KR102206319B1

KR102206319B1 - 오스테나이트계 내마모 강판

Info

Publication number: KR102206319B1
Application number: KR1020207006862A
Authority: KR
Inventors: 마사아키 후지오카; 데츠야 나메가와; 마사히데 요시무라; 마사노리 미나가와
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2021-01-22
Also published as: US11326237B2; KR102123604B1; BR112019019598A2; AU2018412622A1; JP6477983B1; CN110546290A; BR112019019598B1; WO2019186906A1; KR20200029060A; CN110546290B; EP3594374A4; KR20190115094A; JPWO2019186906A1; EP3594374A1; US20210355569A1

Abstract

본 발명의 일 양태에 관한 오스테나이트계 내마모 강판은, 소정의 화학 조성을 갖고, C 및 Mn의 질량％에서의 함유량이, -13.75×C+16.5≤Mn≤-20×C+30을 만족시키며, 금속 조직에 있어서, 오스테나이트의 체적 분율이 40％ 이상, 95％ 미만이고, 상기 오스테나이트의 평균 입경이 40 내지 300㎛이다.

Description

오스테나이트계 내마모 강판{AUSTENITIC ABRASION-RESISTANT STEEL SHEET}

본 발명은, 내마모 부재에 사용되는 오스테나이트계 내마모 강판에 관한 것이다.

종래의 내마모 부재 용도의 강판은, 특허문헌 1 등에 개시된 바와 같은 0.1 내지 0.3％ 정도의 C를 함유하는 강을 ??칭해서 금속 조직을 마르텐사이트로 함으로써 제조된다. 그러한 강판의 비커스 경도는 400 내지 600Hv 정도로 현저하게 높아, 내마모성이 우수하다. 그러나, 마르텐사이트 조직은 매우 단단하기 때문에 굽힘 가공성이나 인성이 떨어진다. 또한, 종래의 내마모 부재 용도의 강판은, 경도를 증가시키기 위해서 C를 많이 함유하지만, 0.2％ 이상의 C를 함유하면 용접 균열이 발생할 가능성이 있다.

한편, 내마모성과 연성을 겸비하는 소재로서 고Mn주강이 사용되고 있다. 고Mn주강은 매트릭스가 오스테나이트이기 때문에 연성이나 인성이 양호하다. 그러나, 고Mn주강은, 암석의 충돌 등에 의해 표면부가 소성 변형을 받으면, 변형쌍정이나, 조건에 따라서는 가공 유기 마르텐사이트 변태가 발생하여, 표면부의 경도만이 현저하게 높아지는 특성을 갖고 있다. 이 때문에, 고Mn주강은, 충격면(표면부)의 내마모성이 향상되어도 중심부는 오스테나이트 그대로이므로, 연성이나 인성이 우수한 상태 그대로 유지할 수 있다.

고Mn주강으로서는, JIS G 5131에 정해진 강이나, C 함유량이나 Mn 함유량을 높임으로써, 기계적 성질 및 내마모성의 향상을 도모한 오스테나이트계 내마모강이 수많이 제안되어 있다(특허문헌 2 내지 8 등을 참조).

이들 고Mn주강에서는, 내마모성의 개선을 위해서 C 함유량을 1％ 이상으로 다수 함유하고 있는 경우가 많다. C 함유량이 1％ 이상인 강에서는, 연성이나 인성이 우수한 오스테나이트여도, 탄화물이 많이 석출되는 등의 원인에 의해, 연성이나 인성이 저하되는 경우가 있다. 또한, 연성이나 인성을 개선할 목적으로 C 함유량을 과도하게 저감하면 오스테나이트를 안정화하기 위해서 다량의 Mn을 첨가할 필요가 있어, 합금 비용이 과대해진다는 결점이 있다.

특허문헌 9에서는, 다량의 Mn이나 C의 첨가를 회피하는 방법으로서, 주로 가공 유기 마르텐사이트를 이용하는 고Mn주강의 제조 방법이 제안되어 있다. 전술한 고C, 고Mn의 오스테나이트계 내마모강의 내마모성을 향상시키는 주된 기구는, 암석 등의 충돌 시에 강재 표면부에 도입되는 강 가공에 의해 오스테나이트의 쌍정변형이 발생함으로써, 강재 표면부에 현저한 가공 경화를 발생시키는 것이다. 특허문헌 9에 기재된 방법은, 강재 표면부의 강 가공에 의해, 주로 오스테나이트를 고탄소의 마르텐사이트로 변태시킴으로써, 강의 내마모성을 향상시키는 것이다. 탄소를 많이 포함하는 마르텐사이트는, 그 경도가 C양에 비례해서 증가하는 것이 알려져 있으며, 매우 단단한 조직이다. 그 때문에, 특허문헌 9에 기재된 방법에 의하면, 오스테나이트계 내마모강과 비교해서 C양을 저감할 수 있다. 또한, 특허문헌 9에 기재된 방법에서는, 오스테나이트계 내마모강 정도 오스테나이트를 안정화할 필요가 없으므로, Mn양도 저감하는 것이 가능해진다.

그러나, 특허문헌 9는, 850 내지 1200℃에 있어서의 0.5 내지 3시간의 균질화 처리를 실시하는 공정, 500 내지 700℃로 냉각하는 공정, 3 내지 24시간의 펄라이트화 처리를 실시하는 공정, 계속해서 850 내지 1200℃로 다시 가열하는 오스테나이트화 처리를 실시하는 공정, 그 후, 수랭을 실시하는 공정을 포함하는, 복잡하고도 장시간의 열처리가 필요하다.

일본 특허공개 제2014-194042호 공보 일본 특허공고 소57-17937호 공보 일본 특허공고 소63-8181호 공보 일본 특허공고 평1-14303호 공보 일본 특허공고 평2-15623호 공보 일본 특허공개 소60-56056호 공보 일본 특허공개 소62-139855호 공보 일본 특허공개 평1-142058호 공보 일본 특허공개 평11-61339호 공보

본 발명은, 이러한 실정을 감안하여, 내마모성 및 강도, 및 이들과 상반되는 인성 및 연성이 우수한 오스테나이트계 내마모 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

오스테나이트계 내마모 강판의 내마모성이나 강도를 향상시키기 위해서는, 오스테나이트 중에 경질의 α' 마르텐사이트나 ε 마르텐사이트를 많이 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, α' 마르텐사이트나 ε 마르텐사이트를 과잉으로 함유시키면, 오스테나이트계 내마모 강판의 인성이나 연성이 열화되는 경우가 있다. 오스테나이트계 내마모 강판의 내마모성 및 강도, 및 인성 및 연성을 얻기 위해서는, 오스테나이트계 내마모 강판이 사용되는 온도에 있어서 오스테나이트 상 주체의 조직인 것이 필요하다. 또한, 강 중에 α' 마르텐사이트나 ε 마르텐사이트를 함유시키고, 또한 이들 조직이 과잉으로 포함되지 않는 조직으로 하는 것이 바람직하다. 이러한 조직을 실현하기 위해서는, 강의 화학 조성을 조정하고, 또한 오스테나이트의 안정성을 적절한 정도로 제어하는 것이 필요하다.

오스테나이트계 내마모 강판의 내마모성을 더욱 개선하기 위해서는, C 함유량을 1％ 전후로 높여, 암석의 충돌 등에 의한 소성 변형에 의해 쌍정변형을 발생시키고, 강판 표면부에 현저한 가공 경화를 발생시키거나, 가공 유기 마르텐사이트 변태에 의해 경질의 마르텐사이트를 생성시킴으로써, 강판 표면부의 경도를 현저하게 상승시키는 것이 필요하다. 다량의 탄소를 함유하는 마르텐사이트의 경도는 높기 때문에, 강판 표면부에 가공 유기 마르텐사이트 변태를 발생시키는 것은, 오스테나이트계 내마모 강판의 내마모성을 현저하게 향상시킨다. 이러한 관점에서, 오스테나이트계 내마모 강판의 조직이 제조 시에는 오스테나이트를 주체로 하는 조직이어도, 암석 등이 충돌했을 때 등에 가공 유기 마르텐사이트 변태하도록, 오스테나이트의 안정성을 제어하는 것이 필요하다. 이 목적을 위해, C나 Mn의 함유량을 제어한다.

강판의 인성을 개선하기 위해서는, 오스테나이트의 결정립(이하, 단순히 「결정립」이라고 기재하는 경우가 있음)의 미세화가 매우 유효하며, 열간 압연에 의해 이것을 달성할 수 있다. 결정립의 미세화는, 홀 페치의 관계 등에서 알려져 있는 바와 같은 「결정 입경의 -1/2승」에 비례한 인성의 향상 효과가 있다. 그러나, 과잉 미세화는, 오스테나이트 입계에 생성하는 탄화물의 핵 생성 사이트를 증가시킴으로써, 입계의 탄화물의 석출량을 증가시키는 결점이 있다. 입계의 탄화물은 매우 단단하고, 석출량이 증가하면 강의 인성이나 연성이 저하된다. 본 발명자들은, 결정립의 미세화를 도모하면서 과잉으로 작아지지 않도록 제어함으로써, 강판의 인성이나 연성을 향상시킬 수 있다는 것을 발견하였다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명은, 강판의 화학 조성을 적절하게 제어하는 것, 및 열간 압연에 의해 강판의 결정립 미세화를 도모함으로써, 이하의 오스테나이트계 내마모 강판을 제공하는 것이다.

[1] 본 발명의 일 양태에 따른 오스테나이트계 내마모 강판은, 화학 조성이, 질량％로,

C: 0.2 내지 1.6％,

Si: 0.01 내지 2.00％,

Mn: 2.5 내지 30.0％,

*P: 0.050％ 이하,

S: 0.0100％ 이하,

Cu: 0 내지 3.0％,

Ni: 0 내지 3.0％,

Co: 0 내지 3.0％,

Cr: 0 내지 5.0％,

Mo: 0 내지 2.0％,

W: 0 내지 2.0％,

Nb: 0 내지 0.30％,

V: 0 내지 0.30％,

Ti: 0 내지 0.30％,

Zr: 0 내지 0.30％,

Ta: 0 내지 0.30％,

B: 0 내지 0.300％,

Al: 0.001 내지 0.300％,

N: 0 내지 1.000％,

O: 0 내지 0.0100％,

Mg: 0 내지 0.0100％,

Ca: 0 내지 0.0100％,

REM: 0 내지 0.0100％,

잔부: Fe 및 불순물이며,

상기 C 및 상기 Mn의 질량％에서의 함유량을 각각 C, 및 Mn으로 나타냈을 때, -13.75×C+16.5≤Mn≤-20×C+30을 만족시키고,

금속 조직이, 체적 분율로,

오스테나이트: 40％ 이상, 95％ 미만이고,

상기 오스테나이트의 평균 입경이 40 내지 300㎛이다.

[2] 상기 [1]에 기재된 오스테나이트계 내마모 강판에서는, 화학 조성이, 하기 식을 만족시켜도 된다.

-C+0.8×Si-0.2×Mn-90×(P+S)+1.5×(Cu+Ni+Co)+3.3×Cr+9×Mo+4.5×W+0.8×Al+6×N+1.5≥3.2

상기 식 중의 각 원소 기호는 각각의 원소의 질량％에서의 함유량을 나타낸다.

[3] 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 오스테나이트계 내마모 강판에서는, 상기 금속 조직이, 체적 분율로,

ε 마르텐사이트: 0 내지 60％,

α' 마르텐사이트: 0 내지 60％,

상기 ε 마르텐사이트 및 상기 α' 마르텐사이트의 합계: 5 내지 60％여도 된다.

[4] 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 한 항에 기재된 오스테나이트계 내마모 강판에서는, 상기 화학 조성이, 질량％로,

O: 0.0001 내지 0.0100％,

Mg 함유량, Ca 함유량 및 REM 함유량의 합계: 0.0001 내지 0.0100％여도 된다.

[5] 상기 [4]에 기재된 오스테나이트계 내마모 강판에서는, 상기 화학 조성이, 질량％로,

S: 0.0001 내지 0.0050％이며,

O 및 S의 질량％에서의 함유량이 O/S≥1.0을 만족시켜도 된다.

[6] 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 한 항에 기재된 오스테나이트계 내마모 강판에서는, 상기 화학 조성이, C 및 Mn의 질량％에서의 함유량을 각각 C 및 Mn으로 나타냈을 때,

-6.5×C+16.5≤Mn≤-20×C+30을 만족시켜도 된다.

[7] 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 한 항에 기재된 오스테나이트계 내마모 강판에서는, 상기 화학 조성이, 질량％로,

Cu: 0 내지 0.2％

여도 된다.

본 발명에 관한 상기 양태에 의하면, 내마모성 및 강도, 및 이들과 상반되는 인성 및 연성이 우수한 오스테나이트계 내마모 강판(이하, 단순히 「강판」이라고 함)을 제공할 수 있다. 구체적으로는, 본 발명에 관한 상기 양태에 의하면, 화학 조성을 적절하게 제어하는 것, 및 금속 조직을 열간 압연에 의해 적절하게 제어하고, 강판의 결정립 미세화를 도모함으로써, 내마모성 및 강도, 및 인성 및 연성이 우수한 강판을 제공할 수 있다. 본 발명에 관한 강판은, 판 두께 3㎜ 정도에서 200㎜ 정도까지의 다양한 판 두께이며, 폭 5m 정도, 길이 50m 정도로 제조할 수 있다. 그 때문에, 본 발명에 관한 강판은, 파쇄기용 라이너 등의 충격이 가해지는, 비교적 소형의 내마모 부재로 한정되지 않고, 극히 대형의 건설 기계용 부재 및 내마모 구조 부재로서 사용할 수도 있다. 또한, 본 발명에 관한 강판에 의하면, 본 발명에 관한 강판과 마찬가지의 특성을 갖는 강관, 형강을 제조할 수도 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 양태에 의하면, 산황화물을 이용하여 용접부에 있어서의 결정립의 조대화를 억제할 수 있기 때문에, 용접부의 인성에도 우수한 강판을 제공할 수 있다.

이하, 본 실시 형태에 관한 오스테나이트계 내마모 강판에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 상기와 같은 고경도의 오스테나이트를 주체로 하는 조직 또는 그 오스테나이트 조직의 마르텐사이트 변태를 이용한 강판을, 오스테나이트계 내마모강이라 정의한다. 구체적으로는, 오스테나이트의 체적 분율이 40％ 이상, 95％ 미만인 강판을, 오스테나이트계 내마모 강판이라 정의한다.

우선, 본 실시 형태에 관한 오스테나이트계 내마모 강판에 포함되는 각 성분의 한정 이유에 대하여 설명한다. 또한, 원소의 함유량에 관한 「％」는, 특별히 정함이 없는 한, 「질량％」를 의미한다.

[C: 0.2 내지 1.6％]

C는, 오스테나이트를 안정화하여, 내마모성을 개선한다. 강판의 내마모성의 개선을 위해서는, C 함유량은 0.2％ 이상인 것이 필요하다. 특히 높은 내마모성이 필요한 경우에는, C 함유량은 0.3％ 이상, 0.5％ 이상, 0.6％ 이상 또는 0.7％ 이상인 것이 바람직하다. 한편, C 함유량이 1.6％를 초과하면, 강 중에 탄화물이 조대 또한 다량으로 생성됨으로써, 강판에 있어서 높은 인성을 얻을 수 없다. 따라서, C 함유량은 1.6％ 이하로 한다. C 함유량은, 1.4％ 이하, 또는 1.2％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 더한층의 인성 향상을 위하여, C 함유량은 1.0％ 이하, 또는 0.8％ 이하여도 된다.

[Si: 0.01 내지 2.00％]

Si는, 통상적으로 탈산 원소이며, 고용 강화 원소이기도 하지만, Cr이나 Fe의 탄화물의 생성을 억제하는 효과가 있다. 본 발명자들은, 탄화물의 생성을 억제하는 원소를 다양하게 검토하고, Si를 소정량 함유시킴으로써, 탄화물의 생성이 억제된다는 것을 발견하였다. 구체적으로는, 본 발명자들은, Si 함유량을 0.01 내지 2.00％로 함으로써, 탄화물의 생성이 억제된다는 것을 발견하였다. 0.01％ 미만의 Si 함유량에서는, 탄화물의 생성을 억제하는 효과를 얻지 못한다. 한편, 2.00％ 초과의 Si 함유량에서는, 강 중에 조대한 개재물을 발생시켜, 강판의 연성 및 인성의 열화를 야기하는 경우가 있다. Si 함유량은 0.10％ 이상, 또는 0.30％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Si 함유량은 1.50％ 이하, 또는 1.00％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

[Mn: 2.5 내지 30.0％, -13.75×C+16.5≤Mn≤-20×C+30]

*Mn은, C와 함께 오스테나이트를 안정화시키는 원소이다. Mn 함유량은, 2.5 내지 30.0％로 한다. 오스테나이트 안정화의 향상을 위하여, Mn 함유량은, 5.0％ 이상, 10.0％ 이상, 12.0％ 이상, 또는 15.0％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Mn 함유량은, 25.0％ 이하, 20.0％ 이하, 또는 18.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

오스테나이트 안정화의 관점에서, Mn 함유량은, C 함유량과의 관계에서, -13.75×C+16.5(％) 이상, -20×C+30(％) 이하(즉, -13.75×C+16.5≤Mn≤-20×C+30)로 한다. 이것은, Mn 함유량이 C 함유량과의 관계에서, -13.75×C+16.5(％) 미만이면, 오스테나이트의 체적 분율이 40％ 미만으로 되기 때문이다. 또한, Mn 함유량이 C 함유량과의 관계에서, -20×C+30(％) 초과이면, 오스테나이트의 체적 분율이 95％ 초과로 되기 때문이다.

연성이나 인성을 더욱 양호하게 유지하기 위해서는, Mn 함유량은, C 함유량과의 관계에서, -6.5×C+16.5(％) 이상, -20×C+30(％) 이하(즉 -6.5×C+16.5≤Mn≤-20C+30)로 하는 것이 바람직하다. Mn 함유량과 C 함유량의 관계를 상기 범위로 제어함으로써, 강판 조직 중에 포함되는 마르텐사이트, 특히 α' 마르텐사이트의 체적 분율을 저감할 수 있기 때문에, 강판의 연성 및 인성을 현저하게 개선할 수 있다. 오스테나이트의 안정화에 관한 C의 영향은 매우 크기 때문에, 본 실시 형태에 관한 강판에서는, 상기 Mn 함유량과 C 함유량의 관계가 특히 중요하다.

[P: 0.050％ 이하]

P는 입계에 편석하고, 강판의 연성이나 인성을 저하시키므로, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 그 때문에, P 함유량을 0.050％ 이하로 한다. P 함유량은, 0.030％ 이하, 또는 0.020％ 이하로 하는 것이 바람직하다. P는 일반적으로 용강 제조 시에 스크랩 등으로부터 불순물로서 혼입되지만, 그 하한을 특별히 제한할 필요는 없으며, 그 하한은 0％이다. 단, P 함유량을 과잉으로 저감하면, 제조 비용이 상승되는 경우가 있다. 그 때문에, P 함유량의 하한을 0.001％ 이상, 또는 0.002％ 이상으로 해도 된다.

[S: 0.0100％ 이하]

S는, 불순물이며, 과잉으로 함유시키면 입계에 편석하거나, 또는 조대한 MnS를 생성하여, 강판의 연성이나 인성을 저하시킨다. 그 때문에, S 함유량을 0.0100％ 이하로 한다. S 함유량은 0.0060％ 이하, 0.0040％ 이하, 또는 0.0020％ 이하로 하는 것이 바람직하다. S 함유량의 하한은 0％이다. 후술하는 바와 같이 S는, O, 및 Mg, Ca 및/또는 REM(희토류 금속: Rare-Earth Metal)과 강 중에서 미세한 산황화물을 생성시킴으로써, 오스테나이트의 결정립 성장을 억제하여, 강판의 인성, 특히 용접 열 영향부(HAZ: Heat-Affected Zone)의 인성을 향상시키는 효과가 있다. 상기 효과를 얻기 위해서, S 함유량을 0.0001％ 이상, 0.0005％ 이상, 또는 0.0010％ 이상으로 해도 된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 「산황화물」이란, O 및 S의 양쪽을 함유하는 화합물뿐만 아니라, 산화물 및 황화물도 포함하는 것이다.

본 실시 형태에 관한 강판은, 상술한 필수 원소에 더하여, 하기에 나타내는 Cu, Ni, Co, Cr, Mo, W, Nb, V, Ti, Zr, Ta, B, N, O, Mg, Ca 및 REM 중 1종 또는 2종 이상을 선택적으로 더 함유해도 된다. 이들 원소의 함유는 필수가 아니라, 이들 모든 원소의 함유량의 하한은 0％이다. 또한, 후술하는 Al은 임의 원소가 아니라, 필수 원소이다.

[Cu: 0 내지 3.0％, Ni: 0 내지 3.0％, Co: 0 내지 3.0％]

Cu, Ni 및 Co는, 강판의 인성을 향상시키고, 또한 오스테나이트를 안정화시킨다. 그러나, Cu, Ni, Co 중 1종이라도 그 함유량이 3.0％를 초과하면, 강판의 인성을 향상시키는 효과가 포화하여, 비용도 증가된다. 그 때문에, 이들 원소를 함유시키는 경우에는, 각 원소의 함유량을 각각, 3.0％ 이하로 한다. Cu 함유량, Ni 함유량 및 Co 함유량은 각각, 2.0％ 이하, 1.0％ 이하, 0.5％ 이하, 또는 0.3％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 특히, Cu 함유량에 대해서는, 0.2％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 오스테나이트 안정화를 위해서, Cu 함유량은, 0.02％ 이상, 0.05％ 이상, 또는 0.1％ 이상으로 해도 되고, Ni 함유량 및 Co 함유량은 각각, 0.02％ 이상, 0.05％ 이상, 0.1％ 이상, 또는 0.2％ 이상으로 해도 된다.

[Cr: 0 내지 5.0％]

Cr은, 강의 가공 경화 특성을 향상시킨다. Cr 함유량이 5.0％를 초과하면, 입계 탄화물의 석출을 촉진시켜, 강판의 인성을 저하시킨다. 그 때문에, Cr 함유량은 5.0％ 이하로 한다. Cr 함유량은 2.5％ 이하, 또는 1.5％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 가공 경화 특성의 향상을 위해서, Cr 함유량은 0.05％ 이상, 또는 0.1％ 이상으로 해도 된다.

[Mo: 0 내지 2.0％, W: 0 내지 2.0％]

Mo와 W는, 강을 강화하고, 오스테나이트 상에 있어서의 C의 활동도를 저하시켜, 오스테나이트 입계에 석출되는 Cr이나 Fe의 탄화물의 석출을 억제하고, 강판의 인성이나 연성을 개선한다. 단, 과잉으로 함유시켜도 상기 효과는 포화하는 한편, 비용이 증가된다. 이 때문에, Mo 함유량 및 W 함유량은 각각 2.0％ 이하로 한다. 바람직하게는, Mo 함유량 및 W 함유량은 각각 1.0％ 이하, 0.5％ 이하, 또는 0.1％ 이하로 한다. 상기 효과를 확실하게 얻기 위해서, Mo 함유량 및 W 함유량은 각각, 0.01％ 이상, 0.05％ 이상, 또는 0.1％ 이상으로 해도 된다.

[Nb: 0 내지 0.30％, V: 0 내지 0.30％, Ti: 0 내지 0.30％, Zr: 0 내지 0.30％, Ta: 0 내지 0.30％]

Nb, V, Ti, Zr 및 Ta는, 강 중에서 탄질화물 등의 석출물을 생성시킨다. 이들 석출물은, 강의 응고 시에 결정립의 조대화를 억제함으로써, 강의 인성을 향상시킨다. 또한, 상기 원소는, 오스테나이트 중의 C나 N의 활동도를 저하시켜, 시멘타이트나 그래파이트 등의 탄화물의 생성을 억제한다. 또한, 상기 원소는, 고용 강화나 석출 강화에 의해 강을 강화시킨다.

Nb 함유량, V 함유량, Ti 함유량, Zr 함유량 및 Ta 함유량 중 1종이라도 그 함유량이 0.30％를 초과하면, 석출물이 현저하게 조대화하여, 강판의 연성이나 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Nb 함유량, V 함유량, Ti 함유량, Zr 함유량 및 Ta 함유량은 각각, 0.30％ 이하로 하고, 0.20％ 이하, 0.10％ 이하 또는 0.01％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, Nb 함유량, V 함유량, Ti 함유량, Zr 함유량 및 Ta 함유량의 합계를 0.30％ 이하, 또는 0.20％ 이하로 하는 것이 보다 한층 바람직하다. 강의 인성 향상과 고강도화를 위해서, Nb 함유량 및 V 함유량은 각각, 0.005％ 이상, 0.01％ 이상, 또는 0.02％ 이상으로 해도 된다. 마찬가지의 이유에 의해, Ti 함유량, Zr 함유량 및 Ta 함유량은 각각, 0.001％ 이상, 또는 0.01％ 이상으로 해도 된다.

[B: 0 내지 0.300％]

B는, 오스테나이트 입계에 편석함으로써 입계 파괴를 억제하여, 강판의 내력이나 연성을 향상시킨다. 그러나, B 함유량이 0.300％를 초과하면, 강판의 인성이 열화되는 경우가 있다. 따라서, B 함유량은 0.300％ 이하로 한다. B 함유량은 0.250％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 입계 파괴를 억제하기 위해서, B 함유량을 0.0002％ 이상, 또는 0.001％ 이상으로 해도 된다.

[Al: 0.001 내지 0.300％]

Al은, 탈산 원소이며, 고용 강화 원소이지만, Si와 마찬가지로, Cr이나 Fe 탄화물의 생성을 억제한다. 본 발명자들은, 탄화물의 생성을 억제하는 원소를 다양하게 검토한 결과, Al 함유량이 소정량 이상이 되면, 탄화물의 생성이 억제된다는 것을 발견하였다. 구체적으로는, 본 발명자들은, Al 함유량을 0.001 내지 0.300％로 함으로써, 탄화물의 생성이 억제된다는 것을 발견하였다. 0.001％ 미만의 Al 함유량에서는, 탄화물의 생성을 억제하는 효과를 얻지 못한다. 한편, 0.300％ 초과의 Al 함유량에서는, 조대한 개재물을 발생시켜, 강판의 연성 및 인성의 열화를 야기하는 경우가 있다. Al 함유량은 0.003％ 이상, 또는 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Al 함유량은 0.250％ 이하, 또는 0.200％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

[N: 0 내지 1.000％]

N은, 오스테나이트의 안정화 및 강판의 내력 향상에 유효한 원소이다. N은, 오스테나이트 안정화의 원소로서, C와 동등한 효과를 갖는다. N은, 입계 석출에 의한 인성 열화 등의 악영향을 미치지 않고, 극저온에서의 강도를 상승시키는 효과가 C보다도 크다. 또한, N은, 질화물 형성 원소와 공존함으로써, 강 중에 미세한 질화물을 분산시킨다는 효과를 갖는다. N 함유량이 1.000％를 초과하면, 강판의 인성이 현저하게 열화되는 경우가 있다. 그 때문에, N 함유량은 1.000％ 이하로 한다. N 함유량은 0.300％ 이하, 0.100％ 이하, 또는 0.030％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. N은 불순물로서 일정량 혼입되는 경우도 있지만, 상기 고강도화 등을 위해서, N 함유량을 0.003％ 이상으로 해도 된다. N 함유량은, 0.005％ 이상, 0.007％ 이상, 또는 0.010％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

[O: 0 내지 0.0100％]

O는 불순물로서 강 중에 일정량 혼입되는 경우가 있지만, HAZ에 있어서의 결정립의 미세화에 의한 고인성화의 효과를 갖는다. 한편, O 함유량이 0.0100％를 초과하면, 산화물의 조대화나 입계에 대한 편석에 의해, HAZ에 있어서의 연성이나 인성이 오히려 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, O 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. O 함유량은, 0.0070％ 이하, 또는 0.0050％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 고인성화를 위해서, O 함유량을 0.0001％ 이상, 또는 0.0010％ 이상으로 해도 된다.

[Mg: 0 내지 0.0100％, Ca: 0 내지 0.0100％, REM: 0 내지 0.0100％]

Mg, Ca 및 REM은, 고Mn강에서 다량으로 생성하고, 강판의 연성이나 인성을 현저하게 저하시키는 MnS의 생성을 억제한다. 한편, 이들 원소의 함유량이 과잉으로 되면, 강 중에 조대한 개재물을 다량으로 발생시켜, 강판의 연성 및 인성의 열화를 야기한다. 그 때문에, Mg 함유량, Ca 함유량 및 REM 함유량은 각각 0.0100％ 이하로 한다. Mg 함유량, Ca 함유량 및 REM 함유량은 각각, 0.0070％ 이하, 또는 0.0050％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. MnS의 생성의 억제를 위해서, Mg 함유량, Ca 함유량 및 REM 함유량은 각각, 0.0001％ 이상으로 해도 된다. Mg 함유량, Ca 함유량 및 REM 함유량은 각각, 0.0010％ 이상, 또는 0.0020％ 이상으로 해도 된다.

또한, REM(희토류 금속 원소)은, Sc, Y 및 란타노이드로 이루어지는 합계 17 원소를 의미한다. REM의 함유량이란, 이들 17 원소의 함유량의 합계를 의미한다.

[O: 0.0001 내지 0.0100％, 및 Mg 함유량, Ca 함유량 및 REM 함유량의 합계: 0.0001 내지 0.0100％]

후술하는 이유에 의해, O 함유량을 0.0001 내지 0.0100％로 하는 것 외에, Mg 함유량, Ca 함유량 및 REM 함유량의 합계를 0.0001 내지 0.0100％로 하는 것이 바람직하다. 즉, Mg, Ca 및 REM 중 적어도 1종의 원소 함유량을 0.0001 내지 0.0100％로 하는 것이 바람직하다. 이때, O 함유량을 0.0002％ 이상으로 하고, 0.0050％ 이하로 해도 된다. Mg 함유량, Ca 함유량 및 REM 함유량의 합계를 0.0003％ 이상, 0.0005％ 이상, 또는 0.0010％ 이상으로 해도 되고, 0.0050％ 이하, 또는 0.0040％ 이하로 해도 된다.

O 함유량을 0.0001％ 이상으로 하고, Mg 함유량, Ca 함유량 및 REM 함유량의 합계를 0.0001 내지 0.0100％로 하는 이유는, 강 중에 Mg, Ca 및/또는 REM의 산화물을 생성시켜, 강판의 HAZ에서 결정립의 조대화를 방지하기 위해서이다. 상기 산화물에 의한 입성장의 핀 고정 효과에 의해 얻어지는 HAZ의 오스테나이트의 결정 입경은, 표준적인 용접 조건이면, 수십 ㎛에서 300㎛로 되고, 300㎛를 초과하는 일은 없다(단, 강판(모재)의 오스테나이트의 결정 입경이 300㎛를 초과하는 경우를 제외함). 이와 같이, HAZ를 포함해 강판의 오스테나이트 결정 입경을 300㎛ 이하로 제어하기 위해서 상기 원소(O, Mg, Ca 및 REM)를 함유시키는 것이 바람직하다.

[S: 0.0001 내지 0.0050％, O/S≥1.0]

S는, O, 및 Mg, Ca 및/또는 REM과 산황화물을 생성시키기 때문에, 결정립의 미세화에 유효한 원소이다. 따라서, 강 중에 O, 및 Mg, Ca 및/또는 REM과 함께 S를 함유시키는 경우에는, HAZ에 있어서의 결정립의 미세화에 의한 고인성화의 효과를 얻기 때문에, S 함유량은 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 강 중에 O, 및 Mg, Ca 및/또는 REM과 함께 S를 함유시키는 경우, 보다 우수한 강판의 연성이나 인성을 얻기 위해서 S 함유량은 0.0050％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

강 중에 O, 및 Mg, Ca 및/또는 REM과 함께 S를 함유시키는 경우, S 함유량 및 O 함유량이 O/S≥1.0의 관계를 만족시킴으로써, HAZ에 있어서, 결정립의 미세화에 의한 고인성화의 효과를 현저하게 발휘시킬 수 있다. 황화물은 산화물에 대해서 열적으로 불안정하기 때문에, 석출 입자 중의 S의 비율이 높아지면, 고온으로 안정된 피닝 입자를 확보할 수 없는 경우가 있다. 그래서, O 함유량을 0.0001 내지 0.0100％로 하고, Mg 함유량, Ca 함유량 및 REM 함유량의 합계를 0.0001 내지 0.0100％로 하고, 강 중에 S를 함유시키는 경우, S 함유량을 0.0001 내지 0.0050％로 하고, 또한, O 함유량 및 S 함유량을 O/S≥1.0으로 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 O/S≥1.5, 또는 O/S≥2.0으로 한다. O 함유량 및 S 함유량이 상기 조건을 만족시킴으로써, 강 중의 산황화물의 석출 상태가 보다 바람직하게 되어, 결정립의 미세화 효과를 현저하게 발휘시킬 수 있다. 상기 효과에 의해, 강판의 오스테나이트 평균 입경을 150㎛ 미만으로 하면, 표준적인 용접 조건이면, HAZ에 있어서의 오스테나이트의 평균 입경을 150㎛ 이하로 할 수 있다. 또한, O/S의 상한을 특별히 정할 필요는 없지만, 200.0 이하, 100.0 이하, 또는 10.0 이하로 해도 된다.

본 실시 형태에 관한 강판에 있어서, 상기 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불순물로 이루어진다. 본 실시 형태에 있어서 불순물은, 강판을 공업적으로 제조할 때, 광석이나 스크랩 등과 같은 원료를 비롯해, 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분으로서, 본 실시 형태에 관한 강판의 특성에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.

[-C+0.8×Si-0.2×Mn-90×(P+S)+1.5×(Cu+Ni+Co)+3.3×Cr+9×Mo+4.5×W+0.8×Al+6×N+1.5≥3.2]

본 발명자들은, -C+0.8×Si-0.2×Mn-90×(P+S)+1.5×(Cu+Ni+Co)+3.3×Cr+9×Mo+4.5×W+0.8×Al+6×N+1.5로 표시되는 CIP값이 3.2 이상이면, 강판의 내식성을 향상시킬 수 있다는 지견을 얻었다. 또한, 본 발명자들은, 내식성의 향상에 의해 부식 환경인 염수에 사력 등의 슬러리가 혼합된 물질 등에 의한 부식 마모성도 향상될 수 있다는 지견을 얻었다. CIP값의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 65.0 이하, 50.0 이하, 40.0 이하, 30.0 이하 또는 15.0 이하로 해도 된다.

CIP값이 클수록, 강판의 내식성 및 부식 마모성을 향상시킬 수 있지만, CIP값이 3.2 미만인 경우에는, 강판의 내식성 및 부식 마모성이 현저하게 향상되지 않는다.

또한, 상기 식 중의 상기 C, 상기 Si, 상기 Mn, 상기 P, 상기 S, 상기 Cu, 상기 Ni, 상기 Co, 상기 Cr, 상기 Mo, 상기 W, 상기 Al 및 상기 N은, 질량％에서의 각각 원소의 함유량을 나타낸다. 당해 원소를 포함하지 않는 경우에는, 0을 대입한다.

[오스테나이트의 체적 분율: 40％ 이상, 95％ 미만]

본 실시 형태에 관한 강판은 가공 유기 마르텐사이트 변태를 이용한 오스테이트계 내마모 강판이며, 소정량의 오스테나이트 조직이 필요하다. 본 실시 형태에 관한 강판은, 강판 중의 오스테나이트의 체적 분율을 40％ 이상 또한 95％ 미만으로 한다. 필요에 따라서, 오스테나이트의 체적 분율을, 90％ 이하, 85％ 이하, 또는 80％ 이하로 해도 된다. 또한, 강판의 내마모성을 확보하기 위해서, 오스테나이트의 체적 분율을 40％ 이상으로 한다. 오스테나이트의 체적 분율을, 45％ 이상, 50％ 이상, 55％ 이상 또는 60％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

[ε 마르텐사이트 및 α' 마르텐사이트의 체적 분율: 합계 5 내지 60％, ε 마르텐사이트의 체적 분율: 0 내지 60％, α' 마르텐사이트의 체적 분율: 0 내지 60％]

본 실시 형태에 관한 강판은, 소정량의 ε 마르텐사이트 및 α' 마르텐사이트를 함유함으로써, 보다 용이하게 원하는 경도 또는 강도를 얻을 수 있으므로 바람직하다. ε 마르텐사이트 및 α' 마르텐사이트의 체적 분율을 합계, 5％ 이상, 10％ 이상, 또는 15％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 강판의 연성 및 인성을 얻기 위해서 ε 마르텐사이트 및 α' 마르텐사이트의 체적 분율의 합계를 60％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, ε 마르텐사이트 및 α' 마르텐사이트의 체적 분율은 합계 55％ 이하, 50％ 이하, 45％ 이하, 40％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 강판의 금속 조직은, 오스테나이트, ε 마르텐사이트 및 α' 마르텐사이트로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, X선 회절에 의한 조직 분석을 하면, 시멘타이트 등의 철계 탄질화물, 철 이외의 금속 원소의 탄질화물, Ti, Mg, Ca 및 REM 등의 산황화물, 및 그 밖의 개재물 등의 석출물 및 개재물의 미량(예를 들어, 1％ 미만)의 존재를 시사하는 측정 결과가 얻어지는 경우가 있다. 그러나, 통상의 광학 현미경 관찰에서는, 이들은 거의 관찰되지 않거나, 혹은 관찰되어도 오스테나이트, ε 마르텐사이트 또는 α' 마르텐사이트의 각 조직 중이나 각 조직의 경계 등에 미세하게 분산되어 있다. 이 때문에, 이들은, 소위 강판의 기지(매트릭스)의 금속 조직으로 간주하지 않는 것으로 한다.

오스테나이트, ε 마르텐사이트 및 α' 마르텐사이트의 체적 분율은, 이하의 방법에 의해 구한다.

강판의 판 두께 중앙부(강판 표면으로부터 1/2T 깊이(T는 판 두께))로부터 시료를 잘라낸다. 그 시료의 판 두께 방향 및 압연 방향에 평행한 면을 관찰면으로 하고, 관찰면을 버프 연마 등에 의해 경면에 마무리한 후, 전해 연마나 화학 연마에 의해 변형을 제거한다.

상기 관찰면에 대해서, X선 회절 장치를 사용하여, 면심 입방 구조(fcc 구조)의 오스테나이트의 (311) (200) (220)면의 적분 강도의 평균값과, 조밀 육방 격자 구조(hcp 구조)의 ε 마르텐사이트의 (010) (011) (012)면의 적분 강도의 평균값과, 체심 입방 구조(bcc 구조)의 α' 마르텐사이트의 (220) (200) (211)면의 적분 강도의 평균값으로부터, 오스테나이트, ε 마르텐사이트 및 α' 마르텐사이트의 체적 분율을 얻는다.

단, C 함유량이 0.5％ 이상인 경우, α' 마르텐사이트는 체심 정방 구조(bct 구조)로 되고, X선 회절 측정에서 얻어지는 회절 피크는, 결정 구조의 이방성을 위해 더블 피크로 되는 경우가 있다. 이러한 경우에는 각각의 피크의 적분 강도의 합계로부터, α' 마르텐사이트의 체적 분율을 얻는다.

C 함유량이 0.5％ 미만인 경우, α' 마르텐사이트의 체심 정방격자의 a/c비는 1에 가깝기 때문에, α' 마르텐사이트의 체심 입방 구조(bcc 구조)와 체심 정방 구조(bct 구조)의 X선 회절의 피크는 거의 분리할 수 없다. 이 때문에, 체 심입방 구조(bcc 구조)의 (220) (200) (211)면의 적분 강도의 평균값으로부터, α' 마르텐사이트의 체적 분율을 얻는다. C 함유량이 0.5％ 미만이어도 상기 피크를 분리할 수 있는 경우, 각각의 적분 강도의 합계로부터, α' 마르텐사이트의 체적 분율을 구한다.

[오스테나이트의 평균 입경: 40 내지 300㎛]

우선, 고C 및 고Mn의 오스테나이트강의 인성의 저하 메커니즘에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 강판에서는, C 함유량 및 Mn 함유량이 높기 때문에, 오스테나이트 입계뿐만 아니라, 입자 내에도 다수의 철 탄화물이 생성한다. 이들 탄화물은, 철 모상과 비교하여 경질이므로, 외력을 받을 때 탄화물 주위의 응력 집중을 높인다. 이에 의해, 탄화물 간 혹은 탄화물 주위에 균열이 발생하여, 파괴를 야기하는 원인이 된다. 외력을 받았을 때, 강을 파괴에 이르게 하는 응력 집중은, 오스테나이트의 결정 입경이 작을수록 저하된다. 그러나, 과잉 미세화는 오스테나이트 입계에 생성되는 탄화물의 핵 생성 사이트를 증가시켜, 탄질화물의 석출량을 증가시켜버리는 결점이 있다. 입계의 탄화물은 매우 단단하고, 석출량이 증가하면 강의 인성이나 연성이 저하된다. 본 발명자들은, 결정 입경의 최적화에 의해, 강판의 인성이나 연성을 향상시킬 수 있다는 것을 발견하였다.

본 실시 형태에서는, 탄화물의 생성을 억제하면서, 기본적으로는 오스테나이트의 미세화에 의해, 강판의 인성이 향상된다. 본 실시 형태에 관한 강판은, 상술한 바와 같이, 체적 분율로 40％ 이상, 95％ 미만의 오스테나이트를 포함한다. 또한, 본 실시 형태에 관한 강판은, 열간 압연에 의해 제조되기 때문에, 후에 상세히 설명하는 바와 같이, 강판 중의 오스테나이트가 당해 열간 압연에 의해 미세화되어, 우수한 인성을 갖는다.

오스테나이트 입계는 탄화물의 핵 생성 사이트이기 때문에, 오스테나이트가 과도하게 미세화되면, 탄화물의 생성이 촉진된다. 탄화물이 과잉으로 생성되면, 강판의 인성이 열화되는 경우가 있다. 이러한 관점에서, 강판 중의 오스테나이트의 평균 입경은 40㎛ 이상으로 한다. 강판 중의 오스테나이트의 평균 입경은, 50㎛ 이상, 75㎛ 이상, 또는 100㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 오스테나이트의 평균 입경이 300㎛ 초과이면, -40℃ 정도의 저온에 있어서 충분한 인성을 확보할 수 없다. 그 때문에, 강판 중의 오스테나이트의 평균 입경을 300㎛ 이하로 한다. 강판 중의 오스테나이트의 평균 입경은, 250㎛ 이하, 또는 200㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 오스테나이트의 평균 입경의 상하한값은, 본 실시 형태에 관한 열간 압연이나, 산황화물 등에 의한 핀 고정 효과에 의해 달성 가능한 값이다.

본 실시 형태에 관한 강판에 의하면, 예를 들어 용접에 의해 고온으로 노출된 경우라도, HAZ에 있어서의 오스테나이트의 평균 입경을 작게 할 수 있다. 예를 들어, 판 두께 20㎜ 이상의 강판의 경우, 그 강판에 용접 입열량이 1.7kJ/㎜의 피복 아크 용접(SMAW: Shielded Metal Arc Welding)을 행한 경우에도, 판 두께 중앙부에서의 FL(용융선) 근방의 HAZ의 오스테나이트의 평균 입경을 40 내지 300㎛의 범위로 유지할 수 있다. 또한, 강판(모재)의 오스테나이트의 평균 입경에 의하지만, 상기한 바와 같이 Mg, Ca 및/또는 REM을 함유시킨 다음, 또한, 강판 중의 O와 S의 질량비를 O/S≥1.0으로 함으로써, 상기 용접 후의 FL 근방의 HAZ에 있어서의 오스테나이트의 평균 입경을, 150㎛ 이하, 혹은 40 내지 150㎛의 범위로 유지할 수 있다. 이 결과, 본 실시 형태에 관한 강판을 용접하여 얻어지는 용접 조인트의 인성을 높일 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 강판을 용접할 때 용접 입열을 크게 하는 등의 고효율의 용접 방법을 이용할 수 있다.

이하, 본 실시 형태에 있어서의 오스테나이트의 평균 입경의 측정 방법에 대하여 설명한다. 우선, 강판의 판 두께 중앙부(강판 표면으로부터 1/2T 깊이(T는 판 두께))로부터 시료를 잘라낸다. 강판의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 단면을 관찰면으로 하고, 알루미나 연마 등에 의해 경면으로 한 후, 나이탈 용액 혹은 피크럴 용액으로 부식된다. 부식 후의 관찰면의 금속 조직을 광학 현미경이나 전자 현미경 등에 의해 확대해서 관찰함으로써, 오스테나이트의 평균 입경을 얻는다. 보다 구체적으로는, 상기 관찰면에 있어서, 1㎜×1㎜ 이상의 시야를 배율 100배 정도로 확대하고, JIS Z0551: 2013의 부속서 C. 2의 직선 시험선에 의한 절단 방법에 의해, 관찰 시야 중에 관찰되는 오스테나이트의 결정립 1개당 평균 절편 길이를 구하고, 이것을 평균 입경으로 함으로써, 오스테나이트의 평균 입경을 얻는다.

상기 오스테나이트의 평균 입경의 달성 수단에 대하여 이하에 설명한다. 본 실시 형태는, 강판에 관한 것이므로, 강판(모재)에 있어서의 오스테나이트의 결정 입경의 미세화에는, 열간 압연에 의한 재결정을 이용할 수 있다. 재결정 후의 오스테나이트의 평균 입경은, 예를 들어 하기 (1) 식으로 표시된다. 하기 (1) 식 중의 D_rex는 재결정 후의 오스테나이트의 평균 입경이며, D₀은 재결정 전의 오스테나이트의 평균 입경이며, ε는 열간 압연에 의한 소성 변형이며, p 및 q는 정의 상수이며, r은 부의 상수이다.

D_rex=p×D₀ ^q×ε^r …(1)

상기 (1) 식에 의하면, 열간 압연 시의 소성 변형을 가능한 한 크게 하여, 복수 회의 압연을 행하면 소정의 결정 입경을 갖는 오스테나이트를 얻을 수 있다. 예를 들어, p=5, q=0.3, r=-0.75, 초기 입경 즉 재결정 전의 오스테나이트의 평균 입경이 600㎛인 경우, 재결정 후의 오스테나이트의 평균 입경을 300㎛ 이하로 하기 위해서는, 열간 압연 시의 소성 변형을 0.056 이상으로 할 필요가 있다. 마찬가지의 조건에서, 재결정 후의 오스테나이트의 평균 입경을 100㎛ 이하로 하기 위해서는, 열간 압연 시의 소성 변형을 0.25 이상으로 할 필요가 있다. 또한, 마찬가지의 조건에서, 재결정 후의 오스테나이트의 평균 입경을 20㎛ 이상으로 유지하기 위해서는, 열간 압연 시의 소성 변형은 2.1 이하로 하면 된다. 이와 같이, 소정의 결정 입경을 갖는 오스테나이트를 얻기 위한, 상기 (1) 식에 의해 산출되는 열간 압연 시의 소성 변형은 목표이며, 실제로는 재결정 후의 오스테나이트의 입성장이나 다 패스 압연의 효과를 고려하여 미세 조정할 필요가 있다.

본 발명자들은, 상기를 포함한 현재까지의 연구에 의해, 이하에 나타내는 제조 방법에 의해, 본 실시 형태에 관한 강판을 제조할 수 있다는 사실을 확인하였다.

(1) 용제·슬래브 제조 공정

용제 및 슬래브 제조 공정은, 특별히 한정할 필요는 없다. 즉, 전로 또는 전기로 등에 의한 용제에 계속해서, 각종 2차 정련을 행하여 상술한 화학 조성이 되도록 조정한다. 이어서, 통상의 연속 주조 등의 방법에 의해 슬래브를 제조하면 된다.

(2) 열간 압연 공정

상술한 방법으로 제조된 슬래브는, 가열된 후, 열간 압연에 제공된다. 슬래브 가열 온도는 1250℃ 초과 내지 1300℃가 바람직하다. 슬래브를 1300℃ 초과로 가열하면, 강판 표면이 산화함으로써 수율이 저하되는 경우, 및 오스테나이트가 조대화하여, 슬래브 가열 후의 열간 압연에 의해서도 용이하게 미세화할 수 없는 경우가 있다. 그 때문에, 슬래브 가열 온도를 1300℃ 이하로 한다.

900 내지 1000℃의 온도 범위에 있어서의 누적 압하율은 10 내지 85％로 한다. 이에 의해, 오스테나이트의 평균 입경을 40 내지 300㎛로 할 수 있다는 사실이 확인되었다.

단, 슬래브 가열 온도가 1200 내지 1250℃여도, 900 내지 1000℃의 온도 범위에 있어서의 누적 압하율을 10 내지 30％ 미만, 또한 후술하는 조건을 만족함으로써, 본 실시 형태에 관한 강판을 제조할 수 있다는 사실이 확인되었다.

본 실시 형태에서는, 상기 조건 외에도, 열간 압연 시의 처리 온도(이하, 압연 마무리 온도라 기재하는 경우가 있음)를 제어하는 것도 중요하다는 사실이 확인되었다. 압연 마무리 온도가 900℃ 미만이면, 오스테나이트가 완전히 재결정되지 않는 경우나, 오스테나이트가 재결정되어도 과잉으로 미세화되어, 평균 입경이 40㎛ 미만으로 되는 경우가 있다. 오스테나이트가 완전히 재결정되지 않으면, 금속 조직 중에 많은 전위나 변형쌍정이 도입되어, 그 후의 냉각에 있어서 탄화물이 다량으로 생성되는 경우가 있다. 강 중에 탄화물이 다량으로 생성되면, 강판의 연성이나 인성을 저하시킨다. 압연 마무리 온도를 900℃ 이상으로 함으로써 상기 문제를 방지할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 압연 마무리 온도를 900℃ 이상으로 한다.

열간 압연 후의 냉각에서는, 후술하는 열처리를 행하는 경우를 제외하고, 가속 냉각을 실시한다. 가속 냉각의 목적은, 열간 압연 후의 탄화물의 생성을 억제하여, 강판의 연성이나 인성을 높이기 위해서이다. 탄화물의 생성을 억제하기 위해서는, 열역학적 관점 및 확산 가능한지 여부의 관점에서, 강 중에 탄화물이 석출되는 온도 범위인 850 내지 550℃에 있어서의 체재 시간을 가능한 한 짧게 하는 것이 필요하다.

가속 냉각 시의 평균 냉각 속도는 1℃/s 이상으로 한다. 가속 냉각 시의 평균 냉각 속도가 1℃/s 미만이면, 가속 냉각의 효과(탄화물의 생성 억제 효과)를 충분히 얻지 못하는 경우가 있기 때문이다. 한편, 가속 냉각 시의 냉각 속도가 200℃/s를 초과하면, ε 마르텐사이트 및 α' 마르텐사이트가 다량으로 생성되어, 강판의 인성 및 연성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, 가속 냉각 시의 평균 냉각 속도는 200℃/s 이하로 한다.

열간 압연 후의 가속 냉각은, 가능한 한 고온측에서 개시한다. 탄화물이 실제로 석출되기 시작하는 온도가 850℃ 미만이기 때문에, 냉각 개시 온도는, 850℃ 이상으로 한다. 냉각 종료 온도는, 550℃ 이하로 한다. 또한, 가속 냉각은, 상기와 같은 탄화물의 생성 억제 효과뿐만 아니라, 오스테나이트의 입성장을 억제하는 효과도 갖는다. 따라서, 오스테나이트의 입성장을 억제한다는 관점에서도, 전술한 열간 압연과 가속 냉각을 조합해서 실시한다.

(3) 열처리 공정

상기 가속 냉각을 행하지 않는 경우, 예를 들어 열간 압연 후에 공랭에 의해 냉각한 경우에는, 석출한 탄화물의 분해를 위해서, 열간 압연 후의 강판에 열처리를 실시할 필요가 있다. 이러한 열처리로서는 용체화 처리를 들 수 있다. 본 실시 형태에 있어서, 용체화 처리는, 예를 들어 강판을 1100℃ 이상의 온도로 재가열하여, 1000℃ 이상의 온도로부터 평균 냉각 속도 1 내지 200℃/s의 가속 냉각을 행하고, 500℃ 이하의 온도까지 냉각한다.

본 실시 형태에 관한 강판의 판 두께를 특별히 한정할 필요는 없지만, 3 내지 100㎜로 해도 된다. 필요에 따라서, 판 두께를 6㎜ 이상, 또는 12㎜ 이상으로 해도 되고, 75㎜ 이하, 또는 50㎜ 이하로 해도 된다. 본 실시 형태에 관한 강판의 기계적 특성을 특별히 규정할 필요는 없지만, JIS Z 2241: 2011에 의한, 항복 응력(YS)을 300N/㎟ 이상, 인장 강도(TS)를 1000N/㎟ 이상 및 신율(EL)을 20％ 이상으로 해도 된다. 필요에 따라서, 인장 강도를 1020N/㎟ 이상 또는 1050N/㎟ 이상으로 해도 되고, 2000N/㎟ 이하 또는 1700N/㎟ 이하로 해도 된다. 강판의 인성은, JIS Z 2242: 2005에 의한 -40℃에서의 흡수 에너지를 100J 이상 또는 200J 이상으로 해도 된다.

이상 설명한 화학 조성 및 제조 조건을 만족시킴으로써, 내마모성, 및 강도, 및 인성 및 연성이 우수한 오스테나이트계 내마모 강판이 얻어진다. 본 실시 형태에 관한 오스테나이트계 내마모 강판은, 레일 크로싱, 캐터필러 라이너, 임펠러 블레이드, 크러셔 날, 암석 해머 등의 소형 부재나 건설 기계, 산업 기계, 토목, 건축 분야에 있어서의 내마모성이 필요한 기둥, 강관, 외판 등의 대형 부재에 적합하게 사용할 수 있다.

실시예

표 1-1 및 표 1-2에 나타내는 화학 조성을 갖는 슬래브를, 표 2-1 및 표 2-2에 나타내는 압연 조건에서 열간 압연하고, 표 2-1 및 표 2-2에 나타내는 제품 두께를 갖는 강판으로 하였다. 표 2-1의 실시예 7 및 표 2-2의 비교예 41은, 열간 압연 후 공랭하고, 표 2-1 및 표 2-2에 나타내는 조건에서 열처리(용체화 처리)를 행하였다. 얻어진 강판으로부터 채취한 각 시험편에 대하여, 오스테나이트(γ), ε 마르텐사이트(ε) 및 α' 마르텐사이트(α')의 체적 분율, 오스테나이트(γ)의 평균 입경, 항복 응력(YS), 인장 강도(TS), 신율(EL), 내마모성, 부식 마모성 및 인성을 평가하였다. 그 결과를 표 2-1 및 표 2-2에 나타낸다.

또한, 표 2-1 및 표 2-2의 각 특성값의 구체적인 평가 방법 및 합격 여부 기준은 이하와 같다.

오스테나이트, ε 마르텐사이트 및 α' 마르텐사이트의 체적 분율:

강판의 판 두께 중앙부(강판 표면으로부터 1/2T 깊이(T는 판 두께))로부터 시료를 3개 잘라내어, 그것들 시료의 판 두께 방향 및 압연 방향에 평행한 면을 관찰면으로 하고, 관찰면을 버프 연마 등에 의해 경면에 마무리한 후, 전해 연마나 화학 연마에 의해 변형을 제거하였다.

상기 관찰면에 대해서, X선 회절 장치(XRD: 리가쿠사제 RINT2500)를 사용하여, 면심 입방 구조(fcc 구조)의 오스테나이트의 (311) (200) (220)면의 적분 강도의 평균값과, 조밀 육방 격자 구조(hcp 구조)의 ε 마르텐사이트의 (010) (011) (012)면의 적분 강도의 평균값과, 체심 입방 구조(bcc 구조)의 α' 마르텐사이트의 (220) (200) (211)면의 적분 강도의 평균값으로부터, 오스테나이트, ε 마르텐사이트 및 α' 마르텐사이트의 체적 분율을 얻었다.

단, α' 마르텐사이트는 체심 정방 구조(bct 구조)로 되고, X선 회절 측정에서 얻어지는 회절 피크는, 결정 구조의 이방성을 위해서 더블 피크로 되는 경우에는, 각각의 피크의 적분 강도의 합계로부터, α' 마르텐사이트의 체적 분율을 얻었다. 상기 피크를 분리할 수 있는 경우, 각각의 적분 강도의 합계로부터, α' 마르텐사이트의 체적 분율을 얻었다.

오스테나이트의 체적 분율이 40％ 이상, 95％ 미만인 경우를, 본 발명의 범위 내로 하여 합격이라고 판정하였다. 오스테나이트의 체적 분율이 40％ 미만, 95％ 이상인 경우를, 본 발명의 범위 외로 하여 불합격이라고 판정하였다.

오스테나이트의 평균 입경:

강판의 판 두께 중앙부(강판 표면으로부터 1/2T 깊이(T는 판 두께))로부터 시료를 3개 잘라내어, 강판의 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 단면을 관찰면으로 하고, 알루미나 연마 등에 의해 경면으로 한 후, 나이탈 용액으로 부식하였다. 상기 관찰면에 있어서, 1㎜×1㎜ 이상의 시야를 배율 100배 정도로 확대하고, JIS Z0551: 2013의 부속서 C. 2의 직선 시험선에 의한 절단 방법에 의해, 관찰 시야 중에 관찰되는 오스테나이트의 결정립 1개당 평균 절편 길이를 구하고, 이것을 평균 입경으로 하였다.

또한, 용접 입열량을 약 1.7kJ/㎜로 한 SMAW(피복 아크 용접)로, 판 두께 중앙부에서의 FL(용융선) 근방의 HAZ에 대하여, 상기와 마찬가지의 방법에 의해 HAZ의 오스테나이트의 평균 입경을 측정하였다.

강판(모재)에 있어서의 오스테나이트의 평균 입경이 40 내지 300㎛인 경우, 본 발명의 범위 내로 하여 합격이라고 판정하였다. 한편, 강판(모재)에 있어서의 오스테나이트의 평균 입경이 40 내지 300㎛의 범위 외인 경우, 본 발명의 범위 외로 하여 불합격이라고 판정하였다.

항복 응력(YS), 인장 강도(TS) 및 신율(EL):

강판의 폭 방향과, 시험편의 길이 방향이 평행해지도록 채취한 인장 시험편을 사용하여, JIS Z 2241: 2011에 준거하여 평가하였다. 단, 판 두께 20㎜ 이하의 인장 시험편은 JIS Z 2241: 2011의 13B호로 하고, 판 두께 20㎜ 초과의 인장 시험편은 JIS Z 2241: 2011의 4호로 하였다.

항복 응력(YS)이 300N/㎟ 이상, 인장 강도(TS)가 1000N/㎟ 이상, 및 신율(EL)이 20％ 이상인 경우를, 강도 및 연성이 우수하다고 하여 합격이라고 판정하였다. 상기 조건 중 하나라도 만족시키지 않는 경우를, 불합격이라고 판정하였다.

내마모성:

마모재로서 규사(JIS G5901: 2016의 5호)와 물의 혼합물(혼합비는 규사 2:물 1)을 사용한 경우의 스크래칭 마모 시험(주속도 3.7m/sec, 50시간)의 마모 감량을, 보통강(JIS G3101: 2015의 SS400)을 기준으로 하여 평가하였다. 표 2-1 및 표 2-2의 보통강의 마모량에 대한 비율은, 각 강의 마모 감량을 보통강의 마모 감량으로 나누어 구하였다. 단, 판 두께가 15㎜ 초과인 경우, 판 두께 15㎜로 두께 감소한 시험편을 사용하였다.

보통강의 마모량에 대한 비율이 0.20 미만인 경우를, 내마모성이 우수하다고 하여 합격이라고 판정하였다. 한편, 내보통강의 마모량 비율이 0.20 이상인 경우를, 내마모성이 떨어진다고 하여 불합격이라고 판정하였다.

부식 마모성:

부식 마모성의 평가에는 마모재로서 규사(평균 입경 12㎛)와 해수의 혼합물(혼합비는 규사 30％, 해수 70％)을 사용한 스크래칭 마모 시험(주속도 3.7m/sec, 100시간)의 마모 감량을, 보통강(JIS G3101: 2015의 SS400)을 기준으로 하여 평가하였다. 표 2-1 및 표 2-2의 보통강의 부식 마모량에 대한 비율은, 각 강의 부식 마모 감량을 보통강의 부식 마모 감량으로 나누어 구하였다. 단, 판 두께가 15㎜ 초과인 경우, 판 두께 15㎜로 두께 감소한 시험편을 사용하였다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서의, 보통강의 부식 마모량에 대한 비율의 목표값은 0.80 이하로 하였다.

인성:

강판(모재)의 인성은, 강판의 1/4T(T는 판 두께)의 위치로부터 압연 방향과 평행하게 시험편을 채취하고, 폭 방향으로 균열이 전파되는 방향으로 노치를 넣은 JIS Z 2242: 2005의 V 노치 시험편을 사용하여, JIS Z 2242: 2005에 준거하여, -40℃에서의 흡수 에너지(vE_-40℃(J))를 평가하였다.

또한, 용접 입열량을 약 1.7kJ/㎜(단, 판 두께 6㎜는 0.6kJ/㎜, 판 두께 12㎜는 1.2kJ/㎜로 함)로 한 SMAW(피복 아크 용접)로, 판 두께 중앙부에서의 FL(용융선) 근방의 HAZ가 노치 위치로 되는 샤르피 시험편을 사용하여, 상기와 마찬가지의 조건에 의해 -40℃에서의 흡수 에너지(vE-_-40℃(J))를 평가하였다.

강판(모재)의 -40℃에서의 흡수 에너지가 200J 이상인 경우를, 인성이 우수하다고 하여 합격이라고 판정하였다. 강판(모재)의 -40℃에서의 흡수 에너지가 200J 미만인 경우를, 인성이 떨어진다고 하여 불합격이라고 판정하였다.

[표 1-1]

[표 1-2]

[표 2-1]

[표 2-2]

Claims

화학 조성이, 질량％로,
C: 0.2 내지 1.6％,
Si: 0.01 내지 2.00％,
Mn: 2.5 내지 30.0％,
P: 0.050％ 이하,
S: 0.0100％ 이하,
Cu: 0 내지 3.0％,
Ni: 0 내지 3.0％,
Co: 0 내지 3.0％,
Cr: 0 내지 5.0％,
Mo: 0 내지 2.0％,
W: 0 내지 2.0％,
Nb: 0 내지 0.30％,
V: 0 내지 0.30％,
Ti: 0 내지 0.30％,
Zr: 0 내지 0.30％,
Ta: 0 내지 0.30％,
B: 0 내지 0.300％,
Al: 0.001 내지 0.300％,
N: 0 내지 1.000％,
O: 0 내지 0.0100％,
Mg: 0 내지 0.0100％,
Ca: 0 내지 0.0100％,
REM: 0 내지 0.0100％,
잔부: Fe 및 불순물이며,
C 및 Mn의 질량％에서의 함유량을 각각 C 및 Mn으로 나타냈을 때, -13.75×C+16.5≤Mn≤-20×C+30을 만족시키고,
금속 조직이, 체적 분율로,
오스테나이트: 40％ 이상, 95％ 미만이고,
ε 마르텐사이트: 0 내지 60％이고,
α' 마르텐사이트: 0 내지 60％이고,
상기 ε 마르텐사이트 및 상기 α' 마르텐사이트의 합계: 5 내지 60％이고,
상기 오스테나이트의 평균 입경이 40 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 내마모 강판.
제1항에 있어서,
상기 화학 조성이, 하기 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 내마모 강판.
-C+0.8×Si-0.2×Mn-90×(P+S)+1.5×(Cu+Ni+Co)+3.3×Cr+9×Mo+4.5×W+0.8×Al+6×N+1.5≥3.2
상기 식 중의 각 원소 기호는 각각의 원소의 질량％에서의 함유량을 나타낸다.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 화학 조성이, C 및 Mn의 질량％에서의 함유량을 각각 C 및 Mn으로 나타냈을 때,
-6.5×C+16.5≤Mn≤-20×C+30을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 내마모 강판.
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