5CrNiMo 공구강
AOBO STEEL – 신뢰받는 글로벌 공구강 공급업체
5CrNiMo강은 전통적인 저합금 고온 가공 공구강으로, 특히 단조 금형을 비롯한 다양한 분야에 널리 사용되어 왔습니다. 경화성이 우수하고 인성이 좋으며 고온에서도 적당한 강도를 나타내지만, 초고온이나 고마모 환경에서는 다소 한계가 있습니다. 5CrNiMo는 중국 GB/T 표준에 따른 등급이며, 미국 표준과 유사한 등급이 있습니다. 아이시 L6, 일본 JIS SKT4 및 독일 DIN W-Nr. 1.2713 및 1.2714.
1. 5CrNiMo강의 화학 조성(GB/T 1299-2000)
| C | 시 | 망 | 크 | 니 | 모 | P | S |
| 0.50-0.60 | ≤0.40 | 0.50-0.80 | 0.50-0.80 | 1.40-1.80 | 0.15-0.30 | ≤0.030 | ≤0.030 |
2. 5CrNiMo의 물리적 특성
2.1 5CrNiMo의 임계 온도
| 임계점 | 에이1 | 에이3 | 아르1 | 아르3 | 여사 |
| 온도/°C | 730 | 780 | 610 | 640 | 230 |
2.2 5CrNiMo의 선팽창 계수
| 온도 / °C | 100 ~ 250 | 250 ~ 300 | 350 ~ 600 | 600 ~ 700 |
| 선팽창 계수 α / x10⁻⁶ °C⁻¹ | 12.55 | 14.1 | 14.2 | 15.0 |
2.3 5CrNiMo의 탄성 계수
| 온도 / °C | 실온 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
| E/MPa | 209 720 | 206 780 | 203 840 | 198 940 | 193 060 | 186 200 |
2.4 5CrNiMo의 전단 탄성 계수
| 온도 / °C | 실온 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
| G/MPa | 83 300 | 82 320 | 80 360 | 78 400 | 75 460 | 73 500 |
2.5 열전도율
| 온도 / °C | 실온 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
| λ / [W / (m · K)] | 0.44 | 0.44 | 0.43 | 0.43 | 0.39 | 0.35 |
2.6 비열 용량
| 온도 / °C | 실온 ~ 100도 | 실온 ~ 200도 | 실내 온도 ~ 300도 | 실내 온도 ~ 400도 | 실온 ~ 500도 |
| cₚ (20°C) / [J / (kg · K)] | 0.484 | 0.497 | 0.509 | 0.531 | 0.552 |
2.7 밀도 밀도는 7.804 g/cm³입니다.
3. 열간 단조 공정 사양 5CrNiMo의
| 목 | 가열 온도 / °C | 초기 단조 온도 / °C | 최종 단조 온도 / °C | 냉각 방식 |
| 강철 주괴 | 1140 ~ 1180 | 1100 ~ 1150 | 800 ~ 880 | 느린 냉각(구덩이 냉각 또는 모래 냉각) |
| 강철 빌릿 | 1100 ~ 1150 | 1050 ~ 1100 | 800 ~ 850 | 느린 냉각(구덩이 냉각 또는 모래 냉각) |
메모: 5CrNiMo강은 공랭으로 경화시킬 수 있지만 백반이 생기기 쉬우므로 단조 후 서서히 냉각해야 합니다. 대형 단조품의 경우, 600°C의 노에서 표면 온도가 균일해질 때까지 유지한 후 150~200°C까지 서서히 냉각하고 마지막으로 공랭해야 합니다. 또한, 대형 단조품의 경우 150~200°C까지 냉각 직후 템퍼링을 실시해야 합니다.
5CrNiMo강에 대한 가장 정확한 견적을 받으시려면 아래 문의 양식을 작성해 주십시오.
4. 5CrNiMo의 열처리
4.1 예열
① 단조 후 열처리 옵션
| 예비 열처리 옵션 | 프로세스 매개변수 |
| 단조 후 열처리 | 760~780°C로 가열하고 4~6시간 동안 유지한 다음, 노를 500°C 이하로 냉각시킨 후 꺼내어 공랭합니다. 어닐링 후 경도는 197~241 HBW 범위이며, 미세구조는 펄라이트와 페라이트로 구성됩니다. |
| 단조 후 등온 어닐링 | 가열 온도: 850~870°C, 4~6시간 유지; 등온 온도: 680°C, 4~6시간 유지; 노 내에서 500°C 이하로 냉각 후 꺼내어 공랭; 후열처리 경도: 197~241 HBW; 미세구조: 펄라이트 + 페라이트. |
| 단조 금형 갱신 열처리 | 710~730°C로 가열하고 4~6시간 동안 유지한 다음, 노 내에서 500°C 이하로 냉각시킨 후 꺼내어 공랭합니다. 열처리 후 경도: 197~241 HBW. |
② 어닐링 전후의 미세구조 및 경도
| 압흔 직경 / mm | HBW | 미세구조 (어닐링 전) | 미세구조 (어닐링 후) |
| 3.9 ~ 4.3 | 241 ~ 197 | 트루스타이트 + 마르텐사이트 | 펄라이트 + 페라이트 |
4.2 담금질
① 권장 담금질 공정 사양
| 담금질 온도/°C | 담금질 냉각 매체 | 급랭 냉각 매체 온도/°C | 계속되는 | 경도 HRC |
| 830 ~ 860 | 기름 | 20 ~ 60 | 냉각 직후 150~180°C로 템퍼링하십시오. | 53 ~ 58 |
메모:
- 대형 금형의 경우 담금질 가열 온도의 상한값을 사용하고, 소형 금형(측면 길이 200~300mm 미만)의 경우 하한값을 사용하십시오.
- 담금질 중 응력과 변형을 최소화하기 위해 830~860°C로 가열한 후, 먼저 공기 중에서 750~780°C까지 예냉하고, 그 다음 오일 담금질을 통해 150~180°C까지 냉각합니다. 꺼내서 즉시 템퍼링합니다.
- 대형 금형의 경우, 600~650°C까지 천천히 가열한 후 1~1.5시간 동안 유지하십시오. 충분히 가열된 후에만 용광로 온도를 높이십시오. 가열 품질을 향상시키려면 가열하는 동안 공작물을 60~100mm 두께의 받침대 위에 놓으십시오.
- 낮은 오일 침지 온도에서 모듈을 담금질하면 균열 위험이 증가합니다. 균열을 방지하기 위해 실제로는 약 200°C의 오일 침지 온도를 사용하는 경우가 많습니다. 이 경우 표면은 마르텐사이트 층으로 변하지만, 내부는 오스테나이트 상태로 유지됩니다. 수명을 연장하기 위해 등온 담금질을 적용할 수 있습니다.
② 등온 담금질 공정
| 프로세스 유형 | 담금질 온도 (°C) | 냉각 매체 | 평균 온도 (°C) | 등온 온도 및 시간 | 담금질 경도(HRC) | 담금질 후 미세구조 |
| 등온 담금질 | 830 – 860 | 기름 | 20~60세 | 금형 표면을 150~200°C로 식힌 후 280~300°C의 수조에서 2~3시간 동안 유지합니다. | – | 소량의 베이나이트 + 하부 베이나이트 + 잔류 오스테나이트. 템퍼링 후, 베이나이트는 하부 베이나이트로 변태합니다. |
| 고온 담금질 | 890 – 910 | 기름 | – | – | 61.5 | 판상 마르텐사이트 + 잔류 오스테나이트(부피 기준 약 9.2%), 결정립 크기 7-8. |
참고:
- 등온 담금질: 이 공정은 금형의 균열 발생 가능성을 줄이고 수명을 연장합니다.
- 고온 담금질: 담금질 온도는 420~550°C이며, 두 번의 담금질을 거쳐 38~47 HRC의 경도를 얻습니다.
4.3 템퍼링
① 권장 열처리 공정 사양
| 계획 | 담금질 목적 | 단조 금형 사양 | 템퍼링 온도(°C) | 난방 장비 | 경도(HRC) |
| I | 스트레스를 제거하고 구조와 크기를 안정화합니다. | 작은 | 490 ~ 510 | 가스 난로 또는 전기 난로 | 44 ~ 47 |
| 중간 | 520 ~ 540 | 38 ~ 42 | |||
| 크기가 큰 | 560 ~ 580 | 34 ~ 37 | |||
| II | 도브테일(중형) | 620 ~ 640 | 34 ~ 37 | ||
| 도브테일(소형) | 640 ~ 660 | 30 ~ 35 |
메모: 템퍼링 후에는 템퍼링 취성 발생을 방지하기 위해 오일 퀜칭을 실시해야 합니다. 오일 퀜칭 과정에서 발생하는 응력을 완화하기 위해 160~180°C에서 2차 템퍼링을 진행할 수 있습니다. 대형 단조 금형은 퀜칭이나 템퍼링 과정 중 오일 속에서 실온까지 냉각해서는 안 됩니다. 균열이 발생할 수 있기 때문입니다.
② 담금질 및 템퍼링 온도가 충격 인성에 미치는 영향
| 템퍼링 온도 (°C) | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | |
| 담금질 온도 (°C) 840 | 표에 있는 값은 충격 인성, a_k / (J/cm²)를 나타냅니다. | 21 | 25 | 29 | 35 | 45 |
| 담금질 온도 (°C) 950 | 19 | 20 | 23 | 25 | 35 | |
| 담금질 온도 (°C) 1000 | 13 | 16 | 20 | 23 | 30 |
메모: 5CrNiMo강 모듈을 380~450°C에서 템퍼링하면 중심부의 과냉각된 오스테나이트가 상부 베이나이트 구조로 변형되어 충격 인성이 극도로 저하됩니다.
③ 담금질 및 템퍼링 온도가 경도에 미치는 영향 5CrNiMo의
| 템퍼링 온도 (°C) | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 550 | 600 | |
| 담금질 온도 (°C) 850 | 경도 HRC | 52 | 50 | 48 | 45 | 41 | 38 | 32 |
| 담금질 온도 (°C) 900 | 52 | 50 | 48 | 45 | 41 | 38 | 32 | |
| 담금질 온도 (°C) 950 | 53 | 51 | 49 | 46 | 42 | 39 | 33 | |
| 담금질 온도 (°C) 1000 | 54 | 52 | 50 | 47 | 43 | 40 | 34 |
5. 기계적 특성
5CrNiMo강은 우수한 가소성과 인성을 지닌 동시에 적절한 강도와 내마모성을 나타내는 전통적인 열간 단조 금형강입니다. 크기 효과에 둔감하며, 상온에서의 기계적 특성은 500~600°C 온도 범위에서와 거의 동일합니다. 500°C까지 가열해도 약 300 HBW의 경도를 유지합니다. 탄화물 형성 원소 함량이 낮아 2차 경화 효과가 미약하여 열 안정성이 떨어지고 고온 강도가 낮습니다.
5.1 5CrNiMo의 고온 경도
| 온도 (°C) | 300 | 450 | 600 | 650 | 710 | 750 |
| 경도(HV) | 383 | 351 ~ 354 | 254 ~ 274 | 201 ~ 203 | 147 ~ 154 | 71.3 ~ 72.7 |
5.2 5CrNiMo의 고온 충격 인성
| 온도 (°C) | 300 | 600 | 650 | 700 |
| 충격 흡수 에너지 (KU/J) | 48.4 | 36.4 | 36.3 | 70.3 |
5.3 열피로 성능
| 테스트 방법 및 상태 | 20°C ←→ 650°C (1000회 반복) | 20°C ←→ 750°C (1000회 반복) |
| 레벨¹ | 13.4 | 20.0 |
¹수준이 높을수록 열피로 성능이 저하됩니다.
5.4 열 마모 성능
| 회전수 | 300 | 600 | 900 | 1200 | 1500 | 2500 |
| 체중 감량 / mg | 1.00 | 2.43 | 3.27 | 4.2 | 4.97 | 5.97 |
메모: SR 티타갈라 방법을 사용하여 800~850°C의 온도와 784~850N의 압력에서 실험을 진행하였다.
5.5 표면 기계적 특성 및 코어 기계적 특성
| 부분 | 위치 | Rm/ MPa(인장 강도) | R엘자/ MPa(항복강도) | A (%)(연장) | Z (%)(면적 감소) | KU/J(충격 에너지) |
| 실온 | 표면 | 1310 | – | – | 41 | 31.3 |
| 실온 | 핵심 | 1020 | 761 | 16 | 42 | 14.1 |
| 300°C | 표면 | 1214 | – | – | 58 | 48.4 |
| 300°C | 핵심 | 1011 | 833 | 26 | 62 | 59.2 |
메모: 대형 단면 가공물을 담금질할 때, 표면층과 중심부의 냉각 속도 차이로 인해 기계적 특성이 달라집니다. 강철에서 이러한 현상을 질량 효과 또는 크기 효과라고 합니다.
6. 응용 프로그램
5CrNiMo강은 뛰어난 경화성 덕분에 대형 블록(300mm × 400mm × 300mm)을 820°C의 오일 담금질 후 560°C에서 템퍼링 처리하면 단면 전체에 걸쳐 거의 균일한 경도를 나타냅니다. 주로 변의 길이가 300mm 이하이고 작동 온도가 500°C 미만인 다양한 소형 및 중형 단조 금형 제작에 사용됩니다. 대량 생산에서 대형 및 중형 모듈 생산에 더욱 적합하며, 복잡한 형상의 주조 금형 부품 제작에도 사용할 수 있습니다.
