KR940000822B1 - 내마멸성 강철 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내마멸성 강철

제1도는 첨가된 티타늄의 양과 내마멸성비 사이의 관계를 도시하는 그래프.

본 발명은 야금학 분야에 관한 것으로, 특히, 건설, 토목공사 및 채광업계에 이용되는 내마멸성 강철분야에 관한 것이다.

내마멸성 강철은 동력삽, 불도저, 호퍼 및 버킷과 같은 기계 또는 부품의 수명을 유지시키도록 건설, 토목공사 및 채광업계에 이용된다. 고 경도를 갖는 강철이 높은 내마멸성을 갖는다는 것은 공지된 사실이다. 이러한 목적으로, 담금질한 고합금강이 일반적으로 이용되어 왔다.

일본국 특허 공개공보 제142726/1987호, 169359/1988호 및 142023/1989호는 통상적인 내마멸성 강철 생산에 관한 정보를 개시하고 있다. 이들 발명에 있어서, 강철이 브리넬 경도는 300 이상이다.

용접성, 인성 및 벤딩 가공성을 개선시키고자 하며, 내마멸성은 강철의 경도를 증가시키므로써 이루어진다. 그러나, 내마멸성 강철에 요구되는 성질은 최근에 더욱더 엄격해서 고내마멸성 강철에 대한 근본적인 해결책을 단지 강철경도를 높이는 것만으로 얻어질 수 없을 것이다.

강철경도를 상당량 향상시키면, 강철의 용접성 및 가공성은 고합금 상태로 인해 저하되며, 강철 생산비용은 매우 증가하게 된다. 따라서, 실용적인 관점에서, 내마멸성 강철의 경도가 상당량 증가하게 되면 강철의 가공성이 어렵게 된다.

본 발명의 목적은 내마멸성 강철을 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 목적은 강철경도를 상당량 증가시키지 않고도 우수한 내마멸성을 갖는 내마멸성 강철을 제공하는데 있다.

본 발명에 따라, 내마멸성 강철은 약 0.05-0.45wt.%의 C, 0.1-10.1wt.%의 Si, 0.1-2.0wt.%의 Mn, 0.1-1.5wt.%의 Ti 및 내마멸성을 향상시키는데 기여하는 기본 원소로서의 잔여분의 Fe로 준비되어 있다.

기본원소에다, 0.1-2.0wt.%의 Cu, 0.1-10.0wt.%의 Ni, 0.1-3.0wt.%의 Cr, 0.1-3.0wt.%의 Mo 및 0.0003-0.01wt.%의 B로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 한 원소가 강철의 담금질 경화성을 높이도록 첨가될 수 있으며, 0.005-0.5wt.%의 Nb, 0.01-0.5wt.%의 V로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 한 원소가 강철의 침전 경화성을 향상시키도록 첨가될 수 있다.

강철에 대한 경제적인 측면을 고려한 바람직한 범위에서의 Ti 함량은 0.1-0.3wt.%이다. 강철의 안정한 내마멸성 및 경제적인 측면의 균형에 관한 바람직한 범위에서의 Ti 함량은 0.3-1.0wt.%이다. 안정된 내마멸성을 위한 바람직한 범위에서의 Ti 함량은 1.0-1.5wt.%이다.

강철의 벤딩 가공성 및 용접성을 목표로 하는 바람직한 범위에서의 C 함량은 0.05-0.2wt.%이다. 강철의 벤딩 가공성 및 용접성과 강철의 안정된 내마멸성 균형에 관한 바람직한 범위에서의 C 함량은 0.2-0.35wt.%이다. 강철의 안정된 내마멸성에 대한 바람직한 범위에서의 C 함량은 0.35-0.45wt.%이다.

본 발명의 강철에 대한 가장 중요한 특성으로는 매우 견고한 TiC를 실제로 이용할 수 있다는 것이다. 본 발명에 있어서, 강철의 내마멸성을 향상시키는 관례적인 방법인 강철의 현미경조직에서 마르텐사이트로의 변환에 의해서만이 내마멸성 강철의 경도를 반드시 향상시키는 것은 아니다.

관례적인 방법에 있어서, 강철에 티타늄을 첨가시키는 목적은 질소가 TiN로서 안정화되도록 질소와 반응시키기 위함이다. 그 결과로서, 붕소는 강철에 질소가 충분히 함유되어 있지 않고, 가용성 붕소로서 강철에 유지되기 때문에 질소와 반응하지 않으며, 이는 담금질 경화성을 향상시킨다. 이러한 경우에 첨가되는 양은 강철의 약 0.02wt.%이다.

강철에 대해 다량의 티타늄을 첨가하는 것은 강철용융단계의 티타늄산화, 노즐의 막힘, 주조 단계시의 산화방지 분말과의 반응에 의해 제한된다. 따라서, 다량의 타타늄첨가 효과는 아직까지 알려져 있지 않다. 상세한 조사후에 본 발명자는 다량의 티타늄 첨가가 강철의 내마멸성을 개선시킬 수 있다는 것을 알아냈다.

제1도는 티타늄의 첨가량과 내마멸성비 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.

가로축은 티타늄의 첨가량을 나타내고 세로축은 내마멸성비를 나타낸다. 내마멸성비는 내마멸성 강의 내마멸성을 연강의 내마멸성으로 나눈 인덱스이다. 내마멸성은 연마재가 시험편과 클로로부틸 고무타이어를 갖는 회전 휘일 사이에 도입되는 ASTM 표준 G 65-85에 의해 측정된다. 연마재는 조절된 크기를 갖는 100% 실리카로 구성된 모래이다. 시험편의 C 함량은 0.3wt.%이고 담금질에 의해 열처리된다. 브리넬 경도는 50 이하이다.

제1도에 도시된 바와 같이, 내마멸성비는 0.5wt.%까지의 티타늄 첨가량 증가에 따라 일차적으로 증가한다. 티타늄 첨가는 첨가량이 0.1wt.%일 때 효과적이며, 첨가량이 1.5wt.%일 때 내마멸성비가 약 10에 도달하는데, 이것은 내마멸성이 현저하게 개선되었다는 것을 나타내준다.

본 발명의 강철의 원소 함량이 구체적으로 열거되어야 하는 이유는 다음과 같다.

C는 TiC을 형성함에 있어서 절대 필요한 원소이며 또는 강철의 매트릭스의 경도를 향상시킨다. 그러나, C가 지나치게 증가될때에는 용접성 및 가공성이 저하된다. 따라서, C 상한치는 0.45wt.%로 결정된다. C의 하한치에 관해서는 TiC 효과가 나타나는 C의 최소량은 0.05wt.%이다. 강철이 벤딩 가공성 및 용접성을 목표로 하는 경우의 바람직한 범위는 0.05-0.2wt.% C함량을 갖는다는 것이다. 강철의 벤딩가공성 및 용접성과, 강철의 안정된 내마멸성의 균형에 관한 바람직한 범위에서의 C 함량은 0.2-0.35wt.%이다. 강철의 안정된 내마멸성에 관한 바람직한 범위에서의 C 함량은 0.2-0.35wt.%이다. 강철의 안정된 내마멸성에 관한 바람직한 범위에서의 C 함량은 0.35-0.45wt.%이다.

Si는 강철 제조과정중 탈산소 공정시에 유효한 원소이며, 이러한 목적을 위해 0.1wt.%의 최소량이 첨가되는 것을 필요로 한다. Si는 또한 용액경화를 위한 효과적인 원소이다. 그러나, Si 함량이 1.0wt.%를 초과할 때 강철의 인성은 저하되고 강철의 함유물은 증가된다. 따라서, Si 함량은 0.1-1.0wt.%로 결정되어진다.

Mn은 담금질 경화성에 있어서 효과적인 원소이다. 이러한 목적을 위해, 적어도 0.1wt.%가 요구된다. Mn 함량이 2.0wt.%을 초과할 때 강철의 용접성은 저하된다. 따라서, Mn 함량은 0.1-2.0wt.%로 결정된다.

본 발명에 있어서, Ti은 C와 마찬가지로 가장 중요한 원소중의 하나이다.

다량의 TiC를 안정하게 형성시키기 위해서는 적어도 0.1wt.%의 Ti 첨가가 필요하다. Ti 함량이 1.5wt.%를 초과할 때 강철은 우수한 내마멸성을 갖게 되지만, 생산비용이 높아지고 강철의 용접성 및 가공성이 저하된다. 따라서, Ti 함량이 0.1-1.5wt.%인 것을 요한다. 강철에 대한 경제적인 측면을 위한 바람직한 범위에서의 Ti 함량은 0.1-0.3wt.%이다. 강철의 안정된 나마멸성과 강철의 경제적인 측면의 균형에 관한 바람직한 범위에서의 Ti 함량은 0.3-1.0wt.%이다. 강철의 안정된 내마멸성에 관한 바람직한 범위에서의 Ti 함량은 1.0-1.5wt.%이다.

본 발명에 있어서, 상기 기본 원소에다, Cu, Ni, Cr, Mo 및 B로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 한 원소가 담금질 경화성을 향상시키도록 첨가될 수 있고, Nb 및 V로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 한 원소가 침전강화를 향상시키도록 첨가될 수 있다.

Cu는 담금질 경화성을 향상시키는 원소이며 강철경도 조절에 있어서도 효과적이다. Cu 함량이 0.1wt.%이하일 때 효과는 충분하지 않다. Cu 함량이 2.0wt.%를 초과할 때 열가공성은 저하되고 생산비는 증가된다. 따라서, Cu 함량은 0.1-2.0wt.%로 결정되어진다.

Ni은 담금질 경화성 및 저온 인성을 향상시키는 원소이다. Ni 함량이 0.1wt.% 이하일 때 효과는 충분하지가 않다. Ni 함량이 10.0wt.%를 초과할 때 생산비는 상당히 증가되며, 따라서, Ni 함량은 0.1-10.0wt.%로 결정된다.

Cr은 담금질 경화성을 향상시키는 원소이다. Cr 함량이 0.1wt.%이하일 때 효과는 불충분하다. Cr 함량이 3.0wt.%를 초과할 때 용접성은 저하되며, 생산비는 증가된다. 따라서, Cr 함량은 0.1-3.0wt.%로 결정된다.

Mo은 담금질 경화성을 향상시키는 원소이다. Mo 함량이 0.1wt.% 이하일 때 효과는 충분하지 않다. Mo 함량이 3.0wt.%를 초과할 때 용접성은 저하되고 생산비는 증가된다. 따라서, Mo 함량은 0.1-3.0wt.%로 결정된다.

B는 강철에 대해 소량 첨가되어도 담금질 경화성을 향상시키는 원소이다. B 함량이 0.003wt.% 이하일 때 효과는 충분하지 않고, B 함량이 0.01wt.%를 초과할 때 용접성은 저하되며, 담금질 경화성도 저하된다. 따라서, B 함량은 0.0003-0.01wt.%로 결정된다.

Nb는 침전 경화에 있어서 효과적인 원소이며, 강철의 용도에 따라 강철 경도를 조절할 수 있다. Nb 함량이 0.005wt.% 이하일 때 효과는 불충분하다. Nb 함량이 0.5wt.%를 초과할 때 용접성은 저하된다. 따라서, Nb 함량은 0.005-0.5wt.%로 결정된다.

V는 침전경화에 있어서 효과적인 원소이며 강철의 용도에 따라 강철 경도를 조절할 수 있다. V 함량이 0.01wt.% 이하일 때 효과는 불충분하다. V 함량이 0.5wt.%를 초과할 때 용접성은 저하된다. 따라서, V 함량은 0.01-0.5wt.%로 결정된다.

본 발명에 있어서, 강철가공법 및 강철 열처리법에 관해서는 특정화를 요하지 않는다. 본 발명은 담금질, 어니일링, 에이징과 응력 제거 어닐일링 같은 열처리에 의해 실행할 수 없는 것은 아니다.

[실시예]

표(1)는 본 발명 및 종래의 강철 샘플에 대한 화학조성을 나타낸다.

A-O 샘플은 본 발명의 강철로 만들어진데 반해, P-R 샘플은 비교예의 강철로 제조된 것이다.

P-R 샘플의 화학조성은 Ti 및 다른 합금원소에 관해 변화된다.

P 및 Q 샘플의 화학조성은 Ti 화학조성을 제외하고는 본 발명의 강철의 화학조성과 동일한 범위내에 있다.

샘플(R)의 화학조성은 Ti에 관해서는 본 발명의 강철과 동일한 범위내에 있으나, C에 관해서는 범위 밖에 존재한다.

[표 1]

[표 2]

표 2는 샘플제조 공정, 샘플의 내마멸성비 및 샘플의 브리넬경도를 나타낸다.

A-O 샘플은 본 발명의 강철로 만들어진데 반해, P-R 샘플은 비교예의 강철로 만들어진 것이다. 마멸시험은 상술한 바와 같이 ASTM G 65-85에 의해 행해진다. 마멸측정은 샘플의 무게변화에 의해 행해진다.

상술한 바와 같이, 내마멸성비는 연강으로 제조된 시험편의 무게변화대 본 발명의 강체로 제조된 시험편의 무게변화에 대한 비율이다.

표의 공정은 아래와 같이 분류된다.

AR, 압연될 때 ; RQ, 압연 및 공기냉각에 이어서 900℃로 가열한 후에 담금질될 때 ; RQT, RQ 처리후 괄호에 나타낸 온도로 불리어질 때 ; DQ, 1150℃에서의 슬랩가열에 이어서 880℃로 담금질 압연된 후에 직접 담금질될 때 ; DQT, DQ에 이어서 괄호속에 나타낸 온도로 불리어질 때, 샘플의 두께는 15mm이다.

표(1)의 강철종류는 표(2)와 일치한다.

비교예(P)의 강철은 본 발명의 강철(A, B-1 및 D)와 일치하며, Ti 함량은 본 발명의 강철 범위 이하이다.

내마멸성비를 조사하게 되면, 비교예(P)의 강철의 내마멸성비는 4.9인데 반해, 강철(B-1)은 8.3, 강철(D)는 9.3, 강철(A)는 6.5이라는 것을 발견하게 된다.

이것은 본 발명의 강철의 내마멸성비가 종래의 내마멸성 강철인 비교예의 강철의 그것보다 두배만큼 향상될 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 강철 경도는 비교예 강철 경도보다 낮다. 이 결과는 본 발명의 강철이 고내마멸성 및 저경도를 갖는 본 발명의 목적과 부합한다.

비교예(Q)의 강철은 본 발명의 강철(L 및 N)에 상당한다. L 및 N의 내마멸성비는 Q보다 높다. 비교예(R)의 강철은 본 발명의 강철(B-1)에 상당한다. 비교예(R) 강철의 C 함량은 본 발명의 강철범위 이하이다. 강철(R)의 C 함량이 매우 낮기 때문에, 내마멸성비는 B-1의 내마멸성비보다 상당히 낮다.

Claims (28)

1. 필수적으로 약 0.05-0.45wt.%의 C, 0.1-1.0wt.%의 Si, 0.1-2.0wt.%의 Mn, 0.1-1.5wt.%의 Ti 및 잔여분의 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 내마멸성 강철.
2. 제1항에 있어서, Ti 함량이 약 0.1-0.3wt.%인 내마멸성 강철.
3. 제1항에 있어서, Ti 함량이 약 0.3-1.0wt.%인 내마멸성 강철.
4. 제1항에 있어서, Ti 함량이 약 1.0-1.5wt.%인 내마멸성 강철.
5. 제1항에 있어서, C 함량이 약 0.05-0.2wt.%인 내마멸성 강철.
6. 제1항에 있어서, C 함량이 약 0.2-0.35wt.%인 내마멸성 강철.
7. 제1항에 있어서, C 함량이 약 0.35-0.45wt.%인 내마멸성 강철.
8. 필수적으로 약 0.05-0.45wt.%의 C, 0.1-1.0wt.%의 Si, 0.1-2.0wt.%의 Mn, 0.1-1.5wt.%의 Ti와 0.1-2.0wt.%의 Cu, 0.1-10.0wt.%의 Ni, 0.1-0.3wt.%의 Cr, 0.1-3.0wt.% Mo 및 0.0003-0.01wt.%의 B로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 원소와, 잔여분의 Fe로 구성되는 내마멸성 강철.
9. 제8항에 있어서, Ti 함량이 약 0.1-0.3wt.%인 내마멸성 강철.
10. 제8항에 있어서, Ti 함량이 약 0.3-1.0wt.%인 내마멸성 강철.
11. 제8항에 있어서, Ti 함량이 약 1.0-1.5wt.%인 내마멸성 강철.
12. 제8항에 있어서, C 함량이 약 0.05-0.2wt.%인 내마멸성 강철.
13. 제8항에 있어서, C 함량이 약 0.2-0.35wt.%인 내마멸성 강철.
14. 제8항에 있어서, C 함량이 약 0.35-0.45wt.%인 내마멸성 강철.
15. 필수적으로 약 0.05-0.45wt.%의 C, 0.1-1.0wt.%의 Si, 0.1-2.0wt.%의 Mn, 0.1-1.5wt.%의 Ti, 0.005-0.5wt.%의 Nb 및 0.01-0.5wt.%의 V로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 원소, 및 잔여분의 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 내마멸성 강철.
16. 제15항에 있어서, Ti 함량이 약 0.1-0.3wt.%인 내마멸성 강철.
17. 제15항에 있어서, Ti 함량이 약 1.0-1.5wt.%인 내마멸성 강철.
18. 제15항에 있어서, Ti 함량이 약 1.0-1.5wt.%인 내마멸성 강철.
19. 제15항에 있어서, C 함량이 약 0.05-0.2wt.%인 내마멸성 강철.
20. 제15항에 있어서, C 함량이 약 0.2-0.35wt.%인 내마멸성 강철.
21. 제15항에 있어서, C 함량이 약 0.35-0.45wt.%인 내마멸성 강철.
22. 필수적으로 약 0.05-0.45wt.%의 C, 0.1-1.0wt.%의 Si, 0.1-2.0wt.%의 Mn, 0.1-1.5wt.%의 Ti, 0.1-2.0wt.%의 Cu, 0.1-10.0wt.%의 Ni, 0.1-0.3wt.%의 Cr, 0.1-3.0wt.% Mo 및 0.0003-0.01wt.%의 B로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 한 원소와, 0.05-0.5wt.%의 Nb 및 0.01-0.5wt.%의 V로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 원소와, 잔여분의 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되는 내마멸성 강철.
23. 제22항에 있어서, Ti 함량이 약 0.1-0.3wt.%인 내마멸성 강철.
24. 제22항에 있어서, Ti 함량이 약 0.3-1.0wt.%인 내마멸성 강철.
25. 제22항에 있어서, Ti 함량이 약 1.0-1.5wt.%인 내마멸성 강철.
26. 제22항에 있어서, C 함량이 약 0.05-0.2wt.%인 내마멸성 강철.
27. 제22항에 있어서, C 함량이 약 0.2-0.35wt.%인 내마멸성 강철.
28. 제22항에 있어서, C 함량이 약 0.35-0.45wt.%인 내마멸성 강철.