KR102076053B1 - 고성능 저합금 내마모성 강판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

고성능 저합금 내마모성 강판 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 조성물(중량%): C: 0.21-0.32%; Si: 0.10-0.50%; Mn: 0.60-1.60%; B: 0.0005-0.0040%; Cr: 1.50% 이하; Mo: 0.80% 이하; Ni: 1.50% 이하; Nb: 0.080% 이하; V: 0.080% 이하; Ti: 0.060% 이하; Al: 0.010-0.080%; Ca: 0.0010-0.0080%; N: 0.0080% 이하; O: 0.0080% 이하; H: 0.0004% 이하; P: 0.015% 이하; S: 0.010% 이하; 및 (Cr/5+Mn/6+50B): 0.20% 이상 및 0.55% 이하; (Mo/3+Ni/5+2Nb): 0.02% 이상 및 0.45% 이하; (Al+Ti): 0.01% 이상 및 0.13% 이하를 가지며, 나머지는 Fe 및 피할 수 없는 불순물인 고성능 저합금 내마모성 강판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 조성물 및 TMCP 공정에 의해 얻은 본 발명의 내마모성 강판은 고강도, 고경도, 우수한 인성, 뛰어난 내마모 성능을 가지며 다양한 기계 장비에서 마모 부품에 응용가능하다.

Description

고성능 저합금 내마모성 강판 및 이의 제조 방법{High-Performance Low-Alloy Wear-Resistant Steel Sheet and Method of Manufacturing the Same}
본 발명은 내마모성 강판 및 특히 고성능 저합금 내마모성 강판 및 이의 제조 방법에 관한 것이며, 강판은 통상적인 기계적 특성: 1400Mpa 초과의 인장 강도, 11% 초과의 신장률, 450HB 초과의 브리넬 경도 및 50J 초과의 -40℃ 샤르피 V-노치(Charpy V-notch) 세로 충격 에너지를 가진다.
내마모성 강판은 매우 심각한 작업 조건을 가지며 고강도 및 고 내마모성을 필요로 하는 프로젝트, 광산, 농업, 시멘트 생산, 항구, 전력 및 야금, 예를 들어, 어스 무버(earth mover), 적재 장치, 굴착기, 덤퍼(dumper), 그랩 버킷(grab bucket), 스택-리크레이머(stack-reclaimer), 딜리버리 벤딩(delivery bending) 구조 등의 분야에서 기계적 제품에 널리 사용된다.
전통적으로, 오스테나이트계 고 망간 강은 주로 내마모성 부품을 제조하기 위해 선택된다. 큰 충격 부하의 작용하에서, 오스테나이트계 고 망간 강은 내마모성을 개선하기 위해 마르텐사이트 상 변형을 유도하도록 강한 압력을 받을 수 있다. 오스테나이트계 고 망간 강은 높은 합금 함유량, 나쁜 공작 및 용접 성능 및 낮은 최초 경도의 제한 때문에 여러 응용분야에 적합하지 않다.
지난 수십년 동안, 내마모성 강의 개발 및 응용에 빠른 발전이 있었다. 내마모성 강은 주로 적절한 양의 탄소 및 합금 원소를 첨가하고 주조, 압연 및 오프라인 열처리 등에 의해 생산된다. 주조 방식은 짧은 작업 흐름, 간단한 공정 및 쉬운 생산의 이점을 가지나, 과도한 합금 함유량, 나쁜 기계적 성능, 용접 및 공작 성능의 단점을 가지며; 압연 방식은 합금 원소의 함유량을 추가로 감소시킬 수 있고, 이의 제품 성능을 개선할 수 있으나 여러 용도에 아직 부적절하다; 오프라인 퀀칭(quenching)과 탬퍼링(tempering)의 열처리는 내마모성 강판의 생산의 주요 방식이며 생산된 내마모성 강판은 낮은 합금 원소 및 높은 성능을 가지며 산업적 생산을 안정하게 할 수 있다. 그러나 낮은 탄소, 에너지 소비 및 환경 보호에 대한 더 높은 요구에 의해, 저가이고, 짧은 작업 흐름 및 높은 성능을 가진 제품은 철강 산업의 개발에서 필연적인 경향이 되었다.
중국 특허 CN1140205A는 주조에 의해 생산된 중간 및 높은 탄소 및 중간 합금을 가진 내마모성 강을 개시하며 높은 탄소 함유량 및 합금 원소(Cr, Mo 등)를 가져서, 필연적으로 나쁜 기계적 특성 및 용접 성능을 초래한다.
중국 특허 CN1865481A는 높음 함유량의 탄소 및 합금 원소(Si, Mn, Cr, Mo 등)을 가져서, 나쁜 용접 특성을 가지며; 압연 후 공기 냉각 또는 적층 냉각에 의해 생산되어, 낮은 기계적 특성을 가진 베이나이트 내마모성 강을 개시한다.
본 발명의 목적은 고성능 저합금 내마모성 강판 및 이의 제조 방법을 제공하며, 강판은 통상적인 기계적 특성: 1400Mpa 초과의 인장 강도, 11% 초과의 신장률, 450HB 초과의 브리넬 경도 및 50J 초과의 -40℃ 샤르피 V-노치(Charpy V-notch) 세로 충격 에너지를 가진다. 강판은 고강도, 고경도 및 고인성에 필적하며 우수한 공작 성능을 가져서, 프로젝트에 대한 넓은 응용에 매우 유익하다.
상기 목적을 성취하기 위해, 본 발명은 다음 기술적 해결책을 채택한다.
중량%의 화학 조성물: C: 0.21-0.32%; Si: 0.10-0.50%; Mn: 0.60-1.60%; B: 0.0005-0.0040%; Cr: 1.50% 이하; Mo: 0.80% 이하; Ni: 1.50% 이하; Nb: 0.080% 이하; V: 0.080% 이하; Ti: 0.060% 이하; Al: 0.010-0.080%; Ca: 0.0010-0.0080%; N: 0.0080% 이하; O: 0.0080% 이하; H: 0.0004% 이하; P: 0.015% 이하; S: 0.010% 이하; 및 (Cr/5+Mn/6+50B): 0.20% 이상 및 0.55% 이하; (Mo/3+Ni/5+2Nb): 0.02% 이상 및 0.45% 이하; (Al+Ti): 0.01% 이상 및 0.13% 이하를 가지며, 나머지는 Fe 및 피할 수 없는 불순물인 고성능 저합금 내마모성 강판으로서; 이의 미세구조는 고운 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트이며 잔류 오스테나이트의 부피비는 5% 이하이며; 통상적인 기계적 특성: 1400Mpa 초과의 인장 강도, 11% 초과의 신장률, 450HB 초과의 브리넬 경도 및 50J 초과의 -40℃ 샤르피 V-노치(Charpy V-notch) 세로 충격 에너지를 가지는 고성능 저합금 내마모성 강판.
본 발명에 따른 고성능 저합금 내마모성 강판의 화학 조성물의 개별 기능은 다음과 같다:
탄소: 탄소는 강의 강도 및 경도를 개선하여, 이의 내마모성을 추가로 개선할 수 있는 내마모성 강에서 가장 기본적이고 중요한 원소이다. 그러나 탄소는 강의 인성 및 용접 성능에는 좋지 않다. 따라서, 강에서 탄소 함유량은 0.21-0.32중량%, 바람직하게는 0.21-0.30중량%로 제어되어야 한다.
규소: 규소는 경도 및 강도를 개선하기 위해 페라이트 및 오스테나이트에서 고체 용액에 영향을 받으나, 과도한 규소는 강의 인성을 급격하게 감소시키는 것을 초래할 수 있다. 동시에, 규소와 산소 사이의 친화력은 규소와 철 사이의 친화력보다 좋기 때문에, 용접 동안 낮은 용융점을 가진 실리케이트를 생성하기 쉽고 슬래그 및 용융 금속의 흐름성을 증가시키기 쉬어서, 용접선의 품질에 영향을 미친다. 따라서 이의 함유량은 너무 많지 않아야 한다. 본 발명의 내마모성 강의 규소 함유량은 0.10-0.50중량%, 바람직하게는 0.10-0.40중량%로 제어되어야 한다.
망간: 망간은 강의 경화능을 급격하게 개선하고 이의 변형 온도 및 임계 냉각 속도를 감소시킨다. 그러나, 망간의 함유량이 너무 높을 때, 과립을 거칠게 하는 경향, 탬퍼링 취성에 대한 민감성을 증가시키고, 주조 블랭크의 분리 및 균열을 일으키는 경향을 가질 수 있어서, 강판의 성능을 떨어뜨린다. 본 발명의 내마모성 강에서 망간 함유량은 0.60-1.60중량%, 바람직하게는 0.60-1.50중량%로 제어되어야 한다.
붕소: 붕소는 강의 경화능을 개선할 수 있으나 과도한 붕소는 고온취성을 초래할 수 있고 용접 성능과 열 공작 성능에 영향을 미칠 수 있다. 결과적으로, B의 함유량을 제어하는 것이 필수적이다. 내마모성 강에서 B의 함유량은 0.0005-0.0040중량%, 바람직하게는 0.0005-0.0020중량%로 제어된다.
크롬: 크롬은 임계 냉각 속도를 감소시키고 강의 경화능을 개선할 수 있다. 크롬은 강도와 경도를 개선할 수 있는 (Fe,Cr)3C, (Fe,Cr)7C3 및 (Fe,Cr)23C7과 같은 여러 종류의 카바이드를 형성할 수 있다. 탬퍼링 동안, 크롬은 카바이드의 침전 및 응집을 막거나 지연할 수 있고 탬퍼 안정성을 개선할 수 있다. 본 발명의 내마모성 강에서 크롬 함유량은 1.50중량% 이하, 바람직하게는 0.10-1.20중량%로 제어되어야 한다.
몰리부덴: 몰리부덴은 과립을 정제할 수 있고 강도와 인성을 개선할 수 있다. 몰리부덴은 강의 소솔로이드(sosolid) 상 및 카바이드 상에 존재하며, 몰리부덴을 함유하는 강은 고체 용액 및 카바이드 분산 강화 효과를 가진다. 몰리부덴은 탬퍼 안정성을 개선하면서, 탬퍼링 취성을 감소시킬 수 있는 원소이다. 본 발명의 내마모성 강에서 몰리부덴 함유량은 0.80중량% 이하, 바람직하게는 0.60중량% 이하로 제어되어야 한다.
니켈: 니켈은 임계 냉각 속도를 감소시키고 경화성을 개선할 수 있다. 니켈은 임의의 비율로 페럼(Ferrum)과 서로 가용성이며, 페라이트 과립을 제련하여 강의 저온 인성을 개선하며 냉간취성 변형 온도를 뚜렷하게 감소시키는 효과를 가진다. 높은 저온 인성을 가진 고수준 내마모성 강의 경우, 니켈은 매우 유익한 첨가 원소이다. 그러나, 과도한 니켈은 강판의 표면상에서 디스케일링(descaling)의 어려움을 유도할 수 있고 비용을 현저하게 증가시킬 수 있어서, 이의 함유량은 제어되어야 한다. 본 발명의 내마모성 강에서 니켈 함유량은 1.50중량% 이하, 바람직하게는 1.20중량% 이하로 제어되어야 한다.
니오븀: 과립을 정제하고 니오븀의 침전 강화 효과는 재료의 튼튼함에 현저하게 영향을 미치고 Nb는 오스테나이트 과립의 성장을 강하게 제약할 수 있는 탄화물 및 질화물의 강한 형성제이다. Nb는 주로 침전 강화 및 상 변형 강화를 통해 강의 성능을 개선하거나 강화시키며, HSLA 강에서 가장 효과적인 경화제 중 하나로 생각된다. 본 발명의 내마모성 강에서 니오븀 함유량은 0.080중량% 이하, 바람직하게는 0.005-0.080중량% 이하로 제어되어야 한다.
바나듐: 바나듐의 첨가는 강 블랭크를 가열하는 동안 오스테나이트 과립이 너무 거칠어지지 않도록 하기 위해 과립을 제련하는 것이다. 따라서, 후속 멀티-패스(multi-pass) 압연 동안, 강 과립은 추가로 제련될 수 있고 강의 강도 및 인성은 개선된다. 본 발명의 내마모성 강에서 바나듐 함유량은 0.080중량% 이하, 바람직하게는 0.060중량% 이하로 제어되어야 한다.
알루미늄: 강에서 알루미늄과 질소는 미립자 및 불용성 AIN 입자를 형성할 수 있으며, 이것이 강에서 과립을 제련할 수 있다. 알루미늄은 강에서 과립을 제련할 수 있고 강에서 질소와 산소를 안정화할 수 있고, 노치에 대한 강의 민감성을 완화하고, 노화 효과를 감소 또는 제거할 수 있고 이의 인성을 개선할 수 있다. 본 발명의 내마모성 강에서 Al 함유량은 0.010-0.080중량%, 바람직하게는 0.020-0.080중량%로 제어된다.
티타늄: 티타늄은 강한 카바이드의 형성제 중 하나이며 탄소와 함께 고운 TiC 입자를 형성한다. TiC 입자는 곱고, 과립 경계를 따라 분산되어, 과립을 제련하는 효과에 도달할 수 있다. 본 발명의 내마모성 강에서 티타늄 함유량은 0.060중량% 이하, 바람직하게는 0.005-0.060중량%로 제어된다.
알루미늄 및 티타늄: 티타늄은 고운 입자를 형성할 수 있고 과립을 추가로 정제할 수 있는 반면, 알루미늄은 고운 Ti 입자의 형성을 보장하고 과립을 제련하기 위해 티타늄의 충분한 활동을 허용한다. 따라서, 알루미늄과 티타늄의 전체 함유량의 범위는 0.010중량% 이상 및 0.13중량% 이하, 바람직하게는, 0.01중량% 이상 및 0.12중량% 이하로 제어되어야 한다.
칼슘: 칼슘은 주조 강에서 함유물의 저하에 현저하게 기여하며, 주조 강에서 적절한 양의 칼슘의 첨가는 황화물 함유물과 같은 긴 조각을 구형 CaS 또는 (Ca, Mn) S 함유물로 변형시킬 수 있다. 칼슘에 의해 형성된 산화물 및 황화물 함유물은 낮은 밀도를 가지며 부유되고 제거되는 경향이 있다. 칼슘은 또한 과립 경계에서 황화물의 분리를 현저하게 감소시킨다. 이들의 전부는 주조 강의 품질을 개선하는데 효과적이며 이의 성능을 추가로 개선한다. 내마모성 강에서 칼슘의 함량은 0.0010-0.0080중량%, 바람직하게는 0.0010-0.0060중량%로 제어되어야 한다.
인 및 황: 인 및 황 모두는 내마모성 강에서 유해한 원소이며, 이의 함유량은 엄격하게 제어되어야 한다. 본 발명의 강에서 인의 함유량은 0.015중량% 이하, 바람직하게는 0.012중량% 이하로 제어되며; 그 안에서 황의 함유량은 0.010중량% 이하, 바람직하게는 0.005중량% 이하로 제어된다.
질소, 산소 및 수소: 강에서 과도한 질소, 산소 및 수소는 용접 성능, 충격 인성 및 균열 저항성과 같은 성능에 유해하며, 강판의 품질과 수명을 감소시킬 수 있다. 그러나 너무 엄격하게 제어하면 생산 비용을 상당히 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 강에서 질소의 함량은 0.0080중량% 이하, 바람직하게는 0.0050중량% 이하로 제어되며; 그 안에서 산소의 함유량은 0.0080중량% 이하, 바람직하게는 0.0050중량% 이하로 제어되며; 그 안에서 수소의 함유량은 0.0004중량% 이하, 바람직하게는 0.0003중량% 이하로 제어된다.
본 발명과 관련된 강은 원소 형태 및 함유량에 대한 과학적 설계를 통해 미세-합금 원소를 첨가하는 것을 기초로 고강도, 고경도 및 고인성에 필적하다. 강은 1400Mpa 초과의 인장 강도, 11% 초과의 신장률, 450HB 초과의 브리넬 경도 및 50J 초과의 -40℃ 샤르피 V-노치 세로 충격 에너지를 가진다.
고성능 저합금 내마모성 강판을 제조하는 방법에서, 강판은 화학 조성물의 상기 비율로 제련하는 단계, 주조하는 단계, 가열하는 단계, 압연하는 단계 및 강판을 얻기 위해 압연 직후 냉각하는 단계; 가열 단계에서, 슬라브 가열 온도는 1000-1200℃이며, 열 보존 시간은 1-3시간이다; 압연 단계에서, 조압연 온도는 900-1150℃인 반면, 마무리 압연 온도는 780-880℃이다; 냉각 단계에서, 강은 400℃ 미만으로 수 냉각된 후 주위 온도로 공기 냉각되며, 수 냉각의 속도는 20℃/s 이상이다.
또한, 압연 직후 냉각의 단계는 탬퍼링 단계를 더 포함하며, 이 단계에서 가열 온도는 100-400℃이며, 열 보존 시간은 30-120분이다.
바람직하게는, 가열 과정 동안, 생산 효율을 증가시키고 스테나이트 과립이 과다성장하는 것을 막고 빌릿의 표면이 강하게 산화되는 것을 막기 위해서, 가열 온도는 1000-1150℃이며; 더욱 바람직하게는 가열 온도는 1000-1130℃이며; 가장 바람직하게는, 가열 온도는 1000-1110℃이다.
바람직하게는, 압연 단계에서, 조압연 온도는 900-1100℃이며 조압연 단계에서 감소 비율은 20% 초과인 반면 마무리 압연 온도는 780-860℃이며, 마무리 압연 단계에서 감소 비율은 40% 초과이며; 더욱 바람직하게는, 조압연 온도는 900-1080℃이며, 조압연 단계에서 감소 비율은 25% 초과인 반면 마무리 압연 온도는 780-855℃이며, 마무리 압연 단계에서 감소 비율은 45% 초과이며; 가장 바람직하게는, 조압연 온도는 910-1080℃이며, 조압연 단계에서 감소 비율은 28% 초과인 반면 마무리 압연 온도는 785-855℃이며, 마무리 압연 단계에서 감소 비율은 50% 초과이다.
바람직하게는, 냉각 단계에서, 중지 냉각 온도 380℃ 미만이며, 수 냉각 속도는 23℃/s 이상이며; 더욱 바람직하게는, 중지 냉각 온도 350℃ 미만이며, 수 냉각 속도는 27℃/s 이상이며; 가장 바람직하게는, 중지 냉각 온도 330℃ 미만이며, 수 냉각 속도는 30℃/s 이상이다.
바람직하게는, 탬퍼링 단계에서, 가열 온도는 100-380℃이며, 열 보존 시간은 30-100분이며; 더욱 바람직하게는, 가열 온도는 120-380℃이며, 열 보존 시간은 30-100분이며; 가장 바람직하게는, 가열 온도는 150-380℃이며, 열 보존 시간은 30-100분이다.
본 발명의 고성능 저합금 내마모성 강판에서 탄소 및 합금 원소의 과학적으로 설계된 함유량에 의해서 그리고 구조적 제련 및 강화를 위한 합금 원소의 제련 강화 효과 및 압연 및 냉각 과정의 제어를 통해, 얻은 내마모성 강판은 고경도, 고강도, 고신장률 및 우수한 충격 인성 등과 같은 고성능, 뛰어난 내마모성을 가지며, 절삭, 굽힘과 같은 공작이 쉬워서 높은 응용성을 가진다.
본 발명과 종래기술 사이의 차이는 다음 양태에서 구현된다:
1. 화학적 조성에 관해서, 본 발명의 내마모성 강판은 중-저탄소 및 저합금에 대한 우선순위를 제공하며, Nb, Ti 등과 같은 미세-합금 원소의 제련 및 강화의 특성을 충분히 이용하여, 탄소 및 Cr, Mo 및 Ni와 같은 합금 원소의 함유량을 감소시키고 내마모성 강판의 우수한 기계적 특성 및 우수한 용접 성능을 보장한다.
2. 생산 공정에 관해서, 본 발명의 내마모성 강판은 TMCP 공정에 의해 생산되며, TMCP 공정에서 시작 압연 및 종료 압연 온도, 압연 변형량과 같은 공정 변수를 제어함으로써, 구조 제련 및 강화 효과가 성취되며, 추가로 탄소 및 합금 원소의 함유량은 감소되어, 뛰어난 기계적 특성 및 용접 성능 등을 가진 강판을 얻는다. 또한, 공정은 짧은 작업 흐름, 높은 효율, 에너지 소비 및 낮은 비용 등의 특징을 가진다.
3. 제품의 성능에 관해서, 본 발명의 내마모성 강판은 고강도, 고경도, 고 저온 인성(이의 통상적인 기계적 특성: 1400Mpa 초과의 인장 강도, 11% 초과의 신장률, 450HB 초과의 브리넬 경도 및 50J 초과의 -40℃ 샤르피 V-노치 세로 충격 에너지)과 같은 이점을 가지며 우수한 용접 성능을 가진다.
4. 미세-구조에 관해서, 본 발명의 내마모성 강판은 합금 원소 및 제어된 압연과 제어된 냉각 공정의 조합을 충분히 이용하여, 고운 마르텐사이트 구조 및 잔류 오스테나이트(잔류 오스테나이트의 부피비는 5% 이하이다)를 얻었고, 내마모성 강판의 강도, 경도 및 인성을 정밀하게 일치시키는데 유리하다.
요약하면, 본 발명의 내마모성 강판은 뚜렷한 이점을 가지며, 탄소 및 합금 원소의 함유량을 제어하고 제어된 압연 및 제어된 냉각에 의해 얻어지기 때문에, 저가이며, 고강도 및 고경도, 우수한 저온 인성, 뛰어난 공작 성능, 높은 용접성을 가지며 마모에 매우 약한 기계 장비에서 다양한 부품에 응용가능하며, 이에 의해 이런 종류의 내마모성 강판은 사회 경제 및 철강 산업의 발전의 자연적 추세이다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 6의 강판의 미세구조의 사진이다.
이하에서 본 발명의 기술적 해결책이 상세한 실시태양과 함께 추가로 설명될 것이다. 이런 실시태양은 본 발명의 상세한 실시를 기술하는데만 사용되며, 본 발명의 보호 범위에 대한 어떠한 제한을 제공하려는 것은 아니다.
표 1은 실시예 1-10의 내마모성 강판 및 비교예 1(특허 CN1865481A의 실시태양)의 강판의 중량%의 화학적 조성물을 도시한다. 이들을 제조하는 방법은 개개의 용해 원료는 다음 단계에서 처리된다: 제련 - 주조 - 가열 - 압연 - 압연 직후 냉각 - 템퍼링(필수적이지 않음), 화학적 원소의 중량%는 제어되며, 가열의 단계에서, 슬라브 가열 온도는 1000-1200℃이며, 열 보존 시간은 1-3시간이며; 압연 단계에서, 조압연 온도는 900-1150℃인 반면, 마무리 압연 온도는 780-880℃이며; 냉각의 단계에서, 강은 400℃미만으로 수 냉각된 후, 주위 온도로 공기 냉각되며, 수 냉각의 속도는 20℃/s 이상이며; 템퍼링 단계에서, 가열 온도는 100-400℃이며, 열 보존 시간은 30-120분이다. 실시예 1-10의 특이적 공정 변수는 표 2에 도시된다.
실시예 1-10 및 비교예 1의 화학적 조성물(중량%)
C Si Mn P S Cr Mo Ni Nb V Ti Al B Ca N O H
실시예 1 0.21 0.50 1.25 0.010 0.005 0.60 0.33 / 0.016 / 0.019 0.027 0.0012 0.0030 0.0042 0.0060 0.0004
실시예 2 0.23 0.26 1.50 0.009 0.010 / 0.28 0.35 0.020 0.080 0.005 0.035 0.0005 0.0020 0.0080 0.0040 0.0002
실시예 3 0.24 0.40 1.33 0.015 0.004 0.22 / / 0.026 / / 0.010 0.0013 0.0080 0.0050 0.0028 0.0002
실시예 4 0.25 0.37 1.23 0.008 0.003 0.62 0.26 / / / 0.022 0.020 0.0015 0.0060 0.0028 0.0021 0.0003
실시예 5 0.27 0.31 1.15 0.008 0.003 0.28 / 0.40 0.021 / 0.040 0.080 0.0019 0.0010 0.0038 0.0030 0.0003
실시예 6 0.28 0.19 1.05 0.010 0.004 0.38 0.45 / 0.035 / 0.010 0.052 0.0020 0.0030 0.0029 0.0028 0.0002
실시예 7 0.29 0.28 0.88 0.009 0.003 / / / 0.018 / 0.032 0.060 0.0017 0.0020 0.0035 0.0022 0.0002
실시예 8 0.30 0.22 0.93 0.008 0.002 0.72 0.60 / 0.040 / 0.050 0.041 0.0015 0.0040 0.0032 0.0018 0.0002
실시예 9 0.31 0.28 0.78 0.009 0.003 1.00 0.80 / 0.028 / 0.023 0.032 0.0018 0.0020 0.053 0.0038 0.0003
실시예 10 0.32 0.10 0.60 0.009 0.002 0.77 0.16 1.00 0.039 0.055 0.017 0.056 0.0017 0.0030 0.037 0.0026 0.0002
비교예 1 0.40 1.12 2.26 ＜
0.04		 ＜
0.03		 1.0 0.8 - - - - - - - - -
실시예 1-10의 구체적인 공정 변수
슬라브가열 온도.
℃		 열 보존 시간
h		 조압연 온도.
℃		 조압연변형 속도
%		 마무리 압연 온도
℃		 마무리 압연 변형 속도
%		 냉각 방식 냉각 속도
℃/s		 냉각 중단 온도 ℃ 템퍼링 온도 ℃ 열 보유 시간
분		 강판의 두께
mm
실시예 1 1000 2 950 25 795 51 물 25 300 / / 25
실시예 2 1120 2 1050 30 830 62 물 33 250 / / 37
실시예 3 1050 2 995 20 806 46 물 20 400 / / 35
실시예 4 1180 2 1010 33 780 40 물 40 170 / / 20
실시예 5 1100 2.5 1060 28 815 55 물 33 265 / / 39
실시예 6 1110 2.5 1080 41 880 66 물 36 205 / / 28
실시예 7 1130 2.5 1110 37 856 70 물 42 주위 온도 / / 35
실시예 8 1140 3 1120 29 832 61 물 50 85 / / 15
실시예 9 1150 3 1130 35 841 59 물 66 106 335 60 20
실시예 10 1200 3 1150 26 815 69 물 37 150 / / 31
1. 기계적 특성 테스트
실시예 1-10의 고성능 저합금 내마모성 강판을 기계적 특성에 대해 테스트하고 이의 결과는 표 3에 도시된다.
경도
HBW		 가로 신장 샤르피 V-노치
세로 충격 에너지（-40℃)，J
인장 강도
MPa		 신장률
%
실시예 1 478 1408 14% 85
실시예 2 489 1515 14% 81
실시예 3 505 1555 14% 78
실시예 4 519 1580 14% 75
실시예 5 525 1610 14% 71
실시예 6 531 1640 14% 69
실시예 7 538 1660 13% 68
실시예 8 542 1695 13% 65
실시예 9 553 1730 13% 60
실시예 10 559 1750 13% 53
비교예 1 약 400
(HRC43)		 1250 10% -
표 3을 보면, 실시예 1-10의 내마모성 강판은 1450-1800Mpa의 인장 강도, 13-14%의 신장률, 470-560HBW의 브리넬 경도 및 50-90J의 -40℃ 샤르피 V-노치 세로 충격 에너지를 가지며, 이는 본 발명의 내마모성 강판은 고강도, 고경도, 우수한 신장률 등뿐만 아니라 뛰어난 저온 충격 인성을 가진다. 본 발명의 강판의 강도, 경도 및 신장률은 비교예 1보다 분명히 뛰어나다.
2. 내마모성 테스트
내마모성 테스트는 ML-100 연마 마모 테스팅 장치상에서 실행된다. 샘플을 절단할 때, 샘플의 축은 강판 표면에 직각이며, 샘플의 마모 표면은 강판의 압연 표면이다. 샘플은 Φ4mm의 테스트 부분 및 Φ5mm의 클램프 고정 부분을 가진 계단형 원통 바디로 공작된다. 테스트 전에, 샘플을 알코올로 세척하고, 송풍기로 건조한 후, 1/10,000의 정확도를 가진 저울에서 계량하였다. 측정된 중량을 최초 중량으로 생각한 후, 탄성 클램프 상에 장착한다. 부하 84N의 작용하에서, 80 그릿(grit)을 가진 연마 종이로 테스트를 실행한다. 테스트 이후, 샘플과 연마 종이 사이의 마모 때문에, 나선이 샘플에 의해 연마 종이 상에 그려질 수 있다. 나선의 출발 반경과 종료 반경에 따라, 나선의 길이는 다음 식으로 계산한다:
Figure 112017057306003-pat00001
여기서, r1은 나선의 출발 반경이며; r2는 나선의 종료 반경이며; a는 나선의 공급량이다. 각 테스트에서, 계량은 3회 실행하며, 평균 결과를 얻는다. 그런 후에 중량 손실을 계산하고, 미터당 중량 손실은 샘플의 마모 속도(mg/M)를 나타낸다.
내마모성 테스트를 본 발명의 실시예 1-10의 초고강도 고인성 저합금 내마모성 강판에 대해 실행한다. 본 발명에 따른 이런 실시예 및 비교예 2(450HB의 경도를 가진 강판이 사용된다)의 강의 마모 테스트 결과는 표 4에 도시된다.
실시예 1-10 및 비교예 2에서 강의 마모 테스트 결과
강 형태 테스트 온도 마모 테스트 조건 마모 속도(mg/M)
실시예 1 주위 온도 80-그릿 연마 종이/
84N 부하		 13.033
실시예 2 주위 온도 80-그릿 연마 종이/
84N 부하		 12.801
실시예 3 주위 온도 80-그릿 연마 종이/
84N 부하		 12.567
실시예 4 주위 온도 80-그릿 연마 종이/
84N 부하		 12.316
실시예 5 주위 온도 80-그릿 연마 종이
/84N 부하		 12.225
실시예 6 주위 온도 80-그릿 연마 종이/
84N 부하		 12.138
실시예 7 주위 온도 80-그릿 연마 종이/
84N 부하		 12.058
실시예 8 주위 온도 80-그릿 연마 종이/
84N 부하		 11.925
실시예 9 주위 온도 80-그릿 연마 종이/
84N 부하		 11.845
실시예 10 주위 온도 80-그릿 연마 종이/
84N 부하		 11.736
비교예 2 주위 온도 80-그릿 연마 종이/
84N 부하		 11.668
이런 마모 조건에서, 본 발명에 따른 고성능 저합금 내마모성의 마모 성능은 비교예 2의 마모 성능보다 좋다는 것을 표 4로부터 알게 된다.
3. 용접 성능 테스트
Y-슬릿 용접 균열 테스트(GB4675.1-84)에 따라, Y-슬릿 용접 균열 테스트를 실행하고 5개 그룹을 테스트하였다.
먼저, 뻣뻣한 용접 이음매를 Φ1.2의 JM-58 용접 와이어를 사용하여 풍부한 Ar 기체 보호 용접을 통해 용접하였다. 용접 공정 동안, 테스트 조각의 각 변형은 엄격하게 제어한다. 용접 이후, 테스트 조각을 주위 온도로 냉각하여 테스트된 이음매를 용접한다. 이음매는 주위 온도에서 용접되고 용접 완료 48시간 후, 이음매의 표면, 접합부 및 하부 상의 균열이 탐지된다. 이런 탐지는 절단 테스트 및 염색에 의해 실행된다. 용접 조건은 170Ax25Vx160mm/min이다.
용접 성능 테스트는 본 발명에 따라 실시예 1-10의 내마모성 강판에 대해 실행하며 테스트 결과는 표 5에 도시된다.
실시예 1-10의 용접 성능 테스트의 결과
예열 온도 샘플 No. 표면 균열 비율, % 하부 균열 비율, % 접합부 균열 비율,% 주위 온도 상대 습도
실시예 1 85℃ 1 0 0 0 25℃ 66%
2 0 0 0
3 0 0 0
4 0 0 0
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실시예 2 93℃ 1 0 0 0 32℃ 59%
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실시예 3 105℃ 1 0 0 0 26℃ 62%
2 0 0 0
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실시예 4 118℃ 1 0 0 0 29℃ 61%
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실시예 5 138℃ 1 0 0 0 33℃ 66%
2 0 0 0
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실시예 6 158℃ 1 0 0 0 29℃ 63%
2 0 0 0
3 0 0 0
4 0 0 0
5 0 0 0
실시예 7 169℃ 1 0 0 0 33℃ 65%
2 0 0 0
3 0 0 0
4 0 0 0
5 0 0 0
실시예 8 171℃ 1 0 0 0 27℃ 58%
2 0 0 0
3 0 0 0
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실시예 9 188℃ 1 0 0 0 27℃ 61%
2 0 0 0
3 0 0 0
4 0 0 0
5 0 0 0
실시예 10 200℃ 1 0 0 0 30℃ 60%
2 0 0 0
3 0 0 0
4 0 0 0
5 0 0 0
표 5로부터 본 발명에 따른 실시예 1-10의 내마모성 강판은 특정 예열 조건하에서 용접 이후 표면상에 균열을 나타내지 않으며, 이는 본 발명의 내마모성 강판이 우수한 용접 성능을 가진다는 것을 알게 된다.
4. 미세구조
미세구조는 실시예 5의 내마모성 강판을 확인하여 얻어진다. 도 1에 도시된 대로, 미세구조는 고운 마르텐사이트 및 소량의 잔류 오스테나이트이며, 잔류 오스테나이트의 부피비는 5% 이하이며, 이것이 강판이 뛰어난 기계적 특성을 갖는 것을 보장한다.
생산 공정의 합리적인 조건하에서, 본 발명은 탄소 및 합금 원소의 조성물 및 이의 비를 과학적으로 설계하여, 합금의 비용을 감소시키며 구조를 제련하고 강화하도록 TMCP 공정을 충분히 이용하여 얻은 내마모성 강판은 고경도, 고강도, 고신장률 및 우수한 충격 인성 등과 같은 고성능, 뛰어난 용접 성능 및 내마모성을 가지며, 절삭, 굽힘과 같은 공작이 쉬워서 높은 응용성을 가진다.

Claims (13)

  1. 중량%의 화학 조성물: C: 0.21-0.31%; Si: 0.10-0.50%; Mn: 0.60-1.60%; B: 0.0005-0.0040%; Cr: 1.50% 이하; Mo: 0.80% 이하; Ni: 1.50% 이하; Nb: 0.005-0.080%; V: 0.080% 이하; Ti: 0.060% 이하; Al: 0.010-0.080%; Ca: 0.0010-0.0080%; N: 0.0080% 이하; O: 0.0080% 이하; H: 0.0004% 이하; P: 0.015% 이하; S: 0.010% 이하; 및 (Cr/5+Mn/6+50B): 0.20% 이상 및 0.55% 이하; (Mo/3+Ni/5+2Nb): 0.04% 초과 및 0.40% 이하; (Al+Ti): 0.01% 이상 및 0.13% 이하를 가지며, 나머지는 Fe 및 피할 수 없는 불순물인 고성능 저합금 내마모성 강판으로서; 이의 미세구조는 고운 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트이며, 잔류 오스테나이트의 부피비는 5% 이하이며; 통상적인 기계적 특성: 1450-1800MPa의 인장 강도, 13-14%의 신장률, 470-560HB의 브리넬 경도, 50J 초과 내지 90J의 -40℃ 샤르피 V-노치(Charpy V-notch) 세로 충격 에너지, 및 84N 부하 하에서 80-그릿(grit) 연마 종이로 측정된 12.801mg/M 이하의 마모 속도를 가지는 고성능 저합금 내마모성 강판으로,
    여기서 고성능 저합금 내마모성 강판은 고성능 저합금 내마모성 강판을 얻기 위해 상기 화학 조성물로 제련하는 단계, 주조하는 단계, 가열하는 단계, 압연하는 단계, 압연 직후 냉각하는 단계, 및 선택적으로 템퍼링 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되며, 가열 단계에서, 슬라브 가열 온도는 1000-1200℃이며, 열 보존 시간은 1-3시간이고; 압연 단계에서, 조압연 온도는 900-1100℃이며, 조압연 단계에서 감소율은 20% 초과 내지 41%인 반면, 마무리 압연 온도는 780-860℃이며, 마무리 압연 단계에서 감소율은 40% 초과 내지 70%이고; 냉각 단계에서, 강은 400℃ 미만으로 수 냉각된 후 주위 온도로 공기 냉각되며, 수 냉각의 속도는 20℃/s 이상인 고성능 저합금 내마모성 강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    중량%의 화학 조성물: C: 0.21-0.30%; Si: 0.10-0.40%를 가지는 고성능 저합금 내마모성 강판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    중량%의 화학 조성물: Mn: 0.60-1.50%; B: 0.0005-0.0020%; Cr: 0.10-1.20%; 및 (Cr/5+Mn/6+50B): 0.20% 이상 및 0.50% 이하를 가지는 고성능 저합금 내마모성 강판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    중량%의 화학 조성물: Mo: 0.60% 이하; Ni: 1.20% 이하를 가지는 고성능 저합금 내마모성 강판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    중량%의 화학 조성물: V: 0.060% 이하; Ca: 0.0010%-0.0060%를 가지는 고성능 저합금 내마모성 강판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    중량%의 화학 조성물: N: 0.0050% 이하; O: 0.0050% 이하; H: 0.0003% 이하; P: 0.012% 이하; S: 0.005% 이하를 가지는 고성능 저합금 내마모성 강판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    중량%의 화학 조성물: Ti: 0.005-0.060%; Al: 0.020-0.080%; (Al+Ti): 0.01% 이상 및 0.12% 이하를 가지는 고성능 저합금 내마모성 강판.
  8. 중량%의 화학 조성물: C: 0.21-0.31%; Si: 0.10-0.50%; Mn: 0.60-1.60%; B: 0.0005-0.0040%; Cr: 1.50% 이하; Mo: 0.80% 이하; Ni: 1.50% 이하; Nb: 0.005-0.080%; V: 0.080% 이하; Ti: 0.060% 이하; Al: 0.010-0.080%; Ca: 0.0010-0.0080%; N: 0.0080% 이하; O: 0.0080% 이하; H: 0.0004% 이하; P: 0.015% 이하; S: 0.010% 이하; 나머지는 Fe 및 피할 수 없는 불순물을 가지며, (Cr/5+Mn/6+50B): 0.20% 이상 및 0.55% 이하; (Mo/3+Ni/5+2Nb): 0.04% 초과 및 0.40% 이하; (Al+Ti): 0.01% 이상 및 0.13% 이하를 만족하는 고성능 저합금 내마모성 강판 제조 방법으로,
    여기서 방법은 제련하는 단계, 주조하는 단계, 가열하는 단계, 압연하는 단계, 압연 직후 냉각하는 단계, 및 선택적으로 템퍼링 단계를 포함하여 고성능 저합금 내마모성 강판을 얻으며, 이의 미세구조는 고운 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트이며, 잔류 오스테나이트의 부피비는 5% 이하이며, 1450-1800MPa의 인장 강도, 13-14%의 신장률, 470-560HB의 브리넬 경도, 50J 초과 내지 90J의 -40℃ 샤르피 V-노치(Charpy V-notch) 세로 충격 에너지, 및 84N 부하 하에서 80-그릿(grit) 연마 종이로 측정된 12.801mg/M 이하의 마모 속도를 가지며,
    여기서, 가열 단계에서, 슬라브 가열 온도는 1000-1200℃이며, 열 보존 시간은 1-3시간이고; 압연 단계에서, 조압연 온도는 900-1100℃이며, 조압연 단계에서 감소율은 20% 초과 내지 41%인 반면, 마무리 압연 온도는 780-860℃이며, 마무리 압연 단계에서 감소율은 40% 초과 내지 70%이고; 냉각 단계에서, 강은 400℃ 미만으로 수 냉각된 후 주위 온도로 공기 냉각되며, 수 냉각의 속도는 20℃/s 이상인 고성능 저합금 내마모성 강판 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    압연 직후 냉각하는 단계는 템퍼링 단계를 더 포함하며, 가열 온도는 100-400℃이며 열 보존 시간은 30-120분인 고성능 저합금 내마모성 강판 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    가열 단계에서, 슬라브 가열 온도는 1000-1150℃인 고성능 저합금 내마모성 강판 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    냉각 중지 온도는 380℃ 미만이며, 수 냉각 속도는 23℃/s 이상인 고성능 저합금 내마모성 강판 제조 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    템퍼링 단계에서, 템퍼링 온도는 100-380℃이며, 열 보존 시간은 30-100분인 고성능 저합금 내마모성 강판 제조 방법.
  13. 삭제
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