KR100414937B1

KR100414937B1 - 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선 및 그제조 방법

Info

Publication number: KR100414937B1
Application number: KR10-2001-7002679A
Authority: KR
Inventors: 오치다츠로; 가니사와히데오; 구보타마나부; 아다치고지; 세키류이치
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2004-01-13
Also published as: DE60016369T2; CA2341667C; EP1119648A1; KR20010074896A; US6488787B1; CN1316018A; JP2001011575A; EP1119648B1; WO2001002615A1; CA2341667A1; CN1117170C; DE60016369D1; TW522171B

Abstract

중량%로, C:0.1∼0.5%, Si:0.01∼0.15%, Mn:0.2∼1.7%, Al:0.0005∼0.05%, Ti:0.005∼O.07%, B:0.0003∼O.007%, N:0.002∼O.2%를 함유하고, P:0.02% 이하, O:0.003% 이하로 제한하며, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분의 강으로서, 미세조직이 페라이트와 구상 탄화물로 이루어지고, JIS G0522에 따른 페라이트의 결정립도가 8번 이상이며, 단위 면적 1mm²당 구상 탄화물의 갯수가 1.5×1O⁶×C wt% 이하인 것을 특징으로 하며, 종래의 구상화 소둔재 이상의 연화도를 가지며, 경화능이 우수하고 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선이다.

Description

냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선 및 그 제조 방법{COLD WORKABLE STEEL BAR OR WIRE AND PROCESS}

자동차용 부품, 건설 기계용 부품 등의 기계 구조용 부품, 예를 들면, 볼트나 스태빌라이저 등은, 지금까지 기계 구조용 탄소강 혹은 합금강으로 만들어진 봉강 또는 강선을 냉간 단조함으로써 제조되어 왔다.

즉, 기계 구조용 탄소강 혹은 합금강을 열간 압연한 후에 연화 소둔을 실시하여 냉간 가공성을 확보하고, 치수 정확도를 향상시키고 표면 요철을 없애기 위한 마무리 와이어드로잉 및 성형을 위한 냉간 단조(나사전조(thread rolling) 등)를 실시하고, 담금질-템퍼링(소입-소려) 열처리를 하여 소정의 강도를 지닌 기계 부품을 만드는 것이 일반적이다.

이 연화 소둔은, 예를 들면 기계 부품의 하나인 볼트를 제조하는 경우, 냉간 가공량이 적은 스터드 볼트 등에는 저온 소둔을, 육각 볼트 등에는 통상 소둔을, 그리고 냉간 가공량이 많은 플랜지 볼트 등에는 구상화 소둔을 실시하고 있다. 이와 같이 고온으로 장시간의 가열 처리를 요구하므로 생산성의 저하를 초래할 뿐만 아니라, 에너지 절약의 관점에서도 제조 코스트 중 큰 비중을 차지하고 있다. 따라서, 냉간 가공량이 적은 것에 대하여는 연화도를 희생시키면서 단시간(약 5시간)의 저온소둔을 실시하고, 냉간 가공량이 많은 것에 대하여는, 연화도가 가장 크고 장시간(약 20시간)이 소요되는 구상화 소둔을 실시하고 있다. 즉, 냉간 가공량이 많은 복잡한 형상의 기계부품을 냉간 단조하는 경우에는, 연화도가 부족하면 표면 결함이나, 균열이 발생하므로, 구상화 소둔이 필요하게 된다.

또한, 기계부품은, 봉강 또는 강선 등의 소재를 금형을 사용하여 냉간 단조에 의한 냉간 가공을 하여 제조하므로, 예를 들면, 소재의 강도가 1O kgf/mm²저하(연질화)되면, 금형 수명이 약 4∼5배 향상된다.

따라서, 구상화 소둔에 의하여 대폭적으로 연질화를 달성할 수 있고, 또 연질화된 강재를 냉간 단조하여 소정 형상의 기계 부품으로 만든 후에, 담금질-템퍼링(소입-소려) 등의 열처리에 의한 고강도화도 동시에 달성할 수 있는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선 및 그 제조방법이 요구되고 있다.

상기한 요구조건을 만족시키기 위한 여러가지의 시도들이 있어 왔다.

특개소 61-174322호 공보는 중탄소 구조용 강의 연질화법에 관계되는 발명으로서, 고온에서의 펄라이트 변태를 단시간에 종료시켜, 연질화를 꾀하는 것을 제안하였다.

특개소 58-107416호 공보는, 중량 %로 C:0.10∼0.50%, Si:0.10∼0.50%,Mn:0.3∼1.8%, B:0.0002∼0.005%를 포함하는 강을 기본 조성으로 하고, 압연 조건 및 그 후의 냉각 조건을 한정함으로써, 열간 압연된 상태로 우수한 냉간 단조성 및 절삭성을 가지도록 한 봉강 또는 강선의 발명을 제안하고 있다.

이러한 종래 기술은, 어느 것이나 강재를 연화함으로써 냉간 단조성을 개선하는 것이다.

그러나, 생산성을 더욱 향상시키기 위해서는 더욱 높은 수준의 연화도 및 향상된 가공성을 지니는 기계 구조용 봉강 또는 강선이 요망된다.

본 발명은, 자동차용 부품, 건설 기계용 부품 등의 기계 구조용 부품의 제조에 사용하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

도 1은 중량%로 C:0.45%, Si: 0.04%, Mn:0.29%를 함유하는 강(Ceq. 0.52)을 저온 압연-서냉처리한 압연재의 현미경 사진(×2000)이다.

도 2는 도 1의 압연재에 구상화 소둔을 실시한 소둔재의 현미경 사진(×2000)이다.

도 3은 통상의 압연재에 구상화 소둔을 실시한 소둔재의 현미경 사진(×2000)이다.

도 4는 냉각조건을 설명하기 위한 CCT 곡선을 도시하는 도이다.

도 5는 강 성분, 제조조건, 인장강도(TS) 간의 관계를 나타내는 도이다.

본 발명의 하나의 목적은 종래의 구상화 소둔재 이상의 연화도를 가지며, 또한 경화능과 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 냉간 가공성과 경화능을 양립시키기 위하여, 저 Si의 B첨가강에 대하여 연구한 결과, 아래에 설명되는 바와 같은 새로운 결과를 얻게 되었다.

특정 성분의 저Si-B강에 저온 압연-서냉을 실시하면 Fe-B의 특수 탄화물(붕탄화물(borocarbides))이 생성되며, 상기 강은 (1) 펄라이트 분율이 현저하게 저감되며, (2) 입상 탄화물이 석출되고, (3) 페라이트 조직이 현저하게 미세화되었다.

다음으로, 이러한 조직의 강재에 구상화 소둔을 실시하면, (1) 단위 면적당의 탄화물 갯수가 적고, 구상화 탄화물 간격이 넓어지며, (2) 기지의 페라이트립이 미세한 조직이 얻어진다. 그 결과, 저강도의, 냉간 가공성이 뛰어나고 경화능이 양호한 봉강 또는 강선이 얻어진다.

본 발명은, 이러한 발견에 기초하여 완성한 것으로, 아래에 기술되는 (1) 내지 (12)를 제공한다.

다시 말해서, 제 1 발명은 아래의 (1) 내지 (4)를 제공한다.

(1) 중량 %로,

C:0.1∼0.5%,

Si:0.01∼0.15%,

Mn:0.2∼1.7%,

Al:0.0005∼0.05%,

Ti:0.005∼0.07%,

B:0.0003∼0.007%,

N:0.002∼0.02%

를 함유하고, 잔부는 Fe 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 불가피한 불순물에서

P:0.02% 이하

O:0.003% 이하로 제한되는 성분의 강이며,

미세조직이 페라이트와 구상 탄화물로 이루어지고, JIS G0522에 따른 페라이트의 결정립도가 8번 이상이며, 단위 면적 1mm²당 구상 탄화물 갯수가 1.5 ×lO⁶×C wt% 이하인 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선.

(2) 상기 (1)에 있어서,

중량%로, S:0.003∼0.15%를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 중량%로, Cr:0.8% 이하이고, Cr과 Mn의 합계량을 0.3∼1.3% 를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선.

(4) 상기 (1) 내지 (3)중 어느 하나에 있어서,

단위 면적 1mm²당 구상 탄화물의 갯수가 4 ×10⁵×C wt% 이하인 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선.

제 1 발명인 봉강 또는 강선을 제조하기 위하여 아래와 같이 제 2 발명을 제공한다.

(5) 중량%로,

C:0.1∼0.5%,

Si:0.01∼0.15%,

Mn:0.2∼1.7%,

Al:0.0005∼0.05%,

Ti:0.005∼0.07%,

B:0.0003∼0.007%,

N:0.002∼0.02%

를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물이며, 상기 불가피한 불순물에서

P:0.02% 이하

O:0.003% 이하로 제한되는 강을, 최종 마무리 압연 출구측의 강재 표면 온도를 Ar₃∼Ar₃+150℃로 유지하면서 열간 압연하는 단계와;

열연된 강재를 마무리 압연 온도부터 600℃까지 0.7℃/sec 이하의 냉각 속도로 냉각하여, 상기 강재의 실온까지 냉각된 조직이 페라이트, 층상 펄라이트, 입상 탄화물로 이루어지고, 층상 펄라이트 조직율(조직의 면적에 따른 분율)이 90 ×C wt% 이하, JIS G0522에 따른 페라이트의 결정립도가 9번 이상이도록 하는 단계와;

상기 강재를 구상화 소둔하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선의 제조방법.

(6) 상기 (5)에 있어서,

상기 강은 중량%로, S:0.003∼0.15%를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선의 제조방법.

(7) 상기 (5) 또는 (6)에 있어서,

상기 강은 중량%로, Cr:0.8% 이하이고, Mn과 Cr의 합계량을 0.3∼1.3% 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선의 제조방법.

(8) 상기 (5) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서,

상기 열연된 강재는 마무리 압연 온도부터 650℃까지 0.3℃/sec 이하의 냉각속도로 냉각되고, 층상 펄라이트의 조직율은 65 ×C wt% 이하인 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선의 제조 방법.

(9) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서,

중량%로,

Cr:1.5% 이하,

Ni:3.5% 이하,

Mo:1.0% 이하,

Nb:0.005∼0.1%,

V:0.03∼0.4%

으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 함유하고,

단위 면적 1mm²당 구상 탄화물의 갯수가 7.5 ×10⁶×C wt% 이하인 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선.

(10) 상기 (9)에 있어서,

단위 면적 1mm²당 구상 탄화물의 갯수가 2 ×10⁶×Cwt% 이하인 것을 특징으로 하는 냉간가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선.

(11) 상기 (5) 또는 (6)에 있어서,

상기 강은, 중량%로,

Cr: 1.5% 이하,

Ni: 3.5% 이하,

Mo: 1.0% 이하,

Nb: 0.005 내지 0.1%,

V: 0.03 내지 0.4%

으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1 종 이상을 추가로 함유하고,

층상 펄라이트의 조직율이 170 ×C wt% 이하인 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선의 제조 방법.

(12) 상기 (11)에 있어서,

상기 열연된 강재는 마무리 압연 온도부터 650℃까지 0.3℃/sec 이하의 냉각 속도로 냉각되고, 층상 펄라이트의 조직율은 120 ×C wt% 이하인 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선의 제조 방법.

본 발명자는, 기계 구조용 봉강 또는 강선의 냉간 가공성을 대폭적으로 향상시키고, 또한 경화능을 구비하기 위한 강으로서, 저Si-B 첨가강에 착안하여 연구하였다. 즉, 강 조성으로서, 냉간 가공성을 향상시키기 위하여 A1 탈산을 실시하여 Si 함유량을 저하시키며, 또 B를 첨가하여 경화능을 확보하였다. B 첨가에 의하여 Mn 함유량을 저하할 수 있기 때문에 냉간 가공성의 향상을 꾀할 수 있다. 이와 같은 성분 설계 사상을 기초로 하여 본 발명의 저Si-B첨가 탄소강 및 합금강을 완성하였다.

또한, 구상화 소둔에 의하여 대폭적으로 연질화하기 위하여, 본 발명에서는, 상기 강에 저온 압연-서냉처리를 하였다. 이 처리에 의하여 열연재료의 조직중에 Fe₂₃(CB)₆라고 생각되는 철-보론의 특수 탄화물이 생성한다. 이 Fe₂₃(CB)₆은, 통상 생성되는 Fe₃C보다도, 고온에서 생성되고, 층상 펄라이트 변태의 과냉도가 저감되므로, B 첨가강을 저온 압연-서냉처리함으로써 층상 펄라이트 분율이 현저하게 저감된다. 이와 함께 입계에 입상 탄화물이 석출되고, 페라이트 조직이 현저하게 미세화된다.

도 1은, C:0.45%, Si:0.04%, Mn:0.29%를 함유하는 강(Ceq.0.52)을 저온 압연-서냉처리한 압연재의 현미경 사진(×2000)이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 층상 펄라이트 분율이 낮고, 입계에 입상 탄화물이 석출되고, 페라이트 조직이 미세화되어 있음을 알 수 있다.

이 열연재료를 구상화 소둔하면, 단위 면적당 탄화물의 갯수가 적고, 구상탄화물의 간격이 더 넓어지며, 또한 기지의 페라이트립이 미세 조직으로 되는 것을 알 수 있다.

도 2는, 상기 압연재에 구상화 소둔을 실시한 본 발명 소둔재의 현미경 사진(×2000)이다. 도 3은, 본 발명과의 비교를 위한 통상 압연재에 구상화 소둔을 실시한 소둔재의 현미경 사진(×2000)이다. 도2 및 도3에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 소둔재는 단위 면적당 탄화물의 갯수가 적고, 구상 탄화물의 간격이 넓어지며, 또한 기지의 페라이트립이 미세 조직이 되어 있는 것을 알 수 있다.

결과적으로 본 발명에서는, 기계 구조용 봉강 또는 강선이 대폭적인 연질화(저강도)를 달성하고, 냉간 가공성이 우수한 재질로 할 수 있다. 또한 B첨가에 의하여 우수한 경화능을 가지고 있으므로, 냉간 가공후에 담금질에 의하여 강도를 회복시킬 수 있다.

우선, 본 발명에서의 대상 강의 성분을 한정한 이유에 대해서 설명한다.

C는, 기계 구조용 부품으로서의 강도를 증가시키기 위하여 필요한 원소이나, 0.1% 미만에서는 최종 제품의 강도가 부족하고, 또 0.5%를 초과하면 오히려 최종 제품의 인성 악화를 초래하기 때문에, C함유량을 0.1∼0.5%로 하였다.

Si는, 탈산원소로서, 고용체경화에 의한 최종 제품의 강도를 증가시키기 위하여 첨가하나, 0.01% 미만에서는 이러한 경화는 불충분하고, 0.15%를 초과하면 오히려 인성의 악화를 초래하여, 산소 함유량을 낮추려면 강력한 Al 탈산의 적용이 요구되므로, Si함유량을 0.01∼0.15%로 하였다.

Mn은, 경화능의 향상을 통하여, 최종 제품의 강도를 증가시키는데 유효한 원소이나, 0.2% 미만에서는 이 효과가 불충분하고, 1.7%를 초과하면 그 효과가 포화되고, 오히려 인성의 악화를 초래하므로, Mn함유량을 0.2∼1.7%로 하였다.

A1은, 탈산원소 및 결정립 미세화 원소로서 첨가하나, 0.0005% 미만에서는, 그 효과가 불충분하고, 0.05%를 초과하면 그 효과가 포화되고, 오히려 인성을 악화시키므로, 그 함유량을 0.0005∼0.05%로 하였다.

Ti는, 입도 조정 및 N을 고정할 목적으로 첨가하지만, 0.005% 미만에서는,그 효과가 불충분하고, 0.07%를 초과하면 그 효과가 포화되고, 오히려 인성을 악화시키므로, 그 함유량을 0.005∼0.07%라고 했다.

B는, Mn과 같이 경화능을 향상하기 위하여 첨가하는 원소이고, 또, 압연-냉각시에, 철-보론의 특수 탄화물을 생성함으로써 그 후의 구상화 소둔 조직을 연질의 조직으로 하는데 유효한 원소이다. 0.0003% 미만에서는 상기 효과가 발휘되지 않고, 한편, 0.007% 초과가 되면 인성을 악화시키므로, 그 함유량을 0.0003∼0.007%로 하였다.

N은, AlN의 석출 거동을 통하여, 오스테나이트 입자의 조대화를 방지하고, 페라이트ㆍ펄라이트 조직 미세화에 기여한다. 0.002% 미만이면 그 효과가 불충분하고, 한편0.02%를 초과하면 인성을 악화시키므로, 그 함유량을 0.002∼0.02%로 하였다.

이상이 본 발명의 기계 구조용 봉강 또는 강선의 주요 성분이지만, 본 발명에서는 불순물로서 함유되는 P와 0을 제한할 필요가 있다.

P는, 강중의 입계 편석이나 중심 편석을 일으키고, 인성 악화의 원인이 된다. 특히, P가 0.02%를 초과하면 인성의 악화가 현저해지므로, 0.02% 이하로 제한하였다.

O는, A1과 반응하여 Al₂O₃을 생성하고, 냉간가공성을 악화시키므로, 0.003%이하로 제한하였다.

또한, S는, 강중에 MnS로서 존재하고, 피삭성의 향상 및 조직 미세화에 기여하나, 0.003% 미만에서는 그 효과는 불충분하다. 한편, 0.15%를 초과하면 그 효과가 포화되고, 오히려 인성의 악화 및 이방성의 증가를 초래한다. 이와 같은 이유로 피삭성을 개선하기 위하여 S함유량을 0.003∼0.15%로 하였다.

Cr은, 탄소강에 있어서는, Mn과 같이 경화능을 개선하는 원소이고, Mn보다 강의 경도를 상승시키지 않는다. 그 때문에, Mn 대신에 Cr을 0.8% 이하 첨가하면, 경화능을 확보하는 동시에, 냉간 가공성을 개선할 수 있다. 그리고, Cr과 Mn의 합계량을 0.3∼1.3%의 범위로 함으로써 경화능과 냉간 가공성 모두를 효과적으로 발휘시킬 수 있다. 그러나, Cr은 강도를 향상시키는 원소이므로, 강의 강도 향상을 목적으로 하는 경우에는, 그 상한을 1.5%까지 허용할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 강의 강화 원소인 Cr, Ni, Mo, Nb 및 V 중, 1종 또는 2 종이상을 첨가하여 합금강으로 사용할 수 있다.

즉, Cr은, 고용 강화 원소이고, 경화능을 향상시키는 동시에 강도를 향상시킨다. 그러나, 1.5%를 초과하여 첨가하면 냉간 가공성을 악화시키므로, 그 상한을 1.5%로 하였다.

Ni는, 연성, 인성을 향상시키는 데 유효한 원소이지만, 3.5%를 초과하여 첨가하면 그 효과가 포화하여, 냉간 가공성을 악화시킨다. 또 Ni는 고가이어서 코스트를 상승시키므로, 3.5%를 초과하여 첨가하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, Ni의 상한을 3.5%로 하였다.

Mo는, 경화능, 강도를 향상시키는 원소이나, 1.0%를 초과하여 첨가하면 강도의 상승이 적고, 고가의 원소이므로, 그 상한을 1.0%로 하였다.

Nb는, 오스테나이트 입도를 미세화하고, 강도를 향상시키는 원소이지만, 0.005% 미만에서는 그 효과가 얻어지지 않는 한편, 0.1%를 초과하여 첨가하면 오히려 인성을 악화시키므로, 그 함유량을 0.005∼0.1%의 범위로 하였다.

V는, 오스테나이트 입도를 미세화시켜 강도를 향상시키는 원소이지만, 0.03% 미만에서는 그 효과는 얻어지지 않는다. 한편, 0.4%를 초과하여 첨가하면 인성 및 냉간 단조성을 악화시키므로, 그 함유량을 0.03∼0.4%로 하였다.

다음으로, 본 발명 기계 구조용 봉강 또는 강선의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명에서는, 우선, 강재에 대해 최종 압연 출구측의 강재 표면온도가 Ar₃∼Ar₃+150℃가 되는 저온압연을 실시한다. 이어서, 600℃까지의 온도 범위를 0.7℃/sec이하의 냉각 속도로 냉각한다.

최종 압연 출구측의 강재 표면 온도를 Ar₃∼Ar₃+150℃로 한 것은,　오스테나이트 입자가 미세화되고, 입계가 페라이트 핵 생성 사이트가 되어 페라이트 변태가촉진되기 때문이다. Ar₃바로 위로 하는 것이 바람직하나, 실제 조업에서는 Ar₃바로 위의 온도로 유지하는 것이 곤란하므로, 본 발명에서는 허용 상한을 Ar₃+l50℃로 하였다.

더욱이, Ar₃미만의 온도에서는, 오스테나이트와 페라이트의 2상 역에서의 압연이 되어, 압연후에 균일 미세한 페라이트-펄라이트 조직이 얻어지지 않으며, 일부 침상 페라이트-베이나이트 조직이 되어 바람직하지 않다.

도 4의 CCT곡선에 도시하는 바와 같이, 저온 압연후에 0.7℃/sec 이하의 냉각 속도로 냉각함으로써 냉각시작 직후에 페라이트 변태가 발생하고, 페라이트 변태 개시가 일점 쇄선과 같이 단시간측으로 쉬프트하며, 페라이트 분율이 증가하게 된다. 펄라이트 변태도 단시간측으로 끌려가듯이 시프트하고, 변태 온도는 고온화하며, C의 확산이 빨라져, 철-보론-카본 특수 탄화물[Fe₂₃(CB)₆]이 생성되어, 입상 탄화물이 석출된다. 그 결과, 층상 펄라이트 분율이 현저하게 저감되고, 페라이트 조직이 미세화된다.

냉각 속도가 0.7℃/sec를 초과하면, 페라이트-펄라이트 변태가 촉진되지 않기 때문에 소요 조직의 생성이 불충분하게 된다. 그 때문에 냉각 속도를 0.7℃/sec이하로 하였으며, 냉각 속도를 0.3℃/sec 이하로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 냉각 속도가 너무 낮으면, 냉각 시간이 너무 장시간이 되어 현실적이지 못하다.

그리고, 서냉각 종료 온도는, 소요 조직 변태를 완료시키려면, 냉각 속도가 0.7℃/sec이하일 경우에는, 마무리 압연후 600℃까지의 온도 범위에 걸쳐 서냉할필요가 있으나, 냉각 속도가 0.3℃/sec 이하로 느리게 할 경우에는, 마무리 압연후 650℃까지의 온도 범위에서 서냉하면 된다. 그 후의 냉각은, 실온까지 통상의 방냉 등의 냉각 조건을 적용할 수 있다. 본 발명에서의 냉각 수단으로서, 온수(20∼99℃)나 송풍(air-blasting)에 의하여 냉각하는 주지의 냉각 수단을 사용할 수 있다.

실온까지 냉각한 조직은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 페라이트, 층상 펄라이트, 탄화물(입상 탄화물)로 이루어져 있다. 층상 펄라이트의 조직율은 탄소량에 따라 변화하나, 0.7℃/sec 이하의 냉각 속도로 냉각한 경우에는 적어도 90 ×C% 이하, 0.3℃/sec 이하의 냉각 속도로 냉각한 경우에는 적어도 65 ×C% 이하로 하여야 저강도의 압연재가 얻어진다. 또한 페라이트의 JIS GO552에 따른 결정립도는 9번 이상이 된다.

제 3 발명의 강은 강화 원소를 함유한 합금강이며, 함유하는 강화 원소의 영향에 의하여 층상 펄라이트의 조직율이 증가한다. 이 합금강에 있어서는, 0.7℃/sec 이하 및 0.3℃/sec 이하의 냉각 속도로 냉각한 경우에는, 층상 펄라이트의 조직율은, 각각 170 ×C% 이하 및 120 ×C% 이하로 하는 것이 바람직하다.

이어서, 압연재를 720℃에서 20시간의 구상화 소둔을 실시함으로써 도 2에 도시하는 바와 같이, JIS G0552에 따른 페라이트의 결정립도 번호가 8번 이상이 되고, 단위 면적1mm²당 구상 탄화물의 갯수가 1.5 ×1O⁶×C wt% 이하, 바람직하게는, 4 ×10⁵×C wt% 이하의 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선이 얻어진다. 페라이트 결정 번호 및 구상 탄화물의 갯수가 상기 범위를 벗어나면 강도의저하가 불충분하게 되므로, 상기 범위로 하였다.

또한 제 3 발명에 따른 합금강의 경우, 강화 원소의 영향에 의하여 구상 탄화물의 갯수가 증가한다. 그러므로 합금강에 관하여는, 단위 면적 1mm²당 구상 탄화물의 갯수가 7.5 ×10⁶×C wt% 이하, 바람직하게는, 2 ×l0⁶×C wt%이하로 하였다.

본 발명 기계 구조용 봉강 또는 강선의 연질화 정도에 대해서 설명한다.

도 5는, 본 발명 및 종래의 JIS 등급 강의 강성분, 제조 조건과 인장 강도의 관계를 도시하고 있다. 도 5에 도시된 강재는 모두 강 성분 중 C함유량이 0.45%인 강재이다. 또한 본 발명의 강재는 중량%로 C:0.45%, Si: 0.04%, Mn: 0.35%, B:0.0020%의 화학 조성을 가진다. 주지의 JIS 등급의 강재는 JIS S45C이며, 중량%로 C:0.45%, Si: 0.25%, Mn: 0.80%의 화학 조성을 가진다.

통상 압연-방냉한 JIS 등급 강은 압연 상태의 강재(as rolled steel material)로서 강도가 68kgf/mm²이고,이 구상화 소둔재의 강도는, 55kgf/mm²였다.

또 본 발명 강성분의 강재를 통상 압연-방냉한 압연 상태의 강재의 강도는, 57kgf/mm²이고, 그 구상화 소둔재의 강도는, 47kgf/mm²이었다. 이에 대하여, 본 발명 강성분의 강재를 본 발명에 따라서 저온 압연-초서냉한 압연 상태의 강재의 강도는, 46kgf/mm²이고, 이 구상화 소둔 재료의 강도는,39.5kgf/mm²이었다.

도 5부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 구상화 소둔재는 0.45% C에서조차 4Okgf/mm²를 밑도는 레벨의 강도를 가진다. 즉, 종래의 구상화 소둔재보다 약 30% 향상된(약 15kgf/mm²의 강도 저하가 있다) 연화도를 갖는다. 본 발명의 강은 높은 경화능을 가지므로, 소둔 상태에서 연질화되었더라도 담금질-템퍼링에 의해서 기계 부품으로서의 최종강도를 확보할 수 있다. 따라서, 고탄재를 사용하더라도 냉간 단조가 가능하게 되고, 기계 부품의 고강도화를 실현할 수 있다. 또 종래의 소둔 재료와 비교하여 대폭적으로 연질화되어 있으므로, 냉간 단조 때의 금형 수명을 대폭적으로 향상시킬 수 있고, 복잡한 형상의 부품이라도 제조가 가능하게 된다.

(예들)

(실시예1)

표 1에 나타내는 성분을 갖는 강재를 표 2에 나타낸 압연 조건으로, 선재로 압연하였다. 그 후, 상기 압연재를 710 내지 740℃ 에서 3 내지 5시간 가열하여 구상화 소둔을 실시한 후 냉각시킨 다음 조직, 재질을 조사하였다. 결과를 표 3 및 4에 나타낸다. 냉간단조성 평가는, 노치압축시편(a notched compression test piece)을 진변형(true strain) 0.7의 압축 시험을 실시한 경우의 균열 발생 유무로써 구하며,표시는 균열이 발생하지 않은 것, × 표시는 균열이 발생한 것을 나타낸다.

표 3에서, 발명예 1 내지 4는 위에서 설명한 (1) 내지 (4)의 본발명 봉강 또는 강선에 각각 대응된다. 표 4에서, 발명예 5는 위에서 설명된 제 2 발명의 (5) 내지 (7) 공정의 예에 해당되고, 발명예 6은 위에서 설명된 제 2 발명의 (8)의 공정의 예에 해당된다.

표 3 및 4로부터 분명하듯이, 본 발명의 예는 모두 강도가 낮고, 비교재에 비하여 양호한 냉간단조성을 나타낸다.

(실시예 2)

표 5에 나타내는 성분을 갖는 강재를 표 2에 나타낸 압연 조건으로, 선재로 압연하였다. 그 후, 상기 압연재를 760 내지 770℃ 에서 3 내지 6시간 가열하여 구상화 소둔을 실시한 후 냉각시킨 다음 조직, 재질을 조사하였다. 결과를 표 6 및 7에 나타낸다. 본 발명의 예 각각은 강도가 낮고, 비교재에 비하여 양호한 냉간단조성을 나타낸다. 냉간단조성 평가는, 노치압축시편(a notched compression test piece)을 진변형(true strain) 0.7의 압축 시험을 실시한 경우의 균열 발생 유무로써 구하며,표시는 균열이 발생하지 않은 것, × 표시는 균열이 발생한 것을 나타낸다.

표 6에서, 발명예 7 과 8은 위에서 설명한 제 3 발명의 (9)와 (10)의 본발명 봉강 또는 강선에 각각 대응된다. 표 7에서, 발명예 9와 10은 위에서 설명된 제 4 발명의 (11)과 (12) 공정의 예에 해당된다.

표 6 및 7로부터 분명하듯이, 본 발명의 예는 모두 강도가 낮고, 비교재에 비하여 양호한 냉간단조성을 나타낸다.

본 발명의 기계 구조용 봉강 또는 강선은 종래의 구상화 소둔재보다 약 30% 향상된 연질화가 달성되므로, 냉간 단조시의 금형 수명을 대폭 향상시킬 수 있고, 또한 복잡한 형상의 기계부품도 냉간 단조에 의하여 제조할 수 있다. 또한, 고탄소강의 냉간 단조가 가능하게 되므로 기계부품의 고강도화를 실현할 수 있다.

Claims

중량 %로,

C:0.1∼0.5%,

Si:0.01∼0.15%,

Mn:0.2∼1.7%,

Al:0.0005∼0.05%,

Ti:0.005∼0.07%,

B:0.0003∼0.007%,

N:0.002∼0.02%

를 함유하고, 잔부는 Fe 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 불가피한 불순물에서

P:0.02% 이하

O:0.003% 이하로 제한되는 성분의 강으로서,

미세조직이 페라이트와 구상 탄화물로 이루어지고, JIS G0522에 따른 페라이트의 결정립도가 8번 이상이며, 단위 면적 1mm²당 구상 탄화물 갯수가 1.5 ×lO⁶×C wt% 이하인 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선.
제 1 항에 있어서, 상기 봉강 또는 강선은 중량%로, S:0.003∼0.15%를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 봉강 또는 강선은 중량%로, Cr:0.8% 이하, Cr과 Mn의 합계량 0.3∼1.3% 를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 단위 면적 1mm²당 구상 탄화물의 갯수가 4 ×10⁵×C wt% 이하인 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선.
중량%로,

C:0.1∼0.5%,

Si:0.01∼0.15%,

Mn:0.2∼1.7%,

Al:0.0005∼0.05%,

Ti:0.005∼0.07%,

B:0.0003∼0.007%,

N:0.002∼0.02%

를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물이며, 상기 불가피한 불순물에서

P:0.02% 이하

O:0.003% 이하로 제한되는 강을, 최종 마무리 압연 출구측의 강재 표면 온도를 Ar₃∼Ar₃+150℃로 유지하여 열간 압연하는 단계와;

열연된 강재를 마무리 압연 온도부터 600℃까지 0.7℃/sec 이하의 냉각 속도로 냉각하여, 상기 강재의 실온까지 냉각된 조직이 페라이트, 층상 펄라이트, 입상 탄화물로 이루어지고, 층상 펄라이트 조직율(조직의 면적에 따른 분율)이 90 ×C wt% 이하, JIS G0522에 따른 페라이트의 결정립도가 9번 이상이도록 하는 단계와;

상기 강재를 구상화 소둔하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선의 제조방법.
제 5 항에 있어서, 상기 강은 중량%로, S:0.003∼0.15%를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선의 제조방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 강은 중량%로, Cr:0.8% 이하, Mn과 Cr의 합계량 0.3∼1.3%를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선의 제조방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 열연된 강재는 마무리 압연 온도부터 650℃까지 0.3℃/sec 이하의 냉각 속도로 냉각되고, 층상 펄라이트의 조직율은 65 ×C wt% 이하인 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 봉강 또는 강선은, 중량%로,

Cr:1.5% 이하,

Ni:3.5% 이하,

Mo:1.0% 이하,

Nb:0.005∼0.1%,

V:0.03∼0.4%

으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 함유하고,

단위 면적 1mm²당 구상 탄화물의 갯수가 7.5 ×10⁶×C wt% 이하인 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선.
제 9 항에 있어서,

단위 면적 1mm²당 구상 탄화물의 갯수가 2 ×10⁶×C wt% 이하인 것을 특징으로 하는 냉간가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 강은, 중량%로,

Cr: 1.5% 이하,

Ni: 3.5% 이하,

Mo: 1.0% 이하,

Nb: 0.005 내지 0.1%,

V: 0.03 내지 0.4%

으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1 종 이상을 추가로 함유하고,

층상 펄라이트의 조직율이 170 ×C wt% 이하인 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선의 제조 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 열연된 강재는 마무리 압연 온도부터 650℃까지 0.3℃/sec 이하의 냉각 속도로 냉각되고, 층상 펄라이트의 조직율은 120 ×C wt% 이하인 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선의 제조 방법.
제 3 항에 있어서, 단위 면적 1mm²당 구상 탄화물의 갯수가 4 ×10⁵×C wt% 이하인 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선.
제 7 항에 있어서, 상기 열연된 강재는 마무리 압연 온도부터 650℃까지 0.3℃/sec 이하의 냉각 속도로 냉각되고, 층상 펄라이트의 조직율은 65 ×C wt% 이하인 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 기계 구조용 봉강 또는 강선의 제조 방법.