KR20190077916A

KR20190077916A - 재질 균일성이 우수한 내마모 강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20190077916A
Application number: KR1020170179490A
Authority: KR
Inventors: 김용우; 정영진; 유승호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2019-07-04
Also published as: KR102045646B1; WO2019132310A1

Abstract

본 발명은 산업, 건설기계 등에 사용되는 사용되는 높은 경도를 갖는 강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재질 균일성이 우수한 내마모 강판과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

재질 균일성이 우수한 내마모 강판 및 그 제조방법{ABRASION RESISTANCE STEEL HAVING EXCELLENT HOMOGENEOUS MATERIAL PROPERTIES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

건설, 토목, 광산업, 시멘트 산업 등 많은 산업분야에서 사용되는 기계, 기구 등의 경우 작업시 마찰에 의한 마모가 심하게 발생되므로 우수한 내마모 특성을 갖는 소재의 적용이 필요하다.

일반적으로 강의 내마모성은 경도(Hardness)와 관련이 있어, 내마모성을 향상시키기 위해서는 강의 경도를 높일 필요가 있다. 또한, 보다 안정적인 내마모성을 확보하기 위해서는 강판의 표면으로부터 판 두께 중심부(t/2 근방, t: 두께)에 걸쳐 균일한 경도를 갖는 것 즉, 강판의 두께방향으로 경도 차이가 없는 것이 요구된다.

관련된 선행기술로는 특허문헌 1 및 2가 있다. 상기 특허문헌 1 및 2에서는 탄소(C)의 함량을 높이거나, 크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo) 등의 경화능 향상 원소를 다량 첨가함으로써 표면 경도와 판 두께 내부의 경도를 증가시키는 방법을 개시하고 있다.

그러나 상기 특허문헌 1 및 2를 포함한 지금까지의 기술은 일정 두께 이상의 강판의 표면으로부터 판 두께 방향으로 균일한 경도를 확보하는데 초점을 맞추고 있을 뿐이다. 두께가 비교적 얇은 15㎜t 이하의 강판에서는 표면에서 판두께 중심의 경도 편차는 심하지 않고, 강판의 길이 방향 또는 폭 방향에서의 경도 편차가 문제되고 있으나, 이에 관한 연구는 활발히 진행되고 있지 않는 실정이다.

따라서, 상기 강판의 두께 방향뿐만 아니라, 길이 방향 또는 폭 방향에 걸쳐 우수한 균일한 경도를 확보할 수 있는 기술이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

일본 공개특허공보 제1986-166954호 일본 공개특허공보 제1996-041535호

본 발명의 일측면은 우수한 내마모성을 갖는 동시에, 강판의 길이 방향 및 폭 방향에서의 재질 균일성이 우수한 강판 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

중량%로, C: 0.2~0.3%, Si: 0.5% 이하(0은 제외), Mn: 0.5~2.0%, P: 0.03% 이하(0은 제외), S: 0.02% 이하(0은 제외), Al: 0.05% 이하(0은 제외), Cr: 0.1~1.0%, Mo: 0.01~0.3%, B: 50ppm 이하(0은 제외), Ti: 0.02% 이하(0은 제외), Nb: 0.05% 이하(0은 제외) 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,

주조직이 마르텐사이트이고, 유효 결정립 크기(Effective Grain Size, EGS)는 30㎛ 이하인 재질 균일성이 우수한 내마모 강판에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 일태양은 중량%로, C: 0.2~0.3%, Si: 0.5% 이하(0은 제외), Mn: 0.5~2.0%, P: 0.03% 이하(0은 제외), S: 0.02% 이하(0은 제외), Al: 0.05% 이하(0은 제외), Cr: 0.1~1.0%, Mo: 0.01~0.3%, B: 50ppm 이하(0은 제외), Ti: 0.02% 이하(0은 제외), Nb: 0.05% 이하(0은 제외) 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1100~1300℃에서 가열하는 단계;

상기 가열된 강 슬라브를 마무리 열간 압연 온도 830~1000℃에서 열간 압연을 행하는 단계;

상기 마무리 열간 압연 온도에서 권취 온도(CT)까지 하기 [관계식 1]을 만족하는 냉각속도(CR)로 냉각하는 단계;

상기 냉각 후, 하기 [관계식 2]을 만족하는 권취 온도(CT)에서 권취하는 단계;

상기 권취된 강판을 850~950℃의 온도로 20~60분 동안 재가열하는 단계; 및

상기 가열된 강판을 상기 [관계식 1]을 만족하는 냉각속도(CR)로 100℃ 이하까지 냉각하는 단계를 포함하는 재질 균일성이 우수한 내마모 강판의 제조방법에 관한 것이다.

[관계식 1]

CR(℃/s) ≥ 69.6-56[C]+2.1[Si]-19.2[Mn]-8.9[Cr]+8.0[Al]-26.9[Mo]

[관계식 2]

(Ms + 30)℃ ≤ CT ≤ (Bs - 30)℃

Ms = 539-423[C]-30.4[Mn]-17.7[Ni]-12.1[Cr]-7.5[Mo]

Bs = 830-270[C]-90[Mn]-37[Ni]-70[Cr]-83[Mo]

(단, 상기 [C], [Mn], [Ni], [Cr], [Mo], [Si], [Al], 및 [Mo]은 각각의 성분 함량의 중량%를 의미함)

본 발명에 의하면, 두께 15㎜t 이하의 강판에 대해서, 우수한 경도를 갖는 동시에, 강판의 길이 방향과 폭 방향에서도 경도 편차가 적은 재질 균일성이 우수한 강판을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에서 발명예들과 비교예들의 경도와 편차를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 발명자들은 강판의 길이 방향과 폭 방향에서의 경도 편차를 줄여, 재질 균일성이 우수한 두께 15㎜t 이하(바람직하게는 3~15mmt)의 강판을 제조하기 위해 연구한 결과, 열연강판을 제조하는 과정에서, 열간 압연 후의 미세조직을 관리함으로써, 재질 균일성이 우수한 강판을 제조할 수 있다는 점을 인지하고 본 발명에 이르게 되었다.

이하, 본 발명의 일태양인 강판에 대해서 설명한다.

먼저, 본 발명의 강판이 포함하는 합금 조성에 대해서 상세히 설명한다. 각 성분의 함량에 대해서, 특별히 언급하지 않는 한 모두 중량 기준임을 미리 밝힌다.

본 발명의 강판은 중량%로, C: 0.2~0.3%, Si: 0.5% 이하(0은 제외), Mn: 0.5~2.0%, P: 0.03% 이하(0은 제외), S: 0.02% 이하(0은 제외), Al: 0.05% 이하(0은 제외), Cr: 0.1~1.0%, Mo: 0.01~0.2%, B: 50ppm 이하(0은 제외), Ti: 0.02% 이하(0은 제외), Nb: 0.05% 이하(0은 제외)를 포함한다.

탄소(C): 0.2~0.3%

C는 경도를 확보하는데 가장 경제적이며 효과적인 원소이다. 만약 C 함량이 지나치게 낮을 경우에는 목표로 하는 경도를 확보하기 어려울 수 있고, 그 함량이 지나치게 과도할 경우에는 과도한 경도 상승으로 인성 및 용접성이 열화될 수 있으므로, 본 발명에서 C는 0.2~0.3%를 포함하는 것이 바람직하다.

실리콘(Si): 0.5% 이하(0은 제외)

Si는 통상적으로 용강의 탈산 및 고용 강화에 의한 강도 상승에 기여하나, 본 발명에서는 의도적으로 첨가하지 않으며, Si를 첨가하지 않더라도 물성 확보 측면에서 지장능 없다. 다만 그 함량이 지나치게 과도할 경우에는 열연강판 표면에 Si에 의한 적스케일이 형성되어 표면 품질이 저하되고, 도금시 도금 품질이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 Si 함량은 0.5% 이하인 것이 바람직하다.

망간(Mn): 0.5~2.0%

상기 Mn은 페라이트 생성을 억제하고, Ar3 온도를 낮춤으로써 소입성을 효과적으로 상승시켜 강의 경도 및 인성을 향상시키는 원소로서, 적정 경도를 확보하기 위해서는 0.5% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 지나치게 과도할 경우에는 연주 공정에서 중심 편석부가 발생할 수 있으므로, 2.0%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

인(P): 0.03% 이하(0은 제외)

상기 P는 강 중 불가피하게 포함되는 불순물로써, 가능한 한 그 함량을 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 특히, 그 함량이 과도할 경우에는 용접성 열화 및 강의 취성이 발생할 위험이 커지므로, 상기 P의 함량은 0.03% 이하인 것이 바람직하다.

황(S): 0.02% 이하(0은 제외)

상기 S는 강 중 불가피하게 포함되는 불순물로써, 가능한 한 그 함량을 나제 관리하는 것이 바람직하다. 특히, 그 함량이 과도할 경우에는 Mn 등과 결합하여 비금속 개재물을 형성할 수 있고, 강의 취성이 발생할 위험이 커지는 바, 상기 S의 함량은 0.02% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

알루미늄(Al): 0.05% 이하(0은 제외)

상기 Al은 용강의 탈산에 기여하나, 본 발명에서는 의도적으로 포함하지 않으며, 상기 AL을 첨가하지 않더라도 물성 확보 측면에서 큰 지장은 없다. 다만, 그 함량이 과도할 경우에는 연주시 노즐 막힘 현상 등이 발생할 수 있으므로, 본 발명에서 상기 Al의 함량은 0.05%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

크롬(Cr): 0.1~1.0%

상기 Cr은 소입성을 증가시켜 경도확보에 유리하므로, 적정 경도를 확보하기 위해서는 0.1% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 지나치게 과도할 경우에는 용접성이 열위하며 제조원가를 상승시키는 문제가 있으므로, 1.0%를 넘지 않는 것이 바람직하다.

몰리브덴(Mo): 0.01~0.3%

상기 Mo는 소입성을 증가시켜 경도 확보에 유리하고 인성을 향상시키는 원소로서, 적정 경도 및 인성 확보를 위해서는 0.01% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 지나체게 과도하여, 0.3%를 초과할 경우에는 용접성이 열위하며, 제조원가를 상승시키는 원인이 될 수 있으므로, 0.3%를 넘지 않는 것이 바람직하다.

보론(B): 50ppm 이하(0은 제외)

상기 B는 Si을 대체할 수 있는 원소로 함유되기도 하며, 극히 미량을 담금질성을 향상시키고 결정립계를 강화시켜 경도를 향상시킨다. 그러나, 그 함량이 50ppm을 초과하여 과도할 경우에는 과도한 BN 석출에 의한 표면 품질 열위 및 인성 열화가 문제될 수 있으므로, 그 함량은 50ppm을 넘지 않는 것이 바람직하다.

티타늄(Ti): 0.02% 이하(0은 제외)

상기 Ti는 강중에 TiN으로 존재하여 열간압연을 위한 가열과정에서 결정립이 성장되는 것을 억제하는 효과가 있다. 또한 보론 첨가강에서 B이 N과 반응하지 않도록 N을 없애주는 역할을 한다. 상기 Ti 함량이 과도할 경우에는 과도한 TiN 석출에 의해 연주 시 노즐 막힘의 원인이 된다.

니오븀(Nb): 0.05% 이하(0은 제외)

상기 Nb는 오스테나이트에 고용되어 오스테나이트의 경화능을 증대시키고, Nb(C, N) 등의 탄질화물을 형성하여 강의 강도 증가 및 오스테나이트 결정립 성장을 억제하는데 유효하다. 그러나 상기 Nb 함량이 0.05%를 초과하게 되면 조대한 석출물이 형성되며, 이는 취성파괴의 기점이 되어 인성을 저해시키는 문제가 될 수 있다.

본 발명의 강판은 전술한 합금조성이외에도, 본 발명에서 유리한 물성을 확보할 수 있는 원소들을 더 포함할 수 있다. 바람직한 일예로서, 코발트(Co): 0.04% 이하, 구리(Cu): 0.1% 이하, 바나듐(V): 0.02% 이하, 칼슘(Ca): 2~100ppm 등을 포함할 수 있다.

코발트(Co): 0.04% 이하

상기 Co는 강의 소입성을 증가시킴으로써, 강의 강도와 더불어 경도 확보에 유리한 원소이다. 다만, 그 함량이 0.04%를 초과하게 되면 편석 등으로 오히려 강의 소입성이 저하될 우려가 있으며, 고강의 원소로 제조원가를 상승시키는 요인이 된다.

구리(Cu): 0.1% 이하

상기 Cu는 강의 소입성을 향상시키며, 고용강화로 강의 강도 및 경도를 향상시키는 원소이다. 이러한 Cu의 함량이 0.1%를 초과하게 되면 표면 결함을 발생시키며, 열간 가공성을 저해하는 문제가 있으므로, 상기 Cu를 첨가는 경우 0.1%를 넘지 않는 것이 바람직하다.

바나듐(V): 0.02% 이하

상기 V는 열간압연 후 재가열시 VC 탄화물을 형성함으로써, 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하고, 강의 소입성을 향상시켜 강도 및 인성을 확보하데 유리한 원소이다. 다만, 상기 V는 고가의 원소로 그 함량이 0.02%를 초과하게 되면 제조원가를 상승시키는 요인이 되므로, 0.02%를 넘지 않는 것이 바람직하다.

칼슘(Ca): 2~100ppm

상기 Ca는 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 위해선는 2ppm 이상으로 상기 Ca을 첨가하는 것이 바람직하나, 그 함량이 100ppm을 초과하게 되면 제강조업시 노즐 막힘 등을 유발하는 문제가 있으므로 바람직하지 못한다. 따라서, 본 발명에서 상기 Ca의 첨가시 그 함량은 2~100ppm인 것이 바람직하다.

본 발명의 강판은 상기 언급된 합금원소 이외에 나머지는 철(Fe) 성분이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주의 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수 없다. 이들 불순물들은 통상의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에, 그 모든 내용을 상세히 업근하지 않는다.

본 발명 강판의 최종 미세조직은 면적분율로, 마르텐사이트 95% 이상이고, 제2상이 5% 이하로 이루어지는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 마르텐사이트 97% 이상, 제2상이 3% 이하로 이루어지는 것이다. 여기서 제2상은 특별히 한정되지 않으나, 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 등이 될 수 있다. 우수한 경도를 확보하기 위해서는 마르텐사이트가 균일하게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 제2상의 분율이 높아지거나, 상게 제2상이 특정부위에서 다량 형성된다면 균질한 강도를 확보할 수 없다. 따라서, 상기 제2상은 최소한으로 얻어지는 바람직하다

한편, 상기 마르텐사이트의 유효 결정립 크기(Effective Grain Size, EGS)는 30㎛ 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 20㎛ 이하이다. 상기 유효 결정립 크기가 미세할수록 균질한 경도 확보에 유리하므로, 상기 유효 결정립 크기는 30㎛ 이하, 보다 바람직하게는 20㎛ 이하이다.

본 발명의 강판은 제조과정 중 열간 압연 및 권취 후 강판의 미세조직이 주조직으로 베이나이트를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 권취 후 강판은 면적분율로 베이나이트 95% 이상이고, 제2상이 5% 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 베이나이트 97% 이상, 제2상은 3% 이하로 이루어진 것이다. 여기서 제2상은 페라이트, 펄라이트 등이 있다. 가장 바람직하게는 베이나이트 단상으로 이루어진다.

통상적으로, 원하는 경도를 얻기 위해서는 재가열 후 급냉(quenching)하여 마르텐사이트 조직을 얻게 된다. 그런데 재가열하기 전의 조직이 페라이트나 펄라이트로 이루어지거나, 이들이 다량 포함된 경우에는 상기 급냉 후 얻어지는 마르텐사이트의 경도가 페라이트나 펄라이트 별로 달라지게 되는 문제가 있고, 균질한 경도를 확보하는 것이 곤란하다. 이에 본 발명은 재가열 및 급냉 전의 미세조직을 베이나이트 단상(fully bainite)으로 형성하여, 급냉 후 마르텐사이트 균일하게 생성될 수 있게 한다.

본 발명의 내마모 강판은 경도가 Hb 450~550을 가지며, 강판의 길이 방향 및 폭 방향에 걸친 경도 편차(△HB)가 30 이하이다.

이하, 본 발명의 다른 일태양인 내마모 강판의 제조방법에 대해서 상세히 설명한다.

본 발명의 강판은 전술한 합금조성을 만족하는 강 슬라브를 준비한 다음, 가열, 열간압연, 냉각, 권취, 재가열 열처리, 냉각하는 공정을 거쳐 제조하는 것이 바람직하며, 이하에서는 각 공정에 대해서 상세히 설명한다.

먼저, 전술한 합금조성을 갖는 강 슬라브를 준비하여, 1100~1300℃로 가열한다. 상기 가열 온도가 1100℃ 미만인 경우에는 후속 공정인 열간 압연 공정에서 압연 부하가 지나치게 커질 수 있으며, 반면 1300℃를 초과하는 경우에는 일부 오스테나이트 결정립의 비정상 성장에 의한 부분적 조대화로 인해 최종 미세조직의 결정립 크기가 균질하지 못할 우려가 있다. 한편, 본 발명에서는 슬라브 가열 시간에 대해서는 특별히 한정하지 않으며 통상의 조건이면 무방하다. 제한되지 않는 일예로써, 슬라브 가열 시간은 100~400분일 수 있다.

상기 가열된 슬라브를 열간 압연한다. 상기 열간 압연 공정은 구체적으로, 가열된 슬라브를 조압연한 후, 오스테나이트 단상역 온도에서 마무리 압연하여 열연 강재를 얻는다. 상기 조압연 마무리 압연 전에 행해지는 일련의 압연 과정을 의미하는 것으로, 본 발명에서 조압연의 구체적인 조건은 특별히 한정하지 않으며, 통상의 조건이면 무방하다. 일예로써, 슬라브 두께 대비, 조압연된 슬라브의 두께는 10~25%일 수 있으며, 조압연 온도는 마무리 압연 온도가 확보될 수 있는 충분히 높은 온도로 설정될 수 있다.

한편, 마무리 압연은 오스테나이트 단상역 온도에서 실시되며, 이는 조직의 균일성을 증가시키기 위함이다. 일예로써, 마무리 압연 온도는 800~1000℃일 수 있다. 상기 온도 범위에서 마무리 열간 압연시, 마무리 압연된 열연 강재의 오스테나이트 조직은 10~40㎛의 평균 결정립 크기를 갖게 된다. 상기 마무리 압연 온도가 800℃ 미만인 경우에는 강판 에지부의 과냉에 의한 혼립 조직이 발생하여 균일한 재질을 얻을 수 없게 된다. 반면, 1000℃를 초과하는 경우에는 열간 압연 도중 강판 표면에 고온형 스케일인 모래형 스케일 등이 발생하여 최종 제품의 표면 품질이 열위할 수 있다.

상기 열간 압연 후, 마무리 열간 압연 온도에서 권취 온도(CT)까지 하기 [관계식 1]을 만족하는 냉각속도(CR)로 냉각하고, 하기 [관계식 2]의 범위를 만족하는 권취 온도(CT)에서 권취하는 것이 바람직하다

[관계식 1]

CR(℃/s) ≥ 69.6-56[C]+2.1[Si]-19.2[Mn]-8.9[Cr]+8.0[Al]-26.9[Mo]

[관계식 2]

(Ms + 30)℃ ≤ CT ≤ (Bs - 30)℃

Ms = 539-423[C]-30.4[Mn]-17.7[Ni]-12.1[Cr]-7.5[Mo]

Bs = 830-270[C]-90[Mn]-37[Ni]-70[Cr]-83[Mo]

상기 권취 온도(CT)가 (Ms + 30)℃ 미만인 경우에는 권취 후 형상이 불량하여 후속 공정에서 설비 사고의 위험이 있다. 반면, 권취 온도(CT)가 (Bs - 30)℃를 초과하는 경우에는 권취 후 제조된 강판의 미세조직이 페라이트 및 펄라이트가 혼입되거나 조대한 유효 결정립 크기(EGS)로 인하여, 강판 길이 방향 및 폭 방향의 경도 편차를 저감할 수 없다. 또한, 상기 냉각속도가 상기 [관계식 1]의 조건을 충족하지 못하는 경우에, 냉각 과정에서 페라이트 또는 펄라이트 변태가 발생하여, 권취 후 미세조직 중 페라이트나 펄라이트가 형성되거나 조대한 결정립으로 인해, 균일한 특성을 확보하기 어렵다.

상기 권취 후 강판의 미세조직은 면적분율로 베이나이트 95% 이상, 제2상이 5% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 베이나이트 97% 이상, 제2상이 3% 이하이다. 베이나이트 단상으로 형성되는 것이 가장 바람직하다.

상기 권취된 열연강판을 절판할 수 있다. 상기 절판시 강판 길이 3~20m씩 절판할 수 있다. 상기 절판 길이가 3m 미만인 경우에는 제조원가가 상승할 수 있고 후속 단계인 열처리 공정에서 설비 사고가 발생할 수 있다. 반면에 절판 길이가 20m 초과할 경우에는 후속 단계인 열처리 후 냉각 단계에서 길이방향으로 균일한 냉각속도를 확보하기 어려워져, 과도한 경도 편차를 초래할 수 있다.

상기 절판된 열연강판을 850~950℃의 온도범위에서 재로시간 20~60분간 재가열 열처리를 행한다. 상기 재가열 열처리는 베이나이트로 구성된 상기 열연강판을 오스테나이트 단상으로 역변태시키기 위한 것으로, 상기 재가열시 열처리 온도가 850℃ 미만이면 오스테나이트화가 충분히 이루어지지 못하고, 베이나이트가 잔류하게 됨으로써, 최종 제품의 경도가 저하되는 문제가 있다. 반면, 그 온도가 950℃를 초과하게 되면 오스테나이트 결정립이 조대해져 소입성이 커지는 효과가 있으나, 강판의 인성이 열위해지는 문제가 있다. 더불어, 상술한 온도 범위에서 재로시간이 20분 미만이면 오스테나이트화가 충분히 일어나지 못하여 후속하는 급속 냉각에 의한 상변태 즉, 마르텐사이트 조직을 충분히 얻을 수 없게 된다. 반면, 60분을 초과하게 되면 오스테나이트 결정립의 비정상 성장에 의한 조대화로 인해 최종 미세조직의 유효 결정립 크기(EGS)가 발명의 범위를 벗어나 재질 편차가 열위해질 수 있다.

상기 재가열 열처리 후, 전술한 [관계식 1]의 냉각속도(CR)로 100℃ 이하까지 냉각하는 것이 바람직하다.

상기 냉각시 냉각속도가 관계식 1의 범위 미만이거나, 냉각 종료온도가 100℃를 초과하는 경우네는 냉각 중 페라이트 상이 형성되거나 베이나이트 상이 과다하게 형성되어 원하는 경도를 얻을 수 없으며, 강판의 길이 방향 또는 폭 방향이 경도 편차(△HB)가 30을 초과하게 된다.

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예는 본 발명의 이해를 위한 예시일 뿐, 실시예의 기재에 의해서 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해서 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

하기 표 1의 합금 조성을 만족하는 강 슬라브를 준비한 후, 강 슬라브를 1200℃에서 1시간 동안 가열하고, 이후 하기 표 2의 열간 마무리 압연온도(FDT)로열간 마무리 압연을 하여, 5㎜ 두께를 갖는 열연강판을 제조하였다. 상기 마무리 압연 후 수냉각대(ROT)에서 표 2의 권취온도(CT)까지 CR1의 냉각속도로 냉각하였다. 그 다음으로, 열연 강판을 재가열 열처리한 후, 100℃ 이하까지 CR2의 냉각속도로 냉각하였다.

구분	C	Si	Mn	P	S	Al	Nb	B	Cr	Mo	Ti	V
비교예 1	0.07	0.2	1.8	0.008	0.0015	0.025	0	0.0017	0.4	0.15	0.02	0.005
비교예 2	0.41	0.2	1.5	0.008	0.0015	0.01	0	0	0.1	0	0	0
비교예 3	0.22	0.3	1.2	0.008	0.0015	0.03	0.015	0.002	0.2	0.2	0.02	0.005
비교예 4	0.25	0.15	0.8	0.008	0.0015	0.03	0.015	0.0015	0.2	0.1	0.015	0
비교예 5	0.25	0.15	0.8	0.008	0.0015	0.03	0.015	0.0015	0.2	0.1	0.015	0
발명예 1	0.22	0.3	1.2	0.008	0.0015	0.03	0.015	0.002	0.2	0.2	0.02	0.005
발명예 1	0.26	0.3	1.2	0.008	0.0015	0.03	0.015	0.002	0.3	0.25	0.015	0.005
발명예 3	0.25	0.15	0.8	0.008	0.0015	0.03	0.015	0.0015	0.2	0.1	0.015	0

(단위는 중량%이고, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순문임)

구분	Ms + 30 (℃)	Bs - 30 (℃)	식(1) 값	FDT (℃)	CT (℃)	CR1 (℃/s)	관계식 1 만족여부	관계식 2 만족 여부	CR2 (℃/s)	관계식 1 만족 여부
비교예 1	479	579	24	880	550	35	○	○	45	○
비교예 2	349	547	17	880	520	25	○	○	40	○
비교예 3	436	602	28	880	620	35	○	X	50	○
비교예 4	436	638	36	880	600	30	X	○	45	○
비교예 5	436	638	36	880	610	40	○	○	30	X
발명예 1	436	602	28	880	580	35	○	○	50	○
발명예 2	417	580	23	880	560	30	○	○	45	○
발명예 3	436	638	36	880	600	45	○	○	60	○

(상기 표 2에서, FDT는 마무리 압연 온도, CT는 권취온도이고, CR1은 열간 압연 후 냉각속도, CR2는 재가열 열처리 후 냉각속도이고,

Ms = 539-423[C]-30.4[Mn]-17.7[Ni]-12.1[Cr]-7.5[Mo],

Bs = 830-270[C]-90[Mn]-37[Ni]-70[Cr]-83[Mo],

식 (1)은 69.6-56[C]+2.1[Si]-19.2[Mn]-8.9[Cr]+8.0[Al]-26.9[Mo] 이며,

상기 [C], [Mn], [Ni], [Cr], [Mo], [Si], [Al], 및 [Mo]은 각각의 성분 함량의 중량%를 의미함)

상기 제조된 강판에 대해서, 미세조직과 기계적 물성을 측정하고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다

브리넬 경도(HB)는 표면에서 두께방향으로 2㎜를 밀링 가공한 후, 길이 방향과 폭방향에 대해 측정하였으며, 30회 이상 측정한 결과에서 최대값을 100, 최소값을 0%로 설정할 때, 95% 수준 및 5% 수준 경도의 차이를 경도차로 정의하였다.

한편, 유효 결정립 크기는 강판의 두께 1/4 지점에의 EBSD(Electron Back Scatter Diffraction) 측정으로 구하였따. 상기 EBSD 측정 조건은 배울 2000배, 면적 100㎛×100㎛, step-size 0.05로 동일하게 측정하였다. 데이터 분석은 상용 소프트웨어 TSL OIM Analysis 7.0 버전을 이용하였으므로, raw data를 1차 clean-up 하고, CI > 0.1인 data를 대상으로 계산된 KAM을 택하였다.

구분	권취 후 강판의 베이나이트 분율 (면적%)	최종 강판의 마르텐사이트 분율 (면적 %)	유효 결정립 크기 (㎛)	경도(HB)	경도편차 (△HB)
비교예 1	80	88	27	356	35
비교예 2	85	89	25	638	63
비교예 3	20	93	40	486	46
비교예 4	30	92	45	511	51
비교예 5	97	89	35	426	39
발명예 1	97	98	14	486	22
발명예 2	96	99	11	519	23
발명예 3	98	97	12	511	24

(한편, 상기 권취 후 강판의 제2상은 페라이트, 펄라이트 등이며, 최종 강판의 제2상은 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 등임)

상기 표 3의 결과에서, 본 발명의 조건을 만족하는 발명예는 최종 강판의 마르텐사이트가 면적분율로 95% 이상이고, 높은 경도를 갖는 동시에 경도 편차(△HB)가 30 이하인 것을 확인할 수 있었다.

한편, 비교예 1은 탄소 첨가량이 본 발명에서 제공하는 범위에 미달하여 최종 경도 또한 본 발명에 미달하였다. 성분계가 벗어난 관계로 제조조건을 모두 만족하였지만 권취 후 베이나이트 및 최종 마르텐사이트의 면적 분율이 발명의 범위에 미달하여 경도 편차도 30을 초과하였다. 비교예 2는 탄소 첨가량이 본 발명에서 제공하는 범위를 초과하여 최종 경도 또한 본 발명의 목적하는 범위를 초과하였다. 성분계가 벗어난 관계로 제조조건을 모두 만족하였지만 권취 후 베이나이트 및 최종 마르텐사이트의 면적 분율이 발명의 범위에 미달하여 경도 편차도 30을 초과하였다.

비교예 3은 성분 범위는 만족하지만, 관계식 2의 권취온도가 본 발명의 범위를 초과하였고, 이로 인해 권취 후 베이나이트의 분율이 20% 수준에 불과하여 최종 마르텐사이트 분율 또한 93%로 미달되고, 경도 편차가 심하였다.

비교예 4는 성분 범위는 만족하지만, 식(1) 마무리 압연 후 권취온도까지의 냉각속도가 부족하여 권취 후 베이나이트의 분율이 30% 수준에 불과하고, 최종강판의 마르텐사이트 분율 또한 92%로 미달되어 경도 편차가 심하였다.

비교예 5는 성분 및 열연 권취, 냉각속도를 만족하여 권취 후 미세조직은 베이나이트 97%로 본 발명의 조건을 만족하지만 재가열 후 ?칭 시 냉각속도가 부족하여 최종 마르텐사이트의 조직 분율이 89%로 낮은 경도를 갖는다.

Claims

중량%로, C: 0.2~0.3%, Si: 0.5% 이하(0은 제외), Mn: 0.5~2.0%, P: 0.03% 이하(0은 제외), S: 0.02% 이하(0은 제외), Al: 0.05% 이하(0은 제외), Cr: 0.1~1.0%, Mo: 0.01~0.3%, B: 50ppm 이하(0은 제외), Ti: 0.02% 이하(0은 제외), Nb: 0.05% 이하(0은 제외) 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
주조직이 마르텐사이트이고, 유효 결정립 크기(Effective Grain Size, EGS)는 30㎛ 이하인 재질 균일성이 우수한 내마모 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판은 추가적으로, Co: 0.04% 이하, Cu: 0.1% 이하 및 V: 0.02% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 재질 균일성이 우수한 내마모 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판은 추가적으로, Ca: 2~100ppm을 더 포함하는 재질 균일성이 우수한 내마모 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 권취 공정 후의 미세조직은 면적분율로 베이나이트 95% 이상인 재질 균일성이 우수한 내마모 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판의 미세조직은 면적분율로, 95% 이상의 마르텐사이트와 5% 이하의 제2상을 포함하는 재질 균일성이 우수한 내마모 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판은, 권취 공정 후 미세조직이 베이나이트 주조직인 재질 균일성이 우수한 내마모 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판의 브리넬 경도(HB)가 450~550이고, 강판의 경도 편차(△HB)가 30 이하인 재질 균일성이 우수한 내마모 강판.
중량%로, C: 0.2~0.3%, Si: 0.5% 이하(0은 제외), Mn: 0.5~2.0%, P: 0.03% 이하(0은 제외), S: 0.02% 이하(0은 제외), Al: 0.05% 이하(0은 제외), Cr: 0.1~1.0%, Mo: 0.01~0.3%, B: 50ppm 이하(0은 제외), Ti: 0.02% 이하(0은 제외), Nb: 0.05% 이하(0은 제외) 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1100~1300℃에서 가열하는 단계;
상기 가열된 강 슬라브를 마무리 열간 압연 온도 800~1000℃에서 열간 압연을 행하는 단계;
상기 마무리 열간 압연 온도에서 권취 온도(CT)까지 하기 [관계식 1]을 만족하는 냉각속도(CR)로 냉각하는 단계;
상기 냉각 후, 하기 [관계식 2]을 만족하는 권취 온도(CT)에서 권취하는 단계;
상기 권취된 강판을 850~950℃의 온도로 20~60분 동안 재가열하는 단계; 및
상기 재가열된 강판을 상기 [관계식 1]을 만족하는 냉각속도(CR)로 100℃ 이하까지 냉각하는 단계
를 포함하는 재질 균일성이 우수한 내마모 강판의 제조방법.
[관계식 1]
CR(℃/s) ≥ 69.6-56[C]+2.1[Si]-19.2[Mn]-8.9[Cr]+8.0[Al]-26.9[Mo]
[관계식 2]
(Ms + 30)℃ ≤ CT ≤ (Bs - 30)℃
Ms = 539-423[C]-30.4[Mn]-17.7[Ni]-12.1[Cr]-7.5[Mo]
Bs = 830-270[C]-90[Mn]-37[Ni]-70[Cr]-83[Mo]
(단, 상기 [C], [Mn], [Ni], [Cr], [Mo], [Si], [Al], 및 [Mo]은 각각의 성분 함량의 중량%를 의미함)
청구항 8에 있어서,
상기 열간 마무리 압연 후, 평균 결정립 크기가 10~40㎛인 재질 균일성이 우수한 내마모 강판의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 슬라브 가열은 100~400분간 행하는 재질 균일성이 우수한 내마모 강판의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 권취 후 재가열처리 전에, 강판을 3~20m 길이로 절판하는 단계를 포함하는 재질 균일성이 우수한 내마모 강판의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 권취 후 미세조직은 베이나이트 주조직인 재질 균일성이 우수한 내마모 강판의 제조방법.