KR101714929B1 - Austenitic steel having excellent wear resistance and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 내마모성이 우수한 오스테나이트계 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an austenitic steels excellent in wear resistance and a method for producing the same.
오스테나이트계 강재는 그 자체가 가지고 있는 가공경화능, 비자성 등의 성질로 인하여 다양한 용도로 사용되고 있다. 특히, 기존에 주로 사용되던 페라이트 혹은 마르텐사이트를 주조직으로 하는 탄소강이 그 특성에 한계를 나타냄에 따라 이들의 단점을 극복하는 대체재로 그 적용이 증가하고 있는 추세이다.
The austenitic steels are used for various purposes because of their inherent properties such as work hardenability and non-magnetic properties. Particularly, since carbon steels mainly composed of ferrite or martensite, which are mainly used in the prior art, are limited in their characteristics, the application of the carbon steels as a substitute material to overcome these drawbacks is increasing.
특히, 광산 산업, 오일 및 가스 산업(Oil and Gas Industries)의 성장에 따라 채굴, 수송, 정제 및 저장 과정에서 사용 강재의 마모가 큰 문제점으로 대두되고 있다. 나아가, 최근 석유를 대체할 화석 연료로 오일 샌드(Oil Sands)에 대한 개발이 본격화 됨에 따라 오일, 자갈, 모래 등이 포함된 슬러리에 의한 강재 마모는 생산 비용의 증가를 일으키는 중요한 원인으로 지적되고 있으며, 이에 따라 내마모성이 우수한 강재의 개발 및 적용에 대한 수요가 크게 증가하고 있다.
In particular, due to the growth of the mining industry, oil and gas industries (oil and gas industries), abrasion of the steel used in mining, transporting, refining and storing processes is becoming a big problem. Furthermore, since the development of oil sands as a fossil fuel to replace petroleum has been started, the wear of steel by slurry including oil, gravel, and sand is pointed out as an important cause of increase in production cost Therefore, there is a great demand for the development and application of a steel having excellent abrasion resistance.
기존의 광산 산업에서는 내마모성이 우수한 해드필드강(Hadfield steel)이 주로 사용되어 왔으며, 강재의 내마모성을 높이기 위해 높은 함량의 탄소를 함유시키고 망간을 다량 포함시켜 오스테나이트 조직을 가지면서, 마모 저항성을 증가시키려는 노력이 꾸준히 진행되어 왔다. 그러나, 해드필드강은 탄소 함량이 높기 때문에 오스테나이트 입계를 따라 네트웍 형태의 탄화물을 고온에서 생성시켜 강재의 물성, 특히 연성이 급격히 저하되는 문제점이 있다.
In the conventional mining industry, Hadfield steel which has excellent abrasion resistance has been mainly used. In order to increase the abrasion resistance of the steel, it contains a high content of carbon and a large amount of manganese to increase the abrasion resistance while having austenite structure Efforts have been made steadily. However, because of the high carbon content in the head field steel, there is a problem that the properties of the steel material, particularly ductility, are rapidly deteriorated due to the formation of network-shaped carbides at high temperature along the austenite grain boundaries.
이러한 네트웍 형태의 탄화물 석출을 억제하기 위해 고온에서 용체화 처리를 하거나 혹은 열간가공 후 상온으로 급냉시켜 고망간강을 제조하는 방법이 제시되었다. In order to suppress the precipitation of carbides in this network form, a solution treatment at a high temperature or a method of producing a high manganese steel by quenching at a room temperature after hot working has been proposed.
그러나, 상기 방법은 강재의 두께가 두꺼운 경우 또는 용접이 필수적으로 수반되는 경우와 같이 제조조건의 변화가 용이하지 않은 경우, 네트웍 형태의 탄화물 석출을 억제하기 힘들며, 이로 인해 강재의 물성이 급격히 열화되는 문제점이 발생하게 된다. 또한, 고망간강의 잉곳 또는 주편은 응고 중 망간 및 탄소 등의 합금원소에 의한 편석이 필연적으로 발생하고 이는 열간압연 등의 후 가공시 더욱 악화되어 결국 최종제품에서 심화된 편석대를 따라 탄화물의 부분적 석출이 네트웍 형태로 발생하여 결국 미세조직의 불균일성을 조장하고 물성을 열화시키는 결과를 가져오는 문제점이 있다.
However, in the above method, it is difficult to suppress the deposition of carbonized carbides in a network form when the thickness of the steel is thick, or when the manufacturing conditions are not easily changed, such as when welding is necessarily accompanied, thereby deteriorating the physical properties of the steel rapidly A problem occurs. In addition, the ingot or slab of high manganese steel is inevitably segregated by alloying elements such as manganese and carbon during solidification, which is further deteriorated by post-processing such as hot rolling. As a result, the partial product of carbide Precipitation occurs in the form of a network, which ultimately promotes non-uniformity of microstructure and deteriorates physical properties.
내마모성 향상을 위해서는 탄소의 함량을 증가시키는 것이 필수적이며 이로 인한 탄화물 석출에 의한 물성 열화를 방지하기 위해 망간 함량을 증가시키는 것이 일반적인 방법이 될 수 있으나 이는 결국 합금량과 제조단가의 상승을 초래하게 되며 이를 해결하기 위해 망간 대비 탄화물 형성 억제에 효과적인 원소의 첨가에 대한 개발이 요구되고 있다.
In order to improve wear resistance, it is essential to increase the content of carbon. In order to prevent the deterioration of physical properties due to carbide precipitation, it is a general method to increase the content of manganese, which leads to an increase in the amount of alloy and manufacturing cost In order to solve this problem, it is required to develop an effective addition of elements to inhibit carbide formation relative to manganese.
본 발명의 일 측면은, 내마모성이 우수한 오스테나이트계 강재 및 그 제조방법을 제공하기 위함이다. 보다 상세하게는 내마모성 향상을 위해 첨가되는 높은 탄소 함량을 일부 질소로 대체하여 탄소로 인해 발생하는 탄화물 형성을 효과적으로 억제하여 연성 및 내마모성이 향상된 오스테나이트계 강재 및 그 제조방법을 제공하기 위함이다.
An aspect of the present invention is to provide an austenitic steel material excellent in wear resistance and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention is to provide austenitic steels having improved ductility and abrasion resistance by effectively suppressing carbide formation due to carbon by replacing a high carbon content added to improve abrasion resistance with some nitrogen, and a method of manufacturing the same.
한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
On the other hand, the object of the present invention is not limited to the above description. It will be understood by those of ordinary skill in the art that there is no difficulty in understanding the additional problems of the present invention.
본 발명의 일 측면은 중량%로, 탄소(C): 0.4~1.4%, 망간(Mn): 13~20%, 질소(N): 0.012~0.3%, 알루미늄(Al): 0.05% 이하, 나머지 Fe 및 불가피 불순물을 포함하고, 미세조직은 면적분율로 5% 이하의 탄화물 및 95% 이상의 오스테나이트를 포함하는 내마모성이 우수한 오스테나이트계 강재에 관한 것이다.
An aspect of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: 0.4 to 1.4% of carbon (C), 13 to 20% of manganese (Mn), 0.012 to 0.3% of nitrogen (N) Fe and inevitable impurities, and the microstructure is an austenitic steel excellent in abrasion resistance including not less than 5% of carbide and not less than 95% of austenite in an area fraction.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은 중량%로, 탄소(C): 0.4~1.4%, 망간(Mn): 13~20%, 질소(N): 0.012~0.3%, 알루미늄(Al): 0.05% 이하, 나머지 Fe 및 불가피 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계; In another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, which comprises 0.4 to 1.4% carbon, 13 to 20% manganese, 0.012 to 0.3% nitrogen, 0.05% aluminum, Heating the slab comprising the remaining Fe and inevitable impurities;
상기 가열된 슬라브를 850~1050℃의 온도 범위에서 마무리 압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및 Subjecting the heated slab to finish rolling in a temperature range of 850 to 1050 캜 to obtain a hot-rolled steel sheet; And
상기 열연강판을 5℃/s 이상의 냉각속도로 600℃ 이하의 냉각종료온도까지 냉각하는 단계;를 포함하는 내마모성이 우수한 오스테나이트계 강재의 제조방법에 관한 것이다.
And cooling the hot-rolled steel sheet to a cooling end temperature of 600 ° C or less at a cooling rate of 5 ° C / s or more.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있다.
In addition, the solution of the above-mentioned problems does not list all the features of the present invention. The various features of the present invention and the advantages and effects thereof can be understood in more detail with reference to the following specific embodiments.
본 발명에 따른 강재는 내마모성이 우수하여 마모가 다량 발생하는 오일 및 가스 산업에서 채굴, 수송, 저장 분야 또는 내마모성이 우수할 것이 요구되는 여러 산업기계 분야에 적용 가능한 내마모 강재 및 그 제조방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
The steel material according to the present invention provides an abrasion-resistant steel material applicable to mining, transportation, storage fields or various industrial machinery fields requiring excellent abrasion resistance in the oil and gas industry where abrasion resistance is excellent due to its excellent abrasion resistance and a manufacturing method thereof There is an effect that can be done.
도 1은 비교예 5의 표층의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 2는 발명예 4의 표층의 미세조직을 촬영한 사진이다. Fig. 1 is a photograph of microstructure of the surface layer of Comparative Example 5. Fig.
Fig. 2 is a photograph of the microstructure of the surface layer of Inventive Example 4. Fig.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.
본 발명자들은 내마모성이 요구되는 기술분야에 사용되던 기존 강재 대비 우수한 강도와 내마모성을 갖는 강재에 대해 연구하던 중, 고망간강의 경우 오스테나이트계 강재 특유의 우수한 강도 및 연신율을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 가공경화율을 향상시키는 경우, 마모환경에서 소재 자체의 가공경화로 인해 오히려 경도가 높아져 우수한 내마모성을 확보할 수 있다는 식견하에 본 발명을 완성하게 되었다. 또한, 기존의 오스테나이트계 내마모 강재의 문제점인 다량의 탄소 함유에 따른 탄화물 석출을 제어하기 위하여, 질소를 함유시킬 경우 탄화물 석출을 효과적으로 억제할 수 있으면서도 우수한 가공경화율을 확보하여 내마모성을 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
The inventors of the present invention have been studying steels having excellent strength and abrasion resistance as compared with conventional steels used in technical fields requiring abrasion resistance. In addition, in the case of high manganese steels, excellent strength and elongation specific to austenitic steels can be secured, In the case of improving the work hardening rate, the hardness becomes higher due to work hardening of the material itself in a wear environment, and excellent wear resistance can be ensured. Further, in order to control carbide precipitation due to a large amount of carbon content, which is a problem of the existing austenitic abrasion resistant steel, when nitrogen is contained, it is possible to effectively suppress carbide precipitation and to secure an excellent work hardening rate to improve abrasion resistance And the present invention has been completed.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 내마모성이 우수한 오스테나이트계 강재에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, austenitic steels excellent in wear resistance according to one aspect of the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 측면에 따른 내마모성이 우수한 오스테나이트계 강재는 중량%로, 탄소(C): 0.4~1.4%, 망간(Mn): 13~20%, 질소(N): 0.012~0.3%, 알루미늄(Al): 0.05% 이하, 나머지 Fe 및 불가피 불순물을 포함하고, 미세조직이 5면적% 이하의 탄화물과 잔부 오스테나이트 조직으로 이루어져 있다.
The austenitic steels excellent in abrasion resistance according to one aspect of the present invention comprise 0.4 to 1.4% of carbon (C), 13 to 20% of manganese (Mn), 0.012 to 0.3% of nitrogen (N) (Al): not more than 0.05%, the balance Fe and inevitable impurities, and the microstructure is composed of carbide of not more than 5% by area and the remainder austenite structure.
먼저, 본 발명의 일 측면에 따른 내마모성이 우수한 오스테나이트계 강재의 합금조성에 대하여 상세히 설명한다. 이하, 각 원소 함량의 단위는 특별한 언급이 없는 한 중량%이다.
First, the alloy composition of the austenitic steels excellent in wear resistance according to one aspect of the present invention will be described in detail. Hereinafter, the unit of each element content is expressed by weight% unless otherwise specified.
C: 0.4~1.4%C: 0.4 to 1.4%
탄소(C)는 오스테나이트 안정화 원소로서 균일 연신율을 향상시키는 역할을 할 뿐만 아니라 강도 향상 및 가공경화율을 높이는데 매우 유리한 원소이다. Carbon (C) serves as an austenite stabilizing element not only for improving the uniform elongation but also for enhancing the strength and increasing the work hardening rate.
C 함량이 0.4% 미만이면 상온에서 안정한 오스테나이트를 형성하기 어렵고, 충분한 강도 및 가공경화율을 확보하기 어려운 문제가 있다. 반면, C 함량이 1.4%를 초과하게 되면 탄화물이 다량 석출되어 균일 연신율을 저감시켜 우수한 연신율을 확보하기 곤란할 수 있으며, 내마모성 하락 및 조기 파단을 야기할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 C 함량은 0.4~1.4%인 것이 바람직하다.
If the C content is less than 0.4%, stable austenite is hardly formed at room temperature, and sufficient strength and work hardening rate can not be ensured. On the other hand, when the C content exceeds 1.4%, a large amount of carbides are precipitated to reduce the uniform elongation, which may make it difficult to secure an excellent elongation, and may cause a decrease in abrasion resistance and premature rupture. Therefore, the C content in the present invention is preferably 0.4 to 1.4%.
Mn: 13~20%Mn: 13 to 20%
망간(Mn)은 오스테나이트를 안정화시키는 역할을 하는 매우 중요한 원소로서, 균일 연신율을 향상시킨다. 본 발명에서 주 조직으로 오스테나이트를 얻기 위해서는 Mn이 13% 이상으로 포함되는 것이 바람직하다.Manganese (Mn) is a very important element that stabilizes austenite and improves the uniform elongation. In order to obtain austenite as the main structure in the present invention, it is preferable that Mn is contained at 13% or more.
만일, Mn 함량이 13% 미만일 경우에는 오스테나이트 안정도가 저하되어 마르텐사이트 조직이 형성될 수 있고, 이로 인해 오스테나이트 조직을 충분히 확보하지 못하면 충분한 균일연신율 확보가 어렵다. 반면, 20%를 초과하게 되면 제조비용이 상승할 뿐만 아니라, 망간첨가로 인한 내식성 저하, 제조 공정상의 어려움 등의 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서 Mn 함량은 13~20%인 것이 바람직하다.
If the Mn content is less than 13%, the austenite stability is lowered and a martensite structure can be formed. As a result, it is difficult to ensure a sufficient uniform elongation if a sufficient austenite structure can not be secured. On the other hand, if it exceeds 20%, not only the manufacturing cost is increased but also the corrosion resistance is lowered due to addition of manganese and the manufacturing process is difficult. Therefore, the Mn content in the present invention is preferably 13 to 20%.
N: 0.012~0.3%N: 0.012 to 0.3%
본 발명에서 질소(N)는 강재의 강도 확보 측면에서 매우 중요한 원소이다. 특히 가공경화율을 높이는데 유리한 원소이며, 탄소 대비 약 1.5배의 강도 상승 효과가 있다. 가공경화율을 향상시키기 위하여 상기 탄소를 다량 첨가하는 경우 탄화물의 형성으로 인해 가공성이나 충격인성이 저하될 수 있으므로, 본 발명에서는 질소를 다량 첨가함으로써 가공경화율을 높여 내마모성을 향상시킨다. 상술한 효과를 위해, 상기 질소는 0.012% 이상 첨가되는 것이 바람직하다.In the present invention, nitrogen (N) is a very important element in terms of ensuring strength of a steel material. Particularly, it is an element which is advantageous for increasing the work hardening rate, and has a strength increasing effect of about 1.5 times as much as that of carbon. When a large amount of the carbon is added to improve the work hardening rate, workability and impact toughness may be reduced due to the formation of carbide. Therefore, in the present invention, by adding a large amount of nitrogen, the work hardening rate is increased to improve the wear resistance. For the above-mentioned effect, the nitrogen is preferably added in an amount of 0.012% or more.
상기 질소의 경우 다량 첨가할수록 우수한 물성을 확보할 수 있으나, 오스테나이트 상 안에서 낮은 용해도를 가지기 때문에 0.3%를 초과하기에는 무리가 있다. 추가적인 질소 용해를 위해서는 공정부하가 뒤따르며, 이는 원가상승으로 이어지기 때문이다. 따라서, 상기 N 함량은 0.012~0.3%인 것이 바람직하다. 상기 N의 하한은 보다 바람직하게는 0.025%, 보다 더 바람직하게는 0.05%이다.
In the case of nitrogen, a larger amount of the nitrogen can ensure excellent physical properties, but since it has low solubility in the austenite phase, it is difficult to exceed 0.3%. Additional nitrogen dissolution is followed by process load, which leads to cost increases. Therefore, the N content is preferably 0.012 to 0.3%. The lower limit of N is more preferably 0.025%, still more preferably 0.05%.
Al: 0.05% 이하 Al: not more than 0.05%
본 발명에서 알루미늄(Al)은 물성을 확보하기 위한 원소는 아니며 제강공정 중 탈산과정에서 유입되는 불순물 원소이다. 통상의 강재에서는 불순물 수준의 알루미늄이 강재 성능에 영향을 주지 않으나, 본 발명에서는 질소를 강화원소로 적극활용하고 있으며, 특히 미량의 질소도 강화원소로 활용하기 위해 강력한 질화물 형성원소인 알루미늄을 극저로 제한할 필요가 있다. 알루미늄 0.05% 초과시 슬라브 및 압연재 표층에 AlN이 형성될 수 있으며, 이로 인해 N 고용효과 감소뿐만 아니라, 균열 개시점 증대로 표면 내마모성이 열위해지는 문제점이 있다. 따라서, Al 함량은 0.05%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
In the present invention, aluminum (Al) is not an element for securing physical properties but is an impurity element which flows in the deoxidation process in the steelmaking process. In the present invention, nitrogen is used as a strengthening element positively. In particular, in order to utilize a trace amount of nitrogen as a strengthening element, aluminum, which is a strong nitride forming element, is extensively used There is a need to limit. Aluminum exceeding 0.05% may cause AlN to be formed on the surface of the slab and the rolled material, which causes not only a reduction in the N employment effect but also a decrease in surface wear resistance due to an increase in crack initiation point. Therefore, the Al content is preferably limited to 0.05% or less.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
The remainder of the present invention is iron (Fe). However, in the ordinary manufacturing process, impurities which are not intended from the raw material or the surrounding environment may be inevitably incorporated, so that it can not be excluded. These impurities are not specifically mentioned in this specification, as they are known to any person skilled in the art of manufacturing.
상술한 바와 같이, 본 발명은 내마모성 증대를 위해 질소를 최적화였으며, 탄소만으로 확보하던 내마모성을 질소로 보강함으로써 탄화물에 의한 물성 열화를 방지하였다. 또한, 다량의 질소 첨가는 추가적인 공정부하로 경제적 손실이 발생하므로, 미량의 질소를 적극 활용하기 위해 불순물 원소인 Al을 제어하여 질소 고용강화 효과를 극대화하였다.
As described above, the present invention optimizes nitrogen for the purpose of increasing wear resistance, and prevents deterioration of physical properties by carbide by reinforcing the abrasion resistance secured with carbon only by nitrogen. In addition, since a large amount of nitrogen addition causes an economic loss due to an additional processing load, in order to utilize a small amount of nitrogen, the nitrogen element hardening effect is maximized by controlling the impurity element Al.
이때, 본 발명의 강재는 상술한 합금조성 외에 Cr: 5중량% 이하(0은 제외)를 추가로 포함할 수 있다. At this time, the steel material of the present invention may further contain not more than 5% by weight of Cr (excluding 0) in addition to the alloy composition described above.
Cr: 5중량% 이하(0은 제외)Cr: 5 wt% or less (excluding 0)
크롬(Cr)은 적정한 첨가량의 범위까지는 오스테나이트를 안정화시켜 저온에서의 충격 인성을 향상시키고 오스테나이트 내에 고용되어 강재의 강도를 증가시키는 역할을 한다. 따라서 추가적인 강도확보를 위해 Cr 첨가가 가능하다. 또한 크롬은 강재의 내식성을 향상시키는 원소이기도 하다. Chromium (Cr) stabilizes austenite up to the appropriate amount of added amount, improves impact toughness at low temperature, and increases the strength of steel by solidification in austenite. Therefore, it is possible to add Cr for additional strength. Chromium is also an element that improves the corrosion resistance of steel.
다만, 이러한 Cr의 함량이 5중량%를 초과하게 되면 오스테나이트 입계에 탄화물을 형성하여 강재의 인성을 크게 저하시킬 우려가 있으므로, 바람직하지 못하다.
However, if the content of Cr exceeds 5% by weight, carbides are formed on the austenite grain boundaries, which may significantly lower the toughness of the steel, which is not preferable.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 내마모성이 우수한 오스테나이트계 강재의 미세조직에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the microstructure of the austenitic steels excellent in wear resistance according to one aspect of the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 강재의 미세조직은 면적분율로 5% 이하의 탄화물 및 95% 이상의 오스테나이트를 포함한다. 탄화물을 제외하면 오스테나이트 단상인 것이 보다 바람직하나, 불가피한 상이 포함될 수 있다. The microstructure of the steel according to the present invention contains not less than 5% of carbide and not less than 95% of austenite in an area fraction. Except for the carbide, it is more preferable that it is an austenite single phase, but an unavoidable phase may be included.
상기 탄화물이 5면적% 초과인 경우에는 연신율 및 충격인성이 급락하는 문제점이 있다. 이는 최종 성능인 내마모성 하락으로 직결된다. 또한, 상기 탄화물은 예를 들어, FeMn탄화물, FeMnCr탄화물 일 수 있다.
If the carbide content exceeds 5% by area, the elongation and impact toughness may be drastically reduced. This is directly attributable to a decrease in abrasion resistance, which is the final performance. In addition, the carbide may be, for example, FeMn carbide, FeMnCr carbide.
또한, AlN 석출물이 0.5면적% 이하인 것이 바람직하다. The AlN precipitate is preferably 0.5% or less by area.
상기 AlN 석출물이 0.5면적% 초과인 경우에는 내마모성이 열위해지는 문제점이 있다.
When the AlN precipitate is more than 0.5% by area, the abrasion resistance is disadvantageously degraded.
이때, 본 발명에 따른 강재는 항복강도가 350 MPa 이상일 수 있으며, 균일연신율이 50% 이상일 수 있다. At this time, the steel material according to the present invention may have a yield strength of 350 MPa or more and a uniform elongation of 50% or more.
또한, ASTM(미국 재료 시험 협회)의 G65 규정에 따른 마모시험 시 마모량이 2.0g 이하로 우수한 내마모성을 갖을 수 있다. In addition, when the abrasion test according to the ASTM (American Society for Testing and Materials) G65 specification is carried out, the abrasion amount is 2.0 g or less and excellent abrasion resistance can be obtained.
상기와 같은 물성을 확보함으로써, 내마모성이 요구되는 산업기계, 구조재료, 그리고 슬러리 파이프용 강재, 내 사우어(sour) 강재 등 오일 및 가스 산업 (Oil and Gas Industries)에 바람직하게 사용할 수 있다.
By securing the physical properties as described above, it can be suitably used for oil and gas industries (oil and gas industries) such as industrial machinery, structural materials, steel for slurry pipe, sour steel, etc., which are required to have abrasion resistance.
이하, 본 발명의 다른 일 측면인 내마모성이 우수한 오스테나이트계 강재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing an austenitic steels excellent in wear resistance, which is another aspect of the present invention, will be described in detail.
본 발명의 다른 일 측면인 내마모성이 우수한 오스테나이트계 강재의 제조방법은 상술한 합금조성을 갖는 슬라브를 가열하는 단계; 상기 가열된 슬라브를 850~1050℃의 온도 범위에서 마무리 압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및 상기 열연강판을 5℃/s 이상의 냉각속도로 600℃ 이하의 냉각종료온도까지 냉각하는 단계;를 포함한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an austenitic steels excellent in wear resistance, comprising the steps of: heating a slab having the above-described alloy composition; Subjecting the heated slab to finish rolling in a temperature range of 850 to 1050 캜 to obtain a hot-rolled steel sheet; And cooling the hot-rolled steel sheet to a cooling end temperature of 600 ° C or less at a cooling rate of 5 ° C / s or more.
슬라브 가열 단계Slab heating step
상술한 합금조성을 갖는 슬라브를 가열한다. The slab having the above-described alloy composition is heated.
이때, 슬라브의 가열온도는 당해 기술분야에서 통상적으로 이용되는 온도 범위 내에서 이루어지면 되므로, 본 발명에서는 상기 슬라브의 가열 온도 범위에 대하여 특별히 한정하지 않는다. 다만 바람직한 일 예로서 상기 슬라브 가열 온도는 1050~1250℃ 일 수 있다.
At this time, the heating temperature of the slab may be within a temperature range commonly used in the related art. Therefore, the heating temperature range of the slab is not particularly limited in the present invention. However, as a preferred example, the slab heating temperature may be 1050 to 1250 ° C.
열간 압연 단계Hot rolling step
상기 가열된 슬라브를 850~1050℃의 온도 범위에서 마무리 압연하여 열연강판을 얻는다. The heated slab is subjected to finish rolling in a temperature range of 850 to 1050 캜 to obtain a hot-rolled steel sheet.
마무리 압연온도가 850℃ 미만일 경우에는 카바이드가 석출되어 균일 연신율이 저하될 수 있으며, 미세조직이 팬케이크화 되어 조직이방성으로 인한 불균일 연신이 발생할 수 있다. If the finish rolling temperature is lower than 850 ° C, carbide may precipitate and the uniform elongation may be lowered, and the microstructure may be pancaked to cause non-uniform stretching due to tissue anisotropy.
반면에, 상기 마무리 압연온도가 1050℃를 초과하는 경우에는 결정립 성장이 활발하여 쉽게 결정립이 조대화되어 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
On the other hand, when the finish rolling temperature is higher than 1050 ° C, the grain growth is active and the crystal grains are easily coarsened and the strength may be lowered.
냉각 단계Cooling step
상기 열연강판을 5℃/s 이상의 냉각속도로 600℃ 이하의 냉각종료온도까지 냉각한다. 급속 냉각을 통해 기지조직 내의 C 및 N 원소들의 높은 고용도를 확보하기 위함이다. The hot-rolled steel sheet is cooled to a cooling termination temperature of 600 ° C or less at a cooling rate of 5 ° C / s or more. This is to ensure high employment of C and N elements in the base structure through rapid cooling.
상기 냉각속도가 5℃/s 미만이거나, 냉각종료온도가 600℃를 초과하는 경우에는 카바이드가 석출되어 연신율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 상기 냉각 속도는 10℃/s 이상의 속도를 갖는 것이 보다 바람직하며, 15℃/s이상의 속도를 갖는 것이 보다 더 바람직하다.
If the cooling rate is less than 5 占 폚 / s or the cooling termination temperature is more than 600 占 폚, carbide may precipitate and the elongation may decrease. More preferably, the cooling rate has a rate of 10 DEG C / s or more, more preferably 15 DEG C / s or more.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. It should be noted, however, that the following examples are intended to illustrate the invention in more detail and not to limit the scope of the invention. The scope of the present invention is determined by the matters set forth in the claims and the matters reasonably inferred therefrom.
(( 실시예Example ))
하기 표 1의 성분계 및 조성범위를 만족하는 슬라브를 하기 표 1의 제조조건으로 열연강판을 제조하였다. A hot-rolled steel sheet was produced on the slabs satisfying the component system and the composition range shown in Table 1 under the manufacturing conditions shown in Table 1 below.
이후, 상기 각각의 제조된 열연강판의 미세조직, 항복강도, 균일 연신율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 상기 열연강판에 대한 내마모성을 측정하여 하기 표 2에 함께 나타내었다. 한편, 상기 내마모성 평가는 ASTM(미국 재료 시험 협회)의 G65 규정에 따라 마모시험을 행한 뒤, 마모량을 측정하는 방식으로 이루어졌다. 본 발명강은 ASTM(미국 재료 시험 협회)의G65 기준으로 마모량이 2.0g이하의 수준을 가질 수 있다.
Then, the microstructure, yield strength and uniform elongation of each of the manufactured hot-rolled steel sheets were measured and are shown in Table 2 below. The abrasion resistance of the hot-rolled steel sheet was measured and shown in Table 2 below. On the other hand, the abrasion resistance evaluation was performed in such a manner that the abrasion test was conducted in accordance with ASTM (American Society for Testing and Materials) G65, and the wear amount was measured. The steel according to the present invention may have a wear level of 2.0 g or less based on ASTM (American Society for Testing and Materials) G65 standard.
단, 상기 표 2에서 γ는 오스테나이트를 뜻하며, M은 마르텐사이트를 뜻한다.
However, in Table 2, γ means austenite and M means martensite.
본 발명의 합금조성 및 제조조건을 모두 만족하는 발명예 1 내지 5의 경우, 항복강도, 균일연신율 및 내마모성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 특히, C 함량이 상대적으로 낮은 발명예 1 및 2에서도 발명예 3과 유사한 마모량을 보여주고 있다. 발명예 모두 마모량 2.0이하의 우수한 내마모 특성을 보여준다.
In Examples 1 to 5, which satisfy both the alloy composition and the manufacturing conditions of the present invention, the yield strength, the uniform elongation and the abrasion resistance are excellent. Particularly, Examples 1 and 2, which have a relatively low C content, show wear amounts similar to those of Example 3. Both of the inventive examples show excellent wear resistance characteristics with a wear amount of 2.0 or less.
비교예 1의 경우, C 함량이 매우 낮기 때문에 충분한 강도를 확보하지 못하여 마모량이 기준치 2.0g을 초과하였다. In the case of Comparative Example 1, the C content was so low that sufficient strength could not be ensured and the amount of wear exceeded the reference value of 2.0 g.
비교예 2의 경우, 과도한 C 첨가로 인해 탄화물이 9.4%로 많았으며, 내마모성이 열위하였다. In the case of Comparative Example 2, carbide was increased to 9.4% due to excessive addition of C, and abrasion resistance was poor.
비교예 3의 경우, Mn 함량이 부족하여 안정적인 오스테나이트 상이 형성되지 못하고 마르텐사이트가 형성되었으며, 내마모성이 열위하였다. In Comparative Example 3, the Mn content was insufficient to form a stable austenite phase, and martensite was formed, and abrasion resistance was poor.
비교예 4의 경우, N 함량이 부족하여 내마모성이 열위하였다. In the case of Comparative Example 4, the N content was insufficient and the abrasion resistance was poor.
비교예 6 내지 8의 경우, 합금조성은 본 발명의 범위를 만족하였으나, 제조조건이 본 발명에서 제시한 범위를 벗어나 다량의 탄화물이 형성되어 내마모성이 열위하였다.
In the case of Comparative Examples 6 to 8, the alloy composition satisfied the range of the present invention, but the production conditions deviated from the range suggested in the present invention, and a large amount of carbide was formed and the wear resistance was poor.
비교예 5의 표층 미세조직을 촬영한 도 1을 보면 알 수 있듯이, Al 함량이 과다한 비교예 5는 표층에 화살표로 표시한 것 같이 점으로 보이는 AlN이 형성되어 내마모성이 열위하였다. 반면에, 발명예 4의 표층 미세조직을 촬영한 도 2의 경우 AlN이 미형성된 것을 확인할 수 있다.
As can be seen from FIG. 1 in which the surface microstructure of Comparative Example 5 was taken, in Comparative Example 5 in which the Al content was excessive, AlN was formed as indicated by an arrow in the surface layer, and the wear resistance was weakened. On the other hand, in the case of FIG. 2 in which the surface microstructure of Inventive Example 4 is photographed, it can be confirmed that AlN is not formed.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be possible.
Claims (8)
미세조직은 면적분율로 5% 이하의 탄화물, 0.5% 이하의 AlN 석출물 및 95% 이상의 오스테나이트를 포함하고,
항복강도는 350MPa 이상이며, 균일연신율은 50% 이상이고, ASTM(미국 재료 시험 협회)의 G65 규정에 따른 마모시험 시 마모량이 2.0g 이하인 내마모성이 우수한 오스테나이트계 강재.
(Fe) and inevitable impurities (Fe) in an amount of 0.4 to 1.4%, manganese (Mn) of 13 to 20%, nitrogen (N) of 0.012 to 0.3%, aluminum Lt; / RTI >
The microstructure contains not more than 5% of carbide, not more than 0.5% of AlN precipitate and not less than 95% of austenite in an area fraction,
Austenitic steels superior in abrasion resistance with a yield strength of 350 MPa or more, a uniform elongation of 50% or more, and a wear amount of 2.0 g or less in the abrasion test according to ASTM (American Society for Testing and Materials) G65.
상기 가열된 슬라브를 850~1050℃의 온도 범위에서 마무리 압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및
상기 열연강판을 5℃/s이상의 냉각속도로 600℃이하의 냉각종료온도까지 냉각하는 단계;를 포함하는 내마모성이 우수한 오스테나이트계 강재의 제조방법.
(Fe) and inevitable impurities (Fe) in an amount of 0.4 to 1.4%, manganese (Mn) of 13 to 20%, nitrogen (N) of 0.012 to 0.3%, aluminum Heating the resulting slab;
Subjecting the heated slab to finish rolling in a temperature range of 850 to 1050 캜 to obtain a hot-rolled steel sheet; And
And cooling the hot-rolled steel sheet to a cooling end temperature of 600 ° C or less at a cooling rate of 5 ° C / s or more.
상기 슬라브의 가열 온도는 1050~1250℃인 것을 특징으로 하는 내마모성이 우수한 오스테나이트계 강재의 제조방법.The method according to claim 6,
Wherein the heating temperature of the slab is 1050 to 1250 占 폚.
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