(57)【要約】本発明は、表面特性に優れたオーステナイト系耐摩耗鋼材及びこれを製造する方法に関する。本発明によると、重量％で、炭素（Ｃ）：０．６〜１．３％、マンガン（Ｍｎ）：１４〜２２％、銅（Ｃｕ）：５％以下（０％を除く）、クロム（Ｃｒ）：５％以下（０％を除く）、ケイ素（Ｓｉ）：１．０％以下（０％を除く）、アルミニウム（Ａｌ）：０．５％以下（０％を除く）、リン（Ｐ）：０．１％以下（０％を含む）、硫黄（Ｓ）：０．０２％以下（０％を含む）、残部が鉄（Ｆｅ）とその他の不可避不純物からなり、微細組織が、面積％で、５％以下の炭化物及び残部オーステナイト組織からなり、表面欠陥の大きさが０．３ｍｍ以下である表面特性に優れたオーステナイト系鋼材及びその製造方法が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、炭素（Ｃ）：０．６〜１．３％、マンガン（Ｍｎ）：１４〜２２％、銅（Ｃｕ）：５％以下（０％を除く）、クロム（Ｃｒ）：５％以下（０％を除く）、ケイ素（Ｓｉ）：１．０％以下（０％を除く）、アルミニウム（Ａｌ）：０．５％以下（０％を除く）、リン（Ｐ）：０．１％以下（０％を含む）、硫黄（Ｓ）：０．０２％以下（０％を含む）、残部が鉄（Ｆｅ）とその他の不可避不純物からなり、微細組織が、面積％で、５％以下の炭化物及び残部オーステナイト組織からなり、表面欠陥の大きさが０．３ｍｍ以下であることを特徴とする表面特性に優れたオーステナイト系鋼材。
【請求項２】
表面欠陥の大きさが０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の表面特性に優れたオーステナイト系鋼材。
【請求項３】
重量％で、炭素（Ｃ）：０．６〜１．３％、マンガン（Ｍｎ）：１４〜２２％、銅（Ｃｕ）：５％以下（０％を除く）、クロム（Ｃｒ）：５％以下（０％を除く）、ケイ素（Ｓｉ）：１．０％以下（０％を除く）、アルミニウム（Ａｌ）：０．５％以下（０％を除く）、リン（Ｐ）：０．１％以下（０％を含む）、硫黄（Ｓ）：０．０２％以下（０％を含む）、残部が鉄（Ｆｅ）とその他の不可避不純物からなる鋼スラブを１０００℃以上１１５０℃以下で再加熱するスラブ再加熱段階と、
前記再加熱されたスラブを８５０〜９５０℃の仕上げ圧延温度条件で熱間圧延して熱延鋼材を得る熱間圧延段階と、
前記熱延鋼材を５℃／ｓ以上の冷却速度で６００℃以下まで冷却する冷却段階と、を含むことを特徴とする表面特性に優れたオーステナイト系鋼材の製造方法。
【請求項４】
前記冷却段階において、冷却時の冷却速度が１５℃／ｓ以上であることを特徴とする請求項３に記載の表面特性に優れたオーステナイト系鋼材の製造方法。
【請求項５】
前記鋼材は、微細組織が、面積％で、５％以下の炭化物及び残部オーステナイト組織からなり、表面欠陥の大きさが０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の表面特性に優れたオーステナイト系鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業機械、構造材料、そして、スラリーパイプ用鋼材、耐サワー（ｓｏｕｒ）鋼材などといった石油・ガス産業（Ｏｉｌ  ａｎｄ  Ｇａｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）において採掘、輸送、貯蔵分野などで用いられる耐摩耗性に優れたオーステナイト系鋼材及びその製造方法に関し、より詳細には、延性に加えて、優れた耐摩耗性、靭性、及び耐食性などを有する表面特性に優れたオーステナイト系鋼材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーステナイト系鋼材は、それ自体が有している加工硬化能や非磁性などの性質により、様々な用途で用いられている。特に、従来主に用いられていたフェライト或いはマルテンサイトを主組織とする炭素鋼がその特性に限界を示すことにより、それらの欠点を克服する代替材としてその適用が増加する傾向にある。
【０００３】
特に、鉱業及び石油・ガス産業（Ｏｉｌ  ａｎｄ  Ｇａｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）の成長に伴い、採掘、輸送、精製、及び貯蔵過程で使用鋼材の摩耗が大きい問題として浮上している。特に最近、石油を代替する化石燃料としてオイルサンド（Ｏｉｌ  Ｓａｎｄｓ）に対する開発が本格化している影響を受けて、オイル、砂利、砂などが含まれるスラリーによる鋼材の摩耗は、生産コストの増加をもたらす重要な原因として指摘されている。これにより、耐摩耗性及び靭性に優れた鋼材の開発及び適用に対するニーズが大幅に増加している。
【０００４】
そこで、ハッドフィールド（Ｈａｄｆｉｅｌｄ）鋼は、優れた耐摩耗性を有することから、様々な産業で耐摩耗部品として広く使用されており、鋼材の耐摩耗性を高めるために、高含有量の炭素を含有させたり、またはマンガンを大量に含ませたりすることで、オーステナイト組織及び耐摩耗性を増加させるための努力が着実に進められてきた。
【０００５】
しかし、ハッドフィールド鋼の高い炭素含有量は、オーステナイト粒界に沿ってネットワーク状の炭化物を高温で生成させて、鋼材の物性、特に延性を急激に低下させる。かかるネットワーク状の炭化物析出を抑制するために、熱処理をするか、または高温で溶体化処理をして熱間加工後に常温に急冷させることで高マンガン鋼を製造する方法が提示された。
【０００６】
しかし、ハッドフィールド鋼は、一般の機械的摩耗環境では優れた耐摩耗性を有するが、腐食摩耗を伴う環境では、優れた耐摩耗性を発揮することが難しく、複合的な摩耗が発生する過酷な環境に適用するには無理がある。
【０００７】
最近では、かかる点を考慮して、耐食性も確保するオーステナイト系耐摩耗鋼が開発された。しかし、炭素含有量が非常に高いオーステナイト系耐摩耗鋼では炭化物析出による靭性劣化が常に問題となっている。尚、高マンガン鋼のインゴットまたは鋳片には、凝固中にマンガンや炭素などの合金元素による偏析が必然的に発生する。これが、熱間圧延などの後加工時にさらに悪化して、結果として最終製品において、偏析帯に沿って炭化物の部分析出がネットワーク状に発生し、最終的に微細組織の不均一性を助長して物性を劣化させる結果をもたらす。したがって、オーステナイト系耐摩耗鋼では、主に炭化物析出による物性劣化を防止するための研究が行われてきた。
【０００８】
もう一つの問題として表面に発生する不均一酸化が挙げられる。かかる不均一酸化は、特に粒界に沿って発生し、スラブ再加熱過程でクラックを誘発させ、応力が発生する圧延過程でクラックを成長させて、最終製品の表面特性を劣化させる。表面に発生するクラックは、製品曲げや引張加工時の早期破断を発生させる原因として作用する可能性があり、耐摩耗性能を低下させることがありうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】韓国公開特許第２０１０−０１０６６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、不均一酸化を抑制し、表面品質を向上させた表面特性に優れたオーステナイト系鋼材を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、不均一酸化を抑制し、表面品質を向上させた表面特性に優れたオーステナイト系鋼材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の好ましい一側面によると、重量％で、炭素（Ｃ）：０．６〜１．３％、マンガン（Ｍｎ）：１４〜２２％、銅（Ｃｕ）：５％以下（０％を除く）、クロム（Ｃｒ）：５％以下（０％を除く）、ケイ素（Ｓｉ）：１．０％以下（０％を除く）、アルミニウム（Ａｌ）：０．５％以下（０％を除く）、リン（Ｐ）：０．１％以下（０％を含む）、硫黄（Ｓ）：０．０２％以下（０％を含む）、残部が鉄（Ｆｅ）とその他の不可避不純物からなり、微細組織が、面積％で、５％以下の炭化物及び残部オーステナイト組織からなり、表面欠陥の大きさが０．３ｍｍ以下である表面特性に優れたオーステナイト系鋼材が提供される。
【００１３】
本発明の好ましい他の一側面によると、重量％で、炭素（Ｃ）：０．６〜１．３％、マンガン（Ｍｎ）：１４〜２２％、銅（Ｃｕ）：５％以下（０％を除く）、クロム（Ｃｒ）：５％以下（０％を除く）、ケイ素（Ｓｉ）：１．０％以下（０％を除く）、アルミニウム（Ａｌ）：０．５％以下（０％を除く）、リン（Ｐ）：０．１％以下（０％を含む）、硫黄（Ｓ）：０．０２％以下（０％を含む）、残部が鉄（Ｆｅ）とその他の不可避不純物からなる鋼スラブを１０００℃以上１１５０℃以下で再加熱するスラブ再加熱段階と、上記再加熱されたスラブを８５０〜９５０℃の仕上げ圧延温度条件で熱間圧延して熱延鋼材を得る熱間圧延段階と、上記熱延鋼材を５℃／ｓ以上の冷却速度で６００℃以下まで冷却する冷却段階と、を含む表面特性に優れたオーステナイト系鋼材の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、表面特性に優れたオーステナイト系鋼材を提供することができるようになる。
【００１５】
これにより、優れた耐摩耗性を有するようになるため、摩耗が大量に発生する石油・ガス産業での採掘、輸送、貯蔵分野または産業機械分野全般において耐摩耗性が要求される分野に適用可能であり、特に美麗な表面品質が要求される分野にその適用範囲を拡大するとともに、鋼材生産の面でも製品表面の補修必要性が減少して生産性及び効率の向上が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】発明鋼３及び比較鋼５の組織を撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者らは、耐摩耗性が要求される技術分野で用いられていた従来の鋼材に比べて優れた強度及び耐摩耗性を有する鋼材について研究して、高マンガン鋼の場合に、オーステナイト系鋼材特有の優れた強度及び伸びを確保することができるだけでなく、加工硬化率を向上させると、耐摩耗環境で素材自体の加工硬化により、硬度が逆に高くなり、優れた耐摩耗性を確保することができることを見出し、これを基に本発明を完成するに至った。
【００１８】
また、従来のオーステナイト系耐摩耗鋼材の問題である劣る表面特性を向上するために、不均一酸化を抑制するための熱間圧延前のスラブの再加熱条件を導出することにより、耐摩耗性に加えて、優れた表面特性を有する耐摩耗鋼を製造することができることが確認できた。
【００１９】
以下、本発明の好ましい一側面による表面特性に優れたオーステナイト系鋼材について説明する。
【００２０】
本発明の好ましい一側面による表面特性に優れたオーステナイト系鋼材は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．６〜１．３％、マンガン（Ｍｎ）：１４〜２２％、銅（Ｃｕ）：５％以下（０％を除く）、クロム（Ｃｒ）：５％以下（０％を除く）、ケイ素（Ｓｉ）：１．０％以下（０％を除く）、アルミニウム（Ａｌ）：０．５％以下（０％を除く）、リン（Ｐ）：０．１％以下（０％を含む）、硫黄（Ｓ）：０．０２％以下（０％を含む）、残部が鉄（Ｆｅ）とその他の不可避不純物からなり、微細組織が、面積％で、５％以下の炭化物と残部がオーステナイト組織からなり、表面欠陥の大きさが０．３ｍｍ以下である。
【００２１】
まず、鋼成分及び成分範囲について説明する。
【００２２】
Ｃ：０．６〜１．３重量％（以下、「％」とする）
炭素（Ｃ）は、オーステナイト安定化元素でありながら、均一伸びを向上させる役割を果たすだけでなく、強度を向上するとともに加工硬化率を高めるのに非常に有利な元素である。かかる炭素の含有量が０．６％未満である場合には、常温で安定したオーステナイトを形成することが難しく、十分な強度及び加工硬化率を確保することが困難である。これに対し、Ｃの含有量が１．３％を超えると、炭化物が大量に析出して均一伸びを低減させ、優れた伸びを確保することが難しくなる可能性があり、耐摩耗性の低下及び早期破断をもたらす。耐摩耗性を向上するためには、できる限り炭素含有量を高めることが有利であるが、炭素固溶に限界があり、物性が劣ってくるおそれがあるため、Ｃの上限を１．３％に制限することが好ましい。したがって、Ｃの含有量を０．６〜１．３％に制限することが好ましい。より好ましいＣの含有量は０．６〜１．２５％である。
【００２３】
Ｍｎ：１４〜２２％
マンガン（Ｍｎ）は、オーステナイトを安定化させる役割を果たす非常に重要な元素であって、均一伸びを向上させる。本発明において、主組織としてオーステナイトを得るためには、Ｍｎが１４％以上含まれることが好ましい。Ｍｎの含有量が１４％未満であると、オーステナイト安定度が低下してマルテンサイト組織が形成されることがある。そのため、オーステナイト組織を十分に確保できない場合には、十分な均一伸びを確保することが難しい。これに対し、Ｍｎの含有量が２２％を超えると、製造コストが上昇するだけでなく、マンガン添加による耐食性の低下や製造工程上の難しさなどという問題が生じてくる。したがって、Ｍｎの含有量を１４〜２２％に制限することが好ましい。
【００２４】
Ｃｕ：５％以下（０％を除く）
銅（Ｃｕ）は、炭化物内の固溶度が非常に低く、オーステナイト内での拡散が遅いことから、オーステナイトと核生成された炭化物界面に濃縮され、結果として炭素の拡散を抑制することにより、炭化物の成長を効果的に遅らせる。その結果、炭化物の生成を抑制するという効果を奏する。また、銅は、耐食性の向上にも役立つ。但し、Ｃｕの含有量が５％を超えると、鋼材の熱間加工性を低下させるという問題があるため、Ｃの上限を５％に制限することが好ましい。上述した炭化物の抑制効果を得るための銅の含有量は０．０５％以上であることがより好ましい。より好ましいＣｕの含有量は、０．０５〜３．０％である。
【００２５】
Ｃｒ：５％以下（０％を除く）
クロムは、適正な添加量範囲まではオーステナイト内に固溶されて鋼材の強度を増加させる役割を果たす。また、クロムは、鋼材の耐食性を向上させる元素でもある。但し、クロムは、炭化物元素であり、特に、オーステナイト粒界に炭化物を形成して靭性を低下させる元素でもある。したがって、本発明で添加されるクロムの含有量は、炭素及び一緒に添加されるその他の元素との関係に注意して決定することが好ましく、炭化物の形成を防止するためには、Ｃｒの含有量の上限を５％に制限することが好ましい。Ｃｒの含有量が５％を超えると、オーステナイト粒界におけるクロム系炭化物の生成を効果的に抑制することが難しく、その結果、衝撃靭性が低下するという問題がある。したがって、クロムの含有量を５％以下に制限することが好ましい。
【００２６】
ケイ素（Ｓｉ）：１．０％以下（０％は除く）及びアルミニウム（Ａｌ）：０．５％以下（０％を除く）
アルミニウム（Ａｌ）及びケイ素（Ｓｉ）は、製鋼工程での脱酸剤として含まれる成分である。本発明において、鋼材は、上記限定された成分範囲内でアルミニウム（Ａｌ）及びケイ素（Ｓｉ）を含むことができる。
【００２７】
リン（Ｐ）：０．１％以下（０％を含む）及び硫黄（Ｓ）：０．０２％以下（０％を含む）
リン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）は、代表的な不純物であり、大量添加時には品質劣化をもたらす可能性があるため、リン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）をそれぞれ０．１％以下及び０．０２％以下に制限することが好ましい。
【００２８】
本発明の残りの成分は鉄（Ｆｅ）である。但し、通常の製造工程では原料又は周囲環境から意図しない不純物が不可避に混入するため、これを排除することはできない。これらの不純物は、当該技術分野における通常の知識を有する技術者であれば容易に理解されるものであるため、本明細書ではそのすべての内容について特に言及しない。
【００２９】
本発明の好ましい一側面によるオーステナイト系鋼材は、面積％で、５％以下の炭化物及び残部がオーステナイト組織からなる微細組織を有する。表面欠陥の大きさは０．３ｍｍ以下である。より好ましくは、表面欠陥の大きさが０．２ｍｍ以下である。
上記炭化物の含有量が５％を超えると、炭化物が結晶粒界を取り囲むようになる。その結果、伸び及び衝撃靭性が急激に低下するおそれがある。
上記表面欠陥の大きさが０．３ｍｍを超えると、生成された表面クラックが追加加工時に伝播して早期破断を起こしたり、または目標とする最終製品の厚さを保証するのに支障をきたすという問題がある。
ここで表面欠陥の大きさとは、例えば、クラックが発生し始めた時点から停止した地点までの長さと定義することができる。
【００３０】
以下、本発明の好ましい他の一側面による表面特性に優れたオーステナイト系鋼材の製造方法について説明する。
【００３１】
本発明の好ましい他の一側面による表面特性に優れたオーステナイト系鋼材の製造方法は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．６〜１．３％、マンガン（Ｍｎ）：１４〜２２％、銅（Ｃｕ）：５％以下（０％を除く）、クロム（Ｃｒ）：５％以下（０％を除く）、ケイ素（Ｓｉ）：１．０％以下（０％を除く）、アルミニウム（Ａｌ）：０．５％以下（０％を除く）、リン（Ｐ）：０．１％以下（０％を含む）、硫黄（Ｓ）：０．０２％以下（０％を含む）、残部が鉄（Ｆｅ）とその他の不可避不純物からなる鋼スラブを、１０００℃以上で１１５０℃以下の温度で再加熱するスラブ再加熱段階と、上記再加熱されたスラブを仕上げ圧延温度が８５０〜９５０℃になるように熱間圧延して熱延鋼材を得る熱間圧延段階と、上記熱延鋼材を５℃／ｓ以上の冷却速度で６００℃以下まで冷却する冷却段階と、を含む。
【００３２】
スラブ再加熱段階
熱間圧延を行う前に、スラブを１０００℃以上で１１５０℃以下の温度で再加熱する。熱間圧延時には、十分な温度を確保するために１０００℃以上での再加熱が必要となり、高Ｍｎ鋼スラブの表面不均一酸化を抑制するために１１５０℃以下で再加熱することが必須である。
【００３３】
熱間圧延段階
上記のように再加熱されたスラブを仕上げ圧延温度が８５０〜９５０℃になるように熱間圧延して熱延鋼材を得る。
仕上げ圧延温度が８５０℃未満であると、カーバイドが析出して均一伸びが低下する可能性があり、微細組織がパンケーキ化して組織異方性による不均一延伸が発生することがある。これに対し、仕上げ圧延温度が９５０℃を超えると、圧延仕上げ温度が高すぎるため、実際工程上の目標温度を正確に決定することが難しくなるという問題がある。
【００３４】
冷却段階
上記熱間圧延を介して得られる熱延鋼材を５℃／ｓ以上で６００℃以下まで冷却する。
上記冷却速度が５℃／ｓ未満であるか、または冷却停止温度が６００℃を超えると、カーバイドが析出し、伸びが低下するという問題が発生することがある。また、急速な冷却工程は、基地組織内のＣ及びＮの元素の高い固溶度を確保するためにも役立つ。したがって、上記冷却は、５℃／ｓ以上で６００℃以下まで行われることが好ましい。上記冷却速度は、１０℃／ｓ以上の速度を有することがより好ましく、１５℃／ｓ以上の速度を有することがさらに好ましい。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例を通じて本発明をより具体的に説明する。但し、下記実施例は本発明を例示してより詳細に説明するためのもので、本発明の権利範囲を限定するためのものではないことに留意する必要がある。本発明の権利範囲は、特許請求の範囲に記載された事項及びこれから合理的に類推される事項によって決定されるためである。
【００３６】
（実施例）
下記表１に示すような成分系及び組成範囲を満たすスラブを下記表２に示す再加熱及び圧延条件を用いて厚さ１２ｍｍの熱延鋼板を製造した。
その後、上記それぞれの製造された熱延鋼板の微細組織、降伏強度、均一伸び、衝撃靭性を測定し、その結果を下記表３に示した。また、上記熱延鋼板に対する表面欠陥の大きさを測定して下記表３にともに示した。
尚、発明鋼３及び比較鋼５の組織を観察し、その結果を図１に示した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
【表２】
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【００３９】
【表３】
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【００４０】
上記表１から表３に示すように、発明鋼（１−４）の場合は、成分範囲及び製造条件をすべて満たし、すべて良好な表面特性を示している。
これに対し、比較鋼（１）では、Ｃが非常に低いため、十分な強度を確保することができず、比較鋼（２）では、大量のＣの添加により、炭化物が増加して伸び及び衝撃靭性が急激に低下し、比較鋼（３）では、Ｍｎの含有量が足りないことが原因で安定したオーステナイト相が形成されず、マルテンサイトが形成されて衝撃靭性が急激に低下し、比較鋼（４）では、Ｃｒの含有量を越えると、炭化物が過度に形成されて、伸び及び衝撃靭性が急激に低下し、比較鋼（５）では、再加熱温度が基準値を超えて製品表面に大型クラックが発生しており、比較鋼（６−８）では、圧延仕上げ温度、冷却速度、冷却停止温度などの条件が本発明の範囲を外れることが原因で、炭化物が過度に析出したため衝撃靭性が急激に低下することを示している。
一方、図１に示すように、再加熱温度が高い比較鋼（５）の場合は、表面に大きいクラックが形成されたが、低温再加熱温度を適用した発明鋼（３）の場合は、表層が均一で、大型クラックが発生しないことが確認できる。
【図１】
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【国際調査報告】
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