KR102498149B1 - Armored steel havinh high hardness and excellent low-temperature impact toughness and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고경도 특성과 더불어 우수한 저온 충격인성을 구비하여 우수한 강탄 성을 제공 가능한 방탄강 및 이를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide bulletproof steel capable of providing excellent steel elasticity by having excellent low-temperature impact toughness as well as high hardness and a method for manufacturing the same.
Description
본 발명은 장갑 차량 및 방폭 구조물 등에 적합한 소재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저온 충격인성이 우수하고, 고경도를 가지는 방탄강 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to materials suitable for armored vehicles and explosion-proof structures, and more particularly, to bulletproof steel having excellent low-temperature impact toughness and high hardness and a method for manufacturing the same.
방탄강은 탄알을 막는 주 기능을 위해 표면을 매우 단단하게 만든 소재로서, 전장에서 사용되는 장갑 차량의 외부 등 방호력이 필요한 곳에 사용되는 소재이다. 방탄 성능은 인명과 직결되는 만큼 방탄 소재의 성능 향상을 위한 연구는 과거부터 활발히 이루어졌으며, 최근에는 티타늄, 알루미늄 등의 비철 소재에 대한 개발이 이루어지고 있다.Bulletproof steel is a material whose surface is made very hard for its main function of blocking bullets, and is a material used where protection is required, such as the exterior of armored vehicles used in battlefields. As bulletproof performance is directly related to human life, research to improve the performance of bulletproof materials has been actively conducted in the past, and recently, non-ferrous materials such as titanium and aluminum have been developed.
비철 소재는 철강재 대비 경량화의 이점은 있으나, 상대적으로 가격이 비쌀 뿐만 아니라 가공성이 열위하다. 이에 비해 철강재는 상대적으로 가격이 저렴하고 경도와 같은 물성을 비교적 용이하게 변화시킬 수 있으므로, 자주포, 차륜형 장갑차 등의 소재로 널리 쓰이고 있다.Non-ferrous materials have the advantage of light weight compared to steel materials, but are relatively expensive and have poor workability. On the other hand, since steel is relatively inexpensive and can change physical properties such as hardness relatively easily, it is widely used as a material for self-propelled artillery and wheeled armored vehicles.
경도는 방탄강의 성능 확보를 위한 중요한 물성 중 하나이지만, 단순히 경도만 높다고 하여 방탄 성능이 확보되는 것은 아니다. 고경도 특성은 총알이 소재를 관통하지 못하도록 하는 저항성을 높이는 인자이지만, 고경도 특성을 가지는 소재는 상대적으로 쉽게 깨질 수 있기 반드시 우수한 방탄 성능을 제공한다고는 할 수 없다. 따라서, 단순히 소재의 고경도화 만을 도모하기 보다는, 고경도 특성뿐만 아니라 외부 충격에 대한 취성 파괴 저항성을 동시에 확보 가능한 소재에 대한 개발이 요구되는 실정이다.Hardness is one of the important physical properties for securing the performance of bulletproof steel, but simply high hardness does not guarantee bulletproof performance. High hardness is a factor that increases resistance to bullets from penetrating the material, but materials with high hardness are relatively easily breakable, so they cannot necessarily provide excellent bulletproof performance. Therefore, there is a need to develop a material that can simultaneously secure brittle fracture resistance to external impact as well as high hardness characteristics rather than simply promoting high hardness of the material.
본 발명은 고경도 특성을 구비할 뿐만 아니라 저온 충격인성이 우수한 방탄강 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide bulletproof steel having high hardness and excellent low-temperature impact toughness and a method for manufacturing the same.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다. The object of the present invention is not limited to the above. The subject of the present invention will be understood from the entire contents of this specification, and those skilled in the art will have no difficulty in understanding the additional subject of the present invention.
본 발명의 일 측면에 따른 저온 충격인성이 우수한 고경도 방탄강은, 중량%로, 탄소(C): 0.29~0.37%, 실리콘(Si): 1.0~2.0%, 망간(Mn): 0.5~1.6%, 니켈(Ni): 0.5~1.2%, 크롬(Cr): 0.4~1.5%, 인(P): 0.05% 이하, 황(S): 0.02% 이하, 질소(N): 0.006% 이하, 알루미늄(Al): 0.07% 이하(0%는 제외), 몰리브덴(Mo): 0.1~0.5%, 니오븀(Nb): 0.01~0.05%, 보론(B): 0.0002~0.005%, 칼슘(Ca): 0.0005~0.004%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기의 [관계식 1]을 만족하며, 템퍼드 마르텐사이트 기지조직에 잔류 오스테나이트가 포함된 복합조직을 미세조직으로 포함할 수 있다.High-hardness bulletproof steel with excellent low-temperature impact toughness according to one aspect of the present invention, in weight percent, carbon (C): 0.29 ~ 0.37%, silicon (Si): 1.0 ~ 2.0%, manganese (Mn): 0.5 ~ 1.6 %, Nickel (Ni): 0.5~1.2%, Chromium (Cr): 0.4~1.5%, Phosphorus (P): 0.05% or less, Sulfur (S): 0.02% or less, Nitrogen (N): 0.006% or less, Aluminum (Al): 0.07% or less (excluding 0%), Molybdenum (Mo): 0.1 to 0.5%, Niobium (Nb): 0.01 to 0.05%, Boron (B): 0.0002 to 0.005%, Calcium (Ca): 0.0005 ~ 0.004%, contains the remaining Fe and unavoidable impurities, satisfies the following [Relationship 1], and may include a composite structure containing retained austenite in the tempered martensite matrix as a microstructure.
[관계식 1][Relationship 1]
10*[C]*[Si] ≥ 410*[C]*[Si] ≥ 4
상기 관계식 1에서 [C] 및 [Si]은 상기 강판에 포함된 탄소(C) 및 실리콘(Si)의 함량(중량%)을 의미하며, 해당 성분이 의도적으로 첨가되지 않은 경우 0을 대입한다.In Equation 1, [C] and [Si] refer to the content (wt%) of carbon (C) and silicon (Si) included in the steel sheet, and 0 is substituted when the corresponding component is not intentionally added.
상기 방탄강은 중량%로, 티타늄(Ti): 0.005~0.025% 및 바나듐(V): 0.2% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.The bulletproof steel may further include, by weight, at least one of titanium (Ti): 0.005 to 0.025% and vanadium (V): 0.2% or less.
상기 템퍼드 마르텐사이트의 분율은 90면적% 이상이고, 잔류 오스테나이트의 분율은 1면적% 내지 10면적%일 수 있다.The fraction of the tempered martensite may be 90 area% or more, and the fraction of retained austenite may be 1 area% to 10 area%.
상기 방탄강은 표면 경도가 460~540HB이고, -40℃에서의 충격 흡수 에너지가 19J 이상일 수 있다.The bulletproof steel may have a surface hardness of 460 to 540 HB and an impact absorption energy of 19 J or more at -40 ° C.
상기 방탄강은 5~40mm의 두께를 가질 수 있다.The bulletproof steel may have a thickness of 5 to 40 mm.
본 발명의 일 측면에 따른 저온 충격인성이 우수한 고경도 방탄강의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.29~0.37%, 실리콘(Si): 1.0~2.0%, 망간(Mn): 0.5~1.6%, 니켈(Ni): 0.5~1.2%, 크롬(Cr): 0.4~1.5%, 인(P): 0.05% 이하, 황(S): 0.02% 이하, 질소(N): 0.006% 이하, 알루미늄(Al): 0.07% 이하(0%는 제외), 몰리브덴(Mo): 0.1~0.5%, 니오븀(Nb): 0.01~0.05%, 보론(B): 0.0002~0.005%, 칼슘(Ca): 0.0005~0.004%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기의 [관계식 1]을 만족하는 강 슬라브를 준비하는 단계; 상기 강 슬라브를 1050~1250℃의 온도범위에서 가열하는 단계; 상기 가열된 강 슬라브를 950~1150℃의 온도범위에서 조압연하는 단계; 상기 조압연 후 850~950℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 상기 열연강판을 880~930℃의 온도범위로 가열 한 후 10℃/s 이상의 냉각속도로 150℃ 이하의 냉각종료온도까지 냉각하는 1차 열처리 단계; 및 상기 1차 열처리된 열연강판을 350℃ 이하의 온도범위로 가열하여 유지하는 2차 열처리 단계를 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, a method for manufacturing high-hardness bulletproof steel having excellent low-temperature impact toughness, in weight percent, carbon (C): 0.29-0.37%, silicon (Si): 1.0-2.0%, manganese (Mn): 0.5 ~1.6%, Nickel (Ni): 0.5~1.2%, Chromium (Cr): 0.4~1.5%, Phosphorus (P): 0.05% or less, Sulfur (S): 0.02% or less, Nitrogen (N): 0.006% or less , Aluminum (Al): 0.07% or less (excluding 0%), Molybdenum (Mo): 0.1 to 0.5%, Niobium (Nb): 0.01 to 0.05%, Boron (B): 0.0002 to 0.005%, Calcium (Ca) : Preparing a steel slab containing 0.0005 to 0.004%, the remaining Fe and unavoidable impurities, and satisfying the following [Relational Expression 1]; heating the steel slab in a temperature range of 1050 to 1250 °C; Roughly rolling the heated steel slab at a temperature range of 950 to 1150° C.; Manufacturing a hot-rolled steel sheet by finishing hot rolling at a temperature range of 850 to 950° C. after the rough rolling; A first heat treatment step of heating the hot-rolled steel sheet to a temperature range of 880 to 930 ° C and then cooling it to a cooling end temperature of 150 ° C or less at a cooling rate of 10 ° C / s or more; and a second heat treatment step of heating and maintaining the first heat-treated hot-rolled steel sheet in a temperature range of 350° C. or less.
[관계식 1] [Relationship 1]
10*[C]*[Si] ≥ 410*[C]*[Si] ≥ 4
상기 관계식 1에서 [C] 및 [Si]은 상기 강 슬라브에 포함된 탄소(C) 및 실리콘(Si)의 함량(중량%)을 의미하며, 해당 성분이 의도적으로 첨가되지 않은 경우 0을 대입한다.In the relational expression 1, [C] and [Si] mean the content (wt%) of carbon (C) and silicon (Si) included in the steel slab, and 0 is substituted when the corresponding component is not intentionally added .
상기 강 슬라브는 중량%로, 티타늄(Ti): 0.005~0.025% 및 바나듐(V): 0.2% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다. The steel slab may further include one or more of titanium (Ti): 0.005 to 0.025% and vanadium (V): 0.2% or less, in weight%.
상기 1차 열처리시 재로시간은 1.3t*10분(t: 판 두께(mm)) 이상일 수 있다.During the first heat treatment, the furnace time may be 1.3t*10 minutes (t: plate thickness (mm)) or more.
상기 2차 열처리시 유지시간은 1.9t+10분(t: 판 두께(mm)) 이상일 수 있다.The holding time during the secondary heat treatment may be 1.9t+10 minutes (t: plate thickness (mm)) or more.
상기 과제의 해결 수단은 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니며, 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시예를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.The means for solving the above problems do not enumerate all the features of the present invention, and the various features of the present invention and the advantages and effects thereof will be understood in more detail with reference to the specific examples below.
본 발명에 의하면, 고경도를 가지면서, 저온 인성이 우수한 방탄강을 제공할 수 있다.According to the present invention, bulletproof steel having high hardness and excellent low-temperature toughness can be provided.
본 발명은 합금조성 및 제조조건의 최적화로부터 추가적인 열처리를 행하지 않고서도 목표 수준의 물성을 가지는 방탄강을 제공할 수 있는 바, 경제적으로도 유리한 효과가 있다.The present invention can provide bulletproof steel having a target level of physical properties without performing additional heat treatment from optimization of alloy composition and manufacturing conditions, and thus has an advantageous effect economically.
본 발명의 효과는 전술한 사항에 국한되는 것은 아니며, 통상의 기술자가 이하에 기술된 설명으로부터 유추 가능한 효과를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.Effects of the present invention are not limited to the above, and may be interpreted as including effects that can be inferred from the description described below by those skilled in the art.
본 발명은 저온 충격인성이 우수한 고경도 방탄강 및 이의 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.The present invention relates to a high-hardness bulletproof steel having excellent low-temperature impact toughness and a method for manufacturing the same. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. These embodiments are provided to those skilled in the art to further elaborate the present invention.
본 발명자들은 차륜형 장갑차 및 방폭 구조물 등에 적합하게 적용할 수 있는 소재로서, 핵심적으로 요구되는 물성인 고경도 특성 및 저온 충격인성 등의 물성이 우수한 강재를 제공하기 위하여 깊이 연구하였다.The present inventors studied in depth to provide a steel material with excellent physical properties such as high hardness and low-temperature impact toughness, which are key physical properties, as a material that can be suitably applied to wheeled armored vehicles and explosion-proof structures.
특히, 경제적으로 유리한 방법을 통해 강재의 방탄 성능을 향상시키고자 하였으며, 그에 따라 본 발명을 제공하기에 이르렀다.In particular, an attempt was made to improve the ballistic performance of steel through an economically advantageous method, and thus the present invention has been provided.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 방탄강에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, bulletproof steel according to an aspect of the present invention will be described in more detail.
이하, 본 발명의 강 조성에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이하, 특별히 달리 표시하지 않는 한 각 원소의 함량을 나타내는 %는 중량을 기준으로 한다. Hereinafter, the steel composition of the present invention will be described in more detail. Hereinafter, % representing the content of each element is based on weight unless otherwise indicated.
탄소(C): 0.29~0.37%Carbon (C): 0.29 to 0.37%
탄소(C)는 마르텐사이트 또는 베이나이트 상과 같은 저온 변태상을 가지는 강에서 강도와 경도를 향상시키는데에 효과적이며, 경화능 향상에 유효한 원소이다. 상술한 효과를 얻기 위해 본 발명은 0.29% 이상의 탄소(C)를 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 과도한 경우 강의 용접성 및 인성을 저해할 우려가 있는바, 본 발명은 탄소(C) 함량의 상한을 0.37%로 제한할 수 있다.Carbon (C) is an element that is effective in improving strength and hardness in steel having a low-temperature transformation phase such as martensite or bainite, and is effective in improving hardenability. In order to obtain the above effects, the present invention may include 0.29% or more of carbon (C). However, if the content is excessive, there is a concern that the weldability and toughness of the steel may be impaired. In the present invention, the upper limit of the carbon (C) content may be limited to 0.37%.
실리콘(Si): 1.0~2.0%Silicon (Si): 1.0 to 2.0%
실리콘(Si)은 탈산효과와 더불어 고용강화에 따른 강도 향상에 유효한 원소이며, 일정량 이상의 탄소(C)를 함유하는 강재에서 세멘타이트와 같은 탄화물의 형성을 억제하여 잔류 오스테나이트의 생성을 촉진하는 원소이기도 하다. 특히, 마르텐사이트와 베이나이트 등의 저온 변태상을 가지는 강에서 균질하게 분포된 잔류 오스테나이트는 강도의 저하를 수반하지 않으면서도 충격인성의 향상에 효과적으로 기여할 수 있다. 따라서, 상술한 효과를 얻기 위해 본 발명은 1.0% 이상의 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 과도한 경우 용접성이 급격히 열화될 수 있는바, 본 발명은 실리콘(Si) 함량의 상한을 2.0%로 제한할 수 있다.Silicon (Si) is an element that is effective for strength improvement due to solid solution strengthening along with deoxidation effect, and suppresses the formation of carbides such as cementite in steel materials containing more than a certain amount of carbon (C) to promote the formation of retained austenite. is also In particular, retained austenite homogeneously distributed in steels having low-temperature transformation phases such as martensite and bainite can effectively contribute to the improvement of impact toughness without a decrease in strength. Therefore, in order to obtain the above effect, the present invention may include 1.0% or more of silicon (Si). However, if the content is excessive, weldability may be rapidly deteriorated. In the present invention, the upper limit of the silicon (Si) content may be limited to 2.0%.
망간(Mn): 0.5~1.6%Manganese (Mn): 0.5 to 1.6%
망간(Mn)은 페라이트의 생성을 억제하고, Ar3 온도를 낮춤으로써 강의 소입성을 향상시켜 강도 및 인성을 높이는데 유리한 원소이다. 본 발명은 목적하는 수준의 경도를 확보하기 위하여 0.5% 이상의 망간(Mn)을 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 과도한 경우 용접성이 저하되고 중심편석이 조장되어 강 중심부 물성이 저하될 우려가 있는바, 본 발명은 망간(Mn) 함량의 상한을 1.6%로 제한할 수 있다.Manganese (Mn) is an element advantageous for increasing strength and toughness by suppressing the generation of ferrite and improving hardenability of steel by lowering the Ar3 temperature. The present invention may include 0.5% or more of manganese (Mn) in order to secure a desired level of hardness. However, if the content is excessive, weldability is deteriorated and center segregation is promoted, resulting in a decrease in the physical properties of the center of the steel. In the present invention, the upper limit of the manganese (Mn) content can be limited to 1.6%.
니켈(Ni): 0.5~1.2%Nickel (Ni): 0.5 to 1.2%
니켈(Ni)은 강의 강도와 인성을 동시에 향상시키는 데에 유리한 원소이다. 상술한 효과를 얻기 위해 본 발명은 본 발명은 0.5% 이상의 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 다만, 니켈(Ni)은 고가의 원소이므로, 과다 첨가 시 제조 원가가 크게 상승될 수 있는바, 본 발명은 니켈(Ni) 함량의 상한을 1.2%로 제한할 수 있다.Nickel (Ni) is an advantageous element for simultaneously improving the strength and toughness of steel. In order to obtain the above effects, the present invention may include 0.5% or more of nickel (Ni). However, since nickel (Ni) is an expensive element, the manufacturing cost may be greatly increased when excessively added, and the present invention may limit the upper limit of the nickel (Ni) content to 1.2%.
크롬(Cr): 0.4~1.5% Chromium (Cr): 0.4 to 1.5%
크롬(Cr)은 강의 소입성을 증가시켜 강도를 향상시키며, 강의 표면부 및 중심부 경도 확보에 효과적으로 기여하는 원소이다. 또한, 크롬(Cr)은 비교적 저가의 원소이므로, 경제적으로 경도 및 인성을 확보할 수 있는 원소이기도 하다. 상술한 효과를 얻기 위해 본 발명은 0.4% 이상의 크롬(Cr)을 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 과도한 경우 용접성이 열위해질 수 있는바, 본 발명은 크롬(Cr) 함량의 상한을 1.5%로 제한할 수 있다.Chromium (Cr) is an element that improves strength by increasing hardenability of steel and effectively contributes to securing the hardness of the surface and center of steel. In addition, since chromium (Cr) is a relatively inexpensive element, it is also an element that can economically secure hardness and toughness. In order to obtain the above effects, the present invention may include 0.4% or more of chromium (Cr). However, if the content is excessive, weldability may be deteriorated, and the present invention may limit the upper limit of the chromium (Cr) content to 1.5%.
인(P): 0.05% 이하Phosphorus (P): 0.05% or less
인(P)은 강 중 불가피하게 함유되는 원소로서, 강의 인성을 저해하는 원소이기도 하다. 따라서, 그 함량을 가능한 한 낮추는 것이 바람직하다. Phosphorus (P) is an element that is unavoidably contained in steel and is also an element that inhibits the toughness of steel. Therefore, it is desirable to lower the content as much as possible.
본 발명에서는 인(P)을 최대 0.05%로 함유하더라도 강의 물성에 큰 영향이 없는 바, 인(P) 함량의 상한을 0.05%로 제한할 수 있다. 보다 유리하게는 0.03% 이하로 제한할 수 있다. 다만, 불가피하게 함유되는 수준을 고려하여 0%는 제외할 수 있다.In the present invention, even if phosphorus (P) is contained in a maximum of 0.05%, the physical properties of the steel are not significantly affected, so the upper limit of the phosphorus (P) content may be limited to 0.05%. More advantageously, it may be limited to 0.03% or less. However, 0% can be excluded in consideration of the unavoidable level.
황(S): 0.02% 이하Sulfur (S): 0.02% or less
황(S)은 강 중 불가피하게 함유되는 원소이며, MnS 개재물을 형성하여 강의 인성을 저해하는 원소이기도 하다. 따라서, 그 함량을 가능한 낮추는 것이 바람직하다.Sulfur (S) is an element that is unavoidably contained in steel, and is also an element that inhibits the toughness of steel by forming MnS inclusions. Therefore, it is desirable to lower the content as much as possible.
본 발명에서는 황(S)을 최대 0.02%로 함유하더라도 강의 물성에 큰 영향이 없는 바, 황(S) 함량의 상한을 0.02%로 제한할 수 있다. 보다 유리하게는 0.01% 이하로 제한할 수 있다. 다만, 불가피하게 함유되는 수준을 고려하여 0%는 제외할 수 있다.In the present invention, even if sulfur (S) is contained in a maximum of 0.02%, there is no significant effect on the physical properties of the steel, so the upper limit of the sulfur (S) content may be limited to 0.02%. More advantageously, it may be limited to 0.01% or less. However, 0% can be excluded in consideration of the unavoidable level.
질소(N): 0.006% 이하Nitrogen (N): 0.006% or less
질소(N)는 강 중에 석출물을 형성하여 강의 강도를 향상시키는 데에 유리한 성분이지만, 그 함량이 일정 수준 이상인 경우 오히려 강의 인성 저하를 유발할 수 있다. 본 발명에서는 질소(N)를 함유하지 않더라도 강도 확보에 무리가 없는바, 본 발명은 질소(N) 함량의 상한을 0.006%로 제한할 수 있다. 다만, 불가피하게 함유되는 수준을 고려하여 0%는 제외할 수 있다.Nitrogen (N) is an advantageous component for improving the strength of steel by forming precipitates in steel, but when its content exceeds a certain level, it may rather cause a decrease in the toughness of steel. In the present invention, even if nitrogen (N) is not contained, there is no difficulty in securing strength, and the present invention may limit the upper limit of nitrogen (N) content to 0.006%. However, 0% can be excluded in consideration of the unavoidable level.
알루미늄(Al): 0.07% 이하(0%는 제외)Aluminum (Al): 0.07% or less (excluding 0%)
알루미늄(Al)은 강의 탈산제로서 용강 중에 산소 함량을 낮추는데 효과적인 원소이다. 다만, 알루미늄(Al) 함량이 과다한 경우 강의 청정성이 저해될 수 있는바, 본 발명은 알루미늄(Al) 함량의 상한을 0.07%로 제한할 수 있다. Aluminum (Al) is an effective element for lowering the oxygen content in molten steel as a deoxidizing agent for steel. However, if the aluminum (Al) content is excessive, the cleanness of the steel may be impaired, and the present invention may limit the upper limit of the aluminum (Al) content to 0.07%.
반면, 알루미늄(Al)의 함량을 과도하게 낮추는 경우 제강공정 시 부하가 발생하고, 제조비용의 상승을 초래할 수 있는 바, 본 발명은 알루미늄(Al) 함량의 하한에서 0%를 제외할 수 있다.On the other hand, if the content of aluminum (Al) is excessively lowered, a load may occur during the steelmaking process and may cause an increase in manufacturing cost. In the present invention, 0% may be excluded from the lower limit of the aluminum (Al) content.
몰리브덴(Mo): 0.1~0.5% Molybdenum (Mo): 0.1 to 0.5%
몰리브덴(Mo)은 강의 소입성을 증가시키며, 특히 일정 이상의 두께를 가지는 후물재의 경도를 향상시키는데 유리한 원소이다. 상술한 효과를 얻기 위해 본 발명은 0.1% 이상의 몰리브텐(Mo)을 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 과도한 경우 제조 원가가 상승할 뿐만 아니라, 용접성이 열위해지질 수 있는바, 본 발명은 몰리브덴(Mo) 함량의 상한을 0.5%로 제한할 수 있다.Molybdenum (Mo) increases the hardenability of steel, and is particularly advantageous for improving the hardness of a thick material having a thickness of more than a certain level. In order to obtain the above effects, the present invention may include 0.1% or more of molybdenum (Mo). However, if the content is excessive, not only the manufacturing cost increases, but also the weldability may be deteriorated, and the present invention may limit the upper limit of the molybdenum (Mo) content to 0.5%.
니오븀(Nb): 0.01~0.05%Niobium (Nb): 0.01 to 0.05%
니오븀(Nb)은 오스테나이트에 고용되어 오스테나이트의 경화능을 증대시키고, Nb(C,N) 등의 탄질화물을 형성하여 강의 강도의 증가 및 오스테나이트 결정립 성장을 억제하는데에 유효한 성분이다. 상술한 효과를 얻기 위해 본 발명은 0.01% 이상의 니오븀(Nb)을 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 과도한 경우 조대한 석출물을 형성하여 취성파괴의 기점이 될 수 있으므로, 본 발명은 니오븀(Nb) 함량의 상한을 0.05%로 제한할 수 있다.Niobium (Nb) is an effective component for increasing the hardenability of austenite by being dissolved in austenite and increasing the strength of steel and suppressing the growth of austenite grains by forming carbonitrides such as Nb(C,N). In order to obtain the above effects, the present invention may include 0.01% or more of niobium (Nb). However, if the content is excessive, coarse precipitates may be formed to become the starting point of brittle fracture, so in the present invention, the upper limit of the niobium (Nb) content may be limited to 0.05%.
보론(B): 0.0002~0.005%Boron (B): 0.0002 to 0.005%
보론(B)은 소량의 첨가로도 강의 소입성을 상승시켜 강도 향상에 효과적으로 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해 본 발명은 0.0002% 이상의 보론(B)을 함유할 수 있다. 다만, 그 함량이 과도할 경우 오히려 강의 인성 및 용접성을 저해할 수 있는바, 본 발명은 보론(B) 함량의 상한을 0.005%로 제한할 수 있다.Boron (B) is an element that effectively contributes to strength improvement by increasing the hardenability of steel even with a small amount of addition. In order to sufficiently obtain these effects, the present invention may contain 0.0002% or more of boron (B). However, if the content is excessive, the toughness and weldability of the steel may be impaired, and the present invention may limit the upper limit of the boron (B) content to 0.005%.
칼슘(Ca): 0.0005~0.004% Calcium (Ca): 0.0005 to 0.004%
칼슘(Ca)은 황(S)과의 결합력이 좋아 MnS 주변(둘레)에 CaS를 생성하여 MnS의 연신을 억제하며, 압연 방향에 대한 직각방향으로의 인성을 향상시키는데 유리한 원소이다. 또한, 칼슘(Ca)의 첨가로 생성된 CaS는 다습한 외부 환경 하에서 부식 저항을 높이일 수 있다. 상술한 효과를 얻기 위해 본 발명은 0.0005% 이상의 칼슘(Ca)을 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 과도한 경우 제강 조업 시 노즐 막힘 등의 결함이 유발될 수 있는바, 본 발명은 칼슘(Ca) 함량의 상한을 0.004%로 제한할 수 있다.Calcium (Ca) has a good binding force with sulfur (S), so it generates CaS around (circumference) MnS to suppress elongation of MnS and is an advantageous element for improving toughness in a direction perpendicular to the rolling direction. In addition, CaS produced by the addition of calcium (Ca) can increase corrosion resistance under a humid external environment. In order to obtain the above effects, the present invention may include 0.0005% or more of calcium (Ca). However, if the content is excessive, defects such as nozzle clogging may occur during steelmaking operations, and the present invention may limit the upper limit of the calcium (Ca) content to 0.004%.
본 발명의 방탄강은 상술한 합금조성 이외에도, 목표로 하는 물성을 유리하게 확보하기 위한 목적에서 하기 원소들을 추가로 더 포함할 수 있다.In addition to the above-described alloy composition, the bulletproof steel of the present invention may further include the following elements for the purpose of advantageously securing target physical properties.
구체적으로, 본 발명의 방탄강은, 티타늄(Ti) 및 바나듐(V) 중의 1종 이상을 더 포함할 수 있다. Specifically, the bulletproof steel of the present invention may further include at least one of titanium (Ti) and vanadium (V).
티타늄(Ti): 0.005~0.025%Titanium (Ti): 0.005 to 0.025%
티타늄(Ti)은 강의 소입성 향상에 유리한 원소인 보론(B)의 효과를 극대화하는 원소이다. 즉, 상기 티타늄(Ti)은 강 중의 질소(N)와 결합하여 TiN을 석출시키므로, 고용 질소(N)의 함량을 저감시키고, BN의 형성을 억제하여 고용 보론(B)을 증가시켜 소입성 향상을 극대화할 수 있다. 상술한 효과를 충분히 얻기 위해 0.005% 이상의 티타늄(Ti)을 함유할 수 있다. 다만, 그 함량이 과다한 경우 조대한 TiN 석출물이 형성되어 강의 인성 저하를 유발할 수 있으므로, 본 발명은 티타늄(Ti) 함량의 상한을 0.025%로 제한할 수 있다. Titanium (Ti) is an element that maximizes the effect of boron (B), which is an advantageous element for improving hardenability of steel. That is, since the titanium (Ti) combines with nitrogen (N) in steel to precipitate TiN, the content of dissolved nitrogen (N) is reduced, and the formation of BN is suppressed to increase solid solution boron (B) to improve hardenability can maximize It may contain 0.005% or more of titanium (Ti) in order to sufficiently obtain the above-mentioned effects. However, if the content is excessive, coarse TiN precipitates may be formed and the toughness of the steel may be deteriorated. Therefore, in the present invention, the upper limit of the titanium (Ti) content may be limited to 0.025%.
바나듐(V): 0.2% 이하 (0% 포함)Vanadium (V): 0.2% or less (including 0%)
바나듐(V)은 열간압연 후 재가열시 VC 탄화물을 형성하여, 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하고, 강의 소입성을 향상시켜, 강도 및 인성을 확보하는데에 유리한 원소이다. 다만, 바나듐(V)은 상대적으로 고가의 원소이므로, 제조원가를 고려하여 그 한량의 상한을 0.2%로 제한할 수 있다.Vanadium (V) forms VC carbide during reheating after hot rolling, suppresses the growth of austenite grains, improves hardenability of steel, and is an advantageous element for securing strength and toughness. However, since vanadium (V) is a relatively expensive element, the upper limit of the amount may be limited to 0.2% in consideration of manufacturing cost.
본 발명의 일 측면에 따른 방탄강은 전술한 성분 이외에 나머지 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, 전술한 성분 이외에 유효한 성분의 추가적인 첨가가 전면적으로 배제되는 것은 아니다.Bulletproof steel according to one aspect of the present invention may include the remaining Fe and other unavoidable impurities in addition to the above components. However, since unintended impurities from raw materials or the surrounding environment may inevitably be mixed in the normal manufacturing process, it cannot be entirely excluded. Since these impurities can be known to anyone skilled in the art, all of them are not specifically mentioned in the present specification. In addition, additional addition of effective ingredients other than the above-mentioned ingredients is not entirely excluded.
본 발명의 일 측면에 따른 방탄강은 하기의 [관계식 1]을 만족할 수 있다.Bulletproof steel according to one aspect of the present invention may satisfy the following [Relational Equation 1].
[관계식 1][Relationship 1]
10*[C]*[Si] ≥ 410*[C]*[Si] ≥ 4
상기 관계식 1에서 [C] 및 [Si]은 상기 강판에 포함된 탄소(C) 및 실리콘(Si)의 함량(중량%)을 의미하며, 해당 성분이 의도적으로 첨가되지 않은 경우 0을 대입한다.In Equation 1, [C] and [Si] refer to the content (wt%) of carbon (C) and silicon (Si) included in the steel sheet, and 0 is substituted when the corresponding component is not intentionally added.
본 발명의 발명자는 강판의 고경도 특성 및 우수한 저온 충격인성을 동시에 확보 가능한 방안에 대해 심도 있는 연구를 수행하였으며, 강판에 포함되는 개별 합금조성의 함량 범위뿐만 아니라, 강판에 포함되는 특정 합금조성의 상대적인 함량범위를 제어하는 것이 유효하다는 점을 도출하게 되었다. 본 발명은 강판에 포함되는 개별 합금조성의 함량범위를 일정 범위로 제어할 뿐만 아니라, [관계식 1]과 같이 탄소(C) 및 실리콘(Si)의 상대적인 함량 범위를 일정 범위로 제어하므로, 고경도 특성과 우수한 저온 충격인성을 효과적으로 양립시킬 수 있다. The inventor of the present invention has conducted in-depth research on ways to simultaneously secure the high hardness characteristics and excellent low-temperature impact toughness of the steel sheet, and the content range of individual alloy compositions included in the steel sheet, as well as the specific alloy composition included in the steel sheet It was derived that controlling the relative content range is effective. The present invention not only controls the content range of individual alloy compositions included in the steel sheet to a certain range, but also controls the relative content range of carbon (C) and silicon (Si) to a certain range as shown in [Relational Expression 1], so that high hardness properties and excellent low-temperature impact toughness can be effectively compatible.
상술한 합금조성을 가지는 본 발명의 방탄강은 템퍼드 마르텐사이트 기지조직에 잔류 오스테나이트가 포함된 복합조직을 미세조직으로 구비할 수 있으며, 기타 불가피한 조직을 더 포함할 수 있다. 이 때 바람직한 잔류 오스테나이트의 분율은 1면적% 내지 10면적%일 수 으며, 템퍼드 마르텐사이트의 분율은 90면적% 이상일 수 있다. The bulletproof steel of the present invention having the above alloy composition may have a composite structure including retained austenite in a tempered martensite base structure as a microstructure, and may further include other unavoidable structures. At this time, the fraction of retained austenite may be 1 area % to 10 area %, and the fraction of tempered martensite may be 90 area % or more.
잔류 오스테나이트는 급속 냉각 열처리 동안 마르텐사이트로 완전히 상변태를 하지 못한 상태로 남아있는 조직으로서, 마르텐사이트에 비해 상대적으로 경도는 낮으나 인성이 우수한 특성이 있다. 본 발명의 방탄강은 이와 같은 효과를 위해 1면적% 이상의 잔류 오스테나이트를 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 2면적% 이상의 잔류 오스테나이트를 포함할 수 있다. 반면, 잔류 오스테나이트가 과도하게 형성되는 경우 저온 충격인성은 크게 증가하는 반면, 목표하는 경도 특성을 확보하기 어려우므로, 본 발명은 잔류 오스테나이트 분율의 상한을 10면적%로 정할 수 있다. Retained austenite is a structure that remains without being completely phase transformed into martensite during rapid cooling heat treatment, and has relatively low hardness but excellent toughness compared to martensite. For this effect, the bulletproof steel of the present invention may contain 1 area% or more of retained austenite, more preferably 2 area% or more of retained austenite. On the other hand, when the retained austenite is excessively formed, the low-temperature impact toughness greatly increases, but it is difficult to secure the target hardness characteristics. Therefore, in the present invention, the upper limit of the retained austenite fraction may be set at 10 area%.
한편, 본 발명의 방탄강은 전체 두께에 걸쳐 상술한 미세조직 구성을 가질 수 있다. Meanwhile, the bulletproof steel of the present invention may have the above-described microstructural configuration over the entire thickness.
상술한 합금조성과 더불어 제안한 미세조직을 가지는 본 발명의 방탄강은 5~40mm의 두께를 가질 수 있으며, 이러한 방탄강의 표면 경도는 460~540HB으로 초고경도이면서, -40℃에서의 충격 흡수 에너지가 19J 이상으로 우수한 저온 인성을 가질 수 있다.The bulletproof steel of the present invention having the above-described alloy composition and the proposed microstructure may have a thickness of 5 to 40 mm, and the surface hardness of the bulletproof steel is 460 to 540 HB, which is ultra-high hardness and has an impact absorption energy at -40 ° C. It can have excellent low-temperature toughness of 19J or more.
여기서, 표면 경도란 상기 방탄강의 표면을 두께 방향을 2mm 밀링 가공한 후 브리넬 경도시험기(하중 3000kgf, 10mm 텅스텐 압입구)를 사용하여 3최 측정한 것의 평균 값을 의미한다. Here, surface hardness means the average value of three measurements using a Brinell hardness tester (load 3000 kgf, 10 mm tungsten indentation) after milling the surface of the bulletproof steel by 2 mm in the thickness direction.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 방탄강의 제조방법에 대해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing bulletproof steel according to an aspect of the present invention will be described in more detail.
소정의 성분을 가지는 강 슬라브를 준비한다. 본 발명의 강 슬라브는 전술한 열연강판의 합금조성([관계식 1] 포함)과 대응하는 합금조성을 가지므로, 강 슬라브의 합금조성에 대한 설명은 전술한 열연강판의 합금조성에 대한 설명으로 대신한다.A steel slab having predetermined components is prepared. Since the steel slab of the present invention has an alloy composition corresponding to the alloy composition of the aforementioned hot-rolled steel sheet (including [Relational Expression 1]), the description of the alloy composition of the steel slab is replaced with the description of the alloy composition of the aforementioned hot-rolled steel sheet. .
간략히 설명하면, 앞서 서술한 합금조성을 만족하는 강 슬라브를 준비한 다음, 상기 강 슬라브를 [가열 - 압연 - 1차 열처리(??칭) - 2차 열처리(템퍼링)]의 공정을 거쳐 제조할 수 있다. 이하에서는 각 공정 조건에 대하여 상세히 설명한다. Briefly, after preparing a steel slab that satisfies the alloy composition described above, the steel slab can be manufactured through a process of [heating - rolling - first heat treatment (?? quenching) - second heat treatment (tempering)] . Hereinafter, each process condition will be described in detail.
[강 슬라브 가열 공정][Steel slab heating process]
먼저, 본 발명에서 제안하는 합금조성을 가지는 강 슬라브를 준비한 후 이를 1050~1250℃의 온도범위에서 가열할 수 있다.First, after preparing a steel slab having the alloy composition proposed in the present invention, it can be heated in a temperature range of 1050 to 1250 ° C.
상기 가열시 온도가 1050℃ 미만이면 강의 변형저항이 커져 후속 압연 공정을 효과적으로 행할 수 없으며, 반면 그 온도가 1250℃를 초과하게 되면 오스테나이트 결정립이 조대해져 불균일한 조직이 형성될 우려가 있다.If the temperature during the heating is less than 1050 ° C., the deformation resistance of the steel increases and the subsequent rolling process cannot be effectively performed. On the other hand, if the temperature exceeds 1250 ° C., austenite crystal grains become coarse and a non-uniform structure may be formed.
따라서, 상기 강 슬라브의 가열은 1050~1250℃의 온도범위에서 행할 수 있다.Therefore, the heating of the steel slab can be performed in a temperature range of 1050 ~ 1250 ℃.
[압연 공정][Rolling process]
상기에 따라 가열된 강 슬라브를 압연할 수 있으며, 이때 조압연 및 마무리 열간압연의 공정을 거쳐 열연강판으로 제조할 수 있다.The steel slab heated according to the above may be rolled, and at this time, it may be manufactured into a hot-rolled steel sheet through a process of rough rolling and finish hot rolling.
우선, 상기 가열된 강 슬라브를 950~1150℃의 온도범위에서 조압연하여 바(bar)로 제작한 후, 이를 850~950℃의 온도범위에 마무리 열간압연을 행할 수 있다.First, the heated steel slab may be rough-rolled at a temperature range of 950 to 1150° C. to produce a bar, and then hot-rolled to finish at a temperature range of 850 to 950° C.
상기 조압연시 온도가 950℃ 미만이면 압연 하중이 증가하여 상대적으로 약압하 됨에 따라 슬라브 두께 방향 중심까지 변형이 충분히 전달되지 못하게 되며, 그 결과 공극과 같은 결함이 제거되지 않을 우려가 있다. 반면, 그 온도가 1150℃를 초과하게 되면 재결정 입도가 지나치게 조대해져 인성에 유해할 우려가 있다.If the temperature during the rough rolling is less than 950 ° C., the rolling load increases and the deformation is not sufficiently transmitted to the center in the thickness direction of the slab as the pressure is relatively weak, and as a result, defects such as voids may not be removed. On the other hand, when the temperature exceeds 1150 ° C., the recrystallized grain size becomes excessively coarse, which may be harmful to toughness.
상기 마무리 열간압연시 온도가 850℃ 미만이면 2상역 압연이 행해져 미세조직 중 페라이트가 생성될 우려가 있으며, 반면 그 온도가 950℃를 초과하게 되면 최종 조직의 입도가 조대해져 저온인성이 열위하게 되는 문제가 있다.If the temperature during the finish hot rolling is less than 850 ° C, two-phase rolling is performed and ferrite may be generated in the microstructure, whereas when the temperature exceeds 950 ° C, the grain size of the final tissue becomes coarse and low-temperature toughness is inferior there is a problem.
[1차 열처리(??칭) 공정)[First heat treatment (quenching) process)
상술한 압연공정을 거쳐 제조된 열연강판을 상온까지 공냉한 후, 880~930℃의 온도 범위에서 재로시간 1.3t+10분(t: 판 두께(mm)) 이상으로 가열한다. After the hot-rolled steel sheet manufactured through the above-described rolling process is air-cooled to room temperature, it is heated at a temperature range of 880 to 930° C. for a refining time of 1.3 t + 10 minutes (t: sheet thickness (mm)) or more.
상기 가열은 페라이트와 펄라이트로 구성된 열연강판을 오스테나이트 단상으로 역변태시키기 위한 것으로, 가열 온도가 880℃ 미만인 경우 오스테나이트화가 충분히 이루어지지 못하여 조대한 연질 페라이트가 혼재하게 되며, 그에 따라 최종 제품의 경도가 저하될 수 있다. 반면, 그 온도가 930℃를 초과하는 경우 오스테나이트 결정립이 조대해져 소입성이 커지는 효과는 있으나, 대량 생산 시 열효율 측면에서 불리한 면이 있다. 따라서, 1차 열처리시의 가열은 880~930℃의 범위에서 실시하는 것이 바람직하다. 가열온도의 하한은 885℃인 것이 보다 바람직하고, 890℃인 것이 보다 더 바람직하며, 895℃인 것이 가장 바람직하다. 또한, 가열온도의 상한은 925℃인 것이 보다 바람직하고, 920℃인 것이 보다 더 바람직하며, 915℃인 것이 가장 바람직하다. The heating is for reverse transformation of the hot-rolled steel sheet composed of ferrite and pearlite into austenite single phase. If the heating temperature is less than 880 ° C, austenitization is not sufficiently achieved, resulting in a mixture of coarse soft ferrite, and thus the hardness of the final product may be lowered. On the other hand, when the temperature exceeds 930 ° C., there is an effect of increasing hardenability due to coarse austenite crystal grains, but there is a disadvantage in terms of thermal efficiency during mass production. Therefore, it is preferable to perform heating in the range of 880-930 degreeC at the time of the 1st heat treatment. The lower limit of the heating temperature is more preferably 885°C, even more preferably 890°C, and most preferably 895°C. Further, the upper limit of the heating temperature is more preferably 925°C, even more preferably 920°C, and most preferably 915°C.
한편, 상기 1차 열처리의 가열시 재로시간이 1.3t+10분(t: 판 두께(mm)) 미만이면 오스테나이트화가 충분히 일어나지 못하여 후속하는 급속냉각에 의한 상변태 즉, 마르텐사이트 조직을 충분히 얻을 수 없게 된다. 따라서, 상기 가열시 재로시간은 1.3t+10분(t: 판 두께(mm)) 이상인 것이 바람직하다. 상기 가열시 재로시간은 1.3t+12분(t: 판 두께(mm)) 이상인 것이 보다 바람직하고, 1.3t+13분(t: 판 두께(mm)) 이상인 것이 보다 더 바람직하며, 1.3t+15분(t: 판 두께(mm)) 이상인 것이 가장 바람직하다. On the other hand, if the furnace time during heating of the first heat treatment is less than 1.3 t + 10 minutes (t: plate thickness (mm)), austenitization cannot sufficiently occur, so that a phase transformation by subsequent rapid cooling, that is, martensitic structure can be sufficiently obtained. there will be no Therefore, the furnace time during the heating is preferably 1.3t + 10 minutes (t: plate thickness (mm)) or more. The furnace time during the heating is more preferably 1.3t + 12 minutes (t: plate thickness (mm)) or more, more preferably 1.3t + 13 minutes (t: plate thickness (mm)) or more, and 1.3t + It is most preferable that it is 15 minutes (t: plate thickness (mm)) or more.
본 발명에서는 상기 1차 열처리의 가열 시 재로시간의 상한에 대해서 특별히 한정하지 않는다. 다만, 상기 가열시 재로시간이 1.3t+60분(t: 판 두께(mm))을 초과하는 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대해져 소입성이 커지는 효과는 있으나, 상대적으로 생산성이 떨어지는 단점이 있을 수 있다. 따라서, 상기 가열시 재로시간은 1.3t+60분(t: 판 두께(mm)) 이하인 것이 바람직하다. 상기 가열시 재로시간은 1.3t+50분(t: 판 두께(mm)) 이하인 것이 보다 바람직하고, 1.3t+40분(t: 판 두께(mm)) 이하인 것이 보다 더 바람직하며, 1.3t+30분(t: 판 두께(mm)) 이하인 것이 가장 바람직하다.In the present invention, the upper limit of the furnace time during heating of the first heat treatment is not particularly limited. However, when the furnace time during heating exceeds 1.3t + 60 minutes (t: plate thickness (mm)), the austenite crystal grains become coarse and the hardenability increases, but the productivity may be relatively low. there is. Therefore, the furnace time during the heating is preferably 1.3t + 60 minutes (t: plate thickness (mm)) or less. The furnace time during the heating is more preferably 1.3t + 50 minutes (t: plate thickness (mm)) or less, more preferably 1.3t + 40 minutes (t: plate thickness (mm)) or less, and 1.3t + It is most preferable that it is 30 minutes (t: plate thickness (mm)) or less.
이후, 상기 가열된 열연강판을 판 두께 중심부(예컨대 1/2t 지점, t: 판 두께(mm))를 기준으로 10℃/s 이상의 냉각속도로 120℃ 이하까지 냉각할 수 있다. 이 때, 상기 냉각은 수냉을 통한 급속냉각인 것이 바람직하다. 상기 냉각속도가 10℃/s 미만이거나 냉각종료온도가 120℃를 초과하게 되면 냉각 중 페라이트 상이 형성되거나 베이나이트 상이 과다하게 형성될 우려가 있다. 따라서, 상기 냉각은 10℃/s 이상의 냉각속도로 120℃ 이하까지 행하는 것이 바람직하다. 상기 냉각속도는 빠르면 빠를수록 본 발명에서 얻고자 하는 미세조직 형성에 유리하다. 한편, 본 발명에서는 상기 냉각 속도의 상한에 대해서 특별히 한정하지 않으며, 통상의 기술자라면 설비 한계를 고려하여 적합하게 설정할 수 있다. 상기 냉각종료온도는 100℃ 이하인 것이 보다 바람직하고, 80℃ 이하인 것이 보다 더 바람직하며, 50℃ 이하인 것이 가장 바람직하다. Thereafter, the heated hot-rolled steel sheet may be cooled to 120° C. or less at a cooling rate of 10° C./s or more based on the center of the sheet thickness (eg, 1/2t point, t: sheet thickness (mm)). At this time, the cooling is preferably rapid cooling through water cooling. If the cooling rate is less than 10 °C / s or the cooling end temperature exceeds 120 °C, there is a concern that a ferrite phase may be formed or an excessive amount of bainite phase may be formed during cooling. Therefore, it is preferable to perform the cooling to 120° C. or less at a cooling rate of 10° C./s or more. The faster the cooling rate is, the more advantageous it is to form the microstructure to be obtained in the present invention. On the other hand, in the present invention, the upper limit of the cooling rate is not particularly limited, and a person skilled in the art can set it appropriately in consideration of facility limitations. The cooling end temperature is more preferably 100°C or less, even more preferably 80°C or less, and most preferably 50°C or less.
[2차 열처리(템퍼링) 공정)[Second heat treatment (tempering) process)
상술한 1차 열처리를 거쳐 제조된 열연강판을 350℃ 이하의 온도 범위로 가열하여 1.9t+10분(t: 판 두께(mm)) 이상 유지할 수 있다. The hot-rolled steel sheet manufactured through the above-described primary heat treatment may be heated to a temperature range of 350° C. or less and maintained for 1.9t+10 minutes (t: plate thickness (mm)) or more.
상기 재가열은 ??칭 후 전부(fully) 마르텐사이트로 구성되어 있는 열연강판의 내부 응력을 풀어주기 위한 것이다. 이러한 템퍼링 열처리를 통해 소재 내부의 전위 밀도가 감소함으로써 경도는 다소 감소할 수 있으나 인성 확보가 가능하게 된다. 방탄강의 경우 단순히 경도만 높은 것이 아니라 저온 충격인성 역시 우수해야 하기 때문에 특수한 원소를 첨가하지 않는 경우 이러한 후속 템퍼링 열처리는 필수적이라 하겠다. 템퍼링 온도가 350℃를 초과할 경우, 마르텐사이트 내부의 전위 밀도가 지나치게 감소하게 되며, 그에 따라 최종 제품의 경도가 저하될 수 있다. 반면, 템퍼링 온도가 너무 낮게 되면 경도 저하를 방지할 수는 있으나, 전위 밀도가 지나치게 높게 되어 충격 인성 확보 측면에서 불리한 면이 있다. 본 발명에서 템퍼링 온도의 하한은 별도로 지정하지 않으나, 상술한 효과를 얻기 위해서는 100℃ 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 125℃ 이상, 보다 더 바람직하게는 150℃ 이상의 온도에서 템퍼링을 실시하는 것이 바람직하다. The reheating is to release the internal stress of the hot-rolled steel sheet fully composed of martensite after quenching. As the dislocation density inside the material decreases through this tempering heat treatment, the hardness may decrease somewhat, but it is possible to secure toughness. In the case of bulletproof steel, since it is necessary not only to have high hardness but also to have excellent low-temperature impact toughness, such a subsequent tempering heat treatment is essential if no special element is added. When the tempering temperature exceeds 350° C., the dislocation density inside the martensite is excessively reduced, and thus the hardness of the final product may be lowered. On the other hand, if the tempering temperature is too low, the decrease in hardness can be prevented, but the dislocation density is too high, which is disadvantageous in terms of securing impact toughness. In the present invention, the lower limit of the tempering temperature is not separately specified, but is preferably 100 ° C. or higher in order to obtain the above-mentioned effects. It is preferable to carry out tempering at a temperature of 125°C or higher more preferably, and even more preferably 150°C or higher.
본 발명에서는 상기 템퍼링 시 유지시간의 하한에 대해서 특별히 한정하지 않는다. 다만, 상기 템퍼링 시 유지시간이 1.9t+10분(t: 판 두께(mm)) 미만일 경우에는 비교적 낮은 온도에서 짧은 시간 동안 열처리 됨에 따라 표면 대비 두께 중심부는 충분히 숙열이 되지 않을 수 있다. 따라서, 상기 템퍼링 시 유지시간은 1.9t+10분(t: 판 두께(mm)) 이상인 것이 바람직하다. 상기 템퍼링 시 유지시간은 1.9t+12분(t: 판 두께(mm)) 이상인 것이 보다 바람직하고, 1.9t+15분(t: 판 두께(mm)) 이하인 것이 보다 더 바람직하며, 1.9t+20분(t: 판 두께(mm)) 이상인 것이 가장 바람직하다.In the present invention, the lower limit of the holding time during the tempering is not particularly limited. However, when the holding time during the tempering is less than 1.9t + 10 minutes (t: plate thickness (mm)), the center of the thickness compared to the surface may not be sufficiently heated due to heat treatment at a relatively low temperature for a short time. Therefore, the holding time during the tempering is preferably 1.9t + 10 minutes (t: plate thickness (mm)) or more. The holding time during the tempering is more preferably 1.9t + 12 minutes (t: plate thickness (mm)) or more, more preferably 1.9t + 15 minutes (t: plate thickness (mm)) or less, and 1.9t + It is most preferable that it is 20 minutes (t: plate thickness (mm)) or more.
템퍼링 후 공냉에 의해 상온까지 냉각될 수 있다. 이와 같은 템퍼링 공정을 통해 본 발명의 일 측면에 따른 열연강판은 연질화된 템퍼드 마르텐사이트를 기지조직으로 구비할 수 있다.After tempering, it can be cooled to room temperature by air cooling. Through such a tempering process, the hot-rolled steel sheet according to one aspect of the present invention may have softened tempered martensite as a base structure.
상술한 일련의 제조공정을 거쳐 얻어지는 열연강판은 두께 5~40mm 가지는 강재로서, 고경도 및 고인성을 확보하여 우수한 방탄성을 제공할 수 있다.The hot-rolled steel sheet obtained through the above-described series of manufacturing processes is a steel material having a thickness of 5 to 40 mm, and can provide excellent bullet resistance by securing high hardness and high toughness.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 방탄강 및 그 제조방법에 대해 보다 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 특정하기 위한 것이 아님을 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정된다.Hereinafter, the bulletproof steel of the present invention and its manufacturing method will be described in more detail through specific examples. It should be noted that the following examples are only for understanding of the present invention, and are not intended to specify the scope of the present invention. The scope of the present invention is determined by the matters described in the claims and the matters reasonably inferred therefrom.
(실시예)(Example)
하기 표 1의 합금조성을 가지는 강 슬라브를 준비한 후, 이를 하기 표 2에 나타낸 공정 조건에 따라 [가열 - 압연 - 열처리(??칭) - 열처리(템퍼링)]을 행하여 각각의 열연강판을 제조하였다. 이 때 냉각 종료온도까지 수냉한 후 상온까지 공냉을 적용하였다. 이후 실시한 템퍼링 역시 특정 온도에서 열처리 후 상온까지 공냉을 적용하였다. 표 1에 기재되지 않은 합금조성은 불가피한 불순물 및 철(Fe)을 의미한다. 또한, 표 1에서 “-“로 표시된 부분은 해당 성분을 의도적으로 첨가하지 않았다는 것을 의미하며, 오차범위 내의 0중량%로 해석하는 것이 바람직하다.After preparing a steel slab having the alloy composition of Table 1 below, each hot-rolled steel sheet was manufactured by performing [heating - rolling - heat treatment (quenching) - heat treatment (tempering)] according to the process conditions shown in Table 2 below. At this time, after water cooling to the end temperature of cooling, air cooling was applied to room temperature. The tempering performed thereafter also applied air cooling to room temperature after heat treatment at a specific temperature. Alloy compositions not listed in Table 1 refer to unavoidable impurities and iron (Fe). In addition, the part marked with “-” in Table 1 means that the corresponding component was not intentionally added, and it is preferable to interpret it as 0% by weight within the error range.
No.Psalter
No.
(mm)thickness
(mm)
가열
(℃)slab
heating
(℃)
(??칭)1st heat treatment
(?? Ching)
(템퍼링)2nd heat treatment
(Tempering)
(℃)rough rolling
(℃)
열간
압연
(℃)finish
hot
rolling
(℃)
온도
(℃)heating
temperature
(℃)
시간
(분)ashes
hour
(minute)
종료
온도
(℃)Cooling
end
temperature
(℃)
속도
(℃/s)Cooling
speed
(℃/s)
온도
(℃)heating
temperature
(℃)
시간
(분)maintain
hour
(minute)
이후, 각각의 열연강판에 대해 미세조직과 기계적 물성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.Thereafter, microstructure and mechanical properties were measured for each hot-rolled steel sheet, and the results are shown in Table 3 below.
각 열연강판의 미세조직은 임의의 크기로 시편을 절단하여 경면을 제작한 후 나이탈(Nital) 에칭액을 사용하여 부식시킨 다음, 광학현미경과 전자주사현미경(SEM)을 활용하여 두께 중심부인 1/2t 지점을 관찰하였다. 이때, 미세조직 분율은 전자후방산란회절(Electron Back-scattered Diffraction, EBSD) 분석을 이용하여 측정하였다.The microstructure of each hot-rolled steel sheet is measured by cutting a specimen in an arbitrary size to make a mirror surface, corroding it using Nital etching solution, and then using an optical microscope and a scanning electron microscope (SEM) to examine the center of the thickness, 1/ The 2t point was observed. At this time, the microstructure fraction was measured using Electron Back-scattered Diffraction (EBSD) analysis.
또한, 각 열연강판의 경도 및 인성은 각각 브리넬 경도 시험기(하중 3000kgf, 10mm 텅스텐 압입구) 및 샤르피 충격시험기를 이용하여 측정하였다. 이때, 표면 경도는 열연판의 표면을 2mm 밀링 가공한 후 3회 측정한 값의 평균값을 사용하였으며, 샤르피 충격시험은 두께 방향 1/4t 지점에서 시편을 채취한 후 -40℃에서 3회 측정한 값의 평균값을 사용하였다.In addition, the hardness and toughness of each hot-rolled steel sheet were measured using a Brinell hardness tester (load 3000kgf, 10mm tungsten indentation) and a Charpy impact tester, respectively. At this time, for the surface hardness, the average value of the values measured three times after milling the surface of the hot-rolled sheet by 2 mm was used. For the Charpy impact test, specimens were taken at the 1/4t point in the thickness direction and measured three times at -40 ° C. The average value of the values was used.
No.Psalter
No.
(면적%)microstructure
(area%)
(HB)surface hardness
(H-B)
(J,@-40℃)impact toughness
(J,@-40℃)
표 1 내지 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 합금조성 및 공정조건을 충족하는 시편들은 460~540HB의 표면 경도와 19J 이상의 -40℃ 충격 흡수에너지를 만족하는 반면, 본 발명의 합금조성 또는 공정조건 중 어느 하나 이상을 충족하지 않는 시편들은 460~540HB의 표면 경도 또는 19J 이상의 -40℃ 충격 흡수에너지를 동시에 만족하지 못하는 것을 알 수 있다.As shown in Tables 1 to 3, the specimens satisfying the alloy composition and process conditions of the present invention satisfy the surface hardness of 460 to 540 HB and -40 ° C impact absorption energy of 19 J or more, while the alloy composition or process of the present invention It can be seen that specimens that do not satisfy any one or more of the conditions do not simultaneously satisfy surface hardness of 460 to 540 HB or -40 ° C impact absorption energy of 19 J or more.
이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.Although the present invention has been described in detail through examples above, other types of embodiments are also possible. Therefore, the spirit and scope of the claims set forth below are not limited to the embodiments.
Claims (9)
하기의 [관계식 1]을 만족하며,
템퍼드 마르텐사이트 기지조직에 잔류 오스테나이트가 포함된 복합조직을 미세조직으로 포함하는, 저온 충격인성이 우수한 고경도 방탄강.
[관계식 1]
10*[C]*[Si] ≥ 4
상기 관계식 1에서 [C] 및 [Si]은 상기 강판에 포함된 탄소(C) 및 실리콘(Si)의 함량(중량%)을 의미하며, 해당 성분이 의도적으로 첨가되지 않은 경우 0을 대입한다.
By weight %, carbon (C): 0.29 to 0.37%, silicon (Si): 1.0 to 2.0%, manganese (Mn): 0.5 to 1.6%, nickel (Ni): 0.5 to 1.2%, chromium (Cr): 0.4 ~1.5%, Phosphorus (P): 0.05% or less, Sulfur (S): 0.02% or less, Nitrogen (N): 0.006% or less, Aluminum (Al): 0.07% or less (excluding 0%), Molybdenum (Mo) : 0.1 to 0.5%, Niobium (Nb): 0.01 to 0.05%, Boron (B): 0.0002 to 0.005%, Calcium (Ca): 0.0005 to 0.004%, including remaining Fe and unavoidable impurities,
Satisfies the following [Relational Expression 1],
A high-hardness bulletproof steel with excellent low-temperature impact toughness, comprising a composite structure containing retained austenite in a tempered martensite base structure as a microstructure.
[Relationship 1]
10*[C]*[Si] ≥ 4
In Equation 1, [C] and [Si] refer to the content (wt%) of carbon (C) and silicon (Si) included in the steel sheet, and 0 is substituted when the corresponding component is not intentionally added.
상기 방탄강은 중량%로, 티타늄(Ti): 0.005~0.025% 및 바나듐(V): 0.2% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는, 저온 충격인성이 우수한 고경도 방탄강.
According to claim 1,
The bulletproof steel is a high-hardness bulletproof steel having excellent low-temperature impact toughness, further comprising one or more of titanium (Ti): 0.005 to 0.025% and vanadium (V): 0.2% or less, in weight%.
상기 템퍼드 마르텐사이트의 분율은 90면적% 이상이고, 상기 잔류 오스테나이트의 분율은 1면적% 내지 10면적%인, 저온 충격인성이 우수한 고경도 방탄강.
According to claim 1,
The high-hardness bulletproof steel having excellent low-temperature impact toughness, wherein the tempered martensite fraction is 90 area% or more, and the retained austenite fraction is 1 area% to 10 area%.
상기 방탄강은 표면 경도가 460~540HB 이고, -40℃에서의 충격 흡수 에너지가 19J 이상인, 저온 충격인성이 우수한 고경도 방탄강.
According to claim 1,
The bulletproof steel has a surface hardness of 460 to 540HB, and an impact absorption energy at -40 ° C of 19J or more, high hardness bulletproof steel with excellent low-temperature impact toughness.
상기 방탄강은 5~40mm의 두께를 가지는 저온 충격인성이 우수한 고경도 방탄강.
According to claim 1,
The bulletproof steel is a high-hardness bulletproof steel having excellent low-temperature impact toughness having a thickness of 5 to 40 mm.
상기 강 슬라브를 1050~1250℃의 온도범위에서 가열하는 단계;
상기 가열된 강 슬라브를 950~1150℃의 온도범위에서 조압연하는 단계;
상기 조압연 후 850~950℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계;
상기 열연강판을 880~930℃의 온도범위로 가열 한 후 10℃/s 이상의 냉각속도로 150℃ 이하의 냉각종료온도까지 냉각하는 1차 열처리 단계; 및
상기 1차 열처리된 열연강판을 350℃ 이하의 온도범위로 가열하여 유지하는 2차 열처리 단계를 포함하는, 저온 충격인성이 우수한 고경도 방탄강의 제조방법.
[관계식 1]
10*[C]*[Si] ≥ 4
상기 관계식 1에서 [C] 및 [Si]은 상기 강 슬라브에 포함된 탄소(C) 및 실리콘(Si)의 함량(중량%)을 의미하며, 해당 성분이 의도적으로 첨가되지 않은 경우 0을 대입한다.
By weight %, carbon (C): 0.29 to 0.37%, silicon (Si): 1.0 to 2.0%, manganese (Mn): 0.5 to 1.6%, nickel (Ni): 0.5 to 1.2%, chromium (Cr): 0.4 ~1.5%, Phosphorus (P): 0.05% or less, Sulfur (S): 0.02% or less, Nitrogen (N): 0.006% or less, Aluminum (Al): 0.07% or less (excluding 0%), Molybdenum (Mo) : 0.1 to 0.5%, Niobium (Nb): 0.01 to 0.05%, Boron (B): 0.0002 to 0.005%, Calcium (Ca): 0.0005 to 0.004%, including the remaining Fe and unavoidable impurities, the following [Relational Expression 1 ] preparing a steel slab that satisfies;
heating the steel slab in a temperature range of 1050 to 1250 °C;
Roughly rolling the heated steel slab at a temperature range of 950 to 1150° C.;
Manufacturing a hot-rolled steel sheet by finishing hot rolling at a temperature range of 850 to 950° C. after the rough rolling;
A first heat treatment step of heating the hot-rolled steel sheet to a temperature range of 880 to 930 ° C and then cooling it to a cooling end temperature of 150 ° C or less at a cooling rate of 10 ° C / s or more; and
A method for producing high-hardness bulletproof steel having excellent low-temperature impact toughness, comprising a secondary heat treatment step of heating and maintaining the first heat-treated hot-rolled steel sheet in a temperature range of 350 ° C. or less.
[Relationship 1]
10*[C]*[Si] ≥ 4
In the relational expression 1, [C] and [Si] mean the content (wt%) of carbon (C) and silicon (Si) included in the steel slab, and 0 is substituted when the corresponding component is not intentionally added .
상기 강 슬라브는 중량%로, 티타늄(Ti): 0.005~0.025% 및 바나듐(V): 0.2% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 저온 충격인성이 우수한 고경도 방탄강의 제조방법.
According to claim 6,
The steel slab is a method for producing a high-hardness bulletproof steel having excellent low-temperature impact toughness, which further includes at least one of titanium (Ti): 0.005 to 0.025% and vanadium (V): 0.2% or less, by weight%.
상기 1차 열처리시 재로시간은 1.3t+10분(t: 판 두께(mm)) 이상인, 저온 충격인성이 우수한 고경도 방탄강의 제조방법.
According to claim 6,
Method for producing high-hardness bulletproof steel with excellent low-temperature impact toughness, wherein the furnace time during the first heat treatment is 1.3t + 10 minutes (t: plate thickness (mm)) or more.
상기 2차 열처리시 유지시간은 1.9t+10분(t: 판 두께(mm)) 이상인, 저온 충격인성이 우수한 고경도 방탄강의 제조방법.
According to claim 6,
The holding time during the secondary heat treatment is 1.9t + 10 minutes (t: plate thickness (mm)) or more, a method for producing high-hardness bulletproof steel with excellent low-temperature impact toughness.
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