KR101010570B1

KR101010570B1 - 내마모성 강판 제조 방법 및 제조된 강판

Info

Publication number: KR101010570B1
Application number: KR1020057009068A
Authority: KR
Inventors: 쟝 베기노; 쟝-죠지 브리손
Original assignee: 인더스틸 크뢰쏘
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2011-01-25
Also published as: US7459041B2; BR0315697A; CN100350061C; AU2003290188B2; US20080253920A1; PE20040487A1; PL375544A1; WO2004048620A1; US20060137780A1; UA80308C2; BR0315697B1; AU2003290188A1; RU2005119208A; ATE400667T1; DE60322092D1; US20080247903A1; EP1563104B1; FR2847270B1; ES2309377T3; SI1563104T1

Abstract

본 발명은 다음:0.35% ≤ 탄소(C) ≤ 0.8%; 0% ≤ 규소(Si) ≤ 2%; 0% ≤ 알루미늄(Al) ≤ 2%; 0.35% ≤ 규소 + 알루미늄 ≤ 2%; 0% ≤ 망간(Mn) ≤ 2.5%; 0% ≤ 니켈(Ni) ≤ 5%; 0% ≤ 크롬(Cr) ≤ 5%; 0% ≤ 몰리브덴(Mo) ≤ 0.50%; 0% ≤ 텅스텐(W) ≤ 1%; 0.1% ≤ 몰리브덴 + 텅스텐/2 ≤ 0.50%; 0% ≤ 붕소(B) ≤ 0.02%; 0% ≤ 티타늄(Ti) ≤ 2%; 0% ≤ 지르코늄(Zr) ≤ 4%; 0.05% ≤ 티타늄 + 지르코늄/2 ≤ 2%; 0% ≤ 황(S) ≤ 0.15%; 질소(N) ≤ 0.03%; 선택적으로, 0% 내지 1.5%의 구리; 선택적으로 니오브/2 + 탄탈륨/4 + 바나듐 ≤ 0.5%의 함량인 니오브(Nb), 탄탈륨(Ta), 또는 바나듐(V); 선택적으로, 0.1% 또는 그 미만의 셀레늄(Se), 텔루르(Te), 칼슘(Ca), 비스무트(Bi), 또는 납(Pb)을 포함하고; 그 나머지는 철과 불순물들이며; 그 조성은 다음과 같은 관계식: 0.1% ≤ 탄소^* = 탄소 - 티타늄/4 - 지르코늄/8 + 7x질소/8 ≤ 0.55%, 및 붕소 ≥ 0.0005%이면, K= 0.5이고 붕소 < 0.0005%이면 K=0 일때, 1.05x망간 + 0.54x니켈 + 0.50x크롬 + 0.3x(몰리브덴 + 텅스텐/2)^1/2 + K > 1.8이며 및 티타늄 + 지르코늄/2 -7x질소/2 ≥ 0.05%;을 만족하는 것인 화학적 조성을 갖는 내마모성 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 본 방법은 AC₃ 보다 높은 온도와, T = 800 - 270x탄소^*- 90x망간 - 37x 니켈 - 70x크롬 - 83x(몰리브덴 + 텅스텐/2) 내지 T-50℃의 온도까지 0.5℃/초의 속도로; 그 후 온 도 T와 100℃ 사이까지 Vr < 1150xep ^-1.7(ep = mm로 표현된 강판 두께)의 코어 속도로 냉각시키며; 실온까지 냉각시키는 것인 오스테나이트화 후 경화 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 결과적으로 얻어진 강판에 관한 것이다.

Description

내마모성 강판 제조 방법 및 제조된 강판{Method For Making an Abrasion Resistant Steel Plate and Plate Obtained}

본 발명은 내마모성(abrasion-resistant) 강철 및 그 제조방법에 관한 것이다.

내마모성 강철제품들은 공지되어 있으며 일반적으로 (400 내지 500 브리넬의) 우수한 경도를 갖고, 마텐자이트 구조(martensitic structure)를 가지며 0.12% 내지 0.3%의 탄소를 함유하는 강철제품들이다. 내마모성(wear resistance)을 증가시키기 위해, 단지 경도를 증가시키는 것이 필요하나, 그 경우, 다른 성질들, 예를 들면, 용접 또는 구부림에 의한 포밍(forming) 적응성(suitability)과 같은 성질들을 저해하게 된다는 점이 일반적으로 인식되어 있다. 따라서, 매우 우수한 내마모성 및 우수한 사용 적응성을 모두 갖춘 강철제품들을 얻기 위해서는, 경도를 증가시키는 것 이외의 수단들이 추구되어 왔다.

따라서, EP 0527 276과 US 5,393,358에서 조립(coarse) 티타늄 카바이드를 형성하기 위해 0.015% 내지 1.5%의 티타늄을 첨가하여 0.05% 내지 0.45%의 탄소, 1%까지의 실리콘, 2%까지의 망간, 2%까지의 구리, 10%까지의 니켈, 3%까지의 크롬, 및 3%까지의 몰리브덴, 붕소, 니오브 및 바나듐을 포함하는 강의 내마모성을 개선하는 방법이 제안되었다. 그 강은 담금질되고 결과적으로 마텐자이트 구조를 갖게 되며 조립 티타늄 카바이드의 존재로 인해 내마모성 증가가 이루어진다. 그러나, 보다 특별히, 강이 봉(bar)으로 주조될 때에는, 마모 응력의 효과에 의해, 카바이드들이 분리되고 더 이상 그들의 목적을 수행할 수 없기 때문에 그와 같은 개선은 제한된다. 또한, 그와 같은 강제품들에서, 조립 티타늄 카바이드들의 존재는 연성(dutility)를 억제한다. 결과적으로, 그와 같은 강으로 제조된 강판들은 펴고 구부리는 것이 어렵고, 이는 그들의 가능한 용도들을 제한한다.

본 발명의 목적은 우수한 표면 고르기(evenness)를 가지며, 모든 다른 특성들이 동일할때, 공지의 강보다 뛰어난 내마모성을 갖는 강판을 제공하여 그와 같은 단점들을 극복하는 것이다.

그 목적을 위해, 본 발명은 마모에 적합한 강 제품, 특히, 강판을 제조하는 방법에 관한 것이고, 그 강의 화학적 조성은 중량 기준으로 다음:

0.35% ≤ 탄소(C) ≤ 0.8%

0% ≤ 규소(Si) ≤ 2%

0% ≤ 알루미늄(Al) ≤ 2%

0.35% ≤ 규소 + 알루미늄 ≤ 2%

0% ≤ 망간(Mn) ≤ 2.5%

0% ≤ 니켈(Ni) ≤ 5%

0% ≤ 크롬(Cr) ≤ 5%

0% ≤ 몰리브덴(Mo) ≤ 0.50%

0% ≤ 텅스텐(W) ≤ 1.00%

0.1% ≤ 몰리브덴 + 텅스텐/2 ≤ 0.50%

0% ≤ 구리(Cu) ≤ 1.5%

0% ≤ 붕소(B) ≤ 0.02%

0% ≤ 티타늄(Ti) ≤ 2%

0% ≤ 지르코늄(Zr) ≤ 4%

0.05% ≤ 티타늄 + 지르코늄/2 ≤ 2%

0% ≤ 황(S) ≤ 0.15%

질소(N) ≤ 0.03%

-선택적으로, 니오브/2 + 탄탈륨/4 + 바나듐 ≤ 0.5%의 함량인 니오브(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V)으로 부터 선택된 적어도 하나의 원소,

-선택적으로, 0.1% 또는 그 미만의 함량인 셀레늄(Se), 텔루르(Te), 칼슘(Ca), 비스무트(Bi), 납(Pb)으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하고,

그 나머지(balance)는 철 및 제조과정에서 산출된 불순물들이고, 그 화학적 조성은 또한, 탄소^*= 탄소 - 티타늄/4 - 지르코늄/8 + 7x질소/8 일때 다음과 같은 관계식에 부합된다:

0.10% ≤ 탄소^*≤ 0.55%

및:

티타늄 + 지르코늄/2 - 7x질소/2 ≥ 0.05%

및:

붕소 ≥ 0.0005%이면, K= 0.5이고 붕소 < 0.0005%이면 K=0일 때

1.05x망간 + 0.54x니켈 + 0.50x크롬 + 0.3x(몰리브덴 + 텅스텐/2)^1/2 + K > 1.8,

또는 보다 유리하게는 2이며;

본 방법에 따르면, 전술된 제품이나 강판은 고온의 상태에서 압연과 같은 포밍을 위한 가열(in the heat) 조건에서 수행되거나 또는 오스테나이트화(austenitization) 후에 로(furnace)에서 재가열에 의해 수행되는 열적인 담금질 처리(thermal quneching processing)를 거치게 되는데, 이는 다음의:

-온도는 ℃로 표현되고, 탄소^*, 망간, 니켈, 크롬, 몰리브덴 및 텅스텐은 중량 %로 표현될 때, 전술된 강판이 AC₃ 보다 높은 온도와, T = 800 - 270x탄소^*- 90x망간 - 37x니켈 - 70x크롬 - 83x(몰리브덴 + 텅스텐/2) 내지 T-50℃의 온도 사이에서 0.5℃/초보다 높은 평균 냉각 속도로 냉각되는 단계,

-ep는 mm로 표현된 강판의 두께를 의미할 때, 전술된 강판이 그 후 평균 코어 냉각 속도 Vr < 1150xep ^-1.7(℃/초) 및 0.1℃/초보다 높은 속도로, 온도 T와 100℃ 사이까지 냉각되는 단계,

-그 후, 실온까지 냉각되고, 선택적으로 플래니싱(planishing)이 수행되는 단계로 구성된다.

담금질은 선택적으로 350℃ 미만의 온도, 바람직하게는 250℃ 미만의 온도에서 템퍼링(tempering)하는 단계로 이어질 수 있다.

본 발명은 또한, 특별히 본 발명의 방법에 따라 얻어진 강제품, 및 특히 강판에 대한 것이고, 그 강은 5% 내지 20%의 잔류 오스테나이트로 구성된 구조를 가지며, 그 구조의 나머지는 카바이드와 함께 마텐자이트 또는 마텐자이트/베이나이트(bainitic)이다. 제품이 강판인 경우, 그 두께는 2mm 내지 150mm일 수 있으며, 표면 고르기는 12mm/m 또는 그 미만인 편향, 보다 바람직하게는 5mm/m 미만인 편향을 가지는 특징을 보인다.

탄소 함량이 다음과 같을 때:

0.1% ≤ 탄소 - 티타늄/4 - 지르코늄/8 + 7x질소/8 ≤ 0.2%,

경도는 바람직하게는 280HB 내지 450HB이다.

탄소 함량이 다음과 같을 때:

0.2% < 탄소 - 티타늄/4 - 지르코늄/8 + 7x질소/8 ≤ 0.3%,

경도는 바람직하게는 380HB 내지 550HB이다.

탄소 함량이 다음과 같을 때:

0.3% < 탄소 - 티타늄/4 - 지르코늄/8 + 7x질소/8 ≤ 0.5%,

경도는 바람직하게는 450HB 내지 650HB이다.

이제 본 발명은 보다 상세하게 그러나, 비-한정적인 방식으로 기술되고 실시예들을 참조하여 설명될 것이다.

본 발명에 따른 강판을 제조하기 위해서, 중량%로 표현된, 다음과 같은 화학적 조성을 가지는 강이 제조된다:

-0.35% 내지 0.8%, 바람직하게는 0.45% 보다 높은, 또는 0.5% 높은 함량의 탄소, 및 0% 내지 2%의 티타늄, 0% 내지 4%의 지르코늄을 포함하며, 이 함량들은 다음과 같은 관계를 가져야 한다: 0.05% ≤ 티타늄 + 지르코늄/2 ≤2%. 첫째, 탄소는 충분히 단단한 마텐자이트 구조를 달성하도록 의도되고, 둘째, 티타늄 및/또는 지르코늄 카바이드류를 형성하도록 의도된다. 티타늄 + 지르코늄/2의 총량은 0.05%보다 높고, 바람직하게는 0.10%보다 높으며, 보다 바람직하게는 0.3%보다 높고, 또는 0.5%보다 훨씬 더 높아서, 최소한의 카바이드가 형성되도록 하고, 그러나 2% 미만, 바람직하게는 0.9% 또는 그 미만이어야만 하는데, 이는 그 수준 보다 높으면, 인성(toughness)과 용도 적응성이 저해되기 때문이다.

-0% (또는 미량) 내지 2%의 규소 및 0%(또는 미량) 내지 2%의 알루미늄을 포함하며, 규소 + 알루미늄의 총량은 0.35% 내지 2%이고, 바람직하게는 0.5%보다 높으며, 보다 바람직하게는 0.7%보다 훨씬 높다. 그와 같은 원소들은 탈산소제이며, 또한 탄소 함량이 높고 마텐자이트로의 변태는 티타늄 카바이드의 고정(anchoring)을 촉진하는 대규모 팽창과 함께 일어나는, 준안정(metastable) 상태의 잔류 오스테나이트의 생성을 촉진하는 효과를 가진다.

-적합한 수준의 담금질성(quenchability)을 획득하고 다양한 기계적 특성들, 또는 사용상의 특성들을 조정하기 위해서, 0%(또는 미량) 내지 2% 또는 심지어 2.5%의 망간, 0%(또는 미량) 내지 4%, 또는 심지어 5%의 니켈 및 0%(또는 미량) 내지 4%, 또는 심지어 5%의 크롬을 포함한다. 니켈은 특히, 강도에 대해 유리한 효과를 가지나, 고가이다. 크롬은 또한 마텐자이트 또는 베이나이트인 세립 카바이드들을 형성한다.

-0%(또는 미량) 내지 0.50%의 몰리브덴을 포함한다. 이 원소는 담금질성을 증가시키고, 특히, 냉각 동안, 오토-템퍼링(auto-tempering)에 의한 침전을 통해 마텐자이트 또는 베이나이트인 세립 경화(hardening) 카바이드들을 생성한다. 특히, 경화 카바이드들의 침전과 관련하여 바람직한 효과를 얻기 위해서, 함량은 0.50%를 초과할 필요는 없다. 몰리브덴은 완전히 또는 부분적으로, 2배 무게의 텅스텐으로 대체될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 몰리브덴을 능가하는 장점을 제공하지 않으며, 가격이 더 높기 때문에 실제로 이 대체는 바람직하지 않다.

-선택적으로, 0% 내지 1.5%의 구리를 포함한다. 이 원소는 용접성(weldability)를 저해하지 않으면서, 추가적인 경화를 유발할 수 있다. 1.5%의 수준보다 높으면, 더 이상 의미있는 효과를 가지지 않으며, 열연(hot-rolling)의 어려움들을 유발하고, 불필요하게 가격이 높다.

-0% 내지 0.02%의 붕소를 포함한다. 이 원소는 담금질성을 증가시키기 위해 선택적으로 첨가될 수 있다. 그 효과를 얻기 위해서는, 붕소의 함량은 바람직하게는 0.0005%보다 높고, 보다 바람직하게는 0.001%보다 높으며, 실질적으로는 0.01%를 초과할 필요는 없다.

-0.15%까지의 황을 포함한다. 이 원소는 일반적으로 0.005% 또는 그 미만으로 제한되는 잔류물이나, 그 함량은 기계 가공성(machinability)을 개선하기 위해 자발적으로 증가될 수 있다. 황의 존재 하에, 고온 상태에서 변태와 관련된 어려움들을 방지하기 위해서, 망간 함량은 황 함량의 7배보다 높아야 한다는 것에 유의해야 한다.

-선택적으로, 내마모성을 개선할 상대적으로 조립질인 카바이드들을 형성하기 위해서, 니오브/2 + 탄탈륨/4 + 바나듐이 0.5% 미만으로 남을 수 있는 함량의 니오브, 탄탈륨, 및 바나듐으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함한다. 그러나, 이와 같은 원소들에 의해 형성된 카바이드들은 티타늄 또는 지르코늄에 의해 형성된 카바이드들보다 덜 효과적이며, 그 이유 때문에, 그들은 선택적이며 제한된 양으로 첨가된다.

-선택적으로, 각각 0.1% 미만의 함량으로 셀레늄, 텔루르, 칼슘, 비스무트 및 납으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함한다. 이들 원소들은 기계 가공성을 증가시키도록 의도된다. 강이 셀레늄 및/또는 텔루르를 포함하는 경우, 망간의 함량은 황의 함량을 고려하여, 셀레늄화 망간(manganese selenides) 또는 텔루르화 망간(manganese tellurides)을 형성할 수 있을 정도이어야 함에 유의해야 한다.

-그 나머지는 철 및 제조과정에서 산출된 불순물들을 포함한다. 불순물들은 특히, 그 함량이 제조방법에 따라 좌우되는 질소를 포함하나, 일반적으로 0.03%를 초과하지 않는다. 그 원소는 강도를 저해하지 않기 위해 지나치게 조립질이어서는 안되는 질소화물들을 형성하기 위해 티타늄 또는 지르코늄과 반응할 수 있다. 조립질 질소화물들의 생성을 방지하기 위해서, 티타늄 및 지르코늄이 매우 점진적인 방식으로, 예를 들면, 티타늄 또는 지르코늄 산화물이 포함된 슬래그와 같은 산화된 상(oxidized phase)을 산화된 액체 강과 접촉시키는 방식으로, 액체 강에 첨가될 수 있고 티타늄 또는 지르코늄이 산화된 상으로부터 액체 강으로 서서히 확산되게 하기 위해 액체 강을 탈산소화한다.

나아가, 만족할만한 물성들을 얻기 위해서, 탄소, 티타늄, 지르코늄, 및 질소의 함량들은 다음과 같아야 한다:

0.1% ≤ 탄소 - 티타늄/4 -지르코늄/8 + 7x질소/8 ≤ 0.55%.

탄소 - 티타늄/4 -지르코늄/8 + 7x질소/8 = 탄소^* 라는 식은 티타늄 카바이드 및 지르코늄 카바이드의 침전 후에, 티타늄 질화물 및 지르코늄 질화물들의 생성을 고려한, 자유 탄소의 함량을 나타낸다. 최소한의 경도를 가진 마텐자이트를 얻기 위해서는 자유 탄소 함량, 탄소^*은 0.1%보다 높아야 하며, 바람직하게는 0.22%보다 높거나 동일해야 하나, 0.55%보다 높은 경우에는, 강도 및 용도 적응성이 지나치게 저해된다.

화학적 조성은 또한 제조하고자 하는 강판의 두께를 고려하여 강의 담금질성이 충분하도록 선택되어야 한다. 이를 위해, 화학적 조성은 다음의 관계를 충족해야 한다:

붕소 ≥ 0.0005%이면, K= 0.5이고 붕소 < 0.0005%이면 K=0일 때;

담금(Quench) = 1.05x망간 + 0.54x니켈 + 0.50x크롬 + 0.3x(몰리브덴 + 텅스텐/2)^1/2+ K > 1.8 또는 그 이상, 바람직하게는 2.

보다 특별히, 담금이 1.8 내지 2이면, 잔류 오스테나이트의 형성을 촉진하기 위해서 규소 함량은 0.5%보다 높은 것이 바람직하다는 점을 유의해야 한다.

또한, 티타늄, 지르코늄, 및 질소의 함량은 바람직하게는 다음과 같아야 한다:

티타늄 + 지르코늄/2 - 7x질소/2 ≥ 0.05%이고, 보다 바람직하게는 0.1%보다 높고, 보다 더 바람직하게는 0.3%보다 높아서 카바이드 함량이 충분해야 한다.

마지막으로, 그리고 우수한 내마모성을 얻기 위해서, 강의 마이크로그래픽 구조는 마텐자이트 또는 베이나이트 또는 그 두가지 구조들의 혼합과 5% 내지 20%의 잔류 오스테나이트로 구성되고, 그 구조는 또한 조립질 티타늄 카바이드 또는 지르코늄 카바이드, 또는 니오브 카바이드, 탄탈륨 카바이드, 또는 바나듐 카바이드들을 포함하고, 이들은 고온에서 형성된다. 본 발명자들은 조립 카바이드들의 내마모성 개선에 대한 효과가 그들의 조숙한 분리에 의해 저해될 수 있고 그 분리는 마모 현상의 효과에 의해 새로운 마텐자이트로 변태되는 준안정 상태의 오스테나이트의 존재에 의해 방지될 수 있다는 점을 확립했다. 준안정 상태의 오스테나이트의 새로운 마텐자이트로의 변태는 팽창에 의해 발생되고 마모된 서브-층(sub-layer)에서의 변태는 카바이드들의 분리에 대한 저항성을 증가시키고, 그 방식으로 내마모성을 개선한다.

또한, 강의 탁월한 경도와 무른 티타늄 카바이드들의 존재는 플래니싱 작업들을 가능한 한 제한하는 것이 필요하게 한다. 그와 같은 관점에서, 본 발명자들은 베이나이트/마텐자이트 변태 영역에서 냉각을 충분히 둔화시킴으로써, 생성물들의 잔존 변형들이 감소되고, 이는 플래니싱 작업들이 제한될 수 있게 한다는 점을 정립했다. 본 발명자들은 Vr < 1150xep^-1.7 (본 식에서 ep는 mm로 표현된 강판의 두께이고, 냉각 속도는 ℃/초로 표현됨)의 냉각 속도로, 제품 또는 강판을 T= 800 - 270x탄소^*- 90x망간 - 37x니켈 - 70x크롬 - 83x(몰리브덴 + 텅스텐/2)(℃로 표현됨) 미만으로 냉각시키면, 첫째, 상당한 비율의 잔류 오스테나이트의 생성이 촉진되고, 둘째, 상 변화들에 의해 유발된 잔류 응력들이 감소된다는 점을 정립했다.

우수한 내마모성을 갖춘, 매우 편평한 강판을 생성하기 위해서, 강은 슬래브(slab)나 봉의 형태로 제조되고 주조된다. 슬래브나 봉은 추가적인 플래니싱 없이, 또는 제한적으로 플래니싱하면서 원하는 구조와 우수한 표면 고르기가 얻어질 수 있게 하는 열적인 처리를 거치게 될 강판을 얻기 위해서 열연(hot-rolled)된다. 열적인 처리는 선택적으로 냉간 플래니싱(cold planishing) 또는 중간 온도에서의 플래니싱 후에, 압연 열(rolling heat)에서 직접적으로, 또는 순차적으로 수행될 수 있다.

열적인 처리 작업을 수행하기 위해서,

-강은 완전한 오스테나이트 구조를 부여하기 위해서 AC₃점 이상까지 가열되고,

-그 후에, 임계 베이나이트 변태 속도(critical bainitic transformation rate)보다 높은 평균 냉각 속도로 온도 T= 800 - 270x탄소^* - 90x망간 - 37x니켈 - 70x크롬 - 83x(몰리브덴 + 텅스텐/2)(℃로 표현됨)와 동일하거나 약간 낮은 (약 50℃를 초과하는 정도) 온도까지 냉각되고,

-강판은 충분한 경도를 얻기 위해서 0.1℃/초에서부터, 바람직한 구조를 얻기 위해서 1150xep^-1.7까지의 평균 코어 냉각 속도, Vr로, 이와 같은 방식으로 정의된 온도(즉, 약 T 내지 T-50℃)와 약 100℃ 사이로 냉각되며,

-그리고, 강판은 실온까지, 바람직하게는 그러나 강제없이, 느린 속도로 냉각된다.

또한, 350℃ 또는 그 미만의 온도에서, 바람직하게는 250℃ 또는 그 미만의 온도에서 스트레스-완화(stress-relief) 처리 작업을 수행할 수 있다.

이와 같은 방식으로, 두께가 2mm 내기 150mm일 수 있고 플래니싱 없이, 또는 적당한 플래니싱을 통해 미터당 12mm 미만인 편향의 특징을 보이는 탁월한 표면 고르기를 갖는 강판이 얻어진다. 강판은 280HB 내지 650HB의 경도를 가진다. 그 경도는 주로 자유 탄소의 함량, 즉, 탄소^*=탄소 - 티타늄/4 -지르코늄/8 + 7x질소/8에 좌우된다.

자유 탄소, 탄소^*의 함량에 따라서, 증가되는 경도의 수준들에 해당하는 다수의 범위들을 정의할 수 있고, 특히:

a) 0.1% ≤ 탄소^* ≤ 0.2%인 경우, 경도는 약 280HB 내지 450HB이고,

b) 0.2% ≤ 탄소^* ≤ 0.3%인 경우, 경도는 약 380HB 내지 550HB이고,

c) 0.3% ≤ 탄소^* ≤ 0.5%인 경우, 경도는 약 450HB 내지 650HB이다.

경도는 자유 탄소, 탄소^*함량의 함수이므로, 매우 상이한 함량의 티타늄 또는 지르코늄에 대해서 동일한 경도가 얻어질 수 있다. 동일한 경도에서, 티타늄이나 지르코늄 함량이 높을수록 내마모성은 높아진다. 마찬가지로, 동일한 티타늄이나 지르코늄의 함량에서, 경도가 높을수록, 내마모성은 증가된다. 또한, 자유 탄소의 함량이 감소될수록, 강을 사용하는 것이 보다 용이해지나, 자유 탄소의 함량이 동일한 경우, 티타늄 함량이 감소될수록, 연성이 증가된다. 그와 같은 모든 고려들은 각 응용 분야별로 가장 적합한 성질들을 유도할 수 있는 탄소와 티타늄 또는 지르코늄 함량이 선택될 수 있게 한다.

경도 수준별로, 그 응용들은, 예를 들면, 다음과 같다:

-280 내지 450 HB: (준설기의) 양동이, 화물자동차나 덤프 트럭의 버킷, 집진장치의 실딩(shielding), 개조식 화물차(hopper), 골재용 주형(moulds for aggregates),

-380 내지 550 HB: 임팩트 연삭기용 실딩, 불도저 날, 그랩 버킷 날, 체(sieve)용 격자들,

-450 내지 650 HB: 실딩 실린더형 연삭기의 금속판들, (준설기의) 양동이의 보강 요소들, 리딩 블래이드 아래의 보강 요소들(reinformcement elements under leading blades), 컷-워터 블래이드 실드(cut-water blade shields), 리딩 엣지들(leading edges).

실시예로써, 본 발명에 따른 A에서 G까지 지정된 강판들과 선행기술에 따른 H에서 J까지 지정된 강판들이 고려된다. 경도, 구조의 잔류 오스테나이트 함량 및 내마모성 값 Rus와 10^-3 중량%로 표현된 강의 화학적 조성들이 표 1에 요약되어 있다.

표 1

내마모성 값 Rus는 분급된 규암 괴상(graded quartzite aggregate)을 담고있는 용기 내에서 회전하는 다각통형 시료(prismatic test piece)의 중량 감소의 역 로그값에 따라 변한다.

모든 강판들은 30mm의 두께를 가지며, A에서 G의 강에 해당하는 강판들은 900℃에서의 오스테나이트화 후에, 본 발명에 따라 담금질되었다.

오스테나이트화 후에, 냉각 조건은 다음과 같다:

-강 B 및 D의 강판의 경우: 본 발명에 따라, 위에 정의된 T보다 높은 온도에서는 0.7℃/초의 평균 속도로, 그 이하에서는 0.13℃/초의 평균 속도로 냉각되고,

-강 A, C, E, F, G의 강판의 경우: 본 발명에 따라, 위에 정의된 T보다 높은 온도에서는 6℃/초의 평균 속도로, 그 이하에서는 1.4℃/초의 평균 속도로 냉각되고,

-비교를 위해 주어진, 강 H, I, J의 강판: 900℃에서 오스테나이트화 후에, 위에 정의된 T보다 높은 온도에서는 20℃/초의 평균 속도로, 그 이하에서는 12℃/초의 평균 속도로 냉각된다.

본 발명에 따른 강판들은 5% 내지 20%의 잔류 오스테나이트를 포함하는 마텐자이트/베이나이트 구조를 가지는 반면, 비교를 위해 주어진 강판들은 완전한 마텐자이트 구조를 가진다. 즉, 마텐자이트 구조이며, 2 또는 3%보다 높은 비율의 잔류 오스테나이트를 포함하지 않는다. 모든 강판들은 카바이드들을 포함한다.

내마모성의 비교는 경도와 티타늄 함량이 비슷한 경우, 본 발명에 따른 강판들은 선행 기술에 따른 강판들의 Rus 계수보다 평균 0.5 더 큰 Rus 계수들을 가진다는 것을 보여준다. 특히, 구조 측면에서 실질적으로 상이한 A와 H의 비교(A는 10%의 잔류 오스테나이트를 함유하고, H는 완전한 마텐자이트 구조를 가짐)는 구조 내에 잔류 오스테나이트의 존재의 발생을 보여준다. 잔류 오스테나이트 함량의 차이는 열적 처리 작업들간 차이 및 규소함량간 차이에서 비롯된다는 점에 유의해야 한다.

또한, 모든 사항들이 실질적으로 동일할 때, 티타늄 카바이드에 돌릴 수 있는 내마모성에 대한 기여는 그들의 존재가 본 발명에 따른 잔류 오스테나이트의 존재와 결합될 때, 그와 같은 카바이드들이 실질적으로 잔류 오스테나이트가 없는 매트릭스 내에서 침전되는 때보다 훨씬 높다. 따라서, 티타늄 함량에 있어서의 비슷한 차이들 때문에(그리고, 그에 따른 TiC의 함량의 경우에, 탄소는 여전히 과량임), (본 발명에 따른) 강 F 및 G의 쌍은 티타늄에 의해 야기된 내성의 증가 측면에서, 강 I 및 J 쌍과 매우 다르다. F, G의 경우, 0.245%의 티타늄에 의해 야기된 내성값 Rus의 증가는 0.46이고, 반면에, I, J 쌍의 경우, 0.265%의 티타늄 함량 차이에 대해, 증가값은 0.31에 불과하다.

관찰 결과는 주변의 매트릭스가 마모 응력의 효과 하에서 평창될 때 경화 마텐자이트로 변태될 수 있는 잔류 오스테나이트를 포함할 때, 이에 의해 티타늄 카바이드들에 가해지는 증가된 압착 효과에 의해 설명될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 강판들에 대해, 플래니싱 없이, 냉각 후의 변형은 10mm/m 미만이고 강판 H에 대해서는 약 15mm/m이다.

실제로, 이는 플래니싱 없이 생성물을 제공하거나 또는 표면 고르기(예를 들면, 5mm/m)의 측면에서 보다 엄격한 요건들을 준수하기 위해서 플래니싱을 수행할 수 있는 가능성을 도출하고, 그러나 위의 플래니싱은 본 발명에 따른 생성물들의 보다 낮은 수준의 원래의 변형 때문에, 보다 쉽게, 보다 작은 스트레스의 도입으로 수행될 수 있다.

Claims

내마모성을 가지며 중량 기준으로 다음의 화학적 조성을 가지는 강으로 된 제품 또는 강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 화학적 조성은 중량 기준으로 다음:

0.35% ≤ 탄소(C) ≤ 0.8%

0% < 규소(Si) ≤ 2%

0% < 알루미늄(Al) ≤ 2%

0.35% ≤ 규소 + 알루미늄 ≤ 2%

0% < 망간(Mn) ≤ 2.5%

0% < 니켈(Ni) ≤ 5%

0% < 크롬(Cr) ≤ 5%

0% < 몰리브덴(Mo) ≤ 0.50%

0% < 텅스텐(W) ≤ 1.00%

0.1% ≤ 몰리브덴 + 텅스텐/2 ≤ 0.50%

0% < 붕소(B) ≤ 0.02%

0% < 티타늄(Ti) ≤ 2%

0% < 지르코늄(Zr) ≤ 4%

0.05% ≤ 티타늄 + 지르코늄/2 ≤ 2%

0% < 황(S) ≤ 0.15%

0% < 질소(N) < 0.03%

-선택적으로, 0% 내지 1.5%의 구리,

-선택적으로 니오브/2 + 탄탈륨/4 + 바나듐 ≤ 0.5%의 함량인 니오브(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V)으로부터 선택된 적어도 하나의 원소,

-선택적으로, 0.1% 또는 그 미만의 함량인 셀레늄(Se), 텔루르(Te), 칼슘(Ca), 비스무트(Bi), Pb(납)으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하고,

그 나머지(balance)는 철 및 제조과정에서 산출된 불순물들이고, 상기 화학적 조성은 또한 다음과 같은 관계식:

탄소^* = 탄소 - 티타늄/4 - 지르코늄/8 + 7x질소/8 라 할 때, 상기 탄소^*는 0.1% ≤탄소^*≤ 0.55%,

및:

티타늄 + 지르코늄/2 - 7x질소/2 ≥ 0.05%

및:

붕소 ≥ 0.0005%이면, K= 0.5이고 붕소 < 0.0005%이면 K=0 일때,

1.05x망간 + 0.54x니켈 + 0.50x크롬 + 0.3x(몰리브덴 + 텅스텐/2)^1/2 + K >

1.8에 부합되며;

상기 방법에 따르면, 상기 강판은 고온의 상태에서 포밍(forming)을 위해 가열(in the heat) 조건에서 수행되거나 또는 오스테나이트화(austenitization) 후에 로(furnace)에서 재가열에 의해 수행되는 열적인 담금질 처리를 거치게 되고, 상기 담금질을 수행하기 위해서:

-상기 제품 또는 상기 강판은 AC₃ 보다 높은 온도와, 탄소^* = C - Ti/4 - Zr/8 + 7xN/8인 T = 800 - 270 x 탄소^*- 90 x 망간 -37x 니켈 - 70 x 크롬 - 83 x (몰리브덴 + 텅스텐/2) 내지 T-50℃의 온도 사이에서 0.5℃/초보다 높은 평균 냉각 속도로 냉각되고,

-상기 제품 또는 강판은, ep는 mm로 표현된 강판의 두께를 의미할 때, 그 후 코어 냉각 속도 Vr < 1150xep ^-1.7 및 0.1℃/초보다 높은 속도로, 온도 T와 100℃ 사이까지 냉각되고,

-상기 제품 또는 강판은 실온까지 냉각되며, 선택적으로 플래니싱(planishing)이 수행되는 것인, 강으로 된 제품을 제조하는 방법.
제 1항에 있어서,

1.05x망간 + 0.54x니켈 + 0.50x크롬 + 0.3x(몰리브덴 + 텅스텐/2)^1/2+ K > 2인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

탄소 > 0.45%인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

규소 + 알루미늄 > 0.5%인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

티타늄 + 지르코늄/2 > 0.10%인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

티타늄 + 지르코늄/2 > 0.30%인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

탄소^*≥ 0.22%인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

템퍼링(tempering)이 350℃ 또는 그 미만의 온도에서 추가로 수행되는 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

티타늄을 상기 강에 첨가하기 위해서, 상기 강을 액상으로 준비하여 상기 액상인 강을 티타늄을 포함하는 슬래그(slag)와 접촉하도록 하고, 상기 슬래그의 상기 티타늄이 상기 액상인 강으로 서서히 확산되도록 하는 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품을 제조하는 방법.
내마모성을 가지며 중량 기준으로 다음의 화학적 조성을 가지는 강으로 된 제품에 있어서, 상기 화학적 조성은 중량기준으로 다음:

0.35% ≤ 탄소(C) ≤ 0.8%

0% < 규소(Si) ≤ 2%

0% < 알루미늄(Al) ≤ 2%

0.35% ≤ 규소 + 알루미늄 ≤ 2%

0% < 망간(Mn) ≤ 2.5%

0% < 니켈(Ni) ≤ 5%

0% < 크롬(Cr) ≤ 5%

0% < 몰리브덴(Mo) ≤ 0.50%

0% < 텅스텐(W) ≤ 1.00%

0.1% ≤ 몰리브덴 + 텅스텐/2 ≤ 0.50%

0% < 붕소(B) ≤ 0.02%

0% < 티타늄(Ti) ≤ 2%

0% < 지르코늄(Zr) ≤ 4%

0.05% ≤ 티타늄 + 지르코늄/2 ≤ 2%

0% < 황(S) ≤ 0.15%

0% < 질소(N) < 0.03%

-선택적으로, 0% 내지 1.5%의 구리,

-선택적으로 니오브/2 + 탄탈륨/4 + 바나듐 ≤ 0.5%의 함량인 니오브(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V)으로 부터 선택된 적어도 하나의 원소,

-선택적으로, 0.1% 또는 그 미만의 함량인 셀레늄(Se), 텔루르(Te), 칼슘(Ca), 비스무트(Bi), Pb(납)으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하고,

그 나머지(balance)는 철 및 제조과정에서 산출된 불순물들이고, 상기 화학적 조성은 또한 다음과 같은 관계식:

탄소^* = 탄소 - 티타늄/4 - 지르코늄/8 + 7x질소/8 라 할 때, 상기 탄소^*는 0.1% ≤탄소^*≤ 0.55%,

및:

티타늄 + 지르코늄/2 - 7x질소/2 ≥ 0.05%

및:

붕소 ≥ 0.0005%이면, K= 0.5이고 붕소 < 0.0005%이면 K=0 일때,

1.05x망간 + 0.54x니켈 + 0.50x크롬 + 0.3x(몰리브덴 + 텅스텐/2)^1/2 + K > 1.8에 부합되며;

그 표면 고르기는 12mm/m 미만인 편향의 특징을 가지고, 상기 강은 마텐자이트 또는 마텐자이트/베이나이트 구조를 가지며, 상기 구조는 추가적으로 5% 내지 20%의 잔류 오스테나이트 및 카바이드들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.
제 10항에 있어서,

1.05x망간 + 0.54x니켈 + 0.50x크롬 + 0.3x(몰리브덴 + 텅스텐/2) + K > 2인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.
제 10항 또는 제 11항에 있어서,

탄소 > 0.45%인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.
제 10항 또는 제11항에 있어서,

규소 + 알루미늄 > 0.5%인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.
제 10항 또는 제11항에 있어서,

티타늄 + 지르코늄/2 > 0.10%인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.
제 10항 또는 제11항에 있어서,

티타늄 + 지르코늄/2 > 0.30%인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.
제 10항 또는 제11항에 있어서,

탄소^*≥ 0.22%인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.
제 10항 또는 제11항에 있어서,

상기 강으로 된 제품은 강판인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.
제 10항 또는 제11항에 있어서,

경도는 280 HB 내지 450 HB이고:

0.1% ≤ 탄소 - 티타늄/4 - 지르코늄/8 + 7x질소/8 ≤ 0.2%인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.
제 10항 또는 제11항에 있어서,

경도는 380 HB 내지 550 HB이고:

0.2% < 탄소 - 티타늄/4 - 지르코늄/8 + 7x질소/8 ≤ 0.3%인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.
제 10항 또는 제11항에 있어서,

경도는 450 HB 내지 650 HB이고:

0.3% < 탄소 - 티타늄/4 - 지르코늄/8 + 7x질소/8 ≤ 0.5%인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.
제 17항에 있어서,

상기 강판은 2mm 내지 150mm의 두께를 가지며 그 표면 고르기는 12mm/m 미만인 편향의 특징을 가진 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.