KR100204545B1

KR100204545B1 - 고내마모성 기계요소의 생산을 위한 강과 생산방법

Info

Publication number: KR100204545B1
Application number: KR1019960013323A
Authority: KR
Inventors: 베기노 쟝; 브리쏭 쟝-게오르쥬
Original assignee: 메나르 쟝 가브리엘; 끄뢰소 루와르 앵뒤스트리 소시에떼아노님
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1996-04-27
Publication date: 1999-06-15
Also published as: ZA963295B; DE69605350T2; AU5064896A; AU692377B2; ES2141446T3; EP0739993A1; DE69605350D1; JPH08295990A; BR9602054A; ATE187207T1; KR960037857A; FR2733516A1; US5714116A; FR2733516B1; EP0739993B8; JP4058562B2; EP0739993B1; ES2141446T5; DE69605350T3; EP0739993B2

Abstract

본 발명은 고내마모성을 갖는 기계요소의 생산에 사용되는 다음의 특징을 갖는 강 및 상기 기계요소의 생산 방법에 관한 것이다 : 화학적 조성은 중량상 0.24 ≤ C ≤ 0.3%, 0% ≤ Si ≤ 2%, 0%≤ Al ≤ 2%, 0% ≤ Mn ≤ 2%, 0% ≤ Ni ≤ 4%, 0% ≤ Cr ≤ 3%, 0% ≤ Mo ≤ 0.6%, 0% ≤ W ≤ 1.2%을 함유하고 경우에 따라서는 0.005% 내지 0.005%의 붕소, 또 경우에 따라서는 0.3% 미만의 함량으로 Nb, V, Zr, Ti 중 적어도 하나의 원소, 또 경우에 따라서는 0.1% 미만의 함량으로 Se, Te, Ca, Bi, Pb 중 적어도 하나의 원소를 함유하고, 밸런스는 철과 제련의 결과로 생기는 불순물이 되며, 더 나아가 상기 화학적 조성은 다음의 관계 : 0.6% ≤ Al + Si ≤ 2% 및

4.6×C+1.05×Mn+0.54×Ni+0.66×(Mo+W/2)+0.5×Cr+K≥1.6

여기서, K=0, 강이 0.0005% 미만의 붕소를 함유하는 경우 그리고 K=0.5, 강이 0.0005% 이상의 붕소를 함유하는 경우)를 만족시키는 것.

Description

[발명의 명칭]

고내마모성 기계요소의 생산을 위한 강과 생산 방법

[발명의 상세산 설명]

본 발명은 매우 높은 내마모성을 가지는 기계요소의 생산을 위한 강에 관한 것이다

광산(鑛山) 산업에서는, 예를 들어 활송(滑送)장치, 여과기, 절단 날 등의 장비가 쓰이는데, 이러한 것들은 매우 혹독한 마모를 받기 쉽다. 그와 같은 장비를 만들기 위해서는, 내마모성이 높고 550HB 내지 600HB 정도의 경도로 단련된 강으로 만들어진 기계요소, 특히 시트가 사용된다. 이들 강들은 0.35% 내지 0.5%의 탄소와 0.5% 내지 3%의 적어도 하나의 비금속 원소, 이를 테면 망간, 크롬, 니켈 또는 몰리브텐 등을 함유한다. 이들 강들은 절단이나 용접이 매우 어렵다는 단점을 가지고 있으며, 성형성이 낮고 또한, 대부분 깨지기 쉽다.

본 발명의 목적은 종래의 기술에 의한 기계요소들의 내마모성에 상당하는 내마모성을 가지면서도 용접과 절단이 쉬운 기계요소, 특히 시트의 제조를 가능케 하는 강을 제안함으로써 그와 같은 단점을 개선하는데 있다.

이러한 목적을 위하여 본 발명의 주제는 강으로서 그것의 화학적 조성은 중량상 다음 :

0.24%≤C≤0.3%

0%≤Si≤2%

0%≤Al≤2%

0%≤Mn≤2%

0%≤Ni≤4%

0%≤Cr≤3%

0%≤Mo≤0.6%

0%≤W≤1.2%

을 함유하고 경우에 따라서는 0.0005% 내지 0.005%의 붕소, 또 경우에 따라서는 0.3% 미만의 함량으로 Nb, V, Zr, Ti 중 적어도 하나의 원소, 또 경우에 따라서는 0.1%미만의 함량으로 Se, Te, Ca, Bi, Pb 중 적어도 하나의 원소를 함유하고, 나머지는 철과 제련의 결과로 생기는 불순물이 되며, 더 나아가 상기 화학적 조성은 다음의 관계 :

0.6%≤Al+Si≤2% 및 4.6×C+1.05×Mn+0.54×Ni+0.66×(Mo+W/2)+0.5×Cr+K≥1.6

(여기서 K= 0, 강이 0.0005%미만의 붕소를 함유하는 경우, 그리고 K =0.5, 강이 0.0005%이상의 붕소를 함유하는 경우)를 만족시키는 것을 특징으로 하고 있다.

바람직하게는, 상기 강의 화학적 조성은 다음 :

0.24%≤C≤0.27%

0%≤Si≤1%

0%≤Al≤1%

0.3%≤Mn≤1.6%

0%≤Ni≤2%

0.5%≤Cr≤1.8%

을 함유하고 더 나아가 다음의 관계 :

0.15%≤Mo+W/2≤0.45% 및 0.6%≤Si+Al≤1% 를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기의 화학적 조성은 더 나아가 다음의 관계를 만족시킬 수 있다 :

4.6×C+1.05×Mn+0.54×Ni+0.66×(Mo+W/2)+0.5×Cr+K≤3.7

(여기서 K =0, 강이 0.0005%미만의 붕소를 함유하는 경우, 그리고 K = 0.5, 강이 0.0005%이상의 붕소를 함유하는 경우 )

본 발명은 또한 높은 내마모성의 강으로 만든 기계요소의 생산 방법에 관한 것이기도 하며 여기서 :

- 본 발명에 따른 강의 기계요소가 사용되고,

- 상기 기계요소를 Ac₃이상까지 가열한 다음 상기 기계요소의 모두 지점에서,오스테나이트화 온도와 450℃ 사이의 냉각 속도가 1초당 1℃이상 그리고 450℃의 온도에서 200℃의 온도로 내려가는데 걸리는 시간은 50초 내지 60분, 바람직하게는 100초 내지 30분이 되도록 실온까지 갱각하는 방법으로 오스테나이트화시키고,

- 경우에 따라서는 어닐링을 250℃미만의 온도에서 3시간 미만의 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기의 기계요소를 오스테나이트화 온도에서 실온까지 냉각시키기 위하여, 그 기계요소를 오일-냉각(oil-quench)시킬 수도 있다. 이는 그 기계요소가 10mm 내지 100mm의 두께를 가진 시트일 경우에 특히 그러하다.

상기의 기계요소를 오스테나이트화 온도에서 실온까지 냉각시키기 위하여, 그 기계요소를 공기-냉각(air-quench) 시킬 수도 있다. 이는 그 기계요소가 2mm 내지 20mm의 두게를 가진 시트일 경우에 특히 그러하다.

마지막으로 본 발명은 5% 내지 15%의 오스테나이트를 포함하는 마르텐사이트 구조 또는 마르텐사이트-바이나이트 구조 및 400HB 내지 500HB의 경도를 갖는, 본 발명에 따른 강으로 구성된 내마모성 기계요소에 관한 것이다.

본 발명에 따른 또는 본 발명에 따른 방법에 의해 생산된 기계요소는 특히 채석장과 광산의 작업장, 토목 공사, 시멘트 공사, 제강소, 타일 공사, 벽돌 공사, 또는 농업에 여질 장비를 위한 마모성 기계요소의 제조에 사용될 수 있다.

이제 본 발명을 더욱 상세하게, 그러나 비제한적인 방법으로 기술하고자 한다.

본 발명에 따른 강은 중량상 다음 :

-양호한 내마모성에 필요한 충분한 경도를 얻을 수 있기 위하여는 탄소 0.24%이상, 그러나 양호한 용접성, 양호한 절단성, 양호한 굽힘성, 그리고 만족할 만한 인성(靭性)을 얻기 위해서는 탄소 0.3%미만, 바람직하게는 0.27% 미만;

- 규소 0% 내지 2%와 알루미늄0% 내지 2%, 이 때 알루미늄 규소함량의 합은 열처리 중의 탄화물의 석출을 늦추기 위한 목적에서 0.6% 이상, 그러나 강을 용접하기가 쉽고 그 인성이 떨어지지 않도록 하기 위하여는 2% 미만, 바람직하게는 1%미만;

- 망간 0% 내지 2% 바람직하게는 0.3% 내지 1.6%, 니켈 0% 내지 4%, 바람직하게는 0% 내지 2%, 크롬 0% 내지 3%, 바람직하게는 0.5% 내지 1.8%, 몰리브덴 0% 매비 0.6%, 텅스텐 0% 내지 1.2%, 이 때 몰리브덴 함량과 1/2 텅스텐 함량의 합은 지나치지 않을 정도의 충분한 경화성을 얻을 수 있을 만큼, 또한 내마모성에 유리한 탄화물의 형성을 허용하는 이점이 있는 상당한 비율의 잔류 오스테나이트, 크룸, 몰리브텐 그리고 텅스텐을 함유하는 마르텐사이트 구조 또는 마르텐사이트-바이나이트 구조를 주로 얻을 수 있기 위하여는 바람직하게는 0.15% 내지 0. 45%;

- 경우에 따라서는 경화성을 조절하기 위해 붕소 0.0005% 내지 0.005%,

- 경우에 따라서는, 용접성을 떨어뜨리지 않는 석출 경화를 얻기 위해 Nb, V, Zr 및 Ti에서 선택되는 적어도 하나의 원소;

- 경우에 따라서는 절삭가공성을 향상시키기 위해서 Se, Te, Ca, Bi 및 Pb에서 선택되는 적어도 하나의 원소;

을 함유하며 나머지는 철과 제련의 결과로 생기는 불순물이 된다. 경화성이 충분한 정도로 되게 하기 위해서는 강의 화학적 조성이 다음의 관계를 만족시키도록 하는 것이 바람직하다 :

A=4.6×C+1.05×Mn+0.54×Ni+0.66×(Mo+W/2)+0.5×Cr+K≥1.6

(여기서 K=0, 강이 0.0005% 미만의 붕소를 함유하는 경우, 그리고 K =0.5, 강이 0.0005% 이상의 붕소를 함유하는 경우).

그러나, 경화성이 과도하지 않게 하면서, 특히 용접이나 열절단 등에 의한강의 가공성이 저하되지 않게 하기 위해서는 Ａ가 3.7 이하를 유지하도록 하는 것도 또한 바람직하다.

상기의 강은 비교적 낮은 탄소 함유량으로 인해서 용접성이 양호하고 열에 의한 절단에도 적합하지만, 그것의 내마모성은 그것의 현미경적 구조에 달려 있으며 따라서 어떤 열처리를 받게 되는가에 달려 있다.

본 발명자들은 450HB 내지 500HB의 경도를 가질 수 있을 정도로, 주로 마르텐사이트 또는 마르텐사이트와 바이나이트의 혼합물(마르텐사이트-바이나이트 구조)과 5% 내지 15%의 탄소가 풍부한 잔류 오스테나이트로 이루어지는 구조를 가졌을 때, 그 내마모성은 550HB 이상의 경도를 갖는 마르텐사이트 강의 그것과 매우 비교할 만하였으며, 소성 변형에 의한 냉간 성형(冷間成形)에 대한 적합성도 상당히 우수하다는 것을 관찰하였다. 양호한 내마모성은 연마 입자들의 작용하에 잔류 오스테나이트가 매우 단단한 마르텐사이트로 국부적으로 변형되는 사실과, 동시에 응력을 받은 금속의 상당한 변형 능력에서 얻어진 것이기도 하다. 더욱이, 마르텐사이트 구성요소 내의 크롬과 몰리브덴 탄화물의 미세 분산물의 존재는 마모 작용을 향상시킨다. 본 발명자들은 또한 이러한 구조를 얻기 위해서는, 강을 Ac₃이상 가열시킨 다음 오스테나이트화 온도와 450℃ 사이의 냉각 속도가 1초당 1℃이상으로 하고, 450℃의 온도에서 200℃의 온도로 냉각되는 시간은 50초 내지 60분, 바람직하게는 100초 내지 30분이 되도록 하는 방법으로 실온까지 냉각하는 방법으로 오스테나이트화시키는 것이 필요함을 알게 되었다. 이러한 열처리는 경우에 따라서는, 250℃ 이하의 온도에서 3 시간 이하로 어닐링함으로써 달성될 수 있다.

내마모성을 가지는 기계요소를 제작하기 위해서, 본 발명에 따는 강은 예를 들어 롤링이나 포징 등의 열소성 변형에 의해 후에 성형되는 반제품의 형태로 제련 및 주조된다. 그리하여 얻어진 기계요소는 그 후 Ac₃이상까지 가열시킨 다음 상기 기계요소의 모든 지점에서, 오스테나이트화 온도와 450℃ 사이의 냉각 속도가 1초당 1℃ 이상으로 하고, 450℃의 온도에서 200℃의 온도로 냉각되는 시간은 50초 내지 60분, 바람직하게는 100초 내지 30분이 되도록 하는 방법으로 실온까지 냉각시키는 방법으로 오스테나이트시킨다. 경우에 따라서는, 그 기계요소를 250℃ 이하의 온도에서 3시간 이하의 시간 동안 어닐링시킨다.

느린 속도로 450℃/200℃ 범위를 통과하는 것은 준안정의 오스테나이트의 유지를 허용하는 효과를 가지며 동시에 마르텐사이트 또는 마르텐사이트-바이나이트 요소에 균일하게 분포하는 미세 크롬 및 몰리브덴 탄화물들의 형성을 유리하게 하는 효과를 갖는다.

기계요소를 오스테나이트화 온도에서 실온까지 냉각시키시 위하여 그것의 크기가 적당한 경우 그 기계요소를 오일-냉각시키는 것이 가능하다. 이는 특히 그 기계요소가 10mm 내지 100mm의 두께를 갖는 시트일 경우에 적용된다.

마찬가지로, 그 기계요소를 오스테나이트화 온도에서 실온까지 냉각시키기 위하여 그것의 크기가 적당한 경우 공기-냉각시키는 것도 가능하다. 이는 특히 그 기계요소가 두께 2mm 내지 20mm의 두께를 갖는 시트일 경우에 적용된다.

그리하여 5% 내지 15%의 오스테나이트를 포함하는 마르텐사이트 또는 마르텐사이트-바이나이트 구조를 가지며 경도가 400HB 내지 500HB 되는 본 발명에 따는 강으로 구성된 내마모성의 기계요소와, 특히 시트가 얻어진다.

실례로서, 본 발명에 따른 강 Ａ와 Ｂ 그리고 종래의 기술에 따른 강 Ｃ와 Ｄ를 사용한 시트가 제조되었다.

상기 강의 조성은 중량상 천분율로 다음과 같다 :

본 발명에 따른 시트 TA1, TA2 및 TB 그리고 비교의 목적으로 주어진 TA3, TC 및 TD의 특성은 다음과 같다.

종래의 기술에 따른 시트 TD는 전적으로 마르텐사이트 구조를 가지고 있고 경도가 550HB 이상이며 내마모성 지수는 100이다; 그러나, 강의 탄소 함유량 때문에 시트를 용접하기가 어렵다.

본 발명에 따른 강으로 이루어진, 시트 TA3는 물 -냉각된 것으로, 본 발명이 요구하는 것과 다른 구조를 주고 있고 내마모성 지수는 70으로서, 이는 대조표준 시트 TD의 내마모성 지수와 비교할 만한, 본 발명에 따른 시트 TA1, TA2 및 TB의 내마모성 지수 들에 비해 충분히 작은 수치이다.

시트 TA1과 TB는 또한 굽힘성에 있어서도 시트 TD와 구별되기도 한다; 시트 TA1과 TB는 두께의 6배의 반경으로 굽혀질 수 있는 반면에 시트 TD는 두께의 15배 이하의 반경으로는 굽혀질 수가 없다.

이러한 특성들이 있기 때문에, 본 발명에 따라 만들어진 일반적인 기계요소들, 특히 시트들은 혹독한 마찰을 받기 쉬운 모든 종류의 마모성 기계요소의 제조에 특히 적당하며, 특히 모든 종류의 산업에서 무수한(loose) 생산품을 다루는 장비에 혼합사용된다. 예로서, 그와 같은 기계요소들은 다음과 같은 것들이 있다; 적재기(積載機)/컨베이어 버킷 또는 스쿠프의 플레이트 아래의 절삭 블레이드와 보강 러너, 굴착기 드래그라인의 가이드-체인 플레이트, 톱니받침(래크), 구동 크라운, 체인휠, 충격 연삭기 또는 조(jaw) 분쇄기의 측면 케이싱 플레이트, 토목공사 및 채석 또는 자갈 채취 작업에 사용되는 스크린 그리드; 스크레이퍼-체인 컨베이어의 바닥부와 스크레이퍼, 호퍼 또는 활송장치의 케이싱 프렐이트, 나선형 활송장치의 스케일 플레이트, 디슬러저 코움(desludger comd), 분류기의 블레이드, 제동기 또는 운반기의 구성요소 탄광 등의 작업에 사용되는 사이클론의 스커트; 호퍼 또는 스킵의 케이싱 플레이트, 그랩 버킷 플레이트 석탄차의 바닥부, 진동 추출기 숏피닝 체임버의 케이싱 플레이트, 강 제조에 있어서 가이딩 또는 슬라이딩 플레이트; 브레이커의 절삭날, 그라인더형 압출기의 블레이드와 바닥부, 주형, 터보-분쇄기의 구성요소, 타일공사 또는 벽돌공사용 계량 호퍼, 나무 그루터기 제거용 공구 및 이(teeth), 목재 클램프, 커터,초퍼, 비터, 해머, 평활 플레이트, 랜드-클리어링 또는 암석 -제거기의 구성요소, 화물차의 종부재(縱部材), 심토(心土) 경작용 쟁기의 이, 농업 또는 토지 경작용 그루터기밭 도리깨.

Claims

고내마모성을 갖는 기계요소의 생성을 위한 강에 있어서 그것의 화학적 조성은중량상, 다음 :

- 0.24% ≤ C ≤ 0.27%

- Al 및 Si에서 선택된 하나 또는 두개의 원소로서, Al+ Si = 0.6%∼ 1%

- 0.3% ≤ Mn ≤ 1.6%

- 0.5% ≤ Cr ≤1.8%

- Mo 및 W에서 선택된 하나 또는 두개의 원소로서, Mo + W/2= 0.15% ∼ 0.45%

- 경우에 따라서는, Ni 2%이하를 함유하고 경우에 따라서는 0.0005% 내지 0.005%의 붕소, 또는 경우에 따라서는 0.3% 미만의 함량의 Nb,V, Zr,Ti 중 적어도 하나의 원소, 또 경우에 따라서는 0.1% 미만의 함량의 Se, Te, Ca, Bi, Pb 중 적어도 하나의 원소를 함유하며, 나머지는 철과 제련의 결과로 생기는 불순물이고, 더 나아가 상기 화학적 조성은 다음의 관계 :

4.6×C+1.05×Mn+0.54×Ni+0.66×(Mo+W/2)+0.5×Cr+K≥1.6

(여기서, 강이 0.0005% 미만의 붕소를 함유하는 경우, K=0이고, 강이 0.0005% 이상의 붕소를 함유하는 경우, K = 0.5이다)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 강
제1항에 있어서 상기 화학적 조성은 더 나아가 다음의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 강 :

4.6×C+1.05×Mn+0.54×Ni+0.66×(Mo+W/2)+0.5×Cr+K≤3.7

(여기서, 강이 0.0005% 미만의 붕소를 함유하는 경우, K=0이고, 강이 0.0005% 이상의 붕소를 함유하는 경우, K= 0.5이다)
고내마모성을 갖는 강으로 만든 기계요소의 생산 방법에 있어서,

- 제1항 또는 제3항에 따른 강을 제공하는 단계,

-상기 강을 Ac₃이상까지 가열한 다음, 상기 강의 모든 지점에서, 오스테나이트화 온도와 450℃ 사이의 냉각 속도가 1 ℃/s 이상이고 450℃의 온도에서 200℃의 온도로 내려가는데 걸리는 시간이 50초 내지 60분이 되도록 하는 방법으로, 상기 강을 오일- 또는 공기-냉각에 의해 실온까지 냉각시킴으로써 오스테나이트화시키는 단계

- 경우에 따라서는, 250℃ 미만의 온도에서 3시간 미만의 시간 동안 상기 오스테나이트화된 강을 어닐링시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서, 강을 오일-냉각시키는 경우, 상기 강은 10mm 내지 100mm 의 두께를 갖는 시트인 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서, 강을 공기-냉각시키는 경우, 상기 강은 2mm 내지 20mm 의 두께를 갖는 시트인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 강이 5% 내지 15%의 오스테나이트를 함유하는 마르텐사이트 구조 혹은 마르텐사이트-바이나이트 구조와 400HB 내지 500HB 의 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서 450℃의 온도에서 200℃의 온도로 내려가는데 걸리는 시간은 100초 내지 30분인 것을 특징으로 하는 방법.