3Cr2W8V 고온 작업용 공구강

AOBO STEEL – 신뢰받는 글로벌 공구강 공급업체

3Cr2W8V는 중국 GB/T 표준에 따른 등급이며, 이에 상응하는 등급은 ASTM/아이시 H21 미국에서 생산되는 3Cr2W8V는 고온 및 고온 응력 하에서 작동하는 금형에 일반적으로 사용되는 고강도 열간 가공 공구강입니다. 이 강은 레데부라이트계 강으로, 큰 1차 탄화물로 이루어진 미세 구조를 가지고 있어 고온에서 높은 내마모성을 나타냅니다.

1. 화학적 조성

C	시	망	크	W	V	P	S
0.30 – 0.40%	≤0.40%	≤0.40%	2.20 – 2.70%	7.50 – 9.00%	0.20 – 0.50%	≤0.030%	≤0.030%

2. 물리적 특성 3Cr2W8V 강철

2.1 3Cr2W8V강의 중요 지점

임계점	Ac₁	Ac₃	아르₁	아르₃	여사	무프
온도/°C	850	930	773	835	350	160

2.2 선팽창 계수

온도/°C	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
선팽창 계수 α/ × 10⁻⁶ °C⁻¹	12.0	12.3	12.7	13.1	13.5	13.9	14.5	14.5	12.8	13.3

2.3 비열 용량

온도/°C	100	200	300	500	800	900
비열 용량 cₚ/ [J/(kg·K)]	468.2	473	478	685.5	1262.4	660.4

2.4 열전도율

온도/°C	100	200	700	900
열전도율 λ/[W/(m·K)]	20.1	22.2	24.3	23.0

2.5 전기 저항률

온도/°C	20	200	500	700	900
전기 비저항 ρ/ × 10⁻⁶ Ω·m	0.50	0.60	0.80	1.0	1.19

2.6 기타 물리적 특성

밀도/(g/cm³)	탄성 계수 E/MPa	전단 탄성 계수 G/MPa
7.74	214 000	73 000

3. 3Cr2W8V강의 열간 단조 공정 사양

목	가열 온도/°C	초기 단조 온도/°C	최종 단조 온도/°C	냉각 방법 ①
강철 주괴	1150 ~ 1200	1100 ~ 1150	850 ~ 900	먼저 공랭식으로 냉각하고, 그 다음 피트 또는 모래 냉각식으로 냉각합니다.
강철 빌릿	1130 ~ 1160	1080 ~ 1120	850 ~ 900	먼저 공랭식으로 냉각하고, 그 다음 피트 또는 모래 냉각식으로 냉각합니다.

① 단조 후에는 공기 중에서 비교적 빠르게 냉각하여 Ac₁(약 700°C) 이하로 낮춘 다음, 서서히 냉각(구덩이 냉각, 모래 냉각 또는 노 냉각)하거나 고온 어닐링을 수행할 수 있습니다. 조건이 허락한다면 직접 적열 어닐링을 수행할 수도 있습니다.

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4. 3Cr2W8V강의 열처리

4.1 예열

① 예비 열처리 공정 명세서

예비 열처리 계획	프로세스 매개변수
단조 후 어닐링	가열 온도 800~820°C에서 2~4시간 유지 후, 30~40°C/h 미만의 속도로 600°C 이하까지 노냉하고, 이후 공랭한다. 어닐링 후 경도는 207~255HBW이며, 미세구조는 펄라이트와 탄화물로 구성된다.
등온 어닐링	가열 온도 800~820°C에서 2~4시간 유지 후, 30~40°C/h 미만의 속도로 600°C 이하까지 노냉하고, 이후 공랭한다. 어닐링 후 경도는 207~255HBW이며, 미세구조는 펄라이트와 탄화물로 구성된다.

② 어닐링 후 경도 및 미세구조

경도 HBW	미세구조
경도 HBW	어닐링되지 않은	어닐링 후
207 ~ 255	트루스타이트 + 마르텐사이트	펄라이트 + 카바이드

4.2 담금질

① 권장 담금질 공정

담금질 온도/°C	담금질 냉각 매체	급랭 냉각 매체 온도/°C	등온 유지 온도/°C	최종 냉각을 통해 20°C까지 낮춥니다.	경도 HRC
1050 ~ 1100	기름	20 ~ 40	150 ~ 180	공랭식	49 ~ 52

참고:

대형 금형의 경우 가열 온도의 상한값을 사용하고, 소형 금형의 경우 하한값을 사용하십시오.
대형 금형은 가열을 계속하기 전에 600~650°C로 1~2시간 동안 예열해야 합니다.
화염로 가열 시에는 금형 두께 25mm당 40~50분 동안 유지하십시오. 전기로 가열 시에는 화염로 가열에 필요한 시간보다 40%만큼 가열 시간을 늘리십시오.

② 3Cr2W8V강의 일반적인 담금질 공정

소화 계획	프로세스 매개변수
등온 담금질 ¹	가열 온도는 1150°C이며, 350~450°C에서 유지한 후 오일 냉각을 실시합니다. 미세 구조는 하부 베이나이트 + 마르텐사이트이며, 경도는 47HRC 이상입니다. 등온 담금질 후 340~380°C에서 저온 템퍼링을 권장합니다.
고온 담금질²	가열 온도는 1150°C이며, 350~450°C에서 유지한 후 오일 냉각을 실시합니다. 미세 구조는 하부 베이나이트와 마르텐사이트로 구성되며, 경도는 47HRC 이상입니다. 등온 담금질 후 340~380°C에서 저온 템퍼링을 권장합니다.

¹ 등온 담금질 후 얻어진 베이나이트 구조는 높은 강도와 인성을 지니고 있다. 또한, 템퍼링 저항성도 기존 열처리보다 훨씬 우수하다. 열충격에 대한 저항성이 높고 금형 변형이 적어 금형의 수명을 연장할 수 있다.

² 3Cr2W8V강의 담금질 가열 온도를 높이면 마르텐사이트의 합금도가 증가하여 고온 강도는 우수하지만 인성은 다소 낮아집니다. 이 강은 일반적으로 압출 금형, 다이캐스팅 금형, 구리 및 알루미늄 합금 프레스 성형 금형과 같이 큰 충격력을 받지 않지만 높은 고온 강도가 요구되는 금형 제조에 사용됩니다.

③ 3Cr2W8V강의 담금질 온도와 경도 간의 관계

담금질 온도 /°C	950	1050	1100	1150	1200	1250
경도 HRC	44	49	52	55	56	57

4.3 용액 정제 및 초미세 공정

단조 블랭크는 1200~1250°C에서 용체화 처리를 하여 탄화물을 오스테나이트에 용해시킨 후, 뜨거운 오일이나 끓는 물에 담금질하고 즉시 고온 템퍼링 또는 단시간 등온 구상화 처리를 합니다. 고온 템퍼링은 720~850°C에서 수행됩니다(블랭크 가공의 상한 온도이자 완성된 금형의 하한 온도). 최종 열처리에는 1100°C에서 오일 담금질과 같은 일반적인 공정을 사용할 수 있습니다.

4.4 온도 조절

① 권장 열처리 공정 사양

담금질 목적	가열 온도/°C	난방 장비	냉각	경도 HRC
응력 완화, 구조 및 치수 안정화	600 ~ 620	전기난로	공랭식	40.2 ~ 47.4

참고:

대형 금형은 담금질 직후 즉시 템퍼링해야 합니다. 일반적으로 템퍼링은 두 번(620°C와 600°C에서 각각 2~3시간) 필요합니다. 복잡한 형상의 대형 금형의 경우 세 번의 템퍼링 과정을 거칠 수 있습니다.
금형을 열처리할 때는 먼저 350~400°C의 가마에 1~3시간 동안 넣은 다음 온도를 최종 열처리 온도까지 올립니다.
열처리 유지 시간은 두께 25mm당 40~45분으로 계산해야 합니다.

② 담금질 온도와 경도의 관계

담금질 조건	다양한 템퍼링 온도에서의 경도(HRC, °C)	담금질하지 않은	500°C	550°C	600°C	650°C	670°C	700°C
1050°C 오일 담금질	경도 HRC	49	46	47	43	35	32	27
1075°C 오일 담금질	경도 HRC	50	47	48	44	36	33	30
1100°C 오일 담금질	경도 HRC	52	48	49	45	40	36	32
1150°C 오일 담금질	경도 HRC	55	49	53	50	45	40	34

4.5 표면 처리

질화 공정 사양

프로세스	온도/°C	시간/시간	중간	질화층
				깊이/mm	경도 HV
가스 질화	530	3 ~ 6	NH₃ 분해 속도 30% ~ 60%	0.07 ~ 0.12	1000 ~ 1160

5. 기계적 특성

3Cr2W8V 강은 대표적인 고온 고강도 열간 가공 공구강입니다. 높은 W 및 Cr 함량으로 인해 탄화물 형성이 촉진되어 우수한 고온 강도와 열 경도를 가지며, 고온 기계적 특성 또한 뛰어납니다. 그러나 인성과 소성은 상대적으로 떨어집니다. 이 강은 상변태 온도가 높고, 고온 및 저온 반복 사이클에 대한 열피로 저항성이 우수합니다. 또한, 경화성이 뛰어나 직경 80mm까지의 단면에서 완전 경화가 가능하며, 비교적 높은 템퍼링 저항성을 나타냅니다.

5.1 다양한 템퍼링 온도에서 3Cr2W8V강의 기계적 특성

템퍼링 온도/°C	R_m/MPa	R_p0.2/MPa	Z (%)	아(%)
400	1800	1400	36	18
450	4800	1420	35.5	14
500	1800	1450	35	13
550	1760	1500	35.5	12
600	1620	1410	38	8
650	1270	–	36	12

메모: 1100°C 오일 담금질.

5.2 3Cr2W8V 강철 고온 경도

온도(°C)	300	450	600	650	700	750
원 시료 경도(HRC)	다양한 온도(°C)에서의 고온 경도(HV)
48.8 ~ 49.1	479.5	448.5	414.5	398.5	354.5	208.5
42.0 ~ 43.0	390	386.5	332	304	268	203.5

5.3 3Cr2W8V 강과 4Cr5MoSiV1의 피로 성능 비교

강철 등급	피로 균열의 수	균열 길이 / mm
강철 등급	피로 균열의 수	전체 길이	평균 길이
3Cr2W8V (H21)	125	2.81	0.023
4Cr5MoSiV1 (H13)	11	0.46	0.041

6. 응용 프로그램

3Cr2W8V 강은 고온에서 높은 응력을 견디면서도 충격 하중을 최소화하는 고온 작업용 금형 및 다이 제조에 적합한 고온 작업용 공구강입니다. 예를 들어, 고온 압출 금형, 코어 핀, 이젝터 핀; 평판 단조기용 펀치, 다이, 인서트; 구리 합금 압출 금형, 다이캐스팅 금형, 또는 상당한 압축, 굽힘 및 인장 응력을 동시에 받는 역압출 금형 등이 있습니다. 또한 고온 금속 가공용 고온 절삭 공구에도 사용됩니다.

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