KR100749381B1 - 온간 압연 방법 - Google Patents

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도쿠리츠교세이호징 붓시쯔 자이료 겐큐키코
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Abstract

평균 입경 3㎛이하의 초미세 결정 입자 조직을 갖는 초미세 입자 강재의 제조를 위한 온간 압연 방법으로서, 강재에 대하여 압연 온도 범위가 350℃-800℃의 온도 영역에서 2패스 이상의 압연을 행할 때에, 적어도 1회 이상의 타원 형상의 구멍형에 의한 압연과 다른 형상의 구멍형에 의한 압연을 행하는, 보다 간편한 수법에 의하여, 큰 변형을 보다 적은 감면율이나, 패스수로 재료 중에 도입하는 것을 가능하게 하는, 새로운 온간 다방향 압연 방법을 제공하고, 이것에 의한 초미세 결정 입자 조직을 갖는 강도, 연성이 우수한 강재를 제조하는 것으로 한다.

Description

온간 압연 방법{WARM ROLLING METHOD}
본 출원의 발명은, 입경 3㎛ 이하의 초미세 결정 입자 조직을 갖는 강도·연성이 우수한 초미세 입자 강재(鋼材)의 제조를 위한, 새로운 온간 압연 방법에 관한 것이다.
초미세 입자 강(鋼)은, 합금 원소를 첨가하지 않고, 강도를 현저하게 상승시킬 수 있고, 동시에, 연성·취성(脆性) 천이 온도도 현저하게 저하시킬 수 있다고 생각되므로, 본 출원의 발명자들도 공업적으로 이 초미세 입자 강을 실현하기 위해서 검토를 진행하여, 온간 다패스 압연(문헌 1) 방법이나 다방향 가공(문헌 2)의 방법을 발명하여 왔다.
단, 온간 다방향 압연의 용이화가 가능하면, 초미세 입자 강 보다 광범위한 사용으로 이어지지만, 발명자들의 검토의 과정에 있어서도 이것은 그다지 용이하지 않았다.
그 때문에, 기술적인 어려움의 하나로서, 일정 이상의 변형을 재료 중에 도입하는 것이 필요하기 때문이다. 예를 들면, 임계 변형은 1.5-2.3, 바람직하게는 3정도이지만, 변형 3의 경우, 감면율에서는 95%에 상당하고, 대변형 가공을 행하지 않으면 안되는 것이다. 직경 10mm의 환봉(丸棒)을 최종 제품으로서 얻고자 하였을 경우, 직경 45mm으로부터 온간 가공하여 갈 필요가 있고, 변형 저항이 높은 온간 온도 영역에서 이 큰 변형을 도입하기 위해서는 소재를 크게 하지 않으면 안되고, 또한 아무리 해도 압연 패스(pass)수가 많아진다고 하는 문제가 있었다.
그래서, 대변형을 보다 적은 감면율이나 패스 수로 재료 중에 도입할 수 있으면, 보다 용이하게 초미세 조직을 얻을 수 있고, 공업적으로 보면, 압연 효율이 높아지는 등 많은 이점이 있다.
본 출원의 발명자들에게 있어서도, 지금까지 다방향 압연에 관해서는, 모루( anvil)로 다방향에서 압축하는 방법(문헌 2)이나 2방향 압하 압연 기술을 제안하여 왔다. 그러나, 다방향 가공은, 큰 변형을 효율적으로 도입할 수 있는 방법이지만, 적어도 2방향에서 가공하는 것이 일정한 기술상의 어려움을 포함하고 있었다.
문헌 1: 일본특허공개 2000-309850호 공보
문헌 2: 일본특허공개 2001-240912호 공보
따라서, 본 출원의 발명은 이상에서 설명한 바와 같은 배경을 근거로 하여 이루어진 것으로, 발명자들에 의한 지금까지의 검토로부터 얻어진 지견을 더 발전시켜, 보다 간편한 수단에 의하여, 큰 변형을 보다 적은 감면율이나 패스 수로 재료중에 도입하는 것을 가능하게 하는 새로운 온간 다방향 압연 방법을 제공하고, 이것에 의한 초미세 결정 입자 조직을 갖는 강도, 연성이 우수한 강재의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.
본 출원의 발명은, 상기의 과제를 해결하는 것으로서, 제 1로는, 평균 입경 3㎛이하의 초미세 결정 입자 조직을 갖는 초미세 입자 강재의 제조를 위한 온간 압연 방법으로서, 강재에 대하여 압연 온도 범위가 350℃-800℃의 온도 영역에서 2패스 이상의 압연을 행할 때에, 적어도 1회 이상의 타원 형상의 구멍형에 의한 압연과 다른 형상의 구멍형에 의한 압연을 행하는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법을 제공하고, 제 2로는, 타원 형상의 구멍형에 의한 압연에 이어서 다른 형상의 구멍형에 의한 압연을 행하는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법을 제공한다.
또한, 상기 방법에 관해서는 제 3으로는, 다른 형상의 구멍형이, 사각형, 원형의 형상인 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법을 제공한다.
제 4로는, 전체 패스수:N 중, N > 2에 있어서, 타원 구멍형에 의한 압연을 2회이상, 최대 N/2 이하의 회수 행하는 것을 특징으로 하는 상기 어느 하나의 온간 압연 방법을, 제 5로는, 연속하는 2패스 압연을 행하는 것을 특징으로 하는 상기 어느 하나의 온간 압연 방법을, 제 6으로는, 구멍형 형상이 타원과 사각의 2패스 압연에 있어서, 소재로부터 사각형 구멍형 압연 후의 감면율을 20%이상으로 하는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법을, 제 7로는, 구멍형 형상이 타원과 사각의 2패스 압연의 조합의 압연이고, 조합 2회의 압연에서는 감면율 40%이상, 조합 3회의 압연에서는 감면율 60%이상으로 되는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법을 제공한다.
그리고, 본 출원의 발명은, 제 8로는, 타원 구멍형으로 압연 후의 재료의 최대 단축 길이가 타원 압연 전의 소재대 변길이의 75%이하인 압연 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 어느 하나의 온간 압연 방법을, 제 9로는, 적어도 재료내부의 50체적%의 영역에 소성 변형 1.5이상을 도입하는 것을 특징으로 하는 상기 어느 하나의 온간 압연 방법을, 제 10으로는, 재료 내부의 90체적% 이상의 영역에 소성 변형 2이상을 도입하는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법을, 제 11로는, 다음의 (1)식으로 나타내어지는 압연 조건 파라미터 Z가 11이상(압연 직전의 조직이 페라이트(ferrite), 베이나이트(bainite), 마르텐사이트(martensite), 펄라이트(perlite) 등 Fe의 결정구조가 bcc인 경우) 또는 20이상(압연 직전의 조직이 오스테나이트(austenite)로 Fe의 결정구조가 fcc인 경우)인 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법을,
(1)식
Figure 112005065835039-pct00001
ε: 변형
t : 압연 개시부터 종료까지의 시간(s)
T : 압연온도(℃, 다패스 압연인 경우에는 각 패스의 압연 온도를 평균한 것)
Q : 압연 직전의 조직이 페라이트, 베이나이트, 마르텐사이트, 펄라이트를 모상(母相)으로 하는 경우는 254,000을, 오스테나이트를 모상으로 하는 경우는 300,000을 사용한다.
제 12로는, 초기 소재와 최종 압연 후의 감면율을 90%이하로 하는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법을 제공하고, 제 13로는, C단면 또는 L단면의 평균 결정입경이 3미크론 이하인 초미세 입자 강을 제조하는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법을, 제 14로는, C단면 또는 L단면의 평균 결정 입경이 1미크론 이하인 초미세 입자 강을 제조하는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같은 특징을 갖는 본 출원의 발명은, 발명자의 검토에 의해 얻어진 새로운 지견에 근거해서 완성된 것이다. 즉, 종래부터, 봉강(棒鋼)의 제조 방법으로서, 구멍형의 홈을 갖는 롤을 이용하여 압연을 행하는 그루브 압연(groove rolling)이 일반적이라고 알려져 있고, 구멍형의 형상은, 사각형(스퀘어형, 다이아몬드형), 타원형, 원형으로 크게 구별된다. 그루브(홈 롤) 압연을 온간 온도 영역에서 행함으로써, 다패스 압연에 의하여, 초미세 입자 페라이트 주체 조직을 얻을 수 있다(문헌 1). 그리고, 타원 구멍형을 사용하는 것이, 봉강의 L단면(봉의 길이 방향에 평행한 단면) 페라이트 입자의 형상의 등축화에 유효하다는 것이 발견되어 있다. 본원 명세서에 있어서 L단면이란, 봉의 길이 방향에 평행한 단면을 의미하고, C단면이란, 봉의 길이 방향에 수직인 단면을 의미한다.
발명자에 의한 예의 연구의 결과, 이번에 타원 구멍형과 사각형, 원형 등의 다른 종의 구멍형을 조합시킨 그루브 압연을 적절한 온도 영역에서 행함으로써, 비교적 적은 감면율으로도, 재료 중에 큰 변형을 도입할 수 있는 것을 발견하고, 기술로서 확립할 수 있었다.
도 1은, 실시예 1에 있어서의 구멍형을 나타낸 도이다.
도 2는, 압연 후의 봉강의 C단면을 나타낸 사진이다.
도 3은, 소재의 메쉬(mesh)도이다.
도 4는, 1패스·타원 후의 소성 변형을 나타낸 도이다.
도 5는, 2패스·사각 구멍형 후의 소성 변형을 나타낸 도이다.
도 6은, 3패스·타원 후의 소성 변형을 나타낸 도이다.
도 7은, 4패스·사각 구멍형 후의 소성 변형을 나타낸 도이다.
도 8은, 5패스·타원 후의 소성 변형을 나타낸 도이다.
도 9는, 6패스·원형 구멍 후의 소성 변형을 나타낸 도이다.
도 10은, 2패스·사각 구멍형 후의 조직의 SEM상이다.
도 11은, 4패스·사각 구멍형 후의 조직의 SEM상이다.
도 12는, 실시예 2∼4의 조직의 SEM상이다.
도 13은, 구멍형을 나타낸 도이다.
도 14는, 압연 후의 봉강의 C단면을 나타낸 사진이다.
도 15는, 조직의 SEM상이다.
도 16은, 비교예 1의 조직의 SEM상이다.
도 17은, 파라미터 Z와 평균 입경과의 관계를 나타낸 도이다.
본 출원의 발명은 상기한 바와 같은 특징을 지니는 것이지만, 이하에 그 실시예에 관하여 설명한다.
본 출원의 발명의 온간 압연 방법은, 상기한 바와 같이, 타원 구멍형과 다른 종류의 외형과의 압연을 조합시킴으로써, 평균 입경 3㎛이하의 초미세 결정 입자 조직을 갖는 강재의 제조를 가능하게 하고 있다. 이 경우의 압연에 사용되는 홈 롤 은 타원 구멍형의 것과, 이것과는 다른 종류의 구멍형의 것이 있다.
여기서, 타원 구멍형의 홈 롤에 대해서는, 상형과 하형에 의하여 형성되는 구멍형이, 원형(환형)이 아니고, 말하자면 원형(환형)이 편평화된 형상을 갖고 있다. 이 타원 구멍형에 조합되는 다른 종의 구멍형으로서는, 사각형, 다이아몬드형, 원형 또는 이들에 유사한 각종의 것이어도 좋다.
본 출원의 발명에 있어서는, 평균 입경 3㎛이하의 초미세 결정 입자 조직을 갖는 초미세 입자 강재의 제조를 위한 온간 압연 방법으로서, 강재에 대하여 압연온도 범위가 350℃-800℃의 온도 영역에서 2패스 이상의 압연을 행할 때에, 적어도 1회 이상의 타원 형상의 구멍형에 의한 압연과 다른 형상의 구멍형에 의한 압연을 행한다.
그리고, 실제로는, 타원 형상의 구멍형에 의한 압연에 이어서, 다른 형상의 구멍형에 의한 압연을 행하는 것이나, 전체 패스수:N 중, N>2에 있어서, 타원 구멍형에 의한 압연을 2회 이상, 최대 N/2이하의 회수 행하는 것, 연속하는 2패스 압연을 행하는 것 등을 바람직한 형태로 하고 있다.
예를 들면, 타원 구멍형과 사각형을 조합시키는 경우에는, 전체 압연 패스 중 구멍형 형상이 타원-사각의 조합에 의한 압연을 2회 이상 포함하는 것이나, 또한 타원-사각-사각-타원-사각과 같이, 타원-사각의 조합의 중간에 사각에 의한 압연이 들어 있는 것, 타원-사각-타원-사각의 4패스, 타원-사각-타원-사각-타원-사각의 6패스의 압연 등이 고려된다. 물론, 이 경우에도, 사각은 원형상이나 다이아몬드형 등이어도 된다.
본 출원의 발명의 압연 방법에 있어서는, 온간 가공에 의해 큰 변형을 도입 함으로써 발생된 미세한 국소 방위차가 초미세 결정 입자의 기원이 되고, 가공 중 또는 가공 후에 일어나는 회복 과정에 있어서, 입자내의 전위 밀도가 저하함과 동시에 결정 입자계가 형성되어서 초미세 입자 조직이 형성된다. 단, 온도가 낮으면, 회복이 충분하지 않으므로, 전위 밀도가 높은 가공 조직이 잔존한다. 한편, 온도가 지나치게 높으면, 불연속 재결정 또는 통상의 입자 성장에 의해 결정 입자가 조대화되어 3㎛이하의 초미세 입자 조직은 얻어지지 않는다. 그러므로, 압연 온도는 350℃∼800℃에 한정되고 있다.
또한, 본 출원의 발명에서는, 온간 가공에 의해 편평화된 가공 입자로부터 초미세 결정 입자가 생성되고, 변형 증가에 따라 그것이 증가하지만, 거의 전체가 초미세 결정 입자로 이루어지는 조직을 얻기 위해서는, 적어도 1.5의 변형이 필요하다.
보다 구체적으로는, 적어도 재료 내부의 50체적%의 영역에 소성 변형 1.5이상, 또는 2이상을 도입함으로써, 그 영역에는 초미세 입자를 형성시킬 수 있다. 바람직하게는, 재료 내부 90체적% 이상의 영역에 소성 변형 2이상을 도입함으로써, 그 영역에는 초미세 입자 영역을 형성할 수 있다.
도입하는 변형이 클수록, 미세 입자간의 방위차각는 커진다. 즉, 대각 입자계가 많아진다. 변형 3을 도입할 수 있으면, 미세 입자의 입자계에 대각 입자계의 비율이 충분하게 된다. 따라서, 변형 3이상의 영역이 전체 단면의 50%이상, 바람직하게는 80%이상 이면, 역학적 성질이 우수한 봉강이 완성된다.
또한, 주된 압하 방향의 가공에 더해, 그것과 대략 90°의 각도를 이루는 다른 방향으로부터의 압하를 조합시키고, 적어도 2방향으로부터의 가공 변형을 부여함으로써, 초미세 결정 입자의 방향을 분산시켜 대각 입자계의 비율을 증가시킬 수 있다.
그리고, 발명자들의 지금까지의 연구에 의해, 온간 강가공에 의해 형성되는 초미세 입자의 평균 입경은, 가공 온도와 변형 속도에 의존하는 것이 밝혀졌다. 결정 입경은, 가공 온도와 변형 속도의 함수인 상기의 식(1)의 압연 조건 파라미터 Z의 증가에 따라 미세화된다. 평균 입경 1㎛이하의 조직을 얻기 위해서는, 압연 조건 파라미터 Z를 어느 임계치 이상으로 할 필요가 있다. 소형 시료를 사용한 1패스 대변형 압축 가공에 의한 실험의 결과, 그 임계치는 bcc구조의 철(페라이트, 베이나이트, 마루텐사이트, 펄라이트 등)의 경우는 대체로 11, fcc구조(오스테나이트)의 경우는 대체로 20이 되는 것이 확인되었다(도 17).
또, 식(1)에 있어서의 변형(ε)은, 공업적으로 간편한 변형인 진변형(true strain)이 좋다. 예를 들면, 봉강의 초기 면적을 So, 압연 후의 C단면 면적을 S라고 하면, 감면율 R은
식(2)
R=(So-S)/So
로 나타내진다. 그러면, 진변형 e
e=-Ln(1-R)
로 나타내어진다. 또한, 진변형을 대신하여, 유한 요소법에 의해 계산되는 것(예를 들면, 하루미 케이 사부로 외「유한 요소법 입문(공립 출판(주):1990년 3월 15일))이어도 좋다. 보다 구체적으로는, 소성 변형의 계산은, 다음의 표 1의 플로우에 의해 행해질 수 있다.
(표 1)
소성 변형 계산의 플로우
1. 재료의 가공 온도에 대응한 응력 변형 곡선을 취득
2. 유한 요소법 계산을 위한 준비
(1)피가공물에 메쉬를 작성함
(2)접촉 조건을 정하는 마찰계수=0.3 쿨롱 조건
(3)응력 변형 곡선, 재료 물성값을 정함
3. (1)-(3)의 조건을 바탕으로 범용 유한요소법 코드, 예를 들면 ABAQUS로 계산을 행한다. 소성 변형ε은 이하의 식으로 나타내어지고, 각 변형 증분은, 범용 유한요소법 코드에 의해 계산된다.
Figure 112005065835039-pct00002
dεx dεy dεz: x, y, z의 변형 증분
dγxy dγyz dγzx: 전단 변형 증분
본 출원의 발명의 온간 압연 방법에서는, 이상의 것으로부터, 파라미터 Z가 11이상(bcc구조) 또는 20이상(fcc구조)이 되도록 압연의 조건이 설정되는 것이 바 람직하다.
또한, 본 출원의 발명에 있어서는, 바람직한 형태로서, 소재의 타원 구멍형 압연과 사각형 구멍형 압연의 2패스 압연에 있어서, 구멍형 형상이 타원과 사각의 2패스 압연이고, 감면율을 20%이상으로 하는 것이나, 구멍형 형상이 타원과 사각의 2패스 압연의 조합 2회의 압연에서는 40%이상, 조합 3회의 압연에서는 60%이상으로 하는 것, 타원 구멍형으로 압연 후의 재료의 최대 단축 길이가 타원 압연전의 소재대 변길이의 70%이하인 압연 공정을 포함하는 것을 예시할 수 있다.
그리고, 본 출원의 발명의 온간 압연법을 적용할 수 있는 강재의 조성에 관해서는, 상변태에 의한 고강도화의 기구를 전부 이용하지 않고, 강도를 높이기 위한 합금 원소의 첨가를 필요로 하지 않으므로 강의 조성이 제한되는 경우가 없고, 예를 들면, 페라이트 단상(單相) 강이나, 오스테나이트 단상 강 등과 같은 상변태가 존재하지 않는, 강 종류 등의 넓은 성분 범위의 강재를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들면, 조성이 중량%로,
C: 0.001%이상 1.2%이하,
Si: 0.1%이상 2%이하,
Mn : 0.1%이상 3%이하,
P : 0.2%이하,
S : 0.2%이하,
A1 : 1.0%이하,
N : 0.02%이하,
Cr, Mo, Cu, Ni가 합계로 30%이하,
Nb, Ti, V가 합계로 0.5%이하,
B:0.01%이하,
잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 된 합금 원소가 첨가되어 있지 않은 조성의 것을 하나의 예로서 나타낼 수 있다. 물론, 상기의 Cr, Mo, Cu, Ni, Nb, Ti, V, B 등의 합금 원소는, 필요에 따라서 상기의 범위를 초과하여 첨가하는 것도 가능하고, 반대로 전부 포함되어 있지 않아도 좋다.
따라서, 이하에 실시예를 나타내고, 더욱 상세하게 설명한다. 물론, 이하의 예에 의해 발명이 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
다음의 표 2는, 실시예에 있어서 사용된 샘플 강의 화학 조성(잔부는 Fe)을 나타낸 것이다.
(표 2)
샘플 강의 화학 조성(질량%)
Figure 112005065835039-pct00003
<실시예1>
표 2a의 조성을 갖는 평균 페라이트 입경 5미크론의 페라이트 + 펄라이트 조 직을 가지는 사방 24mm의 봉강을, 압연 온도 520-450℃에서, 도 1에 나타내는 구멍형을 사용한 6패스 그루브 압연을 행하였다. 이 도 1에 있어서의 구멍형 치수(mm)의 개요는 다음의 표 3과 같다.
(표 3)
[mm]
장축 단축 극률(極率) 반경
1패스·타원 54 12 64
2패스·타원 41 9 49
5패스·타원 19 10 12
6패스· 원 직경 : 12
도 2에 압연 각 패스 마다의 단면 형상 변화와 감면율을 나타낸다. 소재 24×24mm의 사각봉이, 1패스째의 타원 구멍형으로 압연되었을 때의 감면율은 37%, 2패스째의 사각 구멍형으로 압연되었을 때의 감면율은 21%, 3패스째의 타원 구멍형으로 압연되었을 때의 감면율은 15%, 4패스째의 사각 구멍형으로 압연되었을 때의 감면율은 24%, 5패스째의 타원 구멍형으로 압연되었을 때의 감면율은 13%, 6패스째의 원구멍형으로 압연되었을 때의 감면율은 12%이다. 또한, 소재로부터 2패스째의 17mm의 사각봉으로의 감면율은 44%, 소재로부터 4패스째의 13mm의 사각봉으로의 감면율은 71%, 소재로부터 6패스째의 12.5mm의 원봉으로의 감면율은 80%이다.
도 3∼도 9에는, 유한 요소법에 의해 계산된 재료 내부의 소성 변형 분포를 나타낸다. 도 5에서, 타원-사각의 2패스 압연이고, 이미 재료 내부에 소성 변형 1.5을 넘도록 영역이 존재하고 있는 것이 확인된다. 그 면적율은 75%이다. 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 타원-사각-타원의 3패스 압연 후에는, 소성 변형 2이상의 영역이 전체의 92%를 차지하고, 또한, 도 7에 나타내는 타원-사각-타원-사각의 4패스 압연 후에는, 소성 변형 3이상의 영역이 전체의 95%를 차지하고 있는 것이 확인된다. 또한, 도 9의 타원-원으로 압연을 행하면, 100%의 영역에서 소성 변형 3이상이 된다.
2패스 후의 감면율은 약 44%(감면율 R을 단순하게 진변형 e로 바꾸면 e=-Ln(1-R/100)에서, e=0.67), 4패스 후에 71%(감면율을 단순하게 진변형으로 바꾸면 1.23), 6패스 후에 80%(감면율을 단순하게 진변형으로 바꾸면 1.61)인 것에도 관계없이, 재료 내부에는 매우 큰 소성 변형이 발생되고 있는 것이 확인된다. 이것은 타원 구멍형과 사각 구멍형을 조합시켜서 압연함으로써, 단순한 단면 감소로부터 계산되는 변형보다 훨씬 큰 변형이 발생되기 때문이다.
도 10, 도 11에 조직의 SEM사진을 나타낸다. 도 5에 대응하는 도 10의 ①, ②의 부위에는 1미크론 이하의 미세한 페라이트 입자가 생성하고, ③의 부위에는 미세 입자가 생성되지 않는다. 도 7에 대응하는 도 11의 조직 사진에 의하면, 거의 전역이 1미크론 이하의 초미세 페라이트 입자의 초미세 조직으로 되어 있다.
4패스 후 사방 13mm의 재료의 역학적 성질을 표 4에 나타냈다(실시예 1). 또한, 압연 전의 사방 24mm 봉의 성질도 비교에 나타냈다(비교예 2). 사방 13mm 봉은 상기 사방 24mm 봉의 약 2배의 항복 강도, 액체 질소 온도에서도 취성 파괴없이, -120℃에서 118J의 흡수에너지를 갖고 있었다.
(표 4)
페라이트 입경(㎛) 항복 강도 (MPa) 인장 강도 (MPa) 연성 취성 천이 온도(℃) 흡수 에너지(J) -120℃ 중심부 비커스 경도(-)
실시예 1 0.5 840 850 -196> 118 290
실시예 5 0.6 800 810 -196> 80 270-310
비교예 2 5 460 580 -40 0
<실시예2∼4>
표 2a의 조성을 갖는 평균 페라이트 입경 5미크론의 페라이트 + 펄라이트 조직을 지닌 사방 24mm의 봉강을, 압연온도 400℃, 600℃ 및 700℃에서, 도 1에 나타내는 (1), (2)의 구멍형을 사용한 2패스 그루브 압연을 행하였다. 도 12 (a), (b), (c)에 봉강 중심부(도 10의 ①에 해당하는 부분)의 SEM조직을 나타내지만, 평균 입경 0.5, 1, 1.5미크론으로 미세한 페라이트 입경이 얻어진다.
<실시예 5>
표 2b의 조성을 갖는 평균 페라이트 입경 20미크론의 페라이트 + 펄라이트 조직을 지닌 직경 15mm의 봉강을, 압연 온도 450-550℃에서, 도 13에 나타내는 구멍형을 사용한 그루브 압연을 행하고, 직경 8mm까지 6패스 압연을 행하였다. 표 5에는 그루브의 치수 개요를 나타냈다. 도 14에 압연 각 패스 마다의 단면 형상 변화와 감면율을 나타낸다. 또한, 도 15에는 6패스 후의 조직의 SEM사진을 나타내지만, 감면율 약 74%인 것에도 상관없이, 미세한 페라이트 입자 조직으로 되어 있었다. 역학적 성질에 관해서, 도 4에 나타낸 바와 같이 270-310 비커스 경도 및 800MPa 이상의 인장 강도인 우수한 물리적 특성이 얻어진다.
(표 5)
[mm]
장축 단축 극률 반경
1패스·타원 31 6.8 38
3패스·타원 27 5.3 35.9
5패스·타원 15 6.5 10.7
6패스· 원 직경 : 8
<비교예 1>
표 2a의 조성을 갖는 평균 페라이트 입경 5미크론의 페라이트 + 펄라이트 조직을 가지는 사방 24mm의 봉강을, 압연 온도 500℃에서, 도 1에 나타내는 구멍형을 이용하여, 사방 13mm가 될 때까지, 감면율 70%(변형 1.2)의 7패스 그루브 압연을 행하였다. 타원 구멍형에 의한 압연은 포함되어 있지 않다. 도 16의 SEM사진에 나타나 있는 바와 같이 봉강의 중심부에는 미세 입자의 생성은 없었다.
<비교예 2>
표 2a의 조성을 갖는 직경 115mm의 봉강을, 900℃에서 가열 후, 압연 온도870-850℃에서, 사각형 구멍형을 이용하여, 사방 24mm가 될 때까지, 감면율 94%(변형 3.1)의 그루브 압연을 행하였다. 타원 구멍형에 의한 압연은 포함되어 있지 않다. 평균 입경은 5㎛이고 미세 입자의 생성은 없었다. 역학적 성질을 표 4에 나타내지만, 항복 강도, 인장 강도는 460, 580MPa이었다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 출원의 발명에 의해, 보다 간편한 수단 에 의하여, 큰 변형을 보다 적은 감면율이나 패스수로 재료 중에 도입하는 것을 가능하게 하는 새로운 온간 다방향 압연 방법을 제공하고, 이것에 의한 초미세 결정 입자 조직을 갖는 강도, 연성이 우수한 강재의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. 평균 입경 3㎛이하의 초미세 결정 입자 조직을 갖는 초미세 입자 강재의 제조를 위한 온간 압연 방법으로서, 강재에 대하여 압연 온도 범위가 350℃-800℃의 온도 영역에서 2패스 이상의 압연을 행할 때에, 적어도 1회 이상의 타원 형상의 구멍형에 의한 압연과 다른 형상의 구멍형에 의한 압연을 행하고,
    상기 압연에 있어서는, 타원 형상의 구멍형에 의한 압연에 이어서, 다른 형상의 구멍형에 의한 압연을 행하며,
    상기 타원 형상의 구멍형에 의한 압연 및 다른 형상의 구멍형에 의한 압연에 의해 강재 내부에 1.5를 초과하는 소성 변형이 도입되고,
    다음의 (1)식에서 나타내지는 압연 조건 파라미터 Z가 11이상(압연 직전의 조직이 페라이트, 베이나이트, 마르텐사이트, 펄라이트 등 Fe의 결정구조가 bcc인 경우) 또는 20이상(압연 직전의 조직이 오스테나이트로 Fe의 결정구조가 fcc인 경우)인 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법:
    (1)식
    Figure 112007014911636-pct00022
    ε: 변형
    t : 압연 개시부터 종료까지의 시간(s)
    T : 압연온도(℃, 다패스 압연인 경우에는 각 패스의 압연 온도를 평균한 것)
    Q : 압연 직전의 조직이 페라이트, 베이나이트, 마르텐사이트, 펄라이트를 모상으로 하는 경우는 254,000을, 오스테나이트를 모상으로 하는 경우는, 300,000을 사용한다.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 다른 형상의 구멍형이 사각형, 원형의 형상인 것임을 특징으로 하는 온간 압연 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 전체 패스수: N 중, N > 2에 있어서, 타원 구멍형에 의한 압연을 2회 이상, 최대 N/2이하의 회수 행하는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 연속하는 2패스 압연을 행하는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 구멍형 형상이 타원과 사각의 2패스 압연인 2패스 압연에 있어서, 소재로부터 사각형 구멍형 압연 후의 감면율을 20%이상으로 하는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 구멍형 형상이 타원과 사각의 2패스 압연의 조합인 압연에서는, 조합 2회의 압연에서는 감면율 40%이상, 조합 3회의 압연에서는 감면율 60%이상으로 하는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 타원 구멍형으로 압연 후의 재료의 최대 단축 길이가 타원 압연 전의 소재대 변길이의 75%이하인 압연 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 적어도 재료 내부의 50체적%의 영역에 소성 변형 1.5이상을 발생시키는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 재료 내부의 90체적% 이상의 영역에 소성 변형 2이상을 발생시키는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법.
  11. 삭제
  12. 제 1항에 있어서, 초기 소재와 최종 압연 후의 감면율을 90%이하로 하는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 강재의 길이 방향에 평행한 단면(L단면) 또는 강재의 길이방향에 수직인 단면(C단면)의 평균 결정 입경이 3미크론 이하인 초미세 입자 강을 제조하는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 강재의 길이 방향에 평행한 단면(L단면) 또는 강재의 길이방향에 수직인 단면(C단면)의 평균 결정 입경이 1미크론 이하인 초미세 입자 강을 제조하는 것을 특징으로 하는 온간 압연 방법.
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