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KR102707116B1 - Method for heat treatment of high speed steel and high speed steel - Google Patents

Method for heat treatment of high speed steel and high speed steel Download PDF

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KR102707116B1
KR102707116B1 KR1020220032716A KR20220032716A KR102707116B1 KR 102707116 B1 KR102707116 B1 KR 102707116B1 KR 1020220032716 A KR1020220032716 A KR 1020220032716A KR 20220032716 A KR20220032716 A KR 20220032716A KR 102707116 B1 KR102707116 B1 KR 102707116B1
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heat treatment
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제일산기 주식회사
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Abstract

본 발명은 고속도 공구강을 1,240 내지 1,290℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 고온 균질화 단계, 균질화된 고속도 공구강을 상온까지 냉각하는 1차 냉각 단계, 상온의 고속도 공구강을 A1 변태 온도 이상으로 가열한 후 일정시간 유지하는 오스테나이징 단계, 오스테나이징된 고속도 공구강을 상온까지 냉각하는 2차 냉각 단계 및 상온상태의 고속도 공구강을 일정온도로 가열한 후 일정시간 유지하는 저온 템퍼링 단계를 포함하는, 고속도 공구강의 열처리 방법 및 고속도 공구강에 관한 것이다.The present invention relates to a heat treatment method for high-speed tool steel and to high-speed tool steel, comprising a high-temperature homogenization step of heating high-speed tool steel to 1,240 to 1,290°C and then maintaining the temperature for a predetermined period of time, a first cooling step of cooling the homogenized high-speed tool steel to room temperature, an austenizing step of heating the high-speed tool steel at room temperature to a temperature higher than the A1 transformation temperature and then maintaining the temperature for a predetermined period of time, a second cooling step of cooling the austenized high-speed tool steel to room temperature, and a low-temperature tempering step of heating the high-speed tool steel at room temperature to a predetermined temperature and then maintaining the temperature for a predetermined period of time.

Description

고속도 공구강의 열처리 방법 및 고속도 공구강{METHOD FOR HEAT TREATMENT OF HIGH SPEED STEEL AND HIGH SPEED STEEL}METHOD FOR HEAT TREATMENT OF HIGH SPEED STEEL AND HIGH SPEED STEEL

본 발명은 고속도 공구강의 열처리 방법에 관한 것으로, 바람직하게는 고온 균질화 및 송풍 냉각을 포함하는 고속도 공구강의 열처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for heat treatment of high-speed tool steel, and preferably to a method for heat treatment of high-speed tool steel including high-temperature homogenization and air cooling.

고속도 공구강은 내마모성이 매우 우수한 소재로서 고속 절삭용이나 냉간 단조공구, 열간 단조공구 등 다양한 용도로 널리 사용되고 있는 소재이다. 고속도 공구강이 광범위한 부분에서 사용되는 가장 근본적인 이유는 고경도와 내마모성을 확보할 수 있는 탄화물(MC/M2C/M6C)을 석출할 수 있는 W, Mo, V, Cr등과 같은 합금원소를 다수 포함하고 있기 때문이다. High-speed tool steel is a material with excellent wear resistance, and is widely used for various purposes such as high-speed cutting, cold forging tools, and hot forging tools. The most fundamental reason why high-speed tool steel is used in a wide range of areas is that it contains many alloying elements such as W, Mo, V, and Cr that can precipitate carbides (MC/M 2 C/M 6 C) that can secure high hardness and wear resistance.

하지만, 고속도 공구강은 높은 내구성을 가지고 있는 반면 조직 내에 분포하고 있는 탄화물들의 편석과 같은 균일하지 못한 분포에 의해 인성이 취약하다는 단점도 동시에 가지고 있는 소재이다. 특히 주조 및 단조 방식으로 생산된 고속도 공구강의 경우는 응고과정 중에 생성된 1차 탄화물인 MC와 M6C등의 조대한 탄화물이 응집하여 존재하게 되며 이러한 탄화물은 담금질처리에도 조대한 탄화물이 계속 응집하여 존재하게 된다. 또한 편석의 정도가 매우 커서 인성에 취약한 단점이 필연적으로 존재한다. However, high-speed tool steels, although they have high durability, also have the disadvantage of weak toughness due to uneven distribution, such as segregation of carbides distributed within the structure. In particular, in the case of high-speed tool steels produced by casting and forging, coarse carbides such as MC and M 6 C, which are primary carbides generated during the solidification process, coarse carbides exist as agglomerates, and these carbides continue to exist as coarse carbides even after quenching. In addition, since the degree of segregation is very large, there is inevitably a disadvantage of weak toughness.

이러한 단점을 보완하기 위해 대한민국 등록특허 제1994-038977호 에서는 분무성형법을 적용하여 인성을 향상시킨 고속도 공구강의 제조방법을 소개하고 있으며, 대한민국 공개특허 제10-2013-0052103호 에서는 탄화물의 기지 고용량을 조절하여 생산성을 향상한 고속도 공구강을 소개하고 있다. 대한민국 등록특허 제10-1319695호 에서는 탄화물의 미세 석출 및 분포 정도를 제어하여 인성이 향상된 고속도 공구강을 소개하고 있다. 이 외, 대한민국 공개특허 제10-2014-0087279호, 대한민국 등록특허 제10-2072606호 등 다수의 문헌에서 충격 인성이 우수한 초고강도 고속도 공구강의 제조방법에 대해 설명하고 있다. 하지만 상기의 발명들은 고속도 공구강의 충격 인성을 향상하기 위하여 조성, 제조 과정 중 열처리 방법에 특이성이 있어, 통상적인 조성범위와 방법으로 제조된 고속도 공구강 부품, 제품에 적용하는 건 어려움이 있다. To compensate for these shortcomings, Korean Patent No. 1994-038977 introduces a method for manufacturing high-speed tool steel with improved toughness by applying a spray molding method, and Korean Patent Publication No. 10-2013-0052103 introduces high-speed tool steel with improved productivity by controlling the matrix solid solution of carbides. Korean Patent No. 10-1319695 introduces high-speed tool steel with improved toughness by controlling the degree of fine precipitation and distribution of carbides. In addition, many documents, such as Korean Patent Publication No. 10-2014-0087279 and Korean Patent No. 10-2072606, describe methods for manufacturing ultra-high strength high-speed tool steel with excellent impact toughness. However, the above inventions have specificity in the heat treatment method during the composition and manufacturing process to improve the impact toughness of high-speed tool steel, and therefore, it is difficult to apply them to high-speed tool steel parts and products manufactured with a conventional composition range and method.

이에 본 발명에서는 기 제조된 고속도 공구강의 충격 인성 향상을 위해 대형 크기의 전통방식(주조 와 단조)으로 생산된 고속도 공구강에 대해 원 소재의 조직내에 분포하고 있는 탄화물 편석을 개선할 수 있는 열처리 방법을 개발하여 인성이 향상된 고속도 공구강 소재를 소개하고자 한다.Accordingly, in the present invention, in order to improve the impact toughness of the manufactured high-speed tool steel, a heat treatment method capable of improving the segregation of carbides distributed within the structure of the raw material is developed for high-speed tool steel produced in a large size by a traditional method (casting and forging), thereby introducing a high-speed tool steel material with improved toughness.

대한민국 등록특허 제1994-038977호 (1998.05.13.)Republic of Korea Patent No. 1994-038977 (May 13, 1998) 대한민국 공개특허 제10-2013-0052103호(2012.05.23.)Republic of Korea Publication Patent No. 10-2013-0052103 (May 23, 2012) 대한민국 등록특허 제10-1319695호(2013.10.11.)Republic of Korea Patent No. 10-1319695 (October 11, 2013) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0087279호 (2014.07.09.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0087279 (July 9, 2014) 대한민국 등록특허공보 제10-2072606호 (2020.01.26.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2072606 (January 26, 2020)

Evaluation of Charpy Impact Test Performance for Advanced High-Strength Steel Sheets Based on a Damage Model, Ning Ma, Material behaviour and formability: T. Kuwabara Published: 12 June 2010Evaluation of Charpy Impact Test Performance for Advanced High-Strength Steel Sheets Based on a Damage Model, Ning Ma, Material behavior and formability: T. Kuwabara Published: 12 June 2010

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 고온 균질화 단계, 1차 냉각 단계 및 2차 냉각 단계가 포함된 고속도 공구강의 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention aims to provide a heat treatment method for high-speed tool steel including a high-temperature homogenization step, a first cooling step, and a second cooling step.

또한, 고속도 공구강을 오스테나이트가 형성되는 A1 변태 온도 이상으로 가열한 상태에서 담금질 처리를 수행하고, 일정시간 유지하는 저온 템퍼링 단계를 추가하여 탄화물의 조밀성을 향상하고, 충격 인성을 증가시킨 고속도 공구강의 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the purpose is to provide a heat treatment method for high-speed tool steel, which improves the density of carbides and increases impact toughness by performing quenching while heating high-speed tool steel to a temperature higher than the A1 transformation temperature at which austenite is formed, and adding a low-temperature tempering step maintained for a certain period of time.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는 고속도 공구강의 열처리 방법에 있어서, 고속도 공구강을 1,240 내지 1,290℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 고온 균질화 단계; 균질화된 고속도 공구강을 냉각하는 1차 냉각 단계; 1차 냉각된 고속도 공구강을 A1 변태 온도 이상으로 가열한 후 일정시간 유지하는 오스테나이징 단계; 오스테나이징된 고속도 공구강을 냉각하는 2차 냉각 단계; 및 2차 냉각된 고속도 공구강을 일정온도로 가열한 후 일정시간 유지하는 저온 템퍼링 단계:를 포함하는, 고속도 공구강의 열처리 방법에 관한 것이다. One embodiment of the present invention for achieving the above object relates to a heat treatment method for high-speed tool steel, comprising: a high-temperature homogenization step of heating high-speed tool steel to 1,240 to 1,290°C and then maintaining the temperature for a predetermined period of time; a first cooling step of cooling the homogenized high-speed tool steel; an austenizing step of heating the first-cooled high-speed tool steel to an A1 transformation temperature or higher and then maintaining the temperature for a predetermined period of time; a second cooling step of cooling the austenized high-speed tool steel; and a low-temperature tempering step of heating the second-cooled high-speed tool steel to a predetermined temperature and then maintaining the temperature for a predetermined period of time.

상기 일 실시 예에 있어서, 상기 1차 냉각 단계는, 균질화된 고속도 공구강을 850 내지 1,000℃로 송풍 냉각하는 송풍 냉각 단계; 및 송풍 냉각된 고속도 공구강을 상온까지 냉각하는 공냉 단계를 포함할 수 있다.In the above embodiment, the first cooling step may include an air cooling step of air cooling the homogenized high-speed tool steel to 850 to 1,000°C; and an air cooling step of cooling the air-cooled high-speed tool steel to room temperature.

상기 일 실시 예에 있어서, 상기 송풍 냉각 단계는 상기 균질화된 고속도 공구강에 불활성 기체(N2, Ar, He) 또는 공기(Air)를 주입하여 수행될 수 있다. In the above embodiment, the blowing cooling step can be performed by injecting an inert gas (N 2 , Ar, He) or air (Air) into the homogenized high-speed tool steel.

상기 일 실시 예에 있어서, 상기 송풍 냉각 단계는 하나 이상의 팬을 회전시켜 상기 균질화된 고속도 공구강을 3℃/min 이상으로 냉각할 수 있다.In the above embodiment, the blowing cooling step may cool the homogenized high-speed tool steel at a rate of 3°C/min or more by rotating one or more fans.

상기 일 실시 예에 있어서, 상기 2차 냉각 단계는 진공 또는 불활성 기체 분위기에서, 상기 고속도 공구강에 냉매를 일정한 압력으로 분사하여 수행될 수 있다.In the above embodiment, the second cooling step can be performed by spraying a coolant onto the high-speed tool steel at a constant pressure in a vacuum or inert gas atmosphere.

상기 일 실시 예에 있어서, 상기 2차 냉각 단계에서 상기 냉매는 불활성 기체로 제공될 수 있다. In the above embodiment, the refrigerant in the second cooling step may be provided as an inert gas.

상기 일 실시 예에 있어서, 상기 2차 냉각 단계는 상기 냉매를 상기 고속도 공구강에 0.5㎫ 이상의 압력으로 분사하여 상기 고속도 공구강을 냉각시킬 수 있다. In the above embodiment, the second cooling step can cool the high-speed tool steel by injecting the coolant into the high-speed tool steel at a pressure of 0.5 MPa or more.

상기 일 실시 예에 있어서, 상기 오스테나이징 단계는, 1,100 내지 1,200℃에서 수행될 수 있다.In the above embodiment, the austenizing step can be performed at 1,100 to 1,200°C.

상기 일 실시 예에 있어서, 상기 오스테나이징 단계는, 상온의 고속도 공구강을 550 내지 650℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 1차 오스테나이징 예열 단계; 1차 오스테나이징 예열 이후 800 내지 900℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 2차 오스테나이징 예열 단계; 및 2차 오스테나이징 예열 이후 1,000 내지 1,080℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 3차 오스테나이징 예열 단계;를 포함할 수 있다. In the above embodiment, the austenizing step may include a first austenizing preheating step of heating high-speed tool steel at room temperature to 550 to 650°C and then maintaining the temperature for a predetermined period of time; a second austenizing preheating step of heating the high-speed tool steel to 800 to 900°C after the first austenizing preheating and then maintaining the temperature for a predetermined period of time; and a third austenizing preheating step of heating the high-speed tool steel to 1,000 to 1,080°C after the second austenizing preheating and then maintaining the temperature for a predetermined period of time.

상기 일 실시 예에 있어서, 상기 저온 템퍼링 단계는, 상온상태의 상기 고속도 공구강을 150 내지 350℃로 가열한 후 일정 시간 유지할 수 있다. In the above embodiment, the low-temperature tempering step may be performed by heating the high-speed tool steel at room temperature to 150 to 350°C and then maintaining the temperature for a certain period of time.

상기 일 실시 예에 있어서, 상기 고속도 공구강의 열처리 방법은, 상기 고온 균질화 단계 이전에 600 내지 700℃로 가열한 후 일정 시간 유지하는 예비 가열 단계;를 더 포함할 수 있다.In the above embodiment, the heat treatment method of the high-speed tool steel may further include a preheating step of heating to 600 to 700° C. and then maintaining the temperature for a predetermined period of time prior to the high-temperature homogenization step.

본 발명의 또 다른 일 실시 예에 있어서, 본 발명은 중량%로 C 0.7 내지 1.5%, Mn 0.1 내지 0.5%, Si 0.1 내지 0.5%, Cr 3.5 내지 5%, Mo 4.5 내지 6.5, W 4.5 내지 6.5, V 1.5 내지 4.0% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함하고, 상온에서의 충격 인성값이 14.0J/㎠ 이상인, 고속도 공구강에 관한 것이다.In another embodiment of the present invention, the present invention relates to a high-speed tool steel containing, in wt%, C 0.7 to 1.5%, Mn 0.1 to 0.5%, Si 0.1 to 0.5%, Cr 3.5 to 5%, Mo 4.5 to 6.5, W 4.5 to 6.5, V 1.5 to 4.0%, and the remainder Fe and unavoidable impurities, and having an impact toughness value at room temperature of 14.0 J/cm2 or more.

본 발명에 의하면, 주조 및 단조 방식으로 생산된 고속도 공구강에 열처리를 수행하여 상온에서의 강도, 경도 및 충격 인성을 향상시켰다. 구체적으로 고온 균질화 열처리를 통해 원 소재 조직내에 존재하는 방향성을 띄고 또한 편석된 탄화물의 분포가 개선되었으며 저온 템퍼링에 의해 강의 최종물성 중 인성이 향상되었음을 확인하였다. According to the present invention, heat treatment was performed on high-speed tool steel produced by casting and forging methods to improve strength, hardness and impact toughness at room temperature. Specifically, it was confirmed that the distribution of directional and segregated carbides existing in the raw material structure was improved through high-temperature homogenization heat treatment, and that the toughness among the final properties of the steel was improved through low-temperature tempering.

이를 통해, 통상의 기술방식으로 제조된 고속도 공구강의 기계적 특성을 향상함으로써, 고속도 공구강의 강성 및 수명 향상에 기여할 수 있다.Through this, the mechanical properties of high-speed tool steel manufactured using conventional techniques can be improved, thereby contributing to the improvement of the rigidity and service life of high-speed tool steel.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고속도 공구강의 열처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 송풍 냉각을 수행한 실시예 1의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 3은 송풍 냉각을 수행하지 않은 비교예 1의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 고온 균질화를 수행한 고속도 공구강의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 실시예 1의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 6은 오스테나이징 단계 후 저온 템퍼링을 수행하였을 때 고속도 공구강 단면의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 7은 오스테나이징 단계 후 고온 템퍼링을 수행하였을 때 고속도 공구강 단면의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 열처리를 수행한 고속도 공구강과 통상적인 열처리를 수행한 고속도 공구강의 충격 인성 비교 실험 결과이다.
도 9는 본 발명의 비교예 10에 따라 열처리를 수행한 고속도 공구강의 미세조직을 촬영한 사진이다.
FIG. 1 is a drawing for explaining a heat treatment method for high-speed tool steel according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a photograph of the microstructure of Example 1 in which air cooling was performed according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a photograph of the microstructure of Comparative Example 1 in which air cooling was not performed.
FIG. 4 is a photograph of the microstructure of high-speed tool steel that has undergone high-temperature homogenization according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a photograph of the microstructure of Example 1 according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a photograph of the microstructure of a cross-section of a high-speed tool steel when low-temperature tempering was performed after the austenitizing step.
Figure 7 is a photograph of the microstructure of a cross-section of a high-speed tool steel when high-temperature tempering was performed after the austenitizing step.
Figure 8 shows the results of an impact toughness comparison experiment of high-speed tool steel subjected to heat treatment according to an embodiment of the present invention and high-speed tool steel subjected to conventional heat treatment.
Figure 9 is a photograph of the microstructure of high-speed tool steel that was heat treated according to Comparative Example 10 of the present invention.

이하 본 발명에 따른 고속도 공구강의 열처리 방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, a heat treatment method for high-speed tool steel according to the present invention will be described in detail. The drawings introduced below are provided as examples so that those skilled in the art can sufficiently convey the idea of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms, and the drawings presented below may be illustrated in an exaggerated manner to clarify the idea of the present invention. At this time, if there is no other definition in the technical and scientific terms used, they have the meaning commonly understood by those skilled in the art to which this invention belongs, and in the following description and the attached drawings, a description of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

본 발명의 일 특징에 따르면, 본 발명은 고속도 공구강의 열처리 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 고속도 공구강을 고온 균질화 단계, 1차 냉각 단계, 오스테나이징 단계, 2차 냉각 단계 및 저온 템퍼링 단계를 수행하여 고속도 공구강 내 편석 탄화물 분포를 개선할 수 있다. 이를 통해 본 발명은 고속도 공구강의 충격 인성을 상온에서의 샤르피 충격값을 기준으로 14 J/㎠ 이상으로 향상시킬 수 있다. According to one feature of the present invention, the present invention relates to a heat treatment method for high-speed tool steel. Specifically, the present invention can improve the distribution of segregated carbides in high-speed tool steel by performing a high-temperature homogenization step, a first cooling step, an austenitizing step, a second cooling step, and a low-temperature tempering step on the high-speed tool steel. Through this, the present invention can improve the impact toughness of the high-speed tool steel to 14 J/cm2 or more based on the Charpy impact value at room temperature.

본 발명에서 고속도 공구강은 MC, M2C, M6C 및 M23C6등 다양한 형태의 탄화물을 포함하는 고속도 공구강을 의미하며, 더욱 바람직하게는 주조 또는 단조 방식으로 제조된 고속도 공구강을 의미하나 이에 한정되지 않는다. 이때, 상기 MC는 바나듐이 주성분인 탄화물이며, M23C6은 크롬이, 그리고 M6C와 M2C는 텅스텐과 몰리브덴이 주성분인 탄화물이다.In the present invention, high-speed tool steel means high-speed tool steel including various types of carbides such as MC, M 2 C, M 6 C, and M 23 C 6 , and more preferably means high-speed tool steel manufactured by a casting or forging method, but is not limited thereto. In this case, MC is a carbide whose main component is vanadium, M 23 C 6 is a carbide whose main components are chromium, and M 6 C and M 2 C are carbides whose main components are tungsten and molybdenum.

실시 예에 따르면, 상기 고속도 공구강은 주조 및 단조 방식으로 생산된 플레이트(plate)형태의 고속도 공구강을 포함할 수 있으며, 주조 후 전기 슬래그 재용해 과정을 통해 생산된 제품, 주조 후 단조 공정을 통해 생산된 제품 및 단조 공정 후 어닐링 공정을 통해 생산된 빌렛, 제품 및 부품등을 모두 포함할 수 있다. According to an embodiment, the high-speed tool steel may include a plate-shaped high-speed tool steel produced by a casting and forging method, and may include a product produced through an electric slag remelting process after casting, a product produced through a forging process after casting, and a billet, product, and part produced through an annealing process after a forging process.

실시 예에 따르면, 상기 고속도 공구강은 중량%로 C 0.7 내지 1.5%, Mn 0.1 내지 0.5%, Si 0.1 내지 0.5%, Cr 3.5 내지 5%, Mo 4.5 내지 6.5, W 4.5 내지 6.5, V 1.5 내지 4% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the high-speed tool steel may contain, in wt%, C 0.7 to 1.5%, Mn 0.1 to 0.5%, Si 0.1 to 0.5%, Cr 3.5 to 5%, Mo 4.5 to 6.5, W 4.5 to 6.5, V 1.5 to 4%, and the remainder iron (Fe) and unavoidable impurities.

상기 탄소(C)는 0.7 내지 1.5 중량% 포함될 수 있다. The above carbon (C) may be included in an amount of 0.7 to 1.5 wt%.

통상적으로 C는 고속도 공구강에서 MC, M2C, M6C 및 M23C6등으로 구성되는 탄화물의 석출을 유도하고 담금질 과정에서 마르텐사이트 조직을 형성하는 등 기계적 특징을 결정하는 원소이다. Typically, C is an element that determines mechanical properties, such as inducing precipitation of carbides such as MC, M 2 C, M 6 C, and M 23 C 6 in high-speed tool steels and forming martensite structures during the quenching process.

상기 C는 0.7 중량% 미만 포함되면, 충분한 양의 탄화물을 형성할 수 없어 목표하는 강도 및 경도를 획득할 수 없다. 반대로 C가 1.5 중량%를 초과하면 과잉의 탄소가 고속도 공구강 내 잔류하여 잔류 오스테나이트 상을 형성하여 경도가 크게 저하될 수 있다. 이러한 이유로 상기 C는 0.7 내지 1.5중량% 더욱 바람직하게는 0.8 내지 1.3 중량% 포함될 수 있다. If the C is included in an amount of less than 0.7 wt%, a sufficient amount of carbide cannot be formed, making it impossible to obtain the target strength and hardness. On the other hand, if the C is included in an amount of more than 1.5 wt%, excessive carbon may remain in the high-speed tool steel to form a retained austenite phase, which may significantly reduce the hardness. For this reason, the C may be included in an amount of 0.7 to 1.5 wt%, more preferably 0.8 to 1.3 wt%.

상기 망간(Mn)은 0.1 내지 0.5 중량% 이하 포함될 수 있다. The above manganese (Mn) may be included in an amount of 0.1 to 0.5 wt% or less.

상기 Mn은 오스테나이트 안정화 원소로, 0.1 중량% 이상 포함되면 고속도 공구강 내 적정 수준의 오스테나이트 상을 형성하여 고속도 공구강의 충격 인성을 향상시킬 수 있다. 다만, 상기 Mn의 함량이 0.1 중량% 미만이면 그 효과가 미비하며, 상기 Mn이 0.5 중량%를 초과하면 잔류 오스테나이트를 지나치게 증가시켜 경도가 크게 저하될 수 있다. The above Mn is an austenite stabilizing element, and when it is contained at 0.1 wt% or more, it can form an appropriate level of austenite phase in the high-speed tool steel, thereby improving the impact toughness of the high-speed tool steel. However, when the content of the above Mn is less than 0.1 wt%, the effect is minimal, and when the above Mn exceeds 0.5 wt%, the retained austenite may be excessively increased, which may significantly reduce the hardness.

상기 규소(Si)는 0.1 내지 0.5 중량% 포함된다. The above silicon (Si) is contained in an amount of 0.1 to 0.5 wt%.

상기 Si는 고속도 공구강에서 탈산제의 역할을 수행할 수 있다. 이러한 이유로 상기 Si가 0.1 중량% 이상 포함되면, 고속도 공구강 내 탄화물 석출을 보다 증대시켜 경도 향상에 기여할 수 있다. 다만 상기 Si의 함량이 0.1 중량% 미만이면 그 효과가 미비하며, 상기 Si가 0.5 중량%를 초과하면 고속도 공구강의 인성이 지나치게 감소될 수 있다. The above Si can play the role of a deoxidizer in high-speed tool steel. For this reason, if the above Si is included in an amount of 0.1 wt% or more, it can further increase carbide precipitation in the high-speed tool steel, thereby contributing to improving hardness. However, if the content of the above Si is less than 0.1 wt%, the effect is insignificant, and if the above Si exceeds 0.5 wt%, the toughness of the high-speed tool steel can be excessively reduced.

상기 크롬(Cr)은 3.5 내지 5 중량% 포함된다. The above chromium (Cr) is contained in an amount of 3.5 to 5 wt%.

상기 Cr은 고속도 공구강의 경화능 향상에 요구되는 합금원소로 특히 후술할 저온 템퍼링 및 고온 템퍼링 단계에서 탄화물 석출을 지연시켜 경화능을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 C와 반응하여 M23C6은형태의 탄화물을 형성할 수 있다. 다만, 상기 Cr이 3.5 중량% 미만이면, 경화능 향상에 기여할 수 없으며 상기 Cr이 5 중량%를 초과하면 과잉의 오스테나이트를 형성시켜 지나치게 증가시켜 경도가 크게 저하될 수 있다. 이러한 이유로 상기 Cr은 3.5 내지 5 중량% 더욱 바람직하게는 4 내지 4.5 중량% 형성될 수 있다. The above Cr is an alloying element required to improve the hardenability of high-speed tool steel, and can improve the hardenability by delaying carbide precipitation, especially in the low-temperature tempering and high-temperature tempering stages described later. In addition, it can react with the above C to form carbides in the form of M 23 C 6 . However, if the above Cr is less than 3.5 wt%, it cannot contribute to improving the hardenability, and if the above Cr exceeds 5 wt%, excessive austenite may be formed and excessively increased, which may significantly reduce the hardness. For this reason, the above Cr may be formed at 3.5 to 5 wt%, more preferably 4 to 4.5 wt%.

상기 몰리브덴(Mo)은 4.5 내지 6.5 중량% 포함된다. The above molybdenum (Mo) is contained in an amount of 4.5 to 6.5 wt%.

상기 Mo는 고속도 공구강의 대표적인 탄화물 형성원소로 C와 반응하여 M6C 형태의 탄화물을 형성할 수 있다. 상기 Mo가 4.5 중량% 이상 포함되면 적절한 범위의 탄화물을 형성하여 강도 및 경도 향상에 기여할 수 있다. 다만, 상기 Mo이 4.5 중량% 미만이면, 충분한 양의 탄화물을 형성할 수 없어 목표하는 강도 및 경도를 획득할 수 없다. 반대로 Mo가 6.5 중량%를 초과하면 고속도 공구강의 충격 인성이 크게 감소될 수 있다. 이러한 이유로, 상기 Mo는 4.5 내지 6.5 중량% 더욱 바람직하게는 4.7 내지 5.5 중량% 포함될 수 있다. The above Mo is a representative carbide-forming element of high-speed tool steel and can react with C to form carbides in the form of M 6 C. When the above Mo is included in an amount of 4.5 wt% or more, it can form carbides in an appropriate range and contribute to improving strength and hardness. However, when the above Mo is less than 4.5 wt%, a sufficient amount of carbides cannot be formed, making it difficult to obtain the target strength and hardness. On the other hand, when the Mo exceeds 6.5 wt%, the impact toughness of the high-speed tool steel can be significantly reduced. For this reason, the Mo is preferably included in an amount of 4.5 to 6.5 wt%, more preferably 4.7 to 4.8 wt%. 5.5 Weight % may be included.

상기 텅스텐(W)은 4.5 내지 6.5 중량% 포함될 수 있다. The above tungsten (W) may be included in an amount of 4.5 to 6.5 wt%.

상기 W는 상기 Mo와 마찬가지로 C와 반응하여 M6C 형태의 탄화물을 형성할 수 있다. 다만, 상기 W이 4.5 중량% 미만이면, 충분한 양의 탄화물을 형성할 수 없어 목표하는 강도 및 경도를 획득할 수 없다. 반대로 W이 6.5 중량%를 초과하면 고속도 공구강의 충격 인성이 크게 감소될 수 있다. 이러한 이유로, 상기 W는 4.5 내지 6.5 중량% 더욱 바람직하게는 5.0 내지 6.0 중량% 포함될 수 있다.The above W, like the above Mo, can react with C to form carbides in the form of M 6 C. However, if the W is less than 4.5 wt%, a sufficient amount of carbides cannot be formed, making it impossible to obtain the target strength and hardness. On the contrary, if the W exceeds 6.5 wt%, the impact toughness of the high-speed tool steel can be significantly reduced. For this reason, the W is preferably 4.5 to 6.5 wt%, more preferably 5.0 to 6.0 wt%. Weight % may be included.

상기 바나듐(V)은 1.5 내지 4.0 중량% 포함될 수 있다. The above vanadium (V) may be included in an amount of 1.5 to 4.0 wt%.

상기 V이 1.5 중량% 이상 포함되면 고속도 공구강 내 MC형태의 탄화물을 형성할 수 있다. 다만, 상기 V가 4.0 중량%를 초과하면 과잉의 탄화물이 발생하여 충격 인성이 감소될 수 있다. 이러한 이유로 상기 V는 1.5 내지 4.0 중량% 더욱 바람직하게는 1.8 내지 2.2 중량% 포함될 수 있다. When the above V is included in an amount of 1.5 wt% or more, MC-type carbides can be formed in the high-speed tool steel. However, when the above V exceeds 4.0 wt%, excessive carbides may be generated, which may reduce impact toughness. For this reason, the above V may be included in an amount of 1.5 to 4.0 wt%, more preferably 1.8 to 2.2 wt%.

이 외 Ni 등이 첨가될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 잔부는 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. In addition, Ni, etc. may be added, but are not limited thereto, and the remainder may include iron (Fe) and unavoidable impurities.

이상 본 발명의 고속도 공구강의 조성에 대해 설명하였다. 이하 본 발명의 실시 예에 따른 고속도 공구강의 열처리 방법에 대해 설명한다. The composition of the high-speed tool steel of the present invention has been described above. Below, a heat treatment method of the high-speed tool steel according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고속도 공구강의 열처리 방법을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 1 is a drawing for explaining a heat treatment method for high-speed tool steel according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 고속도 공구강의 열처리 방법(1000)은 600 내지 800℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 예비 가열 단계(S110), 고속도 공구강을 1,240 내지 1,290℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 고온 균질화 단계(S100), 균질화된 고속도 공구강을 냉각하는 1차 냉각 단계(S300), 냉각된 고속도 공구강을 오스테나이징 온도 이상으로 가열한 후 일정시간 유지하는 오스테나이징 단계(S500), 오스테나이징 된 고속도 공구강을 상온까지 냉각하는 2차 냉각 단계(S700) 및 상온의 고속도 공구강을 일정온도로 가열한 후 일정시간 유지하는 저온 템퍼링 단계(S900)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a heat treatment method (1000) of high-speed tool steel according to an embodiment of the present invention may include a preheating step (S110) of heating to 600 to 800°C and then maintaining the temperature for a predetermined period of time, a high-temperature homogenization step (S100) of heating high-speed tool steel to 1,240 to 1,290°C and then maintaining the temperature for a predetermined period of time, a first cooling step (S300) of cooling the homogenized high-speed tool steel, an austenizing step (S500) of heating the cooled high-speed tool steel to a temperature higher than the austenizing temperature and then maintaining the temperature for a predetermined period of time, a second cooling step (S700) of cooling the austenized high-speed tool steel to room temperature, and a low-temperature tempering step (S900) of heating high-speed tool steel at room temperature to a predetermined temperature and then maintaining the temperature for a predetermined period of time.

실시 예에 따르면, 상기 오스테나이징 단계(S500), 상기 2차 냉각 단계(S700) 및 상기 저온 템퍼링 단계(S900)는 진공 열처리로에서 수행되어 열처리 과정에서 공기중 산소, 수분 및 불순물과 반응하여 고속도 공구강이 산화, 부식되는 것을 방지할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. According to an embodiment, the austenizing step (S500), the secondary cooling step (S700), and the low-temperature tempering step (S900) are performed in a vacuum heat treatment furnace to prevent the high-speed tool steel from being oxidized or corroded by reacting with oxygen, moisture, and impurities in the air during the heat treatment process, but is not limited thereto.

실시 예에 따르면, 상기 고온 균질화 단계(S100) 이전에 600 내지 700℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 예비 가열 단계(S110)를 선택적으로 수행할 수 있다. According to an embodiment, a preliminary heating step (S110) of heating to 600 to 700°C and then maintaining the temperature for a certain period of time may be optionally performed prior to the high-temperature homogenization step (S100).

실시 예에 따르면, 상기 예비 가열 단계(S110)는 상기 고온 균질화 단계 온도로 가열하기 전, 고속도 공구강의 표면과 내부가 동일 온도가 되도록 일정 시간 유지하는 단계이다. 아울러, 상기 예비 가열 단계를 통해 상기 고온 균질화 단계까지 가열 시 발생되는 열변형을 방지할 수 있다. According to an embodiment, the preheating step (S110) is a step of maintaining the surface and the interior of the high-speed tool steel to the same temperature for a predetermined period of time before heating to the temperature of the high-temperature homogenization step. In addition, through the preheating step, thermal deformation occurring during heating up to the high-temperature homogenization step can be prevented.

실시 예에 따르면, 상기 예비 가열단계(S110)는 고속도 공구강을 600 내지 700℃로 가열한 후 30 내지 150분 동안 유지할 수 있다. 상기 예비 가열이 끝나면 상기 고속도 공구강을 고온 균질화 단계(S100)의 온도까지 1 내지 10℃/min으로 가열할 수 있다. According to an embodiment, the preheating step (S110) may heat the high-speed tool steel to 600 to 700°C and maintain the temperature for 30 to 150 minutes. After the preheating is completed, the high-speed tool steel may be heated at 1 to 10°C/min to the temperature of the high-temperature homogenization step (S100).

실시 예에 따르면, 상기 고온 균질화 단계(S100)가 1,240℃ 미만에서 수행되면 상기 탄화물이 기지 내로 충분히 재고용되지 못하고 탄화물들이 방향성과 편석 형태로 분포된 상태가 유지된다. 반대로 상기 고온 균질화 단계(S100)가 1,290℃를 초과하여 수행되면 결정립계에 액상이 생성되거나 결정립이 지나치게 조대해질 수 있다. 그 결과 고속도 공구강의 상온에서의 강도 및 충격 인성이 감소될 수 있다. 이러한 이유로 상기 고온 균질화 단계(S100)는 1,240 내지 1,290℃ 더욱 바람직하게는 1,250 내지 1,280℃에서 수행될 수 있다. According to an embodiment, if the high-temperature homogenization step (S100) is performed below 1,240°C, the carbides are not sufficiently re-dissolved in the matrix, and the carbides are maintained in a state of being distributed in a directionally and segregated form. On the contrary, if the high-temperature homogenization step (S100) is performed above 1,290°C, a liquid phase may be generated at the grain boundary or the grains may become excessively coarse. As a result, the strength and impact toughness of the high-speed tool steel at room temperature may be reduced. For this reason, the high-temperature homogenization step (S100) may be performed at 1,240 to 1,290°C, more preferably 1,250 to 1,280°C.

실시 예에 따르면, 상기 고온 균질화 단계(S100)에서 유지시간은 고속도 공구강의 두께에 따라 유동적으로 변할 수 있으나, 600분을 초과하면 결정립이 조대하게 성장될 수 있으므로 바람직하지 않다. 반대로 360분 미만 수행되면 탄화물들이 기지 내로 재고용되기 위한 충분한 시간이 확보되지 않아 일부 탄화물이 재고용되지 않고 잔류될 수 있다. 이러한 이유로, 상기 고온 균질화 단계는 360 내지 600분, 더욱 바람직하게는 400 내지 500분 수행될 수 있다. According to an embodiment, the holding time in the high-temperature homogenization step (S100) may vary depending on the thickness of the high-speed tool steel, but if it exceeds 600 minutes, the grains may grow coarsely, which is not preferable. On the other hand, if it is performed for less than 360 minutes, sufficient time is not secured for the carbides to be re-dissolved into the matrix, so that some of the carbides may not be re-dissolved and may remain. For this reason, the high-temperature homogenization step may be performed for 360 to 600 minutes, more preferably 400 to 500 minutes.

상기 1차 냉각 단계(S300)는 상기 고온 균질화 단계를 통해 균질화된 고속도 공구강을 상온까지 냉각하는 단계이다. The above first cooling step (S300) is a step of cooling the high-speed tool steel homogenized through the above high-temperature homogenization step to room temperature.

실시 예에 따르면, 상기 1차 냉각 단계(S300)는 균질화된 고속도 공구강을 850 내지 1,000℃까지 냉각한 후 일정시간 유지하는 송풍 냉각 단계(S310); 및 송풍 냉각된 고속도 공구강을 상온까지 냉각하는 공냉 단계(S330)를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the first cooling step (S300) may include a blowing cooling step (S310) of cooling the homogenized high-speed tool steel to 850 to 1,000°C and then maintaining the temperature for a predetermined period of time; and an air cooling step (S330) of cooling the blowing-cooled high-speed tool steel to room temperature.

상기 송풍 냉각 단계(S310)는 상기 균질화된 고속도 공구강을 일정 온도 이하로 강제 냉각하여 기지 내 재고용된 탄화물들이 냉각 과정중에 결정립계에 다시 편석되어 석출되는 것을 방지하기 위한 냉각 방법이다. The above-mentioned blowing cooling step (S310) is a cooling method for forcibly cooling the homogenized high-speed tool steel to a temperature below a certain level to prevent carbides re-dissolved in the base from being re-segregated and precipitated at grain boundaries during the cooling process.

상기 송풍 냉각 단계(S310)는 상기 균질화된 고속도 공구강을 노(爐) 밖으로 이동한 후, 상기 균질화된 고속도 공구강에 불활성 기체(N2, Ar, He) 또는 공기(Air)를 공급하여 수행될 수 있다. 이 때, 상기 불활성 기체(N2, Ar, He) 또는 공기(Air)를 주입하는 방법으로는 팬(Pan), 에어 건 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 기 공개된 어떠한 방법을 적용하여도 무방하다. 본 명세서에서는 하나 이상의 팬(Pan)을 회전하여 불활성 기체(N2, Ar, He)를 송풍하는 방법으로 설명하나 이에 한정되지 않는다. The above-described blowing cooling step (S310) can be performed by supplying an inert gas (N 2 , Ar, He) or air (Air) to the homogenized high-speed tool steel after moving the homogenized high-speed tool steel out of the furnace. At this time, a fan (Pan), an air gun, etc. may be used as a method of injecting the inert gas (N 2 , Ar, He) or air (Air), but the present invention is not limited thereto, and any previously disclosed method may be applied. In this specification, a method of blowing an inert gas (N 2 , Ar, He) by rotating one or more fans (Pans) is described, but the present invention is not limited thereto.

상기 송풍 냉각 단계(S310)를 통해 본 발명은 상기 균질화된 고속도 공구강을 3℃/min 이상의 냉각속도로 850 내지 1,000℃까지 강제 냉각할 수 있다. 상기 송풍 냉각 단계(S310)가 종료되는 온도가 850℃ 미만이면, 과냉각으로 인하여 고속도 공구강 내 마르텐사이트 또는 베이나이트 등의 미세조직이 과도하게 형성될 수 있다. 그 결과 취성이 증가하며, 상온에서의 충격 인성이 감소될 수 있다. Through the above-mentioned blowing cooling step (S310), the present invention can forcibly cool the homogenized high-speed tool steel to 850 to 1,000°C at a cooling rate of 3°C/min or more. If the temperature at which the above-mentioned blowing cooling step (S310) ends is less than 850°C, microstructures such as martensite or bainite in the high-speed tool steel may be excessively formed due to supercooling. As a result, brittleness may increase and impact toughness at room temperature may decrease.

반면에 상기 송풍 냉각 단계(S310)가 종료되는 온도가 1,000℃를 초과하면, 송풍 냉각 이후 공냉 단계에서 초석 탄화물(proeutectoid carbide)이 석출되어 취성이 증가할 수 있다. 아울러 초석 탄화물로 인하여 상온에서의 충격 인성이 크게 감소될 수 있다. 이러한 이유로 상기 송풍 냉각 단계(S310)는 850 내지 1,000℃로 강제 냉각하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 870 내지 970℃, 더욱 더 바람직하게는 890 내지 950℃에서 수행될 수 있다. On the other hand, if the temperature at which the above-mentioned air cooling step (S310) ends exceeds 1,000°C, proeutectoid carbide may precipitate during the air cooling step after the air cooling, which may increase brittleness. In addition, the impact toughness at room temperature may be significantly reduced due to the proeutectoid carbide. For this reason, the above-mentioned air cooling step (S310) is preferably performed by forced cooling at 850 to 1,000°C, more preferably at 870 to 970°C, and even more preferably at 890 to 950°C.

아울러, 상기 송풍 냉각 단계(S310)에서 냉각 속도가 3℃/min 미만이면, 냉각 속도가 지나치게 낮아 850 내지 1,000℃로 도달하는 동안 초석 탄화물(proeutectoid carbide)이 석출되어 취성이 증가할 수 있다. 다만 냉각 속도가 5℃/min을 초과하면 현저한 효과 차이를 기대하기 어렵다. 이러한 이유로 상기 송풍 냉각 단계(S310)는 3℃/min 이상, 더욱 바람직하게는 3 내지 5℃/min로 냉각될 수 있다. In addition, if the cooling rate is less than 3°C/min in the above-described blowing cooling step (S310), the cooling rate is too low, and proeutectoid carbide may precipitate while reaching 850 to 1,000°C, which may increase brittleness. However, if the cooling rate exceeds 5°C/min, it is difficult to expect a significant difference in effect. For this reason, the above-described blowing cooling step (S310) may be cooled at 3°C/min or more, more preferably 3 to 5°C/min.

실시 예에 따르면, 상기 송풍 냉각 이 후, 노(爐) 밖으로 이동된 고속도 공구강을 공냉하여 고속도 공구강 내 잔류응력을 제거하고, 고속도 공구강의 미세조직을 적정 범위로 조절하여 탄화물 분포를 개선하여 강의 물성을 향상시킬 수 있다. 이를 공냉 단계(S330)로 정의한다.According to an embodiment, after the above-mentioned blow cooling, the high-speed tool steel moved out of the furnace is air-cooled to remove residual stress in the high-speed tool steel, adjust the microstructure of the high-speed tool steel to an appropriate range, improve the distribution of carbides, and improve the properties of the steel. This is defined as an air-cooling step (S330).

상기 1차 냉각 이 후, 상온의 고속도 공구강을 A1 변태 온도 이상으로 가열한 후 적정 시간동안 유지하여 오스테나이트 조직을 형성하는 오스테나이징 단계(S500) 및 오스테나이징된 고속도 공구강을 상온까지 냉각하는 2차 냉각 단계(S700)를 수행할 수 있다. After the first cooling described above, an austenizing step (S500) can be performed in which the high-speed tool steel at room temperature is heated to a temperature higher than the A1 transformation temperature and maintained for an appropriate period of time to form an austenite structure, and a second cooling step (S700) can be performed in which the austenized high-speed tool steel is cooled to room temperature.

실시 예에 따르면, 상기 2차 냉각 단계(S700)는 진공 열처리로에서 수행될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 진공 또는 불활성 기체(N2, Ar, He) 분위기에서 수행될 수 있다. 이를 통해 본 발명은 상기 오스테나이징 단계(S500) 및 상기 2차 냉각 단계(S700)에서 고속도 공구강이 공기 중 산소 등과 반응하여 산화되는 것을 방지할 수 있다. According to an embodiment, the second cooling step (S700) may be performed in a vacuum heat treatment furnace, and more preferably, may be performed in a vacuum or inert gas (N 2 , Ar, He) atmosphere. Through this, the present invention can prevent the high-speed tool steel from being oxidized by reacting with oxygen in the air, etc. in the austenizing step (S500) and the second cooling step (S700).

실시 예에 따르면, 상기 오스테나이징 단계(S500)는 오스테나이트 상이 형성되는 A1 변태 온도 이상으로 가열하여 수행될 수 있다. 이 때, 상기 오스테나이징 단계(S500)를 수행하는 온도는 고속도 공구강의 조성에 따라 달라질 수 있으나, 1,100 내지 1,200℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 오스테나이징 단계(S500)가 1,100℃ 미만이면, 고속도 공구강 기지내로 탄화물이 고용확산이 미미하여 오스테나이트 상이 제대로 형성되지 않거나 지나치게 미량이 형성되어 기계적 특성이 감소될 수 있다. 반대로 상기 오스테나이징 단계(S500)가 1,200℃를 초과하면 오스테나이트 결정립 크기가 조대화되어 강의 최종 기계적 특성이 좋지 않게 된다. According to an embodiment, the austenizing step (S500) may be performed by heating to a temperature higher than the A1 transformation temperature at which the austenite phase is formed. At this time, the temperature at which the austenizing step (S500) is performed may vary depending on the composition of the high-speed tool steel, but is preferably performed at 1,100 to 1,200°C. If the austenizing step (S500) is less than 1,100°C, the solid solution diffusion of carbides into the high-speed tool steel matrix is minimal, so that the austenite phase is not properly formed or is formed in an excessively small amount, which may reduce the mechanical properties. On the other hand, if the austenizing step (S500) exceeds 1,200°C, the austenite grain size becomes coarser, so that the final mechanical properties of the steel are poor.

실시 예에 따르면, 상기 오스테나이징 단계(S500)는 상술한 온도 범위로 5 내지 20분 동안 유지하여 수행할 수 있다. 상기 오스테나이징 단계(S500)에서의 유지 시간이 5분 미만이면, 오스테나이트 상이 충분히 형성되지 못하고, 상기 고속도 공구강의 내부와 외부의 온도가 균일하지 못하여 열변형이 발생될 수 있다. 또한, 상기 고속도 공구강 내부의 고용 원소들의 재고용이 어려워 충분한 강도를 확보할 수 없다. According to an embodiment, the austenizing step (S500) may be performed by maintaining the temperature range described above for 5 to 20 minutes. If the maintaining time in the austenizing step (S500) is less than 5 minutes, the austenite phase may not be sufficiently formed, and the temperatures inside and outside the high-speed tool steel may not be uniform, resulting in thermal deformation. In addition, it is difficult to re-dissolve solid elements inside the high-speed tool steel, making it difficult to secure sufficient strength.

실제로 상기 고속도 공구강의 두께가 100㎜ 이상인 경우, 상술한 이유로 인하여 상온에서의 강도 및 충격 인성이 감소되었으며, 일부 시험편에 경우 열변형이 발생된 것을 확인하였다. In fact, when the thickness of the high-speed tool steel was 100 mm or more, it was confirmed that the strength and impact toughness at room temperature were reduced for the reasons described above, and that thermal deformation occurred in some test specimens.

반대로 상기 오스테나이징 단계(S500)의 유지 시간이 20분을 초과하면, 상기 고속도 공구강의 결정립이 조대하게 성장하여 강도 및 충격 인성이 감소될 수 있다. 이러한 이유로 상기 오스테나이징 단계(S500)는 5 내지 20분 더욱 바람직하게는 10 내지 15분 동안 수행될 수 있다. On the other hand, if the holding time of the austenizing step (S500) exceeds 20 minutes, the grains of the high-speed tool steel may grow coarsely, thereby reducing the strength and impact toughness. For this reason, the austenizing step (S500) may be performed for 5 to 20 minutes, more preferably 10 to 15 minutes.

실시 예에 따르면, 상기 오스테나이징 단계는 상온상태의 고속도 공구강을 1,100 내지 1,200℃로 한번에 가열할 수 있으며, 또는 하나 이상의 예열 단계를 거쳐 수행할 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 상기 오스테나이징 단계(S500)를 550 내지 650℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 1차 오스테나이징 예열 단계, 1차 오스테나이징 예열 단계 이후 800 내지 900℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 2차 오스테나이징 예열 단계, 2차 오스테나이징 이후 1,000 내지 1,080℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 3차 오스테나이징 예열 단계 및 1,100 내지 1,200℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 오스테나이징 단계로 나누어 수행할 수 있다. 본 명세서에서는 오스테나이징 예열 단계를 3단계로 나누는 것을 예시로 설명하였으나 이에 한정되지 않으며, 3단계 미만 또는 이상으로 세분화 하여 수행할 수 있음은 자명하다. According to an embodiment, the austenizing step may be performed by heating the high-speed tool steel at room temperature to 1,100 to 1,200°C at once, or may be performed through one or more preheating steps. For example, the present invention may perform the austenizing step (S500) by dividing it into a first austenizing preheating step of heating to 550 to 650°C and then maintaining the temperature for a predetermined period of time, a second austenizing preheating step of heating to 800 to 900°C after the first austenizing preheating step and then maintaining the temperature for a predetermined period of time, a third austenizing preheating step of heating to 1,000 to 1,080°C after the second austenizing and then maintaining the temperature for a predetermined period of time, and an austenizing step of heating to 1,100 to 1,200°C and then maintaining the temperature for a predetermined period of time. In this specification, the austenitizing preheating step is explained as an example of dividing into three stages, but it is not limited thereto, and it is obvious that the process can be performed by subdividing it into less than or more than three stages.

실시 예에 따르면, 상기 오스테나이징 예열 단계를 포함하는 경우, 오스테나이징 예열 단계에서는 상기 고속도 공구강을 각각 30 내지 150분 동안 유지 시킬 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이 상기 오스테나이징 단계가 1차 오스테나이징 예열 단계, 2차 오스테나이징 예열 단계 및 3차 오스테나이징 예열 단계를 포함하는 경우, 550 내지 650℃에서 30 내지 150분, 800 내지 900℃에서 30 내지 150분 및 1,000 내지 1,080℃에서 30 내지 150분 동안 유지할 수 있다. In an embodiment, when the austenizing preheating step is included, the high-speed tool steel may be maintained for 30 to 150 minutes in each of the austenizing preheating steps. For example, when the austenizing step includes the first austenizing preheating step, the second austenizing preheating step, and the third austenizing preheating step as described above, the high-speed tool steel may be maintained at 550 to 650°C for 30 to 150 minutes, at 800 to 900°C for 30 to 150 minutes, and at 1,000 to 1,080°C for 30 to 150 minutes.

다만, 오스테나이징 단계에서는 유지 시간이 20분을 초과하면 상기 고속도 공구강의 결정립이 조대하게 성장하여 강도 및 충격 인성이 감소될 수 있다. 이러한 이유로 오스테나이징 예열 단계는 30 내지 150분 동안 수행되되, 오스테나이징 단계는 5 내지 20분 더욱 바람직하게는 10 내지 15분 동안 수행될 수 있다. However, in the austenitizing step, if the holding time exceeds 20 minutes, the grains of the high-speed tool steel may grow coarsely, thereby reducing the strength and impact toughness. For this reason, the austenitizing preheating step may be performed for 30 to 150 minutes, and the austenitizing step may be performed for 5 to 20 minutes, more preferably 10 to 15 minutes.

이를 통해 본 발명은 오스테나이징 단계에서의 열변형을 방지하고, 온도를 점진적으로 상승시켜 고속도 공구강의 내부와 외부 온도 구배를 제거하여 결정립이 조대화 되는 것을 방지할 수 있다. Through this, the present invention can prevent thermal deformation in the austenitizing step and gradually increase the temperature to eliminate the internal and external temperature gradient of the high-speed tool steel, thereby preventing grains from coarsening.

상기 2차 냉각 단계(S700)는 상기 오스테나이징된 고속도 공구강을 상온까지 냉각하여 상기 오스테나이징 단계를 통해 형성된 오스테나이트 상을 베이나이트 또는 마르텐사이트 상으로 변태시키는 단계이다. The above second cooling step (S700) is a step of cooling the austenitized high-speed tool steel to room temperature to transform the austenite phase formed through the austenizing step into a bainite or martensite phase.

실시 예에 따르면, 상기 2차 냉각 단계(S700)는 진공 또는 불활성 기체(N2, Ar, He) 분위기에서 기 고속도 공구강에 냉매를 일정한 압력으로 분사하여 수행될 수 있다. 이 때, 상기 냉매는 불활성 기체(N2, Ar, He)로 제공될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 기 공개된 냉매라면 어느 것을 사용하여도 무방하다. According to an embodiment, the second cooling step (S700) may be performed by spraying a coolant at a constant pressure onto the high-speed tool steel in a vacuum or inert gas (N 2 , Ar, He) atmosphere. At this time, the coolant may be provided as an inert gas (N 2 , Ar, He), but is not limited thereto, and any previously disclosed coolant may be used.

실시 예에 따르면, 상기 2차 냉각 단계(S700)는 상기 냉매를 0.5㎫ 이상의 압력으로 분사하여 수행될 수 있다. According to an embodiment, the second cooling step (S700) can be performed by spraying the refrigerant at a pressure of 0.5 MPa or more.

상기 저온 템퍼링 단계(S900)는 상온상태의 고속도 공구강을 통상적인 템퍼링 온도보다 상대적으로 낮은 온도로 가열한 후 유지하여 미립화된 탄화물을 석출하는 단계이다. The above low-temperature tempering step (S900) is a step of heating high-speed tool steel at room temperature to a temperature relatively lower than the normal tempering temperature and then maintaining it to precipitate finely divided carbides.

통상적으로 템퍼링은 400 내지 600℃에서 수행된다. 이 경우, 탄화물을 빠른 시간에 석출시킬 수 있다는 장점이 있으나, 탄화물이 조대해지고 일부 영역에서 편석되는 등 고르지 못하게 분포하는 문제가 있다. Tempering is usually performed at 400 to 600°C. In this case, there is an advantage in that carbides can be precipitated quickly, but there is a problem in that the carbides become coarse and are unevenly distributed, such as segregated in some areas.

이를 개선하기 위해 본 발명은, 통상적인 템퍼링보다 상대적으로 낮은 온도인 150 내지 350℃에서 충분히 오랜 시간 템퍼링을 수행함으로써, 탄화물을 미립화하고, 탄화물을 조직 내에 고르게 고용 확산 시킬 수 있다. To improve this, the present invention performs tempering for a sufficiently long time at a temperature of 150 to 350°C, which is relatively lower than conventional tempering, thereby making it possible to atomize carbides and evenly disperse the carbides within the structure.

실시 예에 따르면, 상기 저온 템퍼링은 150 내지 350℃에서 수행될 수 있다. 상기 저온 템퍼링의 온도가 150℃ 미만이면, 고속도 공구강 내 잔류 오스테나이트 상이 마르텐사이트 상으로의 변태가 충분히 발생되지 않아 경도가 확보되지 않을 수 있다. 반대로 상기 저온템퍼링의 온도가 350℃를 초과하면 베이나이트 상 및 마르텐사이트 상이 과도하게 형성되어 상온에서의 충격 인성이 급격히 감소될 수 있다. 이러한 이유로, 상기 저온 템퍼링은 150 내지 350℃, 더욱 바람직하게는 180 내지 280℃ 더욱 더 바람직하게는 200 내지 250℃에서 수행될 수 있다. According to an embodiment, the low-temperature tempering may be performed at 150 to 350°C. If the temperature of the low-temperature tempering is less than 150°C, the residual austenite phase in the high-speed tool steel may not sufficiently transform into a martensite phase, so that hardness may not be secured. On the contrary, if the temperature of the low-temperature tempering exceeds 350°C, the bainite phase and the martensite phase may be excessively formed, so that the impact toughness at room temperature may rapidly decrease. For this reason, the low-temperature tempering may be performed at 150 to 350°C, more preferably 180 to 280°C, and even more preferably 200 to 250°C.

실시 예에 따르면, 상기 저온 템퍼링은 150 내지 350℃로 가열한 후 150 내지 200분 동안 유지하여 수행될 수 있다. 상기 저온 템퍼링 시간이 150분 미만이면, 저온 템퍼링으로 인하여 구현되는 효과가 감소하여, 충분한 양의 베이나이트 상 및 마르텐사이트 상을 확보할 수 없다. 반대로 상기 저온 템퍼링이 200분을 초과하면 과도한 템퍼링으로 충격 인성이 감소되며, 생산성이 감소될 수 있다. 이러한 이유로, 상기 저온 템퍼링은 150 내지 200분, 더욱 바람직하게는 170 내지 190분, 더욱 더 바람직하게는 175 내지 185분 동안 수행될 수 있다.According to an embodiment, the low-temperature tempering may be performed by heating to 150 to 350°C and then maintaining the temperature for 150 to 200 minutes. If the low-temperature tempering time is less than 150 minutes, the effect realized by the low-temperature tempering is reduced, and a sufficient amount of bainite phase and martensite phase cannot be secured. On the contrary, if the low-temperature tempering exceeds 200 minutes, the impact toughness may be reduced due to excessive tempering, and the productivity may be reduced. For this reason, the low-temperature tempering may be performed for 150 to 200 minutes, more preferably 170 to 190 minutes, and even more preferably 175 to 185 minutes.

도면에는 개시되지 않았으나, 본 발명은 상기 저온 템퍼링 단계(S900) 이후 고속도 공구강을 500 내지 600℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 고온 템퍼링 단계를 1회 이상 수행할 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 저온 템퍼링 이 후, 540 내지 560℃로 가열하고 175 내지 185분 동안 유지하고 상온으로 냉각하는 2차 템퍼링 및 2차 템퍼링 이 후, 상온의 고속도 공구강을 다시 540 내지 560℃로 가열하고 175 내지 185분 동안 유지하고 상온으로 냉각하는 3차 템퍼링을 수행할 수 있다. 이를 통해 본 발명은 탄화물을 더욱 미립화하여 강도 및 상온에서의 충격 인성을 더욱 더 향상할 수 있다. Although not disclosed in the drawings, the present invention may perform a high-temperature tempering step of heating the high-speed tool steel to 500 to 600°C and then maintaining the temperature for a predetermined period of time at least once after the low-temperature tempering step (S900). More preferably, after the low-temperature tempering, a second tempering step of heating to 540 to 560°C, maintaining the temperature for 175 to 185 minutes, and cooling to room temperature may be performed, and after the second tempering, a third tempering step of heating the high-speed tool steel at room temperature again to 540 to 560°C, maintaining the temperature for 175 to 185 minutes, and cooling to room temperature may be performed. Through this, the present invention can further refine the carbides, thereby further improving the strength and impact toughness at room temperature.

이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 고속도 공구강 및 고속도 공구강의 열처리 방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, the high-speed tool steel and the heat treatment method of the high-speed tool steel according to the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are only a reference for explaining the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and can be implemented in various forms.

또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description herein is only for the purpose of effectively describing specific embodiments and is not intended to limit the invention. Also, the unit of additives not specifically described in the specification may be weight percent.

[실시예 1][Example 1]

하기 표 1과 같은 조성을 갖는 고속도 공구강을 120x120x268(mm)플레이트 형태로 가공하여 고속도 공구강 시험편을 준비한다. 준비된 고속도 공구강 시험편을 열처리로에 장입하여 상온에서 650℃까지 가열한 후 60분 동안 유지하여 예비 가열 단계를 수행한다. 예비 가열된 고속도 공구강을 1,260℃로 가열한 후 480분 동안 유지하여 고온 균질화 단계를 수행하였다. High-speed tool steel having the composition shown in Table 1 below is processed into a 120x120x268 (mm) plate shape to prepare a high-speed tool steel test piece. The prepared high-speed tool steel test piece is placed in a heat treatment furnace, heated from room temperature to 650°C, and maintained for 60 minutes to perform a preheating step. The preheated high-speed tool steel is heated to 1,260°C and maintained for 480 minutes to perform a high-temperature homogenization step.

이 후, 고온 균질화된 고속도 공구강 시험편을 노(爐) 밖으로 이동한 후 900℃가 될 때 까지 팬을 회전하여 3℃/min의 냉각 속도로 강제로 냉각하였으며(송풍 냉각 단계), 시험편의 온도가 900℃가 되면, 송풍을 멈추고 노 밖에서 공냉(공냉 단계)하였다. After this, the high-temperature homogenized high-speed tool steel specimen was moved out of the furnace and forcibly cooled at a cooling rate of 3°C/min by rotating a fan until the temperature reached 900°C (air cooling stage). When the temperature of the specimen reached 900°C, the air blowing was stopped and the specimen was air-cooled outside the furnace (air cooling stage).

이 후, 상온의 고속도 공구강 시험편을 진공 열처리로에서 600℃에서 60분 동안 유지하는 1차 오스테나이징 예열 단계, 850℃에서 60분 동안 유지하는 2차 오스테나이징 예열 단계 및 1,050℃에서 60분 동안 유지하는 3차 오스테나이징 예열 단계를 거친 후, 1,170℃에서 10분 동안 유지하는 오스테나이징 단계를 수행하였으며, 질소 가스를 주입하여 오스테나이징 된 시험편을 상온으로 냉각하였다(2차 냉각 단계). After this, the high-speed tool steel test specimens at room temperature were subjected to a first austenitizing preheating step of maintaining them at 600°C for 60 minutes in a vacuum heat treatment furnace, a second austenitizing preheating step of maintaining them at 850°C for 60 minutes, and a third austenitizing preheating step of maintaining them at 1,050°C for 60 minutes, and then an austenitizing step of maintaining them at 1,170°C for 10 minutes was performed, and the austenitized test specimens were cooled to room temperature by injecting nitrogen gas (second cooling step).

이 후, 상온으로 냉각된 고속도 공구강 시험편을 200℃로 가열 후 180분 동안 유지하여 저온 템퍼링을 수행하였다. After this, the high-speed tool steel test piece cooled to room temperature was heated to 200°C and maintained for 180 minutes to perform low-temperature tempering.

합금조성 (중량%)Alloy composition (weight%) CC MnMn SiSi NiNi CrCr WW MoMo VV 0.85150.8515 0.330.33 0.280.28 0.160.16 4.104.10 6.16.1 4.924.92 1.911.91

[실시예 2][Example 2]

1,260℃에서 고온 균질화 단계를 수행하고, 고온 균질화 이후 고속도 공구강이 880℃가 될 때 까지 송풍 냉각 단계를 수행한 것 외 모든 과정을 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다. All processes were performed in the same manner as in Example 1, except that a high-temperature homogenization step was performed at 1,260°C, and a blowing cooling step was performed until the high-speed tool steel reached 880°C after the high-temperature homogenization.

[실시예 3][Example 3]

1,240℃에서 고온 균질화 단계를 수행하고, 고온 균질화 이후 고속도 공구강이 980℃가 될 때 까지 송풍 냉각 단계를 수행한 것 외 모든 과정을 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다. All processes were performed in the same manner as in Example 1, except that a high-temperature homogenization step was performed at 1,240°C, and a blowing cooling step was performed until the high-speed tool steel reached 980°C after the high-temperature homogenization.

[비교예 1][Comparative Example 1]

고온 균질화 단계 이 후, 송풍 냉각 단계를 제외하고 공냉 단계를 수행한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다. After the high-temperature homogenization step, all processes were performed in the same manner as in Example 1, except that an air cooling step was performed, excluding the blowing cooling step.

[비교예 2][Comparative Example 2]

고온 균질화 단계 이 후, 고속도 공구강이 840℃가 될 때 까지 송풍 냉각을 수행하여 냉각한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다. After the high-temperature homogenization step, all processes were performed in the same manner as in Example 1, except that the high-speed tool steel was cooled by blowing air until it reached 840°C.

[비교예 3][Comparative Example 3]

고온 균질화 단계 이 후, 고속도 공구강이 820℃ 가 될 때 까지 송풍 냉각을 수행하여 냉각한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다. After the high-temperature homogenization step, all processes were performed in the same manner as in Example 1, except that the high-speed tool steel was cooled by blowing air until it reached 820°C.

[비교예 4][Comparative Example 4]

1,080℃에서 송풍 냉각 단계를 수행한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다.All processes were performed in the same manner as in Example 1, except that the blowing cooling step was performed at 1,080°C.

[비교예 5][Comparative Example 5]

1,300℃에서 고온 균질화 단계를 수행한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다.All processes were performed in the same manner as in Example 1, except that a high-temperature homogenization step was performed at 1,300°C.

[비교예 6][Comparative Example 6]

템퍼링 단계를 550℃에서 180분 동안 유지하여 수행한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다.All processes were performed in the same manner as in Example 1, except that the tempering step was performed at 550°C for 180 minutes.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 6으로 제조된 고속도 공구강의 미세조직을 촬영하고, 열처리 조건에 따른 강도, 경도, 충격 인성을 비교하였다. 열처리 조건에 따른 물성값을 하기 표 2에 나타내었다. The microstructures of the high-speed tool steels manufactured in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 6 were photographed, and the strength, hardness, and impact toughness according to the heat treatment conditions were compared. The property values according to the heat treatment conditions are shown in Table 2 below.

이 때, 인장시험은 상온에서 1×10-3/s의 속도로 시험편의 양 끝을 인장하여 수행하였고, 경도는 Rockwell C-scale로 측정하였다. 충격 인성은 무노치(Un-Notch)를 적용한 Charpy 충격 시험에 의하여 평가하였다. 이에 대한 상세한 기술은 Metals Handbook, 10th ed., Materials Park OH 2000, vol.8, pp. 785-86을 참조할 수 있다.At this time, the tensile test was performed by pulling both ends of the specimen at a rate of 1×10 -3 /s at room temperature, and the hardness was measured by the Rockwell C-scale. The impact toughness was evaluated by the Charpy impact test using an unnotch. For detailed description, refer to Metals Handbook, 10th ed., Materials Park OH 2000, vol.8, pp. 785-86.

미세조직의 측정은 광학현미경(OM), 주사전자현미경(SEM), 투과전자현미경 (TEM)을 사용하였다.Microstructure measurements were performed using an optical microscope (OM), a scanning electron microscope (SEM), and a transmission electron microscope (TEM).

고온 균질화
온도 (℃)
High temperature homogenization
Temperature (℃)
송풍 냉각 종료
온도 (℃)
End of blower cooling
Temperature (℃)
템퍼링
온도 (℃)
Tempering
Temperature (℃)
경도
(HRC)
hardness
(HRC)
충격 인성
(J/㎠)
Shock personality
(J/cm2)
실시예 1Example 1 1,2601,260 900900 200200 61.361.3 14.514.5 실시예 2Example 2 1,2601,260 880880 200200 60.860.8 11.411.4 실시예 3Example 3 1,2401,240 980980 200200 60.960.9 14.214.2 비교예 1Comparative Example 1 1,2601,260 -- 200200 59.559.5 7.87.8 비교예 2Comparative Example 2 1,2601,260 840840 200200 58.958.9 9.29.2 비교예 3Comparative Example 3 1,2601,260 820820 200200 61.161.1 10.110.1 비교예 4Comparative Example 4 1,2601,260 10801080 200200 60.460.4 11.211.2 비교예 5Comparative Example 5 1,3001,300 900900 200200 59.759.7 5.85.8 비교예 6Comparative Example 6 1,2601,260 900900 550550 60.760.7 7.77.7

도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 송풍 냉각을 수행한 실시예 1의 미세조직을 촬영한 사진이고, 도 3은 송풍 냉각을 수행하지 않은 비교예 1의 미세조직을 촬영한 사진이다. FIG. 2 is a photograph of the microstructure of Example 1 in which air cooling was performed according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a photograph of the microstructure of Comparative Example 1 in which air cooling was not performed.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따라 송풍냉각을 수행한 고속도 공구강은 기지 내 재고용된 탄화물들이 냉각 과정중에 결정립계에 다시 편석되어 석출되지 않고 고른 단면을 가지고 있는 것을 확인할 수 있다. 그 결과, 상기 실시예 1 내지 3은 60HRC이상의 경도 및 14.0J/㎠ 이상의 충격 인성을 갖는 것을 확인하였다Referring to Fig. 2, it can be confirmed that the high-speed tool steel that performed blow-cooling according to an embodiment of the present invention has a uniform cross-section without the carbides re-emerged in the base being re-segregated and precipitated at the grain boundaries during the cooling process. As a result, it was confirmed that the above-mentioned Examples 1 to 3 had a hardness of 60 HRC or higher and an impact toughness of 14.0 J/cm2 or higher.

반대로, 1차 냉각 단계에서 송풍 냉각 단계를 수행하지 않은 비교예 1은 단면에 조밀한 탄화물이 형성되어 탄화물 영역이 증가한 것을 확인할 수 있다. 그 결과 비교예 1은 상온에서의 충격 인성 값이 7.8J/㎠로 31.6 내지 46.2% 이상으로 크게 감소되었다. 또한, 일부 시험편의 경우 상기 탄화물이 특정 방향으로 밀집된 편석 현상이 발생되어 충격 인성 값이 더욱 크게 감소되는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, in Comparative Example 1, which did not perform the blowing cooling step in the first cooling step, it can be confirmed that dense carbides were formed on the cross section and the carbide area increased. As a result, the impact toughness value of Comparative Example 1 at room temperature was significantly reduced by 31.6 to 46.2% or more to 7.8 J/cm2. In addition, it was confirmed that in the case of some test pieces, the carbides were segregated in a specific direction, which further significantly reduced the impact toughness value.

850℃ 미만의 온도까지 송풍 냉각을 수행한 비교예 2, 3은 비교예 1과는 다르게 탄화물의 크기가 감소하였으나, 충격 인성이 각각 9.2, 10.1J/㎠로 11.4 내지 30.3% 감소되었음을 확인할 수 있다. 이는 고속도 공구강을 지나치게 낮은 온도까지 강제로 냉각하여, 과냉각으로 인하여 전위밀도가 증가하고, 과도한 양의 잔류 오스테나이트가 형성되었기 때문으로 해석된다. Comparative Examples 2 and 3, which were air-cooled to temperatures below 850℃, showed a decrease in the size of carbides, unlike Comparative Example 1, but the impact toughness was confirmed to have decreased by 11.4 to 30.3% to 9.2 and 10.1 J/cm2, respectively. This is interpreted as being because the high-speed tool steel was forcibly cooled to an excessively low temperature, which increased the dislocation density due to supercooling and formed an excessive amount of retained austenite.

송풍 냉각을 1,080℃까지 송풍 냉각을 수행한 비교예 4는 송풍 냉각 이후 공냉 단계에서 초석 탄화물(proeutectoid carbide)이 석출되어 충격 인성이 11.2J/㎠로 감소하였다.Comparative Example 4, in which air cooling was performed up to 1,080℃, showed that proeutectoid carbide was precipitated in the air cooling stage after air cooling, and the impact toughness decreased to 11.2 J/cm2.

이러한 이유로 상기 송풍 냉각 단계는 850 내지 1,000℃의 온도로 강제 냉각하는 것이 바람직한 것을 확인할 수 있다. For this reason, it can be confirmed that the above-mentioned blowing cooling step is preferably forced cooling at a temperature of 850 to 1,000°C.

또한, 실시예 1 내지 3과 비교예 5를 통해, 고온 균질화 온도에 따른 고속도 공구강의 상온에서의 충격 인성값을 비교할 수 있다. In addition, through Examples 1 to 3 and Comparative Example 5, the impact toughness values at room temperature of high-speed tool steels according to high-temperature homogenization temperatures can be compared.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 고온 균질화를 수행한 고속도 공구강의 미세조직을 촬영한 사진이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 실시예 1의 미세조직을 촬영한 사진이다.FIG. 4 is a photograph of the microstructure of high-speed tool steel that has undergone high-temperature homogenization according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a photograph of the microstructure of Example 1 according to an embodiment of the present invention.

도 4 및 도 5를 참조하면, 실시예 1 내지 3은 고온 균질화를 수행하여 고속도 공구강 내에 분포하는 조대하고 비균등한 탄화물을 미립화하고 균일한 분포로 형성할 수 있다. 그 결과 60HRC이상의 경도 및 14.0J/㎠ 이상의 충격 인성을 갖는 고속도 공구강을 제조할 수 있다. Referring to FIGS. 4 and 5, Examples 1 to 3 can perform high-temperature homogenization to granulate and uniformly distribute coarse and non-uniform carbides distributed in high-speed tool steel. As a result, high-speed tool steel having a hardness of 60 HRC or higher and an impact toughness of 14.0 J/cm2 or higher can be manufactured.

반면에 고온 균질화 단계에서의 온도가 1,290℃를 초과하는 비교예 5는 상온에서의 충격 인성이 5.8J/㎠로 상기 실시예 1 내지 3에 비해 감소되었음을 알 수 있다. 이는 고온 균질화 단계가 1,290℃를 초과한 결과 고속도 공구강의 결정립이 지나치게 조대해진 결과로 해석된다. On the other hand, it can be seen that Comparative Example 5, in which the temperature in the high-temperature homogenization step exceeded 1,290°C, had a reduced impact toughness at room temperature of 5.8 J/cm2 compared to Examples 1 to 3. This is interpreted as a result of the high-temperature homogenization step exceeding 1,290°C, resulting in the grain size of the high-speed tool steel becoming excessively coarse.

이러한 이유로 상기 고온 균질화 단계는 1,240 내지 1,290℃에서 수행되는 것이 바람직한 것을 확인할 수 있다. For this reason, it can be confirmed that the high-temperature homogenization step is preferably performed at 1,240 to 1,290°C.

실시예 1 내지 3과 비교예 6을 통해, 저온 템퍼링에 따른 고속도 공구강의 상온에서의 충격 인성값을 비교할 수 있다. Through Examples 1 to 3 and Comparative Example 6, the impact toughness values at room temperature of high-speed tool steels subjected to low-temperature tempering can be compared.

도 6은 오스테나이징 단계 후 저온 템퍼링을 수행하였을 때 고속도 공구강 단면의 미세조직의 사진이고, 도 7은 오스테나이징 단계 후 고온 템퍼링을 수행하였을 때 고속도 공구강 단면의 미세조직의 사진이이다.Figure 6 is a photograph of the microstructure of a cross-section of a high-speed tool steel when low-temperature tempering was performed after an austenizing step, and Figure 7 is a photograph of the microstructure of a cross-section of a high-speed tool steel when high-temperature tempering was performed after an austenizing step.

도 6 및 도 7을 참조하면, 오스테나이징 단계 후 저온 템퍼링을 수행한 실시예 1(도 6)는 오스테나이징 단계 후 고온 템퍼링을 수행한 비교예 6(도 7) 보다 템퍼링 열처리 중 석출된 미세한 탄화물들이 기지 내에 더욱 많이 분포하고 있음을 확인할 수 있다. 또한, 형성된 탄화물의 입도가 저온 템퍼링을 수행한 실시예 1이 고온 템퍼링을 수행한 비교예 6보다 더 작은 상태임을 확인할 수 있다. 이는 오스테나이징 이후 저온 템퍼링을 수행함으로써 탄화물의 석출과정에서 석출된 탄화물의 핵수를 증가시키며, 증가된 핵으로 인하여 탄화물이 더욱 미세해지며, 기지 조직내에 보다 더 균일하게 분포되었음을 입증해주는 자료이다. 따라서 본 발명에 의한 탄화물들의 분포가 개선되었음이 확인되었으며 그 결과 상기 실시예 1의 상온에서의 충격 인성이 14.5J/㎠인 반면, 비교예 7은 충격 인성값이 7.7J/㎠로 46.9% 급감하였다. Referring to FIGS. 6 and 7, it can be confirmed that Example 1 (FIG. 6) in which low-temperature tempering was performed after the austenizing step has more fine carbides precipitated during the tempering heat treatment distributed within the matrix than Comparative Example 6 (FIG. 7) in which high-temperature tempering was performed after the austenizing step. In addition, it can be confirmed that the particle size of the formed carbide is smaller in Example 1 in which low-temperature tempering was performed than in Comparative Example 6 in which high-temperature tempering was performed. This is data proving that by performing low-temperature tempering after austenizing, the number of nuclei of precipitated carbides increases during the precipitation process of the carbides, and due to the increased nuclei, the carbides become finer and more uniformly distributed within the matrix structure. Accordingly, it was confirmed that the distribution of carbides according to the present invention was improved, and as a result, while the impact toughness at room temperature of Example 1 was 14.5 J/cm2, the impact toughness value of Comparative Example 7 was 7.7 J/cm2, a sharp decrease of 46.9%.

이를 근거로 오스테나이징 공정 이후 150 내지 300℃에서 저온 템퍼링을 수행하는 것이 고속도 공구강의 상온에서의 충격 인성을 향상시키는데 결정적 역할을 수행하는 것을 확인할 수 있다. Based on this, it can be confirmed that performing low-temperature tempering at 150 to 300°C after the austenitizing process plays a critical role in improving the impact toughness of high-speed tool steel at room temperature.

마지막으로, 본 발명의 실시 예에 따라 열처리된 고속도 공구강과 통상의 열처리 공정을 수행한 고속도 공구강의 충격 인성을 비교하기 위하여, 실시예 1의 조건으로 열처리한 시험편과 하기 비교예 10의 조건으로 열처리한 고속도 공구강 시험편을 다수 제조하였으며, 제조된 시험편을 대상으로 충격 인성 실험을 5회 이상 반복 수행하였다. 그 결과를 도 8 및 표 3에 정리하였다. Finally, in order to compare the impact toughness of high-speed tool steel heat-treated according to an embodiment of the present invention and high-speed tool steel heat-treated by a conventional heat treatment process, a number of test pieces heat-treated under the conditions of Example 1 and high-speed tool steel test pieces heat-treated under the conditions of Comparative Example 10 below were manufactured, and impact toughness tests were repeatedly performed on the manufactured test pieces at least five times. The results are summarized in Fig. 8 and Table 3.

[비교예 10][Comparative Example 10]

고온 균질화 단계를 제외하였으며, 통상의 고속도 공구강 템퍼링 조건에 따라 템퍼링 단계를 550℃에서 180분 동안 유지하여 수행한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 이 후, 상기 실시예 1에 따라 제조된 고속도 공구강과 상기 비교예 10에 따라 제조된 고속도 공구강의 상온에서의 충격 인성 실험 결과를 하기 표 3 및 도 8에 개시하였다. 아울러, 고온균질화 처리를 하지 않고 오스테나이징과 템퍼링 처리 한 상기 비교예 10의 미세조직 사진을 도 9에 개시하였다. Except for the high-temperature homogenization step, and the tempering step was performed by maintaining it at 550℃ for 180 minutes according to the normal high-speed tool steel tempering conditions, all processes were performed in the same manner as in Example 1. Thereafter, the results of the impact toughness test at room temperature of the high-speed tool steel manufactured according to Example 1 and the high-speed tool steel manufactured according to Comparative Example 10 are disclosed in Table 3 and FIG. 8 below. In addition, the microstructure photograph of Comparative Example 10, which was subjected to austenitizing and tempering without high-temperature homogenization treatment, is disclosed in FIG. 9.

고온 균질화
온도 (℃)
High temperature homogenization
Temperature (℃)
템퍼링
온도 (℃)
Tempering
Temperature (℃)
충격 인성
(J/㎠)
Shock personality
(J/cm2)
#1#1 #2#2 #3#3 #4#4 #5#5 평균average 실시예 1Example 1 1,2601,260 200200 15.315.3 12.412.4 16.716.7 16.716.7 11.411.4 14.514.5 비교예 10Comparative Example 10 -- 550550 7.37.3 7.77.7 6.56.5 6.16.1 6.26.2 6.86.8

도 8 과 도 9 및 표 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 열처리를 수행한 고속도 공구강과, 고온 균질화 및 저온 템퍼링을 수행하지 않은 고속도 공구강을 비교한 결과, 탄화물 분포 개선에 따른 충격인성 값이 비교 발명의 경우보다 내지 3.7 내지 12.5J/㎠ 증가하였으며, 평균 값 기준으로 7.7J/㎠ 증가한 것을 실험적으로 확인하였다. 이를 통해, 본 발명은 통상적인 열처리에 비해 충격 인성의 개선 효과가 우수하다는 것을 확인하였다. Referring to FIGS. 8 and 9 and Table 3, the high-speed tool steel subjected to heat treatment according to an embodiment of the present invention was compared with the high-speed tool steel not subjected to high-temperature homogenization and low-temperature tempering, and as a result, it was experimentally confirmed that the impact toughness value increased by 3.7 to 12.5 J/cm2 compared to the comparative invention due to the improvement in carbide distribution, and that it increased by 7.7 J/cm2 on an average value basis. Through this, it was confirmed that the present invention has a superior effect of improving impact toughness compared to conventional heat treatment.

이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described through specific matters and limited examples as above, these have been provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above examples, and those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and variations from this description.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all things that are equivalent or equivalent to the claims described below as well as the claims are included in the scope of the spirit of the present invention.

Claims (10)

고속도 공구강의 열처리 방법에 있어서,
중량%로 C 0.7 내지 1.5%, Mn 0.1 내지 0.5%, Si 0.1 내지 0.5%, Cr 3.5 내지 5%, Mo 4.5 내지 6.5, W 4.5 내지 6.5, V 1.5 내지 4.0% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 고속도 공구강을 1,240 내지 1,290℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 고온 균질화 단계;
균질화된 고속도 공구강을 냉각하는 1차 냉각 단계;
1차 냉각된 고속도 공구강을 A1 변태 온도 이상으로 가열한 후 일정시간 유지하는 오스테나이징 단계;
오스테나이징된 고속도 공구강을 냉각하는 2차 냉각 단계; 및
2차 냉각된 고속도 공구강을 150 내지 350℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 저온 템퍼링 단계:를 포함하고,
상기 1차 냉각 단계는,
균질화된 고속도 공구강을 850 내지 1,000℃까지 송풍 냉각하는 송풍 냉각 단계; 및
송풍 냉각된 고속도 공구강을 상온까지 냉각하는 공냉 단계를 포함하는, 고속도 공구강의 열처리 방법.
In a heat treatment method of high-speed tool steel,
A high-temperature homogenization step of heating a high-speed tool steel containing C 0.7 to 1.5% by weight, Mn 0.1 to 0.5%, Si 0.1 to 0.5%, Cr 3.5 to 5%, Mo 4.5 to 6.5, W 4.5 to 6.5, V 1.5 to 4.0% by weight and the remainder Fe and unavoidable impurities to 1,240 to 1,290°C and then maintaining the temperature for a predetermined period of time;
Primary cooling stage for cooling homogenized high-speed tool steel;
An austenizing step in which the first-cooled high-speed tool steel is heated to a temperature higher than the A1 transformation temperature and then maintained for a certain period of time;
Secondary cooling step for cooling the austenitized high-speed tool steel; and
A low-temperature tempering step comprising heating the second-cooled high-speed tool steel to 150 to 350°C and then maintaining it for a certain period of time:
The above first cooling step is,
A blow-cooling step for blow-cooling the homogenized high-speed tool steel to 850 to 1,000°C; and
A method for heat treatment of high-speed tool steel, comprising an air-cooling step of cooling air-cooled high-speed tool steel to room temperature.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 송풍 냉각 단계는 불활성 기체(N2, Ar, He) 또는 공기(Air)를 주입하여 수행되는, 고속도 공구강의 열처리 방법.
In the first paragraph,
A method for heat treatment of high-speed tool steel, wherein the above-mentioned blowing cooling step is performed by injecting an inert gas (N 2 , Ar, He) or air (Air).
제3항에 있어서,
상기 송풍 냉각 단계는 상기 균질화된 고속도 공구강을 3℃/min 이상으로 냉각하는, 고속도 공구강의 열처리 방법.
In the third paragraph,
A heat treatment method for high-speed tool steel, wherein the above-mentioned blowing cooling step cools the homogenized high-speed tool steel at a rate of 3°C/min or more.
제1항에 있어서,
상기 2차 냉각 단계는 진공 또는 불활성 기체 분위기에서, 상기 고속도 공구강에 냉매를 분사하여 수행되는, 고속도 공구강의 열처리 방법.
In the first paragraph,
A method for heat treatment of high-speed tool steel, wherein the second cooling step is performed by spraying a coolant onto the high-speed tool steel in a vacuum or inert gas atmosphere.
제5항에 있어서,
상기 2차 냉각 단계는 상기 냉매를 상기 고속도 공구강에 0.5㎫ 이상의 압력으로 분사하여 상기 고속도 공구강을 냉각시키는 고속도 공구강의 열처리 방법.
In paragraph 5,
A heat treatment method for high-speed tool steel, wherein the second cooling step comprises spraying the coolant onto the high-speed tool steel at a pressure of 0.5 MPa or more to cool the high-speed tool steel.
제1항에 있어서,
상기 오스테나이징 단계는, 1,100 내지 1,200℃에서 수행되는, 고속도 공구강의 열처리 방법.
In the first paragraph,
A heat treatment method for high-speed tool steel, wherein the austenizing step is performed at 1,100 to 1,200°C.
제7항에 있어서,
상기 오스테나이징 단계는,
상온의 고속도 공구강을 550 내지 650℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 1차 오스테나이징 예열 단계;
1차 오스테나이징 예열 이후 800 내지 900℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 2차 오스테나이징 예열 단계; 및
2차 오스테나이징 예열 이후 1,000 내지 1,080℃로 가열한 후 일정시간 유지하는 3차 오스테나이징 예열 단계;를 포함하는, 고속도 공구강의 열처리 방법.
In Article 7,
The above austenitizing step is,
A first austenitizing preheating step in which high-speed tool steel at room temperature is heated to 550 to 650°C and then maintained for a certain period of time;
A second austenitizing preheating step in which the temperature is heated to 800 to 900°C after the first austenitizing preheating and maintained for a certain period of time; and
A heat treatment method for high-speed tool steel, comprising a third austenitizing preheating step of heating to 1,000 to 1,080°C after the second austenitizing preheating and then maintaining the temperature for a predetermined period of time.
제1항에 있어서,
상기 고속도 공구강의 열처리 방법은,
상기 고온 균질화 단계 이전에 600 내지 700℃로 가열한 후 일정 시간 유지하는 예비 가열 단계;를 더 포함하는, 고속도 공구강의 열처리 방법.
In the first paragraph,
The heat treatment method of the above high-speed tool steel is:
A heat treatment method for high-speed tool steel, further comprising a preheating step of heating to 600 to 700°C and then maintaining the temperature for a predetermined period of time prior to the high-temperature homogenization step.
삭제delete
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