KR102079612B1 - 저합금 고강도 강을 위한 강 합금 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다음의 화학 조성(중량%)을 갖는 스트립, 시트 및 파이프를 생산하기 위한 저합금 고강도 탄화물 미함유 베이나이트계 강에 관한 것이다: 0.10 - 0.70 C, 0.25 - 4.00 Si, 0.05 - 3.00 Al, 1.00 - 3.00 Mn, 0.10 - 2.00 Cr, 0.001 - 0.50 Nb, 0.001 - 0.025 N, 최대 0.15 P, 최대 0.05 S, AIN의 일차 석출물을 방지하기 위한 조건, Al x N < 5 x 10^-3(중량%) 및 시멘타이트 형성을 억제하기 위한 조건, Al > 4 x C(중량%)이 만족되는 것을 조건으로, Mo, Ni, Co, W, Nb, Ti, 또는 V 및 Zr 및 희토류 중 하나 이상의 원소가 선택적으로 첨가되는 강 트램프(tramp) 원소 및 잔부의 철.

Description

저합금 고강도 강을 위한 강 합금{STEEL ALLOY FOR A LOW-ALLOY, HIGH-STRENGTH STEEL}

본 발명은 청구항 1에 따라 강인성 및 우수한 내마모성을 동시에 갖는 저합금 고강도 강을 위한 강 합금에 관한 것이다.

특히, 본 발명은, 예를 들면, 차체, 지지 구조물의 부품 또는 에어백 튜브 및 원통형 튜브와 같은 자동차 산업을 위한 부품을 생산하는 이 합금으로 제조된 파이프, 스트립 및 시트에 관한 것이다.

건설-기계 산업의 분야에서, 이 합금으로 제작되는 마모방지판은, 예를 들면, 굴삭기 삽을 위한 높은 마모 요건의 경우에 사용될 수 있다. 또한 이와 같은 강은, 예를 들면, 방탄 강판과 같은 돌발적 충격 에너지를 흡수해야 하는 용도를 위해 사용된다.

이러한 합금으로 생산되는 파이프는 핫 스트립 또는 콜드 스트립으로 생산된 용접된 파이프로서 또는 이음매 없는 파이프로서 구성될 수 있고, 이것은 경우에 따라 원형 형상으로부터 벗어나는 단면을 가질 수 있다.

이러한 합금으로 제조되는 구조 파이프 또는 플레이트는, 예를 들면, 크레인 구조, 교량 구조, 호이스트 구조 및 고하중 차량 구조에서 매우 높은 응력에 노출되는 용접된 강 구조를 위해 사용될 수 있다.

더 높은 강도 및 향상된 가공 특성 및 부품 특성을 위한 요구와 동시에 중량 및/또는 비용을 감소시키기 위한 요구는, 무엇보다도, 탄화물 미함유 강으로서 "슈퍼 베이나이트"라는 명칭으로도 공지된 초미세립 듀플렉스 강의 개발로 이어졌다. 잔류 오스테나이트 박층을 갖는 베이나이트계 페라이트로 이루어지는 이와 같은 미세조직의 생성은 상부 및 하부 베이나이트 미세조직에 대비하여 도 1에 개략적으로 도시되어 있다.

이들 강의 특징은, 예를 들면, 1000 내지 약 2000 MPa의 강도, 강도에 따라 적어도 5%의 파단신율, 및 일부의 잔류 오스테나이트를 갖는 극도로 미세한(나노) 구조의 베이나이트계 미세조직이다.

이러한 초미세 미세조직을 생성하기 위한 접근방법은 시멘타이트의 석출 및 마르텐사이트의 형성을 방지하면서 베이나이트 영역에서 낮은 온도에서의 상변태에 기초한다. 시멘타이트와 같이 베이나이트 내에서 석출되는 탄화물은 억제하는 것은 필요한데, 이것은 한편으로 파괴 유도물질로서 강력한 취성 효과를 가짐으로써 요구되는 강인성을 달성하는 것을 저지하고, 다른 한편으로 본 발명에 따른 특성을 달성하기 위해 필요한 안정화된 오스테나이트가 달성될 수 없기 때문이다.

그러나, 이러한 낮은 변태 온도에서 변태 속도는 심하게 감속되고, 이것은 합금 조성에 따라, 특히 탄소 함량의 증가와 함께, 많은 시간 내지 하루 이상의 더 긴 등온 유지 시간을 초래할 수 있으므로 이러한 강의 경제적 사용은 방해를 받는다. 그러나, 이와 같은 긴 가공 시간은 부품의 경제적 생산을 위해 허용될 수 없으므로 변태를 가속화시키기 위한 해결책으로서의 합금 개념이 추구되었다.

최대 48 시간의 긴 등온 변태 시간을 필요로 하는 합금 조성은 WO 2009/075494로부터 공지되어 있다. 또한 이러한 강은 탄소 및 철 외에 고가의 니켈, 몰리브데넘, 붕소 및 티타늄을 포함하고, 기술된 적용 분야에 대해 달성가능한 강인성이 충분하지 않은 것은 불리하다.

레일 트랙을 위한 탄화물 미함유 베이나이트계 강은, 예를 들면, DE 696 31 953 T2로부터 공지되어 있다. 이것에 개시된 강 합금은 망가니즈, 크로뮴, 및 몰리브데넘, 니켈, 바나듐, 텅스텐, 티타늄 및 붕소와 같은 추가의 원소 외에 1 내지 3%의 규소 함량을 갖는다.

또한 규소 외에 알루미늄의 첨가는 베이나이트 내의 탄화물의 형성을 감소시키거나 억제할 수 있고, 나머지 잔류 오스테나이트를 안정화시킬 수 있다는 것을 이 공보는 언급하고 있다. 이러한 강은 또한 긴 변태 시간의 단점을 극복할 수 있고, 여기서 공기 중에서의 연속 냉각만으로 대응하는 베이나이트계 미세조직이 생성될 수 있다(공기 경화).

이러한 강은 강한 마모 응력에 노출되는 레일 트랙에 관한 요구를 위해 구성되지만, 언급된 적용 분야의 경우 내마모성에 관한 요구 외에 강도 및 강인성 요건도 부합되어야 하므로 이러한 경우 스트립, 시트 및 파이프에 대해 사용될 수 없거나 비경제적이다. 또한, 그 컴팩트한 단면에 기인되어, 레일의 단면 치수는 스트립, 시트 및 파이프의 것과 상당히 다르고, 이것은 강의 공기 냉각 후에 달성되는 재료 특성에 관한 합금 개념의 조절을 필요로 한다. 또한 공지된 강의 단점은 고가의 티타늄 및 기타 원소, 예를 들면, 니켈, 몰리브데넘 및 텅스텐의 첨가하는 것이다.

공지된 강의 추가의 문제는 질소 함량에 관한 정보가 제공되지 않고, 이것은 특히 알루미늄이 첨가될 때 알루미늄 질화물의 형성을 통해 재료 특성에 악영향을 준다.

알루미늄의 첨가의 결과 강 내에 존재하는 질소에 대한 큰 친화도에 기인되어, 응고 중에 강 내에서 일차적으로 석출되는 조대한 알루미늄 질화물이 형성되고, 이것은 강의 전성, 노치 충격 인성, 파열 거동 및 내용연수에 극히 부정적인 영향을 주고, 이것에 의해 기계적 특성을 상당히 열화시킨다.

그 결과, 규소 대신 알루미늄 또는 추가의 알루미늄이 첨가되는 이러한 공지된 강 합금은 석출물의 양 및 유해한 알루미늄 질화물의 크기는 강 내의 질소 및 알루미늄의 각각의 함량에 의존하므로 실제로 사용될 수 없고, 그리고 질소는 고려되지 않으므로 구체적인 재료 특성이 예측될 수 없다. 또한, 본 발명에 따라 설명된 적용 분야를 위한 달성가능한 강인성도 충분히 높지 않다.

만족되어야 할 강 합금의 기계적 특성에 관한 요구는 다음과 같이 요약될 수 있다.

강도: 1250 내지 2500 MPa

파단신율 12% 초과

-20℃에서의 노치 충격 인성: 적어도 15 J

본 발명의 목적은 스트립, 시트 및 파이프를 생산하기 위한 강인성 및 내마모성을 갖고, 한편으로 공지된 강 합금보다 비용 효율적이고, 다른 한편으로 강도, 파단신율, 강인성 등과 같은 요구에 부합하는 균일한 재료 특성을 보장하는 저합금, 고강도 탄화물 미함유 베이나이트계 강을 위한 강 합금을 발표하는 것이다. 또한, 이들 재료 특성은 또한 정지된 공기에서의 냉각시 공기 경화에 의해 달성될 수 있다.

이러한 목적은 청구항 1의 전제부 및 특징적 기구에 기초하여 달성된다. 유리한 개량점은 종속 청구항의 주제이다.

본 발명의 교시에 따르면, 다음의 화학 조성(중량%)을 갖는 강 합금이 제안된다.

0.10 - 0.70 C

0.25 - 4.00 Si

0.05 - 3.00 Al

1.00 - 3.00 Mn

0.10 - 2.00 Cr

0.001 - 0.50 Nb

0.001 - 0.025 N

최대 0.15 P

최대 0.05 S

AIN의 일차 석출을 방지하기 위한 조건, Al x N < 10^-3(중량%) 및 시멘타이트 형성을 억제하기 위한 조건, Si + Al > 4 x C(중량%)이 만족되는 것을 조건으로, Mo, Ni, Co, W, Nb, Ti, 또는 V 및 Zr 및 희원소 중 하나 이상의 원소가 선택적으로 첨가되고, 용해 관련 혼입물을 갖는 잔부의 철.

선택적으로, 전부 합하여 최대 1 중량%의 Ce, Hf, La, Re, Sc 및/또는 Y와 같은 희토류 및 반응성이 높은 원소.

도 1은 미세조직 분류 베이나이트를 도시한다.
도 2는 변태 거동을 개략적으로 도시한다.
도 3은 (정지된 공기 및 ?칭을 이용한 냉각에서) 시험 용융체(17)의 시트의 냉각의 온도 추이를 도시한다.
도 4는 종래의 고강도 강 재료에 비교한 시험된 시험 합금의 기계적 특성값을 도시한다.
도 5는 미세조직의 개략도로서, Nb(C,N)-석출 및 상이한 배향의 아결정립 조직을 구비하는 이전 오스테나이트 결정립을 도시한다.
도 6은 알루미늄 질화물(AIN)의 일차 석출물을 예측하기 위한 계산의 결과를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 합금의 X선 스펙트럼을 도시한다.

퍼들 럼프(puddle lump) 또는 슬래브 상태에서, 본 발명에 따른 강은 공냉 후 이미 1250 MPa를 초과하는 강도(Rm), 12%를 초과하는 파단신율 및 -20℃에서 적어도 15 J의 강인성(KBZ)을 갖는다(표 1 참조). 미세조직은 적어도 75%의 베이나이트계 페라이트, 적어도 10%의 잔류 오스테나이트 및 최대 5%의마르텐사이트(또는 마르텐사이트 상 및/또는 분해된 오스테나이트)을 비율을 갖는 탄화물 미함유 베이나이트 및 잔류 오스테나이트로 이루어진다.

본 발명에 따른 강 합금은 DE 6906 953 T2 및 WO 2009/075494 A1으로부터 탄화물 미함유 베이나이트계 강의 개발에 기초한다.

놀랍게도 본 발명에 관련하여 실시된 시험은 요구되는 재료 특성을 달성하기 위한 공지된 강 합금에 비해 0.05 내지 3.0 중량%의 범위의 알루미늄 및 0.001 내지 0.5 중량%의 범위의 니오븀의 표적화된 첨가에 의해 달성될 수 있고, 우수한 재료 강도 및 내마모성 외에도 매우 우수한 강인성이 달성될 수 있음을 보여주었다. 특히, 니오븀의 첨가는 결정립 미세화를 통한 강인성 특성의 상당한 개선을 유발하므로, 이 합금은 기계적 특성 및 내마모성에 관한 높은 요구조건에 부합한다.

또한, 0.10 내지 2.00 중량%의 범위로 크로뮴의 유리한 첨가의 결과, 페라이트 형성의 속도는 정밀하게 제어될 수 있으므로 재료 특성에 악영향을 줄 수 있는 조대한 다각형 페라이트체의 형성이 효과적으로 방지될 수 있다. 이러한 관점에서 중요한 것은 알루미늄과 크로뮴 사이의 상호작용이다. 알루미늄은 페라이트 변태 및 베이나이트 변태를 가속시키지만 크로뮴의 첨가는 페라이트 변태를 지연시킨다(도 2 참조). 이들 2 가지 원소의 표적화된 조합에 의해 페라이트 및 베이나이트의 형성 속도를 제어할 수 있다.

베이나이트 내의 탄화물 석출을 방지하는 것에 관하여 알루미늄을 첨가하는 것의 공지된 유리한 효과 이외에, 시험 결과 규소에 비해 알루미늄의 첨가는 베이나이트 변태를 상당히 가속시키는 것이 밝혀졌다. 후자는 또한 알루미늄의 함량의 증가에 의해 증가하고, 이것은 본 발명에 따른 강의 강인성 및 강도는 규소만으로 합금된 강에 비해 연속 냉각 후에 상당히 향상됨을, 즉 더 높은 강인성 및 강도 값이 달성될 수 있음을 의미한다. 유리한 것은 더 두꺼운 시트(예를 들면, 10 mm 초과)에서 기계적 특성의 요구되는 조합을 달성하기 위한 10℃/초를 초과하는 냉각 속도이고, 또한 요구되는 기계적 특성은 더 얇은 시트의 경우 정지된 공기에서의 냉각에 의해, 또는 합금 개념의 조절에 의해 달성될 수 있다. 변태 속도에 관하여 상이한 합금 원소의 영향은 도 2에 도시되어 있다. 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트의 변태 속도 및 마르텐사이트 개시 온도에 미치는 C, Si, Al, Mn, Cr 및 Mo의 효과가 개략적으로 도시되어 있다.

본 발명에 따르면, 공지된 강에 비해, 이러한 유리한 특성을 달성하기 위해, 강 내의 일차 석출물로서 유해한 알루미늄 질화물의 수 및 크기를 최소화하기 위해 질소 함량이 0.025%의 언급된 상한, 더 우수하게는 0.015% 또는 최적으로는 0.010 중량%를 초과하지 않을 것이 엄중하게 필요하고, 여기서 또한 조건, Al x N < 5 x 10^-3이 만족되어야 한다. 그렇지 않으면, 결정립 미세화에 의해 강인성을 증가시키기 위해 요구되는 니오븀 탄질화물의 형성이 가능하도록 0.001 중량%, 최적으로는 0.0020의 질소의 최소 함량이 요구된다.

시험된 합금 조성 및 판정된 기계적 특징은 표 1에 기재되어 있다. 모든 샘플은 약 950℃까지 가열되고, 다음에 정지된 공기에서 냉각되거나 가속화된 냉각에 노출되었다. 요구되는 냉각 속도는 시트 두께 및 조성에 따라 선택된다. 기계적 샘플링의 결과가 보여주는 바와 같이, 지나치게 낮은 Cr 함량으로 인해 샘플 용융체 14의 경우, 요구되는 특성이 달성될 수 없었다. 시험 용융체 16은 12 mm의 더 두꺼운 시트 두께로 인해 가속화 냉각 후에만 요구를 만족시켰다. 정지된 공기에서의 냉각 또는 ?칭에 의한 냉각을 위한 전형적 온도 프로파일은 도 3에 도시되어 있다.

도 4에는 일부의 시험된 시험 용융체 및 그것의 기계적 특징 및 냉각 조건이 종래의 고강도 강 재료에 비교하여 도시되어 있다. 개발된 강에서 더 높은 강도 재료의 영역은 향상된 신장 특성을 가짐을 알 수 있다.

표 1은 시험된 합금의 합금 조성(중량%) 및 기계적 특성값을 표시한다.

결과는 경화된 상태에서 우수한 기계적 특성(퍼들 럼프 또는 슬래브와 같은 반제품의 경우에 이미 본 발명에 따른 강 합금의 강도 및 강인성)을 확인해 준다.

필수 원소로서, 알루미늄은 변태 속도를 가속시키는 것 외에 규소와 조합하여 베이나이트 내의 탄화물 석출을 억제시키는 중요한 역할을 하고, 그 결과 탄소만이 페라이트 내에서 제한된 용해도를 가지므로 잔류 오스테나이트가 안정화된다. 베이나이트 내의 적어도 10%의 잔류 오스테나이트의 높은 비율은 극도의 미세한 층상의 미세조직 외에 우수한 기계적 특성을 유발한다. 상이한 미세조직 성분은 주사전자현미경법에 의해 결정되었고, 300 nm의 평균 층상의 간격으로 결정되었다. 미세한 층상의 미세조직을 갖는 아조직(예를 들면, 아결정립)을 갖는 이전 오스테나이트 결정립의 개략도가 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 여기서, 이전 오스테나이트 결정립 조직은 Nb(C,N) 석출을 통해 안정화된다.

잔류 오스테나이트의 대응하는 비율에서, 유리하게 소위 TRIP-효과가 사용될 수도 있다. 통상적으로 용어 TRIP(변태 유기 소성(Transformation Induced Plasticity))으로 불리는 강은 강을 냉간 성형에 특히 적합하도록 하는 매우 큰 강도 및 큰 전성을 동시에 갖는 강이다. 이러한 특성은 그것의 특별한 현미경 조직에 기인되어 얻어지고, 여기서 변형 유기 마르텐사이트 형성 및 이것에 관련되는 가공 경화는 억제되고, 전성은 증대된다. TRIP 효과의 효과는 약 1 내지 20%의 잔류 오스테나이트 비율의 경우에 최적이다.

이하에서 본 발명에 따른 합금 개념이 더 상세히 설명된다.

- 탄소: 재료의 충분한 강도를 이유로, 최소 함량은 0.10 중량% 미만이어서는 안 된다. 충분히 낮은 마르텐사이트 개시 온도 및 이것에 의한 극히 미세한 미세조직의 달성 및 그러나 여전히 우수한 용접성에 관련하여, 탄소 함량은 0.70 중량%를 초과하면 안 된다. 0.15 내지 0.60 중량%의 탄소 함량은 유리한 것으로 입증되었고, 여기서 탄소 함량이 0.18 내지 0.50 중량%일 때, 최적의 특성이 달성된다.

- 알루미늄/규소: 연속 냉각 후에 요구되는 재료 특성을 달성하기 위한 필수 원소는 변태 속도를 강하게 가속시키는 알루미늄이다.

이러한 효과를 달성하기 위해, 알루미늄 함량은 적어도 0.05% 중량%, 그러나 최대로는 3.00% 중량%이어야 하고, 그렇지 않으면 재료 특성에 악영향을 주는 조대한 다각형 페라이트체가 형성될 수 있기 때문이다. 만일 알루미늄 함량이 지나치게 낮으면, 베이나이트 변태도 느려지므로, 파단신율 및 노치 충격 인성에 악영향을 주는 마르텐사이트의 형성이 촉진된다. 베이나이트 내의 탄화물을 충분히 억제하기 위해, 0.25 내지 4.00 중량%의 함량의 규소가 첨가될 수 있다. 우수한 재료 특성은 0.07 내지 1.50 중량%의 알루미늄 함량 및 0.09 내지 0.75 중량%의 최적의 알루미늄 함량에서 달성된다. 대응하는 규소 함량은 0.50 내지 1.75 중량% 또는 0.75 내지 1.50 중량%이다.

- 적어도 0.10 내지 2.00 중량%의 크로뮴의 표적화된 첨가로 인해 페라이트 변태는 감속되고, 알루미늄과의 조합을 통해 페라이트 및 베이나이트 형성의 속도는 표적화된 방식으로 제어될 수 있다. 유리한 크로뮴 함량은 0.10 내지 1.75 중량% 또는 0.10 내지 1.50 중량%이다.

- 망가니즈: 1.00 내지 3.00 중량%의 범위의 망가니즈의 첨가는 더 높은 첨가에 의해 달성될 수 있는 강도와 더 낮은 함량에서 달성될 수 있는 충분한 강인성 사이의 절충으로서 강 합금의 각각의 요구에 의존하게 된다. 매우 우수한 또는 최적의 특성 조합에 관련하여, 망가니즈 함량은 1.50 내지 2.50 중량% 또는 1.70 내지 2.70 중량%이어야 한다.

- 니오븀/질소: Nb(C,N)의 확실한 형성을 위해, 0.001 내지 0.50 중량%의 니오븀 함량이 달성되어야 한다. 얻어지는 결정립 미세화는 상당한 강인성 특성의 개량에 기여한다. 또한 Nb(N)를 형성하기 위해 0.001 내지 0.025 중량%의 질소 함량이 권고되는데, NbN은 NbC보다 더 안정하므로 결정립 미세화를 증대시키기 때문이다. 0.001 내지 0.015 또는 0.002 내지 0.010 중량%의 유리한 질소 함량에서, 유리한 니오븀 함량은 0.001 내지 0.10 또는 0.001 내지 0.05 중량%이다. 또한, 질소의 첨가는 C의 오스테나이트 안정화 효과를 손실시킬 수 있는 C의 과도한 결합을 Nb를 통해 방지한다.

- 필요한 경우, 예를 들면, 몰리브데넘(최대 1.00 중량%), 니켈(최대 5.00 중량%), 코발트(최대 2.00 중량%) 또는 텅스텐(최대1.50 중량%)이 강도를 더 증가시키기 위한 고용체 경화제로서 첨가될 수 있다. 대안으로서 또는 추가적으로 최대 0.2 중량%의 바나듐 및/또는 최대 0.10 중량%의 티타늄과 같은 마이크로 합금 원소가 첨가될 수 있다. 최대 0.20 중량%의 Ti, V 및 최대 5.50 중량%의 Ni, Mo, Co, W, Zr의 총 함량이 관찰되어야 한다. 이러한 합금 원소의 효과의 장점을 이용하기 위해, 0.01 중량%의 최소 함량이 관찰되어야 한다.

희토류 및 반응성이 높은 원소: Ce, Hf, La, Re, Sc 및/또는 Y와 같은 희토류 및 반응성이 높은 원소는 최적의 층상의 간격을 달성하고, 이에 따라 최대 1 중량%의 총 함량에서 강도 및 강인성을 더 향상시키기 위해 선택적으로 첨가될 수 있다. 필요한 경우, 20 ppm의 총 함량이 첨가될 수 있다.

합금 조성에서, 냉각 속도를 고려함과 동시에 특히 변태 속도 및 변태 거동(도 2)을 위한 기계적 기술적 특성, 잔류 오스테나이트의 안정화 및 마르텐사이트 개시 온도의 요구되는 재료 특성을 달성하기 위해 다음의 조건이 준수되어야 하고, 언급된 실험적으로 결정되는 식에서, C, Mn, Si, Al, Cr 및 Mo의 함량(중량%) 및 냉각 속도(℃/초)로서 T가 삽입되어야 한다. 식에서 사용되는 계수의 단위는 식에서 사용되는 변수에 따라 선택된다.

페라이트 변태의 속도:

기계적-기술적 특성을 준수하거나 설정하기 위해, 그리고 특히 재료 특성에 악영향을 주는 조대한 다각형 페라이트 결정립의 형성을 방지하기 위해, 다음의 조건이 만족되어야 한다:

(35 x C) +(10 x Mn) - Si -(5 x Al) + Cr > 13/T + 10

베이나이트 변태의 속도:

기계적 기술적 특성을 위해 극히 미세하게 구성된 베이나이트계 페라이트/잔류 오스테나이트 박층을 구비하는 적절한 미세조직을 얻기 위해 다음의 베이나이트 변태의 속도를 위한 다음의 식이 성립되어야 한다:

400 x exp [(-7 x C) - (4 x Mn) + 8Al + 3]/T > 1

마르텐사이트 개시 온도(℃):

기계적 기술적 특성을 열화시키는 더 큰 마르텐사이트계 미세조직 비율을 방지하기 위해, 마르텐사이트 개시 온도는 다음과 같이 결정되어야 한다:

525 - (350 x C) -(45 x Mn) - (16 x Mo) - (5 x Si) + (15 x Al) << 400

잔류 오스테나이트를 안정화시키기 위해, 시멘타이트의 형성이 억제되어야 한다. 이것은 Si 및 Al의 표적화된 합금화에 의해 달성되는데, 양자 모두의 원소는 시멘타이트 내에서 극히 낮은 용해도를 가지기 때문이다. 이것을 위해, 다음의 조건이 만족되어야 한다:

Si + Al > 4 x C

유해한 일차 AIN 석출물을 방지하기 위해, 다음의 조건이 만족되어야 한다:

Al x N > 5 x 10^-3

도 6에 이러한 관계가 다시 도시되어 있다.

변태 능력:

설명된 미세조직에 기초하여 본 발명에 따른 특성을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 강의 완전한 오스테나이트화는 최종 열처리(도 1 참조) 전에 달성되어야 한다.

기계적 특성의 요구되는 조합(강도, 전성 및 강인성)을 달성하기 위해, 페라이트 및 오스테나이트 형성제의 다음의 관계가 만족되어야 한다:

C + Si/6 + Mn/4 + (Cr + Mo)/3 > 1

본 발명에 따른 강의 미세조직은 페라이트 및 잔류 오스테나이트 박층으로 이루어진다. 이것은 최대 5%의 마르텐사이트의 비율(또는 마르텐사이트/오스테나이트 상 및/또는 분해된 오스테나이트)을 가질 수 있다. 강의 기계적 특성에 상당한 영향을 주는 미세조직의 2 가지 가장 중요한 특징은 박층 간격 및 잔류 오스테나이트의 비율이다. 층상의 간격이 더 작고, 잔류 오스테나이트의 비율이 더 높으면 높을 수록 재료의 강도 및 파단신율이 더 높아진다.

적어도 1250 내지 2500 MPa의 재료의 요구되는 고강도를 얻기 위해, 평균 층상의 간격은 750 nm 미만, 유리하게는 500 nm 미만이어야 한다.

적어도 12%(및 파단신율)의 신장 값을 달성하기 위해, 적어도 10%의 잔류 오스테나이트 비율 및 최대 5%의 마르텐사이트 비율이 제공되어야 한다.

니오븀 탄질화물 형성을 이용한 결정립 미세화에 의해 높은 강인성을 달성하기 위해, 평균 이전 오스테나이트 결정립 크기는 100 μm의 값을 초과하지 말아야 한다.

미세조직은 극히 미세하므로 미세조직의 성분은 현미경에 의해 상호로부터 구별되기가 곤란할 수 있으므로, 경우에 따라 전자 현미경 및 X선 회절이 사용되어야 한다.

미세조직의 성분은 주사전자현미경법을 이용하여 구별될 수 있다. 이러한 방식으로, 약 300 nm의 평균 층상의 간격이 결정된다.

X선 회절 측정의 결과는 도 7에 도시되어 있다. X선 스펙트럼의 강도 분포로부터, 본 미세조직 성분의 결정 구조 및 그들의 상 비율이 결정될 수 있다.

X선 회절 방법을 이용하여 10% 내지 20%의 잔류 오스테나이트 비율이 결정되었다.

Claims (10)

1. 다음의 화학 조성(중량%)을 구비하는 스트립, 시트 및 파이프를 생산하기 위한 저합금 고강도 탄화물 미함유 베이나이트계 강을 위한 강 합금의 제조 방법으로서,
   0.10 - 0.70 C
   0.25 - 4.00 Si
   0.05 - 3.00 Al
   1.00 - 3.00 Mn
   0.10 - 2.00 Cr
   0.001 - 0.50 Nb
   0.001 - 0.025 N
   최대 0.15 P
   최대 0.05 S
   AlN의 일차 석출물을 방지하기 위한 조건, Al x N < 5 x 10^-3(중량%) 및 시멘타이트 형성을 억제하기 위한 조건, Si + Al > 4 x C(중량%)이 만족되는 것을 조건으로, Mo, Ni, Co, W, Ti, 또는 V, 및 Zr 및 Ce, Hf, La, Re, Sc 및 Y 중 1종 이상의 희토류 중 하나 이상의 원소가 전부 합하여 최대 1 중량% 선택적으로 첨가되고, 잔부는 철 및 제강 관련 불순물,
   - 상기 선택적으로 합금될 원소는 다음의 중량%의 함량을 갖고,
   최대 5.00 Ni
   최대 1.00 Mo
   최대 2.00 Co
   최대 1.50 W
   최대 0.10 Ti
   최대 0.20 V,
   - 상기 Ti 및 V 의 총 함량은 최대 0.20%이고, 상기 Ni, Mo, Co, W의 총 함량은 최대 5.50 중량%이고,
   - 전자 현미경에 의해 측정된 평균 이전 오스테나이트 결정립 크기는 100 μm 이하이고, 잔류 오스테나이트 박층의 평균 층상간격은 750 nm 미만이고, 미세조직은 적어도 75%의 베이나이트, 적어도 10%의 잔류 오스테나이트 및 최대 5%의 마르텐사이트의 비율을 갖는 탄화물 미함유 베이나이트 및 잔류 오스테나이트로 이루어지고, 블룸 또는 슬래브 상태에서, 공기 중에서의 냉각 후, 이미 1250 MPa를 초과하는 강도(Rm), 12%를 초과하는 파단신율 및 -20℃에서 적어도 15 J의 강인성(노치 충격 강도)을 갖고,
   - 요구되는 재료 특성을 달성하기 위해, 변태 속도, 마르텐사이트 개시 온도 및 미세조직 형성을 위한 다음의 조건이 준수되는, 강 합금의 제조 방법.
   - 페라이트 변태 속도(여기서, C, Mn, Si 및 Al은 원소 함량(중량%)에 대응하고, T는 냉각 속도(℃/초)에 대응한다):
   (35 x C) +(10 x Mn) - Si - (5 x Al) + Cr > 13/T + 10
   - 베이나이트 변태 속도(여기서, C, Mn 및 Al은 원소 함량(중량%)에 대응하고, T는 냉각 속도(℃/초)에 대응한다):
   400 x exp [(-7 x C)-(4 x Mn) + 8Al + 3]/T >1
   - 마르텐사이트 개시 온도(℃, 여기서, C, Mn, Si, Al 및 Mo는 원소 함량(중량%)에 대응한다):
   525 - (350 x C) -(45 x Mn) - (16 x Mo) - (5 x Si) + (15 x Al) << 400
   - 잔류 오스테나이트의 안정화(여기서, C, Si 및 Al는 원소 함량(중량%)에 대응한다):
   Si + Al > 4 x C
   - 일차 AlN 석출물의 방지(여기서, Al 및 N은 원소 함량(중량%)에 대응한다):
   Al x N < 5 x 10^-3
   - 기계적 특성의 요구되는 조합을 만족시킴:
   C + Si/6 + Mn/4 + (Cr + Mo)/3 > 1
2. 제 1 항에 있어서,
   다음의 중량%의 함량을 갖는, 강 합금의 제조 방법.
   0.15 - 0.60 C
   0.50 - 1.75 Si
   0.07 - 1.50 Al
   1.50 - 2.50 Mn
   0.10 - 1.75 Cr
   0.001 - 0.10 Nb
   0.001 - 0.015 N
3. 제 2 항에 있어서,
   다음의 중량%의 함량을 갖는, 강 합금의 제조 방법.
   0.18 - 0.50 C
   0.75 - 1.5 Si
   0.09 - 0.75 Al
   1.70 - 2.50 Mn
   0.10 - 1.5% Cr
   0.001 - 0.05 Nb
   0.002 - 0.010 N
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5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 잔류 오스테나이트 박층의 전체적인 평균 층상간격은 500 nm 미만인, 강 합금의 제조 방법.
9. 제 1 항 내지 제 3 항 및 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   열간 압연된 또는 냉간 압연된 스트립, 시트 금속, 파이프, 프로파일을 위한, 또는 자동차 산업, 건설 산업 및 기계 제작용의 단조된 부품을 위한, 그리고 로드 및 와이어를 위한, 강 합금의 제조 방법.
10. 제 1 항 내지 제 3 항 및 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    마모 부품 및 장갑(armor)용 부품을 위한, 강 합금의 제조 방법.

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