KR102147227B1 - Method for making nickel-based superalloys with excellent machinability and mechanical properity by using centrifugal casting - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원심주조법으로 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법에 있어서, 총 중량 기준으로 탄소(C) : 0.01 ~ 0.30 중량%, 황(S) : 0.10 ~ 0.50 중량%, 망간(Mn) : 0.1 ~ 1.0 중량%, 크롬(Cr) 10.0 ~ 15.0 중량%, 몰리브덴(Mo) 2.0 ~ 7.0 중량%, 텅스텐(W) 0.1 ~ 5.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 ~ 2.0 중량%, 니오비움(Nb) : 1.0 ~ 5.0 중량%, 알루미늄(Al) : 3.0 ~ 10.0 중량% 및 잔량의 니켈(Ni)과 불가피한 불순물을 함유하는 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료를 준비하는 제 1 단계; 상기 합금 원료를 용해도가니에 투입하고 상기 합금 원료를 용해하여 용탕을 형성하는 제 2 단계; 상기 용해도가니로부터 상기 용탕을 출탕한 후 상기 용탕을 원심주조용 금형에 주입하는 제 3 단계; 상기 원심주조용 금형을 회전시켜 원심주조를 실시하는 제 4 단계; 및 상기 원심주조로 형성된 주물을 상기 원심주조용 금형으로부터 분리한 후 산화물 또는 슬래그를 제거하는 제 5 단계;를 포함함에 따라, 대기중에서 원심주조를 실시하면서도 기계적 물성과 피삭성이 우수한 니켈기 초내열합금을 제조할 수 있다.In the present invention, in a method of manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy by a centrifugal casting method, carbon (C): 0.01 to 0.30 wt%, sulfur (S): 0.10 to 0.50 wt%, manganese (Mn): 0.1 ~ 1.0 wt%, chromium (Cr) 10.0 ~ 15.0 wt%, molybdenum (Mo) 2.0 ~ 7.0 wt%, tungsten (W) 0.1 ~ 5.0 wt%, titanium (Ti) 0.1 ~ 2.0 wt%, niobium (Nb) : 1.0 to 5.0% by weight, aluminum (Al): a first step of preparing an alloy raw material for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy containing 3.0 to 10.0% by weight and the balance of nickel (Ni) and inevitable impurities; A second step of injecting the alloy raw material into a solubility crucible and melting the alloy raw material to form a molten metal; A third step of injecting the molten metal into a mold for centrifugal casting after tapping the molten metal from the solubility crucible; A fourth step of performing centrifugal casting by rotating the centrifugal casting mold; And a fifth step of removing oxide or slag after separating the casting formed by the centrifugal casting from the mold for centrifugal casting; as a result, nickel-based superheat resistance having excellent mechanical properties and machinability while centrifugal casting is performed in the atmosphere. Alloys can be manufactured.
Description
본 발명은 원심주조법을 이용하여 피삭성 및 기계적 물성이 우수한 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy having excellent machinability and mechanical properties by using a centrifugal casting method.
초내열합금은 약 900 ℃ 이상의 초고온도에서의 사용에 견디는 것을 주된 목적으로 하여 만들어진 합금이다. 초내열합금은 주로 니켈, 코발트, 철 등의 주요 성분에 강도, 내열성, 내식성 등을 향상시키는 목적으로 크롬, 알루미늄, 티타늄, 텅스텐, 몰리브덴 등의 부가적인 성분이 혼합되어 형성되며, 통상적으로 약 10 가지 내외의 원소들을 함유하고 있다.The super heat-resistant alloy is an alloy made for the main purpose of withstanding the use at an ultra-high temperature of about 900 ℃ or higher. Superheat-resistant alloys are formed by mixing additional components such as chromium, aluminum, titanium, tungsten, molybdenum, etc., with main components such as nickel, cobalt, and iron for the purpose of improving strength, heat resistance, and corrosion resistance. It contains elements inside and outside branches.
그 중에서도 니켈을 베이스로 하는 초내열합금은 고온 내식성과 내열성이 현저히 우수하여 그 사용이 증가하고 있다. 니켈기 초내열합금은 기지(matrix)로 니켈(Ni)을 사용하며, 크롬, 코발트, 알루미늄, 티타늄, 텅스텐, 탄탈럼, 몰리브덴, 탄소, 레늄 등 10 가지 내외의 합금원소를 첨가하여 제조된 것이다. 일례로, 대한민국 공개특허 제10-2011-0113486호에서는 크롬 16 ~ 20 %, 몰리브덴 5 ~ 9 %, 알루미늄 0.5 ~ 3 %, 망간 1 % 이하, 주석 2 %, 나머지는 니켈로 구성된 원료를 조성한 후, 진공분위기에서 용해하여 용탕을 제조하고, 용탕을 진공상태에서 정밀 주조용 주형에 주입하여 제조된 니켈기 합금에 대해 개시하고 있다.Among them, nickel-based superheat-resistant alloys are remarkably excellent in high temperature corrosion resistance and heat resistance, and their use is increasing. Nickel-based super heat-resistant alloy uses nickel (Ni) as a matrix, and is manufactured by adding about 10 alloying elements such as chromium, cobalt, aluminum, titanium, tungsten, tantalum, molybdenum, carbon, and rhenium. . For example, in Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0113486, a raw material consisting of 16 to 20% chromium, 5 to 9% molybdenum, 0.5 to 3% aluminum, 1% manganese, 2% tin, and the rest is nickel , Disclosed is a nickel-based alloy prepared by melting in a vacuum atmosphere to prepare a molten metal, and injecting the molten metal into a mold for precision casting in a vacuum state.
일반적으로 니켈기 초내열합금을 제조함에 있어서, 니켈기 초내열합금을 구성하는 니켈을 비롯한 티타늄, 알루미늄 등은 용해 과정에서 대기에 노출될 경우에 과량의 산화물 또는 슬래그를 형성하여, 니켈기 초내열합금의 기계적 물성이 현저히 저하되는 문제가 있었다. 이에 따라, 니켈기 초내열합금을 제조하는 대부분의 공정은 상기 대한민국 공개특허 제10-2011-0113486호에 개시된 바와 같이, 진공주조를 통해 실시되고 있다.In general, in manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy, titanium, aluminum, etc., including nickel, constituting the nickel-based superheat-resistant alloy, form an excessive amount of oxide or slag when exposed to the atmosphere during the melting process. There was a problem that the mechanical properties of the alloy were significantly deteriorated. Accordingly, most of the processes for manufacturing the nickel-based superheat-resistant alloy are performed through vacuum casting, as disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0113486.
그러나, 진공주조를 실시하기 위해서는, 별도의 진공 챔버를 필요로 함에 따라 공정 자체가 복잡해지고, 진공 챔버의 구비, 진공 상태의 유지 등에 따르는 비용이 과도하게 발생되어 경제적이지 못한 문제가 있었다.However, in order to perform vacuum casting, as a separate vacuum chamber is required, the process itself becomes complicated, and costs associated with provision of a vacuum chamber and maintenance of a vacuum state are excessively generated, which is not economical.
이에 따라, 니켈기 초내열합금의 제조에 있어서, 공정이 복잡하고 경제적이지 못한 진공주조를 대신하여, 대기중에서 주조를 실시하면서도 기계적 물성이 우수한 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법에 대한 개발이 요구되고 있다. Accordingly, in the manufacture of nickel-based superheat-resistant alloys, it is required to develop a method of manufacturing nickel-based superheat-resistant alloys with excellent mechanical properties while casting in the air, instead of vacuum casting, which is complicated and inexpensive in the process. Has become.
덧붙여, 상기 공개특허를 포함하는 종래의 니켈기 초내열합금은 주로 내열성, 크리프 저항성, 인장강도, 항복 강도, 내산화성 등의 기계적 물성을 향상시키는 것을 주요 목적으로 하고 있을 뿐, 니켈기 초내열합금의 피삭성 또는 쾌삭성을 향상시키는 것에 대해서는 고려하고 있지 않은 문제가 있었다. In addition, the conventional nickel-based superheat-resistant alloy containing the above patent is mainly aimed at improving mechanical properties such as heat resistance, creep resistance, tensile strength, yield strength, and oxidation resistance. There is a problem that is not considered for improving the machinability or free machinability of the.
따라서, 상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 출원인은 니켈기 초내열합금을 대기중에서 원심주조로 제조하되, 이들의 기계적 물성과 피삭성을 함께 향상시킬 수 있는, 니켈기 초내열합금의 제조방법을 개발하였다.Therefore, in order to solve the above problems, the applicant of the present invention proposes a method of manufacturing a nickel-based super-heat-resistant alloy, which can improve the mechanical properties and machinability of the nickel-based super-heat-resistant alloy by centrifugal casting in the air. Developed.
본 발명의 목적은 진공주조가 아닌 대기중에서 원심주조를 실시하여 기계적 물성과 피삭성이 우수한 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다.An object of the present invention is to provide a method for producing a nickel-based superheat-resistant alloy having excellent mechanical properties and machinability by performing centrifugal casting in the atmosphere, not in vacuum casting.
본 발명의 목적은 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수 있다. The object of the present invention is not limited to the technical problem as described above, and another technical problem may be derived from the following description.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 원심주조법으로 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법에 있어서, 탄소(C), 황(S), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 니오비움(Nb), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni)과 불가피한 불순물로 조성되는 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료를 준비하는 제 1 단계;In order to achieve the above object, in the method of producing a nickel-based superheat-resistant alloy by this centrifugal casting method, carbon (C), sulfur (S), manganese (Mn), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten ( W), titanium (Ti), niobium (Nb), aluminum (Al) and nickel (Ni) and a first step of preparing an alloy raw material for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy composed of inevitable impurities;
상기 합금 원료를 용해도가니에 투입하고 상기 합금 원료를 용해하여 용탕을 형성하는 제 2 단계; 상기 용해도가니로부터 상기 용탕을 출탕한 후 상기 용탕을 원심주조용 금형에 주입하는 제 3 단계; 상기 원심주조용 금형을 회전시켜 원심주조를 실시하는 제 4 단계; 및 상기 원심주조로 형성된 주물을 상기 원심주조용 금형으로부터 분리한 후 산화물 또는 슬래그를 제거하는 제 5 단계;를 포함하며, 상기 제 1 단계에서 상기 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는 총 중량 기준으로 탄소(C) : 0.01 ~ 0.30 중량%, 황(S) : 0.10 ~ 0.50 중량%, 망간(Mn) : 0.1 ~ 1.0 중량%, 크롬(Cr) 10.0 ~ 15.0 중량%, 몰리브덴(Mo) 2.0 ~ 7.0 중량%, 텅스텐(W) 0.1 ~ 5.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 ~ 2.0 중량%, 니오비움(Nb) : 1.0 ~ 5.0 중량%, 알루미늄(Al) : 3.0 ~ 10.0 중량% 및 잔량의 니켈(Ni)과 불가피한 불순물을 함유하는, 원심주조법을 이용하여 피삭성 및 기계적 물성이 우수한 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법을 제공한다. A second step of injecting the alloy raw material into a solubility crucible and melting the alloy raw material to form a molten metal; A third step of injecting the molten metal into a mold for centrifugal casting after tapping the molten metal from the solubility crucible; A fourth step of performing centrifugal casting by rotating the centrifugal casting mold; And a fifth step of removing oxide or slag after separating the casting formed by centrifugal casting from the mold for centrifugal casting, wherein the alloy raw material for manufacturing the nickel-based superheat-resistant alloy in the first step is based on the total weight. Carbon (C): 0.01 to 0.30 wt%, Sulfur (S): 0.10 to 0.50 wt%, Manganese (Mn): 0.1 to 1.0 wt%, Chromium (Cr) 10.0 to 15.0 wt%, Molybdenum (Mo) 2.0 to 7.0 Wt%, tungsten (W) 0.1 to 5.0 wt%, titanium (Ti) 0.1 to 2.0 wt%, niobium (Nb): 1.0 to 5.0 wt%, aluminum (Al): 3.0 to 10.0 wt%, and the balance of nickel ( Provides a method of manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy having excellent machinability and mechanical properties by using a centrifugal casting method containing Ni) and inevitable impurities.
상기 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는 실리콘(Si), 보론(B), 지르코늄(Zr) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 더 함유할 수 있다. The alloy raw material for manufacturing the nickel-based superheat-resistant alloy may further contain at least one selected from the group consisting of silicon (Si), boron (B), zirconium (Zr), and iron (Fe).
상기 제 2 단계에서는 상기 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료를 1,600 ~ 1,700 ℃의 온도로 가열 처리할 수 있다. In the second step, the alloy raw material for producing the nickel-based superheat-resistant alloy may be heat-treated at a temperature of 1,600 to 1,700°C.
상기 제 3 단계는 상기 용해도가니로부터 래들(Ladle)을 이용하여 상기 용탕을 출탕하는 제 3-1 단계; 상기 용해도가니로부터 출탕된 용탕에 스트론튬을 접종하는 제 3-2 단계; 및 상기 스트론튬이 접종된 용탕을 주입 대야(Pouring basin)로 이동 시켜 상기 용탕을 상기 원심주조용 금형에 주입하는 제 3-3 단계;를 더 포함할 수 있다.The third step includes a 3-1 step of tapping the molten metal from the solubility crucible using a ladle; A 3-2 step of inoculating strontium into the molten metal tapped from the solubility crucible; And a third step of injecting the molten metal into the centrifugal casting mold by moving the molten metal inoculated with strontium into a pouring basin.
상기 제 3-1 단계를 실시하기 전에, 상기 래들 및 상기 주입 대야를 250 ~ 350 ℃로 예열할 수 있다. Before performing the step 3-1, the ladle and the injection basin may be preheated to 250 to 350°C.
상기 제 3-2 단계에서는 상기 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 상기 스트론튬(Sr) : 0.001 ~ 1.0 중량%를 접종할 수 있다. In step 3-2, the strontium (Sr): 0.001 to 1.0% by weight may be inoculated based on the total weight of the alloy raw material for producing the nickel-based superheat-resistant alloy.
상기 제 4 단계에서 상기 원심주조는 회전수 : 1,950 ~ 2,250 rpm 및 중력배수 : 80 ~ 160 의 조건으로 실시될 수 있다. In the fourth step, the centrifugal casting may be carried out under conditions of rotational speed: 1,950 to 2,250 rpm and gravity multiple: 80 to 160.
상기 제 3 단계 및 제 4 단계는 아르곤(Ar) 가스, 수소(H2) 가스 및 일산화탄소(CO)가스로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 공정 가스로 조성된 산화방지 분위기에서 실시될 수 있다.The third and fourth steps may be performed in an anti-oxidation atmosphere composed of one or more process gases selected from the group consisting of argon (Ar) gas, hydrogen (H 2 ) gas, and carbon monoxide (CO) gas.
본 발명에 따르면, 진공주조가 아닌 대기중에서 원심주조를 통해 기계적 물성과 피삭성이 모두 우수한 니켈기 초내열합금을 제조할 수 있다. 특히, 본 발명의 방법에 의해 제조된, 니켈기 초내열합금은 상온과 고온에서의 인장강도, 항복강도, 연신율 등의 기계적 물성이 우수하며, 피삭성이 우수할 수 있다.According to the present invention, it is possible to manufacture a nickel-based superheat-resistant alloy having excellent mechanical properties and machinability through centrifugal casting in the atmosphere rather than vacuum casting. In particular, the nickel-based superheat-resistant alloy manufactured by the method of the present invention has excellent mechanical properties such as tensile strength, yield strength, and elongation at room temperature and high temperature, and may have excellent machinability.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 원심주조법을 이용한 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 원심주조법을 이용한 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 3은 실험예 1에서 용탕의 온도별 산화물 또는 슬래그의 형성 정도를 도시한 도면이다.
도 4는 실험예 2에서 실시예 2 및 비교예 28에 따르는 니켈기 초내열합금의 단면을 도시한 도면이다.1 is a flowchart of a method of manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy using a centrifugal casting method according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a method of manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy using a centrifugal casting method according to another embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing the degree of formation of oxides or slag by temperature of the molten metal in Experimental Example 1.
4 is a view showing a cross section of a nickel-based superheat-resistant alloy according to Example 2 and Comparative Example 28 in Experimental Example 2. FIG.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present invention.
본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the specification and claims of the present invention are not limitedly interpreted in a conventional or dictionary meaning, and the inventor can appropriately define the concept of the term in order to describe his own invention in the best way. Based on the principle, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In the entire specification of the present invention, when a certain part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated. .
본 발명의 명세서 전체에 있어서, "A 및/또는 B"는, A 또는 B, 또는 A 및 B를 의미한다.In the entire specification of the present invention, "A and/or B" means A or B, or A and B.
이하에서 본 발명을 구체적으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention has been described in detail, but the present invention is not limited thereto.
본 발명에서는 원심주조법을 이용하여 피삭성 및 기계적 물성이 우수한 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method of manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy having excellent machinability and mechanical properties by using a centrifugal casting method.
본 발명의 일 실시예에서는 원심주조법으로 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법에 있어서, 탄소(C), 황(S), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 니오비움(Nb), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni)과 불가피한 불순물로 조성되는 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료를 준비하는 제 1 단계; 상기 합금 원료를 용해도가니에 투입하고 상기 합금 원료를 용해하여 용탕을 형성하는 제 2 단계; 상기 용해도가니로부터 상기 용탕을 출탕한 후 상기 용탕을 원심주조용 금형에 주입하는 제 3 단계; 상기 원심주조용 금형을 회전시켜 원심주조를 실시하는 제 4 단계; 및 상기 원심주조로 형성된 주물을 상기 원심주조용 금형으로부터 분리한 후 산화물 또는 슬래그를 제거하는 제 5 단계;를 포함하며, 상기 제 1 단계에서 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 탄소(C) : 0.01 ~ 0.30 중량%, 황(S) : 0.10 ~ 0.50 중량%, 망간(Mn) : 0.1 ~ 1.0 중량%, 크롬(Cr) 10.0 ~ 15.0 중량%, 몰리브덴(Mo) 2.0 ~ 7.0 중량%, 텅스텐(W) 0.1 ~ 5.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 ~ 2.0 중량%, 니오비움(Nb) : 1.0 ~ 5.0 중량%, 알루미늄(Al) : 3.0 ~ 10.0 중량% 및 잔량의 니켈(Ni)과 불가피한 불순물을 함유함에 따라, 진공주조를 실시하지 않고 대기중에서 원심주조를 실시하면서도 기계적 물성과 피삭성이 모두 우수한 초내열합금을 제조할 수 있는, 제조 방법을 제공한다.In one embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy by centrifugal casting, carbon (C), sulfur (S), manganese (Mn), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W) ), titanium (Ti), niobium (Nb), aluminum (Al) and nickel (Ni) and a first step of preparing an alloy raw material for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy composed of inevitable impurities; A second step of injecting the alloy raw material into a solubility crucible and melting the alloy raw material to form a molten metal; A third step of injecting the molten metal into a mold for centrifugal casting after tapping the molten metal from the solubility crucible; A fourth step of performing centrifugal casting by rotating the centrifugal casting mold; And a fifth step of removing the oxide or slag after separating the casting formed by the centrifugal casting from the mold for centrifugal casting, and including, in the first step, carbon based on the total weight of the alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy ( C): 0.01 to 0.30 wt%, sulfur (S): 0.10 to 0.50 wt%, manganese (Mn): 0.1 to 1.0 wt%, chromium (Cr) 10.0 to 15.0 wt%, molybdenum (Mo) 2.0 to 7.0 wt% , Tungsten (W) 0.1 to 5.0% by weight, titanium (Ti) 0.1 to 2.0% by weight, niobium (Nb): 1.0 to 5.0% by weight, aluminum (Al): 3.0 to 10.0% by weight and the balance of nickel (Ni) And inevitable impurities, there is provided a manufacturing method capable of producing a superheat-resistant alloy having excellent mechanical properties and machinability while performing centrifugal casting in the atmosphere without performing vacuum casting.
도 1은 본 실시예에 따라, 원심주조법을 이용하여 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법의 흐름도로서, 이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법을 각 단계로 구분하여 상세히 설명하였다.1 is a flowchart of a method of manufacturing a nickel-based super-heat-resistant alloy using a centrifugal casting method according to the present embodiment. Hereinafter, the method of manufacturing a nickel-based super-heat-resistant alloy according to the present invention is described with reference to FIG. It was divided into and described in detail.
(1)탄소(C), 황(S), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 니오비움(Nb), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni)과 불가피한 불순물로 조성되는 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료를 준비하는 제 1 단계(1) Carbon (C), sulfur (S), manganese (Mn), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), niobium (Nb), aluminum (Al) and nickel The first step of preparing an alloy raw material for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy composed of (Ni) and inevitable impurities
도 1에 도시된, 본 실시예의 제 1 단계에서는 탄소(C), 황(S), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 니오비움(Nb), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni)과 불가피한 불순물로 조성되는 니켈기 초내열합금 제조를 위해, 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 탄소(C) : 0.01 ~ 0.30 중량%, 황(S) : 0.10 ~ 0.50 중량%, 망간(Mn) : 0.1 ~ 1.0 중량%, 크롬(Cr) 10.0 ~ 15.0 중량%, 몰리브덴(Mo) 2.0 ~ 7.0 중량%, 텅스텐(W) 0.1 ~ 5.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 ~ 2.0 중량%, 니오비움(Nb) : 1.0 ~ 5.0 중량%, 알루미늄(Al) : 3.0 ~ 10.0 중량% 및 잔량의 니켈(Ni)과 불가피한 불순물을 함유하는 합금 원료를 준비한다.1, in the first step of this embodiment, carbon (C), sulfur (S), manganese (Mn), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), niobium (Nb), aluminum (Al), nickel (Ni) and inevitable impurities for the production of a nickel-based superheat-resistant alloy, based on the total weight of the alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy, carbon (C): 0.01 to 0.30% by weight , Sulfur (S): 0.10 ~ 0.50% by weight, manganese (Mn): 0.1 ~ 1.0% by weight, chromium (Cr) 10.0 ~ 15.0% by weight, molybdenum (Mo) 2.0 ~ 7.0% by weight, tungsten (W) 0.1 ~ 5.0 Weight%, titanium (Ti) 0.1 to 2.0% by weight, niobium (Nb): 1.0 to 5.0% by weight, aluminum (Al): 3.0 to 10.0% by weight, and alloy raw materials containing the balance of nickel (Ni) and inevitable impurities Prepare.
이하에서는, 본 발명에 따른 니켈기 초내열합금에 포함되는 각 성분의 역할과 함량에 대해서 상세히 설명하였다.Hereinafter, the role and content of each component included in the nickel-based superheat-resistant alloy according to the present invention will be described in detail.
탄소(C)Carbon (C)
탄소(C)는 본 실시예의 니켈기 초내열합금에 함유된 원소들과 결합하여, 결정립계에 MC, M6C, M7C3 또는 M23C6 형태의 탄화물을 형성함으로써, 결정립계를 미세화하면서도 강도를 향상시키는 역할을 한다.Carbon (C) combines with the elements contained in the nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment to form a carbide in the form of MC, M 6 C, M 7 C 3 or M 23 C 6 at the grain boundaries, thereby minimizing the grain boundaries. It serves to improve the strength.
본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 탄소를 0.01 ~ 0.30 중량%, 바람직하게는 0.10 ~ 0.25 중량%, 더욱 바람직하게는 0.10 ~ 0.20 중량% 함유할 수 있다. 만약, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 탄소를 0.01 중량% 미만으로 함유할 경우에는 탄화물이 충분히 형성되지 않아 기계적 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 탄소를 0.30 중량%를 초과하여 함유할 경우에는 지나치게 형성된 탄화물에 의해 기계적 물성과 피삭성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.It may contain 0.01 to 0.30% by weight, preferably 0.10 to 0.25% by weight, more preferably 0.10 to 0.20% by weight of carbon, based on the total weight of the alloy raw material for producing the nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment. If the amount of carbon is less than 0.01% by weight based on the total weight of the alloy raw material for producing the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment, there may be a problem in that mechanical properties are deteriorated because carbides are not sufficiently formed. On the other hand, when carbon is contained in an amount exceeding 0.30% by weight based on the total weight of the alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment, there may be a problem in that mechanical properties and machinability are deteriorated by excessively formed carbide.
황(S)Sulfur (S)
황(S)은 본 실시예의 니켈기 초내열합금에 함유되는 망간(Mn)과 우선적으로 결합하여 Mn-S 구조의 화합물을 형성함으로써, 내열성을 향상시킬 수 있다. 바람직하게는, Mn-S 구조의 화합물에 의해 니켈기 초내열합금의 열간균열 민감성이 최소화될 수 있다. 또한, Mn-S 구조의 화합물은 기계 가공에 있어서 고체 윤활제의 역할을 함에 따라, 본 실시예에 따르는 니켈기 초내열합금의 피삭성, 쾌삭성 또는 절삭성 등이 현저히 향상될 수 있다.Sulfur (S) may improve heat resistance by preferentially bonding with manganese (Mn) contained in the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment to form a compound having an Mn-S structure. Preferably, the sensitivity of hot cracking of the nickel-based superheat-resistant alloy can be minimized by the compound of the Mn-S structure. In addition, as the compound of the Mn-S structure serves as a solid lubricant in machining, the machinability, free machinability, or machinability of the nickel-based superheat-resistant alloy according to the present embodiment can be remarkably improved.
본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는 총 중량 기준으로 황을 0.10 ~ 0.50 중량%, 바람직하게는 0.20 ~ 0.40 중량%, 더욱 바람직하게는 0.25 ~ 0.32 중량% 함유할 수 있다. 만약, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 황을 0.10 중량% 미만으로 함유할 경우에는 Mn-S 구조의 화합물이 충분히 형성되지 못하여 내열성, 피삭성, 가공성 등이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 황을 0.50 중량% 초과하여 포함할 경우에는 황 자체의 특성에 의해 기계적 강도가 저하되고, 용접성이 저하될 수 있다.The alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment contains 0.10 to 0.50% by weight of sulfur, preferably 0.20 to 0.40% by weight, more preferably 0.25 to It may contain 0.32% by weight. If the amount of sulfur is less than 0.10% by weight based on the total weight of the alloy raw material for the manufacture of the nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment, the compound of the Mn-S structure is not sufficiently formed, resulting in deterioration in heat resistance, machinability, and workability. There may be. On the other hand, when the amount of sulfur is contained in an amount exceeding 0.50% by weight based on the total weight of the alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy according to the present embodiment, the mechanical strength may be lowered and weldability may be lowered due to the properties of the sulfur itself.
망간(Mn)Manganese (Mn)
망간(Mn)은 니켈기 초내열합금의 상온 또는 고온에서의 부식성, 크리프 특성을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 상기 개시된 바와 같이, 황과 반응하여 Mn-S 구조의 화합물 형성함으로써, 니켈기 초내열합금의 내열성, 피삭성, 가공성 등을 향상시킬 수 있다.Manganese (Mn) serves to improve the corrosion resistance and creep properties of the nickel-based superheat-resistant alloy at room temperature or high temperature. In addition, as disclosed above, by reacting with sulfur to form a compound having an Mn-S structure, heat resistance, machinability, and workability of the nickel-based superheat-resistant alloy can be improved.
본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는 총 중량 기준으로 망간을 0.1 ~ 1.0 중량%, 바람직하게는 0.20 ~ 0.90 중량%, 더욱 바람직하게는 0.40 ~ 0.80 중량%로 함유할 수 있다. 만약, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 망간을 0.1 중량% 미만으로 포함할 경우에는 상온 또는 고온에서의 부식성, 크리프 특성, 내열성, 피삭성 등이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 망간을 1.0 중량%를 초과하여 포함할 경우에는 열간균열에 민감하여 고온에서의 기계적 물성이 현저히 저하되는 문제가 있을 수 있다.The alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment may contain manganese in an amount of 0.1 to 1.0% by weight, preferably 0.20 to 0.90% by weight, and more preferably 0.40 to 0.80% by weight, based on the total weight. If manganese is contained in an amount of less than 0.1% by weight based on the total weight of the alloy raw material for the production of the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment, there may be a problem that the corrosion resistance, creep characteristics, heat resistance, and machinability at room temperature or high temperature are deteriorated. have. On the other hand, if manganese is included in an amount exceeding 1.0% by weight based on the total weight of the alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment, there may be a problem that mechanical properties at high temperature are significantly deteriorated due to sensitivity to hot cracking.
특히, 본 실시예에서는 황 보다 망간을 약 1.3 ~ 2.5 배 중량으로 더 포함함에 따라, Mn-S 구조의 화합물이 충분히 형성될 수 있도록 하여, 니켈기 초내열합금 내에서 잔류하는 황의 함량을 줄임으로써, 황에 의한 기계적 물성 저하 또는 용접성 저하의 문제를 방지할 수 있다. 바람직하게, 본 실시예에서는 황 보다 망간을 약 2.2 ~ 2.3 배 중량으로 더 포함할 수 있고, 이에 의해 더욱 우수한 기계적 물성 및 피삭성을 구현해낼 수 있다.In particular, in the present embodiment, by further including manganese in an amount of about 1.3 to 2.5 times the weight of sulfur, the Mn-S structure compound can be sufficiently formed, thereby reducing the amount of sulfur remaining in the nickel-based superheat-resistant alloy. , It is possible to prevent the problem of poor mechanical properties or weldability due to sulfur. Preferably, in the present embodiment, manganese may be further contained in an amount of about 2.2 to 2.3 times the weight of sulfur, thereby achieving more excellent mechanical properties and machinability.
크롬(Cr)Chrome(Cr)
크롬(Cr)은 니켈기 초내열합금의 내식성, 내산화성 등을 향상시키는 역할을 한다. 특히, 크롬은 산화되어 Cr2O3 등을 포함하는 피막을 형성함으로써, 상온과 고온에서의 내식성, 내산화성을 현저히 향상시킬 수 있다. 다만, 크롬은 탄소와 반응하여 탄화물을 형성하거나 TCP(Topologically Close Packed) 상을 형성할 수 있음에 따라, 적정량 사용될 수 있도록 한다.Chromium (Cr) plays a role in improving the corrosion resistance and oxidation resistance of the nickel-based superheat-resistant alloy. In particular, chromium is oxidized to form a film containing Cr 2 O 3 or the like, thereby remarkably improving corrosion resistance and oxidation resistance at room temperature and high temperature. However, as chromium can react with carbon to form carbide or TCP (Topologically Close Packed) phase, it can be used in an appropriate amount.
본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는 총 중량 기준으로 크롬을 10.0 ~ 15.0 중량%, 바람직하게는 11.0 ~ 14.0 중량%, 더욱 바람직하게는 12.0 ~ 14.0 중량% 함유할 수 있다. 만약, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 크롬을 10.0 중량% 미만으로 함유할 경우에는 내식성, 내산화성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 크롬을 15.0 중량% 초과하여 함유할 경우에는 탄화물 및 TCP를 형성하여 크리프 특성, 고온에서의 기계적 물성 등이 저하되는 문제가 있을 수 있다.The alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment may contain 10.0 to 15.0 wt% of chromium, preferably 11.0 to 14.0 wt%, and more preferably 12.0 to 14.0 wt%, based on the total weight. If, in the case of containing less than 10.0% by weight of chromium based on the total weight of the alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment, there may be a problem of deteriorating corrosion resistance and oxidation resistance. On the other hand, in the case of containing more than 15.0% by weight of chromium based on the total weight of the alloy raw material for producing the nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment, there may be a problem of deteriorating creep characteristics and mechanical properties at high temperatures by forming carbides and TCP. have.
몰리브덴(Mo)Molybdenum (Mo)
몰리브덴(Mo)은 고용강화 원소로서, 초내열합금의 고온 인장 특성, 크리프 특성 등을 향상시키는 역할을 한다. Molybdenum (Mo) is a solid solution strengthening element and serves to improve high temperature tensile properties and creep properties of superheat-resistant alloys.
본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는 총 중량 기준으로 몰리브덴을 2.0 ~ 7.0 중량%, 바람직하게는 2.5 ~ 5.0 중량%, 더욱 바람직하게는 2.5 ~ 4.0 중량%를 함유할 수 있다. 만약, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 몰리브덴을 2.0 중량% 미만으로 함유할 경우에는 고용강화 효과가 미미하여, 고온 인장 특성, 크리프 특성 등이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 몰리브덴을 7.0 중량% 초과하여 함유할 경우에는 쾌삭성이 저하되며, 미세조직의 안정성이 나빠져 기계적 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.The alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy according to the present embodiment may contain 2.0 to 7.0% by weight of molybdenum, preferably 2.5 to 5.0% by weight, and more preferably 2.5 to 4.0% by weight based on the total weight. If, in the case of containing less than 2.0% by weight of molybdenum based on the total weight of the alloy raw material for producing the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment, the solid solution strengthening effect is insignificant, and thus there may be a problem of deteriorating high-temperature tensile properties and creep properties. On the other hand, when molybdenum is contained in an amount exceeding 7.0% by weight based on the total weight of the alloy raw material for producing the nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment, there may be a problem in that the free-machining property is deteriorated, the stability of the microstructure is deteriorated, and mechanical properties are deteriorated. .
텅스텐(W)Tungsten (W)
텅스텐(W)은 고용강화를 통해 감마(γ) 기지를 강화하여, 니켈기 초내열합금의 고온강도와 크리프 강도를 높일 수 있다.Tungsten (W) strengthens the gamma (γ) matrix through solid solution strengthening, thereby increasing the high temperature strength and creep strength of the nickel-based superheat-resistant alloy.
본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는 총 중량 기준으로 텅스텐을 0.1 ~ 5.0 중량%, 바람직하게는 0.2 ~ 4.0 중량%, 더욱 바람직하게는 3.0 ~ 4.0 중량% 함유할 수 있다. 만약, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 텅스텐을 0.1 중량% 미만으로 함유할 경우에는 감마(γ)기지가 충분히 강화되지 못하여, 고온 강도와 크리프 특성이 충분히 향상되지 못하는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 텅스텐을 5.0 중량%를 초과하여 함유할 경우에는 미세조직의 안정성이 저하되어, 기계적 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.The alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy according to the present embodiment may contain 0.1 to 5.0% by weight, preferably 0.2 to 4.0% by weight, and more preferably 3.0 to 4.0% by weight of tungsten based on the total weight. If tungsten is contained in an amount of less than 0.1% by weight based on the total weight of the alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy according to the present embodiment, the gamma (γ) base is not sufficiently strengthened, and thus the high temperature strength and creep characteristics are not sufficiently improved. There may be. On the other hand, when tungsten is contained in an amount exceeding 5.0% by weight based on the total weight of the alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy according to the present embodiment, the stability of the microstructure is deteriorated and mechanical properties may be deteriorated.
티타늄(Ti)Titanium (Ti)
티타늄(Ti)은 감마 프라임(γ')상 형성 원소로서, 감마 프라임상의 역위상경계(APB) 에너지를 증가시켜, 니켈기 초내열합금의 고온 특성을 향상시키는 역할을 한다.Titanium (Ti) is an element forming a gamma prime (γ') phase, and serves to improve the high-temperature properties of a nickel-based superheat-resistant alloy by increasing the energy of the reverse phase boundary (APB) of the gamma prime phase.
본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는 총 중량 기준으로 티타늄을 0.1 ~ 2.0 중량%, 바람직하게는 0.5 ~ 1.5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.8 ~ 1.2 중량% 함유할 수 있다. 만약, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 티타늄을 0.1 중량% 미만으로 함유할 경우에는 감마 프라임상이 충분히 형성되지 않아, 고온에서의 기계적 물성이 충분히 향상되지 못하는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 티타늄을 2.0 중량%를 초과하여 포함할 경우에는 감마 프라임상이 과도하게 형성되어 오히려 상안정성, 기계적 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.The alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy according to the present embodiment may contain 0.1 to 2.0% by weight, preferably 0.5 to 1.5% by weight, and more preferably 0.8 to 1.2% by weight of titanium based on the total weight. If the amount of titanium is less than 0.1% by weight based on the total weight of the alloy raw material for the production of the nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment, the gamma prime phase is not sufficiently formed, and thus mechanical properties at high temperatures may not be sufficiently improved. have. On the other hand, in the case of including titanium in excess of 2.0% by weight based on the total weight of the alloy raw material for the production of the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment, the gamma prime phase may be excessively formed, resulting in a problem of lowering phase stability and mechanical properties. .
니오비움(Nb)Niobium (Nb)
니오비움(Nb)은 니켈기 초내열합금의 기계적 물성을 향상시키는 역할을 한다.Niobium (Nb) plays a role in improving the mechanical properties of a nickel-based superheat-resistant alloy.
본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는 총 중량 기준으로 니오비움을 1.0 ~ 5.0 중량%, 바람직하게는 1.5 ~ 3.0 중량%, 더욱 바람직하게는 2.0 ~ 2.5 중량%로 더 함유할 수 있다. 만약, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 니오비움을 1.0 중량% 미만으로 포함하거나, 5.0 중량%를 초과하여 포함할 경우에는 기계적 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.The alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment may further contain niobium in an amount of 1.0 to 5.0% by weight, preferably 1.5 to 3.0% by weight, more preferably 2.0 to 2.5% by weight, based on the total weight. If niobium is included in an amount of less than 1.0% by weight or more than 5.0% by weight based on the total weight of the alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy according to the present embodiment, there may be a problem of deteriorating mechanical properties.
알루미늄(Al)Aluminum (Al)
알루미늄(Al)은 니켈기 초내열합금의 감마프라임상 형성 원소로서, 내산화성 및 기계적 물성을 향상시키는 역할을 한다.Aluminum (Al) is an element forming a gamma prime phase of a nickel-based superheat-resistant alloy, and serves to improve oxidation resistance and mechanical properties.
본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는 총 중량 기준으로 알루미늄을 3.0 ~ 10.0 중량%, 바람직하게는 5.0 ~ 7.0 중량%, 더욱 바람직하게는 6.0 ~ 6.8 중량%로 더 함유할 수 있다. 만약, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 알루미늄을 3.0 중량% 미만으로 함유할 경우에는 감마 프라임상이 충분히 형성되지 못하여 기계적 물성이 낮은 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 알루미늄을 10.0 중량%를 초과하여 포함할 경우에는 감마 프라임상이 과도하게 형성되어 피삭성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.The alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment may further contain aluminum in an amount of 3.0 to 10.0% by weight, preferably 5.0 to 7.0% by weight, and more preferably 6.0 to 6.8% by weight, based on the total weight. If aluminum is contained in an amount of less than 3.0% by weight based on the total weight of the alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy according to the present embodiment, a gamma prime phase may not be sufficiently formed and thus mechanical properties may be low. On the other hand, when aluminum is included in an amount exceeding 10.0% by weight based on the total weight of the alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment, there may be a problem in that machinability is deteriorated due to excessive formation of a gamma prime phase.
또한, 본 실시예의 니켈기 초내열합금은 실리콘(Si), 보론(B), 지르코늄(Zr) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 더 함유할 수 있다.In addition, the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment may further contain at least one selected from the group consisting of silicon (Si), boron (B), zirconium (Zr), and iron (Fe).
실리콘(Si)Silicon (Si)
실리콘(Si)은 니켈기 초내열합금의 내식성, 내산화성을 향상시킬 수 있다.Silicon (Si) can improve the corrosion resistance and oxidation resistance of a nickel-based superheat-resistant alloy.
본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는 총 중량 기준으로 실리콘을 0.001 ~ 7.0 중량%, 바람직하게는 0.001 ~ 4.0 중량%, 더욱 바람직하게는 0.001 ~ 1.0 중량%로 더 함유할 수 있다. 만약, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 실리콘을 0.001 중량% 미만으로 함유할 경우에는 내식성, 내산화성 향상 효과가 미미한 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 실리콘을 7.0 중량%를 초과하여 함유할 경우에는 내식성, 내산화성은 향상되는 반면에 크리프 특성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.The alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment may further contain silicon in an amount of 0.001 to 7.0% by weight, preferably 0.001 to 4.0% by weight, and more preferably 0.001 to 1.0% by weight, based on the total weight. If, in the case of containing less than 0.001% by weight of silicon based on the total weight of the alloy raw material for producing the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment, there may be a problem in that the effect of improving corrosion resistance and oxidation resistance is insignificant. On the other hand, in the case of containing more than 7.0% by weight of silicon based on the total weight of the alloy raw material for producing the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment, corrosion resistance and oxidation resistance may be improved, while creep characteristics may be deteriorated.
보론(B)Boron (B)
보론(B)은 결정립계 내에 M3B2, M0B3 등의 형태를 가지는 붕화물을 석출시켜, 결정립계를 강화시키는 역할을 한다. 즉, 보론은 결정립계에 적정량의 붕화물을 석출시킴으로써, 니켈기 초내열합금의 상온과 고온에서의 기계적 물성을 향상시키는 역할을 한다.Boron (B) serves to strengthen the grain boundaries by depositing borides having the form of M 3 B 2 and M 0 B 3 in the grain boundaries. That is, boron plays a role of improving the mechanical properties of the nickel-based superheat-resistant alloy at room temperature and high temperature by depositing an appropriate amount of boride at the grain boundaries.
본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는 총 중량 기준으로 보론을 0.001 ~ 1.0 중량%, 바람직하게는 0.003 ~ 0.20 중량%, 더욱 바람직하게는 0.003 ~ 0.015 중량%로 더 함유할 수 있다. 만약, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 보론을 0.001 중량% 미만으로 포함할 경우에는 붕화물의 석출이 미미하여, 기계적 물성의 향상 효과가 거의 없을 수 있다. 반면, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 보론을 1.0 중량%를 초과하여 포함할 경우에는 과도하게 형성된 붕화물에 의해 기계적 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.The alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment may further contain boron in an amount of 0.001 to 1.0% by weight, preferably 0.003 to 0.20% by weight, and more preferably 0.003 to 0.015% by weight, based on the total weight. If boron is contained in an amount of less than 0.001% by weight based on the total weight of the alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy according to the present embodiment, the precipitation of boride is insignificant, and thus there may be little improvement in mechanical properties. On the other hand, when the amount of boron exceeds 1.0% by weight based on the total weight of the alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy according to the present embodiment, there may be a problem in that mechanical properties are deteriorated due to an excessively formed boride.
지르코늄(Zr)Zirconium (Zr)
지르코늄(Zr)은 탄소 및 보론과 함께 결정립계를 강화시키는 역할을 한다. 특히, 본 실시예의 니켈기 초내열합금에서 망간과 결합되고 남은 잔량의 황과 결합하여 황화물을 형성함으로써, 황에 의한 기계적 물성의 저하를 방지할 수 있다.Zirconium (Zr) plays a role in strengthening grain boundaries along with carbon and boron. Particularly, in the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment, by combining with manganese and remaining amount of sulfur to form sulfide, it is possible to prevent deterioration of mechanical properties due to sulfur.
본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는 총 중량 기준으로 지르코늄을 0.01 ~ 1.0 중량%, 바람직하게는 0.05 ~ 0.2 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 ~ 0.15 중량%를 더 함유할 수 있다. 만약, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 지르코늄을 0.01 중량% 미만으로 포함할 경우에는 결정립계 강화 정도가 미미하며, 기계적 물성이 저하될 수 있다. 반면, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 지르코늄을 1.0 중량% 초과하여 함유할 경우에는 과도한 결정립계 편석을 유도하여 고온에서의 기계적 물성과 피삭성을 저하시키는 문제가 있을 수 있다.The alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment may further contain zirconium in an amount of 0.01 to 1.0% by weight, preferably 0.05 to 0.2% by weight, more preferably 0.1 to 0.15% by weight, based on the total weight. If the amount of zirconium is less than 0.01% by weight based on the total weight of the alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy according to the present embodiment, the degree of grain boundary strengthening is insignificant and mechanical properties may be deteriorated. On the other hand, when containing more than 1.0% by weight of zirconium based on the total weight of the alloy raw material for the production of the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment, there may be a problem of inducing excessive grain boundary segregation and lowering mechanical properties and machinability at high temperatures. .
철(Fe)Iron (Fe)
철(Fe)은 니켈기 초내열합금의 기계적 물성을 향상시키는 역할을 한다.Iron (Fe) plays a role in improving the mechanical properties of a nickel-based superheat-resistant alloy.
본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는 총 중량 기준으로 철을 0.001 ~ 10.0 중량%, 바람직하게는 0.01 ~ 3.0 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 ~ 2.5 중량%로 더 함유할 수 있다. 만약, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 철을 10.0 중량%를 초과하여 포함할 경우에는 기계적 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.The alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment may further contain iron in an amount of 0.001 to 10.0% by weight, preferably 0.01 to 3.0% by weight, and more preferably 0.1 to 2.5% by weight, based on the total weight. If the amount of iron exceeds 10.0% by weight based on the total weight of the alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy according to the present embodiment, there may be a problem in that mechanical properties are deteriorated.
상기 성분 이외에 본 실시예의 니켈기 초내열합금은 잔부의 니켈과 불가피한 불순물을 함유할 수 있다.In addition to the above components, the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment may contain the balance of nickel and unavoidable impurities.
상기 개시된 바와 같이, 본 실시예의 니켈기 초내열합금은 탄소(C), 황(S), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 니오비움(Nb), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni)을 함유하되, 상기 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 탄소(C) : 0.01 ~ 0.30 중량%, 황(S) : 0.10 ~ 0.50 중량%, 망간(Mn) : 0.1 ~ 1.0 중량%, 크롬(Cr) 10.0 ~ 15.0 중량%, 몰리브덴(Mo) 2.0 ~ 7.0 중량%, 텅스텐(W) 0.1 ~ 5.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 ~ 2.0 중량%, 니오비움(Nb) : 1.0 ~ 5.0 중량%, 알루미늄(Al) : 3.0 ~ 10.0 중량% 및 잔량의 니켈(Ni)과 불가피한 불순물을 함유할 수 있다.As disclosed above, the nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment is carbon (C), sulfur (S), manganese (Mn), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), and nio. Contains empty (Nb), aluminum (Al), and nickel (Ni), but based on the total weight of the alloy raw material for manufacturing the nickel-based super heat-resistant alloy, carbon (C): 0.01 ~ 0.30% by weight, sulfur (S): 0.10 ~ 0.50 Wt%, manganese (Mn): 0.1 to 1.0 wt%, chromium (Cr) 10.0 to 15.0 wt%, molybdenum (Mo) 2.0 to 7.0 wt%, tungsten (W) 0.1 to 5.0 wt%, titanium (Ti) 0.1 to It may contain 2.0 wt%, niobium (Nb): 1.0 to 5.0 wt%, aluminum (Al): 3.0 to 10.0 wt%, and the balance of nickel (Ni) and inevitable impurities.
바람직하게, 본 실시예의 니켈기 초내열합금은 탄소(C), 황(S), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 니오비움(Nb), 알루미늄(Al), 스트론튬(Sr) 및 니켈(Ni)을 함유할 수 있다. 특히, 본 실시예의 니켈기 초내열합금이 상기와 같은 성분으로 구성될 때, 상기 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 탄소(C) : 0.01 ~ 0.30 중량%, 황(S) : 0.10 ~ 0.50 중량%, 망간(Mn) : 0.1 ~ 1.0 중량%, 크롬(Cr) 10.0 ~ 15.0 중량%, 몰리브덴(Mo) 2.0 ~ 7.0 중량%, 텅스텐(W) 0.1 ~ 5.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 ~ 2.0 중량%, 니오비움(Nb) : 1.0 ~ 5.0 중량%, 알루미늄(Al) : 3.0 ~ 10.0 중량%, 스트론튬(Sr) : 0.001 ~ 1.0 중량% 및 잔량의 니켈(Ni)과 불가피한 불순물을 함유할 수 있다. 특히, 본 실시예의 니켈기 초내열합금은 스트론튬을 더 함유함에 따라, 기계적 물성과 함께 피삭성을 현저히 향상 시킬 수 있다.Preferably, the nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment is carbon (C), sulfur (S), manganese (Mn), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), niobium ( It may contain Nb), aluminum (Al), strontium (Sr), and nickel (Ni). In particular, when the nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment is composed of the above components, carbon (C): 0.01 to 0.30% by weight, sulfur (S): 0.10 based on the total weight of the alloy raw material for producing the nickel-based superheat-resistant alloy. ~ 0.50 wt%, manganese (Mn): 0.1 ~ 1.0 wt%, chromium (Cr) 10.0 ~ 15.0 wt%, molybdenum (Mo) 2.0 ~ 7.0 wt%, tungsten (W) 0.1 ~ 5.0 wt%, titanium (Ti) 0.1 to 2.0% by weight, niobium (Nb): 1.0 to 5.0% by weight, aluminum (Al): 3.0 to 10.0% by weight, strontium (Sr): 0.001 to 1.0% by weight, and the remaining amount of nickel (Ni) and inevitable impurities It may contain. In particular, since the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment further contains strontium, machinability can be remarkably improved along with mechanical properties.
더욱 바람직하게, 본 실시예의 니켈기 초내열합금은 탄소(C), 황(S), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 니오비움(Nb), 알루미늄(Al), 스트론튬(Sr), 실리콘(Si), 보론(B), 지르코늄(Zr), 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 함유할 수 있다. 특히, 본 실시예의 니켈기 초내열합금이 상기와 같은 성분으로 구성될 때, 상기 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 탄소(C) : 0.01 ~ 0.30 중량%, 황(S) : 0.10 ~ 0.50 중량%, 망간(Mn) : 0.1 ~ 1.0 중량%, 크롬(Cr) 10.0 ~ 15.0 중량%, 몰리브덴(Mo) 2.0 ~ 7.0 중량%, 텅스텐(W) 0.1 ~ 5.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 ~ 2.0 중량%, 니오비움(Nb) : 1.0 ~ 5.0 중량%, 알루미늄(Al) : 3.0 ~ 10.0 중량%, 스트론튬(Sr) : 0.001 ~ 1.0 중량%, 실리콘(Si) : 0.001 ~ 7.0 중량%, 보론(B) : 0.001 ~ 1.0 중량%, 지르코늄(Zr) : 0.01 ~ 1.0 중량%, 철(Fe) : 0.001 ~ 10.0 중량% 및 잔량의 니켈(Ni)과 불가피한 불순물을 함유할 수 있다.More preferably, the nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment is carbon (C), sulfur (S), manganese (Mn), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), niobium It may contain (Nb), aluminum (Al), strontium (Sr), silicon (Si), boron (B), zirconium (Zr), iron (Fe), and nickel (Ni). In particular, when the nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment is composed of the above components, carbon (C): 0.01 to 0.30% by weight, sulfur (S): 0.10 based on the total weight of the alloy raw material for producing the nickel-based superheat-resistant alloy. ~ 0.50 wt%, manganese (Mn): 0.1 ~ 1.0 wt%, chromium (Cr) 10.0 ~ 15.0 wt%, molybdenum (Mo) 2.0 ~ 7.0 wt%, tungsten (W) 0.1 ~ 5.0 wt%, titanium (Ti) 0.1 to 2.0 wt%, Niobium (Nb): 1.0 to 5.0 wt%, Aluminum (Al): 3.0 to 10.0 wt%, Strontium (Sr): 0.001 to 1.0 wt%, Silicon (Si): 0.001 to 7.0 wt% , Boron (B): 0.001 to 1.0% by weight, zirconium (Zr): 0.01 to 1.0% by weight, iron (Fe): 0.001 to 10.0% by weight, and the balance may contain nickel (Ni) and inevitable impurities.
(2)상기 합금 원료를 용해도가니에 투입하고 상기 합금 원료를 용해하여 용탕을 형성하는 제 2 단계(2) the second step of injecting the alloy raw material into a solubility crucible and melting the alloy raw material to form a molten metal
도 1에 도시된, 본 실시예의 제 2 단계에서는 상기 제 1 단계에 따라 준비된 니켈기 초내열합금의 제조를 위한 합금 원료를 용해도가니에 투입하고 상기 합금 원료를 용해하여 용탕을 형성한다.As shown in FIG. 1, in the second step of the present embodiment, an alloy raw material for manufacturing the nickel-based superheat-resistant alloy prepared according to the first step is introduced into a solubility crucible, and the alloy raw material is dissolved to form a molten metal.
특히, 본 실시예의 제 2 단계에서는 상기 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료를 1,600 ~ 1,700 ℃의 온도, 바람직하게는 1,610 ~ 1,690 ℃의 온도, 더욱 바람직하게는 1,630 ~ 1,660 ℃의 온도로 가열 처리하여 용해할 수 있다.In particular, in the second step of the present embodiment, the alloy raw material for manufacturing the nickel-based superheat-resistant alloy is heated to a temperature of 1,600 to 1,700 °C, preferably 1,610 to 1,690 °C, more preferably 1,630 to 1,660 °C. It can be dissolved.
만약, 본 실시예의 제 2 단계에서 상기 가열 처리를 1,600 ℃ 미만으로 실시할 경우에는 합금 원료의 용해 과정에서 과량의 산화물 또는 슬래그가 발생되는 문제가 있을 수 있다. 특히, 상기 과량의 산화물 또는 슬래그에는 니켈기 초내열합금을 구성하는 알루미늄, 티타늄, 크롬과 같은 원소들이 엉겨 붙어 있어, 산화물 또는 슬래그를 제거할 경우 니켈기 초내열합금의 구성 원소까지 함께 제거됨에 따라, 공정 수율이 현저히 저하되는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 제 2 단계에서 상기 가열 처리를 1,700 ℃의 온도를 초과하여 실시할 경우에는 고온에서 일부 원소들이 과산화되거나 증발되어 성분 변화가 발생되며, 용탕의 안정성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 즉, 본 실시예의 제 2 단계에서 상기 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료를 1,600 ~ 1,700 ℃의 온도 조건을 만족하지 않은 상태에서 가열 처리하여 용해할 경우, 니켈기 초내열합금의 기계적 물성과 피삭성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.If the heat treatment is performed at less than 1,600° C. in the second step of the present embodiment, there may be a problem in that an excessive amount of oxide or slag is generated during the melting process of the alloy material. In particular, elements such as aluminum, titanium, and chromium constituting the nickel-based superheat-resistant alloy are entangled to the excess oxide or slag, so when the oxide or slag is removed, the constituent elements of the nickel-based superheat-resistant alloy are also removed. , There may be a problem that the process yield is significantly lowered. On the other hand, in the second step of the present embodiment, when the heating treatment is performed at a temperature exceeding 1,700° C., some elements are peroxidated or evaporated at a high temperature, resulting in component change, and there may be a problem of deteriorating the stability of the molten metal. . That is, in the second step of the present embodiment, when the alloy raw material for producing the nickel-based super-heat-resistant alloy is heated and dissolved in a state that does not satisfy the temperature condition of 1,600 to 1,700°C, the mechanical properties and machinability of the nickel-based super-heat-resistant alloy There may be a problem with this deterioration.
(3)상기 용해도가니로부터 상기 용탕을 출탕한 후 상기 용탕을 원심주조용 금형에 주입하는 제 3 단계(3) the third step of injecting the molten metal into a mold for centrifugal casting after tapping the molten metal from the solubility crucible
도 1에 도시된, 본 실시예의 제 3 단계에서는 상기 용해도가니로부터 상기 용탕을 출탕하고, 상기 출탕된 용탕을 원심주조를 위한 원심주조용 금형에 주입한다. 1, in the third step of the present embodiment, the molten metal is tapped from the solubility crucible, and the tapped molten metal is injected into a centrifugal casting mold for centrifugal casting.
본 실시예의 원심주조용 금형은 원심주조법에 적용될 수 있는 공지된 모든 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 원심주조용 금형은 내부에 중공이 형성된 원통 형상으로 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않다.The mold for centrifugal casting of the present embodiment may be formed in all known forms applicable to the centrifugal casting method. For example, the centrifugal casting mold may be formed in a cylindrical shape with a hollow inside, but is not limited thereto.
본 실시예의 제 3 단계는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 용해도가니로부터 래들(Ladle)을 이용하여 상기 용탕을 출탕하는 제 3-1 단계, 상기 용해도가니로부터 출탕된 용탕에 스트론튬을 접종하는 제 3-2 단계 및 상기 스트론튬이 접종된 용탕을 주입 대야(Pouring basin)로 이동 시켜 상기 용탕을 상기 원심주조용 금형에 주입하는 제 3-3 단계를 더 포함할 수 있다.In the third step of this embodiment, as shown in FIG. 2, step 3-1 of tapping the molten metal from the solubility crucible using a ladle, and inoculating strontium into the molten metal tapped from the solubility crucible. Step 3-2 and step 3-3 of injecting the molten metal into the centrifugal casting mold by moving the molten metal inoculated with the strontium to an injection basin (Pouring basin) may be further included.
본 실시예의 제 3-1 단계에서는 상기 제 2 단계에 따라 용해도가니 내에 용해되어 있는 용탕을 래들(Ladle)을 이용하여 출탕할 수 있다. 상기 래들은 상기 용해도가니로부터 용탕을 출탕하는 수단을 의미하는 것이다. 상기 래들은 상기 용해도가니로부터 용탕을 출탕할 수 있는 수단이라면 형태, 소재, 크기 등이 특별히 제한되지 않는다.In step 3-1 of the present embodiment, the molten metal dissolved in the solubility crucible according to the second step may be tapped using a ladle. The ladle means a means for tapping the molten metal from the solubility crucible. The ladle is not particularly limited in shape, material, size, etc. as long as it is a means capable of tapping the molten metal from the solubility crucible.
본 실시예의 제 3-2 단계에서는 상기 제 3-1 단계에 따라 용해도가니로부터 래들로 출탕된 용탕에 스트론튬을 접종할 수 있다. In step 3-2 of the present embodiment, strontium may be inoculated into the molten metal tapped from the solubility crucible into the ladle according to the step 3-1.
스트론튬은 니켈기 초내열합금에 함유되어, 우수한 기계적 물성을 유지하면서도 피삭성을 현저히 향상시킬 수 있다. Strontium is contained in a nickel-based superheat-resistant alloy, so that the machinability can be remarkably improved while maintaining excellent mechanical properties.
본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는 총 중량 기준으로 스트론튬을 0.001 ~ 1.0 중량%, 바람직하게는 0.003 ~ 0.70 중량%, 더욱 바람직하게는 0.004 ~ 0.10 중량% 함유할 수 있다. 만약, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료가 총 중량 기준으로 스트론튬을 0.001 중량% 미만으로 포함할 경우에는 피삭성의 향상 효과가 미미한 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료가 총 중량 기준으로 스트론튬을 1.0 중량% 초과하여 포함할 경우에는 피삭성은 향상되는 반면에 기계적 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.The alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy according to the present embodiment may contain 0.001 to 1.0% by weight, preferably 0.003 to 0.70% by weight, and more preferably 0.004 to 0.10% by weight, based on the total weight. If the alloy raw material for manufacturing the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment contains less than 0.001% by weight of strontium based on the total weight, there may be a problem in that the effect of improving machinability is insignificant. On the other hand, when the alloy raw material for manufacturing the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment contains more than 1.0% by weight of strontium based on the total weight, while the machinability is improved, mechanical properties may be deteriorated.
이때, 접종은 합금 효과가 없더라도 핵생성을 촉진시키는 레이들 첨가법의 하나로서, 본 실시예에서는 상기 제 2 단계에서 형성된 용탕에 스트론튬을 추가로 더 혼합하여 스트론튬이 혼합되어 용해된 상태의 용탕을 형성하는 것을 의미할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.At this time, inoculation is one of the ladle addition methods that promote nucleation even if there is no alloying effect.In this embodiment, strontium is further mixed with the molten metal formed in the second step to obtain the molten metal in a dissolved state. It may mean to form, but is not limited thereto.
본 실시예에서는 스트론튬을 상기 제 1 단계의 탄소, 황, 망간, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 니오비움, 알루미늄 및 니켈을 포함하는 합금 원료와 함께 혼합하지 않고, 별개의 단계에서 단독으로 투입함으로써, 본 실시예에 따라 제조된 니켈기 초내열합금의 기계적 물성과 피삭성을 현저히 향상시킬 수 있다.In this embodiment, strontium is not mixed with the alloying raw materials including carbon, sulfur, manganese, chromium, molybdenum, tungsten, titanium, niobium, aluminum and nickel in the first step, but is added alone in a separate step. , It is possible to remarkably improve the mechanical properties and machinability of the nickel-based superheat-resistant alloy manufactured according to the present embodiment.
더 상세히, 본 실시예에 따라, 스트론튬을 제 1 단계가 아닌 제 3-2 단계에서 투입할 경우, 결정립계 미세화가 유도될 뿐 아니라 내부 조직이 등축정 형태로 균일하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 니켈기 초내열합금은 전반적인 영역에 걸쳐 균일한 기계적 물성의 구현이 가능하면서도 전체적으로 기계적 물성과 피삭성이 향상될 수 있다.In more detail, according to the present embodiment, when strontium is added in the third step instead of the first step, grain boundary refinement may be induced and the internal structure may be uniformly formed in an equiaxed crystal shape. Accordingly, the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment can achieve uniform mechanical properties over an entire area, and improve overall mechanical properties and machinability.
반면, 스트론튬을 별개의 단계에서 단독으로 투입하지 않고, 제 1 단계에서 이외 합금 원료들과 함께 혼합하여 제조할 경우에는, 결정립계 미세화가 충분히 유도되지 않으며, 내부 조직이 등축정 형태로 균일하게 형성되지 않고, 주상정 형태와 등축정 형태가 함께 나타나게 됨에 따라, 니켈기 초내열합금의 기계적 물성과 피삭성이 충분히 향상되지 못하는 문제가 있을 수 있다. 뿐만 아니라, 내부 조직이 전반적인 영역에 걸쳐 균일하게 형성되지 못하여, 니켈기 초내열합금의 각 영역 마다 기계적 물성의 현저한 차이가 발생되는 문제가 있을 수 있다.On the other hand, when strontium is not added alone in a separate step and is mixed with alloying materials other than in the first step, fine grain boundaries are not sufficiently induced, and the internal structure is not uniformly formed in the form of an equiaxed crystal. And, as the columnar crystal shape and the equiaxed crystal shape appear together, there may be a problem in that the mechanical properties and machinability of the nickel-based superheat-resistant alloy are not sufficiently improved. In addition, there may be a problem in that the internal structure is not uniformly formed over the entire area, and thus a significant difference in mechanical properties occurs in each area of the nickel-based superheat-resistant alloy.
본 실시예의 제 3-3 단계에서는 제 3-2 단계에 따라 스트론튬이 접종된 용탕을 주입 대야로 이동 시킨 다음, 상기 용탕이 원심주조용 금형에 주입할 수 있다. In step 3-3 of the present embodiment, the molten metal inoculated with strontium according to step 3-2 is moved to an injection basin, and then the molten metal may be injected into a mold for centrifugal casting.
본 실시예의 제 3 단계에서는 상기 제 3-1 단계, 제 3-2 단계 및 상기 제 3-3 단계를 실시하기 전에, 상기 래들과 주입 대야를 포함하여 상기 용해도가니로부터 용탕을 출탕하는 공정과 상기 용탕을 원심주조용 금형으로 주입하는 공정에 사용되는 각각의 부재들을 250 ~ 350 ℃, 바람직하게는 270 ~ 350 ℃, 더욱 바람직하게는 290 ~ 350 ℃로 예열 처리할 수 있다.In the third step of the present embodiment, before performing the 3-1, 3-2, and 3-3 steps, the process of tapping the molten metal from the solubility crucible including the ladle and the injection basin, and the Each member used in the process of injecting the molten metal into the centrifugal casting mold may be preheated to 250 to 350 °C, preferably 270 to 350 °C, more preferably 290 to 350 °C.
이에 따라, 본 실시예에서는 산화물 또는 슬래그의 발생을 최소화하면서도 균일한 화학 조성의 용탕을 원심주조용 금형에 주입할 수 있어, 기계적 물성과 피삭성이 모두 우수한 니켈기 초내열합금을 제조할 수 있다.Accordingly, in this embodiment, a molten metal having a uniform chemical composition can be injected into the mold for centrifugal casting while minimizing the generation of oxides or slag, so that a nickel-based superheat-resistant alloy having excellent mechanical properties and machinability can be manufactured. .
만약, 상기 예열 처리를 250 ℃ 미만의 온도에서 실시하거나, 예열 처리를 실시하지 않을 경우에는 과량의 산화물 또는 슬래그가 발생될 수 있으며, 용해도가니로부터 출탕된 용탕이 이동 과정에서 냉각 및 응고됨에 따라 원심주조용 금형에 주입하는 용탕의 양을 조절하는 데에 어려움이 있을 수 있다. 특히, 용해도가니로부터 출탕된 용탕이 이동 과정에서 냉각 및 응고되어 래들, 주입 대야 등에 부착되어 남게 되면, 용탕의 이동에 어려움이 있을 뿐 아니라 용탕의 출탕량과 주입량의 예측이 어려울 수 있다. 반면, 상기 예열 처리를 350 ℃를 초과한 온도에서 실시할 경우에는 상기 래들, 주입 대야 등의 온도를 향상시키고, 이를 유지하기 위해 과도한 비용과 시간이 소요되어 경제성이 저하될 수 있다.If the preheating treatment is performed at a temperature of less than 250°C, or if the preheating treatment is not performed, excessive oxides or slag may be generated. There may be difficulties in controlling the amount of molten metal injected into the casting mold. In particular, when the molten metal tapped from the solubility crucible is cooled and solidified during the transfer process and remains attached to a ladle, an injection basin, etc., it may be difficult to move the molten metal, and it may be difficult to predict the tapping amount and injection amount of the molten metal. On the other hand, when the preheating treatment is performed at a temperature exceeding 350° C., the temperature of the ladle, the injection basin, etc. is improved, and excessive cost and time are required to maintain the temperature, thereby reducing economic efficiency.
(4)상기 원심주조용 금형을 회전시켜 원심주조를 실시하는 제 4 단계(4) The fourth step of performing centrifugal casting by rotating the centrifugal casting mold
본 실시예의 제 4 단계에서는 상기 제 3 단계에서 용탕이 주입된 원심주조용 금형을 회전시키면서, 원심주조를 실시한다.In the fourth step of the present embodiment, centrifugal casting is performed while rotating the mold for centrifugal casting into which the molten metal is injected in the third step.
바람직하게, 본 실시예의 제 4 단계에서는 원심주조를 실시하되, 중력배수가 80 ~ 160 이며, 회전수가 1,950 ~ 2,250 rpm 인 조건을 만족하도록 원심주조를 실시함에 따라, 종래의 진공주조와 달리 대기중에서 원심주조를 실시하면서도 기계적 물성과 피삭성이 우수한 니켈기 초내열합금을 제조할 수 있다.Preferably, in the fourth step of the present embodiment, centrifugal casting is performed, but in the atmosphere, unlike conventional vacuum casting, as centrifugal casting is performed so as to satisfy the condition that the gravity multiple is 80 to 160 and the rotational speed is 1,950 to 2,250 rpm. While centrifugal casting is performed, a nickel-based superheat-resistant alloy with excellent mechanical properties and machinability can be manufactured.
또한, 종래의 진공주조와 달리 원심주조를 실시하게 되면 원심력에 의해 용탕 내의 산화물 또는 슬래그, 불순물 등은 중심부로 운집되므로, 상기 제 4 단계를 실시한 후 수득된 주물의 중심부에 위치된 산화물 또는 슬래그, 불순물 등을 제거함으로써, 고순도의 니켈기 초내열합금의 제조가 가능할 수 있다.In addition, unlike conventional vacuum casting, when centrifugal casting is performed, oxides, slags, impurities, etc. in the molten metal are collected in the center by centrifugal force, so oxides or slags located in the center of the casting obtained after performing the fourth step, By removing impurities and the like, it may be possible to manufacture a nickel-based superheat-resistant alloy of high purity.
본 실시예의 제 4 단계에 사용되는 원심주조용 금형에는 용탕에 의한 칠화(chilling) 방지, 소착 방지 등의 목적으로 도형층을 형성될 수 있다. 상기 도형층은 실리카, 산화마그네슘 등의 공지된 도형을 이용하여 형성될 수 있다. 이때, 도형층은 약 0.8 ~ 1.2 mm 정도의 두께를 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In the mold for centrifugal casting used in the fourth step of this embodiment, a figure layer may be formed for the purpose of preventing chilling by molten metal and preventing seizure. The figure layer may be formed using a known figure such as silica or magnesium oxide. In this case, the figure layer may have a thickness of about 0.8 to 1.2 mm, but is not limited thereto.
본 실시예의 제 4 단계에서 원심주조를 실시하되, 중력배수가 80 ~ 160 인 조건에서 실시할 수 있다.Centrifugal casting is carried out in the fourth step of this embodiment, but it can be carried out under the condition that the gravity multiple is 80 to 160.
만약, 본 실시예의 제 4 단계에서 원심주조를 실시하되, 중력배수를 80 미만으로 실시할 경우에는 회전력 및 원심력이 충분하지 못하여 균질한 상태의 니켈기 초내열합금의 제조가 어려울 뿐 아니라 원심주조 과정에서 산화물 또는 슬래그, 불순물 등이 중심부로 충분히 이동되지 않아 주물로부터 산화물 또는 슬래그, 불순물 등을 용이하게 제거하지 못하는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 제 4 단계에서 원심주조를 실시하되, 중력배수를 160을 초과하여 실시할 경우에는 과도한 응력에 의해 주물 또는 니켈기 초내열합금에 크랙이 발생되는 문제가 있을 수 있다.If, in the fourth step of this embodiment, centrifugal casting is performed, but when the gravity multiple is less than 80, the rotational force and the centrifugal force are insufficient, making it difficult to manufacture a nickel-based superheat-resistant alloy in a homogeneous state, as well as the centrifugal casting process. Oxide, slag, impurities, etc. are not sufficiently moved to the center of the material, and thus oxide, slag, impurities, etc. may not be easily removed from the casting. On the other hand, if centrifugal casting is performed in the fourth step of the present embodiment, but when the gravity multiple exceeds 160, there may be a problem that cracks are generated in the casting or nickel-based superheat-resistant alloy due to excessive stress.
또한, 본 실시예의 제 4 단계에서는 원심주조를 실시하되, 회전수를 1,950 ~ 2,250 rpm, 바람직하게 2,000 ~ 2,200 rpm, 더욱 바람직하게 2,100 ~ 2,150 rpm 조건으로 실시할 수 있다.In addition, in the fourth step of the present embodiment, centrifugal casting is performed, but the number of revolutions may be 1,950 to 2,250 rpm, preferably 2,000 to 2,200 rpm, more preferably 2,100 to 2,150 rpm.
만약, 본 실시예의 제 4 단계에서 원심주조를 실시하되, 이의 회전수를 1,950 rpm 미만으로 실시할 경우에는 니켈기 초내열합금이 균일한 조성을 가지지 못하고, 조직의 치밀도가 저하되며, 일정 구간마다 냉각 속도에 차이가 발생될 뿐 아니라 불순물의 제거가 용이하지 못한 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 제 4 단계에서 원심주조를 실시하되, 이의 회전수를 2,250 rpm을 초과하여 실시할 경우에는 냉각이 빠르게 진행되어 니켈기 초내열합금의 기계적인 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 산화물 또는 슬래그가 발생되는 문제가 있을 수 있을 뿐만 아니라 주물 또는 니켈기 초내열합금에 크랙이 발생되는 문제가 있을 수 있다.If, in the fourth step of this embodiment, centrifugal casting is performed, but the rotational speed thereof is less than 1,950 rpm, the nickel-based superheat-resistant alloy does not have a uniform composition, the density of the structure decreases, and the In addition to the difference in cooling rate, there may be a problem in that it is difficult to remove impurities. On the other hand, if centrifugal casting is performed in the fourth step of this embodiment, but if the rotational speed thereof exceeds 2,250 rpm, there may be a problem that the mechanical properties of the nickel-based superheat-resistant alloy are deteriorated due to rapid cooling. , Oxide or slag may be generated, and there may be a problem of cracking in a casting or nickel-based superheat-resistant alloy.
즉, 본 실시예의 제 4 단계에서 원심주조를 실시하되, 이의 회전수가 1,950 ~ 2,250 rpm 조건을 만족하지 못할 때, 본 실시예에 따라 제조된 니켈기 초내열합금의 기계적 물성과 피삭성이 현저히 저하되는 문제가 있을 수 있다.That is, when centrifugal casting is performed in the fourth step of the present embodiment, but the rotational speed of the alloy does not satisfy the conditions of 1,950 to 2,250 rpm, the mechanical properties and machinability of the nickel-based superheat-resistant alloy manufactured according to the present embodiment are significantly reduced. There may be a problem.
본 실시예의 제 4 단계는 중력배수가 80 ~ 160 이며, 회전수가 1,950 ~ 2,250 rpm 을 만족하도록 원심주조를 실시하되, 용탕을 서서히 냉각하여 응고시키면서 형성된 주물의 최종 온도가 700 ~ 800 ℃에 도달하였을 때, 원심주조를 멈추고, 주물을 취출할 수 있다.In the fourth step of this embodiment, centrifugal casting was performed so that the gravity multiple was 80 to 160 and the rotational speed satisfies 1,950 to 2,250 rpm, but the final temperature of the casting formed by gradually cooling and solidifying the molten metal reached 700 to 800 °C. At this time, centrifugal casting can be stopped and the casting can be taken out.
만약, 본 실시예의 제 4 단계에서 상기 주물의 최종 온도가 700 ℃ 미만인 경우에는 상기 취출된 주물을 냉각하는 과정에서 주물의 냉각 속도가 느려지게 되어 기계적 물성이 일부 저하되는 문제가 있을 수 있고, 원심주조용 금형의 기계적 수명이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 제 4 단계에서 상기 주물의 최종 온도가 800 ℃를 초과할 경우에는 주물과 원심주조용 금형 간의 분리가 용이하지 않은 문제가 있을 수 있다.If the final temperature of the casting is less than 700 °C in the fourth step of the present embodiment, the cooling rate of the casting may be slowed in the process of cooling the taken out casting, so that there may be a problem that some mechanical properties are deteriorated. There may be a problem that the mechanical life of the casting mold is reduced. On the other hand, in the fourth step of the present embodiment, when the final temperature of the casting exceeds 800° C., there may be a problem that separation between the casting and the centrifugal casting mold is not easy.
본 실시예에서는 상기 제 3 단계 및 제 4 단계를 아르곤(Ar) 가스, 수소(H2) 가스 및 일산화탄소(CO)가스로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 공정 가스로 조성된 산화방지 분위기에서 실시할 수 있다. 이때, 산화방지 분위기는 합금 원료를 구성하는 각각의 성분이 대기중 산소와 반응하여 산화되는 것을 방지함을 의미한다.In this embodiment, the third and fourth steps are carried out in an anti-oxidation atmosphere composed of one or more process gases selected from the group consisting of argon (Ar) gas, hydrogen (H 2 ) gas, and carbon monoxide (CO) gas. I can. At this time, the anti-oxidation atmosphere means that each component constituting the alloy material is prevented from being oxidized by reacting with oxygen in the atmosphere.
바람직하게, 상기 공정 가스는 아르곤(Ar) 가스일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Preferably, the process gas may be argon (Ar) gas, but is not limited thereto.
만약, 본 실시예의 제 3 단계 및 제 4 단계를 상기와 같은 환원분위기에서 실시하지 않을 경우에는 용해, 용탕의 출탕, 용탕의 주입, 주물의 취출 등의 공정에서 과량의 산화물 또는 슬래그가 발생되어, 니켈기 초내열합금의 기계적 물성과 피삭성이 현저히 저하될 수 있다.If the third and fourth steps of this embodiment are not carried out in the reducing atmosphere as described above, excessive oxides or slag are generated in processes such as melting, tapping out of molten metal, injecting molten metal, and taking out castings, The mechanical properties and machinability of the nickel-based superheat-resistant alloy can be significantly deteriorated.
(5)상기 원심주조로 형성된 주물을 상기 원심주조용 금형으로부터 분리한 후 산화물 또는 슬래그를 제거하는 제 5 단계(5) A fifth step of removing oxide or slag after separating the casting formed by the centrifugal casting from the mold for centrifugal casting
본 실시예의 제 5 단계에서는 상기 원심주조로 형성된 주물을 상기 원심주조용 금형으로부터 분리한 후 이를 냉각수에 투입하여 급냉하고, 이의 표면에 형성된 산화물 또는 슬래그를 제거한다. In the fifth step of the present embodiment, the casting formed by the centrifugal casting is separated from the mold for centrifugal casting and then rapidly cooled by adding it to cooling water, and oxides or slag formed on the surface thereof are removed.
본 실시예의 제 3 단계에 개시된 바와 같이, 중공형의 원통 형태로 형성된 금형을 사용할 경우, 원심주조 시 회전에 의해 내경부측으로 산화물 또는 슬래그가 이동하게 되므로, 제 5 단계에서는 상기 내경부측에 형성된 산화물 또는 슬래그를 제거함으로써, 니켈기 초내열합금의 순도를 더욱 향상시킬 수 있다.As disclosed in the third step of this embodiment, when a mold formed in a hollow cylindrical shape is used, oxide or slag is moved toward the inner diameter by rotation during centrifugal casting, so in the fifth step, the formed on the inner diameter side By removing the oxide or slag, the purity of the nickel-based superheat-resistant alloy can be further improved.
이에 따라, 본 실시예의 니켈기 초내열합금은 산화물 또는 슬래그가 최소로 함유된 고순도로 형성됨에 따라, 더욱 우수한 기계적 물성과 피삭성을 가질 수 있다. Accordingly, since the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment is formed with a high purity containing a minimum of oxide or slag, it may have more excellent mechanical properties and machinability.
상기 제 5 단계를 실시한 이후에 최종 주물의 외면에 부착되어 있는 도형층, 이물질 등을 제거하기 위한 쇼트 블라스트(Shot Blast )처리, 보링(Boring) 처리 등을 실시할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.After performing the fifth step, a shot blast treatment, a boring treatment, or the like may be performed to remove the figure layer and foreign matter adhered to the outer surface of the final casting, but is not limited thereto.
상기 제 1 단계, 제 2 단계, 제 3 단계, 제 4 단계 및 제 5 단계를 실시함에 있어서, 상기 기재된 사항을 제외하고는, 통상의 원심주조법이 적용될 수 있다.In performing the first step, the second step, the third step, the fourth step and the fifth step, a conventional centrifugal casting method may be applied, except for the above-described matters.
상기에 따라 제조된, 본 실시예의 니켈기 초내열합금은, 상온 조건에서 인장강도(TS) : 760 ~ 850 MPa, 항복강도(YS) : 660 ~ 710 MPa, 및 연신율(EL) : 1 ~ 10 %을 가질 수 있고, 650 ℃ 조건에서 인장강도(TS) : 840 ~ 900 MPa, 항복강도(YS) : 690 ~ 730 MPa, 및 연신율(EL) : 2 ~ 9 %을 가질 수 있다. 즉, 본 실시예의 니켈기 초내열합금은 상온과 고온에서 모두 우수한 기계적 물성을 구현해낼 수 있을 뿐 아니라 피삭성이 우수할 수 있다.The nickel-based superheat-resistant alloy of this embodiment prepared according to the above, tensile strength (TS) at room temperature conditions: 760 to 850 MPa, yield strength (YS): 660 to 710 MPa, and elongation (EL): 1 to 10 %, and tensile strength (TS): 840 ~ 900 MPa, yield strength (YS): 690 ~ 730 MPa, and elongation (EL): 2 ~ 9% under 650 ℃ condition. That is, the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment may realize excellent mechanical properties at both room temperature and high temperature, as well as excellent machinability.
바람직하게, 본 실시예에 따라 제조된 니켈기 초내열합금은, 상온 조건에서 인장강도(TS) : 760 ~ 850 MPa, 항복강도(YS) : 660 ~ 710 MPa, 및 연신율(EL) : 6 ~ 10 %을 가질 수 있고, 650 ℃ 조건에서 인장강도(TS) : 840 ~ 900 MPa, 항복강도(YS) : 690 ~ 730 MPa, 및 연신율(EL) : 5 ~ 9 %을 가질 수 있다. 즉, 본 실시예의 니켈기 초내열합금은 상온과 고온에서 현저히 기계적 물성을 구현해낼 수 있을 뿐 아니라 피삭성이 현저히 우수할 수 있다.Preferably, the nickel-based superheat-resistant alloy manufactured according to the present embodiment is, at room temperature, tensile strength (TS): 760 to 850 MPa, yield strength (YS): 660 to 710 MPa, and elongation (EL): 6 to It may have 10%, tensile strength (TS): 840 ~ 900 MPa, yield strength (YS): 690 ~ 730 MPa, and elongation (EL): 5 ~ 9% under 650 ℃ conditions. That is, the nickel-based superheat-resistant alloy of the present embodiment can not only realize remarkably mechanical properties at room temperature and high temperature, but also can have remarkably excellent machinability.
이하 실시예, 비교예, 및 실험예를 통하여 본 발명의 원심주조법을 이용하여 피삭성 및 기계적 물성이 우수한 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.Hereinafter, a method of manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy having excellent machinability and mechanical properties by using the centrifugal casting method of the present invention through Examples, Comparative Examples, and Experimental Examples will be described in detail. Since these examples are for illustrative purposes only, the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.
[ 실시예 ][Example]
실시예 1 내지 5Examples 1 to 5
(1) 먼저, 스트론튬을 제외한 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료를 표 1[단위 : 중량%]과 같은 조성으로 준비하였다. (1) First, an alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy excluding strontium was prepared in the composition shown in Table 1 [unit: wt%].
(2) 상기 합금 원료를 용해도가니에 순차적으로 투입하고 이를 1,630 ℃로 가열하여 상기 합금 원료를 용해시킴으로써, 용탕을 형성하였다.(2) The alloy material was sequentially added to a solubility crucible and heated to 1,630° C. to dissolve the alloy material, thereby forming a molten metal.
(3) 상기 용탕을 래들로 출탕한 후, 이에 표 1과 같은 함량의 스트론튬을 접종한 후, 상기 스트론튬이 접종된 용탕을 주입 대야로 이동시켜 원심주조용 금형에 주입하였다. 이때, 상기 용탕을 출탕하기에 앞서, 상기 래들과 주입 대야를 비롯하여 용탕의 출탕과 주입에 사용되는 부재들을 약 300 ℃로 예열 처리하였다.(3) After tapping the molten metal into a ladle, strontium in the amount shown in Table 1 was inoculated thereto, and then the molten metal inoculated with strontium was moved to an injection basin and injected into a mold for centrifugal casting. At this time, prior to tapping the molten metal, members used for tapping and injecting the ladle and the pouring basin were preheated to about 300°C.
(4) 상기 용탕이 주입된 원심주조용 금형을 중력 배수 150, 회전수 2,032 rpm의 조건으로 회전시키면서 원심주조를 실시하였다. 이때, 상기 용탕을 출탕하는 과정부터 원심주조를 실시하는 과정 동안에는 아르곤 가스를 주입하여 산화방지 분위기를 형성하였다.(4) Centrifugal casting was performed while rotating the mold for centrifugal casting into which the molten metal was injected under conditions of a gravity drainage of 150 and a rotational speed of 2,032 rpm. At this time, during the process of performing centrifugal casting from the process of tapping the molten metal, argon gas was injected to form an anti-oxidation atmosphere.
(5) 이후, 상기 원심주조용 금형으로부터 주물을 분리한 후 산화물 또는 슬래그를 제거함으로써, 니켈기 초내열합금을 제조하였다.(5) Thereafter, by separating the casting from the centrifugal casting mold and removing oxide or slag, a nickel-based superheat-resistant alloy was prepared.
실시예 6Example 6
원심주조를 중력 배수 90, 회전수 2,145 rpm의 조건에서 실시한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 4, except that the centrifugal casting was carried out under the conditions of a gravity drainage of 90 and a rotational speed of 2,145 rpm.
[ 비교예 ][Comparative Example]
비교예 1 내지 18Comparative Examples 1 to 18
표 2[단위 : 중량%] 내지 표 4[단위 : 중량%]의 조성에 따라 제조된 것을 제외하고는, 실시예와 동일하게 제조되었다.It was prepared in the same manner as in Examples, except that it was prepared according to the composition of Table 2 [unit: wt%] to Table 4 [unit: wt%].
비교예 19Comparative Example 19
인코넬 713C 합금(Special Metal Corp.)을 준비하였다.Inconel 713C alloy (Special Metal Corp.) was prepared.
비교예 20 내지 22Comparative Examples 20 to 22
상기 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료를 표 5의 온도로 가열 처리하여 용탕을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 2, except that the alloy raw material for producing the nickel-based superheat-resistant alloy was heat-treated at the temperature of Table 5 to form a molten metal.
비교예 23 내지 24Comparative Examples 23 to 24
원심주조를 표 6의 조건으로 실시한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 2, except that centrifugal casting was carried out under the conditions of Table 6.
비교예 25 내지 26Comparative Examples 25 to 26
제 3 단계에서 래들, 주입 대야의 예열 처리를 표 7의 조건으로 실시한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일하게 제조하였다.In the third step, the ladle and the injection basin were prepared in the same manner as in Example 2, except that the preheating treatment was performed under the conditions of Table 7.
비교예 27Comparative Example 27
아르곤 가스로 산화방지 분위기를 조성하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 2, except that an anti-oxidation atmosphere was not created with argon gas.
비교예 28Comparative Example 28
스트론튬을 상기 (3)제 3 단계에서 접종하지 않고, 상기 (1)제 1 단계에서 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료들과 함께 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 2, except that strontium was not inoculated in the third step (3), and was mixed with the alloy raw materials for producing a nickel-based superheat-resistant alloy in the first step (1).
[ 실험예 ][Experimental Example]
실험예 1 : 용탕 온도별 산화물 또는 슬래그의 형성 정도Experimental Example 1: Degree of formation of oxides or slag by melting temperature
상기 실시예 2 및 비교예 20 내지 22의 니켈기 초내열합금을 제조함에 있어서, 용탕 상태를 도 3에 도시하였다.In preparing the nickel-based superheat-resistant alloys of Example 2 and Comparative Examples 20 to 22, the molten metal state is shown in FIG. 3.
도 3을 보면, 용탕의 온도를 1,450 ℃로 형성한 비교예 20 및 용탕의 온도를 1,550 ℃로 형성한 비교예 21의 경우, 용탕의 온도를 1,630 ℃로 형성한 실시예 2 보다 과량의 산화물 또는 슬래그가 형성됨을 확인할 수 있다.3, in the case of Comparative Example 20 in which the temperature of the molten metal was formed at 1,450° C. and Comparative Example 21 in which the temperature of the molten metal was formed at 1,550° C., an excess amount of oxide or It can be seen that slag is formed.
즉, 도 3에 따르면, 용탕 온도는 1,600 ℃ 이상이 바람직함을 의미한다.That is, according to FIG. 3, it means that the molten metal temperature is preferably 1,600°C or higher.
실험예 2 : 스트론튬 접종 시기에 따른 니켈기 초내열합금의 내부 조직 형태 평가Experimental Example 2: Evaluation of the internal structure of a nickel-based superheat-resistant alloy according to the timing of strontium inoculation
상기 실시예 2에 따르는 니켈기 초내열합금와 상기 비교예 28에 따르는 니켈기 초내열합금의 내부 조직을 도 4에 도시하였다. 도 4에서 (a)는 실시예 2에 따르는 니켈기 초내열합금의 단면이며, (b)는 비교예 28에 따르는 니켈기 초내열합금의 단면이다.The internal structures of the nickel-based super-heat-resistant alloy according to Example 2 and the nickel-based super-heat-resistant alloy according to Comparative Example 28 are shown in FIG. 4. In FIG. 4, (a) is a cross-section of a nickel-based superheat-resistant alloy according to Example 2, and (b) is a cross-section of a nickel-based superheat-resistant alloy according to Comparative Example 28.
도 4를 보면, 본 실시예에 따라 탄소, 황, 망간, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 니오비움, 알루미늄 및 니켈을 함유하는 합금 원료로 형성된 용탕을 출탕한 후, 스트론튬을 접종한 용탕을 사용한 실시예 2의 경우에는 결정립계 미세화가 유도될 뿐 아니라 내부 조직이 등축정 형태로 균일하게 형성됨을 알 수 있다.4, after tapping a molten metal formed of an alloy raw material containing carbon, sulfur, manganese, chromium, molybdenum, tungsten, titanium, niobium, aluminum and nickel according to this embodiment, a molten metal inoculated with strontium was used. In the case of Example 2, it can be seen that grain boundary refinement is induced and the internal structure is uniformly formed in an equiaxed crystal shape.
반면, 본 실시예와 달리, 탄소, 황, 망간, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 니오비움, 알루미늄 및 니켈과 함께 스트론튬을 혼합한 용탕을 사용한 비교예 28의 경우에는 결정립계 미세화가 충분히 유도되지 못하였을 뿐 아니라 주상정 형태와 등축정 형태가 혼합된 형태의 내부 조직을 가짐을 알 수 있다.On the other hand, unlike this Example, in the case of Comparative Example 28 using a molten metal in which strontium was mixed with carbon, sulfur, manganese, chromium, molybdenum, tungsten, titanium, niobium, aluminum and nickel, grain boundary refinement was not sufficiently induced. In addition, it can be seen that it has an internal structure in which the columnar and equiaxed crystal forms are mixed.
실험예 3 : 상온에서의 기계적 물성Experimental Example 3: Mechanical properties at room temperature
KS B 0801 에 규정되어 있는 방법에 따라, 실시예 및 비교예의 니켈기 초내열합금의 상온 인장강도, 상온 항복강도 및 상온 연신율을 측정하여, 표 8에 나타내었다.According to the method specified in KS B 0801, room temperature tensile strength, room temperature yield strength, and room temperature elongation of the nickel-based superheat-resistant alloys of Examples and Comparative Examples were measured, and are shown in Table 8.
표 8을 보면, 본 실시예에 따를 경우, 상온에서의 인장강도, 항복강도 및 연신율이 더 우수함을 알 수 있다.Referring to Table 8, it can be seen that according to this embodiment, the tensile strength, yield strength, and elongation at room temperature are more excellent.
실험예 4 : 고온에서의 기계적 물성Experimental Example 4: Mechanical properties at high temperature
KS B 0801 에 규정되어 있는 방법에 따라, 실시예 및 비교예의 니켈기 초내열합금의 고온(650 ℃) 인장강도, 고온(650 ℃) 항복강도 및 고온(650 ℃) 연신율을 측정하여, 표 9에 나타내었다.According to the method specified in KS B 0801, the high temperature (650°C) tensile strength, high temperature (650°C) yield strength and high temperature (650°C) elongation of the nickel-based superheat-resistant alloys of Examples and Comparative Examples were measured. Shown in.
표 9를 보면, 본 실시예에 따를 경우, 고온에서의 인장강도, 항복강도 및 연신율이 더 우수함을 알 수 있다.Referring to Table 9, it can be seen that according to this embodiment, the tensile strength, yield strength, and elongation at high temperature are more excellent.
상기 실험예 3 및 4를 통해, 본 실시예에 따를 경우, 상온 뿐 아니라 고온에서 모두 우수한 인장강도, 항복강도 및 연신율을 구현해낼 수 있음을 알 수 있다. 즉, 본 실시예에 따를 경우, 상온과 고온에서 모두 우수한 기계적 물성을 구현해낼 수 있음을 의미한다.Through the above Experimental Examples 3 and 4, it can be seen that according to the present embodiment, excellent tensile strength, yield strength, and elongation can be achieved at both room temperature and high temperature. That is, according to the present embodiment, it means that excellent mechanical properties can be realized at both room temperature and high temperature.
실험예 5 : 피삭성 평가Experimental Example 5: Evaluation of machinability
실시예 및 비교예에 따르는 각각의 니켈기 초내열합금을 범용선반에서 TiAlN이 PVD 코팅된 초경공구(CNMG 120408 TT5080)를 이용하여, 길이 방향으로 40 mm를 절삭 깊이 0.2 mm가 되도록 가공한 후, Mitutoyo Surftest SJ301을 사용하여 Surface Roughness를 측정하였다.Each nickel-based superheat-resistant alloy according to Examples and Comparative Examples was processed on a general-purpose lathe using a TiAlN-PVD-coated carbide tool (CNMG 120408 TT5080) to a depth of cut of 40 mm to a depth of 0.2 mm, Surface roughness was measured using Mitutoyo Surftest SJ301.
실험은, 공구의 여유면의 마모 길이가 0.3 mm가 넘어서면 공구의 수명이 다한 것으로 판단하고 실험을 멈추었다. In the experiment, if the wear length of the clearance surface of the tool exceeded 0.3 mm, it was judged that the life of the tool was over and the experiment was stopped.
이때, 공구 수명 시험은 상기 표 10의 조건에 따라 실시되었으며, 실험이 종료된 시점의 총 절삭 거리(단위 : m), 공구마모깊이(단위 : μm) 및 1 회(99.7 m) 절삭하였을 때의 표면 조도(Rz, 단위 : μm)를 표 11에 나타내었다.At this time, the tool life test was conducted according to the conditions of Table 10 above, and the total cutting distance (unit: m), tool wear depth (unit: μm), and one cut (99.7 m) at the end of the experiment. The surface roughness (Rz, unit: μm) is shown in Table 11.
표 11에 개시된 바와 같이, 본 실시예에 따를 경우 총 절삭 거리(m)가 길고, 공구마모 깊이(μm)가 낮으며, 표면조도 Rz 값(μm)이 낮은 바, 본 실시예에 따를 경우 피삭성이 우수함을 알 수 있다.As disclosed in Table 11, according to this embodiment, the total cutting distance (m) is long, the tool wear depth (μm) is low, and the surface roughness Rz value (μm) is low. It can be seen that machinability is excellent.
상기 실험예 1 내지 5의 결과를 종합하여 볼 때, 본 실시예에 따를 경우에는 진공주조를 실시하지 않고 대기중에서 특정 조건에 따르는 원심주조를 실시하여, 상온과 고온에서의 기계적 물성이 우수할 뿐 아니라 피삭성이 현저히 우수한 니켈기 초내열합금을 제조할 수 있다.When the results of Experimental Examples 1 to 5 are summarized, in the case of this example, centrifugal casting according to specific conditions is performed in the atmosphere without vacuum casting, so that mechanical properties at room temperature and high temperature are excellent. In addition, it is possible to manufacture a nickel-based superheat-resistant alloy with remarkably excellent machinability.
전술한 바와 같이, 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술을 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. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.As described above, the description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily transform into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. You can understand. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects and should be understood as non-limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.
Claims (8)
탄소(C), 황(S), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 니오비움(Nb), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni)과 불가피한 불순물을 포함하는 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료를 준비하는 제 1 단계;
상기 합금 원료를 용해도가니에 투입하고 상기 합금 원료를 용해하여 용탕을 형성하는 제 2 단계;
상기 용해도가니로부터 상기 용탕을 출탕한 후 상기 용탕을 원심주조용 금형에 주입하는 제 3 단계;
상기 원심주조용 금형을 회전시켜 원심주조를 실시하는 제 4 단계; 및
상기 원심주조로 형성된 주물을 상기 원심주조용 금형으로부터 분리한 후 산화물 또는 슬래그를 제거하는 제 5 단계;를 포함하며,
상기 제 1 단계에서 상기 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는 총 중량 기준으로 탄소(C) : 0.01 ~ 0.30 중량%, 황(S) : 0.10 ~ 0.50 중량%, 망간(Mn) : 0.1 ~ 1.0 중량%, 크롬(Cr) 10.0 ~ 15.0 중량%, 몰리브덴(Mo) 2.0 ~ 7.0 중량%, 텅스텐(W) 0.1 ~ 5.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 ~ 2.0 중량%, 니오비움(Nb) : 1.0 ~ 5.0 중량%, 알루미늄(Al) : 3.0 ~ 10.0 중량% 및 잔량의 니켈(Ni)과 불가피한 불순물을 포함하되,
상기 제 3 단계는 상기 용해도가니로부터 래들(Ladle)을 이용하여 상기 용탕을 출탕하는 제 3-1 단계; 상기 용해도가니로부터 출탕된 용탕에 스트론튬(Sr)을 접종하는 제 3-2 단계; 및 상기 스트론튬(Sr)이 접종된 용탕을 주입 대야(Pouring basin)로 이동 시켜 상기 용탕을 상기 원심주조용 금형에 주입하는 제 3-3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 원심주조법을 이용하여 피삭성 및 기계적 물성이 우수한 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법.
In the method of producing a nickel-based superheat-resistant alloy by centrifugal casting,
Carbon (C), sulfur (S), manganese (Mn), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), niobium (Nb), aluminum (Al) and nickel (Ni) And a first step of preparing an alloy raw material for producing a nickel-based superheat-resistant alloy containing inevitable impurities;
A second step of injecting the alloy raw material into a solubility crucible and melting the alloy raw material to form a molten metal;
A third step of injecting the molten metal into a mold for centrifugal casting after tapping the molten metal from the solubility crucible;
A fourth step of performing centrifugal casting by rotating the centrifugal casting mold; And
A fifth step of removing oxides or slag after separating the casting formed by the centrifugal casting from the mold for centrifugal casting; and
In the first step, the alloy raw material for producing the nickel-based superheat-resistant alloy is carbon (C): 0.01 to 0.30 wt%, sulfur (S): 0.10 to 0.50 wt%, manganese (Mn): 0.1 to 1.0 wt%, based on the total weight. %, chromium (Cr) 10.0 to 15.0 wt%, molybdenum (Mo) 2.0 to 7.0 wt%, tungsten (W) 0.1 to 5.0 wt%, titanium (Ti) 0.1 to 2.0 wt%, niobium (Nb): 1.0 to 5.0% by weight, aluminum (Al): 3.0 to 10.0% by weight and the remaining amount of nickel (Ni) and inevitable impurities,
The third step includes a 3-1 step of tapping the molten metal from the solubility crucible using a ladle; A 3-2 step of inoculating strontium (Sr) into the molten metal tapped from the solubility crucible; And a 3-3 step of injecting the molten metal into the centrifugal casting mold by moving the molten metal inoculated with the strontium (Sr) into a pouring basin, and injecting the molten metal into the centrifugal casting mold using a centrifugal casting method. A method of manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy with excellent machinability and mechanical properties.
상기 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료는
실리콘(Si), 보론(B), 지르코늄(Zr) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 원심주조법을 이용하여 피삭성 및 기계적 물성이 우수한 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법.
The method of claim 1,
The alloy raw material for manufacturing the nickel-based super heat-resistant alloy
Nickel base having excellent machinability and mechanical properties using a centrifugal casting method, characterized in that it further comprises at least one selected from the group consisting of silicon (Si), boron (B), zirconium (Zr) and iron (Fe) A method of manufacturing a super heat-resistant alloy.
상기 제 2 단계에서는
상기 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료를 1,600 ~ 1,700 ℃의 온도로 가열 처리하는 것을 특징으로 하는, 원심주조법을 이용하여 피삭성 및 기계적 물성이 우수한 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법.
The method of claim 1,
In the second step
A method for producing a nickel-based super-heat-resistant alloy having excellent machinability and mechanical properties by using a centrifugal casting method, characterized in that the alloy raw material for producing the nickel-based super-heat-resistant alloy is heat-treated at a temperature of 1,600 to 1,700°C.
상기 제 3-1 단계를 실시하기 전에,
상기 래들 및 상기 주입 대야를 250 ~ 350 ℃로 예열하는 것을 특징으로 하는, 원심주조법을 이용하여 피삭성 및 기계적 물성이 우수한 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법.
The method of claim 1,
Before performing step 3-1 above,
Method for producing a nickel-based superheat-resistant alloy having excellent machinability and mechanical properties by using a centrifugal casting method, characterized in that preheating the ladle and the injection basin to 250 ~ 350 ℃.
상기 제 3-2 단계에서는
상기 니켈기 초내열합금 제조용 합금 원료 총 중량 기준으로 상기 스트론튬(Sr) : 0.001 ~ 1.0 중량%를 접종하는 것을 특징으로 하는, 원심주조법을 이용하여 피삭성 및 기계적 물성이 우수한 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법.
The method of claim 1,
In the 3-2 step
A nickel-based super-heat-resistant alloy having excellent machinability and mechanical properties by using a centrifugal casting method, characterized in that the strontium (Sr): 0.001 to 1.0% by weight is inoculated based on the total weight of the alloy raw material for producing the nickel-based super-heat-resistant alloy. How to manufacture.
상기 제 4 단계에서
상기 원심주조는 회전수 : 1,950 ~ 2,250 rpm 및 중력배수 : 80 ~ 160 의 조건으로 실시되는 것을 특징으로 하는, 원심주조법을 이용하여 피삭성 및 기계적 물성이 우수한 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법.
The method of claim 1,
In the fourth step
The centrifugal casting is a method for producing a nickel-based superheat-resistant alloy having excellent machinability and mechanical properties by using a centrifugal casting method, characterized in that it is carried out under the conditions of rotational speed: 1,950 ~ 2,250 rpm and gravity multiple: 80 ~ 160.
상기 제 3 단계 및 제 4 단계는
아르곤(Ar) 가스, 수소(H2) 가스 및 일산화탄소(CO)가스로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 공정 가스로 조성된 산화방지 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 하는, 원심주조법을 이용하여 피삭성 및 기계적 물성이 우수한 니켈기 초내열합금을 제조하는 방법.
The method of claim 1,
The third and fourth steps
Machinability and machinability using a centrifugal casting method, characterized in that it is carried out in an antioxidant atmosphere composed of at least one process gas selected from the group consisting of argon (Ar) gas, hydrogen (H 2 ) gas, and carbon monoxide (CO) gas. A method of manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy with excellent mechanical properties.
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| KR1020190047441A KR102147227B1 (en) | 2019-04-23 | 2019-04-23 | Method for making nickel-based superalloys with excellent machinability and mechanical properity by using centrifugal casting |
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