KR101446136B1 - 냉간단조성이 우수한 강재의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉간단조성이 우수한 냉간단조용 강의 제조방법으로, C : 0.30 ~ 0.50 중량%, Si : 0.10 ~ 0.30 중량%, Mn : 0.65 ~ 1.20 중량%, P : 0.030 중량%이하(0 미포함), S : 0.005 ~ 0.030 중량%, Cu : 0.30 중량%이하(0 미포함), Ni : 0.25 중량%이하(0 미포함), Cr : 0.25 중량%이하(0 미포함), Al : 0.010 ~ 0.030 중량% 및 N : 0.0080 중량%이하(0 미포함)를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 1050 ~ 1200℃의 온도에서 균열유지하고 압연하는 단계; 및 상기 압연된 강재를 900 ~ 1000℃에서 600 ~ 700℃의 온도로 냉각하는 단계를 포함하는 냉간단조용 강의 제조방법을 제공한다.

Description

냉간단조성이 우수한 강재의 제조방법{MANUFACTURING PROCESS OF STEEL WITH EXCELLENT COLD FORGING CHARACTERISTICS}
본 발명은 제어 압연 및 제어 냉각을 통하여 냉간단조성이 우수한 냉간단조용 강의 제조방법에 관한 것이다.
종래 트리포드 하우징, 아우터레이스, 마그넷슬리브 등의 자동차용 부품의 제조방법은 중탄소계 탄소강이나 합금강을 이용하여 냉간단조를 수행한다. 이때 냉간단조 전 소둔 열처리를 수행하여 조직을 구상화시키는 연질화 공정을 수행한다. 이러한 소둔 열처리의 시간의 경우 대체적으로 약 20 ~ 30시간이 소요된다. 이는 펄라이트 중의 시멘타이트가 분절되고 입상화하여 성장하며 페라이트내의 탄소원자가 확산 및 고용되면서 서냉시 잔류 시멘타이트가 핵이 되고, 오스테나이트와 페라이트 입계에서 성장하여 구상 시멘타이트가 되기 때문에 장시간의 열처리가 요구하게 된다. 또한, 장시간의 열처리에 의해, 제조비용 및 제조시간이 증가된다.
일본공개특허 제1991-140411호는 냉간 단조용 탄소강의 동등수준의 탄소 함량을 가진 강에서 탄소 흑연화와 페라이트-그라파이트 이상 조직으로 강 조직을 변화시킴으로써 냉간 단조성을 개선시키는 방법을 개시하고 있으나, 장시간의 열처리가 필요하기 때문에 열처리 시간의 단축 및 단순화를 하기 어렵다.
일본공개특허 제1990-111842호는 단 시간에 흑연 함유량을 억제함으로써 소둔시간을 단축시켜 냉간 단조성을 개선하는 방안을 개시하고 있으나, 이 경우 강의 시멘타이트 비율이 낮아지는 문제점이 있다.
일본공개특허 제2001-0012168호는 강의 펄라이트 비율 및 소둔에 의해 연질화 및 흑연 양의 비율이 탄소 함량의 20% 이상이고 그 흑연의 최대 결정립이 20㎛이하인 냉간단조용 강을 개시하고 있으나, 합금설계 범위 및 조업조건이 구체적이지 못하여 경제성을 고려한 산업상의 이용시 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서 냉간단조성이 우수한 냉간단조용 강의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 냉간단조 전 열처리 시간이 단축되거나, 단순한 열처리만을 수행할 수 있는 냉간단조용 강의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 냉간단조용 강의 제조방법은 C : 0.30 ~ 0.50 중량%, Si : 0.10 ~ 0.30 중량%, Mn : 0.65 ~ 1.20 중량%, P : 0.030 중량%이하(0 미포함), S : 0.005 ~ 0.030 중량%, Cu : 0.30 중량%이하(0 미포함), Ni : 0.25 중량%이하(0 미포함), Cr : 0.25 중량%이하(0 미포함), Al : 0.010 ~ 0.030 중량% 및 N : 0.0080 중량%이하(0 미포함)를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 1050 ~ 1200℃의 온도에서 균열유지하고 압연하는 단계; 및 상기 압연된 강재를 900 ~ 1000℃에서 600 ~ 700℃의 온도로 냉각하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 냉각된 강재의 조직은 냉각 후 표면으로부터 1 내지 4 mm 범위는 마르텐사이트로 이루어지고, 내부는 페라이트+펄라이트로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 강재의 내부 조직중 페라이트+펄라이트 결정립의 크기는 10 내지 20 ㎛일 수 있다.
바람직하게는, 상기 균열유지는 100 내지 200분간 수행할 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉각단계는 250 ~ 350 ℃/s의 냉각속도로 수행될 수 있다.
본 발명의 제조방법에 따르면, 냉간단조 전 수행되는 구상화 열처리의 시간을 단축시키거나 템퍼링과 같은 단순 열처리로 대체시킴으로써 제조원가 절감시킬 수 있고, 또한, 본 발명의 제조방법에 따르면, 열처리의 시간을 단축시킴으로써, 열처리 시 발생되는 환경오염 물질을 억제할 수 있으므로 이에 의한 환경오염 방지 및 제조 공정 시간 단축에 따른 제품 납기 단축 및 생산성 향상에도 크게 기여할 수 있다.
또한, 냉간단조 전 짧은 시간을 열처리만으로 우수한 냉간단조성을 요구하는 자동차 부품의 제조에 적용할 수 있다.
도 1은 강의 조직에 따른 구상화 원리를 나타낸 개략도이다.
도 2는 실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2의 압연 후의 조직 사진을 나타낸 도면이다.
도 3a 및 3b는 실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2에 수행된 열처리 조건을 나타낸 도면이다.
도 4는 한계압축률을 평가하기 위한 무노치와 노치(1mm V notch) 시편의 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예 3 내지 7과 비교예 3 내지 5의 한계압축률을 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 3 내지 5, 비교예 3 및 4 의 열처리 후의 내부 조직을 나타낸 도면이다.
도 7은 실시예 6 및 7, 비교예 5의 열처리 후의 표면과 내부 조직을 나타낸 도면이다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 하기의 정의를 가지며 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미에 부합된다. 또한 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 용어 약이라는 것은 참조 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이에 대해 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1% 정도로 변하는 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이를 의미한다.
본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, 포함하다 및 포함하는 이란 말은 제시된 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.
도 1은 강의 조직에 따른 구상화 원리를 나타낸 개략도이다. 도 1을 참조하면, A1 이상의 온도로 가열 시 펄라이트의 시멘타이트가 완전히 녹지 않고 잔류하게 되며 서냉 시 잔류된 시멘타이트가 구상화 시멘타이트의 핵생성 자리로 작용하여 성장하게 된다. 이때 펄라이트의 경우는 층상 시멘타이트로 내부의 시멘타이트가 완전히 녹지 않을 경우 층상 시멘타이트가 잔존하며 너무 녹을 경우 구형 시멘타이트의 핵성장 수가 감소하고, 서냉 구간에서 다시 펄라이트로 생성하기 쉬워 구상화 시멘타이트를 얻기 어렵다. 특히, 층상 간격이 클수록, 즉 조직이 클수록 구상화 시멘타이트 형성이 느려지게 된다. 마르텐사이트의 경우에는 전반적으로 시멘타이트가 부분적으로 분포되어 있어 시멘타이트의 분산 및 확산이 용이하기 때문에 구상화 시멘타이트 형성속도가 빠르며 균질하고 높은 등급의 구상화를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명은 제어압연 및 제어냉각을 통해 표면 경화층을 마르텐사이트로 조직을 형성함으로써 부분적으로 형성되어 있는 시멘타이트로 분절, 확산 및 성장의 시간을 단축시킬 수 있어, 단시간에 균질하고 높은 등급의 구상화를 얻을 수 있다. 또한, 내부 조직의 경우 미세화시킴으로써 조대한 펄라이트보다 구상화 시멘타이트 형성을 위한 핵생성 자리가 높게 형성되며 시멘타이트가 구상화되기 위한 분절, 확산 및 성장 시간을 단축시킬 수 있기 때문에 냉간단조 전 구상화 열처리 시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명의 냉간단조용 강의 제조방법은 C : 0.30 ~ 0.50 중량%, Si : 0.10 ~ 0.30 중량%, Mn : 0.65 ~ 1.20 중량%, P : 0.030 중량%이하(0 미포함), S : 0.005 ~ 0.030 중량%, Cu : 0.30 중량%이하(0 미포함), Ni : 0.25 중량%이하(0 미포함), Cr : 0.25 중량%이하(0 미포함), Al : 0.010 ~ 0.030 중량% 및 N : 0.0080 중량%이하(0 미포함)를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 1050 ~ 1200℃의 온도에서 균열유지하고 압연하는 단계; 및 상기 압연된 강재를 900 ~ 1000℃에서 600 ~ 700℃의 온도로 냉각하는 단계;를 포함한다.
이하 본 발명의 합금성분 첨가 및 성분범위 한정 이유를 설명한다.
C : 0.30 중량% ~ 0.50 중량%
C는 강도와 경도를 증가시키는 원소로 과다하게 첨가할 경우 냉간 단조성이 감소하게 된다. C 함량이 0.50 중량%를 초과하게 되면 펄라이트 분율이 50%이상이 되어 냉간 단조성이 떨어지므로 상한을 0.50 중량% 한정하고, 소재 단조 후 요구되는 고주파 열처리의 효과를 확보하기 위해 하한을 0.30 중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
Si : 0.10 중량% ~ 0.30 중량%
Si는 제강시 유효한 탈산제로 사용되며, 강의 탄소 활동도를 증가시키는 원소이나 페라이트 강화 원소로 함유량이 높을 경우 소재 페라이트 조직이 강화되어 냉간 단조성이 떨어진다. 따라서, Si의 함량의 상한을 0.30 중량%로 한정하며 Si의 함량이 낮을 경우에 탄소 활동도 낮아지며 제품에서 원하는 강도를 얻기 어렵기 때문에 하한을 0.10 중량%로 한정한다.
Mn : 0.65 중량% ~ 1.20 중량%
Mn은 탈산제로 소입성과 강도를 향상시키며, 강 중에 존재하는 S의 유해함을 방지하기 위하여 첨가되어 MnS를 형성함으로써 적열 취성을 방지하고 절삭 가공성을 향상시킨다. Mn의 함량이 0.65 중량%보다 낮은 경우 제품이 원하는 강도를 얻기 어려우며, Mn성분이 탄화물 형성원소로 탄소 활동도를 감소시키고, Mn의 함량이 1.20 중량%보다 과잉으로 첨가하게 되면 구상화 열처리 시 장시간을 요하게 된다. 따라서, 인성의 저하가 없고 단시간 열처리를 위하여 Mn 함량을 0.65 중량% ~ 1.20 중량%인 것이 바람직하다.
P : 0.030 중량%이하(0 미포함)
0.030 중량% 보다 첨가량이 많으면, 오스테나이트 결정립 입계에 편석되어 인성을 저하시키므로, 0.030 중량% 이하로 한정한다.
S : 0.005 중량% ~ 0.030 중량%
S는 강 중에서 Mn과 결합하여 MnS를 형성한다. MnS를 형성하여 피삭성을 향상시키기 위해 0.005 중량%이상 첨가하는 것이 바람직하다. S의 함량이 0.030 중량%보다 많아지면 압연, 단조 등 열간 가공시 거대 개재물에 의한 표면 결함 발생 및 경로가 된다. 따라서, S의 함량은 0.005 중량% ~ 0.030 중량%인 것이 바람직하다.
Cu : 0.30 중량%이하(0 미포함)
Cu는 상온에서 페라이트에 고용되어 고용강화효과를 나타내어 강도 및 경도를 개선시키는 원소로 0.30 중량%보다 많으면 열간 가공성의 문제가 발생되며 적열 취성의 원인이 되기 때문에 0.30 중량%이하로 한정한다.
Ni : 0.25 중량%이하(0 미포함)
Ni은 강의 조직을 미세화시키고 소입성을 증대시키는 원소로 0.25 중량%보다 많으면 인성을 향상시키나 피삭성이 저하되고 부품의 제조 원가를 높여 경제적이지 못하기 때문에 0.25 중량%이하로 한정한다.
Cr : 0.25 중량%이하(0 미포함)
Cr은 시멘타이트 안정화 원소 및 소입성을 증대시키고 강도를 향상시키는 원소로 0.25 중량% 이상 첨가하게 되면 강도가 증가하나 냉간단조성이 떨어지게 되므로 상한을 0.25 중량%로 한정한다.
Al : 0.010 중량% ~ 0.030 중량%
Al은 강력한 탈산제로서 작용하는 것과 동시에 N와 결합하여 결정립을 미세화시키나, 0.010 중량% 보다 적게 첨가하게되면 탈산이나 결정립 미세화 작용이 작아지기 때문에 바람직하지 않고, 0.030 중량% 보다 많이 첨가하게 되면, 오히려 Al2O3와 같은 비금속 개재물 양의 증가로 오히려 인성저하 등의 해로운 영향을 미칠 수 있다. 따라서, Al의 적정 함량 범위를 0.010 중량% ~ 0.030 중량%로 한정한다.
N : 0.008 중량% 이하(0 미포함)
N는 Al 합금 원소들과 결합하여 질화물을 형성시켜 오스테나이트 결정립 미세화에 의한 강도 및 인성 향상에 기여한다. 그러나 과잉으로 첨가하면 AlN등 질화물이 조대화되어, 결정립 조대화 효과에 기여하지 못하므로 함량을 0.008 중량% 이하로 제한한다.
이하 본 발명의 냉간단조용 강의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 냉간단조용 강의 제조방법은, 1050 ~ 1200℃의 온도에서 균열유지하고 압연하는 단계; 및 상기 압연된 강재를 900 ~ 1000℃에서 600 ~ 700℃의 온도로 냉각하는 단계를 포함한다. 바람직하게는 상기 균열유지는 100 ~ 200분간 수행될 수 있다. 상기 냉각단계는 250 ~ 350 ℃/s의 냉각속도로 냉각될 수 있다.
균열유지 및 압연 단계
균열유지 및 압연 단계에서는, 상기 조성을 갖는 강재를 1050 ~ 1200℃의 온도로 100 ~ 200분간 균열유지 한 후, 압연을 실시한다. 균열 유지 온도가 1050℃ 보다 낮을 경우, 소재의 경도 및 결정립 등의 성질은 좋아질 수 있으나 소재의 표면 품질이 떨어지게 되며, 1200℃ 보다 높을 경우, 표면 품질은 좋아 질 수 있으나 요구하는 경도나 결정립을 만족할 수 없을 수 있으며 소재 휨이 발생하는 문제가 있다. 따라서, 균열 유지 온도는 1050 ~ 1200℃의 범위인 것이 바람직하다.
냉각단계
냉각단계에서는, 상기 압연 후 상온에서 900 ~ 1000℃의 온도를 갖는 강재를 250 ~ 350 ℃/s의 냉각속도로 600 ~ 700℃의 온도로 냉각시킨다. 압연된 강재가 900 ~ 1000℃의 온도에서 600 ~ 700℃로 급속 냉각되면, 강재의 표면층에서 마르텐사이트 조직이 형성되고, 내부에는 미세한 페라이트 + 펄라이트 조직을 형성되어 냉간단조 전 실시되는 열처리시간 단축 및 단순 열처리로 대체 할 수 있는 조직이 형성된다. 강재가 600℃보다 낮은 온도로 떨어질 경우, 냉각으로 발생되는 응력으로 인하여 강재에서 휨이나 ?칭 크랙이 발생될 수 있다. 따라서, 자가 템퍼링(Self Tempering)효과가 일어날 수 있는 600 ~ 700℃의 온도로 냉각시키는 것이 바람직하다.
이하에서는 구체적인 실시예를 들어서 본 발명을 상세하게 설명하지만, 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
(단위 : 중량%)
구 분 C Si Mn P S Cu Ni Cr Al N
발명강 1 0.46 0.20 0.82 0.022 0.006 0.11 0.06 0.25 0.011 0.0059
발명강 2 0.47 0.22 0.69 0.014 0.005 0.13 0.05 0.12 0.013 0.0036
상기 표 1은 본 실시예에 사용된 발명강 1 및 2의 조성을 나타내며, 잔부는 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진다.
실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2
- 실시예 1 : 발명강 1을 1050℃ ~ 1200℃의 온도로 120분 간 균열 유지 후 압연을 하였고, 압연된 강재를 압연라인 최종 부분에서 300℃/s의 냉각속도로 940℃의 온도에서 645℃의 온도까지 냉각을 실시하였다.
- 실시예 2 : 발명강 2를 1050℃ ~ 1200℃의 온도로 120분 간 균열 유지 후 압연을 하였고, 압연된 강재를 압연라인 최종 부분에서 300℃/s의 냉각속도로 940℃의 온도에서 645℃의 온도까지 냉각을 실시하였다.
- 비교예 1 : 발명강 1을 1050℃ ~ 1200℃의 온도로 120분 간 균열 유지 후 압연을 하였고, 냉각은 별도로 실시하지 않았다.
- 비교예 2 : 발명강 2를 1050℃ ~ 1200℃의 온도로 120분 간 균열 유지 후 압연을 하였고, 냉각은 별도로 실시하지 않았다.
표면경화층 깊이 페라이트+펄라이트 조직의 결정립 크기
실시예 1 2.5mm 15㎛
실시예 2 4.0mm 20㎛
비교예 1 - 30㎛
비교예 2 - 35㎛
상기 표 2는 실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2의 표면경화층 깊이와 페라이트+펄라이트 조직의 결정립 크기를 나타낸다. 도 2는 실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2의 압연 후의 조직 사진을 나타낸 도면이다. 도 2에서, (a)는 실시예 1의 표면의 조직, (b)는 실시예 1의 내부의 조직 (e)는 실시예 2의 표면의 조직, (f)는 실시예 2의 내부의 조직사진이고 (c)는 비교예 1의 표면의 조직, (d)는 비교예 1의 내부의 조직, (g)는 비교예 2의 표면의 조직, (h)는 비교예 2의 내부의 조직 사진을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 실시예 1 및 2에서 강재의 표면은 제어냉각으로 인하여 템퍼드 마르텐사이트 조직을 얻었으며 강재의 내부에서는 비교예 1 및 2 대비 미세한 페라이트 + 펄라이트 조직을 나타내는 것을 관찰 할 수 있다. 이렇게 표면에서는 템퍼드 마르텐사이트를 내부에서는 미세한 페라이트 + 펄라이트 조직이 형성됨으로써, 시멘타이트가 구상화되기 위한 분절, 확산 및 성장 시간을 단축시킬 수 있고, 그에 따라 열처리 시간 단축 및 단순한 열처리로 대체 할 수 있다.
실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2의 압연된 강재에 열처리를 수행하였고, 열처리 조건, 열처리 후의 인장 시험 및 압축 시험 결과를 표 3에 나타내었다.
열처리 조건 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 단면적감소율
(%)
실시예3 SA #2 353 567 31 53
실시예4 710℃x4Hr(공냉) 419 653 31 58
실시예5 710℃x8Hr(공냉) 403 627 32 59
실시예6 LA #1 285 568 32 54
실시예7 LA #2 308 601 30 52
비교예3 SA #1 342 561 31 52
비교예4 SA #2 341 604 29 49
비교예5 FA 295 605 27 42
상기 표 3은 실시예 3 내지 7, 비교예 3 내지 5의 열처리 조건, 열처리 후의 인장 시험 및 압축 시험 결과를 나타낸다. 도 3a 및 3b는 실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2에 수행된 열처리 조건을 나타낸 도면이다.
열처리 조건
- SA #1 : 강재를 600±5℃에서 6시간동안 유지 후, 2시간 동안 765±5℃까지 가열하고, 강재를 765±5℃에서 10시간동안 유지 후, 15℃/hr의 냉각속도로 4시간 18분동안 700±5℃까지 1차 냉각을 수행하고, 700±5℃에서 12시간동안 유지후, 15℃/hr의 냉각속도로 7시간동안 600℃까지 2차 냉각을 수행 후 상온까지 공냉을 수행한다.
- SA #2 : 강재를 780℃에서 4시간동안 유지 후, 15℃/hr의 냉각속도로 4시간 42분동안 710℃까지 1차 냉각을 수행하고, 710℃에서 4시간동안 유지후, 15℃/hr의 냉각속도로 4시간동안 650℃까지 2차 냉각을 수행 후 상온까지 공냉을 수행한다.
- LA #1 : 강재를 750℃에서 1시간동안 유지 후, 50℃/hr의 냉각속도로 3시간동안 600℃까지 1차 냉각 후 상온까지 공냉을 수행한다.
- LA #2 : 강재를 720℃에서 1시간동안 유지 후, 40℃/hr의 냉각속도로 3시간동안 600℃까지 1차 냉각 후 상온까지 공냉을 수행한다.
- FA : 강재를 800℃에서 5시간동안 유지 후, 15℃/hr의 냉각속도로 10시간동안 650℃까지 1차 냉각 후 상온까지 공냉을 수행한다.
실시예 3 내지 7, 비교예 3 내지 5
- 실시예 3 : 실시예 1의 강재를 SA #2 열처리를 수행하였다.
- 실시예 4 : 실시예 1의 강재를 710℃에서 4시간동안 템퍼링을 수행하였다.
- 실시예 5 : 실시예 1의 강재를 710℃에서 8시간동안 템퍼링을 수행하였다.
- 실시예 6 : 실시예 2의 강재를 LA #1 열처리를 수행하였다.
- 실시예 7 : 실시예 2의 강재를 LA #2 열처리를 수행하였다.
- 비교예 3 : 비교예 1의 강재를 SA #1 열처리를 수행하였다.
- 비교예 4 : 비교예 1의 강재를 SA #2 열처리를 수행하였다.
- 비교예 5 : 비교예 1의 강재를 FA 열처리를 수행하였다.
도 4는 한계압축률을 평가하기 위한 무노치와 노치(1mm V notch) 시편의 상태를 나타낸 도면이다. 도 5은 실시예 3 내지 7과 비교예 3 내지 5의 한계압축률을 나타낸 그래프이다. 실시예 3 내지 7과 비교예 3 내지 5의 시편을 두고 위에서 하중을 주어 시편에서 크랙이 발생되는 순간을 측정하여 한계압축률을 평가하였다.
상기 표 3을 참조하면, 실시예 3 내지 7은 30 ~ 32%의 연신율, 52 ~ 59%의 단면적감소율을 나타내는 반면, 비교예 3 내지 5는 27 ~ 31%의 연신율, 42 ~ 52%의 단면적감소율을 나타내는 것으로, 실시예 3 내지 7이 더 높은 연신율과 단면적감소율을 나타낸다. 따라서, 연신율과 단면적감소율이 높을수록 냉간 단조시에 결함이 발생할 가능성이 적어지므로, 실시예 3 내지 7이 비교와 3 내지 5와 비교하여, 냉간단조성 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 도 5을 보면, 동일한 열처리를 한 경우 실시예의 한계압축률이 더 높게 나타나며, 장시간 열처리를 한 비교예 3과 상대적으로 단시간 열처리를 한 실시예 3의 한계압축률이 유사하게 나타났다. 따라서, 실시예 3 내지 7은 단시간의 열처리나 템퍼링과 같은 단순한 열처리를 수행하여도, 비교예 3 내지 5와 비교하여 동등하거나 더 높은 한계압축률을 갖는다.
도 6은 실시예 3 내지 5, 비교예 3 및 4 의 열처리 후의 내부 조직을 나타낸 도면이다. 도 7은 실시예 6 및 7, 비교예 5의 열처리 후의 표면과 내부 조직을 나타낸 도면이다. 도 6에서, (a)는 비교예 3의 조직을 나타내며, (b)는 비교예 4의 조직을 나타내며, (c)는 실시예 3의 조직, (d)는 실시예 4의 조직, (e)는 실시예 5의 조직을 나타낸다. 도 7에서, (a), (b)는 비교예 5의 표면과 내부의 조직을 나타내며, (c), (d)는 실시예 6의 표면과 내부의 조직을 나타내고, (e), (f)는 실시예 7의 표면과 내부의 조직을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 단시간의 구상화 열처리를 실시한 실시예 3과 장시간의 구상화 열처리를 한 비교예 3의 구상화율의 관찰 결과 유사한 분율이 관찰되었고, 단시간의 구상화 열처리를 실시한 비교예 4보다 높은 구상화율이 관찰되었다. (d), (e)와 같이 템퍼링을 실시한 실시예 4 및 5의 조직에서도 시멘타이트가 구상화가 되어있는 것을 볼 수 있다.
도 7을 참조하면, FA열처리를 실시한 비교예 5와 비교하여, 단시간의 LA열처리를 실시한 실시예 6 및 7의 표면 및 내부 모두 구상화율이 높은 것으로 관찰되었으며 특히 제어냉각으로 인하여 형성된 템퍼드 마르텐사이트 조직을 가진 표면 경화층 부 조직의 구상화율이 훨씬 높게 관찰되었다.
실시예 3 내지 7은 표면 경화층에서는 마르텐사이트 조직이 내부에서는 F+P의 결정립 크기가 미세화 된 것이 관찰되었으며, 동일 열처리에서 연신율 및 한계압축율이 높게 관찰되었고 기존 장시간 열처리에서는 동등수준의 한계압축율이 관찰되었다. 따라서, 냉간단조 전 이루어지는 구상화열처리 시간 단축 및 템퍼링과 같은 단순한 열처리 대체와 같은 발명의 목적을 달성하는 것을 알 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. C : 0.30 ~ 0.50 중량%, Si : 0.10 ~ 0.30 중량%, Mn : 0.65 ~ 1.20 중량%, P : 0.030 중량%이하(0 미포함), S : 0.005 ~ 0.030 중량%, Cu : 0.30 중량%이하(0 미포함), Ni : 0.25 중량%이하(0 미포함), Cr : 0.25 중량%이하(0 미포함), Al : 0.010 ~ 0.030 중량% 및 N : 0.0080 중량%이하(0 미포함)를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 1050 ~ 1200℃의 온도에서 균열유지하고 압연하는 단계; 및
    상기 압연된 강재를 900 ~ 1000℃에서 600 ~ 700℃의 온도로 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉간단조용 강의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강재의 조직은 냉각 후 표면으로부터 1 내지 4 mm 범위는 마르텐사이트로 이루어지고, 내부는 페라이트+펄라이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 냉간단조용 강의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각된 강재의 내부 조직 중 페라이트+펄라이트 결정립의 크기는 10 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는, 냉간단조용 강의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 균열유지는 100 내지 200분간 수행하는 것을 특징으로 하는, 냉간단조용 강의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉각단계는 250 ~ 350 ℃/s의 냉각속도로 수행되는 것을 특징으로 하는, 냉간단조용 강의 제조방법.
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