KR101428172B1 - Steel wire rod and steel wire for high strength spring and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일측면은, 저탄소강 선재에 열처리를 행하여 충분한 강도를 확보하고, LP(Lead Patent)열처리의 생략으로 인해 환경오염의 문제가 없는 선재 및 강선 및 이들의 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a wire and a steel wire which are heat treated on a low carbon steel wire to ensure a sufficient strength and have no environmental pollution due to the omission of LP (Lead Patent) heat treatment.
Description
본 발명은 강도가 우수한 스프링용 선재 및 강선과 이들의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a wire rod and a steel wire having excellent strength and a method of manufacturing the same.
최근, 화석연료 특히 석유연료의 사용량이 급증하면서 석유연료를 연소시킴으로써 발생하는 오염원에 의한 대기오염의 심각성이 전세계적으로 대두되었고, 그 외에도 대형유조선의 기름 유출사고 등이 발생할 뿐만 아니라, 유가가 급등함에 따라 석유연료에 의한 해악을 회피하기 위하여 가급적이면 석유연료의 사용량을 절감하는 기술에 관한 연구가 다각도로 이루어졌다.
In recent years, the use of fossil fuels, especially petroleum fuels, has increased, and the seriousness of air pollution caused by the pollution sources generated by burning petroleum fuels has grown worldwide. In addition, oil spills in large tankers have also occurred, As a result, there have been various studies on the technology to reduce the use of petroleum fuel as much as possible in order to avoid harm caused by petroleum fuel.
상기 석유연료를 다량 사용하는 수요처로서 자동차를 들 수 있는데, 상기 자동차 제조사에서도 석유연료의 사용량을 줄이기 위한 여러 가지 시도와 연구를 계속적으로 진행하고 있다. 석유연료의 사용량을 줄이기 위한 가장 전통적인 방법 중 하나인 자동차의 연비를 향상시키는 방법이 현재 개발되어 적용중인 기술의 주류라고 할 수 있는데, 이러한 연비 향상 방법으로서는 우선 엔진의 연소효율과 동력전달 효율 등을 향상시키는 방법을 그 중 하나로 들 수 있으며, 또 다른 방법으로서는 자동차의 차체 중량을 감소시킴으로써 단위 거리 이동시 필요한 에너지 량을 감소시키는 방법을 들 수 있다.
The automobile is a consumer demanding a large amount of the above-mentioned petroleum fuel. The automobile manufacturer is also continuing various attempts and studies to reduce the amount of petroleum fuel used. One of the most traditional ways to reduce the use of petroleum fuels is to improve the fuel economy of automobiles, which is the mainstream of the technology currently being developed and applied. As such fuel economy improvement methods, the combustion efficiency of the engine and the power transmission efficiency Another method is to reduce the amount of energy required when moving a unit distance by reducing the weight of the vehicle body.
자동차 차체 중량을 감소시키기 위해서는 자동차에 들어가는 부품을 비중이 낮은 경량 재질로 대체하는 방법이 들 수 있으나, 아직까지는 철제 부품의 우수성을 대체할만한 부품이 적용되는 분야는 많지 않다. 따라서, 아직까지도 자동차 부품으로는 철제 부품이 사용되는 경우가 많으며 상기 철제 부품의 경량화를 통하여 자동차 연비를 향상시키고자 하는 시도가 일반적이다.
In order to reduce the weight of automobile body, it is possible to replace the parts to be used for automobiles with lightweight materials having low specific gravity. However, there are not many fields in which parts that replace superiority of steel parts are applied. Therefore, in many cases, steel parts are often used as automobile parts, and attempts to improve automobile fuel efficiency by reducing the weight of the steel parts are common.
철제 부품을 단순히 경량화시킬 경우 단위 중량당 지지 가능한 하중이 정해져 있기 때문에 자동차의 안전에 치명적인 문제를 일으킬 수 있으며, 따라서 부품 경량화는 필연적으로 부품의 고강도화라는 숙제를 해결한 뒤에 실현 가능한 과제가 되었다.
If the weight of a steel part is simply reduced, a load that can be supported per unit weight is determined, which can cause a serious problem to the safety of an automobile. Therefore, weight reduction of parts is inevitably a problem that can be realized after solving the problem of strengthening parts.
특히, 자동차용 스프링은 고강도와 유사한 개념으로서 우수한 영구변형 저항성을 강하게 요구하는 부품이다. 영구변형 저항성이라 함은 스프링을 장기간 사용한 후에 완전히 탄성 복원되지 못하여 스프링 높이의 변화가 생기는 영구변형이라는 현상에 대한 저항성을 의미하는데, 스프링의 영구변형 저항성을 높이기 위하여 종래부터 Si를 다량 첨가한 강선재가 스프링용 재료로 사용되어 왔다. 상기 Si는 강의 항복강도를 높임으로서 영구변형을 방지하는 역할을 한다.
In particular, automotive springs are components that strongly demand good permanent deformation resistance as a concept similar to high strength. Permanent deformation resistance refers to resistance to the phenomenon of permanent deformation, in which the spring height can not be completely restored after a long use of the spring, and in order to increase resistance to permanent deformation of the spring, It has been used as spring material. The Si serves to prevent the permanent deformation by increasing the yield strength of the steel.
또한, Si는 주기율표상에서 4족에 속하는 원소로서 열역학적으로는 C와 유사한 거동을 하는 원소이다. 앞에서도 설명하였듯이 부품의 고강도화는 스프링에도 예외가 아닌데, 상기 고강도화를 위하여 필수적으로 첨가되는 원소가 C이다. C는 첨가가 용이하고, 고용강화 또는 함께 첨가될 경우에는 C와 Si의 유사한 열역학적 거동에 의해 두 원소는 자리경쟁을 하게 되고 그 결과 C가 합금으로부터 제거되는 탈탄현상이 일어나게 된다.
Si is an element belonging to Group 4 on the periodic table and thermodynamically behaves like C. As described above, the high strength of the component is not an exception to the spring, and the element added is essentially C for the high strength. C is easily added, and when solid solution strengthening or co-addition is made, the two elements undergo a site competition due to the similar thermodynamic behavior of C and Si, resulting in the decarburization phenomenon in which C is removed from the alloy.
종래의 Si첨가 스프링강은 SAE9250등을 들 수 있는데, 이러한 스프링용 강재내에 Si 함량이 1.8~2.0중량%에 달하기 때문에, 상기 강종내에서 C의 표면탈탄현상을 더욱 극심하게 되고, 그 결과 상기 강종에는 표면탈탄층으로 말미암을 피로수명 저하라는 문제까지 발생되어 이를 스프링에 사용하기 어렵게 되었다.
The conventional Si-added spring steels include SAE9250 and the like. Since the Si content in the steel material for the spring reaches 1.8 to 2.0 wt%, the surface decarburization of C in the steel grade becomes more severe, and as a result, In the case of steel, surface decarburization layer has a problem of fatigue life deterioration of end-of-life, which makes it difficult to use it for springs.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 특허문헌 1 내지 4에서는 전체적인 탄소 함량을 하향조정하고 Ni을 첨가함으로써 표층부에 탈탄부가 존재하는 것을 방지하고, 탄소함량이 감소함에 따라 강도저하를 보상하기 위해 Si함량을 더욱 상향 조정하고, Mo를 추가 첨가함으로써 최대 설계 응력을 1200MPa로 증가시킨 고장력 스프링강이 개발되었다.
In order to solve such a problem, Patent Documents 1 to 4 disclose that the carbon content is adjusted downward, Ni is added to prevent the decarburized portion from being present in the surface layer, and the Si content is further reduced to compensate for the decrease in strength as the carbon content decreases High-tension spring steel with the maximum design stress of 1200 MPa was developed by adding Mo additionally.
그러나, 특허문헌 1 내지 4의 고응력 스프링용 강은 합금원소를 다량 첨가하기 때문에 제조원가가 높아진다는 문제 이외에도 합금설계 측면에서 항복강도와 변형저항성의 향상을 위해 Si 함량을 높인 것이기 때문에 연속주조시 Si 편석대가 발생한다는 문제점이 지적되었다. 이러한 Si 편석대는 주로 선재의 중심부에 형성되기 때문에 이러한 편석대의 생성은 페라이트 생성을 조장하여 중심부 미세조직의 불균일성을 부추기는 주요한 원인이 되고, 큰 폭의 물성변화를 일으켜 스프링 인성을 떨어뜨리는 주요한 원인이 된다.
However, since the high-strength spring steels of Patent Documents 1 to 4 have a high Si content in order to improve the yield strength and deformation resistance in terms of alloy design in addition to the problem of high manufacturing cost because a large amount of alloying elements are added, The problem is that a segregation zone occurs. Since the Si segregation band is mainly formed in the center of the wire rod, generation of such a segregation band is a main cause of promoting ferrite generation and promoting non-uniformity of the center microstructure, leading to a large change in physical properties, It causes.
또한, 상기 고응력 스프링용 강은 합금원소를 다량 첨가하기 때문에 제조원가가 높아진다는 문제 이외에도 상기 투입된 다량의 합금원소로 말미암아 선재 제조시 비교적 낮은 속도로 선재를 완냉각하여도 저온조직(베이나이트+마르텐사이트의 복합조직)이 발생한다는 문제를 가지고 있다. 선재 제조시 저온조직이 발생하는 경우에는 후공정에서 가공시 문제를 야기할 수 있다. 즉, 베이나이트나 마르텐사이트와 같은 저온조직은 변태시 발생된 내부응력으로 인하여 경도가 매우 높게 되는데, 이러한 저온조직은 선재를 후공정에서 스프링 성형하기 전 선경을 조절하거나 표면 품질을 개선하기 위하여 필링(peeling) 가공 또는 쉐이빙(shaving) 가공할 경우 가공이 곤란하게 하는 원인이 된다. 따라서, 상기 가공을 원활하게 하기 위하여 선재에 대하여 연화열처리 등의 열처리를 수행하게 되는데, 이러한 열처리는 또 다른 원가상승 및 조업성 악화의 요인이 되는 문제점이 있다.
Further, in addition to the problem that the manufacturing cost is increased because a large amount of alloying element is added to the high-strength spring steel, even when the wire rod is completely cooled at a relatively low speed in the production of the wire rod due to the large amount of alloying element introduced, Site complex organization) occurs. If low-temperature structure occurs in the production of wire rod, it may cause problems in processing in the post-process. That is, the low-temperature structure such as bainite or martensite has a very high hardness due to the internal stress generated during the transformation. Such a low-temperature structure may be used for controlling the wire diameter before the spring- peeling or shaving may cause difficulty in processing. Therefore, in order to facilitate the above processing, the wire material is subjected to a heat treatment such as a softening heat treatment. However, such a heat treatment causes another problem of cost increase and deterioration of workability.
본 발명의 일측면은, 저탄소강 선재에 열처리를 행하여 충분한 강도를 확보하고, LP(Lead Patent)열처리의 생략으로 인해 환경오염의 문제가 없는 스프링용 선재 및 강선 및 이들의 제조방법을 제공한다.
One aspect of the present invention provides a wire for a spring and a steel wire which are heat treated to a sufficient strength by performing heat treatment on a low carbon steel wire rod and are free from environmental pollution due to omission of LP (Lead Patent) heat treatment, and a method of manufacturing them.
본 발명의 일측면인 강도가 우수한 스프링용 선재는 중량%로, C: 0.05~0.15%, Si: 1.7~2.2%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.025%이하, S: 0.015% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 미세조직은 페라이트, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트를 포함한다.
In one aspect of the present invention, there is provided a spring wire having excellent strength, wherein the spring wire having a high strength comprises 0.05 to 0.15% of C, 1.7 to 2.2% of Si, 1.0 to 2.0% of Mn, 0.025% or less of P, Residual Fe, and other unavoidable impurities, and the microstructure includes ferrite, bainite and retained austenite.
본 발명의 다른 일측면인 강도가 우수한 스프링용 선재의 제조방법은 중량%로, C: 0.05~0.15%, Si: 1.7~2.2%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.025%이하, S: 0.015% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강편을 1000~1100℃에서 가열하는 단계, 상기 가열된 강편을 900~1000℃에서 열간압연하는 단계 및 상기 열간압연된 선재는 850~950℃의 온도로 냉각대에 진입하고, 1~5℃/초의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함한다.
Another aspect of the present invention is to provide a method for producing a wire rod having excellent strength, which comprises 0.05 to 0.15% of C, 1.7 to 2.2% of Si, 1.0 to 2.0% of Mn, 0.015% or less, the balance Fe and other unavoidable impurities at 1000 to 1100 캜, hot rolling the heated strip at 900 to 1000 캜, and hot-rolling the wire at a temperature of 850 to 950 캜 Entering the cooling zone at a temperature, and cooling at a cooling rate of 1 to 5 占 폚 / sec.
본 발명의 다른 일측면인 강도가 우수한 스프링용 강선은 중량%로, C: 0.05~0.15%, Si: 1.7~2.2%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.025%이하, S: 0.015% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 미세조직은 페라이트, 베이나이트, 잔류 오스테나이트 및 마르텐사이트를 포함한다.
Another steel wire according to another aspect of the present invention, which is excellent in strength, comprises 0.05 to 0.15% of C, 1.7 to 2.2% of Si, 1.0 to 2.0% of Mn, 0.025% of P or less, 0.015% or less of S , The balance Fe and other unavoidable impurities, and the microstructure includes ferrite, bainite, retained austenite and martensite.
본 발명의 다른 일측면인 강도가 우수한 스프링용 강선의 제조방법은 중량%로, C: 0.05~0.15%, Si: 1.7~2.2%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.025%이하, S: 0.015% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강편을 1000~1100℃에서 가열하는 단계, 상기 가열된 강편을 900~1000℃에서 열간압연하는 단계, 상기 열간압연된 선재는 850~950℃의 온도로 냉각대에 진입하고, 1~5℃/초의 냉각속도로 냉각하는 단계, 상기 냉각된 선재를 신선하여 강선을 제조하는 단계 및 상기 신선된 강선을 열처리 단계를 포함하며, 상기 열처리 단계는 900~950℃의 냉각개시온도에서 755~765℃의 냉각종료온도까지 5~10초 동안 1차 냉각하는 단계, 1차 냉각 종료온도에서 735~745℃의 냉각종료온도까지 5~10초 동안 2차 냉각하는 단계 및 상기 2차 냉각 종료온도에서 430~450℃의 냉각종료온도까지 30~60초 동안 3차 냉각하는 단계를 포함한다.
A method for manufacturing a steel wire for a spring having excellent strength, which is another aspect of the present invention, comprises the steps of: 0.05 to 0.15% of C, 1.7 to 2.2% of Si, 1.0 to 2.0% of Mn, 0.015% or less, the balance Fe and other unavoidable impurities at 1000 to 1100 캜, hot rolling the heated steel strip at 900 to 1000 캜, and the hot-rolled wire rod has a temperature of 850 to 950 캜 Cooling at a cooling rate of 1 to 5 占 폚 / second, producing a steel wire by drawing the cooled wire, and heat treating the drawn steel wire, wherein the heat treatment step is performed at 900 To a cooling end temperature of 755 to 765 占 폚 at a cooling start temperature of? 950 占 폚 for 5 to 10 seconds, a step of cooling from a primary cooling end temperature to a cooling end temperature of 735 to 745 占 폚 for 5 to 10 seconds Cooling to a cooling end temperature of 430 to 450 < 0 > C at said secondary cooling end temperature for 30 to 60 seconds, It includes the steps:
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
In addition, the solution of the above-mentioned problems does not list all the features of the present invention. The various features of the present invention and the advantages and effects thereof will be more fully understood by reference to the following specific embodiments.
본 발명의 일측면에 따르면, 선재에 열처리하여 미세조직을 조절함으로써, 낮은 탄소함량을 가지면서도 높은 강도를 유지할 수 있어 가격경쟁력 향상의 효과와, 환경오염물질인 납(Lead)의 미사용에 의한 환경친화적 효과를 얻을 수 있다.
According to one aspect of the present invention, by controlling the microstructure by heat-treating the wire rod, it is possible to maintain a high strength while maintaining a low carbon content, thereby improving the price competitiveness and the effect of the lead- Friendly effect can be obtained.
도 1은 강선 제조시 열처리 온도 및 시간을 나타낸 그래프이다. Fig. 1 is a graph showing the heat treatment temperature and time during the manufacture of a steel wire.
본 발명자들은 강도가 우수한 스프링용 선재 및 강선을 도출해내기 위하여 연구를 행한 결과, 강재의 성분계와 냉각방법을 적절히 제어하여, 강편의 미세조직을 페라이트, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트 조직으로 제어함으로써 강도가 높으면서도 제조원가가 절감된 스프링용 선재 및 강선을 생산할 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.
The inventors of the present invention have conducted studies to derive wire rods and wires having excellent strength, and as a result, by controlling the composition and cooling method of the steel appropriately and controlling the microstructure of the steel rods with ferrite, bainite and retained austenite structure, It is possible to produce a wire rod and a steel wire for a spring having a reduced production cost even though it is high.
이하, 본 발명의 일측면인 강도가 우수한 스프링용 선재에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a spring wire material having excellent strength, which is one aspect of the present invention, will be described in detail.
본 발명은 중량%로, C: 0.05~0.15%, Si: 1.7~2.2%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.025%이하, S: 0.015% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 미세조직은 페라이트, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트를 포함하는 강도가 우수한 스프링용 선재를 제공한다.
The present invention relates to a ferritic stainless steel comprising 0.05 to 0.15% of C, 1.7 to 2.2% of Si, 1.0 to 2.0% of Mn, not more than 0.025% of P, not more than 0.015% of S and the balance Fe and other unavoidable impurities, The microstructure provides a spring wire having excellent strength including ferrite, bainite and retained austenite.
탄소(C): 0.05~0.15중량%Carbon (C): 0.05 to 0.15 wt%
상기 탄소는 스프링의 강도를 확보하기 위하여 첨가되는 필수적인 원소로써, 오스테나이트를 안정화시켜 상온에서 오스테나이트가 잔류하는 양을 증가시켜 연성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 탄소의 함량이 0.05중량%미만인 경우에는 오스테나이트 분율이 작아져 본 발명에서 얻고자 하는 재질을 확보할 수 없다. 반면, 상기 탄소의 함량이 0.15중량%를 초과하는 경우에는 마르텐사이트 변태 시작온도가 낮아져 제조원가가 상승한다. 따라서, 상기 탄소의 함량은 0.05~0.15중량%로 포함하는 것이 바람직하다.
The carbon is an essential element added to secure the strength of the spring, and stabilizes the austenite, thereby increasing the amount of retained austenite at room temperature and improving the ductility. If the content of carbon is less than 0.05% by weight, the austenite fraction becomes small and the material to be obtained in the present invention can not be obtained. On the other hand, when the content of carbon is more than 0.15 wt%, the starting temperature of the martensite transformation is lowered and the manufacturing cost is increased. Therefore, it is preferable that the carbon content is 0.05 to 0.15% by weight.
실리콘(Si): 1.7~2.2중량%Silicon (Si): 1.7-2.2 wt%
상기 실리콘은 페라이트 내에 고용되어 모재강도를 강화시키고 변형저항성을 개선하는 효과를 가진다. 더불어, 세멘타이트 등의 석출물을 억제하여 미변태 페라이트(잔류 오스테나이트)의 탄소 농축을 조절함으로써 오스테나이트를 안정화시키는 효과가 있다. 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위하여 1.7중량%이상 포함되는 것이 바람직하다. 그러나, 실리콘의 함량이 2.2중량%를 초과하는 경우에는 변형저항성의 개선효과가 포화되어 추가 첨가의 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 열처리시 표면탈탄을 조장한다. 따라서, 실리콘의 함량은 1.7~2.2중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
The silicon is dissolved in the ferrite to enhance the strength of the base material and improve the deformation resistance. In addition, there is an effect of stabilizing austenite by suppressing precipitates such as cementite and controlling carbon concentration of unmodified ferrite (retained austenite). In order to exhibit such an effect in the present invention, it is preferable that it is contained in an amount of 1.7 wt% or more. However, when the content of silicon exceeds 2.2% by weight, the effect of improving the deformation resistance is saturated, so that the effect of further addition is not obtained, and surface decarburization is promoted during the heat treatment. Therefore, the content of silicon is preferably limited to 1.7 to 2.2% by weight.
망간(Mn): 1.0~2.0중량%Manganese (Mn): 1.0 to 2.0 wt%
상기 망간은 강재내에 존재할 경우 강재의 소입성을 향상시켜 강도를 확보하는데 유익한 원소이다. 더불어, 오스테나이트 안정화 원소이고, 냉각과정에서 변태를 억제하는 역할을 한다. 상기 망간이 1.0중량% 미만인 경우에는 본 발명이 제안한 범위의 잔류오스테나이트 양을 확보하기 어려울 뿐만 아니라, 강도 확보가 어려운 문제가 있다. 반면에, 2.0중량%를 초과하는 경우에는 신선성에 문제가 발생된다. 따라서, 상기 망간의 함량은 1.0~2.0중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
When manganese is present in the steel, it is an element which is useful for improving the incombustibility of the steel and securing the strength. In addition, it is an austenite stabilizing element and plays a role in suppressing transformation during the cooling process. When the content of manganese is less than 1.0% by weight, it is difficult to ensure the retained austenite content within the range proposed by the present invention and to secure strength. On the other hand, if it exceeds 2.0% by weight, a drawback will arise. Therefore, the content of manganese is preferably limited to 1.0 to 2.0% by weight.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 아들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이디 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.The remainder of the present invention is iron (Fe). However, in the ordinary manufacturing process, impurities which are not intended from the raw material or the surrounding environment may be inevitably incorporated, so that it can not be excluded. Son impurities are not specifically mentioned in this specification because they are known to any person skilled in the art of manufacturing.
다만, 그 중 인, 황 및 질소는 일반적으로 많이 언급되는 불순물이기 때문에 이애 대하여 간략히 설명하면 다음과 같다.
However, since phosphorus, sulfur, and nitrogen are generally referred to as impurities, this will be briefly described as follows.
인(P): 0.025중량% 이하Phosphorus (P): 0.025% by weight or less
상기 인은 불가피하게 함유되는 불순물로써, 주로 강편의 중심부에 편석되어 인성을 저하하고 용접성이 현저히 저하되기 때문에 후물재의 중심부 저온충격인성을 확보하기 위해서는 가능한 한 낮게 제어하는 것이 바람직하다.
The phosphorus is an impurity inevitably contained. It is segregated mainly in the central portion of the steel strip to decrease the toughness and remarkably deteriorate the weldability. Therefore, it is desirable to control the phosphor as low as possible in order to ensure low-temperature impact toughness in the center portion of the post-
이론상 인의 함량은 0%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 인 함량의 상한은 0.025중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
Theoretically, it is preferable to limit the phosphorus content to 0%, but it is inevitably contained inevitably in the manufacturing process. Therefore, it is important to manage the upper limit, and in the present invention, the upper limit of the phosphorus content is preferably limited to 0.025 wt%.
황(S): 0.015중량% 이하Sulfur (S): 0.015 wt% or less
황은 불가피하게 함유되는 불순물로서, Mn등과 결합하여 비금속개재물을 형성하며 이에 따라 강의 연성, 충격인성 및 용접성에 크게 손상시키기 때문에 그 함량을 최대한 억제하는 것이 바람직하다.
Sulfur is inevitably contained as an impurity and forms a nonmetallic inclusion by bonding with Mn or the like, thereby largely deteriorating the ductility, impact toughness and weldability of steel. Therefore, it is desirable to suppress the content to the maximum.
이론상의 황의 함량은 0%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 황 함량의 상한은 0.015중량%로 한정하는 것이 바람직하다.The theoretical sulfur content is advantageous to be limited to 0% but it is inevitably contained in the manufacturing process normally. Therefore, it is important to manage the upper limit, and in the present invention, the upper limit of the sulfur content is preferably limited to 0.015 wt%.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 성분계를 만족함으로써, 강도가 우수한 선재를 제공할 수 있으나, 본 발명이 의도하는 보다 더 바람직한 선재를 제공하기 위하여 페라이트, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트를 포함하는 미세조직을 포함하는 것이 바람직하다.
According to one aspect of the present invention, by satisfying the component system, it is possible to provide a wire rod having excellent strength. However, in order to provide a more preferable wire rod to which the present invention is intended, a microstructure including ferrite, bainite and retained austenite .
또한, 상기 미세조직은 면적분율로, 72~78%의 페라이트 및 14~18%의 베이나이트를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 더불어, 상기 선재 중에는 오스테나이트가 마르텐사이트로 미변태되고 잔류하는 잔류 오스테나이트가 일정 분율 포함되는 것이 바람직하고, 4~14%인 경우 보다 더 바람직하다. 상기와 같은 미세조직을 가짐으로써, 연한상인 페라이트를 주 조직으로 하기 때문에 연성 확보가 유리하며, 베이나이트 의 분율을 일정수준 포함시킴으로써, 강도를 확보가 유리한 효과가 있다. 또한, 잔류오스케나이트를 포함시킴으로써 선재를 강선으로 신선시, 마르텐사이트로 변태 되면서 본 발명이 제안한 강도를 확보하는 것이 가능하다.
In addition, it is more preferable that the microstructure includes an area fraction of 72 to 78% of ferrite and 14 to 18% of bainite. In addition, the wire preferably contains a certain percentage of retained austenite which is untransformed into martensite and remains, more preferably from 4 to 14%. By having the microstructure described above, it is advantageous to secure the ductility because the ferrite as the main phase is made into the main structure, and the strength is secured advantageously by including a certain level of the bainite fraction. Further, by including residual os- kenite, it is possible to secure the strength proposed by the present invention while being transformed into martensite when the wire rod is drawn into a steel wire.
또한, 상기 선재의 인장강도는 600MPa 이상이고, 최종 감면량이 90%이상이 것이 바람직하다.
It is also preferable that the tensile strength of the wire is 600 MPa or more and the final amount of reduction is 90% or more.
상기 선재의 인장강도 및 최종감면량이 상기 제안한 범위를 만족하지 못하는 경우에는 신선 후 강선의 강도가 확보되지 않는다.
When the tensile strength and the final amount of reduction of the wire material do not satisfy the above-mentioned range, the strength of the steel wire after the drawing is not secured.
이하, 본 발명의 다른 일측면인 강도가 우수한 스프링용 선재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing a wire rod material having excellent strength, which is another aspect of the present invention, will be described in detail.
본 발명의 다른 일측면인 강도가 우수한 스프링용 선재의 제조방법은 중량%로, C: 0.05~0.15%, Si: 1.7~2.2%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.025%이하, S: 0.015% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강편을 1000~1100℃에서 가열하는 단계, 상기 가열된 강편을 900~1000℃에서 열간압연하는 단계, 상기 열간압연된 선재는 850~950℃의 온도로 냉각대에 진입하고, 1~5℃/초의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함한다.
Another aspect of the present invention is to provide a method for producing a wire rod having excellent strength, which comprises 0.05 to 0.15% of C, 1.7 to 2.2% of Si, 1.0 to 2.0% of Mn, 0.015% or less, the balance Fe and other unavoidable impurities at 1000 to 1100 캜, hot rolling the heated steel strip at 900 to 1000 캜, and the hot-rolled wire rod has a temperature of 850 to 950 캜 Entering the cooling zone at a temperature, and cooling at a cooling rate of 1 to 5 占 폚 / sec.
가열단계Heating step
상기 성분계를 만족하는 강편을 1000~1100℃로 가열한다. 상기 온도 범위에서 강편의 가열을 행함으로써 오스테나이트 단상을 유지하고, 오스테나이트 결정립의 조대화를 방지할 수 있으며, 잔존하는 편석, 탄화물 및 개재물을 효과적으로 용해할 수 있다. 상기 강편의 가열온도가 1100℃를 초과하는 경우에는 오스테나이트 결정립이 매우 조대하게 되어 고강도 및 고인성 선재를 획득하기 어렵다. 반면, 1000℃ 미만인 경우에는 가열에 의한 상기 효과를 얻기 곤란할 수 있다. 여기서, 강편이란 선재로 제조될 수 있는 블룸이나 빌렛과 같은 반제품을 모두 의미한다.
And the billet satisfying the above-mentioned component system is heated to 1000 to 1100 캜. By heating the steel strip in this temperature range, it is possible to maintain the austenite single phase, prevent the coarsening of the austenite grains, and effectively dissolve the remaining segregation, carbides and inclusions. When the heating temperature of the steel strip exceeds 1100 ° C, the austenite grains become very coarse and it is difficult to obtain a high strength and high toughness wire rod. On the other hand, if it is less than 1000 ° C, it may be difficult to obtain the above effect by heating. Here, the term "steel" refers to all semifinished products such as blooms and billets, which can be produced from wire rods.
열간압연단계Hot rolling step
상기와 같이 가열된 강편을 열간압연을 실시할 수 있다. 이때, 압연은 900~1000℃에서 행하는 것이 바람직하다. 상기 압연온도가 900℃미만일 경우에는 본 발명이 의도하는 미세조직을 획득하기 어려우며, 연질의 페라이트가 확보될 가능성이 있다. 반면, 압연온도가 1000℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립의 크기가 증가하여 강도 및 연성이 저하될 수 있다.
The hot-rolled steel strip as described above can be subjected to hot rolling. At this time, the rolling is preferably performed at 900 to 1000 占 폚. If the rolling temperature is lower than 900 ° C, it is difficult to obtain the intended microstructure of the present invention, and there is a possibility that soft ferrite is secured. On the other hand, when the rolling temperature exceeds 1000 캜, the size of the austenite grains may increase and the strength and ductility may be lowered.
냉각단계Cooling step
상기 열간압연단계 후에 냉각대(L/H: Laying Head)에서 냉각하는 단계를 후속할 수 있다. 이때의 L/H의 진입온도는 850~950℃인 것이 바람직하다. 이때 냉각은 1~5℃/초의 속도로 행하는 것이 바람직하다. 1℃/초 미만인 경우에는 초석 세멘타이트가 형성이 활발하게 이루어져 본 발명이 의도하고자 하는 미세조직을 얻기 어렵다. 반면에, 5℃/초를 초과하는 경우에는 경질의 조직이 형성되어 연성을 확보하기 어려운 문제가 발생한다. 따라서, 상기 냉각속도는 1~5℃/초를 만족하는 범위에서 행하는 것이 바람직하다.
After the hot rolling step, a cooling step (L / H: Laying Head) may be followed. At this time, the entry temperature of L / H is preferably 850 to 950 ° C. At this time, cooling is preferably performed at a rate of 1 to 5 DEG C / second. When the temperature is less than 1 ° C / sec, the base stone cementite is formed to be actively formed, and it is difficult to obtain the microstructure of the present invention. On the other hand, when the heating temperature is higher than 5 ° C / second, a hard texture is formed and it is difficult to secure ductility. Therefore, it is preferable that the cooling rate is in the range of 1 to 5 DEG C / sec.
이하, 본 발명의 다른 일측면인 강도가 우수한 스프링용 강선에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a spring steel wire having excellent strength, which is another aspect of the present invention, will be described in detail.
본 발명의 다른 일측면인 강도가 우수한 스프링용 강선은 중량%로, C: 0.05~0.15%, Si: 1.7~2.2%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.025%이하, S: 0.015% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 미세조직은 페라이트, 베이나이트, 잔류 오스테나이트 및 마르텐사이트를 포함한다.
Another steel wire according to another aspect of the present invention, which is excellent in strength, comprises 0.05 to 0.15% of C, 1.7 to 2.2% of Si, 1.0 to 2.0% of Mn, 0.025% of P or less, 0.015% or less of S , The balance Fe and other unavoidable impurities, and the microstructure includes ferrite, bainite, retained austenite and martensite.
본 발명의 강선을 제조하는 방법은 반드시 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 전술한 조성 및 미세조직을 만족하는 선재를 신선 가공하여 강선을 제조할 수 있다. 이렇게 얻어진 강선의 인장강도는 1600MPa이상이고, 굽힘 피로강도는 800MPa이상인 것이 바람직하다.
The method for manufacturing the steel wire of the present invention is not necessarily limited to this, but it is possible to produce a steel wire by drawing wire material satisfying the composition and the microstructure described above. The thus obtained steel wire has a tensile strength of 1600 MPa or more and a bending fatigue strength of 800 MPa or more.
상기 인장강도 및 굽힘피로강도가 상기 제안한 범위를 만족하는 경우에는 높은 강도를 유지하면서 스프링으로 사용되는 구조가 단순하게 되며 이로 인해 전체적인 강선 또는 스프링의 중량이 감소하게 된다.
When the tensile strength and the bending fatigue strength satisfy the above-mentioned range, the structure used as a spring is simplified while maintaining a high strength, thereby reducing the weight of the entire steel wire or spring.
이하, 본 발명의 다른 일측면인 강도가 우수한 스프링용 강선의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing a steel wire for a spring having excellent strength, which is another aspect of the present invention, will be described in detail.
상기 전술한 방법으로 선재를 제조한 뒤, 냉각된 선재를 신선하여 강선을 제조하는 단계 및 상기 신선된 강선을 열처리하는 단계를 포함하여 고강도 강선을 제조한다.
The high strength steel wire is manufactured by manufacturing the wire rod by the above-mentioned method, then preparing the steel wire by drawing the cooled wire rod, and heat treating the drawn steel wire.
이때, 신선하는 단계는 통상의 방법에 준하여 행하면 무방하므로 본 발명에서는 특별히 한정하지는 않는다.
At this time, the step of freshness can be carried out according to a usual method, and therefore, the present invention is not particularly limited.
또한, 본 발명의 선재를 기존의 LP열처리 대신 하기에 기재한 바에 의하여 3단 열처리를 할 경우, LP열처리를 행할 때 발생되는 환경문제를 해결할 수 있으며, 또한 냉각속도를 제어할 수 있어 보다 바람직한 강선을 제조할 수 있다.
Further, in the case where the wire material of the present invention is subjected to the three-step heat treatment as described below instead of the conventional LP heat treatment, it is possible to solve the environmental problem generated when the LP heat treatment is performed, and the cooling rate can be controlled, Can be prepared.
우선, 신선된 강선을 900~950℃에서 냉각을 개시하여 755~765℃의 냉각을 종료하는 것이 바람직하다. 냉각개시온도가 900℃ 미만에서 냉각이 개시될 경우, 공냉 페라이트가 형성되면서 밴드(banded)미세조직이 형성되어 저온 DWTT특성을 열화 시킨다. 그리고, 냉각 종료온도가 755℃ 미만인 경우에는 도상마르텐사이트가 용이하게 형성되어 저온인성이 열화 된다.
First, it is preferable to start cooling the drawn steel wire at 900 to 950 占 폚 to terminate the cooling at 755 to 765 占 폚. When cooling starts at a cooling start temperature of less than 900 캜, air-cooled ferrite is formed and banded microstructures are formed to deteriorate low-temperature DWTT characteristics. When the cooling end temperature is less than 755 DEG C, the surface martensite is easily formed and the low temperature toughness is deteriorated.
또한, 1차 냉각시 냉각속도는 80~120℃/초의 냉각속도로 냉각하는 것이 바람직하다.
In addition, it is preferable that the cooling rate in the primary cooling is cooled at a cooling rate of 80 to 120 DEG C / second.
이때 1차 냉각시 냉각속도가 80℃/초 미만인 경우에는 연성확보가 어렵고, 120℃/초를 초과하는 경우에는 강도가 낮아지는 문제가 있다.
At this time, if the cooling rate is less than 80 DEG C / sec in the primary cooling, ductility is difficult to secure, and if it exceeds 120 DEG C / sec, the strength is lowered.
1차 냉각을 행한 후, 강도를 확보하기 위하여 2차 냉각을 후속하는 것이 바람직하다. 2차 냉각은 1차 냉각 종료온도에서 735~745℃의 냉각종료온도까지 5~10초 동안 행하는 것이 바람직하고, 또한, 80~120℃/초의 냉각속도를 유지하는 것이 바람직하다.
After primary cooling, secondary cooling is preferably followed to ensure strength. The secondary cooling is preferably performed for 5 to 10 seconds from the primary cooling end temperature to the cooling end temperature of 735 to 745 DEG C, and it is preferable to maintain the cooling rate of 80 to 120 DEG C / second.
이때 2차 냉각시 냉각속도가 80℃/초 미만인 경우에는 연성확보가 어렵고, 120℃/초를 초과하는 경우에는 강도가 낮아지는 문제가 있다.
At this time, when the cooling rate is less than 80 DEG C / sec in the secondary cooling, ductility is difficult to obtain, and when the cooling rate is more than 120 DEG C / second, the strength is lowered.
상기의 조건에 의해서 2차 냉각을 행한 후, 3차 냉각을 행하는 것이 바람직하다.
It is preferable to carry out the second cooling and then the third cooling according to the above conditions.
상기 2차 냉각종료 온도에서 430~450℃의 냉각종료온도까지 30~60초 동안 냉각을 행하는 것이 바람직하고, 또한, 160~200℃/초의 냉각속도로 냉각하는 것이 바람직하다.
It is preferable to perform cooling for 30 to 60 seconds from the secondary cooling termination temperature to the cooling termination temperature of 430 to 450 占 폚 and cooling at a cooling rate of 160 to 200 占 폚 / sec is preferable.
이때 3차 냉각시 냉각속도가 160℃/초 미만인 경우에는 베이나이트 노즐을 통과할 수 없으며, 200℃/초를 초과하는 경우에는 제조원가가 상승하는 문제가 있다.
In this case, when the cooling rate is less than 160 ° C / sec in the tertiary cooling, it can not pass through the bainite nozzle, and when it exceeds 200 ° C / sec, the manufacturing cost increases.
또한, 상기 열처리는 유동층(fluidized bed) 및 물방울(water bubbling)에 의하여 행하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 방법에 의하여 열처리를 행하는 경우에는 환경오염물질인 납을 사용하지 않아 환경친화적인 효과가 있으며, 더불어 LP열처리를 행하였을 때와 유사한 강도를 갖는 강선을 확보할 수 있다.
In addition, the heat treatment is preferably performed by a fluidized bed and water bubbling. In the case of performing the heat treatment by the above-mentioned method, there is no environment-friendly effect because lead is not used as an environmental pollutant, and a steel wire having a strength similar to that of the LP heat treatment can be secured.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. It should be noted, however, that the following examples are intended to illustrate the invention in more detail and not to limit the scope of the invention. The scope of the present invention is determined by the matters set forth in the claims and the matters reasonably inferred therefrom.
(실시예)(Example)
하기 표 1에 기재된 성분계를 만족하는 강들을 주조하였다. 그 후 1100℃에서 가열하고, 1000℃에서 열간압연하여 선재를 제조하였다. 그 후 L/H의 진입시 870℃의 온도를 가지고, 3℃/초의 냉각속도로 냉각을 행하여 5.5㎜의 선재를 제조하였다. 그 후, 선재의 인장강도 및 연신율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
Steels satisfying the component system described in Table 1 below were cast. Thereafter, it was heated at 1100 占 폚 and hot rolled at 1000 占 폚 to produce a wire rod. Thereafter, at the entry of the L / H, cooling was carried out at a cooling rate of 3 DEG C / sec at a temperature of 870 DEG C to prepare a 5.5 mm wire rod. Thereafter, tensile strength and elongation of the wire rod were measured and are shown in Table 1 below.
상기와 같은 조건으로 제조된 선재를 산세공정에 의해 스케일을 제거한 후 도 1에 나타나 있는 바와 같은 온도를 갖는 3단계의 열처리 공정을 물방울(water bubbling)열처리기를 이용하여 1.7㎜의 강선을 제조하였다. 그 후, 강선의 인장강도, 신선성 및 굽힘피로강도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
After removing the scale by the pickling process, the wire rod produced under the above conditions was scaled down and then a steel wire having a thickness of 1.7 mm was manufactured using a water bubbling heat treatment apparatus in three stages of heat treatment processes as shown in FIG. Thereafter, the tensile strength, the drawability and the bending fatigue strength of the steel wire were measured and are shown in Table 1 below.
(중량%)C
(weight%)
(중량%)Si
(weight%)
(중량%)Mn
(weight%)
(MPa)Bending fatigue strength
(MPa)
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 발명예 1은 본 발명이 제안한 성분 범위 및 제조조건을 만족함으로써, 인장강도, 신선성 및 굽힘피로강도가 우수한 선재 및 강선을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.
As shown in Table 1, it can be seen that Inventive Example 1 satisfies the composition range and manufacturing conditions proposed by the present invention, thereby securing wire and wire having excellent tensile strength, freshness and bending fatigue strength.
반면에, 비교예 1는 Si 범위가 본 발명이 제안한 범위 보다 낮아 인장강도 및 굽힘피로강도가 열위한 것을 확인할 수 있다.
On the other hand, in Comparative Example 1, the Si range is lower than the range proposed by the present invention, and it can be confirmed that tensile strength and bending fatigue strength are improved.
또한, 비교예 2는 Si 범위가 본 발명이 제안한 범위보다 높아, 인장강도, 신선성 및 굽힘피로강도가 열위한 것을 확인할 수 있다.
Further, in Comparative Example 2, the Si range was higher than the range proposed by the present invention, and it was confirmed that the tensile strength, the drawability and the bending fatigue strength were improved.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be possible.
Claims (10)
인장강도는 1600MPa이상이고, 굽힘 피로강도는 800MPa이상인 강도가 우수한 스프링용 강선.
And the balance Fe and other unavoidable impurities, wherein the microstructure comprises, by weight, 0.05 to 0.15% of C, 1.7 to 2.2% of Si, 1.0 to 2.0% of Mn, 0.025% or less of P, Ferrite, bainite, retained austenite and martensite,
Tensile strength of 1600 MPa or more, and bending fatigue strength of 800 MPa or more.
상기 미세조직은 면적분율%로, 페라이트 72~78%, 베이나이트 14~18%, 나머지 잔류 오스테나이트 및 마르텐사이트를 포함하는 강도가 우수한 스프링용 강선.
The method according to claim 6,
The microstructure of the steel wire for spring is excellent in strength, including 72 to 78% of ferrite, 14 to 18% of bainite, remaining austenite and martensite, in an area fraction%.
상기 가열된 강편을 900~1000℃에서 열간압연하는 단계;
상기 열간압연된 선재는 850~950℃의 온도로 냉각대에 진입하고, 1~5℃/초의 냉각속도로 냉각하는 단계;
상기 냉각된 선재를 신선하여 강선을 제조하는 단계; 및
상기 신선된 강선을 열처리하는 단계를 포함하며, 상기 열처리 단계는 900~950℃의 냉각개시온도에서 755~765℃의 냉각종료온도까지 5~10초 동안 1차 냉각하는 단계, 1차 냉각 종료온도에서 735~745℃의 냉각종료온도까지 5~10초 동안 2차 냉각하는 단계 및 상기 2차 냉각 종료온도에서 430~450℃의 냉각종료온도까지 30~60초 동안 3차 냉각하는 단계를 포함하는 강도가 우수한 스프링용 강선의 제조방법.
And the balance Fe and other unavoidable impurities is contained in an amount of from about 1,000 to about 1,000% by weight, the steel comprising 0.05 to 0.15% of C, 1.7 to 2.2% of Si, 1.0 to 2.0% of Mn, 0.025% or less of P, Heating at 1100 ° C;
Hot-rolling the heated slab at 900 to 1000 占 폚;
The hot rolled wire rod enters the cooling zone at a temperature of 850 to 950 캜 and is cooled at a cooling rate of 1 to 5 캜 / sec.
Preparing a steel wire by drawing the cooled wire rod; And
Wherein the heat treatment step comprises a first cooling step at a cooling start temperature of 900 to 950 DEG C for 5 to 10 seconds to a cooling end temperature of 755 to 765 DEG C, a first cooling end temperature To a cooling termination temperature of 735 to 745 ° C for 5 to 10 seconds and third cooling to 30 to 60 seconds from the secondary cooling end temperature to the cooling end temperature of 430 to 450 ° C A method for manufacturing a steel wire for a spring having excellent strength.
상기 열처리 단계에서 열처리는 유동층(fluidized bed) 및 물방울(water bubbling) 에 의해 행해지는 강도가 우수한 스프링용 강선의 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the heat treatment in the heat treatment step is excellent in strength performed by a fluidized bed and water bubbling.
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|---|---|---|---|
| KR1020120076909A KR101428172B1 (en) | 2012-07-13 | 2012-07-13 | Steel wire rod and steel wire for high strength spring and method for manufacturing thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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