KR100605723B1 - High strength steel having excellent delayed fracture resistance and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고강도 부품에 사용하기에 적합한 강도를 가지고 있으면서 그와 동시에 고강도 부품에서 흔히 발생되는 지연파괴에 대한 저항성이 높은 강가공품의 제조방법과 이를 통해 얻어지는 강가공품에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a steel workpiece having a strength suitable for use in a high strength component and at the same time high resistance to delayed fracture that is commonly generated in a high strength component and a steel workpiece obtained through the same.

이를 해결하기 위하여 본 발명은 중량%로, C : 0.30~0.70%, Si : 2.0~4.0%, Mn : 0.1~1.0%, P : 0.01~0.15%, S : 0.01%이하, Se : 0.001~0.05%, Ti : 0.001~0.03%, B : 0.001~0.003%, Al : 0.002~0.01%, N : 0.004~0.008%, O : 0.005% 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어지고, 상기 Ti, N, B 및 Al이 특정 관계식 1을 만족하고, Mn, Se 및 S가 특정 관계식 2를 만족하는 조성의 빌레트를 선재압연하고, 권취한 이후, 냉각하여 선재를 제조하는 단계, 상기 제조된 선재를 흑연화 열처리하는 단계, 상기 흑연화 열처리한 선재를 냉간단조 및/또는 절삭가공하여 강가공품으로 제조하는 단계, 상기 제조된 강가공품을 Ac3-(Ac3-Ac1)/1.3에서 Ac3-(Ac3-Ac1)/5.5까지의 온도범위로 가열하는 단계, 상기 가열된 강가공품을 상기 온도범위에서 일정시간 유지하는 단계, 상기 강가공품을 70℃/sec 이상의 냉각속도로 냉각하는 단계 및 상기 냉각된 강가공품을 350~450℃ 범위내에서 템퍼링 하는 단계를 포함한다.In order to solve this problem, the present invention is a weight%, C: 0.30-0.70%, Si: 2.0-4.0%, Mn: 0.1-1.0%, P: 0.01-0.15%, S: 0.01% or less, Se: 0.001-0.05 %, Ti: 0.001 ~ 0.03%, B: 0.001 ~ 0.003%, Al: 0.002 ~ 0.01%, N: 0.004 ~ 0.008%, O: 0.005% or less, the balance is made of Fe and other impurities, the Ti Wire rods of the composition in which N, B, and Al satisfy specific relation 1, and Mn, Se, and S satisfy specific relation 2, and after winding, winding to produce a wire rod, manufacturing the wire rod, and manufacturing the wire rod. graphitization to the step of heat treatment, the wire above the graphitization annealing cold-forged and / or machined by the cutting step of workpieces made of steel, the produced steel workpieces Ac 3 - (Ac 3 -Ac 1 ) Ac 3 in /1.3 - (Ac 3 -Ac 1) heating to a temperature range up to /5.5, the heated steel workpiece to step, the steel work piece at least 70 ℃ / sec cooling rate to maintain a certain amount of time at this temperature range Sir step and a step of tempering the cooled steel work piece in the 350 ~ 450 ℃ range.

흑연화, 지연파괴 저항성, 냉간단조성, 피삭성, 흑연립Graphitization, delayed fracture resistance, cold forging, machinability, graphite grain

Description

지연파괴저항성이 우수한 고강도 강가공품 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH STEEL HAVING EXCELLENT DELAYED FRACTURE RESISTANCE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}High-strength steel products with excellent delayed fracture resistance and manufacturing method {HIGH STRENGTH STEEL HAVING EXCELLENT DELAYED FRACTURE RESISTANCE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 산업기계 또는 자동차 등의 기계부품에 이용하기 적합하며 냉간 단조성과 쾌삭성이 우수한 기계구조용 강재인 흑연강과 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 고강도 부품에 사용하기에 적합한 강도를 가지고 있으면서 그와 동시에 고강도 부품에서 흔히 발생되는 지연파괴에 대한 저항성이 높은 강가공품의 제조방법과 이를 통해 얻어지는 강가공품에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to graphite steel, a mechanical structural steel suitable for use in machine parts such as industrial machines or automobiles, and having excellent cold forging and high machinability, and at the same time having strength suitable for use in high strength parts. The present invention relates to a method for manufacturing a high-working steel product having high resistance to delayed fracture occurring in high-strength parts, and a steel-worked product obtained through the same.

산업기계와 자동차 등에 이용되고 있는 기계부품들은 통상적으로 절삭공정이나 냉간단조공정 주 어느하나에 의해 그 부품이 가지고 있는 복잡한 형상으로 가공되게 된다. 그러나 절삭공정의 경우에는 원소재에 대하여 최종형상으로 가공하기 위해서는 가공량이 많아지고 그에 따른 부품손실이 커지고 생산비용이 과다해진다는 문제점을 가지고 있다. 그리고 냉간단조공정의 경우에는 절삭공정에 비하여 부품손실이 비교적 적고 간단한 공정을 통하여 실시될 수 있다는 장점이 있지만 부품 의 최종형상이 복잡할 경우에는 단조작업만으로는 그 복잡한 형상을 구현할 수 없다는 문제를 가지고 있다. 따라서, 냉간단조 작업에 의해 최종형상에 근접한 형상(Near net shape)으로 가공한 후 이를 복잡한 형상으로 최종 절삭가공하는 것이 소재절약, 생산비 감소 등의 측면에서 가장 적합하다. 이러한 냉간단조 후 절삭가공을 실시하기 위해서는 소재의 피삭성과 냉간단조성이 모두 겸비되어야 하는데, 통상의 강으로는 이러한 물성을 모두 만족시키지 못한다.Mechanical parts used in industrial machines and automobiles are usually machined into complex shapes of the parts by either cutting or cold forging. However, in the case of the cutting process, in order to process the final shape of the raw material, there is a problem that the amount of processing increases, resulting in large parts loss and excessive production cost. In addition, the cold forging process has the advantage of relatively low component loss compared to the cutting process and can be carried out through a simple process. However, if the final shape of the component is complicated, the forging operation alone cannot realize the complicated shape. . Therefore, it is most suitable in terms of material saving, production cost reduction, etc., after machining into a near net shape by cold forging and final cutting into a complicated shape. In order to perform the cutting process after such cold forging, both machinability and cold forging of the material must be combined, and such steel cannot satisfy all of these properties.

즉, 소재의 피삭성을 향상시키기 위해서 강중에 Pb, S, Bi 등의 피삭성 부여원소를 첨가한 쾌삭강을 쓸 수 있는데, 이러한 쾌삭강은 절삭작업시 표면조도, 칩처리성, 공구수명 등 강의 쾌삭성 측면에서는 아주 우수하나, 이를 이용하여 냉간단조작업할 경우에는 피삭성 향상원소들로 이루어진 개재물에 의해 야기된 크랙으로 인하여 미소 변형에도 소재에 균열이 발생되는 등 냉간단조성이 아주 열악하다.That is, in order to improve the machinability of the material, a free-cutting steel containing machinable elements such as Pb, S, Bi, etc. can be used in steel. Such free-cutting steel can be used for cutting steel such as surface roughness, chip treatment, and tool life. In terms of machinability, it is very good. However, when cold forging is performed using this, cold forging is very poor due to cracks caused by micro-deformation due to cracks caused by inclusions of machinability enhancing elements.

또한, 이에 덧붙여 종래부터 피삭성 부여원소로 사용되던 Pb의 경우에는 절삭작업시 유독성 퓸(fume) 등의 유해 물질을 배출하므로 인체에 아주 해로운 원소이며 강재의 재활용에도 아주 불리하여, 이를 대체 하기 위하여 S, Bi, Te, Sn 등이 제안되었지만, Bi를 첨가한 강재는 제조시에 균열발생이 용이하여 생산이 매우 까다로운 문제가 있고, S, Te 및 Sn 등은 열간압연시 균열발생을 야기한다는 점에서 문제가 있다.In addition, Pb, which has been conventionally used as a machinability granting element, emits harmful substances such as toxic fume during cutting, and thus is very harmful to the human body. Although S, Bi, Te, Sn, and the like have been proposed, Bi-added steels are easily cracked during manufacturing, which is very difficult to produce, and S, Te, Sn, etc. cause cracks during hot rolling. There is a problem.

따라서, 종래의 피삭성 부여원소를 사용하는 쾌삭강은 냉간단조성이 아주 불리할 뿐만 아니라, 환경문제를 야기하고 생산효율이 낮다는 문제를 가지고 있어 냉간단조성과 피삭성을 겸비한 강소재로 사용하기 곤란하였다.Therefore, the free-cutting steel using the conventional machinability imparting element not only has very poor cold forging, but also has a problem of causing environmental problems and low production efficiency, making it difficult to use as a steel material having both cold forging and machinability. It was.

그리고, 냉간단조용강은 인성과 연성이 뛰어나 냉간단조작업시에는 소재에 균열이 거의 발생되지 않고 최종형상과 유사한 정도까지 단조작업에 의해서 가공하기에는 유리하나, 이후 절삭작업을 실시할 경우에는 칩(chip)처리성과 표면 조도 등의 피삭성이 아주 불량하여 사용이 곤란하다는 문제가 있다.In addition, cold forged steel is excellent in toughness and ductility, so it is advantageous to process it by forging up to a degree similar to the final shape in the cold forging process, and to be similar to the final shape. ) There is a problem in that the machinability such as the treatment property and the surface roughness is very poor, making it difficult to use.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 강이 바로 흑연강이다. 흑연강은 내부에 미세 흑연립을 포함하는 탄소강으로서 충격인성과 연성이 양호하여 냉간단조성이 우수한 동시에, 내부의 미세 흑연립이 절삭시 크랙 공급원(source)이 되어 줌으로써 피삭성도 양호한 성질을 가지고 있는 강이다.In order to solve the above problems, the proposed steel is graphite steel. Graphite steel is a carbon steel containing fine graphite grains inside, and has excellent impact toughness and ductility, and is excellent in cold forging, and also has good machinability as the internal fine graphite grains become a crack source during cutting. It is a river.

일본 특개소 50-096416호 공보에는 C(total) : 0.45~0.90, Si : 1.0~2.5%, Mn : 0.1~0.7%, S : 0.015%이하, Al, Ti 중 1 종 또는 2종을 0.015~0.1% 포함하고, 50개/mm2 이상의 분포로 존재하는 흑연 0.45~0.90%를 함유하고, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어진 흑연 쾌삭강이 제안된 바 있다. 상기 발명은 냉간단조성 측면보다는 쾌삭성의 측면에서 제안된 것이나, 흑연계 쾌삭강에 대한 발명의 효시에 속하는 발명이라 할 수 있다. 그러나 상기 발명의 조성으로는 실리콘 농도는 2.3%를 넘지 않아야 하며 그에 따른 최소 흑연화 시간은 대략 10시간 정도가 필요하다는 것이 개시되어 있다. 그러나 수요가 공정을 생각해 볼 때, 쾌삭성을 부여하기 위하여 10 시간 정도 흑연화 열처리를 실시한다는 것은 공정상의 큰 부담이 되지 않을 수 없고, 이러한 부담으로 인하여 수요가에서 흑연강을 이용하여 절삭작업을 실시하는 것을 사실상 불가능하게 된다.Japanese Unexamined Patent Publication No. 50-096416 discloses C (total): 0.45 to 0.90, Si: 1.0 to 2.5%, Mn: 0.1 to 0.7%, S: 0.015% or less, and one or two of Al and Ti 0.015 to Graphite free cutting steel containing 0.15%, containing 0.45 to 0.90% of graphite present in a distribution of 50 pieces / mm 2 or more, and consisting of the balance Fe and impurities has been proposed. The invention has been proposed in terms of free machinability rather than cold forging, but can be referred to as an invention belonging to the invention of the invention for graphite-based free cutting steel. However, the composition of the present invention discloses that the silicon concentration should not exceed 2.3% and the minimum graphitization time accordingly requires about 10 hours. However, when demand is considered in the process, it is a big burden on the process to perform graphitization heat treatment for about 10 hours in order to give free machinability. It is virtually impossible to implement.

또한, 일본 특개평 6-212351호에는 상기 일본 특개소 50-096416호 공보에서 나타난 문제점인 흑연화 처리에 장시간이 소요된다는 점을 해결하기 위하여 비교적 단시간 열처리 하여 흑연화하는 흑연 쾌삭강의 제조방법을 개시하고 있다. 상기 공보에 개시된 기술은 흑연화 처리시간을 단축시키기 위하여 C : 0.3~1.0%, Si : 0.4~1.0%, Mn ; 0.3~1.0, P : 0.02%이하, S : 0.015~0.035, B : 0.001~0.004%, N : 0.002~0.008%를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 열간압연직후의 강봉을, 그 열간압연 라인의 전후에 설치한 수냉각장치에 의해, 냉각개시온도를 Ac1 점 이하, 냉각종료온도를 Ms 점 이하, 평균냉각속도를 30℃/s~100℃/s 로 하여 냉각하고, 이후 자연냉각한 후, 이어서 가열온도 600~700℃에서 흑연화 처리하는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 기술은 마르텐사이트상의 특징인 격자왜곡을 이용하여 탄소가 흑연으로 석출되기 쉽게 하는 것을 그 기술적 요지로 하고 있는 것으로 흑연화 최소시간 12시간 흑연화율 최대 60%를 나타내는 종래예에 비하여 최소 9~12시간 이내에 100% 흑연화율에 도달시킬 수 있는 기술이었다.In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 6-212351 discloses a method for producing graphite free-cutting steel that is graphitized by heat treatment in a relatively short time in order to solve the problem that the graphitization treatment, which is a problem shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-096416, takes a long time. Doing. The technique disclosed in the above publication is C: 0.3-1.0%, Si: 0.4-1.0%, Mn to shorten the graphitization treatment time; 0.3 ~ 1.0, P: 0.02% or less, S: 0.015 ~ 0.035, B: 0.001 ~ 0.004%, N: 0.002 ~ 0.008%, and hot-rolled steel bars immediately after hot rolling composed of the balance Fe and unavoidable impurities. by the number provided on the front and rear of the line cooling device, and cooled by the cooling start temperature Ac average cooling rate of one point or less, the cooling finish temperature M s point, a 30 ℃ / s ~ 100 ℃ / s, since the natural After cooling, it is then graphitized at the heating temperature of 600-700 degreeC, It is characterized by the above-mentioned. This technique uses the grating distortion, a characteristic of martensitic phase, to facilitate the precipitation of carbon into graphite, which is a technical gist of at least 9-12. It was a technique that could reach 100% graphitization rate within time.

그러나 상기 기술을 이용하더라도 흑연화에 필요한 시간은 최소 9시간으로 수요가가 공정에 적용하기는 곤란한 정도이어서 여전히 흑연화 시간 단축에 필요한 기술적 진보가 필요하였다.However, even with the above technique, the time required for graphitization is at least 9 hours, so that it is difficult for the demand to be applied to the process, and there is still a need for technical advancement required to shorten the graphitization time.

흑연화 시간을 보다 단축하기 위한 기술로써 일본 특개 2000-063948호에는 중량%로,C :1.00초과~1.50%,Si:1.00~2.80%,Mn:0.01~2.00%,P :0.050%이하,S :0.10%이하,O :0.0050%이하, 및 N :0.020%이하를 함유하고,잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어진 조성이며, 흑연화 지수 CE가 1.30 이상인 주편 또는 슬라브를,850~1150℃의 범위내의 온도로 가열하고,열간 압연한 후,그리고 실온까지 냉각하여,이렇게 얻어진 열간 압연 강재를 ,600~1000℃의 범위내의 온도로 3hr 이하의 시간 가열한 후,공냉 하여, 상기 강재중에 평균 입경 1.0㎛ 이상의 흑연을 100개/mm2 이상 석출시키고,또한 금속 조직을 20%이상의 페라이트와 잔부 펄라이트로 이루어지거나 또는 페라이트만로 이루어진 조직으로 하며 브리넬 경도를 200 이하로 한 것을 특징으로 하는 쾌삭강 봉선재의 제조 방법에 관한 기술이 기재되어 있다. 상기 기술을 이용할 경우 흑연화에 필요한 시간을 최소 30분까지 단축할 수 있어 종래기술에 비해서는 흑연화 시간을 획기적으로 개선한 기술이라 할 수 있다. 그러나 상기 기술에 의할 경우에도 최소 30분 정도이며 대부분 1시간 이상인 흑연화 처리시간이 필요하므로 여전히 실제 가공공정에 적용하기는 곤란하였다.As a technique for further shortening the graphitization time, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-063948 has a weight%, more than C: 1.00 to 1.50%, Si: 1.00 to 2.80%, Mn: 0.01 to 2.00%, and P: 0.050% or less. Cast iron or slab containing 0.10% or less, O: 0.0050% or less, N: 0.020% or less, consisting of residual iron (Fe) and unavoidable impurities, and having a graphitization index CE of 1.30 or more, 850 to 1150 ° C. After heating to a temperature in the range of, hot-rolled, and then cooled to room temperature, the hot-rolled steel thus obtained is heated to a temperature within the range of 600 to 1000 ° C. for 3 hours or less, followed by air cooling, and then averaged in the steel. the particle size or more 1.0㎛ graphite to precipitate 100 / mm 2 or more, and free cutting steel to the metal structure characterized in that the tissue and the Brinell hardness consisting of or composed of more than 20% of ferrite with the balance pearlite or ferrite only to 200 bongseon There is a description of the production method is described. If the above technique is used, the time required for graphitization can be shortened to at least 30 minutes, and thus it can be referred to as a technique of drastically improving the graphitization time compared to the prior art. However, even in the case of the above technique, it is still difficult to apply to the actual processing process because the graphitization treatment time, which is at least about 30 minutes and most of the time, is required.

또한, 흑연강을 제조하더라도 이러한 흑연강을 이용하여 냉간단조 및 절삭작업을 통하여 강가공품으로 제조한 후에는 강가공품의 요구사양에 맞는 강도를 부여할 필요가 있다. 특히, 상기 냉간단조 작업과 절삭작업을 겪은 흑연강으로 제조된 부품은 자동차 부품등의 고강도가 요구되는 부품에 사용되는 경우가 많은데, 상기 부품에 사용하기 위해서는 냉간단조 작업 및 절삭작업을 거친 후 적절한 열처리를 통하여 다시 강도를 상승시켜야 한다. 그러나, 고강도화가 되면 지연파괴저항성이 열화되는 문제가 있어 현재 공개된 기술만으로는 130kg/mm2 급 이상으로 사용하는 것이 불가능하다.In addition, even in the case of manufacturing graphite steel, it is necessary to give the strength to meet the requirements of the steel workpiece after manufacturing the steel workpiece through cold forging and cutting operations using such graphite steel. In particular, parts made of graphite steel that have undergone the cold forging and cutting operations are often used for parts requiring high strength, such as automobile parts. The strength must be increased again through heat treatment. However, when the strength is increased, there is a problem in that the delayed fracture resistance is deteriorated. Therefore, it is impossible to use more than 130kg / mm 2 grade with the currently disclosed technology alone.

이는 종래의 열처리 방법으로 소재를 열처리할 경우에는 대부분 미세조직이 템퍼드 마르텐사이트(tempered martensite)의 준단상(quasi single phase) 조직으로 되어, 입계에 Fe계 석출물이 분포하고 래스 마르텐사이트(lath martensite)의 모재에도 석출물들이 분포하는 것이 일반적인 특징이다. 그러나 결정입계 석출물들이 수소의 트랩 사이트(trap site)로 작용로 작용하여 입계의 강도를 열화시키기 때문에 지연파괴저항성이 저하되며 이로인해 소재의 고강도화를 달성할 수 없는 것으로 알려져 있다. 따라서 템퍼드 마르텐사이트의 미세조직으로는 고강도화를 달성하는데 한계가 있는 것으로 받아들여지고 있다. When the material is heat-treated by the conventional heat treatment method, most of the microstructure is a quasi single phase structure of tempered martensite, and Fe-based precipitates are distributed at grain boundaries and lath martensite. It is a general feature that the precipitates are distributed in the base metal of). However, since grain boundary precipitates act as a trap site of hydrogen and degrade the strength of grain boundaries, it is known that the delayed fracture resistance is lowered and thus the strength of the material cannot be achieved. Therefore, it is accepted that the microstructure of tempered martensite has a limit in achieving high strength.

따라서, 지연파괴저항성의 저하없이 고강도화를 달성하기 위해서는 열처리후 결정입계에 분포하게 되는 Fe계 석출물들의 분포를 최대한으로 억제시키는 것이 가장 중요하다. Therefore, in order to achieve high strength without deteriorating the delayed fracture resistance, it is most important to suppress the distribution of Fe-based precipitates distributed at the grain boundaries after the heat treatment to the maximum.

본발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 쾌삭성을 부여하기 위해 첨가하는 Pb, Bi, S, Sn 등의 저융점 원소들을 첨가하지 않으면서 짧은 흑연화 시간을 통하여 이들과 유사한 쾌삭성질을 갖고 동시에 우수한 냉간가공성(또는 냉간단조성)을 확보할 수 있는 흑연강으로 부터 제조된 지연파괴저항성이 우수한 강가공품 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention is to solve the above problems, and has a similar high machinability through a short graphitization time without adding low melting point elements such as Pb, Bi, S, Sn added to give a high machinability At the same time, an object of the present invention is to provide a steel workpiece having excellent delayed fracture resistance manufactured from graphite steel capable of securing excellent cold workability (or cold forging) and a method of manufacturing the same.

본 발명의 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하고 본 발명에서 목적하는 지연파괴저항성이 우수한 강가공품 및 이를 제조하는 방법을 제공하기 위하여 다각도로 연구를 거듭한 결과, 강가공품을 이상역 범위내에서 열처리하여 적정량의 이상역 페라이트와 오스테나이트로 이루어진 복합조직을 형성한 후 급냉하여 적정온도에서 템퍼링할 경우 페라이트+템퍼드 마르텐사이트의 복합조직으로 할 수 있으며, 이때 얻어진 복합조직내의 복합상 분율을 적절히 제어할 경우, 임계지연파괴강도 150kg/mm2 이상의 고강도화를 달성할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have repeatedly studied at various angles in order to solve the above problems and to provide a steel work product having excellent delayed fracture resistance and a method for manufacturing the same, which are desired in the present invention. After forming a complex structure composed of an appropriate amount of abnormal region ferrite and austenite and quenching and tempering at an appropriate temperature, the composite structure of ferrite + tempered martensite can be formed, and the composite phase fraction in the obtained composite tissue is properly controlled. In this case, it was confirmed that it is possible to achieve a high strength of 150kg / mm 2 or more of critical delay fracture strength, and completed the present invention.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은, 중량%로, C : 0.30~0.70%, Si : 2.0~4.0%, Mn : 0.1~1.0%, P : 0.01~0.15%, S : 0.01%이하, Se : 0.001~0.05%, Ti : 0.001~0.03%, B : 0.001~0.003%, Al : 0.002~0.01%, N : 0.004~0.008%, O : 0.005% 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어지고, 상기 Ti, N, B 및 Al이 하기 관계식 1을 만족하고, Mn, Se 및 S가 하기 관계식 2를 만족하는 조성의 빌레트를 선재압연하는 단계, 상기 압연된 선재를 권취하는 단계, 상기 권취된 선재를 냉각하는 단계, 상기 냉각된 선재를 흑연화 열처리하는 단계, 상기 흑연화 열처리한 선재를 냉간단조 및/또는 절삭가공하여 강가공품으로 제조하는 단계, 상기 제조된 강가공품을 Ac3-(Ac3-Ac1)/1.3에서 Ac3 -(Ac3-Ac1)/5.5까지의 온도범위로 가열하는 단계, 상기 가열된 강가공품을 상기 온도범위에서 일정시간 유지하는 단계, 상기 강가공품을 70℃/sec 이상의 냉각속도로 냉각하는 단계 및 상기 냉각된 강가공품을 350~450℃ 범위내에서 템퍼링 하는 단계를 포함한다.The production method of the present invention for achieving the above object, in weight%, C: 0.30-0.70%, Si: 2.0-4.0%, Mn: 0.1-1.0%, P: 0.01-0.15%, S: 0.01% or less , Se: 0.001 ~ 0.05%, Ti: 0.001 ~ 0.03%, B: 0.001 ~ 0.003%, Al: 0.002 ~ 0.01%, N: 0.004 ~ 0.008%, O: 0.005% or less, balance Fe and other impurities Wherein, the Ti, N, B, and Al satisfy the following relation 1, Mn, Se and S wire billet of the composition of the composition 2, winding the rolled wire, Cooling the wound wire rod, graphitizing heat treatment of the cooled wire rod, cold forging and / or cutting the graphitized heat treatment wire rod to produce a steel product, and manufacturing the manufactured steel product to Ac 3 - (Ac 3 -Ac 1) Ac 3 in /1.3 - (Ac 3 -Ac 1) heating to a temperature range up to /5.5, provided to keep a certain amount of time for the heated steel workpiece at the temperature range , And a step of tempering the steel workpiece stage and the cooled cooling the steel work piece into more than 70 ℃ / sec cooling rate in the range of 350 ~ 450 ℃.

(단, 하기 관계식 1 및 관계식 2의 Ti, N, B, Al, Mn, Se 및 S는 각각 해당원소의 중량%를 의미한다.)(However, Ti, N, B, Al, Mn, Se and S in the following relations 1 and 2, respectively, means the weight percent of the element.)

[관계식 1][Relationship 1]

2.0≤(Ti+5B+Al)/N≤5.5 2.0≤ (Ti + 5B + Al) /N≤5.5

[관계식 2][Relationship 2]

1.0≤(Mn/5+Se)/5S≤3.01.0≤ (Mn / 5 + Se) /5S≤3.0

이때, 흑연화 속도를 더욱 증가시키기 위해서는 상기 강조성에 더하여 Ni : 0.05~1.0%, Cu : 0.01~0.5%, Ca : 0.0001~0.05%, Zr : 0.0005~0.008%, REM(Rare Earth Metal, 희토류금속) : 0.001~0.05%으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.In this case, in order to further increase the graphitization rate, Ni: 0.05 to 1.0%, Cu: 0.01 to 0.5%, Ca: 0.0001 to 0.05%, Zr: 0.0005 to 0.008%, REM (Rare Earth Metal) ): It is preferable to include one or two or more selected from the group consisting of 0.001 to 0.05%.

그리고, 상기 조성의 빌레트를 선재압연하는 단계에서 마무리 압연 직후의 오스테나이트 결정립 입도가 30㎛ 이하인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the austenite grain size immediately after finish rolling is 30 µm or less in the step of wire rod rolling the billet of the composition.

그리고, 상기 선재 마무리 압연은 840~900℃의 온도범위에서 행하는 것이 바람직하다.And it is preferable to perform the said wire rod finish rolling in the temperature range of 840-900 degreeC.

또한, 상기 냉각단계 이후의 선재 내부조직 중 초석 페라이트의 분율이 10% 이하인 것이 바람직하다.In addition, the fraction of the cornerstone ferrite in the wire inner structure after the cooling step is preferably 10% or less.

그리고, 상기 압연된 선재를 권취하는 단계는 750~800℃의 온도범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.And, the step of winding the rolled wire is preferably made in a temperature range of 750 ~ 800 ℃.

더하여, 상기 권취된 선재를 냉각하는 단계는, 권취된 선재를 2.7~3.3℃/sec의 냉각속도로 650~690℃의 온도범위까지 냉각하는 것이 바람직하다.In addition, in the step of cooling the wound wire, it is preferable to cool the wound wire to a temperature range of 650 ~ 690 ℃ at a cooling rate of 2.7 ~ 3.3 ℃ / sec.

또한, 상기 냉각된 선재를 흑연화 처리하는 단계는 Ac1-(60±30)℃ 사이의 온도 범위에서 행하는 것이 바람직하다.In addition, the step of graphitizing the cooled wire rod is preferably carried out in a temperature range of Ac1- (60 ± 30) ℃.

그리고, 상기 선재를 흑연화 처리하는 단계로부터 제조된 흑연강의 내부에 포함된 흑연립의 평균크기가 15㎛ 이하인 것이 바람직하다.And, it is preferable that the average size of the graphite grains contained in the graphite steel produced from the step of graphitizing the wire rod is 15 μm or less.

상기 Ac3-(Ac3-Ac1)/1.3에서 Ac3-(Ac3-Ac1 )/5.5까지의 온도범위로 강가공품을 가열한 후 유지하는 단계의 유지시간은 20분 이상인 것이 바람직하다.The Ac 3 - (Ac 3 -Ac 1 ) Ac 3 in /1.3 - (Ac 3 -Ac 1) the holding time of the step of holding the steel workpieces were heated to a temperature range up to /5.5 is preferably not less than 20 minutes .

그리고, 상기 냉각된 강가공품을 템퍼링하는 단계의 바람직한 템퍼링 시간은 1시간 이하이다.In addition, a preferred tempering time of the tempering of the cooled steel workpiece is 1 hour or less.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법의 또다른 한가지 방식은, 중량%로, C : 0.30~0.70%, Si : 2.0~4.0%, Mn : 0.1~1.0%, P : 0.01~0.15%, S : 0.01%이하, Se : 0.001~0.05%, Ti : 0.001~0.03%, B : 0.001~0.003%, Al : 0.002~0.01%, N : 0.004~0.008%, O : 0.005% 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어지고, 상기 Ti, N, B 및 Al이 하기 관계식 1을 만족하고, Mn, Se 및 S가 하기 관계식 2를 만족하는 조성을 가지고 내부에 평균 크기가 15㎛ 이하인 흑연립을 포함하는 흑연강을 마련하는 단계, 상기 흑연강을 냉간단조 및/또는 절삭가공하여 강가공품으로 제조하는 단계, 상기 제조된 강가공품을 Ac3-(Ac3-Ac1)/1.3에서 Ac3-(Ac3-Ac1)/5.5까지의 온도범위로 가열하는 단계, 상기 가열된 강가공품을 상기 온도범위에서 일정시간 유지하는 단계, 상기 강가공품을 70℃/sec 이상의 냉각속도로 냉각하는 단계 및 상기 냉각된 강가공품을 350~450℃ 범위내에서 템퍼링 하는 단계를 포함한다.Another method of the production method of the present invention for achieving the above object, in weight%, C: 0.30-0.70%, Si: 2.0-4.0%, Mn: 0.1-1.0%, P: 0.01-0.15%, S: 0.01% or less, Se: 0.001-0.05%, Ti: 0.001-0.03%, B: 0.001-0.003%, Al: 0.002-0.01%, N: 0.004-0.008%, O: 0.005% or less, and It is composed of a balance Fe and other impurities, the Ti, N, B and Al satisfy the following relation 1, Mn, Se and S has a composition satisfying the following relation 2 and has a graphite grain having an average size of 15㎛ or less inside the method comprising providing a graphite steel comprises, the step of preparing the graphite steel in cold-forged and / or machined to steel workpieces, the manufactured steel workpieces Ac 3 - (Ac 3 -Ac 1 ) Ac 3 /1.3 from - (Ac 3 -Ac 1) heating to a temperature range up to /5.5, cooling the heated steel workpiece to step, the steel work piece at least 70 ℃ / sec cooling rate to maintain a certain amount of time at this temperature range and Step and a step of tempering the cooled steel work piece in the 350 ~ 450 ℃ range.

(단, 하기 관계식 1 및 관계식 2의 Ti, N, B, Al, Mn, Se 및 S는 각각 해당원소의 중량%를 의미한다.)(However, Ti, N, B, Al, Mn, Se and S in the following relations 1 and 2, respectively, means the weight percent of the element.)

[관계식 1][Relationship 1]

2.0≤(Ti+5B+Al)/N≤5.5 2.0≤ (Ti + 5B + Al) /N≤5.5

[관계식 2][Relationship 2]

1.0≤(Mn/5+Se)/5S≤3.01.0≤ (Mn / 5 + Se) /5S≤3.0

이때, 상기 강조성에 더하여 Ni : 0.05~1.0%, Cu : 0.01~0.5%, Ca : 0.0001~0.05%, Zr : 0.0005~0.008%, REM(Rare Earth Metal, 희토류금속) : 0.001~0.05%으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.At this time, in addition to the above-mentioned emphasis Ni: 0.05 ~ 1.0%, Cu: 0.01 ~ 0.5%, Ca: 0.0001 ~ 0.05%, Zr: 0.0005 ~ 0.008%, REM (Rare Earth Metal, Rare Earth Metal): 0.001 ~ 0.05% It is preferable to contain 1 type (s) or 2 or more types selected from the group.

상기 Ac3-(Ac3-Ac1)/1.3에서 Ac3-(Ac3-Ac1 )/5.5까지의 온도범위로 강가공품을 가열한 후 유지하는 단계의 유지시간은 20분 이상인 것이 바람직하다.The Ac 3 - (Ac 3 -Ac 1 ) Ac 3 in /1.3 - (Ac 3 -Ac 1) the holding time of the step of holding the steel workpieces were heated to a temperature range up to /5.5 is preferably not less than 20 minutes .

그리고, 상기 냉각된 강가공품을 템퍼링하는 단계의 템퍼링 시간은 1시간 이하인 것이 바람직하다.And, the tempering time of the step of tempering the cooled steel workpiece is preferably 1 hour or less.

상기와 같은 본 발명의 유리한 방법에 의해 제조된 강가공품은 페라이트와 템퍼드 마르텐사이트(tempered martensite)로 이루어진 복합조직을 가지고 있어 지연파괴 저항성이 우수하며 높은 강도를 가지고 있다.The steel product manufactured by the advantageous method of the present invention as described above has a composite structure composed of ferrite and tempered martensite, and thus has excellent resistance to delayed fracture and has high strength.

이때, 상기 강가공품의 조직중 초석 페라이트의 분율이 5~25%인 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the fraction of the cornerstone ferrite in the structure of the steel processed product is 5 to 25%.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에서 '강가공품'이라는 용어는 선재를 일정형태로 피삭 및 냉간가공한 가공물을 의미하는 것으로, 본 발명의 강이 갖는 물리적 특성을 이용할 수 있는 용도에 적용되는 모든 강가공품을 포함한다. 또한, 본 발명에서 일컫는 '흑연강'이라 함은 내부에 미세한 흑연립이 분포된 강 및 이를 열처리하여 상기 강가공품화된 강을 의미한다.In the present invention, the term 'steel workpiece' refers to a workpiece that is wired and cold worked in a predetermined form, and includes all steel workpieces that are applied to applications in which the physical properties of the steel of the present invention can be used. In addition, the term “graphite steel” referred to in the present invention refers to a steel in which fine graphite grains are distributed therein and the steel processed into steel by heat treatment.

[강의 조성][Lecture composition]

본 발명에서 합금원소를 제한하는 이유는 다음과 같다.The reason for limiting the alloying elements in the present invention is as follows.

탄소(C): 0.3~0.7중량%Carbon (C): 0.3-0.7 wt%

탄소는 흑연상 형성하기 위해서 필수적인 원소이며, 이후 기계 부품의 강도를 확보하기 위해서 중요한 원소이지만 함유량이 0.3중량%이하에서는 그 효과가 적고 페라이트+템퍼드 마르텐사이트 복합조직강 제조를 위한 열처리시 강도 확보 및 페라이트 조직분율을 제어하기 어렵기 때문이며, 0.7중량% 이상에서는 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 오히려 열처리후 적정 단면 감소율, 연신율 및 충격인성 등의 물성이 저하되며, 또한 선재제조시 편석 및 표면흠 발생, 가열로 장입시 표면탈탄 심화, 열처리후 소재의 영구변형성 및 정적 피로특성과 미세복합 조직의 형상 및 크기 등에 영향을 미치기 때문에 0.3~0.7중량%의 범위로 한정한다. Carbon is an essential element for the formation of graphite, and is an important element for securing the strength of mechanical parts. However, the carbon content is less than 0.3% by weight, and the effect is low during heat treatment for the production of ferritic + tempered martensitic steel. And because it is difficult to control the ferrite structure fraction, the effect is not only saturated at 0.7% by weight or more, but also the properties such as proper cross-sectional reduction rate, elongation and impact toughness after heat treatment are lowered, and segregation and surface flaws during wire fabrication. It is limited to 0.3 ~ 0.7% by weight because it affects deep decarburization during generation, charging of furnace, permanent deformation of material after heat treatment, static fatigue and shape and size of microcomposite.

실리콘(Si): 2.0~4.0중량%Silicon (Si): 2.0-4.0 wt%

실리콘은 용강제조시 탈산제로서 필요한 성분이며 강중의 철탄화물(세멘타이트)를 불안정하게 하여 탄소가 흑연으로 석출될 수 있도록 하는 원소이다. 더구나 실리콘은 강도를 향상시키는 성분이기 때문에 적극적으로 첨가한다. 2.0중량%이하에서는 그 효과가 미흡하며 페라이트 변태후 잔류 오스테나이트의 기계적 및 열적 안정성이 저하되어 페라이트+잔류 오스테나이트 복합조직의 확보와 적정 잔류 오스테나이트양을 확보하기 어려우며, 또한 페라이트의 고용강화 효과가 미흡하여 강도 확보에 어려움이 있고, 실리콘을 4.0중량% 이상 첨가하여도 흑연화 촉진의 효과는 포화되며 액상이 발생하는 온도영역이 낮아져 열간압연시 적정 온도영역이 좁아지고, 소입성, 미세조직, 충격인성, 피로특성 등을 열화시키기 때문에 2.0~4.0중량%의 범위로 한정하였다.Silicon is a necessary component as a deoxidizer in molten steel and is an element that makes carbon carbide precipitate by making iron carbide (cementite) in steel unstable. In addition, silicone is actively added because it is a component that improves strength. Less than 2.0% by weight, the effect is insufficient, and the mechanical and thermal stability of the retained austenite after ferrite transformation decreases, making it difficult to secure a ferrite + residual austenite complex structure and to obtain an appropriate amount of retained austenite. It is difficult to secure the strength because it is insufficient, and the effect of promoting graphitization is saturated even when adding more than 4.0% by weight of silicon, and the temperature range where the liquid phase is generated becomes narrow. In order to deteriorate impact toughness, fatigue characteristics, etc., it was limited to the range of 2.0 to 4.0 weight%.

망간(Mn): 0.1~1.0중량%Manganese (Mn): 0.1-1.0 wt%

망간은 강재의 강도를 확보하는 유효한 원소이며 용강제조시 탈산제로서도 유용한 원소이다. 또한 S와 결합하여 MnS를 형성하여 절삭성 향상에 기여한다. 그러나 함유량이 0.1중량%이하에서는 강도향상 효과가 적고 1.0중량%이상에서는 인성이 열화되는 문제점이 있어 0.1~1.0중량%의 범위로 한정하였다.Manganese is an effective element to secure the strength of steel and is also useful as a deoxidizer in molten steel manufacturing. In addition, it combines with S to form MnS, contributing to the improvement of machinability. However, when the content is less than 0.1% by weight, the effect of improving strength is small, and when the amount is more than 1.0% by weight, the toughness is deteriorated.

인(P) : 0.01중량% 이하Phosphorus (P): 0.01 wt% or less

인은 흑연화를 저해할 뿐만 아니라 소입처리시 오스테나이트 입계에 편석하여 입계 강도를 저하시켜 소입균열의 발생이 용이하기 때문에 0.01중량%이하로 제한하는 것이 바람직하다. Phosphorus not only inhibits graphitization, but also segregates at the austenite grain boundary during the quenching treatment, thereby lowering the grain boundary strength, so that quenching cracks are easily generated.

황(S): 0.01중량%이하Sulfur (S): 0.01 wt% or less

황은 MnS를 형성하여 절삭시 칩처리성(chip breaking) 향상시켜 피삭성을 향상시키고 특히 흑연화의 핵으로 작용하여 흑연화를 촉진하지만, 그 첨가량이 0.01중량%이상이면 그 효과가 포화될 뿐만 아니라 다량첨가시 오히려 흑연화를 지연시 키며 강의 인성을 급격하게 저하시켜서 냉간단조성에 악영향을 미치기 때문에 상한을 0.01중량%로 제한하였다. Sulfur forms MnS to improve chip breaking during cutting to improve machinability, especially as nucleation of graphitization to promote graphitization, but if the amount is more than 0.01% by weight, the effect is not only saturated. In the case of a large amount of addition, the upper limit was limited to 0.01% by weight because the graphitization was delayed and the toughness of the steel was sharply lowered to adversely affect the cold forging.

셀레늄(Se) : 0.001~0.05중량%Selenium (Se): 0.001 ~ 0.05 wt%

셀레늄은 망간과 결합하여 MnSe를 형성하는 것에 의해 칩브레이크성(chip breaking)을 개선한다. 동시에 MnSe은 흑연화 핵으로 작용하여 흑연화를 촉진시킴으로서 피삭성을 개선키는 원소이다. 이러한 효과는 0.001중량%이하에서는 미흡하며 0.05중량% 이상에서는 그 효과가 포화되기 때문에 0.001~0.05중량%의 범위로 한정하였다.Selenium improves chip breaking by forming MnSe in conjunction with manganese. At the same time, MnSe is an element that improves machinability by acting as a graphitization nucleus to promote graphitization. This effect was limited to 0.001% by weight to 0.05% by weight or less, and 0.05% by weight or more because the effect is saturated.

티타늄(Ti): 0.001~0.03중량%Titanium (Ti): 0.001-0.03 wt%

티타늄은 강중에 질소와 결합하여 TiN을 형성하여 세멘타이트를 불안정하게 하고 동시에 흑연이 핵생성되는 자리가 되어 흑연화를 촉진시킨다. 또 탈산제로서도 유효하게 작용하기 때문에 적극적으로 첨가한다. 상기의 유용한 효과를 얻기 위해서는 0.001중량% 이상을 첨가하여야 한다. 그러나, 0.03중량%이상에서는 오히려 흑연화를 방해하기 때문에 0.001~0.03중량%의 범위로 한정하였다. Titanium combines with nitrogen in steel to form TiN, making cementite unstable and at the same time becoming a nucleation site of graphite to promote graphitization. Moreover, since it functions effectively also as a deoxidizer, it adds actively. To attain the above useful effects, at least 0.001% by weight should be added. However, at 0.03% or more by weight, the graphitization is rather hindered, so it is limited to 0.001 to 0.03% by weight.

붕소(B):0.001~0.003중량%Boron (B): 0.001 to 0.003% by weight

보론은 N과 결합하여 BN을 형성하고 세멘타이트의 안정화를 방해하면서 흑연의 결정 핵으로서 작용하여 흑연화를 촉진시키며 동시에 소입성을 향상시키기 때문 에 적극적으로 첨가하는 원소이다. 0.001중량%이하에서는 그 첨가효과가 미흡하여 0.001중량% 이상 첨가할 필요가 있으며, 반대로 0.003중량% 이상 첨가할 경우에는 더 이상 효과상승을 기대할 수 없으며 동시에 입계에 보론계 질화물의 석출로 인해 입계강도를 저하시켜서 열간가공성을 저하시키기 때문에 첨가범위를 0.001~0.003중량%로 한정하였다. Boron is an element that is actively added because it combines with N to form BN and interferes with the stabilization of cementite, acting as a crystal nucleus of graphite, promoting graphitization and enhancing quenchability. If it is less than 0.001% by weight, the effect of addition is insufficient, so it is necessary to add more than 0.001% by weight. On the contrary, when it is added more than 0.003% by weight, the effect can not be increased any more. The addition range was limited to 0.001 to 0.003% by weight because it lowered the hot workability.

알루미늄(Al): 0.002~0.03중량%Aluminum (Al): 0.002-0.03 wt%

알루미늄은 강력한 탈산원소로서 탈산에 기여할 뿐만 아니라 흑연화를 촉진시키는 유용한 원소이다. 흑연화 열처리시 세멘타이트의 분해를 촉진하는 것과 동시에 질소와 결합하여 AlN을 형성함으로서 세멘타이트의 안정화를 방해하는 작용을 한다. 또한 알루미늄 첨가에 의해 강중에 생성되는 알루미늄 산화물은 BN의 석출핵이 되기도 하고 흑연의 결정화를 촉진시키는 점에서도 효과적이다. 본 발명에서는 알루미늄을 적극적으로 첨가하지만 함유량이 0.002중량% 이하이면 그 첨가효과를 기대하기 어렵고 0.03중량%이상에서는 흑연화 촉진작용이 포화되며 열간변형성을 현저하게 저하되는 문제점이 있어 0.002~0.03중량%의 범위로 제한한다. Aluminum is a powerful deoxidation element and a useful element that not only contributes to deoxidation but also promotes graphitization. In the graphitization heat treatment, the decomposition of cementite is promoted, and at the same time, it binds with nitrogen to form AlN, thereby preventing the cementite from stabilizing. In addition, aluminum oxide produced in the steel by the addition of aluminum is effective in that it also becomes a precipitation nucleus of BN and promotes crystallization of graphite. In the present invention, aluminum is actively added, but if the content is less than 0.002% by weight, it is difficult to expect the effect of addition, and at 0.03% or more by weight, the graphitization promoting action is saturated and the hot deformation is significantly lowered. Limit to the range of.

질소(N): 0.004~0.008 중량%Nitrogen (N): 0.004-0.008 wt%

질소는 티타늄 및 보론, 알루미늄과 결합하여 질화물들을 형성하고 이것들을 핵으로 하여 흑연의 결정화를 촉진시키기 때문에 적극적으로 첨가한다. 한편 흑연화 촉진에 유효한 질화물들을 형성하기 위해서는 화학양론적으로 티타늄 및 보론, 알루미늄과 거의 비슷한 당량으로 첨가하는 것이 바람직하나 이러한 질화물들을 균일하게 미세분산시키기 위해서는 화학당량보다도 조금 높게 첨가하는 것이 바람직하다. 또한 질소는 동적인 변형시효에 의해 칩처리성을 개선하기 때문에 조금 과다하게 첨가하는 것이 유리하다. 이러한 이유로 0.004중량%이상 첨가하는 것이 필요하지만 0.008중량%이상 첨가할 경우 그 효과가 포화되기 때문에 0.004~0.008중량%로 한정하였다.Nitrogen is actively added because it combines with titanium, boron and aluminum to form nitrides and use these as nuclei to promote the crystallization of graphite. On the other hand, in order to form nitrides which are effective for promoting graphitization, it is preferable to add in stoichiometric amounts almost equivalent to those of titanium, boron and aluminum, but in order to uniformly finely disperse these nitrides, it is preferable to add slightly higher than the chemical equivalents. In addition, it is advantageous to add a little excessively because nitrogen improves chip treatability by dynamic strain aging. For this reason, it is necessary to add more than 0.004% by weight, but when added more than 0.008% by weight because the effect is saturated, it was limited to 0.004 ~ 0.008% by weight.

산소(O):0.005중량%이하Oxygen (O): 0.005% by weight or less

본 발명에 있어서 산소의 역할은 중요하다. 산소는 알루미늄과 결합하여 산화물을 형성한다. 이러한 산화물의 생성은 알루미늄의 유효농도를 감소시키게 된다. 그 결과 흑연의 결정화에 유용한 AlN의 생성량이 감소되며 따라서 실질적으로는 흑연화 작용을 방해하는 결과를 유발한다. 또한, 다량의 산소가 함유됨으로써 형성되는 알루미나 산화물은 절삭시 절삭공구를 손상시키기 때문에 피삭성의 저하를 초래한다. 이러한 이유로 가능한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 그러나 산소를 너무 낮게 관리할 경우 제강공정의 정련부하를 야기하고, 0.005중량% 까지는 상기한 산소에 의해 유발되는 문제점이 그리 크지 않기 때문에 그 상한을 0.005중량%이하로 제한하였다.In the present invention, the role of oxygen is important. Oxygen combines with aluminum to form oxides. The production of such oxides reduces the effective concentration of aluminum. As a result, the amount of AlN produced useful for the crystallization of graphite is reduced, thus causing the effect of substantially obstructing the graphitization action. In addition, alumina oxide formed by containing a large amount of oxygen damages the cutting tool during cutting, resulting in a decrease in machinability. For this reason it is desirable to manage as low as possible. However, if the oxygen is managed too low, it causes a refining load of the steelmaking process, and the upper limit is limited to 0.005% by weight or less because the problem caused by the oxygen is not so much up to 0.005% by weight.

상기에서 볼 수 있듯이, 흑연화를 촉진시키기 위해서는 우선, 흑연화에 필요한 탄소원(source)를 강중에 충분히 유지시키고, 세멘타이트를 불안정화 하여 세멘타이트 중 탄소가 쉽게 강중으로 확산될 수 있도록 하며, 확산된 탄소가 강중에 존재하는 불균일(non-homogeneous) 핵생성 장소인 다양한 종류의 질화물 또는 화합물상 개재물에 흑연상으로 성장할 수 있어야 한다.As can be seen from above, in order to promote graphitization, first, a carbon source necessary for graphitization is sufficiently maintained in the steel, and the cementite is destabilized so that carbon in the cementite can be easily diffused into the steel. Carbon must be able to grow in graphite on various types of nitride or compound inclusions, which are non-homogeneous nucleation sites in steel.

그러나, 상기의 조성만으로는 흑연화에 필요한 핵생성 장소를 충분히 제공할 수 없으며, 상기 조성에 의하여 생성된 질화물계 또는 유화물계 개재물들이 효과적으로 강중에 다량 미세 분산되어야 충분한 핵생성 장소를 공급할 수 있으며, 그에 따라 흑연화 시간이 획기적으로 단축되고 미세한 흑연이 생성될 수 있다.However, the composition alone may not provide a sufficient nucleation site for graphitization, and the nitride- or emulsion-based inclusions generated by the composition may be effectively finely dispersed in a large amount in the steel to supply a sufficient nucleation site. Accordingly, the graphitization time can be significantly shortened and fine graphite can be produced.

본 발명에서는 흑연립 미세화 및 흑연화 시간을 현저하게 단축하기 위하여 합금원소간의 구성비를 비는 2.0≤(Ti+5B+2Al)/N≤5.5, 1.0≤(Mn/5+Se)/5S≤3.0로 한정하는데, 그 이유는 다음과 같다.In the present invention, in order to significantly shorten the graphitization and graphitization time, the ratio of the composition ratio between alloy elements is 2.0≤ (Ti + 5B + 2Al) /N≤5.5, 1.0≤ (Mn / 5 + Se) /5S≤3.0 The reason for this is as follows.

(Ti+5B+Al)/N비는 2.0≤(Ti+5B+Al)/N≤5.5인 것이 바람직하다. It is preferable that (Ti + 5B + Al) / N ratio is 2.0 <(Ti + 5B + Al) / N <= 5.5.

(Ti+5B+Al)/N비가 2.0 미만일 경우에는 Ti, B, Al 양이 부족하여 흑연립의 핵생성에 기여하는 TiN 및 BN석출물의 갯수가 부족해지며, (Ti+5B+Al)/N비 5.5를 초과할 경우에는 Ti, B, Al은 충분하나 질소의 양이 부족하므로 더 이상 흑연립 핵생성에 필요한 TiN 및 BN, AlN의 석출물 개수가 증가되지 않고, 오히려 과잉질소로 인하여 모재에 고용되는 질소량이 증가하여 흑연화 속도에 악영향을 미친다. If the (Ti + 5B + Al) / N ratio is less than 2.0, the number of TiN and BN precipitates that contribute to the nucleation of graphite grains due to the lack of Ti, B, Al is insufficient, and the amount of (Ti + 5B + Al) / N When the ratio exceeds 5.5, Ti, B, and Al are sufficient, but the amount of nitrogen is insufficient, so the number of precipitates of TiN, BN, and AlN necessary for graphite nucleation is not increased anymore, but due to excess nitrogen, The amount of nitrogen that is added increases and adversely affects the graphitization rate.

(Mn/5+Se)/5S 값은 1.0≤(Mn/5+Se)/5S≤3.0 가 바람직하다. The value of (Mn / 5 + Se) / 5S is preferably 1.0 ≦ (Mn / 5 + Se) /5S≦3.0.

(Mn/5+Se)/5S 값이 1.0 미만일 경우에는 흑연립의 핵생성에 기여하는 MnSe 석출물 및 피삭성에 유효한 MnS 개재물의 갯수가 부족해지며, (Mn/5+Se)/5S 비 3.0초과에서는 흑연립 핵생성에 필요한 MnSe 석출물 및 MnS의 석출물 개수가 포화될 뿐만 아니라 모재에 고용되는 황량이 증가하여 입계편석을 오히려 초래하여 기계적 성질에 악영향을 미친다. If the value of (Mn / 5 + Se) / 5S is less than 1.0, the number of MnSe precipitates contributing to nucleation of graphite grains and the effective MnS inclusions for machinability are insufficient, and when (Mn / 5 + Se) / 5S ratio exceeds 3.0, Not only the number of MnSe precipitates and MnS precipitates required for graphite grain nucleation is saturated, but the amount of sulfur dissolved in the base material increases, causing grain boundary segregation, which adversely affects mechanical properties.

상기와 같은 조성에, 니켈 0.05~1.0중량%, 구리 0.01~0.05중량%, 칼슘 0.0001~0.05중량%, 지르코늄 : 0.0005~0.008중량%, 희토류 금속 : 0.001~0.05중량%으로 이루어진 그룹중 1종 또는 2종 이상을 선택적으로 첨가하는데, 그 성분 제한 이유를 설명한다. One or more of the group consisting of 0.05 to 1.0% by weight of nickel, 0.01 to 0.05% by weight of copper, 0.0001 to 0.05% by weight of calcium, 0.0005 to 0.008% by weight of zirconium, and 0.001 to 0.05% by weight of rare earth metal. Two or more kinds are selectively added, and the reason for component limitation is explained.

니켈(Ni): 0.05~1.0중량%Nickel (Ni): 0.05-1.0 wt%

니켈은 열처리시 표면에 니켈 농화층을 형성하여 외부수소의 투과(permeation)를 억제하여 지연파괴저항성을 개선하는 원소이다. 니켈의 함량이 0.05%미만에서는 표면 농화층 형성이 불완전하여 지연파괴저항성의 개선효과를 기대하기 어려우며, 또한 탈탄제어, 인성 및 냉간성형성 향상을 위한 흑연화처리시 열처리시간이 길어지며 니켈의 함량이 1.0%를 초과할 경우에는 그 효과가 포화되고 잔류 오스테나이트량의 적정한 양, 크기 및 형상 등에 영향을 미치기 때문에 0.05~1.0%로 한정하였다.Nickel is an element that forms a nickel thickening layer on the surface during heat treatment to suppress permeation of external hydrogen to improve delayed fracture resistance. If the nickel content is less than 0.05%, it is difficult to expect the effect of improving the delayed fracture resistance due to the incomplete formation of the surface thickening layer, and the heat treatment time is increased during the graphitization treatment to improve the decarburization control, toughness and cold formability, and the nickel content When the amount exceeds 1.0%, the effect is saturated and limited to 0.05 to 1.0% because it affects the proper amount, size and shape of the amount of retained austenite.

구리(Cu):0.01~0.5중량%Copper (Cu): 0.01-0.5 wt%

구리는 세멘타이트를 불안정하게 하여 흑연화의 촉진에 유효하므로 피삭성을 개선을 할 뿐만 아니라 강의 소입성 향상 작용과 석출강화 작용에 의하여 강의 소입소려시에 강도를 상승시키는 효과도 가지고 있다. 또한, 구리 첨가시에는 강의 부식저항을 개선시킬 수 있다. 0.01중량%미만에서는 흑연화 촉진 및 부식저항에 대한 개선효과가 미흡하며, 0.5중량%를 초과할 경우에는 그 개선효과가 포화되고 입계 편석시 녹는점(melting point)이 낮아져 선재압연을 위한 가열로 장입시 결정입계 취화에 따른 표면흠 발생 가능성이 높고, 최종 제품에서의 충격인성이 저하되기 때문에 0.01~0.5중량%로 제한하였다.Since copper is effective for promoting graphitization by making cementite unstable, not only improves machinability but also has an effect of increasing strength at the time of hardening of steel by the effect of enhancing the hardening of the steel and the strengthening of precipitation. In addition, when copper is added, the corrosion resistance of the steel can be improved. If it is less than 0.01% by weight, the effect of promoting graphitization and improvement of corrosion resistance is insufficient. If it exceeds 0.5% by weight, the improvement effect is saturated and the melting point is lowered at the grain boundary segregation. It was limited to 0.01 to 0.5% by weight because of the high probability of occurrence of surface defects due to grain embrittlement during charging and the impact toughness in the final product.

칼슘(Ca) : 0.0001~0.05중량%Calcium (Ca): 0.0001 ~ 0.05 wt%

칼슘은 본 발명의 강의 조성에서는 Ca-Al계 산화물을 형성하고 이것이 흑연화의 핵으로서 작용하여 흑연화를 촉진하는 것에 의해 피삭성을 개선한다. 이와 같은 작용은 0.0001중량%이하에서는 그 효과가 미흡하며 0.05중량%이상에서는 조대한 산화물계 비금속 개재물이 다량 발생하여 기계부품의 피로강도를 저하시키기 때문에 0.0001~0.05중량%의 범위로 한정하였다.Calcium improves machinability by forming Ca-Al-based oxides in the steel composition of the present invention, which acts as a nucleus of graphitization to promote graphitization. This effect is less than 0.0001% by weight, and in 0.05% by weight or more coarse oxide-based non-metallic inclusions are generated in a large amount to reduce the fatigue strength of the mechanical parts were limited to the range of 0.0001 ~ 0.05% by weight.

지르코늄(Zr) : 0.0005~0.008중량%Zirconium (Zr): 0.0005 ~ 0.008% by weight

지르코늄은 CaO와 Ti2O3등의 산화물과 MnS 황화물을 미세하게 분산시킨다. 이러한 산화물과 황화물들은 흑연의 석출자리로 역할을 하여 흑연립을 미세하게 분산시킨다는지 흑연화 소요시간을 단축시키는데 효과적이다. 단 지르코늄의 첨가량이 0.0005중량%미만에서는 그 효과가 미흡하며 0.008중량%이상에서는 조대한 Zr계 황화물 및 탄질화물을 형성하여 Zr에 의한 산화물의 미세화 효과가 감소할 뿐만 아니라 파괴인성을 열화시키기 때문에 0.0005~0.008중량%의 범위로 한정하였다.Zirconium finely disperses oxides such as CaO and Ti2O3 and MnS sulfides. These oxides and sulfides serve as precipitation sites of the graphite to effectively disperse the graphite particles and reduce the graphitization time. However, if the amount of zirconium added is less than 0.0005% by weight, the effect is insufficient. If the amount of zirconium is more than 0.008% by weight, coarse Zr-based sulfides and carbonitrides are formed to reduce the miniaturization effect of oxides by Zr and to deteriorate fracture toughness. It was limited to the range of 0.008% by weight.

희토류금속(REM) : 0.001~0.05중량%Rare Earth Metal (REM): 0.001 ~ 0.05% by weight

희토류금속은 강의 열간가공성을 개선하는 것과 흑연화를 가일층 촉진시키는 목적으로 첨가한다. 이와 같은 작용은 La, Ce등의 사용하는 것이 유용하지만 그 함량이 0.001중량%이하에서는 그 효과가 미흡하기 때문이며, 0.05중량%이상에서는 그 효과가 포화되기 때문에 0.001~0.05중량%의 범위로 한정하였다.Rare earth metals are added for the purpose of improving the hot workability of steel and further promoting graphitization. This action is useful to use La, Ce, etc., but the content is less than 0.001% by weight because the effect is insufficient, and at 0.05% or more because the effect is saturated, it was limited to the range of 0.001 to 0.05% by weight. .

[제조공정][Manufacture process]

본 발명에서는 선재를 제조하고 이를 흑연화 한 후 냉간성형 및/또는 절삭가공하여 강가공품을 만들고, 이 강가공품을 지연파괴저항성이 우수한 강가공품로 제조하기 위하여 열처리한다. 이하, 각 제조단계별 본 발명의 특징을 설명한다.In the present invention, a wire rod is manufactured, graphitized, cold-formed and / or cut, and a steel workpiece is manufactured, and the steel workpiece is heat-treated to produce a steel workpiece having excellent delayed fracture resistance. Hereinafter, the features of the present invention for each manufacturing step will be described.

[선재의 제조방법][Manufacturing method of wire rod]

본 발명에서는 블룸을 빌레트 압연하여 얻거나 또는 바로 주조하여 얻은 빌레트를 선재압연하고 냉각하여 얻은 다음, 이 선재를 적정 선경으로 신선한다. 신 선가공전후에 흑연화 열처리를 행한다.In the present invention, the billet obtained by billet rolling of the bloom or obtained by casting directly to the billet is obtained by rolling and cooling the billet, then the wire is fresh to the appropriate wire diameter. The graphitization heat treatment is carried out before and after the drawing process.

본 발명에서는 상기한 강성분계를 갖고, 구상 오스테나이트의 결정입도가 30㎛ 이하인 선재를 이용한다. 선재의 구상 오스테나이트 결정입도 30㎛를 초과할 경우에는 퍼얼라이트 변태후 퍼얼라이트를 구성하는 세멘타이트의 크기 및 두께가 너무 커고 두꺼워져서 흑연화 속도를 저하시키는 문제점이 있고 흑연화후 흑연립의 크기가 조대해져 냉간단조성 및 피삭성에 악영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다. In the present invention, a wire rod having the above-described steel component system and having a grain size of spherical austenite of 30 µm or less is used. If the spherical austenite grain size of the wire rod exceeds 30㎛, the size and thickness of cementite constituting the pearlite after the transformation of the pearlite becomes too large and thick, which causes a problem of lowering the graphitization rate. It is unpreferable because it becomes coarse and adversely affects cold forging property and machinability.

한편, 구상 오스테나이트의 결정입도 30㎛ 이하인 선재를 제조하기 위한 선재압연은 870±30℃ 온도범위에서 행한다. 이는 900℃ 이상에서는 제어압연효과가 미흡하여 오스테나이트 결정립 미세화 효과를 얻기 힘들기 때문이며 840℃이하에서는 그 효과가 포화되고 표면흠 발생이 용이해지고 선재 편경차 제어가 어려워지며 압연부하가 증가되는 관계로 작업성이 떨어지기 때문에 바람직하지 않다. On the other hand, wire rod rolling for producing a wire rod having a grain size of spherical austenite of 30 μm or less is performed at a temperature range of 870 ± 30 ° C. This is because the control rolling effect is insufficient at 900 ° C or higher, and thus it is difficult to obtain austenite grain refining effect. At 840 ° C or lower, the effect is saturated, surface flaws are easily generated, wire rod gap difference is difficult to control, and rolling load is increased. It is not preferable because workability is poor.

또한, 본 발명에서는 선재 냉각후 초석 페라이트 조직분율이 10% 이하인 선재를 이용한다. 선재 냉각후 초석 페라이트 조직분율이 10%를 초과할 경우에는 흑연화시 흑연립의 분포가 불균질해지고 흑연립의 조대화를 초래할 수 있으며 냉간단조성 및 피삭성에 악영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다. 페라이트 영역내에는 탄소함량이 매우 낮아 흑연화시 흑연립 형성에 필요한 탄소가 부족하여 페라이트에서는 거의 흑연화가 이루어지지 않기 때문에 10%이하로 반드시 제한하여야 한다.In addition, the present invention uses a wire rod having a granite ferrite structure fraction of 10% or less after cooling the wire rod. In the case where the cornerstone ferrite structure fraction exceeds 10% after wire rod cooling, the distribution of graphite grains during the graphitization becomes uneven and may cause coarsening of the graphite grains, which is not preferable because it adversely affects cold forging and machinability. In the ferrite region, the carbon content is very low and the carbon necessary for the formation of graphite grains during graphitization is scarce, so that the ferrite is hardly graphitized, so it must be limited to 10% or less.

한편, 초석 페라이트 조직분율이 10% 이하인 선재를 제조하기 위한 선재 제어냉각은 압연후 그 다음으로 선재를 권취하는데 이때의 권취온도는 750~800℃로 하는 것이 바람직하다. 권취온도는 선재압연직후 냉각수분사에 의해 확보한다. 권취온도가 750℃미만의 경우에는 저온권취에 따른 권취불량이 발생할 가능성이 높기 때문이다. 권취온도가 800℃초과의 경우에는 초석 페라이트 분율 제어가 어렵다. On the other hand, wire-controlled cooling for producing wire rods having a saltpeter ferrite structure fraction of 10% or less is wound up after rolling, and the winding temperature at this time is preferably 750-800 ° C. The coiling temperature is secured by cooling water spraying immediately after the wire is rolled. If the coiling temperature is less than 750 ℃ it is likely to cause a poor winding due to cold winding. If the coiling temperature is higher than 800 ° C, it is difficult to control the cornerstone ferrite fraction.

권취한 선재를 냉각하는데, 670±20℃까지 3.0±0.3℃/sec로 냉각시킨다. 냉각온도와 냉각속도의 조건설정은 선재집적상태 즉 겹침부, 비겹침부위의 냉각정도의 차이를 고려한 것이다. The wound wire is cooled down to 3.0 ± 0.3 ° C / sec to 670 ± 20 ° C. The conditions of cooling temperature and cooling rate are taken into account the difference in the degree of cooling of wire rod integrated state, ie overlapping part and non-overlapping part.

냉각온도가 690℃ 보다 높은 경우에는 초석 페라이트 생성율이 증가하며, 650℃미만의 경우에는 퍼얼라이트 변태율이 감소한다. 또한, 냉각속도가 3.3℃/sec 보다 빠를 경우 저온조직(마르텐사이트 또는 베이나이트)이 생성되기 때문이며, 2.7℃/sec 보다 느릴 경우 초석 페라이트 상분율이 증가하기 때문에 바람직하지 않다.If the cooling temperature is higher than 690 ℃, the formation rate of the cornerstone ferrite increases, and if the cooling temperature is lower than 650 ℃, the perlite transformation rate decreases. In addition, when the cooling rate is faster than 3.3 ° C / sec is because the low-temperature structure (martensite or bainite) is produced, if it is slower than 2.7 ° C / sec is not preferable because the increase in the cornerstone ferrite phase fraction.

[흑연화 공정][Graphite process]

이후, 본 발명에서는 상기와 같이 구상 오스테나이트 결정입도 및 초석 페라이트 분율을 갖는 선재를 냉각과정 동안 또는 신선가공전후에 흑연화열처리한다. 흑연화열처리는 Ac1-(60±30℃)에서 한다. 이 온도범위는 흑연화 속도가 빠른 온도이며 그중 Ac1-60℃ 온도에서 가장 빠른 흑연화 거동을 보인다. 흑연화 열처리 온도가 Ac1-90℃ 미만일 경우에는는 흑연화 속도가 매우 느려지는 온도구간으로 생산성 확보에 문제점이 있으며, Ac1-30℃초과의 온도에서는 흑연화 열처리 시간이 길어지며 오스테나이트상이 석출하여 오히려 흑연립이 재고용될 가능성이 높다. Thereafter, in the present invention, the wire rod having the spherical austenite grain size and the cornerstone ferrite fraction as described above is subjected to the graphitization heat treatment during the cooling process or before or after drawing. The graphitization heat treatment is performed at Ac 1- (60 ± 30 ° C). This temperature range is the fastest graphitization rate and shows the fastest graphitization behavior at Ac 1 -60 ℃. When the graphitization heat treatment temperature is less than Ac 1 -90 ℃, there is a problem in securing productivity due to the temperature range that the graphitization rate is very slow, and at a temperature above Ac 1 -30 ℃, the graphitization heat treatment time is long and the austenite phase is precipitated. Rather, graphite particles are likely to be re-used.

상기와 같은 선재압연공정과 흑연화 공정을 거친 선재 내부에 존재하는 흑연립은 그 크기가 15㎛ 이하가 된다. 흑연립 크기가 15㎛ 보다 커지면 냉간단조성 및 피삭성에 유해한 영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다.Graphite grains present in the wire rod after the wire rod rolling process and the graphitization process as described above is 15㎛ or less. It is not preferable that the graphite grain size is larger than 15 mu m because it adversely affects cold forging and machinability.

[강가공품 가공공정][Processed Steel Products]

상기와 같은 흑연화 처리를 겪은 흑연강은 이후 냉간단조작업 및/또는 절삭작업에 이용되어 원하는 형상의 강가공품으로 가공된다. 상기와 같은 강가공품 가공공정은 흑연강이 가지는 우수한 냉간단조성 및 피삭성으로 인하여 통상의 냉간단조작업 및 절삭작업을 통하여 수행가능하다.The graphite steel subjected to the graphitization treatment as described above is then used for cold forging and / or cutting to be processed into a steel workpiece of a desired shape. The steel workpiece processing process as described above can be performed through ordinary cold forging and cutting operations due to the excellent cold forging and machinability of the graphite steel.

[복합조직 열처리공정][Compound structure heat treatment process]

상기 냉간단조작업 및/또는 절삭작업을 겪은 강가공품은 형상은 원하는 최종형상을 가지고 있으나 고강도 부품으로 사용되기에는 그 강도가 약하다. 따라서 상기 강가공품을 열처리하여 목적하는 미세조직을 확보할 필요가 있다. The steel workpiece that has undergone the cold forging and / or cutting has the desired final shape, but its strength is weak enough to be used as a high strength component. Therefore, it is necessary to secure the desired microstructure by heat treatment of the steel workpiece.

상술하였듯이 본 발명의 발명자들은 강가공품의 최종조직을 페라이트+템퍼드 마르텐사이트의 복합조직하고, 이때 얻어진 복합조직내의 복합상 분율을 적절히 제어하는 것을 강도를 향상시키면서도 지연파괴저항성을 확보할 수 있는 주요한 수단으로 삼고 있다.As described above, the inventors of the present invention have the main structure that can secure the delayed fracture resistance while improving the strength by appropriately controlling the composite structure of ferrite + temper martensite in the final structure of the steel product and the composite phase fraction in the obtained composite structure. As a means.

상기와 같은 복합조직은 페라이트+오스테나이트 이상역에서 강을 급냉하여 오스테나이트를 마르텐사이트화 시킨 후 이를 다시 템퍼링 하여 최종적으로 페라이트+템퍼드 마르텐사이트 복합조직으로 함으로써 얻어질 수 있다.Such a composite structure can be obtained by quenching the steel in the ferrite + austenite phase or higher to martensite austenite and then tempering it again to finally form a ferrite + tempered martensite composite structure.

이때, 상기와 같이 고강도와 지연파괴저항성을 겸비한 강재는, 내부조직 중 초석 페라이트(이상역 페라이트)의 분율이 5~25% 를 만족하여야 한다. 상기 내부조직에 포함된 초석 페라이트는 오스테나이트 결정입계를 불연속화 시켜 상기 입계에 석출되는 Fe 석출물외의 Mo, Ti, V, Nb 등의 석출물이 연속적으로 분포할 수 없도록 하는 기능을 수행하며, P, S 등의 불순물 원소의 편석의 저감을 위해 필요한 조직으로, 페라이트의 분율이 5% 미만일 경우에는 그 효과가 미흡하고, 25%를 초과할 경우에는 오히려 페라이트 조직이 모재조직처럼 연속화되어 항복강도 및 연신율, 충격인성의 저하를 초래하기 때문이다.At this time, the steel having both high strength and delayed fracture resistance as described above, the fraction of the cornerstone ferrite (ideal reverse ferrite) in the internal structure should satisfy 5 ~ 25%. The cornerstone ferrite contained in the internal structure discontinuously disperses the austenite grain boundary so that precipitates such as Mo, Ti, V, and Nb other than Fe precipitates deposited at the grain boundaries cannot be continuously distributed, and P, It is a structure necessary for reducing segregation of impurity elements such as S. If the fraction of ferrite is less than 5%, its effect is insufficient. If it exceeds 25%, the ferrite structure is continuous like the base material structure, yielding strength and elongation. This is because the impact toughness is lowered.

상기의 조건을 만족시키는 조직을 얻기 위한 열처리는 우선 강가공품을 이상 역 온도범위인 Ac3-(Ac3-Ac1)/1.3에서 Ac3-(Ac3-Ac 1)/5.5 까지의 범위내에서 가열하는 것이다. 여기서, Ac3는 가열시 오스테나이트 변태온도이고, Ac1은 가열시 이상역(페라이트+오스테나이트) 변태온도를 나타내며, 합금성분계에 따라 Ac3, Ac1변태온도는 상이하게 나타난다.Heat treatment for obtaining a tissue which satisfies the above condition is first of more than Ac 3 the steel workpiece station Temperature Range - (Ac 3 -Ac 1) Ac 3 in /1.3 - (Ac 3 -Ac 1) within a range up to /5.5 Heating at Here, Ac 3 is the austenite transformation temperature when heated, Ac 1 is an abnormal temperature (ferrite + austenite) transformation temperature when heating, Ac 3 , Ac 1 transformation temperature is different depending on the alloy component system.

만일, 가열온도가 Ac3-(Ac3-Ac1)/1.3 미만일 경우에는 이상역 열처리시 초석 페라이트 생성량이 25%를 초과하여 앞서 언급한 바와 같이 항복강도 , 연신율 및 충격인성의 저하가 초래되고, 가열온도가 Ac3-(Ac3-Ac1)/5.5를 초과할 경우에는 결정입계의 불연속화에 필요한 초석 페라이트양이 5% 미만으로 되어 그 효과가 미흡해진다.If the heating temperature is lower than Ac 3- (Ac 3 -Ac 1 ) /1.3, the formation of cornerstone ferrite in the abnormal reverse heat treatment exceeds 25%, which leads to a decrease in yield strength, elongation and impact toughness as mentioned above. When the heating temperature exceeds Ac 3- (Ac 3 -Ac 1 ) /5.5, the amount of the cornerstone ferrite necessary for discontinuity of grain boundaries becomes less than 5%, and the effect is insufficient.

보다 바람직한 이상역 열처리조건은 Ac3-(Ac3-Ac1)/1.7에서 Ac3-(Ac 3-Ac1)/2.5 온도범위인데, 이는 구상 오스테나이트 결정입계의 불연속성, 입계석출물의 불연속성, 가열시 탈탄제어, 열처리 소요시간 등을 고려한 범위이다. 목표하는 페라이트+오스테나이트의 고온 복합조직을 얻기 위해서는 충분한 시간동안 가열하여야 하는데, 약 20분이상 가열하면 원하는 변태가 완료되어 원하는 조직을 얻을 수 있다. More ideal annealing conditions range from Ac 3- (Ac 3 -Ac 1 ) /1.7 to Ac 3- (Ac 3 -Ac 1 ) /2.5, which means discontinuities in spherical austenite grain boundaries, discontinuities in grain boundaries, It is a range that takes into account decarburization control and heat treatment time during heating. In order to obtain a high-temperature composite structure of the target ferrite + austenite, heating must be performed for a sufficient time. If the heating is performed for about 20 minutes or more, the desired transformation is completed to obtain the desired tissue.

상기와 같은 조건으로 가열된 강가공품은 70℃/sec 이상의 냉각속도로 유냉한후 350~450℃ 범위의 온도에서 1시간 이하 템퍼링하여 페라이트+템퍼드 마르텐사이트의 복합조직으로 제조한다. The steel products heated under the above conditions are oil-cooled at a cooling rate of 70 ° C./sec or more, and then tempered at a temperature in the range of 350 ° C. to 450 ° C. for 1 hour or less to prepare a composite structure of ferrite + tempered martensite.

이때, 만일 강가공품의 냉각속도가 70℃/sec 미만일 경우에는 원하는 급냉조 직을 얻을 수 없기 때문에, 상기 냉각속도는 70℃/sec 이상으로 한다. 또한, 템퍼링 온도가 350℃ 미만일 경우에는 충분한 템퍼링 효과를 얻을 수 없어 최종제품의 연신율 및 충격인성이 낮아져서 바람직하지 않으며, 450℃를 초과할 경우에는 강도확보가 어렵기 때문에 상기 템퍼링 온도는 350~450℃ 범위로 한다. 그리고, 템퍼링 온도가 1시간을 초과할 경우에는 열처리효과가 포화된다. At this time, if the cooling rate of the steel workpiece is less than 70 ℃ / sec, because the desired quenching fabric can not be obtained, the cooling rate is 70 ℃ / sec or more. In addition, when the tempering temperature is less than 350 ℃ can not obtain a sufficient tempering effect is not preferred because the elongation and impact toughness of the final product is lowered, and if it exceeds 450 ℃ because the strength is difficult to secure the tempering temperature is 350 ~ 450 It is set in the range of ℃. And, when the tempering temperature exceeds 1 hour, the heat treatment effect is saturated.

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 1과 같은 성분조성을 갖는 강들을 시료로 하여 중량 50kg인 빌레트 형상의 잉고트로 주조후 1250℃에서 48시간 균질화 열처리하여 두께 13mm로 열간압연하여 선재를 제조하였다. 이때 마무리온도는 950℃ 이상으로 하여 열간압연후 공냉하였다. 압연비는 80% 이상으로 하였다. Steels having the composition as shown in Table 1 were cast into billet-shaped ingots weighing 50 kg, and then homogenized and heat-treated at 1250 ° C. for 48 hours to hot roll to 13 mm in thickness to prepare wires. At this time, the finishing temperature was at least 950 ℃ and air-cooled after hot rolling. The rolling ratio was 80% or more.

강종Steel grade C, wt%C, wt% Si, wt%Si, wt% Mn, wt%Mn, wt% S, wt%S, wt% P, wt%P, wt% Ti, wt%Ti, wt% B, ppmB, ppm Al, wt%Al, wt% Se, wt%Se, wt% N, ppmN, ppm O, ppmO, ppm Ni, wt%Ni, wt% Cu, wt%Cu, wt% Ca, wt%Ca, wt% Zr, ppmZr, ppm REM, ppmREM, ppm 발 명 강foot                                                  persons                                                  River 1One 0.510.51 3.13.1 0.510.51 0.0080.008 0.0110.011 0.0070.007 2020 0.0050.005 0.0040.004 6060 2020 0.10.1 22 0.520.52 3.13.1 0.400.40 0.0090.009 0.0150.015 0.0040.004 1010 0.0040.004 0.0030.003 5555 2121 0.10.1 0.050.05 33 0.500.50 3.03.0 0.480.48 0.0070.007 0.0090.009 0.0100.010 2121 0.0050.005 0.0020.002 5656 1919 0.010.01 44 0.490.49 2.92.9 0.550.55 0.0090.009 0.0080.008 0.0100.010 2020 0.0030.003 0.0100.010 6060 2424 1010 55 0.530.53 3.23.2 0.530.53 0.0080.008 0.0090.009 0.0090.009 3030 0.0050.005 0.0040.004 6565 2222 1010 66 0.70.7 3.13.1 0.480.48 0.0070.007 0.0080.008 0.0040.004 1313 0.0030.003 0.0020.002 7575 1717 0.090.09 0.040.04 77 0.310.31 3.23.2 0.510.51 0.0080.008 0.0110.011 0.0100.010 2626 0.0040.004 0.0020.002 6666 2929 0.160.16 0.060.06 88 0.530.53 4.04.0 0.550.55 0.0090.009 0.0090.009 0.0030.003 1717 0.0040.004 0.0050.005 6060 2323 0.200.20 0.090.09 99 0.490.49 2.82.8 1.001.00 0.0080.008 0.0150.015 0.0110.011 2929 0.0150.015 0.0050.005 5555 3030 0.250.25 0.110.11 1010 0.660.66 2.052.05 0.440.44 0.0090.009 0.0090.009 0.0030.003 2020 0.0100.010 0.0060.006 8080 4040 0.540.54 0.210.21 비 교 강Comparison river 1One 0.510.51 3.03.0 0.510.51 0.0080.008 0.0110.011 0.0010.001 1010 0.0030.003 0.0040.004 6565 1919 0.130.13 22 0.520.52 3.13.1 0.480.48 0.0090.009 0.0080.008 0.0100.010 2020 0.0050.005 0.0020.002 4040 2323 0.120.12 0.040.04 33 0.500.50 3.03.0 0.220.22 0.0070.007 0.1300.130 0.0040.004 1010 0.0040.004 0.0010.001 5555 1717 0.020.02 44 0.490.49 2.92.9 0.710.71 0.0090.009 0.0090.009 0.0030.003 1717 0.0040.004 0.0210.021 6060 2121 2020 55 0.530.53 3.23.2 0.190.19 0.0080.008 0.1290.129 0.0010.001 1010 0.0030.003 0.0010.001 6565 2020 1010 66 0.80.8 3.13.1 0.700.70 0.0070.007 0.0090.009 0.0100.010 2020 0.0050.005 0.0190.019 4040 2828 0.210.21 0.100.10 77 0.310.31 3.23.2 0.690.69 0.0080.008 0.0090.009 0.0010.001 1010 0.0030.003 0.0200.020 6565 1515 0.510.51 0.230.23 88 0.530.53 4.04.0 0.200.20 0.0090.009 0.1310.131 0.0100.010 2020 0.0050.005 0.0010.001 4040 3434 0.240.24 99 0.490.49 1.51.5 0.520.52 0.0080.008 0.0150.015 0.0110.011 1515 0.0150.015 3030 2525 1010 0.660.66 2.52.5 0.440.44 0.0090.009 0.0090.009 0.0440.044 2121 0.030.03 100100 3232

발명강들 및 비교강들의 흑연화 열처리는 750℃에서 흑연화가 완료될 때까지 유지후 공냉하였다. 각각의 선재 조직이 흑연립 크기에 미치는 효과를 살펴보기 위하여 흑연화전 선재조직에 대하여 화상분석기(image analyzer)를 이용하여 시편당 300mm2의 면적에 대하여 초석 페라이트 면적분율에 대한 분석을 실시하였다. 상기 페라이트 면적분율 분석결과와 상기 관계식 1 및 관계식 2의 계산결과를 표 2에 정리하였다. 또한, KS규격(KS D 0205)에 의하여 발명강과 시험강의 오스테나이트 결정입도를 측정하고 그 결과를 역시 표 1에 나타내었다.The graphitization heat treatment of the inventive and comparative steels was air cooled after holding at 750 ° C. until graphitization was complete. In order to examine the effect of each wire structure on the size of graphite grain, an analysis of the cornerstone ferrite area fraction was carried out for the area of 300mm 2 per specimen using an image analyzer for the pre-graphitized wire structure. Table 2 summarizes the ferrite area fraction analysis results and the calculation results of the relational expressions 1 and 2. In addition, the austenite grain size of the inventive steel and the test steel was measured by the KS standard (KS D 0205), and the results are also shown in Table 1.

강종Steel grade 관계식 1Relationship 1 관계식 2Relation 2 오스테나이트 평균결정입도(㎛)Austenitic Average Crystal Grain Size (㎛) 열간압연후 미세조직내의 초석 페라이트 분율(%)Cornerstone Ferrite Fraction in Microstructure after Hot Rolling (%) (Ti+5B+Al)/N(Ti + 5B + Al) / N (Mn/5+Se)/5S(Mn / 5 + Se) / 5S 발명강 1Inventive Steel 1 4.54.5 1.91.9 2525 55 발명강 2Inventive Steel 2 3.13.1 1.11.1 1515 44 발명강 3Inventive Steel 3 5.55.5 2.22.2 2020 55 발명강 4Inventive Steel 4 4.34.3 3.03.0 3030 44 발명강 5Inventive Steel 5 5.45.4 2.42.4 2525 44 발명강 6Inventive Steel 6 2.12.1 2.52.5 1515 00 발명강 7Inventive Steel 7 4.14.1 1.91.9 3030 1010 발명강 8Inventive Steel 8 5.25.2 2.62.6 2525 99 발명강 9Inventive Steel 9 3.33.3 2.72.7 1515 33 발명강 10Inventive Steel 10 4.14.1 2.12.1 2020 00 비교강 1Comparative Steel 1 1.41.4 1.91.9 4040 3535 비교강 2Comparative Steel 2 6.56.5 2.52.5 5555 2525 비교강 3Comparative Steel 3 3.13.1 0.60.6 4545 3232 비교강 4Comparative Steel 4 5.25.2 3.63.6 4040 2121 비교강 5Comparative Steel 5 1.41.4 0.60.6 5050 2626 비교강 6Comparative Steel 6 6.56.5 3.63.6 4545 2323 비교강 7Comparative Steel 7 1.41.4 3.63.6 5050 3030 비교강 8Comparative Steel 8 6.56.5 0.60.6 4040 2424 비교강 9Comparative Steel 9 11.211.2 -- 4545 2020 비교강 10Comparative Steel 10 8.48.4 -- 4040 2222

상기 흑연화 열처리를 통하여 제조된 흑연강의 성능을 피삭성과 냉간단조성의 관점에서 확인하기 위하여 하기의 실험을 행하였다.In order to confirm the performance of the graphite steel manufactured through the graphitization heat treatment from the viewpoint of machinability and cold forging, the following experiment was performed.

냉간단조성은 직경 19mm x 높이 25mm으로 제조된 시험편을 이용하여 상온 압축시 균열이 발생할 때까지의 임계 체적 변화율을 임계 냉간단조율의 평가기준으로 하였다. 이때 임계 냉간단조율은 10회 실시하여 최대 최소값을 제외한 나머지를 평균값으로 평가하였다.Cold forging was performed by using a test piece manufactured with a diameter of 19 mm x 25 mm in height, and the critical volume change rate until cracking occurred at room temperature compression was used as an evaluation criterion for the critical cold forging rate. At this time, the critical cold forging rate was performed 10 times, and the remaining value except the maximum minimum value was evaluated as the average value.

피삭성 시험에는 자동선반이 이용되었으며, 칩처리성과 공구수명으로 흑연강의 피삭성을 판정하였다. 칩처리성의 판정방법으로 칩의 분단정도를 사용하였는데 칩이 2권 이하에서 분단할 경우 우수, 3~6권에서 분단될 경우 보통, 7권이상일 경우 불량으로 판정하였다. 공구수명의 시험은 하이스 공구에서 절삭속도 150m/min, 0.20mm/rev에서 절삭유를 사용하는 환경에서 절삭시 다이스 팁 선단에서 용선되어 절삭불능이 되는 시점까지의 시간을 측정하여 공구수명으로 하였다.An automatic lathe was used for the machinability test, and the machinability of the graphite steel was determined by the chip treatment and the tool life. Chip chipping was used as the chip processing method. Chips were divided into two or less books, and chips were divided into three or six books. In the test of tool life, the tool life was measured by measuring the time from the tip of the die tip to the point where it became impossible to cut when cutting in the environment using cutting oil at cutting speed of 150m / min and 0.20mm / rev.

상기, 흑연화 시간, 흑연강 내부조직, 냉간단조성 및 쾌삭성 시험결과를 표 3에 나타내었다. 흑연강 내부조직도 초석 페라이트 분율분석과 동일하게 화상분석기(image analyzer)를 이용하여 시편당 300mm2의 면적에 대하여 분석을 실시하였다. The graphitization time, graphite steel internal structure, cold forging property and free machinability test results are shown in Table 3. The internal structure of the graphite steel was analyzed for an area of 300 mm 2 per specimen using an image analyzer in the same manner as the cornerstone ferrite fraction analysis.

구분division 흑연화 특성Graphitization properties 냉간단조성Cold Forging 피삭성Machinability 흑연화시간 (min)Graphitization Time (min) 흑연상 분율 (%)Graphite fraction (%) 흑연립 평균크기 (㎛)Graphite Grain Average Size (㎛) 임계냉간 단조율 (%)Critical cold forging rate (%) 칩처리성Chip Processing 공구수명 (min)Tool life (min) 발명강 1Inventive Steel 1 55 2.12.1 77 130130 우수Great 120120 발명강 2Inventive Steel 2 66 2.22.2 88 140140 우수Great 110110 발명강 3Inventive Steel 3 55 2.02.0 99 130130 우수Great 130130 발명강 4Inventive Steel 4 77 1.91.9 77 135135 우수Great 115115 발명강 5Inventive Steel 5 77 2.12.1 66 140140 우수Great 140140 발명강 6Inventive Steel 6 66 2.52.5 88 130130 우수Great 120120 발명강 7Inventive Steel 7 77 1.21.2 77 140140 우수Great 130130 발명강 8Inventive Steel 8 55 2.12.1 77 135135 우수Great 125125 발명강 9Inventive Steel 9 66 2.02.0 66 135135 우수Great 140140 발명강 10Inventive Steel 10 55 2.72.7 99 140140 우수Great 135135 비교강 1Comparative Steel 1 350350 2.02.0 2525 7070 보통usually 4040 비교강 2Comparative Steel 2 400400 2.02.0 3030 7575 보통usually 3535 비교강 3Comparative Steel 3 1010 2.12.1 2020 8080 보통usually 5050 비교강 4Comparative Steel 4 99 2.22.2 1717 9090 보통usually 6060 비교강 5Comparative Steel 5 600600 2.12.1 2121 8585 보통usually 4040 비교강 6Comparative Steel 6 440440 2.92.9 3333 7070 보통usually 3030 비교강 7Comparative Steel 7 530530 1.31.3 2020 8080 보통usually 1515 비교강 8Comparative Steel 8 380380 2.02.0 1919 8080 보통usually 4545 비교강 9Comparative Steel 9 36003600 2.22.2 2424 7575 보통usually 2020 비교강 10Comparative Steel 10 39003900 2.62.6 3535 6565 보통usually 2525

표 3에서 보는 바와같이 본 발명예의 강조성을 사용할 경우 흑연화 시간이 7분 내외로 본 발명에서 목표로 하는 흑연화 시간 범위내에 100% 흑연화 처리가 가능한 반면, 비교예들은 최소 9분에서 최대 3900분까지 편차를 나타내고 있었다. 이에 본 발명에 의한 강재의 흑연화 성능의 우수성을 확인할 수 있었다. As shown in Table 3, when the emphasis of the present invention is used, the graphitization time is within 7 minutes, and 100% graphitization treatment is possible within the graphitization time target of the present invention, while the comparative examples are at least 9 minutes to the maximum. The deviation was shown up to 3900 minutes. Thus, it was possible to confirm the superiority of the graphitization performance of the steel according to the present invention.

또한, 본 발명예의 강재를 이용하여 흑연화한 흑연강의 흑연립의 크기는 7~9㎛ 정도로 비교예의 17~35㎛ 보다 훨씬 미세한 흑연을 가지고 있음을 알 수 있다.그리고 냉간단조성의 경우 비교예들의 냉간 임계 단조성은 65~90%범위를 보이는 반면 본 발명예들은 130~140%범위로 상당히 우수함을 잘 알 수 있다. 또한 쾌삭성을 판단한 결과 칩처리성이 본 발명에 의한 흑연강의 경우에는 칩이 모두 2권 이하에서 분단되는 반면 비교예의 경우에는 3권 이상에서 분단되어 본 발명에 의한 흑연강용 강재로 제조된 흑연강이 훨씬 더 우수한 칩처리성을 가지고 있는 것을 확인할 수 있었으며, 공구수명 또한 본 발명에 의한 흑연강용 강재로 제조된 흑연강의 공구수명이 비교예보다 최소 55분 이상 향상되었음을 알 수 있었다.In addition, it can be seen that the size of the graphite grains of the graphite steel graphitized by using the steel of the present invention has a graphite finer than that of the comparative example of 17 to 35 μm at about 7 to 9 μm. The cold critical forging of these shows a 65 to 90% range while the present invention can be seen that it is quite excellent in the 130 ~ 140% range. In addition, as a result of determining the machinability, in the case of graphite steel according to the present invention, the chip treatment property is all divided into two or less books, whereas in the comparative example, graphite chips manufactured from the steel for graphite steel according to the present invention are divided into three or more books. It was confirmed that this has a much better chip treatment, the tool life was also found that the tool life of the graphite steel made of the steel for graphite steel according to the present invention improved at least 55 minutes over the comparative example.

본 발명의 발명예로서 상기 본 발명의 발명강을 대상으로 표 4에 기재된 조건으로 열처리를 실시하였다. 하기 표 4에 기재된 X는 표에 기재된 식 'Ac3-(Ac3-Ac1)/X = 가열온도'을 만족시키는 값을 의미한다. As an invention example of the present invention, heat treatment was performed on the inventive steel of the present invention under the conditions shown in Table 4. X in Table 4 means a value satisfying the formula 'Ac 3- (Ac 3 -Ac 1 ) / X = heating temperature' described in the table.

구분division 강종Steel grade 가열온도 Ac3-(Ac3-Ac1)/X (℃)Heating temperature Ac 3- (Ac 3 -Ac 1 ) / X (℃) 가열시간 (min)Heating time (min) 이상역 페라이트 상분율(%)Ideal Ferrite Percentage (%) 템퍼링온도 (℃)Tempering temperature (℃) 템퍼링시간 (min)Tempering time (min) 구 오스테나이트 평균결정입도 (㎛)Old Austenitic Average Grain Size (㎛) 발명예1Inventive Example 1 발명강1Inventive Steel 1 X=5.7X = 5.7 4040 55 400400 6060 1515 발명예2Inventive Example 2 발명강2Inventive Steel 2 X=2.5X = 2.5 4040 1212 420420 6060 1515 발명예3Inventive Example 3 발명강3Invention Steel 3 X=2.5X = 2.5 4040 1313 450450 6060 1515 발명예4Inventive Example 4 발명강4Inventive Steel 4 X=1.7X = 1.7 4040 2020 420420 6060 1515 발명예5Inventive Example 5 발명강5Inventive Steel 5 X=2.5X = 2.5 4040 1818 420420 6060 1616 발명예6Inventive Example 6 발명강6Inventive Steel 6 X=2.5X = 2.5 4040 1010 420420 6060 1111 발명예7Inventive Example 7 발명강7Inventive Steel 7 X=2.5X = 2.5 4040 1010 420420 6060 1919 발명예8Inventive Example 8 발명강8Inventive Steel 8 X=2.5X = 2.5 4040 1313 420420 6060 1414 발명예9Inventive Example 9 발명강9Inventive Steel 9 X=2.5X = 2.5 4040 1313 420420 6060 1616 발명예10Inventive Example 10 발명강10Inventive Steel 10 X=2.5X = 2.5 4040 1010 420420 6060 1717

상기 표 4의 발명예와 비교하기 위한 비교예의 처리조건을 하기 표 5에 나타내었다. 다만, 하기 표 5의 처리조건은 통상적인 Q/T(quenching & tempering)조건으로, 가열온도는 이상역 구간이 아니고 오스테나이트 단상역이기 때문에 상기 X는 의미가 없어서 처리온도만 나타내었고, 그 결과 페라이트 상분율은 모든 비교재에서 5% 미만을 나타내고 있었다. 상기 표 4 및 표 5의 모든 발명예와 비교예의 가열후 냉각속도는 70℃/sec로 통일하였다.The processing conditions of the comparative example for comparison with the inventive example of Table 4 are shown in Table 5 below. However, the treatment conditions shown in Table 5 below are typical Q / T (quenching & tempering) conditions, and since X is not meaningful because the heating temperature is not an abnormal region but an austenite single phase region, only the treatment temperature is shown. The ferrite phase percentage was less than 5% in all the comparative materials. The cooling rate after heating of all the invention examples and comparative examples of Table 4 and Table 5 was unified at 70 ℃ / sec.

구분division 강종Steel grade 가열온도 (℃)Heating temperature (℃) 가열시간 (min)Heating time (min) 템퍼링온도 (℃)Tempering temperature (℃) 템퍼링시간 (min)Tempering time (min) 구 오스테나이트 평균결정입도 (㎛)Old Austenitic Average Grain Size (㎛) 비교예1Comparative Example 1 발명강1Inventive Steel 1 10001000 4040 500500 6060 1515 비교예2Comparative Example 2 발명강2Inventive Steel 2 10001000 4040 450450 6060 1616 비교예3Comparative Example 3 발명강3Invention Steel 3 10001000 4040 450450 6060 1111 비교예4Comparative Example 4 발명강4Inventive Steel 4 10001000 4040 500500 6060 1919 비교예5Comparative Example 5 발명강5Inventive Steel 5 10001000 4040 500500 6060 1414 비교예6Comparative Example 6 발명강6Inventive Steel 6 10001000 4040 450450 6060 1616 비교예7Comparative Example 7 발명강7Inventive Steel 7 10001000 4040 450450 6060 1717 비교예8Comparative Example 8 발명강8Inventive Steel 8 10001000 4040 500500 6060 1313 비교예9Comparative Example 9 발명강9Inventive Steel 9 10001000 4040 450450 6060 1515 비교예10Comparative Example 10 발명강10Inventive Steel 10 10001000 4040 450450 6060 1616

상기 표 4와 표 5의 조건에 의해 열처리된 강가공품을 이용하여 강도와 충격인성을 평가하기 위하여 하기의 시험을 실시하였다.The following tests were performed to evaluate the strength and impact toughness by using the steel products heat-treated according to the conditions of Tables 4 and 5.

인장시험편은 KS규격(KS B 0801) 4호 시험편을 이용하고, 크로스 헤드 스피드(cross head speed) 5mm/min에서 시험하였다. 충격시험편은 KS규격 (KS B 0809) 3호시험편에 준하여 제조하였으며, 이때 노치방향은 압연방향의 측면(L-T방향)에서 가공하였다Tensile test pieces were tested using a KS standard (KS B 0801) No. 4 test piece at a cross head speed of 5 mm / min. The impact test piece was manufactured according to KS standard (KS B 0809) No. 3 test piece, in which the notch direction was machined from the side of the rolling direction (L-T direction).

열처리후 미세 복합조직내의 총 잔류 오스테나이트 상분율을 X-ray(Cu radiation)를 이용하여 측정하였다. After heat treatment, the total residual austenite phase fraction in the microcomposite was measured by X-ray (Cu radiation).

본 발명의 효과를 보이기 위한 지연파괴저항성 평가는 일반적으로 사용되는 일정하중법을 적용하였다. 이 평가법은 부가응력별 또는 특정 응력하에서 파괴까지의 소요시간으로 지연파괴저항성을 평가하는 일반적인 방법이다. 지연파괴시험시 시험응력은 노치인장강도(notched tensile strength)를 기준으로 부가응력(applied stress)을 결정하였다. 지연파괴시험기는 일정하중형의 지연파괴시험기(constant loading type delayed fracture testing machine)를 이용하였다. 지연파괴시험편은 시편지름 6mmφ, 노치부 지름 4mmφ, 노치반경(notch root radius) 0.1mm로 제조하였다. 시험편 분위기 용액은 월폴버퍼 용액(Walpole buffer solution, HCl+CH3COONa)으로 pH 2±0.5의 상온(25±5C)에서 실시하였다. 임계지연파괴강도는 동일 응력비( 부하응력/노치인장강도 비, 0.5)에서 파단까지의 소요시간이 150시간 이상까지 미절손되는 인장강도를 의미하며, 노치강도는 노치시험편을 인 장시험하여 (최대하중÷노치부 단면적)의 값으로 구하였다. 임계지연파괴강도의 설정을 위한 시험편수는 15개를 기준으로 하여 13개이상 미절손되는 경우를 기준으로 하였다. In order to show the effect of the present invention, the delayed fracture resistance evaluation was applied to a generally used constant load method. This evaluation method is a general method for evaluating the delayed fracture resistance by the time of additional stress or the time required to break under specific stress. In the delayed fracture test, the test stress was determined based on the notched tensile strength. The delayed fracture tester used a constant loading type delayed fracture testing machine. The delayed fracture test specimen was prepared with a specimen diameter of 6 mmφ, a notch diameter of 4 mmφ, and a notch root radius of 0.1 mm. The test piece atmosphere solution was performed at room temperature (25 ± 5C) at a pH of 2 ± 0.5 with a wolpole buffer solution (HCl + CH3COONa). The critical delay fracture strength is the tensile strength at which the time from failure to break is equal to or greater than 150 hours at the same stress ratio (load stress / notch tensile strength ratio, 0.5). Load ÷ notch section cross-sectional area). The number of specimens for setting the critical delay fracture strength was based on the case where more than 13 undecided specimens were used.

상기 각각의 시험결과를 표 6에 나타내었다. 표 6에 나타난 바와 같이, 발명예(1~10)는 임계지연파괴강도는160~165kg/mm2범위를 갖으면서, 인장강도 181~193kg/mm2, 연신율 10~15%, 단면감소율 25~35%, 충격인성 30~45J/cm2의 범위를 갖는 수준이다. 이에 반해, 비교예(1~10)의 경우 임계지연파괴강도는 125~130kg/mm2범위를 갖으면서, 인장강도 185~196kg/mm2, 연신율 10~18%, 단면감소율 30~37%, 충격인성 20~40J/cm2의 범위를 갖는다. 따라서, 발명예들이 비교예들 대비 우수한 지연파괴강도를 보임을 잘 알 수 있다. Table 6 shows the results of each test. As shown in Table 6, Inventive Examples (1 to 10) have a critical delay fracture strength in the range of 160 to 165 kg / mm 2 , tensile strength of 181 to 193 kg / mm 2 , elongation 10 to 15%, and section reduction 25 to It is a level having a range of 35% and impact toughness of 30 ~ 45J / cm 2 . On the contrary, in the comparative examples (1 to 10), the critical delayed fracture strength was in the range of 125 to 130 kg / mm 2 , tensile strength 185 to 196 kg / mm 2 , elongation 10 to 18%, cross section reduction 30 to 37%, The impact toughness is in the range of 20-40 J / cm 2 . Therefore, it can be seen that the inventive examples show better delayed fracture strength than the comparative examples.

구분division 인장강도 (kg/mm2)Tensile Strength (kg / mm 2 ) 항복강도 (kg/mm2)Yield strength (kg / mm 2 ) 연신율 (%)Elongation (%) 단면감소율 (%)Cross section reduction rate (%) 충격인성 (J/cm2)Impact Toughness (J / cm 2 ) 임계지연파괴강도 (kg/mm2)Critical Delay Break Strength (kg / mm 2 ) 발명예1Inventive Example 1 185185 170170 1212 2525 3535 165165 발명예2Inventive Example 2 188188 168168 1515 3030 4040 165165 발명예3Inventive Example 3 181181 169169 1010 3030 4545 160160 발명예4Inventive Example 4 184184 167167 1111 3535 4545 165165 발명예5Inventive Example 5 185185 169169 1414 3535 5050 160160 발명예6Inventive Example 6 193193 175175 1313 3131 3030 165165 발명예7Inventive Example 7 192192 178178 1010 3030 3030 165165 발명예8Inventive Example 8 185185 176176 1010 2929 4040 165165 발명예9Inventive Example 9 186186 175175 1111 3232 3535 165165 발명예10Inventive Example 10 193193 177177 1111 3131 4545 165165 비교예1Comparative Example 1 190190 174174 1313 3333 3535 130130 비교예2Comparative Example 2 185185 177177 1818 3737 4040 130130 비교예3Comparative Example 3 186186 176176 1010 3434 3030 125125 비교예4Comparative Example 4 190190 173173 1414 3131 2525 130130 비교예5Comparative Example 5 187187 180180 1010 3030 2020 125125 비교예6Comparative Example 6 195195 182182 1010 3232 2222 130130 비교예7Comparative Example 7 196196 184184 1313 3535 3737 130130 비교예8Comparative Example 8 188188 181181 1111 3333 3333 130130 비교예9Comparative Example 9 189189 180180 1212 3131 3030 130130 비교예10Comparative Example 10 196196 182182 1414 3232 2727 130130

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 흑연립 미세화 및 짧은 시간의 열처리에 의해 냉간단조성 및 쾌삭성을 동시에 대폭적으로 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 복합조직의 제어를 통해 임계지연파괴강도가 현저하게 개선된 강가공품을 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, not only can the cold forging property and the free machinability be greatly improved at the same time by miniaturizing the graphite grains and the heat treatment for a short time, and the critical delay fracture strength is significantly improved through the control of the composite structure. Can provide finished steel products.

Claims (17)

중량%로, C : 0.30~0.70%, Si : 2.0~4.0%, Mn : 0.1~1.0%, P : 0.01~0.15%, S : 0.01%이하, Se : 0.001~0.05%, Ti : 0.001~0.03%, B : 0.001~0.003%, Al : 0.002~0.01%, N : 0.004~0.008%, O : 0.005% 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어지고, 상기 Ti, N, B 및 Al이 하기 관계식 1을 만족하고, Mn, Se 및 S가 하기 관계식 2를 만족하는 조성의 빌레트를 선재압연하는 단계;By weight%, C: 0.30 ~ 0.70%, Si: 2.0 ~ 4.0%, Mn: 0.1 ~ 1.0%, P: 0.01 ~ 0.15%, S: 0.01% or less, Se: 0.001 ~ 0.05%, Ti: 0.001 ~ 0.03 %, B: 0.001% to 0.003%, Al: 0.002% to 0.01%, N: 0.004% to 0.008%, O: 0.005% or less, and the balance is made of Fe and other impurities, and the Ti, N, B and Al are Wire rolling a billet having a composition satisfying the following Expression 1 and Mn, Se and S satisfying the following Expression 2; 상기 압연된 선재를 권취하는 단계;Winding the rolled wire; 상기 권취된 선재를 냉각하는 단계;Cooling the wound wire rod; 상기 냉각된 선재를 흑연화 열처리하는 단계;Graphitizing heat treatment of the cooled wire; 상기 흑연화 열처리한 선재를 냉간단조와 절삭가공 중 선택된 하나 이상의 방법으로 강가공품을 제조하는 단계;Manufacturing a steel product by at least one method of cold forging and cutting the graphitized heat treated wire; 상기 제조된 강가공품을 Ac3-(Ac3-Ac1)/1.3에서 Ac3-(Ac3-Ac1)/5.5까지의 온도범위로 가열하는 단계;Heating to a temperature range of (Ac 3 -Ac 1) /5.5 the manufacture of steel workpieces Ac 3 - - In /1.3 (Ac 3 -Ac 1) Ac 3; 상기 가열된 강가공품을 상기 온도범위에서 20분 이상 유지하는 단계;Maintaining the heated steel product in the temperature range for at least 20 minutes; 상기 강가공품을 70℃/sec 이상의 냉각속도로 냉각하는 단계; 및Cooling the steel workpiece at a cooling rate of 70 ° C./sec or more; And 상기 냉각된 강가공품을 350~450℃ 범위내에서 템퍼링 하는 단계;를 포함하여, 페라이트와 템퍼드 마르텐사이트(tempered martensite)의 복합조직으로 이루어지는 지연파괴 저항성이 우수한 고강도 강가공품의 제조방법.Tempering the cooled steel workpiece within the range of 350 ~ 450 ℃; including, a method of producing a high strength steel product excellent in delayed fracture resistance consisting of a composite structure of ferrite and tempered martensite (tempered martensite). (단, 하기 관계식 1 및 관계식 2의 Ti, N, B, Al, Mn, Se 및 S는 각각 해당원소의 중량%를 의미한다.)(However, Ti, N, B, Al, Mn, Se and S in the following relations 1 and 2, respectively, means the weight percent of the element.) [관계식 1][Relationship 1] 2.0≤(Ti+5B+Al)/N≤5.5 2.0≤ (Ti + 5B + Al) /N≤5.5 [관계식 2][Relationship 2] 1.0≤(Mn/5+Se)/5S≤3.01.0≤ (Mn / 5 + Se) /5S≤3.0 제 1 항에 있어서, 상기 빌레트 조성에 더하여 Ni : 0.05~1.0%, Cu : 0.01~0.5%, Ca : 0.0001~0.05%, Zr : 0.0005~0.008%, REM(Rare Earth Metal, 희토류금속) : 0.001~0.05%으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 지연파괴 저항성이 우수한 고강도 강가공품의 제조방법.According to claim 1, In addition to the billet composition Ni: 0.05 ~ 1.0%, Cu: 0.01 ~ 0.5%, Ca: 0.0001 ~ 0.05%, Zr: 0.0005 ~ 0.008%, REM (Rare Earth Metal, rare earth metal): 0.001 Method for producing a high strength steel product excellent in delayed fracture resistance, characterized in that it comprises one or two or more selected from the group consisting of ~ 0.05%. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 조성의 빌레트를 선재압연하는 단계에서 마무리 압연 직후의 오스테나이트 결정립 입도가 30㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 지연파괴 저항성이 우수한 고강도 강가공품의 제조방법.The method for producing a high strength steel product having excellent delayed fracture resistance according to claim 1 or 2, wherein the austenite grain size immediately after the finish rolling in the step of wire-rolling the billet of the composition is 30 m or less. 제 3 항에 있어서, 상기 선재 마무리 압연은 840~900℃의 온도범위에서 행하는 것을 특징으로 하는 지연파괴 저항성이 우수한 고강도 강가공품의 제조방법.The method of manufacturing a high strength steel product having excellent delay fracture resistance according to claim 3, wherein the wire rod finish rolling is performed at a temperature range of 840 to 900 ° C. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 냉각단계 이후의 선재 내부조직 중 초석 페라이트의 분율이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 지연파괴 저항성이 우수한 고강도 강가공품의 제조방법.The method according to claim 1 or 2, wherein the fraction of the cornerstone ferrite in the wire inner structure after the cooling step is 10% or less. 제 5 항에 있어서, 상기 압연된 선재를 권취하는 단계는 750~800℃의 온도범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 지연파괴 저항성이 우수한 고강도 강가공품의 제조방법.The method of claim 5, wherein the winding of the rolled wire is performed at a temperature range of 750 to 800 ° C. 제 6 항에 있어서, 상기 권취된 선재를 냉각하는 단계는, 권취된 선재를 2.7~3.3℃/sec의 냉각속도로 650~690℃의 온도범위까지 냉각하는 것을 특징으로 하는 지연파괴 저항성이 우수한 고강도 강가공품의 제조방법.The method of claim 6, wherein the step of cooling the wound wire, high strength excellent in delayed fracture resistance, characterized in that for cooling the wound wire to a temperature range of 650 ~ 690 ℃ at a cooling rate of 2.7 ~ 3.3 ℃ / sec Method of manufacturing steel products. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 냉각된 선재를 흑연화 처리하는 단계는 Ac1-(60±30)℃ 사이의 온도 범위에서 행하는 것을 특징으로 하는 지연파괴 저항성이 우수한 고강도 강가공품의 제조방법.The method of claim 1 or claim 2, wherein the step of graphitizing the cooled wire is performed in a temperature range of Ac 1- (60 ± 30) ℃ to produce a high strength steel product excellent in delayed fracture resistance Way. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 선재를 흑연화 처리하는 단계로부터 제조된 흑연강의 내부에 포함된 흑연립의 평균크기가 15㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 지연파괴저항성이 우수한 고강도 강가공품의 제조방법. The method of claim 1 or claim 2, wherein the average size of the graphite grains contained in the graphite steel produced from the step of graphitizing the wire is 15㎛ or less, the production of high strength steel products excellent in delayed fracture resistance Way. 삭제delete 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 냉각된 강가공품을 템퍼링하는 단계의 템퍼링 시간은 1시간 이하인 것을 특징으로 하는 지연파괴 저항성이 우수한 고강도 강가공품의 제조방법. The method according to claim 1 or 2, wherein the tempering time of the step of tempering the cooled steel workpiece is 1 hour or less. 중량%로, C : 0.30~0.70%, Si : 2.0~4.0%, Mn : 0.1~1.0%, P : 0.01~0.15%, S : 0.01%이하, Se : 0.001~0.05%, Ti : 0.001~0.03%, B : 0.001~0.003%, Al : 0.002~0.01%, N : 0.004~0.008%, O : 0.005% 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어지고, 상기 Ti, N, B 및 Al이 하기 관계식 1을 만족하고, Mn, Se 및 S가 하기 관계식 2를 만족하는 조성을 가지고 내부에 평균 크기가 15㎛ 이하인 흑연립을 포함하는 흑연강을 마련하는 단계;By weight%, C: 0.30 ~ 0.70%, Si: 2.0 ~ 4.0%, Mn: 0.1 ~ 1.0%, P: 0.01 ~ 0.15%, S: 0.01% or less, Se: 0.001 ~ 0.05%, Ti: 0.001 ~ 0.03 %, B: 0.001% to 0.003%, Al: 0.002% to 0.01%, N: 0.004% to 0.008%, O: 0.005% or less, and remain with Fe and other impurities, and the Ti, N, B and Al are Providing a graphite steel including graphite grains having an average size of 15 μm or less in a composition satisfying the following Formula 1 and having Mn, Se, and S satisfying the following Formula 2; 상기 흑연강을 냉간단조와 절삭가공 중 선택된 하나 이상의 방법으로 강가공품을 제조하는 단계;Manufacturing a steel product by at least one method of cold forging and cutting the graphite steel; 상기 제조된 강가공품을 Ac3-(Ac3-Ac1)/1.3에서 Ac3-(Ac3-Ac1)/5.5까지의 온도범위로 가열하는 단계;Heating to a temperature range of (Ac 3 -Ac 1) /5.5 the manufacture of steel workpieces Ac 3 - - In /1.3 (Ac 3 -Ac 1) Ac 3; 상기 가열된 강가공품을 상기 온도범위에서 20분 이상 유지하는 단계;Maintaining the heated steel product in the temperature range for at least 20 minutes; 상기 강가공품을 70℃/sec 이상의 냉각속도로 냉각하는 단계; 및Cooling the steel workpiece at a cooling rate of 70 ° C./sec or more; And 상기 냉각된 강가공품을 350~450℃ 범위내에서 템퍼링 하는 단계;를 포함하여, 페라이트와 템퍼드 마르텐사이트(tempered martensite)의 복합조직으로 이루어지는 지연파괴 저항성이 우수한 고강도 강가공품의 제조방법.Tempering the cooled steel workpiece within the range of 350 ~ 450 ℃; including, a method of producing a high strength steel product excellent in delayed fracture resistance consisting of a composite structure of ferrite and tempered martensite (tempered martensite). (단, 하기 관계식 1 및 관계식 2의 Ti, N, B, Al, Mn, Se 및 S는 각각 해당원소의 중량%를 의미한다.)(However, Ti, N, B, Al, Mn, Se and S in the following relations 1 and 2, respectively, means the weight percent of the element.) [관계식 1][Relationship 1] 2.0≤(Ti+5B+Al)/N≤5.5 2.0≤ (Ti + 5B + Al) /N≤5.5 [관계식 2][Relationship 2] 1.0≤(Mn/5+Se)/5S≤3.01.0≤ (Mn / 5 + Se) /5S≤3.0 제 12 항에 있어서, 상기 빌레트 조성에 더하여 Ni : 0.05~1.0%, Cu : 0.01~0.5%, Ca : 0.0001~0.05%, Zr : 0.0005~0.008%, REM(Rare Earth Metal, 희토류금속) : 0.001~0.05%으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 지연파괴 저항성이 우수한 고강도 강가공품의 제조방법.The method according to claim 12, wherein in addition to the billet composition, Ni: 0.05 to 1.0%, Cu: 0.01 to 0.5%, Ca: 0.0001 to 0.05%, Zr: 0.0005 to 0.008%, REM (Rare Earth Metal): 0.001 Method for producing a high strength steel product excellent in delayed fracture resistance, characterized in that it comprises one or two or more selected from the group consisting of ~ 0.05%. 삭제delete 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 냉각된 강가공품을 템퍼링하는 단계 의 템퍼링 시간은 1시간 이하인 것을 특징으로 하는 지연파괴 저항성이 우수한 고강도 강가공품의 제조방법.The method according to claim 12 or 13, wherein the tempering time of the step of tempering the cooled steel workpiece is 1 hour or less. 삭제delete 제 16 항에 있어서, 상기 강가공품의 조직중 초석 페라이트의 분율이 5~25%인 것을 특징으로 하는 지연파괴저항성이 우수한 고강도 강가공품.17. The high strength steel product having excellent delayed fracture resistance according to claim 16, wherein a fraction of the cornerstone ferrite in the structure of the steel product is 5 to 25%.
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