KR100481367B1 - Method of isothermal heat treatment for high carbon steel wire rod containing vanadium - Google Patents
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Abstract
본 발명은 와이어로프, 콘크리트 보강재, 자동차 타이어 보강재 등에 사용되는 고탄소강 선재를 신선가공하기 전에 행하는 항온변태열처리방법에 관한 것으로, 그 목적은 바나듐첨가 고탄소강 선재에서 바나듐첨가량에 따른 최대의 경화효과를 얻을 수 있는 조건에서 항온변태 열처리하는 방법을 제공함에 있다. The present invention relates to a constant temperature transformation heat treatment method performed before wire drawing of high carbon steel wire used for wire rope, concrete reinforcement, automobile tire reinforcement, etc., and its object is to maximize hardening effect according to the amount of vanadium added in vanadium-added high carbon steel wire. The present invention provides a method for constant temperature transformation heat treatment under obtainable conditions.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 0.4%이하의 V을 함유하는 고탄소강 선재를 항온변태 열처리하는 방법에 있어서, 상기 항온변태 열처리는 500- 700℃에서 다음의 조건, T = A + B x V(여기서, T는 항온변태 열처리온도, V는 바나듐의 함량, 578<A<610, 266<B<481)를 만족하도록 행함을 특징으로 하는 바나듐 첨가 고탄소강 선재의 항온변태 열처리방법. 에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the method of constant temperature heat treatment of high carbon steel wire containing 0.4% or less of V, the constant temperature heat treatment is 500-700 ℃ the following conditions, T = A + B x V (where, T is the constant temperature transformation heat treatment temperature, V is the content of vanadium, 578 <A <610, 266 <B <481) is carried out to satisfy the constant temperature transformation heat treatment method of the vanadium-added high carbon steel wire. The technical subject matter is about.
Description
본 발명은 와이어로프, 콘크리트 보강재, 자동차 타이어 보강재 등에 사용되는 고탄소강 선재를 신선가공하기전에 행하는 항온변태 열처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고탄소강 선재의 신선가공전에 바나듐첨가량에 따른 최대의 경화효과를 얻을 수 있는 조건에서 항온변태 열처리하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a constant temperature transformation heat treatment method performed before wire drawing of high carbon steel wire used for wire rope, concrete reinforcement, automobile tire reinforcement, etc. More specifically, the maximum hardening according to the amount of vanadium added before the high carbon steel wire drawing. It relates to a method for constant temperature transformation heat treatment under conditions that can be obtained.
일반적으로 고탄소강 선재는 필요한 선경과 강도를 얻기 위하여 냉간상태에서 신선가공된 다음에 냉간압조공정을 거쳐 와이어로프, 콘크리트 보강재, 자동차 타이어 보강재 등으로 제조된다. 선재를 신선가공하기전 또는 신선가공중에서는 신선가공성과 강도를 향상시키기 위해 선재를 항온변태열처리를 한다. 고탄소강 선재는 펄라이트 조직으로 구성되므로, 선재의 강도는 펄라이트의 층상간격, 펄라이트를 구성하는 공석페라이트의 강도에 의해서 결정된다. 따라서, 선재를 펄라이트 핵생성속도가 가장 빠른 온도까지 급냉하고, 그 온도에서 항온변태시키면 펄라이트의 층상간격이 미세화되어 강도를 확보할 수 있다. 만일 펄라이트 핵생성속도가 가장 빠른 온도까지 급냉시키는 것이 곤란하다면, 냉각능을 향상시키는 합금원소를 첨가하여 펄라이트의 핵생성이 개시되는 시간을 지연시켜서 다소 느린 냉각속도에서도 펄라이트의 핵생성이 가장 빠른 온도에서 항온변태 시킬 수 있다. 공석페라이트는 Si 등에 의해서 고용 강화되거나 또는 합금원소의 석출에 의해서 강화될 수 있다. In general, high carbon steel wire rod is manufactured from wire rope, concrete reinforcement and automobile tire reinforcement after cold working in cold state to obtain required wire diameter and strength. Before the wire is drawn or processed, the wire is subjected to constant temperature transformation to improve the drawability and strength. Since the high carbon steel wire is composed of a pearlite structure, the strength of the wire is determined by the layer spacing of the pearlite and the strength of the vacancy ferrite constituting the pearlite. Therefore, when the wire rod is quenched to a temperature where the pearlite nucleation rate is the fastest, and constant temperature transformation at that temperature, the layered spacing of the pearlite can be miniaturized to secure strength. If it is difficult to quench the pearlite nucleation rate to the fastest temperature, the alloying element that improves the cooling capacity is added to delay the time of initiation of the nucleation of pearlite, so that the pearlite nucleation temperature is the fastest at the slower cooling rate. It can be transformed at constant temperature. The vacancy ferrite may be hardened by Si or the like or may be strengthened by precipitation of alloying elements.
종래에는 고탄소강의 냉각능을 향상시켜서 펄라이트의 층상간격을 미세화시키고, 시효경화를 일으키는 고용 질소를 석출시키기 위하여 바나듐을 첨가하는 기술이 이용되고 있다. 또한 이러한 기술에서는 고용도 이상의 바나듐을 첨가하여 공석페라이트에 석출시키므로서 펄라이트 조직을 강화시키고 있다. 보통 항온변태열처리는 500-700℃ 구간에서 행하고 있다. Conventionally, the technique of adding vanadium is used in order to improve the cooling ability of high carbon steel, to refine the layer thickness of pearlite, and to precipitate the solid solution nitrogen which causes age hardening. In addition, in such a technique, vanadium is added to the solid solution and precipitates in vacancy ferrite, thereby strengthening the pearlite structure. Normally, thermo transformation heat treatment is performed in 500-700 ℃ range.
그런데, 지금까지의 항온변태 열처리는 500-700℃의 온도구간에서 펄라이트 층상간격의 미세화에만 관심을 두어서 행하고 있기 때문에 바나듐의 석출이 어느 온도에서 최대의 효과를 나타내는지에 대한 보고는 없다. 따라서, 항온변태 열처리공정에서 바나듐의 첨가량에 따른 석출경화의 효과가 제대로 발휘되지 못하고 있는 실정이다. By the way, since the constant-temperature transformation heat treatment is performed only with the refinement | miniaturization of the pearlite layer space | interval in the temperature range of 500-700 degreeC, there is no report about what temperature the vanadium precipitation shows the maximum effect. Therefore, the effect of precipitation hardening according to the amount of vanadium added in the constant temperature transformation heat treatment process is not properly exhibited.
본 발명에서는 오스테나이트에 고용되어 있던 바나듐이 펄라이트 변태시에 공석페라이트와 공석시멘타이트에 분배되는 비율(분배비)에 영향을 미치는 바나듐의 농도와 변태온도의 야금학적인 거동을 밝혀낸 연구결과에 근거하여 바나듐 첨가량에 따른 최대의 석출경화효과가 나타나는 항온변태 열처리 온도를 제공하는데, 그 목적이 있다. In the present invention, the amount of vanadium added on the basis of the results of the study revealing the metallurgical behavior of vanadium concentration and transformation temperature influencing the ratio (distribution ratio) of vanadium dissolved in austenite to vacancy ferrite and vacancy cementite during pearlite transformation. To provide a constant temperature transformation heat treatment temperature exhibiting the maximum precipitation hardening effect according to, the purpose is.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 항온변태 열처리방법은, 중량%로 C: 0.75~0.85%, Mn: 0.3~0.9%, Si: 0.15~0.35%, V: 0.4% 이하, N: 0.003% 이하, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 고탄소강 선재를 500- 700℃에서 다음의 조건, T = A + B + V(여기서, T는 항온변태 열처리온도, V는 바나듐의 함량, 578<A<610, 266<B<481)를 만족하는 온도에서 행하는 것을 포함하여 구성된다.The constant temperature transformation heat treatment method of the present invention for achieving the above object, C: 0.75 ~ 0.85%, Mn: 0.3 ~ 0.9%, Si: 0.15 ~ 0.35%, V: 0.4% or less, N: 0.003% or less , High carbon steel wire consisting of the remaining Fe and other unavoidable impurities, at 500-700 ℃, T = A + B + V (where T is the constant temperature heat treatment temperature, V is the content of vanadium, 578 <A <610 And 266 <B <481).
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
일반적으로 선재를 냉간상태에서 신선가공하기 전에 항온변태처리를 하는 목적은 크게 두 가지로 요약할 수 있다. 그 중의 한가지는 열간압연후의 냉각과정에서 냉각속도의 편차에 의해 발생된 인장강도의 편차를 감소시키는 것이고, 또 한 가지는 펄라이트 층상간격을 균일하고 미세하게 하여 신성가공성을 향상시키는 것이다. 또한, 바나듐 등의 합금원소를 첨가하여 항온변태처리하는 경우에 신성가공성은 다소 떨어지지만 페라이트에 합금원소를 석출시킴으로서 강도를 향상시킬 수 있다. In general, the purpose of induction transformation before the wire is cold drawn can be summarized into two main categories. One of them is to reduce the variation in tensile strength caused by the variation of the cooling rate in the cooling process after hot rolling, and the other is to improve the ductability by making the pearlite layer spacing uniform and fine. In addition, in the case of constant temperature transformation by adding an alloying element such as vanadium, the annealability is slightly decreased, but the strength can be improved by depositing the alloying element in ferrite.
냉각능과 강도를 향상시키기 위하여 바나듐과 같은 합금원소를 첨가하게 되면, 첨가된 합금원소에 의하여 펄라이트의 핵생성 및 성장속도가 가장 크게 되는 온도가 변하게 되고, 또 오스테나이트에 고용되어 있던 합금원소의 분배비의 차이가 발생한다. 즉, 합금원소가 공석시멘타이트 및 공석페라이트에 분배되는 비율의 차이가 발생하기 때문에 합금원소의 고용경화 및 석출경화능의 차이가 발생한다. When alloying elements such as vanadium are added to improve the cooling ability and strength, the temperature at which the nucleation and growth rate of pearlite is greatest is changed by the added alloying elements, and the alloying elements that have been dissolved in austenite There is a difference in the distribution ratio. That is, since the difference in the ratio of the alloy element is distributed to the vacancy cementite and vacancy ferrite occurs, there is a difference in the solid solution hardening and precipitation hardening ability of the alloy element.
본 발명에서는 이러한 점에 착안하여 항온변태열처리공정에서 바나듐의 분배비에 영향을 미치는 인자를 추적한 결과, 오스테나이트에 고용되어 있던 합금원소가 펄라이트변태시에 공석페라이트와 공석시멘타이트에 분배되는 비율은 합금원소의 농도, 변태온도 등에 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다. 바나듐(V)을 첨가한 고탄소강에서 바나듐의 농도 및 항온변태온도에 따른 바나듐의 분배기구는 다음과 같이 정리할 수 있다. In view of the above, the present invention traces the factors affecting the distribution ratio of vanadium in the constant temperature transformation heat treatment process. As a result, the ratio of the alloying element dissolved in the austenite to the vacancy ferrite and the vacancy cementite in the perlite transformation is alloy It was found that it is influenced by the concentration of element, transformation temperature and the like. The distribution mechanism of vanadium according to vanadium concentration and constant temperature transformation temperature in high carbon steel containing vanadium (V) can be summarized as follows.
① 과냉(kinetic undercooling)이 작으면 즉, 변태온도가 높으면 변태선단에서 바나듐은 계면확산(boundary diffusion)에 의해 시멘타이트 쪽으로 분배되어 국부적으로 평형을 이루면서 펄라이트 변태가 일어난다. 탄소 및 바나듐, 두 원소에 대한 국부평형이 변태계면 선단에서 유지된다. (1) If kinetic undercooling is small, that is, the transformation temperature is high, vanadium is distributed to cementite by boundary diffusion in the metamorphic tip, resulting in local equilibrium, resulting in pearlite transformation. Local equilibrium for the two elements, carbon and vanadium, is maintained at the distal edge.
② 변태온도가 낮아지면, 바나듐의 분배가 억제되기 때문에 펄라이트의 변태속도는 증가한다. 그러나 탄소와 바나듐의 국부평형은 변태계면의 선단에서 유지된다. ② When the transformation temperature decreases, the transformation rate of pearlite increases because the distribution of vanadium is suppressed. But the local equilibrium of carbon and vanadium is maintained at the tip of the transformation interface.
③ 변태온도가 더욱 낮아지면 펄라이트는 바나듐의 분배와 관계없는 상태에서 변태된다. 바나듐의 농도는 변태계면 선단의 어느 면에서나 같다. 즉, 펄라이트의 성장은 탄소의 체확산(volume diffusion)에 의해 지배되고, 바나듐의 영향은 아주 작아진다. ③ When the transformation temperature is lowered, pearlite is transformed in a state independent of the distribution of vanadium. The concentration of vanadium is the same on either side of the transformation interface. That is, the growth of pearlite is governed by the volume diffusion of carbon, and the influence of vanadium is very small.
펄라이트 변태시 바나듐이 배열된 형태로 석출될 것인가 또는 불규칙한 분포형태로 석출될 것인가는 펄라이트 변태시 바나듐의 분배비에 의해 결정된다. 분배비는 바나듐의 농도 및 항온변태온도에 영향을 받기 때문에 펄라이트 변태도중 또는 직후에 바나듐의 석출에도 영향을 미친다. Whether or not the vanadium is precipitated in an array form or irregular distribution upon pearlite transformation is determined by the distribution ratio of vanadium during pearlite transformation. Since the distribution ratio is affected by the concentration of vanadium and the constant temperature of transformation, it also affects the precipitation of vanadium during or immediately after the pearlite transformation.
펄라이트가 변태되는 동안에 바나듐이 시멘타이트에 분배되는 것이 억제되면 페라이트에 분배되어 석출된다. 규칙적인 간격으로 분포하는 바나듐 석출물은 펄라이트 변태계면에서 핵생성되고, 페라이트에서 성장한다. 오스테나이트 선단에서 탄소의 농화를 포함하는 계면이 전진할 때 바나듐의 끌어당김(dragging)은 계면(boundary)에서 석출물의 핵생성을 용이하게 한다. 석출물은 페라이트에서 바나듐의 확산에 의하여 성장된다. 페라이트에서 바나듐의 확산속도는 오스테나이트 보다 약 102만큼 더 크다. 주어진 변태온도에서 석출물이 핵생성되기 위해서는 석출원소의 임계과포화가 필요하다. 변태온도가 떨어지면 탄소의 확산속도는 온도의 지수함수적으로 감소하므로 변태계면의 선단에서 탄소가 농화되더라도 석출물의 핵생성을 위한 임계과포화는 증가해야만 된다. 즉, 바나듐의 농도가 그만큼 증가해야 된다. 배열된 석출물이 생기기 위한 과포화비를 화학적 구동력 즉, 과포화비와 변태온도에서 확산계수의 측면에서 분석해보면 일반 석출물(randomly distributed general ppt)이 생기기 위한 과포화비보다 크다. 석출물이 배열된 형태로 석출되는데 필요한 임계과포화비의 값은 변태온도(solute의 확산계수)가 상승할수록 감소한다. 바나듐 농도를 증가시키는 것은 주어진 냉각속도에서 변태온도를 낮추는 효과를 나타내어 용질원소의 확산속도를 감소시킨다. 따라서, 바나듐 농도의 증가는 배열된 석출물이 석출되는데 필요한 임계 과포화비를 증가시킨다. 변태온도를 낮게 하여 계면석출을 억제하면 바나듐은 페라이트에 과포화 되지만 석출되지 않기 때문에 석출강화의 효과를 기대할 수 없다.If the distribution of vanadium to cementite during pearlite transformation is suppressed, it is distributed to ferrite and precipitates. Vanadium precipitates, distributed at regular intervals, nucleate at the perlite transformation interface and grow in ferrite. The draping of vanadium facilitates nucleation of precipitates at the boundary when the interface containing carbon enrichment at the austenite tip is advanced. Precipitates are grown by diffusion of vanadium in ferrite. The diffusion rate of vanadium in ferrite is about 10 2 larger than that of austenite. In order to nucleate the precipitate at a given transformation temperature, criticality and saturation of the precipitation element are required. As the transformation temperature decreases, the diffusion rate of carbon decreases exponentially in temperature, so even if carbon is concentrated at the tip of the transformation interface, the critical supersaturation for nucleation of precipitates must increase. In other words, the concentration of vanadium must be increased by that amount. The supersaturation ratio for ordered precipitates is analyzed in terms of chemical driving force, that is, the diffusion coefficient at the supersaturation ratio and transformation temperature. The critical and saturation ratios required for precipitation in the form of precipitates decrease as the transformation temperature (solute diffusion coefficient) increases. Increasing the vanadium concentration has the effect of lowering the transformation temperature at a given cooling rate, thereby reducing the diffusion rate of the solute element. Thus, increasing the vanadium concentration increases the critical supersaturation ratio required for the precipitation of the arranged precipitates. If the interfacial precipitation is suppressed by lowering the transformation temperature, vanadium is supersaturated in the ferrite but cannot be precipitated, so the effect of precipitation strengthening cannot be expected.
항온에서 펄라이트를 변태시키더라도 바나듐 농도의 차이에 의해 분배비가 다르기 때문에 공석페라이트에서 석출되는 정도도 다르게 된다. 이러한 바나듐의 거동에 입각한 본 발명의 연구결과에 따르면, 바나듐에 의한 석출경화효과가 최대로 나타나기 위해서는 바나듐의 농도에 따른 항온변태온도를 다르게 설정해 주어야 한다는 것을 알 수 있다. Even if the perlite is transformed at constant temperature, since the distribution ratio is different due to the difference in the vanadium concentration, the degree of precipitation in the vacancy ferrite is also different. According to the research results of the present invention based on the behavior of vanadium, it can be seen that the constant temperature transformation temperature should be set differently according to the concentration of vanadium in order to maximize the precipitation hardening effect by vanadium.
따라서, 본 발명자들은 바나듐의 농도와 항온변태온도의 연관성을 추적한 하여 본 발명을 완성한 것이다. 이러한 본 발명의 대상 강종은 바나듐 첨가 고탄소강으로, 그 대표적인 예가 C: 0.75~0.85%, Mn: 0.3~0.9%, Si: 0.15~0.35%, V: 0.4% 이하, N: 0.003% 이하를 포함하여 조성되는 강이다. 이 고탄소강의 조성범위한정이유는 다음과 같다. Therefore, the present inventors completed the present invention by tracking the correlation between vanadium concentration and constant temperature transformation temperature. The target steel grade of the present invention is vanadium-added high carbon steel, and representative examples thereof include C: 0.75 to 0.85%, Mn: 0.3 to 0.9%, Si: 0.15 to 0.35%, V: 0.4% or less, and N: 0.003% or less. The steel is formed by. The reason for limiting the composition range of this high carbon steel is as follows.
·탄소(C)의 함량은 0.75-0.85%로 하는 것이 바람직하다.The content of carbon (C) is preferably 0.75-0.85%.
탄소농도가 너무 높으면 초석시멘타이트의 발생에 의해 신선가공성이 나쁘게 되고, 또 신선가공재의 중심에 미세한 균열이 생기므로 인장강도, 단면감소율 및 비틀림 강도가 떨어진다. 탄소농도가 너무 낮으면 많은 양의 초석페라이트가 발생되므로 신선가공성이 떨어지고, 또 합금원소의 초석페라이트 석출경화를 제어하기 어렵다. If the carbon concentration is too high, the drawability becomes poor due to the generation of the cementite cementite, and fine cracks are formed in the center of the draw material, so that the tensile strength, the cross-sectional reduction rate, and the torsional strength are inferior. If the carbon concentration is too low, a large amount of super-ferrite ferrite is generated, the fresh workability is poor, and it is difficult to control the precipitation hardening of the alloy element.
·실리콘(Si)의 함량은 0.15-0.35%로 하는 것이 바람직하다.The content of silicon (Si) is preferably 0.15-0.35%.
실리콘 농도가 너무 낮으면 펄라이트를 구성하는 페라이트의 강화효과와 초석시멘타이트의 생성을 억제하는 효과가 떨어지고, 너무 높으면 페라이트가 취화되어 전체적으로는 오히려 단면감소율이 떨어져서 신선가공성이 나쁘게 된다. If the silicon concentration is too low, the strengthening effect of the ferrite constituting the pearlite and the effect of suppressing the formation of the cementite cementite is inferior. If the silicon concentration is too high, the ferrite becomes brittle, and the overall cross-sectional reduction rate is rather poor, resulting in poor fresh workability.
·망간(Mn)의 함량은 0.3-0.9%로 하는 것이 바람직하다.The content of manganese (Mn) is preferably 0.3-0.9%.
망간이 너무 낮으면 강도가 감소되고, 펄라이트 핵생성속도가 너무 빠르기 때문에 미세한 펄라이트 조직을 얻기가 어렵고, 너무 높으면 망간의 편석에 의한 저온조직이 발생되어 신선가공성이 떨어진다. If the manganese is too low, the strength is reduced, because the pearlite nucleation rate is too fast, it is difficult to obtain a fine pearlite structure, if too high a low temperature tissue due to the segregation of manganese, freshness is poor.
·질소(N)의 함량은 0.003%이하로 하는 것이 바람직하다.The content of nitrogen (N) is preferably 0.003% or less.
질소농도가 너무 높으면 바나듐이 VN으로 먼저 석출되어 조대하게 성장하므로 신선가공성이 떨어진다. 또 본 발명에서는 펄라이트변태중에 생성되는 바나듐 탄화물을 이용하는 것이므로 질소의 농도가 높으면 VN의 생성으로 인한 V의 손실이 커지게 된다. If the nitrogen concentration is too high, vanadium first precipitates as VN and grows coarsely, resulting in poor freshness. In the present invention, since the vanadium carbide produced during the pearlite transformation is used, the higher the concentration of nitrogen, the greater the loss of V due to the generation of VN.
·바나듐(V)의 함량은 0.4%이하로 하는 것이 바람직하다.The content of vanadium (V) is preferably 0.4% or less.
바나듐을 첨가하는 목적은 고탄소강의 펄라이트 변태온도를 낮게 함으로써 다소 느린 냉각속도에서도 펄라이트 핵생성속도가 가장 큰 온도에서 펄라이트 변태가 일어나도록 하기 위한 것이다. 따라서 펄라이트의 층상간격은 미세하게 되어 강도는 증가하고, 냉간에서의 신선가공성은 향상된다. 또한 펄라이트 변태도중에 페라이트에서 고용도 이상의 바나듐은 미세하게 석출되기 때문에 강화효과는 나타내지만 신선가공성에 대한 악영향은 작다. 바나듐이 0.4% 보다 많이 첨가되면 결정입계에서 바나듐 석출물을 기점으로 하여 초석페라이트가 발생한다. The purpose of adding vanadium is to lower the pearlite transformation temperature of high carbon steel so that the pearlite transformation occurs at the temperature where the pearlite nucleation rate is the greatest even at a slightly slower cooling rate. Therefore, the lamellar spacing of pearlite becomes fine, the strength increases, and the fresh workability in cold is improved. In addition, the vanadium more than high solubility in the ferrite during the pearlite transformation shows fine reinforcing effect, but the adverse effect on the fresh workability is small. If vanadium is added more than 0.4%, the cornerstone ferrite is generated starting from the vanadium precipitate at the grain boundary.
상기와 같이 조성되는 바나듐 첨가 고탄소강 선재를 냉간상태에서 신선가공하기전에 500℃이상에서 700℃미만의 온도에서 항온변태 열처리한다. 항온변태온도가 700℃이상으로 너무 높으면 펄라이트 변태가 완료되는데 장시간이 소요되므로 실용적인 측면에서 가치가 없고, 이때 생긴 펄라이트는 그 층상간격이 조대하기 때문에 냉간에서의 신선가공성이 극도로 나쁘게 된다. 뿐만 아니라 항온변태온도가 너무 높게 되면 오스테나이트에 고용되어 있던 바나듐은 시멘타이트에 분배되기 때문에 공석페라이트에 석출되기 어렵다. 또한, 항온변태온도가 500℃ 보다 낮게 되면 펄라이트 이외에도 베이나이트 또는 마르텐사이트와 같은 경한 조직이 혼재하기 때문에 신선가공성이 나쁘게 된다. 뿐만 아니라 오스테나이트에 고용되어 있던 바나듐이 공석페라이트에 분배되더라도 변태온도가 너무 낮기 때문에 석출되기 어렵다.The vanadium-added high carbon steel wire formed as described above is subjected to constant temperature transformation heat treatment at a temperature of less than 700 ° C. above 500 ° C. before drawing in cold state. If the constant temperature is higher than 700 ℃, the pearlite transformation takes a long time to complete, so it is not practical in value, and the resulting pearlite is extremely bad in cold workability because of its coarse spacing. In addition, if the constant temperature transformation temperature is too high, vanadium that has been dissolved in austenite is distributed to cementite, making it difficult to precipitate in vacancy ferrite. In addition, when the constant temperature transformation temperature is lower than 500 ° C., since the hard structures such as bainite or martensite are mixed in addition to pearlite, the freshness is poor. In addition, even if vanadium employed in austenite is distributed to vacancy ferrite, it is difficult to precipitate because the transformation temperature is too low.
본 발명에서는 바나듐 첨가 고탄소강 선재를 항온변태 열처리할 때 바나듐의 농도에 따른 석출강화효과를 항온변태온도에 따라 분석 조사한 결과, 도 2와 같은 결과를 얻었다. In the present invention, when the vanadium-added high carbon steel wire was subjected to the transformation at the constant temperature transformation, the precipitation strengthening effect according to the concentration of the vanadium was analyzed and investigated according to the constant transformation temperature, and the results as shown in FIG. 2 were obtained.
도 2를 회귀분석한 결과, 바나듐 첨가량과 최대의 경도값을 나타내는 항온변태 온도의 상관관계는 식 1과 같이 표현되었다. As a result of regression analysis of FIG. 2, the correlation between the vanadium addition amount and the constant temperature transformation temperature representing the maximum hardness value was expressed as in Equation 1.
[상관식 1] Correlation 1
T = A + B×V T = A + B × V
(여기서, T는 항온변태 열처리온도, V는 바나듐의 함량, A=587.3, B=333.3)Where T is the constant temperature annealing temperature, V is the content of vanadium, A = 587.3 and B = 333.3
도 2에는 바나듐 첨가량이 다른 3개 강종에서 바나듐 첨가량에 따른 최대 경도값이 3개의 좌표로 표현되어 있다. 이 3개의 좌표를 2가지씩 연결하여 회귀분석하면 6개의 상관식을 얻을 수 있는데, 이때의 상관식에서 A, B의 값을 최대 최소로 취하여 A, B의 가능한 값을 정하면 상관식은 다음과 같다. In FIG. 2, the maximum hardness value according to the vanadium addition amount in three steel grades in which the amount of vanadium addition differs is represented by three coordinates. Regression analysis by connecting these three coordinates two by two gives six correlations. In this case, if the values of A and B are determined to the minimum and the possible values of A and B are determined, the correlation is as follows.
T = A + B×V로서, 여기서, 578<A<610, 266<B<481T = A + B × V, where 578 <A <610, 266 <B <481
상기 조건을 만족하는 온도에서 항온변태 열처리하는데, 이때의 열처리시간은 항온변태가 일어나는 시간이상으로만 하면 된다. 보통 약 4-6분이다. Constant temperature heat treatment at a temperature that satisfies the above conditions, the heat treatment time is only to be more than the time that the constant temperature transformation occurs. Usually about 4-6 minutes.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
[실시예]EXAMPLE
표 1은 본 발명에 사용된 소재의 화학조성을 나타낸 것이다. 강종 A는 바나듐을 첨가하지 않은 강종이고, 강종 E, F, 및 I는 바나듐이 0.047% ~ 0.193%첨가된 강종이다. 바나듐을 첨가한 목적은 냉각능의 향상에 의한 펄라이트 층상간격을 미세화시키기고, 또한 석출경화에 의한 강도를 향상시키기 위한 것이다. Table 1 shows the chemical composition of the material used in the present invention. Steel grade A is a steel grade without vanadium, and steel grades E, F, and I are steel grades with 0.047% to 0.193% of vanadium added. The purpose of adding vanadium is to refine the pearlite layer spacing due to the improvement of cooling ability, and to improve the strength by precipitation hardening.
상기 표 1에 나타낸 강종을 재가열한 다음에 700~550℃에서 3분간 항온변태시킨 다음에 100℃/s의 냉각속도로 급냉했을 때 항온변태온도별 바나듐 비첨가강 대비 바나듐 첨가강의 경도값의 증가량을 측정하고 이 결과를 표 2에 나타내었다.The amount of increase in hardness value of vanadium-added steels compared to vanadium non-added steels by constant temperature transformation temperature when the steel grades shown in Table 1 were reheated and then incubated at 700 to 550 ° C for 3 minutes and then quenched at a cooling rate of 100 ° C / s. Was measured and the results are shown in Table 2.
도 1은 표 2의 결과를 도시한 것이다. 700℃에서 항온변태 후 급냉하면 바나듐의 첨가에 의한 경도값의 증가는 거의 나타나지 않았다. 또 700℃에서 미소경도값이 높은 이유는 3분 동안에 항온변태가 거의 일어나지 않고, 항온변태후의 급냉에 의해서 항온변태시 미변태된 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태되었기 때문이다. 그러나 650~550℃의 온도구간에서는 바나듐의 첨가량이 많을수록 경도 값은 높게 나타났다. 0.193%V 첨가강은 약 640℃ 부근에서, 0.099%V 첨가강은 625℃ 부근에서, 0.047%V 첨가강은 600℃ 부근에서 바나듐 비첨가강과의 경도값의 차이는 최대값을 나타냈다. 바나듐의 첨가가 경도값을 상승시키는 요인은 미완성 펄라이트 분율의 감소, 펄라이트 층상간격의 미세화, 공석페라이트에 바나듐의 고용, cluster 형성 및 바나듐의 석출경화효과 등이 복합적으로 기여하기 때문이다. 바나듐을 첨가하지 않은 강의 경도값은 항온변태온도가 가장 낮은 550℃에서 가장 높게 나타났으므로 펄라이트의 층상간격이 이 온도에서 가장 미세하거나 미완성 펄라이트의 분율이 가장 높다고 볼 수 있다. 따라서, 펄라이트의 층상간격의 미세화 및 미완성 펄라이트 분율의 증가에 의한 경화효과만을 고려한다면 바나듐의 첨가에 의한 경도값의 증가량도 550℃에서 최대 값이 나타나야만 한다. 그러나, 바나듐의 첨가량이 증가할수록 경화효과가 최대로 나타나는 온도는 600℃, 625℃, 640℃ 등으로 상승하였다. 이러한 결과는 펄라이트 층상간격 및 미완성 펄라이트의 분율로는 설명하기 곤란하다. 즉, 바나듐의 경화효과가 추가되어야만 된다. 이러한 바나듐의 경화효과는 공석페라이트의 고용경화, 바나듐의 응집체(cluster)의 형성 및 바나듐의 석출경화효과 등으로 설명할 수 있다. 따라서 550~650℃ 항온변태온도 구간에서, 낮은 온도에서는 펄라이트 층상간격의 미세화와 미완성 펄라이트 분율이, 높은 온도에서는 바나듐의 고용, cluster의 형성 및 석출경화 등이 복합적으로 작용했기 때문이다.1 shows the results of Table 2. Rapid cooling after constant temperature transformation at 700 ° C. showed little increase in hardness due to the addition of vanadium. The reason why the high microhardness value is high at 700 ° C. is because almost no incubation occurs in 3 minutes, and the untransformed austenite is transformed into martensite during constant transformation by rapid cooling after constant transformation. However, in the temperature range of 650 ~ 550 ℃, the hardness was higher as the amount of vanadium added. The difference of hardness value with the vanadium non-added steel showed the maximum value in the vicinity of about 640 degreeC of 0.193% V addition steel in the vicinity of 625 degreeC, and the 0.047% V addition steel in the vicinity of 625 degreeC. The reason why the addition of vanadium increases the hardness value is that the contribution of the reduction of the incomplete pearlite fraction, the refinement of the pearlite layer spacing, the solid solution of vanadium in the vacancy ferrite, the formation of clusters and the precipitation hardening effect of vanadium are combined. The hardness value of the steel without vanadium was the highest at 550 ℃, where the constant transformation temperature was the lowest. Therefore, the layered spacing of pearlite was the highest at this temperature and the fraction of unfinished pearlite was the highest. Therefore, considering only the curing effect by miniaturization of the laminar spacing of pearlite and the increase of the unfinished pearlite fraction, the maximum increase in hardness value due to the addition of vanadium should also be shown at 550 ° C. However, as the amount of vanadium added increased, the temperature at which the curing effect was maximized increased to 600 ° C, 625 ° C, 640 ° C, and the like. These results are difficult to explain in terms of the pearlite layer spacing and the fraction of incomplete pearlite. That is, the curing effect of vanadium must be added. Such hardening effect of vanadium can be explained by solid solution hardening of vacancy ferrite, formation of cluster of vanadium, precipitation hardening effect of vanadium, and the like. Therefore, in the 550-650 ℃ constant transformation temperature range, the low-temperature micronization and unfinished pearlite fraction at low temperature, vanadium solid solution, cluster formation and precipitation hardening at high temperature were combined.
도 2는 도 1에서 바나듐 첨가량에 따라서 최대의 경도 증가량이 나타나는 항온변태온도를 도시한 것이다. 550℃ 이상 700℃ 미만의 항온변태 온도 구간에서 바나듐의 첨가량이 증가할수록 최대의 경도값을 나타내는 항온변태온도는 증가하였다. 바나듐 첨가량과 최대의 경도값을 나타내는 항온변태온도의 관계는 실험식 T(temp.) = 587.3 + 333.3(wt%V)로 나타낼 수 있고, 이때의 상관계수는 0.986이었다. FIG. 2 illustrates the constant temperature transformation temperature at which the maximum increase in hardness is shown according to the amount of vanadium added in FIG. 1. As the amount of vanadium was increased in the constant temperature transformation temperature range from 550 ° C to less than 700 ° C, the constant temperature at the maximum hardness was increased. The relationship between the amount of vanadium addition and the constant temperature transformation temperature representing the maximum hardness value can be expressed by the empirical formula T (temp.) = 587.3 + 333.3 (wt% V), where the correlation coefficient was 0.986.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 바나듐 첨가량에 따라서 항온변태온도를 제어하므로서 고탄소강을 강화시킬 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다. As described above, the present invention has a useful effect of strengthening high carbon steel while controlling the constant temperature transformation temperature according to the amount of vanadium added.
도 1은 항온변태온도 및 바나듐(V)의 농도에 따른 미소경도 변화를 나타내는 그래프1 is a graph showing the change in microhardness according to the constant temperature and the concentration of vanadium (V)
도 2는 바나듐의 농도와 항온변태온도에 따른 최대경도값을 나타내는 그래프2 is a graph showing the maximum hardness value according to the concentration of vanadium and constant temperature transformation temperature
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