KR0147719B1 - 콘베이어 체인용 고강도 Ni-Cr-V강 소재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 본 발명은 강도를 향상시키고 특히 소재의 사용환경상 내마모성을 극히 우수하게 향상시켜 콘베이어 체인용으로 사용하는 고강도 표면경화강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 그 합금원소의 조성이 중량 %로, C:0.12-0.25%, Si:0.15-0.40%, Mn:0.40-1.00%, P:0.020%이하, S:0.020%이하, Cu:0.25%이하, Ni:1.00-2.00%, Cr:1.00-2.00%, Al:0.015-0.060%, V:0.04-0.10%, N:0.010% 미만을 포함하고, 나머지는 Fe 및 제강공정에서 필연적으로 함유되는 불순물로 구성되어 있다.

또한, 전술한 성분으로 구성된 합금원소가 함유되는 강재를 제조함에 있어서, 압연 가열온도를 1200±25℃로 하고 마무리 압연온도는 925±25℃로 하여 열간압연을 행하고, 연속식 열처리로에서 저온 소둔열처리를 행하는 것을 특징으로 하며, 이러한 제조방법으로 제조한 강재에 대하여 모재부와 용접부의 제반 기계적 성질이 유사한 특성을 갖게하는 플래쉬 버트 용접법을 이용하여 체인을 제작하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 열처리 방법으로서, 전술한 제조방법으로 제조된 강재에 대하여 플래쉬 버트 용접법을 이용하여 체인을 제작한 후, 고강도의 부여와 극히 우수한 내마모성의 부여를 목적으로 900 - 950℃에서 침탄열처리를 행하고 800 - 850℃에서 소입열처리를 행하여 유냉한 후 인성의 부여를 위하여 150 - 250℃에서 소려열처리 후 공냉하는것을 특징으로 한다.

Description

콘베이어 체인용 고강도 Ni-Cr-V강 소재 및 그 제조방법

제1도는 본 발명에 따른 고강도 소재에 대하여 침탄 및 소입·소려열처리를 행한 후 침탄 경화층 깊이를 측정한 결과를 보여주는 표면으로부터의 깊이에 따른 침탄 경도 그래프이다.

본 발명은, 고강도 표면경화강 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 강도를 향상시키고 특히 소재의 사용환경상 내마모성을 극히 우수하게 향상시켜 콘베이어 링크 체인용 원형강으로 사용하는 고강도 Ni-Cr-V강 소재, 그의 제조방법, 상기 방법으로 제조한 소재에 대하여 플래쉬 버트 용접법(Flash Butt Welding)을 이용하여 체인을 제작하는 방법 및 상기 방법으로 제작한 체인을 열처리하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은, 일반적으로 사용되는 산업용 체인 소재에 비해 강도를 향상시키고 특히 내마모성을 극히 우수하게 향상시켜 그 수명에 있어서 월등히 우수한 특성을 갖는 고강도 소재를 제공하는데 있으며, 또한 본 모재부와 용접부의 제반 기계적 성질이 유사한 특성을 갖게하는 플래쉬 버트 용접법을 이용함으로서 용접부의 특성을 향상시키는데 있다.

또한, 본 발명에 의한 고강도 소재는 최적의 침탄 및 소입·소려 열처리에 의한 내마모성 및 고른 침탄성의 부여, 용접부와 모재부의 고른 소입성, 양호한 용접성을 부여하는 미세원소 첨가효과, 미세한 결정입도 형성원소의 첨가로 안정한 탄화물, 질화물을 생성하여 변형시효를 방지함은 물론 고온에서 결정립 조대화를 방지하는 효과가 있으며, 종래의 고급강 소재 개발에 문제가 되어온 정밀 합금설계를 행한 것이 특징이다.

상기의 목적을 만족시키기 위한 콘베이어 체인용 고강도 소재로서 본 발명의 인장강도 100Kg/㎟급 소재는 중량 %로, C:0.12-0.25%, Si:0.15-0.40%, Mn:0.40-1.00%, P:0.020%이하, S:0.020%이하, Cu:0.25%이하, Ni:1.00-2.00%, Cr:1.00-2.00%, Al:0.015-0.060%, V:0.04-0.10%, N:0.010% 미만을 포함하고, 나머지는 Fe 및 제강공정에서 필연적으로 함유되는 불순물로 구성된다.

본 발명의 고강도 소재에 있어서 첨가성분의 한정이유를 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 본 발명과 같이 Ni-Cr 함유 저탄소강인 경우 침탄용 강으로서 사용되는 것으로써, 먼저 C(탄소)는 소입(Quenching)경도를 높이고 탄화물을 생성시켜 강도를 증대시키지만, 상기 탄소의 함유량이 0.12%이하에서는 필요한 소요강도를 얻을 수가 없게 되고, 탄소 함유량이 0.25%이상에서는 탄소당량(Ceq.)을 증가시키므로 인해 강의 용접성 및 연성·인성을 저하시키기 때문에, 상기 탄소 함유량 첨가범위를 0.12%이상 - 0.25%이하로 제한할 필요가 있다.

Si(규소)는 탈산제로서 가장 유효하게 사용되며, 저온 소려(Tempering: 뜨임)시 충격저항을 증대시키고 저온소려 저항성을 크게 증대시키지만, 상기 규소의 함유량이 0.15%이하에서는 강의 탈산이 불충분하게 되므로 탈산과 강도증가를 위해 0.15%이상으로 첨가시킬 필요가 있고, 또한 상기 규소함유량이 0.40%이상에서는 강의 인성을 저해시키기 때문에, 상기 규소 함유량 첨가범위를 0.15%이상 - 0.40%이하로 제한할 필요가 있다.

Mn(망간)은 탈산제로서의 유효한 성분이면서, 소입성을 증대시키므로 인해 내마모성 등이 향상되고, 강도 역시 크게 증대시켜주지만, 상기 망간의 함유량이 0.40%이하에서는 소요강도를 얻는 것이 곤란하고, 또한 너무 많은량의 망간을 첨가시키게 되면 탄소당량이 증가되어 용접성을 해치면서 소입크랙도 일으킬 수 있기 때문에, 상기 망간 함유량 첨가범위를 0.40%이상 - 1.00%이하로 제한할 필요가 있다.

P(인)는 강의 열간 압연시 띠상조직(Banded Structure)을 형성시켜 조직의 균일성을 해치고 편석을 일으키기 쉬우며 충격저항을 저하시키므로서 소려취성을 촉진하여 양호한 인성을 얻기가 곤란하기 때문에, 상기 인 함유량 첨가범위를 0.020%이하로 제한하였다.

S(황)는 저융점의 유화물을 형성시키고, 또한 압연시 압연방향으로 점성변형되어 인성 및 충격치를 저하시켜 Fe과의 화합물에 대한 열간가공성을 나쁘게 하기 때문에, 상기 황 함유량 첨가범위를 0.020%이하로 제한할 필요가 있다.

Cu(구리)는 인성향상에 대해서는 유효하지만, 적열취성의 위험이 있고, 용접성 등을 해치며, 상기 구리의 첨가 함유량이 0.25%이상이되면 강의 성형가공성이 저해되기 때문에, 상기 구리 함유량 첨가범위를 0.25%이하로 제한할 필요가 있다.

Ni(니켈)은 소입성을 높이고 저온취성을 방지하며 흑연의 석출을 용이하게 하는 침탄촉진원소로서 내마모성을 증가시키기 위해 1.00%이상을 첨가하지만, 상기 니켈의 함유량을 다량으로 첨가시키기게 되면은 잔류 오오스테나이트가 생성이 되면서 강이 취약하게 되기 때문에, 상기 니켈 함유량의 첨가범위를 1.00%이상 - 2.00%이하로 제한할 필요가 있다.

Cr(크롬)은 소입성, 소려저항을 크게하며 안정된 탄화물을 만들기 쉬우므로 침탄을 촉진하는데, 상기 안정된 탄화물 생성시엔 인성의 개선효과가 있으며, 탄소성분을 안정된 탄화물로 흡수하므로서 내마모성을 증가시키기 위해 1.00%이상을 첨가하지만, 상기 크롬 함유량을 다량으로 첨가시키게 되면 소려취성의 위험이 발생되기 때문에, 상기 크롬 함유량의 첨가범위를 1.00%이상 - 2.00%이하로 제한할 필요가 있다.

Al(알루미늄)은 강 탈산제로서의 유효한 성분이면서 질화물(AlN)을 형성시키는 원소로서 오오스테나이트의 성장을 억제하며 결정립을 미세화시키며, 또한 인성의 향상을 위해 최저 0.015%가 필요하지만, 상기 알루미늄을 과량 첨가시에는 천이온도의 상승과 함께 산화물의 부상이 곤란하게 되어 강의 청정도를 저하시키기 때문에, 상기 알루미늄 함유량의 첨가범위를 0.015%이상 - 0.060%이하로 제한할 필요가 있다.

V(바나듐)은 강력한 탄화물 형성원소로서, 고온가열시 오오스테나이트입계에서 석출 및 입계성장을 억제시켜 미세한 펄라이트를 얻도록 기여하고, 또한 소입온도범위를 넓히면서 소입크랙을 방지하며, 양호한 소입성 및 인성을 부여하므로서 탈탄을 방지하는 효과를 나타내기 위해 0.04%이상을 첨가하지만, 상기 바나듐의 함유량을 다량첨가하게 되면, 용접 보수의 경우 VN가 석출경화되어 취성의 우려와 함께 연마의 곤란성이 발생되기 때문에, 상기 바나듐 함유량 첨가범위를 0.04%이상 - 0.10%이하로 제한할 필요가 있다.

N(질소)는 Al, V등과 결합하여 결정립 미세화원소 및 석출경화제로서 동시에 작용되나, 상기 질소가 과량 첨가되는 경우엔 일반적으로 강의 인성을 저하시키며 V 탄질화물이 과잉 석출되어 충격 천이온도를 상승시켜 저온인성을 해치기 때문에, 상기 질소 함유량 첨가범위를 0.010%이하로 제한할 필요가 있다.

이상으로써, 본 발명인 콘베이어 체인용 고강도 Ni-Cr-V강 소재의 제조방법을 이하에 명시하면 다음과 같다.

본 발명은 개재물 제어기술과 고청정도강 제어기술의 응용으로 피로강도에 영향을 주는 불순물 등을 최대한 억제하여 상술한 조성을 갖는 강재를 제작하고, 1200±25℃의 온도로 가열, 중형 및 소형 열간압연을 행하여 소정의 크기로 압연한 후, 반드시 서냉시키고, 저온 소둔 열처리를 행하는 것을 특징으로 하는 제조 방법으로 이루어 진다.

열간가공을 위한 가열온도는 소재의 열간강도, 생산량 등 여러 조건을 고려하여 채택되나, 가열온도의 과도한 상승은 탄질화물의 오스테나이트 결정립 성장 억제기능이 감소되어 결국 가공완료시 조대한 펄라이트를 형성하게 되므로, 본 발명에서는 압연 가열온도를 1200±25℃로 하고 마무리 압연온도는 925±25℃로 하는 조업 온도범위를 선택하여 열간압연을 행하였으며, 저온소둔 열처리를 행하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 본 발명과 같은 고강도 소재에 요구되는 인장강도, 신율, 단면수축율, 충격값 및 내마모성 등의 제반 기계적 성질을 만족시키기 위하여 침탄 및 소입·소려 열처리를 행하는데, 심부까지 충분히 경화시켜줄 수 있는 온도인 900 - 950℃의 온도에서 침탄열처리를 행하고 다시 표면을 경화시켜줄 수 있는 충분한 온도인 800 - 850℃ 의 온도에서 유지하여 기름 소입 열처리를 행한 후 인성의 부여를 위하여 150 - 250℃의 온도에서 소려열처리를 행하여 강도 및 내마모성이 향상된 고강도 소재를 얻는 열처리 방법을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

상술한 본 발명의 콘베이어 체인용 고강도 소재에 대하여 상술한 방법에 의하여 표 1과 같은 성분의 강재를 얻었다.

상기 본 발명의 강재는 압연 가열온도 1200℃로 가열하고 마무리 가열온도를 930℃로 하여 열간압연을 행하여 ψ36 봉강으로 제조한 후 저온소둔 열처리를 실시하여 제작하였으며, 이렇게 만들어지 강재에 대하여 내마모성 및 강도의 부여를 위해 920℃에서 450분간 침탄열처리를 행하고 830℃에서 60분간 유지하여 기름 소입열처리를 행한 후 인성의 부여를 위하여 180℃에서 180분간 소려열처리하여 공냉하였다.

이렇게 열처리를 실시한 경우의 항복강도, 인장강도, 연신율, 단면수축율, 모재부 및 용접부의 충격 흡수에너지는 표 2에 나타낸 바와같이 매우 양호하였다.

그리고, 본 발명에 의한 100Kg/㎟급 콘베이어 체인용 고강도 소재에 대하여 체인의 굵기를 36㎜로, 폭을 122㎜로, 길이를198㎜로 하여 실제 체인을 제작하여 상기의 열처리를 실시한 후 내력하중(Proof Load) 및 파괴하중(Breaking Load) 시험을 실시한 바, 본 발명에 의한 고강도 소재는 64톤의 내력하중과 70톤의 파괴하중을 갖게 되는 양호한 결과를 나타내었다.

또한 본 발명에 의한 인장 강도 100Kg/㎟급 고강도 소재에 대하여 침탄 및 소입·소려 열처리를 실시한 후, 침탄 경화층 깊이를 측정한 결과 제1도에 나타낸 바와 같이 체인 굵기의 약 10%에 상당하는 양호한 침탄층을 얻었다.

Claims (2)

1. 중량 %로, C:0.12-0.25%, Si:0.15-0.40%, Mn:0.40-1.00%, P:0.020%이하, S:0.020%이하, Cu:0.25%이하, Ni:1.00-2.00%, Cr:1.00-2.00%, Al:0.015-0.060%, V:0.04-0.10%, N:0.010%이하, Ceq.:0.98%이하를 포함하고, 나머지는 Fe 및 제강공정에서 필연적으로 함유되는 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하는 인장강도 100Kg/㎟급 이상인 콘베이어 체인용 고강도 Ni-Cr-V강 소재.
2. 중량 %로, C:0.12-0.25%, Si:0.15-0.40%, Mn:0.40-1.00%, P:0.020%이하, S:0.020%이하, Cu:0.25%이하, Ni:1.00-2.00%, Cr:1.00-2.00%, Al:0.015-0.060%, V:0.04-0.10%, N:0.010%이하, Ceq.:0.98%이하를 포함하고, 나머지는 Fe 및 제강공정에서 필연적으로 함유되는 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하는 강재를 제조한 다음, 압연 가열온도를 1200±25℃로 하고 마무리 압연온도는925±25℃로 하여 열간압연을 행하고, 연속식 열처리로에서 저온 소둔열처리를 행하는 것을 특징으로 하는 인장강도 100Kg/㎟급 이상인 콘베이어 체인용 고강도 Ni-Cr-V강 소재의 제조방법.