화제로서 작용하며, 용융 금속의 유동성 및 주조성을 향상시키는 경향이 있다. 규소의 수준이 더 높으면 합금의 단가를 증가시키고 실질적인 잇점은 전혀 제공하지 않는 구조를 균형잡기 위하여 오오스테나이트 형성 원소의 첨가가 필요해 진다. 약 1.0％ 이상의 규소 함량은 존재하는 페라이트에서 연성을 저하시켜 균열을 일으킬 수 있다.

몰리브덴은 약 1.0％ 이하의 양으로 존재하고, 바람직하게는 약 0.75％ 이하의 잔류 수준으로 유지된다. 더 바람직하게는 몰리브덴의 범위를 약 0.5％ 미만으로 유지시킨다. 선박용 응용품을 위하여 합금을 사용할 때에는, 내부식성의 개선을 위해 몰리브덴을 범위의 상한에 더 가까운 양으로 유지시키는 것이 바람직할 것이다.

붕소는 본 합금계에서 임의적이나, 열간 가공성을 향상시키는 잇점을 제공할 수 있다. 존재하는 경우, 붕소는 약 0.01 내지 약 0.003％ 범위 이내이어야 한다.

황은 내부식성을 향상시키기 위하여 약 0.03％ 미만의 수준, 통상 약 0.02％미만의 수준으로 유지시킨다. 어떤 경우에는, 더 양호한 절삭성을 필요로 한다면 약 0.5％의 높은 범위로 황을 함유시킬 수 있다. 쾌삭 응용품에서 황의 바람직한 범위는 약 0.1 내지 약 0.5％이다.

인은 약 0.03％미만, 바람직하게는 약 0.025％ 미만의 수준으로 유지시킨다.

정련 제품에서 입자 정련을 개선하기 위한 연성의 개선을 위해 약 0.5％ 이하의 양으로 니오브, 티탄, 바나듐 및 (또는)지르코늄을 임의로 사용한다. 이것은 주물에서는 거의 무가치하며, 합금의 단가를 증가시키는 경향이 있다.

보트 프로펠러는 통상 15-5PH, 17-PH 및 T431과 같은 스테인레스 강으로부터 주조하며, 부식 피로 내성을 포함한 양호한 내부식성, 약 록크웰 C 25내지 C35의 경도 및 양호한 절삭성을 요한다. 본 발명의 합금은 보트 프로펠러와 같은 선박용 제품을 위하여 특히 적당하다.

각종 정련 제품, 예를들면 쉬트, 스트립, 바아, 로드, 와이어, 빌릿, 블룸 및 슬랩을 본 발명의 강으로부터 제조할 수 있다. 이들 마르텐사이트 강 제품 역시 본 발명에 따른 탁월한 조합의 성질들을 갖는다. 단조 골프 클럽 헤드 및 식탁용 철물 응용품을 포함한 단조물도 본 발명의 강으로부터 제조할 수 있다.

하기 표1의 데이터는 본 발명의 조사에서 연구한 각종 조성물을 나타낸다.

이들 재료는 공기 유도 용융된 것이고 인베스트먼트 주조에 사용되는 통상적인 재용융 공급 원료를 나타낸다.

표1에 표시한 본 발명의 강 E에 대한 기계적 성질을 평가하고 그 결과는 표2에 나타내었다. 인장용 주물 표본을 주조 상태인 조건 및 1300℉(570℃)에서 1시간 동안 공기 연화 처리와 공기 냉각후 시험하였다. 17-4PH에 대한 데이터는 비교 목적으로 포함시켰다. 양 합금은 주조 상태 조건에서는 제한된 연성을 나타냈다. 1300℉(705℃)의 처리로 강도 및 연성의 양호한 조합이 얻어졌다. 경도 시험을 위하여 수정된 열처리를 행하고, 그 결과는 표3에 나타내었다. 표2 및 표3의 모든 열처리는 1시간 동안이었고 특기된 것을 제외하고는 공기 냉각시켰다. 강 E의 표본은 2개 시험하였다.

표3에 나타난 경도 시험의 결과는, 본 발명의 강을 희망에 따라 B 97 내지 C40의 광범위한 값으로 경화시킬 수 있음을 명백하게 나타낸다. 페라이트의 수준을 증가시킴으로서 합금을 연화시키는 것은 본 발명의 마르텐사이트 강에서 용이하게 수행할 수 있다.

본 발명의 강에 대하여 관심 있는 성질들 중의 하나는 연성이다. 상이한 온도에서 처리된 강의 이 성질을 평가하기 위하여 일련의 조사를 행하고, 그 결과를 표4에 나타내었다. 1050℉ 내지 1500℉(565℃ 내지 815℃)에서 각종의 강을 열처리하여 굽힘 시험에 의해 측정되는 연성을 결정하였다. 재료는 두께의 0.1인치 (0.25㎝)이었고, 굽힘 직경을 표본의 두께로 나누어 그 비를 결정하였다. 균열이 없는 재료는 합격한 것으로하여 P로 표시하였고, 균열이 관찰될 때에는 실패한 것으로하여 F로 표시하였다. 이 결과는 본 발명의 강이 목적하는 성질에 따라 적절한 열처리를 선택할 때 양호한 연성을 갖는다는 것을 나타낸다.

본 발명의 스테인레스 강 조성물 및 이 조성물로부터 제조된 제품은 경제적인 원소의 균형과 함께 이전에 용이하게 얻을수 없었던 조합된 성질들을 제공한다. 이 합금 균형은 쉽게 열처리되어 다수의 응용품에 적당한 광범위한 성질들을 제공한다. 본 발명의 강의 기본적 성질에 현저하게 영향을 끼치지 않는 범위내에서 기본 합금 조성에 첨가하는 것은 본 발명의 보다 넓은 측면 내에 있는 것으로 간주된다. 광범위한 열처리 역시 목적하는 성질에 따라서 선택될 수 있는 본 명세서의 개시 내용에 속하는 것으로 간주한다.

본 발명에서 스테인레스 강 조성물 및 각종의 주조, 단조 또는 정련 제품의 제조에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 강 및 제품은 다수의 다른 응용품에 적당한 양호한 조합의 성질들을 가진다. 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않으면서 본 발명에 대해 각종의 변형이 행해질 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims

필수적으로, 중량％로서, 탄소 0.08％이하, 망간 1.0내지 4.0％, 크롬 13.0 내지17.0％, 구리 1.5 내지 4.0％, 질소 0.04 내지 0.12％, 규소 1.0％미만, 몰리브덴 1.0％미만, 니켈 1.0％미만, 인 0.03％미만, 황0.5％미만, 붕소0.005％ 이하를 함유하며, 그 나머지가 대부분 철로 이루어진 실질적으로 마르텐사이트계인 스테인레스 강 조성물.
제1항에 있어서, 탄소 0.03 내지 0.07％, 망간 1.5 내지 3.5%, 크롬 14.0내지 16.0％ 및 구리 2.0내지 3.5％를 갖는 스테인레스 강 조성물.
제2항에 있어서, 망간 1.75 내지 3.0%, 탄소 0.03 내지 0.06%, 질소 0.06 내지 0.09% 및 구리 2.5 내지 3.25%를 갖는 스테인레스 강 조성물.
제1항에 있어서, 규소가 0.75% 미만이고, 니켈이 0.5% 미만이며, 몰리브덴이 0.5 미만이고, 붕소가 0.003% 미만이며, 인이 0.025% 미만이고, 황이 0.030% 미만인 스테인레스 강 조성물.
필수적으로, 중량％로서, 탄소 0.08％ 이하, 망간 1.0 내지 4.0％, 크롬 13.0 내지 17.0％, 구리 1.5 내지 4.0％ 질소 0.04 내지 0.12％, 규소 1.0％미만, 몰리브덴 1.0％미만, 니켈 1.0％미만, 인 0.03％ 미만, 황 0.5％ 미만, 붕소 0.005％ 이하, 니오브, 티탄, 바나듐 및(또는) 지르코늄 0.5％ 이하를 함유하며, 그 나머지가 대부분 철로 이루어진 실질적으로 마르텐사이트계인 스테인레스 강 조성물.
록크웰 스케일 B95 내지 C40 또는 그 이상의 경도를 가지며, 필수적으로, 중량％로서, 탄소 0.08％이하, 망간 1.0 내지 4.0％, 크롬 13.0 내지17.0％, 구리 1.5 내지 4.0％, 질소 0.04 내지 0.12％, 규소 1.0％미만, 몰리브덴 1.0％미만, 니켈 1.0％ 미만, 인 0.03％ 미만, 황 0.5％ 미만, 붕소 0.005％ 이하를 함유하고, 그 나머지가 대부분 철로 이루어진 실질적으로 마르텐사이트계인 스테인레스강 제품.
제6항에 있어서, 쉬트, 스트립, 바아, 로드, 와이어, 관, 재용융 공급원료, 성형단조, 주조 및 분말 제품을 포함하는 강 제품.
제6항에 있어서, 탄소 0.03 내지 0.07％, 망간 1.5 내지 3.5％, 크롬 14.0 내지 16.0％ 및 구리 2.0 내지 3.5％를 갖는 강 제품.
제6항에 있어서, 망간 1.75내지 3.0％, 탄소 0.03 내지 0.06％, 질소 0.06 내지 0.09％, 구리 2.5 내지 3.25％를 갖는 강 제품.
제6항에 있어서, 규소가 0.75% 미만이고, 니켈이 0.5% 미만이며, 몰리브덴이 0.5% 미만이고, 붕소가 0.003% 미만이며, 인이 0.025% 미만이고, 황이 0.03% 미만인 강 제품.
록크웰 범위 B95 내지 C 40 또는 그 이상의 경도를 가지며, 필수적으로 중량％로서, 탄소 0.08％ 이하, 망간 1.0 내지 4.0％, 크롬 13.0 내지 17.0％, 구리 1.5 내지 4.0％, 질소 0.04 내지 0.12％, 규소 1.0％ 미만, 몰리브덴 1.0％미만, 니켈 1.0％미만, 인 0.03 미만, 황 0.03％미만, 붕소 0.005％ 이하를 함유하고, 그 나머지가 대부분 철로 이루어진 실질적으로 마르텐사이트계인 스테인레스 강 골프클럽 헤드.
필수적으로, 중량％로서, 탄소 0.08％ 이하, 망간 1.0 내지 4.0％, 크롬 13.0 내지 17.0％, 구리 1.5 내지 4.0％, 질소 0.04 내지 0.12％, 규소 1.0％미만, 몰리브덴 1.0％ 미만, 니켈 1.0％미만, 인 0.03％ 미만, 황 0.5％ 이하, 붕소 0.005％이하를 함유하며, 그 나머지가 대부분 철로 이루어진 실질적으로 마르텐사이트계인 쾌삭 스테인레스 강 조성물.
제12항에 있어서, 탄소 0.03 내지 0.07％, 망간 1.5 내지 3.5％, 크롬 14.0 내지 16.0％, 구리 2.0 내지 3.5％ 및 황 0.1 내지 0.5％를 갖는 쾌삭 스테인레스 강 조성물.
제13항에 있어서, 망간 1.75 내지 3.0％, 탄소 0.03 내지 0.06％, 질소 0.06 내지 0.09% 및 구리 2.5내지 3.25%를 갖는 쾌삭 스테인레스 강 조성물.