KR100973922B1 - 소성유기 동적 변태에 의하여 생성된 페라이트를 갖는연화열처리 생략 강재 및 그 제조방법 - Google Patents

소성유기 동적 변태에 의하여 생성된 페라이트를 갖는연화열처리 생략 강재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 부품, 일반 기계 및 건설,토목용 기계 부품 등의 소재로 사용되는 연질 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 소성유기동적변태에 의하여 미세한 페라이트를 생성시킴으로써 구성화열처리등과 같은 연화열처리공정을 생략할 수 있는 연화열처리 생략 강재 및 그 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.
본 발명은 0.2중량% 이상의 탄소(C) 및 0.5∼1.5중량%의 Si를 함유하고, 그 조직이 페라이트와 시멘타이트로 구성되고, 상기 페라이트는 소성유기 동적 변태에 의하여 생성된 페라이트 및 정적 변태에 의하여 생성된 페라이트로 이루어지고, 그리고 상기 시멘타이트는 상기 동적 페라이트사이에 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 연화열처리 생략 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 연화 열처리 공정을 생략한 상태에서 냉간 가공이 가능한 연질 강재를 제조할 수 있으므로, 이러한 강재를 사용하여 냉간 가공으로 임의의 제품을 제작하는 경우, 열처리 비용 저감 및 생산성 향상 등을 가져올 수 있다.
동적변태, 연질강재, 구상화, 페라이트, 시멘타이트

Description

소성유기 동적 변태에 의하여 생성된 페라이트를 갖는 연화열처리 생략 강재 및 그 제조방법{Non-Annealing Steel Having Ferrite Formed by Strain Induced Dynamic Transformation and Method for Manufacturing the Steel}
도 1(a)내지 도 1(g)는 본 발명에 부합되는 강재 시편 및 본 발명의 범위를 벗어나는 강재 시편의 미세조직 사진
본 발명은 자동차 부품, 일반 기계 및 건설,토목용 기계 부품 등의 소재로 사용되는 연질 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그 미세조직이 소성유기 동적변태 (strain induced dynamic transformation)에 의하여 생성된 페라이트를 포함하는 연화열처리 생략 강재 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 부품, 일반 기계 및 건설,토목용 기계 부품 등의 소재로는 일반 탄소강 보론첨가강 및 저합금강등이 사용되는데, 이들 강들은 열간압연을 마친 상태에서의 주된 미세조직이 연질상인 페라이트(Ferrite)와 경질상인 펄라이트 (Pearlite)로 구성되어 있다.
열간압연을 마친 강재는 통상 구상화 열처리 등과 같은 열처리를 실시하여 강재를 충분히 연화시킨 후, 냉간에서 여러 형상으로 가공을 한다.
구상화 열처리 등과 같은 연화 열처리는 펄라이트 조직속에 포함된 판상의 시멘타이트(Fe3C)를 구상으로 변화시켜 강을 연화시키는 열처리 방법이다.
통상, 구상화 열처리에서는 강재를 Ac1 이상의 고온으로 가열하여 판상 시멘타이트를 씨(seed)만 남기고 모두 재고용 시킨 후, 서냉시켜 씨(seed)를 구상으로 성장시킨다.
그러나, 상기 구상화 열처리에 소요되는 시간은 강종에 따라 약간씩 차이가 있으나 대략 20~25시간 정도로 장시간이 소요되기 때문에 열처리 비용이 많이 들고 생산성이 낮다는 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 구상화열처리 등과 같은 연화열처리를 단축시킬 수 있는 연질 강재의 제조방법에 대한 기술들이 제안되어 왔는데, 그 일례로서 일본특개 2000-336456 호에 제시된 방법을 들 수 있다.
상기 일본특개 2000-336456 호에서는 중량%로, C: 0.1~0.5%, Si: 0.01~0.5%, Mn:0.3~1.5%, 를 함유하는 강을 사용하여, Ar3 ~ Ar3+150℃ 온도역에서 마무리 압연 후, 700 ~ 650℃ 사이를 냉각속도 0.02~0.3℃/sec로 냉각하여, 미세한 페라이트와 펄라이트 그리고 3~15%의 탄화물을 함유하는 조직을 확보함으로써 강재를 연화시키는 방법을 제시하고 있다.
일본특개 2000-336456호에 제시된 방법은 오스테나이트를 저온역에서 압연후 냉각하는 과정에서 먼저 정적변태에 의해 미세한 페라이트와 펄라이트 조직을 얻고, 펄 라이트 변태가 완료된 후에는 충분하게 서냉시켜 이미 생성된 펄라이트 조직내의 판상의 시멘타이트의 일부를 구상화시킴으로써 경질상인 펄라이트를 줄이고 대신 구상화 시멘타이트 조직을 일정량(면적율로 3~15%) 생성시킴으로써 강재를 연화시키는 방법이다.
상기 일본특개 2000-336456호에 제시된 방법은 경질상 펄라이트를 일단 생성시킨 후 이 후 냉각 속도를 충분히 늦추어 줌으로써 냉각과정에서 펄라이트 조직내의 시멘타이트의 형태를 구상으로 바꾸어서 강재를 연화시키는 것이다.
그러나, 이 경우에는 압연후 냉각하는 과정에서 냉각속도를 충분히 늦추어 주어야만 효과가 있기 때문에 압연재를 서냉할 수 있는 별로의 서냉로를 설치해야 하는 문제점이 있으며, 만일 서냉로를 사용하지 않고 생산 라인에서 바로 서냉을 시켜준다면 냉각공정에 시간 소요가 많아서 압연 라인의 가동율을 줄여야 하며 궁극적으로는 생산성이 심하게 감소하는 문제점이 있다.
더욱이, 이 방법의 경우에는 냉각과정에서 펄라이트 조직내의 시멘타이트가 구상으로 바뀌기 때문에 구상의 시멘타이트 분포의 균일성이 떨어지게 되는 문제점도 있다.
또한, 33RD MWSP CONF. PROC., ISS-AIME, VOL. XXIX (1992),P.285에서는 강재를 Ae1온도 이하(예로써 675℃)에서 50%이상의 가공량의 열간압연 후 다시 700~710℃구간에서 1시간 동안 유지함으로써 펄라이트 조직이 배제되고 페라이트와 구형의 시멘타이트로만 구성된 미세조직을 확보하여 강재를 연화시키는 방법을 제시하고 있다. 이 방법은 열간압연시 강재를, 열역학적으로 오스테나이트로부터 시멘타이트가 석출될 수 있는 온도인 Ae1이하에서 강압하함으로써, 오스테나이트 조직에서 펄라이트가 아닌 시멘타이트가 바로 석출되도록 한 후, 700~710℃에서 유지시켜 석출된 시멘타이트가 성장하도록 하는데, 그 기술의 특징이 있다.
그라나, 이 방법은 강재를 Ae1이하의 극히 낮은 온도에서 열간압연을 실시해야 하므로 이를 실제 생산에 적용하기 위해서는 대단히 큰 용량의 압연기가 필요하고, 또한 압연 롤(roll)의 마모도 매우 크다는 문제점이 있다.
본 발명자들은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 소성유기동적변태에 의하여 미세한 페라이트를 생성시킴으로써 구성화열처리등과 같은 연화열처리공정을 생략할 수 있는 연화열처리 생략 강재를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 소성유기동적변태에 의하여 미세한 페라이트를 생성시킴으로써 구성화열처리등과 같은 연화열처리공정을 생략할 수 있는 연화열처리 생략 강재의 제조방법을 제공하고자 하는데, 있다.
아하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 0.2중량% 이상의 탄소(C) 및 0.5∼1.5중량%의 Si를 함유하고, 그 조직이 페라이트와 시멘타이트로 구성되고, 상기 페라이트는 소성유기 동적 변태에 의하여 생성된 페라이트 및 정적 변태에 의하여 생성된 페라이트로 이루어지고, 그리고 상기 시멘타이트는 상기 동적 페라이트사이에 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 연화열처리 생략 강재에 관한 것이다.
상기 페라이트 결정립의 크기는 2-30㎛정도가 바람직하고, 보다 바람직하게는 10∼30㎛로 설정하는 것이다.
또한, 본 발명은 0.2중량% 이상의 탄소 및 0.5∼1.5중량%의 Si를 함유하는 강괴나 주편을 재가열한 후, 조압연하여 오스테나이트 결정립크기가 40㎛이하인 조압연재를 제조한 다음, 소성유기동적변태에 의하여 페라이트가 생성되도록 Ae3 ~Ar1 의 마무리 압연온도범위에서 40% 이상의 누적 압하율로 상기 조압연재를 열간마무리압연한 후, 600℃이하까지를 0.03 ~ 30℃/sec의 냉각속도로 연속 냉각하거나, 또는 상기 마무리 압연직후 온도로부터 600 ℃구간의 임의의 온도에서 일정시간 유지시킨 후, 다시 600℃이하까지 0.05 ~ 30℃/sec의 냉각속도로 연속 냉각한 다음, 상온까지 냉각하는 것을 특징으로 하는 소성유기변태를 이용한 연화열처리 생략 강재의 제조방법에 관한 것이다.
상기 열간마무리압연이 다단으로 이루어지는 경우에는 패스간 소요시간(interpass time)은 10초이내로 설정하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 0.2중량%이상의 탄소, 바람직하게는 0.2∼0.8중량%의 탄소 및 0.5∼1.5 중량%의 Si을 함유하는 강에 적용되는 것이다.
본 발명의 강재에는 탄소 및 Si이외 성분들, 예를 들면, Mn, Al, P, S, Cr, Ni,Mo등이 규격이나 용도등에 따라 적정량 함유될 수 있다.
본 발명은 종래 방법으로 강재를 열간압연하여 제조하는 경우 경질의 펄라이트가 일정량(약 25%)이상 생성되어 연화 열처리를 실시한 후 냉간 성형을 실시하는 탄소함량 0.2%이상의 강, 보다 바람직하게는 0.2∼0.8중량%의 탄소 및 0.5∼1.5중량%의 Si을 함유하는 강에 적용된다.
상기 규소(Si)는 열간압연시 페라이트가 동적으로 생성되는 것을 촉진하며, 시멘타이트의 형성 및 성장을 촉진하는 역할을 한다. 따라서 규소는 열간압연 및 냉각과정에서 목표로 하는 페라이트와 시멘타이트 조직을 빨리 얻을 수 있게 한다.
그 첨가량이 0.5중량%미만인 경우에는 이러한 효과를 얻기 어렵고, 그 첨가량이 1.5중량%를 초과하는 경우에는 강재의 가공경화율을 급속히 증가시켜 냉간 가공을 어렵게 하므로 그 첨가량을 0.5∼1.5중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명의 연화 열처리 생략강재는 그 조직이 페라이트와 시멘타이트로 구성된다.
상기 페라이트는 소성유기 동적 변태에 의하여 생성된 페라이트 및 정적 변태에 의하여 생성된 페라이트로 이루어지고, 그리고 상기 시멘타이트는 상기 동적 페라이트사이에 분포된다.
여기서, 소성유기 동적변태(strain induced dynamic transformation)란 소성변형에너지에 의해 변형중에 페라이트 변태가 일어나는 변태를 말하는 것으로서, 정적변 태가 일어나는 온도(Ar3)보다 높은 온도에서도 변태가 일어날 수 있다.
상기 시멘타이트는 상기 동적 페라이트사이에 분포되므로, 보다 균일한 분포를 갖는다.
또한, 상기 시멘타이트(탄화물)은 구형 또는 대체로 구형을 갖는다.
상기 페라이트 결정립의 크기는 2-30㎛정도가 바람직하고, 보다 바람직하게는 10∼30㎛정도이다.
상기 페라이트 양은 미세조직중 88-97부피%정도가 바람직하며, 상기 페라이트중 소성유기 동적변태에 의하여 생성된 페라이트의 양은 총 페라이트 양중 50%이상이 바람직하다.
이하, 본 발명의 연화 열처리 생략강재를 제조하는 바람직한 방법에 대하여 설명한다.
본 발명에 따라 연화 열처리 생략강재를 제조하기 위해서는 0.2중량% 이상의 탄소 및 0.5∼1.5중량%의 Si을 함유하는 강괴나 주편을 재가열한 후, 조압연하여 조압연재를 제조하고, 이 조압연재를 열간마무리압연하여 열간압연재를 제조한다.
상기 열간압연재로는 열연선재 또는 열연강판등을 들수 있다.
본 발명의 특징중의 하나는 열간마무리압연시에 마무리압연중에 압연에 의하여 부가되는 변형에너지가 변태의 구동력에 기여하는 변태인 소성유기동적변태에 의하여 페라이트를 형성시키는 것이다.
따라서, 상기 조압연재의 열간마무리압연은 소성유기동적변태에 의하여 페라이트가 압연재에 생성되도록 행해지는 것이 중요하다.
상기 소성유기동적변태에 의한 페라이트의 생성은 상기 열간마무리압연전의 조압연재의 오스테나이트 결정립의 크기, 열간마무리압연온도 및 열간 마무리 압연시의 누적압하율에 크게 좌우된다.
상기 열간마무리압연전의 조압연재의 오스테나이트 결정립의 크기는 40㎛이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 조압재의 오스테나이트 결정립의 크기의 상한값을 40㎛으로 한 이유는 Si이 동적변태온도를 상승시키는 효과가 있으므로, 통상량의 Si을 함유하는 강과 동일 온도에서 마무리압연을 실시한다면 조압연 결정립 크기가 크더라도 동적변태가 일어날 수 있는 조건이 되기 때문이다.
상기 열간마무리압연온도는 Ae3 ~Ar1 의 온도범위로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열간 마무리 압연시의 누적압하율은 40%이상으로 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 오스테나이트 결정립의 크기가 40㎛이하인 조압연재를 Ae3 ~ Ar1 온도 구간에서 40% 이상의 누적 압하율로 열간마무리 압연을 행하여 소성 유기 동적변태에 의하여 페라이트를 생성시키는 경우에는 생성된 페라이트는 미세하고, 또한 이렇게 생성된 미세한 페라이트와 페라이트 사이에는 탄소가 농축된 미세한 오스테나이트가 존재하게 되며, 열간압연 완료 후 냉각과정에서 이 오스테나이트로부터 시멘타이트가 석출되게 된다.
본 발명자들은 열간마무리압연 전의 조압연재의 오스테나이트 결정립이 미세할수록, 열간마무리압연온도가 낮을수록, 압하량(누적압하율기준)이 클수록, 소성유기 동적변태로 생성되는 페라이트 함량이 많고 또한 미세하여, 그 사이에 잔류하는 오스테나이트도 충분히 미세해짐을 연구 및 실험결과에 의하여 확인할 수 있었다.
상기와 같이 오스테나이트로부터 펄라이트 대신 시멘타이트가 전부 생성되는 경우에는 펄라이트가 전혀 생성되지 않게 된다.
상기와 같이 펄라이트가 생성되지 않는 경우에는 연질의 페라이트는 평형상태도상에서 이론적으로 유추 가능한 최대량보다 더 많은 양이 생성되고, 결과적으로 강재가 연화된다.
상기와 같이, 소성유기동적변태에 의하여 페라이트를 생성시키는 경우에는 연질상의 페라이트와 시멘타이트로만 이루어지는 미세조직을 갖는 강재의 제조를 가능하게 해준다.
상기 열간마무리압연온도가 Ae3를 초과하는 경우에는 아무리 많은 소성변형을 가하더라도 이 온도역에서는 열역학적으로 페라이트 변태가 일어날 수 없는 온도 구역이므로, 변형중에 동적으로 미세한 페라이트가 생성될 수 없어 소기의 목적을 달성할 수가 없다.
따라서, 마무리 열간압연 온도는 Ae3 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 열간마무리압연온도가 Ar1 미만으로 내려가면, 이 온도가 변형을 가하 기 전에 이미 냉각중에 정적으로 페라이트 변태가 완료되고 펄라이트 변태가 일어나는 온도이므로, 이 온도에서 압연을 하게 되면 펄라이트 함량 감소를 기대할 수 없을 뿐 아니라, 이미 생성된 펄라이트 조직내의 판상 시멘타이트가 압연에 의해 매우 미세하게 분절되어 오히려 강도가 증가하는 현상이 나타나므로 압연온도는 Ar1 이상으로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 열간마무리압연시의 압하량은 누적 압하량 기준 40%이상으로 한정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 소성유기 동적 페라이트 변태가 일어나기 위해서는 오스테나이트 내부에 임계치 이상의 내부 에너지가 집적되어야 하기 때문이다.
즉, 상기 압하량이 누적압하율 기준으로 40% 이상이 되면 오스테나이트 내부에 변형에너지가 충분히 축적되어 압연(변형)중에 소성유기 동적 페라이트 변태가 일어날 수 있다.
한편, 상기 압하량이 누적압하율 기준으로 40% 미만인 경우에는 오스테나이트 내부에 축적되는 에너지가 적어 소성유기 동적 페라이트 변태는 일어나지 않고 단지 오스테나이트 조직이 변형되어 길게 연신되고, 오스테나이트 내부에 변형대가 생기는 정도의 변화만 일어난다.
변형(압연)온도가 Ae3 이하로 낮기 때문에 변형과 변형사이의 지체시간 동안의 내부 에너지 소실은 크지 않으므로 1회 변형이 아닌 다단 변형을 통해서도 누적된 총 압하량이 40%이상인 경우에는 목표로 하는 소성유기 동적 페라이트 변태를 일으키는 것이 가능하므로 열간압연시 마무리 압연단계에서의 압하량은 누적 압하량 기준으로 40% 이상으로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 열간마무리압연이 다단으로 이루어지는 경우에는 패스와 패스사이(변형과 변형사이)에서의 내부 에너지 소실을 고려하여 패스간 소요시간 (interpass time)은 10초이내로 설정하는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 패스간 소요시간은 3초이내이다.
상기와 같이 소성 유기 동적변태에 의하여 페라이트가 생성되도록 열간마무리압연한 다음, 소성 유기 동적변태에 의하여 페라이트가 생성되어 있는 열간압연재를 일정한 온도구간을 일정한 냉각속도로 냉각을 시키게 된다.
즉, 열간마무리압연후 압연재를 600℃이하까지를 0.03 ~ 30 ℃/ sec의 냉각속도로 연속 냉각하거나, 또는 상기 마무리 압연직후 온도로부터 600 ℃구간의 임의의 온도에서 일정시간 유지시킨 후, 다시 600℃이하까지 0.05 ~ 30℃/sec의 냉각속도로 연속 냉각하는 것이 바람직하다.
상기 냉각과정에서는 먼저 소성 유기 동적변태로 생성된 페라이트의 성장이 일어나고, 이 후 계속적으로 냉각이 진행되어 온도가 Ar1이하로 내려가게 되면 페라이트 사이에 잔류하고 있는 미세한 오스테나이트로부터 시멘타이트가 생성되게 된다.
즉, 소성유기동적변태로 생성되는 페라이트 함량이 많고 또한 미세한 경우에는 그 사이에 잔류하는 오스테나이트도 충분히 미세하여 냉각시에 잔류 오스테나이트로부터 시멘타이트가 생성되게 된다.
이 후 계속적인 냉각과정에서는 생성된 시멘타이트의 성장 및 구상화가 진행되게 된다.
만일 열간 변형 후 냉각과정에서 냉각속도가 30℃/sec를 초과하는 경우에는 잔류 오스테나이트로부터 시멘타이트의 석출이나 펄라이트 변태가 일어나지 못하고 베이나이트나 마르텐사이트 등 경질의 저온조직이 생성될 수 있으므로 열간 변형 후의 냉각속도는 30℃/sec 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
한편, 냉각속도가 느리면 느릴수록 페라이트의 성장 및 시멘타이트의 성장과 구상화가 많이 이루어져 강재는 크게 연화되지만, 강재의 생산성이 너무 떨어지므로 생산성 측면에서 냉각속도 하한은 0.03℃/sec로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 냉각속도는 통상량의 Si함유 강보다 빠른데, 그 이유는 Si이 탄소확산을 촉진시키는 효과가 있기 때문에 냉각속도가 통상량의 Si함유 강에 비하여 조금 빠르더라도 페라이트 및 탄화물의 성장이 충분히 잘 일어날 수 있기 때문이다.
압연직후 온도에서 600℃까지 구간의 임의의 온도에서 일정시간 유지하는 이유는 생성된 페라이트와 시멘타이트를 성장시켜 강재를 연화시키기 위함이다. 유지시간은 길수록 소기의 목적을 달성하는데 유리하지만 유지시간이 2시간 이상이 되면 생산성이 저하되므로, 유지시간은 생산성 측면에서 2시간이내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 압연직후 온도에서 600℃까지 구간의 임의의 온도에서 일정시간 유지하는 경우, 냉각속도 하한은 0.05℃/sec로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 냉각 종료 온도는 600℃이하로 한정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 냉각종료온도가 600℃이하가 되면 잔류 오스테나이트로부터 시멘타이트 석출이 완료될 뿐만 아니라, 강중 합금원소들의 확산 속도가 현저하게 감소하기 때문에, 페라이트의 성장 뿐만 아니라 시멘타이트의 성장도 거의 이루어지지 않기 때문이다.
상기와 같이 냉각이 종료된 후에는 강재를 통상의 방법으로 상온까지 냉각시키며, 그 예로서 공기 중에 자연 방랭시키는 방법을 들수 있다.
상기와 같은 방법으로 제조된 강재는 펄라이트가 실질적으로 포함되지 않고 주로 페라이트와 시멘타이트로 구성된 미세조직을 갖는다.
상기 페라이트 결정립의 크기는 2-30㎛정도이다.
상기 시멘타이트는 상기 동적 페라이트들 사이에 분포되어 있다.
상기 시멘타이트는 구상 또는 대체로 구상을 갖는다.
따라서, 본 발명을 연화 열처리를 필요로 하는 강재에 적용하는 경우에는 구상화 열처리 등과 같은 연화 열처리를 생략하고 바로 냉간 성형하여 제품으로 가공할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
하기 표1과 같이 조성되는 강(Ae3: 약 780℃, Ar1: 2℃/초의 냉각속도로 냉각하는 경우 630℃)을 110 mm x 110 mm x 250 mm의 소형 강편으로 제작하고 1100℃에서 2시간 가열한 다음, 열간압연을 실시한 후 열간 압연재로부터 직경 10mm x 높이 15mm 시편을 가공하였다.
상기 시편을 다시 950℃로 가열한 후 5분간 유지한 다음, 2℃/초의 냉각속도로 하기 표 2의 변형온도로 냉각시켰다.
하기 표 2의 시편 6의 경우에는 1200℃로 가열한 후, 5분간 유지한 다음, 2℃/초의 냉각속도로 냉각시켰다.
가열을 마친 시편들을 급냉시켜 오스테나이트 결정립 크기를 측정한 결과, 하기 표 2에 나타난 바와 같이 950℃로 가열한 시편들은 오스테나이트 결정립 크기가 25㎛인 반면에, 1200℃로 가열한 시편은 95㎛이었다.
하기 표 2의 조건으로 변형 및 냉각시킨 다음, 공기 중에서 방냉시켰다.
상기와 같이 제조된 시편들에 대하여 경도 및 미세조직을 조사하고, 그 결과를 하기 표 2 및 도 1에 나타내었다.
도 1의 (a), (b), (c), (d), (e), (f) 및 (g)는 하기 표 2의 시편 1(비교재), 2(발명재), 3(비교재), 4(발명재), 5(발명재), 6(비교재) 및 7(비교재) 각각의 미세조직사진을 나타낸다.
조성(중량%)
C Si Mn Al P S
0.45 0.80 0.11 0.035 0.01 0.08
시편 No. AGS 열간마무리압연조건 냉각조건 경도(Hv) 비고
온도(℃) 압하량(%) 냉각종료온도(℃) 냉각속도(℃/초)
1 25 850 70 600 10 228.9 비교재
2 25 675 70 600 10 218.5 발명재
3 25 675 30 600 10 - 비교재
4 25 675 70 600 0.1 165.3 발명재
5 25 700 70 600(700℃에서 30분유지) 0.1 161.0 발명재
6 95 675 70 600 10 - 비교재
7 25 675 70 600 50 - 비교재

도 1에 나타난 바와 같이, 열간가공온도가 850℃인 경우[시편1(비교재)]에는 중탄소강의 전형적인 페라이트와 펄라이트로 구성된 미세조직[도 1의(a)]을 나타내고, 그리고 열간가공온도가 675℃인 경우[시편2(발명재)]에는 동적변태현상으로 인하여페라이트와 시멘타이트로 구성된 미세조직[도 1의(b)]이 얻어짐을 알 수 있다.
상기 시편2(발명재)의 경우에는 도 1의(b)에 나타난 바와 같이 페라이트 분율이 증가되고, 또한 독립적으로 존재하는 시멘타이트상도 증가됨을 알 수 있다.
따라서, 소성유기 동적 페라이트 변태를 일으켜서 강재를 연화시키기 위해서는 Ae3~Ar1 사이의 온도역에서 마무리 열간가공하여야 함을 알 수 있다.
또한, 상기 표 2에 나타난 바와 같이, 상기 시편2(발명재)의 경우에는 경도가 218.5Hv임을 알 수 있다.
한편, 열간가공온도가 675℃이고 변형량이 30%인 경우[시편3(비교재)]에는 압연중 동적변태가 일어나지 못하여 종래의 페라이트와 펄라이트로 구성된 미세조직[도 1의 (c)]을 나타내고 있다.
또한, 열간가공온도가 675℃이고, 변형량이 70%이고, 냉각속도가 0.1℃/초인 경우[ 시편4(발명재)]에는 동적변태현상으로 인하여 페라이트와 시멘타이트로 구성된 미세조직[도 1의(d)]이 얻어짐을 알 수 있다.
또한, 시편 2와 시편4의 미세조직 및 경도를 비교해 보면, 냉각속도가 느릴수록 페라이트와 시멘타이트의 크기가 커지고, 경도값은 작아짐을 알 수 있다.
또한, 700℃에서 70% 압하량으로 압연한 후 그 온도에서 30분간 유지한 다음, 600℃까지 0.1℃/초로 냉각시킨 경우[시편 5(발명재)]에는 조대한 페라이트와 시멘타이트로 구성된 미세조직[도 1의(e)]을 얻을 수 있고, 또한 상기 표 2에 나타난 바와 같이 161.0Hv의 경도값을 나타냄을 알 수 있다.
또한, 도 1(f)에 나타난 바와 같이, 오스테나이트 결정립 크기가 본 발명의 범위를 벗어나는 경우(시편6)에는 통상적인 페라이트와 펄라이트 조직이 얻어짐을 알 수 있다.
또한, 도 1(g)에 나타난 바와 같이, 냉각속도가 본 발명의 범위보다 빠른 경우에는 통상적인 페라이트, 펄라이트, 시멘타이트 조직외에 저온조직이 얻어짐을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 연화 열처리를 생략한 상태에서 냉간 가공이 가능한 연질 강재를 제조할 수 있으므로, 이러한 강재를 사용하여 냉간 가공으로 임의의 제품을 제작하는 경우, 열처리 비용 저감 및 생산성 향상 등의 효과를 얻을 수 있는 것이다.

Claims (11)

  1. 0.2중량% 이상의 탄소 및 0.5∼1.5중량%의 Si를 함유하고, 그 조직이 페라이트와 시멘타이트로 구성되고, 상기 페라이트는 소성유기 동적 변태에 의하여 생성된 페라이트 및 정적 변태에 의하여 생성된 페라이트로 이루어지고, 상기 시멘타이트는 상기 동적 페라이트들 사이에 분포되고 그 형상이 구형이고, 그리고 상기 페라이트 결정립의 크기가 2-30㎛인 것을 특징으로 하는 소성유기 동적 변태에 의하여 생성된 페라이트를 갖는 연화열처리 생략 강재
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄소의 함량이 0.2∼0.8중량%인 것을 특징으로 하는 소성유기 동적 변태에 의하여 생성된 페라이트를 갖는 연화열처리 생략 강재
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 페라이트 양은 미세조직에 대하여 88-97부피%이고, 그리고 페라이트중 소성유기 동적변태에 의하여 생성된 페라이트의 양은 총 페라이트 양에 대하여 50%이상인 것을 특징으로 하는 소성유기 동적 변태에 의하여 생성된 페라이트를 갖는 연화열처리 생략 강재
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 페라이트 결정립의 크기가 10-30㎛인 것을 특징으로 하는 소성유기 동적 변태에 의하여 생성된 페라이트를 갖는 연화열처리 생략 강재
  7. 제3항에 있어서, 상기 페라이트 결정립의 크기가 10-30㎛인 것을 특징으로 하는 소성유기 동적 변태에 의하여 생성된 페라이트를 갖는 연화열처리 생략 강재
  8. 0.2중량% 이상의 탄소 및 0.5∼1.5중량%의 Si를 함유하는 강괴나 주편을 재가열한 후, 조압연하여 오스테나이트 결정립크기가 40㎛이하인 조압연재를 제조한 다음, 소성유기동적변태에 의하여 페라이트가 생성되도록 Ae3 ~Ar1 의 마무리 압연온도범위에서 40% 이상의 누적 압하율로 상기 조압연재를 열간마무리압연한 후, 600℃이하까지를 0.03 ~ 30℃/sec의 냉각속도로 연속 냉각하거나, 또는 상기 마무리 압연직후 온도로부터 600 ℃구간의 임의의 온도에서 일정시간 유지시킨 후, 다시 600℃이하까지 0.05 ~ 30℃/sec의 냉각속도로 연속 냉각한 다음, 상온까지 냉각하는 것을 특징으로 하는 소성유기변태를 이용한 연화열처리 생략 강재의 제조방법
  9. 제8항에 있어서, 상기 탄소의 함량이 0.2∼0.8중량%인 것을 특징으로 하는 소성유 기변태를 이용한 연화열처리 생략 강재의 제조방법
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 열간마무리압연이 다단으로 이루어지고, 그리고 패스간 소요시간(interpass time)은 10초이내인 것을 특징으로 하는 소성유기변태를 이용한 연화열처리 생략 강재의 제조방법
  11. 제10항에 있어서, 패스간 소요시간이 3초이내인 것을 특징으로 하는 소성유기변태를 이용한 연화열처리 생략 강재의 제조방법
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