KR20030055303A

KR20030055303A - 냉간압연된 마레이징 강 띠강판에서 절삭된 띠강판 혹은부품을 제조하는 방법

Info

Publication number: KR20030055303A
Application number: KR10-2003-7006549A
Authority: KR
Inventors: 뤼시앙 꾸뛰
Original assignee: 임피 위진느 프레씨지옹
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2003-07-02
Also published as: KR20080048544A; DE60129350T2; JP4965502B2; JP2008274436A; FR2816959B1; EP1339880B1; US6663730B2; PT1339880E; ES2287187T3; AU2002218382A1; CN1298869C; AR034276A1; WO2002040722A1; CY1106925T1; KR100884639B1; DK1339880T3; TW539746B; US20020059967A1; EP1339880A1; JP4278378B2

Abstract

냉간압연 된 다음 열 경화처리를 통해 경화된 마레이징 강 띠강판으로부터 띠강판 혹은 조각을 제작하는 방법에 있어서, 상기 열 경화처리를 실시하기 이전에, 상기 띠강판 혹은 조각에 30% 이상의 냉간압연율로 냉간 소성변형을 가하고 그 다음, ASTM 지수 8 이상의 미세 입자를 얻어내도록 이 띠강판 혹은 조각을 다시 달구어 재결정이 일어나도록 한다. 이 마레이징 강 조성의 중량비는 : 12%≤Ni≤24.5%, 2.5%≤M≤12%, 4.17%≤Co≤20%, Al%≤0.15%, Ti≤0.1%, N≤0.0003%, Si≤0.1%, Mn≤0.1%, C≤0.0005%, S≤0.001%, P≤0.005%, H≤0.0003%, O≤0.001%이며 나머지는 제조시 나오는 철과 불순물들로 그 화학조성은 다음의 관계, 즉 20%≤Ni+Mo≤27%, 50≤Co×Mo≤200, Ti×N≤2×10^-4을 만족시킨다. 이렇게 얻어진 띠강판 혹은 조각.

Description

냉간압연된 마레이징 강 띠강판에서 절삭된 띠강판 혹은 부품을 제조하는 방법{Method for making a strip or a workpiece cut out from a cold rolled maraging steel strip}

중량비 조성이 대략 니켈18%, 코발트 9%, 몰리브덴 5%, 티탄 0.5%, 알루미늄 0.1%이며, 1800MPa 이상의 탄성한계를 갖는 마레이징 강 띠강판으로부터 많은 부품이 제작된다. 이러한 띠강판은 열간압연과 냉간압연을 통해 얻는다. 띠강판에서 절삭된 띠강판이나 부품들은 500°정도의 열 경화처리에 의해 경화된다. 부품들은 경우에 따라서 표면 질화처리를 통해 피로에 대한 저항력을 향상시키지만, 이러한 부품들의 피로에 대한 저항력을 충분히 향상시키지는 못한다.

부품의 피로 저항력을 향상시키기 위해 니켈18%, 코발트 12%, 몰리브덴 4%, 티탄 1.6%, 알루미늄 0.2% 혹은 니켈 18%, 몰리브덴 3%, 티탄 1.4%, 알루미늄 0.1% 혹은 크롬 13%, 니켈 8%, 몰리브덴 2%, 알루미늄 1%와 같은 화학조성에 서로 다른 기계적 특성을 지닌 마레이징 강을 사용하도록 되어 있었다. 그러나 이들 강철 중 그 어떤 경우도 만족할 만한 결과를 가져다주지 못했다. 피로 저항력은 언제나 일반 강철에서 제작된 부품의 피로 저항력보다 낮았다.

본 발명은 특히 피로에 매우 강한 저항력을 요구하는 부품을 제조하는 데에 적합한 마레이징 강에 관련된 것이다.

본 발명의 목적은 이러한 단점을 해소하고 피로 저항력이 좀 더 향상된 마레이징 강 띠강판 혹은 부품을 제안하는 데에 있다.

이에, 본 발명은 냉간압연된 마레이징 강 띠강판에서 절삭된 띠강판이나 조각을 제조하는 방법을 그 대상으로 한다. 이 방법에 따라, 상기 열 경과처리 과정을 실시하기 이전에, 띠강판 혹은 조각에 30% 이상의 냉간압연율로 냉간 소성변형을 가하고 이 띠강판이나 조각을 ASTM 지수 8 이상의 미세 입자를 얻어내도록 다시 달구어 재결정을 일으킨다. 본 강철의 화학 조성을 중량비로 보면,

12%≤Ni≤24.5%

2.5%≤Mo≤12%

4.17%≤Co≤20%

Al≤0.15%

Ti≤0.1%

N≤0.003%

Si≤0.1%

Mn≤0.1%

C≤0.005%

S≤0.001%

P≤0.005%

H≤0.0003%

O≤0.001%

이며, 나머지는 철 그리고 가공에서 초래되는 불순물들로 그 화학조성비는 다음의 관계를 갖는다.

20%≤Ni+Mo≤27%

50≤Co×Mo≤200

Ti×N≤2×10^-4

경우에 따라서는, 다시 달구어 재결정을 일으킨 다음, 해당 띠강판이나 조각을 1%에서 10% 사이의 압축률로 냉간압연시킨다.

특히, 마레이징 강은 진공상태에서 VAR 과정을 통해 재용해되기도 하고 혹은 1차로 VAR 과정을 통해 진공에서 혹은 ESR 과정을 통해 전자도체 슬러지에서 재용해된 다음, 2차로 진공에서 VAR 과정을 통해 재용해되기도 한다.

본 발명은 또한 ASTM 지수 8 이상의 미세 입자를 가진, 그리고 경화처리 후 1850MPa 이상의 탄성한계를 갖는, 두께 1mm 미만의 띠강판 혹은 부품에 관한 것이다.

이렇게 얻어진 띠강판이나 부품은 밴드와 같은 부품을 제조하는 데에 사용될 수 있다. 이 조각들은 450℃에서 550°C 사이의 온도에서 1시간에서 10시간 동안 이루어지는 경화처리를 통해 경화된다. 이 경화처리 이후 표면 질화처리를 할 수 있다.

이하에서는 본 발명을 보다 구체적으로 기술하는데 이는 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.

본 발명에 따라 냉간압연된 마레이징 강 띠강판을 제조하기 위해, 탄소함량을 0.005% 미만으로 맞추고 알루미늄 탈산 공정을 거쳐 강철을 생성한다.

이렇게 생성된 강철은 재용해 전극 형태로 주조된다. 이 전극들은 진공에서 재용해되어(기존의 VAR 과정, "Vacuum Arc Remelting") 잉곳이나 슬랩(Slab)을 형성하기도 하고 혹은 1차는 진공(VAR) 혹은 전자도체 슬러지(기존의 ESR 과정, "Electro Slag Remelting")에서 재용해되어 2차전극들을 형성하고 이 2차전극들은 진공에서(VAR)에서 재용해되어 잉곳이나 슬랩을 형성하기도 한다. 이렇게 단순 VAR 재용해 혹은 이중 VAR 재용해 + VAR 재용해 혹은 ESR 재용해 + VAR 재용해를 통해 구현한다. 이러한 재용해방법들을 통해 금속을 제련할 수 있으며 편석(偏析)을 낮추면서 응고의 질을 더욱 향상시킬 수 있다. 특히, ESR 재용해를 통해서는 황 함유를 낮출 수 있으며 VAR 재용해를 통해서는 질소와 수소 함유를 낮출 수 있다.

그 다음 잉곳이나 슬랩은 대략 1200°C로 가열하여 열간압연한다. 예를 들어 1150°C에서 1250°C 사이에서는 몇 밀리미터, 가령 대략 4.5mm에 해당되는 열간압연된 띠강판을 얻어낸다.

그 다음 열간압연된 띠강판은 한 차례 혹은 수차례 달구어져 재결정을 일으키고 냉간압연되어 두께 1mm 미만의, 가령 두께 0.4mm 혹은 0.2mm의 냉간압연된 띠강판이 얻어진다.

방금 기술한, 달구어 중간 재결정을 일으키도록 하는 처리는 냉간압연된 띠강판의 냉간압연율이 30% 이상, 더 낫게는 40% 이상이 되는 두께에서 실시된다.

이렇게 냉간압연된 띠강판은 가령 고로에서 다시 달구어져 ASTM 지수 8이상의(평균직경 20마이크로미터 미만), 더 낫게는 10 이상의(평균직경 10마이크로 미터 미만) 미세 입자를 얻어낸다. 입자 크기는 ASTM E112 표준에 따라 정한다.

미세 입자를 얻어내기 위해 다시 달구는 과정은 보호대기 하에서 온도와 시간의 변수를 적절하게 조정하여 이루어진다. 이러한 변수들은 열 처리가 진행되는 특수 조건에 따라 달라지며 이 분야의 종사자들은 각각의 특수 경우에 맞는 변수를 정할 줄 안다. 고로에서 처리가 계속 진행될 경우, 그 시간(즉 어떤 상태의 띠강판이 고로에서 머무는 시간)은 10초에서 1분 사이이며 고로의 지시온도는 900°C 에서 1100°C 사이이다. 특히, 고로의 공기는 이슬점이 -50°C 미만인 아르곤을 사용할 수 있다.

그리고 띠강판의 평평한 정도를 향상시키지 위해 또한, 필요하다면, 완벽한 마르텐사이트 변태를 위해, 띠강판은 1%에서 10% 사이의 약한 압축률로 냉간압연을 거칠 수 있다. 이 압축률은 같은 값의 냉간압연율을 갖게 한다.

그러고 나서 띠강판에서 조각을 절삭하여 이 조각을 접는 방법 등을 사용해 형태를 잡은 다음 이 위에 450℃에서 550°C 사이의 온도와 1시간에서 10시간 사이의 시간을 유지하여 경화처리를 가한다. 특기할 점은 처리 온도가 온도대(500℃ 내지 550°C)의 상부에 위치하면 연성이 향상되며 탄성한계는 약간 감소한다는 점이다.

경화처리는 또한 고로에서 600℃에서 700°C 사이의 온도에서 30초에서 3분 사이의 시간 동안 진행될 수있다.

이렇게 하여 향상된 탄성한계와 탁월한 피로 저항력을 지닌 금속 성분을 지닌 조각을 얻어낸다.

경화처리 동안 혹은 그 이후에, 해당 부품은 질소가 풍부한 혼합가스에서 500°C의 온도로 몇 시간 동안 유지되는 질화처리를 통해 표면경화 과정을 거칠 수 있다.

또 다른 형태로, 미완성 조각들은 이 조각에서 기대하는 최종 두께를 초과하는 두께로 냉간 압연되어 절삭될 수 있다. 이러한 이완성 조각들의 형태를 잡아 경우에 따라서는 용접하여, 그 다음 최종 두께가 나올 때까지 냉간압연한다. 이 때의 방식은 냉간압연율이 30% 이상, 더 낫게는 40% 이상이 되도록 한다. 그러면 조각들은 ASTM 지수 8 이상의, 더 낫게는 10 이상의 미세입자를 얻어내도록 위에서 기술된 것과 같은 조건에서 다시 달구어지며 그 다음 위에서 언급된 바대로 경화처리를 거친다. 이렇게 하여 향상된 탄성한계와 탁월한 피로 저항력을 얻어낸다.

또한 경화된 띠강판으로부터 가령 화학적 절삭과 같은 절삭을 통해, 부품을 제조할 수 있다. 열 경화처리를 포함한 이 전체 과정이 띠강판에 적용된다. 이 부품은 예를 들어 IC회로의 반도체 서포트 그리드로 사용된다.

피로 저항에 대한 매우 탁월한 특성과 1850MPa 이상의 탄성한계를 얻어내는 데에 매우 유용한 마레이징 강 조성의 주된 중량비는 다음과 같다.

- 니켈 12%에서 24% 사이

- 몰리브덴 2.5%에서 12% 사이

- 코발트 4.17%에서 20% 사이

나머지는 가공에서 나오는 극소량의 불순물 혹은 잔류요소와 철이다.

200°C에 가까운 Ms 점(마르텐사이트 변태가 시작되는 온도)를 얻어내기 위해 니켈과 몰리브덴 함유량은 20%≤Ni+Mo≤27%, 더 낫게는 22%≤Ni+Mo≤25%가 되어야 한다.

열 경화처리 이후 1850MPa 이상의 탄성한계를 얻어내기 위해 코발트와 몰리브덴 함량은 Co×Mo≥50, 더 낫게는 Co×Mo≥70이 되어야 한다. 하지만 충분한 연성을 얻어내기 위해서는 코발트와 몰리브덴의 함량은 Co×Mo≤200, 더 낫게는 Co×Mo≤120이 되어야 한다. 이러한 값들은 각각의 탄성한계가 대략 3000MPa, 그리고 2500MPa 미만일 때 해당되는 값이다.

몰리브덴은 표면의 질화처리를 통한 경화처리에 있어 유리한 효과를 갖는다. 뛰어난 경화를 얻어내려면 몰리브덴 함량이 4%, 더 낫게는 6% 이상이어야 한다. 하지만 편석 문제를 제어하고 열간변화 작업을 용이하게 하며 최종 제품의 연성을 향상시키기 위해서는 이 수치는 8% 미만에 머무르는 것이 좋다. 두 가지 종류의 몰리브덴 함량대가 정해질 수 있다.

- 몰리브덴 함량이 4.17 내지 6%일 경우, 이 제품은 열간 및 냉간변화에 매우 좋은 적성을 가지며 탄성한계, 적합한 연성 및 인성tenacite간의 매우 좋은 타협을 이루게 된다.

- 몰리브덴 함량이 6 내지 8% 일 경우, 매우 높은 탄성한계를 갖거나 혹은 코발트의 함량이 감소하므로 훨씬 더 경제적인 강철이 된다.

이러한 모든 조건들을 조합하면서 주요 요소에 있어 다음의 더 나은 조성 영역을 정할 수 있다.

1) 1850MPa 이상의 탄성한계와 질화처리에 의한 경화에 대한 평균적성을 얻어내려면,

17%≤Ni≤20%

4.17%≤Mo≤6%

13%≤Co≤17%

20%≤Ni+Mo≤27%

Co×Mo≥50

2)1850MPa 이상의 탄성한계와 질화처리에 의한 경화에 대한 매우 높은 적성을 얻어내려면,

15%≤Ni≤17%

6%≤Mo≤8%

8.75%≤Co≤13%

20%≤Ni+Mo≤27%

Co×Mo≥50

3)2000MPa 이상의 탄성한계와 더욱 유리한 Ms 점을 얻어내려면,

15%≤Ni≤21%

4.17%≤Mo≤8%

8.75%≤Co≤17.5%

22%≤Ni+Mo≤25%

Co×Mo≥70

4)2000MPa 이상의 탄성한계, 더욱 유리한 Ms 점, 질화처리에 의한 경화에 대한 평균적성을 얻어내려면,

17%≤Ni≤20%

4%≤Mo≤6%

13%≤Co≤17.5%

22%≤Ni+Mo≤25%

Co×Mo≥70

5) 2000MPa를 초과하는 탄성한계, 더욱 유리한 Ms 점, 질화처리에 의한 경화에 대한 매우 높은 적성을 얻어내려면,

15%≤Ni≤17%

4%≤Mo≤6%

8.75%≤Co≤13%

22%≤Ni+Mo≤25%

Co×Mo≥70

좋은 연성 및 피로 저항의 특성을 얻어내기 위해서는 위에서 방금 기술된 조성 영역의 주된 요소들 외에도 잔류 요소들이 엄격한 방법으로 제한되어야 한다.그 제한은 다음과 같다.

Al≤0.15%

Ti≤0.1%

N≤0.003%

Si≤0.1%

Mn≤0.1%

C≤0.005%

S≤0.001%

P≤0.005%

H≤0.0003%

O≤0.001%

이들 각각 요소들의 최소 함량은 0% 이거나 극소량일 수 있다.

게다가, 벨트의 향상된 피로 저항력을 덩어내기 위해, 질소와 티탄 함량은 Ti×N≤2×10^-4, 더 낫게는 1×10^-4와 같아야 한다.

예를 들어 비교하자면, 마레이징 강 띠강판의 조성을 다음과 같이 구현하였다.

Ni= 18.1%, Co=16.2%, Mo=5.3%, Al=0.020%, Ti=0.013%, Si=0.03%, Mn=0.03%, C=0.003%, Ca=0.0005%, S=0.0007%, P=0.002%, N=0.0023%, O〈0.001%, H〈0.0001%, 나머지는 철과 불순물들이다. 이러한 불순물들은 특히 구리와 크롬인데 그 함량은Cu=0.07%, Cr=0.06%이다. 이 주조물의 마르텐사이트 변태점 Ms는 195℃이다.

이 띠강판은 두께가 0.4mm가 될 때까지 70%의 최종 냉각압연율로 냉각압연되었다.

예시로 든 첫번째 띠강판 A는 ASTM 지수 11의 미세 입자를 얻기 위해 통과 고로에서 수소로 1020℃의 온도에서 1분동안 다시 달구어졌고 그 다음 490℃에서 3시간동안 유지되며 경화되었다.

비교 예시에서 사용된 두번째 띠강판 B는 ASTM 지수 7의 거친 입자를 얻어내기 위해 통과 고로에서 1150℃에서 1분간 다시 달구어졌고 490℃에서 3시간 동안 유지되며 경화되었다.

띠강판 A와 B의 피로도 저항에 대한 비교 시험은 파동인장력 25 hertz, 최대응력 750MPa, 최소 응력 75Mpa에서 이루어졌다.

본 발명에 따른 띠강판의 피로 한계는 8×10⁸cycles 을 초과한 반면 띠강판 B의 피로 한계는 5×10⁸cycles이었다. 이 결과는 해당 띠강판의 피로 저항력을 향상시키는 데 있어 미세 입자가 매우 유리하다는 점을 보여준다.

띠강판 A와 B는 둘 다 1850MPa 이상의 탄성한계를 지녔다.

본 발명에 따른 마레이징 강의 화학 조성의 특정한 잇점을 명백히 하기 위해 니켈 18%, 코발트 9%, 몰리브덴 5%, 티탄 0.5%, 알루미늄 0.1%의 조성을 갖는 마레이징 강 띠강판을 또한 제조하였다. 이 띠강판은 본 발명의 과정에 따라 제조되었으며 그 입자의 ASTM 지수는 10, 탄성한계는 1910MPa이었다. 상기 실험과 동일한 조건에서 측정된 해당 띠강판의 피로 한계는 2×10⁸cycles이었다.

이러한 띠강판은 벨트나 또 다른 제품, IC 회로의 서포트 그리드와 같은 제품을 제작하기 위해서도 사용될 수 있다.

예를 들어, 본 발명에 따른 띠강판으로 내연기관용 트랜스미션 벨트를 제작하였다. 벨트는 U자형 꺽쇠로 구성되어 있는데 이 U자형 꺽쇠 역시 본 발명에 따른 좁은 띠강판으로 만들어진, 그리고 양 끝이 용접으로 접합된 고리에 의해 고정되어 있다. 이러한 벨트는 기존 기술에 따른 마레이징 강 띠강판으로 제작된 같은 벨트보다 10배 이상의 긴 수명을 갖는다.

Claims

냉간압연된 다음 열 경화처리로 경화된 마레이징 강 띠강판에서 절삭된 띠강판 혹은 조각의 제조 방법에 있어서,

상기 열 경화처리를 실시하기 이전에, 30% 이상의 냉간압연율로 냉간소성변형을 가하고, ASTM 지수 8이상의 미세 입자를 얻어내도록 다시 달구어서 재결정을 일으키도록 하며,

화학 조성은, 12%≤Ni≤24.5%, 2.5%≤Mo≤12%, 4.17%≤Co≤20%, Al%≤0.15%, Ti≤0.1%, N≤0.003%, Si≤0.1%, Mn≤0.1%, C≤0.005%, S≤0.001%, P≤0.005%, H≤0.0003%, O≤0.001%의 중량비를 나타내며,

나머지 중량비는 철 자체와 제작과정에서 초래되는 불순물로,

20%≤Ni+Mo≤27%, 50≤Co×Mo≤200, Ti×N≤2×10^-4의 중량비를 나타내는 것을 특징으로 하는 냉간압연된 다음 열 경화처리로 경화된 마레이징 강 띠강판에서 절삭된 띠강판 혹은 부품의 제조 방법.
제 1항에 있어서, 재결정을 일으키도록 다시 달구어진 이후 띠강판 혹은 조각을 1%에서 10% 사이의 압축률로 냉간압연하는 것을 특징으로 하는 냉간압연된 다음 열 경화처리로 경화된 마레이징 강 띠강판에서 절삭된 띠강판 혹은 부품의 제조 방법.
제 1항 혹은 제 2항에 있어서, 마레이징 강철이 VAR 과정을 통해 진공상태에서 재용해되거나 아니면 1차로 VAR 과정을 통해 진공상태에서 혹은 ESR 과정을 통해 전자도체 슬러지상태에서 재용해된 다음 2차로 VAR 과정을 통해 재용해되는 것을 특징으로 하는 냉간압연된 다음 열 경화처리로 경화된 마레이징 강 띠강판에서 절삭된 띠강판 혹은 부품의 제조 방법.
제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 450℃에서 550℃ 사이의 온도를 1시간 내지 10시간 유지함으로써 열 경화처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉간압연된 다음 열 경화처리로 경화된 마레이징 강 띠강판에서 절삭된 띠강판 혹은 부품의 제조 방법.
제 4항에 있어서, 열 경화처리 도중 혹은 그 이후, 질화처리를 통해 부품의 표면을 경화시키는 것을 특징으로 하는 냉간압연된 다음 열 경화처리로 경화된 마레이징 강 띠강판에서 절삭된 띠강판 혹은 부품의 제조 방법.
제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 열 경화처리가 고로에서 600℃에서 700℃ 사이의 온도에서 30초에서 3분 사이의 시간 동안 실행되는 것을 특징으로 하는 냉간압연된 다음 열 경화처리로 경화된 마레이징 강 띠강판에서 절삭된 띠강판 혹은 부품의 제조 방법.
제 6항에 있어서, 열 경화처리 이후 질화처리를 통해 부품의 표면을 경화시키는 것을 특징으로 하는 냉간압연된 다음 열 경화처리로 경화된 마레이징 강 띠강판에서 절삭된 띠강판 혹은 부품의 제조 방법.
띠강철 및 부품을 이루는 강철이 ASTM 지수 8 이상의 미세 입자를 가지며,

조성이, 12%≤Ni≤24.5%, 2.5%≤Mo≤12%, 4.17%≤Co≤20%, Al%≤0.15%, Ti≤0.1%, N≤0.003%, Si≤0.1%, Mn≤0.1%, C≤0.005%, S≤0.001%, P≤0.005%, H≤0.0003%, O≤0.001%의 중량비를 가지며,

나머지 중량비는 철 자체와 제작과정에서 초래되는 불순물로 20%≤Ni+Mo≤27%, 50≤Co×Mo≤200, Ti×N≤2×10^-4를 이루며,

경화 후 1850MPa 이상의 탄성한계를 갖는 것을 특징으로 하는 마레이징 강으로 된 두께 1mm 미만의 띠강철 혹은 조각.
제 8항에 따른, 띠강철 혹은 조각을 포함하는 트랜스미션 벨트.
제 1항에 따른 방법으로 제작된 부품으로 이루어진 집적회로의 서포트 그리드.