KR20190076790A - 우수한 경도와 충격인성을 갖는 내마모강 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고경도 내마모강 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건설기계 등에 사용될 수 있는 고경도 내마모강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, 탄소(C): 0.29~0.37%, 실리콘(Si): 0.1~0.7%, 망간(Mn): 0.6~1.6%, 인(P): 0.05% 이하(0은 제외), 황(S): 0.02% 이하(0은 제외), 알루미늄(Al): 0.07% 이하(0은 제외), 크롬(Cr): 0.1~1.5%, 몰리브덴(Mo): 0.01~0.8%, 바나듐(V): 0.01~0.08%, 보론(B): 50ppm 이하(0은 제외), 코발트(Co): 0.02% 이하(0은 제외)을 포함하고, 추가적으로, 니켈(Ni): 0.5% 이하(0은 제외), 구리(Cu): 0.5% 이하(0은 제외), 티타늄(Ti): 0.02% 이하(0은 제외), 니오븀(Nb): 0.05% 이하(0은 제외) 및 칼슘(Ca): 2~100ppm로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함하며, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 Cr, Mo 및 V은 하기 관계식 1을 만족하며, 미세조직은 90면적% 이상의 마르텐사이트를 포함하는 우수한 경도와 충격인성을 갖는 내마모강 및 그 제조방법을 제공한다.
[관계식 1] Cr × Mo × V ≥ 0.005 (단, 상기 Cr, Mo 및 V의 함량은 중량%임.)

Description

우수한 경도와 충격인성을 갖는 내마모강 및 그 제조방법{WEAR RESISTANT STEEL HAVING EXCELLENT HARDNESS AND IMPACT TOUGHNESS AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 고경도 내마모강 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건설기계 등에 사용될 수 있는 고경도 내마모강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
건설, 토목, 광산업, 시멘트 산업 등 많은 산업분야에 사용되는 건설기계, 산업기계들의 경우 작업시 마찰에 의한 마모가 심하게 발생됨에 따라 내마모의 특성을 나타내는 소재의 적용이 필요하다.
일반적으로, 후강판의 내마모성과 경도는 서로 상관이 있어, 마모가 염려되는 후강판에서는 경도를 높일 필요가 있다. 보다 안정적인 내마모성을 확보하기 위해서는, 후강판의 표면으로부터 판 두께 내부(t/2 근방, t = 두께)에 걸쳐 균일한 경도를 갖는 것(즉, 후강판의 표면과 내부에서 동일한 정도의 경도를 갖는 것)이 요구된다.
통상, 후강판에서 고경도를 얻기 위해 압연 후 Ac3 이상의 온도로 재가열 후 소입하는 방법이 널리 사용되고 있다. 일 예로, 특허문헌 1에서는 C 함량을 높이고, Cr와 Mo 등의 경화능 향상원소를 다량 첨가함으로써 표면경도를 증가시키는 방법을 개시하고 있다. 하지만, 극후물 강판의 제조를 위해서는 강판의 중심부에 경화능의 확보를 위하여 더 많은 경화능 원소의 첨가가 요구되어지며, C와 경화능 합금을 다량으로 첨가함에 따라 제조비용이 상승하고 용접성 및 저온인성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 경화능의 확보를 위해 경화능 합금 첨가가 불가피한 상황에서, 고경도의 확보로 내마모성이 우수할 뿐만 아니라, 고강도 및 고충격인성을 확보할 수 있는 방안이 요구되고 있는 실정이다.
일본 공개특허공보 제1986-166954호
본 발명의 일측면은 내마모성이 우수함과 동시에 고강도 및 고충격인성을 갖는 고경도 내마모강 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, 탄소(C): 0.29~0.37%, 실리콘(Si): 0.1~0.7%, 망간(Mn): 0.6~1.6%, 인(P): 0.05% 이하(0은 제외), 황(S): 0.02% 이하(0은 제외), 알루미늄(Al): 0.07% 이하(0은 제외), 크롬(Cr): 0.1~1.5%, 몰리브덴(Mo): 0.01~0.8%, 바나듐(V): 0.01~0.08%, 보론(B): 50ppm 이하(0은 제외), 코발트(Co): 0.02% 이하(0은 제외)을 포함하고, 추가적으로, 니켈(Ni): 0.5% 이하(0은 제외), 구리(Cu): 0.5% 이하(0은 제외), 티타늄(Ti): 0.02% 이하(0은 제외), 니오븀(Nb): 0.05% 이하(0은 제외) 및 칼슘(Ca): 2~100ppm로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함하며, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 Cr, Mo 및 V은 하기 관계식 1을 만족하며, 미세조직은 90면적% 이상의 마르텐사이트를 포함하는 우수한 경도와 충격인성을 갖는 내마모강을 제공한다.
[관계식 1] Cr × Mo × V ≥ 0.005 (단, 상기 Cr, Mo 및 V의 함량은 중량%임.)
본 발명의 다른 실시형태는 중량%로, 탄소(C): 0.29~0.37%, 실리콘(Si): 0.1~0.7%, 망간(Mn): 0.6~1.6%, 인(P): 0.05% 이하(0은 제외), 황(S): 0.02% 이하(0은 제외), 알루미늄(Al): 0.07% 이하(0은 제외), 크롬(Cr): 0.1~1.5%, 몰리브덴(Mo): 0.01~0.8%, 바나듐(V): 0.01~0.08%, 보론(B): 50ppm 이하(0은 제외), 코발트(Co): 0.02% 이하(0은 제외)을 포함하고, 추가적으로, 니켈(Ni): 0.5% 이하(0은 제외), 구리(Cu): 0.5% 이하(0은 제외), 티타늄(Ti): 0.02% 이하(0은 제외), 니오븀(Nb): 0.05% 이하(0은 제외) 및 칼슘(Ca): 2~100ppm로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함하며, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 Cr, Mo 및 V은 하기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 1050~1250℃의 온도범위에서 가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 950~1050℃의 온도범위에서 조압연하여 조압연 바를 얻는 단계; 상기 조압연 바를 850~950℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 상기 열연강판을 상온까지 공냉한 후, 880~930℃의 온도범위에서 재로시간 1.3t+10분~1.3t+60분(t: 판 두께)간 재가열하는 단계; 상기 재가열된 열연강판을 150℃ 이하까지 수냉하는 단계; 및 상기 수냉된 열연강판을 350~600℃의 온도범위까지 승온한 후 1.3t+5분~1.3t+20분(t: 판 두께)간 열처리하는 단계를 포함하는 우수한 경도와 충격인성을 갖는 내마모강의 제조방법을 제공한다.
[관계식 1] Cr × Mo × V ≥ 0.005 (단, 상기 Cr, Mo 및 V의 함량은 중량%임.)
본 발명의 일측면에 따르면, 두께 60mm 이하이면서 고경도 및 우수한 저온인성을 갖는 내마모강을 제공하는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 먼저, 본 발명의 합금조성에 대하여 설명한다. 하기 설명되는 합금조성의 함량은 중량%이다.
탄소(C): 0.29~0.37%
탄소(C)는 마르텐사이트 조직을 갖는 강에서 강도와 경도를 증가시키는데 효과적이며 경화능 향상을 위하여 유효한 원소이다. 상술한 효과를 충분히 확보하기 위해서는 0.29% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하나, 만일 그 함량이 0.37%를 초과하게 되면 용접성 및 인성을 저해하는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 C의 함량을 0.29~0.37%로 제어하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 0.1~0.7%
실리콘(Si)은 탈산과 고용강화에 따른 강도 향상에 유효한 원소이다. 위와 같은 효과를 유효하기 얻기 위해서는 0.1% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하나, 그 함량이 0.7%를 초과하게 되면 용접성이 열화되므로 바람직하지 못하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Si의 함량을 0.1~0.7%로 제어하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 0.6~1.6%
망간(Mn)은 페라이트 생성을 억제하고, Ar3 온도를 낮춤으로써 소입성을 효과적으로 상승시켜 강의 강도 및 인성을 향상시키는 원소이다. 본 발명에서는 후물재의 경도 확보를 위해서는 상기 Mn을 0.6% 이상으로 함유하는 것이 바람직하나, 그 함량이 1.6%를 초과하게 되면 용접성을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Mn의 함량을 0.6~1.6%로 제어하는 것이 바람직하다.
인(P): 0.05% 이하(0은 제외)
인(P)은 강 중 불가피하게 함유되는 원소이면서, 강의 인성을 저해하는 원소이다. 따라서, 상기 P의 함량을 가능한 한 낮추어서 0.05% 이하로 제어하는 것이 바람직하며, 다만 불가피하게 함유되는 수준을 고려하여 0%는 제외한다.
황(S): 0.02% 이하(0은 제외)
황(S)은 강 중 MnS 개재물을 형성하여 강의 인성을 저해하는 원소이다. 따라서, 상기 S의 함량을 가능한 한 낮추어서 0.02% 이하로 제어하는 것이 바람직하며, 다만 불가피하게 함유되는 수준을 고려하여 0%는 제외한다.
알루미늄(Al): 0.07% 이하(0은 제외)
알루미늄(Al)은 강의 탈산제로서 용강 중에 산소 함량을 낮추는데 효과적인 원소이다. 이러한 Al의 함량이 0.07%를 초과하게 되면 강의 청정성이 저해되는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Al의 함량을 0.07% 이하로 제어하는 것이 바람직하며, 제강공정시 부하, 제조비용의 상승 등을 고려하여 0%는 제외한다.
크롬(Cr): 0.1~1.5%
크롬(Cr)은 소입성을 증가시켜 강의 강도를 증가시키며, 경도 확보에도 유리한 원소이다. 상술한 효과를 위해서는 0.1% 이상으로 Cr을 첨가하는 것이 바람직하나, 그 함량이 1.5%를 초과하게 되면 용접성이 열위하며 제조원가를 상승시키는 원인이 된다.
몰리브덴(Mo): 0.01~0.8%
몰리브덴(Mo)은 강의 소입성을 증가시키며, 특히 후물재의 경도 향상에 유효한 원소이다. 상술한 효과를 충분히 얻기 위해서는 0.01% 이상으로 Mo을 첨가하는 것이 바람직하나, 상기 Mo 역시 고가의 원소로서 그 함량이 0.8%를 초과하게 되면 제조원가가 상승할 뿐만 아니라, 용접성이 열위하게 되는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Mo의 함량을 0.01~0.8%로 제어하는 것이 바람직하다.
바나듐(V): 0.01~0.08%
바나듐(V)은 열간압연 후 재가열시 VC 탄화물을 형성함으로써, 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하고, 강의 소입성을 향상시켜 강도 및 인성을 확보하는데 유리한 원소이다. 상술한 효과를 충분히 확보하기 위해서는 0.01% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하나, 만일 그 함량이 0.08%를 초과하게 되면 제조원가를 상승시키는 요인이 된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 V의 함량을 0.01~0.08%로 제어하는 것이 바람직하다.
보론(B): 50ppm 이하(0은 제외)
보론(B)은 소량의 첨가로도 강의 소입성을 유효하게 상승시켜 강도를 향상시키는데에 유효한 원소이다. 다만, 그 함량이 과도하면 오히려 강의 인성 및 용접성을 저해하는 문제가 있으므로, 그 함량을 50ppm 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
코발트(Co): 0.02% 이하(0은 제외)
코발트(Co)는 강의 소입성을 증가시킴으로써, 강의 강도와 더불어 경도 확보에 유리한 원소이다. 다만, 그 함량이 0.02%를 초과하게 되면 강의 소입성이 저하될 우려가 있으며, 고가의 원소로 제조원가를 상승시키는 요인이 된다. 따라서, 본 발명에서는 0.02% 이하로 Co를 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명의 내마모강은 상술한 합금조성 이외에도, 본 발명에서 목표로 하는 물성의 확보에 유리한 원소들을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 니켈(Ni): 0.5% 이하(0은 제외), 구리(Cu): 0.5% 이하(0은 제외), 티타늄(Ti): 0.02% 이하(0은 제외), 니오븀(Nb): 0.05% 이하(0은 제외), 바나듐(V): 0.05% 이하(0은 제외) 및 칼슘(Ca): 2~100ppm로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
니켈(Ni): 0.5% 이하(0은 제외)
니켈(Ni)은 일반적으로 강의 강도와 더불어 인성을 향상시키는데에 유효한 원소이다. 다만, 그 함량이 0.5%를 초과하게 되면 제조원가를 상승시키는 원인이 된다. 따라서, 상기 Ni를 첨가하는 경우 0.5% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
구리(Cu): 0.5% 이하(0은 제외)
구리(Cu)는 강의 소입성을 향상시키며, 고용강화로 강의 강도 및 경도를 향상시키는 원소이다. 다만, 이러한 Cu의 함량이 0.5%를 초과하게 되면 표면결함을 발생시키며, 열간가공성을 저해하는 문제가 있으므로, 상기 Cu를 첨가하는 경우 0.5% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
티타늄(Ti): 0.02% 이하(0은 제외)
티타늄(Ti)은 강의 소입성 향상에 유효한 원소인 B의 효과를 극대화하는 원소이다. 구체적으로, 상기 Ti은 질소(N)와 결합하여 TiN 석출물을 형성시켜 BN의 형성을 억제함으로써 고용 B를 증가시켜 소입성 향상을 극대화할 수 있다. 다만, 상기 Ti의 함량이 0.02%를 초과하게 되면 조대한 TiN 석출물이 형성되어 강의 인성이 열위하는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Ti의 첨가시 0.02% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
니오븀(Nb): 0.05% 이하(0은 제외)
니오븀(Nb)은 오스테나이트에 고용되어 오스테나이트의 경화능을 증대시키고, Nb(C,N) 등의 탄질화물을 형성하여 강의 강도의 증가 및 오스테나이트 결정립 성장을 억제하는데에 유효하다. 다만, 상기 Nb의 함량이 0.05%를 초과하게 되면 조대한 석출물이 형성되며, 이는 취성파괴의 기점이 되어 인성을 저해하는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Nb의 첨가시 0.05% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
칼슘(Ca): 2~100ppm
칼슘(Ca)은 S과의 결합력이 좋아 CaS를 생성함으로써 강재 두께 중심부에 편석되는 MnS의 생성을 억제하는 효과가 있다. 또한, 상기 Ca의 첨가로 생성된 CaS는 다습한 외부 환경 하에서 부식 저항을 높이는 효과가 있다. 상술한 효과를 위해서는 2ppm 이상으로 상기 Ca을 첨가하는 것이 바람직하나, 그 함량이 100ppm을 초과하게 되면 제강조업시 노즐 막힘 등을 유발하는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Ca의 첨가시 그 함량을 2~100ppm으로 제어하는 것이 바람직하다.
이에 더하여, 본 발명의 내마모강은 비소(As): 0.05% 이하(0은 제외), 주석(Sn): 0.05% 이하(0은 제외) 및 텅스텐(W): 0.05% 이하(0은 제외)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.
상기 As는 강의 인성 향상에 유효하며, 상기 Sn은 강의 강도 및 내식성 향상에 유효하다. 또한 W은 소입성을 증가시켜 강도 향상과 더불어 고온에서의 경도 향상에 유효한 원소이다. 다만, 상기 As, Sn 및 W의 함량이 각각 0.05%를 초과하게 되면 제조원가가 상승할 뿐만 아니라, 오히려 강의 물성을 해칠 우려가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 As, Sn 또는 W을 추가적으로 포함하는 경우, 그 함량을 각각 0.05% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
한편, 본 발명 내마모강은 전술한 합금성분들 중, Cr, Mo 및 V은 하기 관계식 1을 만족하는 것이 바람직하다. 만일, 하기 관계식 1을 만족하지 않는 경우에는 본 발명이 얻고자 하는 경도와 저온 충격인성을 동시에 확보하기 곤란하다.
[관계식 1] Cr × Mo × V ≥ 0.005 (단, 상기 Cr, Mo 및 V의 함량은 중량%임.)
본 발명 내마모강의 미세조직은 마르텐사이트를 기지조직으로 포함하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 본 발명의 내마모강은 면적분율로 90% 이상(100% 포함)의 마르텐사이트를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 마르텐사이트의 분율이 90% 미만이면 목표 수준의 강도 및 경도의 확보가 어려워지는 문제가 있다. 한편, 본 발명 내마모강의 미세조직은 추가로 잔류 오스테나이트 및 베이나이트 중 1종 이상을 10% 이하로 포함할 수 있으며, 이를 통해 저온 충격인성을 보다 향상시킬 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 마르텐사이트 상은 템퍼드 마르텐사이트 상을 포함하며, 이와 같이 템퍼드 마르텐사이트 상을 포함하는 경우 강의 인성을 보다 유리하게 확보할 수 있다. 한편, 상기 마르텐사이트의 분율은 95면적% 이상인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 상기 마르텐사이트의 평균 패킷 크기가 30㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상기와 같이 마르텐사이트의 평균 패킷 크기를 30㎛ 이하로 제어함으로써 경도와 인성을 동시에 향상시킬 수 있다. 상기 마르텐사이트의 평균 패킷 크기는 20㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 15㎛ 이하인 것이 보다 바람직하며, 10㎛ 이하인 것이 가장 바람직하다. 한편, 상기 마르텐사이트의 평균 패킷 크기는 작을수록 물성 확보에 유리하므로, 본 발명에서는 상기 마르텐사이트의 평균 패킷 크기의 상한에 대해서 특별히 한정하지 않는다. 여기서, 마르텐사이트 패킷이란 결정 방위가 동일한 래스 및 블락 마르텐사이트의 군집을 의미한다.
또한, 본 발명의 마르텐사이트의 KAM은 0.45~0.8인 것이 바람직하다. 상기 KAM은 전위밀도를 가늠하기 위한 지표이다. 상기 KAM은 0~1의 값을 가지며, 1에 가까워질수록 전위밀도가 높아지는 것으로 해석된다. 본 발명에서는 상기 KAM이 0.45 미만인 경우 낮은 전위밀도로 인하여 충분한 경도를 확보하기 곤란할 수 있으며, 0.8을 초과하는 경우에는 저온 인성 확보가 곤란할 수 있다.
상술한 바와 같이 제공되는 본 발명의 내마모강은 표면 경도를 460~540HB로 확보하는 동시에, -40℃의 저온에서 47J 이상의 충격흡수에너지를 가지는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 내마모강은 경도(HB)와 충격흡수에너지(J)가 하기 관계식 2를 만족하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 고경도 외 저온인성 특성을 향상시키는 것을 특징으로 하는데, 이를 위해서는 하기 관계식 2를 만족하는 것이 바람직하다. 즉, 표면 경도만 높고 충격인성이 열위하여 관계식 2를 만족하지 아니하거나, 충격인성은 우수하나 표면 경도가 목표 값에 미치지 못하여 관계식 2를 만족하지 않는 경우, 최종 목표로 하는 고경도 및 저온인성 특성을 보증할 수 없게 된다.
[관계식 2] HB×J ≥ 25000 (단, 상기 HB는 브리넬경도기로 측정된 강의 표면 경도, J는 -40℃에서의 충격흡수에너지 값을 나타냄.)
이하, 본 발명 내마모강의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 강 슬라브를 1050~1250℃의 온도범위에서 가열한다. 상기 슬라브 가열온도가 1050℃ 미만이면 Nb 등의 재고용이 충분하지 못하며, 반면 그 온도가 1250℃를 초과하게 되면 오스테나이트 결정립이 조대화되어 불균일한 조직이 형성될 우려가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 강 슬라브의 가열온도가 1050~1250℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
상기 재가열된 강 슬라브를 950~1050℃의 온도범위에서 조압연하여 조압연 바를 얻는다. 상기 조압연시 그 온도가 950℃ 미만이면 압연 하중이 증가하여 상대적으로 약압하 됨으로써 슬라브 두께 방향 중심까지 변형이 충분히 전달되지 못하여 공극과 같은 결함이 제거되지 않을 우려가 있다. 반면, 그 온도가 1050℃를 초과하게 되면 압연과 동시에 재결정이 일어난 후 입자가 성장하게 되어 초기 오스테나이트 입자가 지나치게 조대해질 우려가 있다.
상기 조압연 바를 850~950℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 얻는다. 상기 마무리 열연압연 온도가 850℃ 미만이면 2상역 압연이 되어 미세조직 중에 페라이트가 생성될 우려가 있으며, 반면 그 온도가 950℃를 초과하게 되면 최종 조직의 입도가 조대하게 되어 저온인성이 열위하게 되는 문제가 있다.
이후, 상기 열연강판을 상온까지 공냉한 후, 880~930℃의 온도범위에서 재로시간 1.3t+10분(t: 판 두께) 이상으로 재가열한다. 상기 재가열은 페라이트와 펄라이트로 구성된 열연강판을 오스테나이트 단상으로 역변태시키기 위한 것으로, 상기 재가열 온도가 880℃ 미만이면 오스테나이트화가 충분히 이루어지지 못하여 조대한 연질 페라이트가 혼재하게 됨으로써 최종 제품의 경도가 저하되는 문제가 있다. 반면, 그 온도가 930℃를 초과하게 되면 오스테나이트 결정립이 조대해져 소입성이 커지는 효과는 있으나, 강의 저온인성이 열위해지는 문제가 있다. 상기 재가열시 재로시간이 1.3t+10분(t: 판 두께) 미만이면 오스테나이트화가 충분히 일어나지 못하여 후속하는 급속냉각에 의한 상변태 즉, 마르텐사이트 조직을 충분히 얻을 수 없게 된다. 한편, 상기 재가열 시 재로시간의 상한은 1.3t+60분(t: 판 두께)인 것이 바람직하다. 1.3t+60분(t: 판 두께)을 초과할 경우, 오스테나이트 결정립이 조대해져 소입성이 커지는 효과는 있으나, 그로 인해 저온인성이 열위해지는 문제가 있다.
상기 재가열된 열연강판을 판 두께 중심부(예컨대 1/2t 지점(t: 판 두께(mm))를 기준으로 150℃ 이하까지 수냉한다. 상기 수냉 속도는 2℃/s 이상인 것이 바람직하다. 상기 냉각속도가 2℃/s 미만이거나 냉각종료온도가 150℃를 초과하게 되면 냉각 중 페라이트 상이 형성되거나 베이나이트 상이 과다하게 형성될 우려가 있다. 본 발명에서 상기 냉각속도의 상한은 특별히 한정하지 아니하며, 통상의 기술자라면 설비 한계를 고려하여 적합하게 설정할 수 있다. 한편, 상기 수냉시 냉각속도는 5℃/s 이상인 것이 보다 바람직하며, 7℃/s 이상인 것이 보다 더 바람직하다.
상기 냉각된 열연강판을 350~600℃의 온도범위까지 승온한 후 1.3t+20분(t: 판 두께) 이내로 열처리한다. 상기 템퍼링 온도가 350℃ 미만이면 템퍼드 마르텐사이트의 취화 현상이 발생하여 강의 강도 및 인성이 열위할 우려가 있다. 반면, 그 온도가 600℃를 초과하게 되면 재가열 및 냉각을 통해 높아진 마르텐사이트 내 전위밀도가 급격히 감소하여 결과적으로 경도가 목표 값 대비 하락할 우려가 있으므로 바람직하지 못하다. 또한, 상기 템퍼링 시간이 1.3t+20분(t: 판 두께)을 초과하게 되면 역시 급속냉각 후 발생한 마르텐사이트 조직 내의 높은 전위 밀도가 낮아지게 되어 결과적으로 경도가 급격히 하락하게 된다. 한편, 상기 템퍼링 시간은 1.3t+5분(t: 판 두께) 이상이 되어야 한다. 템퍼링 시간이 1.3t+5분(t: 판 두께) 미만이 될 경우 강판의 폭과 길이 방향으로 균일하게 열처리 되지 못하여 결과적으로 위치 별 물성 편차를 야기할 수 있다. 한편, 상기 열처리 후에는 공냉 처리를 행하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 공정조건을 거친 본 발명의 열연강판은 60mm 이하의 두께를 갖는 후강판일 수 있으며, 보다 바람직하게는 5~50mm, 보다 더 바람직하게는 5~40mm의 두께를 가질 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
하기 표 1의 합금조성을 갖는 강 슬라브를 준비한 후, 상기 강 슬라브에 대하여 하기 표 2의 조건으로 강 슬라브 가열-조압연-열간압연-냉각(상온)-재가열-수냉-템퍼링을 실시하여 열연강판을 제조하였다. 상기 열연강판에 대하여 미세조직, KAM 및 기계적 물성을 측정한 뒤, 하기 표 3에 나타내었다.
이때, 상기 미세조직은 임의의 크기로 시편을 절단하여 경면을 제작한 후 나이탈 에칭액을 이용하여 부식시킨 다음 광학현미경과 전자주사현미경을 활용하여 두께 중심인 1/2t 위치를 관찰하였다.
아울러, KAM은 EBSD를 통해 200㎛×200㎛ 면적에 대해서 분석하였다.
그리고, 경도 및 인성은 각각 브리넬 경도 시험기(하중 3000kgf, 10mm 텅스텐 압입구) 및 샤르피 충격시험기를 이용하여 측정하였다. 이때, 표면 경도는 판 표면을 2mm 밀링 가공한 후 3회 측정한 것의 평균값을 사용하였다. 또한, 샤르피 충격시험 결과는 1/4t 위치에서 시편을 채취한 후 -40℃에서 3회 측정한 것의 평균값을 사용하였다.
Figure pat00001
구분 강종No. 슬라브
가열
온도
(℃)		 조압연
온도
(℃)		 마무리
열간
압연
온도		 재가열
온도
(℃)		 재가열 재로
시간
(분)		 냉각
속도
(℃/s)		 냉각
종료
온도
(℃)		 템퍼링 온도
(℃)		 템퍼링 시간
(분)		 두께
(mm)
비교예1 비교강1 1068 965 820 912 25 32.5 130 - - 10
비교예2 1131 1084 961 860 38 24.6 75 - - 20
비교예3 1142 985 934 935 62 11.3 43 458 63 40
비교예4 비교강2 1132 1050 945 906 35 32.5 35 - - 19
비교예5 1165 979 943 868 48 23.1 26 430 40 25
비교예6 1127 975 948 899 49 11.1 129 432 43 28
비교예7 비교강3 1155 1002 915 900 37 26.9 36 385 33 20
비교예8 1124 986 913 902 59 14.7 138 - - 35
비교예9 1130 977 936 901 65 7.4 24 623 64 40
발명예1 발명강1 1125 1041 894 910 31 54 27 400 34 15
발명예2 1123 1017 925 908 48 34.4 32 395 49 25
발명예3 1164 980 94 889 72 13.1 25 384 62 40
비교예10 발명강2 1150 1034 912 928 48 41.4 29 - - 20
발명예4 1142 1010 935 901 51 25.8 27 430 47 20
발명예5 1138 987 94 913 66 15.1 22 412 63 40
발명예6 발명강3 1119 1027 868 924 27 47.8 31 530 21 10
발명예7 1134 997 936 916 48 23.4 30 412 42 25
비교예11 1125 968 938 940 75 12.5 19 - - 40
구분 미세조직(면적%) KAM 표면경도
(HB)		 충격인성
(J, @-40℃)		 관계식 2
마르텐사이트 잔류 오스테나이트 및
베이나이트 중 1종 이상
비교예1 99 1 0.86 574 17 9758
비교예2 98 2 0.88 570 11 6270
비교예3 99 1 0.42 445 55 24475
비교예4 100 0 0.82 514 42 21588
비교예5 99 1 0.43 450 60 27000
비교예6 99 1 0.41 432 67 28944
비교예7 100 0 0.82 523 13 6799
비교예8 95 5 0.91 646 6 3876
비교예9 98 2 0.40 440 49 21560
발명예1 100 0 0.59 506 57 28842
발명예2 99 1 0.68 495 61 30195
발명예3 98 2 0.61 521 51 26571
비교예10 100 0 0.84 581 19 11039
발명예4 100 0 0.76 521 49 25529
발명예5 99 1 0.74 510 60 30600
발명예6 100 0 0.48 477 81 38637
발명예7 100 0 0.75 522 67 34974
비교예11 98 2 0.87 601 18 10818
[관계식 2] HB×J(단, 상기 HB는 브리넬경도기로 측정된 강의 표면 경도, J는 -40℃에서의 충격흡수에너지 값을 나타냄.)
상기 표 1 내지 3을 통해 알 수 있듯이, 본 발명이 제안하는 합금조성과 관계식 1, 그리고 제조조건을 만족하는 발명예 1 내지 7의 경우에는 본 발명의 미세조직과 KAM을 만족함은 물론, 우수한 경도와 저온 충격인성을 확보하고 있음을 알 수 있다.
반면, 본 발명이 제안하는 합금조성 또는 관계식 1을 만족하지 않고, 제조조건 또한 만족하지 않는 비교예 1, 2, 3, 4, 5, 8, 9의 경우에는 본 발명이 목표로 하는 경도와 저온 충격인성 수준에 미치지 못하고 있음을 알 수 있다.
아울러, 비교예 6, 7의 경우에는 본 발명이 제안하는 제조조건은 만족하나, 합금조성 및 관계식 1을 만족하지 않아 우수한 수준의 경도 및 저온 충격인성을 확보하고 있지 못하고 있음을 알 수 있다.
비교예 10 및 11의 경우에는 본 발명이 제안하는 합금조성과 관계식 1을 만족하나, 템퍼링 처리를 하지 않거나 제조조건 중 재가열온도를 만족하지 못한 경우로서, 본 발명이 목표로 하는 경도와 저온 충격인성 수준에 미치지 못하고 있음을 알 수 있다.
아울러, 비교예 1 내지 11 모두 본 발명의 제안하는 KAM의 범위를 벗어남에 따라 본 발명이 목표로 하는 경도와 저온 충격인성 수준에 미치지 못하고 있음을 확인할 수 있다.

Claims (10)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.29~0.37%, 실리콘(Si): 0.1~0.7%, 망간(Mn): 0.6~1.6%, 인(P): 0.05% 이하(0은 제외), 황(S): 0.02% 이하(0은 제외), 알루미늄(Al): 0.07% 이하(0은 제외), 크롬(Cr): 0.1~1.5%, 몰리브덴(Mo): 0.01~0.8%, 바나듐(V): 0.01~0.08%, 보론(B): 50ppm 이하(0은 제외), 코발트(Co): 0.02% 이하(0은 제외)을 포함하고, 추가적으로, 니켈(Ni): 0.5% 이하(0은 제외), 구리(Cu): 0.5% 이하(0은 제외), 티타늄(Ti): 0.02% 이하(0은 제외), 니오븀(Nb): 0.05% 이하(0은 제외) 및 칼슘(Ca): 2~100ppm로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함하며, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    상기 Cr, Mo 및 V은 하기 관계식 1을 만족하며,
    미세조직은 90면적% 이상의 마르텐사이트를 포함하는 우수한 경도와 충격인성을 갖는 내마모강.
    [관계식 1] Cr × Mo × V ≥ 0.005 (단, 상기 Cr, Mo 및 V의 함량은 중량%임.)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 내마모강은 비소(As): 0.05% 이하(0은 제외), 주석(Sn): 0.05% 이하(0은 제외) 및 텅스텐(W): 0.05% 이하(0은 제외)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 우수한 경도와 충격인성을 갖는 내마모강.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 내마모강은 잔류 오스테나이트 및 베이나이트 중 1종 이상을 10% 이하를 추가로 포함하는 우수한 경도와 충격인성을 갖는 내마모강.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 마르텐사이트는 평균 패킷의 크기가 30㎛ 이하인 우수한 경도와 충격인성을 갖는 내마모강.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 내마모강은 마르텐사이트의 KAM이 0.45~0.8인 우수한 경도와 충격인성을 갖는 내마모강.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 내마모강은 경도가 460~540HB이고, -40℃에서의 충격흡수에너지가 47J 이상인 우수한 경도와 충격인성을 갖는 내마모강.
    (단, 상기 HB는 브리넬경도기로 측정된 강의 표면 경도를 나타냄.)
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 내마모강은 경도(HB)와 충격흡수에너지(J)는 하기 관계식 2를 만족하는 우수한 경도와 충격인성을 갖는 내마모강.
    [관계식 2] HB×J ≥ 25000 (단, 상기 HB는 브리넬경도기로 측정된 강의 표면 경도, J는 -40℃에서의 충격흡수에너지 값을 나타냄.)
  8. 중량%로, 탄소(C): 0.29~0.37%, 실리콘(Si): 0.1~0.7%, 망간(Mn): 0.6~1.6%, 인(P): 0.05% 이하(0은 제외), 황(S): 0.02% 이하(0은 제외), 알루미늄(Al): 0.07% 이하(0은 제외), 크롬(Cr): 0.1~1.5%, 몰리브덴(Mo): 0.01~0.8%, 바나듐(V): 0.01~0.08%, 보론(B): 50ppm 이하(0은 제외), 코발트(Co): 0.02% 이하(0은 제외)을 포함하고, 추가적으로, 니켈(Ni): 0.5% 이하(0은 제외), 구리(Cu): 0.5% 이하(0은 제외), 티타늄(Ti): 0.02% 이하(0은 제외), 니오븀(Nb): 0.05% 이하(0은 제외) 및 칼슘(Ca): 2~100ppm로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함하며, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 Cr, Mo 및 V은 하기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 1050~1250℃의 온도범위에서 가열하는 단계;
    상기 재가열된 강 슬라브를 950~1050℃의 온도범위에서 조압연하여 조압연 바를 얻는 단계;
    상기 조압연 바를 850~950℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계;
    상기 열연강판을 상온까지 공냉한 후, 880~930℃의 온도범위에서 재로시간 1.3t+10분~1.3t+60분(t: 판 두께)간 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 열연강판을 150℃ 이하까지 수냉하는 단계; 및
    상기 수냉된 열연강판을 350~600℃의 온도범위까지 승온한 후 1.3t+5분~1.3t+20분(t: 판 두께)간 열처리하는 단계를 포함하는 우수한 경도와 충격인성을 갖는 내마모강의 제조방법.
    [관계식 1] Cr × Mo × V ≥ 0.005 (단, 상기 Cr, Mo 및 V의 함량은 중량%임.)
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 강 슬라브는 비소(As): 0.05% 이하(0은 제외), 주석(Sn): 0.05% 이하(0은 제외) 및 텅스텐(W): 0.05% 이하(0은 제외)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 우수한 경도와 충격인성을 갖는 내마모강의 제조방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 수냉시 냉각속도는 2℃/s 이상인 우수한 경도와 충격인성을 갖는 내마모강의 제조방법.
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