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KR100262440B1 - 저온볼.너트용 cr-mo(-b)강재 및 그의 제조방법 - Google Patents

저온볼.너트용 cr-mo(-b)강재 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR100262440B1
KR100262440B1 KR1019970045569A KR19970045569A KR100262440B1 KR 100262440 B1 KR100262440 B1 KR 100262440B1 KR 1019970045569 A KR1019970045569 A KR 1019970045569A KR 19970045569 A KR19970045569 A KR 19970045569A KR 100262440 B1 KR100262440 B1 KR 100262440B1
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Abstract

본 발명은 저온에서 사용되는 강재의 저온 충격특성을 향상시킨 저온 볼·너트용 Cr-Mo 강재, Cr-Mo-B 강재 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 저온 볼·너트용 Cr-Mo 강재는 중량%로 C: 0.40∼0.44%, Si: 0.15∼0.35%, Mn: 0.75∼0.90%, P: 0.030%이하, S: 0.030%이하, Cu: 0.30%이하, Ni: 0.20∼0.25%, Cr: 0.80∼1.10%, Mo: 0.20∼0.25%, Al: 0.007∼0.020%, N2: 100ppm이하를 포함하고, 나머지는 Fe 및 제강공정에서 필연적으로 함유되는 불순물로 이루어지는 저온 충격에너지가 27 J(-101℃)이상인 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명의 저온 볼·너트용 Cr-Mo-B 강재는 상기의 조성에 0.0005∼0.0030%의 B이 추가된다. 본 발명의 제조방법은 이러한 조성의 강재를 제공하는 단계; 이 강재에 대하여 장시간 진공 탈가스 공정을 실시하는 단계; 및 압연 가열온도를 1050±25℃로 하고, 마무리 압연온도를 925±25℃로하여 열간압연을 실시하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한, 고강도의 부여를 위하여 830∼880℃에서 담금질 열처리를 행하여 유냉한 후, 인성의 부여를 위하여 640∼690℃에서 뜨임 열처리후 공냉 또는 수냉을 실시하는 것을 특징으로 한다.

Description

[발명의 명칭]
저온 볼·너트용 Cr-Mo(-B) 강재 및 그의 제조방법
[발명의 상세한 설명]
[발명의 목적]
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은 저온 볼·너트용 Cr-Mo 강재, Cr-Mo-B 강재 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소재의 사용환경상에 저온인성을 향상시킨 저온 볼·너트용 원형강으로 사용되는 Cr-Mo 강재, Cr-Mo-B 강재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 저온 볼·너트용 Cr-Mo 강은 저온의 사용환경에서 충격인성이 충분하지 못하여 저온 환경에서 사용할 때 파손되는 등의 문제점이 있었다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 소재의 사용환경에서 저온 인성을 크게 향상시켜 저온 충격에너지값이 극히 우수한 저온 볼·너트용 Cr-Mo 강재, Cr-Mo-B 강재 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[발명의 구성 및 작용]
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로서, 저온 볼·너트용 Cr-Mo 강은 중량% 로 C: 0.40∼0.44%, Si: 0.15∼0.35%, Mn: 0.75∼0.90%, P: 0.030%이하, S: 0.030%이하, Cu: 0.30%이하, Ni: 0.20∼0.25%, Cr: 0.80∼1.10%, Mo: 0.20∼0.25%, Al: 0.007∼0.020%, N2: 100ppm이하를 포함하고, 나머지는 Fe 및 제강공정에서 필연적으로 함유되는 불순물로 이루어지는 저온 충격에너지가 27 J(-101℃)이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 하나의 저온 볼·너트용 Cr-Mo-B 강재은 중량% 로 C: 0.40∼0.44%, Si: 0.15∼0.35%, Mn: 0.75∼0.90%, P: 0.030%이하, S: 0.030%이하, Cu: 0.30%이하, Ni: 0.20∼0.25%, Cr: 0.80∼1.10%, Mo: 0.20∼0.25%, Al: 0.007∼0.020%, N2: 100ppm이하, B: 0.0005∼0.0030% 를 포함하고, 나머지는 Fe 및 제강공정에서 필연적으로 함유되는 불순물로 이루어지는 저온 충격에너지가 27 J(-101℃)이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 저온 충격에너지가 27 J(-101℃)이상인 저온 볼·너트용 Cr-Mo 강재(또는 저온 볼·너트용 Cr-Mo-B 강재)의 제조방법은 중량%로 C: 0.40∼0.44%, Si: 0.15∼0.35%, Mn: 0.75∼0.90%, P: 0.030%이하, S: 0.030%이하, Cu: 0.30%이하, Ni: 0.20∼0.25%, Cr: 0.80∼1.10%, Mo: 0.20∼0.25%, Al: 0.007∼0.020%, N2: 100ppm이하,(또는 B: 0.0005∼0.0030%)를 포함하고, 나머지는 Fe 및 제강공정에서 필연적으로 함유되는 불순물로 이루어지는 Cr-Mo(-또는 B) 강재를 제조하는 단계; 이 강재에 대하여 장시간 진공 탈가스 공정을 실시하는 단계; 및 압연 가열온도를 1050±25℃로 하고, 마무리 압연온도를 925±25℃로하여 열간압연을 실시하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 저온 볼·너트용 소재에서 첨가성분을 한정하는 이유는 다음과 같다.
C(탄소) : C는 담금질 경도를 높이고, 탄화물을 생성시켜 강도를 증대시키나, 충격천이온도를 상승시키고, 파괴에너지를 감소시키는 등 노치 인성에 악영향을 미치는 유력한 합금원소중의 하나로서, 0.40%이하에서는 소요의 강도를 얻을 수 없고, 0.44%이상에서는 연성 및 인성을 저하시키므로 최대의 인성을 위해서는 탄소함량을 요구되는 강도내에서 가능한 한 낮게 유지시켜 주어야 한다.
Si(규소): Si는 탈산제로서 유효하고, 충격 천이온도를 낮추고 파괴에너지를 증가시킴에 따라 충격저항을 증대시키며, 저온 뜨임 저항성을 크게 하는 성분이나, 0.15%이하에서는 강의 탈산이 불충분하게 되므로 탈산과 강도 증가를 위해 필요하며, 0.35%이상에서는 인성을 저해하므로 0.35%이하로 제한할 필요가 있다.
Mn(망간): Mn은 담금질성을 증대시켜 내마모성을 높이고 강도를 높이며, 탈산제로서 유효한 성분이나, 0.75%이하에서는 소요의 강도를 얻는 것이 곤란하고 너무 많게 되면 담금질 크랙을 일으키기도 하고 뜨임취성을 민감하게 하며, 담금질/뜨임한 강의 인성에 악영향을 미치므로 첨가성분 범위를 요구되는 강도내에서 가능한한 제한할 필요가 있다.
P(인): P은 열간 압연시 띠상조직(Banded Structure)을 형성시켜 조직의 균일성을 해치고 편석을 일으키기 쉬우며, 뜨임 취성을 촉진하고, 특히 충격저항을 저하시켜 양호한 인성을 얻기 곤란하므로 0.030%이하로 제한할 필요가 있다.
S(황): S은 저융점의 유화물을 형성, 압연시 압연방향으로 점성변형되어 인성 및 충격치를 저하시키며, Fe와의 화합물은 열간가공성을 나쁘게 하므로 상한선을 0.030%로 제한하였다.
Cu(동):Cu는 인성향상에 유효하지만, 적열취성의 위험이 있고, 용접성을 해치며, 0.30%이상에서는 성형가공성을 저해하므로 양호하지 않다. 따라서, 상한선을 0.30%이하로 제한할 필요가 있다.
Ni(니켈): Ni은 담금질성을 높이고 특히 저온 취성을 방지하여 저온에서 강의 노치인성을 증가시키는 데 매우 유용하며 내마모성의 증가를 위한 원소로서, 0.20% 이상, 0.25%이하로 첨가하였다.
Cr(크롬): Cr은 담금질성, 뜨임저항을 크게 하고 용이하게 안정된 탄화물을 만들어 인성 개선효과가 있으며, C 성분을 안정된 탄화물로 흡수하기 때문에 내마모성의 증가를 위한 원소로서 0.80%이상 첨가하였으나, 뜨임취성의 위험 때문에 1.10%이하로 제한하였다.
Mo(몰리브덴): Mo은 Cr과 안정한 복탄화물을 만들어 뜨임 저항성을 증대시키고, 담금질성을 증대하며, 결정립 조대화온도를 상승시키는 등 구조용강에 유효하므로, 요구되는 물성의 확보를 위해 0.20%이상 첨가하나, 과잉첨가시 충격 천이온도를 높이므로 0.25%이하로 제한하였다.
Al(알루미늄): Al은 강 탈산제로서 유효하고 질화물(AIN) 형성원소로서 오스테나이트의 성장을 억제하며, 결정립을 미세화한다. 또한 인성의 향상을 위해 0.007%이상 필요하지만, 과량 첨가시는 천이온도를 상승시키며, 산화물의 부상이 곤란하게 되어 강의 청정도를 저하시키므로 0.020%이하로 제한할 필요가 있다.
B(보론): B은 담금질/뜨임한 강에 있어서, 강도의 저하없이 인성을 얻을 수 있는 유용한 합금성분으로서 0.0005∼0.0030% 첨가하였다.
N(질소): N는 Al과 결합하여 결정립 크기를 미세화시키고 강의 노치인성을 증가시키나, 질소 자체는 충격 천이온도를 증가시키고, 파괴에너지를 낮추는 등 노치인성에 악영향을 미친다. 따라서, 과량 첨가되는 경우 일반적으로 인성을 저하시키며, 탄질화물이 과잉석출되어 충격천이온도를 상승시켜 저온 인성을 해치므로 0.010%이하로 제한할 필요가 있다.
본 발명은 개재물 제어기술과 고청정강 제어기술의 응용으로 피로강도에 영향을 주는 불순물을 최대한 억제하고, 장시간 진공 탈가스 작업을 실시하여 저온 인성에 악영향을 미치는 가스성분을 최대한 억제하여 상술한 조성을 갖는 강편을 제작하여 1165±25℃의 온도로 가열하여 중형 열간압연을, 1050±25℃의 온도로 가열하여 소형 열간압연을 행하여 소정의 크기로 압연한 후, 정정작업을 행하는 것을 특징으로 하는 제조방법으로 이루어진다.
열간가공을 위한 가열온도는 소재의 열간강도, 생산량 등의 여러 조건을 고려하여 채택되나, 가열온도의 과도한 상승은 탄질화물의 오스테나이트 결정립 성장억제기능이 감소되어 결국 가공완료시 조대한 펄라이트를 형성하게 되므로 본 발명에서는 압연 가열온도를 1050±25℃로 하고 마무리 압연온도는 925±25℃로 하는 조업 온도범위를 선택하여 소형 열간압연을 행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 본 발명과 같은 구조용 소재에 요구되는 인장강도, 단면수축을, 내마모성 등의 제반 기계적 성질과 특히 저온 충격 특성을 만족시키기 위하여 담금질/뜨임 열처리를 행하는 데, 심부까지 충분히 경화시켜 줄 수 있는 온도인 830∼880℃의 온도에서 유지하여 기름 담금질 열처리를 행한 후, 인성의 부여를 위하여 640∼690℃의 온도에서 뜨임 열처리를 행하여 강도 및 저온 인성이 향상된 볼·너트용 소재를 얻는 열처리 방법을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
[실시예]
표 1에 제시된 바와 같은 성분의 강재를 상술한 방법에 의하여 얻었다.
[표 1]
화학 성분(wt%)
Figure kpo00001
그리고, 이 강재에 대하여 저온 인성 특성에 악영향을 미치는 가스성분의 적극적인 저감을 위하여 장시간 진공 탈가스 작업을 실시하였다. 진공 탈가스 작업을 실시한 후, 압연 가열온도 1050℃로 가열하고 마무리 가열온도를 925℃로하여 열간압연을 행하여 φ 55 봉강으로 제조하였다. 이렇게 만들어진 강재에 대하여 소정의 강도를 부여하기 위하여 830∼880℃에서 60분간 유지하여 기름 담금질 열처리를 행하였다. 그 후, 인성을 부여하기 위하여 640∼690℃에서 120분간 뜨임 열처리를 하여 공냉 또는 수냉하였다. 이렇게 열처리를 실시한 후 -101℃에서 저온 충격치를 측정하였다. 그 측정결과를 표 2에 제시하였다.
[표 2a]
충격시험결과(최소 3 시편이상 시험후 평균값)
Figure kpo00002
[표 2b]
Figure kpo00003
[발명의 효과]
본 실시예에 의하면, 저온 충격 흡수 에너지값을 측정한 결과, 상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 27J(=2.75 ㎏fm) 이상의 우수한 저온 충격 흡수 에너지값을 나타내었다.

Claims (4)

  1. 중량%로 C: 0.40∼0.44%, Si: 0.15∼0.35%, Mn: 0.75∼0.90%, P: 0.030%, S: 0.030%, Cu: 0.30%, Ni: 0.20∼0.25%, Cr: 0.80∼1.10%, Mo: 0.20∼0.25%, Al: 0.007∼0.020%, N2: 100ppm이하를 포함하고, 나머지는 Fe 및 제강공정에서 필연적으로 함유되는 불순물로 이루어지는 저온 충격에너지가 27 J(-101℃)이상인 것을 특징으로 하는 저온 볼·너트용 Cr-Mo 강재.
  2. 중량%로 C: 0.40∼0.44%, Si: 0.15∼0.35%, Mn: 0.75∼0.90%, P: 0.030%, S: 0.030%, Cu: 0.30%, Ni: 0.20∼0.25%, Cr: 0.80∼1.10%, Mo: 0.20∼0.25%, Al: 0.007∼0.020%, B: 0.0005∼0.0030%, N2: 100ppm이하를 포함하고, 나머지는 Fe 및 제강공정에서 필연적으로 함유되는 불순물로 이루어지는 저온 충격에너지가 27 J(-101℃)이상인 것을 특징으로 하는 저온 볼·너트용 Cr-Mo-B 강재.
  3. 중량%로 C: 0.40∼0.44%, Si: 0.15∼0.35%, Mn: 0.75∼0.90%, P: 0.030%, S: 0.030%, Cu: 0.30%, Ni: 0.20∼0.25%, Cr: 0.80∼1.10%, Mo: 0.20∼0.25%, Al: 0.007∼0.020%, N2: 100ppm이하를 포함하고, 나머지는 Fe 및 제강공정에서 필연적으로 함유되는 불순물로 이루어지는 강재를 제조하는 단계; 장시간 진공 탈가스작업을 실시하는 단계; 및 열간 가열온도를 1050±25℃로 하고, 마무리 압연온도를 925±25℃로 하여 열간압연을 실시하는 단계; 830∼880℃에서 담금질 열처리후 유냉하는 단계; 및 640∼690℃에서 뜨임 열처리후 공냉 또는 수냉하는 단계를 포함하는 저온 충격에너지가 27J(-101℃)이상인 것을 특징으로 하는 저온 볼·너트용 Cr-Mo 강재의 제조방법.
  4. 중량%로 C: 0.40∼0.44%, Si: 0.15∼0.35%, Mn: 0.75∼0.90%, P: 0.030%, S: 0.030%, Cu: 0.30%, Ni: 0.20∼0.25%, Cr: 0.80∼1.10%, Mo: 0.20∼0.25%, Al: 0.007∼0.020%, B: 0.0005∼0.0030%, N2: 100ppm이하를 포함하고, 나머지는 Fe 및 제강공정에서 필연적으로 함유되는 불순물로 이루어지는 강재를 제조하는 단계; 장시간 진공 탈가스작업을 실시하는 단계; 및 열간 가열온도를 1050±25℃로 하고, 마무리 압연온도를 925±25℃로 하여 열간압연을 실시하는 단계; 830∼880℃에서 담금질 열처리후 유냉하는 단계; 및 640∼690℃에서 뜨임 열처리후 공냉 또는 수냉하는 단계를 포함하는 저온 충격에너지가 27 J(-101℃)이상인 것을 특징으로 하는 저온 볼·너트용 Cr-Mo-B 강재의 제조방법.
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