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 | |
| 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 | Rm/MPa | Rp0.2/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 | |
| 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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