KR100213334B1 - Bi-s free cutting steel and method for manufacturing wire bar therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 카메라, 시계등의 소부품을 가공하는데 범용되는 쾌삭강 및 그 선재를 제조하는 방법에 관한 것으로써, 미세조직 및 Bi 농도 변화에 따른 열간취화온도를 예측하고 이에 근거하여 열간압연하므로써, 내열간취화성이 우수한 Bi-S계 쾌삭강 및 그 선재 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing free cutting steel and wire rods for general use in processing small parts such as a camera and a watch, and predicts hot embrittlement temperature according to a change in microstructure and Bi concentration. An object of the present invention is to provide a Bi-S-based free cutting steel having excellent embrittlement property and a method of manufacturing the wire.
본 발명은 Bi-S계 쾌삭강에 있어서, 중량%로, C : 0.05-0.15%, Mn : 0.5-2.0%, S : 0.15-0.40%, P : 0.01-0.10%, O : 0.003-0.020%, Bi : 0.03-0.30%, Si : 0.01%이하, Al : 0.0009%이하, 잔부 Fe 및 기타불가피한 불순물로 조성되고; MnS 및 Bi가 흡착된 MnS 개재물의 전단면 분율(section area fraction, %) : 0.5-2.0%, 그 길이 : 5-20 마이크로미터, 및 그 폭 : 1-10 마이크로미터 이고; 그리고 금속성 Bi 개재물의 전단면 분율 : 0.030-0.30%인 내열간취화성이 우수한 Bi-S계 쾌삭강 및 이를 이용한 Bi-S계 쾌삭강 선재의 제조방법을 그 요지로 한다.In the present invention, the Bi-S-based free-cutting steel, in weight%, C: 0.05-0.15%, Mn: 0.5-2.0%, S: 0.15-0.40%, P: 0.01-0.10%, O: 0.003-0.020%, Bi: 0.03-0.30%, Si: 0.01% or less, Al: 0.0009% or less, balance Fe and other inevitable impurities; Section area fraction (%) of MnS inclusions adsorbed with MnS and Bi: 0.5-2.0%, its length: 5-20 micrometers, and its width: 1-10 micrometers; The main aspect of the present invention is a Bi-S-based free cutting steel having excellent hot embrittlement resistance at a shear plane fraction of 0.020-0.30% of metallic Bi inclusions and a Bi-S free-cutting steel wire using the same.
Description
제1도는 Bi-S계 쾌삭강에서 미세조직 및 Bi 농도에 따른 파단면감소율의 인장온도에 따른 변화를 나타내는 그래프.1 is a graph showing the change in tensile strength of the fracture reduction rate according to the microstructure and Bi concentration in Bi-S-based free-cutting steel.
본 발명은 카메라, 시계등의 소부품을 가공하는데 범용되는 쾌삭강 및 그 선재를 제조하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, MnS 및 Bi가 흡착된 MnS 개재물이 함유된 내열간취화성이 우수한 Bi-S계 쾌삭강 및 그 선재를 제조하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing free cutting steel and wire rods for general use in processing small parts such as a camera and a watch, and more particularly, Bi having excellent hot embrittlement resistance containing MnS inclusions adsorbed with MnS and Bi. The present invention relates to a S-based free cutting steel and a method of producing the wire rod.
쾌삭강은 우수한 피삭성이 요구되는 카메라, 시계등의 정밀한 소부품을 가공하는데 범용되는 소재이다. 더욱이 근년에는 자동차, 시계 및 카메라등의 생산증가에 따라서 S계 쾌삭강에 Pb등의 피삭성을 개선시키는 원소가 첨가된 Pb-S계 쾌삭강이 개발되어 절삭가공시 고속화 및 자동화에 적합한 강재로서 실용화되고 있다. 그러나 Pb 산화물은 유독하기 때문에 이를 해결하고자 개발된 강이 Bi-S계 쾌삭강이다.Free-cutting steel is a general-purpose material for processing small precision parts such as cameras and watches that require excellent machinability. Furthermore, in recent years, Pb-S-based free-cutting steel with elements to improve machinability such as Pb is added to S-type free-cutting steel with increasing production of automobiles, watches and cameras. have. However, since Pb oxide is toxic, the steel developed to solve this problem is Bi-S-based free cutting steel.
쾌삭강은 강에 비금속성 또는 금속성 개재물을 개재시켜 피삭성을 향상시킨 것으로 비금속성 개재물의 대표적인 것이 MnS이고, 금속성 개재물은 강중에 고용도가 거의 없는 Pb, Bi등의 저융점 금속이다. 이러한 개재물들은 절삭가공시 응력집중원으로 작용하여 개재물과 지철의 계면에서 보이드(void)의 생성과 균열의 성장을 용이하게 하여 절삭을 요구되는 힘을 감소시키고, 또한 절삭가공열에 의하여 연화되거나 용융되어 칩(chip)과 절삭공구(tool)의 계면에서 윤활제로서 작용하므로 공구의 마모를 억제시킨다.Free-cutting steel improves machinability by interposing non-metallic or metallic inclusions in steel, and typical non-metallic inclusions are MnS, and metallic inclusions are low melting point metals such as Pb and Bi, which have little solid solution in steel. These inclusions act as a stress concentration source during cutting to facilitate the formation of voids and crack growth at the interface between the inclusions and the iron, thereby reducing the force required for cutting and softening or melting by the cutting heat. It acts as a lubricant at the interface between the chip and the cutting tool, thus suppressing the wear of the tool.
MnS를 형성시키기 위해서 첨가되는 S는 결정입계에 편석되어 열간취성을 일으키는 FeS의 생성을 유발할 수 있으나 충분한 양의 망간(통상의 진정강에서 Mn/S≥3.6)을 첨가하므로서 이를 억제할 수 있는 것으로 알려져 있다. 강에 고용도가 거의 없는 저융점 금속은 MnS 개재물을 의도적으로 생성시키지 않은 일반탄소강에서는 주로 결정입계에 편석되어 결정입계취화를 일으키지만, MnS 개재물을 의도적으로 많이 생성시킨 쾌삭강에서는 MnS 개재물이 흡착되어 석출되므로 MnS 개재물과 지철의 계면이 열간취화의 원인이 될 수 있다. 종래에는 Bi-S계 쾌삭강은 Bi의 융점보다 약 50℃ 높은 330℃에서 일반 탄소강보다 낮은 연성을 나타내면 통상의 열간가공 온도 범위에서는 일반 탄소강과 유사한 연성을 나타내므로 열간취화는 문제되지 않는 것으로 알려져 있었다. 그러나 Bi-S계 쾌삭강의 실용화가 늦어지고 있는 이유중의 한 가지는 절삭가공하기전의 중간소재를 열간압할 때 표면결함이 많이 발생하고 있다는 사실이다.S added to form MnS may cause the formation of FeS causing segregation at the grain boundary and causing hot brittleness, but it can be suppressed by adding a sufficient amount of manganese (Mn / S≥3.6 in ordinary calm steel). Known. Low-melting metals with little solid solubility in the steel tend to segregate at grain boundaries in general carbon steel that do not intentionally produce MnS inclusions, resulting in grain embrittlement. Due to precipitation, the interface between the MnS inclusions and the iron can cause hot embrittlement. Conventionally, Bi-S-based free-cutting steels exhibited lower ductility than ordinary carbon steels at 330 ° C, which is about 50 ° C higher than the melting point of Bi. . However, one of the reasons that the practical use of Bi-S-based free cutting steel is being delayed is the fact that many surface defects occur when hot pressing the intermediate material before cutting.
뿐만 아니라 종전에 일반탄소강 또는 S계 쾌삭강의 열간취화는 결정입계취화에 의한 것이 대부분이었으므로 파면관찰에 의해 쉽게 예측할 수 있었다. 그러나 Bi-S계 쾌삭강처럼 MnS 또는 MnS에 Bi가 흡착되어 있으나 Bi 개재물이 지철에 독립적으로 존재할 때는 결정입계보다는 개재물과 지철의 계면이 훨씬 취약하므로 결정입계취화와 다른 형태의 취화를 나타낸다.In addition, since hot embrittlement of general carbon steel or S-based free cutting steel was mostly due to grain boundary embrittlement, it was easily predicted by wavefront observation. However, although Bi is adsorbed on MnS or MnS like Bi-S-based free-cutting steel, when the Bi inclusions are independent of the iron, the interface between the inclusions and the iron is much weaker than the grain boundaries.
이에, 본 발명자는 상기한 종래의 제반문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된것으로써, 본 발명은 미세조직 및 Bi 농도 변화에 따른 열간취화온도를 예측하고, 이에 근거하여 열간압연하므로써, 내열간취화성이 우수한 Bi-S계 쾌삭강 및 그 선재 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.Thus, the present inventors conducted research and experiments to solve the above-mentioned conventional problems, and proposed the present invention based on the results, and the present invention predicts the hot embrittlement temperature according to the change in the microstructure and Bi concentration. The present invention aims to provide a Bi-S-based free cutting steel having excellent hot embrittlement resistance and a method of manufacturing the wire rod thereof by hot rolling.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated.
본 발명은 Bi-S계 쾌삭강에 있어서, 중량%로, C : 0.05-0.15%, Mn : 0.5-2.0%, S : 0.15-0.40%, P : 0.01-0.10%, O : 0.003-0.020%, Bi : 0.03-0.30%, Si : 0.01%이하, Al : 0.0009%이하, 잔부 Fe 및 기타불가피한 불순물로 조성되고; MnS 및 Bi가 흡착된 MnS 개재물의 전단면 분율(section area fraction, %) : 0.5-2.0%, 그 길이 : 5-20 마이크로미터, 및 그 폭 : 1-10 마이크로미터이고; 그리고 금속성 Bi 개재물의 전단면 분율 : 0.030-0.30%인 내열간취화성이 우수한 Bi-S계 쾌삭강에 관한 것이다.In the present invention, the Bi-S-based free-cutting steel, in weight%, C: 0.05-0.15%, Mn: 0.5-2.0%, S: 0.15-0.40%, P: 0.01-0.10%, O: 0.003-0.020%, Bi: 0.03-0.30%, Si: 0.01% or less, Al: 0.0009% or less, balance Fe and other inevitable impurities; Section area fraction (%) of MnS inclusions adsorbed with MnS and Bi: 0.5-2.0%, its length: 5-20 micrometers, and its width: 1-10 micrometers; In addition, the present invention relates to a Bi-S-based free-cutting steel having excellent hot embrittlement resistance at a shear surface fraction of 0.020-0.30% of metallic Bi inclusions.
또한, 본 발명은 Bi-S계 쾌삭강의 선재를 제조하는 방법에 있어서, 중량%로, C : 0.05-0.15%, Mn : 0.5-2.0%, S : 0.15-0.40%, P : 0.01-0.10%, O : 0.003-0.020%, Bi : 0.03-0.30%, Si : 0.01%이하, Al : 0.0009%이하, 잔부 Fe 및 기타불가피한 불순물로 조성되는 주괴를 1100-1250℃에서 열간압연하여 MnS 및 Bi 가 흡착된 MnS 개재물의 전단면 분율 : 0.5-2.0%, 그 길이 : 5-20 마이크로미터 및 그 폭 : 1-10 마이크로미터이고 금속성 Bi 개재물의 전단면 분율 : 0.030-0.30%인 압연재를 제조한 다음, 935-1250℃에서 상기 안엽재를 선재압연하여 Bi-S계 쾌삭강의 선재를 제조하는 방법에 관한 것이다.In addition, the present invention is a method for producing a wire rod of Bi-S-based free-cutting steel, in weight%, C: 0.05-0.15%, Mn: 0.5-2.0%, S: 0.15-0.40%, P: 0.01-0.10% , O: 0.003-0.020%, Bi: 0.03-0.30%, Si: 0.01% or less, Al: 0.0009% or less, Ingot composed of residual Fe and other unavoidable impurities is hot-rolled at 1100-1250 ℃ to form MnS and Bi. A rolled sheet having a shear surface fraction of adsorbed MnS inclusions: 0.5-2.0%, its length: 5-20 micrometers and its width: 1-10 micrometers, and its shear surface fraction of metallic Bi inclusions: 0.030-0.30% Next, the present invention relates to a method for manufacturing a wire of Bi-S-based free cutting steel by rolling the inner leaf material at 935-1250 ° C.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
상기 C는 가공품의 표면조도 및 기계적 성질을 확보하기 위해서는 0.05%이상 첨가되어야 하지만, 0.15%를 초과하게 되면 경한 퍼얼라이트 조직(hard pearlite phase)의 증가 때문에 피삭성이 떨어지므로, 상기 C의 함량은 0.05-0.15%로 제한하는 것이 바람직하다.The C should be added more than 0.05% to secure the surface roughness and mechanical properties of the workpiece, but if it exceeds 0.15%, the machinability is poor due to the increase in hard pearlite phase, the content of C It is preferable to limit to 0.05-0.15%.
상기 Mn은 필요한 MnS 개재물의 양을 확보하고, 열간압연시 결정입계에 FeS의 생성으로 인한 열간취화를 억제하기 위해서 0.5% 이상 첨가되어야 하지만, 2.0% 이상을 넘지 않아야 한다. 왜냐하면 강의 경도가 증가되어 피삭성의 감소를 초래하기 때문이다.The Mn should be added at least 0.5% in order to secure the required amount of MnS inclusions and to suppress hot embrittlement due to the formation of FeS at the grain boundaries during hot rolling, but not more than 2.0%. This is because the hardness of the steel is increased, resulting in a decrease in machinability.
따라서, 상기 Mn의 함량은 0.5-2.0%로 제한하는 것이 바람직하다.Therefore, the content of Mn is preferably limited to 0.5-2.0%.
상기 P는 피삭체의 표면조도를 향상시키기 위해서 0.01% 이상이 되어야 한다. 기계적 성질과 냉간가공성을 확보하기 위해서 0.1%를 넘지 않아야 한다.P should be 0.01% or more in order to improve the surface roughness of the workpiece. To ensure mechanical properties and cold workability, it should not exceed 0.1%.
상기 S는 BUE(Built-Up-Edge)의 성장 억제에 의한 피삭체의 표면조도를 개선하기 위한 MnS 개재물의 형성시키기 위해서 0.15% 이상 첨가되어야한다. 그러나, 열간 가공성과 냉간가공성을 확보하기 위해서 0.4% 이상은 넘지 않아야 한다.The S should be added at least 0.15% to form MnS inclusions for improving the surface roughness of the workpiece by inhibiting growth of BUE (Built-Up-Edge). However, in order to ensure hot workability and cold workability, it should not exceed 0.4%.
따라서, 상기 S의 함량은 0.15-0.4%로 제한하는 것이 바람직하다.Therefore, the content of S is preferably limited to 0.15-0.4%.
상기 O는 열간압연시 MnS계 개재물의 연신에 의해서 피삭성이 떨어지는 것을 방지하기 위해서 0.003%이상 첨가되어야 한다. 그러나 핀홀(pin Hole)이 다량으로 생성되는 것을 억제하기 위해서 0.020%는 넘지 않아야 한다.The O should be added at least 0.003% in order to prevent machinability from being degraded by stretching of the MnS-based inclusions during hot rolling. However, it should not exceed 0.020% to suppress the formation of a large amount of pin holes.
따라서, 상기 O의 함량은 0.003-0.020%로 제한하는 것이 바람직하다.Therefore, the content of O is preferably limited to 0.003-0.020%.
상기 Bi는 강중에서 Bi 단독 또는 MnS에 흡착되어 존재하므로 절삭가공시 응력집중원으로 작용하여 칩의 곡율반경을 감소시키므로서 칩 처리성을 개선시킨다. 더욱이 Bi는 절삭공구 표면에 BUE의 성장을 억제시켜서 피삭체의 표면조도를 개선시키는 효능도 나타낸다.Since Bi is adsorbed to Bi alone or MnS in steel, Bi acts as a stress concentration source during cutting, thereby reducing the radius of curvature of the chip, thereby improving chip treatability. Moreover, Bi also exhibits the effect of suppressing the growth of BUE on the cutting tool surface to improve the surface roughness of the workpiece.
뿐만 아니라 Bi는 절삭가공열에 용융되므로 칩과 절삭공구와의 사이의 마찰력을 감소시키고 또한 절삭공구의 마모를 억제한다. 따라서 0.03%보다 적으면 피삭효과가 떨어진다. 그러나 0.30% 이상으로 많으면 열간가공성이 매우 나쁘게 된다.In addition, Bi is melted in the cutting heat, thereby reducing the friction force between the chip and the cutting tool and also suppressing the wear of the cutting tool. Therefore, less than 0.03%, the machining effect is lowered. However, if it is more than 0.30%, hot workability will become very bad.
따라서, 상기 Bi의 함량은 0.03-0.30%로 제한하는 것이 바람직하다.Therefore, the Bi content is preferably limited to 0.03-0.30%.
상기 Si는 MnS 개재물과 복합개재물을 형성하는 SiO2를 생성시킨다. 이러한 복합개재물의 소성변형능은 매우 크기 때문에 MnS에 의한 절삭성향상 효과가 떨어진다.The Si produces SiO 2 forming MnS inclusions and composite inclusions. Since the plastic deformation of the composite inclusion is very large, the effect of improving the cutting property by MnS is inferior.
따라서 Si 농도는 가능한 한 낮게 관리하여 0.01%를 넘지 않도록 제한하는 것이 바람직하다.Therefore, the Si concentration is preferably controlled as low as possible so as not to exceed 0.01%.
상기 Al는 Al2O3로 정출된다. 이 Al2O3는 매우 경하기 때문에 절삭공구의 마모를 촉진시킨다. 따라서 상기 Al의 함량은 0.0009%이하로 제한하는 것이 바람직하다. 한편, MnS 및 Bi가 흡착된 MnS 개재물의 전단면분율이 0.5% 이하이면 절삭성이 떨어지고, 또한 고온취화기구가 지철과 MnS계면취화에서 결정입계취화로 천이되고, 2.0%이상이면 열간 가공성이 떨어진다.Al is crystallized as Al 2 O 3 . Since Al 2 O 3 is very hard, it promotes wear of cutting tools. Therefore, the content of Al is preferably limited to 0.0009% or less. On the other hand, if the shear surface fraction of the MnS inclusions adsorbed with MnS and Bi is 0.5% or less, the machinability is poor, and if the high temperature embrittlement mechanism transitions from grain iron and MnS interfacial embrittlement to grain boundary embrittlement, 2.0% or more, hot workability is inferior.
따라서, 상기 MnS 개재물 전단면 분율은 0.5-2.0%로 제한하는 것이 바람직하다.Therefore, the MnS inclusion shear plane fraction is preferably limited to 0.5-2.0%.
또한, 금속성 Bi 개재물의 전단면분율이 0.030% 이하이면 절삭성이 떨어지고, 0.30% 이상이면 열간가공성이 떨어진다.In addition, if the shear surface fraction of the metallic Bi inclusion is 0.030% or less, the machinability is poor, and if it is 0.30% or more, the hot workability is inferior.
따라서, 상기 금속성 Bi 개재물의 전단면 분율은 0.030-0.30%로 제한하는 것이 바람직하다.Therefore, the shear plane fraction of the metallic Bi inclusions is preferably limited to 0.030-0.30%.
또한 개재물의 크기가 너무 미세하면 응력집중원으로서의 역할이 줄어들어 절삭효과가 떨어진다. 너무 조대하면 피삭성 및 열간가공성이 떨어진다. 또한 개재물의 형상비(L/W)가 너무 크거나 작으면 피삭성이 떨어지고, 형상비가 너무 크면 고온변형시 보이드의 생성원으로서의 역할이 작아진다.In addition, if the size of the inclusion is too fine, the role as a stress concentration source is reduced and the cutting effect is reduced. Too coarse, poor machinability and hot workability. In addition, if the shape ratio (L / W) of the inclusions is too large or too small, the machinability falls. If the shape ratio is too large, the role as a source of generation of voids at high temperature deformation becomes small.
한편, Bi-S계 쾌삭강의 파괴는 Bi가 흡착되어 있는 MnS 개재물에서 보이드의 생성 및 성장에 의한 연성파단, 또는 보이드가 균열로 발전하여 인접한 개재물에서 생성된 균열과 합체에 의한 취성 파단의 형태로 일어난다. 이때 연성파단과 취성파단의 구분은 Bi의 존재유무, 가공온도에 크게 영향을 받는 지철의 연성에 의해 결정된다. MnS 개재물과 Bi 개재물이 존재할 때 연성파괴와 취성파괴가 일어나는 온도는 주조조직과 압연조직이 서로 다르고, 또한 Bi 농도에 의해서도 차이가 생긴다.On the other hand, breakage of Bi-S-based free-cutting steel is in the form of ductile rupture caused by the generation and growth of voids in MnS inclusions on which Bi is adsorbed, or brittle rupture by coalescing and cracks generated by adjacent voids. Happens. The distinction between ductile fracture and brittle fracture is determined by the presence or absence of Bi and the ductility of the iron which is greatly affected by the processing temperature. The temperature at which ductile fracture and brittle fracture occur when MnS inclusions and Bi inclusions are present are different between the cast and rolled structures, and the Bi concentrations are also different.
따라서, 주괴를 열간압연 하는 경우에는 연간압연온도를 1100-1250℃로 제한하는 것이 바람직하고, 압연재를 선재압연하는 경우 선재압연온도를 935-1250℃로 제한하는 것이 바람직하다.Therefore, in the case of hot rolling of the ingot, it is preferable to limit the annual rolling temperature to 1100-1250 ° C., and when rolling the rolled material, it is preferable to limit the wire rolling temperature to 935-1250 ° C.
즉, 상기한 압연온도 이하에서 압연하는 경우에는 취성파괴가 일어나게 되며, 상기 압연 온도보다 높게되는 경우에는 결정입계에서 부분적인 용융에 의한 결정입계 취화가 일어나고, 또 두꺼운 스케일 때문에 슬립이 일어나기 때문이다.That is, when rolling below the rolling temperature, brittle fracture occurs, and when the rolling temperature is higher than the rolling temperature, grain boundary embrittlement occurs due to partial melting at grain boundaries, and slip occurs due to the thick scale.
그리고 상기 압연재의 선재압연시에는 Bi 함량이 감소될수록 취성파괴가 일어나는 온도는 낮아지게 된다.In addition, during the wire rolling of the rolled material, as the Bi content decreases, the temperature at which brittle fracture occurs is lowered.
Bi의 함량이 0.03%인 경우에는 선재압연시 취성파괴가 일어나는 처리온도가 935℃정도가 된다.When Bi content is 0.03%, the treatment temperature at which brittle fracture occurs during wire rolling is about 935 ℃.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
[실시예]EXAMPLE
하기 표 1에 나타낸 것처럼 0.1wt%C-0.3wt%S-1.0wt%계[압연빌레(rolled billet), F] 소재를 기본성분으로 하고, 여기에 Bi가 0.14wt% 첨가된 압연빌렛(D, D-1), 연주빌렛(E), Bi 농도를 0.03%-0.27%까지 변화시킨 소형 인고트재(A-C)를 준비하였다. 빌렛의 산소량은 중량비로 110-130ppm, 소형 인고트재의 산소량은 30-41ppm이다. 인고트재는 1250℃에서 2.5시간 균열 후 추출하여 마무리 압연온도 1000℃이상에서 두께 20mm로 판압연 후 공냉시킨 소재에서 인장시편을 채취했다. 인장시편은 고온인장시험기(Gleeble-1500)에서 1250℃, 3분간 균열 후 각각의 인장온도까지 5℃/SEC로 냉각하였다.인장온도에서 30초 유지후 1mm/sec의 Stroke speed로 인장하여 인장온도에 따른 단면감소율 변화를 측정하고, 그 결과를 제1도에 나타내었다. 그리고 파단형상 및 미세조직은 파단면 부근의 조직을 SEM, EPMA 및 BSE(Back Scattered Electron)로 분석하였다. MnS 개재물의 면적분율은 광학현미경이 부착된 영상분석기를 이용하여 시편에서 직접 측정했으며, Bi 개재물의 면적분율은 BSE상에서 측정했다.As shown in Table 1, a rolling billet containing 0.1 wt% C-0.3 wt% S-1.0 wt% system (rolled billet, F) as a base component, and 0.14 wt% Bi was added thereto. , D-1), performance billet (E), and a small ingot material (AC) having a Bi concentration of 0.03% -0.27% was prepared. The oxygen content of the billet is 110-130 ppm by weight, and the oxygen content of the small ingot material is 30-41 ppm. The ingot material was extracted after cracking at 1250 ° C. for 2.5 hours, and the tensile specimens were taken from the air-cooled material after sheet rolling to a thickness of 20 mm at a finish rolling temperature of 1000 ° C. or higher. Tensile specimens were cooled to 5 ° C./sec at 1250 ° C. for 3 minutes in a high temperature tensile tester (Gleeble-1500) and then to each tensile temperature after being cracked for 3 minutes. The change in cross-sectional reduction rate was measured and the results are shown in FIG. The fracture shape and microstructure were analyzed by SEM, EPMA, and BSE (Back Scattered Electron). The area fraction of MnS inclusions was measured directly on the specimen using an optical microscope attached image analyzer, and the area fraction of Bi inclusions was measured on BSE.
압연하기 전 주조상태에서 개재물의 크기는 약 10㎛정도이고, 압연 후 5-20㎛로 늘어났다. 모든 MnS에 Bi가 흡착되지 않았으나 Bi 농도가 증가할수록 Bi가 흡착된 MnS 개재물의 수는 증가하였다. 또한 빌렛의 MnS는 인고트 압연재의 MnS와 비교하여 약간 조대하며, 크기 및 분포는 균일한 것으로 관찰되었다. 산소농도가 높은 압연 빌렛에서 MnS의 형상비는 2-5정도이고, 인고트 압연재에서 MnS 형상비는 2-10정도이다. 동일한 Bi 농도(0.15%)에서 인고트 압연재의 Bi 개재물수는 빌렛재의 Bi 개재물수보다 약간 많고, 미세하였다. MnS 및 Bi가 흡착된 MnS 개재물의 전단면분율(section area fraction)의 합은 약 1.5%정도로서 거의 일정하였다. 하기 표 1에서 알 수 있는바와 같이 낮은 Bi 농도에서는 Bi 개재물의 면적분율은 Bi 농도의 중량분율(wt%)과 거의 유사하지만 높은 Bi 농도에서는 Bi 개재물의 면적분율이 0.2%로 일정하여 약간의 오차가 있었다.In the cast state before rolling, the size of the inclusion was about 10 μm, and after rolling, it increased to 5-20 μm. No Bi was adsorbed on all MnS, but as Bi concentration increased, the number of Bi-adsorbed MnS inclusions increased. In addition, the billet MnS was slightly coarse compared to the MnS of ingot rolled material, and the size and distribution were observed to be uniform. The shape ratio of MnS is about 2-5 in the rolling billet with high oxygen concentration, and the MnS shape ratio is about 2-10 in the ingot rolled material. At the same Bi concentration (0.15%), the number of Bi inclusions in the ingot rolled material was slightly higher than the number of Bi inclusions in the billet material and was fine. The sum of the section area fractions of the MnS inclusions adsorbed with MnS and Bi was approximately constant, about 1.5%. As can be seen in Table 1, at low Bi concentrations, the area fraction of the Bi inclusions is almost similar to the weight fraction (wt%) of the Bi concentration, but at high Bi concentrations, the area fraction of the Bi inclusions is constant at 0.2%, resulting in slight error. There was.
* C : 주조상태, R : 압연상태, L : 길이, W : 폭* C: Casting state, R: Rolling state, L: Length, W: Width
Bi 개재물의 수는 200배율의 4 SEM사진상에서 측정된 것임.The number of Bi inclusions was measured on a 4 SEM photograph at 200x magnification.
제1도에 나타낸 바와 같이, Bi가 첨가되지 않은 S계는 시험한 인장온도 범위에서 온도가 떨어져도 일정하게 높은 값을 유지했다. 주조조직인 Bi-S계의 단면감소율은 1100℃에서 65%정도이고, 온도의 감소와 더불어 급격하게 떨어져 900-1000℃에서는 25-30%정도로 매우 낮다. Bi-S계 열간압연 빌렛의 단면감소율은 1100℃에서 Bi가 함유되지 않은 S계의 단면감소율과 거의 동일한 값을 나타내지만, Bi가 첨가되면 온도가 감소할수록 떨어진다. Bi를 0%에서 0.27%까지 증가시키면 동일온도에서도 단면감소율은 더욱 떨어진다. 단면감소율이 65% 이하일 때 열간취화에 의한 표면결함이 발생하므로 주괴는 1100-1250℃, 재결정조직으로 구성된 압연재는 935-1250℃에서 압연해야만 열간취화를 피할 수 있다.As shown in FIG. 1, the S system without Bi was kept at a constant high value even when the temperature dropped in the tested tensile temperature range. The cross-sectional reduction rate of Bi-S type cast structure is about 65% at 1100 ℃, and it drops sharply with temperature decrease and is very low, about 25-30% at 900-1000 ℃. The cross-sectional reduction rate of the Bi-S hot rolled billet is almost the same as the cross-sectional reduction rate of the S system without Bi at 1100 ° C, but decreases as the temperature decreases when Bi is added. If Bi is increased from 0% to 0.27%, the section reduction rate is lower even at the same temperature. When the cross-sectional reduction rate is 65% or less, surface defects are caused by hot embrittlement. Therefore, ingots should be rolled at 1100-1250 ℃ and recrystallized structure at 935-1250 ℃ to avoid hot embrittlement.
제1도에 나타낸 바와 같이 동일한 압연조직에서 Bi가 첨가되지 않은 S계의 단면감소율은 인장온도에 관계없이 높은 값을 유지하지만 Bi 첨가강의 단면감소율은 급격하게 감소하고, 온도에 매우 민감하다. 즉, 1100℃이상의 고온에서는 Bi의 영향이 거의 없어진다. 이처럼 Bi첨가강의 고온연성이 온도에 민감한 것은, 고온에서는 지철이 갖고 있는 연성의 온도의 존성과 관계있다. 지철과 MnS 계면에 존재하는 Bi에 의해 보이드는 쉽게 생성되지만 지철의 충분한 소성변형에 의해 압연방향으로 연신되므로 연성파단이 일어난다. 그러나 온도의 감소에 따른 지철의 연성의 급격한 감소는 크랙감수성을 증가시켜 MnS와 지철의 계면에서 생성된 보이드가 크랙으로 쉽게 발전할 수 있는 확율을 높혀주기 때문에 열간취화가 일어난다.As shown in FIG. 1, in the same rolled structure, the cross-sectional reduction rate of S-base without Bi is maintained high regardless of tensile temperature, but the cross-sectional reduction rate of Bi-added steel decreases rapidly and is very sensitive to temperature. That is, at high temperature of 1100 degreeC or more, the influence of Bi hardly disappears. The high temperature ductility of Bi-added steels as described above is sensitive to temperature, which is related to the dependence of the ductile temperature of the iron at high temperatures. Although the voids are easily generated by Bi existing at the interface between the iron and the MnS, ductile fracture occurs because the steel is stretched in the rolling direction by sufficient plastic deformation. However, the rapid decrease in the ductility of the iron due to the decrease in temperature increases the hot cracking because it increases the crack susceptibility increases the probability that the voids generated at the interface between the MnS and the iron can easily develop into cracks.
또한 Bi-S계의 지철에는 Si 개재물이 미세하게 단독으로도 분포하기 때문에 균열의 성장이 용이한 것으로 판단된다.In addition, since the Si inclusions are minutely distributed evenly in the Bi-S-based iron, it is considered that crack growth is easy.
[실시예 2]Example 2
하기 표 2와 같이 조성되는 빌렛의 현장 압연결과를 하기 표 2에 나타냈다. 빌렛의 통상적인 압연공정은 조압연 5회, 사상압연 4회이다. 조압연에서 250×330mm 인 단면을 가역식(reverse type)으로 압연하여 최종 단면 220×220mm 로 만든 다음에 사상압연에서 최종단면은 160×160mm 로 만든다. 주조조직을 압연하게 되는 조압연온도는 1100-1200℃, 사상압연 온도는 940-1036℃정도였다.Table 2 shows the results of field rolling of the billets formed as shown in Table 2 below. Typical rolling processes for billets are five rough rolling and four finishing rolling. 250 × 330mm in rough rolling The end section 220 × 220mm by rolling the phosphorus section in reverse type The final section in finishing rolling is 160 × 160mm Make it. The rough rolling temperature for rolling the cast structure was 1100-1200 ° C., and the finishing rolling temperature was about 940-1036 ° C.
상기 표 3에서 나타난 바와 같이, Bi 첨가되지 않은 강(F)은 고온인장시험재의 단면감소율이 900℃이상에서 65%이상이므로 압연온도가 950℃이하로 낮아도 표면결함이 발생되지 않았다.As shown in Table 3, the non-Bi-added steel (F), because the cross-sectional reduction rate of the high temperature tensile test material is more than 65% at 900 ℃ or more, even if the rolling temperature is lower than 950 ℃ no surface defects occurred.
또한, Bi 첨가 빌렛(D, D-1)의 경우에는 본 발명의 범위를 벗어나는 조건으로 압연하는 경우에는 빌렛의 모서리부분에 균열이 심하게 발생됨에 반하여, 본 발명의 범위에 부합되는 조건으로 압연하는 경우에는 빌렛에 표면결함이 거의 나타나지 않음을 알 수 있다.In addition, in the case of the Bi-added billets (D, D-1), when rolling under conditions outside the scope of the present invention, cracks are severely generated at the corners of the billet, and rolling under conditions consistent with the scope of the present invention. In this case, it can be seen that almost no surface defects appear on the billet.
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