KR20180121956A

KR20180121956A - 스틸 평판 제품을 열처리하기 위한 방법, 열처리된 스틸 평판 제품 및 그 용도

Info

Publication number: KR20180121956A
Application number: KR1020187028610A
Authority: KR
Inventors: 페터 오제; 슈테판 비슈만; 엔스 플하; 토르스텐 크렌케; 슈테판 크란츠
Original assignee: 티센크루프 스틸 유럽 악티엔게젤샤프트; 티센크룹 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2018-11-09
Also published as: US20190085425A1; EP3426808B1; MX2018010919A; DE102016203969A1; CA3014133A1; WO2017153265A1; EP3426808A1

Abstract

본 발명은 스틸 평판 제품을 열처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 열처리된 스틸 평판 제품 및 그 용도에 관한 것이다.

Description

스틸 평판 제품을 열처리하기 위한 방법, 열처리된 스틸 평판 제품 및 그 용도

민간 차량뿐만 아니라 군사용 차량의 방탄(ballistic protection)을 위해, 안전 스틸(safety steel)이라고 지칭되는, 높은 경도 및 강도를 가진 스틸의 사용이 알려져 있다. 그러한 스틸은 일반적으로, 충돌 물체(발사체, 파편)의 에너지 및/또는 압력파를 완전히 소멸시킬 수 있고 물질 침투를 실질적으로 방지할 수 있도록, 두께가 매우 두껍다. 중량 감소를 위해서, 그리고 특히 방탄의 목적으로 사용되는 스틸의 두께에 걸친 특성 프로파일의 최적화를 위해서는, 적어도 두 겹의 스틸 층으로 구성되며, 하나의 경질 스틸과 높은 연성을 가진 제2 스틸로 이루어진 하나 이상의 조합체를 포함하는 다층 스틸이 적합하고, 이때 경질 스틸은 충돌 물체를 파괴하고 더 연성인 스틸은 발생하는 충격 에너지를 흡수하여야 한다. 종래 기술에는, 예를 들어, 매우 비용 집중적인 폭발성 클래딩(explosive cladding)(예를 들어, US 6 360 936, DE 692 02 131 T2), 열간 압연 클래딩(예를 들어, EP 2 123 447 A1), 또는 열원을 이용한 압연 클래딩(예를 들어, DE 44 29 913 C1)을 이용하여 클래딩되는, 동종의 다층 스틸을 제조하기 위한 다양한 방법들이 공지되어 있다(예를 들어, DE 21 42 360 A). 모든 클래딩 방법은 공통적으로, 개별 층들 상호간의 확실한 연결을 보장함으로써, 부하 인가 시 층들 사이에 불충분한 방탄을 초래할 수 있는 파손이 발생하지 않도록, 클래딩하려는 반제품의 접합면들을 복잡하고 비용 집중적인 방식으로 처리해야 한다(예를 들어, DE 43 44 879 C2, DE 10 2005 006 606 B3 참조). 추가 가공 시에도, 상이한 스틸들의 층들 간에 문제가 발생할 수 있으며, 이는 특히 층들 사이의 경계/접촉면들 상에서의 불안정한 특성 변화로 인해 초래될 수 있는 응력 하에서 예컨대 인장 균열의 형태로 인지될 수 있다는 다. 또한, 예를 들어 열간 압연 클래딩의 경우, 연속 열처리 단계들 중에, 인접 금속 층 내로 침투하여 상기 층의 재료 특성에 부정적으로 영향을 미칠 수 있는, 예를 들어 탄소 또는 질소와 같은, 특히 침입형 용매 원자의 확산 프로세스도 문제가 될 수 있다. 예시로서 언급된 클래딩 방법은, 방탄의 목적뿐만 아니라, 예를 들어, 높은 마모 영향에 노출됨에 따라 높은 마모 방지 특성을 필요로 하는 분야의 구성 부품들 용으로 설계된 다른 구성 부품들의 제조에도 적합할 수 있다(예컨대, DE 10 2005 006 606 B3 참조). 종래 기술을 참조하여 추가적인 개선 가능성이 존재한다.

본 발명의 과제는, 공지된 종래 기술의 단점을 극복하며, 특히 필적하는 결과를 도출하면서 경계적이고 용이한 방식으로 실현될 수 있는, 스틸 평판 제품의 열처리 방법, 그리고 열처리된 평판 제품 및 그의 상응하는 용도를 제시하는 것이다.

본 발명의 제1 양태에 따라, 본 발명에 따른 스틸 평판 제품을 열처리하기 위한 방법이 제공됨으로써 상기 과제가 해결되며, 이 방법은:

- 제1 경도의 조직을 가진 스틸 평판 제품을 제공하는 단계,

- 상기 평판 제품을 적어도 국소적으로 오스테나이트화 온도로 가열하는 단계,

- 제1 경도의 조직에 비해 더 높은 경도를 가진 제2 경도의 조직이 적어도 국소적으로 평판 제품 내에 형성되도록, 상기 적어도 국소적으로 가열된 평판 제품을 냉각하는 단계를 포함하고,

제2 경도의 조직이 섹션별로 평판 제품의 두께에 걸쳐 형성되도록, 그리고 적어도 하나의 섹션 내에서 평판 제품의 두께에 걸쳐 제1 경도를 가진 조직이 지속되도록, 상기 평판 제품의 가열과 냉각이 서로 조율된다.

본원 발명자들은 단일체(monolithic) 스틸 평판 제품의 목표한 열처리를 통해 평판 제품의 두께에 걸쳐 상이한 특성들을 형성할 수 있다는 점을 확인하였고, 이는 기존에는 다층 구조에 의해서만 제공될 수 있었다. 본 발명에 따른 방법의 제공을 통해, 의되치 않은 확산 프로세스와 관련된 문제가 발생할 수도 없고, 복잡하고 비용 집중적인 전처리 및 방법 단계가 생략될 수 있다. 본 발명에 의해서, 특히, 단일체 스틸 재료의 두께에 걸친 가변 경도 프로파일이 목표한 대로 형성될 수 있다.

"제1 경도의 조직"이라는 용어는 실질적으로, 본 발명에 따른 열처리 이전의 공급 상태에서의 평판 제품의 초기 조직을 의미한다. 제1 경도 또는 제2 경도 등을 가진 조직에서 경도는 각각의 섹션에 걸친 경도 평균 값을 의미한다. "오스테나이트화 온도"는 적어도 A_c1온도(오스테나이트화 시작 온도), 특히 바람직하게 A_c3 온도(오스테나이트화 종료 온도)를 의미한다. 명시된 온도 값들(A_c1, A_c3)과 마르텐사이트 시작 온도(M_S)는 재료에 따라 달라지며, 관련 합금 조성을 기초로 우수한 정확도로 추정될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 제1 실시예에 따라, 상기 가열은 적어도 하나의 열원을 이용하여 적어도 일 측면에서 수행되고, 이때 제2 경도의 조직이 평판 제품의 적어도 하나의 연부 섹션 내에 형성된다. 일 측면의 가열을 통해, 평판 제품 내로의 열 입력에 원하는 대로 영향을 미칠 수 있다. 특히, 이를 통해, 평판 제품 내에서의 열처리 깊이가 섹션별로 제어될 수 있다. 평판 제품의 전체 두께를 완전히 가열하는 것, 그리고 가열 후 냉각에 의해 완전히 경화시키는 것을 피하기 위해서, 평판 제품은, 예를 들어 능동적으로 적절한 수단을 이용하여, 적어도 열원으로부터 먼 쪽을 향하는 측에 있는 평판 제품의 연부 섹션에 실질적으로 부정적인 영향이 미치지 않도록 하기 위해, 열원으로부터 먼 쪽을 향하는 측면이 냉각될 수 있다. 이를 통해, 평판 제품의 두께에 걸쳐 적어도 하나의 섹션 내에서 조직의 변화가 실질적으로 억제되어, 제1 경도의 조직이 실질적으로 유지될 수 있게 된다.

본 발명에 따른 방법의 한 대안적 실시예에 따라, 상기 가열이 적어도 하나의 열원을 각각 이용하여 양 측면에서 수행되고, 이때 제2 경도의 조직이 스틸 평판 제품의 양 연부 섹션 내에 형성된다. 양 측면을 가열함으로써, 평판 제품 내로의 열 입력에 양 측면으로부터 원하는 대로 영향을 미칠 수 있다. 특히, 이를 통해, 평판 제품 내에서의 열처리 깊이가 섹션별로 제어될 수 있고, 이 경우 평판 제품 전체, 특히 코어 섹션의 완전한 가열이 방지된다. 양 측면의 가열에 냉각이 후속됨으로써, 연성 코어 섹션을 갖는 경질 연부 섹션들이 형성될 수 있다. 바람직하게는, 열처리의 깊이에 따라 대칭적 또는 비대칭적 경도 프로파일이 평판 제품의 두께에 걸쳐 형성될 수 있다. 경질 연부 섹션들이 동일한 경도를 가질 필요는 없으며, 평판 제품의 일 측면 상에는 제2 경도의 조직을 가진 연부 섹션이 형성되고 평판 제품의 다른 측면 상에는 제3 경도의 조직을 가진 연부 섹션이 형성되는 방식으로 상이하게도 형성될 수 있고, 이 경우 제3 경도의 조직은 제2 경도의 조직보다는 더 낮고 제1 경도의 조직보다는 더 높은 경도를 갖는다.

바람직하게, 본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에 따라, 적어도 하나의 인덕터가 열원으로서 이용된다. 유도성 열원은 경제적이고 간단한 방식으로 작동될 수 있고, 적어도 국소적으로 공작물을 가열할 수 있으며, 특히 열처리 깊이가 원하는 대로 비교적 간단하게 제어될 수 있다. 인덕터는, 예를 들어 10Hz 내지 1MHz, 특히 100Hz 내지 400kHz의 주파수로 작동된다. 인덕터와 평판 제품 사이의 거리는, 예를 들어 평판 제품으로부터 1 내지 10mm, 특히 2 내지 5mm이다. 소위 커플링 거리는 주파수 외에도 침투 깊이를 결정한다. 동작 주파수, 거리 및 열처리 깊이와 관련된 최적의 조정은 제조하고자 하는 제품에 따라 달라지며, 시뮬레이션 및/또는 시행착오 테스트(trial and error test)에 의해 비교적 간단하게 결정될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에 따라, 평판 제품의 적어도 하나의 연부 섹션이 가열 프로세스 중에 적어도 A_c3 + 20 K 이상의 온도까지 가열되고, 상기 온도에서 적어도 1초 내지 최대 60초까지 유지된다. 이러한 온도 및 유지 시간에서, 평판 제품 내 경화할 영역이 완전히 오스테나이트화되는 점, 다시 말해 조직이 적어도 연부 영역 내에서 완전히 오스테나이트로 변환되는 점이 보장될 수 있다. 열원에 따라서, 상기 유지 시간이 단축될 수 있는데, 예를 들어 인덕터를 이용하는 경우에 최대 10초로 단축될 수 있다. 특성에 부정적으로 영향을 미칠 수 있는, 템퍼링된 섹션 내의 결정립 조대화(grain coarsening)를 방지하기 위해, 1,100 ℃ 이상의 온도를 넘지 않아야 한다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에 따라, 상기 냉각은, 앞서 오스테나이트화된 영역을, 예를 들어 실질적으로 마르텐사이트 조직 또는 마르텐사이트/베이나이트 조직에 상응하는 더 높은 경도의 조직으로 변성시키기 위해, 적절한 수단을 이용하여, 바람직하게는 평판 제품을 물로 급냉시키는 방식으로, 수행되며, 이 경우, 높은 경도를 달성하기 위해서, 재료 의존적인 임계 냉각 속도를 초과하여, 예를 들어 30 K/s 초과의 냉각 속도에서 급냉이 수행되어야 한다.

본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에 따라, 적어도, 제2 경도 및/또는 제3 경도의 조직을 갖는 연부 섹션과 제1 경도의 조직을 갖는 섹션 사이에, 특히 제1 경도의 조직을 갖는 섹션보다 더 낮은 경도를 가진, 제4 경도의 조직을 갖는 어닐링 섹션이 형성된다. 어닐링 섹션은 인접 섹션에 비해서 더 낮은 경도 및 더 높은 연성으로, 방탄 특성 및 추가 가공와 관련한 개선을 가능하게 한다. 어닐링 영역의 제공에 의해서, 충돌 물체의 흡수 능력 및/또는 추가 가공을 위한 성형 적합성이 더 증대될 수 있다.

특히 평판 제품의 열처리된 영역의 표면 상에서, 균열 민감성에 긍정적인 영향이 미치도록, 그리고 그러한 균열 민감성을 감소시키도록, 본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에 따라, 제2 경도 및/또는 제3 경도의 조직을 갖는 연부 섹션들 중 적어도 하나에 탈탄된 연부 층이 형성된다. 탈탄된 연부 층은 예를 들어, 관련 대기, 특히 습한 공기에 의해서 가열 중에 형성될 수 있고, 그리고/또는 오스테나이트화 이후 지연된 냉각이 700℃ 미만의 온도에 도달된 후에야 수행됨으로써, 형성될 수 있다. 그 대안으로서, 표면에서의 균열 민감도는, 특히 연부 층 탈탄화의 배제 하에, 제2 경도 및/또는 제3 경도의 조직을 갖는 연부 섹션에 비해서 경도가 더 낮은, 제5 경도의 조직을 갖는 연부 섹션의 형성에 의해, 감소할 수 있다. 이러한 형성은 지연된 냉각에 의해 이루어지며, 이 경우 급냉은 적어도 연부 층 내의 온도가 M_S 온도에 상응하는 온도에 미달되어야 비로소 수행된다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에 따라, 바람직하게 유도 방식으로 열처리될 수 있는, 강자성의 스틸 평판 제품이 이용된다. 특히, 스틸 평판 제품은 제조 프로세스로 인해 압연된 그대로의(as-rolled) 상태로, 다시 말해 마지막 압연 패스(rolling pass) 이후 평판 제품 상에 열처리가 실시되지 않은, 특히 재결정 어닐링이 수행되지 않은 상태로 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 평판 제품은, 제조 프로세스로 인해서, 예를 들어 적어도 300 HV10의 균질한 초기 경도를 이미 가질 수 있다. HV는 비커스(Vickers) 경도이고, 경도 테스트는 DIN EN ISO 6507-1:2006-03에 규정되어 있다. 바람직하게, 스틸 평판 제품은 중량% 단위의 이하의 합금 성분:

0.15 <= C <= 0.6,

0.1 <= Si <= 1.2,

0.3 <= Mn <= 1.8,

0.1 <= Cr <= 1.8,

0.05 <= Mo <= 0.6,

0.05 <= Ni <= 3.0,

0.0005 <= B <= 0.01,

Al <= 0.15,

Ti <= 0.04,

P <= 0.04,

S <= 0.03,

N <= 0.03,

그리고 잔분의 철 및 불가피한 불순물로 으로 구성된다. 바람직하게, 평판 제품은 중강판(heavy plate)이다.

편평하지 않게 설계되어야 하는 최종 제품을 생성하기 위해서, 본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에 따라, 평판 제품이 성형 및/또는 절단된다. 필요한 경우, 예컨대 최종 제품으로의 가공 이전 및/또는 이후에, 평판 제품이 추가 열처리 단계를 거칠 수 있다.

제2 양태에 따라, 본 발명은, 평판 제품 내에 제2 경도의 조직이 평판 제품의 두께에 걸쳐 섹션별로 형성되고, 적어도 하나의 섹션 내에서 평판 제품의 두께에 걸쳐 제1 경도의 조직이 형성되는, 열처리된 스틸 평판 제품에 관련되며, 이때 제2 경도의 조직은 제1 경도의 조직에 비해 더 높은 경도를 가지며 열처리된다. 바람직하게, 제2 경도의 조직은 실질적으로 마르텐사이트 조직 또는 마르텐사이트/베이나이트 조직으로 구성된다. 그에 반해, 제1 경도의 조직을 갖는 섹션은, 공급 상태에서의 조직에 상응하는 초기 조직으로 구성될 수 있고, 예를 들어 페라이트/펄라이트 조직 또는 템퍼링된 마르텐사이트 조직으로 구성될 수 있다.

반복을 피하기 위해서, 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들을 참조한다.

본 발명에 따른 평판 제품의 제1 실시예에 따라, 제2 경도의 조직이 평판 제품의 일측 연부 섹션 내에 형성되고, 상기 연부 섹션의 층 두께는 평판 제품의 총 두께의 적어도 5% 내지 최대 80%일 수 있으며, 평판 제품의 나머지 두께는 제1 경도의 조직을 갖는 섹션으로 구성된다. 평판 제품의 두께에 걸친 비대칭적 경도 프로파일에 의해, 용례에 따라 "더 경질인" 그리고 "더 연성인" 측면이 가용하다.

본 발명에 따른 평판 제품의 다른 실시예에 따라, 제2 경도의 조직이 평판 제품의 양 연부 섹션 내에 형성되거나; 제2 경도의 조직을 갖는 하나의 연부 섹션이 평판 제품의 일 측면 상에 형성되고, 제3 경도의 조직을 갖는 하나의 연부 섹션이 평판 제품의 타 측면 상에 형성되며; 상기 제3 경도의 조직은, 제2 경도의 조직보다는 더 낮고 제1 경도의 조직보다는 더 높은 경도를 가지며; 연부 섹션의 층 두께는 평판 제품의 총 두께의 적어도 5% 내지 최대 45% 사이에서 각각 가변적이고, 나머지 두께는 제1 경도의 조직을 갖는 섹션에 의해 형성된다. 적용예에 따라, 각자 비대칭적인 경도 프로파일이, 또는 양 연부 섹션이 동일한 치수를 가지는 경우에는 대칭적인 경도 프로파일이 2개의 "경질인" 또는 "더 경질인" 측면 및 하나의 "연성인" 또는 "더 연성인" 코어를 갖는 평판 제품 내에 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 평판 제품의 또 다른 실시예에 따라, 평판 제품은, 제2 경도 및/또는 제3 경도의 조직을 갖는 적어도 하나의 연부 섹션과 제1 경도의 조직을 갖는 섹션 간에, 적어도 100 HV10, 특히 적어도 150 HV10의 경도차를 갖는다. 결과적으로, 단일체 평판 제품 내에서 임의의 적용예에 대해 최적으로 매칭된 프로파일이 제공될 수 있는데, 이는 기존에는 다층 구조에 의해서만 가능했다.

본 발명에 따른 평판 제품의 또 다른 실시예에 따라, 평판 제품은 적어도, 제2 경도 및/또는 제3 경도의 조직을 갖는 연부 섹션과 제1 경도의 조직을 갖는 섹션 사이에, 제1 경도의 조직을 갖는 섹션에 비해서 적어도 10 HV10만큼 더 낮은 경도, 특히 적어도 20 HV10만큼 더 낮은 경도를 갖는, 제4 경도의 조직을 가진 어닐링 섹션을 포함한다.

본 발명에 따른 평판 제품의 또 다른 실시예에 따라, 평판 제품은 적어도 연부 섹션들 중 하나에 탈탄된 연부 층을 포함하거나, 연부 섹션에 비해서 더 낮은 경도를 갖는, 제5 경도의 조직을 갖는 연부 층을 포함한다. 탈탄된 연부 층 또는 제5 경도의 조직을 갖는 연부 층은 평판 제품의 총 두께를 기준으로 최대 10%, 특히 최대 5%의 두께로 제공될 수 있다.

특히, 평판 제품은 3 내지 80mm, 특히 6 내지 20mm의 총 두께를 갖는다. 바람직하게, 스틸 평판 제품은 중강판으로 제조된다.

제3 양태에 따라 본 발명은, 장갑판(armour plating)의 부품 또는 구성요소로서, 또는 특수한, 특히 연삭 마모 및/또는 블래스트 마모(blast wear)와 같은 마모 영향의 작용에 대항하는 특성을 갖는 부품 또는 구성요소로서, 선택적으로 최종 제품으로 성형 및/또는 절단될 수 있는, 본 발명에 따른 평판 제품의 용도에 관련된다.

이하에서, 본 발명은 일 실시예를 기초로 도시한 도면을 토대로 구체적으로 설명된다. 동일한 요소들에는 동일한 참조 번호가 부여되어 있다.

도 1a는 평판 제품을 열처리하기 위한 제1 실시예의 개략도이다.
도 1b는 제1 실시예에 따라 열처리된 평판 제품의 두께에 걸친 경도 진행(hardness progression)의 그래프이다.
도 2a는 평판 제품을 열처리하기 위한 제2 실시예의 개략도이다.
도 2b는 제2 실시예에 따른 열처리된 평판 제품의 두께에 걸친 경도 진행의 그래프이다.
도 3a는 제3 실시예에 따른 열처리된 평판 제품의 개략적 횡단면도이다.
도 3b는 도 3a의 열처리된 평판 제품의 두께에 걸친 경도 진행의 그래프이다.
도 4a는 제4 실시예에 따른 열처리된 평판 제품의 개략적 횡단면도이다.
도 4b는 도 4a의 열처리된 평판 제품의 두께에 걸친 경도 진행의 그래프이다.
도 5a는 제5 실시예에 따른 열처리된 평판 제품의 개략적 횡단면도이다.
도 5b는 도 5a의 열처리된 평판 제품의 두께에 걸친 경도 진행의 그래프이다.
도 6a는 제6 실시예에 따른 열처리된 평판 제품의 개략적 횡단면도이다.
도 6b는 도 6a의 열처리된 평판 제품의 두께에 걸친 경도 진행의 그래프이다.

평판 제품(1)을 열처리하기 위한 제1 실시예가 도 1a에 개략도로 도시되어 있다. 평판 제품(1)은, 예를 들어, 바람직하게 중강판으로 제조된, 3 내지 80mm, 바람직하게 6 내지 20mm 두께의 페라이트/펄라이트 조직을 갖는 열처리 가능 스틸 재료와 같은, 제1 경도(1.1)의 실질적으로 균질한 조직을 갖는 강자성 스틸로 형성된다. 평판 제품(1)은 길이(L)와; 여기서는 단면도이기 때문에 도시되지 않은, 예를 들어 치수와 관련하여 길이(L)보다 수 배 더 작은 폭과; 두께 또는 총 두께(D);를 갖는다. 평판 제품(1)은 바람직하게 하나의 연속 프로세스 내에서 적어도 국소적으로, 바람직하게는 평판 제품(1)의 전체 폭에 걸쳐 그리고 적어도 국소적으로, 바람직하게는 평판 제품(1)의 전체 길이(L)에 걸쳐 열처리된다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 평판 제품(1)은, 예를 들어 롤러 컨베이어(R) 상에 위치되고, 도시된 화살표로 표시된 열처리 유닛(W)의 방향으로 이동된다. 열처리 유닛(W)은 평판 제품(1)의 일 측면의 가열을 위한 적어도 하나의 열원 및 가열된 평판 제품(1)을 냉각하기 위한 적어도 하나의 냉각 유닛을 포함하며, 열원으로서 바람직하게 적어도 하나의 인덕터(I)가 이용되고, 상기 냉각 유닛은 바람직하게 적어도 하나의 워터 샤워 장치 또는 물 분무 장치(B)를 포함한다. 평판 제품(1)은 가열 프로세스 중에 인덕터(I)를 통해서 적어도 A_c3 + 20 K 이하의 온도까지 가열되고, 적어도 1초 내지 최대 60초, 바람직하게 최대 10초간 상기 온도에서 유지되며, 이때 평판 제품(1) 내에서 경화할 영역(2.1)이 완전히 오스테나이트화된다. 평판 제품(1) 내측의 열 전도로 인해서, 경화할 영역(2.1)이 희망하는 최종 두께를 초과하지 않는 점이 보장되어야 한다. 열처리 깊이에 따라, 경화할 오스테나이트화된 영역(2.1)이 물 분무 장치(B)를 통해 급냉되고, 이때 연부 섹션(2) 내에 경화 조직, 예를 들어 마르텐사이트 조직 또는 마르텐사이트/베이나이트 조직(2.2)이 형성되도록, 30K/s 초과의 냉각 속도가 선택된다. 그에 의해서, 제2 경도의 조직(2.2)이 평판 제품(1')의 두께(D)에 걸쳐 섹션별로, 즉, 연부 섹션(2) 내에 형성되고, 평판 제품(1')의 두께(D)에 걸쳐 적어도 하나의 섹션(1.1) 내에서 제1 경도의 조직(1.2)이 지속되는 방식으로, 다시 말해 섹션(1.1)이 열처리에 의해 부정적인 영향을 전혀 또는 실질적으로 받지 않는 방식으로, 평판 제품(1)의 가열(I)과 냉각(B)이 서로 조율된다. 대안으로서 또는 여기에서 도시되지 않은 방식으로, 열처리 유닛 및/또는 그 유닛들이 각자 평판 제품에 걸쳐 이동 가능하게 배열될 수 있다. 평판 제품(1')의 두께에 걸친 경도 프로파일이 도 1b에 도시되어 있고, 이를 통해 연부 섹션(2)이 제1 경도의 조직(1.2)을 가진 섹션(1.1)보다 높은 제2 경도의 조직(2.2)을 가짐을 알 수 있으며, 상기 경도차는 바람직하게 적어도 100 HV10이다.

평판 제품(1)을 열처리하기 위한 제2 실시예가 도 2a에 개략도로 도시되어 있다. 반복을 피하기 위해서, 제1 실시예와의 비교에서 차이점만을 설명할 것이다. 롤러 컨베이어(R) 상에 도시된 평판 제품(1)은 도 1a에 도시된 바와 같이 열처리 유닛(W)의 방향으로 이동된다. 열처리 유닛(W)으로부터 먼 쪽을 향하는 측에 제2 열처리 유닛(W')이 위치되고, 상기 제2 열처리 유닛(W')은 평판 제품(1)을 가열하기 위한 적어도 하나의 열원, 바람직하게 적어도 하나의 인덕터(I') 및 가열된 평판 제품(1)을 냉각하기 위한 적어도 하나의 냉각 유닛, 바람직하게 적어도 하나의 워터 샤워 장치 또는 분무 장치(B')를 포함한다. 가열은, 바람직하게 평판 제품(1)의 전체 폭을 커버하고 평판 제품(1) 내의 경화할 영역(2.1, 2'.1)을 완전히 오스테나이트화하기 위해, 바람직하게 평판 제품의 전체 폭에 걸쳐 연장되는 적어도 하나의 인덕터(I, I')를 통해 양 측면에서 각각 실시된다. 열처리 깊이에 따라, 경화할 오스테나이트화된 영역(2.1, 2'.1)이 물 분무 장치(B, B')를 통해 급냉되고, 예를 들어 마르텐사이트 조직 또는 마르텐사이트/베이나이트 조직(2.2, 2'.2)이 각각 연부 섹션(2, 2') 내에 형성된다. 이때, 제2 경도의 조직(2.2, 2'.2)이 평판 제품(1')의 두께(D)에 걸쳐 섹션별로, 즉, 연부 섹션(2) 내에 형성되고, 평판 제품(1')의 두께(D)에 걸쳐 적어도 하나의 섹션(1.2) 내에 제1 경도의 조직(1.2)이 지속되는 방식으로, 다시 말해 섹션(1.1)이 열처리에 의해 부정적인 영향을 실질적으로 또는 전혀 받지 않고 평판 제품(1')의 코어 층(1.1)을 형성하는 방식으로, 평판 제품(1)의 가열(I, I')과 냉각(B, B')이 서로 조율된다. 그럼으로써, 열처리가 양 측면에서 동시에 실시된다. 대안적인 그리고 여기에 도시되지 않은 방식으로, 열처리 유닛들이 서로 오프셋되어 배열될 수도 있고, 그에 의해 양측 연부 섹션이 시간차를 두고 생성될 수 있다. 평판 제품(1')의 두께에 걸친 경도 프로파일이 도 2b에 도시되어 있고, 이를 통해 연부 섹션(2, 2')이 제1 경도의 조직(1.2)을 가진 섹션(1.2) 또는 코어 층보다 높은 제2 경도의 조직(2.2, 2'.2)을 가짐을 알 수 있다. 바람직하게, 경도차는 적어도 100 HV10이다.

도 3a, 도 4a, 도 5a 및 도 6a에는, 본 발명에 따라 제조된, 도 3b, 도 4b, 도 5b 및 도 6b에서 각각의 두께(D)에 걸친 관련 경도 프로파일을 갖는 평판 제품(1')의 횡단면이 각각 도시되어 있다.

제3 실시예에 따른 열처리된 평판 제품(1')의 개략적 단면도에는, 섹션(1.1), 특히 제1 경도의 조직(1.2)을 갖는 하나의 코어 층; 제2 경도의 조직(2.2, 2'.2)을 갖는 2개의 연부 섹션(2, 2'); 그리고 연부 섹션들(2, 2')과 섹션(1.1) 사이에 제4 경도의 조직(3.2, 3'.2)을 갖는 각각의 어닐링 섹션(3, 3');이 도시되어 있다. 어닐링 섹션들(3, 3')은 각각 섹션(1.1)에 비해 적어도 10 HV10 만큼 더 낮은 경도를 갖는다. 섹션(1.1) 및 연부 섹션(2, 2')은 각각 평판 제품(1')의 총 두께(D)의 30%에 상응하고, 각각 나머지 5%를 어닐링 섹션(3, 3')이 차지한다(도 3a). 두께(D)에 걸친 대칭적 경도 프로파일이 도 3b에 도시되어 있다.

제4 실시예에 따라 열처리된 평판 제품(1')의 개략적 단면도에서는, 제3 실시예와 비교하여, 제2 경도의 조직(2.2)을 갖는 상부 연부 섹션(2)이, 예를 들어 총 두께(D)의 50%에 상응하는 두께만큼 더 두껍게 설계되고, 제2 경도의 조직(2'.2)을 갖는 하부 연부 섹션(2')은, 예를 들어 총 두께(D)의 10%에 상응하는 두께만큼 더 얇게 설계된다는 차이가 있다(도 4a). 두께(D)에 걸친 비대칭적 경도 프로파일이 도 4b에 도시되어 있다.

제5 실시예에 따른 열처리된 평판 제품(1')의 개략적 횡단면도에는, 섹션(1.1), 특히 제1 경도의 조직(1.2)을 갖는 하나의 코어 층 및 제2 경도의 조직(2.2, 2'.2)을 갖는 2개의 연부 섹션(2, 2')이 도시되어 있다. 평판 제품(1')은 양측 연부 섹션(2, 2')에 각각 탈탄된 연부 층을 포함하거나, 연부 섹션(2, 2')에 비해 더 낮은 경도를 갖는, 제5 경도의 조직(4.2, 4'.2)을 가진 연부 층(4, 4')을 각각 포함한다. 섹션(1.1)은 평판 제품(1')의 총 두께(D)의 30%에 해당하고, 연부 섹션(2, 2')은 각각 상기 총 두께의 35%에 상응하며, 탈탄된 연부 섹션 또는 연부 층(4, 4')은 평판 제품(1')의 총 두께(D)를 기준으로 최대 5%의 두께로 제공될 수 있다(도 5a). 두께(D)에 걸친 대칭적 경도 프로파일이 도 5b에 도시되어 있다.

제6 실시예에 따른 열처리된 평판 제품(1')의 개략적 단면도에서, 제1 경도의 조직(1.2)을 갖는 섹션(1.1); 제2 경도의 조직(2.2)을 갖는 연부 섹션(2); 그리고 연부 섹션(2)과 섹션(1.1) 사이에 제4 경도의 조직(3.2)을 갖는 어닐링 섹션(3);이 도시되어 있다. 평판 제품(1')은 연부 섹션(2) 내에 탈탄된 연부 층을 포함하거나, 제5 경도의 조직(4.2)을 갖는 연부 층(4)을 포함한다. 평판 제품(1')의 총 두께(D)를 기준으로, 섹션(1.1)은 35%의 두께를 가지고, 어닐링 섹션(3)은 5%의 두께를 가지며, 연부 섹션(2)은 60%의 두께를 가지고, 그 중 최대 5%의 두께가 연부 층(4)을 위해 배제될 수 있다(도 6a). 두께(D)에 걸친 비대칭적 경도 프로파일이 도 6b에 도시되어 있다.

상이한 경도를 갖는 섹션들의 설계는 도시된 실시예들로 제한되지 않는다. 오히려, 예를 들어, 연부 층들 중 하나가 제3 경도의 조직을 가질 수 있고, 이때 제3 경도의 조직은, 제2 경도의 조직보다는 더 낮으나 제1 경도의 조직보다는 높은 경도를 가질 수 있다. 특히, 스틸 평판 제품은 제조 프로세스로 인해 압연된 그대로의(as-rolled) 상태뿐만 아니라, 그 대안으로 또는 부가적으로, 예를 들어 적어도 300 HV10의 균질한 초기 경도를 이미 가진 상태로도 이용될 수 있다. 선택적으로 최종 제품으로 성형 및/또는 절단될 수 있는, 본 발명에 따른 평판 제품은, 장갑판의 부품 또는 구성요소로서 또는, 특히 마모 영향의 작용에 대항하는 특수성을 가진 부품 또는 구성요소로서 이용될 수 있다. 평판 제품 또는 최종 제품의 두께에 걸쳐 제1 경도의 조직을 가진 적어도 하나의 섹션 및, 제1 경도보다 더 높은 제2 경도의 조직을 가진 적어도 하나의 섹션을 갖는 평판 제품 또는 최종 제품이 이용될 수 있는 다른 적용 분야들도 고려될 수 있다.

1 평판 제품
1' 열처리된 평판 제품
1.1 섹션, 코어 층
1.2 제1 경도의 조직
2, 2' 연부 섹션
2.1, 2'.1 오스테나이트화되고 가열된, 어닐링할 영역
2.2, 2'.2 제2 경도의 조직
3, 3' 어닐링 섹션
3.2, 3'.2 제4 경도의 조직
4, 4' 탈탄된 연부 층, 연부 층
4.2, 4'.2 제5 경도의 조직
B, B' 냉각 분무 장치
D 두께, 총 두께
I, I' 인덕터
W, W' 열처리 유닛

Claims

스틸 평판 제품을 열처리하기 위한 방법이며:
- 제1 경도의 조직을 가진 스틸 평판 제품을 제공하는 단계,
- 상기 평판 제품을 적어도 국소적으로 오스테나이트화 온도로 가열하는 단계,
- 제1 경도의 조직에 비해 더 높은 경도를 가진, 제2 경도의 조직이 적어도 국소적으로 평판 제품 내에 형성되도록, 상기 평판 제품을 적어도 국소적으로 냉각하는 단계를 포함하고,
제2 경도의 조직이 평판 제품의 두께에 걸쳐 섹션별로 형성되도록, 그리고 적어도 하나의 섹션 내에서 평판 제품의 두께에 걸쳐 제1 경도를 가진 조직이 지속되도록, 상기 평판 제품의 가열과 냉각이 서로 조율되는 것을 특징으로 하는, 스틸 평판 제품의 열처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 가열 단계는 적어도 하나의 열원을 이용하여 적어도 일 측면에서 수행되고, 이때 제2 경도를 가진 조직이 평판 제품의 적어도 하나의 연부 섹션 내에 형성되는 것을 특징으로 하는, 스틸 평판 제품의 열처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 가열 단계는 적어도 하나의 열원을 각각 이용하여 양 측면에서 수행되고, 이때 제2 경도의 조직이 평판 제품의 양 연부 섹션 내에 형성되거나, 제2 경도의 조직을 갖는 연부 섹션이 평판 제품의 일 측면 상에 형성되고 제3 경도의 조직을 갖는 연부 섹션이 평판 제품의 타 측면 상에 형성되며, 이 경우 제3 경도의 조직이 제2 경도의 조직보다는 더 낮고 제1 경도의 조직보다는 더 높은 경도를 갖는 것을 특징으로 하는, 스틸 평판 제품의 열처리 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,
열원으로서 적어도 하나의 인덕터가 이용되는 것을 특징으로 하는, 스틸 평판 제품의 열처리 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
평판 제품의 적어도 하나의 연부 섹션이 가열 프로세스 중에 적어도 A_c3 + 20 K 이상의 온도까지 가열되고, 상기 온도에서 적어도 1초 내지 최대 60초까지 유지되는 것을 특징으로 하는, 스틸 평판 제품의 열처리 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 단계는 적합한 수단을 이용하여, 바람직하게는 평판 제품을 물로 급냉시킴으로써, 수행되는 것을 특징으로 하는, 스틸 평판 제품의 열처리 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도, 제2 경도 및/또는 제3 경도의 조직을 갖는 연부 섹션과 제1 경도의 조직을 갖는 섹션 사이에, 특히 제1 경도의 조직을 갖는 섹션보다 경도가 더 낮은, 제4 경도의 조직을 갖는 어닐링 섹션이 형성되는 것을 특징으로 하는, 스틸 평판 제품의 열처리 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
제2 경도 및/또는 제3 경도의 조직을 갖는 연부 섹션들 중 적어도 하나에, 탈탄된 연부 층; 또는 제5 경도의, 그리고 제2 경도 및/또는 제3 경도의 조직을 갖는 연부 섹션에 비해 더 낮은 경도의 연부 층;이 형성되는 것을 특징으로 하는, 스틸 평판 제품의 열처리 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
평판 제품의 두께에 걸쳐, 대칭적 또는 비대칭적 경도 프로파일이 형성되는 것을 특징으로 하는, 스틸 평판 제품의 열처리 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
중량% 단위의 이하의 합금 성분:
0.15 <= C <= 0.6,
0.1 <= Si <= 1.2,
0.3 <= Mn <= 1.8,
0.1 <= Cr <= 1.8,
0.05 <= Mo <= 0.6,
0.05 <= Ni <= 3.0,
0.0005 <= B <= 0.01,
Al <= 0.15,
Ti <= 0.04,
P <= 0.04,
S <= 0.03,
N <= 0.03,
그리고 잔분의 철 및 불가피한 불순물로 구성되는 스틸 평판 제품이 이용되는 것을 특징으로 하는, 스틸 평판 제품의 열처리 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평판 제품이 최종 제품으로 성형 및/또는 절단되는 것을 특징으로 하는, 스틸 평판 제품의 열처리 방법.
특히, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따라 제조된, 열처리된 스틸 평판 제품(1')에 있어서,
평판 제품(1') 내에, 제2 경도의 조직(2.2)이 평판 제품(1')의 두께(D) 걸쳐 섹션별로 형성되고, 적어도 하나의 섹션(1.1) 내에서 평판 제품(1')의 두께(D)에 걸쳐 제1 경도의 조직(1.2)이 형성되며, 이때 제2 경도의 조직(2.2)은 제1 경도의 조직(1.2)에 비해 더 높은 경도를 가지며 열처리되는 것을 특징으로 하는, 평판 제품.
제12항에 있어서,
제2 경도(2.2)의 조직이 평판 제품(1')의 연부 섹션(2) 내에 형성되고, 연부 섹션(2)의 층 두께는 평판 제품(1')의 총 두께(D)의 5% 이상 80% 이하일 수 있으며, 평판 제품(1')의 총 두께(D)의 나머지 두께는 제1 경도의 조직(1.2)을 갖는 섹션(1.1)으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 평판 제품.
제12항 또는 제13항에 있어서,
제2 경도의 조직(2.2, 2'.2)이 평판 제품(1')의 양 연부 섹션(2, 2') 내에 형성되거나; 제2 경도의 조직(2.2)을 갖는 하나의 연부 섹션(2)이 평판 제품(1')의 일 측면 상에 형성되고, 제3 경도의 조직을 갖는 하나의 연부 섹션(2')이 평판 제품(1')의 타 측면 상에 형성되며; 상기 제3 경도의 조직은, 제2 경도의 조직(2.2, 2'.2)보다는 더 낮고 제1 경도의 조직(1.2)보다는 더 높은 경도를 가지며; 연부 섹션(2, 2')의 층 두께는 평판 제품(1')의 총 두께(D)의 5% 이상 45% 이하의 범위에서 각각 가변적이고, 나머지 두께는 제1 경도의 조직(1.2)을 갖는 섹션(1.2)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 평판 제품.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
평판 제품(1')은, 제2 경도의 조직(2.2, 2'.2) 및/또는 제3 경도의 조직을 가진 적어도 하나의 연부 섹션(2, 2')과 제1 경도의 조직(1.2)을 가진 섹션(1.1) 간에 최소 100 HV10의 경도차를 갖는 것을 특징으로 하는, 평판 제품.
제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
평판 제품(1')은 적어도, 제2 경도의 조직(2.2, 2'.2) 및/또는 제3 경도의 조직을 갖는 연부 섹션(2, 2')과 제1 경도의 조직(1.2)을 갖는 섹션(1.1) 사이에, 제1 경도의 조직(1.2)을 갖는 섹션(1.1)에 비해서 적어도 10 HV10만큼 더 낮은 경도를 갖는, 제4 경도의 조직(3.2, 3'.2)을 가진 어닐링 섹션(3, 3')을 포함하는 것을 특징으로 하는, 평판 제품.
제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
평판 제품(1')은 적어도, 제2 경도의 조직(2.2, 2'.2) 및/또는 제3 경도의 조직을 갖는 연부 섹션(2.2') 중 하나에 탈탄된 연부 층을 포함하거나, 또는 제2 경도(2.2, 2'.2) 및/또는 제3 경도의 조직을 갖는 연부 섹션(2, 2')에 비해 더 낮은 경도를 갖는, 제5 경도의 조직(4.2, 4'.2)을 가진 연부 층(4, 4')을 포함하는 것을 특징으로 하는, 평판 제품.
제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
평판 제품(1')이 3 내지 80mm, 특히 6 내지 20mm의 총 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 스틸 평판 제품.
선택적으로 최종 제품으로 성형 및/또는 절단되어, 장갑판의 부품 또는 구성요소로서, 또는 특히 연마력의 영향에 대해 마모 방지 특성을 갖는 부품 또는 구성요소로서 사용되는, 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 평판 제품(1')의 용도.