KR20090102791A

KR20090102791A - 고온 내마모성 및 굽힘 가공성이 우수한 내마모 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20090102791A
Application number: KR1020097014308A
Authority: KR
Inventors: 다쯔야 구마가이; 나오끼 사이또오
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2009-09-30
Also published as: EP2180076B1; WO2009087990A1; AU2009203476B2; CN101680071B; US20100139820A1; JPWO2009087990A1; BRPI0901014A2; CN101680071A; TWI341332B; AU2009203476A1; EP2180076A4; TW200940725A; KR101033711B1; EP2180076A1; JP4590012B2

Abstract

이 내마모 강판은, 질량%로, C : 0.13% 이상, 0.18% 이하, Si : 0.5% 이상, 1.0% 미만, Mn : 0.2% 이상, 0.8% 이하, P : 0.020% 이하, S : 0.010% 이하, Cr : 0.5% 이상, 2.0% 이하, Mo : 0.03% 이상, 0.30% 이하, Nb : 0.03% 초과, 0.10% 이하, Al : 0.01% 이상, 0.20% 이하, B : 0.0005% 이상, 0.0030% 이하, 및 N : 0.010% 이하를 함유하고, 잔량부로서 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하고, 성분 조성이, HI가 0.7 이상이며, 또한 Ceq가 0.50 초과인 것을 만족하고, HB(브리넬 경도)가 25℃에 있어서 360 이상, 440 이하이다.

Description

고온 내마모성 및 굽힘 가공성이 우수한 내마모 강판 및 그 제조 방법{WEAR-RESISTANT STEEL SHEET HAVING EXCELLENT WEAR RESISTANCE AT HIGH TEMPERATURES AND EXCELLENT BENDING WORKABILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 건설 기계나 산업 기계에 사용되는 고온 내마모성 및 굽힘 가공성이 우수한 내마모 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본원은, 2008년 1월 7일에 출원된 일본 특허 출원 제2008-000301호 및 2008년 10월 17일에 출원된 일본 특허 출원 제2008-268253호에 대해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

광산에서의 굴삭이나 토목 작업용 건설 기계에서는, 마모 때문에 빈번히 교환이 필요해지는 부재가 많이 있다. 그중에서도 특히 강재에 있어서 가혹한 조건이 되는 것은, 고온의 환경 하에서 사용되는 경우이다. 온도 상승에 의해 내마모 강은 경도가 저하되므로, 어느 온도 이상에서는 마모 속도가 급격하게 커진다. 특히 마모가 현저한 것은, 강한 충격에 의한 마찰열이 생기는 불도저의 버킷이나, 고온의 물체가 충돌하는 소결 코크스의 호퍼 등이며, 이러한 부재에서는, 부재를 구성하는 강판 표면의 온도가 일시적으로 300℃ 내지 400℃ 정도나 된다고 되어 있다. 빈번한 부재 교환은 설비 가동률의 저하를 초래하므로, 이와 같은 환경화에 있어서도 내마모성이 높은 강재(내마모 강)가 요망되게 된다.

한편, 다양한 형상의 부위에 적용하기 위해, 혹은 최대한 용접 부위를 줄이기 위해, 내마모 강에는 강판의 굽힘 가공성이 중요시되는 경우가 많다.

내마모성의 향상에는 경도를 높게 하는 것이 유효하다. 그러나 경도가 높은 강판은, 특히 굽힘 반경이 작은 굽힘을 행하였을 때에, 깨지거나, 균열이 생기는 일이 일어나기 쉬워진다. 또한 굽힘에 대한 변형 저항의 크기나, 스프링백을 고려하면, 강판의 경도가 높은 것은, 굽힘 가공에는 불리하다. 즉, 내마모성과 굽힘 가공성은 일반적으로는 상반된 특성이다. 예를 들어, HB500 클래스(상온에서의 브리넬 경도가 450 내지 550 정도)의 내마모 강은, 내마모성은 우수하지만, 굽힘 가공성은 그다지 좋지 않다. 이보다 경도가 낮은 HB400 클래스(상온에서의 브리넬 경도가 360 내지 440 정도)의 내마모 강은 비교적 용이하게 굽힘 가공을 할 수 있으므로, 가공을 필요로 하는 많은 부재에 적용되어 있지만, 내마모성, 특히 고온 환경에서의 내마모성은 충분하다고는 할 수 없다.

따라서, 굽힘 가공성과 고온 내마모성을 양립시키기 위해서는, 상온 경도가 HB400 클래스의 내마모 강에 고온 내마모성을 구비시키는 것이 유효한 방법이라 할 수 있다.

일반적으로, 내마모 용도의 강판에는 특별히 높은 인성값이 필요해지는 일은 없지만, 사용 중에 강판의 판 두께가 감소해도 깨짐이 발생하는 일이 없도록, 일정한 인성값을 구비할 필요가 있다. 한냉지에서의 사용을 고려해도, -40℃에서의 샤르피 흡수 에너지가 27J 이상이면 좋다고 생각된다.

본 발명자들은, 앞서 브리넬 경도 HB500 클래스의 고온 용도의 내마모 강으로서, 특허 문헌 1을 개시하였다. 이 문헌에 기재된 발명은, 고온 내마모성을 최우선으로 한 설계를 하고 있고, 굽힘 가공성을 향상시키는 특단의 대책은 취하고 있지 않고, 그로 인해 비교적 굽힘 반경이 완만한 용도로 한정된다.

특허 문헌 2는, 300℃ 내지 400℃가 되는 부위에 사용하는 중 상온용 내마모 강에 관한 것이다. 여기서는 인성이나 가공성에 대해서는 고려되고 있지 않고, 그들의 특성도 개시되어 있지 않지만, Si가 상당히 높기 때문에 인성은 높지 않고, 가공성도 높지 않다고 생각된다.

특허 문헌 3은, 굽힘 가공성이 우수한 HB400 클래스의 내마모 강에 관한 것이지만, 고온 환경 하에서의 내마모성에 대해서는 전혀 고려되고 있지 않다.

이와 같이, 굽힘 가공성이 좋은 HB400 클래스 내마모 강이고, 또한 300℃ 내지 400℃가 되는 고온 환경 하에 있어서도 높은 내마모성을 구비하는 내마모 강판으로서는, 지금까지 적절한 것이 발견되지 않는다.

게다가, 내마모 강판은 소모품이므로, 경제성도 중요한 요소이며, 고가의 합금 원소의 첨가량은 최대한 낮은 것이 바람직하다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2001-49387호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 평3-243743호 공보

특허 문헌 3 : 일본 특허 출원 공개 제2005-240135호 공보

도 1은 Nb 첨가량과 350℃에 있어서의 내마모성의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 2는 HI와 350℃에 있어서의 내마모성의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명은, 굽힘 가공성이 좋은 HB400 클래스의 상온 경도이며, 또한 300℃ 내지 400℃가 되는 고온 환경 하에 있어서도 높은 내마모성을 구비하고, 또한 경제성도 우수한 내마모 강의 제공을 목적으로 한다.

300℃ 내지 400℃가 되는 고온에서의 내마모성을 높이기 위해서는, 이 온도에 있어서의 경도를 최대한 높게 유지하는 것이 중요하다고 생각된다. 한편, HB400 정도의 상온 경도를 가장 경제적으로 얻는 수단은, 조직을 마르텐사이트로 하는 것이다. 그러나, 마르텐사이트 조직의 강판은, 온도 상승에 의한 경도의 저하가 크다. 그래서, HB400 정도의 상온 경도를 갖는 마르텐사이트 조직을 함유하는 강(마르텐사이트 조직강)에 대해, 고온 경도를 가능한 한 유지한다고 하는 관점에서, 고온 내마모성을 향상시키는 검토를 행하였다.

본 발명이 상정하고 있는 것은 300℃ 내지 400℃가 되는 고온 환경 하이지만, 특성 평가의 대표 온도를 350℃로 하고, 다양한 화학 조성을 갖는 마르텐사이트 조직강에 대해, 350℃에 있어서의 내마모성을 조사하였다. 내마모성 평가는 이하와 같이 행하였다. ASTMG99-05에 준거한 핀 온 디스크 타입 마모 시험 장치에 있어서 샘플의 온도를 제어할 수 있도록 하여, 샘플 온도를 350℃로 한 마모 시험을 행하고, 시험 샘플과 표준 샘플(SS400)의 마모량을 측정하였다. 그리고 SS400을 표준 샘플로서, [SS400의 마모량/시험 샘플의 마모량]을 350℃ 내마모성비로서 정의하고, 이 350℃ 내마모성비를 구하였다. 이 값이 클수록 350℃에서의 내마모성이 양호하다고 할 수 있다.

도 1은, 0.15%C-0.57%Si-0.41%Mn-1.37%Cr-0.08%Mo-0.012%Ti-0.0011%B-0.0032%N을 기본 조성으로 하여 Nb량을 변화시킨 마르텐사이트 조직강의, Nb 첨가량과 350℃ 내마모성비의 관계이다. Nb 첨가량이 0부터 0.03%까지는, 350℃ 내마모성비는 그다지 변화하지 않지만, Nb 첨가량이 0.03%를 초과하면, 350℃ 내마모성비는 크게 향상된다. 압연 중에 석출되는 Nb 탄질화물은 재결정을 억제하여 조직을 미세화하므로, Nb는 통상 이 목적으로 0.01 내지 0.02%가 첨가된다. 그러나 압연 중에 석출된 Nb 탄질화물은, 고온 경도에는 그다지 기여하지 않는다. 한편, 강판에 고용 상태로 존재하는 Nb는, 300℃ 내지 400℃에 있어서는 고용 상태 그대로이거나, 매우 미세한 탄질화물로서 존재하여, 그 모두가 고온 경도 향상에 기여한다고 추측된다. 즉, 압연 중에 석출되는 양을 크게 초과하는 양의 Nb 첨가와, 적절한 압연 및 냉각 조건의 선택에 의해, 강판 중의 고용 Nb를 증가시킴으로써, 강판이 350℃로 가열된 시점에서의 경도를 높이고, 그 결과 350℃ 내마모성을 향상시킬 수 있다고 생각된다.

발명자들은, 25℃에서의 HB가 360 내지 440의 범위 내에 있는 더 많은 마르텐사이트 조직강에 대해, 합금 원소와 350℃ 내마모성의 관계를 상세하게 해석하였다. 그 결과, 350℃ 내마모성비를 화학 조성으로부터 예측하는 하기의 식 (1)을 도출하였다.

[식 1]

여기서, [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], [Nb], [Ti] 및 [V]는 각각, C, Si, Mn, Cr, Mo, Nb, Ti 및 V의 함유량(질량%)이다. 식 1 중, Nb의 항에 있어서 0.02를 감소시키고 있는 것은, 압연 중에 석출되는 양을 고려하였기 때문이다.

도 2는, HI와, 마르텐사이트 조직강의 350℃ 내마모성비의 관계를 나타낸다.

본 발명에 있어서의 고온 내마모성의 목표값은, 상기 350℃ 내마모성비가 3.0 이상, 즉 마모감량이 SS400의 3분의 1 이하가 되는 것이라고 설정한다. 이 목표값을 만족하기 위해서는, 도 2의 관계로부터, HI를 0.7 이상으로 하면 좋은 것을 알 수 있다. 또한, HI를 0.8 이상으로 하면, 내마모성비는 4.0 이상이 되고, 더욱 양호한 내마모성을 얻을 수 있다.

식 1에 따르면, 마르텐사이트 조직강의 350℃ 내마모성의 향상에는, Nb 외에, Si, Cr, Mo 및 V를 많이 첨가하는 것이 유효하다.

이 중 Mo 및 V는, 종래부터 고온용 강에 많이 사용되고 있는 원소이지만, 최근 가격이 매우 상승하고 있어, 경제성의 관점에서는 그 첨가량은 최대한 작게 하는 것이 바람직하다.

이에 대해 Si 및 Cr은, 비교적 저렴한 원소이므로, 350℃ 내마모성의 향상에 유리한 원소라고 할 수 있다. 또한, Mn은 오히려 저감시키는 쪽이, 350℃ 내마모성에는 유리하다.

한편, 판 두께의 중심까지 마르텐사이트 조직을 얻기 위해서는, 충분한 켄칭성을 확보하는 것이 필요하다. 내마모 강의 적용 판 두께는, 대부분이 50㎜까지이다. 하기 Ceq가 0.50 초과이면, 50㎜의 두께의 강판의 중심까지 마르텐사이트 조직을 얻을 만큼 켄칭성을 확보할 수 있다.

여기서, [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cr], [Mo] 및 [V]는 각각, C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo 및 V의 함유량(질량%)이다.

또한 인성에 대해, -40℃에서의 샤르피 흡수 에너지를 27J 이상으로 하기 위해서는, Si, P, S, Cr, Mo, Al, B 및 N의 함유량의 상한을 적절하게 규제할 필요가 있다.

본 발명은, 이들 지식에 기초하여 이루어진 것이며, 그 요지로 하는 바는 하기와 같다.

(1) 본 발명의 고온 내마모성 및 굽힘 가공성이 우수한 내마모 강판은, 질량%로, C : 0.13% 이상, 0.18% 이하, Si : 0.5% 이상, 1.0% 미만, Mn : 0.2% 이상, 0.8% 이하, P : 0.020% 이하, S : 0.010% 이하, Cr : 0.5% 이상, 2.0% 이하, Mo : 0.03% 이상, 0.30% 이하, Nb : 0.03% 초과, 0.10% 이하, Al : 0.01% 이상, 0.20% 이하, B : 0.0005% 이상, 0.0030% 이하, 및 N : 0.010% 이하를 함유하고, 잔량부로서 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하고, 성분 조성이, 하기 HI가 0.7 이상이며, 또한 Ceq가 0.50 초과인 것을 충족시키고, HB(브리넬 경도)가 25℃에 있어서 360 이상, 440 이하이다.

여기서, [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cr], [Mo], [Nb], [Ti] 및 [V]는 각각 C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, Nb, Ti 및 V의 함유량(질량%)이다.

(2) 상기 (1)에 기재된 본 발명의 고온 내마모성 및 굽힘 가공성이 우수한 내마모 강판에서는, 질량%로, Cu : 0.05% 이상, 1.5% 이하, Ni : 0.05% 이상, 1.0% 이하, Ti : 0.003% 이상, 0.03% 이하, 및 V : 0.01% 이상, 0.20% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 함유해도 좋다.

(3) 본 발명의 고온 내마모성 및 굽힘 가공성이 우수한 내마모 강판의 제조 방법은, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 조성을 갖는 강편 또는 주조편을 1200℃ 이상으로 가열하고, 960℃ 이하 900℃ 이상에 있어서 누적 압하율이 30% 이상 65% 이하의 열간 압연을 행하고, 900℃ 이상에서 열간 압연을 종료하고, 열간 압연 종료 후 그대로 판 두께 중심부에 있어서의 냉각 속도가 5℃/s 이상이 되도록 200℃ 이하까지 가속 냉각하거나, 혹은 열간 압연 종료 후 200℃ 이하까지 냉각한 후에 Ac3 변태점 이상의 온도로 재가열하고, 판 두께 중심부에 있어서의 냉각 속도가 5℃/s 이상이 되도록 200℃ 이하까지 가속 냉각한다.

본 발명에 따르면, 굽힘 가공성이 좋은 HB400 클래스의 상온 경도를 갖고, 또한 300℃ 내지 400℃가 되는 고온 환경 하에 있어서도 높은 내마모성을 구비하고, 또한 경제성도 우수한 내마모 강판을 용이하게 제조할 수 있다.

이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 내마모 강판의 강 성분의 한정 이유를 서술한다.

C는 마르텐사이트의 경도를 결정하는 중요한 원소이다. 본 발명에 있어서, 판 두께 50㎜까지의 판 두께 중심부에 있어서의 상온 HB를 360 이상, 440 이하로 하기 위해, C의 범위를 0.13% 이상 0.18% 이하로 한다.

Si는, 350℃ 내마모성을 향상시키는 데 특히 유효한 원소이며, 합금 가격도 저렴하다. 그러나 다량의 Si 첨가는 인성을 저하시키고, 가공성도 저하시킨다. 이러한 이유로, Si 첨가량은 0.50% 이상, 1.0% 미만으로 한다. 가공성을 보다 중시하는 경우에는, Si 첨가량은 0.8% 미만이 바람직하다.

Mn은, MnS를 형성함으로써, S의 입계 편석에 의한 인성 저하나 굽힘 가공성 저하를 회피하기 위해 필수이며, 0.2% 이상을 첨가한다. Mn은 켄칭성을 높이므로, 판두께 50㎜까지의 판 두께 중심부에 있어서의 상온 경도를 확보하기 위해서는 많이 첨가하는 편이 좋다. 그러나 한편으로 Mn은 고온 강도를 저하시키므로, 350℃ 내마모성을 오히려 저하시킨다. 이것으로부터 Mn의 첨가량은, 바람직하게는 0.5% 미만의 범위이다. 켄칭성을 높이는 목적에서도 상한을 0.8%로 한다. 따라서 Mn 첨가량은 0.2% 이상, 0.8% 이하이며, 바람직하게는 0.2% 이상, 0.5% 미만의 범위이다.

P는, 불가피적 불순물로서, 굽힘 가공성이나 인성을 저하시키는 유해한 원소이다. 따라서, 함유량을 0.020% 이하로 억제한다. 더욱 바람직하게는, 0.010% 이하로 한다. P는 굽힘 가공성이나 인성을 위해서는 낮을수록 바람직하지만, 0.0005% 미만으로 저감시키기 위해서는 정련 비용의 증대가 피할 수 없기 때문에, 이러한 매우 낮은 레벨로 제한할 필요는 없다.

S는, 역시 불가피적 불순물로서, 굽힘 가공성이나 인성을 저하시키는 유해한 원소이다. 따라서, 함유량을 0.010% 이하로 억제한다. 더욱 바람직하게는, 0.005% 이하로 한다. S는, 굽힘 가공성이나 인성을 위해서는 낮을수록 바람직하지만, 0.0005% 미만으로 저감시키기 위해서는 정련 비용의 증대를 피할 수 없기 때문에, 이와 같은 매우 낮은 레벨로 제한할 필요는 없다.

Cr은, 켄칭성을 향상시키고, 또한 350℃ 내마모성의 향상에도 유효하므로, 적어도 0.5% 이상 첨가한다. 판 두께 50㎜까지의 판 두께 중심부에 있어서의 충분한 켄칭성을 얻기 위해서는, 첨가량은 1.0% 이상이 바람직하다. 그러나, 과잉으로 첨가하면 인성을 저하시키는 경우가 있으므로, 함유량은 2.0% 이하로 한다.

Mo는, 350℃ 내마모성을 향상시키는 동시에, Nb의 존재하에서는 미량 첨가로 크게 켄칭성을 높이는 효과가 있다. 그로 인해 0.03% 이상의 첨가를 필수로 한다. 그러나 과잉으로 첨가하면 인성을 저하시키는 경우가 있으므로, Mo 첨가량은 0.30%를 상한으로 한다. 또한 Mo는 최근 매우 고가이며, 합금 비용을 억제하는 관점에서는 첨가량은 0.10 % 미만으로 하는 것이 바람직하다.

Nb는, 강판 중에 고용 상태로 존재함으로써, 350℃ 내마모성의 향상에 매우 유효하다. 충분한 고용 Nb를 확보하기 위해 필요한 Nb 첨가량은 0.03% 초과이며, 더욱 바람직하게는 0.04% 이상이다. 본 발명에 있어서는, 상온에서의 브리넬 경도 HB360 이상을 확보하기 위해 C를 0.13% 이상 포함하므로, Nb량이 많으면 Nb(CN)가 가열시에 충분히 고용하지 않는 경우가 있다. 이와 같은 미고용 Nb는 고온 경도 향상에는 기여하지 않고, 또한 인성 저하의 원인이 되는 경우도 있다. 이로 인해, Nb 첨가량은 0.10% 이하, 더욱 바람직하게는 0.08% 이하로 한다.

Al은, 탈산 원소 또는 개재물 형태 제어 원소로서 0.01% 이상 첨가한다. 또한, 켄칭성 향상에 필요한 프리B를 확보하기 위해 N을 고정할 목적에서는 0.05% 이상을 첨가한다. 어떠한 경우도 과잉의 첨가는 인성을 저하시키는 경우가 있으므로 상한은 0.20%로 하고, 바람직하게는 0.10%이다.

B는, 켄칭성을 향상시키기 위해 매우 유효한 필수 원소이다. 그 효과를 발휘하기 위해서는 0.0005% 이상 필요하지만, 0.0030%를 초과하여 첨가하면 용접성이나 인성을 저하시키는 경우가 있으므로, B의 함유량은 0.0005% 이상, 0.0030% 이하로 한다.

N은, 과잉으로 함유되면 인성을 저하시키는 동시에, BN을 형성하여 B의 켄칭성 향상 효과를 저해하므로, 함유량을 0.010% 이하로 억제한다. 더욱 바람직하게는, 0.006% 이하이다. N은, 인성이나 BN 형성 회피를 위해서는 낮을수록 바람직하지만, 0.001% 미만으로 저감시키기 위해서는 정련 비용의 증대를 피할 수 없기 때문에, 이와 같은 매우 낮은 레벨로 제한할 필요는 없다.

이상은, 본 발명에 있어서의 강의 기본 성분이지만, 본 발명에서는 상기 성분의 외에, Cu, Ni, V, Ti 중 1종 또는 2종 이상 더 첨가할 수 있다.

Cu는, 인성을 저하시키지 않고 경도를 향상시킬 수 있는 원소이며, 그 목적을 위해 0.05% 이상 첨가해도 좋다. 그러나, 너무 과잉으로 Cu를 첨가하면 역시 인성을 저하시키는 경우가 있으므로, 첨가량은 1.5% 이하로 한다.

Ni는 인성을 향상시키기 위해 유효한 원소이며, 그 목적을 위해 0.05% 이상 첨가해도 좋다. 그러나, Ni는 고가의 원소이므로, 첨가는 1.0% 이하로 한다.

V는 350℃ 내마모성 향상에 유효한 원소이다. 이 목적을 위해 0.01% 이상을 첨가해도 좋다. 그러나 V도 고가의 원소이며, 또한 과잉으로 첨가하면 인성의 저하를 초래하는 경우가 있으므로, 첨가하는 경우라도 0.20% 이하로 한다.

Ti는, N을 TiN으로서 고정함으로써 BN을 형성시키지 않도록 하여, 켄칭성 향상에 필요한 프리B를 확보하기 위해 첨가하는 경우가 있고, 이 목적을 위해서는 0.003% 이상 첨가한다. 그러나, Ti 첨가에 의해 350℃ 내마모성은 저하되는 경향이 있다. 따라서, Ti의 첨가량은 0.030% 이하로 한다.

이상의 성분 범위의 한정에 가하여, 상술한 바와 같이 본 발명에서는 식 1의 HI가 0.7 이상이며, 또한 Ceq가 0.50 초과가 되도록 성분 조성을 한정한다. 단, HI나 Ceq를 너무 높게 하면 인성 저하를 초래하는 경우가 있으므로, HI는 1.2 이하, Ceq는 0.70 이하인 것이 바람직하다.

다음에 본 발명의 내마모 강판의 제조 방법에 대해 서술한다.

우선, 상기한 강 성분 조성의 강편(슬래브) 또는 주조편을 가열하여 열간 압연을 행한다.

본 발명에 있어서 열간 압연에 선행하는 강편 또는 주조편의 제조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 즉, 용광로, 전로(轉爐)나 전기로 등에 의한 용제(溶製)에 이어서, 각종 2차 정련으로 원하는 성분 함유량이 되도록 성분 조정을 행하고, 계속해서 통상의 연속 주조, 잉곳법에 의한 주조 외에, 박슬래브 주조 등의 방법으로 주조하면 좋다. 원료에는 스크랩을 사용해도 상관없다. 연속 주조에 의해 얻은 슬래브의 경우에는 고온 주조편 그대로 열간 압연기에 직송해도 좋고, 실온까지 냉각 후에 가열로로 재가열한 후에 열간 압연해도 좋다. 강편 또는 주조편의 성분은, 전술한 본 발명의 내마모 강판의 성분과 마찬가지이다.

강편 또는 주조편의 가열 온도는, Nb가 충분히 고용하도록 1200℃ 이상으로 한다. 단, 가열 온도를 매우 높게 하면 오스테나이트 조직이 조대화하고, 그로 인해 열간 압연 후의 조직이 충분히 미세화되지 않아 인성을 저하시키는 경우가 있으므로, 강편 또는 주조편의 가열 온도는 1350℃ 이하가 바람직하다.

열간 압연에 있어서는, 960℃ 이하 900℃ 이상에 있어서 누적 압하율을 30% 이상, 65% 이하로 한다. 압연 중의 Nb 탄질화물의 석출을, 조직의 미세화에 필요한 최소한으로 하기 위해, 이 온도 및 압하율의 범위로 한정한다.

또한, 불필요한 Nb 탄질화물의 석출을 회피하여 고용 Nb를 많이 남게 위해, 열간 압연은 900℃ 이상에서 종료한다. 또한, 열간 압연의 종료 온도는 960℃ 이하로 할 필요가 있다.

열간 압연 후, 마르텐사이트 조직을 얻기 위해, 직접 켄칭 또는 재가열 켄칭에 의해 가속 냉각을 행한다.

직접 켄칭의 경우, 열간 압연 종료 후, 즉시 5℃/s 이상의 냉각 속도(판 두께 중심부에 있어서의 냉각 속도)로 200℃ 이하의 온도까지 가속 냉각을 행한다.

재가열 켄칭의 경우, 열간 압연 종료 후, 200℃ 이하의 온도까지 일단 냉각하여(이때의 냉각 속도는 임의임), 그 후, Ac3 변태점 이상의 온도로 재가열하고, 판 두께 중심부에 있어서의 냉각 속도가 5℃/s 이상이 되도록 200℃ 이하까지 가속 냉각한다.

직접 켄칭한 경우의 열간 압연 종료 후의 가속 냉각 및 재가열 켄칭의 경우의 재가열 후의 가속 냉각에 있어서의 냉각 속도는, 판 두께가 얇아질수록 커진다. 본원에서는 대상으로 하는 판 두께는 주로 4.5㎜ 내지 50㎜ 정도를 상정하고 있다. 판 두께 4.5㎜에서의 냉각 속도는 매우 커지는 경우가 있지만, 그에 따른 문제는 특별히 없고, 냉각 속도의 상한은 규정하지 않는다.

템퍼링 열처리는 특별히 필요없지만, 300℃ 이하의 온도에서 열처리해도 강판의 모든 특성은 본 발명을 일탈하지 않는다.

표 1, 표 2에 나타내는 조성을 갖는 A 내지 AI의 강을 용제하여 얻어진 강편을 1230℃ 이상으로 가열 후, 표 3, 표 4에 나타내는 각각의 제조 조건에서, 판 두께 6 내지 45㎜의 강판을 제조하였다(강판 번호 1 내지 강판 번호 17이 본 발명예이며, 강판 번호 18 내지 강판 번호 44가 비교예임).

이들 강판에 대해, 상온 경도, 350℃에서의 내마모성, 굽힘 가공성 및 인성을 평가하였다.

상온 경도에 대해서는, 브리넬 경도 시험 방법(JIS Z 2243)에 의해, 25℃에서 측정하였다. 상온 경도의 목표값은 HB360 이상, HB440 이하이다.

내마모성은, 상술한 바와 같이 ASTMG99-05에 준거한 핀 온 디스크 타입 마모 시험 장치에 있어서 샘플의 온도를 350℃로 한 마모 시험을 행하고, SS400을 표준 샘플로 하여, 내마모성비(SS400의 마모량/시험 샘플의 마모량)를 구하였다. 내마모성의 목표값은 내마모성비 3.0 이상이다.

굽힘 가공성의 평가는 이하와 같이 행하였다. JIS Z 2248로 규정한 방법으로, 시험편 JIS1호에 의해 판 두께의 4배의 굽힘 반경(4t)으로의 C 방향 180도 굽힘을 행하고, 굽힘 시험 후에 만곡부의 외측을 관찰하였다. 만곡부의 외측에 균열 손상이나 그 밖의 결함이 생기지 않은 경우에 합격으로 하였다.

인성의 평가는 이하와 같이 행하였다. JIS Z 2201 4호 샤르피 시험편을 판 두께 중심부로부터 압연 방향으로 직각에 채취하고, -40℃에 있어서의 충격 시험을 행하여 흡수 에너지값을 측정하였다. 그리고 3개의 시험편의 -40℃에 있어서의 충격 시험의 흡수 에너지값의 평균값을 구하였다. 인성의 목표값은, 이 평균값이 27J 이상으로 하였다.

얻어진 결과를 표 5, 표 6에 나타낸다.

또한, 표 1 내지 표 6에 있어서, 밑줄친 수치는, 본 발명 외의 성분값이나, 온도 조건 및 특성이 불충분한 것을 나타낸다.

표 5의 본 발명예의 강판 번호 1 내지 강판 번호 17에 있어서는, 모두 상기한 상온 경도, 350℃에서의 내마모성, 굽힘 가공성 및 인성 목표값을 만족하고 있다. 이에 대해, 본 발명에 의해 한정된 화학 조성 범위를 일탈한 강 성분의 비교예의 강판 번호 18 내지 강판 번호 40에 있어서는, 제조법은 본 발명법임에도 불구하고, 상온 경도, 350℃에서의 내마모성, 굽힘 가공성 및 인성 중 1개 이상이 목표값에 만족하지 않는다. 또한 본 발명의 강 성분이지만 본 발명의 제조법을 일탈한 비교예의 강판 번호 41 내지 강판 번호 44에 있어서도, 역시 상온 경도, 350℃의 내마모성, 굽힘 가공성 및 인성 중 하나 이상에서 불합격으로 되어 있다.

본 발명에 따르면, 굽힘 가공성이 좋은 HB400 클래스의 상온 경도를 갖고, 또한 300℃ 내지 400℃의 고온 환경 하에 있어서도 높은 내마모성을 구비하고, 또한 경제성도 우수한 내마모 강판을 용이하게 제조할 수 있다. 이로 인해 강한 충격에 의한 마찰열이 발생하는 불도저의 버킷이나, 고온의 물체가 충돌하는 소결 코크스의 호퍼 등의 고온 환경 하에서 높은 내마모성이 요구되는 건설 기계나 산업 기계 등의 부재에 적절하게 이용할 수 있다.

Claims

질량%로,

C : 0.13% 이상, 0.18% 이하,

Si : 0.5% 이상, 1.0% 미만,

Mn : 0.2% 이상, 0.8% 이하,

P : 0.020% 이하,

S : 0.010% 이하,

Cr : 0.5% 이상, 2.0% 이하,

Mo : 0.03% 이상, 0.30% 이하,

Nb : 0.03% 초과, 0.10% 이하,

Al : 0.01% 이상, 0.20% 이하,

B : 0.0005% 이상, 0.0030% 이하, 및

N : 0.010% 이하를 함유하고,

잔량부로서 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하고,

성분 조성이, 하기 HI가 0.7 이상이며, 또한 Ceq가 0.50 초과인 것을 만족하고,

HB(브리넬 경도)가 25℃에 있어서 360 이상, 440 이하인 것을 특징으로 하는, 고온 내마모성 및 굽힘 가공성이 우수한 내마모 강판.

여기서, [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cr], [Mo], [Nb], [Ti] 및 [V]는 각각, C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, Nb, Ti 및 V의 함유량(질량%)임.
제1항에 있어서, 질량%로, Cu : 0.05% 이상, 1.5% 이하, Ni : 0.05% 이상, 1.0% 이하, Ti : 0.003% 이상, 0.03% 이하, 및 V : 0.01% 이상, 0.20% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 고온 내마모성 및 굽힘 가공성이 우수한 내마모 강판.
제1항 또는 제2항에 기재된 조성을 갖는 강편 또는 주조편을 1200℃ 이상으로 가열하고, 960℃ 이하 900℃ 이상에 있어서 누적 압하율이 30% 이상 65% 이하인 열간 압연을 행하고, 900℃ 이상에서 열간 압연을 종료하고,

열간 압연 종료 후 그대로 판 두께 중심부에 있어서의 냉각 속도가 5℃/s 이상이 되도록 200℃ 이하까지 가속 냉각하거나, 혹은 열간 압연 종료 후 200℃ 이하까지 냉각한 후에 Ac3 변태점 이상의 온도로 재가열하고, 판 두께 중심부에 있어서의 냉각 속도가 5℃/s 이상이 되도록 200℃ 이하까지 가속 냉각하는 것을 특징으로 하는, 고온 내마모성 및 굽힘 가공성이 우수한 내마모 강판의 제조 방법.