KR20140010729A

KR20140010729A - 고장력강 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20140010729A
Application number: KR1020120077411A
Authority: KR
Inventors: 홍순형; 구민영; 전광훈
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2014-01-27
Also published as: KR101445726B1

Abstract

본원은, 탄소(C) 0.15 중량% 내지 0.30 중량%, 니켈(Ni) 17.0 중량% 내지 19.0 중량%, 코발트(Co) 4.0 중량% 내지 6.0 중량%, 크롬(Cr) 2.0 중량% 내지 3.5 중량%, 및 텅스텐(W) 0.70 중량% 내지 3.25 중량%, 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 고장력강에 대한 것이다.

Description

고장력강 및 그 제조방법{HIGH TENSILE STEEL AND PREPARING METHOD THEREOF}

본원은, 고장력강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

고장력강은 장갑 소재, 탄두 재료, 포 재료, 로케트 모타케이스, 랜딩기어, 무기시스템 등에 주로 사용되는 재료이다. 종래, 미량의 붕소(B) 및 니오븀(Nb)을 첨가하여 직접소입(direct quenching)을 적용시킴으로써 2 회의 용체화 처리(solution treatment)를 1 회로 줄일 수 있었고, 이로써 제조 비용을 절감하는 동시에 미세한 탄질화물 석출강화를 이용하여 고장력강의 인장강도를 1700 MPa 로 향상시킬 수 있었다. 또한, 제어압연 및 직접소입 조건을 제어함으로써 달성되는 마르텐사이트의 유효 결정립의 미세화 및 전위강화 효과를 이용하여 인장강도 1700 MPa 급 고장력강을 제조할 수 있었다.

한편, 항공 산업, 지상 운송체 등에 사용하기 위한 장갑재료, 또는 기계 공구로서 사용하기 위한 에어멧(Aermet)과 같은 고장력강으로서, 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni) 등을 다량 첨가한 2000 MPa 이상급의 고장력강이 연구되었다. 또한 미공군연구소와 엘우드 네셔널 포지 사(Ellwood National Forge Co.)에서 개발된 에글린강(Eglin Steel)은 합금성분과 열처리 공정을 제어함으로써 인장강도 1700 MPa 급을 달성한 고장력강에 해당한다.

현재 인성 및 연성 특성의 상당한 저하 없이 큰 강도 특성을 제공하는 재료에 대한 연구가 주를 이루고 있다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 제 2012-0041618 호는 내구성이 우수한 고장력강의 제조 방법에 대해 개시하고 있다. 모든 산업에 있어서 구조 요소를 이루는 재료의 중량 및 크기는 매우 중요한 설계변수이다. 따라서 재료의 기계적 특성, 특히 기계적 강도, 인성 및 연성 등의 특성은 가장 중요하게 고려되어야 하는 요소이다. 재료의 크기 및 이에 따른 중량을 감소시킬 수 있는 방법에 대한 지속적인 연구가 필요하며, 경량화된 재료에 대한 이러한 지속적인 요구로 인해 기존의 고장력강 합금보다 훨씬 큰 강도, 인성 및 연성을 제공하는 강 합금을 확보하는 것이 필요하다. 따라서, 높은 강도, 인성 및 연성 특성을 제공할 수 있는 합금에 대한 연구 개발이 요구되고 있다.

본원은 상기와 같은 종래 강판의 낮은 기계적 물성치의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 강판 내의 탄소(C), 니켈(Ni), 코발트(Co), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W)의 함량을 적절히 조절하고, 소량의 합금원소들을 첨가함으로써 소재 강도의 획기적인 증대와 기타 기계적 물성치를 향상시켜 다양한 구조용 재료로 사용가능한 고장력강 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기판으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본원의 제 1 측면은, 탄소(C) 약 0.15 중량% 내지 약 0.30 중량%, 니켈(Ni) 약 17.0 중량% 내지 약 19.0 중량%, 코발트(Co) 약 4.0 중량% 내지 약 6.0 중량%, 크롬(Cr) 약 2.0 중량% 내지 약 3.5 중량%, 및 텅스텐(W) 약 0.70 중량% 내지 약 3.25 중량%, 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 고장력강을 제공할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고장력강은 그 미세 조직이 페라이트, 마르텐사이트, 및 베이나이트의 복합 조직, 및 오스테나이트의 조직을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고장력강은 약 0.5 중량% 내지 약 1.5 중량% 의 몰리브덴(Mo)을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고장력강은 약 0.05 중량% 내지 약 0.3 중량% 의 바나듐(V) 을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고장력강은 약 0.03 중량% 이하의 티타늄(Ti)을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고장력강은 인장강도가 약 800 MPa 이상이고, 연신율이 약 15% 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 제 2 측면은, 하기 단계를 포함하는 고장력강의 제조 방법을 제공할 수 있다:

탄소(C) 약 0.15 중량% 내지 약 0.30 중량%, 니켈(Ni) 약 17.0 중량% 내지 약 19.0 중량%, 코발트(Co) 약 4.0 중량% 내지 약 6.0 중량%, 크롬(Cr) 약 2.0 중량% 내지 약 3.5 중량%, 및 텅스텐(W) 약 0.70 중량% 내지 약 3.25 중량%, 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 강판 조성물을 용해시키고 이를 주조하여 강판을 형성하는 단계;

상기 강판을 열간 압연하는 단계;

상기 강판을 급냉하는 단계; 및

상기 강판을 용체화 처리(solution treatment)하는 단계.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 열간 압연은 약 900℃ 내지 약 1200℃ 에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 급냉은 약 750℃ 내지 약 850℃ 에서 시작하여 약 10 ℃/sec 내지 약 50 ℃/sec의 냉각 속도로 진행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 열간 압연은 약 5% 내지 약 30% 의 압하율로 압연 종료 시까지 연속적으로 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 연속적으로 수행된 상기 열간 압연의 누적 압하율이 약 50% 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용체화 처리는 약 800℃ 이상에서 수행되고, 이어서 급냉하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원에 의하면, 본원은 합금 성분의 함량 조절 및 첨가에 의해 강도, 인성 및 연성을 증가시킨 고장력강을 제공할 수 있으며, 상기 고장력강의 제조 과정에서 연속적인 열간 압연 후 1 회의 용체화 처리에 의해 상기 고장력강의 강도, 인성 및 연성을 증가시킬 수 있고, 특히 기존의 고장력강의 제조 공정에 비해 열처리 공정을 줄임으로써 경제적이고 효율적으로 고장력강을 제조할 수 있다.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 고장력강의 제조 방법의 흐름도이다.
도 2 는 본원의 일 실시예에 따라 열간 압연 후 급냉한 고장력강의 전자 현미경 사진이다.
도 3 은 본원의 일 실시예에 따라 용체화 처리 후 급냉한 고장력강의 전자 현미경 사진이다.
도 4 는 본원의 일 실시예에 따라 열간 압연 후 급냉한 고장력강의 인장강도를 나타낸 그래프이다.
도 5 는 본원의 일 실시예에 따라 용체화 처리 후 급냉한 고장력강의 인장강도를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.

그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.

본원의 제 1 측면은, 탄소(C) 약 0.15 중량% 내지 약 0.30 중량%, 니켈(Ni) 약 17.0 중량% 내지 약 19.0 중량%, 코발트(Co) 약 4.0 중량% 내지 약 6.0 중량%, 크롬(Cr) 약 2.0 중량% 내지 약 3.5 중량%, 및 텅스텐(W) 약 0.70 중량% 내지 약 3.25 중량% , 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 고장력강을 제공할 수 있다.

이하 상기 고장력강에 포함되는 각 성분에 대해 설명한다.

탄소(C)는 소재에 강도를 부여하기 위하여 첨가되는 주요 강화 원소로서, 그 함량과 제조 방법에 따라 소재 조직 내부에서 고용탄소가 될 수 있고, 또는 탄소와 결합하려는 성질이 강한 원소들과 결합하여 탄화물을 형성할 수 있다. 상기 고장력강은 상기 탄소를 약 0.15 중량% 내지 약 0.30 중량% 범위로 함유할 수 있으며, 상기 탄소 함유량이 0.15 중량% 미만이면 소입성 및 강도가 떨어지는 문제가 있고, 0.30 중량% 초과이면 용접성 및 인성을 해치는 문제가 발생한다.

니켈(Ni)은 상기 고장력강의 연성-취성 천이온도를 낮추어 저온인성을 개선시키는 원소로서, 상기 고장력강은 상기 니켈을 약 17.0 중량% 내지 약 19.0 중량% 범위로 함유할 수 있다.

코발트(Co)는 2차 경화형 합금에서 매우 중요한 합금원소로서 라스 마르텐사이트(lath martensite) 기지의 전위 회복을 지연시켜 미세한 M₂C 구조의 탄화물을 생성하여 강도를 향상시킨다. 상기 M 은 금속원소를 의미하며, 예를 들어, Co, W 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 고장력강은 상기 코발트를 약 4.0 중량% 내지 약 6.0 중량% 범위로 함유할 수 있다.

상기 크롬(Cr)은 상기 고장력강의 소입성 향상을 위해서 필수적인 원소이며, 고온 소려(tempering)시에도 강도를 현저히 증가시킬 수 있다. 다만, 상기 크롬의 함량이 증가함에 따라 상기 고장력강의 용접성을 저해할 수 있으므로, 상기 고장력강은 상기 크롬을 약 2.0 중량% 내지 약 3.5 중량% 범위로 함유할 수 있다.

상기 텅스텐(W)은 탄화물의 석출에 의해 상기 고장력강의 강도와 내마모성을 증가시키는 역할을 수행한다. 다만, 상기 고장력이 상기 텅스텐을 3.25 중량% 초과 함유하면 상기 고장력강의 인성이 저하되므로 상기 고장력강은 상기 텅스텐을 약 0.70 중량% 내지 약 3.25 중량 % 범위로 함유할 수 있다.

상기 고장력강은 상기 성분들 외에 기타 불가피한 불순물과 함께 나머지 성분으로서 철(Fe)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고장력강은 그 미세 조직이 페라이트, 마르텐사이트, 및 베이나이트의 복합 조직, 및 오스테나이트의 조직을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 페라이트, 마르텐사이트 및 베이나이트의 복합 조직과 상기 오스테나이트 조직이 동시에 공존함으로써, 상기 고장력강의 인장강도가 약 800 MPa 이상, 연신율이 약 15% 이상일 수 있으며, 예를 들어, 상기 인장강도는 약 900 MPa 이상, 약 1000 MPa 이상, 약 1100 MPa 이상, 또는 약 1200 MPa 이상일 수 있고, 약 2000 MPa 이하, 약 1900 MPa 이하, 약 1800 MPa 이하 또는 약 1700 MPa 이하일 수 있으며, 연신율은 약 15% 이상, 약 20% 이상, 약 25% 이상, 또는 약 30% 이상일 수 있고, 약 40% 이하, 약 35% 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고장력강은 상기 오스테나이트 조직을 약 5 부피% 내지 약 15 부피% 함유하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 복합조직은, 예를 들어, 상기 마르텐사이트 조직을 약 80 부피% 내지 약 95 부피% 함유하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 고장력강은 상기 오스테나이트 조직의 분율에 따라 기계적 성질이 달라지기 때문에, 응용 대상에 따라 상기 오스테나이트 조직의 분율을 조절할 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고장력강은 약 0.5 중량% 내지 약 1.5 중량% 의 몰리브덴(Mo)을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 몰리브덴은 상기 크롬과 동일한 역할을 수행할 수 있으며, 상기 몰리브덴 또한 함량이 증가함에 따라 상기 고장력강의 용접성을 저해시킬 수 있으므로, 상기 고장력강은 상기 몰리브덴을 약 0.5 중량% 내지 약 1.5 중량% 의 함량으로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고장력강은 약 0.05 중량% 내지 약 0.3 중량% 의 바나듐(V)을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 바나듐은 상기 크롬 및 상기 몰리브덴과 같이 상기 고장력강의 소입성의 증대 및 M₂C 탄화물의 석출에 직접 관련되어 강도를 증가시키는 원할을 수행할 수 있다. 상기 고장력강은 상기 바나듐을 약 0.05 중량% 내지 약 0.3 중량% 의 함량으로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고장력강은 약 0.03 중량% 이하의 티타늄(Ti)을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 티타늄은 강의 응고과정에서 TiN 과 TiC 석출물을 형성하여 주괴를 가열하는 동안 결정립의 성장을 억제하고 열간 압연 과정에서 재결정립의 성장을 억제함으로써 강의 결정립 미세화에 큰 역할을 하는 주요 원소에 해당한다. 다만, 과량 첨가하게 되면 석출물의 크기가 조대해지기 때문에 결정립 미세화 효과가 떨어지므로, 상기 고장력강은 상기 티타늄을 약 0.03 중량% 이하의 함량으로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 제 2 측면은, 탄소(C) 약 0.15 중량% 내지 약 0.30 중량%, 니켈(Ni) 약 17.0 중량% 내지 약 19.0 중량%, 코발트(Co) 약 4.0 중량% 내지 약 6.0 중량%, 크롬(Cr) 약 2.0 중량% 내지 약 3.5 중량%, 및 텅스텐(W) 약 0.70 중량% 내지 약 3.25 중량%, 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 강판 조성물을 용해시키고 이를 주조하여 강판을 형성하는 단계; 상기 강판을 열간 압연하는 단계; 상기 강판을 급냉하는 단계; 및 상기 강판을 용체화 처리(solution treatment)하는 단계를 포함하는, 고장력강의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 고장력강의 제조 방법의 흐름도이다. 이하, 상기 고장력강의 제조 방법을 도 1 을 참고하여 설명한다.

먼저, 탄소(C) 약 0.15 중량% 내지 약 0.30 중량%, 니켈(Ni) 약 17.0 중량% 내지 약 19.0 중량%, 코발트(Co) 약 4.0 중량% 내지 약 6.0 중량%, 크롬(Cr) 약 2.0 중량% 내지 약 3.5 중량%, 및 텅스텐(W) 약 0.70 중량% 내지 약 3.25 중량%, 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 강판 조성물을 융해하고 이를 주조하여 강판을 형성한다 (S10).

상기 강판 조성물에 함유되는 상기 탄소, 상기 니켈, 상기 코발트, 상기 크롬, 상기 텅스텐은 본원의 제 1 측면에 따른 고장력강의 함유 성분에서 설명한 바와 동일한 작용을 수행한다.

상기 강판 조성물을 전로 등을 이용하여 융해하고, 이어서 융해된 상기 강판 조성물을 원하는 형상의 강판으로 주조한다. 주조는 당업계에 공지된 방법을 이용하여 수행될 수 있으며, 예를 들어, 가공야금법, 개방주형법, 다이캐스팅법, 또는 쇼주조법 등의 연속 주조에 의해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이어서, 상기 강판을 열간 압연한다 (S20).

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 열간 압연은 약 900℃ 내지 약 1200℃ 에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 열간 압연온도가 900℃ 미만인 경우 열간 압연시 롤 힘(roll force)이 증대되어 롤의 마모가 발생하며, 녹의 제거가 힘들게 되어 강판 표면의 품질이 저하된다. 상기 열간 압연온도가 1200℃ 를 초과하는 경우 오스테나이트 입자가 너무 조대화되어 강판의 성질을 열화시킬 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 열간 압연은 압연 패스별로 연속적으로 진행될 수 있으며, 상기 패스별 각각의 압하율은, 예를 들어, 약 5% 내지 약 30% 일 수 있고, 상기 연속적으로 진행된 열간 압연의 누적 압하율은, 예를 들어, 약 50% 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 압연 패스당 압하율이 높을수록 강도와 인성을 개선하는 효과를 가지지만, 각 패스당 압하율이 30% 초과인 경우 압연 설비의 과부하를 초래할 수 있고, 각 패스당 압하율이 5% 미만인 경우 압하량은 그 효과를 기대하기 어렵다. 상기 누적 압하율이 50% 미만이면 미세결정 온도 영역에서 오스테나이트로부터 변태되는 마르텐사이트 유효 결정립의 불충분한 미세화에 의해 저온 인성의 개선효과가 미미할 뿐만 아니라 오스테나이트로부터 유기되는 가공전위 조직을 확보할 수 없다.

이어서, 상기 강판을 급냉한다 (S30).

상기 강판을 열간 압연 한 후 곧바로 이어서 급냉함으로써 상기 강판 상에 마르텐사이트 조직을 형성할 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 급냉은 약 750℃ 내지 약 850℃ 에서 시작하여 약 10 ℃/sec 내지 약 50 ℃/sec 의 속도로 냉각이 진행될 수 있다. 냉각 속도가 빠를수록 마르텐사이트의 조직을 확보할 수 있고, 또한 미세 결정 압연에 의한 마르텐사이트의 강도 증가라는 효과를 달성할 수 있으나, 상기 냉각 속도가 50 ℃/sec초과인 경우 강의 심한 판 변형을 유발할 수 있다.

이어서, 상기 강판을 용체화 처리한다 (S40).

상기 용체화 처리는 고장력강의 고강도 및 고인성 특성을 달성하기 위한 가장 중요한 인자이다. 상기 용체화 처리는 탄화물 및 기타의 화합물을 오스테나이트 중에 고용시 과포화된 오스테나이트를 상온까지 가져오기 위해 급냉하는 것을 의미한다. 상기 용체화 처리는 결정립의 미세화를 도모할 수 있는 열처리로에 의해 수행되며, 예를 들어, 800℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 용체화 처리가 수행되는 온도가 800℃ 미만인 경우, 조직의 오스테나이트화가 어렵고, 강의 응고과정에서 생성된 불필요한 석출물들이 용해되지 않을 수 있다. 강기 용체화 처리 후 상기 강판을 급냉하여 고장력강을 제조할 수 있다.

이하, 실시예를 이용하여 본원을 좀더 구체적으로 설명하지만, 본원이 이에 제한되는 것은 아니다.

[ 실시예 ]

탄소(C) 0.23 중량%, 니켈(Ni) 17.5 중량%, 코발트(Co) 5.2 중량%, 크롬(Cr) 2.9 중량%, 몰리브덴(Mo) 1.1 중량%, 텅스텐(W) 1.25 중량% 및 소량의 합금원소 [바나듐(V) 0.06 중량%, 티타늄(Ti) 0.01 중량%] 와 잔량의 철(Fe)의 강판 조성물을 VIM 을 이용해 용해시키고 연속 주조한 후, 900℃ 내지 1200℃ 에서 각 패스당 평균 약 15% 의 압하율로서 누적 압하율이 80% 가 되도록 열간 압연을 실시하였다. 이어서, 약 850℃ 에서 약 30℃/sec 의 속도로 냉각하였다. 마지막으로 용체화 처리를 800℃ 에서 실시한 후 급냉(20℃ 및 -196℃)하여 고장력강을 제조하였다.

[ 실험예 ]

상기 실시예에서 제조된 고장력강의 미세조직을 나이탈(Nital) 및 베라하(Beraha) 용액을 이용해 에칭하였고, 광학현미경을 통해 관찰하였다. 고강도 고장력강의 기계적 성질은 인스트론 4206 (Instron 4206)으로 측정하였다.

도 2 는, 상기 실시예에서 열간 압연을 실시한 후 후 급냉한 강판의 전자현미경사진이다. 열간 압연 후 미세조직으로 조직을 균일화하는 열처리가 시행되지 않았기 때문에, 상기 도 2 에서 확인할 수 있는 바와 같이, 압연에 의한 조직 뷸균형이 관찰되고, 조직 대부분이 마르텐사이트를 함유하고 있으며, 소량의 오스테나이트를 확인할 수 있다.

도 3 은, 상기 실시예에서 용체화 처리를 실시한 후 급냉하여 제조한 고장력강의 전자현미경사진이다. 열처리 후의 미세조직으로서 기계적 특성을 조절하기 위해, 열처리 조건을 변화시켜 미세조직을 조절하였으며, 이에 따라 미세조직 중 마르텐사이트의 부피 분율을 80% 내지 95%, 고장력강 중 오스테나이트의 부피 분율을 5% 내지 15% 로 조절할 수 있었다.

도 4 는, 상기 실시예에서 열간 압연을 실시한 후 후 급냉한 강판의 기계적 성질을 나타내는 그래프이다. 도 4 의 X 축(연신율, Engineering Strain)은 인장시험에서 재료가 늘어나는 양을 나타내는 지표로써, 초기 표점 거리에 대한 길이의 변화 [(L-L₀)/L₀] 를 의미한다. 도 4 의 Y 축(인장 강도, Engineering Stress)은 인장시험에서 재료가 가해지는 하중을 단면적으로 나눈 값을 의미한다. 도 4 에서 확인할 수 있는 바와 같이, 열간 압연을 한 후 강판은 약 800 MPa 의 인장강도 및 약 30% 의 연신율의 기계적 특성을 보이고 있었다

도 5 는, 상기 실시예에서 용체화 처리를 실시한 후 급냉하여 제조한 고장력강의 기계적 성질을 나타내는 그래프이다. 상기 도 5 에서 확인할 수 있는 바와 같이, 열처리에 따라서 기계적 특성이 바뀌고 있으며, 열처리 조건을 통해서 인장강도를 약 800 MPa 내지 약 1700 MPa, 연신율을 약 15% 내지 약 30% 까지 조절할 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

탄소(C) 0.15 중량% 내지 0.30 중량%, 니켈(Ni) 17.0 중량% 내지 19.0 중량%, 코발트(Co) 4.0 중량% 내지 6.0 중량%, 크롬(Cr) 2.0 중량% 내지 3.5 중량%, 및 텅스텐(W) 0.70 중량% 내지 3.25 중량%, 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 고장력강.
제 1 항에 있어서,
상기 고장력강은 그의 미세 조직이 페라이트, 마르텐사이트, 및 베이나이트를 함유하는 복합 조직, 및 오스테나이트의 조직을 포함하는 것인, 고장력강.
제 1 항에 있어서,
상기 고장력강은 0.5 중량% 내지 1.5 중량% 의 몰리브덴(Mo)을 추가 포함하는 것인, 고장력강.
제 1 항에 있어서,
상기 고장력강은 0.05 중량% 내지 0.3 중량% 의 바나듐(V)을 추가 포함하는 것인, 고강도 고장력강.
제 1 항에 있어서,
상기 고장력강은 0.03 중량% 이하의 티타늄(Ti)을 추가 포함하는 것인, 고장력강.
제 1 항에 있어서,
상기 고장력강은 인장강도가 800 MPa 이상이고, 연신율이 15% 이상인 것인, 고장력강.
탄소(C) 0.15 중량% 내지 0.30 중량%, 니켈(Ni) 17.0 중량% 내지 19.0 중량%, 코발트(Co) 4.0 중량% 내지 6.0 중량%, 크롬(Cr) 2.0 중량% 내지 3.5 중량%, 및 텅스텐(W) 0.70 중량% 내지 3.25 중량%, 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 강판 조성물을 용해시키고 이를 주조하여 강판을 형성하는 단계;
상기 강판을 열간 압연하는 단계;
상기 강판을 급냉하는 단계; 및
상기 강판을 용체화 처리(solution treatment)하는 단계
를 포함하는, 고장력강의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 열간 압연은 900℃ 내지 1200℃ 에서 수행되는 것인, 고장력강의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 급냉은 750℃ 내지 850℃ 에서 시작하여 10 ℃/sec 내지 50 ℃/sec의 냉각 속도로 진행되는 것인, 고장력강의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 열간 압연은 5% 내지 30% 의 압하율로 압연 종료 시까지 연속적으로 수행되는 것인, 고장력강의 제조 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 연속적으로 수행된 상기 열간 압연의 누적 압하율이 50% 이상인 것인, 고장력강의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 용체화 처리는 800℃ 이상에서 수행되고 이어서 급냉하는 것을 포함하는 것인, 고장력강의 제조 방법.