KR20090123006A - 가공성이 우수한 내마모 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

파워 셔블 등 토사와 접촉하는 부재용으로서 적합하고, 굽힘 가공성이 우수한 내마모 강판 및 그 제조 방법을 제공한다. 구체적으로는, 질량％ 로, C : 0.05 ∼ 0.35 ％, Si : 0.05 ∼ 1.0 ％, Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％, Ti : 0.1 ∼ 1.2 ％, Al : 0.1 ％ 이하, 추가로 Cu : 0.1 ∼ 1.0 ％, Ni : 0.1 ∼ 2.0 ％, Cr : 0.1 ∼ 1.0 ％, Mo : 0.05 ∼ 1.0 ％, W : 0.05 ∼ 1.0 ％, B : 0.0003 ∼ 0.0030 ％ 의 1 종 또는 2 종 이상을 함유하고, 하기 식으로 나타내는 DI* 가 60 미만이고, 또한 필요에 따라, Nb : 0.005 ∼ 1.0 ％, V : 0.005 ∼ 1.0 ％ 의 1 종 또는 2 종, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강판. DI* ＝ 33.85 × (0.1 × C*)0.5 × (0.7 × Si ＋ 1) × (3.33 × Mn ＋ 1) × (0.35 × Cu ＋ 1) × (0.36 × Ni ＋ 1) × (2.16 × Cr ＋ 1) × (3 × Mo* ＋ 1) × (1.5 × W* ＋ 1) (1) 단, C* ＝ C － 1/4 × (Ti － 48/14N), Mo* ＝ Mo × (1 － 0.5 × (Ti － 48/14N)), W* ＝ W × (1 － 0.5 × (Ti － 48/14N))

Description

가공성이 우수한 내마모 강판 및 그 제조 방법{ABRASION-RESISTANT STEEL SHEET HAVING EXCELLENT PROCESSABILITY, AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}
본 발명은, 건설 (construction), 토목 (civil engineering), 광산 (mining) 등의 분야에서 사용되는, 예를 들어, 파워 셔블 (power shovels), 불도저 (bulldozers), 호퍼 (hoppers), 버킷 (buckets) 등의 산업 기계 (industrial machine) 나 운반 기기 (transporting machine) 등에서, 토사 (earth and sand) 와의 접촉에 의한 마모 (wear or abrasion) 가 문제가 되는 부재용으로서 적합한 내마모 강판 (abrasion resistant steel) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 굽힘 가공성 (bending formability) 이 우수한 것에 관한 것이다.
흙, 모래 등에 의한 마모를 받는 부재에는, 장수명화를 위해 내마모성이 우수한 강재가 사용된다. 강재의 내마모성 (abrasion resistant property) 은, 고경도화함으로써 향상되는 것이 알려져, 내마모성이 요구되는 부재에는, Cr, Mo 등의 합금 원소를 대량으로 첨가한 강재에 담금질 등의 열처리를 실시하여 고경도화된 강재가 사용되어 왔다.
예를 들어, 일본 공개특허공보 소62-142726호에는, C : 0.10 ∼ 0.19 ％ 를 함유하고, Si, Mn 을 적정량 함유하고, Ceq 를 0.35 ∼ 0.44 ％ 로 한정한 강을, 열간 압연 후 직접 담금질하거나, 또는 900 ∼ 950 ℃ 로 재가열한 후 담금질하고, 300 ∼ 500 ℃ 에서 템퍼링하여, 강판 표면 경도를 300 HV (Vickers hardness) 이상으로 하는 내마모 강판의 제조 방법이 제안되어 있다.
일본 공개특허공보 소63-169359호에는, C : 0.10 ∼ 0.20 ％ 를 함유하고, Si, Mn, P, S, N, Al 을 적정량으로 조정하거나, 또는 추가로 Cu, Ni, Cr, Mo, B 의 1 종 이상을 함유하는 강에, 열간 압연 후 직접 담금질하거나, 또는 압연 후 방랭시킨 후, 재가열하고 담금질하여, 340 HB (Brinell hardness) 이상의 경도를 부여하는 내마모 후강판의 제조 방법이 제안되어 있다.
일본 공개특허공보 평1-142023호에는, C : 0.07 ∼ 0.17 ％ 를 함유하고, Si, Mn, P, S, N, Al 을 적정량으로 조정하거나, 또는 추가로 Cu, Ni, Cr, Mo, B 의 1 종 이상을 함유하는 강에, 열간 압연 후 바로 담금질하거나, 또는 일단 실온까지 공랭시킨 후에 재가열하고 담금질하여, 표면 경도가 321 HB 이상이고, 굽힘 가공성이 우수한 강판으로 하는 내마모 강판의 제조 방법이 제안되어 있다.
일본 공개특허공보 소62-142726호, 일본 공개특허공보 소63-169359호 및 일본 공개특허공보 평1-142023호에 기재된 기술은, 합금 원소를 다량으로 첨가하고, 고용 경화 (solid solution hardening), 변태 경화 (transformation hardening), 석출 경화 (precipitation hardening) 등을 활용하여 고경도화함으로써, 내마모 특성을 향상시켰다. 그러나, 합금 원소를 다량으로 첨가하고, 고용 경화, 변태 경화, 석출 경화 등을 활용하여 고경도화한 경우에는, 용접성 (weldability), 가공성 (formability) 이 저하되게 되어, 더욱 제조 비용이 비싸진다.
그런데, 내마모성이 요구되는 부재의 경우, 사용 조건에 따라서는, 표면 및 표면 근방만을 고경도화하여 내마모성을 향상시키기만 해도 되는 경우가 있어, 이와 같은 경우에 사용되는 강재는, Cr, Mo 등의 합금 원소를 다량으로 첨가할 필요는 없고, 담금질 처리 등의 열처리를 실시하여 표면 및 표면 근방만을 담금질 조직 (hardened structure) 으로 하는 것을 생각해 볼 수 있다.
그러나, 담금질 조직의 고경도화를 위해서는, 일반적으로 강재의 고용 C 량을 증가시킬 필요가 있는데, 고용 C 량의 증가는 용접성의 저하, 굽힘 가공성의 저하 등을 초래하고, 특히 굽힘 가공성의 저하는 부재로서 필요한 굽힘 가공이 제한되어 사용 조건이 한정된다.
이 때문에, 과도하게 고경도화를 도모하지 않고, 내마모 특성을 향상시킬 수 있는 내마모 강판이 요망되어, 일본 특허공보 제3089882호에는, C : 0.10 ∼ 0.45 ％ 를 함유하고, Si, Mn, P, S, N 을 적정량으로 조정하고, 추가로 Ti : 0.10 ∼ 1.0 ％ 함유하고, 평균 입경 0.5 ㎛ 이상의 TiC 석출물 또는 TiC 와 TiN, TiS 의 복합 석출물을 400 개/㎟ 이상 함유하고, Ti* 가 0.05 ％ 이상 0.4 ％ 미만으로 하는 표면 성상이 우수한 내마모 강이 제안되어 있다.
또한, 일본 공개특허공보 평4-41616호에는, C : 0.05 ∼ 0.45 ％, Si : 0.1 ∼ 1.0 ％, Mn : 0.1 ∼ 1.0 ％, Ti : 0.05 ∼ 1.5 ％ 를 함유하고, 표면 경도를 브리넬 경도 (Brinell hardness) 로 401 이하로 함으로써, 굽힘 가공성을 향상시킨 내마모 강판의 제조 방법이 제안되어 있다.
일본 특허공보 제3089882호, 일본 공개특허공보 평4-41616호에 기재된 기술 에 따르면, 응고시에 조대 (粗大) 한 TiC 를 주체로 하는 석출물을 생성시켜, 과도하게 고경도화시키지 않고 저렴하게 내마모성을 향상시킬 수 있다.
그러나, 일본 특허공보 제3089882호에 기재된 기술에서는, 담금질 열처리를 실시하여, 조직을 담금질 상태의 마텐자이트 조직 (martensitic structure) 으로 하고 있기 때문에 강도가 높고, 그 결과, 굽힘 가공시의 변형 저항 (deformation resistance) 이 높아지기 때문에, 굽힘 가공이 용이하다고는 하기 어려워, 굽힘 가공성에 문제를 남겼다.
일본 공개특허공보 평4-41616호에 기재된 기술은, 굽힘 가공성을 확보하기 위해 표면 경도를 브리넬 경도로 401 이하로 규정하고 있는데, 합금 원소의 첨가량이 많기 때문에, 인장 강도는 780 ㎫ 를 초과하여, 가공시의 하중을 저감시키는 관점에서는 충분한 굽힘 가공성이 달성된 것은 아니다.
또한, 일본 공개특허공보 소62-142726호, 일본 공개특허공보 소63-169359호, 일본 공개특허공보 평1-142023호, 일본 공개특허공보 평4-41616호 중 어느 것에 기재된 내마모 강이라도 열처리를 실시하는 것이 필수여서, 제조 공기 (工期), 제조 비용 (production cost) 면에서 과제를 남겼다.
그래서, 본 발명은, 열간 압연의 상태에서 열처리를 실시하지 않고 제조할 수 있고, 내마모성 및 굽힘 가공성이 우수한 내마모 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 개시
발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위해, 내마모성과 굽힘 가공성에 영향을 주는 각종 요인에 대해 예의 연구를 거듭하여, Ti 와 C 를 함유하는 성분계를 갖고, 금속 조직 (microstructure of base metal) 이 압연 상태의 페라이트-펄라이트 조직 (ferrite and pearlite structure) 의 복합 조직 (complex structure) 을 기지상 (base phase) 으로 하고, 또한 매트릭스 (matrix) 중에 경질인 제 2 상 (second phase) (경질상 (hard phase) : Ti 계 탄화물) 을 분산시킴으로써, 내마모성을 확보한 상태에서 굽힘 가공시의 가공 하중 저감이 가능하며, 요컨대 굽힘 가공성의 개선이 가능한 것을 알아냈다.
본 발명은 얻어진 지견을 기초로 더욱 검토를 더하여 이루어진 것으로, 즉, 본 발명은,
1. 질량％ 로, C : 0.05 ∼ 0.35 ％, Si : 0.05 ∼ 1.0 ％, Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％, Ti : 0.1 ∼ 1.2 ％, Al : 0.1 ％ 이하, 추가로 Cu : 0.1 ∼ 1.0 ％, Ni : 0.1 ∼ 2.0 ％, Cr : 0.1 ∼ 1.0 ％, Mo : 0.05 ∼ 1.0 ％, W : 0.05 ∼ 1.0 ％, B : 0.0003 ∼ 0.0030 ％ 의 1 종 또는 2 종 이상을 함유하고, (1) 식으로 나타내는 DI* 가 60 미만이고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 가공성이 우수한 내마모 강판.
DI* ＝ 33.85 × (0.1 × C*)0.5 × (0.7 × Si ＋ 1) × (3.33 × Mn ＋ 1) × (0.35 × Cu ＋ 1) × (0.36 × Ni ＋ 1) × (2.16 × Cr ＋ 1) × (3 × Mo* ＋ 1) × (1.5 × W* ＋ 1) …… (1)
단, C* ＝ C － 1/4 × (Ti － 48/14N), Mo* ＝ Mo × (1 － 0.5 × (Ti － 48/14N)), W* ＝ W × (1 － 0.5 × (Ti － 48/14N))
C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, W, Ti, N 은 함유량 (mass％)
2. 추가로, mass％ 로 Nb : 0.005 ∼ 1.0 ％, V : 0.005 ∼ 1.0 ％ 의 1 종 또는 2 종을 함유하는 것을 특징으로 하는 1 에 기재된 내마모 강판.
3. 추가로, 금속 조직이 페라이트-펄라이트상을 기지상으로 하고, 그 기지상 중에 경질상이 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 1 또는 2 에 기재된 내마모 강판.
4. 추가로, 상기 경질상의 분산 밀도가 400 개/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 3 에 기재된 내마모 강판.
5. 1 또는 2 에 기재된 조성을 갖는 강편을 열간 압연 후, 2 ℃/s 이하의 냉각 속도로 400 ℃ 이하까지 냉각시키는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 내마모 강판의 제조 방법.
6. 추가로, 열간 압연에서의, 920 ℃ 이하에서의 압하율을 30 ％ 이상으로 하고, 압연 종료 온도를 900 ℃ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 5 에 기재된 가공성이 우수한 내마모 강의 제조 방법.
또한, 여기서, 상기 경질상은 TiC 등의 Ti 계 탄화물로 하는 것이 바람직하고, TiC, (NbTi)C, (VTi)C, 또는 TiC 중에 Mo, W 가 고용된 것을 예시할 수 있다.
본 발명에 의하면, 내마모성을 열화시키지 않고 굽힘 가공성을 향상시킨 내마모 강판이 열간 압연 후 열처리를 실시하지 않고 얻어지므로, 열처리 비용 저감 및 제조 공기 단축 등의 합리적인 생산이 가능하여 산업상 각별한 효과를 발휘한다.
도 1 은 내마모성에 미치는 Ti 첨가량의 영향을 나타내는 도면이다.
도 2 는 인장 특성 (항복 강도 (yield strength) : YS, 인장 강도 (tensile strength) : TS) 에 미치는 Ti 첨가량의 영향을 나타내는 도면이다.
도 3 은 내마모성에 미치는 DI* 의 영향을 나타내는 도면이다.
도 4 는 인장 특성 (항복 강도 : YS, 인장 강도 : TS) 에 미치는 DI* 의 영향을 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명에 관련된 내마모 강판에서 성분 조성, 금속 조직을 규정한 이유에 대해 설명한다.
(성분 조성) 이하의 ％ 표시는, 모두 mass％ 로 한다.
C : 0.05 ∼ 0.35 ％
C 는, 금속 조직에 있어서 매트릭스의 경도를 향상시켜 내마모성을 향상시킴과 함께, 경질인 제 2 상 (이하, 경질상이라고도 한다) 으로서의 Ti 탄화물을 형성하여, 내마모성의 향상에 유효한 원소로, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.05 ％ 이상의 함유를 필요로 한다.
한편, 0.35 ％ 를 초과하는 C 의 함유는, 경질상으로서의 탄화물이 조대해 져, 굽힘 가공시에 탄화물을 기점으로 하여 균열이 발생한다. 이 때문에, C 는 0.05 ∼ 0.35 ％ 의 범위로 규정하였다. 또한, 바람직하게는 0.15 ∼ 0.32 ％ 이다.
Ti : 0.1 ∼ 1.2 ％
Ti 는, C 와 함께 본 발명에 있어서의 중요한 원소로, 내마모성 향상에 기여하는 경질상으로서 Ti 탄화물을 형성하는 필수 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.1 ％ 이상의 함유를 필요로 한다.
도 1 에 내마모성에 미치는 Ti 첨가량의 영향을, 도 2 에 인장 특성 (항복 강도 : YS, 인장 강도 : TS) 에 미치는 Ti 첨가량의 영향을 나타낸다. 도 1 에 있어서 종축은 러버 휠 마모 시험 (rubber wheel abrasion test) 에 있어서의 마모량을 연강 (mild steel) (SS400) 의 마모 감량 (abrasion weight loss) 과 비교한 내마모비를 나타낸다.
Ti 첨가량이 0.1 ％ 이상에서, 내마모성이 일반적인 내마모 강과 동일한 정도 이상의 특성이 얻어지고, 또한 TS 가 800 ㎫ 이하까지 저하되었다. 즉, 종래의 담금질 열처리를 한 내마모 강판과 동등한 마모 특성을 가지면서, 가공성을 개선할 수 있게 된다.
러버 휠 마모 시험에 있어서의 공시 강은, mass％ 로 0.33 ％ C - 0.35 ％ Si - 0.82 ％ Mn - 0.05 ∼ 1.2 ％ Ti 를 함유하는 강편을 19 mmt 로 압연 후, 냉각 속도 : 0.5 ℃/s 로 공랭시켜 제조하였다.
얻어진 강판에 대해 인장 시험 및 마모 시험을 실시하였다. 인장 시험 은, JIS Z 2201 의 규정에 준거하여 JIS 5 호 시험편을 채취하고 인장 시험을 실시하여, 인장 특성 (인장 강도 : TS, 항복 강도 : YS) 을 구하였다.
마모 시험은 ASTM G 65 에 준거한 러버 휠 마모 시험에 의해 실시하고, 시험 결과를 연강 (SS400) 의 마모량과 각 공시 강판의 마모량의 비를 내마모비로서 정리하였다. 내마모비가 클수록 마모 특성이 우수함을 나타낸다.
비교 시험으로서, 일반적인 열처리로 제조하는 내마모 강판에 대해서도 상기와 동일한 시험을 실시하였다. 얻어진 결과를 도 1 과 도 2 에 종래 강으로 나타낸다. 여기서 말하는 일반적인 내마모 강판이란, 0.15 mass％ C - 0.35 mass％ Si - 1.50 mass％ Mn - 0.13 mass％ Cr - 0.13 mass％ Mo - 0.01 mass％ Ti - 0.0010 mass％ B 조성의 강판을 열간 압연한 후, 900 ℃ 로 재가열 후, 담금질 열처리를 실시한 재료로, 브리넬 경도로 400 HB 정도의 강판을 가리킨다.
한편, Ti 의 함유량이 1.2 ％ 를 초과하는 함유는, 경질상 (Ti 계 탄화물) 이 조대화되어, 굽힘 가공시에 조대한 경질상을 기점으로 하여 균열이 발생한다. 이 때문에, Ti 는 0.1 ∼ 1.2 ％, 바람직하게는 0.1 ∼ 0.8 ％ 의 범위로 한정하였다.
Si : 0.05 ∼ 1.0 ％
Si 는 탈산 원소 (deoxidizing element) 로서 유효한 원소로, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.05 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 또한, Si 는 강에 고용되어 고용 강화에 의해 고경도화에 기여하는 유효한 원소인데, 1.0 ％ 를 초과하는 함유는 연성 (ductility), 인성 (toughness) 을 저하시키고, 더욱 개재물량 (inclusion content) 이 증가하는 등의 문제를 발생시킨다. 이 때문에, Si 는 0.05 ∼ 1.0 ％ 의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.05 ∼ 0.40 ％ 이다.
Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％
Mn 은 고용 강화에 의해 고경도화에 기여하는 유효한 원소로, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.1 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 2.0 ％ 를 초과하는 함유는 용접성을 저하시킨다. 이 때문에, Mn 은 0.1 ∼ 2.0 ％ 의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.1 ∼ 1.60 ％ 이다.
Al : 0.1 ％ 이하
Al 은 탈산 원소 (deoxidizing element) 로서 작용하고, 이와 같은 효과는 0.0020 ％ 이상의 함유에서 관찰되는데, 0.1 ％ 를 초과하는 다량의 함유는 강의 청정도 (cleanness) 를 저하시킨다. 이 때문에, Al 은 0.1 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
Cu : 0.1 ∼ 1.0 ％, Ni : 0.1 ∼ 2.0 ％, Cr : 0.1 ∼ 1.0 ％, Mo : 0.05 ∼ 1.0 ％, W : 0.05 ∼ 1.0 ％, B : 0.0003 ∼ 0.0030 ％ 의 1 종 또는 2 종 이상
Cu : 0.1 ∼ 1.0 ％
Cu 는 고용됨으로써 담금질성 (hardenability) 을 향상시키는 원소로, 이 효과를 얻기 위해서는 0.1 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 1.0 ％ 를 초과하는 함유는 열간 가공성을 저하시킨다. 이 때문에, Cu 는 0.1 ∼ 1.0 ％ 의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.1 ∼ 0.5 ％ 이 다.
Ni : 0.1 ∼ 2.0 ％
Ni 는 고용됨으로써 담금질성을 향상시키는 원소로, 이와 같은 효과는 0.1 ％ 이상의 함유에서 현저해진다. 한편, 2.0 ％ 를 초과하는 함유는 재료 비용을 현저하게 상승시킨다. 이 때문에, Ni 는 0.1 ∼ 2.0 ％ 의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.1 ∼ 1.0 ％ 이다.
Cr : 0.1 ∼ 1.0 ％
Cr 은 담금질성을 향상시키는 효과를 갖고, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.1 ％ 이상의 함유를 필요로 하는데, 1.0 ％ 를 초과하는 함유는 용접성을 저하시킨다. 이 때문에, Cr 은 0.1 ∼ 1.0 ％ 의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.1 ∼ 0.8 ％ 이다. 더욱 바람직하게는 0.4 ∼ 0.7 ％ 이다.
Mo : 0.05 ∼ 1.0 ％
Mo 는 담금질성을 향상시키는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.05 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 1.0 ％ 를 초과하여 함유하면 용접성을 저하시킨다. 그 때문에, Mo 는 0.05 ∼ 1.0 ％ 의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.05 ∼ 0.40 ％ 이다.
W : 0.05 ∼ 1.0 ％
W 는 담금질성을 향상시키는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.05 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 1.0 ％ 를 초과하여 함유하면 용접 성을 저하시킨다. 그 때문에, W 는 0.05 ∼ 1.0 ％ 의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.05 ∼ 0.40 ％ 이다. 또한, Mo 나 W 는 TiC 에 고용되기 때문에, 경질상의 양을 증가시키는 효과도 갖는다.
B : 0.0003 ∼ 0.0030 ％
B 는 입계 (grain boundary) 에 편석되고, 입계를 강화시켜 인성 향상에 유효하게 기여하는 원소로, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.0003 ％ 이상의 함유가 필요하다. 한편, 0.0030 ％ 를 초과하는 함유는 용접성을 저하시킨다. 이 때문에, B 는 0.0003 ∼ 0.0030 ％ 의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.0003 ∼ 0.0015 ％ 이다.
DI* ＜ 60
본 발명에서 DI* (담금질성 지표값 (hardenability index)) 는, DI* ＝ 33.85 × (0.1 × C*)0.5 × (0.7 × Si ＋ 1) × (3.33 × Mn ＋ 1) × (0.35 × Cu ＋ 1) × (0.36 × Ni ＋ 1) × (2.16 × Cr ＋ 1) × (3 × Mo* ＋ 1) × (1.5 × W* ＋ 1), 여기서 C* ＝ C － 1/4 × (Ti － 48/14N), Mo* ＝ Mo × (1 － 0.5 × (Ti － 48/14N)), W* ＝ W × (1 － 0.5 × (Ti － 48/14N)) 으로 정의하고, DI* ＜ 60 으로 한다. 여기서, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, W, Ti, N 은 함유량 (mass％) 이다. 도 3 에 내마모성에 미치는 DI* 의 영향을, 도 4 에 인장 특성 (항복 강도 : YS, 인장 강도 : TS) 에 미치는 DI* 의 영향을 나타낸다. 도 3 에 있어서 종축은 러버 휠 마모 시험에 있어서의 마모량을 연강 (SS400) 의 마모량과 비교한 내마모비를 나타낸다. 내마모비가 클수록 마모 특성이 우수함을 나타낸다.
도 3 및 도 4 로부터, DI* 가 60 미만인 경우, 인장 강도 : TS 가 800 ㎫ 이하로 저강도임에도 불구하고, 마모량이 일반적인 내마모 강과 동일한 정도인 것이 확인된다.
한편, DI* 가 60 이상에서는, 마모성은 우수하지만, 인장 강도가 800 ㎫ 이상으로 가공성이 떨어진다. DI* 가 60 이상인 경우, 페라이트-베이나이트 조직 (ferrite and bainite structure) 이 되기 때문인 것으로 추측된다.
러버 휠 마모 시험에 있어서의 공시 강은, mass％ 로 0.34 ％ C - 0.22 ％ Si - 0.55 ％ Mn - 0.22 ％ Ti 에 추가로 Cu, Ni, Cr, Mo, W 의 1 종 또는 2 종 이상 함유하고, DI* 가 40 ∼ 120 인 강편을 8 mmt 로 압연 후, 공랭 (냉각 속도 : 1.2 ℃/s) 시켜 제조하였다.
얻어진 강판에 대해 인장 시험 및 마모 시험을 실시하였다. 인장 시험은, JlS Z 2201 의 규정에 준거하여 JIS 5 호 시험편을 채취하고 인장 시험을 실시하여, 인장 특성 (인장 강도 TS, 항복 강도 YS) 을 구하였다.
러버 휠 마모 시험은 ASTM G 65 에 준거하여 실시하고, 시험 결과는 연강 (SS400) 의 마모량과 각 강판의 마모량의 비를 내마모비로서 정리하였다.
상기한 성분이 기본 성분으로 우수한 내마모성이 얻어지는데, 본 발명에서는 더욱 내마모성을 향상시키기 위해, 경질인 제 2 상을 형성하고, 내마모성에 기여하는 원소인 Nb, V 를 선택 원소로서 함유할 수 있다.
Nb : 0.005 ∼ 1.0 ％,
Nb 는, Ti 와 복합하여 첨가함으로써 Ti, Nb 의 복합 탄화물 ((NbTi)C) 을 형성하고, 경질인 제 2 상으로서 분산되어, 내마모성 향상에 유효하게 기여하는 원소이다. 이와 같은 내마모성 향상 효과를 얻기 위해서는 0.005 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 1.0 ％ 를 초과하는 함유는, 경질인 제 2 상 (Ti, Nb 의 복합 탄화물) 이 조대화되어, 굽힘 가공시에 경질인 제 2 상 (Ti, Nb 의 복합 탄화물) 을 기점으로 하여 균열이 발생한다. 이 때문에, 첨가하는 경우에는 Nb 는 0.005 ∼ 1.0 ％ 의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.1 ∼ 0.5 ％ 이다.
V : 0.005 ∼ 1.0 ％
V 는, Ti 와 복합하여 첨가함으로써 Nb 와 동일하게 Ti, V 의 복합 탄화물 ((VTi)C) 을 형성하고, 경질인 제 2 상으로서 분산되어, 내마모성 향상에 유효하게 기여하는 원소이다. 이와 같은 내마모성 향상 효과를 얻기 위해서는 0.005 ％ 이상의 함유를 필요로 한다.
한편, 1.0 ％ 를 초과하는 함유는, 경질인 제 2 상 (Ti, V 의 복합 탄화물) 이 조대화되어, 굽힘 가공시에 경질인 제 2 상 (Ti, V 의 복합 탄화물) 을 기점으로 하여 균열이 발생한다. 이 때문에, 첨가하는 경우에는 V 는 0.005 ∼ 1.0 ％ 의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.1 ∼ 0.5 ％ 이다.
또한, Nb 와 V 를 복합하여 첨가하는 경우에는, 경질인 제 2 상이 (NbVTi)C 가 되는 것만으로, 동일하게 내마모성을 향상시키는 효과를 갖는다. 또한, N 을 함유하는 경우에는, 탄화물 외에 탄질화물이 형성되는 경우도 있지만, 동일한 효과가 얻어진다.
단, N 첨가량이 0.01 ％ 를 초과하는 경우에는, 탄질화물 중의 N 비율이 증가하여 경질 제 2 상의 경도가 저하되는데, 내마모성의 열화가 우려된다. 따라서, N 첨가량은 0.01 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
(금속 조직)
본 발명에 관련된 내마모 강판은, 금속 조직을, 페라이트-펄라이트상을 기지상으로 하고, 당해 기지상 중에 경질상 (경질인 제 2 상) 이 분산된 조직으로 한다. 기지상이란 체적률로 90 ％ 이상 갖는 것을 의미하며, 본 발명에 관련된 강판은 페라이트와 펄라이트의 2 개의 상이 전체의 90 ％ 이상을 차지하고 있다.
또한, 그 중 페라이트상의 체적률은 70 ％ 이상이고, 또한 원 상당 직경으로 평균 입경 20 ㎛ 의 페라이트상인 것이 바람직하다. 기지상은 가공성을 고려하여, 브리넬 경도로 300 HB 이하로 하는 것이 바람직하다.
경질상으로는, TiC 등의 Ti 계 탄화물로 하는 것이 바람직하고, TiC, (NbTi)C, (VTi)C, 또는 TiC 중에 Mo, W 가 고용된 것을 예시할 수 있다.
또한, 경질상의 크기는 특별히 한정되지 않지만, 내마모성의 관점에서는 0.5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 경질상의 분산 밀도는 내마모성의 관점에서 400 개/㎟ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 경질상의 크기는 각 경질상의 면적을 측정하고, 동일 면적으로부터 원 상당 직경을 산출하고, 얻어진 원 상당 직경을 산술 평균내어 평균값을 그 강판에 있어서의 경질상의 크기 (평균 입경) 로 한다.
(제조 방법)
본 발명에 관련된 내마모 강판은, 상기한 조성의 용강 (溶鋼) 을 공지된 용제 (溶製) 방법으로 용제하고, 연속 주조법 또는 조괴-분해 압연법에 의해 소정 치수의 슬래브 (slab) 등의 강 소재로 하는 것이 바람직하다.
경질상을 소정의 크기 및 개수로 조정하기 위해서는, 예를 들어 연속 주조법을 사용한 경우, 두께 200 ∼ 400 ㎜ 인 주편 (鑄片) 의 1500 ∼ 1200 ℃ 온도역에 있어서의 냉각 속도 0.2 ∼ 10 ℃/s 의 범위가 되도록 냉각을 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 조괴법을 사용하는 경우에도, 잉곳 (ingot) 의 크기 및 냉각 조건을, 경질상이 원하는 크기 및 개수가 되도록 조정할 필요가 있는 것은 말할 필요도 없다.
이어서, 강 소재를 냉각시키지 않고 바로 열간 압연하고, 또는 냉각 후 950 ∼ 1250 ℃ 로 재가열한 후, 열간 압연하여 원하는 판두께의 강판으로 한다. 열간 압연 후에는, 열처리하지 않고 평균 냉각 속도 2 ℃/s 이하로 냉각시킨다.
냉각 속도가 2 ℃/s 를 초과하면, 페라이트-펄라이트 조직이 얻어지지 않고, 인장 강도가 800 ㎫ 이상이 되고, 강판 굽힘 가공시의 가공 하중이 상승하여, 가공성이 열화된다. 따라서, 2 ℃/s 이하로 한다.
또한, 열간 압연 조건은 원하는 치수 형상의 강판으로 할 수 있으면 되고, 특별히 한정되지 않지만, 강판으로서 구비해야 할 성능인 인성을 고려하면, 강판의 표면 온도에서, 920 ℃ 이하에서의 압하율을 30 ％ 이상으로 하고, 또한 압연 종료 온도를 900 ℃ 이하로 하는 것이 필요하다.
본 발명에 관련된 내마모 강판은, 열간 압연 후에 열처리를 실시할 필요가 없어, 열간 압연의 상태에서 굽힘 가공을 필요로 하는 다양한 용도에 사용할 수 있다.
실시예
표 1 에 나타내는 조성의 용강을 진공 용해로에서 용제하여, 소형 강괴 (50 ㎏) (강 소재) 로 한 후, 1050 ∼ 1250 ℃ 로 가열하고, 열간 압연을 실시하여 판두께 6 ∼ 100 ㎜ 의 공시 강판으로 하였다. 각 공시 강판에 대해 조직 관찰, 인장 시험 (tensile test), 마모 시험, 샤르피 충격 시험 (Charpy impact test), 굽힘 시험 (bend test) 을 실시하였다.
(조직 관찰)
조직 관찰용 시험편은, 연마 후 나이탈 (nital) 부식시키고, 표층하 1 ㎜ 의 위치에 대해, 광학 현미경 (optical microscope) (배율 (magnification ratio) : 400 배) 을 사용하여 조직의 동정 (同定), 페라이트 입경 (ferrite grain diameter) 및 경질상의 크기, 개수를 측정하였다. 또한, 관찰 시야에 있어서 90 ％ 이상을 차지하는 조직을 기지상으로 하고, 경질상의 크기는 전술한 방법에 의해 구한 평균 입경으로 하였다.
(인장 시험)
JIS Z 2201 의 규정에 준거하여 JIS 5 호 시험편을 채취하고, JIS Z 2241 의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하여, 인장 특성 (항복 강도 : YS, 인장 강도 : TS) 을 구하였다. 인장 강도 (TS) ＜ 800 ㎫, 항복 강도 (YS) ＜ 600 ㎫ 를 본 발명 범위로 한다.
(마모 시험)
시험편은 t (판두께) × 20 × 75 (㎜) 로 하고, ASTM G 65 의 규정에 준거하여 러버 휠 마모 시험을, 마모 모래 (abrasive sand) 를 사용하여 실시하였다. 시험 후, 시험편의 마모량을 측정하였다.
시험 결과는, 연강 (SS400) 판의 마모량을 기준 (1.0) 으로 하여, 내마모비 ＝ (연강판의 마모량) / (각 강판의 마모량) 으로 평가하였다. 내마모비가 클수록 내마모성이 우수함을 의미하며, 본 발명 범위는 내마모비 : 4.0 이상으로 하였다.
(샤르피 충격 시험)
JIS Z 2202 의 규정에 준거하여, 판두께 방향 1/4 의 위치에서 L 방향으로 V 노치 충격 시험편을 채취하고, JIS Z 2242 의 규정에 준거하여, 시험 온도 0 ℃ 에서 샤르피 충격 시험을 실시하여 샤르피 흡수 에너지 (Charpy absorbed energy) 를 구하였다. 시험 개수는 3 개로 하고, 평균값을 구하였다.
(굽힘 시험)
JIS Z 2204 의 규정에 준거하여, 폭은 50 ㎜ 이고, 공시 강판의 판두께가 45 ㎜ 이상인 경우에는, 편면측에서 연삭하여 판두께 25 ㎜ 로 두께를 감소시킨 시험 편을 채취하고, 공시 강판의 판두께가 45 ㎜ 미만인 경우에는 판두께 그대로의 시험편을 채취하고, JIS Z 2248 의 규정에 준거하여 굽힘 시험을 실시하였다. 굽힘 시험은 프레싱 굽힘법으로 굽힘 반경을 r ＝ 1.5 t 로 하여 실시하였다.
표 2 에 조직 관찰, 인장 시험, 마모 시험의 결과를 나타낸다. 본 발명예 (강판 No.1 ∼ 6, 강판 No.8, 9) 는, 인장 강도 (TS) ＜ 800 ㎫, 항복 강도 (YS) ＜ 600 ㎫ 에도 불구하고, 내마모성이 매우 우수한 강판이 되었다.
또한, 샤르피 흡수 에너지는, 압연 마무리 온도가 900 ℃ 이하인 경우에는 27 J 이상이었다. 한편, 비교예는 본 발명예와 비교하여 내마모성이 떨어지거나, 내마모성은 동등해도 YS, TS 가 높기 때문에 굽힘 가공성이 떨어진다.
Figure 112009064203828-PCT00001
주 1 : * 표시 본 발명 범위 외
주 2 : DI* ＝ 33.85 × (0.1 × C*)0.5 × (0.7 × Si ＋ 1) × (3.33 × Mn ＋ 1) × (0.35 × Cu ＋ 1) × (0.36 × Ni ＋ 1) × (2.16 × Cr ＋ 1) × (3 × Mo* ＋ 1) × (1.5 × W* ＋ 1)
Figure 112009064203828-PCT00002
주 1 : * 표시 본 발명 범위 외
주 2 : 내마모비 (연강판의 마모량) / (각 강판의 마모량)
(본 발명 범위 : 내마모비 4.0 이상)
Figure 112009064203828-PCT00003
주 1 : 내마모비 (연강판의 마모량) / (각 강판의 마모량)
(본 발명 범위 : 내마모비 4.0 이상)
주 2 : vE0(J) : 시험 온도 0 ℃ 에서의 샤르피 충격 흡수 에너지 (J)

Claims (6)

  1. 질량％ 로, C : 0.05 ∼ 0.35 ％, Si : 0.05 ∼ 1.0 ％, Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％, Ti : 0.1 ∼ 1.2 ％, Al : 0.1 ％ 이하, 추가로 Cu : 0.1 ∼ 1.0 ％, Ni : 0.1 ∼ 2.0 ％, Cr : 0.1 ∼ 1.0 ％, Mo : 0.05 ∼ 1.0 ％, W : 0.05 ∼ 1.0 ％, B : 0.0003 ∼ 0.0030 ％ 의 1 종 또는 2 종 이상을 함유하고, (1) 식으로 나타내는 DI* 가 60 미만이고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 내마모 강판.
    DI* ＝ 33.85 × (0.1 × C*)0.5 × (0.7 × Si ＋ 1) × (3.33 × Mn ＋ 1) × (0.35 × Cu ＋ 1) × (0.36 × Ni ＋ 1) × (2.16 × Cr ＋ 1) × (3 × Mo* ＋ 1) × (1.5 × W* ＋ 1) …… (1)
    단, C* ＝ C － 1/4 × (Ti － 48/14N), Mo* ＝ Mo × (1 － 0.5 × (Ti － 48/14N)), W* ＝ W × (1 － 0.5 × (Ti － 48/14N)), 여기서 C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, W, Ti, N 은 함유량 (질량％)
  2. 제 1 항에 있어서,
    추가로, 질량％ 로 Nb : 0.005 ∼ 1.0 ％, V : 0.005 ∼ 1.0 ％ 의 1 종 또는 2 종을 함유하는 내마모 강판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    추가로, 금속 조직이 페라이트-펄라이트상을 기지상으로 하고, 그 기지상 중에 경질상이 분산되어 있는 내마모 강판.
  4. 제 3 항에 있어서,
    추가로, 상기 경질상의 분산 밀도가 400 개/㎟ 이상인 내마모 강판.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 조성을 갖는 강편을 열간 압연 후, 2 ℃/s 이하의 냉각 속도로 400 ℃ 이하까지 냉각시키는 내마모 강판의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    추가로, 열간 압연에서의, 920 ℃ 이하에서의 압하율을 30 ％ 이상으로 하고, 압연 종료 온도를 900 ℃ 이하로 하는 가공성이 우수한 내마모 강의 제조 방법.
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