KR102327930B1 - 고탄소 강재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따른 고탄소 강재는, 중량%로, C: 0.8~1.0%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 0.3~0.5%, Cr: 0.1~0.3%, V: 0.1~0.3%, P: 0.03% 이하, S: 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 마르텐사이트 기지조직에 잔부 탄화물을 포함하는 미세조직을 가지며, 상기 탄화물의 평균 입자 크기는 0.7㎛ 이하일 수 있다.
Description
본 발명은 내마모성이 우수한 고탄소 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
강의 내마모성을 향상시키기 위한 방안으로서 다양한 방안들이 제안되고 있으며, 일 예로서 강 중에 경화능 원소를 다량 첨가하는 방안이 있다. 탄소(C)는 대표적인 경화능 원소이므로, 강 중 탄소(C) 함량이 증가하는 경우 강의 경도가 상승하여 최종 강재의 내마모성을 효과적으로 향상시킬 수 있기 때문이다.
다만, 강 중에 첨가되는 탄소(C) 함량이 일정 수준을 초과하는 경우, 과도한 취성에 의해 압연공정의 조업성이 열위해질 수 있으며, 마르텐사이트 조직을 얻기 위한 담금질 공정 후에 강의 인성 확보를 위해 지나치게 높은 온도에서 뜨임 열처리를 실시해야 하므로, 실제 공정조건에 적용하기 위해서는 해결해야 할 다양한 기술적 문제점들이 존재한다.
특허문헌 1은 고탄소 열연강판을 이용한 부품 제조 시 후속공정의 단순화를 위하여 박강판의 형태로 열연강판을 제조하는 방안을 제안하지만, 다량의 탄소(C)가 첨가됨에 따라 유발되는 압연 조업성의 열위 및 높은 뜨임 온도의 문제를 근본적으로 해결 가능한 방안을 제시하는 것은 아니다.
본 발명의 한 가지 측면에 따르면 제침용 소재로서 특히 적합한 물성을 가지는 고탄소 강재 및 그 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않는다. 통상의 기술자라면 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 고탄소 강재는, 중량%로, C: 0.8~1.0%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 0.3~0.5%, Cr: 0.1~0.3%, V: 0.1~0.3%, P: 0.03% 이하, S: 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 마르텐사이트 기지조직에 잔부 탄화물을 포함하는 미세조직을 가지며, 상기 탄화물의 평균 입자 크기는 0.7㎛ 이하일 수 있다.
상기 탄화물의 분율은 1.6~5면적%일 수 있다.
상기 탄화물의 수밀도는 4*104~17*104개/mm2일 수 있다.
상기 탄화물 중 V 함량이 1중량% 이상인 탄화물의 개수는 전체 탄화물 개수 대비 30% 이상일 수 있다.
상기 강재의 상온 표면 경도는 58 HRC 이상일 수 있다.
상대재로 JS-SK85소재를 사용한 핀온디스크 방식(ASTM G99)의 내마모 시험에서, 상기 강재의 마모량은 22mg 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 고탄소 강재의 제조방법은, 중량%로 C: 0.8~1.0%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 0.3~0.5%, Cr: 0.1~0.3%, V: 0.1~0.3%, P: 0.03% 이하, S: 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 재가열하고, 열간압연하고, 권취하는 단계; 상기 권취된 강재를 1~6℃/min의 승온속도로 가열하여 550~650℃의 온도범위에서 0.5~10시간 동안 유지하는 1차 소둔 단계; 상기 1차 소둔된 강재를 650~730℃의 온도범위에서 10~30시간 동안 유지하는 2차 소둔 단계; 상기 2차 소둔된 강재를 20~50%의 압하율로 냉간압연하는 단계; 상기 냉간압연된 강재를 780~900℃로 가열하고 30분 이하로 유지한 후 50~150℃/s의 냉각속도로 50℃ 이하의 온도범위까지 냉각하는 담금질 열처리 단계; 및 상기 담금질 열처리된 강재를 200~300℃에서 10~60분간 유지하는 뜨임 열처리 단계를 포함할 수 있다.
상기 슬라브의 재가열 온도는 1000~1300℃이고, 상기 열간압연은 850~1150℃의 온도범위에서 행해지며, 상기 권취는 600~650℃의 온도범위에서 행해질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 측면에 따르면, 내마모성을 효과적으로 확보하여 제침용 소재로서 특히 적합한 물성을 가지는 고탄소 강재 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1의 시편 A의 미세조직을 관찰한 사진이다.
본 발명은 내마모성이 우수한 고탄소 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이하에서는 본 발명의 바람직한 구현예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 구현예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 구현예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 구현예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명을 더욱 상세하기 위하여 제공되는 것이다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 고탄소 강재에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 고탄소 강재는, 중량%로, C: 0.8~1.0%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 0.3~0.5%, Cr: 0.1~0.3%, V: 0.1~0.3%, P: 0.03% 이하, S: 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 마르텐사이트 기지조직에 잔부 탄화물을 포함하는 미세조직을 가지며, 상기 탄화물의 평균 입자 크기는 0.7㎛ 이하일 수 있다.
이하, 본 발명의 합금조성에 대해 보다 상세히 설명한다. 이하, 특별히 달리 기재하지 않는 한, 합금조성의 함량과 관련된 % 및 ppm은 중량을 기준으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 가공성이 우수한 강재는, 중량%로 C: 0.8~1.0%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 0.3~0.5%, Cr: 0.1~0.3%, V: 0.1~0.3%, P: 0.03% 이하, S: 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
탄소(C): 0.8~1.0%
탄소(C)는 대표적인 경화능 향상 원소로, 본 발명에서는 담금질 후 경도 확보를 위하여 필수적으로 첨가되는 원소이다. 따라서, 본 발명은 이와 같은 효과를 위해 0.8% 이상의 탄소(C)를 포함할 수 있다. 바람직한 탄소(C) 함량은 0.8% 초과일 수 있으며, 보다 바람직한 탄소(C) 함량은 0.82% 이상일 수 있다. 반면, 강 내 탄소(C) 함량이 일정 범위를 초과하는 경우, 강 중 세멘타이트 분율이 지나치게 높아져 취성파괴를 조장할 우려가 있으므로, 본 발명은 탄소(C) 함량의 상한을 1.0%로 제한할 수 있다. 바람직한 탄소(C) 함량은 1.0% 미만일 수 있으며, 보다 바람직한 탄소(C) 함량은 0.98% 이하일 수 있다.
실리콘(Si): 0.1~0.3%
실리콘(Si)는 강의 강도 향상에 기여하는 성분이므로, 본 발명은 이와 같은 효과 달성을 위해 0.1% 이상의 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 바람직한 실리콘(Si) 함량의 하한은 0.12%일 수 있으며, 보다 바람직한 실리콘(Si) 함량의 하한은 0.15%일 수 있다. 다만, 강 중 실리콘(Si) 함량이 일정 범위를 초과하는 경우, 냉간압연성이 열위해질 뿐만 아니라, 열처리 시 탈탄 가능성이 커지며, 강재 표면에 스케일 결함의 증가를 유발할 수 있으므로, 본 발명은 실리콘(Si) 함량의 상한을 0.3%로 제한할 수 있다. 바람직한 실리콘(Si) 함량의 상한은 0.28%일 수 있으며, 보다 바람직한 실리콘(Si) 함량의 상한은 0.25%일 수 있다.
망간(Mn): 0.3~0.5%
망간(Mn)은 경화능 향상에 기여하는 원소일 뿐만 아니라, 고용강화에 의한 소재의 강도 향상에 효과적으로 기여하는 원소이다. 또한, 망간(Mn)은 강 중의 황(S)과 결합하여 MnS로 석출되므로, 황(S)에 의한 적열취성을 효과적으로 방지할 수 있다. 본 발명은 이와 같은 효과 달성을 0.3% 이상의 망간(Mn)을 포함할 수 있다. 바람직한 망간(Mn) 함량의 하한은 0.32%일 수 있으며, 보다 바람직한 망간(Mn) 함량의 하한은 0.35%일 수 있다. 다만, 강 중 망간(Mn) 함량이 일정 범위를 초과하는 경우, 냉간압연성이 열위해질 뿐만 아니라, 중심편석에 의한 가공성 저하가 문제될 수 있는바, 본 발명은 망간(Mn) 함량의 상한을 0.5%로 제한할 수 있다. 바람직한 망간(Mn) 함량의 상한은 0.48%일 수 있으며, 보다 바람직한 망간(Mn) 함량의 상한은 0.45%일 수 있다.
크롬(Cr): 0.1~0.3%
크롬(Cr)은 망간(Mn)과 마찬가지로 경화능 향상에 효과적으로 기여하는 원소이다. 따라서, 본 발명은 이와 같은 효과를 위하여 0.1% 이상의 크롬(Cr)을 포함할 수 있다. 바람직한 크롬(Cr) 함량의 하한은 0.13%일 수 있으며, 보다 바람직한 크롬(Cr) 함량의 하한은 0.16%일 수 있다. 다만, 강 중 크롬(Cr) 함량이 일정 범위를 초과하는 경우, 냉간압연성이 저하될 수 있을 뿐만 아니라, 열처리에 의한 세멘타이트의 분해가 지연되어 구상화 소둔에 의하더라도 탄화물의 구상화가 완료되지 않을 가능성이 존재한다. 따라서, 본 발명은 크롬(Cr) 함량의 상한을 0.3%로 제한할 수 있다. 바람직한 크롬(Cr) 함량의 상한은 0.28%일 수 있으며, 보다 바람직한 크롬(Cr) 함량의 상한은 0.25%일 수 있다.
바나듐(V): 0.1~0.3%
바나듐(V)은 탄화물을 형성하여 강의 경도를 향상시키는 원소이다. 따라서, 보 발명은 이와 같은 효과를 위해 0.1% 이상의 바나듐(V)을 포함할 수 있다. 바람직한 바나듐(V) 함량의 하한은 0.12%일 수 있으며, 보다 바람직한 바나듐(V) 함량의 하한은 0.14%일 수 있다. 반면, 바나듐(V) 함량이 일정 수준을 초과하는 경우, 탄화물 형성에 의한 경도 향상 효과는 포화되는 반면, 과도한 비용 상승을 초래하므로, 본 발명은 바나듐(V) 함량의 상한을 0.3%로 제한할 수 있다. 바람직한 바나듐(V) 함량의 상한은 0.25%일 수 있으며, 보다 바람직한 바나듐(V) 함량의 상한은 0.2%일 수 있다.
인(P): 0.03% 이하(0% 포함)
강 중 인(P)은 대표적인 불순물 원소이나, 성형성을 크게 해치지 않으면서도 강도 확보에 가장 유리한 원소이기도 하다. 다만, 인(P)이 과도하게 첨가되는 경우, 취성파괴 가능성이 증가하여 열간압연 도중 슬라브의 판파단을 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 도금강판의 표면 특성을 크게 저하시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 인(P) 함량의 상한을 0.03%로 제한할 수 있다.
황(S): 0.005% 이하(0% 포함)
황(S)은 강 중에 불가피하게 유입되는 불순물 원소로서, 가능한 한 그 함량을 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 특히, 강 중 황(S)은 적열 취성을 유발할 수 있으므로, 본 발명은 황(S) 함량의 상한을 0.005%로 제한할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 고탄소 강재는 상기한 성분 이외에 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 전면적으로 배제할 수는 없다. 이들 불순물은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다. 더불어, 상기 조성 이외에 유효한 성분의 첨가가 배제되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면에 따른 고탄소 강재는 미세조직으로 마르텐사이트 기지조직에 잔부 탄화물을 포함하며, 불가피하게 도입되는 불순물 조직을 추가적으로 더 포함할 수도 있다.
상기 탄화물의 분율은 1.6~5면적%일 수 있다. 탄화물 분율이 일정 수준 미만이 경우, 충분한 석출강화 효과를 확보할 수 없으므로, 본 발명은 탄화물 분율의 하한을 1.6면적%로 제한할 수 있다. 반면, 탄화물 분율이 과다한 경우, 최종 부품에서의 마르텐사이트 분율이 상대적으로 감소되므로, 소재의 경도가 저하되어 목적하는 내마모성을 확보하지 못할 수 있다. 따라서, 본 발명은 탄화물 분율의 상한을 5면적%로 제한할 수 있다.
탄화물의 평균 입자 크기는 0.51~0.7㎛일 수 있으며, 탄화물의 수밀도는 4*104~17*104개/mm2일 수 있다. 탄화물의 평균 입도가 일정 수준 이상인 경우, 조대 탄화물에 의해 마모환경 하에서 탄화물의 탈락이 발생하여 마모성이 저하될 수 있는바, 본 발명은 탄화물 평균 입도의 상한을 0.7㎛로 제한할 수 있다. 탄화물의 입도뿐만 아니라 탄화물의 균일 분포 역시 강재의 경도에 지대한 영향을 미치는 요소이므로, 본 발명은 강재의 경도 확보 측면에서 탄화물의 수밀도를 4*104~17*104개/mm2의 범위로 제한할 수 있다
전체 탄화물의 개수 대비 바나듐(V) 함량이 1중량% 이상인 탄화물 개수의 비율이 60% 이상일 수 있다. 바나듐(V) 함량이 1% 이상인 탄화물의 경우, 구상화 소둔 시 탄화물의 성장을 억제하여 탄화물을 미세하게 만들 뿐만 아니라 780~900℃에서 열처리 후 담금질을 실시하는 과정에서 탄화물의 재용해를 억제하므로 최종 강재의 탄화물을 효과적으로 미세화할 수 있다. 따라서, 본 발명은 탄화물 미세화에 따른 경도 향상 효과를 도모하기 위해, 전체 탄화물의 개수 대비 바나듐(V) 함량이 1중량% 이상인 탄화물의 개수 비율을 60% 이상으로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 고탄소 강재의 상온 표면 경도는, 브리넬 경도 기준, 58 HRC 이상일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따른 고탄소 강재는, 상대재로 JS-SK85소재를 사용한 핀온디스크 방식(ASTM G99)의 내마모 시험에서의 강재 마모량이 22mg 이하일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 측면에 따른 고탄소강 강재는, 바나듐(V) 첨가에 의해 바나듐카바이드(VC)를 형성할 뿐만 아니라, 후술하는 바와 같이, 공정 조건의 엄격한 제어를 통해 미세한 탄화물이 균일하게 분포되도록 하므로, 제침용 소재로서 특히 적합한 내마모성을 구비할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 고탄소 강재의 제조방법에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 고탄소 강재의 제조방법은, 중량%로 C: 0.8~1.0%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 0.3~0.5%, Cr: 0.1~0.3%, V: 0.1~0.3%, P: 0.03% 이하, S: 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 재가열하고, 열간압연하고, 권취하는 단계; 상기 권취된 강재를 1~6℃/min의 승온속도로 가열하여 550~650℃의 온도범위에서 0.5~10시간 동안 유지하는 1차 소둔 단계; 상기 1차 소둔된 강재를 650~730℃의 온도범위에서 10~30시간 동안 유지하는 2차 소둔 단계; 상기 2차 소둔된 강재를 20~50%의 압하율로 냉간압연하는 단계; 상기 냉간압연된 강재를 780~900℃로 가열하고 30분 이하로 유지한 후 50~150℃/s의 냉각속도로 50℃ 이하의 온도범위까지 냉각하는 담금질 열처리 단계; 및 상기 담금질 열처리된 강재를 200~300℃에서 10~60분간 유지하는 뜨임 열처리 단계를 포함할 수 있다.
슬라브 재가열, 열간압연 및 권취
소정의 합금조성 함량으로 구비되는 슬라브를 준비한 후 재가열을 실시할 수 있다. 본 발명의 슬라브 합금조성은 전술한 강재의 합금조성과 대응하므로, 본 발명의 슬라브 합금조성 제한 이유에 대한 설명은 전술한 강재의 합금조성 제한 이유로 대신한다. 또한, 본 발명의 슬라브 재가열 온도는 통상의 슬라브 재가열에 적용되는 조건이 적용될 수 있으나, 비 제한적인 예로서, 본 발명의 슬라브 재가열 온도는 1000~1300℃의 범위일 수 있다.
재가열된 슬라브에 대해 850~1150℃의 온도범위에서 열간압연을 실시하여 열연강재를 제공할 수 있다. 열간압연 온도가 과도하게 높은 경우, 미세조직의 조대화에 의한 물성 저하가 우려되므로, 본 발명은 열간압연 온도범위의 상한을 1150℃로 제한할 수 있다. 반면, 열간압연 온도가 일정 수준 미만인 경우, 과도한 압연 부하가 우려되므로, 본 발명은 열간압연 온도의 하한을 850℃로 제한할 수 있다.
열간압연된 강재를 600~650℃의 온도범위에서 권취할 수 있다. 권취 온도가 과도하게 높은 경우, 펄라이트 조직 내의 세멘타이트 두께가 두꺼워질 뿐만 아니라, 권취 후의 상변태에 의한 형성불량이 우려되므로, 본 발명은 권취 온도의 상한을 650℃로 제한할 수 있다. 반면, 권취 온도가 일정 수준 미만인 경우, 소재의 강도가 지나치게 높아 권취 후 공정에서 판파단과 같은 문제가 발생하는 것이 우려되므로, 권취 온도의 하한을 600℃로 제한할 수 있다. 또한, 후술하는 탄화물 분절 단계에서 재질편차에 따른 판파단 발생을 방지하기 위하여, 열연 코일의 전장 길이 방향 온도편차를 20℃ 이하로 제어할 수 있다.
2단 소둔
본 발명의 발명자는 고탄소 강재의 내마모성 향상 방안에 대해 심도 있는 연구를 수행하였으며, 일정 함량의 바나듐(V)을 첨가하여 바나듐카바이드(VC) 석출 현상을 이용하되, 소둔 조건의 엄격한 제어를 통해 바나듐카바이드(VC)의 분율 및 입도 등을 최적화하는 경우 강재의 내마모성을 극대화할 수 있다는 사항을 확인하고, 본 발명을 도출하게 되었다.
즉, 본 발명은 상대적으로 낮은 온도범위에 1차 소둔을 실시한 후 상대적으로 높은 온도범위에서 2차 소둔을 실시하므로, 미세한 탄화물을 다량 형성하여 목적하는 내마모성을 구현할 수 있다.
1차 소둔은 1~6℃/min의 승온속도로 강재를 가열하여 550~650℃의 온도범위에서 0.5~10시간 동안 유지함으로써 실시될 수 있다.
1차 소둔을 위한 승온 시 승온속도가 일정 수준 미만인 경우, 생산성 및 조업성 측면에서 바람직하지 않으므로, 본 발명은 1차 소둔 시 승온속도의 하한을 1℃/min로 제한할 수 있다. 반면, 1차 소둔을 위한 승온 시 승온속도가 일정 범위를 초과하는 경우, 소재의 내권부와 외권부의 온도편차가 커서 열처리 온도 제어에 용이하지 않으므로, 본 발명의 1차 소둔 시 승온속도의 상한은 6℃/min로 제한할 수 있다.
1차 소둔 온도가 과도하게 낮거나, 1차 소둔 유지시간이 과도하게 짧은 경우, 탄화물 형성을 위한 사이트(seed)가 충분히 형성되지 않아 목적하는 수준의 탄화물 분율을 확보할 수 없다. 따라서, 본 발명은 1차 소둔 온도 및 유지시간의 하한을 각각 550℃ 및 0.5시간으로 제한할 수 있다. 반면, 1차 소둔 온도가 과도하게 높은 경우, 조대 탄화물이 형성되어 오히려 내마모성에 악영향을 미칠 수 있으며, 1차 소둔 유지시간이 과도하게 긴 경우, 열처리에 장시간이 소요되어 상업적으로 이롭지 못하므로, 본 발명은 1차 소둔 온도 및 유지시간의 상한을 각각 650℃ 및 10시간으로 제한할 수 있다.
1차 소둔 후, 1차 소둔된 강재를 650~730℃의 온도범위에서 10~30시간 동안 유지하는 2차 소둔이 실시될 수 있다.
탄화물의 효과적인 구상화를 위해, 본 발명은 2차 소둔 온도 및 유지시간의 하한을 각각 650℃ 및 10시간으로 제한할 수 있다. 반면, 2차 소둔 온도가 과도하게 높거나, 2차 소둔 유지시간이 과도하게 긴 경우, 조대 탄화물이 형성되어 오히려 내마모성에 악영향을 미칠 수 있으므로, 본 발명은 2차 소둔 온도 및 유지시간의 상한을 각각 730℃ 및 30시간으로 제한할 수 있다.
냉간압연
2차 소둔 후 2차 소둔된 강재를 냉간압연하여 강재의 라멜라 세멘타이트를 기계적으로 분절할 수 있다. 담금질 및 뜨임 열처리에 앞서 냉간압연에 의해 강재 내의 라멜라 세멘타이트를 기계적으로 분절하는바, 최종 강재의 탄화물을 효과적으로 미세화시킬 수 있다. 냉간압연의 압하량이 일정 수준 미만인 경우, 세멘타이트의 기계적 분절이 불충분하여 열처리 후에도 탄화물의 구상화가 완료되지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명은 탄화물의 충분한 구상화를 고려하여, 냉간압연의 압하량 하한을 20%로 제어할 수 있다. 반면, 냉간압연의 압하량이 과다한 경우, 압연 도중의 소재 판파단이 우려되는바, 본 발명은 냉간압연의 압하량 상한을 50%로 제한할 수 있다.
담금질 열처리
냉간압연된 강재를 780~900℃의 온도범위까지 가열하여 30분 이하로 유지한 후 50~150℃/s의 냉각속도로 50℃의 온도범위까지 냉각하는 담금질 열처리를 실시할 수 있다. 담금질 열처리의 가열온도가 일정 수준 미만인 경우, 탄화물이 충분히 고용되지 않아 담금질 후 마르텐사이트 분율이 낮아질 수 있으므로, 본 발명은 담금질 열처리의 가열 온도 하한을 780℃로 제한할 수 있다. 반면, 담금질 열처리의 가열 온도가 일정 수준을 초과하는 경우, 탄화물이 대부분 재고용되어 목적하는 수준의 탄화물 분율을 확보할 수 없으므로, 본 발명은 담금질 열처리의 가열 온도를 900℃ 이하로 제한할 수 있다.
뜨임 열처리
담금질 열처리 후 소재의 인성 부여를 위해 200~300℃의 온도범위에서 10~60분간 유지하는 뜨임 열처리를 실시할 수 있다. 뜨임 열처리 온도가 일정 수준 미만인 경우, 충분한 인성 확보가 어려우므로, 본 발명은 뜨임 열처리 온도를 200℃ 이상으로 제한할 수 있다. 반면, 뜨임 열처리 온도가 일정 수준을 초과하는 경우, 소재의 경도 저하가 우려되므로, 본 발명은 뜨임 열처리 온도의 상한을 300℃로 제한할 수 있다.
전술한 제조방법에 의해 제조된 강재는 마르텐사이트 기지조직에 잔부 탄화물을 포함하는 미세조직을 가질 수 있다. 상기 탄화물의 평균 입자 크기는 0.7㎛ 이하일 수 있으며, 상기 탄화물의 분율은 1.6~5면적%일 수 있다. 상기 탄화물의 수밀도는 4*104~17*104개/mm2의 범위일 수 있으며, 상기 탄화물 중 바나듐(V) 함량이 1중량% 이상인 탄화물의 개수는 전체 탄화물 개수 대비 30% 이상의 비율을 차지할 수 있다.
전술한 제조방법에 의해 제조된 강재의 상온 표면 경도는 58 HRC 이상일 수 있으며, 상대재로 JS-SK85소재를 사용한 핀온디스크 방식(ASTM G99)의 내마모 시험에서 강재의 마모량은 22mg 이하일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 후술하는 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것은 아니라는 점에 유의할 필요가 있다.
(실시예)
표 1의 합금조성으로 구비되는 슬라브를 준비한 후 1200℃의 온도범위에서 가열하고, 900~1150℃의 온도범위에서 열간압연을 실시하였다. 표 2의 조건으로 소둔 열처리를 실시하였으며, 0.6mm 두께의 박강판으로 냉간압연 하였다. 이후 표 2의 조건으로 담금질 및 뜨임 열처리를 실시하여 시편을 제작하였다. 담금질 열처리는 표 2의 온도로 가열한 후 급냉하여 실시하였으며, 뜨임 열처리는 250℃의 온도범위에서 30분 동안 유지하는 조건을 적용하였다.
| 강종 | 합금조성 (중량%) | ||||||
| C | Si | Mn | Cr | V | P | S | |
| 1 | 0.86 | 0.21 | 0.40 | 0.17 | 0.15 | 0.0159 | 0.0021 |
| 2 | 0.83 | 0.20 | 0.37 | 0.13 | 0.22 | 0.0123 | 0.0015 |
| 3 | 0.93 | 0.21 | 0.43 | 0.18 | 0.19 | 0.0141 | 0.0019 |
| 4 | 0.85 | 0.17 | 0.39 | 0.14 | 0.01 | 0.0096 | 0.0019 |
| 5 | 0.72 | 0.19 | 0.44 | 0.17 | 0.16 | 0.0135 | 0.0024 |
| 시편 No. |
강종 | 1차 소둔 | 2차 소둔 | 담금질온도 (℃) |
유지시간 (min) |
|||
| 승온속도 (℃/min) |
소둔온도 (℃) |
유지시간 (hr) |
소둔온도 (℃) |
유지시간 (hr) |
||||
| A | 1 | 3 | 630 | 1 | 720 | 15 | 800 | 15 |
| B | 1 | 3 | 580 | 2 | 720 | 15 | 820 | 15 |
| C | 1 | 3 | 600 | 2 | 720 | 15 | 850 | 15 |
| D | 2 | 3 | 630 | 1 | 720 | 15 | 800 | 15 |
| E | 2 | 3 | 600 | 2 | 720 | 15 | 850 | 15 |
| F | 3 | 3 | 630 | 1 | 720 | 15 | 800 | 15 |
| G | 3 | 3 | 600 | 2 | 720 | 15 | 850 | 15 |
| H | 4 | 3 | 630 | 0.5 | 720 | 15 | 800 | 15 |
| I | 4 | 3 | 720 | 0.5 | 720 | 15 | 850 | 15 |
| J | 5 | 3 | 600 | 2 | 720 | 15 | 850 | 15 |
| K | 1 | 3 | 720 | 0.5 | 720 | 15 | 850 | 15 |
| L | 2 | 3 | 600 | 2 | 720 | 15 | 950 | 15 |
| M | 2 | 3 | 600 | 0.1 | 720 | 15 | 850 | 15 |
| N | 1 | 7 | 550 | 0.5 | 720 | 15 | 850 | 15 |
| O | 2 | 3 | 500 | 0.5 | 720 | 15 | 850 | 15 |
각 시편의 미세조직을 관찰하고, 표면경도와 내마모량을 평가하였으며, 그 결과를 표 3에 기재하였다. 각 시편을 절단 및 경면연마하고 에칭을 실시한 후, 광학현미경을 이용하여 각 시편의 단면 조직을 관찰하였다. 표면경도는 브리넬경도 측정기를 이용하여 HRC를 측정하였으며, 내마모량은 ASTM G99 시험법에 따라 실시한 후 시료의 무게를 측정하여 마모량을 평가하였다.
| 시편 No. |
강종 | 경도 (HRC) |
탄화물분율 (%) |
탄화물크기 (μm) |
V 함량이 1% 이상인 탄화물 비율 (%) |
탄화물 수밀도 (개/mm2) |
마모량 (mg) |
| A | 1 | 60.6 | 3.2 | 0.52 | 67 | 1.5 x105 | 17 |
| B | 1 | 60.7 | 2.8 | 0.57 | 63 | 1.1 x105 | 16 |
| C | 1 | 61.0 | 1.9 | 0.66 | 67 | 5.6 x104 | 19 |
| D | 2 | 60.1 | 3.0 | 0.53 | 75 | 1.4 x105 | 19 |
| E | 2 | 60.3 | 1.8 | 0.68 | 71 | 5.0 x104 | 21 |
| F | 3 | 61.2 | 3.3 | 0.51 | 65 | 1.6 x105 | 16 |
| G | 3 | 61.5 | 3.1 | 0.53 | 70 | 1.4 x105 | 17 |
| H | 4 | 58.6 | 1.5 | 0.78 | 2 | 3.1 x104 | 24 |
| I | 4 | 59.1 | 1.3 | 0.85 | 1 | 2.3 x104 | 23 |
| J | 5 | 56.3 | 1.3 | 0.87 | 70 | 2.2 x104 | 26 |
| K | 1 | 59.8 | 1.2 | 0.88 | 47 | 2.0 x104 | 26 |
| L | 2 | 59.5 | 0.8 | 1.16 | 78 | 7.6 x103 | 28 |
| M | 2 | 56.8 | 1.7 | 0.98 | 53 | 2.3 x104 | 27 |
| N | 2 | 59.7 | 1.3 | 0.86 | 55 | 2.2 x104 | 26 |
| O | 2 | 57.0 | 1.5 | 0.95 | 55 | 2.1 x104 | 27 |
표 1 내지 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 합금조성 및 공정조건을 만족하는 시편들은 본 발명이 제안하는 탄화물 조건을 만족하여 우수한 내마모성을 확보하는 반면, 본 발명의 합금조성 및 공정조건 중 어느 하나 이상을 만족하지 않는 시편들은 본 발명이 제안하는 탄화물 조건을 만족하지 않으며, 열위한 내마모성을 구비하는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.
Claims (8)
- 중량%로, C: 0.8~1.0%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 0.3~0.5%, Cr: 0.1~0.3%, V: 0.1~0.3%, P: 0.03% 이하, S: 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
마르텐사이트 기지조직에 1.6~5면적%의 탄화물을 포함하는 미세조직을 가지며,
상기 탄화물의 평균 입자 크기는 0.51~0.7㎛이고,
상기 탄화물의 수밀도는 4*104~17*104개/mm2이며,
상대재로 JS-SK85소재를 사용한 핀온디스크 방식(ASTM G99)의 내마모 시험에서의 마모량이 22mg 이하인, 고탄소 강재.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 탄화물 중 V 함량이 1중량% 이상인 탄화물의 개수는 전체 탄화물 개수 대비 30% 이상인, 고탄소 강재.
- 제1항에 있어서,
상기 강재의 상온 표면 경도는 58 HRC 이상인, 고탄소 강재.
- 삭제
- 중량%로 C: 0.8~1.0%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 0.3~0.5%, Cr: 0.1~0.3%, V: 0.1~0.3%, P: 0.03% 이하, S: 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 재가열하고, 열간압연하고, 권취하는 단계;
상기 권취된 강재를 1~6℃/min의 승온속도로 가열하여 550~650℃의 온도범위에서 0.5~10시간 동안 유지하는 1차 소둔 단계;
상기 1차 소둔된 강재를 650~730℃의 온도범위에서 10~30시간 동안 유지하는 2차 소둔 단계;
상기 2차 소둔된 강재를 20~50%의 압하율로 냉간압연하는 단계;
상기 냉간압연된 강재를 780~900℃로 가열하고 30분 이하로 유지한 후 50~150℃/s의 냉각속도로 50℃ 이하의 온도범위까지 냉각하는 담금질 열처리 단계; 및
상기 담금질 열처리된 강재를 200~300℃에서 10~60분간 유지하는 뜨임 열처리 단계를 포함하는, 고탄소 강재의 제조방법.
- 제7항에 있어서,
상기 슬라브의 재가열 온도는 1000~1300℃이고,
상기 열간압연은 850~1150℃의 온도범위에서 행해지며,
상기 권취는 600~650℃의 온도범위에서 행해지는, 고탄소 강재의 제조방법.
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| JP2016222990A (ja) | 2015-06-02 | 2016-12-28 | 新日鐵住金株式会社 | 高炭素鋼板及びその製造方法 |
| JP2019026882A (ja) * | 2017-07-28 | 2019-02-21 | 新日鐵住金株式会社 | 鋼部材 |
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| KR20210079747A (ko) | 2021-06-30 |
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