KR102291678B1 - 스틸 벨트용 강판 및 그 제조 방법 및 스틸 벨트 - Google Patents

스틸 벨트용 강판 및 그 제조 방법 및 스틸 벨트 Download PDF

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Abstract

강도가 높고, 균열 전파 저항이 우수한 스틸 벨트용의 강판을 제공한다. 질량%로, C: 0.60 내지 0.80%, Si: 1.0% 이하, Mn: 0.10 내지 1.0%, P: 0.020% 이하, S: 0.010% 이하, Cr: 0.1 내지 1.0%, V: 0 내지 0.5%, Ti: 0 내지 0.1%, Nb: 0 내지 0.1%, B: 0 내지 0.01%, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 화학 조성을 갖는 강의 슬래브에 대하여, 마무리 열연 온도: 800 내지 900℃, 마무리 열연 후, 권취까지의 평균 냉각 속도: 20℃/초 이상, 권취 온도: 450 내지 650℃의 조건으로 열간 압연을 실시한 후, 열처리를 하지 않고, 1패스당 12% 미만의 압하율로 총 압연율 40% 이상의 냉간 압연을 실시하고, 이어서 200 내지 500℃에서 0.5 내지 30시간 유지하는 시효 처리를 실시하는 스틸 벨트용 강판의 제조법.

Description

스틸 벨트용 강판 및 그 제조 방법 및 스틸 벨트{STEEL SHEET FOR STEEL BELT AND PROCESS FOR MANUFACTURING SAME, AND STEEL BELT}
본 발명은 탄소강을 소재로 한 스틸 벨트용 강판 및 그 제조법, 및 상기 강판을 사용한 스틸 벨트에 관한 것이다.
스틸 벨트에는 스테인리스 스틸을 소재로 한 「스테인리스 스틸 벨트」와 탄소강을 소재로 한 「카본 스틸 벨트」가 있다. 본 발명은 후자의 카본 스틸 벨트를 대상으로 하는 것이다. 카본 스틸 벨트의 대표적인 용도로서는 쿠키 등을 소성하는 오븐의 벨트 컨베이어를 들 수 있다. 이하, 본 명세서에서 스틸 벨트란 「카본 스틸 벨트」를 의미한다.
스틸 벨트에는 이하의 특성이 요구된다.
(i) 「강도(경도) 대 연성(延性) 및 인성(靭性)」 밸런스
스틸 벨트는 컨베이어의 용도에 따라 적당한 장력을 부하하여 사용되므로, 부하되는 장력 하에서 변형되지 않을 정도의 강도가 필요하다. 또한, 사용 중에 「취급 흠집」이 붙지 않을 정도의 표면 경도가 요구된다. 한편, 스틸 벨트 제조시에는 강재에 인장 변형을 가함으로써 형상 수정이 행해진다. 그때, 강도가 너무 높으면 연성(소성 변형능)이 부족하여 형상 수정이 불가능하다. 또한, 사용 중의 인성을 확보하기 위해서도 적당한 연성이 필요하다.
(ⅱ) 피로 강도
벨트 컨베이어는 사용 중에 반복 휨 응력이 부하되므로, 피로 강도가 높은 것이 필요하다.
(ⅲ) 용접성
강판을 엔들리스 벨트(endless belt) 형상으로 할 때, 용접이 실시된다. 또한, 스틸 벨트의 보수시에도 용접이 실시되는 경우가 있다. 따라서, 양호한 용접성을 갖는 것이 필요하다.
(ⅳ) 평탄도
전술한 바와 같이, 카본 스틸 벨트의 대표 용도는 오븐 등의 컨베이어 벨트이며, 사용시에는 평탄한 형상이 요구된다. 소재 코일로부터 컨베이어 벨트를 제작할 때에 형상 수정을 행하고, 사용시에는 장력을 가하여 평탄도를 높이는 대응이 취해지는데, 소재 코일에는 우수한 평탄도가 요구된다.
이러한 특성을 획득하는 수법에 대하여, 종래 다양한 연구가 이루어져, 예를 들어, 중(中)탄소강에 담금질(quenching) 뜨임(tempering) 처리와 조질(調質) 압연을 부여하는 방법이나, 특허문헌 1 또는 특허문헌 2에 기재된 바와 같이, 본래 강선(鋼線) 분야에서 이용되고 있던 페이턴팅(patenting), 블루잉(blueing)이란 처리를 강판에 적용하는 방법 등이 개발되어 왔다. 종전의 카본 스틸 벨트의 대부분은 이하의 어느 하나의 방법으로 제조되었다.
ⅰ) (약 0.65% C강의 열연 또는 냉연 강판) → 담금질·뜨임
ⅱ) (약 0.65% C강의 열연 또는 냉연 강판) → 페이턴팅 → 냉연 → 블루잉
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개소47-38616호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 특개소57-101615호 특허문헌 3: 일본 특허공보 제3964246호
현재 사용되고 있는 스틸 벨트는, 상기 (i) 내지 (ⅳ)의 특성에 관하여, 거의 실용적으로 문제가 없는 레벨의 기본 성능을 갖고 있다. 또한 최근, 내구성(수명)에 대한 개선 요구가 높아져, 본 출원인은 특허문헌 3에 의한 기술을 개시하였다.
스틸 벨트의 내구성을 열화시키는 요인의 하나에 피로 파괴가 있다. 피로 파괴는 벨트의 단면(엣지면)에 존재하는 흠집이나 사용 중에 생긴 흠집 등을 기점으로 하여 형성되는 미세 균열이 반복 응력에 의해 주위에 전파됨으로써 일어난다. 균열이 전파되기 쉬운 성질의 재료, 즉 「균열 전파 저항」이 작은 재료는 반복 응력을 받음으로써 미세 균열이 소위 피로 균열로 진전하기 쉽다. 피로 균열이 어느 크기까지 성장하면, 반복 응력 하에서 돌연 재료가 파단한다. 이것이 피로 파괴이다. 따라서, 스틸 벨트의 내구성·신뢰성을 향상시키기 위해서는, 균열 전파 저항을 높이는 것이 중요하다.
균열 전파 저항은 재료의 금속 조직에 크게 영향받는다고 생각할 수 있다. 단순히 금속 조직을 미세화하는 것만으로는 균열 전파 저항을 대폭으로 또한 안정적으로 향상시키는 것은 곤란하며, 이것이 스틸 벨트의 내구성 향상 기술의 진척을 방해하고 있는 하나의 요인이 되어 있었다. 본 출원인은 상술한 특허문헌 3에 의해 균열 전파 저항의 안정적인 향상에 유효한 금속 조직을 밝히고, 이로써 스틸 벨트용 강판의 균열 전파 저항을 현저하게 향상시킬 수 있었다. 또한 동시에, 페이턴팅 등의 손이 많이 가는 항온 변태 처리를 필요로 하지 않고, 균열 전파 저항이 높은 강판을 간이한 공정으로 제조하는 것을 가능케 하였다.
특허문헌 3의 기술에서는 C 함유량을 0.60% 이하로 제한함으로써 균열 전파 저항을 향상시키고 있다. 그러나, 스틸 벨트에 사용하는 아공석강(亞共析鋼; hypoeutectoid steel)에서는 목적에 따라 C 함유량 레벨을 더욱 높이고 싶은 경우도 있다. 특히, 강도 레벨의 향상을 도모하기 위해서는 C 함유량의 증대가 유리해진다. 본 발명에서는 아공석강이 보다 넓은 C 함유량 범위에서 균열 전파 저항을 개선하는 기술을 제공하는 것이다. 특히, 카본 스틸 벨트에 있어서, 가일층의 고강도화와 우수한 균열 전파 저항의 유지를 양립시키기 위하여 유효한 기술을 개시한다. 또한, 평탄도를 수정하기 위하여 특단의 부가 공정을 채용하지 않고, 상기와 같이 간이한 공정으로 스틸 벨트용의 강판을 제조하는 수법을 개시한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 질량%로, C: 0.60 내지 0.80%, Si: 1.0% 이하, Mn: 0.10 내지 1.0%, P: 0.020% 이하, S: 0.010% 이하, Cr: 0.1 내지 1.0%, V: 0 내지 0.5%, Ti: 0 내지 0.1%, Nb: 0 내지 0.1%, B: 0 내지 0.01%, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 화학 조성을 갖는 강(鋼)의 슬래브(slab)에 대하여, 마무리 열연 온도: 800 내지 900℃, 마무리 열연 후, 권취까지의 평균 냉각 속도: 20℃/초 이상, 권취 온도: 450 내지 650℃의 조건으로 열간 압연을 실시한 후, 열처리를 하지 않고, 1패스(pass)당 12% 미만 바람직하게는 10% 이하의 압하율로 총 압연율 40% 이상의 냉간 압연을 실시하고, 이어서 200 내지 500℃에서 0.5 내지 30시간 유지하는 시효 처리를 실시하는 스틸 벨트용 강판의 제조 방법이 제공된다. 필요에 따라, 상기 시효 처리 후에 압연율 10% 이하의 조질 압연을 수행하는 공정을 가져도 좋다.
상기 조항의 성분 원소 중, V, Ti, Nb, B는 임의 첨가 원소이다.
여기에서, 압연 1패스당 압하율은 하기 식 (1)로 표시된다.
압하율(%)＝(h0－h1)/h0×100 ...(1)
h0: 그 압연 패스 전의 판 두께(mm)
h1: 그 압연 패스 후의 판 두께(mm)
또한, 총 압연율은 하기 식 (2)로 표시된다.
총 압연율(%)＝(H0－H1)/H0×100 ...(2)
H0: 압연 개시 전(첫회 패스 전)의 판 두께(mm)
H1: 압연 종료 후(최종 패스 후)의 판 두께(mm)
상기 강의 화학 조성은, 질량%로 C: 0.60% 초과 0.80% 이하, Si: 0.10 내지 1.00%, Mn: 0.10 내지 1.00%, P: 0.002 내지 0.020%, S: 0.001 내지 0.010%, Cr: 0.10 내지 1.00%, V: 0 내지 0.50%, Ti: 0 내지 0.10%, Nb: 0 내지 0.10%, B: 0 내지 0.010%, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 것인 것이 보다 바람직하다. 이 경우도 V, Ti, Nb, B는 임의 첨가 원소이다. 상기 냉간 압연의 각 압연 패스에서 재료 온도를 110℃ 이하로 유지하는 것이 바람직하고, 100℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
상기 제조 공정에 의해 얻어지는 강판은 예를 들어 펄라이트(pearlite) 조직이 70체적% 이상 바람직하게는 90체적% 이상을 차지하고, 잔부가 초석(初析: pro-eutectoid) 페라이트상인 금속 조직을 갖고, 압연 방향의 인장 강도가 1100MPa 이상 바람직하게는 1300MPa 이상, 하기 [A]의 정의에 따른 균열 전파 저항이 600MPa 이상이다. 초석 페라이트의 양은 예를 들어 0.1체적% 이상이다. 즉, 펄라이트 조직의 양을 99.9체적% 이하의 범위로 규정할 수 있다.
[A] 도 1에 도시된 시험편의 길이 방향(압연 방향에 일치)으로, 실온에서 인장 속도 0.3mm/분의 인장 시험을 행하여 하중-신장 곡선으로부터 최대 하중을 구하고, 그 최대 하중을 초기 단면적(45mm×판 두께)으로 나눈 값(단위: MPa)을 균열 전파 저항으로 한다.
여기에서, 도 1(a)는 시험편의 전체 형상을 도시한 평면도이다. 도 1(b)는 (a)의 중앙부에 보여진 구멍의 부분의 확대도이고, 구멍과, 그 주위에 형성된 노치 및 피로 선균열(pre-crack)의 형상, 치수를 나타낸 것이다. 시험편 중앙부의 직경 4.0mm의 구멍의 판 폭 방향 양측에는 폭 약 2.5mm의 노치가 형성되고, 또한 그 노치의 선단에는 길이 3.5±0.1mm의 피로 선균열이 형성되어 있다. 피로 선균열은, 구멍의 양측에 노치를 형성한 후, 미리 시험편의 길이 방향으로 반복 응력을 부하하는 부분 편진동 피로 시험을 행함으로써 형성할 수 있다.
「실온」은 JIS Z2241:2011(금속 재료 인장 시험 방법)에 기재된 대로 10 내지 35℃를 의미한다.
또한, 본 발명에서는 상기의 강판을 용접에 의해 엔들리스 벨트로 한 스틸 벨트가 제공된다. 이 스틸 벨트는 컨베이어용 스틸 벨트에 적합하다.
본 발명에 의하면, 아공석강인 C 함유량 범위에서 강판의 균열 전파 저항을 안정적으로 향상시킬 수 있다. 특히, 인장 강도 1300MPa 이상의 고강도화와 우수한 균열 전파 저항의 부여를 양립시키는 것이 가능하게 되었다. 그 강판의 제조에 있어서는 페이턴팅 처리 등의 번잡한 열처리를 하지 않고 열간 압연 → 냉간 압연 → 시효 처리라는 간단한 공정을 채용할 수 있다. 또한 냉간 압연 조건의 컨트롤이라는 간편한 조작에 의해 강판의 평탄도를 현저하게 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 강판은 스틸 벨트에 적합하다. 본 발명은 스틸 벨트의 내구성·신뢰성 향상에 기여하는 것이다.
도 1(a)는 균열 전파 저항 측정용 시험편의 형상을 나타내는 평면도, (b)는 그 중앙부에 형성된 구멍, 노치 및 피로 선균열의 치수를 나타내는 확대도이다.
본 출원인이 특허문헌 3에 개시한 바와 같이, 스틸 벨트에 적합한 「강도(경도) 대 연성 및 인성」의 밸런스를 높은 레벨로 발휘하는 금속 조직은, 실용적으로는 펄라이트 주체의 조직이 최적이라고 생각할 수 있다. 특허문헌 3의 개시 및 본 발명자들의 그 후의 검토에 의해, 펄라이트 주체의 조직을 갖는 강판에서의 균열 전파 저항의 개선에 효과적인 조직 상태에 대하여, 이하와 같은 지견이 얻어지고 있다.
(1) 초석 페라이트＋펄라이트 조직을 갖는 강판을 가공한 경우, 가공 경화한 초석 페라이트상과 가공 경화한 펄라이트 조직에서는 펄라이트 조직 쪽이 균열 전파 저항이 크다. 작금의 니즈에 적합한 내구성이 높은 스틸 벨트를 얻기 위해서는 강판 중의 펄라이트 조직의 양을 70%체적 이상으로 할 필요가 있고, 90체적% 이상으로 하는 것이 보다 효과적이다.
(2) 냉연 공정에서 펄라이트 조직 중에는 미세한 균열이 도입되고, 이것이 피로 균열의 기점이 될 수 있다. 그 미세한 균열은 시멘타이트 라멜라(cementite lamella)에 발생한다.
(3) 펄라이트 조직의 시멘타이트 라멜라가 얇을수록 냉연에서의 미세한 균열은 발생하기 어렵다. 특히, 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 체적율이 15% 이하일 때, 시멘타이트 라멜라는 균열이 생기기 어려워지고, 강판의 균열 전파 저항은 대폭으로 향상된다.
(4) 스틸 벨트로서 사용되는 상태의 강판에 있어서, 초석 페라이트상의 판 두께 방향의 두께가 5㎛ 이하인 것이 높은 균열 전파 저항을 얻는 데 효과적이다.
발명자들은 이러한 지견을 베이스로 하여 가일층의 고강도화를 실현하기 위하여 수법에 대하여 검토를 진행해 왔다. 그 결과, 아공석강에서 C 함유량의 증대와 Cr의 첨가가 높은 균열 전파 저항을 유지하면서 고강도화를 도모하는데 극히 유효한 것을 알 수 있었다. 특히 Cr은 C 함유량이 예를 들어 0.6질량%를 초과하는 아공석강에서 균열 전파 저항을 현저하게 향상시키는 작용이 있다. 종래, Cr은 담금성 개선이나 고강도화의 목적으로 첨가되는 경우가 있다. 하지만, C 함유량이 예를 들어 0.6질량%를 초과하는 공석 조성에 가까운 강을 사용하고, Cr을 첨가함으로써 스틸 벨트의 내구성 향상을 도모한 예는 없다.
또한, 초석 페라이트＋펄라이트 조직을 갖는 강판에 냉간 압연을 실시하고 가공 경화시킴에 있어서, 평탄도를 악화시키는 제반 요인에 대하여 상세하게 검토하였다. 냉연판의 형상을 결정하는 요인에는 압연기 측의 각종 조건 설정에 관련된 것이 많다. 예를 들어, 압연 롤의 롤 직경, 재질, 롤 프로필, 패스 스케쥴, 윤활 조건 등을 들 수 있다. 한편, 강판의 특성과 관련된 요인으로서는 재질(경도 등)의 편차를 생각할 수 있는데, 공업적으로 적정한 조건으로 열간 압연이 수행되고 있으면, 평탄도를 열화시키는 원인이 될 만큼 코일의 재질 편차가 생기는 경우는 없다.
이러한 점을 바탕으로 상세한 검토를 한 결과, 열연판의 재질이 균일해도 냉간 압연시의 가공 발열에 의한 코일 온도 상승이 원인이 되어 평탄도가 열화되는 경우가 있음이 밝혀졌다. 그것은 다음과 같은 과정에서 발생한다.
(a) 냉간 압연에서의 1패스당 압하율이 높으면 가공 발열량도 크고 코일 온도가 상승하는 것이지만, 강판의 온도가 110℃를 초과하면 동적 변형 시효(dynamic strain aging)가 일어나게 되고, 냉간 압연시의 변형 저항이 급격히 상승한다.
(b) 가공에 의한 열량은 롤으로의 열 전도, 압연유에 의한 계 밖으로의 방출이 있기 때문에, 코일의 폭 방향 중앙부의 온도 상승은 폭 방향 단부(엣지)보다 크다.
(c) 가공 발열이 크고 코일 온도가 상승하는 경우, 폭 방향 중앙부가 먼저 110℃를 초과하여, 동적 변형 시효를 일으키기 시작한다. 이 때문에, 중앙부에서 변형 저항이 높고, 엣지에서 변형 저항이 낮은 상황이 생긴다. 그 결과, 폭 방향에서 변형량(신장)이 불균일해지고, 평탄도가 열화한다.
(d) 따라서, 강판의 폭 방향(압연 방향에 대하여 직각 방향)의 중앙부의 재료 온도가 110℃를 초과하지 않도록 냉간 압연 1패스당의 압하율을 컨트롤하는 것이 폭 방향의 변형 저항의 불균일을 억제하는데 극히 유효하다. 폭 방향 중앙부의 재료 온도를 100℃ 이하로 컨트롤하는 것이 보다 효과적이다.
본 발명은 이러한 지견에 기초하여 완성한 것이다. 이하, 본 발명을 특정하는 사항에 대하여 설명한다.
[성분 원소]
C는 펄라이트 주체의 금속 조직을 얻기 위하여 중요한 원소이다. 즉, C 함유량은 펄라이트의 생성량 및 형태에 큰 영향을 미친다. C량이 적으면, 열연 강판 중의 펄라이트 조직의 체적률이 감소하고, 스틸 벨트에 사용되는 상태의 강판에서 펄라이트 조직의 양을 충분히 확보하는 것이 곤란해진다. 또한, 초석 페라이트가 증가함으로써 냉간 압연에서의 가공 경화능이 저하되므로, 목표의 강도 레벨을 얻기 위해서는 냉간 압연의 총 압연율이 과대해질 우려가 있다. 또한, 초석 페라이트상의 가공 변형이 과대해지는 것에 더하여, 연성, 인성에 유리한 펄라이트 조직이 적기 때문에, 연성, 인성의 저하를 초래한다. 여러 가지로 검토한 결과, 본 발명에서는 C 함유량을 0.60질량% 이상 바람직하게는 0.60질량%를 초과하는 양으로 규정한다.
한편, C량이 증가하면, 펄라이트 조직의 시멘타이트 비율이 높아진다. 특히 C 함량이 0.80질량%를 초과하면 펄라이트 조직 중에 초석 시멘타이트상이 형성되어, 균열 전파 저항의 안정적인 향상을 도모할 수 없다. 또한, 용접부의 경도가 상승하고, 인성이 저하된다.
이상의 것으로부터, 본 발명에서는 C 함유량을 0.60 내지 0.80질량%의 범위, 보다 바람직하게는 0.60질량%를 초과하고 0.80질량% 이하의 범위로 엄밀하게 컨트롤할 필요가 있다.
Si는 용강의 탈산 원소로서 유효하다. 0.10질량% 이상의 Si 함유량으로 하는 것이 보다 효과적이다. 단, Si 함유량이 1.00질량%를 초과하면 열연판, 냉연 판이 함께 경질이 되어, 제조성이 저하된다.
Mn은 펄라이트 조직 중의 라멜라 간격을 미세화하는 작용을 갖는다. Mn량이 0.10질량% 미만에서는 층상의 펄라이트 조직이 형성되지 않고, 입상 시멘타이트가 분산된 의사 펄라이트 조직이 되기 쉽다. 그렇게 되면 우수한 「강도 대 연성 및 인성」 밸런스를 얻을 수 없다. 한편, Mn 함유량이 1.0질량%를 초과하면 강판이 경질화함으로써 인성이 열화된다.
P는 오스테나이트 입계에 편석하여 강판의 인성을 열화시킨다. 실질적으로 문제가 되지 않는 범위로서, 본 발명에서는 0.020질량%까지의 P 함유를 허용한다. 과도한 탈P는 제강 부하를 증대시키므로, P 함유량은 통상 0.002 내지 0.020질량%의 범위로 하면 좋다.
S는 강 중에서 MnS를 형성하여 균열의 기점이 되기 쉽고, 피로 특성의 저하를 초래한다. 실질적으로 문제가 되지 않는 범위로서, 본 발명에서는 0.010질량%까지의 S 함유를 허용한다. 과도한 탈S는 제강 부하를 증대시키므로, S 함유량은 통상 0.001 내지 0.010질량%의 범위로 하면 좋다.
Cr은 펄라이트 조직 중의 라멜라 간격을 미세화하므로, 강도 향상을 노리는 경우에는 첨가가 유리하다고 여겨진다. 이로써 인성을 저하시키지 않고 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 펄라이트 변태 특성(TTT 곡선에서의 노즈(nose)의 위치)을 제어하기 위하여 Cr이 첨가되는 경우도 있다. 한편, 아공석강의 고강도화에는 C의 증량이 유효하지만, C 함유량을 증대시킨 경우에는 균열 전파 저항이 저하된다는 문제가 있었다. 따라서, 종래에 균열 전파 저항을 중시하는 용도에서는 C 함유량 레벨은 대체로 0.6질량% 이하로 억제되어 있었다. 이러한 C 함유량 레벨에서, Cr 첨가에 의한 고강도화를 노려도, 압연 방향의 인장 강도가 1300MPa 이상이라는 고강도화는 곤란하였다.
그런데, 발명자들의 상세한 연구에 따르면, C 함유량을 예를 들어 0.60질량% 이상 바람직하게는 0.60질량%를 초과하는 함유량으로 증량하고, 또한 Cr을 0.10질량% 이상 함유시킨 경우에, 인장 강도 1300MPa 이상이라는 고강도화를 도모하면서, 균열 전파 저항을 현저히 개선할 수 있음을 알 수 있었다. 단, Cr 함유량이 과잉이 되면 반대로 균열 전파 저항의 저하를 초래하는 경우가 있다. 여러 가지로 검토한 결과, Cr 함유량은 1.00질량% 이하로 제한할 필요가 있고, 0.80질량% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 0.60질량% 이하로 관리하여도 좋다.
V, Ti, Nb는 모두 구(舊) 오스테나이트 입경을 미세화하는 효과를 갖고, 균열 전파 저항의 향상에 기여하므로, 필요에 따라 이것들의 1종 이상을 첨가할 수 있다. 단, 너무 다량으로 첨가해도 그 효과는 포화되므로, V는 0.50질량% 이하, Ti는 0.10질량% 이하, Nb는 0.10질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. V: 0.05 내지 0.50질량%, Ti: 0.001 내지 0.10질량%, Nb: 0.001 내지 0.10질량%의 1종 이상을 함유시키는 것이 보다 효과적이다.
B는 구 오스테나이트 입계를 강화하는 효과에 의해, 균열 전파 저항의 향상에 기여하므로, 필요에 따라 첨가할 수 있다. 단, 너무 다량으로 첨가해도 그 효과는 포화되므로, B를 첨가하는 경우는 0.010질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 효과를 현저히 발휘시키기 위해서는 0.001질량% 이상의 B 첨가량으로 하는 것이 보다 효과적이다.
〔금속 조직〕
본 발명에 따르면, 스틸 벨트로서 사용되는 상태의 강판에 있어서, 금속 조직 중에서 차지하는 펄라이트 조직의 체적률을 70% 이상, 바람직하게는 90% 이상으로 할 수 있다. 펄라이트 이외의 잔부는 초석 페라이트상이다. 펄라이트를 포함하는 금속 조직의 열연 강판을 냉간 압연하면, 펄라이트 조직의 라멜라가 냉연 방향으로 배향하면서 라멜라 간격이 미세화된다. 그리고, 압연 방향으로 나란히 된 미세 라멜라가 형성됨으로써 펄라이트 조직은 가공 경화한다. 라멜라가 압연 방향으로 나란히 된 미세한 펄라이트 조직은 강도가 높음에도 불구하고 인성 저하가 작다. 또한, 추가로 시효 처리를 행하면 고강도를 유지한 채로 연성·인성이 한층 개선된다.
펄라이트 조직의 양이 적은 경우, 작금의 스틸 벨트로서 요구되는 강도 레벨(압연 방향의 인장 강도 1100MPa 이상 바람직하게는 1300MPa 이상)을 얻기 위해서는, 가공 경화능이 작은 초석 페라이트상이 많은 만큼 냉연율을 높이지 않을 수 없다. 가공 경화한 초석 페라이트상과 가공 경화한 펄라이트 조직을 비교하면, 후자의 쪽이 균열 전파 저항이 크므로, 펄라이트가 적으면, 강판의 균열 전파 저항을 향상시키는 데 매우 불리하다. 여러 가지로 검토한 결과, 인장 강도 1100MPa 이상의 고강도를 유지하면서, 균열 전파 저항을 현저하게 향상시키기 위해서는, 강판의 금속 조직 중에서 차지하는 펄라이트 조직의 체적률은 적어도 70% 이상으로 해야 한다. 특히, 압연 방향의 인장 강도가 예를 들어 1300MPa 이상인 강도 레벨이 높은 스틸 벨트를 안정적으로 얻기 위해서는, 강판의 금속 조직 중에서 차지하는 펄라이트 조직의 체적률을 90% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 펄라이트 조직이 70 내지 99.9체적% 바람직하게는 90 내지 99.9체적%를 차지하고, 잔부가 초석 페라이트상인 금속 조직으로 하는 것이 바람직하다.
균열 전파 저항을 높이기 위하여, 강판의 금속 조직에서 상대적으로 강도가 낮은 초석 페라이트상의 파괴를 억제하는 것이 극히 유효하다. 스틸 벨트로서 사용되는 상태의 강판에 있어서, 초석 페라이트상의 판 두께 방향의 두께가 5㎛ 이하인 것이 효과적이다. 페라이트상은 연성이 풍부한 상이지만, 강 냉연 후의 「강도 대 연성 및 인성」 밸런스는 펄라이트 조직에 비해 떨어진다. 열연 강판 중의 초석 페라이트상은 냉간 압연에 의해 압연 방향으로 전신(展伸)되지만, 냉간 압연 후의 초석 페라이트상의 판 두께 방향 두께가 5㎛ 이하이면 펄라이트 조직의 연성·인성이 크게 손상되지 않고, 균열 전파 저항의 저하를 억제할 수 있다. 이러한 초석 페라이트상의 형태를 얻기 위해서는, 열간 압연의 마무리 압연 후의 냉각 속도를 높이고, 초석 페라이트상의 생성량을 낮게 억제하는 것이 유효하다. 또한, 검토를 더한 결과, 강 중에 Cr을 0.10질량% 이상 함유시킴으로써, 초석 페라이트의 생성량이 저감되는 동시에 입경이 미세화되고, C 함유량을 높여 고강도화를 도모한 경우에서도 스틸 벨트로서 충분히 사용할 수 있는 높은 균열 전파 저항을 얻을 수 있음이 밝혀졌다.
[기계적 성질]
작금의 스틸 벨트에 요구되는 내구성·신뢰성을 확보하기 위해서는, 그것에 사용하는 강판의 구체적인 기계적 성질로서, 실온에서의 압연 방향의 인장 강도가 1100MPa 이상 바람직하게는 1300MPa 이상이고, 또한 하기 [A]의 정의에 따른 균열 전파 저항이 600MPa 이상인 특성을 들 수 있다.
[A] 도 1에 도시된 시험편의 길이 방향(압연 방향에 일치)으로, 실온에서 인장 속도 0.3mm/분의 인장 시험을 행하여, 하중-신장 곡선으로부터 최대 하중을 구하고, 그 최대 하중을 초기 단면적(45mm×판 두께)으로 나눈 값(단위: MPa)을 균열 전파 저항으로 한다.
또한, 실온에서의 압연 방향의 전체 신장이 5.0% 이상인 것이 바람직하다.
이상, 설명한 금속 조직 및 기계적 성질을 갖는 스틸 벨트용 강판은 예를 들어 이하의 방법으로 제조할 수 있다.
[열간 압연]
열간 압연에서는, 펄라이트 변태의 과랭도(過冷度;degree of supercooling)를 크게 하기 위하여, 마무리 열연 후의 냉각 속도를 크게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 앞에서 설명한 성분 조성을 갖는 강을 사용한 경우, 마무리 열연 온도(열간 압연 최종 패스 압연 온도)를 800 내지 900℃로 하고, 그 후, 권취까지의 사이의 평균 냉각 속도가 20℃/초 이상이 되도록 급랭하고, 450 내지 650℃에서 권취하는 방법을 적합하게 채용할 수 있다. 이 방법은, 상술한 바와 같이 초석 페라이트상의 생성량을 억제하는 효과나 입경을 미세화하는 효과도 있다.
[냉간 압연]
본 발명에서는, 상술한 바와 같이 「강도 대 연성 및 인성」 밸런스와 내구성을 고레벨로 실현할 수 있는 금속 조직을 밝혔다. 제조 공정에 대해서도 여러 가지로 검토한바, 이러한 금속 조직을 나타내는 강판은 종래와 같은 항온 변태 처리를 행하지 않고, 열연 강판을 직접 냉간 압연하는 방법에 의해 제조하는 것이 가능하다. 단, 벨트 컨베이어용 스틸 벨트 등 평탄도가 요구되는 스틸 벨트를 제조하는 경우에는, 평탄도가 높은 소재 강판을 얻어 두는 것이 극히 유리하다. 평탄도가 높은 강판을 얻기 위해서는, 상기 (a) 내지 (d)에서 설명한 바와 같이, 냉간 압연시의 온도 상승에 따른 동적 변형 시효를 방지하는 것이 극히 유효한 것을 알 수 있었다. 강판의 압연 방향에 대하여 직각 방향(폭 방향) 중앙부에서의 재료 표면 온도가 110℃를 초과하면, 폭 방향 중앙부에서 동적 변형 시효가 일어나기 쉬워지고, 비교적 온도 상승이 적은 폭 방향 단부(엣지부) 근방과 폭 방향 중앙부의 특성에 편차가 생기고, 그것이 냉연 강판의 평탄도를 열화시키는 요인이 된다. 폭 방향 중앙부의 재료 표면 온도가 100℃ 이하가 되도록 컨트롤하는 것이 보다 효과적이다.
본 발명에서는 냉간 압연에서의 동적 변형 시효에 의한 특성 편차를 경감시켜 평탄도가 양호한 강판을 얻는 수법으로서, 열간 압연 후에 열처리를 받지 않은 열연 강판에 대하여, 1패스당의 최대 압하율을 12% 미만으로 하여 총 압연율 40% 이상의 냉간 압연을 수행한다. 1패스당의 최대 압하율을 10% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 1패스당의 압하율이 증대하면 강판의 온도 상승이 커지기 쉽고, 동적 변형 시효에 의한 특성 편차를 억제하는 것이 어려워진다. 이 냉간 압연의 총 압연율이 낮으면 고강도를 얻는 것이 어렵고, 또한 평탄도를 개선하는데 있어서도 불리해진다. 냉간 압연의 총 압연율이 과잉으로 높으면 연성이 저하된다. 연성을 중시하는 경우에는 총 압연율을 75% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
구체적으로는, 상기의 열간 압연을 수행한 열연 강판을 산세(酸洗)한 후, 그대로 냉간 압연 라인에서 냉연할 수 있다. 또한 산세 라인 등에 부속의 인라인 밀을 사용하여 냉간 압연하는 경우에는, 시효 처리에 제공하기까지의 토탈 냉간 압연율이 상기의 범위가 되도록 하면 좋다. 어느 경우에도, 열간 압연 및 냉간 압연 사이에서 열처리를 할 필요는 없다.
〔시효 처리〕
냉간 압연 후에는 200 내지 500℃에서 0.5 내지 30시간 유지하는 시효 처리를 실시한다.
〔조질 압연〕
조질 압연은 필요에 따라 실시할 수 있다. 시효 처리 후 조질 압연을 실시하는 경우에는 10% 이하의 압하율로 실시하는 것이 바람직하다.
실시예
[실시예 1]
표 1에 기재된 성분 조성의 강을 용제하고, 이하의 조건으로 열간 압연 → 냉간 압연 → 시효 처리 → 조질 압연을 행하여, 판 두께 1.0mm의 강판을 제조하였다. 열간 압연 조건은 표 2 중에 기재하였다. 마무리 열연 후, 권취까지의 평균 냉각 속도는, 표 2의 No.3은 10℃/초, No.4는 60℃/초, 그 이외는 30℃/초로 하였다. 열연 강판의 판 두께는 2.0 내지 5.0mm의 범위로 하였다. 냉간 압연은, 열연 강판을 산세한 후, 판 두께 1.0 내지 1.1mm까지 압연하였다. 냉간 압연 1패스당의 압하율은 최대 7%로 하고, 냉간 압연 패스수는 8 내지 25회였다. 냉간 압연의 총 압연율은 어느 예도 40% 이상이고, 표 2의 No.12는 약 80%로 하였다. 시효 처리는 400℃×15시간의 조건으로 행하였다. 조질 압연은 압연율 10% 이하로 행하였다. 또한, 표 2의 No.10은 냉간 압연으로 판 두께 1.0mm로 하고, 조질 압연을 생략하였다(조질 압연율 0%).
Figure 112015125679820-pct00001
얻어진 판 두께 1.0mm의 강판에 대하여, 이하의 요령으로 금속 조직 관찰 및 기계 시험을 수행하였다.
〔펄라이트 조직의 관찰〕
강판의 압연 방향과 판 두께 방향을 포함하는 단면을 전해 연마한 후 에칭한 샘플을 준비하였다. 광학 현미경을 사용하여 촬영한 샘플 표면의 화상을 바탕으로 화상 처리 장치로 펄라이트 조직의 체적률을 구하였다.
〔초석 페라이트상의 관찰〕
상기와 동일한 샘플에 대하여, 주사 전자 현미경을 사용하여, 압연 방향으로 신장된 10개의 초석 페라이트상의 판 두께 방향의 최대 두께를 측정하여, 그 평균값을 「초석 페라이트상의 판 두께 방향 두께」로 하였다.
〔경도 시험〕
강판의 압연 방향과 두께 방향을 포함하는 단면에서의 비커스 경도를 측정하였다. 컨베이어로서 사용되는 스틸 벨트용 강판으로서는 310HV 이상의 경도 레벨이 요구되지만, 380HV 이상인 것이 보다 바람직하다.
〔인장 시험〕
압연 방향에 평행한 JIS 5호 인장 시험편을 사용하여, 실온에서 인장 속도 10mm/분으로 인장 시험을 수행하였다. 컨베이어로서 사용되는 스틸 벨트용 강판 컨베이어용 스틸 벨트로서는 인장 강도 1100MPa 이상, 전체 신장(total elongation) 5% 이상의 특성이 요망되지만, 특히 인장 강도는 1300MPa 이상인 것이 바람직하다.
〔균열 전파 저항의 측정 시험〕
도 1에 도시된 시험편을 사용하여, 상기 [A]에서 정의된 방법으로 균열 전파 저항을 구하였다. 그 값이 600MPa 이상의 것을 양호하다고 판정하였다. 이들 결과를 표 2에 기재하였다.
Figure 112015125679820-pct00002
본 발명에서 규정하는 성분 조성 및 금속 조직을 나타내는 No.1, 2, 5, 7 내지 11은, 인장 강도 1300MPa 이상의 고강도와, 균열 전파 저항 600MPa 이상의 내구성을 가지며, 스틸 벨트로서 매우 우수한 내구성을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이것들은 경도, 전체 신장도 양호했다.
이에 대하여, No.3은 마무리 열연 후의 냉각 속도가 10℃/초로 작았기 때문에, 초석 페라이트상이 많이 생성되고, 인장 강도와 신장은 양호했지만 균열 전파 저항이 낮았다. No.4는 열연 조직이 베이나이트 주체의 조직이 되었기 때문에, 균열 전파 저항이 낮았다. No.12는 강의 C 함유량이 적으므로 금속 조직 중의 초석 페라이트상의 양이 많아지고, 냉간 압연율을 약 80%로 해도 인장 강도는 1050MPa에 그쳤다. 또한, 냉간 압연율을 높게 한 것에 기인하여 전체 신장이 낮았다. No.13은 Cr 함유량이 적기 때문에 균열 전파 저항이 낮았다.
[실시예 2]
표 1의 강 B를 사용하여, 마무리 열연 온도: 850℃, 권취 온도: 570℃에서 열간 압연을 행하여 판 두께 2.5mm의 강판을 제조하였다. 마무리 압연 후, 권취까지의 평균 냉각 속도는 35℃/초로 하였다. 이 강판을 다음의 2가지의 냉간 압연 방법으로 판 두께 1.0mm까지 냉간 압연하였다.
(A) 압연 속도: 200m/분, 압연 패스수: 15패스, 각 패스의 압하율: 최대 7%, 총 압연율: 60%(본 발명예)
(B) 압연 속도: 200m/분, 압연 패스수: 9패스, 각 패스의 압하율: 최대 13%, 총 압연율: 60%(비교예)
상기의 (A), (B)의 조건으로 냉간 압연을 행할 때에, 각 패스마다 코일 표면 온도를 측정하였다. 측정 위치는 코일 길이 방향의 중앙부에서, 폭 방향의 센터부와 엣지로부터 50mm 위치로 하였다. 압연 후의 판 두께 1.0mm의 냉연 강판의 평탄도를 센터부와 엣지에서 측정하였다. 평탄도의 평가는 코일 길이 방향의 2000mm 길이를 규정 길이로 하고, 그 사이의 돌출부 높이를 측정함으로써 수행하였다. 결과를 표 3에 기재하였다.
Figure 112015125679820-pct00003
No.14의 본 발명 범위 내인 냉연 조건 (A)의 경우, 합계 15패스의 냉간 압연을 행하였는데, 코일 표면 온도는 90℃에 달하는 경우는 없었다. 냉간 압연 후의 평탄도는 양호한 값이 되었다. 한편, No.15의 본 발명 범위 밖인 냉연 조건 (B)의 경우, 냉간 압연 도중에서의 코일 표면 온도는 센터부에서 최대 122℃에 달했지만, 그때의 엣지부 온도는 94℃였다. No.15의 경우, 냉간 압연 후의 평탄도의 값(mm)은 No.14에 비하여 크고, 평탄도가 떨어지는 것이 명백하였다. No.15에서는 코일 폭 방향의 센터부만이 110℃ 이상이 되고, 변형 저항이 상승하였기 때문에, 코일의 평탄도가 열화되었다고 생각할 수 있다.

Claims (9)

  1. 질량%로, C: 0.60% 초과 0.80% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 0.10 내지 1.0%, P: 0.020% 이하, S: 0.010% 이하, Cr: 0.1 내지 1.0%, V: 0 내지 0.5%, Ti: 0 내지 0.1%, Nb: 0 내지 0.1%, B: 0 내지 0.01%, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 화학 조성을 갖는 강의 슬래브에 대하여, 마무리 열연 온도: 800 내지 900℃, 마무리 열연 후, 권취까지의 평균 냉각 속도: 20℃/초 이상, 권취 온도: 450 내지 650℃의 조건으로 열간 압연을 실시하고, 판 두께를 2.0 내지 5.0mm로 한 후, 열처리를 하지 않고, 1패스당 12% 미만의 압하율로 총 압연율 40% 이상의 냉간 압연을 실시하고, 이어서 200 내지 500℃에서 0.5 내지 30시간 유지하는 시효 처리를 실시하는 스틸 벨트용 강판의 제조법.
  2. 질량%로, C: 0.60% 초과 0.80% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 0.10 내지 1.0%, P: 0.020% 이하, S: 0.010% 이하, Cr: 0.1 내지 1.0%, V: 0 내지 0.5%, Ti: 0 내지 0.1%, Nb: 0 내지 0.1%, B: 0 내지 0.01%, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 화학 조성을 갖는 강의 슬래브에 대하여, 마무리 열연 온도: 800 내지 900℃, 마무리 열연 후, 권취까지의 평균 냉각 속도: 20℃/초 이상, 권취 온도: 450 내지 650℃의 조건으로 열간 압연을 실시하고, 판 두께를 2.0 내지 5.0mm로 한 후, 열처리를 하지 않고, 1패스당 12% 미만의 압하율로 총 압연율 40% 이상의 냉간 압연을 실시하고, 이어서 200 내지 500℃에서 0.5 내지 30시간 유지하는 시효 처리를 실시함으로써, 금속 조직 중에서 차지하는 펄라이트 조직의 체적률이 70% 이상, 압연 방향의 인장 강도가 1100MPa 이상, 하기 [A] 의 정의에 따른 균열 전파 저항이 600MPa 이상인 강판을 제조하는, 스틸 벨트용 강판의 제조법.
    [A] 도 1에 도시된 시험편의 길이 방향(압연 방향에 일치)으로, 실온에서 인장 속도 0.3mm/분의 인장 시험을 행하여, 하중-신장 곡선으로부터 최대 하중을 구하고, 그 최대 하중을 초기 단면적(45mm×판 두께)으로 나눈 값(단위: MPa)을 균열 전파 저항으로 한다.
  3. 질량%로, C: 0.60% 초과 0.80% 이하, Si: 0.10 내지 1.00%, Mn: 0.10 내지 1.00%, P: 0.002 내지 0.020%, S: 0.001 내지 0.010%, Cr: 0.10 내지 1.00%, V: 0 내지 0.50%, Ti: 0 내지 0.10%, Nb: 0 내지 0.10%, B: 0 내지 0.010%, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 화학 조성을 갖는 강의 슬래브에 대하여, 마무리 열연 온도: 800 내지 900℃, 마무리 열연 후, 권취까지의 평균 냉각 속도: 25℃/초 이상, 권취 온도: 450 내지 650℃의 조건으로 열간 압연을 실시하고, 판 두께를 2.0 내지 5.0mm로 한 후, 열처리를 하지 않고, 1패스당 12% 미만의 압하율로 총 압연율 40% 이상의 냉간 압연을 실시하고, 이어서 200 내지 500℃에서 0.5 내지 30시간 유지하는 시효 처리를 실시하는 스틸 벨트용 강판의 제조법.
  4. 질량%로, C: 0.60% 초과 0.80% 이하, Si: 0.10 내지 1.00%, Mn: 0.10 내지 1.00%, P: 0.002 내지 0.020%, S: 0.001 내지 0.010%, Cr: 0.10 내지 1.00%, V: 0 내지 0.50%, Ti: 0 내지 0.10%, Nb: 0 내지 0.10%, B: 0 내지 0.010%, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 화학 조성을 갖는 강의 슬래브에 대하여, 마무리 열연 온도: 800 내지 900℃, 마무리 열연 후, 권취까지의 평균 냉각 속도: 25℃/초 이상, 권취 온도: 450 내지 650℃의 조건으로 열간 압연을 실시하고, 판 두께를 2.0 내지 5.0mm로 한 후, 열처리를 하지 않고, 1패스당 12% 미만의 압하율로 총 압연율 40% 이상의 냉간 압연을 실시하고, 이어서 200 내지 500℃에서 0.5 내지 30시간 유지하는 시효 처리를 실시함으로써, 금속 조직 중에서 차지하는 펄라이트 조직의 체적률이 90% 이상, 압연 방향의 인장 강도가 1300MPa 이상, 하기 [A]의 정의에 따른 균열 전파 저항이 600MPa 이상인 강판을 제조하는, 스틸 벨트용 강판의 제조법.
    [A] 도 1에 도시된 시험편의 길이 방향(압연 방향에 일치)으로, 실온에서 인장 속도 0.3mm/분의 인장 시험을 행하여, 하중-신장 곡선으로부터 최대 하중을 구하고, 그 최대 하중을 초기 단면적(45mm×판 두께)으로 나눈 값(단위: MPa)을 균열 전파 저항으로 한다.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉간 압연에 있어서 1패스당 압하율을 10% 이하로 하고 총 압연율을 40% 이상으로 하는 스틸 벨트용 강판의 제조법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉간 압연에 있어서 각 압연 패스에서의 재료 온도를 110℃ 이하로 유지하는 스틸 벨트용 강판의 제조법.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 시효 처리 후에 압연율 10% 이하의 조질(調質) 압연을 행하는 스틸 벨트용 강판의 제조법.
  8. 질량%로, C: 0.60% 초과 0.80% 이하, Si: 0.10 내지 1.00%, Mn: 0.10 내지 1.00%, P: 0.002 내지 0.020%, S: 0.001 내지 0.010%, Cr: 0.10 내지 1.00%, V: 0 내지 0.50%, Ti: 0 내지 0.10%, Nb: 0 내지 0.10%, B: 0 내지 0.010%, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 화학 조성을 갖고, 펄라이트 조직이 90체적% 이상을 차지하고, 잔부가 초석 페라이트상인 금속 조직을 갖고, 판 두께를 2.0 내지 5.0mm로 하고, 압연 방향의 인장 강도가 1300MPa 이상, 하기 [A]의 정의에 따른 균열 전파 저항이 600MPa 이상인 스틸 벨트용 강판.
    [A] 도 1에 도시된 시험편의 길이 방향(압연 방향에 일치)으로, 실온에서 인장 속도 0.3mm/분의 인장 시험을 행하여, 하중-신장 곡선으로부터 최대 하중을 구하고, 그 최대 하중을 초기 단면적(45mm×판 두께)으로 나눈 값(단위: MPa)을 균열 전파 저항으로 한다.
  9. 제 8 항에 기재된 강판을 용접에 의해 엔들리스 벨트로 한 스틸 벨트.
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