KR101617732B1 - 구상화 어닐링 시간 단축이 가능한 냉간단조용 저탄소 합금강의 제조방법 - Google Patents

구상화 어닐링 시간 단축이 가능한 냉간단조용 저탄소 합금강의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제어압연·제어냉각기술을 통하여 미세조직 제어하여 냉간단조성을 확보하기 위해 실시되는 구상화 어닐링 시간을 단축시킬 수 있는 냉간단조용 강재의 제조방법으로, C : 0.17 ~ 0.23 중량%, Si : 0.10 ~ 0.35 중량%, Mn : 0.55 ~ 0.95 중량%, P : 0.020 중량%이하(0 미포함), S : 0.010 ~ 0.030 중량%, Ni : 0.25 중량%이하(0 미포함), Cr : 0.85 ~ 1.45 중량%, Mo : 0.02 ~ 0.65 중량%, Al : 0.010 ~ 0.030 중량%, Nb : 0.015 ~ 0.035 중량%, B : 0.0010 ~ 0.0030 중량%, N : 0.0150 중량% 이하(0 미포함)를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 950 ~ 1140℃의 온도에서 총 재로시간 80분 이상 유지하며, 바람직하게는 균열온도 영역에서 30 ~ 60분간, 총 재로시간 80분 내지 120분간 균열유지하고 압연하는 단계; 수냉 설비를 이용하여 마무리 압연온도를 1,000℃이하, 바람직하게는 850 ~ 950℃로 낮추어 압연하는 단계; 및 상기 압연된 강재를 600℃ ~ 700℃로 냉각하는 단계를 포함하는 냉간단조용 강의 제조방법을 제공한다. 본 발명은. 제어압연 및 제어냉각기술을 통하여 표면은 저온변태조직을 내부은 미세한 조직을 형성시켜 구상화 어닐링 시간 단축이 가능한 냉간단조용 강재의 제조방법에 관한 것을 제공한다.

Description

구상화 어닐링 시간 단축이 가능한 냉간단조용 저탄소 합금강의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING LOW CARBON ALLOY STEELS FOR COLD FORGING THAT CAN BE SHORTENING THE SPHERODIZING ANNEALING TIME}
본 발명은 제어 압연 및 제어 냉각을 이용하여 결정립 미세화와 미세조직을 제어함으로써 구상화 어닐링의 열처리 시간을 단축할 수 있는 냉간단조용 저탄소 합금강의 제조방법에 관한 것이다.
종래 인풋 샤프트(Input shaft), 기어 등의 변속기용 강재는 열간단조 또는 냉간단조 후 가공을 하고, 침탄열처리를 실시하여 내마모성을 확보하여 자동차 부품에 적용되고 있다.
구상화 어닐링 열처리는 펄라이트 조직 속에 포함된 판상의 시멘타이트(Fe3C)를 구상으로 변화시켜 연화시키는 열처리 방법이다. 통상 시멘타이트는 Ac1 온도 직하에 유지하면 구상으로 변화되는데, 구상화에 시간이 많이 소요되어 열처리 비용이 많이 들고 생산성이 낮다는 단점이 있다. 다른 방법으로는 Ac1 이상의 고온으로 가열하여 판상 시멘타이트를 씨드(seed)로 남기고 모두 재고용 시킨 후 서냉으로 씨드를 구상으로 성장시키는 방법이다. 이 방법은 구상화 시간은 어느 정도 단축시킬 수 있으나 구상화 온도가 높아 열처리 비용이 많이 드는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기술의 일례로 일본 특개2000-336460호에서는 구상화를 촉진시킬 수 있는 냉간압조용 선재방법을 기술하고 있다. 또한 한국등록특허 제10-1446136호는 미세조직 제어에 의해 중탄소강의 냉간단조성을 확보하기 위해 실시되는 열처리인 완전 어닐링 또는 구상화 어닐링 시간을 단축하기 위한 기술을 제안하고 있다. 상기 한국특허에서는 미세한 페라이트+펄라이트 또는 표면부의 저온변태조직을 제어하여 열처리 시간을 단축하고 있는데, 이는 비교적 변형이 적은 냉간단조성에 적용되는 한계가 있다.
본 발명은 냉간단조에 의해 제조되는 강재의 냉간단조성을 확보하기 위한 경도저하 목적으로 실시되고 있는 구상화 어닐링 시간을 단축할 수 있는 냉간단조용 강의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 또 다른 목적은 제어압연·제어냉각 기술을 적용하여 미세조직 제어하여 냉간단조성을 확보를 위한 구상화 어닐링 시간 단축이 가능한 냉간단조용 강의 제조방법을 제공한다.
상기한 과제는, C : 0.17 ~ 0.23 중량%, Si : 0.10 ~ 0.35 중량%, Mn : 0.55 ~ 0.95 중량%, P : 0.020 중량%이하(0 미포함), S : 0.010 ~ 0.030 중량%, Ni : 0.25 중량%이하(0 미포함), Cr : 0.85 ~ 1.45 중량%, Mo : 0.02 ~ 0.65 중량%, Al : 0.010 ~ 0.030 중량%, Nb : 0.015 ~ 0.035 중량%, B : 0.0010 ~ 0.0030 중량%, N : 0.0150 중량% 이하(0 미포함)를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 950 ~ 1140℃의 온도에서 총 재로시간 80분 이상 유지하며, 바람직하게는 균열온도 영역에서 30 ~ 60분간, 총 재로시간 80분 내지 120분간 균열유지하고 압연하는 단계; 수냉 설비를 이용하여 마무리 압연온도를 1,000℃이하로 낮추어 압연하는 단계; 및 상기 압연된 강재를 수냉 설비를 이용하여 600℃ ~ 700℃로 냉각하는 단계를 포함하는 냉간단조용 강의 제조방법에 의해 달성된다.
상기 제어압연에 의해 결정립 미세화가 이루어지고, 상기 제어냉각에 의해 강의 조직을 저온변태조직인 즉 마르텐사이트 또는 베이나이트로 제어하여 구상화 어닐링 시간을 단축시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 강은 최종 압연 후 수냉설비를 이용하여, 표면은 마르텐사이트, 내부는 마르텐사이트 또는 베이나이트의 저온변태조직을 형성시킨 뒤, 내부의 잠열에 의해 500 ~ 700℃로 복원되고 자기 템퍼링(Self Tempering) 되어 템퍼드 마르텐 사이트 조직이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 압연 및 냉각 단계 후 강재의 표면은 마르텐사이트, 내부는 마르텐사이트 또는 베이나이트를 형성하여, 구상화 어닐링 시간 단축이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 제어압연 및 제어냉각을 통하여 표면은 마르텐사이트를 형성하고, 내부는 일반 압연과 대비하여 미세한 베이나이트 조직으로 형성하여, 확산경로인 결정입계 면적분율을 높이고 구상화 핵생성 사이트가 되는 잔류시멘타이트수를 많게 하여 구상화 어닐링 시간의 단축을 가능하게 하였다. 이로 인해 생산성 향상 및 제조원가 절감뿐만 아니라 열처리 시 발생되는 환경 오염을 억제할 수 있다.
또한 본 발명의 방법은 제어압연 및 제어냉각을 적용함으로써 우수한 냉간단조성을 가지는 강재를 제공할 수 있고, 이에 따라 냉간단조 전 장시간의 열처리가 아니라 짧은 시간 열처리만으로도 우수한 냉간단조성을 달성할 수 있다.
도 1은 강의 미세조직에 따른 구상화 원리를 나타낸 개략도이다.
도 2는 ?칭 및 자기템퍼링 공정에 따른 조직 변화를 나타낸 모식도이다.
도 3은 실시예 1, 비교예 1의 압연 후의 조직 사진 및 SEM사진을 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예 2, 비교예 2 및 3에서 수행된 열처리 조건을 나타낸 도면이다.
도 5는 한계압축률을 평가하기 위한 무노치와 노치(1mm V notch) 시편의 상태를 나타낸 도면이다.
도 6는 실시예 2, 비교예 2 및 3의 한계압축률을 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 2, 비교예 2 및 3의 열처리 후의 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.
본 발명은 제어압연 및 제어냉각을 적용하여 미세조직을 제어하는 것이다. 제어압연 및 제어냉각을 통하여 표면은 마르텐사이트를, 내부는 미세한 마르텐사이트 조직을 형성시킴으로써 미세조직 제어가 가능하다. 도 1은 강의 미세조직에 따른 구상화 원리를 나타낸 개략도이다. 도 1을 참조하면, A1이상의 온도로 가열 시 펄라이트의 시멘타이트가 완전히 용융되지 않고 잔류하게 되며, 서냉 시 잔류된 시멘타이트가 핵생성 자리로 작용하여 성장하게 된다. 이때 펄라이트의 경우는 층상 시멘타이트로 내부의 시멘타이트가 완전히 녹지 않을 경우 층상 시멘타이트가 잔존한다. 내부의 시멘타이트가 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 빠르고 균질하여 높은 등급의 구상화를 얻을 수 있다.
또한, 결정립을 미세화시키면 변형시 변형방향으로 미끄러짐(Slip)을 원활하게 되어 일반압연재의 장시간 구상화 어닐링 열처리재와 동등 수준의 경도를 가지면서 동등 이상의 냉간단조성을 확보할 수 있다.
본 발명은 미세조직 제어형 냉간단조용강은 C : 0.17 ~ 0.23 중량%, Si : 0.10 ~ 0.35 중량%, Mn : 0.55 ~ 0.95 중량%, P : 0.020 중량%이하(0 미포함), S : 0.010 ~ 0.030 중량%, Ni : 0.25 중량%이하(0 미포함), Cr : 0.85 ~ 1.45 중량%, Mo : 0.02 ~ 0.65 중량%, Al : 0.010 ~ 0.030 중량%, Nb : 0.015 ~ 0.035 중량%, B : 0.0010 ~ 0.0030 중량%, N : 0.0150 중량% 이하(0 미포함)를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 950 ~ 1140℃의 온도에서 총 재로시간 80분 이상 유지하며, 바람직하게는 균열온도 영역에서 30 ~ 60분간, 총 재로시간 80분 내지 120분간 균열유지하고 압연하는 단계; 및 수냉 설비를 이용하여 마무리 압연온도를 1000℃이하, 바람직하게는 850 ~ 950℃로 낮추어 압연하는 단계; 및 상기 압연된 강재를 600 ~ 700℃의 온도로 냉각하는 단계를 포함한다.
이하 본 발명의 합금성분 첨가 및 성분범위 한정 이유를 설명한다.
C : 0.17 ~ 0.23 중량%
C는 강의 미세조직 및 기계적 성질에 큰 영향을 미치므로, 첨가량이 0.17 중량% 미만에서는 최종 제품의 강도가 부족하고, 과다하게 되면 오히려 최종 제품의 인성 악화를 초래한다. 또한, 본 발명의 강재는 냉간단조 후 침탄열처리를 실시하기 때문에, C 함유량을 0.17 ~ 0.23 중량%로 하였다.
Si : 0.10 ~ 0.35 중량%
Si는 제강시 유효한 탈산제로 사용되며, 강의 탄소 활동도를 증가시키는 원소이나 페라이트 강화 원소로 함유량이 높을 경우 소재 페라이트 조직이 강화되어 냉간 단조성이 떨어지기 때문에 바람직하지 않으므로 상한을 0.35중량%로 한정하며 함량이 낮을 경우에 탄소 활동도 낮아지며 제품에서 원하는 강도를 얻기 어렵기 때문에 하한을 0.10 중량%로 한정한다.
Mn : 0.55 ~ 0.95 중량%
Mn은 강의 충격인성의 저하 없이도 강의 강도를 높인다. 첨가량이 0.55 중량% 미만으로 적으면 이러한 효과가 뚜렷하지 않고, 첨가량이 0.95 중량%보다 많으면 강도가 제품 규격 범위 이상으로 증가하므로, 0.55 ~ 0.95 중량%로 한정한다.
P : 0.020 중량% 이하 (0 미포함)
P는 입계에 편석되어 강의 인성을 떨어뜨리므로, 그 함량을 0.020 중량%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
S : 0.010 ~ 0.030 중량%
S는 강 중에서 Mn과 결합하여 MnS를 형성한다. MnS를 형성하여 피삭성을 향상시킴으로 최소한 0.010 중량% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 첨가량이 0.030 중량%보다 많아지면 압연, 단조 등 열간 가공시 거대 개재물에 의한 표면 결함 발생 및 경로가 되므로 첨가량을 0.010 중량% ~ 0.030 중량%로 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 : 0.85 ~ 1.45 중량%
Cr은 시멘타이트 안정화 원소 및 소입성을 증대시키고 강도를 향상시키는 원소로, 강의 강도 향상을 목적으로 첨가량을 0.85 ~ 1.45 중량%로 한정한다.
Mo : 0.02 ~ 0.65 중량%
Mo는 경화성, 강도를 향상시키는 원소이나, 0.65 중량%를 초과하여 첨가하면 강도의 상승이 적고, 고가의 원소이므로 그 상한을 0.65 중량%로 하였다.
Al : 0.010 ~ 0.030 중량%
Al은 강력한 탈산제로서 작용하는 것과 동시에 N와 결합하여 결정립을 미세화시키나, 0.010 중량% 보다 적게 첨가하게 되면 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 ~ 0.030 중량%로 한정한다.
B : 0.0010 ~ 0.0030 중량%
미량의 B 첨가로 소입성 현저하게 향상시키나, 양이 지나치면 석출하여 효과가 없으므로, 함량을 0.0010 ~ 0.0030 중량%로 한정하였다.
Nb : 0.015 ~ 0.035 중량%
오스테나이트 입도를 미세화하여, 강도를 향상시키는 원소로, 결정립 조대화 온도를 상승시키는 목적으로 0.015 ~ 0.035 중량%로 한정하였다.
N : 0.0150 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 0.0150 중량% 이하로 제한한다.
이하 본 발명의 냉간단조용 강의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 냉간단조용 강의 제조방법은, 950 ~ 1140℃의 온도에서 총 재로시간 80분 이상 유지하며, 바람직하게는 균열온도 영역에서 30 ~ 60분간, 총 재로시간 80분 내지 120분간 균열유지하고 압연하는 단계; 수냉 설비를 이용하여 마무리압연온도를 1000℃ 이하, 바람직하게는 850 ~ 950℃로 낮추어 압연하는 단계; 및 상기 압연된 강재를 600 ~ 700℃의 온도로 냉각하는 단계를 포함한다.
균열유지 및 압연 단계
균열유지 및 압연 단계에서는, 상기 조성을 갖는 강재를 950 ~ 1140℃의 온도로 균열유지한 후, 압연을 실시한다. 상기의 균열온도영역은 장입된 강재가 목표 가열온도에 도달 후 유지되는 시간을 말한다. 균열 유지 온도가 950℃보다 낮을 경우, 소재의 경도 및 결정립 등의 성질은 좋아질 수 있으나 소재의 표면 품질이 떨어지게 되며, 1140℃보다 높을 경우, 표면 품질은 좋아질 수 있으나 요구하는 경도나 결정립을 만족할 수 없을 수 있으며 소재 휨이 발생하는 문제가 있다. 따라서 균열 유지 온도는 950 ~ 1140℃의 범위인 것이 바람직하다. 균열 유지 단계는 총 재로시간 80분 이상 유지하며, 바람직하게는 균열온도 영역에서 30 ~ 60분간, 총 재로시간 80분 내지 120분간 실시하는 것이 바람직하다.
마무리 압연 단계
마무리 압연 단계에서는, 상기 압연된 강재를 수냉 설비를 이용하여 마무리 압연온도를 1000℃이하로, 바람직하게는 850 ~ 950℃에서 제어하면서 압연할 수 있다. 이때 RSB 밀(Reducing Sizing Block Mill)을 이용하여 압연된 강재를 필요 규격으로 최종 압연하게 된다. 상기 마무리 압연온도는 1000℃ 이하, 바람직하게는 850 ~ 950℃에서 오스테나이트 입자가 미세화되면서 핵생성 사이트가 증가하게 되며, 이에 따라 미세한 조직을 얻을 수 있다.
냉각단계
냉각단계에서는, 압연 후 상온에서 1000℃ 이하, 바람직하게는 850 ~ 950℃의 온도를 갖는 강재를 600 ~ 700℃의 온도로 냉각시킨다. 압연된 강재가 850 ~ 950℃의 온도에서 600 ~700℃로 급속 냉각되면, 강재의 표면층에서 마르텐사이트 조직이 형성되고, 내부에는 미세한 베이나이트 조직이 형성되어 냉간단조 전 실시되는 열처리시간 단축을 시킬 수 있는 조직이 형성된다. 이때 냉각속도는 50℃/s 이상으로, 바람직하게는 250 ~ 350℃/sec인 것이 바람직하다. 냉각속도가 50℃/s 미만인 경우에는 목표로 하는 저온변태조직(마르텐사이트)를 얻을 수 없고, 미세한 펄라이트 조직으로 변태되기 때문이다. 또한, 강재가 600℃보다 낮은 온도로 떨어질 경우, 냉각으로 발생되는 응력으로 인하여 강재에서 휨이나 ?칭 크랙이 발생될 수 있다. 따라서 자기 템퍼링(Self Tempering)효과가 일어날 수 있는 600 ~ 700℃의 온도로 냉각시키는 것이 바람직하다.
상기 냉각단계는 도 2에 나타낸 바와 같이, 바람직하게는 수냉에 의한 것이다. 마무리 압연 온도를 제어하기 위한 수냉보다, 더 높은 압력과 수량을 이용한 수냉을 통해 냉각시간을 상대적으로 짧게 하여 경화층을 조절할 수 있다.
압연된 강재가 수냉대에서 수냉 공정을 거친 후, 마르텐사이트 변태온도 이하에서 냉각을 중지하면 내부의 잠열에 의해 표면 온도가 500 ~ 700℃로 복원된다. 따라서, 표면부의 마르텐사이트 조직은 내부의 잠열에 의해 자기 템퍼링(Self Tempering)되어 템퍼드 마르텐사이트 조직이 된다. 이때, 강재 내외부의 열적구배에 의해 압연재의 중심부에서 표면부로 열이동이 일어나고 강재의 중심부는 냉각이 진행됨에 따라 오스테나이트 조직에서 베이나이트 조직으로 변태된다.
이하에서는 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하지만, 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
하기 표 1은 본 실시예에 사용된 발명강의 조성을 나타내며, 잔부는 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진다.
(단위 : 중량%)
구분 C Si Mn P S Cu Ni Cr Mo Al Nb N
발명강 0.18 0.10 0.70 0.013 0.006 0.09 0.06 1.30 0.59 0.020 0.020 0.0117
실시예 1
상기 발명강을 1120℃의 온도로 110분 간 균열 유지 후 압연을 하였고, 마무리 압연온도를 1000℃ 이하에서 실시하였으며, 압연된 강재를 압연라인 최종 부분에서 300℃/s의 냉각속도로 940℃의 온도에서 645℃의 온도까지 냉각을 실시하였다.
비교예 1
상기 발명강을 1120℃의 온도로 110분간 균열 유지 후 압연을 하였고 냉각은 별도로 실시하지 않았다.
실시예 1 및 비교예 1의 표면경화층 깊이와 표면부 내부 조직의 결정립 크기를 측정하여 표 2에 나타내었다.
표면경화층 깊이 표면 내부
실시예 1 2.0 5 이하 15
비교예 1 - 25 25
도 3는 실시예 1 및 비교예 1의 압연 후의 조직 사진 및 SEM 사진을 나타낸 도면이다. 도 3에서, (a)는 비교예 1의 표면조직, (b)는 비교예 1의 표면 SEM사진, (c)는 비교예 1의 내부조직, (d)는 비교예 1의 내부 SEM사진, (e)는 실시예 1의 표면조직, (f)는 실시예 1의 표면 SEM사진, (g)는 실시예 1의 내부조직, (h)는 실시예 1의 내부 SEM사진을 나타낸다. 도 3을 보면, 실시예 1에서 강재의 표면은 제어냉각으로 인하여 템퍼드 마르텐사이트 조직을 얻었으며, 강재의 내부에서는 비교예 1과 대비하여 미세한 베이나이트 조직을 나타내는 것을 관찰할 수 있다. 이렇게 표면에서는 템퍼드 마르텐사이트를 내부에서는 미세 베이나이트 조직이 형성됨으로써, 시멘타이트가 구상화되기 위한 분절, 확산 및 성장시간을 단축시킬 수 있고, 그에 따라 열처리 시간 단축 및 단순한 열처리로 대체할 수 있다.
실시예 1 및 비교예 1의 압연된 강재에 열처리를 수행하였고, 열처리 조건, 열처리 후의 인장시험 및 압축 시험 결과를 표 3에 나타내었다.
열처리 조건 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 단면감소율
(%)		 경도
(HRB)
실시예 2 LA #1 378 523 35 71 80.9
비교예 2 SA #1 363 520 35 74 80.5
비교예 3 LA #1 427 597 30 61 89.6
상기 표 3은 열처리 후의 인장 시험 및 경도 결과를 나타낸다. 도 4는 실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2에 수행된 열처리 조건을 나타낸 도면이다.
- LA #1 : 강재를 770±5℃에서 2시간동안 유지 후, 19℃/Hr의 냉각속도로 8시간 동안 620±5℃까지 냉각을 수행하고, 620±5℃에서 1시간동안 유지 후 상온까지 공냉을 수행한다.
- SA #1 : 강재를 760±5℃에서 10 시간 동안 유지 후, 16℃/Hr의 냉각속도로 10시간 동안 600±5℃까지 냉각을 수행하고, 600±5℃에서 1시간동안 유지 후 상온까지 공냉을 수행한다.
실시예 2 : 실시예 1의 강재를 LA #1 열처리를 수행하였다.
비교예 2 : 비교예 1의 강재를 SA #1 열처리를 수행하였다.
비교예 3 : 비교예 1의 강재를 LA #1 열처리를 수행하였다.
도 5는 한계압축률을 평가하기 위한 무노치와 노치(1mm V notch) 시편의 상태를 나타낸 도면이다. 도 6는 실시예 2 및 비교예 2와 3의 한계압축률을 나타낸 그래프이다. 실시예 2 및 비교예 2와 3의 시편을 두고 위에서 하중을 주어 시편에서 크랙이 발생되는 순간을 측정하여 한계압축률을 평가하였다.
상기 표 3을 보면, 실시예 2와 비교예 2는 35%의 연신율과 71~74%의 단면감소율을 나타내는 반면, 비교예 4는 30%의 연신율과 61%의 단면감소율의 낮은 값을 보이는 것을 알 수 있다. 따라서, 연신율과 단면감소율이 높을수록 냉간 단조 시에 결함이 발생할 가능성이 적어지므로, 실시예 2와 비교예 2, 3을 각각 비교한 도 5를 보면, 동일한 열처리를 한 경우 실시예의 한계압축률이 더 높게 나타나며, 장시간 열처리를 한 비교예 2와 단시간 열처리를 한 실시예 2의 한계압축률이 유사하게 나타났다. 따라서 실시예 2는 단시간 열처리를 수행하여도, 비교예 2와 비교하여 동등수준의 한계압축률을 갖는다.
도 7은 실시예 2와 비교예 2, 3의 열처리 후의 내부 조직을 나타낸 도면이다. 도 6에서, (a)는 실시예 2의 조직, (b)는 비교예 2의 조직, (c)는 비교예 3의 조직을 나타낸다.
도 7을 보면, 단시간의 구상화열처리를 실시한 실시예 2와 장시간의 구상화 열처리를 실시한 비교예 2의 구상화율의 관찰한 결과, 유사한 분율이 관찰되었고, 실시예 2에서 단시간의 구상화 열처리를 실시한 비교예 3보다 높은 구상화율이 관찰되었다.
실시예 2는 비교예 3과 비교하여 동일 열처리에서 연신율 및 한계압축률이 높게 관찰되었고, 기존 장시간 열처리를 실시한 비교예 2는 동등 수준의 구상화율 및 한계압축률이 관찰되었다. 따라서 냉간 단조 전 이루어지는 구상화열처리 시간 단축에 대해 발명의 목적을 달성하는 것을 알 수 있다.

Claims (4)

  1. 냉간단조용 강의 제조방법으로서,
    C : 0.17 ~ 0.23 중량%, Si : 0.10 ~ 0.35 중량%, Mn : 0.55 ~ 0.95 중량%, P : 0.020 중량%이하(0 미포함), S : 0.010 ~ 0.030 중량%, Ni : 0.25 중량%이하(0 미포함), Cr : 0.85 ~ 1.45 중량%, Mo : 0.02 ~ 0.65 중량%, Al : 0.010 ~ 0.030 중량%, Nb : 0.015 ~ 0.035 중량%, B : 0.0010 ~ 0.0030 중량%, N : 0.0150 중량% 이하(0 미포함)를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 950 ~ 1140℃의 온도에서 총 재로시간 80분 내지 120분간 균열유지하고 압연하는 단계;
    수냉 설비를 이용하여 압연온도를 1,000℃이하로 낮추어 마무리 압연하는 단계; 및
    상기 압연된 강재를 600℃ ~ 700℃로 냉각하는 단계를 포함하고,
    상기 마무리 압연 후 냉각 단계를 거친 강재의 표면은 마르텐사이트, 강재의 내부는 마르텐사이트 또는 베이나이트를 형성하여, 구상화 어닐링 시간을 단축시키는 것을 특징으로 하는 냉간단조용 강의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 균열유지 단계는 강재가 목표 가열온도에 도달한 후 유지되는 균열온도 영역에서 30 ~ 60분간 유지되는 것을 특징으로 하는 냉간단조용 강의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마무리 압연 후 냉각단계는 수냉 설비를 이용하여 250 ~ 350 ℃/sec의 냉각속도로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 냉간단조용 강의 제조방법.
  4. 삭제
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