KR100415346B1 - Ｅｃａｐ법을 이용한 초미세립 탄소강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반 탄소강으로부터 결정립의 크기가 3㎛ 이하인 초미세립 강을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 ECAP(Equal Channel Angular Pressing)법을 이용하여, 일반 탄소강에서 초미세립 미세조직을 얻고 또한 기계적 물성을 향상시키는 방법을 제공한다. 일반 탄소강은 3㎛ 이하의 균일한 초미세립을 갖는 초고강도 강으로 제조될 수 없는 것으로 알려져 있으나, 본 발명에 따르면 ECAP 강가공을 이용하여 결정립의 크기가 3㎛ 이하인 초미세립 강으로 제조할 수 있고 강재의 강도를 혁신적으로 증가시키는 것이 가능하며, 이에 따른 연신율 또는 파괴 인성의 저하가 크지 않은 특징을 갖는다. 또한, 표면부와 재료 내부의 조직을 균일하게 얻을 수 있고, 사용목적에 따라 0.2㎛ 내지 3㎛ 사이의 조직을 갖는 강재를 제조할 수 있다.

Description

ＥＣＡＰ법을 이용한 초미세립 탄소강의 제조방법 {Method of Manufacturing Ultrafine Grained Low Carbon Steel By Using ECAP}

본 발명은 일반 탄소강으로부터 결정립의 크기가 3㎛ 이하인 초미세립 강을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 ECAP(Equal Channel Angular Pressing)법을 이용하여, 일반 탄소강에서 초미세립 미세조직을 얻고, 또한 기계적 물성을 향상시키는 방법을 제공한다.

일반 탄소강은 강도 및 연성이 우수하고 가격이 저렴하기 때문에 현대 사회에 있어서 구조용 재료로 널리 사용되고 있다. 일반적으로, 탄소강의 강도 향상은 합금원소의 첨가, 열처리, 결정립 미세화 방법들을 이용하는 방법이 주로 사용되고 있다.

그 중 합금원소를 첨가하는 방법은 C, Mn, Cr, Ni 등과 같은 원소를 고용한도 또는 고용한도 이상까지 첨가함으로써 고용 강화효과 또는 탄화물 석출에 의하여 강도를 증가시키는 방법인데, 이러한 강화방법은 가장 많이 사용되는 방법인 반면에, 강화효과가 비교적 적고 사용 후 재활용시 처리비용이 증가하는 단점을 가지고 있다.

한편, 열처리 방법은 탄소강을 급냉 및 어닐링 처리에 의하여 마르텐사이트또는 베이나이트와 경화상을 얻어 강화시키는 방법이다. 이 방법은 철의 경화능을 증가시키기 위한 원소가 첨가되어야 하며, 열처리 과정에 의하여 대부분의 경우 재료의 취성이 증가하는 단점이 있다.

이에 반하여, 결정립을 미세화시켜 강도를 증가시키는 방법은 강도증가에 따른 연성 또는 인성의 감소가 크지 않으며, 합금원소의 첨가가 대부분 미량이기 때문에, 강재의 재활성이 유지되는 장점이 있다.

현재, 일반 탄소강에 있어서, 결정립 크기를 5㎛ 수준으로 미세화시킬 수 있는 방법으로는 오스테나이트 강압하와 가속냉각 방법이 있으며, 그 이외에 오스테나이트 다축 변형, 페라이트 핵생성 다변화 기술 등이 있다. 또한, 변형유기 페라이트 변태 전에 오스테나이트 결정립을 미세화시킬 수 있는 방법으로서, 오스테나이트의 동적 재결정, 재결정 제어 압연 등이 제시되고 있다. 그 중에서, 실제 공정에 적용될 수 있는 방법은 오스테나이트 강압하와 이에 따른 가속된 페라이트 변태를 이용하는 방법이다. 그러나, 이러한 방법들은, 첫째, 압축률을 75% 이상으로 크게 하여야 하기 때문에 설비비가 많이 들고, 둘째, 약 3㎛ 이하의 결정립을 얻기 어려우며, 셋째, 롤링(rolling)에 의하기 때문에 표면부와 내부의 결정립 크기가 일정하지 않다는 단점이 있다.

한편, 이와 같은 방법과는 다른 결정립 미세화 방법으로서, 러시아의 세갈(Segal et al., Russian Metallurgy, 1 (1981) 99; 미국특허 제5,513,512호)에 의해 제안된 ECAP(Equal Channel Angular Pressing) 법이 있다. 이 방법은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 실린더형 'L'자 몰드내로 실린더형 시편을 압축하여 통과시킬 때 발생하는 단순 전단 변형(simple shear deformation)을 시편에 가함으로써 결정립을 미세화시키는 방법이다. 이와 같은 변형방법은 시편의 형상을 변화시키지 않기 때문에(변형 전후의 시편의 형상이 동일함), 매우 많은 변형량을 시편에 가하는 것이 가능하여, 1 내지 10까지의 진변형율을 얻을 수 있다. 이와 같이, 강가공을 받은 시편을 저온에서 어닐링 처리하면, 1㎛ 이하의 결정립이 알루미늄 합금 등에서 얻어진다.

그러나, 일반 탄소강에는 적용되지 못하고 있는데, 이것은 철계 합금의 연신율이 낮고 강도가 높기 때문이다.

따라서, 본 발명은 ECAP 공정을 이용하여, 일반 탄소강에서 3㎛ 이하의 결정립을 제조하지 못하는 종래기술의 문제점을 일거에 해결하고, 과거로부터 요청된 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

첫째, 롤링 대신에 ECAP 가공을 이용하고 고온에서 단순 전단 변형을 줌으로써, 페라이트(ferrite) 결정립이 3㎛ 이하인 초미세립 강을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 여기에는 시편의 표면에 발생하는 균열을 억제하기 위한 공정과 ECAP 가공을 용이하게 하기 위한 새로운 형태의 다이(die)가 요구된다.

둘째, ECAP 가공 후 열처리 공정을 행하여, 강가공된 강재의 강도가 크게 저하됨이 없이 인성 및 연성을 향상시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

셋째, ECAP 가공된 강재내에 존재하는 펄라이트(pearlite) 상을 분해하여 재료내에 균일한 세멘타이트(cementite) 상으로 분산시킴으로써, 종래의 탄소강에 비해 연성의 큰 감소없이 2배 이상의 강도를 얻고 YS/TS의 항복비를 0.9 이하로 낮추는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

넷째, ECAP 강가공을 고온에서 실행함으로써, 고강도의 초미세립 제품 생산시 공정을 최소화하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하 발명의 내용을 설명함에 있어서, 별도의 설명이 없는 한 첨가량을 표현하는 "%"는 "중량%"을 의미한다.

도 1은 종래의 ECAP 강가공용 다이의 수직 단면도이고;

도 2는 종래의 방법으로 ECAP 강가공을 행했을 때의 탄소강의 단면 사진이고;

도 3a와 도 3b는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 ECAP 강가공용 다이의 수직 단면도, 및 다이와 가열 바가 포함되어 있는 다이 홀더의 투시도이고;

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예 1에서 ECAP 강가공을 행한 탄소강 시편들의 투과전자 현미경 사진들이고;

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예 2에서 ECAP 강가공과 열처리를 행한 탄소강 시편들의 투과전자 현미경 사진들이고;

도 6은 본 발명의 실시예 3에서 일반 탄소강을 ECAP 강가공과 열처리한 시편의 광학 현미경 사진이고;

도 7a 내지 7c는 본 발명의 실시예 3에서 합금원소를 함유하고 있는 탄소강을 ECAP 강가공과 열처리한 시편의 광학, 주사전자 및 투과전자 현미경 사진이고;

도 8a와 도 8b는 본 발명의 실시예 4에서 시편의 인장도(응력-신도) 그래프이고;

도 9a와 도 9b는 본 발명의 실시예 5에서 고온 ECAP 강가공을 행한 탄소강 시편의 투과전자 현미경 사진들이고;

도 10은 본 발명의 실시예 5에서 시편의 인장도(응력-신도) 그래프이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 첫 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명은, ECAP(Equal Channel Angular Pressing) 법에 의해 초미세립 탄소강을 제조할 때, 시편인 탄소강과 가공 다이의 온도를 200 내지 720℃로 가열함으로써, 결정립의 크기가 3㎛ 이하이고, 탄화물이 페라이트 기지내로 균일하게 분산된 미세구조를 가지는 탄소강의 제조방법에 관한 것이다.

일반 탄소강을 상온에서 ECAP 가공을 거치게 되면 도 2에 나타낸 바와 같이 표면 균열이 발생하는데, 이는 ECAP 가공시 시편 표면의 벤딩 응력 때문이며 탄소강과 같이 비교적 인성이 낮은 재료에서는 많이 발생한다.

상기 가열온도가 200℃ 이하이면 표면 균열이 제거되지 않으며, 720℃ 이상이면 723℃에서의 구조변화(FCC →BCC)로 시편의 부피가 약 8% 팽창되는 문제점이있으므로 바람직하지 않다. 더욱 바람직한 가열온도는 250 내지 650℃이다.

ECAP 공정 중 다른 중요한 변수 중의 하나는 시편과 다이 사이에 작용되는 마찰이다. 즉, ECAP 공정은 내부형상이 L자형인 다이에 시편을 도입한 뒤 가압하여 전단변형을 가하는 것이므로 시편과 다이에 큰 마찰력이 작용하기 때문에, 실제 양산공정에서는 이를 효과적으로 행할 수 있는 형상의 다이가 요구된다. 따라서, 바람직한 다이의 형상은, 출구부분의 길이를 입구부분의 길이보다 짧게하고, 출구부분의 하부 길이를 상부 길이보다 짧게 한 비대칭형이다. 이는 출구부분의 상부보다 하부가 더 많은 마찰을 받기 때문이다.

그러한 다이의 대표적인 형상이 도 3a에 도시되어 있다. 이러한 비대칭형 다이의 특징으로, ECAP 강가공시 전단 면(shear plane)으로부터 23.5°의 각으로 기울어져 전단 변형이 일어나며 변형이 끝난 후에는 밀어내는 역할에만 기여한다. 따라서, 시편의 변형이 끝난 후 출구 채널은 시편과의 마찰력을 증가시키는 요인으로 작용하기 때문에, 입구 부분에 비해 짧게 하는 것이 바람직한 것으로 확인되었다. 도 3b에는 이러한 다이와 시편을 가열하기 위한 장치의 하나의 예시적인 구성이 도시되어 있다. 도 3b에 따르면, ECAP 다이는 다이 홀더에 내장되어 있고 다이와 다이 홀더 사이의 공간에 다수의 가열 바(heating bar)가 설치되어 있다.

상기 두 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상기 ECAP 강가공된 강재를 400 내지 600℃에서 1 내지 72 시간 동안 등온 열처리 또는 단계 열처리를 행하는 방법에 관한 것이다.

ECAP 강가공된 재료는 전위 밀도(dislocation density)가 매우 높기 때문에그 상태로는 연성이 매우 낮다. 일반적으로, 재료의 연성을 증가시키기 위해서는 재결정 열처리를 실시하는데, 탄소강의 경우 재결정 온도에서 결정립의 크기가 급작스럽게 성장하여 결정립의 크기를 3㎛ 이하로 유지하는 것이 곤란하다. 따라서, 상기와 같이 폴리고니제이션(polygonization) 또는 부분적 재결정화 처리를 실시하는 것이 필요하다.

열처리 온도가 400℃ 이하이면 ECAP 강가공 상태의 높은 전위밀도가 그대로 유지되는 문제점이 있고, 600℃ 이상이면 대부분의 결정립이 약 10㎛로 재결정되는 문제점이 있으므로 바람직하지 않다. 더욱 바람직한 열처리 온도 및 시간은 450 내지 550℃ 및 1 내지 24시간이다.

상기 세 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상기 탄소강 재료에 V, Ti, Nb, W 등의 합금 원소를 하나 또는 둘 이상으로 각각 0.01 내지 0.4%로 첨가하는 방법에 관한 것이다.

일반 탄소강은 페라이트(ferrite) 결정립과 펄라이트(pearlite) 상이 혼재되어있는 구성을 보인다. 펄라이트는 페라이트상과 막대상의 세멘타이트(cementite: 탄화물) 상이 혼합된 복합재료로서, 탄소강을 강화시키는 역할을 한다. 그러나, 펄라이트내에 존재하는 세멘타이트를 미세한 구상의 탄화물로 재료내에 균일하게 분포시킬 경우, 이들의 강화효과는 더욱 효과적으로 나타나게 된다.

따라서, 본 발명에서는 ECAP 강가공을 행할 탄소강의 성분을 조절함으로써 이와 같은 미세조직을 구현하고자 하였다. 즉, 상기의 열처리 조건에서 재료내의 전위의 소멸속도를 감소시킴으로써, 전위와 세멘타이트간의 상호작용을 촉진시켜세멘타이트를 용해시키고, 이를 기지내에서 재석출시켜 균일한 탄화물 입자를 얻고자 하였다. 일반적으로, 탄화물이 전위내의 응력장과 반응하여 분해가 일어나는 현상은 연구를 통하여 알려져 있다. 따라서, 열처리 과정에서 전위의 소멸속도를 감소시킴으로써 펄라이트의 분해 및 재석출을 이룰 수 있는 것이다. 전위의 소멸속도를 감소시키는 가장 효과적인 방법은 재료의 재결정 온도를 상승시키는 것인데, 재결정 온도의 상승을 위하여 본 발명에서는 V, Ti, Nb, W 등의 합금원소를 일정량 탄소강의 원료에 첨가하여 ECAP 공정을 실행한 것이다.

상기 합금원소는 하나 또는 둘 이상의 혼합 형태로 첨가될 수도 있다. 상기 각각의 합금원소의 바람직한 첨가량은 0.05 내지 0.35%이며, 둘 또는 그 이상의 합금원소가 첨가되는 경우에는 더욱 많은 양이 첨가되게 된다. 즉, 일정량 탄소강의 원료에 합금원소가 함께 사용된 경우의 최고 첨가량은 0.4%이다. 상기 합금원소가 첨가된 일반 탄소강의 대표적인 조성을 예로 들면 다음과 같다.

C: 0.10 내지 0.90%, Si: 0.05 내지 0.35%, Mn: 0.6 내지 1.65%, V: 0.01 내지 0.35%, Nb: 0.01 내지 0.35%, Ti: 0.01 내지 0.35%, W: 0.01 내지 0.15% (나머지 함량은 Fe가 차지함)

상기 네 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상기 ECAP 공정을 450℃ 내지 650℃의 고온에서 행하는 방법에 관한 것이다. 이러한 고온에서의 ECAP 공정은 비교적 저온(200 내지 350℃)에서 ECAP 강가공을 한 후 열처리하는 경우와 비교하여, 열처리 공정을 생략할 수 있으므로 실용적 및 경제적인 면에서 유리하다.

하기 실시예에서도 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 고온에서 ECAP 공정을행하고 별도의 열처리를 거치지 않은 탄소강은 결정립이 미세하고 균일하다는 것이 확인되었다.

본 발명은 또한 상기 첫 번째 내지 네 번째 목적을 달성하기 위한 방법들로부터 제조된, 페라이트 결정립의 크기가 3㎛ 이하이고 탄화물이 페라이트 기지내로 균일하게 분산된 미세구조를 가지는 탄소강에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 구체적인 예를 상세하게 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1 (ECAP 공정)

탄소강(Fe - 0.15%C - 0.25%Si - 1.1%Mn: POSCO사 제품)을 φ18㎜ x 130㎜의 원기둥형 시편으로 제단하고, 350℃로 가열하여 도 3a 및 3b에 도시되어 있는 바와 같은 다이와 장치를 사용하여 ECAP 강가공을 행하였다. 도 3a의 다이에서 입구의 직경은 18㎜이고 출구의 직경은 17.5㎜이며, 내측 접촉각(φ)은 90°이고, 굴곡의 원호(φ)는 20°이다. ECAP 강가공을 행하여 얻어진 시편의 투과전자 현미경 사진을 도 4a 내지 도 4d에 나타내었다.

도 4a는 ECAP 강가공에 의한 약 1의 변형량을 가진 미세조직을 보여주고 있는바, ECAP 전의 30㎛의 크기를 갖는 결정립에 비해, 폭 0.5㎛ 및 길이 2㎛를 갖는 연신된 아결정립 밴드가 미세하게 형성되었고, 대부분의 결정립계가 저경각 입계임을 SAED(Selected Area Electron Diffraction) 패턴으로 알 수 있다.

한편, 도 4b는 ECAP 강가공에 의한 약 2의 변형량을 가진 미세조직을 보여주고 있는바, 아결정립 밴드가 거의 사라져 약 0.5㎛의 크기를 갖는 등축의 결정립으로 변화되었고, 이 경우의 SAED 패턴은 도 4a에 비해 분산(diffuse)되어 링 패턴(ring pattern)을 나타내고 있으며, 이는 변형량이 증가함에 따라 점차적으로 고경각을 갖는 결정립으로 변화해가고 있음을 의미한다.

도 4c는 ECAP 강가공에 의한 약 4의 변형량을 가진 미세조직을 보여주고 있는바, 결정립 크기가 약 0.2㎛를 나타내므로 등축의 결정립을 갖는 도 4b보다 더욱 미세해졌으며, 대부분의 결정립계는 고경각 입계로 변화되었음을 SAED 패턴을 통해 보여준다.

특히, 도 4c를 더 고배율로 관찰한 도 4d의 미세조직을 보면, 결정립 내부의 전위밀도가 매우 높고 결정립계가 불분명하게 나타나는데, 이는 ECAP에 의해 형성된 결정립계가 비평형 상태와 높은 응력상태에 있음을 의미한다. 이로부터 ECAP 강가공에 의한 변형량이 증가함에 따라 결정립 미세화와 함께 고경각 입계를 갖는 결정립을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.

실시예 2 (열처리 공정)

350℃에서 ECAP 강가공을 행한 실시예 1의 탄소강 시편을 480℃ 내지 540℃에서 1 시간동안 가열하였다. 최종 시편의 미세조직을 투과전자 현미경으로 촬영한 사진을 도 5a 내지 도 5d에 나타내었다.

480℃에서 가열한 시편에서는, 도 5a에서 보는 바와 같이, 불분명하였던 결정립계가 비교적 뚜렷하게 나타나며, 일부 결정립에서 서로 얽힌(tangle) 전위로이루어진 전위 셀(cell)이 관찰된다. 또한, 결정립 내부의 전위밀도가 매우 낮은 반면 결정립의 두께는 두껍게 관찰된다. 이러한 결정립계는 회복중에 나타나는 격자전위가 결정립계 전위로 변화되면서 일어나는 것으로 판단된다.

도 5b는 510℃에서 열처리한 시편의 미세조직을 보여주고 있는바, 대부분의 결정립계가 명확하게 관찰되고, 결정립 내부가 낮은 전위밀도를 보임에도 불구하고 일부 전위벽이 존재함을 알 수 있다. 따라서, 이러한 조건에서의 열처리에서는 내부응력이 완전히 감소되지 않으며 회복이 여전히 진행되고 있음을 알 수 있다.

한편, 도 5c는 540℃에서 열처리한 시편의 미세조직을 보여주고 있는바, 1㎛ 이하의 결정립과 함께 일부 지역에서 재결정이 약 3㎛로 급격히 일어남을 알 수 있다.

특히, 도 5d에서 보는 바와 같이, 480℃에서 72시간 열처리한 시편의 미세조직은 전위밀도가 상당히 낮고 비평형 입계에서 평형입계로 상당히 변화되었으며, 거시적인 결정립 성장이 나타나지 않는 것으로 보아 ECAP 후 480℃까지는 열적으로 안정함을 확인할 수 있다.

실시예 3 (합금원소의 첨가)

일반 탄소강과 V(바나듐)를 0.06% 첨가한 일반 탄소강을 각각 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 1의 방법으로 350℃에서 ECAP 강가공한 후 실시예 2의 방법으로 540℃에서 1 시간 동안 열처리를 행하였다. 제조된 시편의 미세조직을 도 6(일반 탄소강)과 도 7a 내지 7c(V를 첨가한 일반 탄소강)에 각각 나타내었다.

도 6에서 보는 바와 같이, 열처리 후의 재료내에는 펄라이트(검은색) 상이존재함을 알 수 있다.

반면에, V가 첨가된 재료에서는, 도 7a에서 보는 바와 같이, 펄라이트상이 분해되어 균일한 탄화물 입자가 페라이트 기지내에 균일하게 분포하고 있는 것을 알 수 있다. 도 7a의 재료를 SEM으로 확대한 사진이 도 7b 및 도 7c에 개시되어 있는바, 이러한 조직은 아직까지 보고된 바가 없는 완전히 신규한 것이다. 도 7c에서 보는바와 같이, 결정립의 크기는 0.5㎛이고, 탄화물의 크기는 0.1㎛ 정도이다. 이와 같이, 펄라이트가 분해되어 기지금속에 미세하게 분산됨으로써 높은 강도와 열적 안정성을 갖게 된다.

실시예 4 (인장강도 시험)

V가 0.06% 첨가된 일반 탄소강의 미처리 시편과, 실시예 1의 방법으로 ECAP 강가공을 행한 시편 및 실시예 2의 열처리를 행한 시편을 두께 2㎜, 게이지 길이 25.4㎜로 제작하였으며, 인스트론 4206 만능시험기를 이용하여 초기 변형속도 2㎜/min으로 인장강도를 시험하였다.

도 8a에서 보는 바와 같이, ECAP 강가공과 열처리를 행한 시편은 미처리 시편에 비해 항복 강도가 크게 증가하였고(350 ㎫에서 820 ㎫로 증가), 연신율은 큰 감소가 없음을 알 수 있다. 이에 비하여, 일반 저탄소강을 전통적인 구상화처리(SP:오스테나이트 영역에서 균질화처리 후 상온으로 급냉시킨 다음, 700℃에서 장시간 예열) 후 ECAP를 행한 시편의 경우는 도 8b에서 보는 바와 같이 강도 및 연신율이 크게 저하된다. 즉, 도 8b에서 보는 바와 같이, ECAP 강가공과 열처리를 행한 CSV 시편(V를 첨가한 강)은 구상화처리된 시편에 비해 항복강도가 크게 증가하였고, 또한 연성과 인성이 증가함을 알 수 있다.

실시예 5 (ECAP 공정의 온도조절 시험)

V가 0.06% 첨가된 일반 탄소강을 350℃, 480℃, 540℃ 및 600℃에서 각각 ECAP 공정을 실행하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 강가공을 행하였다. 그 중 540℃와 600℃에서 ECAP 공정을 실행한 최종 시편의 투과 전자 현미경 사진을 도 9a(540℃)와 도 9b(600℃)에 각각 나타내었고, 실시예 4와 같은 방법으로 인장강도 시험을 행하여 그 결과를 도 10에 도시하였다. 도 10에서 보는 바와 같이, ECAP 실행온도를 올릴 경우 연신율이 증가함을 알 수 있고, 600℃ 전후에서 ECAP 공정을 실행한 시편은 미처리 시편에 비해 높은 항복강도와 적당한 연신율을 가짐을 알 수 있다.

본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 설명 등을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용이 가능할 것이다.

일반 탄소강은 3㎛ 이하의 균일한 초미세립을 갖는 초고강도 강으로 제조될 수 없는 것으로 알려져 있으나, 본 발명에 따르면 ECAP 강가공을 이용하여 결정립의 크기가 3㎛ 이하인 초미세립 강으로 제조할 수 있고 강재의 강도를 혁신적으로 증가시키는 것이 가능하며, 이에 따른 연신율 또는 파괴 인성의 저하가 크지 않다. 또한, 표면부와 재료 내부의 조직을 균일하게 얻을 수 있고, 사용목적에 따라 0.2㎛ 내지 3㎛ 사이의 조직을 갖는 강재를 제조할 수 있다.

Claims (7)

1. ECAP(Equal Channel Angular Pressing) 공정에 있어서, 시편인 탄소강과 ECAP 강가공 다이의 온도를 200 내지 720℃로 가열함으로써, 결정립의 크기가 3㎛ 이하이고, 탄화물이 페라이트 기지내로 균일하게 분산된 미세구조를 가지는 것을 특징으로 하는 초미세립 탄소강의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 ECAP 강가공 다이의 형상이, 출구부분의 길이는 입구부분의 길이보다 짧고 출구부분의 하부 길이는 상부 길이보다 짧은 비대칭형인 것을 특징으로 하는 초미세립 탄소강의 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 ECAP 강가공된 강재를 400 내지 600℃에서 1 내지 72 시간 동안 등온 열처리 또는 단계 열처리를 행하는 것을 특징으로 하는 초미세립 탄소강의 제조방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 탄소강 재료에 V, Ti, Nb, W 등의 합금 원소를 하나 또는 둘 이상으로 각각 0.01 내지 0.4%로 첨가하는 것을 특징으로 하는 초미세립 탄소강의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서, 합금원소를 함유한 상기 탄소강 재료의 조성이 C: 0.10 내지 0.90%, Si: 0.05 내지 0.35%, Mn: 0.6 내지 1.65%, V: 0.01 내지 0.35%, Nb: 0.01 내지 0.35%, Ti: 0.01 내지 0.35%, W: 0.01 내지 0.15% (나머지 함량은 Fe가 차지함)인 것을 특징으로 하는 초미세립 탄소강의 제조방법.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 ECAP 강가공을 450 내지 650℃의 고온에서 행하는 것을 특징으로 하는 초미세립 탄소강의 제조방법.
7. 제 1항에 따른 방법으로 제조된, 페라이트 결정립의 크기가 3㎛ 이하이고 탄화물이 페라이트 기지내에 균일하게 분산된 미세구조를 가지는 것을 특징으로 하는 초미세립 탄소강.