KR20190112021A - 경화강의 ?칭 - Google Patents

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KR20190112021A
KR20190112021A KR1020197024443A KR20197024443A KR20190112021A KR 20190112021 A KR20190112021 A KR 20190112021A KR 1020197024443 A KR1020197024443 A KR 1020197024443A KR 20197024443 A KR20197024443 A KR 20197024443A KR 20190112021 A KR20190112021 A KR 20190112021A
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KR1020197024443A
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토미 리마타이넨
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싸브 테크놀로지 에이비
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Abstract

본 발명은 경화 가능한 강, 경화 가능한 강으로부터 제조된 경화강 구성요소 및 그 형성 방법에 관한 것이다. 강은 크롬, 실리콘 및 망간에 비해 상대적으로 높은 레벨의 몰리브덴을 함유하며, 몰리브덴은 경화강의 경도와 충격 강도의 우수한 조합을 제공한다. 강은 냉간 성형된 후, ?칭제로서 물을 사용하여 재가열-?칭 경화될 수 있는데, 균열이 없고 임의적으로 템퍼링이 없다. 형성된 강은 630 Hv10(예를 들어, 700 Hv10) 초과의 비커스 경도 레벨, 및 3 J/cm2(예를 들어, 20 J/cm2) 초과의 충격 강도를 갖는다.

Description

경화강의 ?칭
본 개시내용은 우수한 냉간 성형 특성을 제공하고 재가열-?칭 경화되어 우수한 충격 강도 및 경도를 갖는 강을 제공할 수 있는 ?칭-경화 가능한 강에 관한 것이다. 강은 물 ?칭과 같은 매우 높은 냉각 속도를 사용할 때라도, 임의의 템퍼링 없이, 경화 유도된 균열(hardening induced cracking)을 향한 경향을 감소시킨다. ?칭 경화는 강으로 형성된 전체 구성요소에 걸쳐서, 또는 구성요소의 일부만, 예를 들어 블레이드의 에지에서만 걸쳐서 수행될 수 있다. 본 개시내용은 또한 강을 ?칭 경화하는 방법에 관한 것이다.
?칭 경화는 강 및 주철 합금이 보강 및 경화되는 프로세스이다. 통상적인 재가열-?칭 경화 프로세스 중에, 강은 오스테나이트화 온도(austenization temperature)(바람직하게는, 약 900℃)로 가열되고, 소킹(즉, 균등화)된 다음, 바람직하게는 물 또는 오일과 같은 액체를 이용하여 급속 냉각(?칭)된다. ?칭된 강은 통상적으로 과잉의 마르텐사이트로 인해 부서지기 쉽다. 이들 경우에, 강은 경도를 감소시키고 인성을 증가시키기 위해 템퍼링, 즉 임계점(Ac1) 미만으로 가열될 수 있다. 그러나, 템퍼링은 또한 가공 단계 및 비용을 증가시킨다.
?칭은 전체 강 샘플을 통해 이루어지거나, 예를 들어 블레이드 에지에 국한될 수 있다. 오직 국한된 또는 심지어는 표면 경화가 요구되는 경우, 유도 가열과 같은 표적 가열 수단이 사용될 수 있다.
결과적인 마르텐사이트의 경도는 탄소 함량에 의해 좌우된다는 것이 일반적으로 이해된다. 그러나 탄소 함량이 높을수록 ?칭 경화 중에 균열이 형성될 위험이 증가된다. 예를 들어, 비균등 가열 또는 ?칭 냉각으로 인해 발생하는 열 응력으로부터 균열이 형성되게 할 수 있는 요인이 많이 있다. 이는, 코어와 표면 사이의 온도차가 ?칭 프로세스 자체 중에 재료를 통해 상당한 열 응력을 유발할 수 있기 때문에, 두꺼운 샘플이 ?칭 경화되는 경우 특히 문제가 될 수 있다. 변태 응력은 또한 결정상 변태가 강 내에서 발생할 때에 일어나는 체적 변화로 인해 발생할 수 있다. 이는 냉각 속도가 비균등할 때에 문제가 될 수 있고, 예를 들어 또한 보다 두꺼운 샘플(예를 들어, 두께가 6 mm 초과)에서 또는 복잡한 형상에서 발생할 수 있다. 높은 잔류 응력의 국한된 집중은 인가된 하중과 동일한 방향으로 작용하는 경우 균열이 생기게 하는 약화점으로서 작용할 수 있다. 흔히, 균열은 금속 피스로부터 천공된 정사각형 형상의 구멍의 모서리와 같은 특정 약화점에서 발생하고 전파된다. 이는 ?칭 경화된 구성요소에 대한 설계 제한을 초래할 수 있는데, 그 이유는 구성요소 피스가 임의의 그러한 약화점이 발생하는 것을 피하도록 수정되어야 할 수도 있기 때문이다.
?칭 매질 자체가 또한 균열 형성이 발생할 경향에 영향을 줄 수 있다. 물이 ?칭 매질로서 사용될 때, 냉각 속도는 통상적으로 오일에 비해 훨씬 높다. 이는 보다 단단한 강이 생기게 하지만, 응력 균열의 가능성이 더 높다. 변태 응력은 템퍼링 중에 감소될 수 있지만, 이는 강의 경도를 불가피하게 감소시킨다.
충격 강도는 그 구조를 통해 충격 에너지를 소산시키는 재료의 능력과 관련이 있는데, 이 능력은 보다 연성이고 보다 가단성있는 재료에게 유리한 경향이 있다. 경화강은 그 표면에서 마모에 대해 극단적인 내성이 있을 수도 있지만, 흔히 이 높은 경도는 충격 강도가 낮은 비교적 취성있는 재료를 초래한다. 그럼에도 불구하고, 높은 경도와 우수한 충격 강도의 조합은 일부 시나리오에서 매우 바람직하다. 예를 들어, 쟁기와 같은 농기구는 사용 시에 발생하는 마멸을 견디게 하도록 높은 내마모성과 높은 경도를 갖는 것이 요구된다. 그러나, 충격 강도가 낮은 경화된 재료로 제조된 쟁기는 돌이나 토양 중의 다른 단단한 물체와 조우할 때 손상될 위험이 있을 수 있다.
강력한 교반을 사용할 때 및/또는 ?칭 욕(quenching bath)으로서 염수(소금물)를 사용할 때 발생할 수 있기 때문에, 냉각 속도가 표준 물 ?칭보다 높은 경우에 경화 균열의 위험 감소가 매우 중요하다.
충격 강도가 우수하고 경화 균열의 위험이 감소된 높은 경도의 강을 제공하는 ?칭 경화 가능한 강에 대한 요구가 존재한다. 더욱이, 특히 ?칭 매질로서 물을 사용하여 국한된 ?칭 경화를 가능하게 하는, 우수한 구조적 특성을 갖는 ?칭 경화 가능한 강에 대한 요구가 존재한다.
본 개시내용은 중량%의 측면에서 다음으로 이루어진 경화 가능한 강 조성물에 관한 것으로서:
C 0.36-0.55%,
Mn 0.1-0.7%,
Si 0-0.7%,
Mo 0.2-1.9%,
Al ≤ 0.2%(0% 제외),
Cr 임의로 ≤1%,
Ni 임의로 ≤2%,
Cu 임의로 ≤1%,
Nb 임의로 ≤0.1%,
Ti 임의로 ≤0.2%,
V 임의로 ≤0.2%,
B 임의로 ≤0.01%,
W 임의로 ≤1%, 및
Co 임의로 ≤1%,
여기서,
%Mo > %Cr/2(Cr이 존재하는 경우)
%Mo > %Mn/2, 및
0.4 ≤ %Mn + %Cr + %Mo ≤ 2이고,
나머지는 철, 잔여 내용물 및 불가피한 불순물이다.
대안적인 방식에서 보았을 때, 본 개시내용은 재가열-?칭 경화되어 다음 식을 만족하는 강을 형성할 수 있는 경화 가능한 강에 관한 것이다:
VJ + (HX * Hv10) > AX
VJ는 20℃에서 J/cm2의 샤르피 V 충격 강도이며,
Hv10은 비커스 경도이고,
AX = 95이며,
HX = 0.125이다.
바람직하게는, 경화 가능한 강은 ≥ 50℃/s(보다 바람직하게는, ≥ 80℃/s)의 평균 냉각 속도에서 Ac3 초과의 온도로부터 MS 미만의 온도로 재가열-?칭 경화되어 균열없는 경화강을 형성할 수 있다.
바람직하게는, 경화 가능한 강은 중량%의 측면에서 다음으로 구성되고:
C 0.36-0.55%,
Mn 0.1-0.7%,
Si 0-0.7%,
Mo 0.2-1.9%,
Al ≤ 0.2%(0% 제외),
Cr 임의로 ≤1%,
Ni 임의로 ≤2%,
Cu 임의로 ≤1%,
Nb 임의로 ≤0.1%,
Ti 임의로 ≤0.2%,
V 임의로 ≤0.2%,
B 임의로 ≤0.01%,
W 임의로 ≤1%, 및
Co 임의로 ≤1%,
나머지는 철, 잔여 내용물 및 불가피한 불순물이다.
보다 바람직하게는, 경화 가능한 강은 다음의 관계를 만족시킨다:
%Mo > %Cr(존재하는 경우)
%Mo > %Mn, 및
0.4 ≤ %Mn + %Cr + %Mo ≤ 2.
본 개시내용은 또한 경화 가능한 강(또는 경화 가능한 강 조성물)로 형성된 구성요소에 관한 것으로, 적어도 구성요소의 영역은 재가열-?칭 경화되어 경화된 영역을 형성한다.
바람직하게는, 전체 구성요소가 재가열-?칭 경화된다.
바람직하게는, 구성요소의 경화된 영역의 미세 구조는 마르텐사이트이다.
바람직하게는, 구성요소의 경화된 영역은 ≥ 630 Hv10의 비커스 경도를 갖는다.
바람직하게는, 구성요소의 경화된 영역은 20℃에서 ≥ 3 J/cm2의 샤르피 V 충격 강도를 갖는다.
바람직하게는, 경화된 영역은 다음을 만족시키고:
VJ + (HX * Hv10) > AX
여기서,
VJ는 20℃에서 J/cm2의 샤르피 V 충격 강도이며,
Hv10은 비커스 경도이고,
AX = 95이며,
HX = 0.125이다.
본 개시내용은 또한 경화강의 제조 방법에 관한 것으로서,
a. 경화 가능한 강 조성물로 형성된 구성요소를 제공하는 단계;
b. 적어도 구성요소의 영역을 Ac3 초과의 온도(TS)로 가열하는 단계;
c. 상기 영역을 ?칭 유체를 사용하여 ?칭하여 경화된 영역을 형성하는 단계; 및
d. 경화된 영역을 임의로 템퍼링하는 단계를 포함하고,
상기 경화 가능한 강 조성물은 중량%의 측면에서 다음으로 구성되며,
C 0.36-0.55%,
Mn 0.1-0.7%,
Si 0-0.7%,
Mo 0.2-1.9%
Al ≤ 0.2%(0% 제외),
Cr 임의로 ≤1%,
Ni 임의로 ≤2%,
Cu 임의로 ≤1%,
Nb 임의로 ≤0.1%,
Ti 임의로 ≤0.1%,
V 임의로 ≤0.2%,
B 임의로 ≤0.01%,
W 임의로 ≤1%, 및
Co 임의로 ≤1%,
여기서,
%Mo > %Cr/2(Cr이 존재하는 경우)
%Mo > %Mn/2, 및
0.4 ≤ %Mn + %Cr + %Mo ≤ 2이고,
나머지는 철, 잔여 내용물 및 불가피한 불순물이다.
대안적인 방식에서 보았을 때, 본 개시내용은 경화강의 제조 방법에 관한 것으로서,
a'. 경화 가능한 강으로 형성된 구성요소를 제공하는 단계;
b'. 적어도 구성요소의 영역을 Ac3 초과의 온도(TS)로 가열하는 단계;
c'. 상기 영역을 ?칭 유체를 사용하여 ?칭하여 경화된 영역을 형성하는 단계; 및
d'. 경화된 영역을 임의로 템퍼링하는 단계를 포함하고,
경화된 영역은 다음을 만족시키며:
VJ + (HX * Hv10) > AX
VJ는 20℃에서 J/cm2의 샤르피 V 충격 강도이며,
Hv10은 비커스 경도이고,
AX = 95이며,
HX = 0.125이다.
바람직하게는, 단계 b(또는 단계 b')에서, 전체 구성요소는 Ac3 초과의 온도로 가열되고, 보다 바람직하게는 단계 c(또는 단계 c')에서, 전체 구성요소는 이어서 ?칭 유체로 ?칭되어 경화된 구성요소를 형성한다.
바람직하게는, 단계 a'에서의 경화 가능한 강은 중량%의 측면에서 다음으로 구성되고:
C 0.36-0.55%,
Mn 0.1-0.7%,
Si 0-0.7%,
Mo 0.2-1.9%,
Al ≤ 0.2%(0% 제외),
Cr 임의로 ≤1%,
Ni 임의로 ≤2%,
Cu 임의로 ≤1%,
Nb 임의로 ≤0.1%,
Ti 임의로 ≤0.2%,
V 임의로 ≤0.2%,
B 임의로 ≤0.01%,
W 임의로 ≤1%, 및
Co 임의로 ≤1%,
나머지는 철, 잔여 내용물 및 불가피한 불순물이다.
보다 바람직하게는, 단계 a'에서의 경화 가능한 강은 다음의 관계를 충족시킨다:
%Mo > %Cr/2(Cr이 존재하는 경우)
%Mo > %Mn/2, 및
0.4 ≤ %Mn + %Cr + %Mo ≤ 2.
바람직하게는, 강은 단계 c(또는 단계 c') 후에 균열이 없다.
바람직하게는, 단계 c(또는 c')에서의 냉각 속도는 ≥ 50℃/s, 보다 바람직하게는 ≥ 80℃/s이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 개시내용을 비제한적인 예에 의해 추가로 설명한다;
도 1은 다양한 AX값에 대한 비커스 경도 및 충격 강도의 산점도(scatter plot)를 도시하고;
도 2는 강 1-A의 경도 대 깊이 프로파일을 도시하며;
도 3은 강 1-B의 경도 대 깊이 프로파일을 도시하고;
도 4는 강 1-C의 경도 vs 깊이 프로파일을 도시하며;
도 5는 강 1-D의 경도 v 깊이 프로파일을 도시하며;
도 6은 강 1-D, 12 mm 샘플의 경도 대 깊이 프로파일을 도시하고;
도 7은 강 1-D의 경도에 대한 템퍼링의 효과를 도시하며;
도 8은 강 1-D의 충격 강도에 대한 템퍼링의 효과를 도시하고;
도 9는 균열 내성 시험에 사용된 블랭크를 도시하며;
도 10은 예 5의 시험 강의 중간 경도 값을 나타낸다.
본 개시내용의 경화 가능한 강(조성물)은 51CrV4, 38MnB5, 42MnV7 등과 같은 표준 경화 가능한 강에 비해 ?칭 균열의 위험이 감소된 우수한 ?칭 경화 특성을 제공한다. 이 강은 물을 사용하여 ?칭 경화될 때 630 Hv10 초과의 경도 레벨을 제공할 수 있으며, 통상적으로 템퍼링 없이도 사용할 수 있다(즉, ?칭 경화된 강은 템퍼링이 없이 균열이 없다). ?칭 경화 이전의 강의 우수한 성형성과 구조적 특성은, 간단하고 비용 효율적인 프로세스를 사용하여 마르텐사이트 강을 형성하도록 (임의로 국부적으로) ?칭 경화된 다음, 임의의 추가 템퍼링 단계 없이 사용되는 다양한 구성요소로 열간 또는 냉간 성형되게 한다.
"경화 가능한 강(조성물)"이란 위에서 언급된 경화 가능한 강 조성물 뿐만 아니라 위에서 언급된 수학식 VJ + (HX * Hv10) > AX을 충족시키는 강을 형성하도록 재가열-?칭 경화될 수 있는 경화 가능한 강을 의미한다. 강의 바람직한 구조적 한계 또는 특성 뿐만 아니라 바람직한 가공 조건과 같은 본원에 설명된 바람직한 양태는 경화 가능한 강 뿐만 아니라 경화 가능한 강 조성물 모두에 적용된다.
"균열없는(crack-free)"이라 함은 강이 ISO 23278:2015, 등급 2X를 충족한다는 것을 의미한다. ISO23278:2015 표준은 자분 시험(magnetic particle testing)에 의해 검출된 강자성 강 용접부의 결함으로부터 표시를 위한 허용 레벨을 특정한다. 이 공차 레벨은, ISO23278:2015 표준에 따른 자분 검출을 사용하여 시험될 때, 균열/결손과 같은 임의의 선형 결함의 길이가 1.5 mm 미만이고, 균열/결손과 같은 비선형 결함의 최대 치수가 3 mm 미만임을 의미한다. 이러한 맥락에서, 선형 결함은 그 폭의 3 배보다 큰 길이를 갖는 것으로 정의되는 반면, 비선형 결함은 그 폭의 3 배 이하의 길이를 갖는 것으로 정의된다.
바람직하게는, "균열없는"이란, 강이 ?칭 경화 후에 실온에서 24 시간 동안, 보다 바람직하게는 1 주일 동안 유지될 때, ISO23278:2015, 등급 2X를 충족시킨다는 것을 의미한다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "마르텐사이트" 및 "마르텐사이트계"는 마르텐사이트, 셀프-템퍼링된(또는 자동-템퍼링된) 마르텐사이트, 및 템퍼링된 마르텐사이트를 포함한다. 따라서, 본 개시내용의 의미 내에서, ≥ 95%의 마르텐사이트를 함유하는 강은 마르텐사이트, 셀프-템퍼링된 마르텐사이트, 및 템퍼링된 마르텐사이트인 구조의 ≥ 95%를 갖는다.
본원에 사용되는 바와 같이, Ac1은 가열 동안 오스테나이트(γ)가 형성되기 시작하는 온도이다.
본원에 사용되는 바와 같이, Ar1은 냉각 중에 페라이트(α)로의 오스테나이트(γ)의 변태가 완료되는 온도이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, Ac3은 가열 동안 오스테나이트(γ)로의 페라이트(α)의 변태가 완료되는 온도이다.
본원에 사용되는 바와 같이, Ar3은 냉각 중에 오스테나이트(γ)가 페라이트(α)로 변태하기 시작하는 온도이다.
Ac1, Ac3, Ar1, Ar3은 본 기술 분야의 숙련자에게 공지된 널리 알려진 파라미터이다. 이들은 표준 방법론을 사용하여 실험적으로 추정될 수 있다. 대안적으로, 파라미터는 이론적으로, 예를 들어, 아래에 언급되는 바와 같이, Brandis(Rechnerische Bestimmung der Umwandlungstemperaturen von niedriglegierten Staehlen. TEW - Technische Berichte, Band 1, Heft 1, 1975, 8-10) 또는 Lutsenko(The Definition and Use of Technological Reserves - An Effective Way to Improve the Production Technology of Rolled Metal. Abschlußbericht, Kommission der Europaeischen Gemeinschaften, Luxembourg, 1991, 136 p.)로부터의 공식을 사용하여 추정될 수 있다.
Figure pct00001
여기서 [%X]는 원소 X의 중량%이다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "경화 가능한"은 바람직하게는, 두께가 3 mm인 강의 샘플이 950℃로 가열되고 1 시간 동안 소킹된 다음 증류수로 ?칭될 때, 샘플의 중앙에서 적어도 90% 마르텐사이트 미소 구조를 갖는다는 것을 의미한다.
본 개시내용의 경화 가능한 강 조성물의 주요 특징인 특징부는 비교적 높은 Mo 함량과 조합된 비교적 낮은 Mn, Si 및 Cr 함량이다. 이러한 비율의 이들 원소의 조합은 ?칭 유도된 균열의 낮은 위험과 조합된 탁월한 충격 강도 및 ?칭 경화능(hardenability)을 나타내는 우수한 구조적 특성을 갖는 강을 제공한다.
이제, 경화 가능한 강(조성물)의 화학 조성에 대해 보다 상세히 설명한다. 본 개시내용에서, 조성물 중 모든 백분율은 중량 백분율이다. 더욱이, 아래에 언급된 다양한 성분들에 대한 각각의 바람직한 범위는 나머지 성분들의 임의의 바람직한 범위와 조합될 수 있다.
탄소
탄소는 경화 가능한 강(조성물)이 마르텐사이트를 형성하도록 ?칭 경화될 수 있는 것을 보장하도록 주로 존재한다. 보다 높은 탄소 함량은 보다 단단한 강을 제공할 것이다. 그러나, 탄소 함량이 너무 높으면, 결과적인 ?칭된 강이 너무 부서지기 쉬워질 수 있어 ?칭 유도된 균열의 위험이 증가한다. 따라서, 0.55%의 최대 탄소 함량이 사용되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 탄소는 0.38-0.52%, 보다 바람직하게는 0.40-0.50%, 더욱 더 바람직하게는 0.41-0.48%의 레벨로 사용된다.
실리콘
실리콘은 제련 가공 중에 청정도를 개선시키기 위해 강에 포함되어 있으며 경화능에 긍정적인 영향을 줄 수 있다. 그러나, 실리콘이 너무 많으면 ?칭 중에 발생하는 셀프-템퍼링의 양이 감소되고 완성된 강의 표면 품질에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 0.7의 최대 실리콘 함량이 사용되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 실리콘은 0.01-0.5%, 보다 바람직하게는 0.05-0.35%, 가장 바람직하게는 0.10-0.25%의 레벨로 사용된다.
망간, 크롬 및 몰리브덴
망간, 크롬 및 몰리브덴은 경화 가능한 강(조성물)의 ?칭-경화 특성을 제어하는 데에 중요한 역할을 한다. 이들 3가지 원소의 중요성은 아래에서 설명된다.
망간은 경화능에 상당한 영향을 미친다. 망간은 또한 강에 존재할 수 있는 임의의 산소와 황을 격리시키는 데에 효과적이다. 그러나, 망간은 분리하는 경향이 강하고, 또한 마르텐사이트 시작 온도, MS를 상당히 감소시킨다. 따라서, 전체 망간 함량은 매우 낮으며, 바람직한 최대량은 0.7%, 바람직하게는 최대 0.65%이다.
바람직하게는, 망간은 0.10-0.50%, 보다 바람직하게는 0.15-0.40%, 가장 바람직하게는 0.20-0.30%의 레벨로 사용된다.
크롬은 경화능을 증가시키는 데에 임의로 사용된다. 그러나, 크롬은 또한 마르텐사이트 시작 온도를 상당히 감소시키는데, 이는 ?칭 중에 발생하는 셀프-템퍼링의 양에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 따라서, 총 크롬 함량은 바람직하게는 1% 미만, 바람직하게는 0.75% 미만이다.
바람직하게는, 크롬은 0-0.5%, 보다 바람직하게는 0-0.3%, 가장 바람직하게는 0-0.20%의 레벨로 사용된다.
몰리브덴은 경화능을 제공하고 템퍼링 내성을 개선하도록 포함된다. 유리하게는, 몰리브덴은 마르텐사이트 시작 온도에 상당한 영향을 미치지 않으며, 이는 일차 경화제로서 몰리브덴을 사용하면 마르텐사이트 시작 온도가 높게 유지되고 ?칭 동안 셀프-템퍼링이 촉진되는 것을 보장한다는 것을 의미한다.
몰리브덴은 또한 경화강 조성물의 충격 강도를 개선시키는 데에 일조한다. 충격 강도는 온도 증가에 따라 증가하고, 보다 낮은 온도의 재료가 보다 부서지기 쉬우며 보다 높은 온도의 재료는 보다 연성을 갖는 점이 널리 공지되어 있다. 따라서, 강의 온도에 대한 충격 강도의 플롯은, 통상적으로, 강이 취성에서 연성 거동으로 변화하고 충격 강도가 크게 증가하는 비교적 가파른 천이 영역을 갖는 S자형 형상이다.
마르텐사이트 강의 경우, 합금 원소들의 존재는 통상적으로 충격 강도를 저하시킨다. 그러나, 본 출원인은 몰리브덴 및 니켈이 흔히 강의 충격 강도를 증가시켜, 강이 취성에서 연성 거동으로 천이하는 온도를 효과적으로 저하시키는데, 몰리브덴의 영향이 특히 중요하다는 것을 확인하였다. 몰리브덴은 또한 비교적 높은 온도, 예를 들어 500 내지 650 이상, 보다 바람직하게는 500 내지 600℃에서의 템퍼링 동안 경도를 유지하는 것을 돕는다.
바람직하게는, 몰리브덴은 0.2-1.9%의 레벨로 사용된다. 바람직하게는, 몰리브덴은 0.2-1.5%, 보다 바람직하게는 0.30-1.2%, 보다 바람직하게는 0.40-1.1%, 더욱 더 바람직하게는 0.50-1.0%의 레벨로 사용된다.
망간, 크롬 및 몰리브덴의 조합은 경화 가능한 강(조성물)에서 경화능을 제공한다. 그러나, 몰리브덴은, 높은 마르텐사이트 시작 온도를 유지하고, 경화 후에 템퍼링 동안 경도 및 충격 강도를 보다 잘 유지할 수 있는, 높은 경화능 및 높은 충격 강도를 강에 제공하도록 다른 2개의 원소에 유리하게 사용된다.
망간, 크롬 및 몰리브덴은 각각 경화능에 미치는 영향을 감소시키는데, 동일한 경화능을 달성하기 위해 망간에 비해 비교적 더 많은 크롬 및 흔히 더욱 더 많은 몰리브덴이 요구된다. 결과적으로, 본원에 개시된 경화 가능한 강(조성물)은 바람직하게는 크롬 및 망간에 비해 비교적 높은 레벨의 몰리브덴을 함유하고, 바람직하게는 다음의 조건을 만족시킨다:
%Mo ≥ %Cr/2(Cr이 존재하는 경우)
%Mo ≥ %Mn/2, 및
0.4 ≤ %Mn + %Cr + %Mo ≤ 2
바람직하게는:
%Mo ≥ %Cr(Cr이 존재하는 경우)
%Mo ≥ %Mn, 및
0.4 ≤ %Mn + %Cr + %Mo ≤ 2
바람직하게는:
%Mo ≥ %Cr + %Mn, 및
0.4 ≤ %Mn + %Cr + %Mo ≤ 2
바람직하게는:
%Mo ≥ %Cr + 2*%Mn.
더욱이, 바람직하게는:
0.5 ≤ %Mn + %Cr + %Mo ≤ 1.5,
보다 바람직하게는:
0.85 ≤ %Mn + %Cr + %Mo ≤ 1.35.
강은 바람직하게는 우수한 레벨의 경화능을 보장하기에 충분한 망간, 크롬 및 몰리브덴을 함유한다. 통상적으로, 경화능은 탄소 당량, Ceq가 > 0.60, 바람직하게는 > 0.62이면 충분하며, 여기서:
Figure pct00002
강이 니오븀을 함유하면, 경화 가능한 강(조성물)은 바람직하게는, 다음의 관계가 만족되는 경우, 충분한 경화능을 나타낸다:
XH ≥ 3.5, 바람직하게는
XH ≥ 4,
여기서,
Figure pct00003
알루미늄
알루미늄은 탈산제(킬링제)로서 사용된다. 그러나, 강의 경화능/셀프-템퍼링 특성에 영향을 줄 수 있기 때문에, 너무 높은 레벨의 알루미늄은 피해야 한다. 결과적으로, 바람직한 최대 알루미늄 레벨은 0.2%이다.
바람직하게는, 알루미늄은 0.01-0.1%, 보다 바람직하게는 0.01-0.06%, 가장 바람직하게는 0.015-0.045%의 범위로 사용된다. 이러한 낮은 알루미늄 레벨은 우수한 전기 저항 용접 특성이 요망될 때에 특히 바람직하다.
니오븀, 티타늄 및 바나듐
니오븀과 티타늄은 열간 압연 후에 강의 텍스쳐를 제어하고, ?칭 전 가열 단계 동안 입자 성장을 방지한다. 따라서, 니오븀과 티타늄은 ?칭 경화 중에 열간 압연된 강의 특성 유지를 제어하는 데에 도움이 된다. 그러나, 과도한 양은 충격 강도에 부정적인 영향을 줄 수 있는 대형 티타늄 질화물과 같은 석출물을 형성할 수 있다.
일반적으로, 입자 크기가 큰 강은 보다 우수한 경화능을 갖는다. 그러나, 입자 크기가 클수록 ?칭 경화 중에 균열 발생 경향이 증가된다. 티타늄 및 니오븀은 오스테나이트화 온도에서 입자 크기 성장 속도를 감소시키고, 이는 경화능을 감소시킬 수 있다. 이 영향은, 우수한 경화능을 얻기에 충분한 합금 원소가 강에 포함되는 것을 보장함으로써, 예를 들어 XH가 적절히 높은 것을 보장함으로써 보상될 수 있다. 적절하게 배합될 때, 오스테나이트화 동안 티타늄 및 니오븀(특히 니오븀)에 의해 제공되는 입자 조대화에 대한 제어가 유리하여, 경화 유도된 균열의 위험을 크게 증가시키지 않으면서 보다 긴 오스테나이트화 소킹 시간(TS) 및/또는 보다 높은 온도를 허용할 수 있다.
이는, 예를 들어 하나의 프로세스 단계(예를 들어, 열간 압연 성형 또는 다이 ?칭 방법)에서 열간 성형, 스탬핑 및 경화를 조합할 수 있게 하여, 제조를 보다 비용 효과적으로 하게 한다. 열간 압연 성형의 경우, 강은 다이 및 열성형 다이로 전달되는 동안, 예를 들어 약 20℃/s의 속도로 급속히 냉각될 수 있다. 이로 인해, 강이 ?칭할 때까지 적절한 온도(예를 들어, 오스테나이트 온도 Ar3 초과)로 유지되는 것을 보장하도록 일반적으로 매우 높은 시작 온도를 사용하는 것이 필요하다.
바람직하게는, 티타늄은 0-0.1%, 보다 바람직하게는 0.001-0.05%, 보다 바람직하게는 0.005-0.02%의 범위로 존재한다.
바람직하게는, Ti/N < 3.42이다.
붕소가 강 조성물에 합금되지 않으면, Ti/N ≤ 3.42를 보장하는 것이 바람직하다. 이는 보다 많은 양의 작은 TiN 석출물을 보장하여, 충격 강도의 현저한 저하 없이 티타늄의 이점이 획득될 수 있는 것을 보장할 것이다.
바람직하게는, 니오븀은 0.001-0.05%, 보다 바람직하게는 0.005-0.02%, 가장 바람직하게는 0.008-0.015%의 범위로 존재한다.
바람직하게는, 경화 가능한 강(조성물)은 티타늄 또는 니오븀 중 적어도 하나를 함유한다.
바람직하게는, 경화 가능한 강(조성물)은 니오븀을 함유한다.
니오븀은 강의 연성에 영향을 주어, 냉간 성형성을 저하시킬 수 있다. 재가열 ?칭 이전에 매우 부담이 큰 냉간 성형이 필요한 경우, 경화 가능한 강(조성물)은 바람직하게는 0.005% 미만의 니오븀 함량을 갖는다.
바나듐은 경화능을 증가시키지만, ?칭 경화 전 오스테나이트화 중에 바나듐 탄화물을 용해시키기가 어려울 수 있다. 이 탄화물은 ?칭 동안 페라이트 결정이 성장하는 핵으로서 작용할 수 있다. 결과적으로, 바나듐 함량은 바람직하게는 ≤ 0.2%로 제한되어야 한다.
바람직하게는, 바나듐은 ≤0.15%, 보다 바람직하게는 ≤0.10%, 보다 바람직하게는 ≤0.06%, 가장 바람직하게는 ≤0.04%의 레벨로 임의로 존재한다.
바나듐 탄화물을 용해시키는 어려움으로 인해, 이러한 낮은 바나듐 함량은 소킹 온도(TS)가 낮고 소킹 시간(tS)이 비교적 짧을 때 특히 바람직하다.
구리 및 니켈
위에서 언급한 바와 같이, 니켈은 마르텐사이트 강의 충격 강도에 긍정적인 영향을 미친다. 그러나, 너무 많은 니켈은 강의 템퍼링 내성에 영향을 미칠 수 있고, 즉 너무 많은 니켈을 함유한 강은 템퍼링 중에 경도를 상실하는 것으로 확인되었다. 니켈은 또한 강의 셀프-템퍼링 특성에 영향을 미치는 MS를 감소시킨다.
이를 고려하여, 니켈은 통상적으로 임의로 ≤ 1%로 존재한다.
니켈은 바람직하게는 임의로 ≤ 0.4%, 보다 바람직하게는 ≤ 0.1%로 존재한다.
구리는 바람직하게는 임의로 ≤ 0.4%, 더 바람직하게는 ≤ 0.1%로 존재한다.
바람직하게는, Cu+Ni ≤ 0.4%, 보다 바람직하게는 ≤ 0.1%이다.
구리는 구리의 용융 온도를 초과한 가공 중에 상 분리되고 (스케일(scale) 하의) 표면으로 이동하는 경향이 있으며, 이는 재료가 열간 성형될 때 표면 품질에 해로울 수 있다. 니켈은 이러한 효과를 완화시키며, 따라서 Ni 함량은 바람직하게는 %Cu ≥ 0.2일 때 적어도 0.33*%Cu, 바람직하게는 적어도 0.50*%Cu이다.
붕소, 텅스텐 및 코발트
붕소 및 텅스텐은 경화능을 개선시킬 수 있다. 그러나, 붕소 및 텅스텐은 강의 경화능이 주로 다른 원소에 의해 제공되기 때문에 통상적으로 필요하지 않다. 더욱이, 붕소는 본원에 개시된 것과 같이, 보다 높은 탄소 레벨을 갖는 강의 경화능에 미치는 영향이 보다 작다. 붕소가 고탄소강에 영향을 미치기 위해서는, 통상적으로 질소 레벨이 낮아야하며 및/또는 티타늄 함량이 충분히 높아야 하는데, 이는 TiN 석출물의 형성 가능성을 증가시킨다. 따라서, 붕소는 강에 유해하지 않으며, 단순히 임의의 조대한 TiN 석출물이 존재하지 않는 경우 특성들의 원하는 밸런스를 제공하는 데에 필수가 아니다. 코발트는 매우 비싸고 통상적으로 불필요하다.
바람직하게는, 붕소는 0-0.003%, 보다 바람직하게는 0-0.0005%, 더욱 더 바람직하게는 0-0.0002%의 레벨로 존재한다.
바람직하게는, 텅스텐은 ≤0.2%, 보다 바람직하게는 ≤0.1%로 존재한다.
바람직하게는, 코발트는 ≤0.2%, 보다 바람직하게는 ≤0.1%로 존재한다.
바람직하게는, Co+W ≤0.5%, 보다 바람직하게는 ≤0.3%, 보다 바람직하게는 ≤0.1%이다.
잔여 내용물 및 불가피한 불순물
잔여 내용물은 강에 불가피하게 존재할 수 있는 내용물을 포함하고, 즉 잔여 내용물을 갖는 합금 원소가 의도적으로 첨가되지는 않는다.
불가피한 불순물은 인(P), 황(S), 질소(N), 수소(H), 산소(O), 칼슘(Ca), 및 희토류 금속(rare earth metal)(REM) 등일 수 있다. 이들의 함량은 바람직하게는 경화 가능한 강(조성물)의 특성을 보장하기 위해 다음과 같이 제한된다:
P ≤ 0.020%, 바람직하게는 ≤ 0.015%, 더 바람직하게는 ≤ 0.012%, 가장 바람직하게는 ≤ 0.008%(강이 템퍼링되는 경우 더 낮은 레벨이 특히 요구됨),
S ≤ 0.020%, 바람직하게는 ≤ 0.010%, 더 바람직하게는 ≤ 0.005%,
N ≤ 0.012%, 바람직하게는 ≤ 0.006%,
H ≤ 0.0002%,
O ≤ 0.005%,
Ca ≤ 0.01%(통상적으로 황 및 산소 레벨을 제어하는 데에 사용됨)
REM ≤ 0.1%.
잔여 내용물과 불가피한 불순물 간의 차이는, 잔여 내용물이 제어된 양의 합금 원소이며 불순물로 고려되지 않는다는 것이다. 잔여 내용물은 일반적으로 산업 프로세스에 의해 조절되며 합금에 본질적인 영향을 미치지 않는다. 경화 가능한 강의 잔여 내용물 레벨은 통상적으로 낮다.
경화 가능한 강(조성물)의 마르텐사이트 개시 온도(MS)는 바람직하게는 ≥ 340℃, 더 바람직하게는 ≥ 350℃, 보다 바람직하게는 ≥ 360℃, 더욱 바람직하게는 ≥ 370℃, 가장 바람직하게는 ≥ 375℃이다.
본 개시내용의 목적을 위해, 마르텐사이트 시작 온도 MS는 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pct00004
경화 가능한 강의 제조 방법
본원에 개시된 경화 가능한 강(조성물)은 열간 압연(예를 들어, 조성물) 및 냉각에 의해 형성되어 경화 가능한 강 제품을 형성한다. 강 제품을 형성하는 데에 사용되는 실제 프로세스 단계는 ?칭 경화 이전의 결과적인 강의 미세 구조와 같이 다양할 수 있다. 강 제품은 바람직하게는 열간 압연되지만, 냉간 압연(예를 들어, 조질 압연(skin rolling))이 경화 전에 수행될 수 있다.
바람직하게는, 강 제품은 열간 압연된다(즉, 냉간 압연이 수행되지 않음).
바람직하게는, 경화 가능한 강(조성물)은 열간 압연된다.
경화 가능한 강 제품을 형성하기 위한 통상적인 프로세스 단계는 주어진 순서로 다음 단계를 포함한다:
i. 950-1350℃ 범위의 온도에서 강 슬래브(예를 들어, 본원에 개시된 화학 조성으로 이루어짐)를 제공하는 단계;
ii. Ar1 내지 1300℃(바람직하게는 Ar3 내지 1300℃)의 온도 범위에서 열간 압연하여 열간 압연된 강을 얻는 단계;
iii. 열간 압연된 강을 냉각하고 임의로 코일링(coiling)하여 경화 가능한 강 제품을 제공하는 단계;
iv. 경화 가능한 강 제품을 임의로 가공하여 이 제품으로부터 구성요소를 형성하는 단계.
강 슬래브를 제공하는 단계는 용융물(예를 들어, 경화 가능한 강 조성물을 만들기 위해 결합하는 적절한 성분들로부터)을 형성하는 단계, 및 용융물을 열간 압연으로 직접 압출하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 단계는 경화 가능한 강 조성물의 미리 성형된 슬래브(또는 빌렛)를 제공하고 이를 열간 압연 전에 필요한 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
열간 압연 단계에서 사용되는 조건은 결과적인 강이 원하는 강도와 가요성의 밸런스를 갖는 것을 보장하도록 이에 따라 조절될 수 있다. 마찬가지로, 열간 압연 후의 냉각 단계는 중요하지 않으며, 열간 압연 제품의 원하는 미세 구조를 제공하도록 적절하게 조절될 수 있다.
경화능 특성(?칭 후의 경도, 균열 형성 경향)은 경화 가능한 강의 입자 크기에 의해 영향을 받는다. 경화강의 통상적인 평균 오스테나이트 입자 크기는 ≤ 25 ㎛, 바람직하게는 약 5-20 ㎛, 보다 바람직하게는 약 5-15 ㎛이다. 이 입자 크기를 갖는 제품을 형성하기에 적절한 열간 압연 프로토콜은 다음과 같다:
- 가열된 강 슬래브를, 예를 들어 7회 패스 동안 조압연(rough rolling), 임의적인 제1 패스는 교정 패스이고, 이어서 약 20-40%(바람직하게는 30%)의 크기 감소를 각각 갖는 6회의 조압연 패스가 후속된다. 조압연 중의 슬래브 개시 온도는 1100-1300℃가 바람직하고, 바람직하게는 1230-1280℃이다.
- (예를 들어) 6개의 롤러를 통한 최종 압연, 제1 롤러 상의 크기 감소는 약 25-60%(바람직하게는, 30-50%)이고, 이는 최종 롤러 상에서 약 5-20%(바람직하게는 10-15%)로 점진적으로 감소한다. 최종 압연 온도는 바람직하게는 800-950℃, 보다 바람직하게는 860-930℃이다.
- 580-750℃, 바람직하게는 650-720℃에서의 코일링, 이어서 공냉.
조압연의 목적은 슬래브를 압축하고 슬래브 형성 후에 여전히 존재할 수 있는 임의의 다공성을 제거하는 것이다. 최종 압연은 강의 입자 크기를 정제한다.
코일링 온도는 최종 강에서 우세한 상에 영향을 미친다. 650-750℃(예를 들어, 약 720℃)에서 코일링하면 페라이트 및 펄라이트가 촉진되어 보다 연성이고 보다 가단성있는 재료가 제공된다. 그러나, 이러한 보다 높은 코일링 온도는 통상적으로 강의 표면에서 더 많은 스케일을 초래할 것이다. 580-650℃(예를 들어, 약 630℃)에서의 코일링은 스케일의 형성 가능성을 감소시키고 일부 베이나이트 성장을 촉진하여 유리한 특성 밸런스를 제공한다.
580℃ 미만(특히 500℃ 미만)의 온도에서의 코일링은 높은 레벨의 베이나이트의 성장을 촉진하여, 결과적인 제품의 성형성을 떨어뜨리고 잠재적으로 ?칭 경화 전에 구성요소로 가공하기가 더 어려워진다. 높은 냉각 속도 및 MS 미만의 온도에서의 코일링은 높은 레벨의 마르텐사이트를 촉진시켜, 코일링된 스트립에서 균열이 형성될 위험을 증가시킨다.
통상적으로, 열간 압연은 2-15 mm, 바람직하게는 2-12 mm의 두께를 갖는 강 스트립을 형성하는 열간 압연을 포함한다. 특히 두께가 2 mm 미만인 스트립이 요망되는 경우 냉간 압연이 임의로 수행될 수 있다. 대안적으로, 열간 압연은 3-80 mm, 바람직하게는 4-50 mm, 보다 바람직하게는 5-15 mm의 두께를 갖는 플레이트를 형성할 수 있다.
균열 경화의 문제는 보다 두꺼운 샘플에서 가장 문제가 된다. 결과적으로, 본 개시내용의 강은 보다 두꺼운 샘플에 대해 가장 중요한 이점을 나타낸다. 바람직하게는, 강의 두께는 적어도 5 mm, 보다 바람직하게는 적어도 6 mm, 더 바람직하게는 적어도 6.5 mm, 더욱 더 바람직하게는 적어도 7 mm이다.
따라서, 바람직한 두께는 5-15 mm, 보다 바람직하게는 6-12 mm를 포함한다.
이들 바람직한 두께는 또한 강으로 형성된 구성요소에 관한 것이다. 그러나, 구성요소의 경우, 예를 들어 구성요소의 일부가 에지를 형성하도록 기계 가공된 경우, 구성요소에 걸쳐 두께가 변할 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 구성요소는 적어도 5 mm, 보다 바람직하게는 적어도 6 mm, 더 바람직하게는 적어도 6.5 mm, 더욱 더 바람직하게는 적어도 7 mm의 최대 두께를 갖는다.
바람직하게는, 구성요소는 적어도 5 mm, 보다 바람직하게는 적어도 6 mm, 더 바람직하게는 적어도 6.5 mm, 더욱 더 바람직하게는 적어도 7 mm의 최소 두께를 갖는다.
"최대 두께"라 함은 구성요소의 가장 두꺼운 부분의 두께를 의미한다.
"최소 두께"라 함은 구성요소의 가장 얇은 부분의 두께를 의미한다.
스트립 제품이 형성되는 경우, 약 700℃에서 스트립을 코일링하면 통상적으로 페라이트 및 펄라이트를 함유하는 2상 조성물이 형성된다. 보다 낮은 온도, 예를 들어 약 600℃에서 스트립을 코일링하면 통상적으로 페라이트 및 펄라이트 외에 베이나이트가 형성되도록 촉진할 것이다. 보다 낮은 코일링 온도는 또한 보다 미세한 입자 크기를 촉진시킨다.
따라서, 열간 압연된 제품의 미세 구조는 사용된 프로세스 조건에 따라 달라질 수 있다. 미세 구조는 통상적으로 ?칭 경화 전에 재료가 원하는 제품으로 형성될 수 있게 하기 위해 정확한 특성 밸런스를 제공하도록 맞춤화된다. 결과적인 강은 일반적으로 비교적 연성이고(통상적인 비커스 경도 레벨이 200-300 Hv10, 바람직하게는 200-250 Hv10 범위임), 통상적으로 가요성이 우수하며(예를 들어, 강 에지가 기계 가공될 때 굽힘 반경이 2t), ?칭 경화 전에 가공을 용이하게 하도록 중간-높은 강도(인장 강도 600-1000 MPa)를 갖는다.
열간 압연된 제품의 특성은 또한 미세 합금 원소를 조절하여 맞춤화될 수 있다. 예를 들어, 매우 우수한 절첩 특성이 요구되는 경우, 니오븀 레벨이 최소화되어야 하거나, 바람직하게는 니오븀을 피해야 한다.
강의 가공
임의적인 프로세스 단계는 다양할 수 있으며, 기계 가공, 절단(예를 들어, 산소-연료, 플라즈마, 워터젯 또는 레이저 절단에 의한), 연삭(예를 들어, 블레이드를 형성하기 위한 공구 에지의 샤프닝(sharpening)), 및 냉간 성형(예를 들어, 굽힘, 플랜징(flanging) 등)을 포함할 수 있다.
최종 구성요소로 형성되면, 재료는 (재가열) ?칭 경화되어 최종 제품을 형성할 수 있다. ?칭 경화는 다음을 포함하는 프로세스를 사용하여 수행된다:
a. 경화 가능한 강 조성물로 형성된 구성요소를 제공하는 단계;
b. 적어도 구성요소의 영역을 Ac3 초과의 온도(TS)로 가열하는 단계;
c. ?칭 유체를 사용하여 상기 영역을 ?칭하는 단계; 및
d. ?칭된 영역을 임의로 템퍼링하는 단계.
대안적인 프로세스는 다음의 단계를 포함한다:
a'. 경화 가능한 강으로 형성된 구성요소를 제공하는 단계;
b'. 적어도 구성요소의 영역을 Ac3 초과의 온도(TS)로 가열하는 단계;
c'. 상기 영역을 ?칭 유체를 사용하여 ?칭하여 경화된 영역을 형성하는 단계; 및
d'. 경화된 영역을 임의로 템퍼링하는 단계.
구성요소를 제공하는 단계 a(또는 a')는 위에서 언급한 단계들 i-iv 중 임의의 단계 또는 모든 단계, 특히 위에서 언급한 단계 iv를 포함할 수 있다.
재가열-?칭 경화
단계 b(또는 b')에서, 구성요소 또는 그 영역은 Ac3 초과 온도(TS), 즉 오스테나이트화 온도로 가열된다. 이 온도에서, 강의 미세 구조는 100% 오스테나이트가 되지만, VC, NbC, MoC 및 TiN과 같은 일부 탄화물 및/또는 질화물은 용해되지 않은 상태로 남아 있을 수 있다. 이 반응이 발생할 수 있도록, 프로세스는 바람직하게는 가열 후 및 ?칭 전에 소킹 단계(bs 또는 bs')를 포함하는데, 여기서 구성요소는 소킹 시간 tS 동안 Ar3 초과의 온도에서 유지된다.
열 온도(TS)는 주로 경화 가능한 강의 조성물에 따라 달라진다. 일반적으로 말해서, Mo 함량이 낮으면 더 낮은 TS가 사용되게 한다. 바람직하게는, TS는 850℃ 초과, 바람직하게는 900℃ 초과, 보다 바람직하게는 950℃ 초과이다.
TS가 ≥ 950℃이면, 경화 가능한 강(조성물)은 Ti 및/또는 Nb를 함유하는 것이 바람직하다.
TS가 너무 높으면, 특히 소킹 분위기가 공기인 경우, 구성요소 표면에서의 탈탄 속도가 문제가 될 수 있다. 마찬가지로, 결정 입자 성장이 또한 일어날 수 있으므로, Nb 및/또는 Ti를 함유하지 않는 강에 대해서는 과도하게 높은 TS 레벨을 피해야 한다.
바람직하게는, TS의 상한값은 1050℃, 바람직하게는 1000℃이다. 보다 높은 온도가 사용되는 경우, 소킹 시간은 가능한 한 짧게 유지되어야 하며 임의로 보호 분위기(즉, 불활성 가스 또는 진공)가 사용되어야 한다.
임의적인 소킹 시간 tS는 구성요소의 형상 크기에 따라 달라지게 된다. 소킹 시간은 통상적으로 완전한 오스테나이트화를 보장하기에 충분히 길지만, 과도한 입자 성장을 피하도록 너무 길지는 않을 것이다. 더욱이, 완전한 오스테나이트화를 보장하는 데에 필요한 시간을 초과하는 과도한 소킹 시간은 불필요하게 비용을 증가시킨다.
그럼에도 불구하고, 지침으로서, 6 mm의 최대 두께를 갖는 구성요소에 대한 소킹 시간은 소킹 가열로(soak furnace)의 온도가 약 950℃일 때 통상적으로 약 12 분이 된다. 따라서, 대부분의 구성요소는 소킹 시간이 30 분 이하, 바람직하게는 20 분 이하일 때 완전히 오스테나이트화된다.
소킹 매질은 중요하지 않으며, 공기, 불활성 가스 또는 진공이 사용될 수 있고, 바람직하게는 공기가 사용된다. 소킹 온도가 보다 높거나 소킹 시간이 매우 긴 경우, 탈탄 위험을 완화시키도록 불활성 가스 또는 진공이 소킹 매질로서 사용되어야 한다.
구성요소의 일부만이 가열되는 경우(예를 들어, 표면 영역 또는 블레이드 에지와 같은 특정 부분만), 이에 따라 소킹 시간은 2 분 이하, 바람직하게는 1 분 이하로 더 적게 될 것이다. 이는 관심 영역만 오스테나이트화 온도에 도달하고 다른 영역으로의 과도한 열 전달을 피하는 것을 보장한다.
샘플은 임의의 적절한 수단에 의해 가열될 수 있다. 전체 구성요소가 가열될 때, 가열로가 통상적으로 사용된다. 구성요소의 일부만 가열되는 경우, 해당 부분만이 가열로 내에 배치될 수 있다. 보다 통상적으로, 국한된 가열은 유도 가열 또는 화염과 같이 사용될 수 있다.
바람직하게는, 가열로 온도 및 소킹 매질의 온도는 TS를 초과할 것이다. 예를 들어, 약 930℃로 가열되는 구성요소는 통상적으로 950℃로 설정된 가열로에서 가열/소킹될 것이다.
보다 높은 소킹 온도는 제품이 최종 구성요소를 형성하도록 소킹 중에 가공되어야 할 때 사용된다. 예를 들어, 강 제품은 블랭크 형태일 수 있는데, 블랭크는 가열된 다음 (예를 들어, 핫 스탬핑에 의해) 가공되어 최종 구성요소를 형성한 후에, ?칭 냉각된다. 통상적으로 이들 가공 단계를 가열로에서 수행할 수 없으므로, 제품의 잔류 열이 ?칭 전의 가공 단계에 걸쳐 최종 구성요소의 온도를 Ar3 초과로 유지하는 것을 보장하도록 보다 높은 소킹 온도가 요구된다. 다수의 프로세스 단계가 수행되어야 하는 경우, 강 제품은 그 온도가 적절히 높게 유지되는 것을 보장하도록 가공 단계들 사이에서 가열로 내에 배치될 수 있다. 아무튼, 온도는 ?칭 전에 Ar3 초과로 유지되어야 한다.
바람직하게는, 강은 단계 b(또는 b') 및 임의적인 단계 c(또는 c') 후에 100% 오스테나이트이다.
소킹 동안, 오스테나이트 중의 임의의 몰리브덴 탄화물이 용해되어 유리 몰리브덴 원자를 형성한다. 바람직하게는, 소킹 후에, 강의 가열된 영역은 임의의 몰리브덴 탄화물을 함유하지 않는다.
다른 비용해 탄화물은 입자 분쇄를 방지하고 경화 균열 형성의 위험을 낮추기 때문에 바람직할 수 있다. 그러나, 비용해 탄화물은 경도를 감소시키고 또한 충격 강도에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 바나듐 함량이 높으면, 오스테나이트 내에 많은 양의 VC를 가질 위험이 있을 수 있는데, 이는 강이 냉각될 때 페라이트를 위한 핵 생성 지점의 역할을 할 수 있다. 결과적으로, 소킹 후에, 강의 가열된 영역은 임의의 바나듐 탄화물을 함유하지 않는 것이 바람직하다.
임의적인 소킹을 가열한 후, 가열된 영역은 ?칭 유체를 사용하여 ?칭된다. ?칭의 목적은 오스테나이트화된 강을 마르텐사이트 시작 온도인 MS 미만으로 급속하게 냉각시키는 것이다. ?칭(즉, 단계 c 또는 c')은 단계 b 및 bs(또는 b' 및 bs') 직후에 발생하므로, 영역의 온도는 영역이 ?칭될 때까지 Ar3 미만으로 떨어지지 않는다.
따라서, 단계 c(또는 c')에서, 강은 MS 미만으로 ?칭된다. 바람직하게는, 강은 100℃ 미만으로 ?칭되고, 보다 바람직하게는 강은 실온으로 ?칭된다.
이론에 구애되지 않고, 개선된 ?칭 균열에 대한 내성은 몰리브덴이 ?칭 동안 셀프-템퍼링을 촉진시키는 데에 미치는 영향으로 인해 부분적으로 발생하는 것으로 여겨진다. 강이 MS 미만으로 냉각되면, 대부분의 오스테나이트가 마르텐사이트로 매우 급속하게 변태된다. ?칭은 강이 계속 냉각되게 하지만, 강은 실온보다 높지만 MS 미만인 온도로 있는 기간이 존재한다. 이 시간 동안, 마르텐사이트는, 외부에서 가해지는 열이 아니라 강에 유지되는 잔류 열에 의해 유발되는 템퍼링인 셀프-템퍼링을 겪는다.
MS 온도가 보다 높으면 강이 냉각될 때 이전 단계에서 셀프-템퍼링이 촉진된다. Mn, Cr 및 Ni는 Mo보다 MS에 더 큰 영향을 미치므로, 본 개시내용의 강은 비교적 높은 MS와 조합하여 우수한 경화능을 제공한다. 본 개시내용의 강에서 비교적 높은 MS 온도로 인해, 강은 ?칭 동안 보다 광범위한 셀프-템퍼링을 겪는다. 더욱이, 탈탄으로 인한 표면에서의 더 낮은 탄소 레벨은 이들 영역에서 MS를 상승시키며, 이는 표면이 셀프-템퍼링을 겪는 시간을 연장시키는 데에 추가로 일조한다.
몰리브덴에 의해 촉진된 셀프-템퍼링은 강이 냉각될 때 내부 응력을 완화시키는 데에 일조한다. 더욱이, 몰리브덴은 또한 ?칭된 강의 충격 강도를 개선시키는 데에 일조하여, 샤르피-V 충격 시험에서 취성 대 연성 천이 온도를 감소시킨다.
?칭 매질은 구성요소의 급속한 냉각, 즉 > 20℃/s, 바람직하게는 > 50℃/s, 보다 바람직하게는 > 80℃/s의 냉각 속도를 보장하는 임의의 적절한 매질일 수 있다. 적절한 ?칭 매질은 오일 또는 물을 포함하며, 물이 바람직하다.
물을 교반(또는 혼합/배합)하면 냉각 속도가 더욱 더 증가된다. ?칭 물을 교반하기 위한 적절한 수단은 프로펠러를 포함한다.
?칭 매질로서 "물"이라 함은 물 또는 염수(즉, 소금물)를 의미한다.
?칭 후, ?칭 경화를 받은 구성요소의 영역은 마르텐사이트 미세 구조를 갖는다. 바람직하게는, 영역의 미세 구조는 ≥ 90% 마르텐사이트, 바람직하게는 ≥ 95% 마르텐사이트, 보다 바람직하게는 ≥ 98% 마르텐사이트, 보다 바람직하게는 ≥ 99% 마르텐사이트, 더 바람직하게는 ≥ 99.5% 마르텐사이트, 가장 바람직하게는 100% 마르텐사이트를 포함한다.
마르텐사이트 영역은, (예를 들어) MoC, NbC, TiC, NbTiC 및 VC를 포함하는 탄화물 및 (예를 들어) TiN 및 VN을 포함하는 질화물 뿐만 아니라 탄질화물과 같은 석출물을 함유할 수 있다.
경화된 영역은 바람직하게는 균열이 없고, 유리하게는 임의의 템퍼링 단계를 필요로 하지 않고 균열이 없다.
이 영역의 비커스 경도는 바람직하게는 ≥ 630 Hv10, 바람직하게는 ≥ 650 Hv10, 보다 바람직하게는 ≥ 670 Hv10, 더욱 더 바람직하게는 ≥ 700 Hv10이다.
비커스 경도는 표준 SFS EN ISO 6507-1:2006을 사용하여, 예를 들어 DuraScan 80을 경도계로 사용하여 측정될 수 있다.
강의 경도는 표면으로부터의 깊이에 따라 달라질 수 있다. 통상적으로, 표면 경도는 오스테나이트화 동안 표면이 탈탄될 수 있기 때문에 약간 더 낮다. 마찬가지로, 강의 중심은 더 천천히 냉각되므로, 중심에서의 경도는 통상적으로 더 낮다.
본원에 사용되는 바와 같이, 강의 경도는 바람직하게는 1/4 샘플 두께 또는 표면으로부터 4 mm 중 어느 쪽이든 더 작은 곳에서의 경도이다.
바람직하게는, 두께가 12 mm 미만인 샘플의 경우, 샘플의 평균 경도는 바람직하게는 ≥ 630 Hv10, 바람직하게는 ≥ 650 Hv10, 보다 바람직하게는 ≥ 670 Hv10, 더욱 더 바람직하게는 ≥ 700 Hv10이다.
본원에 사용된 바와 같이, "평균 경도"는 샘플 두께를 통해 균등하게 이격된 지점에서, 예를 들어 표면으로부터 0.5 mm에서 시작하여, 바람직하게는 표면으로부터 1 mm에서 시작하여 1 mm마다 취한 여러 경도 측정값들의 평균에 해당한다.
보다 바람직하게는, 두께가 12 mm 미만인 샘플의 경우, 샘플의 전체 두께는 바람직하게는 ≥ 630 Hv10, 바람직하게는 ≥ 650 Hv10, 보다 바람직하게는 ≥ 670 Hv10, 더욱 더 바람직하게는 ≥ 700 Hv10이다.
주어진 깊이에서 경도를 측정하기 위해, 강 샘플은 바람직하게는 그 두께를 가로질러(즉, 표면에 수직으로) 2개로 절단된 다음, 강을 횡단하는 노출된 면에서 경도가 측정된다.
경화된 영역(예를 들어, 물로 ?칭된 ≥ 5 mm 샘플)은 바람직하게는 20℃에서 ≥ 3 J/cm2, 바람직하게는 20℃에서 ≥ 6 J/cm2, 바람직하게는 20℃에서 ≥ 12 J/cm2, 및 보다 바람직하게는 20℃에서 ≥ 18 J/cm2의 중간 샤르피 V 충격 강도를 갖는다.
샤르피 V 충격 강도는 20℃에서 표준 ISO 148(예를 들어, ISO148:2010)을 사용하여 측정될 수 있다. 표준에 따른 임의의 적절한 샘플 크기(예를 들어, 5 mm, 7.5 mm 또는 10 mm)가 원칙적으로 사용될 수 있지만, 5 mm 샘플이 통상적이다. 통상적으로, 적어도 3회(바람직하게는 적어도 5회)의 측정값이 취해지는데, 시험편은 메인 열간 압연 방향에 대해 길이방향으로 취해진다.
?칭된 강의 템퍼링은 경도를 감소시키지만, 충격 강도를 증가시킨다. 마찬가지로, 오일로 ?칭하면 충격 강도가 보다 높은 덜 단단한 강이 생성된다. 본 개시내용의 강의 이점은 단지 높은 경도 또는 높은 충격 강도가 아니라, 템퍼링에 의해 서로에 대해 최적화될 수 있는 양쪽 특성들의 조합이다.
본 출원인은 경도와 충격 강도 사이의 관계가 바람직하게는 다음과 같이 특성화될 수 있다는 것을 확인하였다:
VJ + (HX * Hv10) > AX
여기서,
VJ는 J/cm2의 샤르피 V 충격 강도이고
Hv10은 비커스 경도이며
AX = 95이며,
HX = 0.125이다.
바람직하게는, AX은 97.5이고, HX는 0.125이다.
바람직하게는, AX은 100이고 HX는 0.125이다.
보다 바람직하게는, AX은 165.8이고 HX는 0.2156이다.
보다 바람직하게는, AX는 192.5이고 HX는 0.2508이다.
보다 바람직하게는, AX는 218.8이고 HX는 0.2855이다.
이들 관계의 플롯은 도 1에 도시되어 있다. 따라서, 본 개시내용에 따른 경화강은 다양한 플롯 라인의 우측(또는 위)에 속하는 충격 강도 및 경도의 조합을 갖는다. 보다 높은 값의 AX은 통상적으로 강이 물로 ?칭되고 경화 후에 템퍼링될 때만 달성될 수 있다는 점에 유념해야 한다.
바람직하게는, 전체 구성요소는 단계 d(또는 d')에서 ?칭된다.
바람직하게는, 전체 구성요소는 단계 e(또는 e')에서 템퍼링된다.
바람직하게는, 전체 구성요소는 재가열-?칭 경화된다.
바람직하게는, 전체 구성요소는 ≥ 630 Hv10, 바람직하게는≥ 650 Hv10, 보다 바람직하게는 ≥ 670 Hv10, 더욱 더 바람직하게는 ≥ 700 Hv10의 경도를 갖는다.
표면 또는 블레이드 에지와 같은 제품의 단지 영역이라면, 제품은 최종 제품이 원하는 특성을 갖는 것을 보장하도록 열간 압연 단계 중에 다르게 가공되어야 할 수도 있다. 예를 들어, 열간 압연된 제품이 열간 압연 후에 공냉되면, 전체적인 특성은 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트의 밸런스에 따라 달라진다. 그러나, 일반적으로 말해서, 강은, 결과적인 강이 대체로 매우 취성을 갖기 때문에 최종 용도에 적절한 구조적 특성을 갖지 못한다. 따라서, 한가지 가능한 옵션은, 추가로 가공된 다음 재가열-?칭 경화되어 최종 제품을 형성할 수 있는 경화된 제품을 제공하도록 최종 압연 후에 강을 ?칭하는 것이다. 이들 실시예에서, 결과적인 ?칭된 열간 압연 강은 코일링되지 않는데, 그 이유는 코일링 프로세스가 ?칭된 강을 파열시킬 가능성이 있기 때문이다.
이 방법론이 사용되는 경우, 열간 압연 후에 ?칭 경화는 바람직하게는 20-50℃/s의 냉각 속도로, 예를 들어 오일로 ?칭함으로써 수행된다. 이는 바람직하게는 우수한 충격 강도를 갖는 475-560 Hv10의 영역에 경도를 갖는 제품을 형성할 것이다. 따라서, 재료는 대부분의 최종 용도에 충분할 정도로 단단하지만, 최종 구성요소로 가공(예를 들어, 절단 또는 샤프닝)될 수 없을 정도로 단단하지는 않다. 템퍼링은 경도를 낮추고 충격 강도를 개선시키도록 이 단계에서 임의로 수행될 수 있다. 그 후, 영역(예를 들어, 블레이드 에지)은 > 50℃/s의 냉각 속도(예를 들어, 물로 ?칭)로 재가열-?칭 경화되어 더 높은 경도를 갖는 영역을 형성할 수 있다.
임의로, 구성요소는 ?칭 경화 후에 템퍼링될 수 있다. 템퍼링은 구성요소를 템퍼링 온도 TQ(바람직하게는 150℃ 내지 700℃의 온도)로 가열하고, 템퍼링 시간 tQ 동안 구성요소를 유지한 다음, 구성요소를 실온으로 냉각시킴으로써 수행될 수 있다. 바람직하게는, 템퍼링 후의 냉각은 공기 중에서, 바람직하게는 여전히 공기 중에서 행해진다.
구성요소의 템퍼링은 경도를 감소시키지만, 구성요소의 인장 강도, 연성 및 인성을 증가시킨다. 몰리브덴은 특히 MS보다 훨씬 높은 온도에서 템퍼링 내성(즉, 템퍼링 동안 경도를 유지하는 데에 일조함)을 제공한다.
본 개시내용의 강의 이점은 경화 유도된 균열을 방지하기 위해 템퍼링이 필수적이지 않다는 것이다. 마찬가지로, 충격 강도는 통상적으로 템퍼링없이도 충분히 높다. 바람직하게는, ?칭 경화 후에 구성요소 상에 임의의 분말 페인트 코팅을 융합시키기 위해 수행된 템퍼링만이 열처리일 수 있다. 그러한 처리는 바람직하게는 통상적으로 MS보다 훨씬 낮은 약 175-225℃(예를 들어, 175-200℃ 또는 200-225℃)에서 수행된다. 이들 처리 후에, 강은 그 마르텐사이트 구조를 유지하며, 통상적으로 높은 충격 강도, 낮은 취성 및 우수한 인장 강도와 같은 허용 가능한 다른 특성과 함께 ≥ 575 Hv10 (바람직하게는 ≥ 600 Hv10, 보다 바람직하게는 ≥ 625 Hv10, 높은 탄소 함량의 경우, 심지어는 ≥ 650 Hv10)의 경도를 갖는다.
본원에 개시된 강을 사용하여 달성할 수 있는 경도 및 충격 강도의 밸런스는 흔히 매우 바람직하다. 그러나, 예를 들어 블레이드의 에지에서 보다 낮은 충격 강도를 갖는 매우 단단한 영역을 제공할 필요가 있을 수 있다. 그러한 구성요소는 앞서 언급한 이중 ?칭 방법을 사용하여 형성될 수 있다.
따라서, 본 개시내용은 다음 단계를 포함하는 방법을 제공한다:
1) 경화 가능한 강(조성물)을 제공하는 단계;
2) 경화 가능한 강(조성물)을 Ac3 초과의 온도(TS)로 가열하는 단계;
3) 제1 ?칭 유체를 사용하여 제1 ?칭 단계에서 경화 가능한 강(조성물)을 ?칭하여 구성요소를 형성하는 단계;
4) 임의로 구성요소를 가공하는 단계;
5) 구성요소의 영역을 Ac3 초과의 온도(TS)로 가열하는 단계;
6) 영역을 제2 ?칭 유체를 사용하여 제2 ?칭 단계에서 ?칭하는 단계; 및
7) 임의로 구성요소를 템퍼링하는 단계;
여기서,
영역은 전체 구성요소를 포함하지 않으며,
제2 ?칭 단계에서의 냉각 속도는 > 50℃/s, 바람직하게는 > 80℃/s이다.
이 방법에서, 단계 1)-3)은 강을 형성하는 데에 사용되는 열간 압연 프로세스의 일부를 구성할 수 있다. 이 경우에, 단계 4)는 바람직하게는 임의적인 템퍼링 전에, 최종 구성요소를 형성하도록 스탬핑, 절단 등과 같은 기계적 가공 단계를 포함한다. 대안적으로, 단계 1)-3)은 미리 성형된 구성요소에 대해 수행될 수 있으며, 이 경우에 방법은 본질적으로 이중 재가열-?칭 방법이다. 그럼에도 불구하고, 임의적 단계 4)는 템퍼링 뿐만 아니라 에지의 샤프닝과 같은 일부 기계적 가공을 여전히 포함할 수 있다.
제1 ?칭 단계에서의 냉각 속도는 바람직하게는 > 20℃/s이지만, > 50℃/s 또는 심지어는 > 80℃/s와 같은 보다 높은 속도가 가능하다. 보다 높은 속도가 사용되는 경우(> 50℃/s), 바람직하게 단계 4)는 템퍼링, 바람직하게는 > 300℃에서의 템퍼링을 포함할 것이다.
바람직하게는, 단계 4) 후의 구성요소의 경도는 350 내지 600 Hv10, 바람직하게는 475 내지 560 Hv10일 것이다.
단계 5)는, 예를 들어 유도 가열 또는 화염 가열에 의해 구성요소의 국한된 영역을 가열하는 것을 포함한다. 이어서, 이 국한된 영역은 매우 빠른 ?칭 속도(> 50℃/s, 바람직하게는 > 80℃/s)로 제2 ?칭 단계에서 ?칭 냉각된다. 영역의 경도는 바람직하게는 > 630 Hv10, 바람직하게는 ≥650 Hv10, 보다 바람직하게는 ≥ 670 Hv10, 더욱 더 바람직하게는 ≥ 700 Hv10이다.
제1 및 제2 ?칭 유체는 동일할 수 있다. 그러나, 이 경우, 단계 4)는 바람직하게는 제2 ?칭 단계 전에 전체 구성요소의 경도를 감소시키도록 템퍼링을 포함할 것이다.
바람직하게는, 제2 ?칭 유체는 물이다. 바람직하게는, 제1 ?칭 유체는 오일이다.
예들
예 1 - 실험실 규모, 압연 플레이트
아래의 표에 기재된 조성물을 갖는 강을 제조하였다:
Figure pct00005
강의 4개의 빌렛은 실험실 규모 프로세스에서 열간 압연 후에 직접 ?칭되었다. 이어서, 빌렛은 표에 나타낸 소킹 온도(TS 1 또는 TS 2)에서, 각 온도에서 2개의 빌렛씩 (물을 사용하여) 재가열-?칭 경화되었다. ?칭 경화 후에, 강 1-D의 모든 빌렛은 결함이 있고 균열이 없었다. 강 1-C의 4개의 빌렛 중 3개는 결함이 있고 균열이 없었다. 그러나, 910℃의 소킹 온도로부터 ?칭 경화된 강 1-C의 빌렛들 중 하나에서 하나의 작은 균열이 발생하였다. 나머지 강은 모두 ?칭 경화 동안 균열이 형성되었다.
비커스 경도를 결정하기 위한 경도 시험을 경도계로서 DuraScan 80을 사용하여 표준 SFS EN ISO 6507-1:2006에 따라 수행하였다.
도 2는 강 1-A의 8 mm 두께 샘플에 대한 경도 대 깊이의 플롯을 도시하는데, 경도는 비커스(Hv10) 경도로 플로팅되며 대응하는 로크웰 C 경도 레벨이 나타나 있다. 강을 2개로 절단하고 강을 횡단하는 노출된 절단면에서 경도를 측정함으로써 측정값을 취하였다. 도 3은 강 1-B에 대한 유사한 플롯을 나타내고, 도 4는 강 1-C에 대한 유사한 플롯을 나타낸다. 이들 플롯은 910℃에서 ?칭 경화될 때 강이 비교적 낮은 경도를 갖는다는 것을 나타낸다. 강 1-B는 980℃에서 ?칭 경화될 때 표면에서 적당한 경도를 얻을 수 있지만, 경도는 샘플의 전체 두께를 통해 유지되지는 않는다. 강 1-C는 샘플의 전체 두께에 걸쳐 유사한 경도를 얻지만, 얻은 경도는 약 600 Hv10(55HRC)이다.
도 5는 본 개시내용에 따른 강 1-D에 대한 동등한 플롯을 도시한다. 플롯은 전체 샘플 두께를 통해 유지되는 상당히 높은 경도값을 명확하게 나타낸다. 도 6은 12 mm 두께 샘플에 대해 동등한 결과가 얻어진다는 것을 나타낸다.
도 7은 150-600℃의 온도에서 템퍼링한 후에 TS 980℃로부터 ?칭된 강 1-D의 샘플에 대한 2 mm 깊이에서의 비커스 경도를 나타낸다. 플롯은 강이 템퍼링 동안 우수한 경도 유지를 나타내고, 200℃에서의 템퍼링 시에 > 55 HRC의 로크웰 경도값을 유지한다는 것을 나타낸다.
충격 시험은 + 20℃에서 표준 ISO 148-1:2010에 따라 수행되었다. 시편의 두께는 8 mm(6 mm 두께는 노치가 차지함)였으며, 그 때에 보고된 값은 J/cm2로 변환되었다. 결과는 아래의 표에 나타낸다.
Figure pct00006
결과는 강 1-D가 양쪽 ?칭 온도에서 우수한 충격 인성을 갖는 반면, 나머지 강은 보다 높은 ?칭 온도에서의 노치 시험에서 우수한 충격 인성만을 달성한다는 것을 보여준다. 본 개시내용에 따른 강 1-D는 HX의 각각의 값에 대해 위의 바람직한 범위와 일치하는 AX 값을 달성한다.
강 1-D의 충격 강도는 비교적 낮지만, 경도를 고려하면 여전히 매우 우수하다. 강을 템퍼링하면 경도가 감소되고 충격 강도가 증가된다
예 2 - 풀 스케일, 압연 스트립
1-D와 유사한 조성물을 갖는 강을 대규모(상업용) 설비에서 생산하였다. 강의 조성물과 그에 대응하는 압연 조건은 아래의 표에 요약되어 있다:
Figure pct00007
Figure pct00008
재가열-?칭 경화강의 경도와 충격 강도의 관계를 보여주기 위해, 강 2-D의 강 빌렛(8 mm x 65 mm x 150 mm)을 980℃에서 40 분 동안 공기 가열로에서 가열한 다음 물로 ?칭하였다. 이어서, 결과적인 강을 다양한 온도에서 120 분 동안 템퍼링하였다. 결과적인 경화 및 템퍼링된 강의 경도 및 충격 강도는 도 7 및 도 8에 나타낸다. 이들 값은 아래의 표에 요약되어 있다:
Figure pct00009
표에 나타낸 바와 같이, 강은 모든 템퍼링 온도에 대해 높은 AX 값을 유지하며, 특히 우수한 값들의 조합은 175℃에서의 템퍼링에 대해 얻어진다.
예 3
아래의 화학식을 갖는 여러 개의 ?칭 경화 가능한 강을 강 2-D와 비교하였다:
Figure pct00010
이들 강의 샘플(5 mm 두께, 물로 ?칭된 강 2-D의 경우 8 mm 두께)을 다양한 조건에서 재가열-?칭 경화하고, 결과적인 경도와 충격 강도를 아래의 표에 요약하였다:
Figure pct00011
51CrV4 및 때때로 38MnB5 강은 ?칭 균열 형성으로 인해 성공적으로 물 ?칭될 수 없었다. 오일 ?칭 시에, 양쪽 강은 양호한 경도를 제공하지만, 충격 강도가 상대적으로 열악하다.
42MnV7은 물 또는 오일로 ?칭될 수 있지만, 결과적인 강은 상대적으로 열악한 충격 강도를 갖는다. 또한, 물 ?칭된 강은 균열을 형성하는 경향이 높다.
강 2-D는 물 또는 오일로 ?칭되어 경도와 충격 강도의 조합이 보다 우수한 강을 제공할 수 있다. ?칭된 강을 템퍼링하면 경도가 감소되지만 충격 강도는 증가된다. 경화 유도된 균열이 관찰되지 않았다.
예 4
압연 방향(1010)에서 310 mm, 길이방향에서 300 mm의 치수를 갖는 여러 개의 6 mm 두께 블랭크를 강 2-D로 제조하였다. 결합을 위해 에지들을 화염 절단(1020)에 의해 절단하고, 2개의 에지들을 기계적 절단(1030)에 의해 절단하였다. 도 9에 도시된 바와 같이, 시험편에 다수의 20 mm 직경 구멍을 스탬핑하였는데, 4개의 구멍은 중앙에서 20 mm 떨어져서 정사각형을 형성하고, 2개의 구멍은 기계적으로 절단된 에지 및 화염 절단된 에지의 코너에서 에지로부터 10 mm 떨어져 있다.
18개의 블랭크를 30 분 동안 980℃에서 가열하고 증류수를 사용하여 실온(약 20-30℃)으로 ?칭하였다. 9개의 샘플을 2 시간동안 175℃에서 5 분 내에 템퍼링하였다. ?칭 및 임의적인 템퍼링 후에 샘플을 균열에 대해 체크하였으며, 균열이 검출되지 않았다.
5 주 후에, 샘플을 다시 시각적으로 검사하고, 샘플의 양면을 또한 자분 시험으로 체크하였다. 다시, 표준 ISO 23278:2015, 등급 2X에 따라 평가했을 때 균열이 검출되지 않았다.
예 5 - 실험실 규모, 압연 플레이트
아래의 표에 기재된 조성물을 갖는 강을 제조하였다:
Figure pct00012
실험실 규모 프로세스에서 열간 압연 후에 강의 여러 개의 빌렛을 직접 ?칭하였다. 이어서, 빌렛을 표에 나타낸 소킹 온도(TS 1 또는 TS 2)에서 (물을 사용하여) 재가열-?칭하였다. 재가열-?칭된 모든 빌렛은 ?칭 후에 균열이 없었다. 재가열-?칭된 강의 경도는 도 10에 도시되어 있다(5개의 측정값의 중간값).

Claims (19)

  1. 중량% 측면에서 다음으로 구성되는 경화 가능한 강 조성물이며,
    C 0.36-0.55%,
    Mn 0.1-0.7%,
    Si 0-0.7%,
    Mo 0.2-1.9%,
    Al ≤ 0.2%(0% 제외),
    Cr 임의로 ≤ 1%,
    Ni 임의로 ≤ 2%,
    Cu 임의로 ≤ 1%,
    Nb 임의로 ≤ 0.1%,
    Ti 임의로 ≤ 0.2%,
    V 임의로 ≤ 0.2%,
    B 임의로 ≤ 0.01%,
    W 임의로 ≤ 1%, 및
    Co 임의로 ≤ 1%,
    여기서,
    %Mo ≥ %Cr/2(Cr이 존재하는 경우),
    %Mo ≥ %Mn/2, 및
    0.4 ≤ %Mn+%Cr+%Mo ≤ 2이고,
    나머지는 철, 잔여 내용물 및 불가피한 불순물인, 경화 가능한 강 조성물.
  2. 제1항에 있어서, C는 0.38-0.52%, 바람직하게는 0.40-0.50%의 레벨로 사용되는, 경화 가능한 강 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, Si는 0.01-0.5%, 바람직하게는 0.05-0.35%의 레벨로 사용되는, 경화 가능한 강 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, Mn은 0.10-0.50%, 바람직하게는 0.15-0.40%의 레벨로 사용되는, 경화 가능한 강 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, Cr은 0-0.5%, 바람직하게는 0-0.3%의 레벨로 사용되는, 경화 가능한 강 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, Mo는 0.2-1.5%, 바람직하게는 0.30-1.2%, 더 바람직하게는 0.40-1.1%의 레벨로 사용되는, 경화 가능한 강 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    %Mo ≥ %Cr(Cr이 존재하는 경우)
    %Mo ≥ %Mn, 및
    0.4 ≤ %Mn + %Cr + %Mo ≤ 2인, 경화 가능한 강 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, Ni는 ≤ 1%의 레벨로 임의로 존재하는, 경화 가능한 강 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 조성, 즉
    Al 0.01-0.1%, 바람직하게는 0.01-0.06%
    Ti 임의로 0.001-0.05%,
    Nb 임의로 0.001-0.05%,
    V 임의로 ≤ 0.15%,
    Cu 임의로 ≤ 0.1,
    Ni 임의로 ≤ 0.1,
    B 0-0.003%, 바람직하게는 0-0.0005%,
    W 임의로 ≤ 0.2%,
    Co 임의로 ≤ 0.2%,
    P ≤ 0.020%, 바람직하게는 ≤ 0.015%,
    S ≤ 0.020%, 바람직하게는 ≤ 0.010%,
    N ≤ 0.006%,
    H ≤ 0.0002%
    O ≤ 0.005%,
    Ca ≤ 0.01, 및
    REM ≤ 0.1%을 갖는, 경화 가능한 강 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 강은 Nb를 0.005 내지 0.02%의 레벨로 함유하는, 경화 가능한 강 조성물.
  11. 재가열-?칭 경화되어 아래의 식
    VJ + (HX * Hv10) > AX
    을 만족하는 강을 형성할 수 있는 경화 가능한 강이며,
    여기서, VJ는 20℃에서 J/cm2의 샤르피 V 충격 강도이며,
    Hv10은 비커스 경도이고,
    AX = 95이며,
    HX = 0.125인, 경화 가능한 강.
  12. 제11항에 있어서, 상기 강은 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 한정된 조성물을 갖는, 경화 가능한 강.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 경화 가능한 강(조성물)으로 형성된 구성요소이며, 적어도 구성요소의 영역은 재가열-?칭 경화되어 경화된 영역을 형성하는, 구성요소.
  14. 제13항에 있어서, 상기 경화된 영역의 비커스 경도는 ≥ 630 Hv10이고, 경화된 영역의 샤르피 V 충격 강도는 20℃에서 ≥ 3 J/cm2인, 구성요소.
  15. 제13항에 있어서, 상기 경화된 영역은
    VJ + (HX * Hv10) > AX
    을 만족시키고,
    여기서, VJ는 20℃에서 J/cm2의 샤르피 V 충격 강도이며,
    Hv10은 비커스 경도이고,
    AX = 95이며,
    HX = 0.125인, 구성요소.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 전체 구성요소가 재가열-?칭 경화되고, 바람직하게는 구성요소는 적어도 6 mm의 최대 두께를 갖는, 구성요소.
  17. 경화강의 제조 방법이며,
    a. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 한정된 경화 가능한 강(조성물)으로 형성된 구성요소를 제공하는 단계;
    b. 적어도 구성요소의 영역을 Ac3 초과의 온도(TS)로 가열하는 단계;
    c. 상기 영역을 ?칭 유체를 사용하여 ?칭하여 경화된 영역을 형성하는 단계; 및
    d. 상기 경화된 영역을 임의로 템퍼링하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 경화된 영역의 비커스 경도는 ≥ 630 Hv10이고, 경화된 영역의 샤르피 V 충격 강도는 20℃에서 ≥ 3 J/cm2인, 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 경화된 영역은
    VJ + (HX * Hv10) > AX
    을 만족시키고,
    여기서, VJ는 20℃에서 J/cm2의 샤르피 V 충격 강도이며,
    Hv10은 비커스 경도이고,
    AX = 95이며,
    HX = 0.125인, 방법.
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