KR101412261B1

KR101412261B1 - 비조질강 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101412261B1
Application number: KR1020120032742A
Authority: KR
Inventors: 손제영; 김학진; 박유진; 박철우; 염성호
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2014-07-02
Also published as: KR20130110629A

Abstract

합금성분 조절 및 공정조건 제어를 통하여, 고강도 및 고 괘삭화를 확보할 수 있는 비조질강 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 비조질강은 중량%로, C : 0.4 ~ 0.5%, Si : 1.0 ~ 1.8%, Mn : 0.9 ~ 1.3%, P : 0 중량% 초과 ~ 0.03% 이하, S : 0 중량% 초과 ~ 0.08% 이하, Cr : 0.15 ~ 0.35%, Mo : 0.01 ~ 0.03%, Al : 0.001 ~ 0.010%, V : 0.2 ~ 0.4%, N : 0 중량% 초과 ~ 0.015 중량% 이하 및 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 인장강도(TS) : 1,100 ~ 1,200MPa, 항복강도(YS) : 760 ~ 850MPa 및 항복비(YR) : 68 ~ 74%를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

비조질강 및 그 제조 방법{NON-HEAT TREATED STEEL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 비조질강 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대략 0.45 중량% 수준의 중탄소계로 탄소(C)의 함량을 대폭 낮추면서, 결정립의 미세화 및 비금속 개재물 형성 제어를 위해 바나듐(V)을 0.2 ~ 0.4 중량%의 함량비로 첨가함으로써 고강도 및 고 괘삭화를 확보할 수 있는 비조질강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

이전부터 열처리 생략에 의한 부품 제조비 절감이 가능한 비조질강의 개발 및 적용이 활발히 이루어져 왔으며, 현재는 고강도는 물론 고인성이 가능한 제3 세대 비조질강의 개발 및 적용을 추진하고 있습니다. 그러나, 국내 비조질강은 90년대부터 개발 및 적용을 추진하여 자동차 부품에 일부 적용되기 시작하고 있으나, 외국에 비해서 아직 고강도급에 적용하기에는 한계를 보이고 있으며, 적용 비율 또한 외국의 자동차 사(社)보다 낮은 실정이다.

이에 따라, 세계적인 경쟁력을 확보하기 위한 제조 비용의 절감 및 생산성 확보 차원에서 비조질강의 필요성이 대두되고 있다. 특히, 자동차 사를 중심으로 한 특수강 제조업체와의 비조질강 개발 추진이 활발히 진행되고 있으며, 개발에 따른 적용 비율 또한 확대되고 있는 추세이다.

또한, 단조분할 공법과 같은 신기술에 적합한 강재의 개발은 물론 신기술 제조 공정과 관련된 상품 개발이 부족하다. 과거 비조질강에 대한 인식 부족으로 적용 비율은 낮았으며, 이에 따른 수출 및 수입 역시 미비하다. 최근 자동차 엔진의 고출력, 경량화 등의 고성능화에 따른 주요구성 부품의 고강도화 및 저 코스트(cost)화가 자동차 업계의 주요 관심사로 대두되고 있으나, 지금까지 적용되고 있는 컨넥팅 로드용 비조질강은 강도가 그다지 크지 않은 인장강도가 약 85kg급의 조질 탄소강을 대체하는 수준으로 조질 합금강을 대체할 수 있는 인장강도 100kg 이상의 고강도급에 대한 개발 추진은 미흡한 실정이며 개발의 필요성이 대두되고 있다.

관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2009-0132797(2009.12.31 공개)호가 있으며, 상기 문헌에는 자동차 부품용 비조질강 및 이를 이용한 스핀들 너클 제조 방법이 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 대략 0.45 중량% 수준의 중탄소계로 탄소(C)의 함량을 대폭 낮추면서, 결정립의 미세화 및 비금속 개재물 형성 제어를 위해 바나듐(V)을 0.2 ~ 0.4 중량%의 함량비로 첨가함으로써 고강도 및 고 괘삭화를 확보할 수 있는 비조질강을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조되어, 인장강도(TS) : 1,100 ~ 1,200MPa, 항복강도(YS) : 760 ~ 850MPa, 항복비(YR) : 68 ~ 74%, 연신율(El) : 10 ~ 15%, 충격치 : 2 ~ 4 J/cm² 및 경도 : 340HB 이상을 만족하는 비조질강을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 비조질강 제조 방법은 (a) 중량%로, C : 0.4 ~ 0.5%, Si : 1.0 ~ 1.8%, Mn : 0.9 ~ 1.3%, P : 0 중량% 초과 ~ 0.03% 이하, S : 0 중량% 초과 ~ 0.08% 이하, Cr : 0.15 ~ 0.35%, Mo : 0.01 ~ 0.03%, Al : 0.001 ~ 0.010%, V : 0.2 ~ 0.4%, N : 0 중량% 초과 ~ 0.015 중량% 이하 및 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 용탕을 형성한 후, 주조하는 단계; (b) 상기 주조된 강을 재가열한 후, 열간압연하는 단계; (c) 상기 열간압연된 강을 노멀라이징 열처리하는 단계; 및 (d) 상기 열처리된 강을 열간단조한 후, 공냉하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 비조질강은 중량%로, C : 0.4 ~ 0.5%, Si : 1.0 ~ 1.8%, Mn : 0.9 ~ 1.3%, P : 0 중량% 초과 ~ 0.03% 이하, S : 0 중량% 초과 ~ 0.08% 이하, Cr : 0.15 ~ 0.35%, Mo : 0.01 ~ 0.03%, Al : 0.001 ~ 0.010%, V : 0.2 ~ 0.4%, N : 0 중량% 초과 ~ 0.015 중량% 이하 및 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 인장강도(TS) : 1,100 ~ 1,200MPa, 항복강도(YS) : 760 ~ 850MPa 및 항복비(YR) : 68 ~ 74%를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 대략 0.45 중량% 수준의 중탄소계로 탄소(C)의 함량을 대폭 낮추면서, 결정립의 미세화 및 비금속 개재물 형성 제어를 위해 바나듐(V)을 0.2 ~ 0.4 중량%의 함량비로 첨가함으로써 고강도 및 고 괘삭화를 확보할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 비조질강은 인장강도(TS) : 1,100 ~ 1,200MPa, 항복강도(YS) : 760 ~ 850MPa, 항복비(YR) : 68 ~ 74%, 연신율(El) : 10 ~ 15%, 충격치 : 2 ~ 4 J/cm² 및 경도 : 340HB 이상을 만족하므로, 고강도 및 고 쾌삭화를 필요로 하는 단조분할 커넥팅로드용으로 활용하기에 적합하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비조질강 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 시편에 대한 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 3은 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조된 시편에 대한 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 4는 비교예 4 및 비교예 5에 따라 제조된 시편에 대한 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 시편에 대한 충격 파면을 나타낸 사진이다.
도 6은 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조된 시편에 대한 충격 파면을 나타낸 사진이다.
도 7은 비교예 4 및 비교예 5에 따라 제조된 시편에 대한 충격 파면을 나타낸 사진이다.
도 8은 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 시편에 대한 비금속 개재물의 분포를 관찰한 사진이다.
도 9는 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조된 시편에 대한 비금속 개재물의 분포를 관찰한 사진이다.
도 10은 비교예 4 및 비교예 5에 따라 제조된 시편에 대한 비금속 개재물의 분포를 관찰한 사진이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비조질강 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

비조질강

본 발명에 따른 비조질강은 인장강도(TS) : 1,100 ~ 1,200MPa, 항복강도(YS) : 760 ~ 850MPa, 항복비(YR) : 68 ~ 74%, 연신율(El) : 10 ~ 15%, 충격치 : 2 ~ 4 J/cm² 및 경도 : 340HB 이상을 갖는 것을 목표로 한다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 비조질강은 중량%로, C : 0.4 ~ 0.5%, Si : 1.0 ~ 1.8%, Mn : 0.9 ~ 1.3%, P : 0 중량% 초과 ~ 0.03% 이하, S : 0 중량% 초과 ~ 0.08% 이하, Cr : 0.15 ~ 0.35%, Mo : 0.01 ~ 0.03%, Al : 0.001 ~ 0.010%, V : 0.2 ~ 0.4%, N : 0 중량% 초과 ~ 0.015 중량% 이하 및 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 비조질강은 구리(Cu) : 0.30 중량% 이하 및 니켈(Ni) : 0.25 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

다만, 본 발명에 따른 비조질강은 지르코늄(Zr)을 포함하지 않는다. 지르코늄은 지르코늄 나이트라이드와 같은 개재물을 형성하는데, 이는 사각형 등의 각형을 이루면서 피로특성을 저하시킨다. 또한, 지르코늄은 높은 산화 특성으로 인하여 실제 투입시 용탕에의 용해율이 극히 낮아 목표로 하는 농도 조절이 어렵다. 따라서, 본 발명에 따른 비조질강에서는 가공성 향상의 효과에 비하여 상기의 문제점을 갖는 지르코늄(Zr)을 포함하지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 비조질강에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.

탄소(C)

탄소(C)는 강의 강도, 경도를 결정하는 주요 원소이다. 이때, 탄소의 함량이 높을수록 강도는 증가하나 인성은 저하한다. 또한 탄소의 함량이 높을수록 냉간가공도가 증가하며, 이에 따라 인장강도와 항복점은 증가하고 연신률은 감소하게 된다.

상기 탄소(C)는 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 0.4 ~ 0.5 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소(C)의 함량이 비조질강 전체 중량의 0.4 중량% 미만일 경우에는 목표로 하는 고주파 표면 경도를 확보하기 어려운 문제가 있다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 비조질강 전체 중량의 0.5 중량%를 초과할 경우에는 부품의 가공에 어려움을 발생시킨다.

실리콘(Si)

실리콘(Si)은 제강시 유효한 탈산제로 작용하며, 강내 페라이트 강화 및 항복강도의 향상에 기여한다. 강화된 페라이트로 인해 파단시 크랙의 경로를 입계로 유도 할 수 있다.

상기 실리콘(Si)은 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 1.0 ~ 1.8 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 비조질강 전체 중량의 1.0 중량% 미만일 경우에는 상기의 실리콘 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 비조질강 전체 중량의 1.8 중량%를 초과할 경우에는 강의 인성을 해쳐 성형성을 저하시키므로 단조 및 가공이 어려워지는 문제가 있다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 강의 소입성과 강도를 향상시키며, 고온에서는 소성을 증가시켜 주조성을 향상시키는데 기여한다. 망간은 특히 유해성분인 황(S)과 결합하여 MnS 개재물을 형성함으로서 적열취성을 방지하고 절삭가공성을 향상시킨다.

상기 망간(Mn)은 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 0.9 ~ 1.3 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 비조질강 전체 중량의 0.9 중량% 미만일 경우에는 망간 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 비조질강 전체 중량의 1.3 중량%를 초과할 경우에는 인성을 저하시킬 수 있다.

인(P)

인(P)은 입계 편석성 원소로서 강의 인성을 저하시키고 충격 저항을 떨어뜨리는 원소로 파단분할 특성을 향상시키는데 기여한다.

다만, 인(P)은 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 0.03 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우, 공정중 크랙을 유발하고, 강중 Fe3P 화합물을 형성하여 강도를 떨어뜨리며, 열처리 2상 조직 형성을 조장할 수 있다. 따라서, 본 발명에서의 인(P)의 함량을 비조질강 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.03 중량% 이하로 제한하였다.

황(S)

황(S)은 망간(Mn)과 결합하여 MnS 개재물을 형성하여 강의 피삭성을 개선하는 주요한 원소이다.

다만, 황(S)은 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 0.08 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우, 열간 가공성을 떨어뜨리고, 강의 찢어짐을 유발하며, 거대 개재물 형성에 의해 표면 결함의 원인으로 작용할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 황(S)의 함량을 비조질강 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.08 중량% 이하로 제한하였다.

크롬(Cr)

크롬(Cr)은 망간(Mn)과 더불어 강의 강도를 상승시키며, 펄라이트 콜로니를 세분화하고 연성을 향상시키는 원소로 작용한다. 또한, 크롬은 강의 담금질, 뜨임 저항성을 높이고, 피로강도를 향상시킨다.

상기 크롬(Cr)은 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 0.15 ~ 0.35 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 크롬(Cr)의 함량이 비조질강 전체 중량의 0.15 중량% 미만일 경우에는 크롬 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 크롬(Cr)의 함량이 비조질강 전체 중량의 0.35 중량%를 초과할 경우에는 인성이 저하되고, 가공성 혹은 피삭성을 저하시킨다.

몰리브덴(Mo)

몰리브덴(Mo)은 강도 및 인성을 향상시키는 원소이다.

상기 몰리브덴(Mo)은 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 0.01 ~ 0.03 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 비조질강 전체 중량의 0.01 중량% 미만일 경우에는 몰리브덴 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 몰리브덴(Mo)의 함량이 비조질강 전체 중량의 0.03 중량%를 초과할 경우에는 노말라이징(Normalizing) 처리시 경도를 현저히 상승시키며, 강의 제조 비용을 상승시키고, 부품 가공성을 떨어뜨리는 요인이 된다.

알루미늄(Al)

알루미늄(Al)은 강력한 탈산제로 질소(N)와 결합하여 입자미세화 원소로 이용된다.

상기 알루미늄(Al)은 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 0.001 ~ 0.010 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄(Al)의 함량이 비조질강 전체 중량의 0.001 중량% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미한 관계로 상대적으로 AlN 석출물의 양이 줄어들어 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 알루미늄(Al)의 함량이 비조질강 전체 중량의 0.010 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 Al₂O₃와 같은 비금속 개재물 양의 증가로 연주에 어려움이 있어 생산성을 떨어뜨리는 문제가 있다.

바나듐(V)

바나듐(V)은 강력한 질화물 형성 원소로서, 석출강화 효과에 의하여 강의 피로강도를 향상시킨다. 또한, 바나듐은 결정립의 미세화 및 비금속 개재물의 형성 제어에 도움을 주는 원소로서, 강의 쾌삭화를 향상시키는 역할을 한다.

상기 바나듐은 본 발명에 따른 비조질강 전체 함량의 0.2 ~ 0.4 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 바나듐의 함량이 비조질강 전체 함량의 0.2 중량% 미만일 경우에는 바나듐 첨가 효과를 충분히 발휘할 수 없다. 반대로, 바나듐의 함량이 비조질강 전체 함량의 0.4 중량%를 초과할 경우에는 고가의 바나듐의 과잉 첨가에 반해야 효과 상승이 없는바, 강의 제조 비용만을 크게 상승시키는 문제가 있다.

질소(N)

질소(N)는 불가피한 불순물로써, 0.015 중량%를 초과하여 다량 함유될 경우 고용 질소가 증가하여 강판의 충격특성 및 연신율을 떨어뜨리고 용접부의 인성을 크게 저하시키는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 질소(N)의 함량을 비조질강 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.015 중량% 이하로 제한하였다.

구리(Cu)

구리(Cu)는 미세 석출물을 조장하여 강도 상승에 기여한다.

다만, 구리의 함량이 본 발명에 따른 비조질강 전체 함량의 0.30 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 인정의 현저한 저하와 열간가공에 의한 열화를 초래할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 구리의 함량은 비조질강 전체 함량의 0.30 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.

니켈(Ni)

니켈(Ni)은 경화능을 증대시키고, 인성을 향상시킨다.

다면, 니켈의 함량이 본 발명에 따른 비조질강 전체 함량의 0.25 중량%를 초과하여 과잉으로 첨가되면, 부품의 제조 비용을 상승시키며 제조성을 떨어뜨린다. 따라서, 본 발명에서 니켈의 함량은 비조질강 전체 함량의 0.25 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.

비조질강 제조 방법

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비조질강 제조 방법을 나타낸 순서도이다.

도 1을 참조하면, 도시된 비조질강 제조 방법은 주조 단계(S110), 열간압연 단계(S120), 노말라이징 열처리 단계(S130) 및 열간단조 단계(S140)를 포함한다. 이때, 본 발명에 따른 비조질강 제조 방법은 조질강에서 사용되는 소입 열처리(quenching heat-treatment) 등의 과정이 생략된다.

주조

주조 단계(S110)에서는 중량%로, C : 0.4 ~ 0.5%, Si : 1.0 ~ 1.8%, Mn : 0.9 ~ 1.3%, P : 0 중량% 초과 ~ 0.03% 이하, S : 0 중량% 초과 ~ 0.08% 이하, Cr : 0.15 ~ 0.35%, Mo : 0.01 ~ 0.03%, Al : 0.001 ~ 0.010%, V : 0.2 ~ 0.4%, N : 0 중량% 초과 ~ 0.015 중량% 이하 및 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 용탕을 형성한 후, 연속주조공정을 이용하여 일정한 형상으로 주조한다.

이때, 용탕에는 Cu : 0.30 중량% 이하 및 Ni : 0.25 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 래들 퍼니스(Ladle Furnace)에서 용탕에 포함된 각 성분의 함량의 조절과 탈산 및 탈황 공정을 수행하고, 진공 탈가스 설비(Vacuum Degasing)에서 용탕에 포함된 가스 함량을 제어한 후, 연속주조공정을 통하여 일정한 형상으로 주조하여 반제품 상태의 강을 형성한다. 이때, 반제품 상태의 강은 빌릿(billet) 또는 블름(bloom)을 통칭한다.

열간압연

열간압연 단계(S120)에서는 주조된 강을 재가열한 후, 열간압연한다.

본 단계에서, 재가열은 주조시 편석된 성분을 재고용하기 위한 목적으로 실시된다. 이때, 재가열은 1100 ~ 1300℃의 온도로 실시하는 것이 바람직하다. 재가열 온도가 1100℃ 미만일 경우에는 그 온도가 너무 낮아 압연 부하가 커지는 문제가 있다. 반대로, 재가열 온도가 1300℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대화되어 제조되는 강의 강도를 확보하기 어려운 문제점이 있다.

한편, 본 단계에서, 열간압연은 마무리 열간압연온도(FDT) : 800 ~ 900℃ 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. 마무리 열간압연온도(FDT)가 800℃ 미만인 경우에는 미세조직의 불균일을 유발할 수 있으며, 이는 가공성을 저해하는 요인으로 작용할 수 있다. 반대로, 마무리 열간압연온도(FDT)가 900℃를 초과할 경우에는 다량의 냉각수를 필요로 할 뿐만 아니라 강판의 취성이 증가하는 문제가 있다.

노멀라이징 열처리

노멀라이징 열처리 단계(S130)에서는 열간압연된 강을 1150 ~ 1250℃의 온도에서 30 ~ 60분 동안 열처리하는 노멀라이징 열처리를 실시한다.

본 단계에서, 노멀라이징 열처리 온도가 1150℃ 미만일 경우에는 고용 용질 원소들의 재고용이 어려워 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 노멀라이징 열처리 온도가 1250℃를 초과할 경우에는 결정립의 성장이 일어나 저온 인성을 저해하는 문제가 있다.

한편, 노멀라이징 열처리 시간이 30분 미만일 경우에는 균일한 조직을 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 노멀라이징 열처리 시간이 60분을 초과할 경우에는 상승 효과 대비 공정 시간 및 비용만을 상승시킬 수 있으므로, 경제적이지 못하다.

열간단조

열간단조 단계(S140)에서는 노멀라이징 열처리된 강을 750 ~ 850℃에서 열간단조한 후, 공냉한다.

본 단계에서, 열간단조 온도가 750℃ 미만일 경우에는 가공성이 급격히 저하되는 문제가 있다. 반대로, 열간단조 온도가 850℃를 초과할 경우에는 결정립의 성장이 일어나 저온 인성을 저해하는 문제가 있다.

상기의 과정(S110 ~ S140)으로 제조되는 본 발명에 따른 비조질강은 탄소의 함량을 0.4 ~ 0.5 중량%로 대폭 낮추면서, 결정립의 미세화 및 비금속 개재물 형성 제어를 위해 바나듐(V)을 0.2 ~ 0.4 중량%의 함량비로 첨가함으로써 고강도 및 고 괘삭화를 확보할 수 있다.

따라서, 상기의 과정으로 제조되는 본 발명에 따른 비조질강은 인장강도(TS) : 1,100 ~ 1,200MPa, 항복강도(YS) : 760 ~ 850MPa, 항복비(YS/TS) : 68 ~ 74%, 연신율(El) : 10 ~ 15%, 충격치 : 2 ~ 4 J/cm² 및 경도 : 340HB 이상을 만족하므로, 고강도 및 고 쾌삭화를 필요로 하는 단조분할 커넥팅로드용으로 활용하기에 적합하다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

1. 시편의 제조

표 1 및 표 2에 기재된 조성과 표 3에 기재된 공정 조건으로 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 5에 따른 시편을 제조하였다.

[표 1] (단위 : 중량%)

[표 2] (단위 : 중량%)

[표 3]

2. 기계적 물성 평가

표 4는 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 5에 따른 시편에 대한 기계적 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.

[표 4]

표 1 내지 표 4를 참조하면, 실시예 1 ~ 2에 따라 제조된 시편들의 경우, 목표값에 해당하는 인장강도(TS) : 1,100 ~ 1,200MPa, 항복강도(YS) : 760 ~ 850MPa, 항복비(YR) : 68 ~ 74%, 연신율(El) : 10 ~ 15%, 충격치 : 2 ~ 4 J/cm² 및 경도 : 340HB 이상을 모두 만족하는 것을 알 수 있다. 또한, 회전굽힘 피로시험 결과, 실시예 1 ~ 2에 따라 제조된 시편들의 경우, 목표값에 해당하는 피로강도 : 55 kg/㎟이상, 심부경도 : 350 HB 이상 및 피로한도비 : 48% 이상을 모두 만족하는 것을 알 수 있다.

반면, 실시예 1과 비교하여 대부분의 합금성분은 유사한 함량으로 첨가되나, 바나듐(V)의 함량이 본 발명에서 제시하는 범위를 벗어난 비교예 1에 따라 제조된 시편의 경우, 연신율(EL)은 목표값을 만족하였으나, 인장강도(TS), 항복강도(YS), 항복비(YR), 충격치 및 경도가 목표값에 약간씩 미달하는 것을 알 수 있다. 그리고, 비교예 1에 따라 제조된 시편들의 경우, 회전굽힘 피로시험 결과, 피로한도비는 목표값을 만족하였으나, 피로강도 및 심부경도가 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1과 비교하여 대부분의 합금성분은 유사한 함량으로 첨가되나, 바나듐(V)이 첨가되지 않으며, 니오븀(Nb)이 더 첨가되는 비교예 2 및 비교예 4에 따라 제조된 시편들의 경우, 연신율(EL)은 목표값을 만족하였으나, 인장강도(TS), 항복강도(YS), 항복비(YR), 충격치 및 경도가 목표값에 약간씩 미달하는 것을 알 수 있다. 그리고, 비교예 2 및 비교예 4에 따라 제조된 시편들의 경우, 회전굽힘 피로시험 결과, 피로한도비는 목표값을 만족하였으나, 피로강도 및 심부경도가 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1과 비교하여 대부분의 합금성분은 유사한 함량으로 첨가되나, 바나듐(V)이 첨가되지 않으며, 지르코늄(Zr)이 더 첨가되는 비교예 3 및 비교예 5에 따라 제조된 시편들의 경우, 연신율(EL)은 목표값을 만족하였으나, 인장강도(TS), 항복강도(YS), 항복비(YR), 충격치 및 경도가 목표값에 약간씩 미달하는 것을 알 수 있다. 그리고, 비교예 3 및 비교예 5에 따라 제조된 시편들의 경우, 회전굽힘 피로시험 결과, 피로한도비는 목표값을 만족하였으나, 피로강도 및 심부경도가 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.

한편, 도 2는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 시편에 대한 최종 미세조직을 나타낸 사진이고, 도 3은 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조된 시편에 대한 최종 미세조직을 나타낸 사진이며, 도 4는 비교예 4 및 비교예 5에 따라 제조된 시편에 대한 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 1 및 비교예 1 ~ 5에 따라 제조된 시편들 모두 최종 미세조직이 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 복합 조직으로 이루어진 것을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 1에 따라 제조된 시편의 경우가 비교예 1 ~ 5에 따라 제조된 시편에 비하여 치밀한 조직으로 이루어진 것을 확인할 수 있다.

도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 시편에 대한 충격 파면을 나타낸 사진이고, 도 6은 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조된 시편에 대한 충격 파면을 나타낸 사진이며, 도 7은 비교예 4 및 비교예 5에 따라 제조된 시편에 대한 충격 파면을 나타낸 사진이다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 충격 파면을 관찰한 결과, 실시예 1 및 비교예 1 ~ 5에 따라 제조된 시편들 모두 매끄러운 절삭면을 갖는 것을 볼 수 있다.

도 8은 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 시편에 대한 비금속 개재물의 분포를 관찰한 사진이고, 도 9는 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조된 시편에 대한 비금속 개재물의 분포를 관찰한 사진이며, 도 10은 비교예 4 및 비교예 5에 따라 제조된 시편에 대한 비금속 개재물의 분포를 관찰한 사진이다.

도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 시편의 경우 10.4㎛ 이하의 비금속 개재물이 랜덤한 구 형태로 존재하고 있으며, 비교예 1 ~ 5에 비하여 소량 검출된 것을 확인하였다. 반면, 비교예 1 ~ 5에 따라 제조된 시편들의 경우, 11.4 ~ 14.3㎛의 비금속 개재물이 띠 형태로 존재하고 있으며, 실시예 1에 비하여 다량 검출된 것을 확인하였다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

S110 : 주조 단계
S120 : 열간압연 단계
S130 : 노멀라이징 열처리 단계
S140 : 열간단조 단계

Claims

(a) 중량%로, C : 0.4 ~ 0.5%, Si : 1.0 ~ 1.8%, Mn : 0.9 ~ 1.3%, P : 0 중량% 초과 ~ 0.03% 이하, S : 0 중량% 초과 ~ 0.08% 이하, Cr : 0.15 ~ 0.35%, Mo : 0.01 ~ 0.03%, Al : 0.001 ~ 0.010%, V : 0.2 ~ 0.4%, N : 0 중량% 초과 ~ 0.015 중량% 이하 및 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 용탕을 형성한 후, 주조하는 단계;
(b) 상기 주조된 강을 재가열한 후, 열간압연하는 단계;
(c) 상기 열간압연된 강을 노멀라이징 열처리하는 단계; 및
(d) 상기 열처리된 강을 열간단조한 후, 공냉하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비조질강 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 용탕에는
Cu : 0.30 중량% 이하 및 Ni : 0.25 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비조질강 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 재가열은 1100 ~ 1300℃의 온도로 실시하는 것을 특징으로 하는 비조질강 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 노멀라이징 열처리는
상기 열간압연된 강을 1150 ~ 1250℃의 온도에서 30 ~ 60분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 비조질강 제조 방법.
중량%로, C : 0.4 ~ 0.5%, Si : 1.0 ~ 1.8%, Mn : 0.9 ~ 1.3%, P : 0 중량% 초과 ~ 0.03% 이하, S : 0 중량% 초과 ~ 0.08% 이하, Cr : 0.15 ~ 0.35%, Mo : 0.01 ~ 0.03%, Al : 0.001 ~ 0.010%, V : 0.2 ~ 0.4%, N : 0 중량% 초과 ~ 0.015 중량% 이하 및 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어지며,
인장강도(TS) : 1,100 ~ 1,200MPa, 항복강도(YS) : 760 ~ 850MPa 및 항복비(YR) : 68 ~ 74%를 갖는 것을 특징으로 하는 비조질강.
제5항에 있어서,
상기 비조질강은
구리(Cu) : 0.30 중량% 이하 및 니켈(Ni) : 0.25 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비조질강.
제5항에 있어서,
상기 비조질강은
연신율(El) : 10 ~ 15% 및 충격치 : 2 ~ 4 J/cm²를 갖는 것을 특징으로 하는 비조질강.
제5항에 있어서,
상기 비조질강은
경도 : 340HB 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 비조질강.