KR20170139111A

KR20170139111A - 강, 상기 강으로 이루어진 제품, 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170139111A
Application number: KR1020177033539A
Authority: KR
Inventors: 발레리 페랑 게랭; 질 핀톤; 앙젤린 보르다; 크리스티앙 발라드
Original assignee: 아뻬랑
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2017-12-18
Anticipated expiration: 2036-04-25
Also published as: JP7335680B2; ES2999375T3; KR102627212B1; CA2984131C; WO2016170397A1; CN114807776A; CA2984131A1; CN107532226A; EP3286349B1; EP3286349A1; MX2017013468A; US20220056545A1; BR112017022626A2; RU2017136795A3; WO2016170519A1; US20180087123A1; JP2018516313A; RU2733612C2; US11186886B2; RU2017136795A

Abstract

중량 백분율로 그 조성이 하기와 같은 것을 특징으로 하는, 강으로서: 10.0% ≤ Ni ≤ 24.5%; 1.0% ≤ Mo ≤ 12.0%; 1.0% ≤ Co ≤ 25.0%; 20.0% ≤ Mo + Co + Si + Mn + Cu + W + V + Nb + Zr + Ta + Cr + C ≤ 29.0 ; Co + Mo ≥ 20.0%; Ni + Co + Mo ≥ 29% ; 미량 ≤ Al ≤ 4.0% ; 미량 ≤ Ti ≤ 0.1% ; 미량 ≤ N ≤ 0.0050% ; 미량 ≤ Si ≤ 2.0%; 미량 ≤ Mn ≤ 4.0%; 미량 ≤ C ≤ 0.03%; 미량 ≤ S ≤ 0.0020%; 미량 ≤ P ≤ 0.005%; 미량 ≤ B ≤ 0.01%; 미량 ≤ H ≤ 0.0005%; 미량 ≤ O ≤ 0.0025%; 미량 ≤ Cr ≤ 5.0%; 미량 ≤ Cu ≤ 2.0%; 미량 ≤ W ≤ 4.0%; 미량 ≤ Zr ≤ 4.0%; 미량 ≤ Ca ≤ 0.1%; 미량 ≤ Mg ≤ 0.1%; 미량 ≤ Nb ≤ 4.0%; 미량 ≤ V ≤ 4.0%; 미량 ≤ Ta ≤ 4.0%; 및 제련 및 제조 공정의 결과인 불순물과 철인 잔부를 가지며, 상기 강이 열간 성형된 구성 부품/공작물 또는 열간 압연 판의 형태인 경우, 650 mm²의 치수를 갖고; 상기 강이 냉간 압연 판의 형태인 경우, 800 mm²의 치수를 갖는, 연마된 표면에 대해 화상 분석을 통해 관찰된 것으로서의, 개재물 집단은 10μm 초과의 등가 직경을 갖는 비금속 개재물을 포함하지 않고, 그리고, 열간 압연 판의 경우, 100 mm²에 걸쳐 5 μm 내지 10 μm의 등가 직경을 갖는 4개 보다 많은 비금속 개재물을 포함하지 않고, 상기 관찰은 650 mm²의 치수를 갖는 연마된 표면에 대해 화상 분석을 통해 실행되는 것인, 강.
판 또는 스트립과 같은 이러한 강으로 이루어진 제품 및 이의 제조 방법.

Description

강, 상기 강으로 이루어진 제품, 및 이의 제조 방법

본 발명은 특히 하기의 특성들 중 하나 이상을 요구하는 응용에서 사용되는 "마레이징 강 (maraging steels)"으로 지칭되는 강 분야에 관한 것이다: 우수한 기계적 특성 (매우 우수한 내피로성, 높은 항복 강도 및 높은 내파단성), 열 처리의 단순성 및 치수 안정성, 용접 용이성 (우수한 용접성) 및 우수한 성형성.

이들 마레이징 강은 마르텐사이트 (martensite) 구조에 의해 특징지어지며, 이것은 강의 시효 공정 (steel aging process)의 완료 시 높은 기계적 특성을 얻기 위해 바람직한 금속간 상 (intermetallic phases)의 석출에 의한 경화를 수득하는 것과 같은 방식으로 시효될 수 있다.

종래의 공지된 마레이징 강은 전형적인 조성 (중량 백분율로 표현하여, 하기의 섹션에서 제공되는 모든 조성물의 경우일 것이다)으로 Ni = 18%, Co = 9%, Ti = 0.45% (등급은 X2NiCoMo18-9-5로 나타냄)을 가지며, 잔부 (remainder)는 일반적으로 제련 및 제조 공정의 결과인 불순물과 철인, M 250과 같은 유형을 포함한다. 이들은 특히 높은 기계적 특성을 갖는 부품을 제조하는데 사용되며, 대형 부품 또는 단단한 (solid) 부품 (모터용 샤프트, 원심 분리기 블레이드, 등) 뿐만 아니라 하기의 고성능 정밀 부품 모두에 사용하기 적합하다: 시계용 스프링, 포일용 블레이드, 특히 자동차용 또는 일반 차량용인 CVT (무단 변속기: Continuous Variable Transmission) 유형의 자동 트랜스미션 벨트용 구성요소, 또는 공작 기계 및 기타 회전 기계 등. 부품이 피로 응력이 겪는 박형 게이지 응용의 경우, 시효와 함께 질화 (nitriding), 침탄 질화 (carbonitriding), 숏 피닝 (shot peening), 시멘테이션 (cementation) (침탄: carburising) 등에 의해 부품을 경화시키는 표면 처리 공정을 수행하는 것이 일반적이다.

또한, 문헌 EP-B1-1 339 880호로부터 공지된 바와 같이, 조성이 하기와 같은 마레이징 강이 있다: Ni = 12 내지 24.5%; Mo = 2.5%; Co = 4.17%; Al ≤ 0.15%; Ti ≤ 0.1%; N ≤ 30 ppm; Si ≤ 0.1%; Mn ≤ 0.1%; C ≤ 50 ppm; S ≤ 10 ppm; P ≤ 50 ppm; H ≤ 3 ppm; O ≤ 10 ppm; 잔부는 제련 및 제조 공정의 결과인 불순물과 Fe이며, Ni + Mo는 20%와 27% 사이를 포함하고; Co% x Mo%는 50과 200 사이를 포함하고; Ti% x N% ≤ 2.10^-4, 이것은 VIM (진공 유도 용해: Vacuum Induction Melting) 및/또는 VAR (진공 아르곤 재용해: Vacuum Argon Remelting)와 같은 진공 재용해 처리 공정의 다양한 유형을 포함하는 방법을 통해 생산되고, 전기전도성 슬래그 ESR (일렉트로 슬래그 재용해: Electro Slag Remelting)에서 재용해하여 처리 공정과 결합 가능하다. 이들 강들은 미세한 두께 (예를 들어, 1mm 이하)의 스트립을 얻기 위해 열간 및 냉간 공정을 통해 연속적으로 변형된다. 부품을 성형하게 한 후, 부품의 핵심 기계적 특성을 부여하는 석출 경화의 처리 공정이 수행되고; 후속 표면 처리는 피로 응력, 정적 마찰, 동적 마찰 등에 대하여 처리된 피스 (piece)의 향상된 표면 특성을 부여할 수 있다.

약 18%의 Ni, 9%의 Co, 5%의 Mo, 0.5%의 Ti, 및 소량의 Al를 함유하는 종래의 공지된 마레이징 강과 비교하여, 문헌 EP-B1-1 339 880호에 기재된 이러한 강은 제어된 개재물 청정도 (개재물 함량)와 관련된, 이의 보다 큰 피로 저항 및 2000 메가파스칼 MPa 초과의 (시효된 상태에서) 보다 높은 기계적 강도로 인해 이로부터 구별된다. 보다 상세한 용어로: 냉간 압연 제품에 대하여 목표로 하는 기계적 특성들은 Ar > 2.5% Rp₀ _.2 < 1140 MPa, Rm < 1480 MPa이며; 시효 상태에서, Rp₀ _.2 >1770 MPa, Rm > 1800 MPa이고; 최종적으로 질화된 상태에서 목표로 하는 상기 특성은 Ar > 1%; Rm > 1930 MPa이다.

또한, 문헌 EP-B1-2 180 073호로부터 공지된 것은 CVT 벨트에서 사용을 위한 높은 피로 강도 및 높은 인장 강도를 갖고 하기와 같은 조성인 마레이징 강이다: C ≤ 100 ppm; Si ≤ 0,1%; Mn ≤ 0,1%; P ≤ 0,01%; S ≤ 50 ppm; Ni = 17 -22%; Cr = 0,1-4,0%; Mo = 3,0-7,0%; Co = 10,0-20,0%; Ti ≤ 0,1%; Al ≤ O,05%; N ≤ 300 ppm; O ≤ 50 ppm; 0 < B ≤ 0,01%; 선택적으로 0.01% 까지의 Ca, 0.005% 까지의 Mg, 0.01% 까지의 Zr의 존재, 불순물과 Fe인 잔부, 및 8.0%와 15.0% 사이에서 포함되는 Co/3 + Mo + 4Al. 바람직하게는 열 처리 및 열기계적 처리 공정을 거쳐 ASTM 10 이상을 측정하는 매우 미세한 결정 입도 (grain size)를 부여한다.

본 발명의 목적은 특히 상기에서 기재한 것보다 우수한 기계적 특성을 나타내는 신규한 유형의 마레이징 강을 제공하는 것이다. 이러한 신규한 유형의 강은 다양한 응용에 적합한 최적의 특성을 가질 수 있다. 인장 강도 및/또는 피로 저항의 향상된 수준은 표면 처리 공정 동안에, 질화 층, 침탄질화 층, 탄침 (cemented) 층, 샌드 블라스팅 (sand blasted) 층 또는 표면 층의 압축 하에 놓이는 것에 기인할 수 있는 반복 하중 (cyclic loading) 하에서 크래킹(cracking)을 지연시킬 수 있는 표면 잔류 응력에서 도입 가능한 기타 경우의 경화된 유형 층을 형성하는 능력과 함께 바람직하다고 여겨지는 유리한 특성이 될 것이다. 표면 처리의 효과는 또한 제품 표면에 부여된 경도를 통해 평가될 수 있다.

이것을 위해, 본 발명의 목적은 중량 백분율로 그 조성이 하기와 같은 것을 특징으로 하는 강에 관한 것으로서:

- 10.0% ≤ Ni ≤ 24.5%, 바람직하게는 12.0% ≤ Ni ≤ 24.5 %;

- 1.0% ≤ Mo ≤ 12.0%, 바람직하게는 2.5% ≤ Mo ≤ 9.0%;

- 1.0% ≤ Co ≤ 25.0%;

- 20.0% ≤ Mo + Co + Si + Mn + Cu + W + V + Nb + Zr + Ta + Cr + C ≤ 29.0%, 바람직하게는 22.0% ≤ Mo + Co + Si + Mn + Cu + W + V + Nb + Zr + Ta + Cr + C ≤ 29.0%, 더욱 바람직하게는 22.5% ≤ Mo + Co + Si + Mn + Cu + W + V + Nb + Zr + Ta + Cr + C ≤ 29.0%;

- Co + Mo ≥ 20.0%; 바람직하게는 Co + Mo ≥ 21.0%; 더욱 바람직하게는 Co + Mo ≥ 22.0%;

- Ni + Co + Mo ≥ 29%; 바람직하게는 Ni + Co + Mo ≥ 41.0%;

- 미량 ≤ Al ≤ 4.0%, 바람직하게는 0.01% ≤ Al ≤ 1.0%;

- 미량 ≤ Ti ≤ 0.1%;

- 미량 ≤ N ≤ 0.0050%;

- 미량 ≤ Si ≤ 2.0%; 바람직하게는 0.04% ≤ Si ≤ 2.0%;

- 미량 ≤ Mn ≤ 4.0%;

- 미량 ≤ C ≤ 0.03%;

- 미량 ≤ S ≤ 0.0020%, 바람직하게는 미량 ≤ S ≤ 0.0010%;

- 미량 ≤ P ≤ 0.005%;

- 미량 ≤ B ≤ 0.01%;

- 미량 ≤ H ≤ 0.0005%;

- 미량 ≤ O ≤ 0.0025%;

- 미량 ≤ Cr ≤ 5.0%;

- 미량 ≤ Cu ≤ 2.0%;

- 미량 ≤ W ≤ 4.0%;

- 미량 ≤ Zr ≤ 4.0%;

- 미량 ≤ Ca ≤ 0.1%;

- 미량 ≤ Mg ≤ 0.1%;

- 미량 ≤ Nb ≤ 4.0%;

- 미량 ≤ V ≤ 4.0%;

- 미량 ≤ Ta ≤ 4.0%;

및 제련 및 제조 공정의 결과인 불순물과 철인 잔부 (remainder)를 가지며;

상기 강이 열간 성형된 (hot-formed) 구성 부품/공작물 (work piece) 또는 열간 압연 판의 형태인 경우, 650 mm²의 치수를 갖고; 상기 강이 냉간 압연 판의 형태인 경우, 800 mm²의 치수를 갖는, 연마된 표면에 대해 화상 분석 (image analysis)을 통해 관찰된 것으로서의, 개재물 집단 (inclusion population)은 10μm 초과의 등가 직경 (equivalent diameter)을 갖는 비금속 개재물을 포함하지 않고, 바람직하게는 8 μm 초과의 등가 직경을 갖는 비금속 개재물을 포함하지 않으며, 그리고, 열간 압연 판의 경우, 100 mm²에 걸쳐 5 μm 내지 10 μm의 등가 직경을 갖는 4개 보다 많은 비금속 개재물을 포함하지 않고, 상기 관찰은 650 mm²의 치수를 갖는 연마된 표면에 대해 화상 분석을 통해 실행된다.

바람직하게는, 18.0% ≤ Ni + Mo ≤ 27.0%이다.

Cr은 제련 및 제조 공정의 결과로 미량으로만 존재할 수 있다.

다시 말해서, 미량 ≤ Cr < 0.10%이다.

본 발명의 목적은 또한 하기를 특징으로 하는 강으로 이루어진 제품의 제조 방법에 관한 것으로서:

- 상기 본원에서 논의된 것에 따른 조성을 갖는 강으로 이루어진 재용융된 전극 (remelting electrode)을 제조하고;

- 재용융된 전극을 얻기 위해 이러한 전극의 재용융은 단일 또는 다중 재용융 공정을 통해 실행되며;

- 열간 성형 판 또는 열간 성형 스트립을 얻기 위해, 1050℃와 1300℃ 사이를 포함하는 온도에서, 상기 재용융된 전극의 열간 성형의 하나 이상의 공정이 수행되고;

- 선택적으로 열 처리 공정이 상기 열간 성형 판 또는 상기 열간 성형 스트립에 대해 수행된다.

가능하게는 열 처리된 (possibly heat treated), 상기 열간 성형 판 또는 스트립은 1010 MPa 이상의 인장 강도, 130 GPa 이상의 영률 (Young's modulus), 및 2% 이상의 균일 연신율 (uniform elongation)을 가질 수 있다.

가능하게는 열 처리된, 열간 성형된 상기 스트립 또는 열간 성형된 상기 판은 2 mm 이하, 바람직하게는 1 mm 이하의 두께를 갖는 판 또는 스트립을 얻기 위해, 하나 이상의 패스들 (passes)에서 후속적으로 (subsequently) 냉간 압연 될 수 있다.

상기 판 또는 스트립은 냉간 압연 패스들 사이 및/또는 최종 냉간 압연 패스 후에 하나 이상의 열처리 공정을 거칠 수 있다.

다양한 패스들의 냉간 압연의 누적 비율 (cumulative rate)은 적어도 30%, 바람직하게는 적어도 40% 일 수 있다.

열간 압연 또는 냉간 압연되고, 가능하게는 열 처리된 상기 판 또는 스트립은, 2270 MPa 이상의 인장 강도, 2250 MPa 이상의 항복 강도 (yield strength) 및 2% 이상의 균일 연신율을 가질 수 있다.

열간 압연 또는 냉간 압연되고, 가능하게는 열 처리된 상기 판 또는 스트립은, 절단될 수 있고, 후속적으로 가능하게는 성형될 수 있다.

열간 압연 또는 냉간 압연되고 가능하게는 열 처리되고, 절단되고, 가능하게는, 성형되는 상기 판 또는 스트립은 30분 내지 2시간의 기간 동안 420℃와 550℃ 사이에서, 바람직하게는 1시간 내지 2시간의 기간 동안 450℃와 550℃에서 경화 처리 (hardening treatment)될 수 있다.

열간 압연 또는 냉간 압연되고, 가능하게는 열 처리되고, 절단되고, 가능하게는, 성형되는 상기 판 또는 스트립은 그 자신의 경화 후, 동적 하중 (dynamic loads)에 대한 그 자신의 저항을 개선하기 위한 표면 처리 공정을 거칠 수 있다.

상기 표면 처리는 침탄, 또는 가스 질화, 또는 이온 질화, 또는 침탄 질화, 또는 숏 피닝의 공정일 수 있다.

가능하게는 열 처리되는 열간 압연 판 또는 스트립의 결정 입도 (grain size), 또는 가능하게는 열 처리되는 냉간 압연 판 또는 스트립의 결정 입도는 8 ASTM 또는 더 미세 (finer)할 수 있고, 바람직하게는 10 ASTM 또는 더 미세할 수 있다.

본 발명의 목적은 또한 중량 백분율로 이의 조성이 하기와 같은 것을 특징으로 하는, 열 성형 공정을 거치고 가능하게는 열 처리된 강으로 이루어진 제품 (product)에 관한 것으로서:

- 10.0% ≤ Ni ≤ 24.5%, 바람직하게는 12.0% ≤ Ni ≤ 24.5 %;

- 1.0% ≤ Mo ≤ 12.0%, 바람직하게는 2.5% ≤ Mo ≤ 9.0%;

- 1.0% ≤ Co ≤ 25.0%;

- Ni + Co + Mo ≥ 29%; 바람직하게는 Ni + Co + Mo ≥ 41.0%;

- 미량 ≤ Al ≤ 4.0%, 바람직하게는 0.01% ≤ Al ≤ 1.0%;

- 미량 ≤ Ti ≤ 0.1%;

- 미량 ≤ N ≤ 0.0050%;

- 미량 ≤ Si ≤ 2.0%; 바람직하게는 0.04% ≤ Si ≤ 2.0%;

- 미량 ≤ Mn ≤ 4.0%;

- 미량 ≤ C ≤ 0.03%;

- 미량 ≤ S ≤ 0.0020%, 바람직하게는 미량 ≤ S ≤ 0.0010%;

- 미량 ≤ P ≤ 0.005%;

- 미량 ≤ B ≤ 0.01%;

- 미량 ≤ H ≤ 0.0005%;

- 미량 ≤ O ≤ 0.0025%;

- 미량 ≤ Cr ≤ 5.0%;

- 미량 ≤ Cu ≤ 2.0%;

- 미량 ≤ W ≤ 4.0%;

- 미량 ≤ Zr ≤ 4.0%;

- 미량 ≤ Ca ≤ 0.1%;

- 미량 ≤ Mg ≤ 0.1%;

- 미량 ≤ Nb ≤ 4.0%;

- 미량 ≤ V ≤ 4.0%;

- 미량 ≤ Ta ≤ 4.0%;

및 제련 및 제조 공정의 결과인 불순물과 철인 잔부를 가지며;

상기 강이 열간 성형된 구성 부품/공작물 또는 열간 압연 판의 형태인 경우 650 mm²의 치수를 갖는 연마된 표면에 대해 화상 분석을 통해 관찰된 것으로서의, 개재물 집단은 10μm 초과의 등가 직경을 갖는 비금속 개재물을 포함하지 않고, 바람직하게는 8 μm 초과의 등가 직경을 갖는 비금속 개재물을 포함하지 않으며, 그리고, 열간 압연 판의 경우, 100 mm²에 걸쳐 5 μm 내지 10 μm의 등가 직경을 갖는 4개 보다 많은 비금속 개재물을 포함하지 않고, 상기 관찰은 650 mm²의 치수를 갖는 연마된 표면에 대해 화상 분석을 통해 실행된다.

바람직하게는, 18.0% ≤ Ni + Mo ≤ 27.0%이다.

다시 말해서, 미량 ≤ Cr < 0.10%이다.

이러한 제품은 1010 MPa 이상의 인장 강도, 130 GPa 이상의 영률, 및 2% 이상의 균일 연신율을 가질 수 있다.

본 발명의 목적은 또한 중량 백분율로 이의 조성이 하기와 같은 것을 특징으로 하는, 강으로 이루어진 냉간 압연 판 또는 스트립에 관한 것으로서:

- 10.0% ≤ Ni ≤ 24.5%, 바람직하게는 12.0% ≤ Ni ≤ 24.5 %;

- 1.0% ≤ Mo ≤ 12.0%, 바람직하게는 2.5% ≤ Mo ≤ 9.0%;

- 1.0% ≤ Co ≤ 25.0%;

- Ni + Co + Mo ≥ 29%; 바람직하게는 Ni + Co + Mo ≥ 41.0%;

- 미량 ≤ Al ≤ 4.0%, 바람직하게는 0.01% ≤ Al ≤ 1.0%;

- 미량 ≤ Ti ≤ 0.1%;

- 미량 ≤ N ≤ 0.0050%;

- 미량 ≤ Si ≤ 2.0%; 바람직하게는 0.04% ≤ Si ≤ 2.0%;

- 미량 ≤ Mn ≤ 4.0%;

- 미량 ≤ C ≤ 0.03%;

- 미량 ≤ S ≤ 0.0020%, 바람직하게는 미량 ≤ S ≤ 0.0010%;

- 미량 ≤ P ≤ 0.005%;

- 미량 ≤ B ≤ 0.01%;

- 미량 ≤ H ≤ 0.0005%;

- 미량 ≤ O ≤ 0.0025%;

- 미량 ≤ Cr ≤ 5.0%;

- 미량 ≤ Cu ≤ 2.0%;

- 미량 ≤ W ≤ 4.0%;

- 미량 ≤ Zr ≤ 4.0%;

- 미량 ≤ Ca ≤ 0.1%;

- 미량 ≤ Mg ≤ 0.1%;

- 미량 ≤ Nb ≤ 4.0%;

- 미량 ≤ V ≤ 4.0%;

- 미량 ≤ Ta ≤ 4.0%;

800 mm²의 치수를 갖는 연마된 표면에 대해 화상 분석을 통해 관찰된 것으로서의, 개재물 집단은 10μm 초과의 등가 직경을 갖는 비금속 개재물을 포함하지 않고, 바람직하게는 8 μm 초과의 등가 직경을 갖는 비금속 개재물을 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 18.0% ≤ Ni + Mo ≤ 27.0%이다.

Cr은 제련 및 제조 공정의 결과로 미량으로만 존재한다.

다시 말해서, 미량 ≤ Cr < 0.10%이다.

상기 냉간 압연 판 또는 스트립은 냉간 압연 후에 하나 이상의 열 처리 공정을 거칠 수 있다.

본 발명의 목적은 또한 전술한 유형의 열간 압연 또는 냉간 압연 판 또는 스트립에 관한 것으로서, 냉간 압연되고 가능하게는 열 처리된 상기 판 또는 스트립은 2270 MPa 이상의 인장 강도, 2250 MPa 이상의 항복 강도 및 2% 이상의 균일 연신율을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적은 또한 강으로 이루어진 제품에 관한 것으로서, 전술한 유형의 열간 압연 또는 냉간 압연 판 또는 스트립으로부터 얻고 (derived from), 가능하게는 성형을 거치며, 동적 하중에 대한 그 자신의 저항을 개선하기 위한 표면 처리 공정을 가능하게는 거치는 것을 특징으로 한다.

상기 표면 처리는 침탄, 가스 질화, 이온 질화, 침탄 질화, 숏 피닝의 공정 중에서 선택될 수 있다.

본 발명의 목적은 또한 열간 성형된 터빈 샤프트 (turbine shaft) 또는 트랜스미션 (transmission) 구성 부품에 관한 것으로서, 상기 샤프트 또는 상기 구성 부품은 전술한 유형의 열간 성형 제품으로 이루어진 하나 이상의 구성요소 (element)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적은 또한 트랜스미션 벨트 (transmission belt)에 관한 것으로서, 냉간 압연 판 또는 스트립 또는 전술한 유형의 제품으로 이루어진 하나 이상의 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이것은 자동차용 CVT-형 트랜스미션 벨트일 수 있다.

본 발명의 목적은 또한 상기-기재된 유형의 열 성형 공정을 거치고 가능하게는 열 처리된 강으로 이루어진 제품, 또는 상기-기재된 유형의 냉간 압연되고 가능하게는 열 처리된 판 또는 스트립에 관한 것으로서, 상기 제품 또는 상기 판 또는 스트립의 결정 입도는 ASTM 8 또는 더 미세하고, 바람직하게는 ASTM 10 또는 더 미세한 것을 특징으로 한다.

이해될 바와 같이, 본 발명은 강의 낮은 탄소 함량으로 인해 소위 "연질 (soft)" 마르텐사이트를 제공하는 결정된 (determined) 마레이징 강 조성과 개수 및 바람직하게는 조성에 관하여 특정 기준을 충족시키는 비금속 개재물의 집단 (본질적으로 산화물, 황화물, 질화물)과 조합시키는 것으로 구성되며, 작업자에 의해 제어되는 다양한 생산 공정 및 조건의 조합을 이용함으로써 액체 금속의 주의 깊은 제조 및 공정 이후에 이러한 집단을 얻을 수 있다.

본 발명은 하기의 첨부 도면들을 참조하여 제공된, 다음의 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이다:
- 도 1은 참조 샘플 (reference sample) 및 본 발명에 따른 강의 3개의 샘플들에 대하여 수행된 피로 테스트의 결과를 나타낸다.
- 도 2는 2개의 참조 샘플 및 본 발명에 따른 강의 3개의 샘플에 대하여 수행된 이들의 표면 잔류 응력에 의한 질화층의 특성을 나타낸다.
- 도 3은 2개의 참조 샘플 및 본 발명에 따른 강의 3개의 샘플에 대하여 수행된 이들의 표면 상의 미소 경도 수준에 의한 질화층의 특성을 나타낸다.

강의 조성 (중량 백분율로)은 하기의 고려 사항에 기초한다.

Ni 함량은 10.0 내지 24.5%, 바람직하게는 12.0 내지 24.5%로 포함된다. 그것은 하기와 같은 조건 하에 있다:

- 한편으로는, 일반적인 열처리 공정을 통해 마르텐사이트 구조를 얻는 것이 가능하며; 24.5% 보다 많은 Ni 함량은 기타 원소들의 함량 수준과 조합하여 이러한 구조를 얻게 하는 방법을 제공하지 못할 것이며;

- 한편으로는, 석출 경화 후에 예상되는 응용에서, 특히 유리한 연성, 팽창, 항복 강도, 파괴 인성 K1C의 특성을 얻는 것이 가능하며; Co, Mo 및 기타 금속 원소들의 정의된 비율과 조합된 최소 10.0%의 Ni 함량이 이를 얻기에 적합하다. 이러한 효과를 만족스러운 방식으로 얻기 위하여 최소 12.0%의 Ni 함량이 심지어 더욱 바람직하다.

Mo 함량은 1.0와 12.0% 사이에서 포함된다. 이러한 원소는 시효 공정 동안에, 미세하고 분산되는 Fe₂Mo, MoNi₃ 및 기타의 금속간 상을 형성함으로써 구조 경화를 가능하게 한다. 최적으로, Mo 함량은 기계적 특성의 균질성을 보장하기 위해 최적의 크기를 갖는 금속간 상 및 Mo의 매우 중요한 효과를 모두 얻기 위하여 2.5 내지 9.0%이다.

Mo는 또한 질화 공정의 조건 (Mo₂N, Fe_xMo_yN_z 등과 같은 석출물의 유형)에 따라 상이한 종류의 미세하고 분산된 석출물을 포함하는 질화층의 구성 및 특성에 관여한다.

Ni + Mo의 함량은 장래의 제품에 대해 예상되는 응용 및 그들이 이용하는 사용 온도를 고려하여, 마르텐사이트 구조 및 치수 안정성의 취득 및 유지에 필요한 마르텐사이트 변태 온도 (transformation temperature) Ms (변태의 개시), Mf (변태의 종료)에 따라 조정되어진다. 예를 들어, 응용을 위해 저온에서 사용하는 경우, 100℃ 보다 높은 온도 Ms를 목표로 하고, Ni + Mo의 합이 18.0 내지 27.0%인 것이 이러한 관점에서 유리하다. Ms 값은 하기의 식에 따라 계산된다:

Ms = - 29 Ni% + Mo% + 890 ℃,

Co = 9-16 % 대하여, 그리고 Cr, Al 및 Ti의 매우 낮은 함량에 대하여, 이들 원소들은 Ms에 대하여 현저한 영향을 미치며, 어떠한 경우에도, 이러한 온도가 실험을 통해 추정되는 것이 가능하다.

Mf는 실험을 통해 용이하게 추론될 수 있다.

Co 함량은 1.0와 25.0% 사이에서 포함된다. 이 원소는 마르텐사이트 구조를 안정화시키고 고상선 온도 (solidus temperature)를 상승시키며 금속간 상의 석출을 촉진시킴으로써 경화 시 간접적인 방식으로 참여한다. 지나치게 다량을 투입하는 경우, 강의 특성 및 이의 실행 조건이 현저하게 변경될 수 있고 추가로 비용이 많이 든다.

Co가 상대적으로 적은 경우, 경화 원소인 Si, Mn, Cu, W, V, Nb, Zr, C 중 하나 이상을 첨가함으로써 이의 작용을 완료할 필요가 있다.

충분한 양의 Co를 가질 필요성에 대한 이러한 요구의 결과는 총 Mo + Co + Si + Mn + Cu + W + V + Nb + Zr + Ta + Cr + C가 20.0%와 29.0% 사이에서 포함된다는 것이다. 이것은 Co 함량이 8% 미만인 경우, Mo가 결코 12%를 초과하지 않는다는 사실을 고려하여, Si, Mn, Cu, W, V, Nb, Zr, Ta, Cr, C (다른 곳에서 규정된 한도 이내에서) 중에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하는 것이 항상 필요하다는 것을 의미한다.

20.0%의 하한은 충분한 경화 효과를 얻을 수 있는 능력에 의해 정당화된다. 29.0%를 초과하는 경우, 자기 특성 및 재료의 응용 및 사용 조건이 상당하게 변경된다. 시효 공정의 결과에 따른 최대 특성 및 예상되는 가장 부담이 큰 (demanding) 응용에 의해 요구되는 사용 값을 얻기 위하여, 바람직하게는 상기 하한은 22.0%이고, 더욱 바람직하게는 22.5%이다.

Ni, Co, Mo의 함량은 다음과 같은 점에서 또한 서로에게 의존한다:

- Ni은 연성을 향상시키고 (특히 저온에서), 팽창 및 탄성 계수를 제어하는 능력을 지원하며; 또한 인성 및 Re/Rm의 비율에 영향을 미치며; 이의 함량은 인용되는 유리한 특성 (일반적으로 합금의 경우 5%)으로부터 이익을 얻기 위해 하한계 (lower bound)에서, 그리고 자연에서 생성되는 이의 감마-상 (오스테나이트)으로 인한 마르텐사이트 변태를 막지 않기 위해 상한계 (upper bound)에서 고안되며 (framed); 이를 위하여, Co 및 Mo의 영향 또는 결과도 또한 고려된다:

- Mo는 금속간 상의 석출에 의한 구조 경화의 목적으로 첨가되며; 마레이징 등급의 파괴 특성을 목표로 하기 위해서는, 시효된 마르텐사이트 구조를 갖는 것이 필요하며; Mo는 본원의 상기에서 언급된 것과 같이 이러한 경화에 관여하고 (1% 부터); 이의 한계는 취화 (embrittling) 상 (라베스 상, σ, μ, θ, δ ...)의 형성에서만 단지 발견되며, 국부 편석 (local segregation)과 관련될 수 있는 상한은 12%이며; Mo는 질소와의 친화성에 의한 표면의 질화에도 또한 관련된다 (수 %로부터). 따라서 시효된 마르텐사이트 구조를 갖기 위하여, Co 및 Mo 원소들은 경화 상의 석출에 대해 공동으로 작용하지만, 페라이트 구조의 안정화와 관련하여 분리된 방식으로 작용하며; 이러한 경향을 통합하기 위해, 다음에 기초하여 100 ℃보다 높은 온도 Ms를 보장하도록 하기의 식이 제공된다:

Co + Mo ≥ 20.0%, 바람직하게는 ≥ 21.0%, 더욱 바람직하게는 ≥ 22.0%이고;

그리고:

Ni + Co + Mo ≥ 29%; 바람직하게는 ≥ 41.0%이다.

Al 함량은 미량 수준과 4.0% 사이에서 포함된다. Al을 추가하는 것은 필수가 아니다. 생산 공정의 개시에서 액체 금속의 초기의 탈산 (deoxidation)을 위해 첨가하거나 또는 특정한 특성을 얻기 위해 Al의 의도적인 첨가를 진행하는 최종적으로 필요한 양으로 인하여, 잔류 원소의 존재 수준으로 이의 존재를 감소시킬 수 있다. 적당한 비용을 위하여, 복원력(resilience)을 증가시키고 금속간 화합물을 형성함으로써 구조 경화에 참여할 수 있다. 또한, 그것은 액체 금속의 제련 및 제조 공정 동안의 산화 및 응고된 (solidified) 금속의 변형을 제한한다. 그러나 피로 강도 및 인성을 저하시키지 않기 위하여 Al의 질화물 및 Al을 포함하는 대형 산화물의 형성을 방지할 필요가 있다. 바람직하게는 최종 강에서 0.01% 초과 및 1.0% 미만의 Al이 남아있다.

Ti 함량은 미량 수준과 0.1% 사이에서 포함된다. Ti의 상당한 존재를 회피함으로써 (다른 마레이징 강이 필요함), 최종 제품의 피로 강도를 저하시키는 Ti 질화물의 액체 금속의 응고 동안의 형성을 방지하기 위한 것이다. 본 발명에서, 원하는 구조 경화는 기타 수단에 의해 얻어진다.

가능한 한 질화물의 형성을 방지하기 위하여, N의 함량은 낮은 수준, 즉 0.0050% (50 ppm) 미만으로 요구된다.

Si 함량은 미량 수준과 2.0% 사이에서, 바람직하게는 0.04%와 2.0% 사이에서 포함된다. 이는 제조-생산 공정 중에서 액체 금속의 탈산을 위하여 사용될 수 있지만, 최종 응고된 강에서 Si를 함유하는 대형 산화물 (다른 탈산성 원소와 유사함)을 보유하는 것을 주의 깊게 회피할 필요가 있으므로, 상한은 2.0%이다. Si는 마르텐사이트를 안정화시키고 특정 원소들의 용해도를 증가시켜 구조를 균질화한다. 또한 항복 강도를 향상시킨다.

비-필수 원소인 Mn의 함량은 미량 수준과 4.0% 사이에서 또는 0.2와 4% 사이에서 포함된다. Mn은 열 작업 응용에 대한 기계적 특성 및 가능성을 향상시킨다. Mn 그 자체는 또한 효과적인 탈산제이므로, Si와의 상승 작용으로 이러한 역할을 할 수 있다. 그러나, 다량의 석출, 취성 (brittle) 상 또는 저-융점 상을 형성하는 것을 회피하기 위하여 이의 함량을 4%로 제한할 필요가 있다. 마지막으로, 이것은 감마-상 생성하며, 따라서 과도한 양으로 존재하는 경우 마르텐사이트 변태를 저해 할 수 있다.

C의 함량은 미량 수준과 0.03% 사이에서 포함된다. 탄소 마르텐사이트는 취성이고, 제품에 필요한 성형 공정을 가능하게 하지 못하기 때문에, 따라서 방안 (idea)은 소위 연질 마르텐사이트를 형성하는 것이다. 또한 기계적 특성을 저하시킬 수 있는 탄화물의 형성을 회피하도록 시도한다.

대형 및 다량으로 존재하는 경우, 피로 강도를 저하시킬 수 있는 황화물을 형성하지 못하도록, S의 함량은 미량 수준과 0.0020% 사이에서, 바람직하게는 미량 수준과 0.0010% 사이에서 포함된다. 또한, S는 이들로 분리함으로써 결정립계 (grain boundaries)를 약화시키므로, 강에 균열이 형성되어 응력이 가해질 수 있다. 그러므로 원재료의 신중한 선택 및/또는 심도 탈황 (deep desulfurisation) 공정을 통해 용해된 S의 존재를 막을 필요가 있다. 정확하게 허용 가능한 최대 함량은 의도된 응용에 따라, 공지된 방식 (상기 본원에서 언급한 바와 같이, 최대한 0.002% 한계 내에서)으로 조정되어야 한다.

S와 마찬가지로, 결정립계로 분리될 가능성을 제한하기 위하여, P의 함량은 미량 수준과 0.005% 사이에서, 바람직하게는 그보다 적게 포함된다.

B는 미량으로만 존재할 수 있지만, 0.01%까지 첨가하는 것이 바람직하다. 이 원소는 구조의 정련 (refining)를 촉진시키고 결정 입도를 감소시킨다. 이것은 기계적 특성에 좋지만 연성을 저하시키지 않도록 지나치게 다량을 첨가하지 않을 필요가 있다.

H의 함량은 수소 취화 (hydrogen embrittlement)의 문제를 회피하도록 5 ppm으로 제한된다. 액체 금속의 제조 및 생산 공정 동안에 진공 하에 하나 이상의 처리 공정을 수행하는 행위 및 주위 습도, 슬래그 또는 임의의 가능하게는 첨가된 재료에 의한 액체 금속의 후속적인 추가 오염의 방지는 일반적으로 이러한 수준을 초과하지 않는 것을 가능하게 한다.

O의 허용 가능한 함량은, 엄밀히 말하면, S, B 및 기타 잔류 원소들 또는 석출물을 형성할 수 있는 원소들의 허용 가능한 함량 수준과 마찬가지로, 최종 제품에 대하여 예상되는 응용에 따를 수 있다. 그러나 최대 허용 가능한 함량은 액체 금속의 제조/생산 동안에 사용되는 공정 및 방법의 결과인 25 ppm으로 설정된다. 따라서 목표는 최종 제품에 조성, 분포 및 크기를 제어할 수 없는 산화물을 갖지 않는 것이다.

Cr의 함량은 미량 수준과 5.0% 사이에서 포함된다. 그러므로 이의 존재는 필수가 아니며, Ms를 낮추지 않고 개재물 집단의 품질을 저하시킬 위험이 있기 때문에 제한되어야 한다. 그러나 산화에 대한 내성을 증가시키고 때때로 이의 의도된 첨가에 대한 정당한 이유가 될 수 있는 방식으로 질화를 돕는다. 그러나, Cr을 첨가하지 않고, 제련 및 생산 공정의 결과인 단지 미량으로만 존재하게 하는 것이 일반적으로 바람직하다. 이러한 미량은 0.06%가 이러한 "미량"을 구성한다고 언급한 도입부에서 인용된 문헌 EP-B1-1 339 880호를 예로 들어, 0.10% 미만인 수준으로 일반적으로 간주된다. 매우 주의 깊게 원재료를 선택함으로써 Cr의 수준을 더욱 낮추는 것이 가능하다.

Cu의 함량은 미량 수준과 2.0% 사이에서 포함된다. Cu가 감마-상을 생성하기 때문에 만약에 존재하는 경우, 이의 첨가는 제한되어야 한다. 그러나 Cu는 경화에 관여하고 산화에 대한 내성을 향상시키므로, 이러한 첨가의 잠재 이익이 된다.

W의 함량은 미량 수준과 4.0% 사이에서 포함된다. 그러므로 이의 존재는 필수가 아니며, 상기의 본원에서 나타낸 것과 같이, Co 또는 또한 Mo 함량의 요구를 상당히 낮은 수준으로 이용하고자 하는 경우, 주로 첨가될 수 있다.

Zr의 함량은 미량 수준과 4.0% 사이에서 포함된다. 탈산 및 미세 질화물 형성에 기여할 수 있도록 이 원소를 첨가하는 것이 바람직할 수 있다.

Ca 및 Mg는 제조에 사용되는 내화물의 마모로 인해 산화물 또는 황화물의 형태로 금속에서 발견될 수 있다. 탈산에 기여하도록 이들 원소들을 의도적으로 첨가하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 최종 함량 수준은 산화물의 형성을 회피하기 위해 각각 0.1%로 제한되어야 하며, 그 크기 및 분포는 가능하게는 통제될 수 없다.

이미 개시한 바와 같이, 비교적 낮은 Co 및/또는 Mo 함량 수준을 보충하기 위해 4.0% 까지의 Nb, Ta 및 V가 각각 첨가될 수 있다.

언급되지 않은 원소는 대부분 제련 및 생산 과정의 결과인 불순물 형태로만 단지 존재하며 의도적으로 첨가되지는 않는다.

문헌 EP-B1-1 339 880호에서 논의된 마레이징 강과 비교하여, 그 경향은 따라서 그 당시에 바람직한 것 보다 높은 Co 및/또는 Mo 함량 수준에 놓여야만 한다.

개재물 집단과 관련하여, 본 발명에 따른 충족되어야 할 기준은, 상기 강이 열간 성형된 구성 부품/공작물 또는 판의 형태인 경우, 650 mm²의 치수를 갖고; 상기 강이 냉간 압연 판의 형태인 경우, 800 mm²의 치수를 갖는, 연마된 표면에 대해 화상 분석을 통해 관찰된 것으로서의, 이러한 개재물 집단은 10μm 초과의 등가 직경을 갖는 비금속 개재물을 포함하지 않고, 바람직하게는 8 μm 초과의 크기를 갖는 개재물을 포함하지 않으며, 그리고, 열간 압연 판의 경우, 상기 열간 성형 판은 100 mm²에 걸쳐 5 μm 내지 10 μm의 등가 직경을 갖는 4개 보다 많은 비금속 개재물을 포함하지 않으며, 상기 관찰은 650 mm²의 치수를 갖는 연마된 표면에 대해 화상 분석을 통해 실행된다.

고려된 상기 비금속 개재물은 산화물, 황화물 및 질화물이다. 산화물의 집단은 제조 및 생산 방법의 선택에 의해 주로 제어된다 (액체 금속의 제어된 탈산, 그 후 특히 액체 금속으로부터 초기에 캐스트된 전극을 재용융시키기 위한 재용융 공정의 사용에 의하여 가능한 한 큰 개재물을 제거하도록 주의를 기울인다). 황화물의 집단은 액체 금속의 탈황 및/또는 원료의 신중한 선택을 요구하는 매우 낮은 S 함량 수준의 부과에 의해 제어된다. 질화물의 집단은 예를 들어 액체 금속의 제조 및 생산 및 전극의 재용융 동안에 감압의 사용, 그리고 상기 금속의 Ti 함량의 제한으로 인해 매우 낮은 N 함량의 부과에 의해 제어된다.

본 발명에 따른 강은, 예를 들어 하기 공정 경로에 의해 제조된다.

필수 원소들에 대하여 이의 조성을 조절하고 제어하기 위하여 액체 상태로 우선 제조된 강은, 이후에 재용융된 전극의 형태로 주조된다. 이들 전극은 하기와 같다:

- 액체 강의 주조 및 응고 후, 잉곳 (ingots), 빌릿 (billets) 또는 슬래브 (slabs)를 성형하기 위하여, 진공 (VAR, 그 자체로 공지된 진공 아크 재용해법 (Vacuum Arc Remelting method)) 하에서 또는 일렉트로 슬래그 (ESR, 그 자체로 공지된 일렉트로 슬래그 재용해법)에서 한 번 재용융되거나;

- 또는 주조 및 응고 후, 잉곳 또는 슬래브를 성형하기 위하여 진공 (VAR) 하에서 또는 도전성 슬래그 (ESR) 하에서 여러번 재용융된다.

따라서 단일 재용융 또는, 다중 재용융 공정 (예를 들면, VAR + VAR 또는 ESR + VAR)이 수행된다. 이러한 재용융 공정은 금속을 정화하고 편석을 감소시키고 이의 응고 조직을 정련함으로써 응고 품질을 향상시키는 목적을 제공한다. 특히, ESR 재용융 공정은 황의 함량을 효과적으로 낮추는 것을 가능하게 하고, VAR 재용융은 질소 함량 수준을 효과적으로 낮추는 것을 가능하게 한다.

잉곳 또는 슬래브는 1050℃와 1300℃ 사이의 온도, 일반적으로 약 1200℃에서 재가열한 후, 열간 압연되어 두께가 수 밀리미터인, 예를 들면 약 1.5 mm 내지 5 mm 두께로 측정하는 열간 압연 판 또는 스트립을 얻는다.

이러한 두께를 갖는 열간 압연 제품은 경우에 따라 열간 압연된 미가공 상태 (raw state) 또는 제어된 재결정 상태로 사용될 수 있다. 재결정화는 코일 형태의 열간 압연 및 열간 압연 스트립의 체류 동안에 이미 충분히 일어날 수 있지만, 미세 조직 및/또는 원하는 기계적 특성을 얻기에 불충분한 경우, 이러한 재결정화를 조정하기 위해서 이후에 재결정화 어닐링 (recrystallisation annealing)이 수행될 수 있다. 후자의 경우, 당업자는 미세조직 (특히 결정 입도) 및 원하는 기계적 특성을 조정하기 위해 재결정화 어닐링 (온도, 시간 주기 등)의 파라미터를 설정하는 방법을 알고 있을 것이다.

전형적으로 열간 압연 및 가능하게는 재결정화 (또는 다른 유형의 열처리 공정) 후에 목표는 1010 MPa 이상의 인장 강도 Rm, 130 GPa 이상의 영률 E, 및 2% 이상의 균일 연신율 Ar이다.

가능하게는 열처리되는 이러한 열간 압연 스트립은 또한 직접적으로 사용되도록 의도되지 않을 수 있으며, 따라서 예상된 응용을 위하여 냉간 성형을 거치는 것에 의해 이의 두께를 감소시킬 필요가 있다. 이러한 경우, 2 mm 미만, 바람직하게는 1 mm 이하이고, 예를 들어 0.4 mm 또는 0.2 mm의 두께를 갖는 냉간 압연 스트립을 얻기 위하여, 이들은 냉간 압연의 상이한 패스들 사이의 하나 이상의 중간 어닐링 공정, 가능하게는 하나 이상의 (또는 그 이상의) 최종 에이지 어닐링 (age annealing), 재결정화 어닐링 또는 다른 유형의 열 처리 공정, 또는 의도된 응용에 기초한 적절한 표면 처리 (이후에 상세히 설명될 것임)로 산세되고 (pickled), 이후에 냉간 압연된다.

냉간 압연 스트립의 재결정화 처리는 바람직하게는 냉간 압연 스트립이, 이때에, 30% 초과, 더욱 바람직하게는 40% 초과의 가공 경화율 (rate of work hardening)을 갖도록 하는 두께에서 수행된다. ASTM 8 (20㎛ 미만의 평균 입경) 또는 더 미세하고, 바람직하게는 ASTM 10 (10㎛ 미만의 평균 입경) 또는 더 미세한 (입자가 더 미세할수록 결정 입도를 나타내는 수치가 더 높다는 것을 상기해야 하는, 표준 ASTM E112에 따름) 결정 입도를 갖는 스트립을 제공한다.

미립자를 얻기 위해 의도된 어닐링 처리는 온도 및 시간 (time period)과 관련된 파라미터를 적절하게 조정함으로써 보호성 대기 (protective atmosphere)에서 수행된다. 이들 파라미터는 열처리가 수행되는 특정 조건에 좌우되며, 당업자는 각각의 특정 경우에서 이들 파라미터를 결정하는 방법을 알고 있다.

더욱이, 가능하게는 열처리된 냉간 압연 제품의 결정 입도에 관한 우선적인 요건은 또한 열간 압연 상태, 가능하게는 열 처리된 후에 사용을 위해 의도된 제품에 대하여 유효하다.

스트립의 평탄도(flatness)를 향상시키고, 필요한 경우, 마르텐사이트 변태를 보완하고 강화시키기 위해, 상기 스트립은 1% 내지 10%의 압하율(reduction ratio)을 갖는 가벼운 (light) 최종 냉간 압연 (스킨 패스 (skin pass) 또는 템퍼 롤링(temper rolling))을 또한 거치게 될 수 있다.

전형적으로, 냉간 압연 스트립의 경화 처리 (시효)는 바람직하게는 냉간 압연 스트립이, 이때에, 30% 초과, 더욱 바람직하게는 40% 초과의 가공 경화율을 갖도록 하는 두께에서 수행된다.

이후에 공작물은 스트립으로부터 절단될 수 있으며, 이러한 공작물은 예를 들어 접기 (folding), 용접 등에 의해 성형되고, 후속적으로 경화 처리가 수행될 수 있으며, 후자는 400℃ 내지 600℃의 온도로 30 분 내지 5 시간 동안의 기간 동안 유지하는 것으로 이루어진다 (바람직하게는 420℃ 내지 550℃에서 30분 내지 2 시간의 기간 동안, 예를 들어 420℃에서 30분의 기간 동안 또는 480℃에서 2시간의 기간 동안).

상기 열간 압연 제품은 이들의 기계적 특성에 대하여 이러한 처리로부터 통상적으로 예상되는 이점들을 갖는 전형적인 마레이징 강의 경화 처리를 또한 거치게 되기 쉽다.

본 발명에 따라, 냉간 압연되고, 가능하게는 열 처리된 상기 제품은 적어도 2270 MPa의 인장 강도 Rm, 적어도 2250 MPa의 종래의 항복 강도 Rp₀ _.2 및 적어도 2%의 균일 연신율 Ar을 갖는다.

더욱이, 이러한 특징적 특성은 또한, 열간 성형 작업 중에 또는 이러한 재결정화를 초래하는 후속 처리 동안, 예를 들면 상당한 재결정화를 거친 경우, 적절한 방식으로 열 처리된 열간 압연 제품에서 최적으로 달성될 수 있다.

상기 제품은 이의 피로와 관련된 성능 측면을 높이기 위해 후속적으로 표면 경화 (질화, 시멘테이션 또는 침탄, 침탄 질화, 숏 피닝 등)가 될 수 있다. 전형적으로, 등가 응력에서, 이와 같이 얻어진 제품은 종래의 등급보다 10 000 내지 50 000 사이클만큼 더 큰 피로 수명 시간 (fatigue life times)을 가질 수 있거나, 또는 동일한 수명 시간에 대하여 50 MPa 초과의 증가된 응력을 견딜 수 있다. 극단 표면 경도 HV0.1은 표준 방법 및 조건 이외의 질화 방법 및 조건이 필요하지 않으면서 일반적으로 적어도 1050일 수 있다.

실험들은 그 조성이 표 1에 요약된, 본 발명에 따른 강의 6개의 샘플 및 참조 샘플들에 대하여 수행되었고, 중량% 또는 특정 원소에 대해 ppm으로 표현되었다. 잔부는 제련 및 제조 공정의 결과인 불순물 및 철로 구성되며 고려된 특성에 대하여 중요하지 않은 것으로 간주되는 수준에 있다.

표 1: 테스트된 샘플들의 조성

표 1에 대한 샘플을 취하여, 본 발명에 따른 강 및 참조 강 (reference steels)에 대한 제조 및 생산 공정은 두께가 0.4 mm로 측정되는 스트립을 얻기 위한 방식으로 하기 도식에 따라 수행되었다.

참조 (Ref.) 1 및 참조 2에 대하여 그리고 발명 (Inv.) 1, 발명 5 및 발명 7에 대하여는, 강을 제조하였고, 레이들 (ladle)에서 처리하였고, 이후에 VIM (진공 유도 용해) 공정, 이어서 VAR 공정 (진공 아르곤 재용해)을 적용하였다.

발명 2, 발명 3, 발명 4 및 발명 6에 대하여는, 강을 제조하였고, 레이들에서 처리하였고, 이후에 VIM 공정, 이어서 ESR (일렉트로 슬래그 재용해) 공정을 적용하였다.

그 후 VAR 또는 ESR 잉곳은 이러한 두께를 200 내지 100 mm 사이로 (일반적으로 160 mm) 취하여 두께를 감소시키도록 블룸 (blooming)에 의하여 슬래브로 변형되었다.

이어서, 대략 1300℃로 재가열하게 한 후, 3.5mm의 두께를 달성할 때까지 열간 압연하였다. 그 후, 금속을 산세하였고, 0.4mm의 두께를 달성할 때까지 냉간 압연하였다. 오스테나이트화 (austenitizing) 어닐링 또는 용체화 어닐링 (solution annealing), 재결정화 어닐링 및 시효 어닐링 (age annealing)은 각각 800℃와 1000℃ 사이에서, 15분 내지 60분의 기간 동안, 그리고 이후에 350℃와 600℃ 사이에서 30 분 내지 240 분의 기간 동안, 그리고 420℃와 510℃ 사이에서 30분 내지 90분의 기간 동안 수행되었다.

표 2는 열간 압연의 종료시 표 1에 포함된 각각의 샘플의 개재물 밀도를 나타낸다. 그것들을 먼저 DIN 50602-M 표준에 따라 평가하고 측정한 다음, 두께를 3.5mm로 측정하는 열간 압연 스트립 샘플의 650mm²의 영역에 대한 광학 현미경 화상 분석을 사용하여 계수 (counting)를 세분화하였다 (refined). 그 후 이러한 밀도들은 100 mm²의 샘플 표면적으로 감소하였다. 개재물의 "직경 (diameter)"이라는 용어는 "등가 직경", 즉, 원형 횡단면을 가질 수 있고, 관찰된 개재물로서 동일한 표면적을 가질 수 있는 개재물의 직경을 의미하는 것으로 이해하여야 하며, 후자는 단순한 원의 단면보다 더 복잡한 단면을 갖는 경우이다. 또한, 광학 화상 분석만으로 색 대비를 구별하고 개재물의 조성을 차별화하지 않으면 하기의 표에서 "TiN"으로 지칭되는 개재물은 당업자의 기술을 통해 주황색의 색 대비를 갖는 개재물이다 (주사 전자 현미경으로 후자 (a posteriori)를 확인 가능함). "산화물"을 의미하는 개재물은 광학 현미경에서 회색의 대비를 갖는 개재물이다 (이러한 개재물들은 효과적으로 산화물이거나, 또는 사실은 더 적은 비율로, 황화물 또는 혼합된 황화-산화물 개재물이다). 이러한 분석들은 당업자에게는 매우 일반적이며, 본원의 경우에는 자동화된 주사 전자 현미경을 사용한 분석에 의해 보완되었다.

표 2: 100 mm²당 입자 밀도로 감소된, 다양한 테스트된 압연 샘플의 개재물 밀도

이러한 결과들은 본 발명에 따른 샘플들의 경우, 즉 10 ㎛ 초과인, 상대적으로 큰 크기의 개재물의 완전한 부재와 함께 낮은 개재물 밀도가 얻어짐을 나타낸다. 이러한 큰 개재물도 또한 참조 샘플 1에는 존재하지 않지만, 본 발명에 따른 샘플의 경우보다 소량의 산화 개재물 (직경 5㎛ 내지 10㎛)의 개수가 상당히 많고, 이것은 기계적 특성에 바람직하지 않으며 의도된 최적의 개재물 밀도에 해당하지 않는다. 참조 샘플 2에 관해서는, 10㎛ 초과의 크기로 측정하는 질화물을 포함하는 질화물의 밀도가 지나치게 높다. 이러한 특성은 그 자체로 우수한 피로 강도의 원하는 목적의 달성을 금지하며, 이러한 샘플의 산화물에 초점을 맞추는 것이 유용하다고 간주되지 않는다.

표 3은 전술한 열간 압연 샘플들의 650 mm²표면에 대해 관찰된 개재물의 최대 크기를 나타낸다.

표 3 : 테스트된 다양한 열간 압연 샘플들의 650mm²샘플 표면에 대해 관찰된 개재물의 최대 크기

따라서, 본 발명에 따른 샘플들은 단지 작은 직경의 개재물을 포함하며, 매우 적은 수이다. 특히, Ti의 부재 및 N의 매우 낮은 함량에 특히 관련되는, Ti 질화물은 존재하지 않는다. 개재물의 밀도 및 이의 최대 개재물의 직경이 본 발명의 경우보다 다소 높지만, 참조 샘플 1은 동일한 경우이다. 참조 샘플 2에 대하여, 그 안에 질화물 (주로 Ti)이 우세하고, 약간의 연성이 있고, 우수한 피로 강도의 목적이 충족될 수 있도록 종종 크기가 너무 큰 사이즈를 갖는 개재물의 형태로 존재하는 것이 확인된다.

전자 및 광학 현미경에 의한 관측은 5 μm 미만의 등가 직경을 갖는 모든 유형의 개재물의 존재는, 또한 5㎛ 내지 10㎛ 보다 작은 산화물을 함유하는 것인 발명 3의 샘플에 대하여 특히 낮다는 것을 또한 나타내었다.

당업자는 냉간 성형이 최종적으로 이들을 파괴함으로써 단지 아래쪽으로의 (downwards) 개재물의 크기에 영향을 미칠 것이지만, 어떠한 경우에도 이들의 비율을 증가시킬 수는 없다는 것을 알고 있다.

마지막으로, 상기 개재물 집단은 자동화된 계수 (automated counting) 및 200 내지 2mm²의 표면에 대해 전계방출 전자총 (field emission gun)을 갖는 주사 전자 현미경 (SEM FEG)에서의 분석 (x300, x1000, x10 000의 각각의 배율에 의함) 및 그들의 추정된 면 밀도 (areal densities)에 의해 더욱 정확하게 특징지워졌다.

본 발명에 따른 등급 뿐만 아니라 참조 등급 (reference grade) 1은 본래의 화학적 조성으로 인해 제조 및 생산 공정 동안에 질화물을 형성하지 않고, 그 크기 및 잔류 개재물, 특히 산화물의 성질을 조절하는 능력을 제공하는 이점이 존재한다. 사용된 원료 및 구현된 제조 및 생산 공정을 주의 깊게 제어하는 적용으로, 잔류 원소 N, S 및 P의 낮은 함량 수준을 제공하고 액체 금속의 탈산 덕분에 형성된 산화물 입자는 제한된 크기, 10 ㎛ 미만, 바람직하게는 8 ㎛ 미만이고, 기재된 제조 및 생산 공정의 범위에 의해 얻어진 적절한 조성을 갖는다. 바람직한 방식으로 알루미늄계 산화물, 예를 들어 Al 및 Mg의 혼합 산화물 (이러한 원소는 제조 및 생산 공정 수령 (recipients)의 슬래그 및 내화물로부터 필연적으로 얻어짐), 및 또한 가능하게는 다양한 비율로 알루미나의 혼합 산화물이 형성된다.

알루미늄 계이거나 또는 이의 상당한 수준을 함유하는, 이들 산화물 군의 용적 비율 (volume fraction)에 의한 비율은 30% 보다 크며, 하기와 같이 이해된다:

- 순수한 알루미나 유형의 산화물은 35% 초과의 Al 함량과 65% 미만의 O 함량에 의해 구분되며 (함량 수준은 에너지 분산형 분광법 EDX로 측정됨);

- 마그네슘을 함유하는 산화물은 1.5% 이상의 수준의 Mg, 10% 이상의 수준의 Al 및 60% 이상의 수준의 O로 존재하는 것에 의해 EDX 분석에 의해 구별되며, 이러한 후자의 군은 Ca 및/또는 Si의 소량 비율을 포함할 수 있거나, 또는 작은 크기의 황화물과 관련될 수 있다.

표 4는 열간 압연 단계의 샘플에 관한 것이고, 표 5는 냉간 압연 상태의 샘플에 관한 것이고, 시효 어닐링이 석출 경화를 초래하기 이전이며, 표 6은 냉간 압연 및 시효 상태에 해당하는 것을 포함하는, 다양한 상이한 샘플들의 중요한 기계적 특성들 (하기에서 볼 수 있는 피로-관련된 특성은 제외함)이 표 4, 5 및 6에 요약되어 있다. 상기 특성은 스트립의 압연 방향에 대한 종 (longitudinal) 방향 및 상기 압연 방향에 수직인 횡 (transverse) 방향을 따라 양자에서 측정되었다. 이들 특성들은 영률 E (열간 압연된 샘플의 경우), 비커스 경도 (Vickers hardness) HV 1 (냉간 압연된 샘플의 경우, 미시효 (unaged) 및 시효됨), 통상 항복 강도 Rp₀ _.2 (MPa로 표시됨), 최대 인장 강도 Rm (MPa로 표시됨), 파단시 연신율 (elongation at break) A, 균일 연신율 Ar (%로 표시되고, 초기 단면 S₀의 제곱근의 5.65배에 해당하는 길이 L₀의샘플로부터 측정됨) 및 총 연신율 At이다.

표 4: 열간 압연 상태에서 샘플들의 기계적 특성

표 5: 냉간 압연 상태에서 샘플들의 기계적 특성

표 6: 냉간 압연 및 시효 상태에서 샘플들의 기계적 특성

예상할 수 있는 바와 같이, 냉간 압연 제품의 경우에 본 발명의 바람직한 적용에 대하여 가장 중요한 기계적 특성인 것은 단순 압연 후 보다 시효 후에 실제로 훨씬 더 유리하고, 상기 시효는 또한 냉간 압연 상태에 걸쳐서 알려진 종 방향 및 횡 방향에서의 파단 시 연신율, 인장 강도, 항복 강도 사이에서의 차이를 크게 감소시킬 수 있다.

또한 실시예인 발명 6에 나타난 바와 같이, 시효 후에, 이러한 단계에서 추구된 목표에 상응하는 인장 강도 및 항복 강도를 갖지 않았다. 이것은 아마도 이의 Mo 함량이 상대적으로 낮고 이의 Co 함량이 시효 후 최적의 특성을 얻기 위해 이러한 약점을 보완하는데 기여하지 않는다는 사실에 기인한 것이다. 이는 Mo 함량이 상대적으로 낮은 발명 2의 실시예와 비교되지만, 발명 6에 대하여 보다 실질적으로 더 높은 Co 함량이 이러한 보상을 얻을 수 있는 능력을 제공하는 경우이다. 그럼에도 불구하고, 실시예인 발명 6은 열간 압연 상태에서의 이의 특성이 본 발명의 대응하는 변형예의 요건에 부합한다는 사실로 인하여, 본 발명의 일부로서 간주되어야한다.

또한, 표 6의 제조를 위한 실시예로서 제공된 것과 약간 상이한 용체화 열처리 및 시효 열처리 공정에 대해, 얻어진 경도 값은 상대적으로 적게 변한다는 것이 주목되었다. 발명 1의 샘플을 850℃에서 30분 동안, 그 후 450℃에서 2시간 동안 처리하였고 수득한 결과의 경도는 699 HV 1이다. 발명 2의 샘플을 850℃에서 30분 동안, 그 후 500℃에서 1시간의 기간 동안 처리하였고 수득한 결과의 경도는 642 HV 1이다. 발명 3의 샘플을 850℃에서 30분의 기간 동안, 그 후 450℃에서 4시간 동안 처리하였고, 수득한 결과의 경도는 678 HV 1이다.

시효 조건들은 (표준화 어닐링 또는 용체화 어닐링 이후) 이들을 최적화할 목적으로 냉간 압연 제품에 대해 탐구되었다. 아르곤 하에서 30분의 기간 동안 850 ℃에서의 용체화 어닐링은 각각의 등급 (아르곤 하에서 800℃와 1000℃ 사이에서 탐구된 여러 조건 중)에 대하여 이전에 수행하였고, 오스테나이트 및 균질 구조에 접근할 수 있는 능력을 제공하였다. 그 후에, 의도된 응용에 적합한 시효 조건을 명시하기 위해 이들 어닐링된 재료에 대해 다양하게 상이한 조합 (pairs) (시간 및 온도)을 실험적으로 테스트하였다.

그 후 350℃와 600℃ 사이의 아르곤 하에서 탐구한 시효 조건에 따라 경도의 면에서 최적의 값이 특정되었다.

발명 1의 등급의 바람직한 시효 조건들은 시효된 상태에서 675 이상의 경도 수준 Hv를 달성하기 위하여, 30분 내지 5시간의 기간 동안 450℃ 내지 550℃를 포함한다. 730 Hv의 경도는 500℃에서 1시간의 기간 동안 시효 공정을 거쳐 달성되었다.

발명 2의 등급은 550℃ 미만에서 30분 내지 5시간의 기간 동안의 시효 공정을 거쳐 600 Hv 초과의 표면 경도 수준을 달성할 수 있으며, 바람직하게는 500℃에서 1시간의 기간 동안의 공정을 거쳐 630 Hv 내지 640 Hv를 달성하며;

발명 3의 등급은 550℃ 보다 높은 온도에서 30분 내지 5시간의 기간 동안의 시효 공정을 거쳐 650 Hv 초과의 표면 경도 수준을 달성할 수 있다.

30분 내지 3 시간의 기간 동안, 450℃와 550℃ 사이를 포함하는 시효 조건에 대하여, 발명 4의 등급 및 발명 5의 등급은 처리 시간이 2시간 미만을 갖는 650 Hv 보다 높은 경도 수준에 접근하였다. 예로서, 발명 4에 대한 660 Hv 및 발명 5에 대한 676 Hv의 경도 수준은 Ar 하에서 480℃에서 3시간의 기간 동안 처리하여 얻은 것이다.

마찬가지로 발명 6의 등급 및 발명 7의 등급은 480℃에서 3시간의 시효 조건을 사용하여 각각 636 Hv 및 666 HV의 경도 수준을 나타낸다.

여기서 본 발명의 이러한 등급들은 향상된 기계적 특성을 허용하는 시효 조건과 양립할 수 있으며, 또한 방법 및 공정 모두 뿐만 아니라 관련된 비용 측면에서의 적용 및 사용 설비를 제공한다는 것이 주목할 만하다. 실제로 수득된 결과의 특성인 안정성, 특히 경도는 종래의 등급을 이용하여 4 내지 5 시간의 기간에 걸쳐 수행되는 처리 공정에 의해 수득된 것과 동일하거나 이에 필적하는 특성을 얻기 위해 단시간 (일반적으로 30분)의 어닐링 조작의 수행을 가능하게 한다. 열처리의 단순성 및 경제성의 이러한 특성들은 본 발명에 따른 이러한 등급들에 대하여 특히 유리하다.

본 발명에 따른 이러한 신규한 등급들은 향상된 개재물 집단을 포함하여, 최적화된 시효 조건 하에서 참조 샘플인 참조 1 및 참조 2에 대하여 향상된 기계적 특성들 (경도, 항복 강도, 인장 강도...)을 나타내고, 예를 들어 동적 응력, 피로 응력 중에서 또한 향상되는 특성에 접근 가능하게 한다.

이와 관련하여, 본 발명에 따른 샘플 및 참조 샘플 1은 Ar 하에서 850℃에서 30분의 기간 동안 이후에 450℃에서 2 시간의 기간 동안 처리된 냉간 압연 재료 (5 mm미만으로 측정하는 두께)에 대하여, 25 Hz의 주파수에서 응력비 R = 0.1인 INSTRON 유압 시험 장치(hydraulic testing apparatus)로 비-질화 시효된 상태에서 피로 테스트를 실시하였다. 이러한 시효 조건들은 모든 등급들에 대하여 최적화되지는 않지만, 동일하게 주어진 시효 조건 하에서 상기 등급들을 서로 비교 가능하게 한다. 이러한 응력 테스트의 결과들을 도 1에 나타내었다. 이는 다양한 샘플들에 대하여 관찰된 파단에서의 응력 수준에 부과된 사이클의 수(number of cycles)의 함수로서 나타낸다. 또한 각각의 샘플에 대하여 보고된 결과들은 1000만 회를 초과하는 매우 높은 사이클의 수에 대하여 수행된 테스트에 대하여 수득된 결과이고 (발명 2의 샘플에 대하여 3회 테스트, 나머지에 대하여 1회 테스트), 샘플의 파단을 초래하지 않는 응력 수준을 갖는다.

50 000 사이클로부터 본 발명에 따른 실시예인 발명 1, 발명 2 및 발명 3이 참조 1 보다 큰 내구 응력을 견디고, 부과된 응력보다 크면, 본 발명에 따른 실시 예의 내구성이 크게 증가된다. 참조 2의 샘플은 질화물의 주어진 함유량을 감안하여 이의 피로 테스트가 다른 샘플들의 피로 테스트 보다 열등한 품질의 결과를 제공할 것이라고 확신하였기 때문에 테스트되지 않았다.

최종적으로, 본 발명에 따른 이러한 등급들의 개선된 특성들은 또한 표면에 압축을 가하는 처리 후에 탐구되었다. 이러한 경우, 피로 응력이 가해지는 이들 미세 두께의 재료에 관해서, 표면 균열의 개시를 늦추기 위해 응력을 가하기 이전에 전통적으로 질화 처리를 시행하였다. 압축 하에서의 이러한 배치는 공지된 방식인, 숏 피닝에 의해서도 또한 수행될 수 있다.

따라서, 다양한 질화 조건이 본 발명에 따른 등급들에 대하여 테스트되었고, 그 중 가스 분위기 (NH₃ 하에서 또는 크래킹된 (cracked) NH₃분위기 하)에서 뿐만 아니라 이온 질화에 의해, 30분 내지 90분의 기간 동안 420℃와 510℃ 사이에서 포함되는 온도에서 처리가 포함되었다.

질화된 층은 다양한 매트릭스 내의 질소 확산에 의해 형성되며, 화학 에칭 또는 글로 방전 분광법 (glow discharge spectrometry: GDS)을 사용하는 프로파일 분석에 의해 예상되는, 수십 μm의 특징적인 두께를 구성한다. 그것들은 때때로 균질하게 분포된 미세한 석출물을 함유할 수 있으며, 이에 대하여, 유용한 경우, 강의 조성 및 질화의 조건을 조정함으로써 화학적 성질을 조절하는 것이 가능하다.

탐구된 온도 및 처리 시간 범위에서, 참조 1 및 참조 2와 비교하는 경우, 본 발명에 따른 등급들은 질화 후에 강화된 표면 특성을 나타낸다. 표 7은 동일한 조건 및 양상에 기초한 마이크로 압입자국 (micro indentation)에 의해 평가된 경도 수준의 예를 나타내었다. 시간 및 온도의 가변 조건 이외에도 질화 처리의 3가지 경우가 테스트되었다:

- NH₃하에서 가스 질화(NG1 테스트);

- 크래킹된 NH₃하에서 가스 질화(NG2 테스트);

- 이온 질화 (NI 테스트).

표 7: 상이한 질화 조건들 하에서 극도의 표면 마이크로 압입자국에 의해 평가된 경도 Hv0.1.

테스트의 이러한 유형의 측정 불확실성은 본원의 경우와 같이 거친 표면(rough surfaces)과 국부적 임프레션 (local impressions)을 갖는 샘플에 대해 테스트가 수행되는 경우, 중요하다는 것을 이해해야 한다. 그러므로 종합적인 일반적 경향의 측면에서 표 7의 결과를 해석할 필요가 있다.

따라서, 고성능 피로 매트릭스를 갖는 것 이외에도, 참조 샘플 1 및 참조 샘플 2와 비교하여 질화 후에 표면 경도에서의 증가로 인하여, 본 발명에 따른 샘플들은 특히 표면 상의 더 우수한 기계적 강도 및 마찰에 대한 향상된 내성을 나타낸다. 따라서, 질화 시간을 줄이기 위하여 참조 샘플 1 및 참조 샘플 2와 비교하여 50 Hv0.1 이상의 이득을 쉽게 예상할 수 있다. 따라서, 적절하고 충분하며 특별한요구를 하지 않는 질화의 조건 하에서, 극도의 표면 경도 수준은 본 발명에 따른 등급에 대하여 1050 Hv0.1 이상에 도달할 것으로 예상될 수 있다.

참조 1 및 참조 2와 발명 1 내지 발명 3의 샘플에 대한 질화의 상이한 조건들에 기초하여 극단 표면에서 달성된 경도의 최소값 및 최대값은 도 3에서 보고되었다.

최종적으로, 표면에서 접근 가능한 이러한 상당한 경도 수준은 매트릭스에 대하여 압축 하에서 표면을 배치할 수 있고 표면 균열의 개시를 지연시키는 것을 가능하게 하는 잔류 응력 (X-선 회절법에 의해 측정됨)의 존재를 수반하는 것을 확인하였다.

도 2는 참조 1, 참조 2, 발명 1, 발명 2 및 발명 3의 샘플에 대한, 질화된 압연 판의 표면에 대한 압축 잔류 응력의 정성적 평가이다. 각각의 샘플에 대하여 상기 도는 변화하는 공정, 온도 및 질화 시간에 의해 수행된 모든 테스트들에 대하여 평가된 압축 응력의 플롯된 (plotted) 최소값 및 최대값을 나타낸다. 질화된 층들 내의 잔류 응력의 평가는 하기의 파라미터를 갖는 샘플의 표면에서 수행되었다: 0 내지 51°로 변화하는 카이 (Chi), 측정 간격 1초 (1s), 0.1 단위로 증가하는 0 내지 0.6의 sin² (프사이: psi). 이러한 조건들 하에서 얻어진 값은 재료 표면에서의 응력 수준을 Fe 선의 위치 변화에 따라 결정할 수 있다. 본 발명에 따른 샘플의 잔류 응력은 참조 샘플에서 관찰된 것과 비교하여 상당한 방식으로 저하되지 않는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 사용을 통해, 질화 층의 조성을 제어하고, 따라서 미래의 제품에 대한 의도된 사용의 특정 요구에 적응시키는 것이 더 용이하다. 이것이 바람직한 것으로 보이는 반면에, 질화 층 내의 "조합 층 (combination layers)"으로서 일반적으로 알려진 상의 극단 표면에서의 존재를 따라서 쉽게 방지할 수 있다. 이러한 상들은 Fe₄N, Fe₂N, Fe₂N_1-x 등과 같은 유형의 철 질화물의 석출에 기인한다.

일반적인 방식으로, 질화 층이 보다 쉽게 제어될 수 있는 한에 있어서, 본 발명에 따른 강은 종래 기술의 범위에 속하는 참조 강과 비교하여 하기의 상이한 질화 조건, 향상된 경제성 및 사용 성능 측면 하에 존재한다:

- 이의 구성에 관하여, 특히 조합 층의 존재 유무에 관한 것;

- 이의 두께에 관하여;

- 주어진 질화 조건 하에서 접근 가능한 경도 수준에 관하여;

- 질소 함량의 층의 두께 분포, 석출된 상, 그의 성질 및 그의 분포, 뿐만 아니라 경도, 잔류 응력의 수준에 관하여;

- 질화가 플라즈마에 의해 수행되는지 또는 특히 가스 공정 경로에 의해 수행되는지 관계없이, 참조 등급들에 대하여 얻어진 등가의 특성을 갖는 질화 공정의 산업적 구현 조건의 용이성 및 경제성에 관하여.

본 발명의 바람직한 용도는 특히 하기와 같다:

- 열간 압연 또는 열간 성형되는 반제품으로부터 얻은 제품의 경우, 일반적으로 터빈 샤프트 (turbine shafts) 또는 트랜스미션 (transmission) 구성 부품;

- 냉간 압연 판 또는 스트립으로부터 얻은 제품의 경우, 자동차용 트랜스미션 벨트의 구성요소 또는 예컨대 공작 기계와 같은 회전 기계, 특히 자동차용 CVT-형 자동 트랜스미션용 벨트.

Claims

중량 백분율로 그 조성이 하기와 같은 것을 특징으로 하는, 강 (steel)으로서:
- 10.0% ≤ Ni ≤ 24.5%, 바람직하게는 12.0% ≤ Ni ≤ 24.5 %;
- 1.0% ≤ Mo ≤ 12.0%, 바람직하게는 2.5% ≤ Mo ≤ 9.0%;
- 1.0% ≤ Co ≤ 25.0%;
- 20.0% ≤ Mo + Co + Si + Mn + Cu + W + V + Nb + Zr + Ta + Cr + C ≤ 29.0%, 바람직하게는 22.0% ≤ Mo + Co + Si + Mn + Cu + W + V + Nb + Zr + Ta + Cr + C ≤ 29.0%, 더욱 바람직하게는 22.5% ≤ Mo + Co + Si + Mn + Cu + W + V + Nb + Zr + Ta + Cr + C ≤ 29.0%;
- Co + Mo ≥ 20.0%; 바람직하게는 Co + Mo ≥ 21.0%; 더욱 바람직하게는 Co + Mo ≥ 22.0%;
- Ni + Co + Mo ≥ 29%; 바람직하게는 Ni + Co + Mo ≥ 41.0%;
- 미량 ≤ Al ≤ 4.0%, 바람직하게는 0.01% ≤ Al ≤ 1.0%;
- 미량 ≤ Ti ≤ 0.1%;
- 미량 ≤ N ≤ 0.0050%;
- 미량 ≤ Si ≤ 2.0%; 바람직하게는 0.04% ≤ Si ≤ 2.0%;
- 미량 ≤ Mn ≤ 4.0%;
- 미량 ≤ C ≤ 0.03%;
- 미량 ≤ S ≤ 0.0020%, 바람직하게는 미량 ≤ S ≤ 0.0010%;
- 미량 ≤ P ≤ 0.005%;
- 미량 ≤ B ≤ 0.01%;
- 미량 ≤ H ≤ 0.0005%;
- 미량 ≤ O ≤ 0.0025%;
- 미량 ≤ Cr ≤ 5.0%;
- 미량 ≤ Cu ≤ 2.0%;
- 미량 ≤ W ≤ 4.0%;
- 미량 ≤ Zr ≤ 4.0%;
- 미량 ≤ Ca ≤ 0.1%;
- 미량 ≤ Mg ≤ 0.1%;
- 미량 ≤ Nb ≤ 4.0%;
- 미량 ≤ V ≤ 4.0%;
- 미량 ≤ Ta ≤ 4.0%;
및 제련 및 제조 공정의 결과인 불순물과 철인 잔부 (remainder)를 가지며;
상기 강이 열간 성형된 (hot-formed) 구성 부품/공작물 (work piece) 또는 열간 압연 판의 형태인 경우, 650 mm²의 치수를 갖고; 상기 강이 냉간 압연 판의 형태인 경우, 800 mm²의 치수를 갖는, 연마된 표면에 대해 화상 분석 (image analysis)을 통해 관찰된 것으로서의, 개재물 집단 (inclusion population)은 10μm 초과의 등가 직경 (equivalent diameter)을 갖는 비금속 개재물을 포함하지 않고, 바람직하게는 8 μm 초과의 등가 직경을 갖는 비금속 개재물을 포함하지 않으며, 그리고, 열간 압연 판의 경우, 100 mm²에 걸쳐 5 μm 내지 10 μm의 등가 직경을 갖는 4개 보다 많은 비금속 개재물을 포함하지 않고, 상기 관찰은 650 mm²의 치수를 갖는 연마된 표면에 대해 화상 분석을 통해 실행되는 것인, 강.
청구항 1에 있어서, 18.0% ≤ Ni + Mo ≤ 27.0%인 것을 특징으로 하는, 강.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, Cr은 제련 및 제조 공정의 결과로 미량으로만 존재하는 것을 특징으로 하는, 강.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 미량 ≤ Cr < 0.10%인 것을 특징으로 하는, 강.
- 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 따른 조성을 갖는 강으로 이루어진 재용융된 전극 (remelting electrode)을 제조하고;
- 재용융된 전극을 얻기 위해 이러한 전극의 재용융은 단일 또는 다중 재용융 공정을 통해 실행되며;
- 열간 성형 판 또는 열간 성형 스트립을 얻기 위해, 1050℃와 1300℃ 사이를 포함하는 온도에서, 상기 재용융된 전극의 열간 성형의 하나 이상의 공정이 수행되고;
- 선택적으로 열처리 공정이 상기 열간 성형 판 또는 상기 열간 성형 스트립에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는, 강으로 이루어진 제품의 제조 방법.
청구항 5에 있어서, 가능하게는 열 처리된 (possibly heat treated), 상기 열간 성형 판 또는 스트립은 1010 MPa 이상의 인장 강도, 130 GPa 이상의 영률 (Young's modulus), 및 2% 이상의 균일 연신율 (uniform elongation)을 가질 수 있는 것을 특징으로 하는, 강으로 이루어진 제품의 제조 방법.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서, 가능하게는 열 처리된, 열간 성형된 상기 스트립 또는 열간 성형된 상기 판은 2 mm 이하, 바람직하게는 1 mm 이하의 두께를 갖는 판 또는 스트립을 얻기 위해, 하나 이상의 패스들 (passes)에서 후속적으로 (subsequently) 냉간 압연 될 수 있는 것을 특징으로 하는, 강으로 이루어진 제품의 제조 방법.
청구항 7에 있어서, 상기 판 또는 스트립은 냉간 압연 패스들 사이 및/또는 최종 냉간 압연 패스 후에 하나 이상의 열처리 공정을 거칠 수 있는 것을 특징으로 하는, 강으로 이루어진 제품의 제조 방법.
청구항 7 또는 청구항 8에 있어서, 다양한 패스들의 냉간 압연의 누적 비율 (cumulative rate)은 적어도 30%, 바람직하게는 적어도 40% 일 수 있는 것을 특징으로 하는, 강으로 이루어진 제품의 제조 방법.
청구항 5 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 열간 압연 또는 냉간 압연되고, 가능하게는 열 처리된 상기 판 또는 스트립은, 2270 MPa 이상의 인장 강도, 2250 MPa 이상의 항복 강도 (yield strength) 및 2% 이상의 균일 연신율을 가질 수 있는 것을 특징으로 하는, 강으로 이루어진 제품의 제조 방법.
청구항 5 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 열간 압연 또는 냉간 압연되고, 가능하게는 열 처리된 상기 판 또는 스트립은, 절단될 수 있고, 후속적으로 가능하게는 성형될 수 있는 것을 특징으로 하는, 강으로 이루어진 제품의 제조 방법.
청구항 11에 있어서, 열간 압연 또는 냉간 압연되고 가능하게는 열 처리되고, 절단되고, 가능하게는, 성형되는 상기 판 또는 스트립은 30분 내지 2시간의 기간 동안 420℃와 550℃ 사이에서, 바람직하게는 1시간 내지 2시간의 기간 동안 450℃와 550℃ 사이에서 경화 처리 (hardening treatment)될 수 있는 것을 특징으로 하는, 강으로 이루어진 제품의 제조 방법.
청구항 12에 있어서, 열간 압연 또는 냉간 압연되고, 가능하게는 열 처리되고, 절단되고, 가능하게는, 성형되는 상기 판 또는 스트립은 그 자신의 경화 후, 동적 하중 (dynamic loads)에 대한 그 자신의 저항을 개선하기 위한 표면 처리 공정을 거칠 수 있는 것을 특징으로 하는, 강으로 이루어진 제품의 제조 방법.
청구항 13에 있어서, 상기 표면 처리는 침탄 (carburising), 또는 가스 질화 (gas nitriding), 또는 이온 질화 (ion nitriding), 또는 침탄 질화 (carbonitriding), 또는 숏 피닝 (shot peening)의 공정일 수 있는 것을 특징으로 하는, 강으로 이루어진 제품의 제조 방법.
청구항 5 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서, 가능하게는 열 처리되는 열간 압연 판 또는 스트립의 결정 입도 (grain size), 또는 가능하게는 열 처리되는 냉간 압연 판 또는 스트립의 결정 입도는 8 ASTM 또는 더 미세 (finer)할 수 있고, 바람직하게는 10 ASTM 또는 더 미세할 수 있는 것을 특징으로 하는, 강으로 이루어진 제품의 제조 방법.
중량 백분율로 이의 조성이 하기와 같은 것을 특징으로 하는, 열 성형 공정을 거치고 가능하게는 열 처리된 강으로 이루어진 제품 (product)으로서:
- 10.0% ≤ Ni ≤ 24.5%, 바람직하게는 12.0% ≤ Ni ≤ 24.5 %;
- 1.0% ≤ Mo ≤ 12.0%, 바람직하게는 2.5% ≤ Mo ≤ 9.0%;
- 1.0% ≤ Co ≤ 25.0%;
- 20.0% ≤ Mo + Co + Si + Mn + Cu + W + V + Nb + Zr + Ta + Cr + C ≤ 29.0%, 바람직하게는 22.0% ≤ Mo + Co + Si + Mn + Cu + W + V + Nb + Zr + Ta + Cr + C ≤ 29.0%, 더욱 바람직하게는 22.5% ≤ Mo + Co + Si + Mn + Cu + W + V + Nb + Zr + Ta + Cr + C ≤ 29.0%;
- Co + Mo ≥ 20.0%; 바람직하게는 Co + Mo ≥ 21.0%; 더욱 바람직하게는 Co + Mo ≥ 22.0%;
- Ni + Co + Mo ≥ 29%; 바람직하게는 Ni + Co + Mo ≥ 41.0%;
- 미량 ≤ Al ≤ 4.0%, 바람직하게는 0.01% ≤ Al ≤ 1.0%;
- 미량 ≤ Ti ≤ 0.1%;
- 미량 ≤ N ≤ 0.0050%;
- 미량 ≤ Si ≤ 2.0%; 바람직하게는 0.04% ≤ Si ≤ 2.0%;
- 미량 ≤ Mn ≤ 4.0%;
- 미량 ≤ C ≤ 0.03%;
- 미량 ≤ S ≤ 0.0020%, 바람직하게는 미량 ≤ S ≤ 0.0010%;
- 미량 ≤ P ≤ 0.005%;
- 미량 ≤ B ≤ 0.01%;
- 미량 ≤ H ≤ 0.0005%;
- 미량 ≤ O ≤ 0.0025%;
- 미량 ≤ Cr ≤ 5.0%;
- 미량 ≤ Cu ≤ 2.0%;
- 미량 ≤ W ≤ 4.0%;
- 미량 ≤ Zr ≤ 4.0%;
- 미량 ≤ Ca ≤ 0.1%;
- 미량 ≤ Mg ≤ 0.1%;
- 미량 ≤ Nb ≤ 4.0%;
- 미량 ≤ V ≤ 4.0%;
- 미량 ≤ Ta ≤ 4.0%;
및 제련 및 제조 공정의 결과인 불순물과 철인 잔부를 가지며;
상기 강이 열간 성형된 구성 부품/공작물 또는 열간 압연 판의 형태인 경우 650 mm²의 치수를 갖는 연마된 표면에 대해 화상 분석을 통해 관찰된 것으로서의, 개재물 집단은 10μm 초과의 등가 직경을 갖는 비금속 개재물을 포함하지 않고, 바람직하게는 8 μm 초과의 등가 직경을 갖는 비금속 개재물을 포함하지 않으며, 그리고, 열간 압연 판의 경우, 100 mm²에 걸쳐 5 μm 내지 10 μm의 등가 직경을 갖는 4개 보다 많은 비금속 개재물을 포함하지 않고, 상기 관찰은 650 mm²의 치수를 갖는 연마된 표면에 대해 화상 분석을 통해 실행되는 것인, 열 성형 공정을 거치고 가능하게는 열 처리된 강으로 이루어진 제품.
청구항 16에 있어서, 18.0% ≤ Ni + Mo ≤ 27.0%인 것을 특징으로 하는, 열 성형 공정을 거치고 가능하게는 열 처리된 강으로 이루어진 제품.
청구항 16 또는 청구항 17에 있어서, Cr은 제련 및 제조 공정의 결과로 미량으로만 존재하는 것을 특징으로 하는, 열 성형 공정을 거치고 가능하게는 열 처리된 강으로 이루어진 제품.
청구항 16 또는 청구항 17에 있어서, 미량 ≤ Cr < 0.10%인 것을 특징으로 하는, 열 성형 공정을 거치고 가능하게는 열 처리된 강으로 이루어진 제품.
청구항 17 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서, 열 성형 공정을 거치고 가능하게는 열 처리된 강으로 이루어진 제품은 1010 MPa 이상의 인장 강도, 130 GPa 이상의 영률, 및 2% 이상의 균일 연신율을 갖는 것을 특징으로 하는, 열 성형 공정을 거치고 가능하게는 열 처리된 강으로 이루어진 제품.
중량 백분율로 이의 조성이 하기와 같은 것을 특징으로 하는, 강으로 이루어진 냉간 압연 판 또는 스트립으로서:
- 10.0% ≤ Ni ≤ 24.5%, 바람직하게는 12.0% ≤ Ni ≤ 24.5 %;
- 1.0% ≤ Mo ≤ 12.0%, 바람직하게는 2.5% ≤ Mo ≤ 9.0%;
- 1.0% ≤ Co ≤ 25.0%;
- 20.0% ≤ Mo + Co + Si + Mn + Cu + W + V + Nb + Zr + Ta + Cr + C ≤ 29.0%, 바람직하게는 22.0% ≤ Mo + Co + Si + Mn + Cu + W + V + Nb + Zr + Ta + Cr + C ≤ 29.0%, 더욱 바람직하게는 22.5% ≤ Mo + Co + Si + Mn + Cu + W + V + Nb + Zr + Ta + Cr + C ≤ 29.0%;
- Co + Mo ≥ 20.0%; 바람직하게는 Co + Mo ≥ 21.0%; 더욱 바람직하게는 Co + Mo ≥ 22.0%;
- Ni + Co + Mo ≥ 29%; 바람직하게는 Ni + Co + Mo ≥ 41.0%;
- 미량 ≤ Al ≤ 4.0%, 바람직하게는 0.01% ≤ Al ≤ 1.0%;
- 미량 ≤ Ti ≤ 0.1%;
- 미량 ≤ N ≤ 0.0050%;
- 미량 ≤ Si ≤ 2.0%; 바람직하게는 0.04% ≤ Si ≤ 2.0%;
- 미량 ≤ Mn ≤ 4.0%;
- 미량 ≤ C ≤ 0.03%;
- 미량 ≤ S ≤ 0.0020%, 바람직하게는 미량 ≤ S ≤ 0.0010%;
- 미량 ≤ P ≤ 0.005%;
- 미량 ≤ B ≤ 0.01%;
- 미량 ≤ H ≤ 0.0005%;
- 미량 ≤ O ≤ 0.0025%;
- 미량 ≤ Cr ≤ 5.0%;
- 미량 ≤ Cu ≤ 2.0%;
- 미량 ≤ W ≤ 4.0%;
- 미량 ≤ Zr ≤ 4.0%;
- 미량 ≤ Ca ≤ 0.1%;
- 미량 ≤ Mg ≤ 0.1%;
- 미량 ≤ Nb ≤ 4.0%;
- 미량 ≤ V ≤ 4.0%;
- 미량 ≤ Ta ≤ 4.0%;
및 제련 및 제조 공정의 결과인 불순물과 철인 잔부를 가지며;
800 mm²의 치수를 갖는 연마된 표면에 대해 화상 분석을 통해 관찰된 것으로서의, 개재물 집단은 10μm 초과의 등가 직경을 갖는 비금속 개재물을 포함하지 않고, 바람직하게는 8 μm 초과의 등가 직경을 갖는 비금속 개재물을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 냉간 압연 판 또는 스트립.
청구항 21에 있어서, 18.0% ≤ Ni + Mo ≤ 27.0%인 것을 특징으로 하는, 냉간 압연 판 또는 스트립.
청구항 21 또는 청구항 22에 있어서, Cr은 제련 및 제조 공정의 결과로 미량으로만 존재하는 것을 특징으로 하는, 냉간 압연 판 또는 스트립.
청구항 21 또는 청구항 22에 있어서, 미량 ≤ Cr <0.10%인 것을 특징으로 하는, 냉간 압연 판 또는 스트립.
청구항 21 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉간 압연 판 또는 스트립은 냉간 압연 후에 하나 이상의 열 처리 공정을 거치는 것을 특징으로 하는, 냉간 압연 판 또는 스트립.
청구항 16 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 있어서, 냉간 압연되고 가능하게는 열 처리된 상기 판 또는 스트립은 2270 MPa 이상의 인장 강도, 2250 MPa 이상의 항복 강도 및 2% 이상의 균일 연신율을 갖는 것을 특징으로 하는, 열간 압연 또는 냉간 압연 판 또는 스트립.
강으로 이루어진 제품으로서, 청구항 16 내지 청구항 26 중 어느 한 항에 따른 열간 압연 또는 냉간 압연 판 또는 스트립으로부터 얻고 (derived from), 가능하게는 성형을 거치며, 동적 하중에 대한 그 자신의 저항을 개선하기 위한 표면 처리 공정을 가능하게는 거치는 것을 특징으로 하는, 강으로 이루어진 제품.
청구항 27에 있어서, 상기 표면 처리는 침탄, 가스 질화, 이온 질화, 침탄 질화, 숏 피닝의 공정 중에서 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는, 강으로 이루어진 제품.
열간 성형된 터빈 샤프트 (turbine shaft) 또는 트랜스미션 (transmission) 구성 부품으로서, 상기 샤프트 또는 상기 구성 부품은 청구항 16 내지 청구항 20 또는 청구항 27 중 어느 한 항에 따른 열간 성형 제품으로 이루어진 하나 이상의 구성요소 (element)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 터빈 샤프트 또는 트랜스미션 구성 부품.
냉간 압연 판 또는 스트립 또는 청구항 21 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 따른 전술한 유형 (foregoing type)의 제품으로 이루어진 하나 이상의 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 트랜스미션 벨트 (transmission belt).
청구항 30에 있어서, 자동차용 CVT-형 트랜스미션 벨트인 것을 특징으로 하는, 트랜스미션 벨트.
청구항 16 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 따른 열 성형 공정을 거치고 가능하게는 열 처리된 강으로 이루어진 제품, 또는 청구항 21 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 따라 냉간 압연되고 가능하게는 열 처리된 판 또는 스트립으로서, 상기 제품 또는 상기 판 또는 스트립의 결정 입도는 ASTM 8 또는 더 미세하고, 바람직하게는 ASTM 10 또는 더 미세한 것을 특징으로 하는, 제품 또는 판 또는 스트립.