KR101676110B1 - Wire rod having high strength and impact toughness, and method for manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

강도와 충격 인성이 우수한 선재 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명은, 중량%로, 탄소(C):0.05~0.15%, 실리콘(Si):0.1%이하, 망간(Mn):3.0~4.0%, 몰리브덴(Mo):0.1~0.6%, 인 (P):0.020%이하, 황(S):0.020%이하, 붕소(B):0.0010~0.0030%, 타이타늄(Ti): 0.010-0.030%, 질소(N):0.0050%이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 조성되고, 그 미세조직이 90 면적% 이상의 베이나이트와 잔부 도상 마르텐사이트(MA)로 이루어진 인장 강도와 충격 인성이 우수한 선재에 관한 것이다.
A wire rod excellent in strength and impact toughness and a manufacturing method thereof are provided.
The present invention relates to a steel sheet comprising, by weight, 0.05 to 0.15% of carbon (C), 0.1% or less of silicon (Si), 3.0 to 4.0% of manganese (Mn), 0.1 to 0.6% of molybdenum (Mo) ): Not more than 0.020%, sulfur (S): not more than 0.020%, boron (B): 0.0010 to 0.0030%, titanium (Ti): 0.010-0.030%, nitrogen (N) And the microstructure is composed of bainite of 90% or more by area and residual martensite (MA), and is excellent in tensile strength and impact toughness.

Description

강도와 충격 인성이 우수한 선재 및 그 제조방법 {WIRE ROD HAVING HIGH STRENGTH AND IMPACT TOUGHNESS, AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wire rod having excellent strength and impact resistance,

본 발명은 강도와 충격 인성이 우수한 선재의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다양한 외부 부하 환경에 노출되는 산업기계 또는 자동차 등의 기계 부품에 사용될 수 있는 강재로서 특히, 강도가 높고 충격 에너지 흡수 능력이 뛰어난 선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a steel material which can be used for industrial machines or machine parts such as automobiles, which are exposed to various external load environments, The present invention relates to a wire having excellent capability and a manufacturing method thereof.

최근 환경오염의 주범으로 지목되고 있는 이산화탄소의 배출을 줄이기 위한 노력이 전 세계적인 이슈가 되고 있다. 그 일환으로 자동차의 배기가스를 규제하는 움직임도 활발하며, 이에 대한 대책으로 자동차 메이커들은 연비 향상을 통해 이 문제를 해결해 나가려고 하고 있다. 그런데 연비 향상을 위해서는 자동차의 경량화 및 고성능화가 요구되므로, 이에 따른 자동차용 소재 또는 부품의 고강도 필요성이 증대되고 있다. 또한 외부 충격에 대한 안정성의 요구도 높아지고 있으므로 충격인성도 소재 또는 부품의 중요한 물성으로 인식되고 있다.
Recently, efforts to reduce the emission of carbon dioxide, which is regarded as the main cause of environmental pollution, have become global issues. As a part of this, there is also an act of regulating exhaust gas of automobiles, and as a countermeasure, automakers are trying to solve this problem by improving fuel efficiency. However, in order to improve fuel efficiency, the weight and high performance of automobiles are required, and hence the necessity of high strength of automobile materials or parts is increasing. In addition, since the stability against external impact is also increasing, impact toughness is also recognized as an important physical property of the material or parts.

선재에 있어서 페라이트 또는 펄라이트 조직으로는 고강도와 고 충격 인성을 확보하는데에는 한계가 있다. 이들 조직을 갖는 소재는 통상 충격 인성은 높은 반면 강도는 상대적으로 낮은 특징이 있으며, 강도를 높이기 위해 냉간 신선을 행하게 되면 고강도를 얻을 수 있는 반면, 충격 인성은 강도 상승에 비례해 급격하게 떨어지는 단점이 있다. There is a limitation in securing a high strength and high impact toughness in a ferrite or pearlite structure in a wire rod. The materials having these structures usually have a high impact toughness and a relatively low strength. In order to increase the strength, cold drawing can obtain high strength, while the impact toughness decreases rapidly in proportion to the increase in strength have.

그러므로 일반적으로 고강도와 고 충격 인성을 동시에 구현하기 위해서는 베이나이트 조직이나 템퍼드 마르텐사이트 조직을 이용하게 된다. 베이나이트 조직은 열간 압연한 강재를 사용하여 항온변태 열처리를 통해 얻을 수 있고, 템퍼드 마르텐사이트 조직은 담금질 및 뜨임 열처리를 통해 얻을 수 있다. 그러나, 통상의 열간압연 및 연속냉각 공정만으로 이러한 조직들을 안정적으로 얻을 수 없기 때문에 열간압연된 강재를 사용하여 상기와 같은 추가적인 열처리 공정을 거쳐야만 한다.
Therefore, in order to realize high strength and high impact toughness at the same time, bainite structure or tempered martensite structure is used. The bainite structure can be obtained by the heat-induced transformation heat treatment using hot-rolled steel, and the tempered martensite structure can be obtained by quenching and tempering. However, since such structures can not be stably obtained only by the ordinary hot rolling and continuous cooling processes, the above-mentioned additional heat treatment process must be performed using the hot-rolled steel material.

추가적인 열처리를 하지 않고도 고강도 및 고 충 격인성을 확보할 수 있다면 소재에서부터 부품 생산에 이르기까지 수많은 공정의 일부가 생략되거나 단순해질 수 있어 생산성을 향상시키고, 제조원가를 낮출 수 있는 장점들도 있다. If a high strength and high impact strength can be secured without additional heat treatment, a number of processes from the material to the part production can be omitted or simplified, thereby improving the productivity and lowering the manufacturing cost.

그런데 열간압연 및 연속냉각 공정을 이용하여 베이나이트 또는 마르텐사이트 조직을 안정적으로 얻을 수 있는 선재는 아직 개발되지 못하고 있으므로, 이러한 선재 개발에 대한 요구가 대두 되고 있다.
However, since wire rods capable of stably obtaining bainite or martensite structure by using hot rolling and continuous cooling processes have not yet been developed, there is a demand for development of such wire rods.

등록특허공보 제10-0740414호(2007.07.16.)Patent Registration No. 10-0740414 (July 16, 2007) 공개특허공보 제10-2002-0078830호(2002.10.19.)Published Patent Application No. 10-2002-0078830 (Oct. 19, 2002)

따라서 본 발명은 상기 종래기술의 한계를 극복하기 위한 것으로, 항온변태나 담금질 및 뜨임과 같은 추가 열처리 공정이 없이 열간압연 및 연속냉각 공정만으로 고강도와 고 충격 인성을 가질 수 있는 선재 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to overcome the limitations of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a wire rod which can have high strength and high impact toughness only by a hot rolling process and a continuous cooling process without additional heat treatment such as constant temperature transformation, quenching and tempering, The purpose is to provide.

그러나 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

중량%로, 탄소(C):0.05~0.15%, 실리콘(Si):0.1%이하, 망간(Mn):3.0~4.0%, 몰리브덴(Mo):0.1~0.6%, 인(P):0.020%이하, 황(S):0.020%이하, 붕소(B):0.0010~ 0.0030%, 타이타늄(Ti): 0.010~0.030%, 질소(N):0.0050%이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 조성되고, 그 미세조직이 90 면적% 이상의 베이나이트와 잔부 도상 마르텐사이트(MA)로 이루어진 인장 강도와 충격 인성이 우수한 선재에 관한 것이다.
(P): 0.05 to 0.15%, silicon (Si): 0.1% or less, manganese (Mn): 3.0 to 4.0%, molybdenum (Mo) (B): 0.0010 to 0.0030%, titanium (Ti): 0.010 to 0.030%, nitrogen (N): 0.0050% or less, the balance Fe and unavoidable impurities , And a wire rod excellent in tensile strength and impact toughness composed of bainite and residual martensite (MA) having a microstructure of 90% by area or more.

상기 망간(Mn), 타이타늄(Ti), 보론(B) 및 질소(N)의 함량은 하기 관계식 1을 만족하는 것이 바람직하다. It is preferable that the contents of manganese (Mn), titanium (Ti), boron (B) and nitrogen (N) satisfy the following relational expression (1).

[관계식 1][Relation 1]

Mn+5(Ti-3.5N)/B ≥ 5.0Mn + 5 (Ti-3.5N) / B? 5.0

단, 상기 관계식 1중 망간 (Mn)과 타이타늄 (Ti)과 보론 (B)과 질소 (N)는 각각 해당원소의 중량기준 함량을 의미한다.
However, manganese (Mn), titanium (Ti), boron (B) and nitrogen (N) in the above relational expression 1 means the content by weight of the corresponding element, respectively.

상기 도상 마르텐사이트(MA)의 결정립도가 5㎛ 이하인 것이 바람직하다.
It is preferable that the grain size of the amorphous martensite (MA) is 5 占 퐉 or less.

상기 선재는 인장강도가 700~800MPa이고, 충격치가 150J이상일 수 있다.
The wire rod may have a tensile strength of 700 to 800 MPa and an impact value of 150 J or more.

또한 본 발명은, Further, according to the present invention,

중량%로, 탄소(C):0.05~0.15%, 실리콘(Si):0.1%이하, 망간(Mn):3.0~4.0%, 몰리브덴(Mo):0.1~0.6%, 인(P):0.020%이하, 황(S): 0.020%이하, 붕소(B):0.0010~ 0.0030%, 타이타늄(Ti): 0.010~0.030%, 질소(N):0.0050%이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 마련한 후, 이를 재가열하는 공정;(P): 0.05 to 0.15%, silicon (Si): 0.1% or less, manganese (Mn): 3.0 to 4.0%, molybdenum (Mo) By mass or less, a steel containing 0.020% or less of sulfur (S), 0.0010 to 0.0030% of boron (B), 0.010 to 0.030% of titanium (Ti), 0.0050% or less of nitrogen (N) And then reheating the same;

상기 재가열된 강재를 마무리 열간 압연한 후, Bf ~ Bf - 50℃의 온도범위까지 2℃/s 이하의 냉각속도로 냉각하는 공정; 및 Subjecting the reheated steel material to a final hot rolling and then cooling the material to a temperature range of Bf to Bf - 50 占 폚 at a cooling rate of 2 占 폚 / s or less; And

상기 냉각된 강재를 공냉하는 공정;을 포함하는 인장 강도와 충격 인성이 우수한 선재의 제조방법에 관한 것이다.
And air cooling the cooled steel material. The present invention also relates to a method of manufacturing a wire rod excellent in tensile strength and impact toughness.

상기 선재의 미세조직은 90 면적% 이상의 베이나이트와 잔부 도상 마르텐사이트(MA)로 이루어짐이 바람직하다.
It is preferable that the microstructure of the wire rod is composed of 90% by area or more of bainite and residual martensite (MA).

상기 망간(Mn), 타이타늄(Ti), 보론(B) 및 질소(N)의 함량은 상기 관계식 1을 만족하는 것이 바람직하다.
It is preferable that the content of manganese (Mn), titanium (Ti), boron (B) and nitrogen (N)

상술한 구성에 따른 본 발명은, 열간압연 및 연속냉각 공정만을 이용하여 산업기계 및 자동차용 소재 또는 부품에서 요구되는 강도 및 충격 인성이 우수한 선재를 제공할 수 있다. 그러므로, 종래의 추가적인 열처리 공정을 생략할 수 있어 전체 제조비용을 절감하는데 매우 유리하다.
The present invention according to the above-described structure can provide a wire rod excellent in strength and impact toughness required in industrial machinery and automobile materials or parts using only the hot rolling and the continuous cooling process. Therefore, the conventional additional heat treatment process can be omitted, which is very advantageous in reducing the overall manufacturing cost.

이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to various embodiments.

먼저, 고강도 및 고 충격 인성을 갖는 본 발명의 선재를 설명한다.First, the wire of the present invention having high strength and high impact toughness will be described.

본 발명의 선재는, 중량%로 탄소(C):0.05~0.15%, 실리콘(Si):0.1%이하, 망간(Mn):3.0~4.0%, 몰리브덴(Mo):0.1~0.6%, 인(P):0.020%이하, 황(S): 0.020%이하, 붕소(B):0.0010~0.0030%, 타이타늄(Ti):0.010~0.030%, 질소(N):0.0050%이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다.
The wire material of the present invention is characterized by containing 0.05 to 0.15% of carbon (C), 0.1% or less of silicon (Si), 3.0 to 4.0% of manganese (Mn), 0.1 to 0.6% of molybdenum (Mo) P): 0.020% or less, sulfur (S): 0.020% or less, boron (B): 0.0010 to 0.0030%, titanium (Ti): 0.010 to 0.030%, nitrogen (N) .

이하 본 발명의 선재강의 성분 및 조성범위 한정이유를 상세히 설명한다.Hereinafter, the reasons for limiting the composition and composition range of the wire rod steel of the present invention will be described in detail.

탄소(C): 0.05~0.15%Carbon (C): 0.05 to 0.15%

탄소는 강도를 확보하기 위한 필수적인 원소로서, 강 중에 고용되거나 탄화물 또는 세멘타이트 형태로 존재한다. 강도의 증가를 위해 가장 손쉽게 할 수 있는 방법이 탄소 함량을 증가시켜 탄화물이나 세멘타이트를 형성시키는 일이지만, 반대로 연성과 충격 인성은 감소하기 때문에 일정한 범위 내로 탄소의 첨가량을 제한할 필요가 있다. 본 발명에서는 탄소(C)함량을 0.05~0.15% 범위로 제한함이 바람직한데, 이는 탄소 함량이 0.05% 미만이면 목표 강도를 얻기 힘들고, 0.15%를 초과하면 충격 인성이 급격히 감소할 수 있기 때문이다.
Carbon is an indispensable element for securing strength, which is either dissolved in steel or in the form of carbides or cementites. The easiest way to increase the strength is to increase the carbon content to form carbide or cementite. On the contrary, the ductility and impact toughness decrease, so it is necessary to limit the addition amount of carbon within a certain range. In the present invention, it is preferable to limit the content of carbon (C) in the range of 0.05 to 0.15% because if the carbon content is less than 0.05%, it is difficult to obtain the target strength, and if the carbon content exceeds 0.15%, impact toughness can be drastically reduced .

실리콘(Si): 0.1% 이하Silicon (Si): not more than 0.1%

실리콘은 첨가시 페라이트에 고용되어 강재의 고용 강화를 통한 강도 증가에 매우 효과가 큰 원소로 알려져 있다. 그러나, 실리콘 첨가에 의해 강도는 크게 증가하지만 연성과 충격 인성은 급격히 감소하기 때문에 충분한 연성을 필요로 하는 냉간 단조 부품의 경우 실리콘 첨가를 매우 제한하고 있다. 본 발명에서는 실리콘의 함량을 0.1%이하로 제한함이 바람직한데, 이는 실리콘 함량이 0.1%를 초과하면 목표 충격 인성의 확보가 어려울 수 있기 때문이다.
It is known that silicon is added to ferrite when added and is very effective in increasing the strength through solid solution strengthening of steel. However, the addition of silicon greatly increases the strength, but the ductility and impact toughness decrease sharply, so that the addition of silicon is very limited for cold forging parts that require sufficient ductility. In the present invention, it is preferable to limit the content of silicon to 0.1% or less, because if the silicon content exceeds 0.1%, securing the target impact toughness may be difficult.

망간(Mn): 3.0~4.0%Manganese (Mn): 3.0 to 4.0%

망간은 강재의 강도를 증가시키고, 경화능을 향상시켜 넓은 범위의 냉각속도에서 베이나이트 또는 마르텐사이트와 같은 저온조직의 형성을 용이하게 한다. 그러나 망간 함량이 3.0% 미만이면 경화능이 충분하지 못해 열간압연 후 연속냉각 공정으로 저온조직을 안정적으로 확보하기 곤란해 진다. 또한 4.0%를 초과하면 경화능이 너무 높아 공냉시에도 마르텐사이트 조직을 얻을 수 있기 때문에 적합하지 못하다. 이를 고려하여, 본 발명에서는 망간의 함량을 3.0~4.0%로 제한함이 바람직하다.
Manganese increases the strength of the steel and improves the hardenability, facilitating the formation of low temperature structures such as bainite or martensite at a wide range of cooling rates. However, if the manganese content is less than 3.0%, the hardenability is not sufficient, and it becomes difficult to stably obtain the low-temperature structure by the continuous cooling process after the hot rolling. On the other hand, if it exceeds 4.0%, the curing ability is too high, which makes it impossible to obtain martensite structure even during air cooling. In consideration of this, in the present invention, the content of manganese is preferably limited to 3.0 to 4.0%.

몰리브덴(Mo):0.1~0.6%Molybdenum (Mo): 0.1 to 0.6%

몰리브덴은 경화능을 향상시켜 베이나이트나 마르텐사이트와 같은 저온 조직의 생성을 용이하게 한다. 즉 페라이트 형성을 억제하고 베이나이트 변태 온도를 낮추어 강도와 저온인성을 우수하게 한다. 또한 붕소와 함께 첨가하면 그 효과가 더욱 증가되는 경향이 있다. 그러나, 몰리브덴 함량이 0.1% 미만이면 그 효과를 기대하기 힘들고, 0.6%를 초과하면 안정한 탄화물이 생성되어 충격 인성을 저하시킬 수 있다. 따라서 이를 고려하여, 본 발명에서는 몰리브덴의 첨가범위를 0.1~0.6%로 제한함이 바람직하다.
Molybdenum improves the hardenability and facilitates the formation of low temperature structures such as bainite or martensite. That is, ferrite formation is suppressed and the bainite transformation temperature is lowered, so that strength and low-temperature toughness are excellent. The addition of boron also tends to further increase the effect. However, if the molybdenum content is less than 0.1%, the effect thereof is difficult to expect. If the molybdenum content exceeds 0.6%, a stable carbide may be generated and the impact toughness may be deteriorated. Therefore, in the present invention, it is preferable to limit the addition range of molybdenum to 0.1 to 0.6%.

인(P): 0.020% 이하Phosphorus (P): not more than 0.020%

인은 결정립계에 편석되어 인성을 저하시키고 지연파괴 저항성을 감소시키는 주요 원인이므로 그 상한을 0.020%로 제한한다.
Phosphorus is segregated at the grain boundaries and is the main cause of decreasing toughness and reducing delayed fracture resistance, so the upper limit is limited to 0.020%.

황(S): 0.020% 이하Sulfur (S): not more than 0.020%

황은 결정입계에 편석되어 인성을 저하시키고 저융점 유화물을 형성시켜 열간 압연을 저해하므로 그 상한을 0.020%로 제한하는 것이 바람직하다.
Sulfur is segregated at crystal grain boundaries to lower toughness and form a low melting point emulsion to inhibit hot rolling, so that the upper limit is preferably limited to 0.020%.

붕소(B): 0.0010~0.0030%Boron (B): 0.0010 to 0.0030%

붕소는 경화능을 향상시키는 원소로서 오스테나이트 결정립계로 확산되어 냉각시 페라이트의 생성을 억제하고, 베이나이트 또는 마르텐사이트 형성을 용이하게 한다. 그러나 그 첨가량이 0.0010% 미만이면 첨가에 따른 효과를 기대할 수 없으며, 0.0030%를 초과하면 더 이상 효과 상승을 기대할 수 없음과 아울러 입계에 보론계 질화물의 석출로 인해 입계강도를 저하시켜 열간가공성을 저하시킬 수 있다. 따라서 이를 고려하여,본 발명에서는 보론의 첨가범위를 0.0010~0.0030%로 제한함이 바람직하다.
Boron diffuses into the austenite grain boundary as an element for improving the hardenability and inhibits ferrite formation upon cooling and facilitates the formation of bainite or martensite. However, if the addition amount is less than 0.0010%, the effect of the addition can not be expected. If the addition amount exceeds 0.0030%, the effect increase can not be expected any more, and the boron nitride is precipitated in the grain boundaries, . Accordingly, in the present invention, it is preferable to limit the addition range of boron to 0.0010 to 0.0030%.

타이타늄 (Ti): 0.010~0.030%Titanium (Ti): 0.010 to 0.030%

타이타늄은 질소와의 반응성이 가장 커서 제일 먼저 질화물을 형성한다. 타이타늄 첨가로 TiN을 형성하여 강중의 질소를 대부분 소진하게 되면 BN의 석출을 막아 붕소가 soluble 상태로 존재할 수 있도록 도와 경화능 향상의 효과를 얻을 수 있다. 그러나 그 첨가량이 0.010% 미만이면 첨가에 따른 효과가 미흡하며, 0.030% 를 초과하면 조대한 질화물을 형성해 기계적 물성을 열위하게 될 수 있다. 이를 고려하여, 본 발명에서는 상기 타이타늄의 첨가량을 0.010~0.030% 범위로 제한함이 바람직하다.
Titanium has the greatest reactivity with nitrogen and forms nitrides first. When TiN is formed by adding titanium, most of the nitrogen in the steel is exhausted, boron can be prevented from being precipitated and the boron can be present in a soluble state, thereby improving the hardenability. However, when the addition amount is less than 0.010%, the effect of the addition is insufficient, and when the addition amount is more than 0.030%, a coarse nitride is formed and the mechanical properties may be degraded. In consideration of this, in the present invention, the addition amount of the titanium is preferably limited to a range of 0.010 to 0.030%.

질소 (N): 0.0050% 이하Nitrogen (N): Not more than 0.0050%

질소는 붕소가 soluble한 상태로 유지되어 경화능 향상 효과를 충분히 발휘할 수 있도록 하기 위해 그 상한을 0.0050%로 제한하는 것이 바람직하다.
It is preferable that the upper limit of nitrogen is limited to 0.0050% in order to keep the boron soluble state so that the effect of improving the hardenability can be sufficiently exhibited.

한편 본 발명에서는 상기 망간, 타이타늄, 보론 및 질소는 하기 관계식 1을 만족하도록 함유됨이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the manganese, titanium, boron and nitrogen are contained so as to satisfy the following relational expression (1).

[관계식 1][Relation 1]

Mn+5(Ti-3.5N)/B ≥ 5.0Mn + 5 (Ti-3.5N) / B? 5.0

단, 상기 관계식 1중 망간 (Mn)과 타이타늄 (Ti)과 보론 (B)과 질소 (N)는 각각 해당원소의 중량기준 함량을 의미한다.However, manganese (Mn), titanium (Ti), boron (B) and nitrogen (N) in the above relational expression 1 means the content by weight of the corresponding element, respectively.

본 발명에서 망간은 경화능을 높여서 냉각속도가 상대적으로 작은 경우에도 베이나이트가 용이하게 생성되도록 돕는다. 그리고 타이타늄은 질소와 결합하여 질화물을 형성하고, 보론이 강중에 충분히 고용되게 함으로써 페라이트 생성을 억제하고 베이나이트가 용이하게 생성되게 한다. In the present invention, manganese improves the hardenability and thus facilitates the production of bainite even when the cooling rate is relatively small. And, the titanium is combined with nitrogen to form a nitride, and the boron is sufficiently dissolved in the steel, thereby suppressing the ferrite formation and allowing the bainite to be easily produced.

본 발명자들은 상기 점에 착안하여 연구와 실험을 거듭한 결과, 상기 망간, 타이타늄, 보론 및 질소의 관계가 중량% 기준으로 Mn+5(Ti-3.5N)/B ≥ 5.0를 만족했을 때 우수한 강도와 충격인성을 가지는 베이나이트 조직의 선재를 제공할 수 있음을 확인하고 본 조성성분 관계식을 제시하는 것이다.
As a result of extensive research and experimentation, the present inventors have found that when the relationship between manganese, titanium, boron, and nitrogen satisfies Mn + 5 (Ti-3.5N) / B? And a wire material of a bainite structure having impact toughness.

또한 본 발명의 선재는 그 강 미세조직이 90 면적% 이상의 베이나이트와 잔부 도상 마르텐사이트(Martensite Austenite Constituent, MA)로 이루어져 있음이 바람직하다. 상기 잔부조직인 도상 마르텐사이트(MA)는 주상인 베이나이트 결정립계를 따라 형성되며, 그 분율이 높을 경우 강재의 강도가 높아지고, 충격 인성이 나빠질 수 때문에 가능한 그 분율을 낮게 관리하는 것이 바람직하다. In addition, the wire material of the present invention preferably has a steel microstructure composed of 90% or more of bainite and martensite Austenite Constituent (MA). The residual martensite (MA) is formed along the main bainite grain boundaries. When the fraction is high, the strength of the steel is increased and the impact toughness is deteriorated. Therefore, it is desirable to control the fraction as low as possible.

이를 고려하여, 본 발명에서는 상기 잔부 조직인 도상 마르텐사이트(MA)의 면적 분율을 10% 이하(다시 말하면, 주상인 베이나이트 조직을 90% 이상)로 관리함이 소망스럽다. 본 발명에서 이러한 잔부 조직인 도상 마르텐사이트(MA)의 면적 분율은 강재를 열간압연 후, 냉각시 냉각속도를 조절함으로써 효과적으로 달성될 수 있다. Considering this, in the present invention, it is desirable that the area fraction of the above-mentioned residual martensite (MA) is controlled to 10% or less (in other words, 90% or more of the main phase bainite structure). In the present invention, the area fraction of graphite martensite (MA), which is the residual structure, can be effectively achieved by controlling the cooling rate during cooling after hot rolling the steel material.

또한 본 발명에서는 상기 잔부 조직인 도상 마르텐사이트(MA)의 결정립도가 5㎛ 이하인 것이 바람직하다.
Also, in the present invention, it is preferable that the residual grains of amorphous martensite (MA) have a grain size of 5 탆 or less.

다음으로, 본 발명의 고강도와 고 충격 인성을 갖는 선재의 제조방법에 대하여 설명한다.Next, a method for manufacturing a wire rod having high strength and high impact toughness according to the present invention will be described.

본 발명의 선재의 제조방법은, 상술한 조성을 갖는 강을 마련한 후, 이를 재가열하는 공정; 상기 재가열된 강재를 마무리 열간압연한 후, Bf ~ Bf - 50℃의 온도범위까지 2℃/s 이하의 냉각속도로 냉각하는 공정; 및 상기 냉각된 강재를 공냉하는 공정;을 포함한다. A method of manufacturing a wire rod according to the present invention comprises the steps of: preparing a steel having the above composition and reheating the steel; Subjecting the reheated steel material to a final hot rolling and then cooling the material to a temperature range of Bf to Bf - 50 占 폚 at a cooling rate of 2 占 폚 / s or less; And air cooling the cooled steel material.

먼저, 본 발명에서는 상술한 조성성분을 갖는 강재를 마련한 후, 이를 재가열한다. 본 발명에서 채용할 수 있는 재가열온도 범위는 1000~1100℃ 범위를 이용하면 좋다.First, in the present invention, a steel material having the above-mentioned composition components is prepared and reheated. The reheating temperature range that can be employed in the present invention may be in the range of 1000 to 1100 占 폚.

이어, 본 발명에서는 상기 재가열된 강재를 열간 압연하는데, 이때 마무리 열간압연 온도를 850~950℃범위로 관리하면 좋다. In the present invention, the reheated steel material is hot-rolled, and the finish hot-rolling temperature may be controlled within a range of 850 to 950 ° C.

상기 마무리 열간압연된 강재는 냉각처리되는데, Bf ~ Bf - 50℃의 온도범위에서 냉각을 종료함이 바람직하다. 만일 냉각종료온도가 Bf를 초과하면 충분한 양의 베이나이트 조직을 얻기 어렵고, Bf-50℃ 미만이면 강재가 충분히 식어 취급은 용이하나 생산성을 떨어뜨리기 때문에 냉각종료온도는 Bf ~ Bf - 50℃의 온도범위로 제어하는 것이 바람직하다.The finished hot rolled steel is subjected to cooling treatment, and it is preferable to terminate the cooling in the temperature range of Bf to Bf - 50 ° C. If the cooling end temperature exceeds Bf, it is difficult to obtain a sufficient amount of bainite structure. If Bf is less than 50 ° C, the steel is sufficiently cooled to facilitate handling, but the productivity is lowered. It is preferable to control it in the range.

또한 본 발명에서는 상기 마무리 열간 압연 이후, 냉각종료온도까지의 구간을 2℃/s 이하의 냉각속도로 냉각함이 바람직하다. 만일 냉각속도가 2℃/s 초과하게 되면 마르텐사이트가 형성이 많아져 강도와 충격인성을 열위하게 되기 때문이다. In the present invention, it is preferable to cool the zone from the finish hot rolling to the cooling end temperature at a cooling rate of 2 캜 / s or less. If the cooling rate exceeds 2 ° C / s, the formation of martensite increases and the strength and impact toughness are weakened.

상술한 바와 같은 냉각구간에서 냉각속도 제어를 통하여 면적분율 90% 이상의 강도 및 충격인성이 우수한 베이나이트 미세조직을 얻을 수 있다. 그리고 이에 따라 제조된 선재는 그 인장강도가 700~800MPa이고, 충격치가 150J이상일 수 있다.
By controlling the cooling rate in the cooling section as described above, a bainite microstructure excellent in strength and impact toughness of 90% or more in area fraction can be obtained. The wire rod thus produced may have a tensile strength of 700 to 800 MPa and an impact value of 150 J or more.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples.

(실시예)(Example)

표 1의 조성성분을 갖는 용강을 각각 잉곳으로 주조한 후, 1250℃에서 12시간 균질화 처리를 실시하였다. 그리고 균질화처리된 강재를 두께 25mm로 열간압연한 후, 공냉하였다. Molten steel having the compositional ingredients shown in Table 1 were each cast into an ingot, and homogenized at 1250 占 폚 for 12 hours. The homogenized steel material was hot-rolled to a thickness of 25 mm and then air-cooled.

이후, 상기와 같이 각각 제조된 강재들은 900℃에서 용체화 처리한 다음, 표 2의 냉각속도로 냉각하였다. 냉각된 각각의 강재들에 대하여 잔부 조직인 도상 마르텐사이트(MA)의 분율 및 결정입도를 측정하여 표 2에 나타내었으며, 또한 인장강도와 충격치를 측정하여 표 2에 나타내었다.Then, the steel materials prepared as described above were subjected to solution treatment at 900 캜 and then cooled to the cooling rate shown in Table 2. For each of the cooled steels, the fraction of ground martensite (MA) and the grain size of the remainder were measured and shown in Table 2, and the tensile strength and impact value were measured and shown in Table 2.

표 2에서, 강재의 도상 마르텐사이트(MA)의 면적 분율과 결정립도는 화상 분석기(image analyzer)를 이용하여 측정하였다. 그리고 상온 인장시험은 crosshead speed를 항복점까지는 0.9mm/min, 그 이후로는 6mm/min의 속도로 실시하여 측정하였다. 또한 충격시험은 시편에 충격을 가하는 striker의 edge부 곡률이 2mm이고, 시험 용량이 500J 인 충격시험기를 이용하여 상온에서 실시하여 측정한 결과치이다. In Table 2, the area fraction and grain size of the on-road martensite (MA) of the steel were measured using an image analyzer. The tensile test at room temperature was carried out at a crosshead speed of 0.9 mm / min until the yield point and then at a rate of 6 mm / min. The impact test was carried out at room temperature using an impact tester with an edge curvature of 2 mm and a test capacity of 500 J of the striker impacting the specimen.

시편
No.
Psalter
No.
조성성분(중량%)                      Composition Component (% by weight) 관계식
1
Relation
One
CC SiSi MnMn PP SS MoMo TiTi BB NN 1One 0.110.11 0.060.06 3.13.1 0.0150.015 0.0140.014 0.30.3 0.0170.017 0.00210.0021 0.00430.0043 7.77.7 22 0.090.09 0.020.02 3.63.6 0.0100.010 0.0180.018 0.50.5 0.0210.021 0.00130.0013 0.00470.0047 21.121.1 33 0.070.07 0.080.08 3.43.4 0.0120.012 0.0090.009 0.20.2 0.0250.025 0.00240.0024 0.00380.0038 27.827.8 44 0.060.06 0.040.04 3.83.8 0.0090.009 0.0070.007 0.40.4 0.0180.018 0.00250.0025 0.00390.0039 12.512.5 55 0.120.12 0.070.07 3.33.3 0.0130.013 0.0130.013 0.10.1 0.0150.015 0.00180.0018 0.00440.0044 2.22.2 66 0.230.23 0.050.05 3.33.3 0.0140.014 0.0100.010 0.20.2 0.0280.028 0.00210.0021 0.00330.0033 42.542.5 77 0.120.12 0.400.40 3.23.2 0.0090.009 0.0130.013 0.40.4 0.0240.024 0.00220.0022 0.00480.0048 19.619.6 88 0.110.11 0.030.03 2.42.4 0.0110.011 0.0070.007 0.30.3 0.0170.017 0.00050.0005 0.00370.0037 42.942.9 99 0.080.08 0.020.02 3.53.5 0.0140.014 0.0110.011 0.60.6 0.0220.022 0.00250.0025 0.00400.0040 19.519.5 1010 0.090.09 0.040.04 3.33.3 0.0120.012 0.0100.010 1.01.0 0.0190.019 0.00200.0020 0.00380.0038 17.617.6 1111 0.070.07 0.050.05 3.63.6 0.0130.013 0.0080.008 0.050.05 0.0040.004 0.00230.0023 0.00360.0036 -15.1-15.1 1212 0.060.06 0.070.07 4.54.5 0.0090.009 0.0060.006 0.50.5 0.0150.015 0.00170.0017 0.00450.0045 2.32.3

*표 1에서 관계식 1은 Mn+5(Ti-3.5N)/B  * In Table 1, the relational expression 1 is Mn + 5 (Ti-3.5N) / B

구분division 시편 NoSpecimen No 냉각속도(℃/s)Cooling rate (° C / s) MA 분율(%)MA fraction (%) MA 결정입도(㎛)MA Crystal grain size (탆) 인장강도(MPa)Tensile Strength (MPa) 충격치(J)Shock value (J)

발명예



Honor

1One 0.30.3 66 3.73.7 783783 158158
22 1.51.5 88 2.82.8 790790 160160 33 1.21.2 88 3.03.0 764764 180180 44 0.70.7 77 3.53.5 779779 175175 55 0.10.1 66 3.83.8 752752 154154


비교예





Comparative Example


66 22 1414 2.62.6 845845 9797
77 1One 77 3.23.2 858858 6969 88 0.50.5 66 3.73.7 676676 170170 99 55 1313 1.51.5 835835 8282 1010 0.20.2 44 3.93.9 843843 122122 1111 0.050.05 55 3.83.8 682682 162162 1212 1.31.3 88 3.03.0 851851 7777

상기 표 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 강 조성성분이 본 발명의 범위내이고 2℃/s 이하의 냉각속도를 충족하는 본 발명예 1-5의 경우 모두 90% 이상의 베이나이트 미세조직이 얻어짐을 알 수 있으며, 이때, 기계적 물성 또한 700~800MPa의 인장강도와 150J이상의 우수한 충격 인성을 나타냄을 알 수 있다. As shown in Tables 1 and 2, in the case of Inventive Examples 1-5 in which the steel composition component is within the range of the present invention and the cooling rate of 2 DEG C / s or less is satisfied, 90% or more of bainite microstructure is obtained At this time, the mechanical properties also show a tensile strength of 700 to 800 MPa and an excellent impact toughness of 150 J or more.

특히, 상기 발명예들 중에서 발명예 1-4는 망간과 타이타늄과 보론과 질소의 관계식 1(Mn+5(Ti-3.5N)/B ≥ 5.0)을 만족하고 있는 발명예들로서 상기 관계식을 만족하지 않는 발명예 5에 비하여 충격 인성이 더욱 우수해지는 것을 알 수 있다.
Particularly, among the inventions, Inventive Examples 1-4 have satisfying the relational expression 1 of manganese, titanium, boron and nitrogen (Mn + 5 (Ti-3.5N) / B? 5.0) It is understood that the impact toughness is further improved as compared with the case of Example 5.

이에 반하여, 비교예 6은 탄소 함량이 높아져 인장 강도가 향상되는 반면 충격 인성은 열위해지는 것을 확인할 수 있는데, 이는 탄소가 MA상에 고용되어 안정한 MA상을 증가시키기 때문이다. On the contrary, in Comparative Example 6, it is confirmed that the carbon content is increased and the tensile strength is improved while the impact toughness is lowered because carbon is dissolved in the MA phase to increase the stable MA phase.

비교예 7은 실리콘 함량이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로서, 실리콘 또한 탄소와 유사하게 그 첨가량이 많아짐에 따라 기지에 고용량이 증가하고 결국 고용강화의 효과를 나타내게 된다. 즉, 실리콘 첨가량이 0.4% 수준에서도 인장 강도는 매우 커지며 그와 함께 충격 인성은 급격히 감소하게 된다. Comparative Example 7 is a case where the silicon content is out of the range of the present invention. As the addition amount of silicon and carbon is increased, the amount of silicon in the base is increased and finally the effect of strengthening the employment is shown. That is, even when the amount of silicon added is 0.4%, the tensile strength becomes very large, and the impact toughness decreases sharply.

비교예 8은 망간 및 보론의 첨가량이 적어 강재의 경화능을 떨어뜨리기 때문에 냉각조건을 만족하더라도 페라이트와 베이나이트 조직이 혼립되어 인장 강도는 감소하고 충격 인성은 증가함을 보여준다. Comparative Example 8 shows that the addition of manganese and boron decreases the hardenability of the steel, so that even when the cooling condition is satisfied, the ferrite and bainite structure are mixed with each other to decrease the tensile strength and increase the impact toughness.

또한 비교예 9는 강조성 성분은 본 발명의 범위를 만족하나 제조공정에서 냉각속도가 빨라짐에 따라 마르텐사이트가 형성되어 강도는 증가하고 충격 인성은 나빠짐을 보여주고 있다. Also, in Comparative Example 9, the stressed component satisfies the range of the present invention, but as the cooling rate is increased in the manufacturing process, martensite is formed and the strength is increased and the impact toughness is worse.

그리고 비교예 10은 몰리브덴 함량이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로서 안정한 탄화물의 형성에 의해 강도는 증가하고 충격 인성은 감소함을 보여주고 있다.And Comparative Example 10 shows that when the molybdenum content is out of the range of the present invention, the strength is increased and the impact toughness is decreased by formation of a stable carbide.

또한 비교예 11은 타이타늄의 첨가량이 적은 경우로서, solute 보론량이 감소하기 때문에 경화능이 감소하고, 냉각속도도 작을 경우 초석 페라이트 석출량이 많아져 인장 강도는 감소하고 상대적으로 충격 인성은 증가함을 보여주고 있다. In Comparative Example 11, the amount of titanium added was small, and the solute boron amount was decreased, so that the hardenability decreased. When the cooling rate was small, the amount of pro-eutectoid ferrite precipitated increased and the tensile strength decreased and the impact toughness increased relatively have.

아울러, 비교예 12는 망간이 많이 첨가될 경우로서, 상대적으로 경화능이 너무 커지기 때문에 발명에서 제시한 냉각속도로 냉각하더라도 마르텐사이트가 생성되어 강도가 증가하고 충격 인성이 떨어지는 것을 나타내고 있다.
Further, in Comparative Example 12, when manganese was added in a large amount, martensite was generated even when cooled at the cooling rate proposed in the present invention because the hardening ability was too large, and the strength and impact toughness were decreased.

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 (8)

중량%로, 탄소(C):0.05~0.15%, 실리콘(Si):0.1%이하(0%는 포함하지 않음), 망간(Mn):3.0~4.0%, 몰리브덴(Mo):0.1~0.6%, 인(P):0.020%이하, 황(S):0.020%이하, 붕소(B):0.0010~ 0.0030%, 타이타늄(Ti): 0.010~0.030%, 질소(N):0.0050%이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 조성되고, 상기 망간(Mn), 타이타늄(Ti), 보론(B) 및 질소(N)의 함량이 하기 관계식 1을 만족하며, 그리고 그 미세조직이 90 면적% 이상의 베이나이트와 잔부 결정립도가 5㎛ 이하인 도상 마르텐사이트(MA)로 이루어진 인장 강도와 충격 인성이 우수한 선재.
[관계식 1]
Mn+5(Ti-3.5N)/B ≥ 5.0
단, 상기 관계식 1중 망간 (Mn)과 타이타늄 (Ti)과 보론 (B)과 질소 (N)는 각각 해당원소의 중량기준 함량을 의미한다.
(C): 0.05 to 0.15%, silicon (Si): 0.1% or less (0% is not included), manganese (Mn): 3.0 to 4.0%, molybdenum (Mo): 0.1 to 0.6% , Phosphorus (P): not more than 0.020%, sulfur (S): not more than 0.020%, boron (B): 0.0010 to 0.0030%, titanium (Ti): 0.010 to 0.030% Wherein the content of manganese (Mn), titanium (Ti), boron (B) and nitrogen (N) satisfy the following relational expression 1 and the microstructure thereof is 90% And an on-road martensite (MA) having a residual grain size of 5 탆 or less, and having excellent tensile strength and impact toughness.
[Relation 1]
Mn + 5 (Ti-3.5N) / B? 5.0
However, manganese (Mn), titanium (Ti), boron (B) and nitrogen (N) in the above relational expression 1 means the content by weight of the corresponding element, respectively.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 선재는 인장강도가 700~800MPa이고, 충격치가 150J이상인 것을 특징으로 하는 인장 강도와 충격 인성이 우수한 선재.
The wire rod according to claim 1, wherein the wire rod has a tensile strength of 700 to 800 MPa and an impact value of 150 J or more.
중량%로, 탄소(C):0.05~0.15%, 실리콘(Si):0.1%이하(0%는 포함하지 않음), 망간(Mn):3.0~4.0%, 몰리브덴(Mo):0.1~0.6%, 인(P):0.020%이하, 황(S):0.020%이하, 붕소(B):0.0010~ 0.0030%, 타이타늄(Ti): 0.010~0.030%, 질소(N):0.0050%이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 망간(Mn), 타이타늄(Ti), 보론(B) 및 질소(N)의 함량이 하기 관계식 1을 만족하는 강재를 마련한 후, 이를 재가열하는 공정;
상기 재가열된 강재를 마무리 열간 압연한 후, Bf ~ Bf - 50℃의 온도범위까지 2℃/s 이하의 냉각 속도로 냉각하는 공정; 및
상기 냉각된 강재를 공냉함으로써 그 미세조직이 90 면적% 이상의 베이나이트와 잔부 결정립도가 5㎛ 이하인 도상 마르텐사이트(MA)로 이루어진 선재를 제조하는 공정;을 포함하는 인장 강도와 충격 인성이 우수한 선재의 제조방법
[관계식 1]
Mn+5(Ti-3.5N)/B ≥ 5.0
단, 상기 관계식 1중 망간 (Mn)과 타이타늄 (Ti)과 보론 (B)과 질소 (N)는 각각 해당원소의 중량기준 함량을 의미한다.
(C): 0.05 to 0.15%, silicon (Si): 0.1% or less (0% is not included), manganese (Mn): 3.0 to 4.0%, molybdenum (Mo): 0.1 to 0.6% , Phosphorus (P): not more than 0.020%, sulfur (S): not more than 0.020%, boron (B): 0.0010 to 0.0030%, titanium (Ti): 0.010 to 0.030% Preparing a steel material containing manganese (Mn), titanium (Ti), boron (B) and nitrogen (N) satisfying the following relational expression 1 and then reheating the steel;
Subjecting the reheated steel material to a final hot rolling and then cooling the material to a temperature range of Bf to Bf - 50 占 폚 at a cooling rate of 2 占 폚 / s or less; And
(MA) having a bainite of 90% by area or more and a residual grain size of 5 탆 or less by microstructure of the cooled steel material by cooling the steel material by air cooling to obtain a wire material excellent in tensile strength and impact toughness Manufacturing method
[Relation 1]
Mn + 5 (Ti-3.5N) / B? 5.0
However, manganese (Mn), titanium (Ti), boron (B) and nitrogen (N) in the above relational expression 1 means the content by weight of the corresponding element, respectively.
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