KR20150119117A

KR20150119117A - 저온 인성을 갖는 내마모 후강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20150119117A
Application number: KR1020157024679A
Authority: KR
Inventors: 아키히데 나가오; 신이치 미우라; 노부유키 이시카와
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2015-10-23
Also published as: PE20151932A1; US10093998B2; BR112015020046B1; EP2980250A4; CL2015002877A1; EP2980250B1; CN107354382B; CN107354382A; MX2015013642A; RU2015146264A; US20160076118A1; EP2980250A1; BR112015020046A2; JP6007847B2; AU2014245635A1; AU2014245635B2; RU2627830C2; CN105102656A; JP2014194042A; CN105102656B

Abstract

저온 인성이 우수한 내마모 후강판 그리고 그 제조 방법을 제공한다. 라스 마텐자이트 강 중의 방위차 15 °이상의 대경각 입계로 둘러싸이는 결정립의 평균 입경이 20 ㎛ 이하이고, 직경 50 ㎚ 이하의 미세 석출물을 50 개/100 μ㎡ 이상 함유하고, 브리넬 경도 (HBW10/3000) 가 361 이상인 판 두께가 6 ∼ 125 ㎜ 인 후강판. 질량％ 로, C : 0.10 ∼ 0.20 ％ 미만, Si : 0.05 ∼ 0.5 ％, Mn : 0.5 ∼ 1.5 ％, Cr : 0.05 ∼ 1.20 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.08 ％, B : 0.0005 ∼ 0.003 ％, Al : 0.01 ∼ 0.08 ％, N : 0.0005 ∼ 0.008 ％, P : 0.05 ％ 이하, S : 0.005 ％ 이하, O : 0.008 ％ 이하, 추가로, 필요에 따라 Mo, V, Ti, Nd, Cu, Ni, W, Ca, Mg, REM 의 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 함유하고, 0.03 ≤ Nb ＋ Ti ＋ Al ＋ V ≤ 0.14 를 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강을 주조, 압연 후, Ac₃ 변태점 이상으로 재가열하고, 계속해서 Ar₃ 변태점 이상부터 수랭에 의해 250 ℃ 이하의 온도까지 퀀칭한다. 필요에 따라 1100 ℃ 이상으로 재가열하여, 미재결정 영역에 있어서의 압하율을 30 ％ 이상으로 하고, 수랭에 의해 250 ℃ 이하의 온도까지 냉각시키고, 1 ℃/s 이상의 속도로 Ac₃ 변태점 이상으로 재가열한다.

Description

저온 인성을 갖는 내마모 후강판 및 그 제조 방법{ABRASION RESISTANT STEEL PLATE HAVING LOW-TEMPERATURE TOUGHNESS, AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

본 발명은 저온 인성 (excellent resistance to low-temperature toughness) 을 갖는 내마모 후강판 (abrasion resistant steel plate) 그리고 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 브리넬 경도 (Brinell hardness) 가 361 이상인 저온 인성이 우수한 내마모 후강판으로서 바람직한 것에 관한 것이다.

최근, 광산, 토목, 농업 기계, 건설 등의 마모 환경에 노출되는 산업 기계의 후강판 사용 분야에서는, 예를 들어 광석의 분쇄 처리 능력 (grinding ability) 을 장수명화시키기 위해, 사용하는 후강판의 고경도화가 지향되고 있다.

그러나, 일반적으로 강재는, 고경도화되면 저온 인성이 저하되고, 강재 사용 중에 균열이 발생할 위험성이 있기 때문에, 특히 브리넬 경도 361 이상의 고경도 내마모 강판의 저온 인성을 향상시키는 것이 강하게 요망되어 왔다.

이 때문에, 특허문헌 1, 2, 3 등에서, 탄소 당량 (carbon equivalent) 및 퀀칭성 지표 (hardenability index) 의 최적화에 의해, 저온 인성을 개선하는 등, 저온 인성이 우수한 내마모 후강판 및 그 제조 방법이 제안되어 왔다.

일본 공개특허공보 2002-256382호 일본 특허 제3698082호 일본 특허 제4238832호

그러나, 상기 특허문헌 1, 2, 3 등에 기재되어 있는 방법에 의해서도, -40 ℃ 의 샤르피 흡수 에너지 (Charpy absorbed energy) 는, 안정적으로는 50 ∼ 100 J 정도가 한계이며, 보다 저온 인성이 우수한 내마모 후강판 그리고 그 제조 방법이 소망되고 있었다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 브리넬 경도가 361 이상이고, 종래의 내마모 후강판보다 저온 인성이 우수한 내마모 후강판 그리고 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

퀀칭한 그대로의 라스 마텐자이트 강 (lath martensitic steel) 의 저온 인성을 향상시키는 기본적인 재질 설계 지침으로서, 파면 단위 (fracture facet size) 가 되기 쉬운 대경각 입계 (high-angle grain boundaries) 를 미세화하는 것, 입계의 결합력을 약하게 하는 P 나 S 등의 불순물량을 저감시키는 것, 저온 취성의 기점이 되는 개재물의 미세화 및 양의 저감의 3 개를 들 수 있다.

본 발명자들은, 상기 관점에서 내마모 후강판의 저온 인성을 향상시키기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, Nb 계 탄질화물 (Nb carbonitride) 등의 직경 50 ㎚ 이하의 미세 석출물을 다량으로 분산시키면, 재가열 오스테나이트립의 조대화가 억제되고, 파면 단위가 되는 패킷의 현저한 미세화가 달성됨으로써, 종래의 재보다 우수한 저온 인성을 갖는 내마모 후강판이 얻어지는 것을 알아내었다.

본 발명은 이상에 나타낸 지견에 기초하여, 더욱 검토를 거듭하여 이루어진 것으로, 이하의 저온 인성을 갖는 내마모 후강판 그리고 그 제조 방법을 제공한다.

(1) 질량％ 로, C : 0.10 ％ 이상 ∼ 0.20 ％ 미만, Si : 0.05 ∼ 0.5 ％, Mn : 0.5 ∼ 1.5 ％, Cr : 0.05 ∼ 1.20 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.08 ％, B : 0.0005 ∼ 0.003 ％, Al : 0.01 ∼ 0.08 ％, N : 0.0005 ∼ 0.008 ％, P : 0.05 ％ 이하, S :

0.005 ％ 이하, O : 0.008 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 직경 50 ㎚ 이하의 미세 석출물을 50 개/100 μ㎡ 이상 함유하고, 적어도 강판 표면으로부터 판 두께의 1/4 깊이까지 라스 마텐자이트 조직을 갖고, 상기 라스 마텐자이트 조직 중의 방위차 15 °이상의 대경각 입계로 둘러싸이는 결정립의 평균 입경이 20 ㎛ 이하이고, 브리넬 경도 (HBW10/3000) 가 361 이상인, 저온 인성을 갖는 내마모 후강판.

(2) 추가로, 질량％ 로, Mo : 0.8 ％ 이하, V : 0.2 ％ 이하, Ti : 0.05 ％ 이하의 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 상기 (1) 에 기재된 저온 인성을 갖는 내마모 후강판.

(3) 추가로, 강 조성이 질량％ 로, Nd : 1 ％ 이하, Cu : 1 ％ 이하, Ni : 1 ％ 이하, W : 1 ％ 이하, Ca : 0.005 ％ 이하, Mg : 0.005 ％ 이하, REM : 0.02 ％ 이하 (주 : REM 이란 Rare Earth Metal 의 약칭, 희토류 금속) 의 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 상기 (1) 또는 (2) 에 기재된 저온 인성을 갖는 내마모 후강판.

(4) 추가로, Nb, Ti, Al, V 의 함유량이, 0.03 ≤ Nb ＋ Ti ＋ Al ＋ V ≤ 0.14 가 되는 내마모 강판으로서, 상기 부등식에 있어서, Nb, Ti, Al, V 는 함유량 (질량％) 을 나타내는 상기 (1) ∼ (3) 중 어느 하나에 기재된 저온 인성을 갖는 내마모 후강판. 단, 상기 부등식에 있어서, Nb, Ti, Al, V 의 첨가가 없는 경우에는, 이들 원소의 함유량은 0 으로 한다.

(5) 판 두께가 6 ∼ 125 ㎜ 인 상기 (1) ∼ (4) 중 어느 하나에 기재된 저온 인성을 갖는 내마모 후강판.

(6) -40 ℃ 의 샤르피 흡수 에너지가 27 J 이상인 상기 (1) ∼ (5) 중 어느 하나에 기재된 내마모 후강판.

(7) 상기 (1) ∼ (4) 중 어느 하나에 기재된 강 조성을 갖는 강을 주조 후, 열간 압연에 의해 소정의 판 두께로 한 후강판을, Ac₃ 변태점 이상으로 재가열하고, 계속해서 Ar₃ 변태점 이상부터 수랭에 의해 250 ℃ 이하의 온도까지 퀀칭하는, 저온 인성을 갖는 내마모 후강판의 제조 방법.

(8) 추가로, 주조 후의 슬래브를 1100 ℃ 이상으로 재가열하는, 상기 (7) 에 기재된 저온 인성을 갖는 내마모 후강판의 제조 방법.

(9) 추가로, 미재결정 영역에 있어서의 열간 압연의 압하율을 30 ％ 이상으로 하는, 상기 (7) 또는 (8) 에 기재된 저온 인성을 갖는 내마모 후강판의 제조 방법.

(10) 추가로, 열간 압연 후, 수랭에 의해 250 ℃ 이하의 온도까지 냉각시키는, 상기 (7) ∼ (9) 중 어느 하나에 기재된 저온 인성을 갖는 내마모 후강판의 제조 방법.

(11) 추가로, 열간 압연, 수랭 후의 후강판의 재가열시에 1 ℃／s 이상의 속도로 Ac₃ 변태점 이상으로 재가열하는, 상기 (7) ∼ (10) 중 어느 하나에 기재된 저온 인성을 갖는 내마모 후강판의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 브리넬 경도가 361 이상인, 저온 인성이 매우 우수한 내마모 후강판 및 그 제조 방법을 얻을 수 있어, 산업상 매우 유용하다.

본 발명에 있어서의 마이크로 조직의 한정 이유에 대하여 서술한다.

본 발명에 관련된 내마모 후강판은, 강판의 조직이, 적어도 강판 표면으로부터의 판 두께의 1/4 두께의 깊이까지 라스 마텐자이트 조직을 갖는 라스 마텐자이트 강으로서, 방위차 15 °이상의 대경각 입계로 둘러싸이는 결정립의 평균 입경을 20 ㎛ 이하, 바람직하게는 10 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 5 ㎛ 이하로 한다.

대경각립은, 슬립 (slip) 이 퇴적되는 장소로서 기능한다. 대경각립의 미세화는, 슬립의 입계로의 퇴적에 의한 응력 집중을 경감시켜, 취성 파괴의 균열이 발생하기 어려워지기 때문에, 저온 인성을 향상시킨다. 입경은 작은 편이 저온 인성의 향상 효과가 보다 커지지만, 방위차 15 °이상의 대경각 입계로 둘러싸이는 결정립의 평균 입경을 20 ㎛ 이하로 함으로써, 효과가 현저하게 확인된다. 바람직하게는 10 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 5 ㎛ 이하이다.

결정 방위의 측정은, 예를 들어 가로 세로 100 ㎛ 영역의 결정 방위를 EBSP (Electron Back Scattering Pattern ; 전자 후방 산란 패턴) 법에 의해 해석하여, 방위차 15 °이상의 입계를 대경각이라고 정의하고, 그 입계로 둘러싸이는 직경을 측정하여, 단순 평균값을 구한다.

본 발명에서는, 직경 50 ㎚ 이하, 바람직하게는 20 ㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 10 ㎚ 이하의 미세 석출물을 50 개/100 μ㎡ 이상 함유하는 것으로 한다.

미세 석출물은, 주로 Nb 계 탄질화물, Ti 계 탄질화물, Al 계 질화물, V 계 탄화물의 효과를 확인했지만, 크기를 만족하면, 그것들에 한정되지 않고, 산화물 등도 함유한다. 미세 석출물의 직경은 작고, 또한 밀도가 큰 편이 핀닝 효과 (pinning effect) 에 의해 결정의 조대화를 억제하는 효과가 높고, 직경 50 ㎚ 이하, 바람직하게는 20 ㎚, 더욱 바람직하게는 10 ㎚ 이하의 미세 석출물을 적어도 50 개/100 μ㎡ 이상 함유하면, 결정립이 미세화되어, 저온 인성을 향상시킨다.

미세 석출물의 평균 입자 직경은, 예를 들어, 추출 레플리카법 (carbon extraction replica method) 으로 제조한 시료를 TEM 관찰하고, 사진 촬영을 실시하여, 화상 해석으로 50 점 이상의 미세 석출물의 평균 입자 직경을 구하여, 단순평균값으로 한다.

브리넬 경도는, 내마모 성능에 효과가 높은 361 이상으로 한다. 판 두께는, 내마모 후강판으로서 일반적으로 사용되는 6 ∼ 125 ㎜ 로 하지만, 본 기술은, 다른 판 두께에도 응용 가능하기 때문에, 이 판 두께 범위로 한정하는 것은 아니다. 라스 마텐자이트 조직은, 반드시 후강판 내 모든 지점에서 얻어질 필요는 없으며, 용도에 따라서는, 예를 들어 후강판 표면으로부터 판 두께의 1/4 까지만 라스 마텐자이트 조직이고, 그 밖의 판 두께의 1/4 ∼ 3/4 은, 예를 들어 하부 베이나이트나 상부 베이나이트 조직이어도 된다.

상기 서술한 마이크로 조직을 구비한 내마모 후강판으로서 바람직한 성분 조성과 제조 조건의 한정 이유는 이하와 같다.

[성분 조성] 화학 성분 조성을 나타내는 ％ 는, 모두 질량％ 이다.

C : 0.10 ％ 이상 ∼ 0.20 ％ 미만

C 는 마텐자이트 경도 및 퀀칭성을 확보하기 위해 함유하지만, 0.10 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하고, 한편, 0.20 ％ 이상이 되면 모재 및 용접 열영향부의 인성이 열화됨과 함께, 용접성이 현저하게 열화된다. 따라서, C 함유량을 0.10 ％ 이상 ∼ 0.20 ％ 미만으로 한정한다.

Si : 0.05 ∼ 0.5 ％

Si 는 제강 단계의 탈산재 및 퀀칭성을 확보하는 원소로서 함유하지만, 0.05 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하고, 한편, 0.5 ％ 를 초과하면 입계가 취화되어, 저온 인성을 열화시킨다. 따라서, Si 함유량을 0.05 ∼ 0.5 ％ 로 한정한다.

Mn : 0.5 ∼ 1.5 ％

Mn 은 퀀칭성을 확보하는 원소로서 함유하지만, 0.5 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하고, 한편, 1.5 ％ 를 초과하여 함유하면, 입계 강도가 저하되어, 저온 인성이 열화된다. 따라서, Mn 함유량을 0.5 ∼ 1.5 ％ 로 한정한다.

Cr : 0.05 ∼ 1.20 ％

Cr 은 퀀칭성을 확보하는 원소로서 함유하지만, 0.05 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하고, 한편, 1.20 ％ 를 초과하여 함유하면 용접성이 열화된다. 따라서, Cr 함유량을 0.05 ∼ 1.20 ％ 로 한정한다.

Nb : 0.01 ∼ 0.08 ％

Nb 는 Nb 계 탄질화물의 미세 석출물로서 가열 오스테나이트립을 핀닝하여, 입자의 조대화를 억제한다. 함유량이 0.01 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하고, 한편, 0.08 ％ 를 초과하는 첨가는 용접 열영향부의 인성을 열화시킨다.

따라서, Nb 함유량을 0.01 ∼ 0.08 ％ 로 한정한다.

B : 0.0005 ∼ 0.003 ％

B 는 퀀칭성을 확보하는 원소로서 함유하지만, 0.0005 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하고, 0.003 ％ 를 초과하면, 인성을 열화시킨다. 따라서, B 함유량을 0.0005 ∼ 0.003 ％ 로 한정한다.

Al : 0.01 ∼ 0.08 ％

Al 은 탈산재로서 첨가됨과 동시에, Al 계 질화물의 미세 석출물로서 가열 오스테나이트립을 핀닝하여, 입자의 조대화를 억제하는 효과, 또한, 프리 N 을 Al 계 질화물로서 고정시킴으로써, B 계 질화물의 생성을 억제하여, 퀀칭성의 향상에 프리 B 를 유효하게 활용하는 효과가 있기 때문에, 본 발명에 있어서는 Al 함유량을 컨트롤하는 것이 가장 중요하다. Al 함유량이 0.01 ％ 미만인 경우에는 그 효과가 충분하지 않기 때문에, 0.01 ％ 이상 함유할 필요가 있다. 바람직하게는 0.02 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.03 ％ 이상 함유시키면 된다. 한편, 0.08 ％ 를 초과하여 함유하면, 강판의 표면 결함이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Al 함유량을 0.01 ∼ 0.08 ％ 로 한정한다.

N : 0.0005 ∼ 0.008 ％

N 은 Nb, Ti, Al 등과 질화물을 형성함으로써 미세 석출물을 형성하고, 가열 오스테나이트립을 핀닝함으로써, 입자의 조대화를 억제하여, 저온 인성을 향상시키는 효과를 갖기 위해 첨가한다. 0.0005 ％ 미만의 첨가로는 조직의 미세화 효과가 충분히 초래되지 않고, 한편, 0.008 ％ 를 초과하는 첨가는 고용 N 량이 증가하기 때문에 모재 및 용접 열영향부의 인성을 저해한다. 따라서, N 함유량을 0.0005 ∼ 0.008 ％ 로 한정한다.

P : 0.05 ％ 이하

불순물 원소인 P 는 결정립계에 편석되기 쉽고, 0.05 ％ 를 초과하면 인접 결정립의 접합 강도를 저하시켜, 저온 인성을 열화시킨다. 따라서, P 함유량을 0.05 ％ 이하로 한정한다.

S : 0.005 ％ 이하

불순물 원소인 S 는 결정립계에 편석되기 쉽고, 또, 비금속 개재물인 MnS 를 생성하기 쉽다. 0.005 ％ 를 초과하면 인접 결정립의 접합 강도가 저하되고, 개재물의 양이 많아져, 저온 인성을 열화시킨다. 따라서, S 함유량을 0.005 ％ 이하로 한정한다.

O : 0.008 ％ 이하

O 는 Al 등과 산화물을 형성함으로써, 재료의 가공성에 영향을 미친다. 0.008 ％ 를 초과하는 함유는 개재물이 증가하여 가공성을 저해한다. 따라서, O 함유량을 0.008 ％ 이하로 한정한다.

본 발명의 내마모 후강판은, 상기 기본 성분과 잔부 Fe 및 불가피적 불순물에 의해 구성되어 있다.

본 발명에서는, 원하는 특성에 따라 추가로 이하의 성분을 함유할 수 있다.

Mo : 0.8 ％ 이하

Mo 는 퀀칭성을 향상시키는 작용을 갖지만, 0.05 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하여, 0.05 ％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.8 ％ 를 초과하는 첨가는 경제성이 떨어진다. 따라서, Mo 를 첨가하는 경우에는, 그 함유량을 0.8 ％ 이하로 한정한다.

V : 0.2 ％ 이하

V 는 퀀칭성을 향상시키는 작용을 가짐과 함께, V 계 탄화물의 미세 석출물로서 가열 오스테나이트립을 핀닝하여, 입자의 조대화를 억제하지만, 0.005 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하여, 0.005 ％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.2 ％ 를 초과하는 첨가는 용접 열영향부의 인성을 열화시킨다. 따라서, V 를 첨가하는 경우에는, 그 함유량을 0.2 ％ 이하로 한정한다.

Ti : 0.05 ％ 이하

Ti 는 Ti 계 탄질화물의 미세 석출물로서 가열 오스테나이트립을 핀닝하여, 입자의 성장을 억제하는 효과, 또한, 프리 N 을 Ti 계 질화물로서 고정시킴으로써, B 계 질화물의 생성을 억제하여, 퀀칭성의 향상에 프리 B 를 유효하게 활용하는 효과가 있지만, 0.005 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하여, 0.005 ％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.05 ％ 를 초과하는 첨가는 용접 열영향부의 인성을 열화시킨다. 따라서, Ti 를 첨가하는 경우에는, 그 함유량을 0.05 ％ 이하로 한정한다.

Nd : 1 ％ 이하

Nd 는 S 를 개재물로서 취입하여, S 의 입계 편석량을 저감시켜, 저온 인성을 향상시키는 작용을 가지고 있다. 그러나, 0.005 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하여, 0.005 ％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 1 ％ 를 초과하는 첨가는 용접 열영향부의 인성을 열화시킨다. 따라서, Nd 를 첨가하는 경우에는, 그 함유량을 1 ％ 이하로 한정한다.

Cu : 1 ％ 이하

Cu 는 퀀칭성을 향상시키는 작용을 가지고 있다. 그러나, 0.05 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하여, 0.05 ％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, Cu 함유량이 1 ％ 를 초과하면, 강편 가열시나 용접시에 열간에서의 균열을 일으키기 쉽게 한다. 따라서, Cu 를 첨가하는 경우에는, 그 함유량을 1 ％ 이하로 한정한다.

Ni : 1 ％ 이하

Ni 는 인성 및 퀀칭성을 향상시키는 작용을 가지고 있다. 그러나, 0.05 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하여, 0.05 ％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, Ni 함유량이 1 ％ 를 초과하면, 경제성이 떨어진다. 따라서, Ni 를 첨가하는 경우에는, 그 함유량을 1 ％ 이하로 한정한다.

W : 1 ％ 이하

W 는 퀀칭성을 향상시키는 작용을 갖지만, 0.05 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하여, 0.05 ％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 1 ％ 를 초과하면, 용접성이 열화된다. 따라서, W 를 첨가하는 경우에는, 그 함유량을 1 ％ 이하로 한정한다.

Ca : 0.005 ％ 이하

Ca 는 압연에 의해 전신되기 쉬운 개재물인 MnS 대신에, 압연에 의해 전신되기 어려운 구상 개재물인 CaS 로, 황화물계 개재물의 형태를 제어하는 작용을 갖는다. 그러나, 0.0005 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하여, 0.0005 ％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.005 ％ 를 초과하여 함유하면 청정도가 저하되기 때문에, 인성 등의 재질이 열화된다. 따라서, Ca 를 첨가하는 경우에는, 그 함유량을 0.005 ％ 이하로 한정한다.

Mg : 0.005 ％ 이하

Mg 는 용선 탈황재로서 사용하는 경우가 있다. 그러나, 0.0005 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하여, 0.0005 ％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.005 ％ 를 초과하는 첨가는, 청정도의 저하를 초래한다. 따라서, Mg 를 첨가하는 경우에는, 그 첨가량을 0.005 ％ 이하로 한정한다.

REM : 0.02 ％ 이하

REM 은 강 중에서 REM (O, S) 으로서 산황화물을 생성함으로써 결정립계의 고용 S 량을 저감시켜 내 SR 균열 특성을 개선한다. 그러나, 0.0005 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하여, 0.0005 ％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.02 ％ 를 초과하는 첨가는, 침전정대 (沈殿晶帶) 에 REM 황화물이 현저하게 집적되어, 재질의 열화를 초래한다. 따라서, REM 을 첨가하는 경우에는, 그 첨가량을 0.02 ％ 이하로 한정한다.

0.03 ≤ Nb ＋ Ti ＋ Al ＋ V ≤ 0.14

Nb, Ti, Al, V 는, Nb 계 탄질화물, Ti 계 탄질화물, Al 계 질화물, V 계 탄화물의 미세 석출물로서 가열 오스테나이트립을 핀닝하여, 입자의 조대화를 억제한다. 이들 원소와 입경의 관계를 상세하게 조사한 결과, 0.03 ≤ Nb ＋ Ti ＋ Al ＋ V ≤ 0.14 가 만족되는 경우에, 특히 결정립의 미세화가 달성되어, 저온 인성이 향상되는 것이 나타났다. 따라서, 0.03 ≤ Nb ＋ Ti ＋ Al ＋ V ≤ 0.14 로 한정한다. 단, Nb, Ti, Al, V 는, 함유량 (질량％) 을 나타내고, 이들 원소를 함유하지 않는 경우에는 0 으로 한다.

[제조 조건]

본 발명에 관련된 내마모 후강판은, 파이프, 형강 및 봉강 등 여러 가지 형상으로도 응용 가능하며, 후강판에 한정되는 것은 아니다. 제조 조건에 있어서의 온도 규정 및 가열 속도 규정은 강재 중심부의 것으로 하고, 강판은 판 두께 중심, 형강은 본 발명에 관련된 특성을 부여하는 부위의 판 두께 중심, 봉강에서는 직경 방향의 중심으로 한다. 단, 중심부 근방은 거의 동일한 온도 이력이 되기 때문에, 중심 그 자체로 한정하는 것은 아니다.

주조 조건

본 발명은 어떠한 주조 조건에서 제조된 강재에 대해서도 유효한 것이기 때문에, 특히 주조 조건을 한정할 필요는 없다. 용강으로부터 주편을 제조하는 방법이나, 주편을 압연하여 강편을 제조하는 방법은 특별히 규정하지 않는다. 전로법 (converter steelmaking process)·전기로법 (electric steelmaking process) 등으로 용제된 강이나, 연속 주조 (continuous casting)·조괴법 (ingot casting) 등으로 제조된 슬래브를 이용할 수 있다.

재가열 퀀칭

열간 압연에 의해 소정의 판 두께로 한 후강판을, Ac₃ 변태점 이상으로 재가열하고, 계속해서 Ar₃ 변태점 이상부터 수랭에 의해 250 ℃ 이하의 온도까지 퀀칭하여, 라스 마텐자이트 조직을 생성한다.

재가열 온도를 Ac₃ 변태점 미만으로 하면, 일부 미변태 페라이트가 잔존하기 때문에, 계속되는 수랭에 의해 목적으로 하는 경도를 만족할 수 없다. 수랭 전에 Ar₃ 변태점 미만으로 한 경우에도, 오스테나이트의 일부의 변태가 수랭 전에 발생하기 때문에, 계속되는 수랭에 의해 목적으로 하는 경도를 만족할 수 없다. 또한, 수랭을 250 ℃ 보다 높은 온도에서 정지하면 일부 라스 마텐자이트 이외의 조직으로 변태되는 경우가 있다. 따라서, 재가열 온도를 Ac₃ 변태점 이상, 수랭 개시 온도를 Ar₃ 변태점 이상, 수랭 정지 온도를 250 ℃ 이하로 한정한다.

본 발명에서는 Ac₃ 변태점 (℃) 및 Ar₃ 변태점 (℃) 을 구하는 식은 특별히 규정하지 않지만, 예를 들어 Ac₃ = 854 - 180C ＋ 44Si - 14Mn - 17.8Ni - 1.7Cr, Ar₃ = 910 - 310C - 80Mn - 20Cu - 15Cr - 55Ni - 80Mo 로 한다. 식에 있어서 각 원소는 강 중 함유량 (mass％) 으로 한다.

본 발명에서는, 원하는 특성에 따라 추가로 이하의 제조 조건을 한정할 수 있다.

열간 압연 조건

슬래브의 재가열 온도를 관리하는 경우에는, 1100 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1150 ℃ 이상, 더욱 바람직하게는 1200 ℃ 이상으로 한다. 이것은 슬래브에 생성된 Nb 계 등의 정출물을 보다 많이 슬래브 내에 고용시켜, 미세 석출물의 생성량을 유효적으로 확보하기 위함이다.

열간 압연을 관리하는 경우에는, 미재결정 영역에 있어서의 압하율을 30 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 40 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 50 ％ 이상으로 한다. 이것은 압하율 30 ％ 이상의 미재결정 영역 압연을 실시함으로써, Nb 계 탄질화물 등의 변형 유기 석출에 의해 미세한 석출물을 생성시키기 위함이다.

냉각

열간 압연 종료 후, 수랭을 실시하는 경우에는, 250 ℃ 이하의 온도까지 강제 냉각을 실시하는 것이 바람직하다. 압연시에 변형 유기 석출된 미세 석출물의 성장을 억제하기 위함이다.

재가열시의 승온 속도

또한, 재가열 퀀칭시의 재가열 온도를 관리하는 경우에는, 1 ℃／s 이상의 속도로 Ac₃ 변태점 이상으로 재가열하는 것이 바람직하다. 이것은 재가열 전에 생성된 미세 석출물 및 재가열 중에 생성된 미세 석출물의 성장을 억제하기 위함이다. 가열 방식은, 필요한 승온 속도가 달성되면, 유도 가열 (induction heating), 통전 가열 (Electrical heating), 적외선 복사 가열 (Infrared radiation heating), 분위기 가열 (Atmospheric heating) 등 어느 방식이어도 된다.

이상의 조건에 의해 결정립이 미세화되어, 저온 인성이 우수한 내마모 후강판이 얻어진다.

실시예

표 1 에 나타내는 화학 성분의 강 A ∼ K 를 용제하여 슬래브로 주조하고, 표 2 에 나타내는 조건으로 후강판을 제조하였다. 판의 온도 측정은, 판 두께 중심부에 삽입한 열전쌍에 의해 실시하였다.

표 2 에 강판의 조직, 방위차 15 °이상의 대경각 입계로 둘러싸이는 결정립의 평균 입경, 직경 50 ㎚ 이하의 미세 석출물 밀도, 및 얻어진 강판의 브리넬 경도, -40 ℃ 의 샤르피 흡수 에너지를 나타낸다.

강판의 조직은, 압연 방향에 수직인 단면의 샘플을 채취하여, 단면을 경면까지 연마 후, 질산메탄올 용액으로 부식시켜, 광학 현미경으로 강판 표면으로부터 0.5 ㎜ 의 지점 및 판 두께 1/4 지점을 400 배로 관찰함으로써 동정하였다.

결정 방위의 측정은, 판 두께 1/4 지점을 포함하는 가로 세로 100 ㎛ 영역의 결정 방위를 EBSP (Electron Back Scattering Pattern ; 전자 후방 산란 패턴) 법에 의해 해석하여, 방위차 15 °이상의 입계를 대경각이라고 정의하고, 그 입계로 둘러싸이는 직경을 측정하여, 단순 평균값을 구하였다.

미세 석출물의 면적당 개수 밀도는, 판 두께 1/4 지점으로부터 추출 레플리카법으로 제조한 시료를 TEM 관찰하고, 사진 촬영을 실시하여, 직경 50 ㎚ 이하의 미세 석출물의 개수를 세어, 100 μ㎡ 당의 개수 밀도로 하였다.

브리넬 경도는, 강판 표면으로부터 0.5 ㎜ 의 지점을 JIS Z 2243 (2008) 에 준거하여, 압자의 직경 10 ㎜ 의 초경 합금구을 이용하여 3000 kgf 의 시험력으로 구하였다 (HBW10/3000). -40 ℃ 의 샤르피 흡수 에너지는, JIS Z 2242 (2005) 에 준거하여, 판 두께 1/4 지점으로부터 압연 방향과 수직 방향으로 채취한 풀 사이즈의 V 노치 시험편 (Charpy V-notch specimen) 을 이용하여 구하고, 각각의 조건에 대해 3 개의 데이터를 채취하여, 평균값을 산출하였다.

브리넬 경도의 목표 (본 발명 범위) 는, 361 이상, -40 ℃ 의 샤르피 흡수 에너지는, 27 J 이상으로 하였다.

표 2 에 나타낸 강판 No.1 ∼ 7, 10, 11, 14 ∼ 16 은, 화학 성분 및 제조 조건 중 어느 조건도 본 발명의 요건을 만족하고, 평균 입경, 미세 석출물 밀도도 본 발명의 요건을 만족하고, 브리넬 경도, vE-40 ℃ 모두 본 발명 범위의 목표를 만족한다.

또, 강판 No.10, 14 는, 본 발명의 범위 내에서, 각각 강판 No.1, 5 와 비교하여, 가열 온도를 올리고 있기 때문에, 입경의 미세화, 미세 석출물 밀도가 증가하고, vE-40 ℃ 의 향상이 확인된다.

강판 No.11 은, 본 발명의 요건을 만족하고, 강판 No.2 와 비교하여, 미재결정 영역 압하율을 올리고 있어, 입경의 미세화, 미세 석출물 밀도의 증가, vE-40 ℃ 의 향상이 확인된다.

강판 No.15 는, 본 발명의 요건을 만족하고, 강판 No.6 과 비교하여, 압연 후에 수랭을 실시하고 있어, 입경의 미세화, 미세 석출물 밀도의 증가, vE-40 ℃ 의 향상이 확인된다.

강판 No.16 은, 본 발명의 요건을 만족하고, 강판 No.7 과 비교하여, 재가열 승온 속도를 올리고 있어, 입경의 미세화, 미세 석출물 밀도의 증가, vE-40 ℃ 의 향상이 확인된다.

한편, 강판 No.8 은, Nb 및 (Nb ＋ Ti ＋ Al ＋ V) 의 함유량이, No.9 는, Nb 의 함유량이 본 발명 범위의 하한에서 벗어나 있어, 평균 입경, 미세 석출물 밀도, vE-40 ℃ 모두 목표값에 도달하지 않았다.

강판 No.12 는, 재가열 온도가 Ac₃ 이하로 낮기 때문에, 표면으로부터 판 두께의 1/4 깊이에 있어서, 페라이트 및 마텐자이트의 2 상 조직이 되어, 라스 마텐자이트 조직이 충분히 형성되지 않았기 때문에 브리넬 경도가 본 발명의 요건에 도달하지 않았다.

강판 No.13 은, 수랭 개시 온도가 Ar₃ 이하로 낮기 때문에, 표면으로부터 판 두께의 1/4 깊이에 있어서, 페라이트 및 마텐자이트의 2 상 조직이 되어, 라스 마텐자이트 조직이 충분히 형성되지 않았기 때문에, 브리넬 경도가 본 발명의 요건에 도달하지 않았다.

한편, 강판 No.17, 18 은, Al 의 함유량이 본 발명 범위의 하한에서 벗어나 있어, 평균 입경, 미세 석출물 밀도, vE-40 ℃ 모두 목표값에 도달하지 않았다.

Claims

질량％ 로, C : 0.10 ∼ 0.20 ％ 미만, Si : 0.05 ∼ 0.5 ％, Mn : 0.5 ∼ 1.5 ％, Cr : 0.05 ∼ 1.20 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.08 ％, B : 0.0005 ∼ 0.003 ％, Al : 0.01 ∼ 0.08 ％, N : 0.0005 ∼ 0.008 ％, P : 0.05 ％ 이하, S : 0.005 ％ 이하, O : 0.008 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 직경 50 ㎚ 이하의 미세 석출물을 50 개/100 μ㎡ 이상 함유하고, 적어도 강판 표면으로부터 판 두께의 1/4 깊이까지 라스 마텐자이트 조직을 갖고, 상기 라스 마텐자이트 조직 중의 방위차 15 °이상의 대경각 입계로 둘러싸이는 결정립의 평균 입경이 20 ㎛ 이하이고, 브리넬 경도 (HBW10/3000) 가 361 이상인, 저온 인성을 갖는 내마모 후강판.
제 1 항에 있어서,
추가로, 질량％ 로, Mo : 0.8 ％ 이하, V : 0.2 ％ 이하, Ti : 0.05 ％ 이하의 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 저온 인성을 갖는 내마모 후강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
추가로, 질량％ 로, Nd : 1 ％ 이하, Cu : 1 ％ 이하, Ni : 1 ％ 이하, W :
1 ％ 이하, Ca : 0.005 ％ 이하, Mg : 0.005 ％ 이하, REM : 0.02 ％ 이하 (주 : REM 이란 Rare Earth Metal 의 약칭, 희토류 금속) 의 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 저온 인성을 갖는 내마모 후강판.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
추가로, Nb, Ti, Al 및 V 의 함유량이 0.03 ≤ Nb ＋ Ti ＋ Al ＋ V ≤ 0.14 가 되는, 내마모 후강판으로서, 상기 부등식 중의 Nb, Ti, Al, V 는 각각의 원소의 함유량 (질량％) 을 나타내는, 저온 인성을 갖는 내마모 후강판:
단, 상기 부등식 중의 Nb, Ti, Al, V 는, 이들 원소의 첨가가 없는 경우에는 0 으로 한다.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
판 두께가 6 ∼ 125 ㎜ 인, 저온 인성을 갖는 내마모 후강판.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
-40 ℃ 의 샤르피 흡수 에너지가 27 J 이상인 내마모 후강판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 강 조성을 갖는 강을 주조 후, 열간 압연에 의해 소정의 판 두께로 한 후강판을, Ac₃ 변태점 이상으로 재가열하고, 계속해서 Ar₃ 변태점 이상부터 수랭에 의해 250 ℃ 이하의 온도까지 퀀칭하는, 저온 인성을 갖는 내마모 후강판의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
추가로, 주조 후의 슬래브를 1100 ℃ 이상으로 재가열하는, 저온 인성을 갖는 내마모 후강판의 제조 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
추가로, 미재결정 영역에 있어서의 열간 압연의 압하율을 30 ％ 이상으로 하는, 저온 인성을 갖는 내마모 후강판의 제조 방법.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
추가로, 열간 압연 후, 수랭에 의해 250 ℃ 이하의 온도까지 냉각시키는, 저온 인성을 갖는 내마모 후강판의 제조 방법.
제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
추가로, 열간 압연, 수랭 후의 후강판의 재가열시에 1 ℃／s 이상의 속도로 Ac₃ 변태점 이상으로 재가열하는, 저온 인성을 갖는 내마모 후강판의 제조 방법.