KR100536828B1 - 미세페라이트주체조직강과그제조방법 - Google Patents

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카가쿠기쥬쯔죠 킨조쿠자이료 기쥬쯔켄큐죠
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Abstract

본 출원의 발명은 미세 페라이트 주체(Ferrite 主體) 조직강과 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 구조용강등으로서 봉강·형강·박판 및 후판의 각종형태로 사용되는 페라이트 주체강에 있어서, 고강도로 피로수명이 긴 미세 페라이트 주체 조직강과 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 고강도로 피로수명이 긴 페라이트강을 제공하고자 페라이트립계의 60%이상이 15°이상의 대각립계이고, 평균입경이 5㎛이하의 미세한 페라이트 조직이 주체를 점하도록 하였다.
따라서, 본 발명은 지금까지 전혀 실현되지 않은 평균 페라이트립경 2.5㎛이하라는 미세 페라이트 조직의 강이 제공되고, 이는 고강도로 피로수명이 긴 페라이트강의 제공으로, 구조용강으로서 봉강, 형강, 박판 및 후판에 유용하게 되었다.

Description

미세 페라이트 주체 조직강과 그 제조방법{Grain steel based on fine-ferrite and method thereof}
본 출원의 발명은 미세 페라이트 주체(Ferrite 主體) 조직강과 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 구조용강 등으로서 봉강·형강·박판 및 후판의 각종형태로 사용되는 페라이트 주체강에 있어서, 고강도로 피로수명이 긴 미세 페라이트 주체 조직강과 그 제조방법에 관한 것이다.
종래, 강재의 강화방법으로서는 고용(固溶)강화와 마르텐사이트(Martensite)등과의 복합화에 의한 제2상(相)에 의한 강화, 석출강화, 결정립의 미세화등이 알려져 있다. 그중에서도, 강도와 인성을 함께 높이고, 강도·연성균형을 양호하게 하는 방법으로서는 결정립의 미세화가 가장 뛰어난 방법이다. 이 방법에서는 소입(燒入)성을 높이는 Ni, Cr 등의 고가 원소의 첨가를 필요로 하지 않으므로 저비용으로 고강도 강제의 제조가 가능하다. 이 결정립의 미세화란 관점에서 구조용강에 있어서, 페라이트의 결정입경이 2.5㎛이하까지 미세화되면 강도는 급격히 커지게 되는 것이 기대되고 있다. 그렇지만, 일반의 가공 열처리기술로 현재까지 얻어지고 있는 5㎛정도의 입경으로는 고강도화 시켜도 큰 강도 상승량은 얻어지지 않는 것이 실상이다.
한편, 제어압연·가속냉각기술은 저합금강에 있어서, 미세한 페라이트를 얻기 위한 유효한 방법이었다. 즉, 오스테나이트(Austenite) 미재결정역(未再結晶域)에서 누적압하율(累積壓下率)과 그 후의 냉각속도를 제어함에 의해 미세한 조직이 얻어지고 있다. 그러나, 얻어지는 페라이트 입경은 고작 Si-Mn강에서 10㎛, Nb강에서 5㎛가 한계였다. 한편, 일본 특개소 58-123823, 동 59-205447, 일본 특공소 62-39228, 동 62-5212, 동 62-7247에 기재되어 있는 바와 같이, 2상역(相域)도 포함된 Ar1∼Ar3+100℃의 온도영역에서 합계감면률이 75%이상의 압하를 가하고, 그후 20K/s 이상으로 냉각하는 경우에는 3∼4㎛정도의 페라이트립이 얻어지는 것이 보고되어 있다. 그렇지만, 20K/s이상의 급냉은 판두께가 얇은 경우에만 성립하는 수단이고, 널리 일반 용접구조용강의 제조방법으로서는 성립하기 어려운 비실제적인 것에 지나지 않는다. 또한, 강한 가공 그 자체에 대해서도, 롤압연에서는 오스테나이트 저온영역에서의 1패스(pass)로 50%를 넘는 큰 압하를 행하는 것은 그 변형저항의 크기와 롤의 물고 들어가는 크기 제한 때문에 일반적으로 어렵다. 또한, 미재결정역에서의 누접압하에는 일반적으로 70%이상 필요해 강판의 온도저하에 의해 이것도 곤란하다.
반면, 「철강의 결정립 초미세화, 일본철강협회편(1991) P41」에서는 관점을 바꾸어 베이나이트(Bainite) 조직을 재결정시키는 것으로 미세 페라이트조직을 얻고 있다. 그러나, 성분을 최적화해도 재결정온도를 저하시킬 수 없기 때문에 페라이트립 성장이 빠르고, 5㎛미만의 페라이트 결정입경은 얻을 수 없다.
그래서, 본 출원의 발명에서는 이상과 같은 종래기술의 한계를 극복하고, 그 강도를 보다 크게 증대시키기 위해 지금까지 알려져 있지 않은 2.5㎛이하라는 초미세한 페라이트조직을 갖는 강을 제공하고, 게다가, 피로수명도 비약적으로 길게하는 등의 우수한 특성을 갖는 새로운 강을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 출원은 상기의 과제를 해결하는 것으로서, 마르텐사이트 조직강이 500℃∼Ac1 온도로의 가열 후에 가공 유기재결정된 페라이트 주체강으로서, 평균 페라이트 입경이 2.5㎛이하인 것을 특징으로 하는 미세 페라이트 주체 조직강을 제공한다.
더구나, 본 출원은, 마르텐사이트 조직강은 강재가 Ac3∼1350℃ 온도범위로 가열되고, 오스테나이트 영역에서 가공후까지는 무가공한채 급냉되어지는 것인 청구항 1의 미세 페라이트 주체 조직강(청구항 2), 압하율 50%이상의 가공에 의해 가공유기재결정이 행해지고 있는 청구항 1 또는 2의 미세 페라이트 주체 조직강(청구항 3), 마르텐사이트 조직강은, 화학조성으로서
C : 0.001∼0.80 중량%
Si : 0.80 중량% 이하
Mn : 0.8∼3.0 중량%
Al : 0.10 중량% 이하
를 함유하고 잔부가 Fe 및 그 불가피적 불순물로 되는 강재로부터 얻은 것인 청구항 1∼3중 어느 하나의 미세 페라이트 주체 조직강(청구항 4), 청구항 4의 성분이외에,
Cu : 0.05∼2.5 중량%,
Ni : 0.05∼3 중량%,
Ti : 0.005∼0.1 중량%,
Nb : 0.005∼0.1 중량%,
V : 0.005∼0.1 중량%,
Cr : 0.01∼3중량%,
Mo : 0.01∼1 중량%,
W : 0.01∼0.5 중량%,
Ca : 0.001∼0.01 중량%,
REM : 0.001∼0.02중량%,
B : 0.0001∼0.006 중량%
중 1종 또는 2종이상을 함유하는 강제에서 얻어진 것인 미세 페라이트 주체 조직강(청구항 5), 페라이트 입계의 60%이상이 15°이상의 대각립계이고, 평균입경이 5㎛이하의 미세한 페라이트 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 미세 페라이트 주체 조직강(청구항 6), 가공에 의해 페라이트상(相)이 생성가능한 강재를 Ac1이하의 온도범위로 가공하고, 회복·재결정시켜 페라이트 입계의 60%이상이 15°이상의 대각립계이고, 평균입경이 5㎛이하의 미세한 페라이트 조직을 가지는 미세 페라이트 주체 조직강을 제조하는 것을 특징으로 하는 미세 페라이트 주체 조직강의 제조방법(청구항 7), 모든 가공량으로 50% 이상으로 가공하는 청구항 7 기재의 미세 페라이트 주체 조직강의 제조방법(청구항 8), 가공은 2패스 이상으로 하고, 그중 적어도 임의의 2패스는 압하방향 또는 압연방향이 서로 다른 청구항 7 또는 8 기재의 미세 페라이트 주체 조직강의 제조방법(청구항 9), 적어도 임의의 2패스는 각각의 전 압하율까지는 전 압연율이 29% 이상인 청구항 9 기재의 미세 페라이트 주체 조직강의 제조방법(청구항 10), 가공전 조직이 마르텐사이트 또는 템퍼링(Tempering)마르텐사이트인 청구항 7∼10중 어느 하나에 기재된 미세 페라이트 주체 조직강의 제조방법(청구항 11)을 제공한다.
본 출원의 발명은 이상과 같은 특징을 같고있는 것이지만, 이것은 저온에서 다수의 페라이트 재결정 핵을 생성, 재결정 시켜서 평균 페라이트 결정립경 2.5㎛ 이하의 강재를 제조할 수 있음을 찾아낸 것에 기초하고 있다.
즉, 저온에서 재결정 시키기 위해 가공전의 조직을 석출물을 포함하는 마르텐사이트로 하고, 재결정 온도로 재가열 유지후 가공하고, 등온유지하여 가공 유기재결정 시키는 것이다. 기술적으로는 다음의 것이 중요하다.
1) 가공전 조직의 마르텐사이트화
마르텐사이트는 내부가 미세한 패킷(Packet) 혹은 블록으로 분할되어 있다. 이들 패킷 혹은 블록의 경계가 재결정 사이트로 되기 때문에 미세 페라이트 조직의 형성이 가능하다. 또한, 마르텐사이트는 페라이트·퍼얼라이트 혹은 베이나이트에 대하여 높은 왜곡에너지를 가지고 있으므로 재결정하기 쉽고 재결정온도를 저온으로 할 수 있다.
2) 가공전의 석출
가공전에 석출물을 석출시켜서 가공의 의해 석출물 근방에 불균일한 왜곡을 도입하는 것이 가능하게 된다. 재결정은 불균일한 왜곡분포의 존재에 의해 일어나므로 가공전의 석출은 필수이다.
3) 가공
가공은 50%이상이면 재결정온도 혹은 그 이하의 온도에서 가하는 것이 소망스럽다. 재료를 재결정시키기 위해 새로운 에너지를 주는 수단이다. 50%이하의 가공에서는 재결정은 일어나기 어렵다. 여기서, 다축가공을 하면 재결정립 방위가 랜덤화하고 보다 효과적이다.
4) 가공 후, 재결정온도로 유지
가공 후, 재결정온도로 유지하는 것으로 재결정시킨다. 유지시간은 강의 조성, 가공량 등에 의존하지만, 80%이상 재결정하는 시간 이상 유지할 필요가 있다. 단, 재결정 완료후의 장시간 유지는 조직의 조대화를 초래하기 때문에 좋지 않다.
이상 알려진 것에 입각하여, 본 출원의 발명은 상기와 같은 구성을 요건으로 하고 있지만 보다 구체적인 제조 프로세스로서는 다음과 같이 설명할 수 있다.
즉, 먼저 강제를 Ac3∼1350℃의 온도 범위로 가열하고, 오스테나이트 영역에서 가공후까지는 무가공한체 냉각후의 조직이 마르텐사이트로 되도록 급냉한다. 이 강을 500℃∼Ac1의 온도로 재가열 후, 1∼1000s유지하고, 즉시 50%이상의 가공을 하여 10s이상 당해온도로 유지하여 냉각한다. 이렇게 하여, 평균 페라이트 입경 2.5㎛이하의 미세 페라이트 조직강을 얻는다.
가열온도는 Ac3에서 1350℃로 함이 적당하다는 이유는 조직을 일시 오스테나이트로 하기 때문이다. 오스테나이트 영역에서의 가공에 의해 오스테나이트립이 미세화 하고, 이와 동반하여 필연적으로 패킷 및 블록이 미세화하여 재결정 사이트가 증가한다. 여기서 가공은 반드시 필요한 것은 아니나 가공을 하는 쪽이 좋다. 냉각은 강 성분에 의해서도 다르지만, 가공전 조직을 마르텐사이트로 하기 위해 대략 10℃/s이상의 냉각속도로 급냉함이 적당하다. 가공전 조직을 마르텐사이트로 하는 것으로, 이어지는 재결정온도를 전조직이 마르텐사이트 이외의 경우 보다도 낮게 하는 것이 가능하다.
이어서 500℃∼Ac1의 온도범위로 재가열 후, 1∼3600s유지하고, 50%이상 가공을 하여 10s이상 당해온도로 유지하는 것이 적당하다. 재결정을 일으키기 위해서는 500℃이상일 필요가 있지만, Ac1을 넘으면 오스테나이트화 하기 때문에 재가열 온도는 500℃∼Ac1으로 하는 것이 좋다. 가공전의 유지시간은 석출물을 석출시키기 위해 1s이상이 바람직하지만, 3600s를 넘어서 유지하면 마르텐사이트 조직중 전위(轉位)의 회복에 의해 저온에서의 재결정이 일어나기 어렵게 되므로 1∼3600s로 하는 것이 적당하다. 가공량은 50%이상으로 되지 않으면 재결정을 일으킬 수 없으므로 50%이상으로 한다. 가공후의 유지시간은 10s이상으로 되지 않으면 재결정을 할 수 없으므로 10s이상으로 하는 것이 소망스럽다. 재결정 완료후는 가능한 신속히 냉각함이 결정립의 성장을 억제하기 위해 좋다.
강제의 화학조성에 대해서는 엄밀한 한정은 없지만, 예컨대 상기와 같은 조성으로 하는 것과 그 조성범위에 대하여 아래의 것이 고려된다.
C : 0.001∼0.80중량%
C는 강도의 확보, Fe3C 등 탄화물의 석출 및 마르텐사이트의 생성을 위해서는 0.001중량% 이상으로 하는 것이 소망스럽다. 그러나, 0.80중량%를 넘어서 첨가하면 인성을 현저히 훼손하므로 첨가범위는 0.001∼0.80중량%로 하는 것이 적당하다.
Si : 0.80중량% 이하
Si는 0.80중량%를 넘어서 첨가하면 용접성을 헤치므로 Si 첨가범위는 0.8중량%로 하는 것이 적당하다.
Mn : 0.8∼3.0중량%
Mn은 조직을 일시 마르텐사이트로 하기 위해서는 0.8중량%이상이 소망스럽다. 그러나 3.0중량%보다 많이 첨가하면 용접성을 현저시 열화시키므로 Mn의 첨가범위는 0.8∼0.3중량%로 하는 것이 적당하다.
Al : 0.10중량% 이하
Al은 0.1중량%를 넘어서 첨가한 경우에는 강의 청정도가 열화하므로 Al의 첨가범위는 0.1중량%이하로 하는 것이 적당하다.
Cu : 0.05∼2.5중량%
Cu는 0.05중량%이상 첨가하면 석출강화 및 고용강화에 의해 강도를 상승시켜서 유효하지만 2.5중량%를 넘어서 첨가하면 용접성이 열화하므로, 좋기로는 첨가범위는 0.05∼2.5중량%로 한다.
Ni : 0.05∼3중량%
Ni는 0.05중량%이상 첨가하면 강도상승 및 일시 마르텐사이트 조직으로 하기 때문에 유효하지만, 3중량%를 넘어서 첨가해도 강도 상승의 효과가 적으므로, 좋기로는 Ni의 첨가범위는 0.05∼3중량%로 한다.
Ti : 0.005∼0.1중량%
Ti는 0.005중량%이상의 첨가로 Ti(C, N)의 석출에 의해 가공 유기재결정의 촉진, 재결정립의 성장억제의 효과가 있지만, 0.1중량%를 넘어서 첨가해도 그 효과가 포화되므로, 좋기로는 Ti의 첨가범위는 0.005∼0.1중량%로 한다.
Nb : 0.005∼0.1중량%
Nb는 0.005중량%이상 첨가하여 Nb(C, N)의 석출에 의해 가공 유기재결정의 촉진, 재결정립의 성장억제의 효과가 있지만, 0.1중량%를 넘어서 첨가해도 그 효과가 포화하므로 Nb의 첨가범위는 0.005∼0.1중량%로 하는 것이 적당하다.
V : 0.005∼0.1중량%
V는 0.005중량%이상 첨가하여 (C, N)의 석출에 의해 가공 유기재결정의 촉진, 재결정립의 성장억제의 효과가 있지만, 0.1중량%를 넘어서 첨가해도 그 효과가 포화하므로 V의 첨가범위는 0.005∼0.1중량%로 하는 것이 적당하다.
Cr : 0.01∼3중량%
Cr은 0.01중량%이상 첨가하는 것으로 탄화물을 형성하고 가공 유기재결정의 촉진, 재결정립의 성장억제의 효과가 있지만, 3중량%를 넘어서 첨가해도 그 효과가 포화하므로 Cr의 첨가범위는 0.01∼3중량%로 하는 것이 적당하다.
Mo : 0.01∼1중량%
Mo는 0.01중량%이상 첨가하는 것으로 탄화물을 형성하고 가공 유기재결정의 촉진, 재결정립의 성장억제의 효과가 있지만, 1중량%를 넘어서 첨가해도 그 효과가 포화하므로 Mo의 첨가범위는 0.01∼1중량%로 하는 것이 적당하다.
W : 0.01∼0.5중량%
W는 0.01중량%이상 첨가로 강도의 상승에 효과가 있지만, 0.5중량%를 넘어서 첨가해도 인성이 열화하므로, 좋기로는 W의 첨가범위는 0.01∼0.5중량%로 한다.
Ca : 0.001∼0.01중량%
Ca는 0.001중량%이상의 첨가에 의해 황화물계 개재물의 형태 제어에 효과가 있지만, 0.01중량%를 넘어서 첨가해도 강중 개재물을 형성하여 강의 성질을 악화시키므로 Ca의 첨가량은 0.001∼0.01중량%이하로 하는 것이 적당하다.
REM : 0.001∼0.02중량%
REM은 0.001중량%이상의 첨가로 오스테나이트립의 입성장을 억제하여 오스테나이트립 미세화의 효과가 있지만, 0.02중량%를 넘어서 첨가하면 강의 청정도를 손상시키므로 REM의 첨가량은 0.001∼0.02중량%이하로 하는 것이 적당하다.
B : 0.0001∼0.006중량%
B는 0.0001중량%이상의 첨가에 의해 강의 담금질성을 현저히 높히고 일시 마르텐사이트를 형성하여 유효하지만, 0.006중량%를 넘어서 첨가하면 B화합물을 형성하여 인성을 열화시키므로 B의 첨가량은 0.0001∼0.006중량%로 하는 것이 적당하다.
게다가, 본 발명에 있어서는 페라이트 주체 조직강으로 규정하고 있지만, 여기서의 『주체』는 페라이트단상 혹은 페라이트상이 주인 것으로 한정되지 않고 단상에 가까운 조직까지의 것을 포함하여 규정하고 있다. 예를 들어 체적률로서 50%이상, 더욱이는 70%이상, 그리고 90%이상이 페라이트상인 것이 포함되는 것으로 된다. 체적률 100%의 페라이트단상인 것도 당연히 포함된다.
게다가, 본 발명의 미세 페라이트 주체 조직강은 페라이트 입계의 60%이상이 15°이상의 대각립계로 되어도 좋고, 평균입경이 5㎛이하의 미세한 페라이트 조직을 가지고 있다. 페라이트 입경은 5㎛이하로 미세하고, 이 때문에 강은 고강도화 되어지고 피로수명도 길게 된다. 그 위에 페라이트 입계의 60%이상이 입계를 구성하는 결정의 상호간의 방위각차가 15°이상의 대각립계이기 때문에 강의 강도 및 피로는 보다 향상된다.
가공은 강제를 회복·재결정시키기 위해 에너지를 부여하는 수단이고, 강제의 압축변형을 수반해도 좋다. 이 가공은 Ac1이하의 온도범위로 한다. 가공은 냉간가공도 가능하여 이 경우에는 실온에서 할 수 있다. 전가공량은 50%이상으로 하는 것이 좋다. 전가공량이 50%미만이면 페라이트 전위밀도는 1×109㎝-2이하로 하기 어렵고, 페라이트화가 일어나기 어렵다.
또한, 가공은 2패스(Pass)이상의 다수 패스로 하고, 그중 적어도 임의의 2패스는 서로의 압하방향 또는 압연방향이 다르도록 하면 회복·재결정에 의해 최종적으로 얻어지는 페라이트립이 서로 다른 결정방위로 향하기 쉽게 된다. 60%이상의 페라이트립계에서 15°이상의 대각립계가 효과적으로 형성된다. 보다 좋기로는, 적어도 임의의 2패스는 각각의 전압하율까지는 전압하율이 29%이상으로 되도록 행한다.
가공후에는 일반적으로, 가공조직의 소둔을 하고, 재결정화할 수 있다. 게다가, 강제의 성분, 가공량 및 가공온도에 의해서는 가공만으로 회복·재결정이 일어나고, 페라이트 전위밀도가 1×109㎝-2이하의 페라이트조직 형성되는 경우가 있고, 이러한 경우에는 소둔은 반드시 필요하지 않다. 한편, 냉간가공을 한 때에는 소둔은 필요로 된다.
소둔온도는 500℃∼Ac1의 온도범위가 좋다. 가공 및 소둔온도가 Ac1을 넘으면, 오스테나이트화 한다. 한편, 500℃이상이 아니면 페라이트 전위밀도는 1×109㎝-2이하로 하는 것이 어렵게 된다. 유지시간은 강의 조성, 가공량 등에 의존하지만, 페라이트의 전위온도가 1×109㎝-2이하로 되는 시간 이상으로 하는 것이 좋다. 그렇지만, 재결정 완료후의 장시간 유지는 조직의 조대화를 초래하므로 좋지 않다.
본 발명의 미세 페라이트 주체 조직강의 제조방법에 의한 구체적인 제조프로세스를 아래에 나타낸다.
먼저 강제를 예컨대 Ac3(오스테나이트 변태가 종료되는 온도)∼1350℃의 온도범위로 가열하고, 오스테나이트 영역에서 가공 후 또는 무가공한 체 냉각 후, 조직이 마르텐사이트로 되도록 급냉한다. 오스테나이트 영역에서 가공을 행하면 오스테나이트립이 미세화 하고, 이에 동반하여 패킷 및 블록도 미세화 하여 재결정 사이트가 증가한다. 급냉은 강의 성분에 의해서도 다르지만, 개략 10℃/s이상의 냉각속도로 하는 것이 좋다. 또한, 가공전 조직을 마르텐사이트로 하는 것으로 재결정온도를 가공전 조직이 마르텐사이트 이외 경우의 소둔온도 보다도 낮은 온도로 할 수 있다.
이 강제를 이어서 500℃∼Ac1온도범위로 재가열 후, 1∼3600초(좋기로는 1∼1000초) 유지하고, 즉시 50%이상의 가공을 하고, 직후에 냉각하던가 또는 그 온도범위로 10초이상 유지하여 재결정시켜 냉각한다. 재결정 완료후는 가능한 신속히 냉각하는 것이 결정립의 성장을 억제하므로 좋다.
이리하여, 페라이트립계의 60%이상이 15°이상의 대각립계로 평균 페라이트립경이 5㎛이하의 미세 페라이트 주체 조직이 얻어진다. 이하 실시예를 들고 보다 상세하게 본 출원의 발명에 대하여 설명한다. 물론, 본 발명은 아래의 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1∼2, 비교예 1∼6]
중량%로 C/0.05, Mn/2.0, Al/0.035를 포함하고, 잔부가 Fe 및 그와 불가피적인 불순물의 조성성분을 가지는 시험편에 표 1에 나타낸 가공열처리를 실시하여 페라이트 결정립경을 측정했다. 가공수단으로서는 엔빌(Anvil)압축형 시험기에 의한 것 및 전방향에서의 단조가공이 행해지는 스웨이저를 사용했다. 표 2에는 얻은 결과로서 재결정율과 평균 페라이트립경(㎛)을 나타냈다. 또한, 본 발명의 실시예의 마이크로 조직을 도 1에 도시했다.
본 발명의 실시예의 강은 평균립경 2.5㎛이하의 미세 페라이트 조직을 나타내고 있다. 실시예 및 비교예와의 대비에서도 명확한 바와 같이, 가공전 조직을 마르텐사이트로 하는 것으로 재결정하기 쉽게 되는 것 및 완전히 재결정 완료하는 처리를 행한 경우에는 가공전 조직이 마르텐사이트로 있었던 쪽이 재결정 페라이트립경이 작은 것이 이해된다.
표 1
번 호 전 처 리 재 결 정 가 공 열 처 리
가열온도(℃) 냉각속도(℃/s) 냉각후조직 재가열온 도(℃) 가공전보지시간(S) 가공수단 가공량(%) 가공후보지시간(S) 보지후냉각속도(℃)
실시예 1 1100 100 마르텐사이트 640 10 엔빌압축가공 50 600 10
실시예 2 1100 100 마르텐사이트 640 60 스위이징 50 200 10
비교예 1 1100 100 마르텐사이트 640 10 엔빌압축가공 20 600 10
비교예 2 1100 20 베이나이트-페라이트 640 10 엔빌압축가공 50 600 10
비교예 3 1100 1 페라이트-퍼얼라이트 640 10 엔빌압축가공 50 600 10
비교예 4 1100 1 페라이트-퍼얼라이트 640 10 엔빌압축가공 50 1150 10
비교예 5 1100 1 페라이트-퍼얼라이트 640 10 엔빌압축가공 50 1500 10
비교예 6 1100 1 페라이트-퍼얼라이트 640 10 엔빌압축가공 50 3600 10
표 2
번 호 조 직 기계적 성질
재결정율**(%) 평균페라이트입경(㎛) 경 도(Hv) 피로강도(MPa)
실시예 1 100 1.2 181 482
실시예 2 100 1.0 236 517
비교예 1 0 - - -
비교예 2 10 1.2* - -
비교예 3 5 1.2* - -
비교예 4 100 3.0 162 350
비교예 5 100 10.0 153 246
비교예 6 100 25.0 131 200
* : 재결정미종료. 재결정부만의 값을 나타내었다.
재결정완료까지 유지하면 평균 페라이트 입경은 보다 커진다.
** : 100-마르텐사이트 체적율(%)로 정의했다.
[실시예 3]
Fe - 0.05C - 2.0Mn(중량%)강을 1100℃로 60초간 유지한 후에 냉각하여 마르텐사이트 조직으로 했다. 이어서, 640℃로 재가열하고, 온간 2패스 가공후 냉각했다. 또한, 동일한 온간 2패스 가공후에 200초간의 소둔을 하고 냉각했다.
가공은 640℃에서 300초간 유지후 50% 롤압연을 제1패스, 640℃에서의 50% 평면왜곡 압축을 제2패스로 했다. 이 2패스간에는 압연방향(RD)을 변화시켜서 했다.
본 강의 마이크로 조직 및 경도(Hv)는 도 2에 도시한 바와 같다. RD를 변화시키지 않은 것이 비회전재(도 2a 및 도 2b), RD를 90°회전시킨 것이 RD회전재(도 2c 및 도 2d)이다. RD회전재에서는 어는 것도 페라이트립계의 60%이상이 15°이상의 대각립계로 평균 페라이트 입경이 2.5㎛이하의 미세등축립으로 되고, 미세페라이트 주체 조직이 형성했다. 비회전재에 비해 더욱 경도(강도)가 향상했다.
물론, 본 발명은 이상의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 화학조성, 가공 및 소둔조건 등의 세부에 대해서는 가지가지 태양이 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.
이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 출원에 발명에 의해 지금까지 전혀 실현되지 않은 평균 페라이트립경 2.5㎛이하라는 미세 페라이트 조직의 강이 제공된다.
그리고, 고강도로 피로수명이 긴 페라이트강이 제공된다. 구조용강으로서 봉강, 형강, 박판 및 후판에 유용하게 되었다.
도 1은 본 발명의 실시예의 관찰조직을 촬영한 전자현미경(SEM) 사진,
도 2는 합금강을 가공·소둔한 후의 조직을 경도와 함께 도시한 현미경 사진이다.

Claims (8)

  1. 화학조성으로서
    C : 0.001∼0.80 중량%
    Si : 0.80 중량% 이하
    Mn : 0.8∼3.0 중량%
    Al : 0.10 중량% 이하
    를 함유하고 잔부가 Fe 및 그 불가피적 불순물로 되는 강재로부터 얻은 마르텐사이트 조직강이 500℃∼Ac1 온도로의 가열 후에 가공 유기재결정된 페라이트 주체강으로서, 평균 페라이트 입경이 2.5㎛이하이고,
    압하율 50%이상의 가공에 의해 가공유기재결정이 행해지고 있는 것임을 특징으로 하는 미세 페라이트 주체 조직강.
  2. 제 1항에 있어서, 마르텐사이트 조직강은 강재가 Ac3∼1350℃ 온도범위로 가열되고, 오스테나이트 영역에서 가공후까지는 무가공한채 급냉되어지는 것임을 특징으로 하는 미세 페라이트 주체 조직강.
  3. 마르텐사이트 조직강이 화학조성으로서 제 1항의 성분이외에,
    Cu : 0.05∼2.5 중량%,
    Ni : 0.05∼3 중량%,
    Ti : 0.005∼0.1 중량%,
    Nb : 0.005∼0.1 중량%,
    V : 0.005∼0.1 중량%,
    Cr : 0.01∼3중량%,
    Mo : 0.01∼1 중량%,
    W : 0.01∼0.5 중량%,
    Ca : 0.001∼0.01 중량%,
    REM : 0.001∼0.02중량%
    B : 0.0001∼0.006 중량%
    중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 강제에서 얻어진 것임을 특징으로 하는 미세 페라이트 주체 조직강.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 페라이트 입계의 60%이상이 15°이상의 대각립계이고, 평균입경이 5㎛이하의 미세한 페라이트 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 미세 페라이트 주체 조직강.
  5. 가공에 의해 페라이트상(相)이 생성 가능한 강재를 Ac1이하의 온도범위로 가공하고, 회복·재결정시켜 페라이트 입계의 60%이상이 15°이상의 대각립계이고, 평균입경이 5㎛이하의 미세한 페라이트 조직을 가지는 조직강으로서, 그 화학조성이
    C : 0.001∼0.80 중량%
    Si : 0.80 중량% 이하
    Mn : 0.8∼3.0 중량%
    Al : 0.10 중량% 이하
    를 함유하고 잔부가 Fe 및 그 불가피적 불순물로 되는 강재로부터 얻은 것이고,
    전(全)가공량에서 50% 이상으로 가공하여 미세 페라이트 주체 조직강을 제조하는 것을 특징으로 하는 미세 페라이트 주체 조직강의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서, 가공은 2패스 이상으로 하고, 그중 적어도 임의의 2패스는 압하방향 또는 압연방향이 서로 다른 것을 특징으로 하는 미세 페라이트 주체 조직강의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 적어도 임의의 2패스는 각각의 전 압하율까지는 전 압연율이 29% 이상인 것을 특징으로 하는 미세 페라이트 주체 조직강의 제조방법.
  8. 제 5항, 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 가공전 조직이 마르텐사이트 또는 템퍼링(Tempering)마르텐사이트인 것을 특징으로 하는 미세 페라이트 주체 조직강의 제조방법.
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