KR20220000131A - 고인성 고경도강 합금 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고인성 고경도강 합금 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면은, 탄소(C) 0.4 중량% 내지 0.6 중량%, 실리콘(Si) 1.0 중량% 내지 2.0 중량%, 망간(Mn) 0.4 중량% 내지 1 중량%, 크롬 (Cr) 0.3 중량% 내지 0.9 중량%, 몰리브데넘(Mo) 0.1 중량% 내지 0.4 중량% 및 바나듐(V) 0.1 중량% 내지 0.4 중량%를 포함하고, 마르텐사이트 및 베이나이트 복합상 구조를 포함하는, 고인성 고경도강 합금을 제공한다.

Description

고인성 고경도강 합금 및 그 제조방법{HIGHLY TOUGH HIGHHARDNESS ALLOY STEEL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 고인성 고경도강 합금 및 그 제조방법과 동 제조방법을 이용하여 제조한 고인성 고경도강 합금을 포함하는 군용 장갑재에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 탄소를 합금 전체 중량 대비 0.6 중량% 이하로 포함하고, 마르텐사이트 및 베이나이트 복합상 구조를 포함하는 고인성 고경도강 합금에 관한 것이다.
일반적으로 고경도강은 높은 경도 확보를 위해 주로 고탄소강을 사용하거나, 마르텐사이트 상 확보를 위한 합금 원소 및 공정으로 구성되어 있으며, 필요시에 마르텐사이트 조직의 취성을 보완하기 위한 후열처리 공정인 템퍼링 공정 도입을 통한 인성을 보완하고 있다.
고강도 고인성용으로 사용되는 고탄소강은 주로 ??칭 및 템퍼링의 열처리를 통해 최종제품으로 생산된다. ??칭 및 템퍼링 열처리 강재로 사용되는 고탄소강은 열처리후의 물성을 확보하기 위해서 Ni, Cr, Mo 등의 합금원소를 다량으로 포함한다. 그러나 최근 합금원소 가격의 급등으로 이들 고탄소 합금강의 생산제조원가에 대한 부담이 늘어나고 있다.
또한, 마르텐사이트 조직의 취성을 보완하기 위한 템퍼링 공정 도입 역시, 합금원소의 구성은 목표하는 경도급에 해당하는 일정 탄소함량과 경화능 확보를 위한 니켈, 크롬, 몰리브덴 등의 고가의 원소로 이루어져 제조원가에 대한 부담이 존재한다.
다른 형태의 고경도 확보방안으로 베이나이트 조직 도입이 있는데, 베이나이트 조직은 마르텐사이트 조직보다 높은 온도에서 변태되는 상이며, 이 때문에 강도 및 경도는 마르텐사이트 보다 낮지만 높은 인성을 가질 수 있어 고강도강에서 항상 문제가 되는 취성 파괴를 극복하기 위한 방법으로 주목을 받아왔다. 특히 수퍼베이나이트, 고강도베이나이트 저온베이나이트 등의 여러 명칭으로 불리며 다양한 연구자들에 의해 연구가 이루어져 왔으며, 고탄소 고실리콘 조성의 강재로 용체화 처리 후 저온에서 장시간 오스템퍼링 하여 나노 구조의 오스테나이트/베이나이트 구조를 구현하여 고경도를 얻을 수 있는 강재이다.
그러나 높은 탄소함량으로 인해 용접성이 열위하여 제품 또는 공정 적용 시 큰 제약 사항으로 작용했고, 탄소를 저감시킨 합금에서는 고강도 고인성 물성을 확보하는데 어려움이 있었다. 또한 장시간 오스템퍼링 공정은 양산 기술로는 적용하기 어려운 한계점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 경화능 확보를 위해 필수적으로 첨가되는 니켈, 크롬, 몰리브덴, 바나듐 등의 다소 고가인 합금원소 함량을 최소화하여 경제성을 높이면서 우수한 경도 및 인성 확보를 위해 마르텐사이트와 베이나이트 복합상을 주요 구성상으로 고경도강을 제공하는 것이다.
따라서 본 발명에서는 종래 기술의 한계점을 극복하고 장점들을 활용하기 위해 마르텐사이트와 베이나이트 복합상을 도입한 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면은, 탄소(C) 0.4 중량% 내지 0.6 중량%, 실리콘(Si) 1.0 중량% 내지 2.0 중량%, 망간(Mn) 0.4 중량% 내지 1 중량%, 크롬 (Cr) 0.3 중량% 내지 0.9 중량%, 몰리브데넘(Mo) 0.1 중량% 내지 0.4 중량% 및 바나듐(V) 0.1 중량% 내지 0.4 중량%를 포함하고, 마르텐사이트 및 베이나이트 복합상 구조를 포함하는, 고인성 고경도강 합금을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 베이나이트는, 상기 고인성 고경도강 합금 기준, 면적분율 30 % 내지 60 % 인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄소 함량은, 0.42 중량% 내지 0.52 중량% 인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 고인성 고경도강 합금은, 티타늄(Ti) 0 중량% 초과 0.03 중량% 이하 및 붕소(B) 0 중량% 초과 0.01 중량% 이하를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 탄소(C) 0.4 중량% 내지 0.6 중량%, 실리콘(Si) 1.0 중량% 내지 2.0 중량%, 망간(Mn) 0.4 중량% 내지 1 중량%, 크롬 (Cr) 0.3 중량% 내지 0.9 중량%, 몰리브데넘(Mo) 0.1 중량% 내지 0.4 중량% 및 바나듐(V) 0.1 중량% 내지 0.4 중량%를 포함하는 강 모재를 준비하는 단계, 상기 강 모재를 열간 압연하는 단계, 상기 열간 압연된 강 모재를 상온 공냉한 후, 오스테나이징 처리하는 단계 및 상기 오스테나이징 처리된 강 모재를 저온 템퍼링하는 단계를 포함하는, 고인성 고경도강 합금 제조 방법을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 열간 압연하는 단계는, 1050 ℃ 내지 1250 ℃에서 수행되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 오스테나이징 처리 단계는, 900 ℃ 내지 950 ℃에서 30 분 이상 열처리하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 저온 템퍼링 단계는, 220 ℃ 내지 260 ℃ 에서 30분 내지 120분 단위로 연속적으로 템퍼링하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 고경도강 합금 제조 방법에 의해 제조된 합금을 포함하는, 군용 장갑재를 제공한다.
본 발명에 따른 마르텐사이트와 베이나이트 복합상을 주요 구성상으로 고경도강 합금은, 강도 및 인성 등의 기계적 성질이 우수하고, 종래의 급냉 후 템퍼링 열처리강 대비 고가의 경화능 원소를 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고경도강 합금은, 종래의 베이나이트강 합금 대비 용접성 개선 및 인성 확보, 공정시간 단축을 통해 실용성을 확대할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 제조 방법을 통해 제조된 고인성 고경도강 합금은, 우수한 기계적 성질을 바탕으로 가혹한 환경에 적용되는 방폭 및 방탄 구조물, 내마모용 각종 부품 등에 적용이 가능하다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 고경도강 합금 실시예 및 비교예의, 저온 템퍼링 온도 조건에 따른 베이나이트 분율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 고경도강 합금 실시예 및 비교예의, 베이나이트 분율 변화에 따른 방탄성 향상률 변화를 나타낸 그래프이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 고인성 고경도강 합금 및 그 제조 방법에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면은, 탄소(C) 0.4 중량% 내지 0.6 중량%, 실리콘(Si) 1.0 중량% 내지 2.0 중량%, 망간(Mn) 0.4 중량% 내지 1 중량%, 크롬 (Cr) 0.3 중량% 내지 0.9 중량%, 몰리브데넘(Mo) 0.1 중량% 내지 0.4 중량% 및 바나듐(V) 0.1 중량% 내지 0.4 중량%를 포함하고, 마르텐사이트 및 베이나이트 복합상 구조를 포함하는, 고인성 고경도강 합금을 제공한다.
상기 고인성 고경도강 합금은, 경도 HRC 50 이상을 가지면서, 기존 탄소 계열 합금 대비, 합금원소 함량을 낮게 포함하는 것으로, 가공성도 확보하고 있음을 의미한다.
상기 고인성 고경도강 합금의 탄소는 강재의 경도 확보를 위해 필수적으로 포함되는 원소이지만, 그 양이 과다할 경우 용접성 및 인성을 저하시키는 문제가 있을 수 있어서, 고인성 고경도강 합금 전체 대비 0.4 중량% 내지 0.6 중량%일 수 있다. 탄소의 함량이 0.4 중량 % 미만인 경우에는, 열처리에 의한 경도 상승이 부족하여 충분한 경도를 확보하기 어려울 수 있으며, 탄소함량이 0.6 중량% 를 초과하는 경우에는 과도한 경도상승에 의한 인성 열화 및 용접성 열화가 발생할 수 있다.
상기 고인성 고경도강 합금의 실리콘은, 시멘타이트에 대한 고용도가 매우 낮아 기지 내 일정함량 이상의 실리콘이 고용되어 있을 경우 템퍼링 시 시멘타이트 석출을 억제하고, 이를 통해 충분한 베이나이트 변태를 유도하여 경도와 인성을 동시에 확보하기 위한 원소이다. 다만, 실리콘의 중량이 2 중량%를 초과할 경우, 용접성 및 인성을 저하시킬 수 있다.
상기 고인성 고경도강 합금의 망간은, 충분한 경화능을 확보하여 저온 변태상을 안정화시키고, 높은 경도를 얻기 위해서 첨가되는 원소로, 망간의 함량이 0.4 중량% 미만일 경우, 페라이트 또는 펄라이트가 쉽게 생성되어 고경도 확보에 필수적인 충분한 저온 변태상을 확보하는데 불리할 수 있으며, 1.0 중량%를 초과할 경우, 용접성 및 인성이 저하될 수 있다.
상기 고인성 고경도강 합금의 크롬은, 강의 경화능을 상승시키는 역할을 하는 원소로서 저온 변태상 확보를 용이하게 하고, 이를 통해 충분한 경도를 확보할 수 있다.
크롬의 함량이 0.3 중량% 미만일 경우, 저온 변태상 확보가 용이하지 않아 경화능이 저하될 수 있고, 0.9 중량% 초과할 경우, 용접 시 열영향부에 탄화물을 형성시켜 용접성을 저하시키고, 제조원가를 상승시킬 수 있다.
상기 고인성 고경도강 합금의 몰리브데넘은, 경화능 확보 및 템퍼링 저항성 향상에 효과적인 원소로, 전위 이동을 억제하고 탄화물의 생성과 안정화에 기여하여 고온에서의 강도 저하를 억제할 수 있다. 바람직하게는 0.15 중량% 미만일 경우, 템퍼링 저항성이 저하될 수 있으며, 0.4 중량%를 초과할 경우, 페라이트 형성 원소로 안정도를 감소하고, 강의 용접성을 저하시킬 수 있으며, 그에 따라 제조 원가가 상승할 수 있다.
상기 고인성 고경도강 합금의 바나듐은, 기지 내 고용되어 경화능을 확보할 뿐만 아니라 용체화 처리 시 미세한 탄질화물 형성을 통한 결정립계 고착효과로 결정립 미세화에 유효한 원소로, 0.1 중량% 미만의 경우, 마르텐사이트 및 베이나이트 복합상 구조의 미세화를 저하시킬 수 있으며, 0.4 중량%를 초과할 경우, 용접성 저하 및 제조 원가가 상승할 수 있다.
상기 고인성 고경도강 합금은, 베이나이트와 마르텐사이트 복합상을 주요 구성상으로 포함하고, 본 발명의 일 실시형태에 따른 고경도강 합금은, 페라이트 결정 구조인 BCC(Body Centered Cubic)구조를 기본으로 하며, 베이나이트, 마르텐사이트 주상에 다양한 탄화물, 질화물, 탄질화물, 금속간 화합물 등을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 베이나이트는, 상기 고인성 고경도강 합금 기준, 면적분율 30 % 내지 60 % 인 것일 수 있다.
상기 베이나이트는, 오스테나이트가 안정하지 않은 온도에서 저온 변태 시 생기는 상으로 기지조직은 페라이트이며, 반면 마르텐사이트는 탄소와 철의 합금과정에서 담금질을 할 때 생기는 준안정한 상태로 높은 강도를 갖는다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 고경도강 합금은 30 % 내지 60 %의 면적분율을 갖는 베이나이트상을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 베이나이트의 면적 분율이 30 %미만일 경우 마르텐사이트 상분율이 과다해져 인성이 저하되고 방탄성 평가 시 제품에 크랙이 발생할 수 있으며, 베이나이트 분율이 60 %를 초과할 경우 경도가 너무 낮아 방탄성 향상률이 10 %미만으로 감소할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄소 함량은, 0.42 중량% 내지 0.52 중량% 인 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 탄소의 함량이 0.42 중량% 미만인 경우에는, 담금질이 어려워 충분한 경도 확보가 어려울 수 있으며, 탄소 함량이 0.52 중량% 를 초과하는 경우에는 고경도강 합금의 인성 및 용접성이 열화될 수 있고, 상기 수치 범위 내의 탄소 함량을 갖는 경우, 베이나이트의 변태 가능 온도 구간의 확보에 유리할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 고인성 고경도강 합금은, 티타늄(Ti) 0 중량% 초과 0.03 중량% 이하 및 붕소(B) 0 중량% 초과 0.01 중량% 이하를 더 포함할 수 있다.
상기 고인성 고경도강 합금의 티타늄 및 붕소는, 추가 경화능 확보 및 결정립 미세화 효과를 위해서 포함되는 원소로, 티타늄 0.03 중량%, 붕소 0.01 중량%를 초과할 경우, 조대한 TiN 석출이나 B화합물을 형성하여 인성이 열위해 질 수 있다.
그 외에, 상기 고인성 고경도강 합금의 나머지 성분은 철(Fe)을 포함할 수 있으며, 그 외에, 통상의 철강제조과정에서 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 탄소(C) 0.4 중량% 내지 0.6 중량%, 실리콘(Si) 1.0 중량% 내지 2.0 중량%, 망간(Mn) 0.4 중량% 내지 1 중량%, 크롬 (Cr) 0.3 중량% 내지 0.9 중량%, 몰리브데넘(Mo) 0.1 중량% 내지 0.4 중량% 및 바나듐(V) 0.1 중량% 내지 0.4 중량%를 포함하는 강 모재를 준비하는 단계, 상기 강 모재를 열간 압연하는 단계, 상기 열간 압연된 강 모재를 상온 공냉한 후, 오스테나이징 처리하는 단계 및 상기 오스테나이징 처리된 강 모재를 저온 템퍼링하는 단계를 포함하는, 고인성 고경도강 합금 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 고인성 고경도강 합금 제조 방법은 전술한 강 조성을 갖는 강 모재를 준비하는 단계를 포함하며, 상기 강 모재를 열간 압연하는 단계를 통하여, 강 모재를 오스테나이트화하며, 미세조직 중의 화학 성분 분포를 균질화하고, 미처 용해되지 않은 탄화물을 최대한 용해할 수 있다.
상기 강 모재의 상온 공냉 및 오스테나이징 처리 단계는, 페라이트 및 펄라이트로 구성된 열연 강판을 오스테나이트 단상으로 완전히 역변태시키기 위한 단계이다.
상기 저온 템퍼링은 오스테나이트화가 일어난 열연 강판을 상변태시켜 베이나이트 및 마르텐사이트 복합 조직을 수득하기 위한 단계이다.
상기 강 모재는 탄소(C) 0.4 중량% 내지 0.6 중량%, 실리콘(Si) 1.0 중량% 내지 2.0 중량%, 망간(Mn) 0.4 중량% 내지 1 중량%, 크롬 (Cr) 0.3 중량% 내지 0.9 중량%, 몰리브데넘(Mo) 0.1 중량% 내지 0.4 중량% 및 바나듐(V) 0.1 중량% 내지 0.4 중량% 및 철(Fe)과 기타 불순물의 합금 조성을 만족하는 강 잉곳 또는 슬라브일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 열간 압연하는 단계는, 1050 ℃ 내지 1250 ℃에서 수행되는 것일 수 있다.
상기 열간 압연 단계는, 바람직하게는, 1050 ℃ 내지 1250 ℃ 범위에서 가열하는 것이 바람직하며, 상기 가열 온도가 1050 ℃ 미만일 경우, 바나듐(V)의 재고용이 충분히 이루어지지 못하며, 강 모재 내에 존재하는 편석 등의 불균일 성을 충분히 해소할 수 없고, 1250 ℃를 초과하는 경우, 오스테나이트 결정립이 조대화되어 불균일 조직이 형성될 우려가 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 오스테나이징 처리 단계는, 900 ℃ 내지 950 ℃에서 30 분 이상 열처리하는 것일 수 있다.
상기 오스테나이징 처리 단계는, 열간 압연 단계 이후에 수행하는 압연 마무리 단계에 해당하며, 가열된 강 모재인 잉곳 또는 슬라브를 원하는 두께까지 균일하게 열간 압연하고 압연 부하를 저감하기 위해서 900 ℃ 이상으로 유지하는 것이 바람직할 수 있다.
이후 900 ℃ 내지 950 ℃에서 30 분 이상의 단일 또는 반복적인 열처리를 통한 오스테나이징 단계를 통해 강 모재를 균질화시킬 수 있다. 상기 오스테나이징 열처리는, 페라이트와 펄라이트로 구성된 열연 강판을 오스테나이트 단상으로 역변태시키기 위한 것으로, 상기 오스테나이징 열처리 시 온도가 900℃ 미만이면 오스테나이트화가 충분히 이루어지지 못하며, 반면, 그 온도가 950℃를 초과하게 되면 오스테나이트 결정립이 조대해져 강의 저온인성이 열위해지는 문제가 있을 수 있다.
상기 오스테나이징 열처리가 30분 미만일 경우 오스테나이트화가 충분히 일어나지 못하여 후속 연속 저온 템퍼링에 의한 상 변태 즉, 베이나이트와 마르텐사이트 복합 조직을 충분히 얻을 수 없게 될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 저온 템퍼링 단계는, 220 ℃ 내지 260 ℃ 에서 30분 내지 120분 단위로 연속적으로 템퍼링하는 것일 수 있다.
상기 저온 템퍼링 온도가 220 ℃ 미만, 30분 미만일 경우, 충분한 베이나이트 변태가 일어나지 않아 인성이 열위해질 수 있으며, 260 ℃ 초과, 120분 초과일 경우, 과도한 베이나이트가 형성되어 경도가 급격히 저감될 수 있다.
상기 저온 템퍼링 처리를 통해 인성을 확보하여 표면 균열을 방지할 수 있으며, 상기 온도 구간에서의 저온 템퍼링을 통해 열간 압연 후 오스테나이징 처리한 강 모재의 충격 에너지 상승 및 인성 향상을 가져올 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 고경도강 합금 제조 방법에 의해 제조된 합금을 포함하는, 군용 장갑재를 제공한다.
상기 고경도강 합금 제조 방법에 의해 제조된 합금은, 베이나이트와 마르텐사이트 복합 조직을 주요 상으로 하며, 우수한 경도와 인성을 보유하여 방탄성 향상률을 10 % 이상 향상시킬 수 있으며, 이러한 특성은, 국방 산업용 제품 외에도 플랜트용 방폭 설비, 내마모 부품 등 가혹한 환경에 사용되는 다양한 제품에 적용될 수 있다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1 내지 3>
1. 강 모재 준비 단계
하기 표 1 및 표 2에 나타낸 각각의 합금 조성을 갖는 강 잉곳 또는 슬라브(실시예 1 내지 3 및 비교예1)를 준비한 후, 각각을 1050 ℃ 내지 1250℃의 온도범위에서 가열한 후, 900℃이상의 온도범위에서 열간 압연하여 판재 형태의 시편을 제작하였다.
2. 오스테나이징 및 연속 저온 템퍼링
제작한 각각의 실시예1 내지 3 및 비교예1의 시편을 상온 공냉한 이후, 하기의 표 2의 각각의 저온 템퍼링 온도 조건에 따라 템퍼링을 수행하였다.
강종 C
(중량%)		 Si
(중량%)		 Mn
(중량%)		 Cr
(중량%)		 Mo
(중량%)		 V
(중량%)
실시예1 0.468 1.44 0.66 0.583 0.253 0.196
실시예2 0.481 1.52 0.53 0.607 0.208 0.204
실시예3 0.495 1.41 0.62 0.458 0.312 0.254
비교예1 0.449 1.69 0.62 0.611 0.249 0.297
강종 오스테나이징 처리
(
Figure pat00001
, h)		 저온템퍼링
(
Figure pat00002
, h)		 마르텐사이트 분율(%) 베이나이트 분율(%) 경도
(Hv)		 CVN
(J)		 방탄성 향상률(%) 크랙
발생
유무
실시예1 900℃, 1h 250℃, 1h 36.3 58.8 588 24.2 10.8% 미발생
실시예2 900℃, 1h 240℃, 1h 51.6 42.7 587 24.0 11.8% 미발생
실시예3 900℃, 1h 220℃, 1h 59.8 34.9 638 18.5 14.3% 미발생
비교예1 900℃, 1h 200℃, 1h 69.8 23.2 642 16.7 15.4% 발생
<실험예 1> 베이나이트 분율 관찰
상기 합금 조성 및 제조 조건을 갖는 실시예 1 내지 3의 베이나이트 분율을 측정한 결과, 30 % 내지 60 %의 범위로 형성되었음을 확인하였다.
반면, 비교예 1의 경우 저온 템퍼링 온도를 200 ℃ 이하로 제어함에 따라 베이나이트 분율이 30 % 미만으로 감소하였다.
<실험예 2> 방탄성 향상률 및 크랙 발생 유무 측정
실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 수득한 합금으로 방탄성 향상률을 측정하여 방탄재로 사용가능 한지 관찰한 결과, 실시예 1 내지 3은 고경도 및 충분한 충격 인성을 바탕으로 크랙 발생 없이 방탄성 향상률을 10 % 이상 확보한 반면, 비교예 1 의 경우, 다량의 마르텐사이트 변태로 인해 수치적으로 방탄성 향상률이 높아졌지만, 크랙이 발생하여, 반복 방탄이 불가하고 실제 장갑용 부품에 적용이 어려움을 확인하였다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 고경도강 합금 실시예 및 비교예의, 저온 템퍼링 온도 조건에 따른 베이나이트 분율 변화를 나타낸 그래프로, 템퍼링 온도가 높아질수록 베이나이트 분율이 증가하는 경향을 보여주는 것을 확인할 수 있었다.
도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 고경도강 합금 실시예 및 비교예의, 베이나이트 분율 변화에 따른 방탄성 향상률 변화를 나타낸 그래프로, 베이나이트 분율이 감소함에 따라 방탄성이 향상되는 경향을 보여주는 것을 확인할 수 있었다.
이를 통해, 본 발명에 따른 고인성 고경도강 합금을 이용한 군용 장갑재를 사용할 경우, 고가인 합금원소 함량을 최소화하여 경제성을 높이면서도, 전차 및 장갑차의 구조용, 부가 장갑재로 활용 가능하며 민간에서는 각종 플랜트 시설의 방폭 구조물 또는 고경도를 요구하는 내마모강 등 가혹한 환경에 사용하는 구조물이나 부품에 폭넓게 활용할 수 있음을 예측할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (9)

  1. 탄소(C) 0.4 중량% 내지 0.6 중량%;
    실리콘(Si) 1.0 중량% 내지 2.0 중량%;
    망간(Mn) 0.4 중량% 내지 1 중량%;
    크롬 (Cr) 0.3 중량% 내지 0.9 중량%;
    몰리브데넘(Mo) 0.1 중량% 내지 0.4 중량%;및
    바나듐(V) 0.1 중량% 내지 0.4 중량%;
    를 포함하고,
    마르텐사이트 및 베이나이트 복합상 구조를 포함하는,
    고인성 고경도강 합금.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이나이트는, 상기 고인성 고경도강 합금 기준, 면적분율 30 % 내지 60 % 인 것인,
    고인성 고경도강 합금.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 함량은,
    0.42 중량% 내지 0.52 중량% 인 것인,
    고인성 고경도강 합금.
  4. 제1항에 있어서,
    티타늄(Ti) 0 중량% 초과 0.03 중량% 이하;및
    붕소(B) 0 중량% 초과 0.01 중량% 이하;
    를 더 포함하는,
    고인성 고경도강 합금.
  5. 탄소(C) 0.4 중량% 내지 0.6 중량%, 실리콘(Si) 1.0 중량% 내지 2.0 중량%, 망간(Mn) 0.4 중량% 내지 1 중량%, 크롬 (Cr) 0.3 중량% 내지 0.9 중량%, 몰리브데넘(Mo) 0.1 중량% 내지 0.4 중량% 및 바나듐(V) 0.1 중량% 내지 0.4 중량%를 포함하는 강 모재를 준비하는 단계;
    상기 강 모재를 열간 압연하는 단계;
    상기 열간 압연된 강 모재를 상온 공냉한 후, 오스테나이징 처리하는 단계; 및
    상기 오스테나이징 처리된 강 모재를 저온 템퍼링하는 단계;
    를 포함하는,
    고인성 고경도강 합금 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열간 압연하는 단계는,
    1050 ℃ 내지 1250 ℃에서 수행되는 것인,
    고인성 고경도강 합금 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 오스테나이징 처리 단계는,
    900 ℃ 내지 950 ℃에서 30 분 이상 열처리하는 것인,
    고인성 고경도강 합금 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 저온 템퍼링 단계는,
    220 ℃ 내지 260 ℃ 에서 30분 내지 120분 단위로 연속적으로 템퍼링하는 것인,
    고인성 고경도강 합금 제조 방법.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항의 고경도강 합금 제조 방법에 의해 제조된 합금을 포함하는,
    군용 장갑재.
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