KR101010593B1

KR101010593B1 - 내마모성 강판 제조 방법 및 제조된 강판

Info

Publication number: KR101010593B1
Application number: KR1020057009066A
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: CA2506347A1; ES2300636T3; BR0315694A; JP4535875B2; CA2506347C; AU2009201117B2; US7462251B2; PE20040486A1; US20080253921A1; PT1563103E; RU2005119211A; JP2006506526A; US20060144483A1; RU2326180C2; ZA200504151B; CN1714161A; FR2847271A1; EP1563103A1; US7998285B2; AU2009201117B8

Abstract

본 발명은 다음:0.1% ≤ 탄소(C) ≤ 0.23%; 0% ≤ 규소(Si) ≤ 2%; 0% ≤ 알루미늄(Al) ≤ 2%; 0.5% ≤ 규소 + 알루미늄 ≤ 2%; 0% ≤ 망간(Mn) ≤ 2.5%; 0% ≤ 니켈(Ni) ≤ 5%; 0% ≤ 크롬(Cr) ≤ 5%; 0% ≤ 몰리브덴(Mo) ≤ 1%; 0% ≤ 텅스텐(W) ≤ 2%; 0.05% ≤ 몰리브덴 + 텅스텐/2 ≤ 1%; 0% ≤ 붕소(B) ≤ 0.02%; 0% ≤ 티타늄(Ti) ≤ 0.67%; 0% ≤ 지르코늄(Zr) ≤ 1.34%; 0.05% ≤ 티타늄 + 지르코늄/2 ≤ 0.67%; 0% ≤ 황(S) ≤ 0.15%; 질소(N) < 0.030%; 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 함량인 셀레늄(Se), 텔루르(Te), 칼슘(Ca), 비스무트(Bi), 또는 납(Pb)을 포함하고; 그 나머지는 철과 불순물들인 조성을 갖는 내마모성 강 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 추가적으로: 0.095% ≤ 탄소^* = 탄소 - 티타늄/4 - 지르코늄/8 + 7x질소/8이며 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 > 1.8을 만족한다. 그 방법은 오스테나이트화 후에, 다음:AC₃와 T = 800 - 270x탄소^*- 90x망간 - 37x니켈 - 70x크롬 - 83x(몰리브덴 + 텅스텐/2) 내지 약 T-50℃의 온도 사이에서 0.5℃/초보다 높은 평균 냉각 속도로 강 판을 냉각시키는 단계; 그 후 0.1 < Vr < 1150xep ^-1.7의 속도로, 온도 T와 100℃ 사이까지 냉각시키는 단계 (ep = mm로 표현된 강판 두께);그 후, 실온까지 냉각되는 단계 및 선택적으로 플래니싱하는 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 Steel Plate Obtained}

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

400 브리넬 수준의 경도를 가지며 충분한 담금질성(quenchability)을 갖기 위해 수% 미만의 함량인 망간, 니켈, 크롬 및 몰리브덴과 함께, 약 0.15%의 탄소를 포함하는 마모에 적합한 강제품들이 공지되어 있다. 이와 같은 강제품들은 완전한 마텐자이트 구조(martensitic structure)를 갖기 위해 담금질된다. 그들은 용접, 절삭, 또는 굽힘에 의해 사용하기가 상대적으로 간단하다는 장점을 가진다. 그러나, 제한된 내마모성을 가지는 단점이 있다. 물론, 탄소 함량을 증가시킴으로써 내마모성을 강화하고, 이에 의해 경도를 강화하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 이 공정의 방법은 용도 적응성(suitability for use)를 저해하는 단점을 가진다.

본 발명의 목적은 우수한 표면 고르기(evenness)를 가지며, 모든 다른 특성들이 동일할때, 400 브리넬의 경도를 가지는 공지의 강보다 뛰어난 내마모성을 가지며, 공지의 강제품들의 용도 적응성과 동등한 수준의 용도 적응성을 갖는 강판을 제공하여 그와 같은 단점들을 극복하는 것이다.

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

0.1% ≤ 탄소(C) ≤ 0.23%

0% ≤ 규소(Si) ≤ 2%

0% ≤ 알루미늄(Al) ≤ 2%

0.5% ≤ 규소 + 알루미늄 ≤ 2%

0% ≤ 망간(Mn) ≤ 2.5%

0% ≤ 니켈(Ni) ≤ 5%

0% ≤ 크롬(Cr) ≤ 5%

0% ≤ 몰리브덴(Mo) ≤ 1%

0% ≤ 텅스텐(W) ≤ 2%

0.05% ≤ 몰리브덴 + 텅스텐/2 ≤ 1%

0% ≤ 구리(Cu) ≤ 1.5%

0% ≤ 붕소(B) ≤ 0.02%

0% ≤ 티타늄(Ti) ≤ 0.67%

0% ≤ 지르코늄(Zr) ≤ 1.34%

0.05% ≤ 티타늄 + 지르코늄/2 ≤ 0.67%

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 제조 과정에서 산출된 불순물들이며, 그 화학적 조성은 또한, 다음과 같은 관계식에 부합된다:

탄소^*= 탄소 - 티타늄/4 - 지르코늄/8 + 7x질소/8 ≥ 0.095%

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;

전술된 강은 마텐자이트 또는 마텐자이트와 오토-템퍼링된(auto-tempered) 베이나이트의 혼합에 의해 구성된 구조를 가지며, 그 구조는 또한 카바이드들과 5% 내지 20%의 오스테나이트를 포함한다.

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 다음:

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

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

-그 후, 실온까지 냉각시키고 및 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 얻어지고, 그 평탄도(flatness)는 12mm/m 또는 그 미만인 편향(deflection), 보다 바람직하게는 5mm/m 미만인 편향을 가지는 강판에 관한 것이고, 그 강은 5% 내지 20%의 잔류 오스테나이트로 구성된 구조를 가지며, 그 구조의 나머지는 마텐자이트 또는 마텐자이트/베이나이트(bainitic)이며 카바이드들을 포함한다. 그 강판의 두께는 2mm 내지 150mm일 수 있다.

경도는 바람직하게는 270HB 내지 450HB이다.

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:

-충분한 수준의 경도를 얻고 카바이드들의 생성을 가능하게 하기 위해서 0.1% 보다 높은 함량의 탄소, 그러나 용접 및 절삭 적응성이 우수하게 하기 위해서 0.23% 미만 및 바람직하게는 0.22%미만의 탄소를 포함한다.

-0% 내지 0.67%의 티타늄 그리고 0% 내지 1.34%의 지르코늄을 포함하며, 이 함량들은 강이 내마모성을 증가시키는 조립질coarse) 티타늄 카바이드 또는 지르코늄 카바이드들을 포함하도록 티타늄 + 지르코늄/2의 총함량이 0.05%보다 높고, 바람직하게는 0.1%보다 높고, 보다 더 바람직하게는 0.2%보다 높아야 한다. 그러나 티타늄 + 지르코늄/2의 총함량은 0.67% 미만으로 유지되어야 하는데, 이는 그 수준보다 높으면, 강이 충분한 수준의 경도를 위해 필요한 충분한 양의 자유 탄소를 포함하지 않기 때문이다. 또한, 우선순위가 그 물질의 인성(toughness)에 부여되어야 한다면, 티타늄 + 지르코늄/2의 함량은 바람직하게는 0.50% 미만, 보다 바람직하게는 0.40% 또는 0.30%일 것이다.

-0% (또는 미량) 내지 2%의 규소 및 0%(또는 미량) 내지 2%의 알루미늄을 포함하며, 규소 + 알루미늄의 총량은 0.5% 내지 2%이고, 바람직하게는 0.7%보다 높으며, 보다 바람직하게는 0.8%보다 훨씬 높다. 이와 같은 원소들은 탈산소제이며, 이들은 또한 탄소 함량이 높고 마텐자이트로의 변태가 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, 인성에 대해 유리한 효과를 가지나, 고가이다. 크롬도 내마모성을 증진시키는 마텐자이트 또는 베이나이트인 세립 카바이드들을 형성한다.

-0%(또는 미량) 내지 1%의 몰리브덴과 0%(또는 미량) 내지 2%의 텅스텐을 포함하고, 몰리브덴 + 텅스텐/2의 총함량은 0.05% 내지 1%이고 바람직하게는 0.8% 미만, 또는 보다 바람직하게는, 0.5% 미만으로 유지되어야 한다. 이 원소들은 담금질성을 증가시키고, 특히, 냉각 동안, 오토-템퍼링(auto-tempering)에 의한 침전을 통해 마텐자이트 또는 베이나이트인 세립질 경화(hardening) 카바이드들을 생성한다. 특히, 경화 카바이드들의 침전과 관련하여 바람직한 효과를 얻기 위해서, 몰리브덴의 함량이 1%의 함량을 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 제고하기 위해 선택적으로 첨가될 수 있다. 이 효과를 얻기 위해서는, 붕소의 함량은 바람직하게는 0.0005%보다 높고, 보다 바람직하게는 0.001%보다 높고, 실질적으로 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 한다.

-선택적으로, 내마모성을 개선한 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, 그와 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 함량인 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 제조 과정에서 산출된 불순물들이다. 불순물들은 특히, 그 함량이 제조방법에 따라 좌우되는 질소를 포함하나, 0.03%를 초과하지 않고 일반적으로 0.025% 미만으로 유지된다. 질소는 인성를 저해하지 않기 위해 지나치게 조립질이어서는 안되는 질소화물들을 형성하기 위해 티타늄 또는 지르코늄과 반응할 수 있다. 조립 질소화물들의 생성을 방지하기 위해서, 티타늄 및 지르코늄이 매우 점진적인 방식으로, 예를 들면, 티타늄 산화물 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, 만족할 만한 물성들을 얻기 위해서, 탄소, 티타늄, 지르코늄, 및 질소의 함량들은 다음을 만족하도록 선택되어야 한다:

탄소^* = 탄소 - 티타늄/4 -지르코늄/8 + 7x질소/8 ≥ 0.095%.

이고, 증가된 수준의 경도와 이에 따른 보다 우수한 내마모성을 갖기 위해서 바람직하게는 탄소^*≥ 0.12%이다. 탄소^*의 양은 티타늄 카바이드들 및 지르코늄 카바이드들의 침전 후에, 티타늄 질화물들 및 지르코늄 질화물들의 생성을 고려한, 자유 탄소의 함량을 나타낸다. 충분한 경도를 가진 마텐자이트 또는 마텐자이트/베이나이트 구조를 얻기 위해서는 자유 탄소 함량, 탄소^*은 0.095%보다 높아야 한다.

티타늄 질화물들 또는 지르코늄 질화물들의 가능한 형성을 고려할 때, 충분한 양의 티타늄 카바이드들 또는 지르코늄 카바이드들을 얻기 위해서, 티타늄, 지르코늄, 및 질소의 함량들은 다음과 같아야 한다:

티타늄 + 지르코늄/2 - 7x질소/2 ≥ 0.05%

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

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

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

또한, 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 고온에서 형성되는 조립질 티타늄 카바이드들 또는 지르코늄 카바이드들을 포함하고, 선택적으로 니오브 카바이드들, 탄탈륨 카바이드들 또는 바나듐 카바이드들을 포함한다. 이하에서 기술될 제조방법에 따르면, 본 구조는 템퍼링되고, 그 결과, 몰리브덴 카바이드들 또는 텅스텐 카바이드들을, 그리고 선택적으로 크롬 카바이드들을 포함한다.

본 발명자들은 조립질 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 정립했다. 준안정 상태의 오스테나이트의 새로운 마텐자이트로의 변태는 팽창에 의해 발생되고 마모된 서브-층(sub-layer)에서의 변태는 카바이드들의 분리에 대한 저항성을 증가시키고, 이에 의해 내마모성을 개선한다.

또한, 강의 탁월한 경도와 무른 티타늄 카바이드들의 존재는 플래니싱 작업들을 가능한 한 제한하는 것이 필요하게 한다. 이와 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 평균 코어 냉각 속도로, 제품 또는 강판을 T= 800 - 270x탄소^*- 90x망간 - 37x니켈 - 70x크롬 - 83x(몰리브덴 + 텅스텐/2)(℃로 표현됨) 미만으로 냉각시키면, 상 변화들에 의해 유발된 잔류 응력들이 감소된다는 점을 정립했다. 베이나이트/마텐자이트 영역에서 그 속도가 둔화된 냉각은 몰리브덴 카바이드들, 텅스텐 카바이드들 또는 크롬 카바이드들의 형성을 유발하고 조립질 카바이드들을 둘러싸고 있는 매트릭스의 내마모성을 제고하는 오토-템퍼링(auto-tempering)을 일으키는 장점을 가진다.

우수한 내마모성과 우수한 용도 적응성을 갖춘, 매우 편평한 강판을 생성하기 위해서, 강이 슬래브(slab)나 봉의 형태로 제조되고 주조된다. 슬래브나 봉은 추가적인 플래니싱 없이, 또는 제한적으로 플래니싱을 하면서 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.

모든 경우에, 열적인 처리 작업을 수행하기 위해서,

-강은 완전한 오스테나이트이나, 티타늄 카바이드들 또는 지르코늄 카바이드들이 남아있는 구조를 부여하기 위해서 AC₃점 이상까지 가열되고,

-그 후에, 페라이트-퍼라이트 성분들(ferritic-perlitic constituents)의 형성을 방지하기 위해서, 강은 임계 베이나이트 변태 속도(critical bainitic transformation rate)보다 높은 평균 코어 냉각 속도로 온도 약 T= 800 - 270x탄소^* - 90x망간 - 37x니켈 - 70x크롬 - 83x(몰리브덴 + 텅스텐/2) 내지 T - 50℃까지 냉각되고; 이를 위해, 0.5℃/초보다 높은 속도로 냉각하면 일반적으로 충분하며,

-강판은 바람직한 구조를 얻기 위해서, 1150xep^-1.7보다 낮은 평균 코어 냉각 속도 V_r및 0.1℃/초보다 높은 속도로, 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 응력-완화(stress-relief) 처리 작업을 수행할 수 있다.

평균 냉각 속도는 초기 냉각 온도와 최종 냉각 온도간 차이를 양 온도간 냉각 시간으로 나누어 얻은 값과 동일한 값으로 이해된다.

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. 이 강판은 280HB 내지 650HB의 경도를 가진다. 그 경도는 주로 자유 탄소의 함량, 즉, 탄소^*=탄소 - 티타늄/4 -지르코늄/8 + 7x질소/8에 의해 좌우된다. 경도는 자유 탄소 함량이 높을수록 높아진다. 유용성은 자유 탄소 함량이 감소될수록 증가된다. 자유 탄소 함량이 동일할 때, 티타늄 함량이 증가할수록 내마모성은 높아진다.

실시예로써, 본 발명에 따른 30mm 두께의 A, B, C 및 D로 지정된 강판들과 선행기술에 따른 E 및 F로 지정된 강판들과, 비교 목적으로 주어진 G와 H가 고려된다. 경도 및 내마모성 지수 Rus와 10^-3 중량%로 표현된 강의 화학적 조성들이 표 1에 요약되어 있다.

표 1

강제품들의 내마모성은 5시간동안 분급된 규암 괴상(graded quartzite aggregate)을 담고 있는 용기 내에서 회전하는 다각통형 시료(prismatic test piece)의 중량 손실에 의해 측정된다.

강제품의 내마모성 지수, Rus는 기준으로 취해진 강 F의 내마모성과 해당하는 강의 내마모성의 비을 말한다.

A 내지 H의 강판들은 900℃에서 오스테나이트화된다.

오스테나이트화 후에:

-본 발명에 따라, 강 A의 강판은 위에 정의된 T(약 460℃)보다 높은 온도에서는 0.7℃/초의 평균 속도로, 그 이하에서는 0.13℃/초의 평균 속도로 냉각되고,

-본 발명에 따라, 강 B, C, D의 강판들은 위에 정의된 T(약 470℃)보다 높은 온도에서는 6℃/초의 평균 속도로, 그 이하에서는 1.4℃/초의 평균 속도로 냉각되고,

-비교를 위해 주어진, 강 E, F, G 및 H의 강판들은 위에 정의된 T보다 높은 온도에서는 20℃/초의 평균 속도로, 그 이하에서는 12℃/초의 평균 속도로 냉각된다.

A 내지 D의 강판들은 본 발명에 따른 강판들은 티타늄 카바이드들과 함게, 약 10%의 잔류 오스테나이트를 포함하는 오토-템퍼링된 마텐자이트/베이나이트 구조를 가지며, E 내지 G의 강판들은 완전한 마텐자이트 구조를 갖고, 강판 G와 H도 조립질 티타늄 카바이드들을 포함한다.

강판 A, B, C 및 D는 강판 E 및 F의 경도보다 낮은 수준의 경도를 가지나, 훨씬 높은 수준의 내마모성을 갖는다. 대부분의 경우 자유 탄소의 최소 함량의 경우에 해당하는, 최저 수준의 경도들은 보다 우수한 용도 적응성을 가져온다.

실시예들 C, D, F, G 및 H의 비교는 내마모성의 증가는 단순히 티타늄의 첨가로부터 초래되지는 않으나, 대신에 티타늄의 첨가와 잔류 오스테나이트를 포함하는 구조의 결합으로부터 초래된다는 점을 시사한다. 구조에 잔류 오스테나이트를 포함하지 않는 강, F, G 및 H는 상당히 유사한 수준의 내마모성을 갖는 반면, 잔류 오스테나이트를 포함하는 강, C 및 D는 상당히 더 우수한 수준의 내마모성을 갖는 것으로 파악되었다.

또한, G 및 H 쌍을 한쪽으로 하고 C 및 D 쌍을 상대편으로 한 비교는 잔류 오스테나이트의 존재는 티타늄의 효과를 상당히 증가시킨다는 점을 시사한다. 실시예 C 및 D의 경우, 티타늄의 0.110% 에서 0.350%로의 증가는 내마모성의 56% 증가에서 분명하게 나타나며, 강 G 및 H의 경우, 그 증가는 37%에 불과하다.

관찰 결과는 주변의 매트릭스가 작업 동안 평창하는 경화 마텐자이트로 변태될 수 있는 잔류 오스테나이트를 포함할 때, 이에 의해 티타늄 카바이드들에 가해지는 증가된 압착 효과에 의해 설명될 수 있다.

또한, 강판 A 또는 B에 대해, 플래니싱 없이, 냉각 후의 변형은 6mm/m 이고 강판 E 및 F에 대해서는 17mm/m이다. 이와 같은 결과들은 본 발명에 따라 얻어진 생성물들의 변형의 감소를 시사한다.

사용자들에 의해 요구되는 표면 고르기의 정도에 따라, 실제로, 그 결과는:

-플래니싱 없이 생성물을 제공하거나(비용과 잔류 응력 측면에서의 절감)

-또는, 표면 고르기(예를 들면, 5mm/m)의 측면에서 보다 엄격한 요건들을 준수하기 위해서 플래니싱이 수행될 수 있고, 그러나 본 발명에 따른 생성물들의 보다 낮은 수준의 원래의 변형 때문에, 보다 쉽게, 보다 작은 응력의 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:

0.1% ≤ 탄소(C) ≤ 0.23%

0% < 규소(Si) ≤ 2%

0% < 알루미늄(Al) ≤ 2%

0.5% ≤ 규소 + 알루미늄 ≤ 2%

0% < 망간(Mn) ≤ 2.5%

0% < 니켈(Ni) ≤ 5%

0% < 크롬(Cr) ≤ 5%

0% < 몰리브덴(Mo) ≤ 1%

0% < 텅스텐(W) ≤ 2%

0.05% ≤ 몰리브덴 + 텅스텐/2 ≤ 1%

0% < 붕소(B) ≤ 0.02%

0% < 티타늄(Ti) ≤ 0.67%

0% < 지르코늄(Zr) ≤ 1.34%

0.05% ≤ 티타늄 + 지르코늄/2 ≤ 0.67%

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), 및 바나듐(V)으로 부터 선택된 적어도 하나의 원소,

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

그 나머지(balance)는 철 및 제조과정에서 산출된 불순물들이며, 상기 화학적 조성은 또한 다음의 관계에 부합되며:

탄소^* = 탄소 - 티타늄/4 - 지르코늄/8 + 7x질소/8 ≥ 0.095%,

및:

티타늄 + 지르코늄/2 - 7x질소/2 ≥ 0.05%

및:

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

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

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 위해:

-상기 제품 또는 강판은 AC₃ 보다 높은 온도와 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 평균 코어 냉각 속도, Vr < 1150xep ^-1.7(℃/초) 및 0.1℃/초보다 높은 속도로, 온도 T와 100℃ 사이까지 냉각되고,

-상기 제품 또는 강판은 그 후, 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 추가적인 특징으로 하는, 강으로 된 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 추가적으로

탄소 ≤ 0.22%

이고:

탄소^*≥ 0.12%인

것을 추가적인 특징으로 하는, 강으로 된 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

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

규소 + 알루미늄 ≥ 0.7%인 것을 추가적인 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 슬래그와 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 제품의 상기 화학적 조성은 중량 기준으로 다음:

0.1% ≤ 탄소(C) ≤ 0.23%

0% < 규소(Si) ≤ 2%

0% < 알루미늄(Al) ≤ 2%

0.5% ≤ 규소 + 알루미늄 ≤ 2%

0% < 망간(Mn) ≤ 2.5%

0% < 니켈(Ni) ≤ 5%

0% < 크롬(Cr) ≤ 5%

0% < 몰리브덴(Mo) ≤ 1%

0% < 텅스텐(W) ≤ 2%

0.05% ≤ 몰리브덴 + 텅스텐/2 ≤ 1%

0% < 붕소(B) ≤ 0.02%

0% < 티타늄(Ti) ≤ 0.67%

0% < 지르코늄(Zr) ≤ 1.34%

0.05% ≤ 티타늄 + 지르코늄/2 ≤ 0.67%

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 불순물들이며, 상기 화학적 조성은 또한 다음과 같은 관계식:

탄소 - 티타늄/4 - 지르코늄/8 + 7x질소/8 ≥ 0.095%,

및:

티타늄 + 지르코늄/2 - 7x질소/2 > 0.05%

및:

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

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

상기 강은 마텐자이트 또는 마텐자이트/베이나이트 구조를 가지며, 상기 구조는 5% 내지 20%의 잔류 오스테나이트 및 카바이드들을 더 포함하는 것인, 강으로 된 제품.
제 8항에 있어서,

1.05x망간 + 0.54x니켈 + 0.50x크롬 + 0.3x(몰리브덴 + 텅스텐/2)^1/2 + K > 2인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,

탄소 ≤ 0.22%

및:

탄소 - 티타늄/4 - 지르코늄/8 + 7x질소/8 ≥ 0.12%

인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,

티타늄 + 지르코늄/2 ≥ 0.10%인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,

규소 + 알루미늄 ≥ 0.7%인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,

상기 강으로 된 제품은 강판인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.
제 13항에 있어서,

상기 강판의 두께는 2mm 내지 150mm인 것을 특징으로 하는, 강으로 된 제품.